研究課題
本研究では、超硬合金（炭化タングステンWCとコバルトCoを主成分とした硬質の焼結材料）の高速高精度な加工方法として、電解加工を併用した研削加工（以下、電解複合研削と呼ぶ）の開発を行った。電解作用によりCoを溶出させ、脆弱化した超硬合金を絶縁性の砥粒で削り取ることを目指した。３次元の形状加工に適用できるように、回転工具である電着砥石を工具として用いた。まず、電解作用による加工面の反応について調べた。超硬合金の成分であるCoをイオン化して溶出させる反応がはじめに起き、それに続いて、WCの酸化の反応が起きることがわかった。すなわち、電解複合研削では、電解の電荷をCoの溶出に集中的に使用することができ、Coを溶出させた直後に効率よく超硬合金のWCを除去加工が可能であることがわかった。実際の加工試験において、電解のありなしで加工の負荷を比較し、電解作用を用いた場合に、加工負荷を低減できることを示した。さらに、加工屑を分析し、加工屑中にWCとCのみが存在し、CoとWO3（酸化タングステン）が存在しないことを示し、Coを電解作用により溶出し、残ったWCを研削により除去するという加工原理を確認することができた。また、電解の作用を強くするほど、加工負荷を低減できることを示した。ただし、放電が発生するような条件にすると、負荷を低減することができなくなり、適切な電解条件があることもわかった。電解加工の問題として、クロムを含む材料を電解加工したときに六価クロムが生成されることがよく取り上げられる。六価クロムは人体にも環境にも有害であり、その対策が必要である。本研究では、電解加工時に六価クロムの生成を抑える方法についても検討した。Fe2+イオンを電解液中に供給することにより、Fe2+イオンがFe3+イオンに変化する反応を利用して、Cr3+イオンが六価クロムに変化する反応を抑えることができた。
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