放电表面处理用电源装置和放电表面处理方法 【技术领域】
本发明涉及改进放电表面处理用电源装置和放电表面处理方法，用于放电表面处理，使放电表面处理用电极和被加工件的极之间产生放电，并利用这种能量，在被加工件表面上形成由电极材料组成的硬质保护膜或由放电能量的反应物构成的硬质保护膜。
背景技术
以往，作为在被加工件表面形成硬质保护膜，赋予耐腐蚀性、耐容性的技术，有例如日本特开平5-148615公报所揭示的放电表面处理方法。这种技术使用作为将WC(碳化钨)粉末和Co(钴)粉混合压缩成形的放电表面处理用电极的压粉体电极，进行一次加工(堆积加工)；接着换成铜电极等电极消耗较少的电极再作二次加工(再熔化加工)，这两道工序构成金属材料表面处理方法。这种方法能对钢材形成具有牢固粘合力的硬质保护膜，但对于硬质合金那样的烧结材料，难以形成具有牢固粘合力的硬质保护膜。
但是，根据我们的研究，如果将形成Ti(钛)等硬质碳化物的材料作为放电表面处理用电极，在与被加工件地金属材料之间产生放电，则能在被加工件的金属表面上形成牢固的硬质保护膜并没有再熔化的过程。这是由于放电消耗掉的电极材料和加工液的组成成份C(碳)反应，生成TiC(碳化钛)而得到的。另外如果利用由TiH2(氢化钛)等金属氢化物构成的放电表面处理用电极的压粉体电极，在被加工件的金属材料之间产生放电，则会此使用Ti等材料的场合更迅速地形成更致密的硬质保护膜。此外，如果利用将TiH2等氢化物之外的金属和陶瓷等混合后成的放电表面处理用电极的压粉体电极，与被加工件的金属材料之间产生放电，则会极快地形成具有硬度、耐磨性等各种性质的硬质保护膜。
关于这种方法，例如在日本特开平9-192937号公报上有揭示，图5表示在这种放电表面处理中使用的装置一例的构成图。图中，1为TiH2粉末压缩成形而成的压粉体电极、2为被加工件、3为加工槽、4为加工液、5为对加在压粉体电极1和被加工件2上电压和电流进行开关的开关元件、6为控制开关元件开关的控制装置、7为电源、8为电阻器、9为所形成的硬质保护膜。根据这样的构成，在压粉体电极1和被加工件2之极间产生放电，靠该放电能在钢铁、超硬合金等组成的被加工件2的表面上形成硬质保护膜。开关元件5、控制装置6、电源7及电阻器8相当于放电表面处理用电源装置，它决定放电表面处理过程中的放电电流脉冲波形等。
这种以往的放电表面处理用电源装置放电电流脉冲基本上用矩形波，如图6所示：通过改变放电电流的峰值Ip及脉宽T，调整被加工件上形成的硬质保护膜的厚度。
图7表示利用使用以往的放电电流脉冲的放电表面处理，在被加工件2上形成的硬质保护膜9的剖面照片，可观察到：在硬质保护膜上存在气泡、在硬质保护膜形成过程中，材料呈现没有充分熔融的样态。
这样，在使用以往的放电电流脉冲的放电表面处理中，因为依靠反复地急速加热及急速冷却来进行表面处理，所以，存在在被加工件形成的硬质薄膜上有气泡存在，不能形成致密的硬质保护膜等问题。另外，还有经放电表面处理后加工面上有残余应力残留、裂纹渗入等诸多问题。
发明概述
本发明为解决所述问题，要解决的技术问题是在被加工件上形成致密的硬质保护膜之同时，能减少硬质保护膜上裂纹等缺陷、获得放电表面处理用电源装置及放电表面处理方法。
本发明的放电表面处理用电源装置，用于放电表面处理，所述放电表面处理使放电表面处理用电极和被加工件的极间产生放电，并根据其能量在被加工件表面形成硬质保护膜，这种放电表面处理用电源装置包括控制装置，所述控制装置
将放电电流脉冲分割成第1脉宽T1(第1峰值Ip1)、第二脉宽T2(第2峰值Ip2)、……第n脉宽Tn(第n峰值Ipn)(n为2以上的整数)的区间，
设定第K脉宽Tk及第K峰值IpK(1≤K≤(n-1)、K为整数)，以便对应于预期的加工条件，成为预定由所述电极材料的释放的所述硬质保护膜材料的供给量，设定第n峰值Ipn，以便抑制所述电极材料的释放、同时能熔融附着在所述被加工件上的电极成分，第n脉宽Tn设定成对应于预期的所述硬质保护膜的熔融条件的时间。
另外，本发明的放电表面处理用电源装置，用于放电表面处理，所述放电表面处理使放电表面处理用电极和被加工件的极间产生放电，并根据其能量在被加工件表面形成硬质保护膜，这种放电表面处理用电源装置包括控制装置，所述控制装置
设定放电电流脉宽的大致前半部分中的放电电流波形，以便由所述电极材料的释放的所述硬质保护膜材料的供给量，成为与预期的加工条件对应的值，设定放电电流脉宽的大致后半部分中的放电电流波形，以便抑制所述电极材料的释放、同时能以规定的熔融条件将附着在所述被加工件上的电极成分熔融。
本发明的放电表面处理方法，用于放电表面处理，所述放电表面处理使放电表面处理电极和被加工件的极间产生放电，并根据与能量在所述被加工件表面形成硬质保护膜，所述处理方法包括
将放电电流脉冲分割成第1脉宽T1(第1峰值Ip1)、第二脉宽T2(第2峰值Ip2)、第n脉宽Tn(第n峰值Ipn)(n为2以上的整数)的区间，
设定第K脉宽Tk及第K峰值IpK(1≤K≤(n-1)、K为整数)，以便对应于预期的加工条件，成为预定由所述电极材料的释放的所述硬质保护膜材料的供给量，设定第n峰值Ipn，以便抑制所述电极材料的释放、同时能熔融附着在所述被加工件上的电极成分，第n脉宽Tn设定成对应于预期的所述硬质保护膜的熔融条件的时间，在所述被加工件表面上形成所述硬质保护膜。
另外，本发明的放电表面处理方法，用于放电表面处理，所述放电表面处理使放电表面处理电极和被加工件的极间产生放电，并根据与能量在所述被加工件表面形成硬质保护膜，所述处理方法包括控制装置，所述控制装置
设定放电电流脉宽的大致前半部分中的放电电流波形，以便由所述电极材料的释放的所述硬质保护膜材料的供给量，成为与预期的加工条件对应的值，设定放电电流脉宽的大致后半部分中的放电电流波形，以便抑制所述电极材料的释放、同时能以规定的熔融条件将附着在所述被加工件上的电极成分熔融，在所述被加工件表面上形成所述硬质保护膜。
本发明的如上所述构成，所获得的效果介绍如下：
本发明涉及放电表面处理用电源装置及放电表面处理方法，能恰如其分地供给以及熔融硬质保护膜材料，在被加工件上形成致密的硬质保护膜。
还有，被加工件上形成的硬质保持膜因为不再被反复地急剧加热及急剧冷却，而是徐徐地缓冷，所以能减少裂纹等硬质保护膜的缺陷。
附图简要说明
图1表示与本发明的实施形态1相关的放电表面处理用电源装置。
图2表示对基于使用与本发明的实施形态1相关的放电表面处理用电源装置的放电表面处理的被加工件，形成硬质保护膜的样态的说明图。
图3表示根据使用与本发明的实施形态1相关的放电表面处理用电源装置的放电表面处理，在被加工件上形成的硬件保护膜的剖面照片。
图4表示基于与本发明的实施形态2相关的放电表面处理用电源装置的极间电压和放电电流的一例的图。
图5表示在放电表面处理中使用的装置的一例的构成图。
图6表示以往的放电表面处理用电源装置中的极间电压和放电电流脉冲的图。
图7表示基于使用以往的放电电流脉冲的放电表面处理，在被加工件上形成的硬质保护膜的剖面的照片。
实施发明的最佳形态
实施形态1
图1表示与本发明实施形态1相关的放电表面处理装置用电源装置，图1(a)为构成图、图1(b)为极间电压及放电电流、图1(c)表示又一例放电电流。在图1中，1为放电表面处理用电极、2为被加工件、3为加工槽、4为加工液、10为开关元件组、11为控制开关元件组10开、关的控制装置、12为电源、13为电阻器组、T1为第1脉宽、T2为第2脉宽、Tr为非工作时间、Ip1为第1峰值、Ip2为第2峰值，开关元件组10、控制装置11、电源12以及电阻器组13相当于放电表面处理用电源装置，决定放电表面处理过程中放电电流脉冲波形等。
下面，对动作进行说明。使放电表面处理用电极1和被加工件2相向置于加工液4中，由未图示的驱动装置保持二者在规定的间隙上。由受控制装置11控制呈导通状态的开关元件，将电压施加在放电表面处理用电极和被加工电极上，经过预定的时间后，产生放电。检测放电的发生，在经过第1脉宽T1后，由控制装置11，通过切换导通的开关元件使放电电流减少。经过其后的第2脉冲宽T2后，由控制装置11使开关元件截止。再经过非工作时间Tr后，又一次由控制装置使开关元件导通。通过反复进行以上的动作，从而实施放电表面处理。
放电电流脉冲，可为图1(b)那样的阶梯状，也可如图1(c)那样的将放电电流脉冲的前沿部分形成坡状。要增加放电电流脉冲的坡状可通过将电感串联接入放电表面处理用电源装置的电源电路中来进行。
图2表示由于使用与本发明的实施形态1相关的放电有面处理用电源装置的放电表面处理形成在被加工件上的硬质保护膜的样态的说明图，在图2中，1为电极、2为被加工件、14为放电电弧柱、15a为附着在被加工件2上的电极成分、15b为业已被熔融的电极成分。图2(a)相当于图1(b)或图1(c)的第2脉宽T2的部分。
在图1(b)或图1(c)的第1脉宽T1上，由控制装置控制开关元件组10等，使由电极材料的释放造成的硬质保持膜的供给量为与预定的加工条件相对应的预定的值，设第1峰值Ip1为规定的大小，维持规定的极间的电流密度释放出电极材料，形成附着在被加工件上的电极成分15a(图2(a))。
下面，在图1(b)或(c)的第2脉宽T2，将第2峰值Ip2控制得比第1峰值Ip1小，设定成抑制电极材料释放并能熔融附着在被加工件上的电极成分15a，通过使电极成分15a熔融，从而在被加工件上形成已熔融的电极成分15b(图2(b))。又，将第2脉宽T2设定在与预期的硬质保护膜的熔融条件相对应的时间上。
图3为表示根据使用与本发明的实施形态1相关的放电表面处理用电源装置的放电表面处理，在被加工件2上形成的由电极成分15b组成的硬质保护膜的剖面照片。将第2峰值Ip2设定成比第1峰值Ip1小，抑制电极材料释放的同时，能使附着在被加工件2上的电极成分15a熔融，第2脉宽T2设定成与预期的硬质保护膜的熔融条件相对应的时间上，从而，与以往的示例图7相比，可知几乎无气泡、能形成更为致密的硬质保护膜。
如上所述，靠图1(b)或(c)示出的放电电流脉冲，能恰当地在被加工件上形成硬质保持膜的供给和熔融、形成结晶颗粒细小、性能优良的硬质保护膜。
又，被加工件上形成的硬质保护膜因不再被反复地急剧加热及急剧冷却，而是徐徐地缓冷，所以能减少裂纹等硬质保护膜的缺陷。
在上述说明中，放电电流的峰值为两段的阶梯状，也可为三段以上。又，在脉宽的各区间中，放电电流脉冲的电流不一定为坡状，也可为规定的时间函数。
实施形态2
图4为的一例的图表示与本发明的实施形态2相关的放电表面处理用电源装置的极间电压及放电电流的一例的图。在图4中，T为放电电流的脉宽、Ta为脉宽T的约前半部、Tb为脉宽T的约后半部、Tr为非工作时间、Ip为放电电流峰值。
放电电流波形为时间的函数，具有上升到放电电流峰值Ip后随着时间而减小的倾向。该放电电流减小的图形为图4(a)或(b)等，考虑到预期的加工条件并促进被加工件上形成的硬质保护膜更加致密及防急冷，能通过例如实验而定。图4(a)或(b)的放电电流波形设定，例如分成脉宽T的约前半部Ta和脉宽T的约后半部Tb来进行。即脉宽T的约前半部Ta的放电电流波形设定成由电极材料的释放造成的硬质保护膜材料的供给量与预期的加工条件相对应的值，在脉宽T的约后半部Tb的放电电流波形设定成抑制所述电极材料的释放之同时，能以规定的熔融条件熔融附着在被加工件上的电极成分。
下面，对动作进行说明，与实施形态2相关的放电表面处理用电源装置的构成和实施形态1的图1(a)相同，使放电表面处理用电极1和被加工件2在加工液4中相向对置，由未图示的驱动装置保持在某一距离。靠由控制装置11控制成导通状态的开关元件组10的开关元件，在放电表面处理用电极1和被加工件2之间加上电压，在规定的时间后产生放电，在检测出放电的发生，就通过错开顺序时间切换开关元件组10的开关元件，从而随着预定的放电电流波形的减小，使放电电流缓缓地减小。通过由这样的开关元件组10的开关元件的切换形成的阶梯状放电电流图形的组合，能够近似地实现图4(a)或(b)那样的放电电流减小的图形。
根据图4那样的放电电流波形，因为与预定的放电电流波形的减小的图形相对应，随着时间的经过放电电流同时减小，所以在被加工件上形成的硬质保护膜不会被急剧加热或急剧冷却，而变成徐徐地缓冷，有着减少裂纹等硬质保护膜缺陷的效果。
工业上的实用性
如上所述，与本发明相关的放电表面处理用电源装置及放电表面处理方法，适用于在被加工件表面上形成硬质保护膜的与表面处理相关的产业。