JP6061409B2 - Surface finishing method for cemented carbide - Google Patents
Surface finishing method for cemented carbide Download PDFInfo
- Publication number
- JP6061409B2 JP6061409B2 JP2015117071A JP2015117071A JP6061409B2 JP 6061409 B2 JP6061409 B2 JP 6061409B2 JP 2015117071 A JP2015117071 A JP 2015117071A JP 2015117071 A JP2015117071 A JP 2015117071A JP 6061409 B2 JP6061409 B2 JP 6061409B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cemented carbide
- irradiated
- electron beam
- vacuum chamber
- cathode electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Description
本発明は、大面積電子ビームの照射による超硬合金の表面仕上げ方法に関する。 The present invention relates to a surface finishing method for cemented carbide by irradiation with a large area electron beam.
高硬度材料である超硬合金は、ダイヤモンド工具のような超硬合金と同等以上の硬度を有する切削工具による切削加工または放電加工によって所望の形状に加工することができる。ただし、切削加工または放電加工によって超硬合金の表面を数μｍ以下の形状精度および１μｍＲｚ以下の面粗度で鏡面のように仕上げることは難しい。そのため、必要に応じてラップあるいはバフのような研磨によって表面を仕上げることが要求されることがある。 A cemented carbide which is a high-hardness material can be processed into a desired shape by cutting or electric discharge machining with a cutting tool having a hardness equal to or higher than that of a cemented carbide such as a diamond tool. However, it is difficult to finish the surface of the cemented carbide like a mirror with a shape accuracy of several μm or less and a surface roughness of 1 μmRz or less by cutting or electric discharge machining. Therefore, it may be required to finish the surface by polishing such as lapping or buffing as necessary.
特に、表面が磨きにくい形状を有する超硬工具の刃先あるいは超硬合金の片面を表面仕上げする場合は、専ら熟練作業者の手磨きによって表面仕上げが行なわれている。超硬合金の手磨きにあたっては、超硬合金が高硬度であるため、作業者にかかる負担がより大きい。また、作業者の能力によって仕上がり具合に差が出てしまって、表面にうねりやダレが生じることもある。そのため、作業者に高度な研磨技術が求められ、均一の高品質の超硬合金の製品を効率よく量産することが困難である。 In particular, when the surface of a cutting edge of a cemented carbide tool or one side of a cemented carbide alloy whose surface is difficult to polish is surface-finished, the surface is finished exclusively by hand polishing by skilled workers. In hand polishing of a cemented carbide, since the cemented carbide has a high hardness, the burden on the worker is greater. In addition, there may be a difference in the finish depending on the ability of the operator, and undulation or sagging may occur on the surface. For this reason, the operator is required to have an advanced polishing technique, and it is difficult to efficiently mass-produce uniform high-quality cemented carbide products.
例えば、特許文献１は、超硬合金の少なくともすくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部位にレーザ光を照射し、または電子ビームを照射して加熱することによって超硬工具の耐磨耗性を向上させることを開示している。特許文献１の発明によると、超硬合金の炭化物の含有割合にもよるが、局所的に加熱層が形成されて、耐磨耗性を向上させることができる。しかしながら、レーザ光の照射または電子ビームのスポット照射によって加熱するので、局所的に耐磨耗性を得ることができるが、加熱層の表面および加熱層と本体との間の境界部位にうねりが生じて、表面の全体にわたって均一に高精度で高面粗度の表面を得ることが困難である。 For example, in Patent Document 1, the wear resistance of a cemented carbide tool is improved by irradiating at least a cutting edge ridge line portion where a rake face and a flank face of a cemented carbide are irradiated with a laser beam or an electron beam. It is disclosed to improve. According to the invention of Patent Document 1, although depending on the carbide content of the cemented carbide, a heating layer is locally formed, and wear resistance can be improved. However, since it is heated by laser light irradiation or electron beam spot irradiation, local wear resistance can be obtained, but undulation occurs at the surface of the heating layer and at the boundary between the heating layer and the main body. Thus, it is difficult to obtain a highly accurate and highly rough surface over the entire surface.
特許文献２には、いわゆる大面積電子ビームを照射して均一に被照射体の表面を改質することができる表面改質方法が開示されている。特許文献２に開示されている電子ビーム照射装置を使って超硬合金の被照射体に大面積電子ビームを照射した場合、炭化タングステン粒子が溶融して飛散するとともに、コバルトが表面に溶出して被照射体の被照射面から数μｍの均一の深さでコバルトの被覆層が形成されることが知られている。 Patent Document 2 discloses a surface modification method capable of uniformly modifying the surface of an irradiated object by irradiating a so-called large area electron beam. When an electron beam irradiation apparatus disclosed in Patent Document 2 is used to irradiate a cemented carbide alloy irradiated body with a large area electron beam, tungsten carbide particles melt and scatter, and cobalt elutes on the surface. It is known that a cobalt coating layer is formed at a uniform depth of several μm from the irradiated surface of the irradiated body.
超硬合金に比較的エネルギ密度が小さい大面積電子ビームを繰返し照射することによって、耐蝕性が高く、摩擦力が低減される平滑な表面の製品を得ることができる。数μｍの薄いコバルトの被覆層は、超硬合金本体に馴染んで一体的に密着する。しかしながら、コバルトの被覆層は、超硬合金が有している硬度を得ることができないので、切削工具のように超硬合金としての硬度が要求される製品の表面の性質としては、適していない。 By repeatedly irradiating a cemented carbide with a large area electron beam having a relatively small energy density, a product having a smooth surface with high corrosion resistance and reduced frictional force can be obtained. A thin cobalt coating layer of several μm fits into the cemented carbide body and adheres integrally. However, since the coating layer of cobalt cannot obtain the hardness of the cemented carbide, it is not suitable as the surface property of a product that requires hardness as a cemented carbide like a cutting tool. .
本発明は、上記課題に鑑みて、超硬合金の表面をより容易に仕上げることができる超硬合金の表面仕上げ方法を提供することを主たる目的とする。本発明の表面仕上げ方法によって得ることができるいくつかの利点は、本発明の実施の形態の説明において、具体的に示される。 In view of the above problems, the main object of the present invention is to provide a surface finishing method for a cemented carbide capable of finishing the surface of the cemented carbide more easily. Several advantages that can be obtained by the surface finishing method of the present invention are specifically shown in the description of the embodiments of the present invention.
本発明の超硬合金の表面仕上げ方法は、上記課題を解決するために、真空チャンバ（１）内の上側にカソード電極（５Ａ）を固定し、カソード電極（５Ａ）から鉛直方向に所定距離（ｄ）離れて真空チャンバ（１）内の下側に超硬合金の被照射体を設置し、真空チャンバ（１）内に稀ガスを注入して少なくとも０．０５Ｐａまで減圧した状態で、カソード電極（５Ａ）と被照射体（６）との間に配設されている環状のアノード電極（５Ｂ）に所定のアノード電圧を印加してアノード電極（５Ｂ）内にプラズマを生成してからカソード電極（５Ａ）に２５ｋＶ以上３０ｋＶ以下の所定のカソード電圧を印加して被照射体（６）に電子ビームを照射し、電子ビームの照射を１回または２回行なって被照射体（６）の被照射面において超硬合金の含有物質を溶融し均等に分散させ、冷却後の再凝固によって被照射面から３μｍ以上５μｍ以下の範囲内の均一な深さの変質層を形成し、変質層を研磨によって除去するようにするものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the surface finishing method of the cemented carbide of the present invention fixes the cathode electrode (5A) on the upper side in the vacuum chamber (1), and vertically extends from the cathode electrode (5A) by a predetermined distance ( d) A cathode electrode in a state where an irradiated body of cemented carbide is placed on the lower side in the vacuum chamber (1), and a rare gas is injected into the vacuum chamber (1) and the pressure is reduced to at least 0.05 Pa. A predetermined anode voltage is applied to the annular anode electrode (5B) disposed between (5A) and the irradiated body (6) to generate plasma in the anode electrode (5B), and then the cathode electrode A predetermined cathode voltage of 25 kV to 30 kV is applied to (5A) to irradiate the irradiated object (6) with an electron beam, and the electron beam is irradiated once or twice to irradiate the irradiated object (6). Including cemented carbide on the irradiated surface The material is melted and uniformly dispersed, and an altered layer having a uniform depth within the range of 3 μm to 5 μm from the irradiated surface is formed by re-solidification after cooling, and the altered layer is removed by polishing. is there.
超硬合金にエネルギ密度が比較的低い大面積電子ビームを被照射体に照射すると、被照射体の被照射面に溶出した材料が冷却し凝固して改質層が形成される。被照射体が超硬合金であるとき、カソードに２５ｋＶ以上３０ｋＶ以下のカソード電圧を印加して大面積電子ビームを照射すると、電子ビームの衝突エネルギがより小さいために、被照射面においてコバルトの被覆層が生成されず、炭化タングステン粒子とコバルトが溶融した後に均等に分散し混合して、数μｍの均一のタングステンとコバルトの変質層が形成される。 When the irradiated body is irradiated with a large area electron beam having a relatively low energy density on the cemented carbide, the material eluted on the irradiated surface of the irradiated body is cooled and solidified to form a modified layer. When the object to be irradiated is a cemented carbide, when a cathode voltage of 25 kV to 30 kV is applied to the cathode and a large area electron beam is irradiated, the collision energy of the electron beam is smaller. No layer is formed, and the tungsten carbide particles and cobalt are melted and then uniformly dispersed and mixed to form a uniform tungsten and cobalt altered layer of several μm.
変質層は、炭化タングステン粒子が溶融して脆弱になっており、炭化タングステン粒子がバインダであるコバルトによって焼結されている被照射体本体に対して異なる性質を有し、被照射体本体との間の結合性が低い。そのため、比較的弱い力で変質層だけを剥離させるように被照射体を研磨することによって、被照射体本体の表面が１μｍ以下の小さい面粗度に磨かれたような状態で変質層が除去される。その結果、より容易に高硬度、高精度、高面粗度の表面を得ることができる。 The altered layer is weakened by melting the tungsten carbide particles, and the tungsten carbide particles have different properties from the irradiated body that is sintered by cobalt as a binder. The connectivity between them is low. Therefore, by polishing the irradiated body so that only the damaged layer is peeled off with a relatively weak force, the damaged layer is removed in a state where the surface of the irradiated body is polished to a small surface roughness of 1 μm or less. Is done. As a result, a surface having high hardness, high accuracy, and high surface roughness can be obtained more easily.
図１は、本発明の超硬合金の表面仕上げ方法を実施するために適する大面積電子ビーム照射装置の側面を模式的に示す。図１においては、真空チャンバが断面で示されている。 FIG. 1 schematically shows a side view of a large-area electron beam irradiation apparatus suitable for carrying out the surface finishing method of the cemented carbide of the present invention. In FIG. 1, the vacuum chamber is shown in cross section.
電子ビーム照射装置は、真空チャンバ１と、移動装置２と、真空装置３と、稀ガス供給装置４と、電子ビーム発生装置５と、を含んでなる。実施の形態の電子ビーム照射装置は、被照射体６の被照射面から生じた滓を含むチャンバ１の中の汚れたガスを強制的に排出できる図示しない浄化装置を含んでなる。被照射体６は、超硬合金である。 The electron beam irradiation device includes a vacuum chamber 1, a moving device 2, a vacuum device 3, a rare gas supply device 4, and an electron beam generator 5. The electron beam irradiation apparatus according to the embodiment includes a purification device (not shown) that can forcibly discharge the dirty gas in the chamber 1 including the soot generated from the irradiated surface of the irradiated object 6. The irradiated body 6 is a cemented carbide.
真空チャンバ１は、被照射体６を収容する手段である。真空チャンバ１は、基台１Ａの上に設置されている。真空チャンバ１は、電子ビーム照射装置の前面で被照射体６を出し入れするために開口している。真空チャンバ１には、開口を閉鎖する密閉扉１Ｂが設けられている。密閉扉１Ｂを閉鎖することによって、真空チャンバ１を密閉することができる。 The vacuum chamber 1 is a means for accommodating the irradiated object 6. The vacuum chamber 1 is installed on the base 1A. The vacuum chamber 1 is opened to take in and out the irradiated body 6 on the front surface of the electron beam irradiation apparatus. The vacuum chamber 1 is provided with a sealed door 1B that closes the opening. The vacuum chamber 1 can be sealed by closing the sealing door 1B.
移動装置２は、水平１軸方向と、水平１軸方向に直交する他の水平１軸方向と、鉛直方向と、に被照射体６を移動させる手段である。移動装置２は、水平１軸方向に往復移動できる移動体１０と、水平１軸方向に直交する他の水平１位軸方向に往復移動できる移動体２０と、上下方向に往復移動できる昇降装置３０と、を備える。昇降装置３０の上に被照射体６を載置できる取付台であるテーブル４０が設置されている。 The moving device 2 is means for moving the irradiated object 6 in the horizontal one-axis direction, another horizontal one-axis direction orthogonal to the horizontal one-axis direction, and the vertical direction. The moving device 2 includes a moving body 10 capable of reciprocating in the horizontal one axis direction, a moving body 20 capable of reciprocating in another horizontal first axis direction orthogonal to the horizontal one axis direction, and an elevating device 30 capable of reciprocating in the vertical direction. And comprising. A table 40, which is a mounting base on which the irradiated object 6 can be placed, is installed on the lifting device 30.
真空装置３は、密閉された真空チャンバ１の中を減圧して真空に近い状態にする手段である。真空装置３は、真空ポンプによって真空チャンバ１の中の空気を抜く、いわゆる真空引きをして真空チャンバ１の中を減圧する。真空ポンプは、スクロールポンプ３Ａとターボ分子ポンプ３Ｂでなる。真空チャンバ１の中の空気を抜いた後は、流量調整弁３Ｃ，３Ｄを閉じて真空チャンバ１の中を真空に近い状態に保持する。真空ポンプは、電子ビームを照射している間稼働しており、真空チャンバ１の排気をして、真空チャンバ１の中の減圧状態を維持している。 The vacuum device 3 is means for reducing the pressure in the sealed vacuum chamber 1 to bring it into a state close to vacuum. The vacuum device 3 evacuates the air in the vacuum chamber 1 with a vacuum pump, so-called evacuation, and depressurizes the vacuum chamber 1. The vacuum pump includes a scroll pump 3A and a turbo molecular pump 3B. After the air in the vacuum chamber 1 is evacuated, the flow rate adjusting valves 3C and 3D are closed to keep the vacuum chamber 1 in a state close to vacuum. The vacuum pump is operating while irradiating the electron beam, and the vacuum chamber 1 is evacuated to maintain the vacuum state in the vacuum chamber 1.
稀ガス供給装置４は、真空チャンバ１の中に稀ガスを供給する手段である。稀ガスは、長周期表第１８族元素であるヘリウム，ネオン，アルゴン，クリプトン，キセノン，ラドンを示す。本発明では、稀ガスと窒素ガスのような化学反応性の低い気体とを含めて不活性ガスという。実施の形態の電子ビーム照射装置において、稀ガスは、具体的に、アルゴンガスである。アルゴンガスは、プラズマの生成を促す。窒素ガスは、図示しない浄化装置において、真空チャンバ１の中から汚れたアルゴンガスを追い出して真空チャンバ１の中を清浄にするときに使用される。 The rare gas supply device 4 is means for supplying a rare gas into the vacuum chamber 1. The rare gas represents helium, neon, argon, krypton, xenon, or radon, which are Group 18 elements of the long periodic table. In the present invention, the inert gas includes a rare gas and a gas having low chemical reactivity such as nitrogen gas. In the electron beam irradiation apparatus of the embodiment, the rare gas is specifically argon gas. Argon gas promotes the generation of plasma. Nitrogen gas is used when purging the inside of the vacuum chamber 1 by expelling dirty argon gas from the vacuum chamber 1 in a purification apparatus (not shown).
稀ガス供給装置４は、液化アルゴンを封入したボンベ４Ａと、真空チャンバ１に接続する配管４Ｂと、ボンベ４Ａを開放するバルブ４Ｃと、を含んでなる。電子ビーム照射装置は、真空チャンバ１内の気圧を０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ以下の範囲で減圧状態を維持することができるように設計されている。 The rare gas supply device 4 includes a cylinder 4A filled with liquefied argon, a pipe 4B connected to the vacuum chamber 1, and a valve 4C that opens the cylinder 4A. The electron beam irradiation apparatus is designed so that the reduced pressure state can be maintained in the range of 0.03 Pa to 0.1 Pa in the atmospheric pressure in the vacuum chamber 1.
電子ビーム発生装置５は、電子銃であるカソード電極５Ａと、環状のアノード電極５Ｂと、被照射体６に通電するコレクタ５Ｃと、磁場を形成するソレノイド５Ｄと、を含んでなる。コレクタ５Ｃは、実質的にテーブル４０である。テーブル４０は、グランドライン５Ｅによって真空チャンバ１にアースする。 The electron beam generator 5 includes a cathode electrode 5A that is an electron gun, an annular anode electrode 5B, a collector 5C that supplies current to the irradiated body 6, and a solenoid 5D that forms a magnetic field. The collector 5 </ b> C is substantially a table 40. The table 40 is grounded to the vacuum chamber 1 by the ground line 5E.
電子ビーム発生用電源装置５Ｆは、カソード電極５Ａとテーブル４０に通電する被照射体６との両極間に電子ビームを発生させるための電圧パルスを印加する高圧電源とを含む。プラズマ発生用電源装置５Ｇは、カソード電極５Ａとアノード電極５Ｂとの間に設けられ、アノード電極５Ｂの環内にプラズマを発生させる電圧を供給する。スイッチ５Ｈは、カソード電極５Ａの電源の接続を切り換える。 The electron beam generating power supply device 5F includes a high voltage power source for applying a voltage pulse for generating an electron beam between both electrodes of the cathode electrode 5A and the irradiated body 6 energized to the table 40. The plasma generating power supply device 5G is provided between the cathode electrode 5A and the anode electrode 5B, and supplies a voltage for generating plasma in the ring of the anode electrode 5B. The switch 5H switches the connection of the power supply of the cathode electrode 5A.
カソード電極５Ａは、所定の断面積を有する断面円形の基板にチタンの多数の針状突起が設けられて成る。本発明の表面改質方法を実施する電子ビーム照明装置においては、カソード電極５Ａが多数の電子銃を有していると見做すことができる。断面積が比較的大きいカソード電極５Ａによって直径が大きくエネルギ密度がより小さい電子の粒子線束を発生させることができる。そのため、一度の照射においてより広範囲に均一に被照射面に電子ビームを衝突させることができ、表面から数μｍ程度の極浅い深さで材料を変質させることができる。 The cathode electrode 5A is formed by providing a large number of needle-like protrusions of titanium on a circular substrate having a predetermined cross-sectional area. In the electron beam illumination apparatus that performs the surface modification method of the present invention, it can be considered that the cathode electrode 5A has a large number of electron guns. The cathode electrode 5A having a relatively large cross-sectional area can generate electron particle beam bundles having a large diameter and a small energy density. Therefore, the electron beam can collide with the irradiated surface more uniformly in a single irradiation, and the material can be altered at an extremely shallow depth of about several μm from the surface.
カソード電極５Ａは、密閉された真空チャンバ１内の上側に固定される。カソード電極５Ａの上側の密閉空間の中には、カソードのギャップスイッチが存在する。カソード電極５Ａをチャンバ１の上側に配置することによって、カソード電極５Ａを直下の鉛直方向に所定距離ｄ離れて真空チャンバ１内の下側に設けられているテーブル４０の上に被照射体６を設置することができる。そのため、被照射体６に断面積の大きい電子ビームを重力方向に直線的にかつばらつきなく照射することができる。 The cathode electrode 5 </ b> A is fixed to the upper side in the sealed vacuum chamber 1. A cathode gap switch exists in the sealed space above the cathode electrode 5A. By disposing the cathode electrode 5A on the upper side of the chamber 1, the irradiated body 6 is placed on the table 40 provided on the lower side in the vacuum chamber 1 with the cathode electrode 5A separated by a predetermined distance d in the vertical direction immediately below. Can be installed. Therefore, it is possible to irradiate the irradiated object 6 with an electron beam having a large cross-sectional area linearly in the direction of gravity and without variation.
アノード電極５Ｂは、カソード電極５Ａの断面積よりも大きい内径を有するリング形状を有している。本発明の超硬合金の表面仕上げ方法を実施できる電子ビーム照射装置では、具体的に、カソード電極５Ａの直径が６０ｍｍφのときで、アノード電極５Ｂの内径が２１０ｍｍφである。アノード電極５Ｂは、円環内に比較的存在期間の短いプラズマを生成する。プラズマの電離層は、カソード電極５Ａから放出される電子を収束する。 The anode electrode 5B has a ring shape having an inner diameter larger than the cross-sectional area of the cathode electrode 5A. In the electron beam irradiation apparatus capable of performing the surface finishing method of the cemented carbide according to the present invention, specifically, when the diameter of the cathode electrode 5A is 60 mmφ, the inner diameter of the anode electrode 5B is 210 mmφ. The anode electrode 5B generates plasma having a relatively short duration in the ring. The ionosphere of plasma converges electrons emitted from the cathode electrode 5A.
以下に、本発明の超硬合金の表面仕上げ方法の実施の形態を説明する。まず、真空チャンバ１の上側にカソード電極５Ａを固定する。より具体的に、カソード電極５Ａの直径は、カソード電極５Ａに供給し得るカソード電圧と電子線束（電子ビーム柱）の要求される直径を考慮して３０ｍｍφ以上８０ｍｍφ以下である。 Hereinafter, embodiments of the surface finishing method of the cemented carbide according to the present invention will be described. First, the cathode electrode 5 </ b> A is fixed on the upper side of the vacuum chamber 1. More specifically, the diameter of the cathode electrode 5A is 30 mmφ or more and 80 mmφ or less in consideration of the cathode voltage that can be supplied to the cathode electrode 5A and the required diameter of the electron beam bundle (electron beam column).
超硬合金の被照射体６は、カソード電極５Ａから鉛直方向に所定距離ｄ離れて真空チャンバ１内の下側に設けられているテーブル４０上に配置される。所定距離ｄは、電子が被照射体６に衝突するときの速度を考慮して１６０ｍｍ以上２００ｍｍ以下が適当である。 The cemented carbide irradiated object 6 is arranged on a table 40 provided on the lower side in the vacuum chamber 1 at a predetermined distance d from the cathode electrode 5A in the vertical direction. The predetermined distance d is suitably 160 mm or more and 200 mm or less in consideration of the speed at which the electrons collide with the irradiated object 6.
アノード電極５Ｂは、カソード電極５Ａと被照射体６との間であって環内に生成されるプラズマの電離層で電子が収束されるために適する位置に予め配設されている。アノード電極５Ｂの直径は、カソード電極５Ａの直径に対応して発生する電子線束の直径に合わせて決定し、１００ｍｍφ以上２００ｍｍφ以下である。 The anode electrode 5B is disposed in advance between the cathode electrode 5A and the irradiated body 6 at a position suitable for converging electrons in the ionosphere of plasma generated in the ring. The diameter of the anode electrode 5B is determined according to the diameter of the electron beam bundle generated corresponding to the diameter of the cathode electrode 5A, and is 100 mmφ to 200 mmφ.
被照射体６を設置したら、密閉扉１Ｂを閉めて、真空装置３によって気圧が一度０．０３Ｐａに達するまで真空チャンバ１内を真空引きし、その後、真空チャンバ１内に稀ガス、例えば、アルゴンガスを注入して、真空チャンバ１内を０．０５Ｐａまで減圧した状態にする。 After the irradiation object 6 is installed, the hermetic door 1B is closed, and the vacuum chamber 3 is evacuated until the atmospheric pressure once reaches 0.03 Pa by the vacuum device 3, and then a rare gas such as argon is introduced into the vacuum chamber 1. Gas is injected and the vacuum chamber 1 is decompressed to 0.05 Pa.
次に、カソード電極５Ａと被照射体６との間に配設されている環状のアノード電極５Ｂに所定のアノード電極、例えば、５．０ｋＶの電圧を印加して、アノード電極５Ｂにプラズマを生成する。このとき、電子の速度が低下して被照射体６に電子が到達しないということがないように、ソレノイド５Ｄに１．０ｋＶ以上２．０ｋＶ以下の電圧を印加して磁場を形成して電圧を加速するようにする。そして、直ちにカソード電極５Ａに２５ｋＶ以上３０ｋＶ以下の所定のカソード電圧を印加して約１５ｍｓｅｃ（ミリ秒）の間、被照射体６に電子ビームを照射する。 Next, a predetermined anode electrode, for example, a voltage of 5.0 kV is applied to the annular anode electrode 5B disposed between the cathode electrode 5A and the irradiated body 6 to generate plasma on the anode electrode 5B. To do. At this time, a voltage of 1.0 kV or more and 2.0 kV or less is applied to the solenoid 5D to form a magnetic field so that the electron velocity does not decrease and the electrons do not reach the irradiated body 6. Try to accelerate. Then, a predetermined cathode voltage of 25 kV or more and 30 kV or less is immediately applied to the cathode electrode 5A, and the irradiated body 6 is irradiated with an electron beam for about 15 msec (milliseconds).
プラズマの生成から電子ビームの照射までの間で１回の電子ビームの照射として、通常１回から２回の電子ビームの照射によって被照射体６の被照射面において超硬合金の含有物質を溶融し均等に分散させることができる。そして、数秒の冷却期間による自然冷却後の再凝固によって被照射面から３μｍないし５μｍの範囲内の均一な深さの変質層が形成される。このとき形成される変質層は、炭化タングステン粒子が溶融し、少しの炭素粒子が残留することがあるが、主に炭化タングステンとコバルトおよびいくらかの添加物が融合している状態になる。 As a single electron beam irradiation from the generation of the plasma to the electron beam irradiation, the cemented carbide-containing material is usually melted on the irradiated surface of the irradiated object 6 by one or two electron beam irradiations. And evenly distributed. Then, an altered layer having a uniform depth within a range of 3 μm to 5 μm from the irradiated surface is formed by re-solidification after natural cooling in a cooling period of several seconds. In the altered layer formed at this time, tungsten carbide particles melt and a few carbon particles may remain, but mainly tungsten carbide, cobalt, and some additives are fused.
３回以上の電子ビームの照射を否定するものではない。ただし、通常は、３回以上の電子ビームの照射を行なうと、被照射面において炭化タングステンの飛散または昇華が進行して炭化タングステンの割合が減少し、コバルトの溶出による改質層が徐々に形成されてくる。したがって、被照射体６の被照射面の見掛け上の性状から超硬合金の組織が十分に崩壊していないと判断されるときに限って３回目の電子ビームの照射を行なうようにすることが望ましい。 This does not deny the irradiation of the electron beam three times or more. However, normally, when the electron beam is irradiated three times or more, the tungsten carbide scatters or sublimates on the irradiated surface to reduce the proportion of tungsten carbide, and a modified layer is gradually formed by elution of cobalt. It will be. Therefore, the third electron beam irradiation is performed only when it is determined from the apparent properties of the irradiated surface of the irradiated body 6 that the structure of the cemented carbide is not sufficiently collapsed. desirable.
３０ｋＶよりも高いカソード電圧を印加して電子ビームを照射すると、電子が被照射体６に衝突するときのエネルギが大きすぎて、１回目の電子ビームの照射によって、コバルトの被覆層の形成が進行する。そのため、被照射体６の被照射面を研磨によって薄く均等に除去することが困難になり、本発明の表面仕上げ方法においては、不適当である。また、カソード電圧が２５ｋＶよりも低い電圧値であると、電子が被照射体６に衝突するときのエネルギが小さすぎて、被照射面が殆ど変化しない。もっとも、本来の表面改質の点から言うなら、硬度が低く剥離しやすい変質層の形成は、不測のものであり、そのままでは製品の価値がないと言える。 When a cathode voltage higher than 30 kV is applied to irradiate an electron beam, the energy when the electrons collide with the irradiated object 6 is too large, and the formation of the cobalt coating layer proceeds by the first electron beam irradiation. To do. Therefore, it becomes difficult to remove the irradiated surface of the irradiated body 6 thinly and evenly by polishing, which is inappropriate in the surface finishing method of the present invention. If the cathode voltage is lower than 25 kV, the energy when the electrons collide with the irradiated body 6 is too small, and the irradiated surface hardly changes. However, in terms of the original surface modification, the formation of a deteriorated layer having a low hardness and easy to peel off is unexpected, and it can be said that the product is not worthy as it is.
変質層は、研磨によって除去される。変質層においては、炭化タングステン粒子がコバルトによって強固に結合している状態が崩壊しており、超硬合金が有する硬度と耐磨耗性の特性が失われている。また、変質層においては、炭化タングステン粒子が溶融して存在しない状態であるので、被照射体６の本体を構成している超硬合金との間の結合性が相当に低下しており、変質層が被照射体６の本体から一体的に離脱しやすくなっている。 The altered layer is removed by polishing. In the deteriorated layer, the state in which the tungsten carbide particles are firmly bonded by cobalt is collapsed, and the hardness and wear resistance characteristics of the cemented carbide are lost. Further, in the deteriorated layer, the tungsten carbide particles are not melted and present, so that the bonding property with the cemented carbide constituting the main body of the irradiated body 6 is considerably reduced, and the deteriorated layer The layer is easily detached from the main body of the irradiated body 6.
そのため、大面積電子ビームを照射後の被照射体６の被照射面を軽く研磨することによって、簡単に被照射体６の本体から変質層だけが除去されて、超硬合金の本体の均一で面粗度が小さい表面が現れる。このとき、研磨する力が強すぎて磨きすぎてしまうと、被照射体６の本体の表面まで傷付けられて、かえって形状精度と面粗度を低下させるおそれがある。そのため、手作業によるときは、粒子のサイズが＃１０００以上＃３０００以下の研磨剤を使用して、十分に小さい力で研磨を行なうことが望ましい。 Therefore, by lightly polishing the irradiated surface of the irradiated body 6 after irradiation with the large-area electron beam, only the altered layer is easily removed from the main body of the irradiated body 6, and the uniform body of the cemented carbide is made uniform. Surfaces with low surface roughness appear. At this time, if the polishing force is too strong and is polished too much, the surface of the main body of the irradiated body 6 may be damaged and the shape accuracy and surface roughness may be reduced. Therefore, it is desirable to perform polishing with a sufficiently small force using an abrasive having a particle size of # 1000 or more and # 3000 or less when manually.
図２は、本発明の実施例における電子ビームの照射によって形成された被照射体６の変質層を示す。このとき、カソード電極５Ａの直径が６０ｍｍφでカソード電圧が３０ｋＶ、アノード電極５Ｂの直径が１２０ｍｍφで内径が約１９０ｍｍφであってアノード電圧が５ｋＶ、ソレノイド電極５Ｅのソレノイド電圧が１．５ｋＶ、真空チャンバ１内の気圧が０．０５Ｐａ、カソード電極５Ａと被照射体６との間の所定距離ｄが１７０ｍｍ、電子ビームの照射時間が１５ｍｍｓｅｃ、照射回数が１回である。 FIG. 2 shows a deteriorated layer of the irradiated object 6 formed by electron beam irradiation in the embodiment of the present invention. At this time, the diameter of the cathode electrode 5A is 60 mmφ, the cathode voltage is 30 kV, the diameter of the anode electrode 5B is 120 mmφ, the inner diameter is about 190 mmφ, the anode voltage is 5 kV, the solenoid voltage of the solenoid electrode 5E is 1.5 kV, and the vacuum chamber 1 The atmospheric pressure is 0.05 Pa, the predetermined distance d between the cathode electrode 5A and the irradiated body 6 is 170 mm, the electron beam irradiation time is 15 mmsec, and the number of irradiations is one.
図３は、図２に示される被照射体６の表面を＃１０００の研磨剤で手磨きによって研磨して変質層を一体的に除去した後の被照射体６を示す。図３に示されるように、大面積電子ビームの照射による固有の被照射体本体と変質層との均一な境界がそのまま超硬合金の被照射体６の表面になるので、より容易に均一な面粗度の表面に仕上げることができる。なお、図３において研磨後に残る薄い層は再蒸着層である。 FIG. 3 shows the irradiated body 6 after the surface of the irradiated body 6 shown in FIG. 2 is polished by hand polishing with a # 1000 abrasive to remove the deteriorated layer integrally. As shown in FIG. 3, the uniform boundary between the inherent irradiated body main body and the altered layer due to the irradiation of the large area electron beam becomes the surface of the irradiated body 6 of the cemented carbide as it is. The surface can be finished to a surface roughness. In FIG. 3, the thin layer remaining after polishing is a redeposition layer.
以上のとおり、実施の形態の超硬合金の表面仕上げ方法によると、超硬合金の高硬度を特性を失うことなく、より容易に高精度で高面粗度の表面を有する超硬合金の製品を得ることができる。特に、超硬合金製の切削工具のように、表面形状が平坦ではない超硬合金製の製品の製作に有効である。 As described above, according to the surface finishing method of the cemented carbide according to the embodiment, the cemented carbide product having a high-precision, high-surface roughness surface more easily without losing the characteristics of the high hardness of the cemented carbide. Can be obtained. In particular, it is effective for producing a cemented carbide product whose surface shape is not flat, such as a cemented carbide cutting tool.
本発明は、超硬合金の製品に適用することができる。特に、本発明は、表面形状が平坦ではない超硬工具あるいは超硬金型に有益である。本発明は、超硬合金製の製品の品質の向上と生産性の向上に寄与する。 The present invention can be applied to cemented carbide products. In particular, the present invention is useful for a cemented carbide tool or a cemented carbide die whose surface shape is not flat. The present invention contributes to improving the quality and productivity of a cemented carbide product.
１ 真空チャンバ
１Ａ 基台
１Ｂ 密閉扉
２ 移動装置
３ 真空装置
４ 稀ガス供給装置
５ 電子ビーム発生装置
５Ａ カソード電極
５Ｂ アノード電極
５Ｃ コレクタ
５Ｄ ソレノイド
５Ｅ グランドライン
５Ｆ 電子ビーム発生用電源装置
５Ｇ プラズマ発生用電源装置
５Ｈ スイッチ５Ｈ
６ 超硬合金である。
１０ 移動体
２０ 移動体
３０ 昇降装置
４０ テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 1A Base 1B Sealed door 2 Moving device 3 Vacuum device 4 Rare gas supply device 5 Electron beam generating device 5A Cathode electrode 5B Anode electrode 5C Collector 5D Solenoid 5E Ground line 5F Electron beam generating power supply device 5G Plasma generating power supply Device 5H Switch 5H
6 Cemented carbide.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mobile body 20 Mobile body 30 Lifting device 40 Table
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015117071A JP6061409B2 (en) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | Surface finishing method for cemented carbide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015117071A JP6061409B2 (en) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | Surface finishing method for cemented carbide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017001058A JP2017001058A (en) | 2017-01-05 |
| JP6061409B2 true JP6061409B2 (en) | 2017-01-18 |
Family
ID=57753464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015117071A Active JP6061409B2 (en) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | Surface finishing method for cemented carbide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6061409B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7329093B1 (en) * | 2022-03-24 | 2023-08-17 | 本田技研工業株式会社 | METAL SURFACE TREATMENT METHOD AND SURFACE TREATMENT APPARATUS |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4583222B2 (en) * | 2005-04-01 | 2010-11-17 | 株式会社タンガロイ | Hard sintered body cutting tool and manufacturing method thereof |
| JP5656774B2 (en) * | 2011-08-30 | 2015-01-21 | 株式会社ソディック | Metal surface modification method |
| EP2832511B1 (en) * | 2012-03-29 | 2016-06-01 | Ibiden Co., Ltd | Die for extrusion molding, production method for die for extrusion molding, and production method for honeycomb structure |
| JP5954830B2 (en) * | 2013-03-04 | 2016-07-20 | 株式会社ソディック | Surface modification method |
-
2015
- 2015-06-10 JP JP2015117071A patent/JP6061409B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017001058A (en) | 2017-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3451140B2 (en) | Ultra-precision polishing method using gas cluster ion beam | |
| USRE37537E1 (en) | Method and apparatus for altering material | |
| US7601399B2 (en) | High density low pressure plasma sprayed focal tracks for X-ray anodes | |
| KR101784638B1 (en) | Method for removing hard carbon layers | |
| JP2008204905A (en) | Ion milling apparatus and method of ion milling processing | |
| JP5829364B2 (en) | Cutting method of super hard material using electron beam and various beam scanning speeds | |
| US5792254A (en) | Production of diamond film | |
| JP2018104769A (en) | Method for manufacturing tip member of heating tool and tip member of heating tool | |
| JP6061409B2 (en) | Surface finishing method for cemented carbide | |
| JP2018135596A (en) | Production method of metal product | |
| CN112969543A (en) | System for manufacturing three-dimensional objects | |
| JP5656774B2 (en) | Metal surface modification method | |
| JP2009297725A (en) | Device and method for surface treatment with electron beam | |
| TWI582823B (en) | A gas distribution plate for plasmas reaction chamber | |
| JP2005076061A (en) | Method and device for reforming surface of metal member | |
| JP2007152530A (en) | Manufacturing method of wire guide for wire electric discharge machining and wire guide manufactured | |
| JP5721481B2 (en) | Method for manufacturing protective film | |
| JP2010100904A (en) | Surface modification apparatus and surface modification method | |
| JP2006344387A (en) | Method and device for electron beam surface reformation | |
| Schultrich et al. | Vacuum Arc Equipment for Mass Production of ta-C Coatings | |
| JP5692497B2 (en) | Surface processing method and surface processing apparatus | |
| RU2063472C1 (en) | Method and apparatus for plasma treatment of pieces | |
| CN113862593B (en) | Method for improving soft metal surface processing quality based on plasma modification | |
| JP5606413B2 (en) | Metal surface modification equipment | |
| CN114196928A (en) | Tungsten coating with excellent plasma irradiation resistance and preparation method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161209 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161209 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6061409 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |