JP3271836B2 - アルミニウム及びその合金の液中放電による表面処理方法 - Google Patents
アルミニウム及びその合金の液中放電による表面処理方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム及びその合
金の液中放電による表面硬化方法に関し、特に、航空
機、自動車等において燃料費の改善等のためのアルミ化
による軽量化に対し、金型、エンジン用部品等の耐摩耗
性を要する個所に充分な硬さ(Ｈv３００〜１５００)と
共に高い形状精度を与えることができる。
金の液中放電による表面硬化方法に関し、特に、航空
機、自動車等において燃料費の改善等のためのアルミ化
による軽量化に対し、金型、エンジン用部品等の耐摩耗
性を要する個所に充分な硬さ(Ｈv３００〜１５００)と
共に高い形状精度を与えることができる。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】アルミ
ニウム及びその合金に耐摩耗性を付与する場合、従来は
Ａl−Ｓi合金に代表される高硬度(Ｈv２００)を持つＡl
合金が適用されてきたが、機械加工性が悪く、また硬度
も不充分であった。
ニウム及びその合金に耐摩耗性を付与する場合、従来は
Ａl−Ｓi合金に代表される高硬度(Ｈv２００)を持つＡl
合金が適用されてきたが、機械加工性が悪く、また硬度
も不充分であった。
【０００３】更に、次に示すような硬化処理も行われて
いるが、それぞれ一長一短がある。 （１）硬質アルマイト：厚さ１μm以下、硬さＨv４５０
以下 （２）イオン窒化：厚さ数μm／５hr、硬さＨv２０００ （３）イオンビームミキシング：厚さ１８〜３６μm／h
r、硬さＨv１０００以下 （４）熱ＣＶＤ(ＷＣ)：厚さ６２０μm／hr、硬さＨv２
０００ 〃 (Ｗ)：厚さ６２０μm／hr、硬さＨv５０〜６０
０ 但し、処理温度Ｔp=６００℃ （５）めっき：Ｎi−Ｐめっき、Ｃuめっき等を行った
後、加熱によって拡散を行う。めっき時間は数時間、加
熱温度は４００〜６００℃のものが多い。厚さは数μm
〜６０μm、硬さはＨv４５０〜８００である。 （６）溶射(Ｍo、ＴiＮ／Ｔi)：厚さ３００μm、硬さＨ
v５００〜６００
いるが、それぞれ一長一短がある。 （１）硬質アルマイト：厚さ１μm以下、硬さＨv４５０
以下 （２）イオン窒化：厚さ数μm／５hr、硬さＨv２０００ （３）イオンビームミキシング：厚さ１８〜３６μm／h
r、硬さＨv１０００以下 （４）熱ＣＶＤ(ＷＣ)：厚さ６２０μm／hr、硬さＨv２
０００ 〃 (Ｗ)：厚さ６２０μm／hr、硬さＨv５０〜６０
０ 但し、処理温度Ｔp=６００℃ （５）めっき：Ｎi−Ｐめっき、Ｃuめっき等を行った
後、加熱によって拡散を行う。めっき時間は数時間、加
熱温度は４００〜６００℃のものが多い。厚さは数μm
〜６０μm、硬さはＨv４５０〜８００である。 （６）溶射(Ｍo、ＴiＮ／Ｔi)：厚さ３００μm、硬さＨ
v５００〜６００
【０００４】以上の表面皮膜のうち、溶射は成膜速度は
速いが、密着性が悪く、形状精度を得るためには再加工
を必要とする。（１）〜（５）の場合は密着性は良い
が、成膜速度が遅く、処理設備としても真空槽、電解槽
等を必要とする。また高温処理を要するものは形状精度
が悪い。
速いが、密着性が悪く、形状精度を得るためには再加工
を必要とする。（１）〜（５）の場合は密着性は良い
が、成膜速度が遅く、処理設備としても真空槽、電解槽
等を必要とする。また高温処理を要するものは形状精度
が悪い。
【０００５】その他に、アーク溶融、プラズマ溶融、電
子ビームアロイング、レーザアロイング等による合金化
法があるが、密着性が良く、短時間で処理できる長所を
持っているものの、マクロな偏析による組織の欠陥、気
孔の発生、表面の再加工の必要などの欠点がある。また
一般にこれらの機械加工特性は悪い。
子ビームアロイング、レーザアロイング等による合金化
法があるが、密着性が良く、短時間で処理できる長所を
持っているものの、マクロな偏析による組織の欠陥、気
孔の発生、表面の再加工の必要などの欠点がある。また
一般にこれらの機械加工特性は悪い。
【０００６】以上のような従来技術は、アルミニウム及
びその合金の表面硬化技術として多くの欠点を持ってい
る。すなわち、次のような複数の条件を満足し、しかも
経済的に成り立ち、更に作業環境を清潔に保つことが困
難である。また高い寸法精度で硬化する領域を限定する
ことが困難である。 成膜速度を大きくする。 密着性が良い。 数１０μmの厚膜が形成できる。 必要にして充分な硬度を制御できる。 母材に熱影響による寸法変化等を与えない。 表面層にクラック等を生じない。 作業性が良い(真空槽を必要としない、特別な防塵装
置を必要としない、自動化が容易)。
びその合金の表面硬化技術として多くの欠点を持ってい
る。すなわち、次のような複数の条件を満足し、しかも
経済的に成り立ち、更に作業環境を清潔に保つことが困
難である。また高い寸法精度で硬化する領域を限定する
ことが困難である。 成膜速度を大きくする。 密着性が良い。 数１０μmの厚膜が形成できる。 必要にして充分な硬度を制御できる。 母材に熱影響による寸法変化等を与えない。 表面層にクラック等を生じない。 作業性が良い(真空槽を必要としない、特別な防塵装
置を必要としない、自動化が容易)。
【０００７】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し
て、アルミニウム及びその合金の表面に、特に高硬度で
耐摩耗性に優れ、また密着性及び寸法精度の良い表面硬
化層を効率的に形成することができる表面処理方法を提
供することを目的としている。
て、アルミニウム及びその合金の表面に、特に高硬度で
耐摩耗性に優れ、また密着性及び寸法精度の良い表面硬
化層を効率的に形成することができる表面処理方法を提
供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意実験研究を重ねた結果、液中におけ
るパルス放電技術を適用することにより可能であること
を見い出した。
解決するために鋭意実験研究を重ねた結果、液中におけ
るパルス放電技術を適用することにより可能であること
を見い出した。
【０００９】すなわち、本発明は、炭化しやすい金属の
単体粉末又は２種以上の混合粉末に結合金属を加えて所
望の形状に圧縮成形したものを放電加工用の電極とし、
放電によって炭素を分解生成する加工液中において、被
処理材料であるアルミニウム及びその合金を他方の電極
として放電加工することにより、上記金属とその炭化物
とを混合した表面層を被処理材料表面に形成することを
特徴とするアルミニウム及びその合金の液中放電による
表面処理方法を要旨としている。
単体粉末又は２種以上の混合粉末に結合金属を加えて所
望の形状に圧縮成形したものを放電加工用の電極とし、
放電によって炭素を分解生成する加工液中において、被
処理材料であるアルミニウム及びその合金を他方の電極
として放電加工することにより、上記金属とその炭化物
とを混合した表面層を被処理材料表面に形成することを
特徴とするアルミニウム及びその合金の液中放電による
表面処理方法を要旨としている。
【００１０】また、他の本発明は、上記の放電加工を一
次処理とし、この一次処理を行った後、比較的消耗の少
ない材料からなる電極を用いて、放電加工(二次処理)を
行うことにより、一次処理で形成された表面層を再溶融
させて緻密な表面層を形成すると共に寸法精度を高める
ことを特徴とするアルミニウム及びその合金の液中放電
による表面処理方法を要旨としている。
次処理とし、この一次処理を行った後、比較的消耗の少
ない材料からなる電極を用いて、放電加工(二次処理)を
行うことにより、一次処理で形成された表面層を再溶融
させて緻密な表面層を形成すると共に寸法精度を高める
ことを特徴とするアルミニウム及びその合金の液中放電
による表面処理方法を要旨としている。
【００１１】
【作用】以下に本発明を更に詳述する。
【００１２】本発明に用いる加工用電極には、炭化しや
すい金属の単体粉末又は２種以上の混合粉末に結合金属
を加えて所望の形状に圧縮成形したものを用いる。炭化
しやすい金属としては、Ｔi、Ｚr、Ｖ、Ｔa、Ｃr、Ｍ
o、Ｗ、Ｍn、Ｎb又はこれらの元素を含む合金が挙げら
れる。特にＮbを１〜１０wt％含む電極を用いると表面
層の靭性を高めることができる。
すい金属の単体粉末又は２種以上の混合粉末に結合金属
を加えて所望の形状に圧縮成形したものを用いる。炭化
しやすい金属としては、Ｔi、Ｚr、Ｖ、Ｔa、Ｃr、Ｍ
o、Ｗ、Ｍn、Ｎb又はこれらの元素を含む合金が挙げら
れる。特にＮbを１〜１０wt％含む電極を用いると表面
層の靭性を高めることができる。
【００１３】結合金属として、上記金属の粉末を成形す
る際にバインダーの作用を有する金属であれば良く、例
えば、アルミニウム粉末、錫粉末、亜鉛粉末の１種以上
を加える。
る際にバインダーの作用を有する金属であれば良く、例
えば、アルミニウム粉末、錫粉末、亜鉛粉末の１種以上
を加える。
【００１４】他方の電極には被処理材料であるアルミニ
ウム又は種々のアルミニウム合金が用いられる。被処理
材料は通常の放電加工によって予め所望の加工形状を作
っておくのが望ましい。
ウム又は種々のアルミニウム合金が用いられる。被処理
材料は通常の放電加工によって予め所望の加工形状を作
っておくのが望ましい。
【００１５】放電加工液としては、放電によって炭素を
分解生成する液体を用いる。例えば、石油、灯油、又は
炭素化合物を含む液体などが挙げられる。このような加
工液は、放電によって分解して炭素を生成し、上記の炭
化しやすい金属と反応して炭化物を形成することによ
り、被処理材料の表面に炭化物と上記金属とが混合した
表面層を形成する。なお、表面層中の炭化物の混合割合
は、放電電気条件(電流値、パルス幅、デューティファ
クタなど)及び加工液の吐出流量を変えることにより制
御できる。
分解生成する液体を用いる。例えば、石油、灯油、又は
炭素化合物を含む液体などが挙げられる。このような加
工液は、放電によって分解して炭素を生成し、上記の炭
化しやすい金属と反応して炭化物を形成することによ
り、被処理材料の表面に炭化物と上記金属とが混合した
表面層を形成する。なお、表面層中の炭化物の混合割合
は、放電電気条件(電流値、パルス幅、デューティファ
クタなど)及び加工液の吐出流量を変えることにより制
御できる。
【００１６】放電加工条件は、表面層中の炭化物の混合
割合のほか、成膜厚み等々を考慮して適宜決めれば良
い。
割合のほか、成膜厚み等々を考慮して適宜決めれば良
い。
【００１７】更に、本発明においては、上述の放電加工
を一次処理とし、この一次処理を行って得られた表面層
につき、二次処理として比較的消耗の少ない材料からな
る電極を用いた放電加工を行うことにより、一次処理で
形成された表面層を再溶融させて緻密な表面層を形成す
ることができ、また寸法精度を高めることができる。
を一次処理とし、この一次処理を行って得られた表面層
につき、二次処理として比較的消耗の少ない材料からな
る電極を用いた放電加工を行うことにより、一次処理で
形成された表面層を再溶融させて緻密な表面層を形成す
ることができ、また寸法精度を高めることができる。
【００１８】二次処理の放電加工に際しては、一次処理
用の電極に変えて、Ｃu、グラファイト、タングステン
などの比較的消耗の少ない材料からなる電極を用いる。
この電極の形状は、目標寸法に到達するための修正加工
を可能とする所望の形状を有する電極が望ましい。その
ためには、一次処理に先立って通常の放電加工により形
状加工する際の電極(消耗しにくい電極)を二次処理用電
極として使用してもよい。
用の電極に変えて、Ｃu、グラファイト、タングステン
などの比較的消耗の少ない材料からなる電極を用いる。
この電極の形状は、目標寸法に到達するための修正加工
を可能とする所望の形状を有する電極が望ましい。その
ためには、一次処理に先立って通常の放電加工により形
状加工する際の電極(消耗しにくい電極)を二次処理用電
極として使用してもよい。
【００１９】目標寸法に到達するための修正加工のため
には、厚み又は形状を測定することによって表面層の寸
法を修正しつつ放電処理を行う。
には、厚み又は形状を測定することによって表面層の寸
法を修正しつつ放電処理を行う。
【００２０】次に本発明の実施例を示す。
【００２１】
【実施例１】本例は図１及び図２に示す装置を用いて一
次処理(放電加工)を行った例である。図中、１は圧粉体
で構成された加工用電極で、銅などの金属棒５の先端に
導電性接着剤４を用いて接着されている。電極１は放電
加工電源１０に接続され(陽極、陰極の転極可能)、加工
液３を収納した加工槽３´の中に浸漬されている。
次処理(放電加工)を行った例である。図中、１は圧粉体
で構成された加工用電極で、銅などの金属棒５の先端に
導電性接着剤４を用いて接着されている。電極１は放電
加工電源１０に接続され(陽極、陰極の転極可能)、加工
液３を収納した加工槽３´の中に浸漬されている。
【００２２】加工用電極１は、サーボ装置６により昇降
可能で、放電極間の距離を調整することができる。１５
はＺ軸スケールで、１６は主軸側の進度位置を示す指針
であり、この信号は放電電気条件のプログラム装置１３
に入力される。１１は放電電流検出用のカーレントトラ
ンス、１２は放電電流電圧観測用のシンクロスコープで
ある。１４は加工液吐出量のプログラム装置で、タンク
７´内の加工液７を送給する加工液送給ポンプ８をコン
トロールする。９は加工液の噴流を発生させるエゼクタ
ーである。
可能で、放電極間の距離を調整することができる。１５
はＺ軸スケールで、１６は主軸側の進度位置を示す指針
であり、この信号は放電電気条件のプログラム装置１３
に入力される。１１は放電電流検出用のカーレントトラ
ンス、１２は放電電流電圧観測用のシンクロスコープで
ある。１４は加工液吐出量のプログラム装置で、タンク
７´内の加工液７を送給する加工液送給ポンプ８をコン
トロールする。９は加工液の噴流を発生させるエゼクタ
ーである。
【００２３】１８は母材(Ａl又はその合金)の被処理材
料で、放電加工電源１０に接続されている。２は被処理
材料表面である。母材１８の裏面には表面層の厚さを直
接的に測定するための超音波厚み計１７が設けられ、そ
の信号は放電電気条件のプログラム装置１３に入力され
る。
料で、放電加工電源１０に接続されている。２は被処理
材料表面である。母材１８の裏面には表面層の厚さを直
接的に測定するための超音波厚み計１７が設けられ、そ
の信号は放電電気条件のプログラム装置１３に入力され
る。
【００２４】まず、被処理材料にはアルミニウム合金Ａ
ＤＣ１２(Ｓi１１.２％、Ｃu２.７４％を含む)の平板
(厚さ２.５mm)を用いた。電極材料には、炭化しやすい
金属であるＴi粉末に結合金属としてのＡl粉末をＴi：
Ａl＝３６：６４(wt％)の割合で混合した混合粉末(粉末
粒度４４μm以下)を圧縮成形(成形圧力Ｐe：２４.５〜
４４１ＭＰa)した圧粉体電極を用いた。放電加工液及び
放電電気条件は以下のとおりである。
ＤＣ１２(Ｓi１１.２％、Ｃu２.７４％を含む)の平板
(厚さ２.５mm)を用いた。電極材料には、炭化しやすい
金属であるＴi粉末に結合金属としてのＡl粉末をＴi：
Ａl＝３６：６４(wt％)の割合で混合した混合粉末(粉末
粒度４４μm以下)を圧縮成形(成形圧力Ｐe：２４.５〜
４４１ＭＰa)した圧粉体電極を用いた。放電加工液及び
放電電気条件は以下のとおりである。
【００２５】〈放電加工液〉 加工液：灯油、噴流圧力Ｐi：０〜７８ＫＰa 〈放電電気条件〉 パルス幅(一発の放電電流の流れている時間)τp：３２
〜５１２μs 放電電流値(電流の最大値)Ｉp：５〜２４Ａ 有効パルスＲp(デューティファクタＤ)＝τp／(τp＋τ
r)＝０.８〜６８％ （ここでτr：休止時間）
〜５１２μs 放電電流値(電流の最大値)Ｉp：５〜２４Ａ 有効パルスＲp(デューティファクタＤ)＝τp／(τp＋τ
r)＝０.８〜６８％ （ここでτr：休止時間）
【００２６】上記条件で放電加工(一次処理)を行い、母
材表面に表面層を形成した。この表面層は、図３のＸ線
回折図形より、ＴiＣ、ＴiＡl、Ａl、ＴiＡl3からなる
表面層であることが確認された。同図の表面層が得られ
たときの放電処理条件は、パルス幅τp＝５１２μs、放
電電流値Ｉp＝２０Ａ、Ｒp＝Ｄ＝３３％(τr：１０４０
μs)、Ｐe：４４１ＭＰa、加工液噴流圧力Ｐi＝９.８Ｋ
Ｐaである。
材表面に表面層を形成した。この表面層は、図３のＸ線
回折図形より、ＴiＣ、ＴiＡl、Ａl、ＴiＡl3からなる
表面層であることが確認された。同図の表面層が得られ
たときの放電処理条件は、パルス幅τp＝５１２μs、放
電電流値Ｉp＝２０Ａ、Ｒp＝Ｄ＝３３％(τr：１０４０
μs)、Ｐe：４４１ＭＰa、加工液噴流圧力Ｐi＝９.８Ｋ
Ｐaである。
【００２７】図４に、パルス幅τpと表面層の厚さｈ及
び表面層中の炭化物ＴiＣの体積率との関係を調べた結
果を示す。加工時間は３分間と一定であるが、パルス幅
τpの増加と共に表面層の厚さｈ及び表面層中の炭化物
ＴiＣの体積率が増加していることがわかる。加工時間
が２分程度で厚さ５０μm程度に達し、高成膜速度であ
る。
び表面層中の炭化物ＴiＣの体積率との関係を調べた結
果を示す。加工時間は３分間と一定であるが、パルス幅
τpの増加と共に表面層の厚さｈ及び表面層中の炭化物
ＴiＣの体積率が増加していることがわかる。加工時間
が２分程度で厚さ５０μm程度に達し、高成膜速度であ
る。
【００２８】図５に、表面層中の炭化物ＴiＣの体積率
に及ぼす加工時間ｔw及びＴi粒度の影響を調べた結果を
示す。加工時間が１５０秒程度でＴiＣの体積率は５０
％を超え、加工時間が長くなると共にＴiＣの体積率の
増大する傾向が見られる。またＴi粒度が小さいほど短
時間にＴiＣの体積率が増加している。
に及ぼす加工時間ｔw及びＴi粒度の影響を調べた結果を
示す。加工時間が１５０秒程度でＴiＣの体積率は５０
％を超え、加工時間が長くなると共にＴiＣの体積率の
増大する傾向が見られる。またＴi粒度が小さいほど短
時間にＴiＣの体積率が増加している。
【００２９】図６に、放電処理を連続的に行った場合と
断続的に行った場合の表面層中のＴiＣの体積率を加工
液の噴流圧力Ｐiの大小による関係を調べた結果を示
す。ＴiＣの体積率は連続的に行った方が断続的に行っ
た場合よりも大きく、また加工液の噴流圧力Ｐiが小さ
い方がＴiＣの体積率が大きい。これは放電によって生
成された炭素を排除した方が体積率を小さくすることを
示している。
断続的に行った場合の表面層中のＴiＣの体積率を加工
液の噴流圧力Ｐiの大小による関係を調べた結果を示
す。ＴiＣの体積率は連続的に行った方が断続的に行っ
た場合よりも大きく、また加工液の噴流圧力Ｐiが小さ
い方がＴiＣの体積率が大きい。これは放電によって生
成された炭素を排除した方が体積率を小さくすることを
示している。
【００３０】図７に、表面層厚さｈに対する加工液の噴
流圧力Ｐiの及ぼす影響を調べた結果を示す。噴流圧力
Ｐiが大きいほど表面層厚さｈが小さくなる。
流圧力Ｐiの及ぼす影響を調べた結果を示す。噴流圧力
Ｐiが大きいほど表面層厚さｈが小さくなる。
【００３１】図８に、表面層断面の元素分布を調べた結
果を示す。表面層中で傾斜的に組成化しており、表面層
の最外面はＴi成分、Ｃ成分が多く、母材を構成するＡ
l、Ｓiの成分は少ない。したがって、最外面はＴiＣの
体積率が高いことを示している。このことは、図９に表
面層の硬度分布を示すように、最外面の硬度が高く、母
材表面に近づくに従って母材成分が増加し、硬度が低下
することを意味すると共に、表面処理された物体が使用
温度の高下によっても、表面組成と内部構造とに対し緩
衝的に作用するため、クラック等の発生を予防するよう
な表面構造を与えることができる。
果を示す。表面層中で傾斜的に組成化しており、表面層
の最外面はＴi成分、Ｃ成分が多く、母材を構成するＡ
l、Ｓiの成分は少ない。したがって、最外面はＴiＣの
体積率が高いことを示している。このことは、図９に表
面層の硬度分布を示すように、最外面の硬度が高く、母
材表面に近づくに従って母材成分が増加し、硬度が低下
することを意味すると共に、表面処理された物体が使用
温度の高下によっても、表面組成と内部構造とに対し緩
衝的に作用するため、クラック等の発生を予防するよう
な表面構造を与えることができる。
【００３２】
【実施例２】本例は、実施例１の各種の実験に基づい
て、表面層として最外面の硬度が高く(ＴiＣの濃度が高
く)、母材に接する最内面ではＴiＣの濃度が低くなるよ
うな分布の表面層を形成する例である。
て、表面層として最外面の硬度が高く(ＴiＣの濃度が高
く)、母材に接する最内面ではＴiＣの濃度が低くなるよ
うな分布の表面層を形成する例である。
【００３３】放電処理の初期はＴiＣ濃度を小さくした
いので、パルス幅τpを２０μs程度と狭く選び、また加
工液流も強く噴射するようにプログラムする。時間の経
過と共にパルス幅τpをτp＝１００μs、τp＝５００μ
sと大きく設定すれば、ＴiＣ濃度の異なる３つの層を表
面層として形成することができる。
いので、パルス幅τpを２０μs程度と狭く選び、また加
工液流も強く噴射するようにプログラムする。時間の経
過と共にパルス幅τpをτp＝１００μs、τp＝５００μ
sと大きく設定すれば、ＴiＣ濃度の異なる３つの層を表
面層として形成することができる。
【００３４】その際、どの段階で各プログラムを切り替
えるかについては、表面層の厚さを直接的に測定する超
音波厚み計１７を使用して監視すればよい。それ以外の
場合には、圧粉体電極が消耗を多くするべく作成されて
いることから、Ｚ軸スケール１５に対する主軸側の進度
１６をそのまま加工進度とすることができないので、予
備的実験で被処理材料への付着厚さＨと電極の消耗長さ
Ｌの比率(付着率ε)を圧粉体電極の材料毎に調べてお
き、次式から付着厚さＨを用いる。すなわち、Ｈ＝Ｌ−
Ｓ（ここでＳは主軸の進度）であるから、Ｈ＝Ｓ／(１
／ε−１)で計算される。ε＝０.１程度とすれば、Ｈ−
Ｓ／９となり、主軸の進度Ｓで付着厚さＨがわかる。
えるかについては、表面層の厚さを直接的に測定する超
音波厚み計１７を使用して監視すればよい。それ以外の
場合には、圧粉体電極が消耗を多くするべく作成されて
いることから、Ｚ軸スケール１５に対する主軸側の進度
１６をそのまま加工進度とすることができないので、予
備的実験で被処理材料への付着厚さＨと電極の消耗長さ
Ｌの比率(付着率ε)を圧粉体電極の材料毎に調べてお
き、次式から付着厚さＨを用いる。すなわち、Ｈ＝Ｌ−
Ｓ（ここでＳは主軸の進度）であるから、Ｈ＝Ｓ／(１
／ε−１)で計算される。ε＝０.１程度とすれば、Ｈ−
Ｓ／９となり、主軸の進度Ｓで付着厚さＨがわかる。
【００３５】
【実施例３】本例は、靭性を持った表面層を形成する例
である。実験には、圧粉体電極として、実施例１と同じ
Ｔi：Ａl＝３６：６４(wt％)の割合で混合した電極と、
Ｔi：Ａl：Ｎb＝３２：５８：１０(wt％)の割合で混合
した電極とを使用し、Ｐe：４４１ＭＰa、放電電流値
(電流の最大値)Ｉp＝２０Ａ、パルス幅τp＝２００μ
s、有効パルスＲp＝０.３３％の条件で、加工液噴流圧
力Ｐi＝９.８ＫＰaとして放電処理を行った。その結
果、厚さが約１００μmの表面層が得られた。折り曲げ
試験を行ったところ、(Ｔi＋Ａｌ)圧粉体電極の場合に
は９０゜の曲げでクラックを生じたが、(Ｔi＋Ａl＋Ｎ
b)圧粉体電極の場合には９０゜の曲げでクラックを生じ
なかった。
である。実験には、圧粉体電極として、実施例１と同じ
Ｔi：Ａl＝３６：６４(wt％)の割合で混合した電極と、
Ｔi：Ａl：Ｎb＝３２：５８：１０(wt％)の割合で混合
した電極とを使用し、Ｐe：４４１ＭＰa、放電電流値
(電流の最大値)Ｉp＝２０Ａ、パルス幅τp＝２００μ
s、有効パルスＲp＝０.３３％の条件で、加工液噴流圧
力Ｐi＝９.８ＫＰaとして放電処理を行った。その結
果、厚さが約１００μmの表面層が得られた。折り曲げ
試験を行ったところ、(Ｔi＋Ａｌ)圧粉体電極の場合に
は９０゜の曲げでクラックを生じたが、(Ｔi＋Ａl＋Ｎ
b)圧粉体電極の場合には９０゜の曲げでクラックを生じ
なかった。
【００３６】
【実施例４】本例は一次処理の放電処理を行った後、二
次処理の放電加工を行う例である。実施例１に示した
(Ｔi＋Ａｌ)圧粉体電極による一次処理で得られた表面
層に対し、被処理材の加工物形状にほぼ対応する形状を
持ち且つ比較的消耗の少ない材料からなる電極を用いて
放電処理(二次処理)を行う。
次処理の放電加工を行う例である。実施例１に示した
(Ｔi＋Ａｌ)圧粉体電極による一次処理で得られた表面
層に対し、被処理材の加工物形状にほぼ対応する形状を
持ち且つ比較的消耗の少ない材料からなる電極を用いて
放電処理(二次処理)を行う。
【００３７】図１０に二次処理用の装置を示す。図１に
示した一次処理用の装置に付加的に電極交換機構１９、
母材移動機構２０が設けられている。通常の放電加工に
より形状加工した際に用いた電極を、一次処理後に一次
処理用電極と交換して、二次処理用電極として使用す
る。加工条件は電極低消耗電気条件を使用すれば、加工
機主軸(サーボ機構６)の進度をもって加工進度として差
し支えない。
示した一次処理用の装置に付加的に電極交換機構１９、
母材移動機構２０が設けられている。通常の放電加工に
より形状加工した際に用いた電極を、一次処理後に一次
処理用電極と交換して、二次処理用電極として使用す
る。加工条件は電極低消耗電気条件を使用すれば、加工
機主軸(サーボ機構６)の進度をもって加工進度として差
し支えない。
【００３８】皮膜層の厚さを正確に計測して二次処理に
より修正加工するには、次のような工程で行う。
より修正加工するには、次のような工程で行う。
【００３９】始めに、被処理材料の形状加工を通常の放
電加工により行った後、加工電極を交換機構に格納する
と共に測定用の工具を交換機構より取付け、被処理材料
の上面を基準として加工深さを計測し、これを記憶装置
に記憶しておく(深さＤ)。
電加工により行った後、加工電極を交換機構に格納する
と共に測定用の工具を交換機構より取付け、被処理材料
の上面を基準として加工深さを計測し、これを記憶装置
に記憶しておく(深さＤ)。
【００４０】次に一次処理を行い、二次処理の切り替え
に当たっては、まず表面層厚さＨを定めたならば、先に
記憶装置に記憶した数値より表面層厚さを差し引き、主
軸の進入深さＭ(Ｍ＝Ｄ−Ｈ)を定める。
に当たっては、まず表面層厚さＨを定めたならば、先に
記憶装置に記憶した数値より表面層厚さを差し引き、主
軸の進入深さＭ(Ｍ＝Ｄ−Ｈ)を定める。
【００４１】二次処理(修正加工)ではＭだけの進入加工
を行うが、加工終了後、更に計測用の工具を自動的に切
り替えて計測を行う。厚さの許容値の範囲内に入ったな
らば、作業完了となる。これらの工程図を図１１に示
す。
を行うが、加工終了後、更に計測用の工具を自動的に切
り替えて計測を行う。厚さの許容値の範囲内に入ったな
らば、作業完了となる。これらの工程図を図１１に示
す。
【００４２】図１２は金型表面処理に二次処理(修正加
工)を行った例である。金型はその形状精度を±０.０１
mm程度に保つ必要がある場合が多い。図４からもわかる
ように、圧粉体電極を用いた一次処理で得られる表面層
の厚さは数分内の放電加工で数１０μmの厚さに達す
る。そのため形状精度を±０.０１mm(±１０μm)に保つ
ためには二次処理を必要とする場合がある。図１２中、
（１）は通常の放電加工用電極(Ｃu)を用いて放電加工
により金型形状を加工した状態を示し、（２）は電極を
一次処理用の圧粉体電極(Ｔi：Ｆe＝５０：５０(wt％))
に取り替えて一次処理の放電処理により表面層を形成し
た状態を示し、（３）は再び電極を通常の放電加工用電
極に取り替えて±０.０１mmの加工精度に二次処理(修正
加工)により仕上げ加工した状態を示している。
工)を行った例である。金型はその形状精度を±０.０１
mm程度に保つ必要がある場合が多い。図４からもわかる
ように、圧粉体電極を用いた一次処理で得られる表面層
の厚さは数分内の放電加工で数１０μmの厚さに達す
る。そのため形状精度を±０.０１mm(±１０μm)に保つ
ためには二次処理を必要とする場合がある。図１２中、
（１）は通常の放電加工用電極(Ｃu)を用いて放電加工
により金型形状を加工した状態を示し、（２）は電極を
一次処理用の圧粉体電極(Ｔi：Ｆe＝５０：５０(wt％))
に取り替えて一次処理の放電処理により表面層を形成し
た状態を示し、（３）は再び電極を通常の放電加工用電
極に取り替えて±０.０１mmの加工精度に二次処理(修正
加工)により仕上げ加工した状態を示している。
【００４３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
数１０μmの厚みの成膜速度が速く、高い密着性を持
ち、必要にして充分な硬度を持ち、母材に熱影響による
寸法変化を与えず、また表面層にクラック等を生じない
表面硬化処理を行うことができる。また真空層や防塵装
置も必要とせず、本来、作業性が良く、また自動化も容
易である。金型、エンジン用部品等々の表面硬化処理と
して好適である。
数１０μmの厚みの成膜速度が速く、高い密着性を持
ち、必要にして充分な硬度を持ち、母材に熱影響による
寸法変化を与えず、また表面層にクラック等を生じない
表面硬化処理を行うことができる。また真空層や防塵装
置も必要とせず、本来、作業性が良く、また自動化も容
易である。金型、エンジン用部品等々の表面硬化処理と
して好適である。
【図１】液中放電による表面処理装置の概略を示す説明
図である。
図である。
【図２】図１の表面処理装置における表面層の厚さ計測
手段を説明する図である。
手段を説明する図である。
【図３】実施例で得られた表面層のＸ線回折図形であ
る。
る。
【図４】パルス幅τpと表面層の厚さｈ及び表面層中の
炭化物ＴiＣの体積率との関係を示す図である。
炭化物ＴiＣの体積率との関係を示す図である。
【図５】表面層中の炭化物ＴiＣの体積率に及ぼす加工
時間ｔw及びＴi粒度の影響を示す図である。
時間ｔw及びＴi粒度の影響を示す図である。
【図６】放電処理を連続的に行った場合と断続的に行っ
た場合の表面層中のＴiＣの体積率を加工液の噴流圧力
Ｐiの大小による関係を示す図である。
た場合の表面層中のＴiＣの体積率を加工液の噴流圧力
Ｐiの大小による関係を示す図である。
【図７】表面層厚さｈに対する加工液の噴流圧力Ｐiの
及ぼす影響を示す図である。
及ぼす影響を示す図である。
【図８】表面層断面の元素分布を示す図である。
【図９】表面層の硬度分布を示す図である。
【図１０】二次処理用の装置の概略を示す説明図であ
る。
る。
【図１１】通じようの放電加工による形状加工、一次処
理、二次処理の工程図である。
理、二次処理の工程図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は金型表面処理に二次処理を
適用した場合の各工程の説明図である。
適用した場合の各工程の説明図である。
１ 圧粉体電極(一次処理用) ２ 被処理材料表面 ３ 加工液 ３´ 加工槽 ４ 導電性接着剤 ５ 金属棒 ６ 放電極間のサーボ機構 ７ 加工液 ７´ 加工液循環タンク ８ 加工液送給ポンプ ９ エゼクター １０ 放電加工用電極 １１ 放電電流検出用カーレントトランス １２ 放電電流電圧観測用シンクロスコープ １３ 放電電気条件プログラム装置 １４ 加工液吐出量プログラム装置 １５ Ｚ軸スケール １６ 主軸側の進度位置を示す指針 １７ 超音波厚み計 １８ 母材 １９ 電極交換機構 ２０ テーブル移動機構
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−100932（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 26/00
Claims (8)
- 【請求項１】 炭化しやすい金属の単体粉末又は２種以
上の混合粉末に結合金属を加えて所望の形状に圧縮成形
したものを放電加工用の電極とし、放電によって炭素を
分解生成する加工液中において、被処理材料であるアル
ミニウム及びその合金を他方の電極として放電加工する
ことにより、上記金属とその炭化物とを混合した表面層
を被処理材料表面に形成することを特徴とするアルミニ
ウム及びその合金の液中放電による表面処理方法。 - 【請求項２】 炭化しやすい金属が、Ｔi、Ｚr、Ｖ、Ｔ
a、Ｃr、Ｍo、Ｗ、Ｍn、Ｎbである請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】 放電加工用電極中にＮb量を１〜１０wt
％含有させる請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 結合金属として、アルミニウム粉末、錫
粉末、亜鉛粉末の１種以上を加える請求項１に記載の方
法。 - 【請求項５】 加工液が石油又は炭素化合物を含む液体
である請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 請求項１に記載の放電加工を一次処理と
し、この一次処理を行った後、比較的消耗の少ない材料
からなる電極を用いて、放電加工(二次処理)を行うこと
により、一次処理で形成された表面層を再溶融させて緻
密な表面層を形成すると共に寸法精度を高めることを特
徴とするアルミニウム及びその合金の液中放電による表
面処理方法。 - 【請求項７】 比較的消耗の少ない材料がＣu、グラフ
ァイト、タングステンである請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 厚み又は形状を測定することによって表
面層の寸法を修正しつつ放電加工(二次処理)を行う請求
項６に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23884193A JP3271836B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | アルミニウム及びその合金の液中放電による表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23884193A JP3271836B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | アルミニウム及びその合金の液中放電による表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0770761A JPH0770761A (ja) | 1995-03-14 |
| JP3271836B2 true JP3271836B2 (ja) | 2002-04-08 |
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ID=17036073
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23884193A Expired - Fee Related JP3271836B2 (ja) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | アルミニウム及びその合金の液中放電による表面処理方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3271836B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7537808B2 (en) | 2002-07-30 | 2009-05-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electrode for electric discharge surface treatment, electric discharge surface treatment method and electric discharge surface treatment apparatus |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100398764B1 (ko) * | 1998-03-11 | 2003-09-19 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 방전 표면 처리용 압분체 전극 및 방전 표면 처리용압분체 전극의 제조 방법 |
| DE19882576B4 (de) * | 1998-05-13 | 2007-09-27 | Mitsubishi Denki K.K. | Grünling-Elektrode zur Funkenentladungsbehandlung, zugehöriges Herstellungsverfahren, und Verfahren zum Recyceln einer Grünling-Elektrode |
| DE19983980B3 (de) * | 1999-09-30 | 2013-09-05 | Mitsubishi Denki K.K. | Verfahren zur Herstellung einer Entladungs-Oberflächenbehandlungs-Elektrode, hiernach erhaltene Entladungs-Oberflächenbehandlungs-Elektrode und deren Verwendung |
| WO2001036710A1 (fr) * | 1999-11-15 | 2001-05-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Procede et dispositif pour traitement de surface par decharge electrique |
| WO2001036709A1 (fr) * | 1999-11-15 | 2001-05-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Procede et dispositif de traitement de surface par decharge electrique |
| WO2001055481A1 (fr) * | 2000-01-24 | 2001-08-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Alimentation electrique pour traitement de surface par decharge et procede de traitement de surface par decharge |
| WO2004108990A1 (ja) | 2003-06-05 | 2004-12-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 放電表面処理用電極、放電表面処理用電極の製造方法と評価方法、放電表面処理装置および放電表面処理方法 |
| JP4554516B2 (ja) * | 2003-05-29 | 2010-09-29 | 三菱電機株式会社 | 放電表面処理用電極および放電表面処理方法並びに放電表面処理装置 |
| CN100587113C (zh) * | 2003-06-04 | 2010-02-03 | 三菱电机株式会社 | 放电表面处理方法及放电表面处理装置 |
| WO2004111305A1 (ja) | 2003-06-11 | 2004-12-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 放電表面処理方法 |
| JP4534633B2 (ja) * | 2004-07-02 | 2010-09-01 | 三菱電機株式会社 | 放電表面処理方法及び表面処理が施された金型 |
| WO2007043104A1 (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Honda Motor Co., Ltd. | ベルト式無段変速機およびその運転方法 |
| WO2007043102A1 (ja) | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 放電表面処理用電極及び放電表面処理方法並びに被膜 |
| EP2039802A1 (en) * | 2006-06-21 | 2009-03-25 | Bosch Corporation | Surface treating method by electric discharge, and dressing method |
| WO2008032359A1 (fr) | 2006-09-11 | 2008-03-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Procédé de production d'une électrode pour traitement de surface par décharge électrique et électrode pour traitement de surface par décharge électrique |
-
1993
- 1993-08-31 JP JP23884193A patent/JP3271836B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7537808B2 (en) | 2002-07-30 | 2009-05-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electrode for electric discharge surface treatment, electric discharge surface treatment method and electric discharge surface treatment apparatus |
| US8377339B2 (en) | 2002-07-30 | 2013-02-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electrode for electric discharge surface treatment, method of electric discharge surface treatment, and apparatus for electric discharge surface treatment |
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| JPH0770761A (ja) | 1995-03-14 |
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