Surface Modification Using Electrode Transfer Induced by Discharge of Gas

Abstract

A pulsed arc has been applied to deposit an electrode material on a metallic substrate. Die steels are sparked with electrodes of cermets containing both borides (TiB2, ZrB2) and metals (Co, Ni) in argon atmosphere. A conventional NC EDM machine is used as a pulsed arc generator. A transistor-controlled capacitor circuit is adopted to obtain steep and high current electrical pulses promoting transfer of the electrode materials. Coatings of borides, which are difficult to build up, are deposited onto the substrates. Surfaces of the coatings are irregular and thickness varies in the range of 10 to 50um. No cracks are observed in interfaces between the coatings and the substrates. Vickers hardness value (0.098N load) changes between 1,000 to 3,200 Hv depending on both thickness of the coating and the electrode materials. Wear-out test is performed to investigate wear resistance of the coatings. Although the substrates without a coating are severely worn, the wear impression of the coated substrates is terminated in the coatings. An electrode mass transfer mechanism is observed. The electrode material is not transferred by a single discharge but by a highly concentrated discharge that occurs occasionally at arbitrary locations. key words: EDM, surface modification, electrode transfer, boride 1. はじめに 近年, 放電加工法を表面改質へ応用する様々な 試みがなされている1)4). なかでも, 放電加工油 中で電極材を放電により溶融 ・飛散させ改質層を 形成する手法においては, 硬質な皮膜が形成 され ている. 実用面でも, プレス金型, 冷間鍛造金型 および切削工具へ適用し, 優れた耐摩耗性を有す ることが確認されている5). しかしながら, 放電 加工油中で改質を行っているため, 加工油が放電 により分解 して生 じた炭化雰囲気中で改質を行 う ことになり, この手法では形成できる改質層は炭 化物に限定されている. 一方, 放電加工油を用いずアルゴンなどの不活 性な気中で放電を発生させ電極材を移行 し改質層 を形成するならば, 用いる電極材に応 じて, 炭化 物のみならず金属, 窒化物, およびホウ化物など 様々な組成の改質層を形成可能 と思われる. 気中放電を用いた表面改質法 としては, 古くか ら放電被覆法が知 られており, 超硬合金成分をは じめとする様々な組成からなる改質層が形成 され ている6). 奥宮らは酸窒化物を含む改質層が形成 可能なことを報告している7). さらに, 表面改質 ではないが, 早川 らにより電極の移行 ・付着現象 * 電 気加 工 学会 全 国大 会(1999)に て 発表 **神奈 川 県産 業 技術 総合 研 究所(海 老 名 市 下 今 泉705-1) E-mail: satsuta@kanagawa-iri.go.jp