专利名称：放电表面处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于利用放电表面处理而形成致密的覆膜的放电表面处理方法， 该放电表面处理是将金属粉末或金属合金的粉末成型而获得的压粉体、或者对该压粉体进 行加热处理而成的成型体作为电极，在液体中或者气体中，使电极和被处理材料之间产生 脉冲状放电，利用其能量使电极材料熔融，在被处理材料的表面形成由电极材料构成的覆 膜、或者由电极材料利用放电能量反应而成的物质构成的覆膜。
背景技术：
已经公知有下述技术，即，利用液体中放电加工方法在金属材料的表面形成覆层， 从而提高耐腐蚀性、耐磨损性。作为该技术的一个例子，存在下述技术。例如公开了下述 方法，即，通过利用将WC(碳化钨)和Co (钴)的粉末混合并压缩成型而成的电极，进行液 体中脉冲放电，从而使该电极材料在工件上堆积，然后，利用其他电极(例如，铜电极、石墨 电极)，进行再熔融放电加工，得到更高的硬度和高密合力(例如参照专利文献1)。在专利 文献1中，使用WC-Co的混合压粉体电极，在液体中对工件(母材S50C)进行放电加工，使 WC-Co在工件上堆积(1次加工)，然后利用铜电极这种消耗较少的电极，进行再熔融加工O 次加工)。其结果，在1次加工的状态下，堆积组织的硬度(维氏硬度Hv)为Hv = 1410程 度，且空洞较多，但通过2次加工的再熔融加工，使包覆层的空洞消失，硬度也提高至Hv = 1750。根据该方法，可以得到相对于作为工件的钢材较硬且密合度高的包覆层。但是，在上述方法中，如果作为工件使用超硬合金那样的烧结材料，则难以在其表 面形成具有牢固的密合力的包覆层。针对这一点，根据本发明人的研究可知，如果将形成硬 质碳化物的Ti (钛)等材料作为电极，与工件之间产生放电，则无需再熔融的过程就可以在 工件的金属表面形成牢固的硬质膜。其原因是，在放电中消耗的电极材料和作为加工液中 的成分的C (碳)进行反应，生成TiC (碳化钛)。另外，公开了下述技术，即，如果将TiH2 (氢化钛)等金属氢化物的压粉体作为电 极，与工件之间产生放电，则与使用Ti等材料的情况相比，可以更快且密合性更好地形成 硬质膜(例如参照专利文献2)。而且，公开了下述技术，即，如果以在TiH2等氢化物中混合 其他金属或陶瓷而形成的压粉体作为电极，与工件之间产生放电，则可以快速地形成具有 硬度、耐磨损性等各种性质的硬质覆膜。另外，作为其他技术，公开了可以通过预烧结而制造高强度的表面处理电极的技 术(例如参照专利文献3)。即，在制造由WC粉末和Co粉末混合而成的粉末构成的放电表 面处理用电极的情况下，对于将WC粉末和Co粉末混合并压缩成型而成的压粉体，可以单纯 将WC粉末和Co粉末混合并压缩成型而获得，但如果在混入蜡后进行压缩成型，则可以提高 压粉体的成型性。在此情况下，蜡为绝缘性物质，如果在电极中大量残留，则电极的电阻变 大，使放电性恶化。因此，通过将压粉体电极放入真空炉中进行加热，从而去除蜡。在这里，如果加热温度过低，则无法去除蜡，如果温度过高，则蜡变成炭黑，使电极 纯度劣化。因此，加热温度必须保持为，大于或等于蜡熔融的温度而小于或等于蜡分解为炭黑的温度。并且，通过利用高频线圈等对真空炉中的压粉体进行加热，从而例如焙烧至粉笔 程度的硬度，以产生可以耐机械加工的强度，且不会过度硬化。该状态被称为预烧结状态。 在此情况下，在压粉体内的碳化物之间的接触部，彼此不断结合，但由于烧结温度比较低， 没有达到正式烧结的温度，所以成为弱结合。可知如果使用如上述所示形成的电极进行放 电表面处理，则可以形成致密且均质的覆膜。但是，对于上述现有技术，虽然其特征在于覆膜的硬度及密合性、耐磨损性及覆膜 形成的迅速性、覆膜的致密性和均质性这些方面，但在任意一种情况下，都无法得到充分厚 度的膜厚，需要进一步改良。作为通常的提高覆膜厚度的技术，存在所谓焊接·喷镀。焊接(在这里，称为堆 焊)是利用工件和焊接棒之间的放电而将焊接棒的材料熔融附着在工件上的方法。另外， 所谓喷镀，是使金属材料处于熔融的状态，以喷雾状向工件喷射而形成覆膜的方法。由于上 述任一种方法都为人工作业，需要熟练度，所以存在难以实现作业的流水线化，成本变高的 缺点。另外，特别地，由于焊接是热量集中地作用于工件上的方法，所以存在下述问题，即， 在处理厚度薄的材料的情况下等，对于容易开裂的材料，容易产生焊接裂纹，成品率较低。在基于本发明人的研究而撰写的文献中，公开了下述技术，S卩，在放电表面处理 中，使用WC-Co(9 1)电极，可以形成3mm程度的厚膜(参照非专利文献1)，但存在下述问 题等，即覆膜形成难以稳定地再现；乍一看有金属光泽，看上去很致密，但空孔多，是较脆 的覆膜；形成如果利用金属片等用力刮擦则被去除这样的脆弱状态，因此，上述技术难以实 际应用。根据后续的研究可知，如果在电极材质中以大于或等于规定量混入不形成碳化物 或者难以形成碳化物的金属材料，则可以利用放电表面处理形成致密的厚膜。即，可知通过 在电极材质中增加C0 (钴)、Ni (镍),Fe (铁)等材料，可以形成厚膜，作为厚膜成为可实际 应用的水平(参照专利文献4)。专利文献1 日本特开平5-148615号公报专利文献2 日本特开平9-19四37号公报专利文献3 日本专利第3227454号公报专利文献4 国际公开第04/011696号小册子非专利文献1 “「放電表面処理(EDC) (二 J: 3厚膜Q形成」型技術、後藤昭弘等、 (1999)、日刊工業新聞社”
发明内容
如上述所示，公开了利用放电表面处理形成厚膜的方法，但由于放电表面处理是 利用微小的脉冲状放电，以脉冲能量为单位进行成膜的方法，所以存在下述问题，即，不会 使覆膜材料(电极材料)完全熔融，残留由脉冲状放电引起的不连续的部分。例如产生下 述现象，即利用脉冲状放电使覆膜材料(电极材料)熔融的部分的边界处的结合强度较弱 的现象，以及堆叠有利用脉冲状放电而熔融的覆膜材料(电极材料)的部分之间的部分作 为空隙残留下来的现象。因此，从利用放电表面处理致密地形成较厚的覆膜的角度出发，还 需要改善。本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种放电表面处理方法，其可以在使电极和被处理材料之间产生脉冲状放电，利用其能量使电极材料熔融，从而在被 处理材料上形成覆膜的放电表面处理中，稳定地形成致密的厚膜。为了解决上述课题，达到目的，本发明所涉及的放电表面处理方法进行下述放电 表面处理，即，将金属粉末或金属合金的粉末成型而获得的压粉体、或者对该压粉体进行加 热处理而成的成型体作为电极，在液体中或者气体中，使电极和被处理材料之间产生脉冲 状放电，利用其能量使电极材料熔融，在被处理材料的表面形成由电极材料构成的覆膜、或 者由电极材料利用放电能量反应而成的物质构成的覆膜，该放电表面处理方法的特征在 于，作为所述脉冲状放电，混合产生具有不同能量的大于或等于2种的脉冲状放电。发明的效果根据本发明，实现可以利用放电表面处理稳定地形成致密的较厚覆膜的效果。
图1是用于说明使由压缩体构成的电极(压缩体电极)成型的方法的示意图。图2是表示使用压粉体电极进行放电表面处理的放电表面处理装置的要部结构 的示意图。图3-1是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的一个例子的图，是表示放电时在 电极和被处理材料之间施加的极间电压的电压波形的图。图3-2是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的一个例子的图，是表示放电时流 过的放电电流的电流波形的图。图4-1是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的其他例子的图，是表示放电时在 电极和被处理材料之间施加的极间电压的电压波形的图。图4-2是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的其他例子的图，是表示放电时流 过的放电电流的电流波形的图。图5-1是利用电子显微镜(SEM)拍摄的覆膜剖面的状态的图像。图5-2是利用电子显微镜(SEM)拍摄的覆膜剖面的状态的图像。图5-3是利用电子显微镜(SEM)拍摄的覆膜剖面的状态的图像。图5-4是利用电子显微镜(SEM)拍摄的覆膜剖面的状态的图像。图5-5是利用电子显微镜(SEM)拍摄的覆膜表面的状态的图像。图6-1是利用电子显微镜(SEM)拍摄的将放电脉冲的脉宽te设为64 μ s而形成 的覆膜剖面的状态的图像。图6-2是利用电子显微镜(SEM)拍摄的将放电脉冲的脉宽te设为4 μ s而形成的 覆膜剖面的状态的图像。图7-1是用于说明实施方式1所涉及的放电表面处理方法的覆膜形成机理的示意 图。图7-2是用于说明实施方式1所涉及的放电表面处理方法的覆膜形成机理的示意 图。图8是利用电子显微镜(SEM)拍摄的产生脉宽te较长的脉冲放电时的覆膜状态 的表面图像。图9是利用电子显微镜(SEM)拍摄的图像，是在脉宽te较长的脉冲放电产生后，产生脉宽te较短的脉冲放电时的覆膜状态的表面图像。图10-1是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的一个例子的图，是表示放电时 在电极和被处理材料之间施加的极间电压的电压波形的图。图10-2是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的一个例子的图，是表示放电时 流过的放电电流的电流波形的图。图11是利用电子显微镜(SEM)拍摄的覆膜剖面的状态的图像。图12-1是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的一个例子的图，是表示放电时 在电极和被处理材料之间施加的极间电压的电压波形的图。图12-2是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的一个例子的图，是表示放电时 流过的放电电流的电流波形的图。图13-1是利用电子显微镜(SEM)拍摄的覆膜剖面的状态的图像。图13-2是利用电子显微镜(SEM)拍摄的覆膜剖面的状态的图像。图14是利用电子显微镜(SEM)拍摄的覆膜剖面的状态的图像。标号的说明101Co合金粉末102模具的上冲头103模具的下冲头104模具的塑模201电极202工件(被处理材料)203加工液204放电表面处理用电源205放电电弧柱
具体实施例方式下面，基于附图，详细说明本发明所涉及的放电表面处理方法的实施方式。此外， 本发明并不限于以下记载，可以在不脱离本发明主旨的范围内适当进行变更。另外，在以下 所示的附图中，为了易于理解，存在各部件的比例尺与实际不同的情况。在各附图之间也相 同地，有可能比例尺不同。实施方式1本发明涉及一种放电表面处理方法，其用于通过下述放电表面处理而形成致密的 覆膜，该放电表面处理是将金属粉末或金属合金的粉末成型而获得的压粉体、或者对该压 粉体进行加热处理而成的成型体作为电极，在液体中或者气体中，使电极和被处理材料之 间产生脉冲状放电，利用其能量使电极材料熔融，在被处理材料的表面形成由电极材料构 成的覆膜、或者由电极材料利用放电能量反应而成的物质构成的覆膜。发明人针对上述课 题进行反复研究，其结果，明确了下述结论，即，通过在实施放电表面处理时，使具有不同能 量的脉冲状放电混杂存在，从而可以减少所形成的覆膜中的不连续部分，形成致密化的厚 膜。在现有技术中，通常在成膜时反复使用相同的放电脉冲，因此，覆膜的致密度存在极限。其原因是，放电脉冲需要起到下述两方面的作用，即使电极材料散裂并向工件侧供 给的作用、以及使移动至工件侧的电极材料熔融的作用。但是，根据发明人的研究可知通 过在实施放电表面处理时，改变放电脉冲的能量，从而能够以混杂存在的方式生成主要起 到使电极材料散裂并均勻地向工件侧供给的作用的放电脉冲、以及主要起到使被供给至工 件侧的电极材料良好地熔融的作用的放电脉冲，形成致密的较厚覆膜。此外，虽然对放电脉冲的作用的不同点进行了记述，但并不表示该放电脉冲只能 具有上述作用，起到使电极材料散裂并向工件侧供给的作用的放电脉冲，也可以使移动至 工件侧的电极材料充分熔融。另外，起到使移动至工件侧的电极材料熔融的作用的放电脉 冲，也可以使电极材料散裂并向工件侧供给。另外，不同能量的放电脉冲的种类并不限定于2种，通过使能量不同的大于或等 于2种的放电脉冲混杂存在，也可以如上述所示形成致密的较厚覆膜。在利用脉冲状放电实施放电表面处理而形成覆膜的情况下，随着将电极材料向工 件侧供给的放电脉冲、以及使被供给至工件侧的电极材料熔融的放电脉冲的不同，所形成 的覆膜的状态发生各种变化。决定这一变化的2个主要因素为电极性质和放电条件。下 面，说明在使电极性质、即由材质及制造条件所确定的电极特性恒定，放电条件变化时对覆 膜的影响。对于电极，作为一个例子，使用在对粒径大约Iym的Co (钴)合金后进行成型后 进行加热而处于准烧结状态下的电极。在这里，所谓准烧结状态是指，通过加热而使得强度 与将粉末成型后的状态相比增加，但没有达到使粉末熔融而一体化的程度的状态。图1是用于说明将Co合金的粉末压缩成型而形成由压缩体构成的电极(压缩体 电极)的方法的示意图。作为压缩体电极的成型方法，在由模具的上冲头102、模具的下冲 头103、模具的塑模104围成的空间中，填充将粒径1 μ m 2 μ m程度的Co (钴)合金粉末 101和用于使成型性良好的蜡O重量％ 10重量％ )混合而成的混合物。然后，通过施 加大约150MI^程度的冲压压力，对该混合物进行压缩成型，从而形成压粉体。然后，通过 将该压粉体在600°C至800°C的范围内加热，从而增强压粉体自身的强度，并且去除所混合 的蜡。但是，合适的加热温度随着粉末的材料 粒径 压缩时的冲压压力等而变化。通常 在500°C至900°C程度的范围内的温度中，存在合适的加热温度。在这里，Co合金粉末101 中的合金的混合比率为“Cr(铬)25重量％、Ni (镍)10重量％、W(钨)7重量％、其余为 Co (钴)”。在放电表面处理加工时，该压粉体成为放电电极(压粉体电极)。由于该材料的耐 蚀性、高温硬度优越，所以通常成为在需要这些性质的部分上通过焊接等进行覆层形成处 理的材料，适用于需要耐蚀性、高温硬度时的覆层形成处理。如果不要求上述功能，仅是用 于部件修补等而形成厚膜的用途，则即使使用例如仅由Co (钴)、Ni (镍)、Fe (铁)等粉末 制作的压粉体作为电极，也可以形成厚膜。另外，通过利用在埃林厄姆图(Ellingham diagram)中以Cr为基准的不形成或者 难以形成碳化物的金属材料，使用以大于或等于40体积％含有该金属材料的压粉体电极 作为电极材料，从而可以形成致密的厚膜。作为上述金属材料，可以举出Co (钴)、Ni (镍)、 Fe(铁)、W(钨)、Mo(钼)等。图2是表示使用通过上述工序制作的压粉体电极进行放电表面处理的放电表面处理装置的要部结构的示意图。如图2所示，放电表面处理装置具有作为放电表面处理用 电极的电极201，其由上述压粉体构成；作为加工液203的油；放电表面处理用电源204，其 用于在电极201和工件202(被处理材料)之间施加电压，产生脉冲状放电(电弧柱205)； 以及加工液供给装置(未图示)，其使电极201和工件202浸渍在加工液203中，或者向电 极201和工件202之间供给加工液203。此外，在图2中，对于控制放电表面处理用电源204 和工件202之间的相对位置的驱动装置等与本发明没有直接关系的部件，省略记载。在使用上述电极201，利用放电表面处理装置在工件202表面形成覆膜时，将电极 201和工件202在加工液203中相对配置，在加工液203中，利用放电表面处理用电源204 使电极201和工件202之间产生脉冲状放电。利用该放电能量，在电极201和工件202之 间产生放电电弧柱205，使电极201的电极材料散裂并放出，使其到达工件202的表面。此 时，电极材料的一部分利用放电能量而熔融，凝固在工件202的表面而成为覆膜，或者在工 件202的表面形成利用放电能量使电极材料反应而得到的物质的覆膜。所使用的极性为， 电极201侧为负极，工件202侧为正极。为了通过放电表面处理而形成致密的厚膜，需要使通过脉冲状放电而产生的电极 材料向极间的供给量以及此后向工件202的供给量适当，并且将所供给的电极材料利用脉 冲状放电熔融，并牢固地结合在工件202的表面上。下面，说明进行放电表面处理的情况下的放电脉冲条件。图3-1及图3-2示出进 行放电表面处理的放电脉冲条件的一个例子。图3-1及图3-2是表示放电表面处理时的放 电脉冲条件的一个例子的图，图3-1表示放电时在电极201和工件202之间施加的极间电 压的电压波形，图3-2表示放电时流过的放电电流的电流波形。如图3-1所示，在时刻t0，在两极间施加无负载电压ui，在经过放电延迟时间td 后的时刻tl，在两极间开始流过电流，放电开始。此时的电压为放电电压ue，此时流过的电 流为峰值电流值ie。然后，如果在时刻t2停止向两极间供给电压，则没有电流流过。该情 况下的电流波形如图3-2所示，成为大致矩形形状的波形。时刻t2_tl为放电持续时间(脉宽)te。在两极间，每隔间歇时间to反复施加该 时刻t0 t2中的电压波形。即，如图3-1所示，在电极201和工件202之间施加脉冲状电压。图4-1及图4-2示出进行放电表面处理的放电脉冲条件的其他例子。图4-1及图 4-2是表示放电表面处理时的放电脉冲条件的其他例子的图，图4-1表示放电时在电极201 和工件202之间施加的极间电压的电压波形，图4-2表示放电时流过的放电电流的电流波形。该脉冲条件下的电流波形如图4-2所示，是在大致矩形形状的波形的开头附近组 合有高峰值的波形而得到的波形。电流波形的开头附近的高峰值的电流部分，用于在放电 脉冲的开头对电极201施加较大的冲击，使电极201散裂，将大量的电极材料向工件202侧 供给。与高峰值相连续的低电流值的电流部分，可以认为是用于使被供给至工件202侧的 电极材料熔融的部分。但是，并不一定如上述所示针对作用完全明确地进行区分，开头附近 的高峰值部分的电流也可以使移动至工件202侧的电极材料熔融。另外，后面的低电流值 的电流也可以使电极材料散裂，并向工件202侧供给。图 5-1 图 5-5 是利用电子显微镜(SEM =Scanning Electron Microscope)拍摄的图像，是在图4-1及图4-2所示的放电脉冲条件下通过使脉宽te变化而进行放电表面处 理所形成的覆膜F的状态的图像，图5-1 图5-4是剖面的图像，图5-5是表面的图像。将 图4-2所示的放电电流的电流波形中的开头附近的高峰值的电流值设为30A，将与其相连 续的低电流值设为4A。图5-1、图5-2是利用电子显微镜(SEM)拍摄的使放电脉冲的脉宽te为4 μ s而 形成的覆膜F的剖面的图像，图5-1是倍率50倍时的图像，图5-2是倍率300倍时的图像。 在脉宽te如上述所示较短的情况下，由于向工件202侧供给电极材料并使其熔融的单位变 小，所以覆膜F整体从宏观上看是均勻的。但是，整体上存在熔融单位的量级下的不连续部 分，即，利用脉冲状放电移动至工件202侧的电极材料熔融而成的部分的边界处的被认为 结合状态较弱的部分，覆膜强度较弱。另外，随着将放电脉冲的脉宽te拉长，使得移动至工件202侧的电极材料熔融的 单位变大，从某处开始，并不是成为整体均勻的覆膜，而是成为熔融的部分生长为柱状的状 态的组织。例如，图5-3、图5-4是利用电子显微镜(SEM)拍摄的使放电脉冲的脉宽te为 64 μ s而形成的覆膜F的剖面的图像，图5-3是倍率50倍时的图像，图5_4是倍率300倍时 的图像。另外，图5-5是利用电子显微镜(SEM)拍摄的使放电脉冲的脉宽te为64 μ s而形 成的覆膜F的表面的图像，是倍率300倍时的图像。从这些剖面图像可知，如果放电脉冲的脉宽te变长，则移动至工件202侧的电极 材料的熔融部分以柱状延伸，在柱与柱之间存在没有充分熔融的粒状部分或空隙。在脉宽 te较长的情况下形成这种状态的组织的原因，认为是由于通过以长时间利用较长的脉冲对 移动至覆膜侧的材料进行熔融，从而如图5-5的表面图像所示，充分熔融的材料在利用表 面张力隆起膨胀的状态下凝固，因此，在附近再次产生放电的情况下，在该膨胀部分处产生 放电。因此，在形成柱状组织的情况下，成为移动至工件202侧的电极材料充分熔融而成的 结合强度较强的部分、和存在于其间的热量没有充分作用的部分混杂而形成的组织。该组 织在熔融的部分结合强度强，但没有熔融的部分结合强度弱，因此，作为整体成为存在缺陷 的组织。图6-1、图6-2是利用电子显微镜(SEM)拍摄的图像，是在图3_1及图3_2所示的 放电脉冲条件下使脉宽te变化而形成的覆膜的剖面的图像，图6-1是使放电脉冲的脉宽te 为4μ s的情况下的剖面图像，图6-2是使放电脉冲的脉宽te为64μ s的情况下的剖面图 像。倍率均为300倍。矩形形状的电流值为4Α。从图6-1、图6-2的图像可知，在脉宽te 较短的条件下，开头部分的脉冲效果明显显露，随着脉宽te变长，与图4-1、图4-2的矩形波 部分之间的差变小。在图3-1、图3-2所示的放电脉冲条件以及图4-1、图4-2所示的放电脉冲条件中 的任一种的情况下，利用脉宽te较短、放电能量较小的脉冲，都可以得到均勻但结合强度 弱的覆膜。结合强度弱的原因是，能量的投入少，无法使覆膜材料、即移动至工件202侧的 电极材料充分熔融。另一方面，在脉宽te较大的条件下，覆膜成为柱状，柱状部分成为充分 地熔融、结合强度牢固的状态，柱状部分之间的部分成为没有熔融、结合强度弱的状态。在 任一个状态下，作为覆膜均存在缺陷，不是良好的状态。因此，在本发明中，实现稳定地形成兼具有均勻性和高结合强度的、致密的较厚覆膜。
如上述说明所示，利用脉宽te较短、能量较小的脉冲，形成的是均勻但结合强度 弱的覆膜。结合强度弱的原因是，通过放电而向覆膜材料、即移动至工件202侧的电极材料 投入的能量的投入量少，无法使覆膜材料充分熔融。另一方面，在脉宽te较大的条件下形成覆膜的情况下，形成柱状组织的原因是， 成为下一次放电容易在移动至工件202侧的电极材料熔融而成的部分处产生的状态，在存 在于熔融部分之间的没有放电产生的部分处难以产生放电，从而产生放电集中。因此，为了 不形成柱状的不均勻组织，需要防止放电集中。如果可以防止放电集中，则可以使覆膜材料 更好地熔融，可以形成牢固的覆膜。在本发明中，利用在脉宽te较长的条件下的脉冲(大脉冲)放电形成覆膜，并且， 利用在脉宽te较短的条件下的脉冲(小脉冲)放电，进行材料供给，其中，该大脉冲用于形 成熔融良好的覆膜，该小脉冲用于使放电分散、即用于防止放电集中。下面，使用图7-1、图 7-2，说明本发明中的放电表面处理方法的覆膜形成机理。图7-1及图7-2是用于说明实施 方式1所涉及的放电表面处理方法的覆膜形成机理的示意图。图7-1是覆膜形成的中间阶段，示出利用作为主脉冲的脉宽te较长的脉冲产生短 时间放电时的覆膜的状态。所谓短时间，是“放电连续地产生，形成多层膜之前”的意思，是 小于或等于形成数层膜的时间。如图7-1所示，覆膜中形成以下2个部分。第1部分是作 为主熔融部分(放电痕)的第1放电痕部分301，其是在放电电弧柱的区域中使所供给的电 极材料熔融而产生的。第2部分是第2放电痕部分302，其分布在主熔融部分的周边，是电 极材料倾注但没有如主熔融部分那样充分地熔融而产生的。在第2放电痕部分302中，形 成没有充分地熔融的粒状的附着物。在第2放电痕部分302中，电极材料并不是完全不熔融而直接倾注，由于附着物颗 粒的大小与构成电极的材料的粒径相比较大，所以认为已经熔融。由于作为主熔融部分的 第1放电痕部分301充分熔融，所以存在因表面张力而成为以圆形膨胀的形状的趋势，如果 产生几次放电，则与周边的没有充分熔融的第2放电痕部分302相比较，充分地形成为凸形 状，如果在该状态下继续放电，则成为易于将放电引导至该位置的状态。如果在成为这种状态前，产生脉宽te较短的脉冲放电，则如图7-2所示，可以覆盖 利用脉宽te较长的脉冲放电形成的凸形状部分(第1放电痕部分301)。如果成为该状态， 则成为看不到图7-1所示的状态下形成的凸形状部分(第1放电痕部分301)的状态。因 此，即使在再次产生脉宽te较长的脉冲放电的情况下，也不会使放电集中于作为主熔融部 分的第1放电痕部分301处，成为在任何部分均容易以相同的概率产生放电的状态，可以更 均勻地形成熔融良好的覆膜。图8是利用电子显微镜(SEM)拍摄的在产生脉宽te较长的脉冲放电时的覆膜状 态的表面图像。图9是利用电子显微镜(SEM)拍摄的、在脉宽te较长的脉冲放电产生后产 生脉宽te较短的脉冲放电时的覆膜状态的表面图像。倍率均为300倍。在这里，较长的脉宽te的条件为64 μ S，间歇时间64 μ s，较短的脉宽te的条件为 4ys，间歇时间8ys。如图10-1、图10-2所示，在较长的脉宽te的条件下产生10秒钟放 电，然后，在较短的脉宽te的条件下产生10秒钟放电。并且使脉宽te较长的脉冲放电和 脉宽te较短的脉冲放电周期性地交替，从而利用放电表面处理进行覆膜的形成。其结果，从图9可知，通过在脉宽te较长的脉冲放电后产生脉宽te较短的脉冲放电，从而可以利用覆膜材料(电极材料)遮盖凸形状部分。如上述所示，通过采用使较长的脉宽te和较短的脉宽te混杂的放电脉冲条件，交 替地反复进行脉宽te较长的脉冲放电和脉宽te较短的脉冲放电，从而可以防止在脉宽te 较长的脉冲放电中具有代表性的放电集中，可以形成致密的覆膜。图11是利用电子显微镜 (SEM)拍摄的利用本实施方式的方法形成的覆膜F的剖面图像，是倍率300倍时的图像。从 图11可知，利用本实施方式的方法形成的覆膜F，不存在柱状部分，成为均勻且熔融部分多 的覆膜。此外，在本实施方式中使用的放电脉冲条件，是图10-1、图10-2所示的电流波形 的开头具有高峰值的条件，但并不一定限于该条件。即使如图12-1、图12-2所示，较长的脉 宽te的放电脉冲和较短的脉宽te的放电脉冲使用图3-1、图3-2的矩形形状的电流波形的 放电脉冲，也可以得到相同的效果。另外，也可以将图3-1、图3-2所示的放电脉冲条件和图 4-1、图4-2所示的放电脉冲条件组合使用。但是，由于图10-1、图10-2所示的放电脉冲条件下向工件202供给电极材料的供 给速度快，所以有处理速度快的优点。另外，由于图10-1、图10-2所示的放电脉冲条件下使 电极散裂并向工件202侧供给的能力强，所以即使在电极的强度高且坚固的情况下，也可 以形成覆膜。在图12-1、图12-2所示的放电脉冲条件下，如果电极的强度高且坚固，则无法 充分地使电极散裂，可能无法进行覆膜形成。另外，在利用大于或等于2种的不同脉冲，产生具有不同能量的大于或等于2种的 脉冲放电的情况下，优选将较长的脉宽te的放电脉冲和较短的脉宽te的放电脉冲组合，使 得通过较长的脉宽te的脉冲放电而形成的没有充分熔融的第2放电痕部分302的未熔融 颗粒的粒径，小于或等于与通过脉宽te较短的脉冲放电而形成的放电痕(未熔融的颗粒) 的大小。由此，利用通过脉宽te较短的脉冲放电而形成的放电痕(未熔融的颗粒)，可以可 靠地遮盖凸形状部分(第1放电痕部分301)，可以防止脉宽te较长的脉冲放电中具有代表 性的放电集中，可以形成致密的覆膜。另外，以上对作为脉宽te使用4 μ s和64 μ s的情况进行了说明，但脉宽te并不限 于此。优选较长的脉宽te的条件为例如大于或等于50 μ s而小于或等于500 μ S。在较长 的脉宽te小于50 μ s的情况下，可能无法充分地起到使电极材料散裂并均勻地向工件202 侧供给的作用。在较长的脉宽te大于500 μ s的情况下，有可能导致向工件202侧供给的 电极材料过剩，无法良好地熔融。另外，优选较短的脉宽te的条件为例如大于或等于2 μ S而小于或等于20 μ S。在 较短的脉宽te小于2μ s的情况下，可能无法充分地起到使供给至工件202侧的电极材料 良好地熔融的作用。在较短的脉宽te大于20 μ s的情况下，可能无法充分地阻止形成柱状 组织。另外，在上述内容中，将脉宽te较长的脉冲连续产生的1个周期的时间和脉宽te 较短的脉冲连续产生的1个周期的时间、即脉宽te较长的脉冲和脉宽te较短的脉冲交替 的周期设为10秒，但各个周期时间并不限于此，只要落在从与数次放电相应的时间至几十 秒为止的范围内，就可以得到上述效果。优选各个周期时间为例如IOms 20秒。通过将 各个周期设为上述时间，可以可靠地得到上述效果。如上述所示，根据本实施方式所涉及的放电表面处理方法，可以稳定地形成兼具有均勻性和高结合强度的、致密的较厚覆膜。实施方式2在实施方式1中，说明了通过将脉宽te较长的脉冲放电和脉宽te较短的脉冲放 电进行组合，从而可以形成均勻且致密的覆膜的情况，但根据发明人的研究可以明确，覆膜 的致密性受到上述脉冲放电的交替方法的影响。在脉宽te较长的脉冲的比例大于最佳情况的情况下，出现下述现象，即，无法利 用由脉宽te较短的脉冲进行的放电充分地遮盖利用由脉宽te较长的脉冲进行放电所形成 的覆膜表面的凸形状部分，无法充分地消除放电集中。图13-1、图13-2是利用电子显微镜 (SEM)拍摄的图像，是将较长的脉宽te的放电比例设为2倍于处于适当范围的实施方式1 的时间的比例而形成的覆膜F的状态的图像，图13-1是拍摄覆膜F的剖面的图像，图13-2 是拍摄覆膜F的表面的图像。倍率均为300倍。从图13-1可知，与全部利用脉宽te较长的脉冲放电形成的覆膜相比更均勻，没有 形成笔直延伸的柱状组织，但可以看到开始成为柱状的趋势。另外，从图13-2可知，即使最 后是利用脉宽te较短的脉冲放电结束处理，在覆膜F的表面也可以看到通过脉宽te较长 的脉冲放电而形成的凸形状部分、即、圆形地熔融的部分。这表示由于脉宽te较短的脉冲 放电比例较少，所以无法充分平坦地形成覆膜F，在以前产生过脉宽te较长的脉冲放电的 位置仍然容易产生放电。根据以上内容可以明确，对于脉宽te较长的脉冲放电和脉宽te较短的脉冲放电 的混合比例，存在适当的条件范围。优选以利用脉宽te较短的脉冲放电形成的覆膜遮盖利 用脉宽te较长的脉冲放电形成的凸形状部分的时间量，连续进行脉宽te较短的脉冲放电。 另外，在脉宽te较短的脉冲放电的比例过大的情况下，无法利用脉宽te较长的脉冲放电使 覆膜充分地熔融，成为与仅利用脉宽te较短的脉冲放电形成的覆膜相似的覆膜。根据以上内容，优选脉宽te较长的脉冲放电和脉宽te较短的脉冲放电之间的最 佳脉冲条件的切换方式为，在利用脉宽te较短的脉冲放电恰好遮盖利用脉宽te较长的脉 冲放电形成的凸形状部分(放电痕)的定时，再次切换为脉宽te较长的脉冲放电。实施方式3在实施方式2中，从遮盖凸形状部分(放电痕)的角度出发，说明了脉宽te较长 的脉冲放电和脉宽te较短的脉冲放电之间切换的定时，但也可以从进行处理的面积的角 度出发，进行脉宽te较长的脉冲放电和脉宽te较短的脉冲放电之间的切换。S卩，也可以是 通过放电表面处理产生的覆膜形成面积越大，就使得脉宽te较长的脉冲放电的周期和脉 宽te较短的脉冲放电的各自周期的时间越长。另一方面，在覆膜形成面积较小的情况下， 必须将切换的定时提前。在覆膜形成面积较小的情况下，如果脉宽te较长的脉冲放电和脉宽te较短的脉 冲放电各自的放电脉冲周期较长，即，以相同放电脉冲条件长时间持续形成覆膜，则覆膜的 堆积速度变快，因此，通过脉宽te较长的脉冲放电而得到的覆膜和通过脉宽te较短的脉 冲放电而得到的覆膜不会混合，成为分离开的覆膜。另一方面，在脉宽te较长的脉冲放电 和脉宽te较短的脉冲放电各自的放电脉冲周期较短，即没有长时间以相同放电脉冲条件 持续形成覆膜的情况下，通常没有大问题。其原因是，放电具有连续地在相近位置产生的性 质，在各个放电脉冲周期较短的情况下，脉宽te较长的脉冲放电和脉宽te较短的脉冲放电混合。连续的放电位置集中在相近位置的原因是，由于如果产生放电，则在电弧柱的位置处 生成等离子体，所以易于在其附近产生放电，另外，由于通过放电的产生而散裂并放出的电 极材料粉末停滞在放电位置周边，所以诱发下一次放电。因此，与通过放电表面处理产生的覆膜形成面积对应地，调整对脉宽te较长的脉 冲放电和脉宽te较短的脉冲放电进行切换的定时这一点，对于形成均勻且致密的覆膜是 有效的。实施方式4对于用于使覆膜致密的脉冲放电的组合，如果考虑以下情况，则可以选择更好的 条件。在产生脉宽te较长的脉冲放电的情况下，如上述所示，形成作为主熔融部分的第1 放电痕部分301、和分布在其周边并堆积有没有充分熔融的粒状附着物的第2放电痕部分 302。第2放电痕部分302的粒状附着物是只要在该位置处产生放电就可以熔融的颗粒。但是，在为了遮盖利用脉宽te较长的脉冲放电在覆膜表面形成的凸形状部分而 利用脉宽te较短的脉冲放电进行熔融的单位，与通过脉宽te较长的脉冲放电没有充分熔 融而堆积在第2放电痕部分302处的颗粒的大小相比非常大的情况下，如图14所示，有可 能无法利用下一次脉宽te较长的脉冲放电而充分地熔融，残留无法熔融的颗粒311。为了防止这种现象，优选将脉宽te较长的脉冲放电和脉宽te较短的脉冲放电的 组合选择为，使得通过脉宽te较短的脉冲放电形成的主熔融部的大小小于或等于通过脉 宽te较长的脉冲放电没有充分地熔融的颗粒的大小。由此，可以防止如图14所示残留无 法熔融的颗粒311的情况，可以形成均勻且致密的覆膜。工业实用性如上述所示，本发明所涉及的放电表面处理方法，适用于利用放电表面处理而形 成均勻且致密的覆膜的情况。
权利要求
1.一种放电表面处理方法，其进行下述放电表面处理，即，将金属粉末或金属合金的粉 末成型而获得的压粉体、或者对该压粉体进行加热处理而成的成型体作为电极，在液体中 或者气体中，使电极和被处理材料之间产生脉冲状放电，利用其能量使电极材料熔融，在被 处理材料的表面形成由电极材料构成的覆膜、或者由电极材料利用放电能量反应而成的物 质构成的覆膜，该放电表面处理方法的特征在于，作为所述脉冲状放电，混合产生具有不同能量的大于或等于2种的脉冲状放电。
2.根据权利要求1所述的放电表面处理方法，其特征在于，所述金属合金以大于或等于40体积％包含在埃林厄姆图中以Cr为基准的不形成或者 难以形成碳化物的金属材料。
3.根据权利要求2所述的放电表面处理方法，其特征在于，不形成或者难以形成所述碳化物的金属材料为Co (钴)、Ni (镍)je (铁)、W(钨)或 者Mo (钼)。
4.根据权利要求1所述的放电表面处理方法，其特征在于，作为所述具有不同能量的大于或等于2种的脉冲状放电，产生脉宽较长的条件的第1 脉冲状放电、和与所述第1脉冲状放电相比脉宽较短的条件的第2脉冲状放电。
5.根据权利要求4所述的放电表面处理方法，其特征在于，混合产生脉宽大于或等于50 μ S的所述第1脉冲状放电和脉宽小于或等于20 μ S的所 述第2脉冲状放电。
6.根据权利要求4所述的放电表面处理方法，其特征在于，以规定的周期交替产生所述第1脉冲状放电和所述第2脉冲状放电。
7.根据权利要求6所述的放电表面处理方法，其特征在于， 所述周期为IOms 20秒的范围。
8.根据权利要求6所述的放电表面处理方法，其特征在于， 与进行所述覆膜的形成的面积对应地变更所述周期。
9.根据权利要求4所述的放电表面处理方法，其特征在于，在利用所述第2脉冲状放电形成的覆膜覆盖利用所述第1脉冲状放电形成的覆膜中所 述电极材料熔融而形成的凸形状部分之前，连续产生所述第2脉冲状放电。
10.根据权利要求4所述的放电表面处理方法，其特征在于，使得利用所述第1脉冲状放电形成的覆膜中分布在所述电极材料熔融而形成的凸形 状部分周边的颗粒的粒径，小于或等于利用所述第2脉冲状放电形成的覆膜中的颗粒的粒径。
11.根据权利要求1所述的放电表面处理方法，其特征在于，作为所述具有不同能量的大于或等于2种的脉冲状放电，混合产生峰值电流值不同的 大于或等于2种的脉冲。
全文摘要
本发明涉及一种放电表面处理方法，该放电表面处理方法进行下述放电表面处理，即，将金属粉末或金属合金的粉末成型而获得的压粉体、或者对该压粉体进行加热处理而成的成型体作为电极，在液体中或者气体中，使电极和被处理材料之间产生脉冲状放电，利用其能量使电极材料熔融，在被处理材料的表面形成由电极材料构成的覆膜、或者由电极材料利用放电能量反应而成的物质构成的覆膜，作为所述脉冲状放电，混合产生具有不同能量的大于或等于2种的脉冲状放电。
文档编号C23C26/00GK102119241SQ200880130698
公开日2011年7月6日 申请日期2008年8月6日 优先权日2008年8月6日
发明者中村和司, 冈根正裕, 后藤昭弘, 寺本浩行 申请人:三菱电机株式会社