专利名称：放电表面处理用电极及其制造方法及放电表面处理方法
技术领域：
本发明涉及放电表面处理用电极及其制造方法及放电表面处理方法的改进，上述电极用于使电极和被加工物体间放电、利用放电能量在被加工物体表面形成电极材料构成的硬质被膜或形成由电极材料利用放电能量产生反应的生成物构成的硬质被膜的放电表面处理。
背景技术：
以往，在被加工物体表面形成硬质被膜而赋予耐腐蚀性和耐磨损性的技术，包括日本专利公开公报平5-148615号揭示的放电表面处理方法。该技术是由以下2个步骤组成的金属材料的放电表面处理方法，即，首先使用WC(碳化钨)粉末和Co(钴)粉末混合后压制成形而形成的作为放电表面处理用电极的粉末压制电极进行1次加工，然后，换成铜电极等电极消耗较少的电极，进行2次加工。该方法能够在钢材上形成具有牢固粘合力的硬质被膜，但很难在硬质合金等烧结材料上形成具有牢固粘合力的硬质被膜。
本发明者们经过研究后发现，将形成Ti(钛)等硬质碳化物的材料作为放电表面处理用电极使用，如果使该电极和作为被加工物体的金属材料间放电，则无需再熔融过程就可在作为被加工物体的金属表面形成牢固的硬质被膜。这是因为放电而消耗的电极材料与加工液组成成分C(碳)反应生成了TiC(碳化钛)。此外，使用TiH2(氢化钛)等金属氢化物形成的作为放电表面处理用电极的粉末压制电极在电极和作为被加工物体的金属材料间放电，与使用Ti等材料相比，能够更迅速地形成粘合性较高的硬质被膜。另外，使用在TiH2等金属氢化物中混合了其他金属及陶瓷的作为放电表面处理用电极的粉末压制电极在电极和作为被加工物体的金属材料间放电，能够快速形成硬度、耐磨损性等各种性质均良好的硬质被膜。
例如，日本专利公开公报平9-192937号揭示了上述方法，用于该放电表面处理的放电表面处理用电极及装置的构成例如图7所示。图中，1为由TiH2粉末压制成形的作为放电表面处理用电极的粉末压制电极，2为被加工物体，3为加工槽，4为加工液，5为控制加在粉末压制电极1和被加工物体2之间的电压及电流的开关元件，6为控制开关元件5的开与关的控制电路，7为电源，8为电阻器，9为形成的硬质被膜。该构成可使粉末压制电极1和被加工物体2间放电，利用放电能量在钢铁、硬质合金等形成的被加工物体2表面形成硬质被膜9。
通过这样的放电表面处理而在被加工物体上形成由碳化物构成硬质被膜，是将形成硬质被膜成分的碳化物作为放电表面处理用电极的成分，利用通过放电而产生的热能，在被加工物体上形成碳化物被膜，或者将形成硬质被膜成分碳化物的金属或该金属的化合物作为放电表面处理用电极成分，利用通过放电而产生的热能，与加工液的构成成分碳反应，在被加工物体上形成由碳化物构成硬质被膜。
如果放电表面处理用电极成分仅为碳化物等硬度较高的材料，则不能够通过加压压制成形使作为放电表面处理用电极成分的粉末成块，所以一般与硬度较低的粘合剂材料混合使用。但是，在制作烧结合金等时，如果将作为粘合剂使用的Co(钴)等与电极材料混合，则产生的问题是，由于是不能够形成碳化物的材料，这样被加工物体上形成的硬质被膜的硬度就会下降，不能够用于对耐磨损性有较高要求的领域。此外，有的情况下被加工物体上形成的硬质被膜的材料与被加工物体的母材的相容性较差，这时存在硬质被膜的粘合强度较弱的问题。
发明的揭示本发明解决了前述问题，其目的是提供放电表面处理用电极及其制造方法及放电表面处理方法，所述电极通过放电表面处理能够提高被加工物体上形成的硬质被膜的硬度及被膜强度。
本发明的放电表面处理用电极是在含碳加工液中，使电极和被加工物体间放电，利用放电能量在前述被加工物体表面形成含有金属碳化物成分的硬质被膜从而完成放电表面处理的放电表面处理用电极，前述放电表面处理用电极材料含有前述金属碳化物及前述金属碳化物中所含的金属或该金属的化合物或形成硬质碳化物的其他金属或金属化合物。
前述金属碳化物是前述被加工物体材料中所含的金属或金属化合物的金属碳化物。
前述放电表面处理用电极材料中包含WC及W。
本发明的放电表面处理用电极的制造方法是，在含碳加工液中使电极和被加工物体间放电、并利用放电能量在前述被加工物体表面形成含有金属碳化物成分的硬质被膜从而完成放电表面处理的放电表面处理用电极的制造方法，该方法的特征是，将前述金属碳化物粉末及前述金属碳化物中所含的金属粉末或金属化合物的粉末或形成硬质碳化物的其他金属粉末或金属化合物粉末混合，压制成形，制得前述放电表面处理用电极。
此外，在前述放电表面处理用电极材料中加蜡后压制成形，然后在高于前述蜡的熔融温度但低于前述蜡的分解发焦温度的温度范围内进行加热处理，蒸发除去前述蜡，形成前述放电表面处理用电极。
本发明的放电表面处理方法是，在含碳加工液中使放电表面处理用电极和被加工物体间放电、并利用放电能量在前述被加工物体表面形成含有金属碳化物成分的硬质被膜的放电表面处理方法，该方法中采用了含有前述金属碳化物及前述金属碳化物中所含的金属或该金属的化合物或形成硬质碳化物的其他金属或金属化合物的前述放电表面处理用电极。
前述金属碳化物是前述被加工物体材料中所含的金属或金属化合物的金属碳化物。
由于本发明具备以上所述的构成，所以它具有的效果是，能够使通过放电表面处理在被加工物体上形成的硬质被膜的被膜硬度及被膜强度得到提高。
对附图的简单说明
图1为本发明实施方式1的放电表面处理用电极及其制造方法的简单截面图。
图2为本发明实施方式1的放电表面处理方法构成图。
图3为利用本发明实施方式1的放电表面处理方法在被加工物体上形成被膜情况的说明图。
图4为本发明实施方式1的放电表面处理方法另一例子的说明图。
图5为本发明实施方式2的放电表面处理用电极制造方法的简单说明图。
图6为对本发明实施方式2的放电表面处理用电极进行压制成形时，在放电表面处理用电极材料中混入的蜡的蒸气压曲线图的一个例子。
图7为传统的放电表面处理用电极及装置的构成图。
实施发明的最佳方式实施方式1图1为本发明实施方式1的放电表面处理用电极及其制造方法的简单截面图。图中，10表示放电表面处理用电极、11表示WC(碳化钨)粉末、12表示W(钨)粉末、13表示模具的上模冲、14表示模具的下横冲、15表示模具的阴模，混合WC粉末11和W粉末12，将它们压入模具中，通过压制成形，形成放电表面处理用电极10。
如背景技术所述，要进一步提高被加工物体上形成的硬质被膜的硬度，应该使用硬度更高的材料作为被膜成分，最好仅采用碳化物等硬度较高的材料作为放电表面处理用电极的成分。此外，由于有时会出现被加工物体上形成的硬质被膜的材料与被加工物体的母材不相容的情况，或硬质被膜的粘合强度较弱等问题，所以必须在放电表面处理用电极中混入与被加工物体的母材具有良好相容性的材料。
本发明的实施方式1的发明中，为使被膜成分仅为硬度更高的材料，而且使被加工物体母材和被加工物体上形成的硬质被膜具有良好的相容性，是将硬度更高的硬质金属碳化物粉末及被加工物体母材所含的碳和加工液中所含的碳反应形成前述硬质碳化物的材料粉末混合，作为放电表面处理用电极材料，压制成形制得放电表面处理用电极。
例如，图1的放电表面处理用电极10是表示被加工物体的主要对象为WC和Co的烧结材料形成的硬质合金的情况，硬质合金的硬度以显微维氏硬度HV计在1300～2000左右的范围内，这是因为WC的硬度HV在2400左右，但由于混入了柔软的Co，所以整体硬度有所下降。图1的放电表面处理用电极10由WC和W形成，利用该电极进行放电表面处理，能够在被加工物体表面仅由硬度更高的材料WC形成被膜。另外，由于WC是与硬质合金的成分相同的材料，因此与母材的硬质合金相容性好，能够实现强粘合力。图2所示为本发明实施方式1的放电表面处理方法。图3是利用本发明实施方式1的放电表面处理方法在被加工物体上形成被膜的示意图。图中，3表示加工槽，4表示含有以C为构成成分的加工液，10表示WC及W形成的放电表面处理用电极，16表示作为被加工物体的硬质合金，17表示放电表面处理用电源装置，18为放电电弧柱，19表示转移到因放电热量而熔融的被加工物体侧的放电表面处理用电极成分，20表示WC形成的硬质被膜。通过图2的放电表面处理用电源装置17使放电表面处理用电极10与被加工物体16间放电，如图3(a)所示，放电产生的热量使放电表面处理用电极10熔融，在电极间释放，因放电热量而熔融并转移到被加工物体侧的放电表面处理用电极成分19附着在被加工物体16上。然后，如图3(b)所示，作为放电表面处理用电极10的成分的W与作为加工液4的构成成分的C反应形成WC，在被加工物体16表面形成放电表面处理用电极10的成分WC和WC形成的硬质被膜20。
图4为本发明的实施方式1的放电表面处理方法的另一例子，其中的被加工物体为钢材。图中，3表示加工槽，4表示含有以C为构成成分的加工液，17表示放电表面处理用电源装置，18为放电电弧柱，21为WC及Fe形成的放电表面处理用电极，22为作为被加工物体的钢材。在作为被加工物体22的钢材上形成被膜时，由于混入了被加工物体22的母材成分Fe作为放电表面处理用电极21的材料，所以能够形成具有较强粘合力的被膜。
实施方式2图5为本发明实施方式2的放电表面处理用电极的制造方法的简单说明图。图中，10表示放电表面处理用电极，11表示WC粉末，12表示W粉末，23表示石蜡等蜡，24表示真空炉，25表示高频线圈，26表示真空氛围气。将蜡23与WC粉末11和W粉末12混合，压制成形制得到粉末压制电极，可大幅度提高电极成形性。但是，蜡23为绝缘性物质，所以如果大量残留在电极中，则会使电极的电阻提高，这样就会影响到放电特性。因此，必须要除去蜡23。图5(a)所示为将混入了蜡23的粉末压制电极放入真空炉24中进行加热的情况，加热在真空氛围气26中进行，但也可在氢气或氩气等气体中进行。利用设置在真空炉24周围的高频线圈25对真空炉24中的粉末压制电极进行高频加热。此时，如果加热温度过低，则无法除去蜡23，如果温度过高，则蜡23会发焦，使电极纯度下降，所以必须将温度保持在蜡23的熔融温度以上使蜡23分解而且在成为黑焦状的温度以下的范围内。例如，沸点为250℃的蜡的蒸气压曲线如图6所示。如果将真空炉24的气压保持在蜡23的蒸气压以下，则如图5(b)所示，能够蒸发除去蜡23，获得由WC和W形成的放电表面处理用电极10。
以上对由WC和W形成的放电表面处理用电极10及由WC和Fe形成的放电表面处理用电极21进行了说明，当然，根据不同被加工物体还可在放电表面处理用电极中混入其他材料。例如，被加工物体为钛金属时，如果要在被加工物体上形成硬质被膜，则组合使用TiC(碳化钛)和Ti(钛)、TiC和TiO2(二氧化钛)、或TiC和TiH2(氢化钛)等，能够在被加工物体上形成与被加工物体的母材具有良好相容性的被膜。
产业上利用的可能性如上所述，本发明的放电表面处理用电极及其制造方法及放电表面处理方法适用于在被加工物体表面形成硬质被膜的表面处理产业有关的领域。
权利要求
1.放电表面处理用电极，所述电极用于在含碳加工液中，使电极和被加工物体间放电，利用放电能量在前述被加工物体表面形成含有金属碳化物成分的硬质被膜的放电表面处理，其特征在于，前述放电表面处理用电极材料含有前述金属碳化物及前述金属碳化物中所含的金属或该金属的化合物或形成硬质碳化物的其他金属或金属化合物。
2.如权利要求1所述的放电表面处理用电极，其中，前述金属碳化物为前述被加工物体材料中所含的金属或金属化合物的金属碳化物。
3.如权利要求2所述的放电表面处理用电极，其中，前述放电表面处理用电极材料中包含WC及W。
4.放电表面处理用电极的制造方法，所述方法是，在含碳加工液中使电极和被加工物体间放电、并利用放电能量在前述被加工物体表面形成含有金属碳化物成分的硬质被膜的放电表面处理用电极的制造方法，其特征在于，将前述金属碳化物粉末及前述金属碳化物中所含的金属粉末或该金属的化合物的粉末或形成硬质碳化物的其他金属粉末或金属化合物粉末混合，压制成形，制得前述放电表面处理用电极。
5.如权利要求4所述的放电表面处理用电极的制造方法，其特征还在于，在前述放电表面处理用电极材料中加蜡后压制成形，然后在高于前述蜡的熔融温度但低于前述蜡的分解发焦温度的温度范围内进行加热处理，蒸发除去前述蜡，形成前述放电表面处理用电极。
6.放电表面处理方法，所述方法是，在含碳加工液中使电极和被加工物体间放电、并利用放电能量在前述被加工物体表面形成含有金属碳化物成分的硬质被膜的放电表面处理方法，其特征在于，采用了含有前述金属碳化物及前述金属碳化物中所含的金属或该金属的化合物或形成硬质碳化物的其他金属或金属化合物的前述放电表面处理用电极。
7.如权利要求6所述的放电表面处理方法，其特征还在于，前述金属碳化物是前述被加工物体材料中所含的金属或金属化合物的金属碳化物。
全文摘要
混合WC粉末(11)及W粉末(12)后,将它们压入模具中,通过压制成形制得放电表面处理用电极(10)。利用放电表面处理用电源装置(17)使放电表面处理用电极(10)和被加工物体(16)间放电,再利用放电热量使熔融的放电表面处理用电极(10)的成分附着在被加工物体(16)表面。放电表面处理用电极(10)的成分W与加工液(4)的构成成分C反应形成WC,在被加工物体(16)表面形成放电表面处理用电极(10)的成分WC和由WC构成的硬质被膜(20)。通过放电表面处理能够提高被加工物体(16)表面形成的硬质被膜的被膜硬度及被膜强度。
文档编号C23C26/00GK1371430SQ99816915
公开日2002年9月25日 申请日期1999年9月30日 优先权日1999年9月30日
发明者后藤昭弘, 毛吕俊夫 申请人:三菱电机株式会社