(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を含む加工液中で、電極と被加工物との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に金属炭化物を成分として含む硬質被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用電極において、
前記放電表面処理用電極材料として、前記金属炭化物、及び、前記金属炭化物に含まれる金属若しくはその金属の化合物又は硬質炭化物を形成する他の金属若しくはその金属の化合物を含み、バインダとなる材料を含まないことを特徴とする放電表面処理用電極。
【請求項２】
請求項１において、前記金属炭化物が、前記被加工物材料に含まれる金属又は金属化合物の金属炭化物であることを特徴とする放電表面処理用電極。
【請求項３】
請求項２において、前記放電表面処理用電極材料がＷＣ及びＷを含むことを特徴とする放電表面処理用電極。
【請求項４】
炭素を含む加工液中で、電極と被加工物との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に金属炭化物を成分として含む硬質被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用電極の製造方法において、
前記金属炭化物の粉末、及び、前記金属炭化物に含まれる金属の粉末若しくはその金属の化合物の粉末又は硬質炭化物を形成する他の金属の粉末若しくはその金属の化合物の粉末を混合し、バインダとなる材料を混合せずに、圧縮成形して前記放電表面処理用電極を形成することを特徴とする放電表面処理用電極の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、前記放電表面処理用電極材料にワックスを添加した後圧縮成形し、前記ワックスが溶融する温度以上前記ワックスが分解してすすが発生する温度以下にて加熱を行い前記ワックスを蒸発除去して前記放電表面処理用電極を形成することを特徴とする放電表面処理用電極の製造方法。
【請求項６】
炭素を含む加工液中で、放電表面処理用電極と被加工物との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に金属炭化物を成分として含む硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、
前記金属炭化物、及び、前記金属炭化物に含まれる金属若しくはその金属の化合物又は硬質炭化物を形成する他の金属若しくはその金属の化合物を含み、バインダとなる材料を含まない放電表面処理用電極を用いることを特徴とする放電表面処理方法。
【請求項７】
請求項６において、前記金属炭化物が、前記被加工物材料に含まれる金属又は金属化合物の金属炭化物であることを特徴とする放電表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、電極と被加工物との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、被加工物表面に電極材料からなる硬質被膜又は電極材料が放電エネルギ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に用いる、放電表面処理用電極及びその製造方法並びに放電表面処理方法の改良に関するものである。
背景技術
従来、被加工物表面に硬質被膜を形成して、耐食性、耐磨耗性を付与する技術としては、例えば、日本国特開平５−１４８６１５号公報に開示された放電表面処理方法がある。この技術は、ＷＣ（炭化タングステン）粉末とＣｏ（コバルト）粉末を混合して圧縮成形してなる放電表面処理用電極である圧粉体電極を使用して１次加工（堆積加工）を行い、次に銅電極等の比較的電極消耗の少ない電極に交換して２次加工（再溶融加工）を行う、２つの工程からなる金属材料の放電表面処理方法である。この方法は、鋼材に対しては強固な密着力をもった硬質被膜を形成できるが、超硬合金のような焼結材料に対しては強固な密着力を持った硬質被膜を形成することは困難である。
しかし、我々の研究によると、Ｔｉ（チタン）等の硬質炭化物を形成する材料を放電表面処理用電極として、被加工物である金属材料との間に放電を発生させると、再溶融の過程なしに強固な硬質被膜を被加工物である金属表面に形成できることがわかっている。これは、放電により消耗した電極材料と加工液の構成成分であるＣ（炭素）が反応してＴｉＣ（炭化チタン）が生成することによるものである。また、ＴｉＨ２（水素化チタン）等の金属水素化物からなる放電表面処理用電極である圧粉体電極により、被加工物である金属材料との間に放電を発生させると、Ｔｉ等の材料を使用する場合よりも、迅速にかつ密着性が高い硬質被膜を形成できることがわかっている。さらに、ＴｉＨ２等の水素化物に他の金属やセラミックスを混合した放電表面処理用電極である圧粉体電極により、被加工物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被膜を素早く形成することができることがわっている。
このような方法については、例えば、日本国特開平９−１９２９３７号公報に開示されており、このような放電表面処理に用いる放電表面処理用電極及び装置の構成例を第７図により説明する。図において、１はＴｉＨ２粉末を圧縮成形してなる放電表面処理用電極である圧粉体電極、２は被加工物、３は加工槽、４は加工液、５は圧粉体電極１と被加工物２に印加する電圧及び電流のスイッチングを行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は形成された硬質被膜である。このような構成により、圧粉体電極１と被加工物２との間に放電を発生させ、その放電エネルギにより、鉄鋼、超硬合金等からなる被加工物２の表面に硬質被膜９を形成することができる。
このような放電表面処理による被加工物への炭化物からなる硬質被膜形成は、形成する硬質被膜の成分となる炭化物を放電表面処理用電極の成分として放電による熱エネルギにより被加工物に炭化物の被膜を形成するか、又は、形成する硬質被膜の成分となる炭化物を形成する金属若しくはその金属の化合物を放電表面処理用電極の成分として放電による熱エネルギにより加工液の構成成分であるＣと反応させて被加工物に炭化物からなる硬質被膜を形成することにより行われる。
ここで、放電表面処理用電極の成分を炭化物等の比較的硬さの高い材料だけとすると、プレスによる圧縮成形により放電表面処理用電極成分である粉末を固めることができないため、通常は比較的硬さの低い材料をバインダとして混合する。しかし、焼結合金等を作る際にバインダとして使用されるＣｏ（コバルト）等を電極の材料として混合すると、炭化物を作らない材料であるため、被加工物に形成される硬質被膜の硬さが低くなり、高い耐摩耗性が要求されるような用途には使用できないという問題点が生じる。また、被加工物に形成される硬質被膜の材料によっては被加工物の母材材料と相性が悪い場合があり、このような場合には硬質被膜の密着強度が弱くなるという問題点がある。
発明の開示
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、放電表面処理により被加工物に形成される硬質被膜の被膜硬さ及び被膜強度を高くすることができる、放電表面処理用電極及びその製造方法並びに放電表面処理方法を得ることを目的とする。
この発明に係る放電表面処理用電極は、炭素を含む加工液中で、電極と被加工物との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に金属炭化物を成分として含む硬質被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用電極において、前記放電表面処理用電極材料として、前記金属炭化物、及び、前記金属炭化物に含まれる金属若しくはその金属の化合物又は硬質炭化物を形成する他の金属若しくはその金属の化合物を含み、バインダとなる材料を含まないものである。
また、前記金属炭化物が、前記被加工物材料に含まれる金属又は金属化合物の金属炭化物であるものである。
また、前記放電表面処理用電極材料がＷＣ及びＷを含むものである。
この発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、炭素を含む加工液中で、電極と被加工物との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に金属炭化物を成分として含む硬質被膜を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用電極の製造方法において、前記金属炭化物の粉末、及び、前記金属炭化物に含まれる金属の粉末若しくはその金属の化合物の粉末又は硬質炭化物を形成する他の金属の粉末若しくはその金属の化合物の粉末を混合し、バインダとなる材料を混合せずに、圧縮成形して前記放電表面処理用電極を形成するものである。
また、前記放電表面処理用電極材料にワックスを添加した後圧縮成形し、前記ワックスが溶融する温度以上前記ワックスが分解してすすが発生する温度以下にて加熱を行い前記ワックスを蒸発除去して前記放電表面処理用電極を形成するものである。
この発明に係る放電表面処理方法は、炭素を含む加工液中で、放電表面処理用電極と被加工物との間に放電を発生させ、そのエネルギにより、前記被加工物表面に金属炭化物を成分として含む硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、前記金属炭化物、及び、前記金属炭化物に含まれる金属若しくはその金属の化合物又は硬質炭化物を形成する他の金属若しくはその金属の化合物を含み、バインダとなる材料を含まない放電表面処理用電極を用いるものである。
また、前記金属炭化物が、前記被加工物材料に含まれる金属又は金属化合物の金属炭化物であるものである。
この発明は、以上説明したように構成されているので、放電表面処理により被加工物に形成される硬質被膜の被膜硬さ及び被膜強度を高くすることができるという効果がある。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理用電極及びその製造方法の概念を示す断面図であり、図において、１０は放電表面処理用電極、１１はＷＣ（炭化タングステン）粉末、１２はＷ（タングステン）粉末、１３は金型の上パンチ、１４は金型の下パンチ、１５は金型のダイであり、ＷＣ粉末１１及びＷ粉末１２を混合してプレス金型に入れ、圧縮成形することにより放電表面処理用電極１０を形成する。
背景技術において示したように、被加工物に形成される硬質被膜の硬さをより高くする場合には、被膜成分をより硬さの高い材料のみとするべく放電表面処理用電極の成分を炭化物等の比較的硬さの高い材料だけとすることが望ましい。また、被加工物に形成される硬質被膜の材料によっては被加工物の母材材料と相性が悪い場合があり、硬質被膜の密着強度が弱くなる等の問題が発生する場合があるため、被加工物の母材材料と相性がよい材料を放電表面処理用電極に混入する必要がある。
この発明の実施の形態１に係る発明は、被膜成分をより硬さの高い材料のみとすると共に被加工物母材と被加工物に形成される硬質被膜との相性を良くするために、放電表面処理用電極材料として、より硬さの高い硬質金属炭化物の粉末、及び、被加工物母材に含まれ、加工液中に含まれるＣ（炭素）と反応して前記硬質炭化物を形成する材料の粉末を混合して、圧縮成形して放電表面処理用電極を形成するものである。
例えば、第１図の放電表面処理用電極１０は、ＷＣとＣｏの焼結材料である超硬合金を被加工物の主な対象とした場合を示している。超硬合金の硬さはマイクロビッカース硬さでＨＶ＝１３００〜２０００程度である。これは、ＷＣの硬さはＨＶ＝２４００程度であるが、軟らかいＣｏを混入するために、全体の硬さが低下するためである。第１図の放電表面処理用電極１０は、ＷＣとＷからなり、この電極を用いた放電表面処理により、より硬さの高い材料であるＷＣのみの被膜を被加工物に形成することができる。また、ＷＣは超硬合金の成分と同一材料であるため、母材である超硬合金との相性がよく、強い密着力を実現することができる。第２図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理方法を示したものであり、第３図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理方法により被加工物に硬質被膜が形成される様子を示したものである。図において、３は加工槽、４はＣをその構成成分として含む加工液、１０はＷＣとＷからなる放電表面処理用電極、１６は超硬合金である被加工物、１７は放電表面処理用電源装置、１８は放電のアーク柱、１９は放電の熱により溶融し被加工物側に移動した放電表面処理用電極成分、２０はＷＣからなる硬質被膜である。第２図の放電表面処理用電源装置１７により放電表面処理用電極１０と被加工物１６との間に放電が発生すると、第３図の（ａ）のように放電の熱で放電表面処理用電極１０が溶融し、極間に放出され、放電の熱により溶融し被加工物側に移動した放電表面処理用電極成分１９が被加工物１６に付着する。次に、第３図の（ｂ）に示すように、放電表面処理用電極１０の成分であるＷは加工液４の構成成分であるＣと反応してＷＣになり、放電表面処理用電極１０の成分であるＷＣと共にＷＣからなる硬質被膜２０が被加工物１６に形成される。
実施の形態２．
第５図はこの発明の実施の形態２に係る放電表面処理用電極の製造方法の概念を示す図であり、図において、１０は放電表面処理用電極、１１はＷＣ粉末、１２はＷ粉末、２３はパラフィン等のワックス、２４は真空炉、２５は高周波コイル、２６は真空雰囲気である。ワックス２３をＷＣ粉末１１とＷ粉末１２を混合した粉末に混合して圧縮成形して圧粉体電極を形成することにより、成形性を著しく向上させることができる。しかし、ワックス２３は絶縁性物質であるため、電極中に大量に残ると、電極の電気抵抗が大きくなるため放電性が悪化する。そこで、ワックス２３を除去することが必要になる。第５図の（ａ）はワックス２３を混合した圧粉体電極を真空炉２１に入れて加熱する様子を示しており、真空雰囲気２６内で加熱を行っているが、水素やアルゴンガス等のガス中であってもよい。真空炉２４中の圧粉体電極を真空炉２４の周りに設置した高周波コイル２５により高周波加熱する。この時、加熱温度が低すぎるとワックス２３が除去できず、温度が高すぎるとワックス２３がすすになってしまい、電極の純度を劣化させるので、ワックス２３が溶融する温度以上かつワックス２３が分解してすすになる温度以下に保つ必要がある。例として２５０℃の沸点を有するワックスの蒸気圧曲線を第６図に示す。真空炉２４の気圧をワックス２３の蒸気圧以下に保つと、第５図の（ｂ）に示すようにワックス２３が蒸発して除去され、ＷＣとＷからなる放電表面処理用電極１０を得ることができる。
以上の説明においては、ＷＣ及びＷからなる放電表面処理用電極１０並びにＷＣ及びＦｅからなる放電表面処理用電極２１について説明したが、放電表面処理用電極には被加工物に応じて他の材料を混合することができることはもちろんである。例えば、被加工物がチタン金属である場合に、被加工物に硬質被膜を形成する場合には、ＴｉＣ（炭化チタン）とＴｉ（チタン）、ＴｉＣとＴｉＯ２（酸化チタン）、又はＴｉＣとＴｉＨ２（水素化チタン）等の組み合わせにより、被加工物の母材との相性のよい被膜を被加工物に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、この発明に係る放電表面処理用電極及びその製造方法並びに放電表面処理方法は、被加工物表面に硬質被膜を形成する表面処理関連産業に用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理用電極及びその製造方法の概念を示す断面図である。
第２図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理方法を示す構成図である。
第３図は、この発明の実施の形態１に係る放電表面処理方法により被加工物に被膜が形成される様子を示す説明図である。
第５図は、この発明の実施の形態２に係る放電表面処理用電極の製造方法の概念を示す説明図である。
第６図は、この発明の実施の形態２に係る放電表面処理用電極の圧縮成形時に放電表面処理用量極材料に混合するワックスの蒸気圧曲線の例を示す図である。
第７図は、従来の放電表面処理用電極及び装置の例を示す構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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