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JP5066797B2 - A film forming method and a method for producing a film forming work. - Google Patents
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JP5066797B2 - A film forming method and a method for producing a film forming work. - Google Patents

A film forming method and a method for producing a film forming work. Download PDF

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Description

本発明は、金属粉末、金属の化合物の粉末、もしくはセラミックスの粉末を成形した粉末成形体、または加熱処理した該粉末成形体、を電極として、加工液中または気体雰囲気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーによりワーク表面に電極材料または電極材料が前記パルス状の放電エネルギーにより反応した物質からなる放電表面処理被膜の成膜方法および成膜ワークを生産する方法に関するものである。   The present invention provides a metal powder, a powder of a metal compound, or a powder molded body obtained by molding a ceramic powder, or the heat-treated powder molded body, as an electrode, and between the electrode and the workpiece in a working fluid or a gas atmosphere. A method for forming a discharge surface treatment film and a method for producing a film-formed workpiece, in which a pulsed discharge is generated and an electrode material or a material obtained by reacting the electrode material with the pulsed discharge energy on the workpiece surface is generated by the discharge energy. It is about.

放電を利用した表面改質技術が、例えば特許文献1に開示されている。放電によってシリコン(Si)等のアモルファス層又は微細結晶層を被表面改質物表面に形成するものである。また、別の表面改質技術が、特許文献2に開示されている。炭素鋼、低合金鋼、オーステナイト系ステンレス鋼若しくはフェライト系ステンレス鋼等の鉄(Fe)基合金、ニッケル(Ni)基合金、又はコバルト(Co)基合金からなる構造物の表面を、少なくとも一つの高耐食性元素を有する電極を用い、油中あるいは水中にて、放電加工処理し、前記部材の初期表面の除去とこの表面に耐食性に優れた放電加工合金層を形成することを特徴とする。更にこの表面改質処理方法により形成された放電加工合金層にレーザー光、電子ビーム、又は、TIGアーク等のエネルギーを照射して、放電加工合金層と被処理対象部材の一部を再溶融させた後、急冷凝固させて再溶融表面合金層を形成することを特徴とする。   For example, Patent Document 1 discloses a surface modification technique using electric discharge. An amorphous layer such as silicon (Si) or a fine crystal layer is formed on the surface modification target surface by discharge. Another surface modification technique is disclosed in Patent Document 2. At least one surface of a structure made of iron (Fe) based alloy, nickel (Ni) based alloy, or cobalt (Co) based alloy such as carbon steel, low alloy steel, austenitic stainless steel or ferritic stainless steel is used. An electrode having a high corrosion resistance element is used, and an electric discharge machining treatment is performed in oil or water to remove the initial surface of the member and to form an electric discharge machining alloy layer having excellent corrosion resistance on the surface. Further, the electric discharge machining alloy layer formed by this surface modification treatment method is irradiated with energy such as a laser beam, an electron beam, or a TIG arc to remelt the electric discharge machining alloy layer and a part of the member to be treated. And then rapidly solidifying to form a remelted surface alloy layer.

また、表面改質技術ではなく、被加工物表面に金属やセラミックスの被膜を形成する技術として、無電解メッキ、電解メッキ、PVD(Physical Vapor Deposition)、溶射、溶接などがある。無電解メッキは、化学反応を利用して、水溶液中から金属を被処理物表面に析出させる方法である。電解メッキは一方の極をイオン化させ、もう一方の極で電子をやり取りして被処理物に被膜を形成させる方法である。PVDは真空中で蒸発した金属のガスをイオン化して、負の電圧を印可した基材に叩きつけて被膜を形成する方法である。これらの方法は、ワーク表面に被膜を堆積することにあり、ワークと被膜の密着性に関しては十分ではなかった。   In addition to the surface modification technique, techniques for forming a metal or ceramic film on the surface of the workpiece include electroless plating, electrolytic plating, PVD (Physical Vapor Deposition), thermal spraying, welding, and the like. Electroless plating is a method in which a metal is deposited on the surface of an object to be processed from an aqueous solution using a chemical reaction. Electrolytic plating is a method in which one electrode is ionized and electrons are exchanged on the other electrode to form a film on the object to be processed. PVD is a method of forming a film by ionizing a metal gas evaporated in a vacuum and striking it against a substrate to which a negative voltage is applied. These methods consist in depositing a film on the surface of the workpiece, and the adhesion between the workpiece and the film is not sufficient.

ワークと被膜の密着性を高めた被膜形成技術として、特許文献3に示されるように放電を利用した表面処理がある。この放電表面処理は、形成する被膜と同じ大きさの電極を用い、被加工物と電極の間に複数のパルス放電を発生させて被膜を形成させる転写加工方法である。   As a film forming technique for improving the adhesion between the workpiece and the film, there is a surface treatment using electric discharge as disclosed in Patent Document 3. This discharge surface treatment is a transfer processing method in which an electrode having the same size as the film to be formed is used, and a plurality of pulse discharges are generated between the workpiece and the electrode to form the film.

特開昭62―24916号公報JP-A-62-24916 特開平6―182626号公報JP-A-6-182626 国際公開WO99/558744International Publication WO99 / 558744

従来技術は、放電を利用して被加工物の表面に放電加工合金層を設け、その後、その一部をレーザー光や電子ビームを照射して溶融させ、自己冷却による急冷凝固によって再溶融表面合金層を形成させていた。放電加工合金層と被加工金属との密着性が不十分である場合に、レーザー光や電子ビームを照射して放電加工合金層および被加工金属の一部を再溶融して欠陥を消失し、かつ被加工金属との密着した再溶融表面合金層を形成していた。この従来技術では、レーザーや電子ビームは、セラミックスなどを被加工金属へ拡散させ、合金層を拡大するために使用されている。被加工金属の表面の耐食性を向上させる場合は、合金層が厚いほうがよいが、被加工物の上に被膜を形成させ、被膜に所望の性能を発揮させたい場合、合金層の特性は所望性質と異なるため、被膜と被加工物の合金層の厚みはなるべく薄いほどよい。   In the prior art, an electric discharge machining alloy layer is provided on the surface of a workpiece using electric discharge, and then a part of the layer is melted by irradiation with a laser beam or an electron beam, and then remelted by rapid solidification by self-cooling. A layer was formed. When the adhesion between the EDM alloy layer and the metal to be processed is insufficient, the defects are eliminated by remelting the EDM alloy layer and a part of the metal to be processed by irradiating a laser beam or an electron beam. In addition, a remelted surface alloy layer in close contact with the metal to be processed was formed. In this prior art, a laser or an electron beam is used to diffuse ceramics or the like into the workpiece metal and expand the alloy layer. In order to improve the corrosion resistance of the surface of the workpiece metal, it is better that the alloy layer is thicker. However, when a film is formed on the workpiece and the desired performance is desired for the film, the characteristics of the alloy layer are the desired properties. Therefore, the thickness of the alloy layer of the film and the workpiece is preferably as thin as possible.

微小な粒子を溶融させ、被加工物上に堆積させる溶射や放電による被膜の密度は、一般に金属固体と比較して小さくなる。それは、被膜中にわずかな空隙が形成されるためである。また、溶融した粒子が積層して被膜となるため、被膜中には粒子と粒子との間(粒界)が存在する。被膜が摩擦によるせん断力を受けた場合、その粒界が基点となり、被膜が摩耗する。また、その粒界が抵抗となり、被膜の熱伝導率を低下させてしまう。   The density of the coating by spraying or discharging in which fine particles are melted and deposited on the workpiece is generally smaller than that of a metal solid. This is because slight voids are formed in the coating. In addition, since the melted particles are laminated to form a film, there are spaces between the particles (grain boundaries) in the film. When the film receives a shearing force due to friction, the grain boundary becomes a base point, and the film wears. Moreover, the grain boundary becomes a resistance, and the thermal conductivity of the film is lowered.

そこで、本発明では、放電を利用して厚みを持った被膜を形成させた後、合金層の拡大を抑制して被膜の密度や強度を向上し、粒界や空隙を減少させる成膜方法を提供する。   Therefore, in the present invention, after forming a thick film by using electric discharge, a film forming method for suppressing the expansion of the alloy layer and improving the density and strength of the film and reducing the grain boundaries and voids. provide.

この発明にかかる成膜方法は、金属粉末、金属の化合物の粉末、もしくはセラミックスの粉末を成形した粉末成形体、または加熱処理した該粉末成形体、を電極として、加工液中または気体雰囲気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーによりワーク表面に電極材料または電極材料が前記パルス状の放電エネルギーにより反応した物質からなる放電表面処理被膜を形成する工程と、この形成した放電表面処理被膜にエネルギーを照射して加熱する工程と、を有するものである。   The film forming method according to the present invention comprises a metal powder, a powder of a metal compound, or a powder molded body obtained by molding a ceramic powder, or the heat-treated powder molded body, as an electrode in a working fluid or in a gas atmosphere. A step of generating a pulsed discharge between the electrode and the workpiece, and forming a discharge surface treatment film comprising the electrode material or a material obtained by reacting the electrode material with the pulsed discharge energy on the workpiece surface by the discharge energy; and And heating the formed discharge surface treatment film by irradiating energy.

さらに、放電表面処理被膜を形成する際に、該放電表面処理被膜の熱伝導率が30W/mK以下となる被膜を形成するものである。   Furthermore, when the discharge surface treatment film is formed, a film in which the thermal conductivity of the discharge surface treatment film is 30 W / mK or less is formed.

さらに、電極材料の金属固体での熱伝導率が90W/mK以上のものである。   Furthermore, the thermal conductivity of the electrode material in a metal solid is 90 W / mK or more.

さらに、粉末成形体電極の電極材料として、Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、Al、Al合金、Ni、Ni合金、Co、Co合金を用いるものである。 Further, Cu, Cu alloy, Ag, Ag alloy, Al, Al alloy, Ni, Ni alloy, Co, Co alloy are used as the electrode material of the powder molded body electrode.

さらに、放電表面処理被膜を形成して、エネルギーを多点照射するものである。   Furthermore, a discharge surface treatment film is formed and energy is irradiated at multiple points.

さらに、放電表面処理被膜に照射するエネルギーのスポットを照射面の対角線と平行に移動させ、被膜部と非被膜部との境界線に到達すると、この境界線からの入射角と反射角が等しくなるように照射エネルギースポット走査方向を変えるものである。   Furthermore, when the spot of energy irradiated to the discharge surface treatment film is moved parallel to the diagonal line of the irradiation surface and reaches the boundary line between the coating part and the non-coating part, the incident angle and reflection angle from this boundary line become equal. Thus, the irradiation energy spot scanning direction is changed.

さらに、照射エネルギースポット走査の変更方向を決定する被膜部と非被膜部との境界線からの入射角と反射角を、定期的に異なった大きさにするものである。   Further, the incident angle and the reflection angle from the boundary line between the coating part and the non-coating part that determine the changing direction of the irradiation energy spot scanning are periodically made different sizes.

さらに、放電表面処理被膜にエネルギーを照射して加熱した後に研磨するものである。   Further, the discharge surface treatment coating is polished after being irradiated with energy and heated.

この発明にかかる成膜方法は、金属粉末、金属の化合物の粉末、もしくはセラミックスの粉末を成形した粉末成形体、または加熱処理した該粉末成形体、を電極として、加工液中または気体雰囲気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーによりワーク表面に電極材料または電極材料が前記パルス状の放電エネルギーにより反応した物質からなる放電表面処理被膜を形成する工程と、この形成した放電表面処理被膜に圧力を付加する工程と、を有するものである。   The film forming method according to the present invention comprises a metal powder, a powder of a metal compound, or a powder molded body obtained by molding a ceramic powder, or the heat-treated powder molded body, as an electrode in a working fluid or in a gas atmosphere. A step of generating a pulsed discharge between the electrode and the workpiece, and forming a discharge surface treatment film comprising the electrode material or a material obtained by reacting the electrode material with the pulsed discharge energy on the workpiece surface by the discharge energy; and And applying a pressure to the formed discharge surface treatment film.

さらに、放電表面処理被膜を形成する際に、該放電表面処理被膜の熱伝導率が30W/mK以下となる被膜を形成するものである。   Furthermore, when the discharge surface treatment film is formed, a film in which the thermal conductivity of the discharge surface treatment film is 30 W / mK or less is formed.

さらに、電極材料の金属固体での熱伝導率が90W/mK以上のものである。   Furthermore, the thermal conductivity of the electrode material in a metal solid is 90 W / mK or more.

さらに、粉末成形体電極の電極材料として、Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、Al、Al合金、Ni、Ni合金、Co、Co合金を用いるものである。   Further, Cu, Cu alloy, Ag, Ag alloy, Al, Al alloy, Ni, Ni alloy, Co, Co alloy are used as the electrode material of the powder molded body electrode.

この発明にかかる成膜ワークを生産する方法は、ワークに対し、金属粉末、金属の化合物の粉末、もしくはセラミックスの粉末を成形した粉末成形体、または加熱処理した該粉末成形体、を放電表面処理用電極として対向させ、電極とワークの間にパルス状の放電を発生させることでその放電エネルギーによりワーク表面に電極材料または電極材料が前記パルス状の放電エネルギーにより反応した物質からなる放電表面処理被膜を形成し、この形成した放電表面処理被膜にエネルギーを照射して加熱するものである。   A method of producing a film-forming workpiece according to the present invention includes a discharge surface treatment of a powder molded body obtained by molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder, or the heat-treated powder molded body. Discharge surface treatment coating made of a material in which the electrode material or the electrode material reacts with the pulsed discharge energy due to the discharge energy by generating a pulsed discharge between the electrode and the workpiece facing each other The discharge surface treatment film thus formed is irradiated with energy and heated.

この発明にかかる成膜ワークを生産する方法は、ワークに対し、金属粉末、金属の化合物の粉末、もしくはセラミックスの粉末を成形した粉末成形体、または加熱処理した該粉末成形体、を放電表面処理用電極として対向させ、電極とワークの間にパルス状の放電を発生させることでその放電エネルギーによりワーク表面に電極材料または電極材料が前記パルス状の放電エネルギーにより反応した物質からなる放電表面処理被膜を形成し、この形成した放電表面処理被膜に圧力を負荷するものである。   A method of producing a film-forming workpiece according to the present invention includes a discharge surface treatment of a powder molded body obtained by molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder, or the heat-treated powder molded body. Discharge surface treatment coating made of a material in which the electrode material or the electrode material reacts with the pulsed discharge energy due to the discharge energy by generating a pulsed discharge between the electrode and the workpiece facing each other And a pressure is applied to the formed discharge surface treatment film.

この発明にかかる成膜方法は、金属粉末、金属の化合物の粉末、またはセラミックスの粉末を溶融させる熱量を低下させた溶射によりワーク表面に溶射被膜を形成し、この形成した溶射被膜にエネルギーを照射してワーク表面との境界付近の被膜部分を加熱するものである。   In the film forming method according to the present invention, a thermal spray coating is formed on a workpiece surface by thermal spraying with a reduced amount of heat for melting a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder, and the formed thermal spray coating is irradiated with energy. Then, the film portion near the boundary with the workpiece surface is heated.

この発明にかかる成膜方法は、溶融した金属粉末、金属の化合物の粉末、またはセラミックスの粉末がワークに衝突する速度を低下させた溶射によりワーク表面に溶射被膜を形成し、この溶射被膜にエネルギーを照射してワーク表面との境界付近の被膜部分を加熱するものである。   In the film forming method according to the present invention, a sprayed coating is formed on the surface of the workpiece by spraying at a reduced rate at which the molten metal powder, metal compound powder, or ceramic powder collides with the workpiece, and energy is applied to the sprayed coating. Is used to heat the coating portion near the boundary with the workpiece surface.

この発明は、放電表面処理で形成される被膜にエネルギーを照射して加熱することにより、強度・熱伝導率・密度・表面粗さ等の被膜の特性を向上させることができる。また、放電表面処理では、放電の電流や放電時間を制御して、照射エネルギーを被膜に滞留させ高温になる、熱伝導率の低い、エネルギーの照射に適した放電表面処理被膜を形成できる。放電表面処理により熱伝導率が小さい被膜を形成し、その被膜にエネルギーを照射して加熱すれば、被膜とワークの界面に形成される合金層の拡大を抑制できる。   According to the present invention, the properties of the coating such as strength, thermal conductivity, density, and surface roughness can be improved by irradiating and heating the coating formed by the discharge surface treatment. Further, in the discharge surface treatment, the discharge current treatment and the discharge time can be controlled to form a discharge surface treatment film suitable for energy irradiation having a low thermal conductivity and a high temperature by retaining the irradiation energy in the film. If a film having a low thermal conductivity is formed by discharge surface treatment, and the film is irradiated with energy and heated, expansion of the alloy layer formed at the interface between the film and the workpiece can be suppressed.

以下、本発明にかかる放電表面処理方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of a discharge surface treatment method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1の成膜方法を実施する装置の簡略構成図である。図1において、加工槽5内には加工液7が満たされ、この加工槽5内にはワーク6およびこのワーク6を支持するベッド4が配置される。他方、主軸1の先端には電極3が備えられ、この電極3は加工液7内に浸漬されている。また、電極3およびベッド4は放電表面処理用電源2が接続されている。この場合、電極3は放電表面処理用電源2の陰極に、ワーク6は放電表面処理用電源2の陽極にそれぞれ接続されている。そして、この電極3とワーク6との間に印加された電圧によって、電極3とワーク6の間でパルス状の放電が発生し、ワーク表面に放電表面処理被膜が形成される。   FIG. 1 is a simplified configuration diagram of an apparatus for performing a film forming method according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a machining tank 5 is filled with a machining liquid 7, and a workpiece 6 and a bed 4 that supports the workpiece 6 are disposed in the machining tank 5. On the other hand, an electrode 3 is provided at the tip of the main shaft 1, and this electrode 3 is immersed in the machining liquid 7. In addition, the electrode 3 and the bed 4 are connected to a power supply 2 for discharge surface treatment. In this case, the electrode 3 is connected to the cathode of the discharge surface treatment power source 2, and the workpiece 6 is connected to the anode of the discharge surface treatment power source 2. A pulsed discharge is generated between the electrode 3 and the workpiece 6 by the voltage applied between the electrode 3 and the workpiece 6, and a discharge surface treatment film is formed on the workpiece surface.

放電表面処理被膜が形成されたワーク6をワーク移動手段Aによりレーザー加工装置へ移動する。図において、9は全反射ミラー8に対向配置された部分反射ミラーであり、この部分反射ミラーと全反射ミラーが安定型のレーザー共振器を構成する。10はレーザー共振器に発生するレーザービーム、11a、11bはレーザービーム10のP偏光成分のみを透過させ、S偏光成分は反射させるブリュースター窓、12は4分の1波長板、13はレーザー発振を行う放電管である。14は電気光学振幅変調器、15は電気光学振幅変調器に印加するオン・オフを繰り返すパルス電圧を発生するパルス発生器、17はレーザー発振器から出射したレーザービーム16の波長を変換できる波長変換素子、19はビームスプリッターである。ビームスプリッター19で反射したレーザービームが伝送光路系20によって集光光学系21まで導かれ、ワーク6表面に形成された被膜上に集光される
The workpiece 6 on which the discharge surface treatment film is formed is moved to the laser processing apparatus by the workpiece moving means A. In the figure, reference numeral 9 denotes a partial reflection mirror disposed opposite to the total reflection mirror 8, and this partial reflection mirror and the total reflection mirror constitute a stable laser resonator. 10 is a laser beam generated in the laser resonator, 11a and 11b are Brewster windows that transmit only the P-polarized component of the laser beam 10 and reflect the S-polarized component, 12 is a quarter-wave plate, and 13 is a laser oscillator. This is a discharge tube. 14 is an electro-optic amplitude modulator, 15 is a pulse generator that generates a pulse voltage that is repeatedly applied to the electro-optic amplitude modulator, and 17 is a wavelength conversion element that can convert the wavelength of the laser beam 16 emitted from the laser oscillator. , 19 is a beam splitter. The laser beam reflected by the beam splitter 19 is guided to the condensing optical system 21 by the transmission optical path system 20 and is condensed on the film formed on the surface of the workpiece 6.

ワーク移動手段Aにロボットアーム等を用いることにより放電表面処理装置とレーザー加工装置を含めた自動生産ラインとすることも可能となる。   By using a robot arm or the like for the workpiece moving means A, an automatic production line including a discharge surface treatment device and a laser processing device can be provided.

ワーク6表面に被膜を形成する放電表面処理の原理を図2に示す。この図において、電極は金属や金属の化合物、セラミックスの数μmの粉末を成形したもの、若しくは、成形した後、加熱処理したものを用いる。金属は金属単体だけでなく合金を含む。また、金属の化合物は金属と非金属の化合物をいう。電極を陰極、ワークを陽極とし、両者が接触しないよう主軸はサーボをとられている。電極とワークの間は加工液で満たされ、その間で放電を発生させる。放電の熱によりワークおよび電極は溶融・気化される。気化により発生する爆風よって、溶融した電極の一部(溶融粒子)をワーク表面に向かって輸送する。ワーク表面に到達すると、再凝固し被膜となる。   The principle of discharge surface treatment for forming a film on the surface of the workpiece 6 is shown in FIG. In this figure, the electrode used is a metal, a metal compound, or a ceramic powder formed by molding several μm, or a heat-treated electrode after molding. Metals include alloys as well as simple metals. A metal compound is a compound of a metal and a nonmetal. The main shaft is servoed so that the electrode is the cathode and the workpiece is the anode, so that they do not contact each other. The space between the electrode and the workpiece is filled with the machining fluid, and electric discharge is generated between them. The workpiece and the electrode are melted and vaporized by the heat of discharge. Part of the molten electrode (molten particles) is transported toward the workpiece surface by the blast generated by vaporization. When it reaches the workpiece surface, it resolidifies and becomes a coating.

放電表面処理用電極製造のためのプロセスを図3に示す。平均粒径4μm以下の金属粉末またはセラミックス粉末を金型に入れてパンチにより圧力をかけてプレスする。所定のプレス圧を粉末にかけることで、粉末は固まり圧粉体となる。プレスの際に粉末内部へのプレス圧の伝わりを良くするために粉末にパラフィンなどのワックスを重量比で1%から10%程度混入すると成形性を改善することができる。   A process for manufacturing an electrode for discharge surface treatment is shown in FIG. A metal powder or ceramic powder having an average particle size of 4 μm or less is placed in a mold and pressed by a punch. By applying a predetermined pressing pressure to the powder, the powder becomes a solid and becomes a green compact. In order to improve the transmission of the pressing pressure to the inside of the powder during pressing, the moldability can be improved by adding wax such as paraffin to the powder by about 1% to 10% by weight.

圧縮成形された圧粉体は、圧縮により所定の硬さが得られていればそのまま放電表面処理用の電極として使用することができるが、加熱することで強度を増すことができる。また、ワックスを使用した場合、ワックスの融点より高い温度に加熱し、ワックスを除去する。このようにして放電表面処理用の電極が得られる。   The compression-molded green compact can be used as it is as an electrode for discharge surface treatment as long as a predetermined hardness is obtained by compression, but the strength can be increased by heating. When wax is used, the wax is removed by heating to a temperature higher than the melting point of the wax. In this way, an electrode for discharge surface treatment is obtained.

上記工程で製造された電極でワーク表面に放電により放電表面処理被膜を形成し、エネルギーを照射して加熱する。エネルギーを照射する加熱には抵抗発熱体による抵抗加熱や輻射加熱、コイル誘導電流による誘導加熱やプラズマ加熱や輻射加熱、電子ビームによる電子ビーム加熱、レーザー光によるレーザー輻射加熱、太陽光による太陽光輻射加熱、アーク電流によるアーク加熱やプラズマ加熱やアーク輻射加熱等がある。   A discharge surface treatment film is formed on the workpiece surface by discharge with the electrode produced in the above process, and heated by irradiation with energy. For heating to irradiate energy, resistance heating or radiation heating by a resistance heating element, induction heating or plasma heating or radiation heating by coil induction current, electron beam heating by electron beam, laser radiation heating by laser light, solar radiation by sunlight There are heating, arc heating by arc current, plasma heating, arc radiation heating and the like.

エネルギーを照射する模式図を図4に示す。放電表面処理被膜6a全体を覆うようにレーザー光や電子ビームの焦点をディフォーカスして、照射範囲を拡大している。焦点を被膜の表面に合わせた場合、被膜全面にエネルギーを照射できるように、スポットを走査させる。レーザーや電子ビームのエネルギーで被膜の特性を向上させるためには、必ずしも被膜を溶融せずともよい。なぜなら、物質は融点まで到達せずとも、格子振動が激しくなるデバイ温度程度で拡散を始めることができるからである。デバイ温度以上の温度に被膜を加熱すれば、被膜中の粒子と粒子の結合強度が大きくなり硬度が上昇し、引っ張り強度も向上する。また熱伝導率も向上する。金属のデバイ温度は融点と比較してかなり低い。例えば、Cu(銅)のデバイ温度は343K、融点は1358Kであり、Feのデバイ温度は470K、融点は1811Kである。   A schematic diagram of energy irradiation is shown in FIG. The focus of the laser beam or electron beam is defocused so as to cover the entire discharge surface treatment film 6a, thereby expanding the irradiation range. When the focus is on the surface of the coating, the spot is scanned so that energy can be applied to the entire coating. In order to improve the characteristics of the film with the energy of a laser or an electron beam, the film does not necessarily have to be melted. This is because even if the substance does not reach the melting point, it can start diffusing at about the Debye temperature where the lattice vibration becomes intense. When the coating is heated to a temperature higher than the Debye temperature, the bond strength between the particles in the coating increases, the hardness increases, and the tensile strength also improves. Also, the thermal conductivity is improved. The Debye temperature of the metal is considerably lower than the melting point. For example, the Debye temperature of Cu (copper) is 343K and the melting point is 1358K, and the Debye temperature of Fe is 470K and the melting point is 1811K.

Ti―Al―V合金を被加工物とし、放電表面処理でその上にCu−Sn−Ni合金被膜を形成させた。放電電流を8A、放電時間を64μs、休止時間を1024μsとし、面積10mm×10mm、膜厚0.4mmの被膜を形成した。形成された被膜の熱伝導率は5W/mKであった。その被膜にCOレーザー加工機でレーザーを1回照射した。照射条件を表1に示す。出力を3kWとし、酸化防止のためアルゴンガスを吹きかけながら0.3s間レーザー光を照射し続けた。レーザーの焦点は被膜表面の110mmにあり、
ディフォーカスされている。
A Ti—Al—V alloy was used as a workpiece, and a Cu—Sn—Ni alloy film was formed thereon by discharge surface treatment. The discharge current was 8 A, the discharge time was 64 μs, the rest time was 1024 μs, and a film having an area of 10 mm × 10 mm and a film thickness of 0.4 mm was formed. The thermal conductivity of the formed film was 5 W / mK. The coating was irradiated once with a CO 2 laser processing machine. Table 1 shows the irradiation conditions. The output was set to 3 kW, and laser light was continuously applied for 0.3 s while blowing argon gas to prevent oxidation. The focal point of the laser is at 110mm of the coating surface,
Defocused.

Figure 0005066797
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照射前後の被膜の断面写真を図5に示す。照射前は、被膜内部に多数の空隙が存在し、熱伝導率や強度が低い様子がわかる。それに対し、レーザー照射後は、空隙が減少し、緻密な被膜を形成できている。照射前の被膜のビッカース硬度は、50HVであったが、照射後はCu−Sn−Ni合金の金属固体のビッカース硬度と同等の250HVまで向上できた。また、照射前6g/cm3であった被膜の密度は、照射により8.5g/cm3に向上できた。さらに、被膜の熱伝導率も50W/mKまで向上できた。   FIG. 5 shows cross-sectional photographs of the coating before and after irradiation. Before irradiation, it can be seen that there are a large number of voids inside the coating, and the thermal conductivity and strength are low. On the other hand, after laser irradiation, voids are reduced and a dense film can be formed. The Vickers hardness of the film before irradiation was 50 HV, but after irradiation, it was improved to 250 HV, which is equivalent to the Vickers hardness of the metal solid of the Cu—Sn—Ni alloy. Further, the density of the film, which was 6 g / cm 3 before irradiation, could be improved to 8.5 g / cm 3 by irradiation. Furthermore, the thermal conductivity of the coating could be improved to 50 W / mK.

エネルギーを照射して被膜の特性を向上させるためには、放電表面処理被膜の熱伝導率が30W/mK以下である必要がある。なぜなら、被膜の熱伝導率が大きくなると、レーザー光や電子ビームのエネルギーを被膜が吸収しても、素早くワークに伝導し、被膜がデバイ温度以上の高温にならないからである。また、熱伝導率がこれ以上の被膜を形成する場合、大きな放電エネルギーを用いることになり、被加工物が除去されたり、変形したりして、従来の溶接と同じ問題を生じてしまう。   In order to improve the properties of the coating by irradiating energy, the thermal conductivity of the discharge surface treatment coating needs to be 30 W / mK or less. This is because when the thermal conductivity of the coating increases, even if the coating absorbs the energy of the laser beam or electron beam, it is quickly conducted to the workpiece and the coating does not reach a high temperature above the Debye temperature. Further, when a film having a thermal conductivity higher than this is formed, a large discharge energy is used, and the workpiece is removed or deformed, resulting in the same problem as in conventional welding.

被膜は吸収したエネルギーを被膜内部に蓄え、高温になると被膜内部の粒子間の拡散接合を進めることができる。レーザー光や電子ビームを用いて被膜特性を向上させるためには、放電表面処理被膜の熱伝導率を小さくしなければならない。被膜の熱伝導率が大きいと、レーザー光や電子ビーム等のエネルギーがワークに伝わり、被膜とワークの界面で拡散が進み、被膜とワークが混在する合金層が大きくなったり、金属間加工物を生成したりする。この合金層は、所望の被膜の特性と異なるため、できるだけ小さい方がよい。被膜の熱伝導率の下限値は0.1W/mK程度である。これより低くすると、局所的に温度上昇しすぎて蒸発し、蒸発の潜熱で熱を奪い被膜を溶かすことができなくなるからである。被加工物への熱伝導の早さ、被加工物の受ける影響を考慮すると、被膜の熱伝導率は1W/mK以上8W/mK以下が好適である。   The coating stores the absorbed energy inside the coating, and when the temperature becomes high, diffusion bonding between particles inside the coating can be promoted. In order to improve the film characteristics using laser light or an electron beam, the thermal conductivity of the discharge surface treatment film must be reduced. If the thermal conductivity of the coating is high, energy such as laser light or electron beam is transmitted to the workpiece, diffusion proceeds at the interface between the coating and the workpiece, the alloy layer where the coating and workpiece are mixed increases, Or generate. Since this alloy layer differs from the desired film properties, it should be as small as possible. The lower limit of the thermal conductivity of the coating is about 0.1 W / mK. If the temperature is lower than this, the temperature rises too much to evaporate, and the latent heat of evaporation takes heat away and the coating cannot be melted. Considering the speed of heat conduction to the workpiece and the influence of the workpiece, the thermal conductivity of the coating is preferably 1 W / mK or more and 8 W / mK or less.

放電表面処理により熱伝導率の小さい被膜を形成する方法について述べる。放電表面処理は、前記したように小さな放電を繰り返し発生させ、小さな盛り上がり(突起物)を積層して被膜を形成させる。放電の電流を大きくすると、または放電時間を長くすると、一回の放電で形成されるこの突起物が大きくなる。突起物が大きくなると、突起物と突起物の間に形成される空間も大きくなる。つまり空隙が多い被膜となる。空隙が多い被膜は熱伝導率が小さい。   A method for forming a film having a low thermal conductivity by discharge surface treatment will be described. In the discharge surface treatment, a small discharge is repeatedly generated as described above, and a film is formed by stacking small bulges (projections). When the discharge current is increased or the discharge time is increased, the protrusion formed by one discharge becomes larger. As the protrusions increase, the space formed between the protrusions also increases. That is, the film has many voids. A film with many voids has a low thermal conductivity.

被膜となる電極材料は電極製造前の金属固体状態での熱伝導率が大きいほど、空隙を形成しやすい。放電表面処理では、形成された被膜の上に、放電を発生させ、更に被膜を堆積する。その放電の熱は、堆積していた被膜にも伝わり、被膜を形成している粒子と粒子の結合を強くしたり、溶融して空隙を埋め、再凝固したりする。金属固体の熱伝導率が大きいと、粒子と粒子の結合部の面積がわずかでも放電の熱をワークに伝えることができ、被膜中の空隙が埋まらない。金属固体の熱伝導率が90W/mK以上になるとこの現象が顕著になり、特に100W/mK以上が好適である。熱伝導率90W/mK以上の材料としては、Al(アルミニウム)、Cu(銅)、Ag(銀)、Ni(ニッケル)やCo(コバルト)またはそれらの合金等がある。   The electrode material that becomes the coating film is more likely to form voids as the thermal conductivity in the metal solid state before electrode production is larger. In the discharge surface treatment, a discharge is generated on the formed film, and a film is further deposited. The heat of the discharge is also transmitted to the deposited film, strengthening the bonding between the particles forming the film, or melting to fill the voids and re-solidify. When the thermal conductivity of the metal solid is large, the heat of discharge can be transferred to the workpiece even if the area of the joint between the particles is small, and the voids in the coating are not filled. This phenomenon becomes prominent when the thermal conductivity of the metal solid is 90 W / mK or more, and particularly preferably 100 W / mK or more. Examples of the material having a thermal conductivity of 90 W / mK or higher include Al (aluminum), Cu (copper), Ag (silver), Ni (nickel), Co (cobalt), and alloys thereof.

本実施例により、放電表面処理被膜にエネルギーを照射し、強度・熱伝導率・密度などの被膜の特性を向上することができる。また、放電表面処理では、放電の電流や放電時間を制御して、照射したエネルギーを被膜に滞留させ高温になる、熱伝導率の低い、エネルギーの照射に適した被膜を形成できる。放電により熱伝導率が小さい被膜を形成し、その被膜にエネルギーを照射すれば、被膜とワークの界面に形成される合金層の拡大を抑制できる。   According to the present embodiment, energy can be applied to the discharge surface treatment coating to improve the coating properties such as strength, thermal conductivity, and density. Further, in the discharge surface treatment, it is possible to control the discharge current and the discharge time so that the irradiated energy stays in the film, and the temperature becomes high, and the film having a low thermal conductivity and suitable for energy irradiation can be formed. If a film having a low thermal conductivity is formed by discharge and energy is applied to the film, expansion of the alloy layer formed at the interface between the film and the workpiece can be suppressed.

実施例1では、3kWのレーザー光を一回照射し、被膜の特性を向上していた。被膜の面積が大きい場合は、レーザー光の照射位置を移動させて、複数回被膜に照射する必要がある。熱伝導率や強度などの特性が向上した被膜に、大きなエネルギーを投入すると、ワークがダメージを受け、被膜とワークが混合した合金層が大きくなったり、金属間化合物を生成したりしてしまう。レーザー光や電子ビーム等でスポットサイズよりも大きな面積を処理する場合は、小さいエネルギーで表面から少しずつ被膜の特性を向上していく必要がある。被膜がエネルギーのスポットサイズより大きくなくても、膜厚が厚い場合は同様のことがいえる。   In Example 1, the characteristics of the coating were improved by irradiating the laser beam of 3 kW once. When the area of the coating is large, it is necessary to irradiate the coating several times by moving the irradiation position of the laser beam. When a large amount of energy is applied to a film having improved properties such as thermal conductivity and strength, the work is damaged, and the alloy layer in which the film and the work are mixed becomes large or an intermetallic compound is generated. When processing an area larger than the spot size with a laser beam or an electron beam, it is necessary to improve the characteristics of the coating little by little from the surface with a small energy. Even if the film is not larger than the energy spot size, the same can be said when the film thickness is thick.

20mm×20mmの被膜にレーザー光を照射し、被膜の特性向上を試みた。レーザーのスポットサイズはφ10mm程度であるため、被膜内部に包含された10mm×10mmの四角形の頂点でレーザー光を照射させた。各頂点での照射回数は5回である。レーザー光の照射条件を表2に示す。0.1sの間に、周波数10Hz、デューティー50%でレーザー光を照射した。つまり、一回のレーザー光の照射時間は、0.05sとなる。レーザー光を照射される被膜の材質はCu−Ni合金で、放電表面処理で形成された被膜の熱伝導率は12W/mKである。レーザー照射前の被膜の硬度は100HVであったのに対し、レーザー照射後の被膜の硬度は300HVであった。また、被膜の熱伝導率は、レーザー照射により80W/mKに向上していた。被膜の断面を観察した結果、合金層が拡大した様子は無かった。   An attempt was made to improve the properties of the coating by irradiating a 20 mm × 20 mm coating with laser light. Since the laser spot size is about φ10 mm, the laser beam was irradiated at the apex of a 10 mm × 10 mm square contained in the coating. The number of irradiations at each vertex is five. Table 2 shows the laser light irradiation conditions. Laser light was irradiated at a frequency of 10 Hz and a duty of 50% for 0.1 s. That is, the irradiation time of one laser beam is 0.05 s. The material of the film irradiated with laser light is a Cu—Ni alloy, and the film formed by the discharge surface treatment has a thermal conductivity of 12 W / mK. The hardness of the film before laser irradiation was 100 HV, whereas the hardness of the film after laser irradiation was 300 HV. Further, the thermal conductivity of the coating was improved to 80 W / mK by laser irradiation. As a result of observing the cross section of the coating, the alloy layer did not appear to expand.

Figure 0005066797
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照射位置を変えて被膜にエネルギーを照射する場合、大きなスポットサイズで照射した方が小さいスポットサイズで照射するよりも、照射位置が少ない分、被膜の均一性を高くすることができる。また、一般にレーザー光のようなエネルギーのビーム強度は照射面において一様ではなく図6のような強度分布になっている。そこで、図7のように照射エネルギーの強度分布に合わせて照射位置をずらして重複部分を調節することにより、被膜の均一性を高くすることができる。被膜が平面でなく曲面の場合は、スポットサイズを小さくし、照射位置を細かく変えることで曲面被膜にも対応することができる。また、被膜の形状に合わせてビーム形状を適宜変更することもできる。照射位置ごとに照射回数を変えることで、被膜の場所ごとの特性を変えることも可能である。また、用途に応じてレーザーの発振モードをTEM00モード発振、TEM01モード発振、マルチモード発振等にすることもできる。   When irradiating the film with energy by changing the irradiation position, it is possible to increase the uniformity of the film by irradiating with a large spot size, as compared with irradiating with a small spot size. In general, the beam intensity of energy such as laser light is not uniform on the irradiated surface but has an intensity distribution as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 7, the uniformity of the film can be increased by adjusting the overlapping portion by shifting the irradiation position according to the intensity distribution of the irradiation energy. When the coating is not a flat surface but a curved surface, it can be applied to a curved coating by reducing the spot size and finely changing the irradiation position. Further, the beam shape can be appropriately changed according to the shape of the coating. By changing the number of times of irradiation for each irradiation position, it is possible to change the characteristics for each location of the coating. Further, the laser oscillation mode can be changed to TEM00 mode oscillation, TEM01 mode oscillation, multimode oscillation, or the like depending on the application.

本実施例により、エネルギーのスポットサイズよりも大きな放電表面処理被膜にエネルギーを多点照射し、強度・熱伝導率・密度などの被膜の特性を向上することができる。また、放電表面処理では、放電の電流や放電時間を制御して、エネルギーを被膜に滞留させ高温になりやすい熱伝導率の低い、エネルギーの照射に適した被膜を形成できる。放電により熱伝導率が小さい被膜を形成し、その被膜にエネルギーを照射すれば、被膜とワークの界面に形成される合金層の拡大を抑制できる。   According to the present embodiment, the discharge surface treatment film larger than the energy spot size can be irradiated with multiple points of energy, and the characteristics of the film such as strength, thermal conductivity and density can be improved. Further, in the discharge surface treatment, it is possible to control the discharge current and the discharge time to form a coating film suitable for energy irradiation having a low thermal conductivity that tends to cause the energy to stay in the coating film and become high temperature. If a film having a low thermal conductivity is formed by discharge and energy is applied to the film, expansion of the alloy layer formed at the interface between the film and the workpiece can be suppressed.

金属と金属を結合するためには、温度を上げる他に圧力を加える方法がある。金属を接触させ圧力を加えると、表面の酸化膜などの不動体膜が破れ、金属面が露出して結合する。温度がほとんど上昇しないため、被膜とワークの界面の合金層を拡大させることはなく、金属間化合物も生成されない。   In order to bond metals, there is a method of applying pressure in addition to raising the temperature. When metal is brought into contact and pressure is applied, a non-moving body film such as an oxide film on the surface is broken and the metal surface is exposed and bonded. Since the temperature hardly rises, the alloy layer at the interface between the coating and the workpiece is not enlarged, and no intermetallic compound is generated.

放電表面処理で10mm×10mmのCu−Sn−Ni合金被膜を形成した。被膜の断面写真を二値化処理して得られた被膜の空隙率は約10%で、被膜の熱伝導率は20W/mKであった。その被膜に約10tonの荷重を5s間付加した。圧力負荷前の被膜硬度は150HVであったが、圧力負荷後は300HVまで向上した。被膜の空隙率は1%まで低下した。また、圧力を加えることで突起がつぶれるため、表面粗さも向上した。   A 10 mm × 10 mm Cu—Sn—Ni alloy film was formed by discharge surface treatment. The porosity of the film obtained by binarizing the cross-sectional photograph of the film was about 10%, and the thermal conductivity of the film was 20 W / mK. A load of about 10 tons was applied to the coating for 5 s. The film hardness before the pressure load was 150 HV, but after the pressure load, the film hardness was improved to 300 HV. The porosity of the coating decreased to 1%. Further, since the protrusions were crushed by applying pressure, the surface roughness was also improved.

本実施例により、放電表面処理被膜に圧力を負荷し、強度・熱伝導率・密度・表面粗さなどの被膜の特性を向上することができる。また、熱を加えないので、被膜とワークの界面に形成される合金層を拡大させることはなく、金属間化合物も生成しない。   According to the present embodiment, pressure can be applied to the discharge surface treatment coating, and the properties of the coating such as strength, thermal conductivity, density, and surface roughness can be improved. Moreover, since no heat is applied, the alloy layer formed at the interface between the coating and the workpiece is not enlarged, and no intermetallic compound is generated.

放電表面処理被膜にエネルギーを照射して加熱すると、被膜の表面粗さを低下させることもできる。φ18mmのTiC(チタンカーバイド)の放電表面処理被膜に電子ビームを照射した。電子ビームのスポットサイズは数μmから数十μmであるため、被膜全面に照射するためスポットを走査した。電子ビーム照射前の被膜表面粗さはRa=3μmであったが、電子ビーム照射によりRa=1μmまで低下した。   When the discharge surface treatment film is irradiated with energy and heated, the surface roughness of the film can be reduced. A discharge surface treatment film of TiC (titanium carbide) having a diameter of 18 mm was irradiated with an electron beam. Since the spot size of the electron beam is several μm to several tens of μm, the spot was scanned to irradiate the entire surface of the coating. The surface roughness of the coating film before irradiation with the electron beam was Ra = 3 μm, but it was lowered to Ra = 1 μm by the irradiation with the electron beam.

本実施例により、放電表面処理被膜にエネルギーを照射して加熱すると、被膜の表面粗さを向上することができる。   According to the present embodiment, when the discharge surface treatment film is irradiated with energy and heated, the surface roughness of the film can be improved.

本実施例では放電表面処理で形成された被膜に電子ビームを照射し,被膜の密度や熱伝導率を向上させた例について説明する。   In this embodiment, an example will be described in which the film formed by the discharge surface treatment is irradiated with an electron beam to improve the density and thermal conductivity of the film.

平均粒径1.5μmのCu-Sn-Ni粉末を圧縮成形した後、加熱処理して放電表面処理用の電極を作製し、その電極を用い、放電電流8A、放電時間1024μs、休止時間4096μsの条件で、φ10mm×1.5mmの被膜を形成させた。その被膜の熱伝導率は、2W/mK程度である。このように熱伝導率の低い被膜を放電表面処理で形成するためには、放電時間を256μs以上にするとよい。なぜなら放電時間が256μsより長くなると、被膜を形成する粒子が大きくなり、かつ、その粒子間に形成される空間も大きくなる。そのため、熱の通る面積が小さくなり、熱伝導率が低くなるからである。   After compressing and molding Cu—Sn—Ni powder having an average particle size of 1.5 μm, an electrode for discharge surface treatment is prepared by heat treatment, and using the electrode, a discharge current of 8 A, a discharge time of 1024 μs, and a rest time of 4096 μs. Under the conditions, a film of φ10 mm × 1.5 mm was formed. The thermal conductivity of the coating is about 2 W / mK. In order to form a coating film having a low thermal conductivity by the discharge surface treatment as described above, the discharge time is preferably set to 256 μs or more. This is because when the discharge time is longer than 256 μs, the particles forming the coating film become large and the space formed between the particles also becomes large. For this reason, the area through which heat passes is reduced, and the thermal conductivity is lowered.

その被膜に電子ビームを30秒おきに5回照射した。電子ビーム照射条件を表3に示す。電子ビームのスポット径はφ0.01mm程度であり、10mm×10mmの照射面積となるようそのスポットが走査されている。スポットを対角線と平行に移動させ、辺に到達すると入射角と反射角が等しくなるように曲げるという移動を繰り返し、軌跡が四角形となる直前に、反射角度をわずかに変えて移動させる。この一連の走査パターンにより、照射面全面に電子ビームを照射する。   The coating was irradiated with an electron beam 5 times every 30 seconds. Table 3 shows the electron beam irradiation conditions. The spot diameter of the electron beam is about φ0.01 mm, and the spot is scanned so as to have an irradiation area of 10 mm × 10 mm. The spot is moved in parallel with the diagonal line, and when it reaches the side, it is bent so that the incident angle and the reflection angle become equal, and the reflection angle is slightly changed and moved immediately before the locus becomes a quadrangle. With this series of scanning patterns, the entire irradiation surface is irradiated with an electron beam.

Figure 0005066797
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照射前と照射後の被膜表面写真を図8に示す。照射前は表面が滑らかであるが、金属光沢がなく、被膜内部に多数のボイド(気泡)が多数あり、密度や熱伝導率が低い被膜になっている。照射前の被膜密度は6.0g/cm3であった。電子ビームの照射後は、Cu合金特有の銅色の金属光沢を持った被膜となり、被膜密度は8.2g/cm3まで上昇した。熱伝導率は、照射前は2W/mKであったが、照射により35W/mKまで上昇した。照射後の被膜表面の状態に応じて、さらに被膜を研磨する場合もある。   The film surface photographs before and after irradiation are shown in FIG. Although the surface is smooth before irradiation, it has no metallic luster, has many voids (bubbles) inside the coating, and has a low density and thermal conductivity. The film density before irradiation was 6.0 g / cm 3. After the electron beam irradiation, the film had a copper-colored metallic luster unique to the Cu alloy, and the film density increased to 8.2 g / cm 3. The thermal conductivity was 2 W / mK before irradiation, but increased to 35 W / mK by irradiation. Depending on the state of the film surface after irradiation, the film may be further polished.

以上のようにヒートスポットを形成させ、溶融を進めるためには、被膜の熱伝導率を低くする必要がある。   As described above, in order to form heat spots and advance melting, it is necessary to lower the thermal conductivity of the coating.

熱伝導率の低い被膜の形成方法として、放電表面処理について説明したが、溶射でも粉末を溶融させるための熱量を低下させたり、粉末が被加工物に衝突するときの速度を低下させたりすることにより、同様の被膜を形成することができる。よって溶射によって形成されて熱伝導率の低い被膜にも電子ビームやレーザーを照射すれば、被膜の密度や熱伝導率を向上することができる。   Although the discharge surface treatment has been described as a method for forming a film having low thermal conductivity, the amount of heat for melting the powder even by thermal spraying is reduced, or the speed at which the powder collides with the workpiece is reduced. Thus, a similar film can be formed. Therefore, if a film formed by thermal spraying and having a low thermal conductivity is also irradiated with an electron beam or a laser, the density and thermal conductivity of the film can be improved.

本実施例により放電表面処理によって形成された被膜に電子ビームを照射し、被膜の熱伝導率や密度などの特性を向上することができ、被膜を施された軸受けと軸の摩擦により発熱するような場合、その熱を熱伝導率の高い被膜により周囲に飛散させ、軸や軸受けの温度上昇を抑制し、焼き付きなどを防止することができる。   By irradiating the film formed by the discharge surface treatment with an electron beam according to this embodiment, the characteristics such as the thermal conductivity and density of the film can be improved, and heat is generated by the friction between the bearing on which the film is applied and the shaft. In such a case, the heat is scattered to the surroundings by a film having a high thermal conductivity, so that the temperature rise of the shaft and the bearing can be suppressed and seizure or the like can be prevented.

以上いくつかの実施例について述べてきたが、これらの例では、放電表面処理により形成したある程度疎な被膜の緻密化を主な目的としている。疎な被膜の緻密化という観点でみると、元の被膜は放電表面処理以外でも同じような効果を得られるものもある。例えば、溶射により形成された被膜である。溶射の被膜はポーラスな被膜であり、緻密化は大きな課題である。溶射の被膜に関しても、本発明の実施例で述べた方法は有効である。   Although several examples have been described above, the main purpose of these examples is to densify a somewhat sparse film formed by discharge surface treatment. From the viewpoint of densification of the sparse film, the original film may have the same effect other than the discharge surface treatment. For example, a coating formed by thermal spraying. The thermal spray coating is a porous coating, and densification is a major issue. The method described in the embodiment of the present invention is also effective for the thermal spray coating.

なお、実施例1〜5の放電表面処理被膜の材料は金属であるが、金属だけではなく、金属の化合物またはセラミックスを材料としても金属の場合と同様の効果を得られることが確認できている。   In addition, although the material of the electric discharge surface treatment film of Examples 1-5 is a metal, it has confirmed that the same effect as the case of a metal can be acquired not only with a metal but with a metal compound or ceramics as a material. .

また、放電表面処理被膜にレーザーや電子ビーム等のエネルギーを照射した後に被膜表面にうねりが形成されることがあるが、この場合、表面を研磨する必要がある。   Further, undulation may be formed on the surface of the coating after the discharge surface treatment coating is irradiated with energy such as laser or electron beam. In this case, the surface needs to be polished.

本発明の実施例1の成膜方法を実施する装置の簡略構成図である。It is a simple block diagram of the apparatus which enforces the film-forming method of Example 1 of this invention. 放電表面処理の原理を説明する概略図である。It is the schematic explaining the principle of discharge surface treatment. 放電表面処理用電極の製造プロセスの概念を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the concept of the manufacturing process of the electrode for discharge surface treatment. エネルギーを照射する模式図である。It is a schematic diagram which irradiates energy. レーザー光照射前後の被膜の断面写真である。It is a cross-sectional photograph of the coating film before and after laser light irradiation. レーザー光照射面におけるビーム強度分布を示す図である。It is a figure which shows the beam intensity distribution in a laser beam irradiation surface. レーザー光照射重複部分におけるビーム強度を示す図である。It is a figure which shows the beam intensity in a laser beam irradiation duplication part. 電子ビーム照射前と照射後の被膜表面写真である。It is the film surface photograph before and after electron beam irradiation.

符号の説明Explanation of symbols

1 主軸、2 放電表面処理用電源、3 電極、4 ベッド、5 加工槽、6 ワーク、7 加工液、8 全反射ミラー、9 部分反射ミラー、10、16、18 レーザービーム、11a、11b ブリュースター窓、12 4分の1波長板、13 放電管、14 電気光学振幅変調器、15 パルス発生器、17 波長変換素子、19 ビームスプリッター、20 伝送光路系、21 集光光学系。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main axis | shaft 2, Power supply for discharge surface treatment, 3 Electrode, 4 Beds, 5 Processing tank, 6 Workpieces, 7 Processing liquid, 8 Total reflection mirror, 9 Partial reflection mirror 10, 16, 18 Laser beam, 11a, 11b Brewster Window, 124 quarter wave plate, 13 discharge tube, 14 electro-optic amplitude modulator, 15 pulse generator, 17 wavelength conversion element, 19 beam splitter, 20 transmission optical path system, 21 condensing optical system.

Claims (13)

金属粉末、金属の化合物の粉末、もしくはセラミックスの粉末を成形した粉末成形体、または加熱処理した該粉末成形体、を電極として、加工液中または気体雰囲気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーによりワーク表面に電極材料または電極材料が前記パルス状の放電エネルギーにより反応した物質からなる熱伝導率が30W/mK以下となる放電表面処理被膜を形成する工程と、
この形成した放電表面処理被膜にエネルギーを照射して、該放電表面処理被膜がデバイ温度以上、融点未満に加熱する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
A powder molded body obtained by molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder, or the heat-treated powder molded body, is used as an electrode, and a pulse-like shape is formed between the electrode and the workpiece in a working fluid or a gas atmosphere. Forming a discharge surface treatment film having a thermal conductivity of 30 W / mK or less, which is caused by the discharge energy and the electrode material or the electrode material reacts with the pulsed discharge energy by the discharge energy;
Irradiating the formed discharge surface treatment film with energy, and heating the discharge surface treatment film to a Debye temperature or higher and lower than a melting point;
A film forming method comprising:
放電表面処理被膜を形成する際に、該放電表面処理被膜の熱伝導率の下限値を0.1W/mKとなる被膜を形成することを特徴とする請求項1記載の成膜方法。   2. The film forming method according to claim 1, wherein when the discharge surface treatment film is formed, a film having a lower limit of thermal conductivity of the discharge surface treatment film of 0.1 W / mK is formed. 電極材料の金属固体での熱伝導率が90W/mK以上であることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。   2. The film forming method according to claim 1, wherein the electrode material has a thermal conductivity of 90 W / mK or more in a metal solid. 粉末成形体電極の電極材料として、Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、Al、Al合金、Ni、Ni合金、Co、Co合金を用いることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。   2. The film forming method according to claim 1, wherein Cu, Cu alloy, Ag, Ag alloy, Al, Al alloy, Ni, Ni alloy, Co, Co alloy are used as an electrode material of the powder molded body electrode. 放電表面処理被膜を形成して、エネルギーを多点照射することを特徴とする請求項1記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 1, wherein a discharge surface treatment film is formed and energy is irradiated at multiple points. 放電表面処理被膜に照射するエネルギーのスポットを照射面の対角線と平行に移動させ、被膜部と非被膜部との境界線に到達すると、この境界線からの入射角と反射角が等しくなるように照射エネルギースポット走査方向を変えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の成膜方法。   When the spot of energy irradiated to the discharge surface treatment film is moved parallel to the diagonal line of the irradiation surface and reaches the boundary line between the coating part and the non-coating part, the incident angle and reflection angle from this boundary line become equal. 5. The film forming method according to claim 1, wherein the irradiation energy spot scanning direction is changed. 照射エネルギースポット走査の変更方向を決定する被膜部と非被膜部との境界線からの入射角と反射角を、定期的に異なった大きさにすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の成膜方法。   5. The incident angle and the reflection angle from the boundary line between the coating part and the non-coating part that determine the direction of changing the irradiation energy spot scanning are periodically made to have different sizes. A film forming method according to claim 1. 放電表面処理被膜にエネルギーを照射して加熱した後に研磨することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 1, wherein polishing is performed after the discharge surface treatment film is heated by irradiating energy. 金属粉末、金属の化合物の粉末、もしくはセラミックスの粉末を成形した粉末成形体、または加熱処理した該粉末成形体、を電極として、加工液中または気体雰囲気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、その放電エネルギーによりワーク表面に電極材料または電極材料が前記パルス状の放電エネルギーにより反応した物質からなる放電表面処理被膜を形成する工程と、
この形成した放電表面処理被膜に加熱することなく圧力を付加する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
A powder molded body obtained by molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder, or the heat-treated powder molded body, is used as an electrode, and a pulse-like shape is formed between the electrode and the workpiece in a working fluid or a gas atmosphere. Generating a discharge, and forming a discharge surface treatment film made of a substance obtained by reacting the electrode material or the electrode material with the pulsed discharge energy on the work surface by the discharge energy;
Applying pressure to the formed discharge surface treatment film without heating;
A film forming method comprising:
電極材料の金属固体での熱伝導率が90W/mK以上であることを特徴とする請求項9記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 9, wherein the thermal conductivity of the electrode material in a metal solid is 90 W / mK or more. 粉末成形体電極の電極材料として、Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、Al、Al合金、Ni、Ni合金、Co、Co合金を用いることを特徴とする請求項9記載の成膜方法。   10. The film forming method according to claim 9, wherein Cu, Cu alloy, Ag, Ag alloy, Al, Al alloy, Ni, Ni alloy, Co, Co alloy are used as an electrode material of the powder molded body electrode. ワークに対し、金属粉末、金属の化合物の粉末、もしくはセラミックスの粉末を成形した粉末成形体、または加熱処理した該粉末成形体、を放電表面処理用電極として対向させ、電極とワークの間にパルス状の放電を発生させることでその放電エネルギーによりワーク表面に電極材料または電極材料が前記パルス状の放電エネルギーにより反応した物質からなる熱伝導率が30W/mK以下となる放電表面処理被膜を形成し、この形成した放電表面処理被膜にエネルギーを照射して、該放電表面処理被膜がデバイ温度以上、融点未満に加熱することを特徴とする成膜ワークを生産する方法。   A metal powder, a powder of a metal compound, or a powder molded body obtained by molding a ceramic powder, or the heat-treated powder molded body is opposed to a work as an electrode for discharge surface treatment, and a pulse is applied between the electrode and the work. The discharge surface treatment film having a thermal conductivity of 30 W / mK or less is formed on the workpiece surface by generating a discharge in the form of an electrode material or a material obtained by reacting the electrode material with the pulsed discharge energy. A method of producing a film-forming workpiece, wherein the formed discharge surface treatment film is irradiated with energy, and the discharge surface treatment film is heated to a Debye temperature or higher and lower than a melting point. ワークに対し、金属粉末、金属の化合物の粉末、もしくはセラミックスの粉末を成形した粉末成形体、または加熱処理した該粉末成形体、を放電表面処理用電極として対向させ、電極とワークの間にパルス状の放電を発生させることでその放電エネルギーによりワーク表面に電極材料または電極材料が前記パルス状の放電エネルギーにより反応した物質からなる放電表面処理被膜を形成し、この形成した放電表面処理被膜に加熱することなく圧力を付加することを特徴とする成膜ワークを生産する方法。   A metal powder, a powder of a metal compound, or a powder molded body obtained by molding a ceramic powder, or the heat-treated powder molded body is opposed to a work as an electrode for discharge surface treatment, and a pulse is applied between the electrode and the work. By forming a discharge in the form of a discharge, a discharge surface treatment film made of the electrode material or a substance obtained by reacting the electrode material with the pulsed discharge energy is formed on the workpiece surface by the discharge energy, and the formed discharge surface treatment film is heated. A method of producing a film-forming workpiece, wherein pressure is applied without performing.
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