放电表面处理用电极及制造方法、放电表面处理方法及设备技术

一种放电表面处理方法，由此在电极（１４）和工件（２）之间引起放电，从而利用所产生的能量在工件（２）的表面上形成硬涂层（１６），所述方法包括以下步骤：把金属粉末、金属化合物粉末、陶瓷材料粉末或这些粉末的混合物用作电极材料；通过压紧而使电极材料成形后，在电极材料中用作粘合剂的一部分材料熔化的温度下进行焙烧而形成电极；以及使得在电极（１４）与工件（２）之间发生电弧放电，此电弧放电是脉冲形状的电弧放电、连续电弧放电或连续电弧放电与间歇电弧放电的结合，从而利用该电弧放电的能量在所述工件（２）的表面上形成硬涂层（１６）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于放电表面处理中的放电表面处理用电极及其制造方法、放电表面处理方法及其设备的改进，放电表面处理用电极安排使放电发生在电极和工件之间，以利用放电能量在工件的表面上形成硬涂层。
技术介绍
迄今为止，作为涂敷工件表面以给该表面提供抗腐蚀性和耐磨性的技术，例如在公开号为Hei.5-148615的日本未审查专利中揭示了一种放电表面处理方法。上述技术安排使用由WC粉末和Co粉末构成的压坯形式的电极，从而进行最初的步骤(淀积步骤)。然后，在该电极已变为诸如铜电极(其磨损比较小)等电极后进行第二步骤(再熔步骤)。因而，上述方法有两个步骤来处理金属材料的表面。这种常规技术当应用于在钢材上形成硬涂层时是一种优良的方法，涂层表现出令人满意的硬度和粘性且具有几十微米的厚度。然而，该方法难于在诸如硬质合金等烧结材料上形成粘性足够的硬涂层。现在参考附图说明图16来描述在公开号为Hei.9-192937的日本未审查专利中所揭示的一种放电表面处理方法，该方法也能在硬质合金上形成粘性足够的硬涂层。参考图16，标号1代表通过压紧TiH2粉末来制造的压坯形式的电极，2代表工件，3代表加工槽，4代表加工液，5代表用于切换加到电极1和工件2上的电压和电流的切换元件。标号6代表用于控制切换元件5的通/断的控制电路。标号7代表电源，标号8代表电阻器，9代表所形成的硬涂层。由以上结构所进行的放电表面处理使得硬涂层表现出优良的粘性，且可在钢或硬质合金的表面上形成几微米到几十微米的厚度。每一种上述常规技术的特征在于使用压坯形式的电极，其优点是电极的成分容易因放电能量而熔化，从而便于在工件表面上形成涂层。然而，以下三个原因限制了上述方法的实际应用。现在描述第一个原因。即，压坯形式的电极是易碎的且易于受到损坏。因此，不易于进行使电极适应工件形状的机械加工操作或为把电极固定于设备而形成螺丝孔的机械加工操作。因而，放电表面处理的准备工作变得非常复杂，使得实际加工效率下降。为了克服上述问题，可行的是把压坯形式的电极烧结成金属电极使用。然而，这样产生的问题是烧结电极的可加工性下降了，且可形成硬涂层的速度减小了。现在描述第二个原因。从实用的观点，不能容易地形成尺寸令人满意的电极。即，只有在利用高性能压机时才能形成这样的电极，该电极被安排在铸模等表面处理中使用且具有从实用的观点令人满意的大尺寸。此外，压紧粉末材料时压力不能在材料中均匀传播的事实引起密度的不一致。因此，这样产生了例如断裂等问题。继而，工件上形成的不均匀硬涂层导致产品质量下降。现在描述第三个原因。即，不容易形成厚的膜层。常规的方法不能形成厚度大于几微米到几十微米的涂层。不能形成行业领域所需的厚度大于上述值的硬涂层。现在将就第三个原因进行详述。在工业上，通过物理蒸发或化学蒸发(干式工艺)来形成薄的膜层。不可能通过上述方法形成厚的膜层。因此，目前必须利用溅射涂敷等。能把各种材料铺垫于工件上的溅射涂敷法会受到所形成的涂层的粗粒结构的影响。因此，不能为诸如在铸模上形成涂层的操作(它需要精度和耐久性)等目的而应用溅射涂层。糟糕的是，材料受到过度的限制。在公开号为Hei.8-300227号日本未审查专利中揭示了一种常规的技术，该技术涉及放电表面处理用电极及金属材料的表面处理方法。该方法的步骤为，使用碳化物，把它压紧成为电极，并在不高于烧结温度的温度下进行临时烧结，从而形成电极。该方法安排在已进行放电表面处理后改变机械极性，以进行进一步加固硬涂层的工艺。因此，必须在比较高的温度下进行临时烧结工艺。据说，在1100℃的温度下保持30分钟。由于在上述通过临时烧结工艺制造的压坯形式的电极中已形成致密(dense)的结构，所以不容易对电极进行二次机械加工。糟糕的是，不能把硬涂层有效地淀积在工件上，从而引起硬涂层的质量问题。当需要致密的硬涂层时，机械加工操作必须进行很长的时间。上述方法的另一个问题在于淀积工艺容易转变成侧面(profile)放电工艺。现在描述制造作为工件的一个例子的铸模的方法。通过以下三种方法中的任一种来制造铸模。第一种方法是如此安排的，从而铸模经过热处理而具有所需的硬度和耐磨性。第二种方法利用表面修饰技术在铸模的一部分或整个表面上淀积硬涂层，从而延长寿命。第三种方法使用硬质合金或硬质合金制成或埋入硬质合金的硬材料等来制造铸模，从而保持长时间的准确性。利用第三种方法来制造大量生产的汽车等的铸模或制造精密的产品。在本专利技术中，在铸模是必须处理的工件时应用的放电表面处理方法主要涉及第三种方法。依据本专利技术，提供了一种铸模的放电表面处理方法，能把该铸模作为以硬质合金制成的铸模或部分使用硬质合金的铸模的替代品。现在将描述涉及上述工业领域的常规技术。图17示出用于模头(die header)的铸模的一个例子，它用作上述精密工艺的铸模。把硬质合金块101嵌入基底金属100的中央部分，并通过侧面放电装置或金属丝放电装置的机械加工而构成实际的铸模表面。此外，进行放电表面处理，以把硬涂层淀积在铸模表面来增加该表面的硬度，以提高耐久性。图17示出在进行放电表面处理时所使用的结构。由压坯形式的电极103所进行的放电表面处理使得硬涂层在铸模表面上的厚度为大约几微米。标号102代表用于固定压坯形式的电极103的柄部(shank)。如上所述，通过多个步骤来制造铸模，包括铸模基底金属的机械加工、嵌入硬质合金块、铸模形状的精密机械加工以及为改善铸模的表面而进行的放电表面处理。上述铸模制造工艺具有两个关键的问题。第一个问题是由把硬质合金块压入配合到铸模的基底材料这一结构引起的。因此，铸模的基底材料和硬质合金块都必须以相当好的精确度来进行机械加工。因此，铸模制造需要长的时间和大的成本。第二个问题是由压入配合到铸模的基底材料中的硬质合金块是由与构成铸模的基底材料的材料不同的材料构成的这一事实引起的。结果，热膨胀系数的差异使得容易发生断裂和破损。如果硬质合金块因破损或断裂而不能使用，则必须丢弃该铸模或重新制造。在此情况下，也需要很长的时间和大的成本。因此，铸模制造部门和/或使用铸模的部门要求加以改进。然而，还未提出有效的解决方法。现在将描述另一种情况。在汽车零件制造领域中，广泛地采用锻造例如如图18所示构成的连接杆的铸模。图19示出所示情况下的代表性的制造工艺。近来，高速切割技术已得到了飞速提高。因此，通过热处理获得的硬工件也可经受切割操作。图20示出有关高速切割操作和常规放电机械加工操作之间制造连接杆铸模所需的时间的比较结果。从图20可理解，高速切割操作比常规的放电机械加工操作更有效。由于铸模在如图19所示使用后被磨损，所以需要换成新的铸模或提高磨损的铸模的精确度。在如图18所示的代表性大铸模的情况下，从制造简便的观点看，不能嵌入硬质合金块。上述类型的大铸模的主要部分通常由板模钢制成。因此，如果板模钢铸模已磨损，则只允许用局部进行热处理和表面改善的装置以提高耐久性。因此，重新制造铸模的频度上升得过高，引起制造铸模的成本增加得过大。如公开号为Hei.5-148615的日本未审查专利中所揭示的放电表面处理方法所述，构成了通过进行放电表面处理而形成诸如铸模等工件的硬涂层的常规方法。然而，这种常规方法受到如图21所示硬涂层的厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放电表面处理用电极，由该电极在电极与工件之间引起放电，从而利用所产生的能量在工件的表面上形成硬涂层，其特征在于所述放电表面处理用电极包括： 所述电极的材料是金属粉末、金属化合物粉末、陶瓷材料粉末或所述粉末的混合物， 其中在通过压紧而使所述电极的所述材料成形后，在所述电极的所述材料中用作粘合剂的一部分材料熔化的温度下进行焙烧。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：毛吕俊夫，后藤昭弘，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]