專利名稱：放電表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此發(fā)明涉及一種放電表面處理技術(shù)，詳細(xì)地說(shuō)，涉及通過(guò)以下放電表面處理形成致密厚膜的技術(shù)，該放電表面處理技術(shù)是，以將金屬粉末或金屬的化合物粉末壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，使電極和工件之間產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量，在工件表面形成由電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或由電極材料利用放電的能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜。
背景技術(shù)：
以將粉末材料壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，通過(guò)脈沖狀放電在工件上形成覆蓋膜的表面處理技術(shù)，例如已經(jīng)開(kāi)發(fā)了把著眼點(diǎn)放在接近常溫時(shí)的硬質(zhì)覆蓋膜上，形成以陶瓷為主的薄硬質(zhì)覆蓋膜的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
在上述專利文獻(xiàn)1所示的技術(shù)中，使電極具有一定程度的硬度，并抑制由放電產(chǎn)生的電極材料的供給，通過(guò)使供給的材料充分熔融，在工件表面形成硬質(zhì)陶瓷覆蓋膜。但是，通過(guò)此方法可以形成的覆蓋膜，限定于厚度在大約10μm以內(nèi)的薄膜。
此外，作為通過(guò)放電表面處理形成厚膜的技術(shù)有，在鋁表面形成以碳化物為主要成分的覆蓋膜的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)2)、形成以碳化物為主要成分的覆蓋膜的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)3)、通過(guò)使放電脈沖寬度增加到32μs左右，形成100μm左右厚膜的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)4)等。
專利文獻(xiàn)1國(guó)際公開(kāi)第99/58744號(hào)小冊(cè)子專利文獻(xiàn)2特開(kāi)平7-70761號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開(kāi)平7-197275號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4特開(kāi)平11-827號(hào)公報(bào)但是，上述專利文獻(xiàn)公開(kāi)的任一個(gè)技術(shù)，雖都被稱之為厚膜，但都是以碳化物為主要成分，不能形成致密的厚膜。因此在上述專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3中，在形成多孔的厚膜后，必須利用消耗少的電極進(jìn)行再熔融的步驟。
例如，在專利文獻(xiàn)3的技術(shù)中乍一看是形成了致密的覆蓋膜的情況，但詳細(xì)研究后發(fā)現(xiàn)是多孔的覆蓋膜。此外，在專利文獻(xiàn)4的技術(shù)中，在以氫化物作為電極形成覆蓋膜的情況下，可以可靠地形成厚膜。但是，覆蓋膜的致密部分僅限于工件材料和覆蓋膜材料熔融的工件表面附近，如圖13所示，厚而凸起的部分A為多孔的覆蓋膜。
近年來(lái)，在要求高溫環(huán)境下的強(qiáng)度和潤(rùn)滑性這樣的用途等中，要求形成致密的較厚的覆蓋膜(大于或等于100μm左右的厚膜)。作為堆積厚覆蓋膜的技術(shù)有，通過(guò)在工件和焊接棒之間放電，使焊接棒的材料熔融附著在工件上的焊接(堆焊)；使金屬材料成熔融狀態(tài)，以噴霧狀向工件噴吹，形成覆蓋膜的噴鍍。
但是，任一個(gè)方法都要求人工熟練作業(yè)，存在作業(yè)難以流水線化、成本高的問(wèn)題。此外，特別是焊接，由于是熱量集中進(jìn)入工件的方法，所以在處理厚度薄的材料的情況，以及使用如單晶合金、定向凝固合金等方向控制合金那樣的容易開(kāi)裂材料的情況下，還有容易產(chǎn)生焊接裂紋、成品率低的問(wèn)題。
所以，迫切希望開(kāi)發(fā)以下技術(shù)，即，使用能夠?qū)崿F(xiàn)盡量減少人工作業(yè)的流水線生產(chǎn)、防止向工件集中加熱的放電表面處理技術(shù)，形成具有在高溫環(huán)境下的強(qiáng)度和潤(rùn)滑性的厚膜。
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題提出的，目的是提供不使用焊接、噴鍍技術(shù)，用于在工件上形成致密厚膜的放電表面處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所涉及的放電表面處理方法，以金屬粉末或金屬的化合物粉末壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，在加工液中或空氣中，使電極和工件之間產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量，在工件表面形成由電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或由電極材料利用放電的能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜，其特征在于，使用將平均粒徑為6μm～10μm的金屬粉末或金屬的化合物粉末混合后壓縮成型的電極，在脈沖寬度為50μs～500μs、峰值電流小于或者等于30A的加工條件下，進(jìn)行以金屬為主要成分的厚膜堆積。
本發(fā)明人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在通過(guò)放電表面處理形成致密厚膜方面，構(gòu)成電極的電極材料粉末粒徑、峰值電流、脈沖寬度之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。
即，由本發(fā)明，通過(guò)在與構(gòu)成放電表面處理用電極的電極材料平均粒徑對(duì)應(yīng)的、適當(dāng)?shù)姆烹姳砻嫣幚項(xiàng)l件下，進(jìn)行放電表面處理，可以形成致密的厚膜。


圖1是表示放電表面處理用電極的制造方法的概念的剖面圖；圖2是表示由改變電極中的Co含量引起的形成厚膜的難易度的變化情況的特性圖；圖3A是表示進(jìn)行放電表面處理時(shí)的電壓波形的特性圖；圖3B是表示對(duì)應(yīng)于圖3A的電壓波形的電流波形的特性圖；圖4是表示在電極內(nèi)沒(méi)有難以形成碳化物的材料的情況下，相對(duì)于處理時(shí)間的覆蓋膜形成情況的特性圖；圖5是表示在Co為70體積％的情況下，形成的覆蓋膜的照片；圖6是表示放電表面處理用電極制造方法的概念的剖面圖；圖7A是表示簡(jiǎn)單測(cè)定電極的電阻值方法的示意圖；圖7B是表示更簡(jiǎn)單測(cè)定電極的電阻值方法的示意圖；圖8是表示加熱溫度和電極的電阻的關(guān)系的特性圖；圖9是表示在加工液中進(jìn)行放電表面處理的情況的示意圖；圖10是形成了覆蓋膜的照片；
圖11是表示放電表面處理用電極的制造方法的概念的剖面圖；圖12是表示改變電極材料的平均粒徑和脈沖寬度，進(jìn)行覆蓋膜形成的結(jié)果的示意圖；圖13是由現(xiàn)有的電極形成覆蓋膜時(shí)的電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
下面基于示意圖，對(duì)本發(fā)明的放電表面處理方法的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，本發(fā)明并不限于以下所述內(nèi)容，在不脫離本發(fā)明要點(diǎn)的范圍內(nèi)可以有適當(dāng)變化。此外，在附圖中為了容易理解，有各部件的比例尺不同的情況。
實(shí)施方式1.
首先，對(duì)在本實(shí)施方式中，通過(guò)放電表面處理形成致密厚膜的概念進(jìn)行說(shuō)明。在現(xiàn)有的放電表面處理中，通過(guò)使鈦(Ti)等的電極材料在油中放電產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成被稱為碳化鈦(TiC)的硬質(zhì)碳化物覆蓋膜。因此，在用于放電表面處理的電極中，含有高比例的容易使碳化物成型的材料。
其結(jié)果，隨著放電表面處理的進(jìn)行，例如對(duì)鋼材進(jìn)行放電表面處理的情況下，被加工件(工件)表面的材質(zhì)從鋼材變成作為陶瓷的TiC，隨之熱傳導(dǎo)、熔點(diǎn)等特性發(fā)生了變化。
發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在這樣的覆蓋膜形成過(guò)程中，通過(guò)在電極材質(zhì)的成分中添加難碳化的材料，可以使形成的覆蓋膜成為以金屬為主要成分的覆蓋膜，此外可以形成厚的覆蓋膜。這是通過(guò)把難碳化的材料加入電極中，以不是碳化物而是金屬的狀態(tài)殘留在覆蓋膜中的材料增加。這對(duì)于堆積厚覆蓋膜有重要的意義。
其次，使用圖1對(duì)用于制造放電表面處理用電極的工藝進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示實(shí)施方式1中的放電表面處理用電極(以下有時(shí)簡(jiǎn)稱為電極)的制造方法的概念的剖面圖。首先，把容易形成碳化物的材料即Cr(鉻)粉末1和難以形成碳化物的材料即Co(鈷)粉末2按規(guī)定比例(例如Cr25重量％、Co75重量％)混合。
把該混合粉末1、2填充到圖1中由金屬模具的上沖頭3、金屬模具的下沖頭4、金屬模具的沖模5圍成的空間中。然后通過(guò)上沖頭3和下沖頭4把該混合粉末1、2壓縮成型，制成規(guī)定形狀的粉末壓縮體。在放電表面處理時(shí)，此粉末壓縮體作為放電電極。此外，在本實(shí)施方式中，Cr粉末1和Co粉末2使用平均粒徑大約6μm至10μm的粉末。
在壓縮成型時(shí)，為了更好地把壓力傳遞到混合粉末1、2的內(nèi)部，如果在混合粉末1、2中混合石蠟等蠟，可以提高混合粉末1、2的成型性。但是，由于蠟是絕緣性物質(zhì)，如果大量殘留在電極中，則由于電極的電阻變大，放電性能會(huì)惡化。
所以，在混合粉末1、2中混合蠟的情況下，優(yōu)選去除蠟。蠟的去除可以通過(guò)把粉末壓縮體電極放入真空爐加熱來(lái)進(jìn)行。此外，通過(guò)加熱粉末壓縮體電極，還可以得到降低粉末壓縮體電極的電阻、增強(qiáng)粉末壓縮體電極的強(qiáng)度等其他效果，所以，即使是在不混合蠟的情況下，在壓縮成型后進(jìn)行加熱也有意義。
然后，把如上所述制作的粉末壓縮體電極作為放電表面處理用電極使用，進(jìn)行放電表面處理，形成覆蓋膜。放電的脈沖條件為峰值電流ie＝10A、放電持續(xù)時(shí)間(放電脈沖寬度)te＝64μs、間歇時(shí)間to＝128μs。并且，發(fā)現(xiàn)在通過(guò)放電表面處理形成致密厚膜方面，構(gòu)成電極的粉末粒徑和峰值電流、脈沖寬度之間密切相關(guān)，簡(jiǎn)單的情況如下。
使用由某一平均粒徑粉末構(gòu)成的電極，進(jìn)行放電表面處理的情況下，以適當(dāng)脈沖寬度范圍的電氣條件進(jìn)行放電表面處理的情況下，可以形成致密的厚膜。但是，脈沖寬度比適宜的范圍短的情況、脈沖寬度比適當(dāng)?shù)姆秶L(zhǎng)的情況中任一情況，形成的覆蓋膜都變成多孔的。此外在脈沖寬度短的情況下，電極材料附著在工件上，但附著的電極材料完全沒(méi)有強(qiáng)度，覆蓋膜為易碎的狀態(tài)。
這是由于放電表面處理時(shí)的脈沖寬度偏離了適當(dāng)?shù)拿}沖寬度，當(dāng)脈沖寬度變短時(shí)，放電能量不足，該粒徑的粉末不能熔融，覆蓋膜變得多孔。此外，當(dāng)放電表面處理時(shí)的脈沖寬度偏離適當(dāng)?shù)拿}沖寬度，脈沖寬度變長(zhǎng)時(shí)，相反由于放電能量過(guò)多，使電極發(fā)生大的崩潰，由于向電極間，也就是向電極和工件之間提供大量的粉末，所以難以用放電脈沖把它們?nèi)咳廴凇?br> 此外，發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)拿}沖寬度范圍因峰值電流不同會(huì)產(chǎn)生一定程度的變化，其隨電極材料粉末的粒徑變大而變長(zhǎng)。
此外，作為放電的脈沖條件，使用某種脈沖寬度條件的情況下，如果使用由對(duì)應(yīng)于此脈沖寬度的適當(dāng)粒徑范圍的粉末構(gòu)成的電極，進(jìn)行放電表面處理，則可以形成致密的覆蓋膜。但是，在即使使用某一脈沖寬度條件的情況下，使用由比適當(dāng)范圍大的粒徑的粉末構(gòu)成的電極進(jìn)行放電表面處理的情況，和使用由比適當(dāng)范圍小的粒徑的粉末構(gòu)成的電極進(jìn)行放電表面處理的情況中的任一情況，形成的覆蓋膜變得多孔。并且在使用由大的粒徑的粉末構(gòu)成的電極進(jìn)行放電表面處理的情況下，電極材料附著在工件上，但附著的電極材料完全沒(méi)有強(qiáng)度，覆蓋膜為易碎的狀態(tài)。
此外，構(gòu)成電極的粉末的粒形和脈沖寬度的關(guān)系受到由電極的加熱溫度等決定的電極硬度的影響。即，在電極硬度硬的情況下，適合于放電表面處理的脈沖寬度向長(zhǎng)的方向移動(dòng)。此外，電極硬度軟的情況下，適合于放電表面處理的脈沖寬度向短的方向移動(dòng)。這個(gè)電極的硬度和覆蓋膜形成的相關(guān)關(guān)系是發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。
并且，關(guān)于放電脈沖條件中的峰值電流，峰值電流在極端過(guò)小的情況下，產(chǎn)生以下問(wèn)題，即引起產(chǎn)生放電的脈沖裂紋、使電極材料的粉末不熔融等。但是，如果峰值電流小于或者等于30A，選擇適當(dāng)?shù)拿}沖寬度，就可以形成良好的覆蓋膜。
此外，發(fā)明人根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，為了防止脈沖裂紋，必須要大于或等于2A的峰值電流。另一方面，如果峰值電流超過(guò)30A，由放電脈沖的能量產(chǎn)生的沖擊波，電極受到損傷，產(chǎn)生局部崩潰，由于過(guò)多地把粉末材料提供給工件側(cè)，所以覆蓋膜仍然變得多孔。
由本實(shí)施方式，通過(guò)使用由粒徑大約6μm至10μm的Cr粉末1和Co粉末2構(gòu)成的放電表面處理用電極，作為放電脈沖的脈沖寬度使用50μs到500μs的范圍，由此可以形成致密的厚膜。即，通過(guò)在對(duì)構(gòu)成放電表面處理用電極的粉末的粒徑最合適的加工條件(放電的脈沖條件)下進(jìn)行加工(放電表面處理)，可以進(jìn)行堆積致密的厚膜，即使在高溫環(huán)境下，也可以形成具有足夠強(qiáng)度的致密的厚膜。
此外，即使是在金屬元素中，Cr也是在高溫下形成氧化物，發(fā)揮潤(rùn)滑性能的材料。因此，通過(guò)如上所述使用含Cr的放電表面處理用電極進(jìn)行放電表面處理，可以形成在高溫環(huán)境下具有潤(rùn)滑性能的厚膜。
因此，由本實(shí)施方式，使用能夠?qū)崿F(xiàn)盡量減少人工作業(yè)的流水線生產(chǎn)、防止向工件集中供熱的放電表面處理技術(shù)，可以形成具有在高溫環(huán)境下的強(qiáng)度和潤(rùn)滑性的厚膜。
此外，這里所說(shuō)的“致密的厚膜”的致密的定義是，即使用銼刀等挫也不能簡(jiǎn)單除掉(當(dāng)然通過(guò)切削可以逐漸去除)、通過(guò)研磨可以得到金屬光澤的狀態(tài)。
此外，在本發(fā)明中，進(jìn)行放電表面處理的環(huán)境可以在加工液中，也可以在空氣中。
實(shí)施方式2.
下面，參照示意圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2進(jìn)行說(shuō)明。圖2是表示，在把作為碳化物的Cr3C2(碳化鉻粒徑3μm)粉末和作為難以形成碳化物的材料的Co(鈷粒徑2μm)粉末混合，使用把混合粉末壓縮成型后加熱制作的放電表面處理用電極，進(jìn)行放電表面處理的情況下，通過(guò)改變放電表面處理用電極中的Co含量引起的厚膜形成難易度變化的情況。
放電表面處理用電極的基礎(chǔ)材質(zhì)為Cr3C2。此外，作為難以形成碳化物的材料的Co的含量定為大于或者等于40體積％，混合粉末壓縮成型后的加熱溫度為約900℃左右。
使用在這樣條件下制作的粉末壓縮體電極(面積15mm×15mm)進(jìn)行放電表面處理，形成覆蓋膜。進(jìn)行放電表面處理情況下的放電脈沖條件的一個(gè)例子如圖3A和圖3B所示。圖3A和圖3B是表示放電表面處理時(shí)的放電脈沖條件的一個(gè)例子的示意圖，圖3A表示放電時(shí)的電極和工件之間施加的電壓波形，圖3B表示放電時(shí)流過(guò)的電流的電流波形。如圖3A所示，于時(shí)刻t0在兩極之間施加無(wú)負(fù)載電壓ui，在經(jīng)過(guò)放電延遲時(shí)間td后的時(shí)刻t1，在兩極之間開(kāi)始流過(guò)電流，開(kāi)始放電。此時(shí)的電壓是放電電壓ue，此時(shí)流過(guò)的電流為峰值電流ie。而在時(shí)刻t2如果停止向兩極之間提供電壓，則電流不再流過(guò)。
時(shí)刻t2-t1為脈沖寬度te。間隔間歇時(shí)間to，在兩極之間反復(fù)施加此時(shí)刻t0～t2間的電壓波形。也就是如圖3A所示，在放電表面處理用電極和工件之間施加脈沖狀電壓。
在本實(shí)施方式中，放電表面處理時(shí)的放電脈沖條件定為，峰值電流ie＝10A，放電持續(xù)時(shí)間(放電脈沖寬度)te＝64μs，間歇時(shí)間to＝128μs。處理時(shí)間為15分鐘。
如圖2所示，在電極中的Co含量為0％的情況，即，在電極中的Cr3C2含量為100％的情況下，可以形成的覆蓋膜的厚度限于10μm左右，不能使覆蓋膜的厚度增加到此值以上的厚度。覆蓋膜由以Cr3C2為主要成分，并攙雜母材成分的材料構(gòu)成。
此外，電極內(nèi)沒(méi)有難以形成碳化物的材料的情況下，相對(duì)于處理時(shí)間的覆蓋膜的形成情況如圖4所示。如圖4所示，在放電表面處理的初期，隨時(shí)間的增加覆蓋膜生長(zhǎng)變厚，在某一時(shí)間(約5分鐘/cm2左右)覆蓋膜的厚度飽和。
此后一段時(shí)間，膜厚不生長(zhǎng)，如果繼續(xù)進(jìn)行放電表面處理超過(guò)某一時(shí)間(20分鐘/cm2左右)，則覆蓋膜的厚度開(kāi)始減少，最后覆蓋膜厚度變成負(fù)值，即變成了工件被蝕刻。但是，即使是蝕刻的狀態(tài)，覆蓋膜仍存在，此厚度本身是10μm左右，與在適當(dāng)時(shí)間內(nèi)處理后的狀態(tài)幾乎不變。
返回到圖2，認(rèn)識(shí)到，隨電極內(nèi)作為難碳化材料的Co含量增加，可以形成厚的覆蓋膜，如果電極中的Co含量超過(guò)20體積％，則形成的覆蓋膜的厚度開(kāi)始變厚，如果超過(guò)40體積％，容易穩(wěn)定地形成厚膜。通過(guò)在覆蓋膜中增加作為金屬殘留的材料，可以形成含不形成碳化物的金屬成分的覆蓋膜，容易穩(wěn)定地形成厚膜。Co被認(rèn)為在覆蓋膜中起到粘接劑的作用。
這里所說(shuō)的體積％，是混合的各個(gè)粉末的重量除以各材料的密度的值的比例，是在全部粉末的材料的體積中，其材料占的體積的比例。
例如，Co粉末的體積％的情況是“Co粉末的體積％＝Co粉末的體積/(Cr3C2粉末的體積+Co粉末的體積)×100”。
此外，粉末的體積不是表觀體積(作為粉末的體積)，而是此粉末材料的實(shí)際體積。例如，“Co粉末的體積＝Co粉末的重量/Co粉末的密度”。
從以上方面看，電極中含有的難碳化的材料比例優(yōu)選是大于或者等于40體積％。如圖2所示，在上述的放電脈沖條件、峰值電流ie＝10A、放電持續(xù)時(shí)間(放電脈沖寬度)te＝64μs、間歇時(shí)間to＝128μs的情況下，即使電極中含有的難碳化的材料比例在小于或等于40體積％，也可以形成10μm左右的覆蓋膜。但是，為了形成致密的厚膜，必須適當(dāng)設(shè)定脈沖條件。例如，即使電極中含有難碳化的材料比例在30體積％左右，也可以進(jìn)行致密的厚膜堆積，但其條件的范圍非常窄。
在電極中含有形成碳化物的材料過(guò)多、電氣條件不適當(dāng)、電極狀態(tài)惡化等情況下，也可以形成堆積，但是形成可以簡(jiǎn)單地除去，磨的話也沒(méi)有金屬光澤的狀態(tài)的膜。但是，在本實(shí)施方式中，通過(guò)對(duì)于構(gòu)成電極的粉末的粒徑在最適當(dāng)?shù)募庸l件(放電的脈沖條件)下進(jìn)行加工(放電表面處理)，可以由形成的覆蓋膜中的金屬在覆蓋膜內(nèi)的連接作用進(jìn)行致密的厚膜堆積，可以形成具有足夠強(qiáng)度的覆蓋膜。
作為參考，圖5表示在電極中的Co含量為70體積％的情況下形成的覆蓋膜的照片。此照片是形成厚膜的例子。在圖5所示的照片中，形成了膜厚為2mm左右的厚膜。此覆蓋膜是在上述條件的基礎(chǔ)上，以15分鐘的處理時(shí)間形成的，如果增加處理時(shí)間可以得到更厚的覆蓋膜。
這樣，使用在電極內(nèi)含大于或等于40體積％的Co等難碳化的材料的電極，通過(guò)對(duì)構(gòu)成電極的粉末的粒徑在最適當(dāng)?shù)募庸l件(放電的脈沖條件)下進(jìn)行加工(放電表面處理)，由放電表面處理可以在工件表面上穩(wěn)定地形成致密的厚覆蓋膜。
實(shí)施方式3.
下面參照示意圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3進(jìn)行說(shuō)明。圖6是表示實(shí)施方式3的放電表面處理用電極的制造方法的概念的剖面圖。
把粒徑1μm左右的Co粉末11，填充到圖6中由金屬模具的上沖頭12、金屬模具的下沖頭13、金屬模具的沖模14圍成的空間中。然后用上沖頭12和下沖頭13把此Co粉末11壓縮成型，制成規(guī)定形狀的粉末壓縮體。在放電表面處理時(shí)，這個(gè)粉末壓縮體作為放電電極。
這樣，通過(guò)對(duì)粉末施加規(guī)定的壓力使粉末成塊，變成粉末壓縮體。但是，粉末壓縮體在此狀態(tài)下的電阻高，在此狀態(tài)下作為放電表面處理用電極使用存在問(wèn)題。為了測(cè)定電極的電阻，例如，如圖7A所示，用金屬板22夾持電極21，通過(guò)使測(cè)試器23的電極端子24接觸該金屬板22測(cè)定電阻值的這種簡(jiǎn)單的方法，可以測(cè)定大概的電阻值。
此外，如圖7B所示，通過(guò)使測(cè)試器33的電極端子34接觸電極31的兩端測(cè)定電阻值的這種更簡(jiǎn)單的方法，也可以進(jìn)行大體的判斷。
在本實(shí)施方式中，作為電極材料使用的Co是熔點(diǎn)超過(guò)1000℃的材料。但是，發(fā)明人通過(guò)研究認(rèn)識(shí)到，如果詳細(xì)觀察電極，即使在200℃左右的溫度，材料(Co)的一部分也會(huì)熔融，使電極的電阻降低。
在把圖6所示的粒徑1μm左右的Co粉末作成直徑18mm、長(zhǎng)30mm左右尺寸的粉末壓縮體的情況下，在把粉末壓縮成型時(shí)，用圖7A所示的測(cè)定方法測(cè)定的電阻顯示為數(shù)Ω～數(shù)十Ω的值。圖8表示把此粉末壓縮體在真空爐中升溫規(guī)定時(shí)間后，在規(guī)定的加熱溫度保持1小時(shí)～2小時(shí)后的電阻值和加熱溫度的關(guān)系。
在粉末壓縮體的加熱溫度低(小于或等于100℃)的情況下，加熱后的粉末壓縮體的電阻幾乎不降低。但是，在圖8所示的200℃左右的溫度區(qū)域T加熱粉末壓縮體的情況下，粉末壓縮體的電阻幾乎變成0Ω。由上述的材料成型的粉末壓縮體的情況下，200℃～250℃左右的溫度是作為用于放電表面處理用的電極的加熱溫度的最佳值。此外，在加熱溫度超過(guò)300℃的情況下，電極的硬度變得過(guò)硬，其結(jié)果，因在放電表面處理時(shí)的放電，向電極材料的電極間提供電極材料的供給量減少，所以難以形成厚膜。
圖9表示通過(guò)使用以上步驟制作的電極的放電表面處理裝置進(jìn)行放電表面處理的情況。在圖9中表示了產(chǎn)生脈沖狀放電的情況。此外，圖10表示用此放電表面處理形成的覆蓋膜的照片。圖10所示的照片中，形成了膜厚為1mm左右的厚膜。
圖9所示的放電表面裝置具有以下部分而構(gòu)成放電表面處理用電極41(以下有的情況下簡(jiǎn)稱為電極41)，其作為上述的放電表面處理用電極，是由把粒徑1μm左右的Co粉末11壓縮成型，再對(duì)粉末壓縮體進(jìn)行加熱處理后的粉末壓縮體構(gòu)成的；加工液43；以及放電表面處理用電源裝置45，其在電極41和工件42之間施加電壓，產(chǎn)生脈沖狀的放電(電弧柱)44。此外，在圖9中省略了用于控制電極間距離，即電極41和工件42的距離的伺服機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)存加工液43的儲(chǔ)存槽等與本發(fā)明沒(méi)有直接關(guān)系的部分。
為了用此放電表面處理裝置在工件表面形成覆蓋膜，把電極41和工件42相向設(shè)置在加工液43中。然后在加工液43中，用放電表面處理用電源45使電極41和工件42之間產(chǎn)生脈沖狀放電。具體地說(shuō)，是在電極41和工件42之間施加電壓，使其放電。如圖9所示，在電極41和工件42之間產(chǎn)生放電的電弧柱44。
然后利用在電極41和工件42之間產(chǎn)生的放電的放電能量，在工件表面形成電極材料的覆蓋膜，或在工件表面形成電極材料利用放電能量反應(yīng)后的物質(zhì)的覆蓋膜。極性為，電極41側(cè)作為負(fù)極、工件42側(cè)作為正極使用。在此，在此結(jié)構(gòu)中放電時(shí)的電流I從電極41向放電表面處理用電源45的方向流動(dòng)。
放電表面處理中的放電脈沖條件為，峰值電流＝10A、放電持續(xù)時(shí)間(放電脈沖寬度)＝8μs、間歇時(shí)間＝16μs。在本實(shí)施方式中經(jīng)5分鐘的處理，形成厚度1mm左右的覆蓋膜。
在上述實(shí)施方式1中，由于使用由粒徑6μm至10μm左右的Cr粉末1、Co粉末2的混合粉末構(gòu)成的電極，所以形成的厚膜存在變形因而不均勻。在實(shí)施方式1中，放電脈沖的脈沖寬度使用50μs到500μs的范圍，形成了致密的覆蓋膜，但通過(guò)使粉末的粒徑變小，能夠使脈沖寬度變小而形成致密的覆蓋膜。
這是因?yàn)?，如果?gòu)成電極的電極材料的粉末粒徑減小，即使是在脈沖幅度小、能量少的條件下，也可以使電極材料的粉末充分熔融，小的放電弧坑的重疊可以形成覆蓋膜，所以可以形成致密的覆蓋膜。
在本實(shí)施例中使用的粒徑1μm左右的Co粉末的情況下，在小于或等于50μs的脈沖寬度下可以形成致密的覆蓋膜。此外，如果使用把脈沖寬度延展到50μs的放電脈沖，則由于放電造成電極較大崩潰，覆蓋膜變得多孔。
此外，對(duì)電極的硬度進(jìn)行說(shuō)明。在構(gòu)成電極的粉末粒徑大而電極硬度軟的情況下，用JIS K 5600-5-4中的涂膜用鉛筆劃痕試驗(yàn)測(cè)定電極的硬度。在構(gòu)成電極的粉末粒徑小而電極硬度硬的情況下，用洛氏硬度等測(cè)定電極的硬度。JIS K 5600-5-4標(biāo)準(zhǔn)原來(lái)是用于評(píng)價(jià)涂裝覆蓋膜的標(biāo)準(zhǔn)，但也適合評(píng)價(jià)硬度低的材料。當(dāng)然，此涂膜用鉛筆劃痕試驗(yàn)的結(jié)果可以與其他的硬度評(píng)價(jià)方法的結(jié)果進(jìn)行相互換算，所以使用其他方法作為指標(biāo)也可以。
在構(gòu)成電極的粉末粒徑為大約5～6μm的情況下，電極的硬度為大約4B～7B的情況覆蓋膜的狀態(tài)最好，可以形成致密的厚膜。但是，即使稍稍偏離此范圍，仍存在可以形成厚膜的范圍，在硬度變硬的方向上，到B左右的硬度為止可以形成厚膜。此外，在硬度變軟的方向上，到8B左右的硬度為止可以形成厚膜。
但是，隨著電極的硬度變硬，覆蓋膜的形成速度有變慢的傾向，在B左右的硬度下，形成厚膜相當(dāng)困難。如果電極的硬度更硬，則不能形成厚膜，隨著電極的硬度變硬，就變成被加工件(工件一側(cè))的去除加工。
此外在電極硬度變軟的方向上，直到8B左右硬度為止可以形成厚膜，如果對(duì)形成的厚膜的組織進(jìn)行分析，有孔洞逐漸增加的傾向，如果變得比9B更軟，就能發(fā)現(xiàn)電極成分沒(méi)有充分熔融就直接附著在被加工件(工件)一側(cè)的現(xiàn)象。此外，這個(gè)電極的硬度和覆蓋膜的狀態(tài)的關(guān)系，因使用的放電脈沖條件也會(huì)產(chǎn)生一些變化，在使用適當(dāng)?shù)姆烹娒}沖條件的情況下，也有可能擴(kuò)大形成一定程度良好的覆蓋膜的電極硬度范圍。
在上述實(shí)施例中，由于使用粒徑5μm左右的粉末，所以如上所述的電極硬度為最佳值。但是，此最佳值非常依賴于構(gòu)成電極的粉末粒徑。這是由于以下的原因。即，是否通過(guò)放電從電極釋放出電極材料，由構(gòu)成電極的粉末的結(jié)合強(qiáng)度決定。在結(jié)合強(qiáng)度強(qiáng)的情況下，粉末由放電的能量難以釋放。另一方面，在結(jié)合強(qiáng)度弱的情況下，粉末由放電的能量容易釋放。
此外，在構(gòu)成電極的粉末粒徑大的情況下，在電極中的粉末相互結(jié)合的點(diǎn)數(shù)少，電極強(qiáng)度弱。另一方面，在構(gòu)成電極的粉末粒徑小的情況下，在電極中的粉末相互結(jié)合的點(diǎn)數(shù)多，電極強(qiáng)度高。
如以上所說(shuō)明的那樣，在本實(shí)施方式中，通過(guò)對(duì)構(gòu)成電極的電極材料的粉末粒徑和電極的硬度，以最合適的加工條件進(jìn)行加工，可以進(jìn)行厚膜堆積，能夠形成具有足夠強(qiáng)度的覆蓋膜。
如上所述，在把難以形成碳化物材料即Co粉末作為電極材料使用的情況下，作為放電的脈沖條件，通過(guò)使用放電脈沖寬度為小于或等于50μm、峰值電流為10A左右的條件，可以形成致密的厚的覆蓋膜。但是，發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將容易形成碳化物的材料即Mo(鉬、粒徑為0.7μm)作為電極材料使用的電極，也能形成致密的厚覆蓋膜(僅是Mo)。
由于Mo是容易形成碳化物的材料，使用放電脈沖寬度為大于或等于60μs而小于或等于70μs的比較長(zhǎng)的條件，把由放電脈沖未完全熔融的電極材料提供給工件，對(duì)形成致密的覆蓋膜是有效的。在Mo這種容易形成碳化物的材料的情況下，如果電極材料在由放電脈沖完全熔融的狀態(tài)下提供給工件側(cè)，則提供給工件側(cè)的電極材料碳化，成為碳化鉬，難以形成厚膜。但是，如上所述調(diào)整放電脈沖，把由放電脈沖未完全熔融的電極材料提供給工件，則可以形成致密的覆蓋膜。
實(shí)施方式4.
下面參照示意圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4進(jìn)行說(shuō)明。圖11是表示實(shí)施方式4中的放電表面處理用電極的制造方法的概念的剖面圖。把粒徑1μm左右的Co合金粉末51填充到圖11中由金屬模具的上沖頭52、金屬模具的下沖頭53、金屬模具的沖模54圍成的空間中。然后用上沖頭52和下沖頭53將此Co合金粉末51壓縮成型，制成規(guī)定形狀的粉末壓縮體。在放電表面處理時(shí)，此粉末壓縮體作為放電電極。
在本實(shí)施方式中，使用平均粒徑為1μm左右的含有Cr(鉻)、Ni(鎳)、W(鎢)等的Co基合金(Cr20重量％、Ni10重量％、W15重量％、其余為Co(鈷))作為Co合金粉末51。
這個(gè)狀態(tài)下，粉末壓縮體電阻高，這個(gè)狀態(tài)作為放電表面處理用電極使用有問(wèn)題。
此外，由于Co合金粉末51是硬質(zhì)合金，所以用沖壓使粉末成塊是困難的，為了提高成型性，必須在Co合金粉末51中添加石蠟等蠟。但是，電極內(nèi)蠟的殘留量越多，放電表面處理時(shí)的電導(dǎo)率越惡化。因此優(yōu)選的是在后面的步驟中除去蠟。
所以，為了去除蠟及降低電極的電阻，把粉末壓縮體放入真空爐中，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間的升溫時(shí)間后，保持1小時(shí)至2小時(shí)的規(guī)定加熱溫度。
在實(shí)施方式3中，由粒徑為1μm的Co粉末進(jìn)行電極成型的情況下，加熱溫度為200℃～250℃最合適，與此相對(duì)，在由Co合金粉末51進(jìn)行電極成型的情況下，使電阻降低的最合適的加熱溫度為800℃～900℃的高溫。在這里，如果使電極一次加熱到800℃，則蠟碳化，以?shī)A雜物殘留在電極內(nèi)，所以必須在低溫下進(jìn)行一次去除蠟的處理。
此外，本結(jié)構(gòu)的電極在加熱溫度為200℃及300℃的情況下是易碎的狀態(tài)，不能形成覆蓋膜。此外，加熱溫度為1000℃的情況下，電極的硬度變硬，不能形成覆蓋膜。
然后，以Co合金粉末51的平均粒徑為參數(shù)，研究了可以形成致密的覆蓋膜的條件。設(shè)定峰值電流為10A，使脈沖寬度產(chǎn)生各種變化。使用在放電表面處理時(shí)成型為適當(dāng)硬度的條件的各個(gè)電極。在這里，所謂的“適當(dāng)?shù)挠捕取币馑际侵妇哂锌梢孕纬芍旅艿母采w膜的條件。
如果電極的硬度不適當(dāng)，難以形成致密的厚膜。在電極的硬度過(guò)硬的情況下，不能形成厚膜。此外，在電極的硬度過(guò)軟的情況下，可以形成堆積的膜，但該膜是多孔的，不致密。
圖12表示以Co合金粉末51的平均粒徑作為參數(shù)，研究可以形成致密的覆蓋膜的條件的結(jié)果。形成的覆蓋膜變得致密的范圍和形成的覆蓋膜變得多孔等不形成致密的覆蓋膜的范圍，存在有重疊的部分，這是由于電極的硬度等造成的在范圍上有一定程度的差異所致。
在圖12中，由于電極的最合適的硬度因電極材料的粉末粒徑而不同，所以在某一粒徑的粉末中，對(duì)可以形成致密的覆蓋膜的硬度進(jìn)行對(duì)比。例如，在電極材料的平均粒徑為2μm～6μm的電極的情況下，如果電極的硬度硬，即使用10μs左右的脈沖寬度也能形成致密的覆蓋膜。另一方面，在電極的硬度軟的情況下，即使用40μs左右的脈沖寬度也變成多孔的覆蓋膜。
根據(jù)這樣的電極的硬度等條件，變得致密的脈沖寬度的條件存在差異，但大致上在圖12所示的范圍中存在可以形成致密的厚膜的條件。
在上述說(shuō)明中，使用了把合金比例為“Cr(鉻)20重量％、Ni(鎳)10重量％、W(鎢)15重量％、其余為Co(鈷)”的合金制成粉末的材料，當(dāng)然制成粉末的合金用其他配比的合金也可以。例如可以使用合金比例為“Cr(鉻)25重量％、Ni(鎳)10重量％、W(鎢)7重量％、其余為Co(鈷)”的合金。此外，也可以使用合金比例為“Mo(鉬)28重量％、Cr(鉻)17重量％、Si(硅)3重量％、其余為Co(鈷)”的合金、“Cr(鉻)15重量％、Fe(鐵)8重量％、其余為Ni(鎳)”的合金、“Cr(鉻)21重量％、Mo(鉬)9重量％、Ta(鉭)4重量％、其余為Ni(鎳)”的合金、合金比例為“Cr(鉻)19重量％、Ni(鎳)53重量％、Mo(鉬)3重量％、Cd(鎘)+Ta(鉭)5重量％、Ti(鈦)0.8重量％、Al(鋁)0.6重量％、其余為Fe(鐵)”的合金等。但是，由于當(dāng)合金的合金比例不同時(shí)，材料的硬度等的性質(zhì)不同，所以電極成型性和覆蓋膜的狀態(tài)多少會(huì)產(chǎn)生一些差異。
此外，在本實(shí)施方式中，作為電極成分使用以Co為主要成分的Co合金粉末，這是因?yàn)?，如前所述?duì)于使覆蓋膜增厚是有效的。在使用只由容易形成碳化物的材料構(gòu)成的電極的放電表面處理中，形成的覆蓋膜為碳化物陶瓷狀態(tài)，所以覆蓋膜的導(dǎo)熱性惡化，由放電容易去除覆蓋膜。
所以把難以形成碳化物的材料即Co作為成分進(jìn)行混合，覆蓋膜的導(dǎo)熱性不惡化，可以使覆蓋膜變厚。作為具有與Co相同效果的材料有Ni、Fe等。
此外，放電條件的峰值電流在本例子中定為10A，但如果大于或等于大約30A，可以在大體相同的范圍得到致密的厚膜。如果峰值電流大于或等于30A，因放電的沖擊使電極產(chǎn)生不必要的大的崩潰，此外由于加熱量變多，所以產(chǎn)生電極的硬度變硬等問(wèn)題。
由本實(shí)施方式，通過(guò)對(duì)于構(gòu)成電極的粉末粒徑及電極的硬度在最佳的加工條件(放電脈沖條件)進(jìn)行加工(放電表面處理)，可以堆積致密的厚膜，能夠形成有足夠強(qiáng)度的覆蓋膜。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，本發(fā)明所涉及的放電表面處理方法，在需要形成致密的比較厚的覆蓋膜的產(chǎn)業(yè)中是有用的，特別適用于需要高溫環(huán)境下的強(qiáng)度和潤(rùn)滑性能等用途。
權(quán)利要求
1.一種放電表面處理方法，以將金屬粉末或金屬的化合物粉末壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，在加工液中或空氣中，使電極和工件之間產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量在工件表面形成由前述電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或由電極材料利用放電能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜，其特征在于，使用將平均粒徑為6μm～10μm的金屬粉末或金屬的化合物粉末混合后壓縮成型的電極，在脈沖寬度為50μs～500μs、峰值電流值小于或者等于30A的加工條件下，進(jìn)行以金屬為主要成分的厚膜堆積。
2.如權(quán)利要求1所述的放電表面處理方法，其特征在于，作為前述電極，使用將難以形成碳化物的材質(zhì)的前述金屬粉末，和容易形成碳化物的材質(zhì)的前述金屬粉末混合后壓縮成型的電極。
3.如權(quán)利要求2所述的放電表面處理方法，其特征在于，作為前述電極，使用含大于或等于40體積％的難以形成前述碳化物的材質(zhì)的前述金屬粉末的電極。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的放電表面處理方法，其特征在于，作為前述電極，使用按“Cr(鉻)20重量％、Ni(鎳)10重量％、W(鎢)15重量％、其余為Co(鈷)”、“Cr(鉻)25重量％、Ni(鎳)10重量％、W(鎢)7重量％、其余為Co(鈷)”、“Mo(鉬)28重量％、Cr(鉻)17重量％、Si(硅)3重量％、其余為Co(鈷)”、“Cr(鉻)15重量％、Fe(鐵)8重量％、其余為Ni(鎳)”、“Cr(鉻)21重量％、Mo(鉬)9重量％、Ta(鉭)4重量％、其余為Ni(鎳)”、或“Cr(鉻)19重量％、Ni(鎳)53重量％、Mo(鉬)3重量％、Cd(鎘)+Ta(鉭)5重量％、Ti(鈦)0.8重量％、Al(鋁)0.6重量％、其余為Fe(鐵)”的比例，將前述金屬粉末混合后的材料，或以此比例配制的前述金屬的化合物粉末壓縮成型的電極。
5.一種放電表面處理方法，以將金屬粉末或金屬的化合物粉末壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，在加工液中或空氣中，使電極和工件之間產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量在工件表面形成由前述電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或由電極材料利用放電能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜，其特征在于，使用將平均粒徑小于或者等于3μm的金屬粉末或金屬的化合物粉末壓縮成型的電極，在脈沖寬度小于或者等于70μs、峰值電流小于或者等于30A的加工條件下，進(jìn)行以金屬為主要成分的厚膜堆積。
6.如權(quán)利要求5所述的放電表面處理方法，其特征在于，前述電極使用難以形成碳化物的材質(zhì)的金屬粉末作為電極材料。
7.如權(quán)利要求6所述的放電表面處理方法，其特征在于，作為前述電極，使用含大于或等于40體積％的難以形成前述碳化物的材質(zhì)的前述金屬粉末的電極。
8.如權(quán)利要求5～7中任一項(xiàng)所述的放電表面處理方法，其特征在于，作為前述電極，使用按“Cr(鉻)20重量％、Ni(鎳)10重量％、W(鎢)15重量％、其余為Co(鈷)”、“Cr(鉻)25重量％、Ni(鎳)10重量％、W(鎢)7重量％、其余為Co(鈷)”、“Mo(鉬)28重量％、Cr(鉻)17重量％、Si(硅)3重量％、其余為Co(鈷)”、“Cr(鉻)15重量％、Fe(鐵)8重量％、其余為Ni(鎳)”、“Cr(鉻)21重量％、Mo(鉬)9重量％、Ta(鉭)4重量％、其余為Ni(鎳)”、或“Cr(鉻)19重量％、Ni(鎳)53重量％、Mo(鉬)3重量％、Cd(鎘)+Ta(鉭)5重量％、Ti(鈦)0.8重量％、Al(鋁)0.6重量％、其余為Fe(鐵)”的比例，將前述金屬粉末混合后的材料，或以此比例配制的前述金屬的化合物粉末壓縮成型的電極。
9.一種放電表面處理方法，以將金屬粉末或金屬的化合物粉末壓縮成型的粉末壓縮體，或者把此粉末壓縮體進(jìn)行加熱處理后的粉末壓縮體作為電極，在加工液中或空氣中，使電極和工件之間產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量在工件表面形成由前述電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或由電極材料利用放電能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜，其特征在于，使用將平均粒徑大于或等于2μm而小于或等于6μm的金屬粉末或金屬的化合物粉末壓縮成型的電極，在脈沖寬度為5μs～100μs、峰值電流小于或者等于30A的加工條件下，進(jìn)行以金屬為主要成分的厚膜堆積。
10.如權(quán)利要求9所述的放電表面處理方法，其特征在于，前述電極使用含有難以形成碳化物的材料的合金作為電極材料。
11.如權(quán)利要求10所述的放電表面處理方法，其特征在于，作為前述電極，使用含大于或等于40體積％的難以形成前述碳化物的材質(zhì)的前述金屬粉末的電極。
12.如權(quán)利要求9～11中任一項(xiàng)所述的放電表面處理方法，其特征在于，作為前述電極，使用按“Cr(鉻)20重量％、Ni(鎳)10重量％、W(鎢)15重量％、其余為Co(鈷)”、“Cr(鉻)25重量％、Ni(鎳)10重量％、W(鎢)7重量％、其余為Co(鈷)”、“Mo(鉬)28重量％、Cr(鉻)17重量％、Si(硅)3重量％、其余為Co(鈷)”、“Cr(鉻)15重量％、Fe(鐵)8重量％、其余為Ni(鎳)”、“Cr(鉻)21重量％、Mo(鉬)9重量％、Ta(鉭)4重量％、其余為Ni(鎳)”、或“Cr(鉻)19重量％、Ni(鎳)53重量％、Mo(鉬)3重量％、Cd(鎘)+Ta(鉭)5重量％、Ti(鈦)0.8重量％、Al(鋁)0.6重量％、其余為Fe(鐵)”的比例，將前述金屬粉末混合后的材料，或以此比例配制的前述金屬的化合物粉末壓縮成型的電極。
全文摘要
本發(fā)明是在進(jìn)行以下放電表面處理，即，以將金屬粉末或金屬的化合物粉末壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，在加工液中或空氣中，使電極和工件之間產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量在工件表面形成，由電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或由電極材料利用放電能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜時(shí)，使用將平均粒徑為6μm～10μm的金屬粉末或金屬的化合物粉末混合后壓縮成型的電極，在脈沖寬度為50μs～500μs、峰值電流小于或者等于30A的加工條件中，進(jìn)行以金屬為主要成分的厚膜堆積。
文檔編號(hào)C23C26/00GK1802453SQ20048001583
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者后藤昭弘, 秋吉雅夫, 松尾勝弘, 落合宏行, 渡邊光敏, 古川崇 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社, 石川島播磨重工業(yè)株式會(huì)社