WO2001005545A1 - Electrode pour traitement de surface par decharge et procede de production de celle-ci - Google Patents

Description

明 細 書 放電表面処理用電極及びその製造方法 技術分野

この発明は、 電極と被処理材料との間に放電を発生させ、 そのエネル ギにより、 被処理材料表面に電極材料からなる硬質被膜あるいは電極材 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 電表面処理作業に用いる放電表面処理用電極及びその製造方法の改良に 関するものである。 背景技術

従来、 被処理材料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 - 1 4 8 6 1 5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、 W C (タングステン カーバイ ド） 粉末と C o (コバルト） 粉末を混合して圧縮成形してなる 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も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、 T i (チタン） 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、 再溶融の過程なしに強固な硬質被膜を被処理材料である金属 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 極材料と加工液中の成分である炭素が反応して T i C (炭化チタン） が 生成することによるものである。 また、 T i H ₂ (水素化チタン） 等の 金属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、 T i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、 T i H 2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被膜を素早く形成することができるこ とがわつている。

このような方法については、 例えば、 日本国特開平 9一 1 9 2 9 3 7 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装置の構成 例を第 3図により説明する。 図において、 1は T i H 2粉末を圧縮成形 してなる圧粉体電極、 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に印加する電圧及び電流のスィツチングを 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 と被処理材料 2との間に放電を発 生させることにより、 放電エネルギにより、 鉄鋼、 超硬合金等の被処理 材料 2の表面に強固な密着力をもつた硬質被膜 9を形成することができ る。

このような放電表面処理に用いる電極としては、 ある程度の強度がな いと取り扱いが困難であると共に、 放電表面処理の際に放電エネルギに より電極が過度に崩れすぎ、 電極材料が被処理材料の表面に溶融した状 態で付着できないという問題がある。 また、 電極の強度が高く、 電極が 固まりすぎている場合には、 放電表面処理の際に放電エネルギにより電 極が崩れにくく、 処理効率が低下するという問題がある。 したがって、 放電表面処理用電極には、 適度な強度及び崩れやすさが要求される。 こ のような特性をもった材料として、 金属水素化物が挙げられるが、 水に 触れると自然発火する危険があるため、 安全面での問題がある。 したが つて、 金属水素化物を電極材料に含む実用的な放電表面処理用電極を得 ることはできなかった。 発明の開示

この発明は、 前記の課題を解決するためになされたものであり、 放電 表面処理の処理効率の向上が図れ、 安全性に優れると共に製造コストを 低減できる、 実用的な放電表面処理用電極及びその製造方法を得ること を目的とする。

第 1の発明に係る放電表面処理用電極は、 電極と被処理材料との間に 放電を発生させ、 そのエネルギにより、 前記被処理材料表面に硬質被膜 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、 少なく とも金属炭化物の粉末と金属水素化物の粉末とを混合し、 圧縮成形後に 加熱処理を行い、 前記金属水素化物中の水素を放出させて形成されるも のである。

第 2の発明に係る放電表面処理用電極は、 第 1の発明において、 前記 金属炭化物が炭化チタンであり、 前記金属水素化物が水素化チタンであ るものである。

第 3の発明に係る放電表面処理用電極は、 第 1の発明において、 前記 金属炭化物の粉末と前記金属水素化物の粉末との混合比を、 所期の電極 強度及び崩れやすさに合わせて設定するものである。

第 4の発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、 電極と被処理材 料との間に放電を発生させ、 そのエネルギにより、 前記被処理材料表面 に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、 少なくとも金属炭化物の粉末と金属水素化物の粉末とを 混合し、 圧縮成形後に加熱処理を行い、 前記金属水素化物中の水素を放 出させて前記放電表面処理用電極を製造するものである。

第 5の発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、 第 4の発明にお いて、 前記金属炭化物が炭化チタンであり、 前記金属水素化物が水素化 チタンであるものである。

第 6の発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、 第 4の発明にお いて、 前記金属炭化物の粉末と前記金属水素化物の粉末との混合比を、 所期の電極強度及び崩れやすさに合わせて設定するものである。

この発明は前記のように構成されているため、 以下に示すような効果 を奏する。

第 1の発明及び第 2の発明に係る放電表面処理用電極は、 安価かつ安 全性に優れるという効果がある。 また、 この放電表面処理用電極を用い た放電表面処理において、 被処理材料に良好な硬質被膜を形成できると 共に処理効率を向上することができるという効果がある。

第 3の発明に係る放電表面処理用電極は、 第 1の発明と同様の効果を 奏すると共に、 所期の放電表面処理特性に適した電極の強度及び崩れや すさをもつ放電表面処理用電極が得られ、 この放電表面処理用電極を用 いた放電表面処理において、 被処理材料の特性に合わせた良好な硬質被 膜を形成できるという効果がある。

第 4の発明及び第 5の発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、 安価かつ安全性に優れる放電表面処理用電極を安定供給することができ るという効果がある。 また、 この製造方法により製造した放電表面処理 用電極を用いた放電表面処理において、 被処理材料に良好な硬質被膜を 形成できると共に処理効率を向上することができるという効果がある。 第 6のの発明に係る放電表面処理用電極の製造方法は、 第 4の発明と 同様の効果を奏すると共に、 所期の放電表面処理特性に適した電極の強 度及び崩れやすさをもつ放電表面処理用電極を製造することができ、 こ の放電表面処理用電極を用いた放電表面処理において、 被処理材料の特 性に合わせた良好な硬質被膜を形成できるという効果がある。 図面の簡単な説明

第 1図は、 この発明に係る放電表面処理用電極及びその製造方法を示 す説明図である。

第 2図は、 この発明に係る放電表面処理用電極を用いた放電表面処理 装置の構成例を示す説明図である。

第 3図は、 従来の放電表面処理用電極を用いた放電表面処理装置の構 成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

背景技術において示したように、 放電表面処理用電極には適度な強度 及び崩れやすさが要求され、 このような特性をもった材料である金属水 素化物には安全面での問題がある。 したがって、 金属水素化物と同様の 放電表面処理用電極に適した強度及び崩れやすさをもち、 かつ、 安全面 での問題がない材料からなる電極を製造する必要がある。 この目的で、 各種の材料について行った実験により、 粉末を圧縮成形した圧粉体電極 の強度は、 粉末の硬度と密接な関係があることがわかった。 すなわち、 粉末が高硬度である場合、 例えば、 金属炭化物等である場合には、 圧縮 成形しても粉末の形状が変わりにくいため、 成形が困難か、 あるいは、 成形ができても脆くなる性質がある。 また、 粉末が低硬度である場合、 例えば、 金属単体の粉末等である場合には、 圧縮成形すると粉末が容易 に変形するため、 強く固まる性質がある。 したがって、 硬度の異なる粉末を所定の混合比で混合し圧縮成形する ことにより、 所期の強度及び崩れやすさをもつ放電表面処理用電極を得 ることができることがわかった。

次に、 一例として、 硬度の異なる粉末として、 金属炭化物 （高硬度） である T i C粉末と金属単体 （低硬度)' である T i粉末を混合し、 圧縮 成形して電極を製造する場合について説明する。 放電表面処理用電極と しては、 放電表面処理における放電特性を良好にするために、 その電極 材料粉末の粒径を 1 0 i m程度以下にする必要があるが、 T iが粘りの ある材料であるため、 T i粉末の粒径を小さくすることは困難である。 すなわち、 粉末を粉砕するためには、 通常、 円筒容器内に粉末とセラミ ックスのボールを入れて回転させるボールミルという装置が用いられる が、 このような装置を使用しても、 T i粉末の場合には、 T iが粘りの ある材料であるため、 粉末の変形は生じるが、 粉末の微細化はあまり進 まないためである。 したがって、 電極材料が T i粉末の場合においては、 放電表面処理用電極に適した電極材料粉末の粒径の微細化に極めて高い 製造コストが必要となるため、 実用的な放電表面処理用電極を得ること ができない。

以上より、 放電表面処理用電極に所期の強度及び崩れやすさを付与す るために硬度の異なる粉末を所定の混合比で混合することと共に、 これ ら粉末の粒径の微細化を実用的な製造コストで行うことができる、 電極 材料の選定が重要である。 このような観点により選定された電極材料を 使用した、 この発明に係る放電表面処理用電極及びその製造方法の説明 図を第 1図に示す。 図において、 1 0はこの発明に係る放電表面処理用 電極、 1 1は金属炭化物粉末である T i C粉末、 1 2は金属水素化物粉 末である T i H ₂粉末、 1 3は金属単体粉末である T i粉末である。 ま た、 第 2図は、 この発明に係る放電表面処理用電極を使用して構成した 放電表面処理装置の一例であり、 図において、 2は被処理材料、 3は加 ェ槽、 4は加工液、 5は極間に印加する電圧及び電流のスイッチングを 行うスィツチング素子、 6はスィツチング素子 5のオン · オフを制御す る制御回路、 7は電源、 8は抵抗器、 1 0はこの発明に係る放電表面処 理用電極、 1 4は被処理材料 2に形成された硬質被膜である。 このよう な構成により、 放電表面処理用電極 1 0と被処理材料 2との間に放電を 発生させることにより、 放電エネルギにより、 被処理材料 2の表面に強 固な密着力をもった硬質被膜 1 4を形成することができる。

第 1図の （a ) において、 T i C粉末 1 1が高硬度の材料であり、 T i H 2粉末 1 2が低硬度の材料である。 前記のように、 これらの粉末の 混合比により、 電極の強度及び崩れやすさを調整することができる。 実 験により、 T i C粉末 1 1 と T i H 2粉末 1 2の混合比が 1 ： 9から 9 ： 1程度の範囲で圧縮成形が可能であり、 T i H 2粉末 1 2の混合比が増 えるに従い、 圧粉体の強度が増すことがわかっている。 したがって、 こ の金属炭化物粉末と金属水素化物粉末との混合比を変えることにより、 圧粉体の強度を変えることができ、 ひいては電極強度及び崩れやすさを 変えることができる。

また、 圧縮成形は、 前記の電極材料である混合粉末を金型に入れてプ レス等により圧力をかけて行うことができる。

このように、 金属炭化物粉末である T i C粉末 1 1 と金属水素化物粉 末である T i H 2粉末 1 2により圧粉体を形成することにより、 粒径を 小さく （ l m〜3 i m以下） することが容易となる。 これは、 T i C は工業的に微細な粉末を製造することが容易であり、 また、 T i H ₂は 極めて容易に粉砕することが可能であるためである。 例えば、 粒怪の小 さな T i C粉末と粒径の大きな T i H 2粉末を混合して、 前記のボール ミルにより粉末の粉砕処理を行うと、 T i H 2粉末は微細化され、 粒径 の小さな T i C及び T i H 2の混合粉末を得ることができる。 このよう にして、 容易に小さな粒径の粉末を形成できるため粉末製造コストを低 減することができる。

しかし、 この状態のままでは、 放電表面処理用電極として使用するに は強度が低く壊れやすい。 また、 水素化チタンを含むことにより自然発 火の危険性もある。 そこで、 T i C粉末と T i H 2粉末とを所定の混合 比で混合し、 圧縮成形してなる圧粉体 （第 1図の （a ) ) を加熱処理し、 T i H 2を分解し水素を放出させ金属 T i とすることにより、 適度な強 度及び崩れやすさ並びに安全性をもった実用的な放電表面処理用電極 1 0 (第 1図の （b ) ) を得ることができる。

前記の加熱処理は、 第 1図の （a ) の圧粉体を、 例えば、 電気炉中に て高周波加熱することにより行うことができる。

このような製造方法により、 放電表面処理の処理効率の向上が図れ、 安全性に優れると共に、 安価な放電表面処理用電極を安定供給すること ができる。

以上の説明では、 金属炭化物粉末として T i C粉末を、 金属水素化物 粉末として T i H 2粉末を使用する場合について示したが、 他の金属炭 化物粉末及び金属水素化物粉末を使用しても同様の効果を奏する。 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は、 放電表面処理 作業に用いられるのに適している。 また、 この発明に係る放電表面処理 用電極の製造方法は、 前記放電表面処理用電極の製造に適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 電極と被処理材料との間に放電を発生させ、 そのエネルギにより、 前記被処理材料表面に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、

少なくとも金属炭化物の粉末と金属水素化物の粉末とを混合し、 圧縮 成形後に加熱処理を行い、 前記金属水素化物中の水素を放出させて形成 されることを特徴とする放電表面処理用電極。

2 . 請求の範囲 1において、 前記金属炭化物が炭化チタンであり、 前 記金属水素化物が水素化チタンであることを特徴とする放電表面処理用

3 . 請求の範囲 1において、 前記金属炭化物の粉末と前記金属水素化 物の粉末との混合比を、 所期の電極強度及び崩れやすさに合わせて設定 することを特徴とする放電表面処理用電極。

4 . 電極と被処理材料との間に放電を発生させ、 そのエネルギにより、 前記被処理材料表面に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、

少なくとも金属炭化物の粉末と金属水素化物の粉末とを混合し、 圧縮 成形後に加熱処理を行い、 前記金属水素化物中の水素を放出させて前記 放電表面処理用電極を製造することを特徴とする放電表面処理用電極の 製造方法。

5 . 請求の範囲 4において、 前記金属炭化物が炭化チタンであり、 前 記金属水素化物が水素化チタンであることを特徴とする放電表面処理用 電極の製造方法。

6 . 請求の範囲 4において、 前記金属炭化物の粉末と前記金属水素化 物の粉末との混合比を、 所期の電極強度及び崩れやすさに合わせて設定 することを特徴とする放電表面処理用電極の製造方法。