(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極を電極として、加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記電極材料に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合した電極を使用することを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項２】
加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理装置において、
上記電極を、金属あるいは金属の化合物、あるいは、セラミックスの粉末に、炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合したもので構成したことを特徴とする放電表面処理用電極。
【請求項３】
金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極を電極として、加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、
金属材料に炭素あるいは黒鉛あるいは放電の熱エネルギーにより炭素を発生させる物質を混入した電極を使用することを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項４】
電極の材質が、チタン粉末、あるいは、チタンの化合物であることを特徴とする請求項１あるいは３に記載の放電表面処理方法。
【請求項５】
電極の材質が、チタン粉末、あるいは、チタンの化合物であることを特徴とする請求項２に記載の放電表面処理用電極。
【請求項６】
金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極を電極として、加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記電極材料に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合した電極を使用し、加工液に水を使用することを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項７】
金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極を電極として、加工液中において電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理装置において、
金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末に、炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合して成形した電極と、
前記電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させる電源装置と、
前記電極と被処理材料との間に加工液である水を供給する加工液供給手段と
を有することを特徴とする放電表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、電極と被処理材料間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極の改良に関するものである。
背景技術
液中放電によって金属材料の表面をコーティングして、耐食性、耐磨耗性を与える技術は既に公知となっており、その技術の骨子は次のとおりである。即ち、タングステンカーバイドＷＣとコバルトＣｏの粉末を混合して圧縮成形した電極で液中放電を行うことにより、電極材料を被処理材料に堆積させ、その後、銅電極、グラファイト電極等の別の電極によって、再溶融放電加工を行って、より高い硬度と高い密着力を得るものである。
以下、前記従来技術について第５図を用いて説明する。タングステンカーバイド−コバルトＷＣ−Ｃｏの混合圧粉体電極を用いて、被処理材料（母材Ｓ５０Ｃ）に液中で放電加工を行い、タングステンカーバイド−コバルトＷＣ−Ｃｏを堆積させる（１次加工）。次いで銅電極のようなそれほど消耗しない電極によって再溶融加工（２次加工）を行う。１次加工の堆積のままでは、組織は硬度もビッカース硬度Ｈｖ＝１４１０程度であり、また空洞も多かったが、２次加工の再溶融加工によって被覆層の空洞が無くなり、硬度もＨｖ＝１７５０と向上している。
この方法は鋼材に対しては硬く、しかも密着度のよい被覆層が得られるが、超硬合金のような焼結材料の表面には強固な密着力を持った被覆層を形成することは困難である。
しかし、本発明者等の研究によると、チタンＴｉ等の硬質炭化物を形成する材料を電極として、被処理材料である金属材料との間に放電を発生させると、再溶融加工の過程なしに強固な硬質膜を被処理材料である金属表面に形成できることが判明した。これは、放電により消耗した電極材料と加工液中の成分である炭素Ｃが反応して炭化チタンＴｉＣが生成することによるものであると理解される。また、さらに、水素化チタンＴｉＨ２など、金属の水素化物の圧粉体電極により、被処理材料である金属材料との間に放電を発生させると、チタンＴｉ等の材料を使用する場合よりも、速く、かつ密着性よく硬質膜を形成できることが判明した。さらに、水素化チタンＴｉＨ２等の水素化物に他の金属やセラミックスを混合した圧粉体電極により、被処理材料である金属材料との間に放電を発生させると硬度、耐磨耗性等様々な性質をもった硬質皮膜を素早く形成できることがわかっている。この方法については、日本国特開平９−１９２９３７号公報に開示されている。
前記従来の放電表面処理方法は、電極材質と、加工液中成分が放電による熱で分解してできた炭素Ｃとが反応して硬質の炭化物の被膜を被処理材料に形成するというものである。しかし、この方法は、供給される炭素Ｃの量に限度があり、被膜の硬度が十分上昇しないという問題があった。
発明の開示
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、被処理材料に形成される硬質被膜の硬度をより高くする放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極を提供することを目的とする。
また、火災の心配のない水を使用する放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、第１の発明にかかる放電表面処理方法は、金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極、もしくは、金属電極を電極として、電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、前記電極材料に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電の熱エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合した電極を使用することを特徴とするものである。
また、第２の発明にかかる放電表面処理用電極は、電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理装置において、上記電極を、金属あるいは金属の化合物、あるいは、セラミックスの粉末に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合したもので構成したことを特徴とするものである。
また、第３の発明にかかる放電表面処理方法は、金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極、もしくは、金属電極を電極として、電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、金属材料に炭素あるいは黒鉛あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混入した電極を使用することを特徴とするものである。
また、第４の発明にかかる放電表面処理方法は、電極の材質が、チタン粉末、あるいは、チタンの化合物であることを特徴とするものである。
また、第５の発明にかかる放電表面処理用電極は、電極の材質が、チタン粉末、あるいは、チタンの化合物であることを特徴とするものである。
また、第６の発明にかかる放電表面処理方法は、金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末を圧縮成形した圧粉体電極、もしくは、金属電極を電極として、電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーにより、前記被処理材料表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギーにより反応した物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理装置において、金属粉末あるいは金属の化合物の粉末、あるいは、セラミックスの粉末に炭素あるいは黒鉛の粉末あるいは放電エネルギーにより炭素を発生させる物質を混合して成形した電極と、前記電極と被処理材料との間にパルス状の放電を発生させる電源装置と、前記電極と被処理材料との間に加工液である水を供給する加工液供給手段とを有することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の第１の実施形態を説明する図である。
第２図は、この発明の第２の実施形態を説明する図である。
第３図は、この発明の第３の実施形態を説明する図である。
第４図は、この発明の第４の実施形態を説明する図である。
第５図は、従来例を示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態
次に、この発明について、以下のとおり、実施例を説明する。
実施例１．
図１はこの発明の第１の実施の形態の放電表面処理装置の概念を示す構成図である。
図において、１は水素化チタンＴｉＨ 2＋グラファイトＧｒの圧粉体電極、２は被処理材料、３は加工槽、４は加工液、５は圧粉体電極１と被処理材料２に印加する電圧および電流のスイッチングを行なうスイッチング素子、６はスイッチング素子５のオン・オフを制御する制御回路、７は電源、８は抵抗器、９は被処理材料２に形成された硬質被膜である。
次に、本実施の形態の放電表面処理装置による表面処理方法について詳述する。
圧粉体電極１と被処理材料２を適切な間隙（１０μｍ〜数１０μｍ）に制御しつつ（位置制御のための駆動系については図示しない）、圧粉体電極１と被処理材料２の間にパルス状の放電を発生させる。すると放電エネルギーにより圧粉体電極１が消耗し、加工液中の成分である炭素Ｃと電極中の成分であるチタンＴｉが反応して、硬質の炭化チタンＴｉＣとなり、被処理材料２に付着し硬質被膜９を形成する。この際、電極中にグラファイトＧｒ粉末（黒鉛粉末）など、炭素系の粉末を混合することにより、チタンＴｉと反応する炭素を多量に供給することができ、未反応のチタンＴｉを残すことなく、完全な炭化チタンＴｉＣ被膜とすることができる。第１図のように、チタンＴｉ系の粉末として水素化チタンＴｉＨ２を使用した場合、水素化チタンＴｉＨ２のみの圧粉体電極で処理を行なった場合の被膜の硬度は、ビッカース硬度１５００ＨＶ程度であるが、これにグラファイト粉末を加えたときの硬度は、約３０００ＨＶとなり、炭化チタンＴｉＣの硬度とほぼ同等の極めて硬い被膜とすることができる。
電極に他の材料を混合した場合にも、グラファイト粉末を加えることにより硬度を高める効果は同様に認められる。
実施例２．
第２図は、この発明の第２の実施の形態を示す放電表面処理用電極の概念を示す構成図である。
図において、１１は水素化チタンＴｉＨ２の粉末、１２はエポキシ系の接着剤など放電エネルギーにより炭素を発生する材料である。
次に、本実施の形態の放電表面処理電極による表面処理方法について詳述する。
圧粉体電極１０と被処理材料を適切な間隙（１０μｍ〜数１０μｍ）に制御しつつ（位置制御のための駆動系については図示しない）、圧粉体電極１０と被処理材料の間にパルス状の放電を発生させる。すると放電エネルギーにより圧粉体電極１０が消耗する。この際に加工液中の成分である炭素と電極中の成分であるチタンＴｉが反応して、硬質の炭化チタンＴｉＣとなり、被処理材料に付着し硬質被膜を形成する。しかし、電極中のチタンＴｉは完全には炭化チタンＴｉＣになることはできない。これは、電極から放出されるチタンＴｉの量に比べて加工液中から供給される炭素量が少ないためである。そのため、電極中に炭素の供給源として放電エネルギーにより炭素を発生する材料、例えばエポキシ系接着剤１２を混合する。エポキシ系接着剤などの物質は、炭素原子Ｃ、水素原子Ｈ、酸素原子Ｏなどからなる物質である。放電エネルギーにより分解され、水素原子は主に水Ｈ２Ｏあるいは水素ガスＨ２に、酸素原子は水Ｈ２Ｏ、二酸化炭素ＣＯ２に、炭素原子は二酸化炭素ＣＯ２、炭素Ｃになる。ここで生成した炭素Ｃが電極中のチタンＴｉが炭化チタンＴｉＣに反応する際に使われ、硬質被膜を形成するのに役立つ。
電極に他の材料を混合した場合にも、エポキシ系接着剤など放電エネルギーにより炭素を発生する材料を加えることにより被膜硬度を高める効果は同様に認められる。また、パラフィンなどを電極に混合することも同様の効果があり、さらに、電極をしっかりと成形できるという効果もある。
実施例３．
第３図はこの発明の第３の実施の形態の放電表面処理装置の概念を示す構成図である。
図において、３０１は水素化チタンＴｉＨ 2＋グラファイトＧｒの圧粉体電極、３０２は被処理材料、３０３は加工槽、３０４は加工液である水、３０５は圧粉体電極３０１と被処理材料３０２に印加する電圧および電流のスイッチングを行なうスイッチング素子、３０６はスイッチング素子３０５のオン・オフを制御する制御回路、３０７は電源、３０８は抵抗器、３０９は被処理材料３０２に形成された硬質被膜である。
次に、本実施の形態の放電表面処理装置による表面処理方法について詳述する。
圧粉体電極３０１と被処理材料３０２を適切な間隙（１０μｍ〜数１０μｍ）に制御しつつ（位置制御のための駆動系については図示しない）、圧粉体電極３０１と被処理材料３０２の間にパルス状の放電を発生させる。すると放電エネルギーにより圧粉体電極３０１が消耗し、同時に電極中の炭素（グラファイト）Ｃと水素化チタンＴｉＨ２が分解したチタンＴｉとが反応して硬質の炭化チタンＴｉＣとなり、被処理材料３０２に付着し硬質被膜３０９を形成する。
従来の放電表面処理の方法は、電極材質と、加工液中成分が放電による熱で分解してできた炭素Ｃとが反応して硬質の炭化物の被膜を被処理材料に形成するというものである。しかし、この方法では、加工液として油を使用する必要があり火災の可能性があるために使用方法に制限がくわえられることがあった。そこで、電極材質に炭素系の材料を混合させることにより電極内部で金属と炭素を反応させることにより加工液を水としても硬質炭化物被膜を形成することが可能である。
実施例４．
第４図はこの発明の第４の実施の形態の放電表面処理用電極の概念を示す構成図で、リニアガイドに対して処理を行う様子を示している。
図において、４１１は水素化チタンＴｉＨ 2＋グラファイトＧｒの圧粉体電極、４１２は被処理材料であるリニアガイド、４１３は加工液である水を放出するためのノズル、４１４は加工液である水、４１５は圧粉体電極４１１と被処理材料４１２に印加する電圧および電流のスイッチングを行なうスイッチング素子、４１６はスイッチング素子４１５のオン・オフを制御する制御回路、４１７は電源、４１８は抵抗器、４１９はリニアガイド４１２に形成された硬質被膜である。
次に、本実施の形態の放電表面処理電極による表面処理方法について詳述する。
圧粉体電極４１１とリニアガイド４１２を適切な間隙（１０μｍ〜数１０μｍ）に制御しつつ（位置制御のための駆動系については図示しない）、加工液である水４１４を吹きかけながら圧粉体電極４１１とリニアガイド４１２の間にパルス状の放電を発生させる。すると放電エネルギーにより圧粉体電極４１１が消耗しながら炭素と反応し炭化物となってリニアガイド４１２の表面に硬質膜が形成できる。従来の放電表面処理の方法は、電極材質と、加工液中成分が放電による熱で分解してできた炭素Ｃとが反応して硬質の炭化物の被膜を被処理材料に形成するというものである。しかし、この方法では、加工液として油を使用する必要があり火災の可能性があるために使用方法に制限が加えられることがあった。そこで、電極材質に炭素系の材料を混合させることにより電極内部で金属と炭素を反応させることにより加工液を水としても硬質炭化物被膜を形成することが可能である。本実施例の場合は、従来では不可能であった加工液の吹きかけ加工が可能になっている。
以上のように、第１の発明に係る放電表面処理方法によれば、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第２の発明に係る放電表面処理用電極は、放電表面処理に使用することにより被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第３の発明に係る放電表面処理方法は、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第４の発明に係る放電表面処理方法は、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第５の発明に係る放電表面処理用電極は、放電表面処理に使用することにより被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第６の発明に係る放電表面処理方法は、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
また、第７の発明に係る放電表面処理装置は、火災の心配をなくした上で、被処理材料表面に硬質な被膜を形成することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明によれば、被処理材料に形成される硬質被膜の硬度をより高くする放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極を提供できる。
また、火災の心配のない水を使用する放電表面処理方法およびその方法を実施する装置並びに電極を提供できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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