专利名称：放电表面处理方法
技术领域：
此发明涉及一种放电表面处理技术，详细地说，涉及通过以下放电表面处理形成致密厚膜的技术，该放电表面处理技术是，以将金属粉末或金属的化合物粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，使电极和工件之间产生脉冲状放电，利用其能量，在工件表面形成由电极材料构成的覆盖膜，或由电极材料利用放电的能量反应后的物质构成的覆盖膜。
背景技术：
以将粉末材料压缩成型的粉末压缩体作为电极，通过脉冲状放电在工件上形成覆盖膜的表面处理技术，例如已经开发了把着眼点放在接近常温时的硬质覆盖膜上，形成以陶瓷为主的薄硬质覆盖膜的技术(例如参照专利文献1)。
在上述专利文献1所示的技术中，使电极具有一定程度的硬度，并抑制由放电产生的电极材料的供给，通过使供给的材料充分熔融，在工件表面形成硬质陶瓷覆盖膜。但是，通过此方法可以形成的覆盖膜，限定于厚度在大约10μm以内的薄膜。
此外，作为通过放电表面处理形成厚膜的技术有，在铝表面形成以碳化物为主要成分的覆盖膜的技术(例如，参照专利文献2)、形成以碳化物为主要成分的覆盖膜的技术(例如，参照专利文献3)、通过使放电脉冲宽度增加到32μs左右，形成100μm左右厚膜的技术(例如，参照专利文献4)等。
专利文献1国际公开第99/58744号小册子专利文献2特开平7-70761号公报专利文献3特开平7-197275号公报专利文献4特开平11-827号公报但是，上述专利文献公开的任一个技术，虽都被称之为厚膜，但都是以碳化物为主要成分，不能形成致密的厚膜。因此在上述专利文献2和专利文献3中，在形成多孔的厚膜后，必须利用消耗少的电极进行再熔融的步骤。
例如，在专利文献3的技术中乍一看是形成了致密的覆盖膜的情况，但详细研究后发现是多孔的覆盖膜。此外，在专利文献4的技术中，在以氢化物作为电极形成覆盖膜的情况下，可以可靠地形成厚膜。但是，覆盖膜的致密部分仅限于工件材料和覆盖膜材料熔融的工件表面附近，如图13所示，厚而凸起的部分A为多孔的覆盖膜。
近年来，在要求高温环境下的强度和润滑性这样的用途等中，要求形成致密的较厚的覆盖膜(大于或等于100μm左右的厚膜)。作为堆积厚覆盖膜的技术有，通过在工件和焊接棒之间放电，使焊接棒的材料熔融附着在工件上的焊接(堆焊)；使金属材料成熔融状态，以喷雾状向工件喷吹，形成覆盖膜的喷镀。
但是，任一个方法都要求人工熟练作业，存在作业难以流水线化、成本高的问题。此外，特别是焊接，由于是热量集中进入工件的方法，所以在处理厚度薄的材料的情况，以及使用如单晶合金、定向凝固合金等方向控制合金那样的容易开裂材料的情况下，还有容易产生焊接裂纹、成品率低的问题。
所以，迫切希望开发以下技术，即，使用能够实现尽量减少人工作业的流水线生产、防止向工件集中加热的放电表面处理技术，形成具有在高温环境下的强度和润滑性的厚膜。
本发明是鉴于上述问题提出的，目的是提供不使用焊接、喷镀技术，用于在工件上形成致密厚膜的放电表面处理方法。
发明内容
本发明所涉及的放电表面处理方法，以金属粉末或金属的化合物粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或空气中，使电极和工件之间产生脉冲状放电，利用其能量，在工件表面形成由电极材料构成的覆盖膜，或由电极材料利用放电的能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，使用将平均粒径为6μm～10μm的金属粉末或金属的化合物粉末混合后压缩成型的电极，在脉冲宽度为50μs～500μs、峰值电流小于或者等于30A的加工条件下，进行以金属为主要成分的厚膜堆积。
本发明人通过研究发现，在通过放电表面处理形成致密厚膜方面，构成电极的电极材料粉末粒径、峰值电流、脉冲宽度之间存在很强的关联性。
即，由本发明，通过在与构成放电表面处理用电极的电极材料平均粒径对应的、适当的放电表面处理条件下，进行放电表面处理，可以形成致密的厚膜。
图1是表示放电表面处理用电极的制造方法的概念的剖面图；图2是表示由改变电极中的Co含量引起的形成厚膜的难易度的变化情况的特性图；图3A是表示进行放电表面处理时的电压波形的特性图；图3B是表示对应于图3A的电压波形的电流波形的特性图；图4是表示在电极内没有难以形成碳化物的材料的情况下，相对于处理时间的覆盖膜形成情况的特性图；图5是表示在Co为70体积％的情况下，形成的覆盖膜的照片；图6是表示放电表面处理用电极制造方法的概念的剖面图；图7A是表示简单测定电极的电阻值方法的示意图；图7B是表示更简单测定电极的电阻值方法的示意图；图8是表示加热温度和电极的电阻的关系的特性图；图9是表示在加工液中进行放电表面处理的情况的示意图；图10是形成了覆盖膜的照片；
图11是表示放电表面处理用电极的制造方法的概念的剖面图；图12是表示改变电极材料的平均粒径和脉冲宽度，进行覆盖膜形成的结果的示意图；图13是由现有的电极形成覆盖膜时的电子显微镜照片。
具体实施例方式
下面基于示意图，对本发明的放电表面处理方法的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限于以下所述内容，在不脱离本发明要点的范围内可以有适当变化。此外，在附图中为了容易理解，有各部件的比例尺不同的情况。
实施方式1.
首先，对在本实施方式中，通过放电表面处理形成致密厚膜的概念进行说明。在现有的放电表面处理中，通过使钛(Ti)等的电极材料在油中放电产生化学反应，形成被称为碳化钛(TiC)的硬质碳化物覆盖膜。因此，在用于放电表面处理的电极中，含有高比例的容易使碳化物成型的材料。
其结果，随着放电表面处理的进行，例如对钢材进行放电表面处理的情况下，被加工件(工件)表面的材质从钢材变成作为陶瓷的TiC，随之热传导、熔点等特性发生了变化。
发明人通过实验发现，在这样的覆盖膜形成过程中，通过在电极材质的成分中添加难碳化的材料，可以使形成的覆盖膜成为以金属为主要成分的覆盖膜，此外可以形成厚的覆盖膜。这是通过把难碳化的材料加入电极中，以不是碳化物而是金属的状态残留在覆盖膜中的材料增加。这对于堆积厚覆盖膜有重要的意义。
其次，使用图1对用于制造放电表面处理用电极的工艺进行说明。图1是表示实施方式1中的放电表面处理用电极(以下有时简称为电极)的制造方法的概念的剖面图。首先，把容易形成碳化物的材料即Cr(铬)粉末1和难以形成碳化物的材料即Co(钴)粉末2按规定比例(例如Cr25重量％、Co75重量％)混合。
把该混合粉末1、2填充到图1中由金属模具的上冲头3、金属模具的下冲头4、金属模具的冲模5围成的空间中。然后通过上冲头3和下冲头4把该混合粉末1、2压缩成型，制成规定形状的粉末压缩体。在放电表面处理时，此粉末压缩体作为放电电极。此外，在本实施方式中，Cr粉末1和Co粉末2使用平均粒径大约6μm至10μm的粉末。
在压缩成型时，为了更好地把压力传递到混合粉末1、2的内部，如果在混合粉末1、2中混合石蜡等蜡，可以提高混合粉末1、2的成型性。但是，由于蜡是绝缘性物质，如果大量残留在电极中，则由于电极的电阻变大，放电性能会恶化。
所以，在混合粉末1、2中混合蜡的情况下，优选去除蜡。蜡的去除可以通过把粉末压缩体电极放入真空炉加热来进行。此外，通过加热粉末压缩体电极，还可以得到降低粉末压缩体电极的电阻、增强粉末压缩体电极的强度等其他效果，所以，即使是在不混合蜡的情况下，在压缩成型后进行加热也有意义。
然后，把如上所述制作的粉末压缩体电极作为放电表面处理用电极使用，进行放电表面处理，形成覆盖膜。放电的脉冲条件为峰值电流ie＝10A、放电持续时间(放电脉冲宽度)te＝64μs、间歇时间to＝128μs。并且，发现在通过放电表面处理形成致密厚膜方面，构成电极的粉末粒径和峰值电流、脉冲宽度之间密切相关，简单的情况如下。
使用由某一平均粒径粉末构成的电极，进行放电表面处理的情况下，以适当脉冲宽度范围的电气条件进行放电表面处理的情况下，可以形成致密的厚膜。但是，脉冲宽度比适宜的范围短的情况、脉冲宽度比适当的范围长的情况中任一情况，形成的覆盖膜都变成多孔的。此外在脉冲宽度短的情况下，电极材料附着在工件上，但附着的电极材料完全没有强度，覆盖膜为易碎的状态。
这是由于放电表面处理时的脉冲宽度偏离了适当的脉冲宽度，当脉冲宽度变短时，放电能量不足，该粒径的粉末不能熔融，覆盖膜变得多孔。此外，当放电表面处理时的脉冲宽度偏离适当的脉冲宽度，脉冲宽度变长时，相反由于放电能量过多，使电极发生大的崩溃，由于向电极间，也就是向电极和工件之间提供大量的粉末，所以难以用放电脉冲把它们全部熔融。
此外，发明人通过实验发现，适当的脉冲宽度范围因峰值电流不同会产生一定程度的变化，其随电极材料粉末的粒径变大而变长。
此外，作为放电的脉冲条件，使用某种脉冲宽度条件的情况下，如果使用由对应于此脉冲宽度的适当粒径范围的粉末构成的电极，进行放电表面处理，则可以形成致密的覆盖膜。但是，在即使使用某一脉冲宽度条件的情况下，使用由比适当范围大的粒径的粉末构成的电极进行放电表面处理的情况，和使用由比适当范围小的粒径的粉末构成的电极进行放电表面处理的情况中的任一情况，形成的覆盖膜变得多孔。并且在使用由大的粒径的粉末构成的电极进行放电表面处理的情况下，电极材料附着在工件上，但附着的电极材料完全没有强度，覆盖膜为易碎的状态。
此外，构成电极的粉末的粒形和脉冲宽度的关系受到由电极的加热温度等决定的电极硬度的影响。即，在电极硬度硬的情况下，适合于放电表面处理的脉冲宽度向长的方向移动。此外，电极硬度软的情况下，适合于放电表面处理的脉冲宽度向短的方向移动。这个电极的硬度和覆盖膜形成的相关关系是发明人通过实验发现的。
并且，关于放电脉冲条件中的峰值电流，峰值电流在极端过小的情况下，产生以下问题，即引起产生放电的脉冲裂纹、使电极材料的粉末不熔融等。但是，如果峰值电流小于或者等于30A，选择适当的脉冲宽度，就可以形成良好的覆盖膜。
此外，发明人根据实验发现，为了防止脉冲裂纹，必须要大于或等于2A的峰值电流。另一方面，如果峰值电流超过30A，由放电脉冲的能量产生的冲击波，电极受到损伤，产生局部崩溃，由于过多地把粉末材料提供给工件侧，所以覆盖膜仍然变得多孔。
由本实施方式，通过使用由粒径大约6μm至10μm的Cr粉末1和Co粉末2构成的放电表面处理用电极，作为放电脉冲的脉冲宽度使用50μs到500μs的范围，由此可以形成致密的厚膜。即，通过在对构成放电表面处理用电极的粉末的粒径最合适的加工条件(放电的脉冲条件)下进行加工(放电表面处理)，可以进行堆积致密的厚膜，即使在高温环境下，也可以形成具有足够强度的致密的厚膜。
此外，即使是在金属元素中，Cr也是在高温下形成氧化物，发挥润滑性能的材料。因此，通过如上所述使用含Cr的放电表面处理用电极进行放电表面处理，可以形成在高温环境下具有润滑性能的厚膜。
因此，由本实施方式，使用能够实现尽量减少人工作业的流水线生产、防止向工件集中供热的放电表面处理技术，可以形成具有在高温环境下的强度和润滑性的厚膜。
此外，这里所说的“致密的厚膜”的致密的定义是，即使用锉刀等挫也不能简单除掉(当然通过切削可以逐渐去除)、通过研磨可以得到金属光泽的状态。
此外，在本发明中，进行放电表面处理的环境可以在加工液中，也可以在空气中。
实施方式2.
下面，参照示意图对本发明的实施方式2进行说明。图2是表示，在把作为碳化物的Cr3C2(碳化铬粒径3μm)粉末和作为难以形成碳化物的材料的Co(钴粒径2μm)粉末混合，使用把混合粉末压缩成型后加热制作的放电表面处理用电极，进行放电表面处理的情况下，通过改变放电表面处理用电极中的Co含量引起的厚膜形成难易度变化的情况。
放电表面处理用电极的基础材质为Cr3C2。此外，作为难以形成碳化物的材料的Co的含量定为大于或者等于40体积％，混合粉末压缩成型后的加热温度为约900℃左右。
使用在这样条件下制作的粉末压缩体电极(面积15mm×15mm)进行放电表面处理，形成覆盖膜。进行放电表面处理情况下的放电脉冲条件的一个例子如图3A和图3B所示。图3A和图3B是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的一个例子的示意图，图3A表示放电时的电极和工件之间施加的电压波形，图3B表示放电时流过的电流的电流波形。如图3A所示，于时刻t0在两极之间施加无负载电压ui，在经过放电延迟时间td后的时刻t1，在两极之间开始流过电流，开始放电。此时的电压是放电电压ue，此时流过的电流为峰值电流ie。而在时刻t2如果停止向两极之间提供电压，则电流不再流过。
时刻t2-t1为脉冲宽度te。间隔间歇时间to，在两极之间反复施加此时刻t0～t2间的电压波形。也就是如图3A所示，在放电表面处理用电极和工件之间施加脉冲状电压。
在本实施方式中，放电表面处理时的放电脉冲条件定为，峰值电流ie＝10A，放电持续时间(放电脉冲宽度)te＝64μs，间歇时间to＝128μs。处理时间为15分钟。
如图2所示，在电极中的Co含量为0％的情况，即，在电极中的Cr3C2含量为100％的情况下，可以形成的覆盖膜的厚度限于10μm左右，不能使覆盖膜的厚度增加到此值以上的厚度。覆盖膜由以Cr3C2为主要成分，并搀杂母材成分的材料构成。
此外，电极内没有难以形成碳化物的材料的情况下，相对于处理时间的覆盖膜的形成情况如图4所示。如图4所示，在放电表面处理的初期，随时间的增加覆盖膜生长变厚，在某一时间(约5分钟/cm2左右)覆盖膜的厚度饱和。
此后一段时间，膜厚不生长，如果继续进行放电表面处理超过某一时间(20分钟/cm2左右)，则覆盖膜的厚度开始减少，最后覆盖膜厚度变成负值，即变成了工件被蚀刻。但是，即使是蚀刻的状态，覆盖膜仍存在，此厚度本身是10μm左右，与在适当时间内处理后的状态几乎不变。
返回到图2，认识到，随电极内作为难碳化材料的Co含量增加，可以形成厚的覆盖膜，如果电极中的Co含量超过20体积％，则形成的覆盖膜的厚度开始变厚，如果超过40体积％，容易稳定地形成厚膜。通过在覆盖膜中增加作为金属残留的材料，可以形成含不形成碳化物的金属成分的覆盖膜，容易稳定地形成厚膜。Co被认为在覆盖膜中起到粘接剂的作用。
这里所说的体积％，是混合的各个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体积中，其材料占的体积的比例。
例如，Co粉末的体积％的情况是“Co粉末的体积％＝Co粉末的体积/(Cr3C2粉末的体积+Co粉末的体积)×100”。
此外，粉末的体积不是表观体积(作为粉末的体积)，而是此粉末材料的实际体积。例如，“Co粉末的体积＝Co粉末的重量/Co粉末的密度”。
从以上方面看，电极中含有的难碳化的材料比例优选是大于或者等于40体积％。如图2所示，在上述的放电脉冲条件、峰值电流ie＝10A、放电持续时间(放电脉冲宽度)te＝64μs、间歇时间to＝128μs的情况下，即使电极中含有的难碳化的材料比例在小于或等于40体积％，也可以形成10μm左右的覆盖膜。但是，为了形成致密的厚膜，必须适当设定脉冲条件。例如，即使电极中含有难碳化的材料比例在30体积％左右，也可以进行致密的厚膜堆积，但其条件的范围非常窄。
在电极中含有形成碳化物的材料过多、电气条件不适当、电极状态恶化等情况下，也可以形成堆积，但是形成可以简单地除去，磨的话也没有金属光泽的状态的膜。但是，在本实施方式中，通过对于构成电极的粉末的粒径在最适当的加工条件(放电的脉冲条件)下进行加工(放电表面处理)，可以由形成的覆盖膜中的金属在覆盖膜内的连接作用进行致密的厚膜堆积，可以形成具有足够强度的覆盖膜。
作为参考，图5表示在电极中的Co含量为70体积％的情况下形成的覆盖膜的照片。此照片是形成厚膜的例子。在图5所示的照片中，形成了膜厚为2mm左右的厚膜。此覆盖膜是在上述条件的基础上，以15分钟的处理时间形成的，如果增加处理时间可以得到更厚的覆盖膜。
这样，使用在电极内含大于或等于40体积％的Co等难碳化的材料的电极，通过对构成电极的粉末的粒径在最适当的加工条件(放电的脉冲条件)下进行加工(放电表面处理)，由放电表面处理可以在工件表面上稳定地形成致密的厚覆盖膜。
实施方式3.
下面参照示意图对本发明的实施方式3进行说明。图6是表示实施方式3的放电表面处理用电极的制造方法的概念的剖面图。
把粒径1μm左右的Co粉末11，填充到图6中由金属模具的上冲头12、金属模具的下冲头13、金属模具的冲模14围成的空间中。然后用上冲头12和下冲头13把此Co粉末11压缩成型，制成规定形状的粉末压缩体。在放电表面处理时，这个粉末压缩体作为放电电极。
这样，通过对粉末施加规定的压力使粉末成块，变成粉末压缩体。但是，粉末压缩体在此状态下的电阻高，在此状态下作为放电表面处理用电极使用存在问题。为了测定电极的电阻，例如，如图7A所示，用金属板22夹持电极21，通过使测试器23的电极端子24接触该金属板22测定电阻值的这种简单的方法，可以测定大概的电阻值。
此外，如图7B所示，通过使测试器33的电极端子34接触电极31的两端测定电阻值的这种更简单的方法，也可以进行大体的判断。
在本实施方式中，作为电极材料使用的Co是熔点超过1000℃的材料。但是，发明人通过研究认识到，如果详细观察电极，即使在200℃左右的温度，材料(Co)的一部分也会熔融，使电极的电阻降低。
在把图6所示的粒径1μm左右的Co粉末作成直径18mm、长30mm左右尺寸的粉末压缩体的情况下，在把粉末压缩成型时，用图7A所示的测定方法测定的电阻显示为数Ω～数十Ω的值。图8表示把此粉末压缩体在真空炉中升温规定时间后，在规定的加热温度保持1小时～2小时后的电阻值和加热温度的关系。
在粉末压缩体的加热温度低(小于或等于100℃)的情况下，加热后的粉末压缩体的电阻几乎不降低。但是，在图8所示的200℃左右的温度区域T加热粉末压缩体的情况下，粉末压缩体的电阻几乎变成0Ω。由上述的材料成型的粉末压缩体的情况下，200℃～250℃左右的温度是作为用于放电表面处理用的电极的加热温度的最佳值。此外，在加热温度超过300℃的情况下，电极的硬度变得过硬，其结果，因在放电表面处理时的放电，向电极材料的电极间提供电极材料的供给量减少，所以难以形成厚膜。
图9表示通过使用以上步骤制作的电极的放电表面处理装置进行放电表面处理的情况。在图9中表示了产生脉冲状放电的情况。此外，图10表示用此放电表面处理形成的覆盖膜的照片。图10所示的照片中，形成了膜厚为1mm左右的厚膜。
图9所示的放电表面装置具有以下部分而构成放电表面处理用电极41(以下有的情况下简称为电极41)，其作为上述的放电表面处理用电极，是由把粒径1μm左右的Co粉末11压缩成型，再对粉末压缩体进行加热处理后的粉末压缩体构成的；加工液43；以及放电表面处理用电源装置45，其在电极41和工件42之间施加电压，产生脉冲状的放电(电弧柱)44。此外，在图9中省略了用于控制电极间距离，即电极41和工件42的距离的伺服机构、储存加工液43的储存槽等与本发明没有直接关系的部分。
为了用此放电表面处理装置在工件表面形成覆盖膜，把电极41和工件42相向设置在加工液43中。然后在加工液43中，用放电表面处理用电源45使电极41和工件42之间产生脉冲状放电。具体地说，是在电极41和工件42之间施加电压，使其放电。如图9所示，在电极41和工件42之间产生放电的电弧柱44。
然后利用在电极41和工件42之间产生的放电的放电能量，在工件表面形成电极材料的覆盖膜，或在工件表面形成电极材料利用放电能量反应后的物质的覆盖膜。极性为，电极41侧作为负极、工件42侧作为正极使用。在此，在此结构中放电时的电流I从电极41向放电表面处理用电源45的方向流动。
放电表面处理中的放电脉冲条件为，峰值电流＝10A、放电持续时间(放电脉冲宽度)＝8μs、间歇时间＝16μs。在本实施方式中经5分钟的处理，形成厚度1mm左右的覆盖膜。
在上述实施方式1中，由于使用由粒径6μm至10μm左右的Cr粉末1、Co粉末2的混合粉末构成的电极，所以形成的厚膜存在变形因而不均匀。在实施方式1中，放电脉冲的脉冲宽度使用50μs到500μs的范围，形成了致密的覆盖膜，但通过使粉末的粒径变小，能够使脉冲宽度变小而形成致密的覆盖膜。
这是因为，如果构成电极的电极材料的粉末粒径减小，即使是在脉冲幅度小、能量少的条件下，也可以使电极材料的粉末充分熔融，小的放电弧坑的重叠可以形成覆盖膜，所以可以形成致密的覆盖膜。
在本实施例中使用的粒径1μm左右的Co粉末的情况下，在小于或等于50μs的脉冲宽度下可以形成致密的覆盖膜。此外，如果使用把脉冲宽度延展到50μs的放电脉冲，则由于放电造成电极较大崩溃，覆盖膜变得多孔。
此外，对电极的硬度进行说明。在构成电极的粉末粒径大而电极硬度软的情况下，用JIS K 5600-5-4中的涂膜用铅笔划痕试验测定电极的硬度。在构成电极的粉末粒径小而电极硬度硬的情况下，用洛氏硬度等测定电极的硬度。JIS K 5600-5-4标准原来是用于评价涂装覆盖膜的标准，但也适合评价硬度低的材料。当然，此涂膜用铅笔划痕试验的结果可以与其他的硬度评价方法的结果进行相互换算，所以使用其他方法作为指标也可以。
在构成电极的粉末粒径为大约5～6μm的情况下，电极的硬度为大约4B～7B的情况覆盖膜的状态最好，可以形成致密的厚膜。但是，即使稍稍偏离此范围，仍存在可以形成厚膜的范围，在硬度变硬的方向上，到B左右的硬度为止可以形成厚膜。此外，在硬度变软的方向上，到8B左右的硬度为止可以形成厚膜。
但是，随着电极的硬度变硬，覆盖膜的形成速度有变慢的倾向，在B左右的硬度下，形成厚膜相当困难。如果电极的硬度更硬，则不能形成厚膜，随着电极的硬度变硬，就变成被加工件(工件一侧)的去除加工。
此外在电极硬度变软的方向上，直到8B左右硬度为止可以形成厚膜，如果对形成的厚膜的组织进行分析，有孔洞逐渐增加的倾向，如果变得比9B更软，就能发现电极成分没有充分熔融就直接附着在被加工件(工件)一侧的现象。此外，这个电极的硬度和覆盖膜的状态的关系，因使用的放电脉冲条件也会产生一些变化，在使用适当的放电脉冲条件的情况下，也有可能扩大形成一定程度良好的覆盖膜的电极硬度范围。
在上述实施例中，由于使用粒径5μm左右的粉末，所以如上所述的电极硬度为最佳值。但是，此最佳值非常依赖于构成电极的粉末粒径。这是由于以下的原因。即，是否通过放电从电极释放出电极材料，由构成电极的粉末的结合强度决定。在结合强度强的情况下，粉末由放电的能量难以释放。另一方面，在结合强度弱的情况下，粉末由放电的能量容易释放。
此外，在构成电极的粉末粒径大的情况下，在电极中的粉末相互结合的点数少，电极强度弱。另一方面，在构成电极的粉末粒径小的情况下，在电极中的粉末相互结合的点数多，电极强度高。
如以上所说明的那样，在本实施方式中，通过对构成电极的电极材料的粉末粒径和电极的硬度，以最合适的加工条件进行加工，可以进行厚膜堆积，能够形成具有足够强度的覆盖膜。
如上所述，在把难以形成碳化物材料即Co粉末作为电极材料使用的情况下，作为放电的脉冲条件，通过使用放电脉冲宽度为小于或等于50μm、峰值电流为10A左右的条件，可以形成致密的厚的覆盖膜。但是，发明人通过实验发现，将容易形成碳化物的材料即Mo(钼、粒径为0.7μm)作为电极材料使用的电极，也能形成致密的厚覆盖膜(仅是Mo)。
由于Mo是容易形成碳化物的材料，使用放电脉冲宽度为大于或等于60μs而小于或等于70μs的比较长的条件，把由放电脉冲未完全熔融的电极材料提供给工件，对形成致密的覆盖膜是有效的。在Mo这种容易形成碳化物的材料的情况下，如果电极材料在由放电脉冲完全熔融的状态下提供给工件侧，则提供给工件侧的电极材料碳化，成为碳化钼，难以形成厚膜。但是，如上所述调整放电脉冲，把由放电脉冲未完全熔融的电极材料提供给工件，则可以形成致密的覆盖膜。
实施方式4.
下面参照示意图对本发明的实施方式4进行说明。图11是表示实施方式4中的放电表面处理用电极的制造方法的概念的剖面图。把粒径1μm左右的Co合金粉末51填充到图11中由金属模具的上冲头52、金属模具的下冲头53、金属模具的冲模54围成的空间中。然后用上冲头52和下冲头53将此Co合金粉末51压缩成型，制成规定形状的粉末压缩体。在放电表面处理时，此粉末压缩体作为放电电极。
在本实施方式中，使用平均粒径为1μm左右的含有Cr(铬)、Ni(镍)、W(钨)等的Co基合金(Cr20重量％、Ni10重量％、W15重量％、其余为Co(钴))作为Co合金粉末51。
这个状态下，粉末压缩体电阻高，这个状态作为放电表面处理用电极使用有问题。
此外，由于Co合金粉末51是硬质合金，所以用冲压使粉末成块是困难的，为了提高成型性，必须在Co合金粉末51中添加石蜡等蜡。但是，电极内蜡的残留量越多，放电表面处理时的电导率越恶化。因此优选的是在后面的步骤中除去蜡。
所以，为了去除蜡及降低电极的电阻，把粉末压缩体放入真空炉中，经过规定时间的升温时间后，保持1小时至2小时的规定加热温度。
在实施方式3中，由粒径为1μm的Co粉末进行电极成型的情况下，加热温度为200℃～250℃最合适，与此相对，在由Co合金粉末51进行电极成型的情况下，使电阻降低的最合适的加热温度为800℃～900℃的高温。在这里，如果使电极一次加热到800℃，则蜡碳化，以夹杂物残留在电极内，所以必须在低温下进行一次去除蜡的处理。
此外，本结构的电极在加热温度为200℃及300℃的情况下是易碎的状态，不能形成覆盖膜。此外，加热温度为1000℃的情况下，电极的硬度变硬，不能形成覆盖膜。
然后，以Co合金粉末51的平均粒径为参数，研究了可以形成致密的覆盖膜的条件。设定峰值电流为10A，使脉冲宽度产生各种变化。使用在放电表面处理时成型为适当硬度的条件的各个电极。在这里，所谓的“适当的硬度”意思是指具有可以形成致密的覆盖膜的条件。
如果电极的硬度不适当，难以形成致密的厚膜。在电极的硬度过硬的情况下，不能形成厚膜。此外，在电极的硬度过软的情况下，可以形成堆积的膜，但该膜是多孔的，不致密。
图12表示以Co合金粉末51的平均粒径作为参数，研究可以形成致密的覆盖膜的条件的结果。形成的覆盖膜变得致密的范围和形成的覆盖膜变得多孔等不形成致密的覆盖膜的范围，存在有重叠的部分，这是由于电极的硬度等造成的在范围上有一定程度的差异所致。
在图12中，由于电极的最合适的硬度因电极材料的粉末粒径而不同，所以在某一粒径的粉末中，对可以形成致密的覆盖膜的硬度进行对比。例如，在电极材料的平均粒径为2μm～6μm的电极的情况下，如果电极的硬度硬，即使用10μs左右的脉冲宽度也能形成致密的覆盖膜。另一方面，在电极的硬度软的情况下，即使用40μs左右的脉冲宽度也变成多孔的覆盖膜。
根据这样的电极的硬度等条件，变得致密的脉冲宽度的条件存在差异，但大致上在图12所示的范围中存在可以形成致密的厚膜的条件。
在上述说明中，使用了把合金比例为“Cr(铬)20重量％、Ni(镍)10重量％、W(钨)15重量％、其余为Co(钴)”的合金制成粉末的材料，当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为“Cr(铬)25重量％、Ni(镍)10重量％、W(钨)7重量％、其余为Co(钴)”的合金。此外，也可以使用合金比例为“Mo(钼)28重量％、Cr(铬)17重量％、Si(硅)3重量％、其余为Co(钴)”的合金、“Cr(铬)15重量％、Fe(铁)8重量％、其余为Ni(镍)”的合金、“Cr(铬)21重量％、Mo(钼)9重量％、Ta(钽)4重量％、其余为Ni(镍)”的合金、合金比例为“Cr(铬)19重量％、Ni(镍)53重量％、Mo(钼)3重量％、Cd(镉)+Ta(钽)5重量％、Ti(钛)0.8重量％、Al(铝)0.6重量％、其余为Fe(铁)”的合金等。但是，由于当合金的合金比例不同时，材料的硬度等的性质不同，所以电极成型性和覆盖膜的状态多少会产生一些差异。
此外，在本实施方式中，作为电极成分使用以Co为主要成分的Co合金粉末，这是因为，如前所述对于使覆盖膜增厚是有效的。在使用只由容易形成碳化物的材料构成的电极的放电表面处理中，形成的覆盖膜为碳化物陶瓷状态，所以覆盖膜的导热性恶化，由放电容易去除覆盖膜。
所以把难以形成碳化物的材料即Co作为成分进行混合，覆盖膜的导热性不恶化，可以使覆盖膜变厚。作为具有与Co相同效果的材料有Ni、Fe等。
此外，放电条件的峰值电流在本例子中定为10A，但如果大于或等于大约30A，可以在大体相同的范围得到致密的厚膜。如果峰值电流大于或等于30A，因放电的冲击使电极产生不必要的大的崩溃，此外由于加热量变多，所以产生电极的硬度变硬等问题。
由本实施方式，通过对于构成电极的粉末粒径及电极的硬度在最佳的加工条件(放电脉冲条件)进行加工(放电表面处理)，可以堆积致密的厚膜，能够形成有足够强度的覆盖膜。
工业实用性如上所述，本发明所涉及的放电表面处理方法，在需要形成致密的比较厚的覆盖膜的产业中是有用的，特别适用于需要高温环境下的强度和润滑性能等用途。
权利要求
1.一种放电表面处理方法，以将金属粉末或金属的化合物粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或空气中，使电极和工件之间产生脉冲状放电，利用其能量在工件表面形成由前述电极材料构成的覆盖膜，或由电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，使用将平均粒径为6μm～10μm的金属粉末或金属的化合物粉末混合后压缩成型的电极，在脉冲宽度为50μs～500μs、峰值电流值小于或者等于30A的加工条件下，进行以金属为主要成分的厚膜堆积。
2.如权利要求1所述的放电表面处理方法，其特征在于，作为前述电极，使用将难以形成碳化物的材质的前述金属粉末，和容易形成碳化物的材质的前述金属粉末混合后压缩成型的电极。
3.如权利要求2所述的放电表面处理方法，其特征在于，作为前述电极，使用含大于或等于40体积％的难以形成前述碳化物的材质的前述金属粉末的电极。
4.如权利要求1～3中任一项所述的放电表面处理方法，其特征在于，作为前述电极，使用按“Cr(铬)20重量％、Ni(镍)10重量％、W(钨)15重量％、其余为Co(钴)”、“Cr(铬)25重量％、Ni(镍)10重量％、W(钨)7重量％、其余为Co(钴)”、“Mo(钼)28重量％、Cr(铬)17重量％、Si(硅)3重量％、其余为Co(钴)”、“Cr(铬)15重量％、Fe(铁)8重量％、其余为Ni(镍)”、“Cr(铬)21重量％、Mo(钼)9重量％、Ta(钽)4重量％、其余为Ni(镍)”、或“Cr(铬)19重量％、Ni(镍)53重量％、Mo(钼)3重量％、Cd(镉)+Ta(钽)5重量％、Ti(钛)0.8重量％、Al(铝)0.6重量％、其余为Fe(铁)”的比例，将前述金属粉末混合后的材料，或以此比例配制的前述金属的化合物粉末压缩成型的电极。
5.一种放电表面处理方法，以将金属粉末或金属的化合物粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或空气中，使电极和工件之间产生脉冲状放电，利用其能量在工件表面形成由前述电极材料构成的覆盖膜，或由电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，使用将平均粒径小于或者等于3μm的金属粉末或金属的化合物粉末压缩成型的电极，在脉冲宽度小于或者等于70μs、峰值电流小于或者等于30A的加工条件下，进行以金属为主要成分的厚膜堆积。
6.如权利要求5所述的放电表面处理方法，其特征在于，前述电极使用难以形成碳化物的材质的金属粉末作为电极材料。
7.如权利要求6所述的放电表面处理方法，其特征在于，作为前述电极，使用含大于或等于40体积％的难以形成前述碳化物的材质的前述金属粉末的电极。
8.如权利要求5～7中任一项所述的放电表面处理方法，其特征在于，作为前述电极，使用按“Cr(铬)20重量％、Ni(镍)10重量％、W(钨)15重量％、其余为Co(钴)”、“Cr(铬)25重量％、Ni(镍)10重量％、W(钨)7重量％、其余为Co(钴)”、“Mo(钼)28重量％、Cr(铬)17重量％、Si(硅)3重量％、其余为Co(钴)”、“Cr(铬)15重量％、Fe(铁)8重量％、其余为Ni(镍)”、“Cr(铬)21重量％、Mo(钼)9重量％、Ta(钽)4重量％、其余为Ni(镍)”、或“Cr(铬)19重量％、Ni(镍)53重量％、Mo(钼)3重量％、Cd(镉)+Ta(钽)5重量％、Ti(钛)0.8重量％、Al(铝)0.6重量％、其余为Fe(铁)”的比例，将前述金属粉末混合后的材料，或以此比例配制的前述金属的化合物粉末压缩成型的电极。
9.一种放电表面处理方法，以将金属粉末或金属的化合物粉末压缩成型的粉末压缩体，或者把此粉末压缩体进行加热处理后的粉末压缩体作为电极，在加工液中或空气中，使电极和工件之间产生脉冲状放电，利用其能量在工件表面形成由前述电极材料构成的覆盖膜，或由电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜，其特征在于，使用将平均粒径大于或等于2μm而小于或等于6μm的金属粉末或金属的化合物粉末压缩成型的电极，在脉冲宽度为5μs～100μs、峰值电流小于或者等于30A的加工条件下，进行以金属为主要成分的厚膜堆积。
10.如权利要求9所述的放电表面处理方法，其特征在于，前述电极使用含有难以形成碳化物的材料的合金作为电极材料。
11.如权利要求10所述的放电表面处理方法，其特征在于，作为前述电极，使用含大于或等于40体积％的难以形成前述碳化物的材质的前述金属粉末的电极。
12.如权利要求9～11中任一项所述的放电表面处理方法，其特征在于，作为前述电极，使用按“Cr(铬)20重量％、Ni(镍)10重量％、W(钨)15重量％、其余为Co(钴)”、“Cr(铬)25重量％、Ni(镍)10重量％、W(钨)7重量％、其余为Co(钴)”、“Mo(钼)28重量％、Cr(铬)17重量％、Si(硅)3重量％、其余为Co(钴)”、“Cr(铬)15重量％、Fe(铁)8重量％、其余为Ni(镍)”、“Cr(铬)21重量％、Mo(钼)9重量％、Ta(钽)4重量％、其余为Ni(镍)”、或“Cr(铬)19重量％、Ni(镍)53重量％、Mo(钼)3重量％、Cd(镉)+Ta(钽)5重量％、Ti(钛)0.8重量％、Al(铝)0.6重量％、其余为Fe(铁)”的比例，将前述金属粉末混合后的材料，或以此比例配制的前述金属的化合物粉末压缩成型的电极。
全文摘要
本发明是在进行以下放电表面处理，即，以将金属粉末或金属的化合物粉末压缩成型的粉末压缩体作为电极，在加工液中或空气中，使电极和工件之间产生脉冲状放电，利用其能量在工件表面形成，由电极材料构成的覆盖膜，或由电极材料利用放电能量反应后的物质构成的覆盖膜时，使用将平均粒径为6μm～10μm的金属粉末或金属的化合物粉末混合后压缩成型的电极，在脉冲宽度为50μs～500μs、峰值电流小于或者等于30A的加工条件中，进行以金属为主要成分的厚膜堆积。
文档编号C23C26/00GK1802453SQ20048001583
公开日2006年7月12日 申请日期2004年1月29日 优先权日2003年6月11日
发明者后藤昭弘, 秋吉雅夫, 松尾胜弘, 落合宏行, 渡边光敏, 古川崇 申请人:三菱电机株式会社, 石川岛播磨重工业株式会社