JP4020169B2

JP4020169B2 - 燃焼合成反応を用いる火花溶着用の電極棒、その製法及びこの電極を用いた火花溶着金属被覆法

Info

Publication number: JP4020169B2
Application number: JP27099697A
Authority: JP
Inventors: エフゲニー・アレクサンドロビッチ・レバショフ; アレクサンダー・ゲナディエビッチ・ニコライェフ; アレクサンダー・エフゲニェビッチ・クドリヤショフ; 光恵小泉; 満之大柳; 暁細見
Original assignee: Moscow Steel And Alloys Institute shs Center
Current assignee: Moscow Steel And Alloys Institute shs Center
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2017-10-03
Also published as: EP1035231A4; HK1032985A1; RU2228824C2; DE69837619T2; JPH11106948A; EP1035231A1; DE69837619D1; WO1999018258A1; EP1035231B1; US6336950B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼合成反応を用いた火花溶着用の電極棒、及びその製法、並びに超砥粒含有物の被覆方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属表面に耐摩耗性材料の層を形成する方法の一つとして、火花溶着(electrospark alloying: ESA)法が知られている。この方法は、硬質材料製の電極棒と被処理物との間で電気スパークを発生させ、この際に発生する3000〜4000℃の瞬間的な高温を利用して、高融点の硬質材料を溶融または蒸発させ、Fe系金属、Ni基合金、Cu系合金、Ti、Ta、Moなどの各種の被処理物上に硬質膜を溶着させる技術である。また電極棒にカーボンを用いて、被処理物の合金中に含有されている遷移金属成分を炭化物に変え、硬度を高める加工も行われている。
【０００３】
ESA技術に関しては、例えば1978年発行のElektronnaya Obrabotka Materialov、No.4、86〜87頁に、形成した膜の特性に関する紹介があり、また1991年発行の同雑誌、No.5、66〜68頁には、電極棒を燃焼合成法を用いて製作することも紹介されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電極構成材料としては主に、遷移金属の炭化物、ホウ化物などの高融点化合物材料が用いられており、ESA法によりこれらの材料の被覆を施すことによって、被処理物表面の耐摩耗性が数倍に向上することが知られている。しかし一般に被覆材料自体の融点が高いことから、被処理物表面への移行速度が小さく、また均一な被覆層の形成が困難なことから、使用可能な材料の範囲が制限されており、また電極棒への加工工程についても、解決を要する課題が残されている。
【０００５】
本発明者等は、特定の構成の電極棒を用いて火花溶着(ESA)法を実施することにより、高融点化合物の形成反応と被覆形成反応とを同時に進行させることができることを知見した。
【０００６】
またこの際、ESA法における放電領域では、局部的に数千度の高温となるので、準安定相であるダイヤモンドやc-BNは、安定相であるグラファイトやh-BNに転移すると考えられてきた。しかし本発明者らによる実験の結果、加熱時間がごく短時間であれば、転移反応を実質的に阻止できることも知見した。そしてこれらの知見に基づいて上記問題を解決する技術を開発し、本発明に至った。
【０００７】
本発明は、燃焼合成(self-propagating high-temperature synthesis:SHS)の手法を電極棒の製作に応用することによって、上記の課題を解決したものである。即ち燃焼合成反応を生じる組み合わせの、元素粉末混合体で電極棒を形成することにより、簡単な基本操作を用いて、高融点、難加工性の材料の被覆加工を行う方法、並びに被覆加工用の電極棒を提供する。
【０００８】
本発明の第一の側面は、かかる火花溶着用の電極棒を、Fe、Co、Niと元素周期表4a、5a、6a族元素とSiから成る一群の中から選ばれる少なくとも１種類の金属元素を含有する第一成分の粉末、及び該金属元素との燃焼合成反応によって、炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物、または金属間化合物を形成し得る第二成分の粉末の密な混合物の棒状成形体で構成することを要旨とする。
【０００９】
本発明の第二の側面は、このような電極棒の作成に当たり、Fe、Co、Niと、元素周期表4a、5a、6a族の遷移金属と、Sn、Zn、Pb、Al、Cuとで構成される一群から選ばれた少なくとも１種類の第一成分の粉末を、燃焼合成反応により化合物( 金属間化合物を含む)を形成し得る元素を含有する第二成分の粉末とを密に混合し、この混合物を加圧成型、またはさらに仮焼成によって、理論密度に対して0.50〜0.86の範囲のかさ密度値を呈する棒状成形体に作製することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
炭化物やホウ化物を形成し、本発明に使用可能な上記粉末混合物の成分としては、Ti+C、Ti+B、Zr+C、Ta+C、Ta+B、W+C、W+B、Cr+C、Cr+Bなどの、燃焼合成反応における発熱量が大きく、高融点化合物を形成する組み合わせが挙げられる。一方金属間化合物を形成する組み合わせであるNi+Al、Ti+Al、Ti+Si、Cu+Al、Fe+Al、Co+Al、Sn+Al+Cu、Ni+Al+Cu+Ti、Ni+Al+Ti+C(またはB)、Ti+Si+Alも同様に利用可能である。後者の組み合わせでは一般にSHS反応における発熱量は小さいが、ESAの手法と組み合わせることで、高機能の化合物被覆の形成が達成できる。
【００１１】
したがって本発明における被覆材としては、遷移金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物、カルコゲン化合物、ケイ化物、または金属間化合物など、広い範囲の高融点、硬質の化合物を挙げることができる。これらはいずれも成分元素粉末を十分に混合した状態で、棒状に成形して用いられ、電気スパーク下で燃焼合成反応を行うと共に、材料の移行と化合物による被覆層の形成を行い、この際に放出される反応熱が、燃焼合成反応の継続と、被覆材料の溶融のための補助熱源として寄与する。
【００１２】
本発明で用いられる遷移金属としては、Ti、Zr、Hf、Cr、Ta、Nb、Mo、Ｗが、また同様にFe、Co、Ni、Siも燃焼合成反応を生じる金属元素として挙げられる。これらは単独または二種類以上を組み合わせて用いられる。これらの諸金属との組み合わせにおいて、発熱反応を伴って安定な高融点化合物を形成する元素としては、C、B、Siが挙げられる。
【００１３】
被覆形成に際して、燃焼合成反応による発熱が期待でき、かつ同時に硬質膜を形成させるための混合物として特に好適な組み合わせ例を示すと、Ti+C、Ti+2B 、Ti+C+Si、Ti+2B+Si、Zr+C、2Nb+C、Ta+C、Zr+Siが挙げられる。これらの組み合わせはいずれも、化合物形成の際に放出される反応熱が大きいことから、混合物の圧粉体の一端に着火することにより、反応が全体に伝播し、数秒間の短時間で目的とする化合物が形成される。
【００１４】
また遷移金属と組み合わせて用い、反応により金属間化合物を形成する元素としてはAl、Ni、Co、Feが挙げられる。これらの反応における発熱量は、炭化物やホウ化物を形成する場合に比べると小さいが、本発明方法では燃焼合成反応における付加発熱量として利用でき、これによって均一な硬質膜が達成される。
【００１５】
本発明においては、燃焼合成用組成の混合物を、各種の公知技術により電極棒の形状の圧粉体とすることによって、任意の組み合わせの高融点・高硬度化合物を、被覆層として構造材料や工具の刃先に施すことができる。
【００１６】
また本発明における電極棒には、火花溶着及び燃焼合成による発熱量の許容範囲内で、燃焼合成反応に関与しない(中性の)物質を添加することができる。混合物中における添加物の量は、3〜70vol％の範囲が適切である。添加物量が3vol％以下では添加の効果が明瞭でなく、一方70vol％を超えると、電極から被処理物へ移行する物質中の、燃焼合成反応に無関係な材料の割合が多くなり、燃焼合成反応が遅くなるという現象が生じる。
【００１７】
上記添加物の種類と量とは、目的とする被覆の物性、被処理物との接着強度、製品の用途などの観点から選択される。
【００１８】
即ち被覆層の靱性、耐衝撃強度を高める目的の為には、添加物は、遷移金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物、カルコゲン化合物、ケイ化物、及び金属間化合物の中から選択する。例えばTiN、TiC、TiB₂、TaC、ZrB₂、NbC、AlN、AlB、Cr₃C₂、Al₂O₃、ZrO₂、MoS₂、MoSe₂、WSe₂、Ti₅Si₃C_x、Ti₃SiC₂、WCを用いることができる。これらの物質は化合物の形で電極から飛び出し、被処理物表面に付着すると考えられる。
【００１９】
本発明による被覆層の形成方法としては、電極棒成分と、被処理物表面に予め配置(塗布、金属箔で貼付など)した成分とによる合金化反応も利用できる。例えば電極棒をTi+Cの粉末混合物で成形し、予めSUS被処理物の表面にNiの薄板を配置し、火花溶着・燃焼合成反応によって、TiC-Ni系の硬質皮膜を形成することができる。
【００２０】
一方、優れた耐摩耗性を被覆層に付与するために、上記の炭化物、窒化物、ホウ化物の粉末に加えて、ダイヤモンドまたはc-BNの超砥粒粉末を用いることができる。これらの超砥粒は5〜1000μmの粒度範囲のものを利用できるが、ESA反応ゾーンにおける酸化反応や、安定相への相転移防止の見地からは10μm以上が好ましく、硬質面の平坦度を確保するためには100μm以下であることが望ましい。
【００２１】
なお超砥粒は、通常はフィラー(添加物)の形で電極棒の一成分として用いられるが、操作を簡便にするために、電極棒の成分には加えないで、溶着操作に先立って被処理物面上に散布し、火花溶着・燃焼合成反応時に形成される溶融物によって被処理物上に固定することも、可能である。
【００２２】
ダイヤモンドやc-BNは常温では準安定相であることから、電気スパークや燃焼合成反応時の高温が、安定相であるグラファイトやh-BNへの相転移を促進することが懸念されるが、実際には高温に曝されている時間が秒単位の短時間であることから、大きな変化が認められない。しかし酸化反応は、安定相への相転移反応を促進することから、酸化反応を防止する措置が必要である。この意味から、アルゴンガスや窒素ガスを用いて、溶着工程空間を不活性ガス雰囲気に保つことは、このようなグラファイトやh-BNへの相転移を防止するのに極めて有効である。
【００２３】
本発明の溶着法では、広範囲の超砥粒の固定に利用することができる。この際、電極棒に配合する超砥粒としては、耐摩耗材料としての用途においては、SHS 反応の熱によって安定相への移行を伴わない範囲で、できるだけ細かな砥粒を用いるのが有効である。一方本発明の溶着法を電着法の代替手段として砥粒の固定方法に用いる場合には、500μm以上の粗い砥粒を基材上に固定する方法としても用いることができる。
【００２４】
溶着層に比較的粗い砥粒を含有させる場合には、被処理物表面に予め砥粒を載置するか、押し込み、またはメッキによる仮付けによって固定した後、ESAによる熔着操作を行う等の手法を採ることができる。この場合には、構成材料に周期表４〜６族遷移金属元素を含む電極を用いることによって、ダイヤモンドの表面に形成された薄い炭化物層を介した化学結合による、ダイヤモンドと基材との強力な接合が得られる。
【００２５】
本発明の火花溶着・燃焼合成用電極棒において、ダイヤモンド(ｄ)を含有させる場合の主要成分としては、Ni+Al+ｄ、Ti+Al+ｄ、Co+Al+ｄ、Ti+C(またはB)+Al+Ni+ｄを好ましい例として挙げることができ、これらの組み合わせにさらに下記に示すように、別の添加物を含むこともできる。これらの構成成分中におけるダイヤモンドの含有量は5〜60vol％の範囲内が適切であり、5vol％以下では添加の効果が顕著でなく、一方60vol％を超えると、溶着工程時に十分な発熱量が確保できないうえに、生成した被覆層のダイヤモンド粒子に対する保持強度が不十分となるので、好ましくない。
【００２６】
本発明においては、溶着工程時の反応ゾーンに、積極的に液相を形成するための電極棒および被覆方法も提供される。一般にESA法で形成した硬質膜は、直径数ミクロンの硬質粒子の集合体であって、これを連続膜とするためには数回の成膜乃至溶着操作の反復を必要とする。したがって本発明においては、この解決策として、反応領域に多量の液相を形成し、液相中の拡散によって電極成分から被処理物表面への物質移動を促進し、溶着層の連続性と厚さの向上を図り、併せて被覆層と被処理物表面との間における遷移層の厚さを増すことにより、境界面における応力の緩和を図る方法も提供する。この目的のためには、1000℃以下の融点を持つ１種以上の金属を粉末状態で添加することが有効である。このような金属は、Cu、Sn、Zn、Pb、Alの各金属元素、及びこれらの金属を含む合金の中から選ぶのが適している。
【００２７】
これらの低融点金属が他の成分と共存すると、ESAの反応時に電極棒と被処理物表面との間に液相が形成され、電極成分の被処理物表面への移動は、液相中における拡散反応となるので、移動速度が飛躍的に増大する。このため、従来のESA方法によって形成された被覆層の厚さが、通常10μm以下であるのに対し、本発明方法によって得られる被覆層の厚さは10〜100μmであって、さらに100μmを超える被覆層の形成も容易である。このような100μmを超える厚さの被覆は、液相の形成を伴う本発明のESA-SHS技術によって、初めて可能となったものである。同時に被覆層の平坦度並びに連続性も大幅に改善され、耐摩耗材料としての応用範囲が広がった。また液相中へ基板の表面部が溶解することで、遷移相の厚さも増し、被処理物表面上に生じる遷移層の厚さを、最大10μmとすることも可能である。
【００２８】
被覆層中に硬質成分として、遷移金属の炭化物または窒化物を含有させる場合には、これらの硬質成分を保持するマトリックス材料は、NiまたはCoを含む金属で構成するのが好ましい。これらの金属は電極棒中に添加物として、粉末状で、最高30vol％まで含有させることができる。NiまたはCoの含有量が30vol％を超えると、相当して燃焼合成反応成分の比率が小さくなり、反応空間における十分な発熱量が確保できないだけでなく、被覆層中における軟質成分の割合が大きくなり、十分な硬度も得られない。
【００２９】
電極構成成分にNiやCoを添加した場合、一般的な材料である鉄系材料製の被処理材と本発明の被覆層との間に高度の密着性が達成されるので、この点においても好ましい。
【００３０】
電極棒中に含まれる燃焼合成反応のための粉末成分は、表面積を大きくして反応性を高める目的から、クラッド粉、または連なった、または互いに分離した繊維状態で用いることができる。このような表面積の大きな状態においては、粒子間の機械的相互作用が期待できるので、電極棒に成形する際に有利である。クラッド粉末として利用可能な金属の組合せには、3Ni+Al、Ti+Al、3Nb+Al、Fe+Alを例示することができる。
【００３１】
本発明におけるESA用の電極棒は、上記の各種の原料粉末の混合品を棒状に成形し、成形品のまま、或いは仮焼成品として用いられる。成形方法としては、従来粉末成形に用いられている各種の公知方法が利用可能であるが、棒状に成形する目的からは、押し出し成型法が好ましい。また金型成型、CIP、HIP、ホットプレス、有機溶媒を用いたスリップキャスティングの手法も、同様に用いることができる。
【００３２】
なお成型原料の混合粉末中には、高温下で安定な酸化物や窒化物を形成する成分元素が含まれていることから、成型時に温度を加えたり、温度上昇が生じる反応を伴う場合には、高真空中または Ar、Heなどの不活性ガス中で操作を行う必要がある。
【００３３】
電極棒の成形には、低融点の金属粉末、例えばCu、Sn、Znなどの粉末を添加して成形した後に加熱するという、粉末冶金の手法を用いたり、成形した粉体中に低融点金属を溶浸させて、棒に強度を与える方法も用いることができる。
【００３４】
電極棒は、0.50〜0.86の範囲のかさ密度に仕上げるのが適切である。0.50以下ではESA操作における取り扱いに耐える強度が得られず、0.86を超える緻密な電極棒では、熱伝導率が大きいために、ESA操作の際に電極棒の温度が上がりすぎ、棒自体でSHS反応が生じてしまうので、好ましくない。
【００３５】
ESA用の電極棒は通常、図１に略示するように、粉末成形体１、２が露出した、或いはCuやAlのような延性の高い金属材製のケーシング３に収容された直径2 〜5mm、長さ40mm以上の棒状に作製、使用される。溶着作業は、電極か被処理物のどちらか一方を固定した状態で、被処理物表面上を相対的に電極が走査する形で実施される。電極と被処理物表面との間隔を1mm以下に保つことで、連続的な放電が生じる場合が多いが、必要に応じて、電極と被処理物表面との間に細かな振動(例えば60Hz)を与えることにより、連続的なスパークの形成が行われる。この際の放電エネルギーは、0.01〜5Jの間が好適な範囲であり、0.01Ｊ以下では反応による有効な物質移動が始まらない。一方放電エネルギーが5Ｊを超えると電極棒の温度上昇が激しくなり、しばしば棒自体内部で燃焼合成反応が生じて化合物が形成されるので、本発明の目的とする、火花溶着・燃焼合成反応による効果的な熱発生、並びに被処理物表面上での化合物形成が達成されなくなる。
【００３６】
ESA技術においては、被覆層の厚さを所要の値とするために、重ね塗りの手法を用いる場合がしばしばある。この場合に下地層から上塗り層に至る間に、放電電力を段階的に小さくすることにより、特にダイヤモンド含有電極を用いる場合、基板近傍ではダイヤモンドをグラファイト化して接着性の向上を計り、表面部はダイヤモンド含有層、即ち硬質の保護膜となる傾斜組織として、被処理物への接着性が良好で、且つ被覆層内における内部歪みの小さな、剥がれにくい保護膜の形成が達成できる。
【００３７】
本発明による ESA-SHS技術においては、反応生成物が急冷されるので、被覆層内の成分や構造に不均一な部分があったり、大きな内部歪みが残ることが避けられない。従って必要に応じて、被覆操作の後に被覆層の熱間処理を施したり、同時に機械的処理も施すことによって、被覆面の均一性、平坦度、連続性を改善し、また内部歪みを除去することが望ましい。
【００３８】
本発明の電極棒には様々な構成成分が利用可能である。これを要約すると次の表のようになる。
【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】
次に本発明の実施例を示す。以下の実施例操作及び条件決定テスト１〜３では、原料粉末としてNi:20μm、Al:10μm、Fe:30μm、TiN:1μm、TiB₂:10μmの粒度のものを用い、直径5mm、長さ50mmの電極棒を作製した。図２に概略示すように、クランプ４、５を介して被処理物６を作業テーブル７に固定し、電極棒８をホルダー９で保持して、手動操作により被処理物６表面に被覆層１０を形成した。溶着作業用の電源にはElitron-52Bタイプ(省略)を用いた。
【００４４】
［実施例１］
NiAl+TiNの組成の被覆を、30×30×5mmのニッケル合金GS6U製の被処理物表面に施し、電極棒の相対密度(理論値を100とする)と、得られた被覆の性能の評価を行った。電極棒としてNi：Al＝1：1(モル比)混合粉末に、30vol％のTiN粉末を加えて金型成型し、成形品の焼成温度を変えることによって、相対密度の異なる５種類の棒を作製し、単位面積当たりの耐酸化性、並びに耐摩耗性の比較を行った。なお放電エネルギーは0.3Ｊ、被覆形成速度は1分間あたり1 cm²で固定した。電極棒には、被処理物表面に対して100Hzの細かな振動が与えられ、放電時における被処理物表面と電極先端部との間隙は、約10μm(推定)であった。

【００４５】
上記において耐摩耗性の測定は、公称粒度10-30μmのダイヤモンドを集中度100(25vol％)で含有するメタルボンドダイヤモンド砥石を用いて試料ブロックを研削し、試料の磨耗量が40μmに達するまでの砥石の走行距離で比較した。砥石に接する試料の面積は33mm²、押し付け荷重は1kgfとした。
【００４６】
［実施例２］
火花溶着・燃焼合成工程における放電エネルギー値と、得られた被覆層の厚さ及び被覆の連続性との相関を求めた。電極棒は、等モルのFe+Al混合粉末に35vol％TiB₂粉末を加えて、80％の相対密度に仕上げた。被覆操作はAr雰囲気中で、1 分間あたり1cm²の速度で行った。

【００４７】
［実施例３］
等モルのNi+Al混合粉末に、30-40μmのダイヤモンド粉末を添加して電極棒を作製し、溶着被覆層の耐摩耗性を評価した。被処理物としては実施例１と同じくGS6U材を用い、放電エネルギーは0.1Jの一定とした。耐摩耗性の評価には実施例１と同じ方法を用いた。

【００４８】
［実施例４］
75wt％の等モルNi+Al混合粉末、10wt％のCu粉末(粉末の粒度はすべて20μm以下)、15wt％の12-25μmダイヤモンド粉末とを十分に混合して出発材料とした。これに15wt％のパラフィンワックスを加えて練り、押し出し成型によって、直径3mmの棒状体とした後、脱ワックス、水素雰囲気中600℃での焼成工程を経て、相対密度約70％の電極棒を作製した。
【００４９】
この電極棒を用いて被覆層の形成を行った。回転テーブル上に外径75mm、内径50mm、厚さ5mmのSUS製のリングを被処理物として置いた。テーブルを10rpmで回転させながら、被処理物に、電極棒を軽く押し当てながら3mm/分の速度で移動させて、厚さ約100μmの被膜を形成した。得られたリングは、窒素中400℃で2時間保持して歪みを除き、サンドポンプの回転シール材として用いた。
【００５０】
［実施例５］
レースセンター被処理物表面へ、耐摩耗材料のコーティングを施した３例を以下に示す。得られた製品では、いずれも超硬合金製のレースセンターに比して、5〜10倍の耐用回数が得られた。
【００５１】
１．被処理物として直径12.5mm、先端角度60°、長さ18mmのSK-3鋼を用いた。電極棒として、外径10mm、肉厚1mmの銅パイプ中に、60vol％の20/30μmのダイヤモンド粉末を含むNi:Al=1:1(モル比)混合粉末を充填し、引き抜き加工によって直径3.2mmに仕上げた棒を用いた。被処理物を30rpmで回転させながら、テーパー面に沿って電極を移動し、平均厚さ15μmの皮膜を４層形成した。この際、第１層に4.0Ａ、第２層：3.0Ａ、第３層：2.0Ａ、表面層：1.0Ａと、順次放電電流を変えることにより、被処理物側にはグラファイトの含有割合の多い組織とし、表面層は実質的にダイヤモンド含有組織として、被処理物表面への密着性並びに被覆層内の内部応力の低減を計った。
【００５２】
２．上記１．と同じ電極製作方法を用いて、外径10mmの真鍮管のケーシングの中へ、8/16μmのダイヤモンド粉末を60vol％含むNi:Al=1:1(モル比)混合粉末を充填した後、4.0mmの電極棒に仕上げた。被処理物には、上記と同寸法のＷＣ-10％Ｃo合金を用い、下地層に3.0Ａ、表面層に1.0Ａの放電電流を用いて、２層構造の皮膜を形成した。
【００５３】
３．Al管製のケーシングを用い、また30/40μmのダイヤモンドを用いて、4.0mm の電極棒を作製した。SK-3鋼材製の被処理物の表面に、厚さ約5μmのTi層をESA 法により形成した後、約50μmの被覆層の形成を行った。
【００５４】
［実施例６］ (電着工具に代わる工具製作方法として用いた実施例)
以下の各例において、電極棒のサイズは3.2mm×40mmとし、混合粉末の充填密度は約75％とした。砥粒にはダイヤモンドを用い、被処理物表面上への砥粒の固定には、軽くニッケルメッキを行う方法を用いた。
【００５５】
１．真鍮製のケーシングにTi:Ni=1:1(モル比)の混合粉末を充填して電極棒とした。分散密度約50％で40/50メッシュの砥粒を仮止めした直径75mmのSUS板を被処理物として用意し、この上に電極棒を用いて約300μmの被覆を施してダイヤモンドを固定し、粗加工用のサンダーに仕上げた。
【００５６】
２．Al製のケーシングに、Cr:Ni=1:5(モル比)の混合粉末を充填した電極棒を用いた。被処理物として直径125mm、厚さ1.2mmのSUS板を用意し、周縁部3mmの幅に140/170メッシュのダイヤモンドを仮止めした、さらにこの上に、約100μmの被覆を施して固定し、ガラス切断用のブレードとして用いた。
【００５７】
３．銅製のケーシングに、Ni:Al=1:1(モル比)の混合粉末を充填した電極棒を用いた。被処理物として直径12.5mm、肉厚0.8mmのSK材のパイプを用意し、先端周縁部に約 10μmのTi皮膜をESA法によって形成した後、270/325メッシュのダイヤモンドを仮止めし、約60μmの被覆を施して固定し、セラミックス材料の孔あけのためのコアドリルとして用いた。
【００５８】
【発明の効果】
１．SHS(燃焼合成)反応を生じる成分が電極棒中に含まれており、電極棒と被処理物との間で進行するSHS反応熱が付加されることにより、ESA(火花溶着)操作時の放電エネルギーの節約が達成される。
２．SHS反応の付加により、被覆の形成速度が、従来のESA法に比べて3〜4倍に向上する。
３．SHS反応の発熱量が加わることによりESA工程時の発熱量が増すので、発熱反応に関与しない硬質材料を電極棒中に添加することが可能となり、溶着層の耐摩耗性、耐熱性が向上する。
４．ESA工程時に溶融状態となる金属成分を電極棒中に加えることにより、単一操作で、厚い被覆層を形成することができ、同時に溶着層の均一性も改善される。
５．さらに被処理物中の遷移層の厚みも増し、この結果、溶着層の耐剥離性も改善された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極棒縦断面図。(a):ケーシング無し、(b):ケーシング付き。
【図２】本発明の実施例で用いた溶着模式図
【符号の説明】
１火花溶着・燃焼合成用混合粉成形体
２火花溶着・燃焼合成用混合粉成形体
３ケーシング
４クランプ
５クランプ
６被処理物
７作業テーブル
８電極棒
９ホルダー
１０被覆層

Claims

第一成分としてＦ e 、Ｃ o 、Ｎ i 、Ｔ i 、Ｚ r 、Ｈ f 、Ｃ r 、Ｔ a 、Ｎ b 、Ｍ o 、Ｗから選ばれた１種の金属元素の粉末と、
第二成分としてＣ、Ｂ、Ｓ i 、Ａ l から選ばれる１種の粉末と
を密に混合して燃焼合成反応 ( ＳＨＳ ) 用の混合粉末とし、
該混合粉末を、Ｃ u 、Ｓ n 、Ｚ n 、Ｐ b 、Ａ l から選ばれる金属元素又はＣ u −Ｓ n 、Ｃ u −Ｚ n 、Ｃ u −Ｐ b 、Ａ l −Ｎ i から選ばれる合金製の筒状体に充填し、
しかる後、全体を引き抜き加工に供することにより所定の直径の電極棒に作製する
ことを特徴とする燃焼合成反応を用いた火花溶着用の電極棒の製法。
第一成分と第二成分との混合の際に、さらに、燃焼合成反応に関して中性の第三の成分を、混合物全体に対して 3 〜 70vol ％添加する
ことを特徴とする請求項１に記載の製法。
前記燃焼合成反応に関して中性の第三成分が、遷移金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物、カルコゲン化合物、ケイ化物、ダイヤモンド、及び c- ＢＮから成る一群から選ばれる少なくとも１種を含有する
ことを特徴とする請求項２に記載の製法。
燃焼合成反応により被覆材を生成する材料の密な混合粉末を金属材製の筒状体に充填した火花溶着用の電極棒であって、該筒状体はＣ u 、Ｓ n 、Ｚ n 、Ｐ b 、Ａ l から選ばれる金属元素又はＣ u −Ｓ n 、Ｃ u −Ｚ n 、Ｃ u −Ｐ b 、Ａ l −Ｎ i から選ばれる合金で形成され、該混合粉末は第一成分としてＦ e 、Ｃ o 、Ｎ i 、Ｔ i 、Ｚ r 、Ｈ f 、Ｃ r 、Ｔ a 、Ｎ b 、Ｍ o 、Ｗから選ばれた１種の金属元素の粉末及び第二成分としてＣ、Ｂ、Ｓ i 、Ａ l から選ばれる１種の粉末を含有し、かつ理論密度に対して 0.50 〜 0.86 の範囲の嵩密度に加工されている、請求項１記載の方法により製造された電極棒。
Ｆe、Ｃo、Ｎi 、Ｔi、Ｚr、Ｈf、Ｃr、Ｔa、Ｎb、Ｍo、Ｗから選ばれた１種の金属元素の粉末、及びＣ、Ｂ、Ｓi、Ａlから選ばれる１種の粉末の密な混合物から成る燃焼合成反応用の前記混合粉末を、Cu、Sn、Zn、Pb、Alから選ばれる金属元素又はＣu−Ｓn、Ｃu−Ｚn、Ｃu−Ｐb、Ａl−Ｎiから選ばれる合金で形成された筒状体に充填してなる請求項４に記載の電極棒と被処理物との間に火花放電を行い、火花放電下で燃焼合成反応を行うことによって上記第一成分及び第二成分を被処理物の表面に移行させ燃焼合成反応により生成された上記化合物含有層を、被処理物の表面に形成することを特徴とする火花溶着金属被覆法。
0.01 〜 5 Ｊの範囲内の放電エネルギーにて行う、請求項５に記載の溶着金属被覆法。