專利名稱：電火花加工用電極材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電火花加工用的電極材料及其制造方法，并不將線電極電火花加工用的碎焊絲的電極材料作為對(duì)象，主要涉及雕模電火花加工中所使用的加工電極用電極材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
在電火花加工中，希望被加工物的加工速度快以及電火花加工用電極自身的消耗少。同時(shí)，由于在被加工物上轉(zhuǎn)印電火花加工用電極的表面狀態(tài)，因此還希望在電火花加工用電極的表面或內(nèi)部沒有氣孔，或者氣孔的大小盡可能小(雖然因使用目的而不同，但是例如在4μm以下)。
為了滿足此種要求，研究開發(fā)出各種各樣的電火花加工用電極材料。其中，W-Cu合金及W-Ag合金利用了W的較高的熔點(diǎn)或沸點(diǎn)、Cu或Ag的較高的熱傳導(dǎo)性以及電傳導(dǎo)性，電極的消耗少，所以作為適于精密加工或精加工的電極材料，特別被作為適于精密加工用途或超硬型的電火花加工用途中的電火花加工用電極使用。
對(duì)于這些由W-Cu合金及W-Ag合金制成的電火花加工用電極，由于在實(shí)際的電火花加工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)提高效率的要求很強(qiáng)，因此正在研究進(jìn)一步減少電極的消耗，進(jìn)一步提高加工速度，改善電火花加工特性的方法。
作為其具體例，例如如特開昭63-195242號(hào)公報(bào)或特開昭50-109595號(hào)公報(bào)中所記載的那樣，通過在W-Cu等的合金中添加Na或K等堿性金屬元素、Sr或Ca等堿土類金屬元素或它們的氧化物，開發(fā)出減小了合金的功函數(shù)、提高了加工速度的電火花加工用電極材料。
但是，含有堿金屬元素或堿土類金屬元素或者其氧化物的W-Cu合金的電火花加工用電極雖然其功函數(shù)的確較低，在加工速度的提高上得到了改善，但是其電火花加工特性未必足夠，特別希望電極的耐消耗性及加工速度的進(jìn)一步的改善提高。另外，由于在所添加的金屬成分中有具有毒性的材料或具有吸濕性的材料，因此還有處理不便，制造困難的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于此種以往的情況，是由W-Cu合金制成的電火花加工用電極材料及其制造方法，其目的在于，提供與以往相比電極的消耗更少并且加工速度更快、電火花加工特性優(yōu)良的電火花加工用電極材料及其制造方法。
但是，本發(fā)明主要是提供雕模電火花加工用的由W-Cu合金制成的電極材料的發(fā)明，線電極電火花加工用的電極，即所謂的碎焊絲不作為對(duì)象。而且，與碎焊絲主要使用純Cu或純W相反，本發(fā)明的電極材料由W-Cu合金制成，在其組成以及制造方法上不同。另外，根據(jù)其使用上的目的，雖然在碎焊絲中除了要求加工速度以外，還需要焊絲的直線性或高溫下的強(qiáng)度、降低碎焊絲的斷線次數(shù)，但是本發(fā)明中并不將這些作為目的。
本發(fā)明人等為了達(dá)成所述目的，經(jīng)過W-Cu合金的試制和其評(píng)價(jià)，對(duì)其電火花現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)研究。其結(jié)果是，由于W-Cu合金由Cu的部分和W的部分組成，因此電火花現(xiàn)象不穩(wěn)定。即，由于在Cu和W中熱傳導(dǎo)率等物理的特性不同，因此由于W-Cu合金組成的局部的不均一性，弧特性變得不穩(wěn)定。
為了消除該問題，對(duì)各種添加元素及其化合物進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)通過添加堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素等功函數(shù)小的元素或這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物等，并且減小其平均粒徑，弧特性就會(huì)穩(wěn)定?；√匦苑€(wěn)定，容易產(chǎn)生電火花現(xiàn)象的結(jié)果是，電極的耐消耗率被改善，同時(shí)確認(rèn)電火花加工速度也提高，從而形成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明所提供的第1電火花加工用電極材料是由40重量％以上的W、15重量％以下的添加元素或其化合物、剩余部分的Cu構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，其粒子的平均粒徑小于3μm。
另外發(fā)現(xiàn)，即使不減小W-Cu合金中所添加的堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素等功函數(shù)較小的添加元素，或其化合物的粒子的粒徑，而是通過縮小作為這些粒子的間隔的粒子間距離，也可以獲得相同的效果。一般來說，雖然當(dāng)使用微細(xì)粉末時(shí)，粒子間距離有變小的傾向，但是在粒子較大而減小粒子間距離的情況下，也可以期待相同的效果。
基于此種見解，本發(fā)明所提供的第2電火花加工用電極材料是由40重量％以上的W、15重量％以下的添加元素或其化合物、剩余部分的Cu構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，其粒子的平均粒子間距離在20μm以下。
而且，也可以兼具所述本發(fā)明的第1及第2電火花加工用電極材料的特征。即，本發(fā)明所提供的第3電火花加工用電極材料是由40重量％以上的W、15重量％以下的添加元素或其化合物、剩余部分的Cu構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，其粒子的平均粒徑小于3μm，并且平均粒子間距離在20μm以下。
在所述本發(fā)明的各電火花加工用電極材料中，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子其平均粒徑最好小于1μm。另外，在所述本發(fā)明的各電火花加工用電極材料中，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子最好其平均粒子間距離在10μm以下。
另外，對(duì)于所述添加元素或其化合物的粒子，發(fā)現(xiàn)在其一部分的粒徑較小的情況下，也可以獲得相同的效果。即，本發(fā)明所提供的第4電火花加工用電極材料是由40重量％以上的W、15重量％以下的添加元素或其化合物、剩余部分的Cu構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，以合金整體的0.3重量％以上包含其粒徑在3μm以下的粒子。
在所述本發(fā)明的第4電火花加工用電極材料中，是從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，優(yōu)選以合金整體的0.6重量％以上包含其粒徑在3μm以下的粒子，或者以合金整體的0.3重量％以上包含其粒徑在1μm以下的粒子。
另外，對(duì)于所述添加元素或其化合物的粒子，發(fā)現(xiàn)在其一部分的粒子間距離較小的情況下，也可以獲得相同的效果。即，本發(fā)明所提供的第5電火花加工用電極材料是由40重量％以上的W、15重量％以下的添加元素或其化合物、剩余部分的Cu構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，以合金整體的0.3重量％以上包含其粒子間距離在20μm以下的粒子。
在所述本發(fā)明的第5電火花加工用電極材料中，是從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，優(yōu)選以合金整體的0.3重量％以上、更優(yōu)選以合金整體的0.7重量％以上包含其粒子間距離在10μm以下的粒子。
在所述本發(fā)明的各電火花加工用電極材料中，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種粒子最好存在于Cu中。另外，相同地，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種粒子最好部分地存在于W粒子中。
另外，在所述本發(fā)明的各電火花加工用電極材料中，所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物優(yōu)選Ba、Nd、Ce、Y、Ca、K或其氧化物、氫氧化物的至少一種。另外，也可以是W粒子包含K的情況。例如，也可以在W中摻雜有K。除了K以外，也可以與K一起摻雜例如Al等。
另外，所述的本發(fā)明的各電火花加工用電極材料中，所述W最好粒徑1μm以下的粒子為全部W粒子的30重量％以上。另外，也可以取代所述Cu的一部分，還包括10重量％以下的Ni。
本發(fā)明中，W-Cu合金中的W粒子的粒徑的測(cè)定方法如下進(jìn)行。對(duì)合金的任意剖面利用掃描電子顯微鏡觀察，拍攝1500倍的照片，將其用復(fù)印機(jī)放大復(fù)印至4倍。在該放大后的照片內(nèi)任意引出長(zhǎng)度為20cm的線段，對(duì)于與該線段交叉的W粒子，測(cè)定其交叉的長(zhǎng)度。將該操作反復(fù)進(jìn)行至測(cè)定數(shù)達(dá)到500個(gè)，以500個(gè)測(cè)定長(zhǎng)度的平均值作為W粒子的平均粒徑。
另外，對(duì)于W-Cu合金中所含的堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素或這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物的粒子，其粒徑的測(cè)定方法與所述W粒子的情況相同，利用對(duì)合金的任意剖面的掃描電子顯微鏡觀察來進(jìn)行。但是，用倍率5000倍下拍攝的照片測(cè)定粒徑，以任意的500個(gè)的平均值作為粒子的平均粒徑。另外，各粒子的粒子間距離是測(cè)定從任意的粒子到最近的粒子的距離而求得，以所述任意的500個(gè)的平均值作為粒子的平均粒子間距離。
而且，作為所述粒子的粒徑的測(cè)定方法，以所謂的面分析來進(jìn)行。即，測(cè)定利用面分析檢測(cè)出的白斑點(diǎn)的粒子的直徑，考慮分析上的誤差的部分，即，設(shè)想拾取特性X的試樣表面的區(qū)域的寬度與為了進(jìn)行分析而打電子束的區(qū)域相比寬大約1.5μm，以從白斑點(diǎn)的測(cè)定值中減去了3μm的數(shù)字作為該粒子的粒徑。例如，如果白斑點(diǎn)的測(cè)定值為6μm，則其粒徑算出為3μm。如果在白斑點(diǎn)小于3μm的情況下，則認(rèn)為是粒徑小于1μm的小粒子。另外，在觀察為橢圓形的情況下，測(cè)定其短軸來求出粒徑。平均粒徑像這樣對(duì)所求出的粒子的粒徑進(jìn)行算術(shù)平均而求得。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于由W-Cu合金構(gòu)成的電火花加工用電極材料，與以往相比可以減少電極的消耗，并且提高加工速度，可以提供以電火花加工特性優(yōu)良為主而用于雕模電火花加工中的電火花加工用電極材料及其制造方法。


圖1是表示使用掃描型電子顯微鏡觀察到的本發(fā)明的電火花加工用電極材料的表面的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的電火花加工用電極材料的W-Cu合金基本上由40重量％以上的W1和剩余部分的Cu2構(gòu)成，包含15重量％以下的添加元素或其化合物3。特別是在雕模電火花加工用的電極中，當(dāng)考慮電火花加工特性以及制造容易度等時(shí)，最好W濃度為60～80重量％。而且，在該W-Cu合金中，除了所述以外還包含不可避免的雜質(zhì)。圖1中的雙點(diǎn)劃線4表示在實(shí)施所謂的面分析的情況下在添加元素或其化合物3的周圍檢測(cè)出的白斑點(diǎn)的粒子。
本發(fā)明的電火花加工用電極材料作為所述W-Cu合金的添加元素或其化合物，含有堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素或這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物的至少一種。這些必需的添加元素或添加化合物的含量設(shè)為10重量％以下，優(yōu)選0.5～5重量％的范圍。當(dāng)所述添加元素及其化合物的含量超過10重量％時(shí)，則由于電火花加工用電極自身的機(jī)械加工性降低，因此不夠理想。而且，包括這些必需的添加元素或添加化合物，W-Cu合金中所含的添加元素及其化合物的量合計(jì)設(shè)為15重量％以下。
所述必需的添加元素或添加化合物，即堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素或這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物在W-Cu合金中作為粒子存在。該粒子的平均粒徑需要設(shè)為小于3μm，更優(yōu)選小于1μm。當(dāng)所述粒子的平均粒徑達(dá)到3μm以上時(shí)，則電火花加工特性降低，特別是電極的耐消耗性顯著降低。
另外，堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素或其氧化物等所述必需的添加元素或添加化合物的粒子通過縮小其平均粒子間距離，也可以改善電火花加工特性，提高電極的耐消耗性。這些粒子的平均粒子間距離越小越好，具體來說需要在20μm以下，優(yōu)選10μm以下。這是因?yàn)?，?dāng)該平均粒子間間距超過20μm時(shí)，則電極的耐消耗性或加工速度特性的改善效果較差。
另外，對(duì)于所述必需的添加元素或添加化合物的粒子，即使不是其平均粒徑，而是粒子的一部分粒徑較小，也可以改善電火花加工特性，提高電極的耐消耗性。此時(shí)，這些粒子當(dāng)中的粒徑在3μm以下的粒子需要以合金整體的0.3重量％以上被包含，優(yōu)選以合金整體的0.6重量％以上被包含。同樣地，這些粒子當(dāng)中的粒徑在1μm以下的粒子優(yōu)選以合金整體的0.3重量％以上被包含。
另外，對(duì)于所述必需的添加元素或添加化合物的粒子，即使不是其粒子間距離，而是粒子的一部分粒子間距離較小，也可以改善電火花加工特性，提高電極的耐消耗性。此時(shí)，這些粒子當(dāng)中的粒子間距離在20μm以下的粒子需要以合金整體的0.3重量％以上被包含。另外，其粒子間距離在10μm以下的粒子，優(yōu)選以合金整體的0.3重量％以上被包含，更優(yōu)選以合金整體的0.7重量％以上被包含。
作為縮小由堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素或這些元素的化合物構(gòu)成的粒子的粒徑或粒子間距離的方法，作為它們的原料粉末使用粒徑小的粉末或延長(zhǎng)原料粉末的混合時(shí)間的方法十分簡(jiǎn)單，因而優(yōu)選。例如通常的混合時(shí)間為5小時(shí)左右，通過設(shè)為其3倍以上的混合時(shí)間，粒子的分散提高，就可以使平均粒子間距離在20μm以下。另外，通過提高所述必需的添加元素或添加化合物的濃度，也可以縮小平均粒子間距離。
另外，作為獲得更微細(xì)并且均一的粒子的分散狀態(tài)的方法，在混合所述原料粉末時(shí)，使用利用共沉淀法的混合方法或所謂的機(jī)械合金法十分有效。機(jī)械合金法特別有效，雖然既可以是作為溶劑含有少量乙醇等有機(jī)溶劑的濕式，也可以是不含有溶劑的干式，但是用干式進(jìn)行更為有效，典型的機(jī)械合金法以干式進(jìn)行。通常在Ar氣體氣氛中進(jìn)行，在將水分或有機(jī)溶劑除去后的狀態(tài)下進(jìn)行。氧或氮通常有害，在它們的濃度高的情況下，機(jī)械合金化的效果小。機(jī)械合金法不是單純的粉末的混合法，是在經(jīng)過其混合階段后，將粉末粒子的一粒一粒制成由所配合的粉末種類構(gòu)成的合金粉末的方法?？梢宰鳛橥ǔＶ谱髂蜔岷辖鸬姆椒ㄊ褂茫蜃鳛楂@得無定形粉末的方法使用。本發(fā)明人等深入研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該方法在電火花加工特性的提高方法有效。具體來說，通過利用粘土干式粉碎機(jī)、振動(dòng)磨或球磨等，與W粉末或Cu粉末一起，將從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及其氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種粒子機(jī)械合金化，就可以將這些粒子均一微細(xì)地分散在W-Cu合金中。
根據(jù)該機(jī)械合金法，對(duì)于從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及其氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種粒子，可以使其粒徑在0.5μm以下，當(dāng)有效地進(jìn)行機(jī)械合金化時(shí)，則可以制成0.2μm左右。另外，關(guān)于粒子的粒子間距離，可以制成5μm以下，當(dāng)有效地進(jìn)行機(jī)械合金化時(shí)，則可以制成2μm以下。另外，根據(jù)機(jī)械合金法，容易獲得特別微細(xì)的W粒子。即，利用機(jī)械合金化和其后進(jìn)行的包括燒結(jié)的熱處理，就可以形成微細(xì)的W粒子。而且，燒結(jié)方法也可以是擠出或HIP(熱氣靜水壓成形)。伴隨著此種添加元素及添加化合物的粒子的微細(xì)化及均一化，作為電火花加工用電極的特性就會(huì)更加理想。
另外，從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種粒子與存在于W粒子中相比，通過存在于Cu中，會(huì)更有效地發(fā)揮其效果。例如，Ce、Ba等最好不處于這些元素和W的復(fù)合氧化物的狀態(tài)，而優(yōu)選這些元素或其化合物分散在Cu中。而且，作為原料粉末，通過不使用這些元素與W的化合物粉末，而使用它們的元素粉末及其化合物粉末，就可以使其添加元素或化合物的粒子分散在Cu中。
另外，通過進(jìn)行所述機(jī)械合金法，雖然因其處理?xiàng)l件而不同，但是仍可以將從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種粒子分散在Cu中或W粒子中。雖然利用機(jī)械合金化的處理?xiàng)l件，也可以使之均一地分散在Cu中或W粒子中，但是即使在部分地分散在Cu中和/或W粒子中的組織的一部分中的狀態(tài)下，也可以改善作為電火花加工用電極的特性。當(dāng)然，不一定需要與W或Cu形成化合物，在這些粒子分散的狀態(tài)下即足夠。
所以，在本發(fā)明的各電火花加工用電極材料中，從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種粒子最好分散地存在于Cu中。關(guān)于向W粒子中的分散，雖然這些添加元素及添加化合物的至少一種的粒子最好包含于至少一部分的W粒子中，但是不需要包含在全部的W粒子中。另外，對(duì)于各個(gè)W粒子，不需要遍布粒子內(nèi)整體地分散，只要是部分地存在于粒子內(nèi)的一部分中的狀態(tài)，就可以期望特性的改善。
在作為所述必需的添加元素的堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素中，作為容易發(fā)揮粒徑或粒子間距離的微細(xì)化的效果的元素，在堿金屬中有Na、K，在堿土類金屬元素中有Ca、Sr、Ba，在稀土類元素中有Y、Ce、Nd。但是并不限定于這些，功函數(shù)小、陰電性小的元素對(duì)于電極的耐消耗性或加工速度的改善是有效的。特別是，Ba、Nd、Ce、Y、Ca、K及它們的氧化物、氫氧化物十分優(yōu)良。另外，一般來說陰電性小的元素的一方添加的效果大，堿土類金屬元素中，Ba以上的原子量的元素特別有效。
另外，對(duì)于從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種粒子，在減小粒徑或平均粒徑及粒子間距離或平均粒子間距離的同時(shí)，通過將W粒子微細(xì)化，W-Cu合金組織的局部的不均一被進(jìn)一步減輕，可以將電極的耐消耗性進(jìn)一步改善。為此，最好按照使粒徑1μm以下的W粒子達(dá)到全部W粒子的30重量％以上的方式配合。而且，為了獲得微細(xì)的W粒子，除了使用微細(xì)的W粒子的原料粉末的方法以外，所述的機(jī)械合金法特別有效。本發(fā)明的合金類的情況下，雖然在將粉末在500℃以上的溫度下進(jìn)行氫還原而除去水分或有機(jī)溶劑后，在Ar氣氛中進(jìn)行機(jī)械合金化處理，但是氣氛中的氧濃度需要設(shè)為60ppm以下。在其以上時(shí)，在機(jī)械合金化中途產(chǎn)生的粉末之間的凝聚和粉碎的平衡變差，無法獲得良好的微細(xì)組織。
在作為添加元素的堿土類金屬元素或堿金屬元素、稀土類元素等中，有具有妨礙燒結(jié)性的作用的元素。該情況下，最好將有燒結(jié)促進(jìn)效果的Ni取代Cu的一部分(即Ni不包含在所述添加元素中)，添加到合金中。當(dāng)W-Cu合金中的Ni的含量超過10重量％時(shí)，由于Ni會(huì)降低電傳導(dǎo)率，電火花加工特性惡化，因此不夠理想。
在制造本發(fā)明的由W-Cu合金構(gòu)成的電火花加工用電極材料時(shí)，將從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種粉末和含有Cu粉末和/或W粉末的原料粉末像通常那樣混合，或作為更優(yōu)選的混合方法，使用利用共沉淀法的混合方法或用干式強(qiáng)烈混合的機(jī)械合金法。
即，使用如上所述混合的原料粉末，利用下述的通常的燒結(jié)法或熔滲法，就可以制造由W-Cu合金制成的電火花加工用電極材料。在燒結(jié)法的情況下，例如將以30重量％含有平均粒徑1μm以下的粉末的W粉末、平均粒徑1μm的BaO粉末為原料，將它們與Cu粉末混合而形成所需的最終合金組成。在將該混合粉末壓模后，在氫氣氛中在Cu的熔點(diǎn)以上的溫度下加熱燒結(jié)。
另外，在熔滲法的情況下，在進(jìn)行原料的混合時(shí)，不采用最終合金組成，而采用除去了Cu的組成或采用例如W-2～3重量％Cu的組成，將該混合粉末壓模。利用將該壓模體在Cu的熔點(diǎn)以上的溫度下，浸漬在Cu的熔融液體中等手段，在與將Cu浸漬在壓模體中的同時(shí)進(jìn)行燒結(jié)。另外，還有在燒結(jié)了壓模體后，在該燒結(jié)體內(nèi)熔滲Cu的方法等。
作為原料粉末，使用具有0.5～16μm的粒度分布的W粉末、Cu粉末、平均粒徑為1.1μm及3.0μm的BaO粉末，將配合了它們的粉末在粘土干式粉碎機(jī)中混合5小時(shí)。在將所得的混合粉末壓模后，使該壓模體與將純Cu粉末壓模后的材料接觸，在氫氣氛中1200℃下加熱燒結(jié)，同時(shí)熔滲Cu，制作了最終合金組成為W-30重量％Cu-0.77重量％BaO的下述表1中所示的試樣1～3的各W-Cu合金。
與之不同地，使用平均粒徑0.6μm及4.0μm的BaO粉末，為了使粉末更為均一地分散而縮短粒子間距離，除了混合15小時(shí)以外，利用與所述試樣1～3相同的制造條件，制造了W-Cu合金的最終合金組成對(duì)于平均粒徑0.6μm的BaO粉末為W-31重量％Cu-2.4重量％BaO的試樣4、對(duì)于平均粒徑0.4μm的BaO粉末為W-32重量％Cu-4.15重量％BaO的試樣5。另外，在所述W粉末、Cu粉末及平均粒徑0.9μm的BaO粉末中，除了還配合了Ni粉末以外，與所述試樣1～3相同地，制作了最終合金組成為W-30重量％Cu-0.77重量％BaO-1.2重量％Ni的試樣6的W-Cu合金。
另外，作為比較例，除了使用平均粒徑4.4μm的BaO粉末以外，利用與所述試樣1～3相同的條件，制作了最終合金組成相同，為W-30重量％Cu-0.77重量％BaO的試樣7的W-Cu合金。
對(duì)于像這樣制作的試樣1～7的各W-Cu合金，用掃描型電子顯微鏡觀察其剖面，求得BaO粒子的平均粒徑和平均粒子間距離及粒徑1μm以下的W粒子占全部W粒子的比例(重量％)，將所得的結(jié)果表示在下述表1中。另外，使用由試樣1～7的各W-Cu合金制成的電極，實(shí)施了電火花加工特性的評(píng)價(jià)。即，將電極作為陰極，使15×15mm的電極與作為被加工物(工作物)的WC-10～15重量％Co超硬合金以15×5mm的面相面對(duì)，進(jìn)行雕模電火花加工至4mm的深度，評(píng)價(jià)此時(shí)的電極消耗率和加工速度。而且，電極消耗率是將被加工物的加工體積作為分母，將電極的消耗體積作為分子而算出的。另外，加工速度是將被加工物的加工體積以每1分鐘的數(shù)值表示的量。將所得的結(jié)果一并表示在下述表1中。
表1

(注)附加了*的試樣為比較例。試樣6的合金包含Ni。
從所述表1中表示的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，W-Cu合金中所含的BaO粒子的平均粒徑和/或平均粒子間距離越小，則電火花加工特性就越優(yōu)良，特別是電極的耐消耗性越優(yōu)良。與之相反，作為比較例的BaO粒子的平均粒徑大于3μm的試樣7中，電火花加工特性較差，特別是電極的耐消耗性大幅度降低。

與實(shí)施例1相同，使用W粉末和Cu粉末及平均粒徑0.6μm、1.1μm及4.4μm的Nd2O3粉末或CeO2粉末，將配合了它們的粉末用粘土干式粉碎機(jī)混合5小時(shí)或15小時(shí)。其后，與實(shí)施例1相同地，制作W-Cu合金的最終合金組成對(duì)于Nd2O3粉末為W-30重量％Cu-0.7重量％Nd2O3的試樣8、W-30重量％Cu-2.1重量％Nd2O3的試樣9及W-30重量％Cu-0.7重量％Nd2O3的試樣10，另外對(duì)于CeO2粉末制作了W-30重量％Cu-0.67重量％CeO2的試樣11、W-30重量％Cu-2.0重量％CeO2的試樣12及W-30重量％Cu-0.7重量％CeO2的試樣13。
對(duì)于所得的試樣8～13的各W-Cu合金，用掃描型電子顯微鏡觀察其剖面，求得Nd2O3或CeO2的各粒子的平均粒徑和平均粒子間距離及粒徑1μm以下的W粒子占全部W粒子的比例(重量％)，將其結(jié)果表示在下述表2中。另外，使用由試樣8～13的各W-Cu合金制成的電極，與實(shí)施例1相同地進(jìn)行電火花加工特性的評(píng)價(jià)，將其結(jié)果一并表示在下述表2中。
表2

(注)附加了*的試樣為比較例。
從所述表2中表示的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在W-Cu合金中所含的氧化物為Nd2O3或CeO2的情況下，也是其平均粒徑和/或平均粒子間距離越小，則電火花加工特性就越優(yōu)良。另一方面，在氧化物粒子的平均粒徑大于3μm的比較例的試樣10和13中，電極的耐消耗性特別地大幅度降低。
利用與實(shí)施例1相同的方法，制作了最終組成為W-30重量％Cu-0.77重量％BaO的、粒徑3μm以下(對(duì)于試樣17為粒徑1μm以下)的BaO粒子占合金整體比例如下述表3的試樣14～18。另外，取代Ba而使用Sr，同樣地制作了最終組成為W-30重量％Cu-0.77重量％的試樣19。對(duì)于所得的各試樣的W-Cu合金，與實(shí)施例1相同地，求得粒徑3μm以下(試樣17中粒徑1μm以下)的BaO粒子或SrO粒子的占合金整體的比例(重量％)和粒徑1μm以下的W粒子占全部W粒子的比例(重量％)，并且評(píng)價(jià)了電極消耗率和加工速度，將其結(jié)果表示在下述表3中。
表3

(注)附加了*的試樣為比較例。試樣17的BaO粒子為1μm以下。
從所述表3中表示的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在W-Cu合金中所含的BaO粒子或SrO粒子當(dāng)中，粒徑在3μm以下的粒子的比例(重量％)越大，則電火花加工特性就越優(yōu)良。而且，對(duì)于所制作的全部的試樣的W-Cu合金，可以確認(rèn)BaO粒子及SrO粒子被分散中Cu中。
利用與實(shí)施例1相同的方法，制作了最終組成為W-30重量％Cu-0.77重量％BaO的、粒子間距離為20μm以下以及10μm以下的BaO粒子占合金整體比例如下述表4的試樣20～23。而且，試樣22為用機(jī)械合金法制造的粉末。即，試樣22在與實(shí)施例1相同地用粘土干式粉碎機(jī)混合后，將該粉末還原而除去水分或有機(jī)溶劑，再次用粘土干式粉碎機(jī)，在Ar氣氛中氧濃度在56ppm以下的狀態(tài)下，以攪拌機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度200rpm進(jìn)行了60小時(shí)的機(jī)械合金化處理。除此以外，采用了與其他的試樣相同的工序條件。對(duì)于所得的各試樣的W-Cu合金，與實(shí)施例1相同地，求得粒子間距離在20μm以下及10μm以下的BaO粒子的占合金整體的比例(重量％)和粒徑1μm以下的W粒子占全部W粒子的比例(重量％)，并且評(píng)價(jià)了電極消耗率和加工速度，將其結(jié)果表示在下述表4中。
表4

(注)附加了*的試樣為比較例。
從所述表4中表示的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于W-Cu合金中所含的BaO粒子，粒子間距離在20μm以下的粒子的比例(重量％)越大，另外，在10μm以下的粒子的比例(重量％)越大，則電火花加工特性就越優(yōu)良。而且，對(duì)于所制作的全部的試樣的W-Cu合金，可以確認(rèn)BaO粒子被分散中Cu中。
工業(yè)上的利用可能性該本發(fā)明可以被用于電火花加工用電極材料，特別是用于雕模電火花加工中所使用的電極材料中。
需要說明的是本說明書中的“以上、以下”均包括端點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種電火花加工用電極材料，是由40重量％以上的W(1)、15重量％以下的添加元素或其化合物(3)、剩余部分的Cu(2)構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物(3)，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，其粒子的平均粒徑小于3μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子的平均粒徑小于1μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子的平均粒子間距離在10μm以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子存在于Cu(2)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子部分地存在于W(1)粒子中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物為Ba、Nd、Ce、Y、Ca、K或其氧化物、氫氧化物的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述W(1)的粒徑1μm以下的粒子為全部W(1)粒子的30重量％以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花加工用電極材料，其特征是，取代所述Cu(2)的一部分，還包括10重量％以下的Ni。
9.一種電火花加工用電極材料的制造方法，是權(quán)利要求1所述的電火花加工用電極材料的制造方法，其特征是，對(duì)于包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粉末、以及Cu粉末和/或W粉末的原料粉末，使用通過機(jī)械合金化處理的方法、使用微細(xì)的原料粉末的方法、使用共沉淀的方法中的任意一種混合了的原料粉末。
10.一種電火花加工用電極材料，是由40重量％以上的W(1)、15重量％以下的添加元素或其化合物(3)、剩余部分的Cu(2)構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物(3)，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，其粒子的平均粒子間距離在20μm以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子的平均粒徑小于1μm。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子的平均粒子間距離在10μm以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子存在于Cu(2)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子部分地存在于W(1)粒子中。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物為Ba、Nd、Ce、Y、Ca、K或其氧化物、氫氧化物的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述W(1)的粒徑1μm以下的粒子為全部W(1)粒子的30重量％以上。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電火花加工用電極材料，其特征是，取代所述Cu(2)的一部分，還包括10重量％以下的Ni。
18.一種電火花加工用電極材料的制造方法，是權(quán)利要求10所述的電火花加工用電極材料的制造方法，其特征是，對(duì)于包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粉末、以及Cu粉末和/或W粉末的原料粉末，使用通過機(jī)械合金化處理的方法、使用微細(xì)的原料粉末的方法、使用共沉淀的方法的任意一種混合了的原料粉末。
19.一種電火花加工用電極材料，是由40重量％以上的W(1)、15重量％以下的添加元素或其化合物(3)、剩余部分的Cu(2)構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物(3)，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，其粒子的平均粒徑小于3μm，并且平均粒子間距離在20μm以下。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子的平均粒徑小于1μm。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子的平均粒子間距離在10μm以下。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子存在于Cu(2)中。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子部分地存在于W(1)粒子中。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物為Ba、Nd、Ce、Y、Ca、K或其氧化物、氫氧化物的至少一種。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述W(1)的粒徑1μm以下的粒子為全部W(1)粒子的30重量％以上。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電火花加工用電極材料，其特征是，取代所述Cu(2)的一部分，還包括10重量％以下的Ni。
27.一種電火花加工用電極材料的制造方法，是權(quán)利要求19所述的電火花加工用電極材料的制造方法，其特征是，對(duì)于包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粉末、以及Cu粉末和/或W粉末的原料粉末，使用通過機(jī)械合金化處理的方法、使用微細(xì)的原料粉末的方法、使用共沉淀的方法的任意一種混合了的原料粉末。
28.一種電火花加工用電極材料，是由40重量％以上的W(1)、15重量％以下的添加元素或其化合物(3)、剩余部分的Cu(2)構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物(3)，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，以合金整體的0.3重量％以上包含其粒徑在3μm以下的粒子。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電火花加工用電極材料，其特征是，是從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，以合金整體的0.6重量％以上包含其粒徑在3μm以下的粒子。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電火花加工用電極材料，其特征是，是從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，以合金整體的0.3重量％以上包含其粒徑在1μm以下的粒子。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子存在于Cu(2)中。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子部分地存在于W(1)粒子中。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物為Ba、Nd、Ce、Y、Ca、K或其氧化物、氫氧化物的至少一種。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述W(1)的粒徑1μm以下的粒子為全部W(1)粒子的30重量％以上。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電火花加工用電極材料，其特征是，取代所述Cu(2)的一部分，還包括10重量％以下的Ni。
36.一種電火花加工用電極材料的制造方法，是權(quán)利要求28所述的電火花加工用電極材料的制造方法，其特征是，對(duì)于包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粉末、以及Cu粉末和/或W粉末的原料粉末，使用通過機(jī)械合金化處理的方法、使用微細(xì)的原料粉末的方法、使用共沉淀的方法的任意一種混合了的原料粉末。
37.一種電火花加工用電極材料，是由40重量％以上的W(1)、15重量％以下的添加元素或其化合物(3)、剩余部分的Cu(2)構(gòu)成的W-Cu合金，其特征是，作為所述添加元素或其化合物(3)，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，以合金整體的0.3重量％以上包含其粒子間距離在20μm以下的粒子。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電火花加工用電極材料，其特征是，是從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，以合金整體的0.3重量％以上包含其粒子間距離在10μm以下的粒子。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電火花加工用電極材料，其特征是，是從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種，以合金整體的0.7重量％以上包含其粒子間距離在10μm以下的粒子。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子存在于Cu(2)中。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電火花加工用電極材料，其特征是，從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粒子部分地存在于W(1)粒子中。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物為Ba、Nd、Ce、Y、Ca、K或其氧化物、氫氧化物的至少一種。
43.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電火花加工用電極材料，其特征是，所述W(1)的粒徑1μm以下的粒子為全部W(1)粒子的30重量％以上。
44.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電火花加工用電極材料，其特征是，取代所述Cu(2)的一部分，還包括10重量％以下的Ni。
45.一種電火花加工用電極材料的制造方法，是權(quán)利要求37所述的電火花加工用電極材料的制造方法，其特征是，對(duì)于包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物中選擇的至少一種的粉末、以及Cu粉末和/或W粉末的原料粉末，使用通過機(jī)械合金化處理的方法、使用微細(xì)的原料粉末的方法、使用共沉淀的方法的任意一種混合了的原料粉末。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電火花加工用電極材料，是由40重量％以上的W(1)、15重量％以下的添加元素或其化合物(3)、剩余部分的Cu(2)構(gòu)成的W－Cu合金，作為所述添加元素或其化合物(3)，以10重量％以下包括從堿金屬元素、堿土類金屬元素、稀土類元素及這些元素的氧化物、氫氧化物、氮化物、硼化物、硫化物，例如Ba、Nd、Ce的氧化物或氫氧化物，使這些粒子的平均粒徑小于3μm或平均粒子間距離小于20μm。合金中的W(1)粒子最好30％以上粒徑在1μm以下。另外，可以還包括10重量％以下的Ni。根據(jù)本發(fā)明，可以提供與以往相比電極的消耗更少并且加工速度更快、電火花加工特性更優(yōu)良的電火花加工用電極材料。
文檔編號(hào)B23H1/06GK1711366SQ200380102969
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月11日
發(fā)明者上西升, 胡間紀(jì)人, 加藤木英隆, 神谷圣人 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社