專利名稱：放電表面處理方法及放電表面處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放電表面處理技術(shù)，詳細地說，涉及以下的放電表面處理方法及放電表面處理裝置，即，以將金屬粉末、金屬化合物粉末或陶瓷粉末壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，使電極與工件之間產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量，在工件表面形成由電極材料構(gòu)成的覆蓋膜、或者由電極材料利用放電能量反應(yīng)的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的放電表面處理主要著眼于常溫下的耐磨損，形成TiC(碳化鈦)等的硬質(zhì)材料的覆蓋膜。但是，近年來對在工件表面上致密且較厚地堆積金屬材料的技術(shù)的要求提高。
其背景是，對具有高溫環(huán)境下的耐磨損性能或潤滑性能的覆蓋膜的要求提高。作為其一例，對圖10所示的航空器用燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪葉片的情況進行說明。
如圖10所示，渦輪葉片101的構(gòu)成方式為，多個葉片接觸并固定，繞軸(未圖示)旋轉(zhuǎn)。這些渦輪葉片相互接觸的部分在渦輪葉片旋轉(zhuǎn)時，在高溫環(huán)境下激烈摩擦或撞擊。
在使用這樣的渦輪葉片的高溫環(huán)境下(大于或等于700℃)，在常溫中被使用的一般的耐磨損覆蓋膜或具有潤滑作用的覆蓋膜在高溫環(huán)境下被氧化而幾乎不能發(fā)揮作用。因此，在高溫環(huán)境下使用的部件上，利用焊接和噴鍍等方法，形成合金材料的覆蓋膜(厚膜)，該合金材料含有生成在高溫下發(fā)揮潤滑性的氧化物的金屬。
這些方法都要用人工進行熟練操作，由于是熱量集中進入工件(焊接的情況)，所以容易產(chǎn)生變形或裂紋等很多的問題。因此，需要取代這些方法的覆蓋膜形成技術(shù)。
另一方面，作為覆蓋膜形成技術(shù)，提出了利用脈沖狀放電在工件表面形成覆蓋膜的方法(下面稱為放電表面處理)(例如參照專利文獻1)?，F(xiàn)在，放電表面處理主要著眼于在常溫下的耐磨損，形成TiC(碳化鈦)等的硬質(zhì)材料的覆蓋膜。
可是，近年來不僅僅是要求以常溫下的耐磨損為目的的硬質(zhì)陶瓷覆蓋膜，對使用放電表面處理，形成膜厚大于或等于100μm左右的厚膜的要求日益強烈。但是，如果在加工液中，特別是在油中進行放電表面處理，則油中的碳與金屬反應(yīng)后形成碳化物。因此，Ti(鈦)等容易形成碳化物的材料的覆蓋膜，由放電表面處理堆積非常困難。
此外，提出了利用在氣體氣氛中的放電的覆蓋膜形成技術(shù)(例如參照專利文獻2和專利文獻3)。但是，這些方法是用人工在旋轉(zhuǎn)的電極和工件之間施加80～200V的電壓，通過反復(fù)放電和接觸形成覆蓋膜的方法，難以形成穩(wěn)定的覆蓋膜。
專利文獻1 專利第3227454號公報專利文獻2 特開平6-269936號公報專利文獻3 特開平11-264080號公報在這樣的背景下，近年來，熱切地希望使用不需要由人工的熟練操作，而是可以流水線化的放電表面處理，形成不僅是以常溫下的耐磨損為目的的硬質(zhì)陶瓷覆蓋膜，而且膜厚大于或等于100μm左右的厚膜的技術(shù)。
但是，在上述的專利文獻1所示的電極制造方法中，由于以形成薄膜為主要對象，所以不能形成具有高溫環(huán)境下的耐磨損性能或潤滑性能的覆蓋膜。此外，沒有考慮粉末壓縮成型時使電極的硬度均勻地成型的問題，有時電極本身的硬度產(chǎn)生波動。
在由放電表面處理形成厚膜時，來自于電極側(cè)的電極材料的供給和其供給的材料在工件表面的熔融方式對覆蓋膜性能有最大影響。對該電極材料的供給有影響是電極的強度，即硬度。在使用專利文獻1所示的技術(shù)形成薄膜的情況下，由于形成的覆蓋膜的膜厚薄，所以即使電極的硬度有一些不均勻，對覆蓋膜性能也幾乎沒有影響。
但是，在使用這種電極強度不均勻的電極進行厚膜的放電表面處理的情況下，不能形成具有均勻厚度的覆蓋膜。在利用放電表面處理的厚膜形成中，通過將大量的電極材料均勻提供給工件側(cè)的處理范圍，才能形成厚度恒定的覆蓋膜。因此，如果電極的硬度有一些不均勻，則此部分的覆蓋膜的形成方式改變，不能形成厚度均勻的覆蓋膜。
此外，還產(chǎn)生以下問題，即，根據(jù)放電表面處理時使用的電極的場所不同，覆蓋膜的形成速度、覆蓋膜的性質(zhì)產(chǎn)生波動等、不能進行恒定質(zhì)量的表面處理。
本發(fā)明是鑒于上述問題而進行的發(fā)明，其目的在于，提供一種在利用脈沖放電在工件表面上形成覆蓋膜的放電表面處理中，穩(wěn)定地形成優(yōu)質(zhì)的覆蓋膜的放電表面處理方法和放電表面處理裝置。
此外，其目的在于，提供一種利用在油中進行脈沖放電的放電表面處理中，使容易變成碳化物的材料不變成碳化物，來形成優(yōu)質(zhì)的覆蓋膜的放電表面處理方法和放電表面處理裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及的放電表面處理方法，其特征在于，使用將金屬粉末、金屬化合物粉末或陶瓷粉末壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，在氣體氣氛中，向電極與工件之間施加大于或等于500V的電壓，使其產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量，在工件表面上形成由電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或者由電極材料利用放電能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜。
由本發(fā)明，由于在氣體氣氛中向電極與工件之間施加大于或等于500V的電壓，使其產(chǎn)生脈沖狀放電，進行放電表面處理，所以可以將極間距離，即電極與工件之間的距離保持在適當(dāng)?shù)木嚯x。這樣，可以使氣體氣氛中的放電穩(wěn)定地進行，在氣體氣氛中也能形成良好的厚膜。


圖1是表示放電表面處理用電極制造工藝的原理的剖面圖，圖2是表示進行放電表面處理的情況的原理圖，圖3A是表示進行放電表面處理時的電壓波形的特性圖，圖3B是表示對應(yīng)于圖3A的電壓波形的電流波形的特性圖，圖4是表示在加工液中的放電狀態(tài)的圖，圖5是表示在氬氣中放電時的無負荷電壓與極間距離的關(guān)系的特性圖，圖6是表示在實施方式2中進行放電表面處理的情況的原理圖，圖7是表示在實施方式3中進行放電表面處理的情況的原理圖，圖8是表示在實施方式4中進行放電表面處理的情況的原理圖，圖9是表示在實施方式5中進行放電表面處理的情況的原理圖，圖10是說明航空器用燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪葉片的圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明涉及的放電表面處理方法和放電表面處理裝置的實施方式進行詳細說明。此外，本發(fā)明并不是限定于下述的內(nèi)容，在不脫離本發(fā)明的要點的范圍內(nèi)可以適當(dāng)變更。此外，在附圖中，為了容易理解，有時各部件的比例尺不同。
作為對由本發(fā)明中的放電表面處理所形成的厚膜所要求的功能是，具有高溫環(huán)境下的耐磨損性、潤滑性等。因此，本發(fā)明以可以移作在高溫環(huán)境下也使用的部件等的放電表面處理技術(shù)為對象。
為了形成這樣的厚膜，與如現(xiàn)有的為了形成硬質(zhì)陶瓷膜的以陶瓷為主要成分的電極不同，使用將以金屬成分為主要成分的粉末壓縮成型，然后根據(jù)需要進行加熱處理而形成的電極。
此外，因為利用放電表面處理形成厚膜，要利用放電脈沖將電極材料大量地向工件側(cè)供給，所以需要使電極具有使電極硬度降低到一定程度等的、電極材質(zhì)和硬度等規(guī)定的特征。
在由脈沖放電形成厚膜時，如上述那樣，使用以金屬成分為主要成分的材料作為電極，但發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，如果在電極中含有大量容易形成碳化物的材料，則由于該容易形成碳化物的材料與在加工液即油中含有的碳反應(yīng)而變成碳化物，所以難以形成厚膜。
也就是說，通過發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，在利用將數(shù)μm左右的粉末壓縮成型后制造的電極形成覆蓋膜的情況下，如果在電極中不含有Co(鈷)、Ni(鎳)、Fe(鐵)等難形成碳化物的材料，則很難穩(wěn)定地形成致密的厚膜。
但是，在想形成厚膜這一產(chǎn)業(yè)界的要求中，也有使用如Ti(鈦)這樣非常容易碳化的材料的、修補這樣的用途。本發(fā)明就是在使用這種容易碳化的材料的情況下，也可以利用脈沖放電穩(wěn)定地形成致密的厚膜的技術(shù)。
實施方式1.
首先，對本發(fā)明的實施方式1中的放電表面處理方法進行說明。圖1是表示本發(fā)明的實施方式1涉及的放電表面處理用電極制造工藝的原理的剖面圖。首先，參照圖1對作為本發(fā)明中使用的電極的一個例子，在對電極使用Co合金粉末的情況進行說明。在圖1中，在由金屬模具的上沖頭2、金屬模具的下沖頭3和金屬模具的沖模4圍成的空間中，填充粒徑1μm左右的Co粉末1。然后，通過將該粉末壓縮成型，形成粉末壓縮體。在放電表面處理中，該粉末壓縮體作為放電電極。
圖1所示的電極的制作工序如下。首先，將Co粉末1裝入模具，利用上沖頭2和下沖頭3對該Co粉末1施加規(guī)定的壓力進行沖壓。這樣，通過對Co粉末1施加規(guī)定的沖壓壓力，該Co粉末1凝結(jié)，成為粉末壓縮體。
如果為了在沖壓時很好地將沖壓的壓力向Co粉末1的內(nèi)部傳遞，在Co粉末1中混合重量比1％到10％左右的石蠟等的蠟，則可以改善Co粉末1的成型性。但是，在電極內(nèi)的蠟殘留量越多，放電表面處理時的導(dǎo)電性越差。因此，在Co粉末1中混合蠟的情況下，優(yōu)選在后面的工序中將蠟去除。
如上所述被壓縮成型的粉末壓縮體，在通過壓縮得到規(guī)定的硬度、導(dǎo)電性的情況下，可以直接作為放電表面處理用的電極使用。此外，在被壓縮成型的粉末壓縮體沒能得到規(guī)定硬度的情況下，通過加熱增加強度即硬度，還可以降低電阻。
此外，對粉末壓縮體實施加熱后使用的情況下，從使用的方面考慮，優(yōu)選通過加熱使粉末壓縮體達到粉筆程度的硬度，作為放電表面處理用的電極。此外，在如上所述，壓縮成型時混合蠟的情況下，必須要加熱電極(粉末壓縮體)以去除蠟。
這時，裝入模具中的Co粉末1平均粒徑小于或等于約3μm，更優(yōu)選的是，可以如本實施方式小于或等于約1μm。
圖2表示使用了通過以上工序制作的厚膜形成用的、硬度低的放電表面處理用電極，利用本發(fā)明涉及的放電表面處理裝置，進行放電表面處理的情況的原理圖。在圖2中表示正在產(chǎn)生脈沖狀放電的情況。
如圖2所示，本實施方式涉及的放電表面處理裝置是上述的放電表面處理用電極，具有以下部分而構(gòu)成放電表面處理用電極5(下面有時簡稱為電極5)，其包括將Co粉末1壓縮成型的粉末壓縮體，或?qū)⒃摲勰嚎s體加熱處理后的粉末壓縮體；氬氣7，其是包覆電極5和工件6的氣體；以及放電表面處理用電源9，其向電極5和工件6之間施加電壓，以產(chǎn)生脈沖狀放電(電弧柱8)。此外，在圖2中，因為用于控制極間距離，即控制電極5和工件6之間距離的伺服機構(gòu)，以及貯存氬氣7的貯存罐等與本發(fā)明沒有直接關(guān)系，所以省略。
要利用該放電表面處理裝置在工件表面形成覆蓋膜，要將電極5和工件6在氬氣氣氛中相對配置。然后，在氬氣氣氛中，使用放電表面處理用電源9使電極5和工件6之間產(chǎn)生脈沖狀放電。具體地說，在電極5和工件6之間施加電壓而使其產(chǎn)生放電。放電的電弧柱8如圖2所示，在電極5和工件6之間產(chǎn)生。
于是，利用在電極5和工件6之間產(chǎn)生的放電的放電能量，在工件表面形成電極材料的覆蓋膜，或者形成電極材料利用放電的能量反應(yīng)后的物質(zhì)的覆蓋膜。極性使用以電極5側(cè)作為負的極性、以工件6側(cè)作為正的極性。
圖3A和圖3B表示在具有這樣結(jié)構(gòu)的放電表面處理裝置中，進行放電表面處理情況下的放電脈沖條件的一個例子。圖3A和圖3B是表示放電表面處理時的放電的脈沖條件的一個例子，圖3A表示放電時施加在電極11與工件12之間的電壓波形(極間電壓波形)，圖3B表示放電時流過放電表面處理裝置的電流的電流波形。電流值以圖3A、圖3B的箭頭方向，即縱軸的向上的方向為正。此外，電壓值以電極5側(cè)為負的極性、工件6側(cè)為正的極性的情況為正。
如圖3A所示，在時刻t0向兩極間施加無負荷電壓ui，在經(jīng)過放電延遲時間td的時刻t1，兩極間開始流過電流I，開始放電。此時的電壓為放電電壓ue，此時流過的電流為峰值電流值ie。然后，如果在時刻t2停止向兩極之間供給電壓，則電流不流動。
將時刻t1-t2稱為放電脈沖寬度。將此時刻t0～t2的電壓波形，間隔間歇時間to而反復(fù)施加在兩極之間。也就是說，如該圖3A所示，在電極5和工件6之間施加脈沖狀電壓。
在本實施方式中使用的放電脈沖條件為，峰值電流值ie＝10A、放電持續(xù)時間(放電脈沖寬度)te＝64μs、間歇時間to＝128μs。
在這樣的氣體氣氛中(本實施方式中為氬氣氣氛中)的放電，與在液體中(加工液中)的放電的不同點是電極和工件之間的距離即極間距離短。在加工液(油)63等的液體中的放電中，如圖4所示，因為通過利用放電從電極61釋放出來的電極材料或工件62熔融后生成的粉末(加工屑)64滯留在極間(電極61和工件62之間)而引起放電，所以極間距離長。
作為參考，在上述的峰值電流值ie＝10A、放電持續(xù)時間(放電脈沖寬度)te＝64μs、間歇時間to＝128μs、無負荷電壓80V的條件下，放電中的極間距離大約40μm～50μm。
接下來，對以圖2的結(jié)構(gòu)，在氣體氣氛(在本實施方式中為氬氣氣氛)中的本方法(放電表面處理方法)的原理進行說明。如果產(chǎn)生放電，則電極5和工件6的電弧柱8的部分被加熱。由于電極5是將1μm左右的Co粉末壓縮成型后構(gòu)成的，所以導(dǎo)熱性差，局部加熱后一部分氣化。利用該電極材料的一部分氣化時的爆炸力，電極材料被吹向工件側(cè)而移到工件側(cè)，在工件表面形成覆蓋膜。
由于氣體氣氛中的放電表面處理的原理如上所述，所以優(yōu)選為了在工件表面形成覆蓋膜，電極由粉末材料構(gòu)成。假如在使用不是由粉末材料構(gòu)成的電極進行放電表面處理的情況下，要使電極材料飛向工件側(cè)，需要大能量的放電脈沖。但是，用這樣的大放電脈沖會對工件側(cè)進行去除加工。也就是說，在使用不是由粉末材料制作的電極進行放電表面處理的情況下，用本實施方式這樣小能量的放電脈沖將電極熔融后飛向工件側(cè)是困難的。
此外，在氣體氣氛中的放電中不能期望如在加工液中那樣通過加工屑引發(fā)放電的作用。因此，需要使工件和電極靠近到通過施加電壓產(chǎn)生放電的距離。
但是，由于通過放電會產(chǎn)生放電痕跡的凸起，所以如果多余的極間即電極和工件之間的距離過窄，則放電痕跡的凸起量變得比極間距離大。在這種情況下，在通過放電而電極材料移到工件上時，極間會發(fā)生短路。
不管是在加工液中還是在氣體氣氛中，基于上述條件的放電痕跡的凸起量為10μm～20μm左右。如果考慮極間的定位控制的響應(yīng)速度(響應(yīng)頻率)沒那么高(例如數(shù)10Hz左右)，則如果不能確保極間距離大于或等于30μm左右，則穩(wěn)定地產(chǎn)生放電是困難的。
圖5是表示在氣體氣氛中(氬氣氣氛中)放電時的、無負荷電壓(極間電壓)與極間距離關(guān)系的曲線。該曲線是進行以便利用激光位移計和渦流傳感器等測定極間的裝置測定極間距離，以便檢測放電產(chǎn)生時的位置的試驗，檢測到的曲線。
此外，該曲線是在峰值電流值ie＝10A、放電持續(xù)時間(放電脈沖寬度)te＝64μs、間歇時間to＝128μs的加工條件基礎(chǔ)上，使極間電壓(無負荷電壓)改變，對此無負荷電壓(極間電壓)下產(chǎn)生了放電情況的極間距離進行匯總得到的曲線。
從圖5可以看出，無負荷電壓與極間距離相關(guān)，隨著無負荷電壓升高，極間距離變大。因此，要穩(wěn)定地進行在氣體氣氛中的放電，至少需要大于或等于500V的電壓，優(yōu)選施加大于或等于1000V左右的無負荷電壓(極間電壓)。這是因為，必須要使極間距離保持大于或等于30μm左右。
如果為了控制為30μm的極間距離，將極間距離控制的響應(yīng)頻率保持在極高的狀態(tài)，則無負荷電壓(極間電壓)大于或等于300V左右也可以。但是，在構(gòu)成實際的處理裝置的情況下，得到的響應(yīng)頻率充其量為10Hz～20Hz左右。因此，作為極間電壓，必須要留有余地的大于或等于500V左右的極間電壓。
無負荷電壓(極間電壓)必須要大于或等于500V、優(yōu)選大于或等于1000V，是為了穩(wěn)定地產(chǎn)生放電的電壓，而與電極的材料等無關(guān)。但是，在電極的強度弱，通過放電，電極材料過多地向極間供給這樣的情況下等，有時也需要更高的無負荷電壓(極間電壓)。
此外，作為利用氣體氣氛中放電的覆蓋膜處理方法，有特開平6-269936號公報、特開平6-269939號公報、特開平9-108834號公報等。這些發(fā)明是利用氣體氣氛中的放電，但原理是，使高速旋轉(zhuǎn)的金屬電極和工件之間產(chǎn)生放電，利用放電使熔融的電極材料與工件接觸并附著。但是，這些發(fā)明與如本發(fā)明這樣使用粉末壓縮體的電極，在工件和該電極之間形成規(guī)定的極間，利用脈沖放電使電極材料移到工件表面的方法不同。
此外，這些現(xiàn)有的技術(shù)都必須由人工操作，難以穩(wěn)定地形成覆蓋膜。此外，也不能與自動化相對應(yīng)。
由本實施方式，通過在氣體氣氛中，向電極與工件之間施加大于或等于500V的電壓，產(chǎn)生脈沖狀放電，進行放電表面處理，即使在氣體氣氛中也能形成良好的厚膜。因此，可以確立不是在加工液中形成覆蓋膜，而是氣體氣氛中的放電表面處理技術(shù)。這樣，即使沒有作為加工液的油等也可以形成覆蓋膜。
實施方式2.
使用圖6對本發(fā)明的實施方式2的放電表面處理方法進行說明。圖6是表示用本實施方式涉及的放電表面處理裝置進行放電表面處理的情況的原理圖。在圖6中表示正在產(chǎn)生脈沖狀放電的情況。
圖6所示的本實施方式涉及的放電表面處理裝置，將放電表面處理用電極23(下面有時簡稱為電極23)、工件35等收容在容器21內(nèi)。電極23是由鈦(Ti)粉末構(gòu)成的電極。電極23、工件25分別與放電表面處理用電源27連接，該放電表面處理用電源27設(shè)置在容器21的外部，向電極23和工件25之間施加電壓而產(chǎn)生脈沖狀放電(電弧柱33)。在該結(jié)構(gòu)中，放電時的電流I從電極23向放電表面處理用電源27的方向流動。
此外，在容器21上，設(shè)置用于向容器21內(nèi)供給氣體的氣體供給口29，通過該氣體供給口29向容器21內(nèi)供給氣體。也就是說，在該放電表面處理裝置中，放電表面處理在氣體氣氛中進行。在本實施方式中，通過氣體供給口29向容器21內(nèi)導(dǎo)入氬氣(Ar)31，容器內(nèi)成為氬氣氣氛。
此外，圖6中，因為用于控制極間距離，即電極23和工件25的距離的伺服機構(gòu)等與本發(fā)明沒有直接關(guān)系，所以省略。
在這里，對構(gòu)成電極23的鈦(Ti)粉末進行微細化是困難的。所以在本實施方式中，通過將氫化鈦(TiH2)粉末粉碎成尺寸為2μm～3μm左右的粉末，將它壓縮成型后加熱，釋放出氫，制造成電極23。
下面，對該放電表面處理裝置中的放電表面處理的概要進行說明。使電極23和工件25之間產(chǎn)生脈沖狀放電，使電極材料轉(zhuǎn)移到工件側(cè)而形成覆蓋膜的原理，包括加工條件，與上述的實施方式1相同。
在本實施方式中，將電極23和工件25收容于與外面氣體隔絕的容器21中，由氣體供給口29向該容器21內(nèi)供給作為惰性氣體的氬(Ar)氣31。
在實施方式1中，對使用Co電極的情況進行了說明。Co是難氧化的材料。因此，使用Co電極進行放電表面處理，即使在空氣中使其放電，也能在工件上形成Co的覆蓋膜。
但是，在如本實施方式這樣，使用容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的鈦(Ti)這樣的材料作為電極的情況下，如果在空氣中產(chǎn)生放電，則Ti立即變成氧化鈦(TiO2)。
氧化鈦是陶瓷，具有導(dǎo)熱性差等與金屬不同的性質(zhì)。因此，在空氣中放電不可能形成以鈦為主要成分的厚膜。
所以，在本實施方式中，為了抑制這樣的由放電引起的電極材料的化學(xué)反應(yīng)，使用氬(Ar)氣31。氬(Ar)氣31等的惰性氣體(稀有氣體)可以抑制電極材料變成其他物質(zhì)。由此，通過使用氬(Ar)氣31等的惰性氣體(稀有氣體)，即使如Ti這樣容易起化學(xué)反應(yīng)的電極材料，也能保持金屬Ti的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到工件側(cè)，可以在工件表面上形成Ti覆蓋膜。
也就是說，該放電表面處理裝置能得到以下效果，即，由于在惰性氣體的氣氛中進行放電表面處理，所以即使如Ti這樣容易起化學(xué)反應(yīng)的電極材料，也能保持金屬Ti的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到工件側(cè)，在工件表面上形成Ti覆蓋膜。
此外，為了實現(xiàn)該目的，向容器21內(nèi)導(dǎo)入的氣體不限定于氬(Ar)氣，可以使用氦氣(He)、氖(Ne)氣等其他惰性(稀有)氣體以及氮氣等惰性氣體。
此外，在本實施方式中，將電極23、工件25等收容在容器21內(nèi)進行放電表面處理，但并不是一定要將電極23、工件25等收容在容器21內(nèi)，只要使產(chǎn)生放電的環(huán)境成為Ar等的惰性氣體的氣體氣氛就可以。例如，也可以是從電極23附近向放電點附近供給惰性氣體的結(jié)構(gòu)、方法。在這種情況下也能得到與上述相同的效果。
實施方式3.
氣體氣氛中的放電的問題點之一是由放電引起電極的加熱。在液體中進行放電的情況下，即使電極因放電的能量而局部地被加熱，利用加工液也馬上就冷卻。但是，在氣體氣氛中進行放電的情況下，冷卻難以進行。因此，在氣體氣氛中進行放電的情況下，電極的溫度上升，電極的軟硬程度(硬度)增加。在電極硬度增加的情況下，該電極的電阻變小，由此引起放電電壓成為比正常值低的電壓。
在這樣的電極的硬度硬的情況下，即放電電壓比正常值低的情況下，會產(chǎn)生覆蓋膜的形成變慢、對工件進行去除加工等現(xiàn)象。所以，在氣體氣氛中進行放電的情況下必須進行電極的冷卻。
使用圖7對在本實施方式中電極的冷卻方法進行說明。圖7是表示利用本實施方式涉及的放電表面處理裝置進行放電表面處理的情況的原理的圖。在圖7中表示正在產(chǎn)生脈沖狀放電的情況。
圖7所示的本實施方式涉及的放電表面處理裝置，將放電表面處理用電極43(下面有時簡稱為電極43)、工件45等收容在容器41內(nèi)。電極43、工件45分別與放電表面處理用電源47連接，該放電表面處理用電源47設(shè)置在容器41的外部，向電極43和工件45之間施加電壓而產(chǎn)生脈沖狀放電(電弧柱53)。在該結(jié)構(gòu)中，放電時的電流I從電極43向放電表面處理用電源47的方向流動。
此外，在容器41上設(shè)置用于向容器21內(nèi)供給氣體，同時冷卻電極的氣體供給口49。因此，在本放電表面處理裝置中，通過該氣體供給口49向容器41內(nèi)供給氣體。此外，由氣體供給口49供給的氣體被調(diào)整成正對電極43。在本實施方式中，通過氣體供給口49向容器41內(nèi)導(dǎo)入氬(Ar)氣51，容器內(nèi)成為氬氣氣氛。
此外，在圖7中，由于用于控制極間距離，即電極43和工件45的距離的伺服機構(gòu)等與本發(fā)明沒有直接關(guān)系，所以省略。
下面，對本放電表面處理裝置中的放電表面處理的概要進行說明。使電極43和工件45之間產(chǎn)生脈沖狀放電，使電極材料轉(zhuǎn)移到工件側(cè)而形成覆蓋膜的原理，包括加工條件，與上述的實施方式1相同。
由氣體供給口49供給的氬(Ar)氣51被調(diào)整成正對電極43。因此，在該放電表面處理裝置中，利用氬氣51充滿容器41的同時，對電極43進行冷卻，可以防止電極43的加熱。
其結(jié)果，可以有效地冷卻電極43，可以防止電極43的硬度變硬。因此，該放電表面處理裝置具有以下效果，即，可以防止在放電表面處理的過程中的電極43的狀態(tài)變化，即使經(jīng)過處理時間，仍可以穩(wěn)定地形成覆蓋膜。
實施方式4.
本實施方式也與上述實施方式3相同，目的是解決在氣體氣氛中放電的問題點，即由放電引起電極的加熱。使用圖8對本實施方式涉及的電極的冷卻方法進行說明。圖8是表示利用本實施方式涉及的放電表面處理裝置進行放電表面處理的情況的原理的圖。在圖8中表示正在產(chǎn)生脈沖狀放電的情況。
圖8所示的本實施方式涉及的放電表面處理裝置，將放電表面處理用電極63(下面有時簡稱為電極63)、工件65等收容在容器61內(nèi)。電極63是由鈦(Ti)粉末構(gòu)成的電極。電極63、工件65分別與放電表面處理用電源67連接，該放電表面處理用電源67設(shè)置在容器61的外部，向電極63和工件65之間施加電壓而產(chǎn)生脈沖狀放電(電弧柱73)。在該結(jié)構(gòu)中，放電時的電流I從電極63向放電表面處理用電源67的方向流動。
此外，在容器61上設(shè)置用于向容器61內(nèi)供給氣體，同時冷卻電極的氣體供給口69。因此，在本放電表面處理裝置中，通過該氣體供給口69向容器61內(nèi)供給氣體。此外，由氣體供給口69供給的氣體被調(diào)整成在導(dǎo)入容器61內(nèi)時正對電極63。在本實施方式中，通過氣體供給口69向容器61內(nèi)導(dǎo)入氬(Ar)氣71，容器61內(nèi)成為氬氣氣氛。
此外，在圖8中，由于用于控制極間距離，即電極63和工件65的距離的伺服機構(gòu)等與本發(fā)明沒有直接關(guān)系，所以省略。
下面，對該放電表面處理裝置中的放電表面處理的概要進行說明。使電極63和工件65之間產(chǎn)生脈沖狀放電，使電極材料轉(zhuǎn)移到工件側(cè)而形成覆蓋膜的原理，包括加工條件，與上述的實施方式1相同。
在本實施方式中，通過向氣體供給口69供給氬(Ar)氣71，成為通過電極63向容器61內(nèi)供給氬(Ar)氣71的結(jié)構(gòu)。電極63是由粉末構(gòu)成的多孔的結(jié)構(gòu)，可以使氣體通過。由此，在本放電表面處理裝置中，利用氬(Ar)氣71充滿容器61的同時，對電極63進行冷卻，可以防止電極63的加熱。
并且，此時，如圖8所示，通過由不通氣的材質(zhì)構(gòu)成的部件覆蓋電極63的周圍，可以更有效地將氬(Ar)氣導(dǎo)入產(chǎn)生放電的部分中。作為一個例子，如圖8所示，可以通過將電極收容于筒體內(nèi)實現(xiàn)。由此，利用氬(Ar)氣充滿容器61內(nèi)的同時冷卻電極63，可以防止電極63的加熱。
其結(jié)果，可以更有效地冷卻電極63，能夠防止電極63的硬度變硬。因此，本放電表面處理裝置具有以下效果，即，可以防止在放電表面處理的過程中電極63的狀態(tài)改變，即使經(jīng)過處理時間，仍可以穩(wěn)定地形成覆蓋膜。
由本實施方式，由于可以更有效地冷卻電極，可以以與在加工液中放電時用加工液冷卻的情況相當(dāng)?shù)某潭?，有效地冷卻電極。其結(jié)果，由于電極的溫度總是保持在良好的狀態(tài)，所以電極溫度的變化對放電形成覆蓋膜的特性的沒有影響，可以形成更優(yōu)良的覆蓋膜。
實施方式5.
使用圖9對本發(fā)明的實施方式5中的放電表面處理方法進行說明。圖9是表示用本實施方式涉及的放電表面處理裝置進行放電表面處理的情況的原理的圖。在圖9中表示正在產(chǎn)生脈沖狀放電的情況。
如圖9所示，本實施方式涉及的放電表面處理裝置具有以下部分而構(gòu)成放電表面處理用電極83(下面有時簡稱為電極5)、作為包覆電極83和工件85的加工液的液態(tài)氬89、以及向電極83和工件85之間施加電壓產(chǎn)生脈沖狀放電(電弧柱91)的放電表面處理用電源87。此外，在圖9中，由于用于控制極間距離，即電極83和工件85的距離的伺服機構(gòu)等與本發(fā)明沒有直接關(guān)系，所以省略。
接下來，對本放電表面處理裝置中的放電表面處理的概要進行說明。使電極63和工件63之間產(chǎn)生脈沖狀放電，使電極材料轉(zhuǎn)移到工件側(cè)而形成覆蓋膜的原理，包括加工條件，與上述的實施方式1相同。
并且，作為不使利用放電的能量熔融的電極材料碳化或氧化的方法，在上述實施方式中對在惰性氣體氣氛中的放電表面處理進行了說明，但利用將惰性氣體液化后的物質(zhì)作為加工液，利用在液體中的放電表面處理的要領(lǐng)，可以形成覆蓋膜。
但是，由于放電表面處理的溫度為非常低的狀態(tài)，所以實際上，存在必須想辦法應(yīng)對這個問題的缺點。
此外，在氣體氣氛中處理的情況下，在氮氣的氣氛中也可以比較容易地處理，但在液態(tài)氮中的處理中，存在有覆蓋膜容易氮化的問題。
盡管存在以上的缺點，但因為通過本放電表面處理裝置是在液體中進行放電表面處理，所以放電的穩(wěn)定性、形成覆蓋膜的穩(wěn)定性優(yōu)良，存在在氣體氣氛中放電沒有的優(yōu)點，例如即使不將無負荷電壓(極間電壓)提高到500V，也可以穩(wěn)定放電，所以電路結(jié)構(gòu)簡化。
也就是說，在液態(tài)氬中的放電表面處理的情況下，不是必須如在上述實施方式中說明的那樣，使加工條件為500V，以比500V低的無負荷電壓(極間電壓)(一般的放電加工的無負荷電壓(極間電壓))也可以處理。
此外，在將惰性氣體液化后的液體中進行放電表面處理的情況下可以降低無負荷電壓(極間電壓)，這是因為由放電產(chǎn)生的加工粉末滯留在液體中，引起放電。
實施方式6.
上述的實施方式1到實施方式5，作為放電表面處理用電極，使用由粉末構(gòu)成的放電表面處理用電極，但發(fā)明人通過實驗明確了，在放電表面處理用電極容易消耗的情況下，即使以不作成粉末的金屬狀態(tài)也可以實現(xiàn)相同的效果。
例如，在對放電表面處理用電極使用鋁(鋁100％、鋁合金)的情況下，放電表面處理用電極利用放電脈沖容易消耗，向工件側(cè)轉(zhuǎn)移。在這里，在鋁電極的情況下，由于由放電，電極材料消耗非常大，所以與其他材料的粉末電極相同地，大量電極材料飛向工件側(cè)。
并且，如果飛向工件側(cè)的鋁覆蓋工件，則在高溫環(huán)境下鋁表面氧化，可以防止工件的氧化。這是因為如果表面的鋁被氧化，則形成致密的氧化覆蓋膜，利用該氧化覆蓋膜，可以防止氧化發(fā)展到工件內(nèi)部。
現(xiàn)在有經(jīng)過被稱為滲鋁處理的復(fù)雜工序，在工件上形成鋁覆蓋膜的技術(shù)，但利用脈沖狀放電可以容易地形成鋁覆蓋膜。
如果在油等的加工液中進行形成上述氧化覆蓋膜的處理，有時因碳進入覆蓋膜中的情況而不優(yōu)選。如果碳進入覆蓋膜中，有時存在經(jīng)過一定時間碳析出，覆蓋膜強度降低的情況，和在覆蓋膜中生成碳化物的情況等。因此，放電表面處理優(yōu)選在氬中進行，但即使在油中，一般也有能發(fā)揮充分效果的情況。
此外，在氣體氣氛中進行放電表面處理的情況下，與上述實施例相同，優(yōu)選在電極和工件之間施加大于或等于500V的電壓，產(chǎn)生脈沖狀放電，進行放電表面處理。由此，即使在氣體氣氛中也可以使用鋁電極形成良好的厚膜。
由本實施方式，可以不將鋁作成粉末而作為放電表面處理用電極使用，可以容易地在工件上形成鋁覆蓋膜。
工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明涉及的放電表面處理用電極可以適用于在被加工物表面形成覆蓋膜的表面處理相關(guān)產(chǎn)業(yè)，特別是，可以適用于在被加工物表面形成厚膜的表面處理相關(guān)產(chǎn)業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種放電表面處理方法，其特征在于，使用以將金屬粉末、金屬化合物粉末或陶瓷粉末壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，在氣體氣氛中，向電極與工件之間施加大于或等于500V的電壓，產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量，在工件表面上形成由電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或者由電極材料利用上述脈沖狀放電的能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜。
2.如權(quán)利要求1所述的放電表面處理方法，其特征在于，上述氣體氣氛是惰性氣體氣氛。
3.如權(quán)利要求1或2所述的放電表面處理方法，其特征在于，一邊冷卻上述電極一邊使放電產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求3所述的放電表面處理方法，其特征在于，使氣體通過上述電極，一邊冷卻上述電極一邊使放電產(chǎn)生。
5.如權(quán)利要求4所述的放電表面處理方法，其特征在于，將上述電極收容到氣體不能透過的筒體內(nèi)，在通過向該筒體內(nèi)供給氣體冷卻上述電極的同時，向上述放電的發(fā)生區(qū)域供給上述氣體。
6.一種放電表面處理裝置，其特征在于，具有電極，其包括將金屬粉末、金屬化合物粉末或陶瓷粉末壓縮成型的粉末壓縮體；電源，其在上述電極與工件之間施加大于或等于500V的電壓，以產(chǎn)生脈沖狀的放電；以及氣體供給裝置，其向上述電極和工件供給氣體，利用上述脈沖狀放電的能量，在工件表面上形成由上述電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或者由上述電極材料利用上述脈沖狀放電的能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜。
7.如權(quán)利要求6所述的放電表面處理裝置，其特征在于，由上述氣體供給裝置供給的氣體是惰性氣體。
8.如權(quán)利要求6或7中任一項所述的放電表面處理裝置，其特征在于，具有將上述電極和工件封在里面的箱體，上述氣體供給裝置向該箱體內(nèi)供給惰性氣體，在惰性氣體氣氛中形成覆蓋膜。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項所述的放電表面處理裝置，其特征在于，上述氣體供給裝置通過使氣體正對上述電極，對上述電極進行冷卻。
10.如權(quán)利要求6至9所述的放電表面處理裝置，其特征在于，將上述電極收容到氣體不能透過的筒體內(nèi)，通過由上述氣體供給裝置向該筒體內(nèi)供給氣體而冷卻上述電極。
11.一種放電表面處理方法，其特征在于，使用將金屬粉末、金屬化合物粉末或陶瓷粉末壓縮成型的粉末壓縮體作為電極，在成為液態(tài)的惰性氣體氣氛中，使上述電極與工件之間產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量，在工件表面上形成由上述電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或者由上述電極材料利用上述脈沖狀放電的能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜。
12.一種放電表面處理裝置，其特征在于，具有電極，其包括將金屬粉末、金屬化合物粉末或陶瓷粉末壓縮成型的粉末壓縮體；貯存裝置，其貯存成為液態(tài)的惰性氣體；以及電源，其使上述電極與工件之間產(chǎn)生脈沖狀的放電，利用上述脈沖狀放電的能量，在工件表面上形成由上述電極材料構(gòu)成的覆蓋膜，或者由上述電極材料利用上述脈沖狀放電能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜。
13.一種放電表面處理方法，其特征在于，使用以鋁為主要成分的金屬作為電極，在氣體氣氛中，向上述電極與工件之間施加大于或等于500V的電壓，產(chǎn)生脈沖狀放電，或在加工液中產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量，在工件表面上形成由上述電極材料，或者由上述電極材料利用上述脈沖狀放電的能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜。
14.如權(quán)利要求13所述的放電表面處理方法，其特征在于，上述氣體氣氛是惰性氣體氣氛。
全文摘要
本發(fā)明是在使用將金屬粉末、金屬化合物粉末或陶瓷粉末壓縮成型的粉末壓縮體電極，在氣體氣氛中進行放電表面處理時，向電極與工件之間施加大于或等于500V的電壓，產(chǎn)生脈沖狀放電，利用其能量，在工件表面上形成由電極的材料構(gòu)成的覆蓋膜，或者由電極的材料利用脈沖狀放電的能量反應(yīng)后的物質(zhì)構(gòu)成的覆蓋膜。
文檔編號C23C26/00GK1802454SQ20048001609
公開日2006年7月12日 申請日期2004年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者后藤昭弘, 秋吉雅夫, 落合宏行, 渡邊光敏, 古川崇 申請人:三菱電機株式會社, 石川島播磨重工業(yè)株式會社