JPH0142352B2 - - Google Patents

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JPH0142352B2
JPH0142352B2 JP59259917A JP25991784A JPH0142352B2 JP H0142352 B2 JPH0142352 B2 JP H0142352B2 JP 59259917 A JP59259917 A JP 59259917A JP 25991784 A JP25991784 A JP 25991784A JP H0142352 B2 JPH0142352 B2 JP H0142352B2
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JP
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rotor
molten metal
powder
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outer peripheral
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JP59259917A
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Akihisa Inoe
Yoshio Harakawa
Takeshi Masumoto
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TEIKOKU PISUTONRINGU KK
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TEIKOKU PISUTONRINGU KK
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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、遠心噴霧法により溶融金属から直接
粉末を作製するにあたりその溶融金属の粉砕効果
を高め冷却速度を大きくする方法および装置に関
する。
(従来の技術) 金属粉末を溶融金属から直接粉末化する方法と
しては、水噴霧法、ガス噴霧法、真空噴霧法、遠
心噴霧法、ローラ噴霧法、超音波噴霧法などが知
られており、このなかで水噴霧法、ガス噴霧法な
どが工業的規模に使われている。
工業的規模による水噴霧法により作られた粉末
は形状が不規則であるため、充填密度が悪くまた
水噴霧後乾燥、還元などの処理を行なうと水噴霧
時の急冷組織が平衡組織に一部戻つてしまうた
め、急冷組織を得ようとするアモルフアス合金粉
末化などには不適である。一方ガス噴霧法は充填
密度の良い粉末が得られるが、冷却速度が遅く粉
末の粒度も大きい欠点がある。
最近、従来の粉末製造法を改良した方法として
遠心噴霧法が充填密度の向上、粉末粒度が小さい
冷却速度を速くできるといつた点から量産試作さ
れつつある。
従来の遠心噴霧法で知られているロータ形状は
平面形状で銅製のものが多い(Journal of
Metals、January 1981、pp13−18)。その場合
ロータの回転数は20000〜30000rpmといつた高回
転であるのでタービンによる回転法が採用されて
おり複雑な機構で粉末製造装置が構成されてい
る。なお、上記Journal of Metalsには第2図A
の如き粒度分布が示されている。
社団法人粉末粉末冶金協会昭和57年度秋季大会
講演概要集第20〜20貢「回転円錐を用いた金属粉
末の製造法」に記載された回転円錐を用いた金属
粉末の製造法によると、非消耗式電極の下方に順
次るつぼ、タンデイツシユ、回転円錐を配置し、
タンデイシユから落下した溶湯を回転円錐体の遠
心力により粉霧化そしてArとHeの混合ガスによ
り急速冷却して粉末としている。この方法による
と、頂角が90゜、底面直径20mmの黒鉛製円錐を
32000rpmで回転させ、直径100μmの粉末の割合
が最も多いTi−Ni合金粉末が製造されている。
特開昭54−38259号によると、プラスチツク、
コンクリート等に混入してプラスチツク等を強化
する鉄粉の強化作用の向上を図りうる鉄粉を製造
するために、溶鋼を回転体の遠心力により飛散さ
せ、内部冷却された傾斜冷却板に未凝固の状態で
溶鋼を衝突させ、鉄粉を長尺扁平化することが知
られている。
(発明が解決しようとする課題) 従来、球形粉末を製造するために提案された回
転円錐体使用装置では30000rpm程度の回転数で
円錐体を回転させないと、微細な粉末を製造する
ことができない。このような高回転数を得るため
には特殊な回転駆動手段が必要となるために、商
業的に規模で遠心噴霧法を実施することが困難と
なる。
(課題を解決するための手段) 本発明は円錐体外周面形状を下方に向けて次第
に拡開せる軸対称曲線形状とするとともに円錐体
頂角を60゜以下とすることにより、ロータの回転
数が小さくても、ロータの溶融金属衝突部の領域
の乱流化により十分な微細粉末を得るものであ
る。一般に、回転体であるロータの表面の乱流と
層流はレイノルズ数NRe=r2ω/v(r−半径、ω− 角速度、v−粘性)で区別されることは良く知ら
れている。本発明者等の知見によると、円錐体を
軸対称的に回転させ、その表面の乱流域と回転数
との関係をみると、円錐コーンが下方に向けて次
第に拡開する場合は、コーン頂角が小さいとき回
転数が小さくても乱流域の形成域が広がることが
判明した。第3図は、東北大学高速力学研究所報
告1983年発行、(発表者小浜奏昭等)に発表され
た風洞実験結果を示す空気中で回転する円錐体の
頂角とレイノルズ数の関係を表わしたグラフであ
る。本発明は、このようにレイノルズ数が円錐体
の頂角により変化するとの知見に基づいて構成し
たものである。
すなわち、本発明に係る方法は、垂直軸の周り
を回転する軸対称形状ロータの表面に溶融金属流
を衝突させて球形紛末を製造する方法において、
前記ロータの外周面形状を、下方に向けて次第に
拡開する曲線形状とし、かつ前記ロータの頂部を
60゜以下の頂角を有する円錐状としてなるロータ
を3000〜24000rpmで回転させ、該ロータの拡開
外周面上方に配置されたノズルから溶融金属流を
供給することを特徴とする球形金属粉末製造方法
である。
本発明の装置は、垂直軸回りを回転するロータ
の外周面形状を下方に向けて次第に拡開する軸対
称曲線形状に形成し、該拡開外周面上方に溶融金
属供給ノズルを配置した、頂角が60゜以下の円錐
ロータを利用した溶融金属からの球形金属粉末製
造装置である。
以下、具体例に基づき本発明を説明する。
第4図は溶融金属に圧力を負荷する装置を示す
図面であつて、10はArまたはN2ガスのボン
ベ、11は弁、12は圧力及び流量調整用補助物
タンク、13は一定圧力のガスを流す圧力調整用
電磁弁である。この電磁弁13を通してガスは気
密の溶解炉14の頂部から炉内に送入され、そし
てコイル15により溶融されている金属(図示せ
ず)を開孔部15aから下向きに圧送する。
第4図では溶解炉14が底部にノズルを構成す
る開孔部15aを備えているが、溶解炉とノズル
を別個に設けあるいは溶解炉の溶解機能と溶湯保
持機能とを分けて後者の機能をもつタンデイツシ
ユを配設することも可能である。
第1図は本発明装置の主要部を示す図面であつ
て、溶解炉14の開孔部15aの下方にロータ1
6を軸受17により回転されるように配設し、ロ
ータまたは油圧シリンダ等の図示されていない駆
動手段により回転されるシヤフト18が軸受17
により回転され、シヤフト18に固着されたロー
タ16を回転させるように構成されている。
ロータ16は、シヤフト18内に設けられた水
流路より供給される水により冷却されるように中
空冷却部を備えていてもよく、あるいは特に冷却
のための中空部を備えていなくともよい。
なお、シヤフト18は軸受17のメカニカルシ
ールに対して高速摺動するので、熱劣化を防ぐた
めにメカニカルシールの水冷を行なうことが望ま
しい。特に、多量の溶湯を連続的に粉化するとロ
ータ表面およびメカニカルシールのかなりの昇温
が起こるので、水冷によつてロータ表面温度約
300℃以下、メカニカルシール部約150℃以下の温
度を保つ必要がある。
ロータ16の低速回転によつてロータ表面に乱
流を発生させるためにはロータ16の頂角が60℃
以下であることが必要であり、一方、ロータの頂
角が15゜未満であるとロータが構造的に弱くなる。
よつてロータの頂角は15゜〜60゜の範囲が好まし
く、さらに好ましくは45゜とする。
ロータ16の表面輪郭は、第5図に示す如く次
第に拡開する曲線であり、例えば円弧(r=R/
2、但し、rはロータ表面の円弧の半径、Rはロ
ータの直径)、特に楕円の一部が望ましい。
ロータ16の表面に溶融金属を吹付けるための
圧力は、ノズルの閉塞を防止するとともにロータ
16による冷却効果を高めるためのものであつ
て、溶融金属の粘性に依存するが、一般に0.5
Kg/cm2以上の圧力が必要である。但しこの圧力が
4Kg/cm2を越えるとタンデイツシユまたは溶解炉
の保守上の問題が生じる。
上述の頂角15゜〜16゜の範囲ではレイノルズ数Re
が約0.1〜約0.8×105(第3図)となる。
また、溶融金属の粘性(v)は一般に鉄系合金
の場合は2〜8×10-3Pa・S範囲であるとする
ことができる。この場合、乱流を発生させるため
の角速度(ω)は100π〜500π・rad/s以上とな
る。ここで遠心噴霧に通常用いられる溶湯流を衝
突させるための十分の半径を有するロータの半径
40−60mmにおいては、ロータの回転速度が3000−
24000rpm、好ましくは12000−24000rpmで乱流
を発生させるのに十分な角速度が得られる。
本発明のさらに好ましい態様によると、衝撃粉
砕効果を高めるためにロータ表面を乱流とするた
めロータ形状を円錐状とし、しかもその少なくと
も溶湯衝突面には凸起を加えることにより衝撃を
高め、適度な粒度を有する粉末を作製する。ロー
タ表面に形成される凸起は、第6図に模式的に示
すように凸部16aと凹部16bを利用してロー
タ16表面との溶湯20の衝突頻度を高めること
によつて、衝突による溶湯20の冷却と分断・微細
化を促進し、一層の低速回転で粉末を製造するた
めに、ロータ16表面に形成されるものである。
ここで凹凸の間隔が狭すぎると溶湯が凹部16b
に詰まるおそれが生じる。また凹凸の間隔が大き
すぎると衝突頻度増大の効果がない。よつて、一
般に、凹凸の高さは0.5〜5mm、また凸部16a
および凹部16bの幅が0.5〜0.3mmとすることが
好ましい。
上記凸起をロータ上に配列する方法としてはす
第7図および第8図に示すように、ロータ16表
面の任意の扇形領域に半径方向に凹凸を延在させ
ることができる(第7図には凸起の凸部を線で示
している)。なお、ロータ16の全表面に凸起を
形成してよいことは勿論である。
(作用) 一般に遠心噴霧法ではロータの回転数が不足す
ると溶湯は粉化せず片状になり、粉化のためには
臨界的回転数が必要になる。この臨界回転数以上
では溶融に加えられる遠心力により溶湯は分断粉
化される。
本発明によりロータの頂角を限定することと、
ロータ表面の形状を次第に拡開したものとして半
径Rを大にして、レイノルズ数をロータの下部で
大きくすること、の両者の作用によつてロータ表
面に乱流が発生し易くなるために、溶湯の分断粉
化は遠心力と乱流の作用下に行なわれるようにな
る。すなわち遠心力の作用下で分断された溶湯粒
はさらに乱流により細粒化される。
(実施例) 以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
実施例 1 第1図に示された装置において、直径10mm、長
さ300mmの石英管の先端に形成された内径約0.5mm
φの丸穴ノズルから溶解温度1200℃の溶湯を0.7
Kg/cm2の圧力で噴射し、ノズル下30mmの位置にセ
ツトした直径140mm、頂角30゜、表面輪郭が円形の
鋼(SS41)製円錐ロータの回転盤に吹きつけた。
この際、円錐ロータは6000回転/分で回転させ
た。円錐体の周囲雰囲気は不活性ガスとして粉体
を酸化から保護したが、特にガスによつて粉体を
冷却することはしなかつた。この条件下で
Ni75Si8B17の合金を噴射したところ第2図Bの粒
度分布の粉末を得た。
実施例 2 第1図に示された装置において実施例1の鋼製
ロータを頂角60゜のものに変えて、第9図に示す
如くスリツト長さL約10mmスリツト幅w0.5mmの
ノズルから1200℃の溶湯を4.0Kg/cm2で噴射し、
その下30m/mの位置にセツトした鋼製円錐ロー
タを9600回転数/分により粉砕冷却を行なつた。
円錐ロータの表面には幅および高さ1.0mmの凹凸
部を設けた。この条件で(Fe37.5Ni37.575Si10B15
を粉末化したところ、球形の粉末が得られた。
比較例 1 第1図において実施例1の鋼製ロータを頂角
90゜のものに変えて0.5mm径のノズルから1200℃の
溶湯を4.0Kg/cm2の圧力で噴射しその下30m/m
の位置にセツトした鋼製円錐ロータを6000回転/
分により粉砕、冷却を行なつた。この条件下で
(Fe37.5Ni37.575Si10B15を適用したところ、リボン
形状の片が得られ粉末とならなかつた。
(発明の効果) 本発明の粉末作製方法によれば従来の遠心噴霧
法と比較して低速ロータでも良好な粒度分布の粉
末が得られる。
さらに、非晶質合金組成の溶湯を急冷すると超
急冷効果によりガラス質粉末が得られる。
また、本発明の装置で使用されるロータを駆動
するモータ等は低速回転で運転されるから、回転
摺動部が劣化が少なく、さらに水冷を使用する場
合水をシールする水密摺動構造の保守等にも問題
が生じない。
加えて、特にロータ表面に突起を形成すると溶
湯の冷却が強化されるから、He、Ar等による冷
却効果を軽減し、He、Ar等の使用量削減に伴つ
てコストダウンを図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る装置の一具体例を示す図
面、第2図は粒度分布を示すグラフ(Aは従来の
粉末、Bは本発明に係る方法により製造された粉
末)、第3図はロータの頂角と臨界レイノルズ数
の関係を表わすグラフ、第4図は本発明に係る装
置の加圧ガス系統を示す図面、第5図はロータの
頂角Rを示す図面、第6図はロータ表面の突起を
示す模式的拡大図、第7図は突起を形成したロー
タの正面図、第8図は第7図の部分拡大図、第9
図はノズルの形状の平面図である。 10……ボンベ、11……弁、13……電気
弁、14……溶解炉、16……ロータ、17……
軸受け。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 垂直軸の周りを回転する軸対称形状ロータの
    表面に溶融金属流を衝突させて球形粉末を製造す
    る方法において、 前記ロータの外周面形状を、下方に向けて次第
    に拡開する曲線形状とし、かつ前記ロータの頂部
    を60゜以下の頂角を有する円錐状としてなるロー
    タを3000〜24000rpmで回転させ、該ロータの拡
    開外周面上方に配置されたノズルから溶融金属流
    を供給することを特徴とする球形金属粉末製造方
    法。 2 垂直軸回りを回転するロータの外周面形状を
    下方に向けて次第に拡開する軸対称曲線形状に形
    成し、該拡開外周面上方に溶融金属供給ノズルを
    配置した、頂角が60゜以下の円錐ロータを利用し
    た溶融金属からの球形金属粉末製造装置。
JP25991784A 1984-12-11 1984-12-11 球形金属粉末の製造方法および装置 Granted JPS61139606A (ja)

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KR100719452B1 (ko) 2005-06-07 2007-05-17 (주)덕산테코피아 무연솔더크림용 금속분말 제조방법과 장치 및 그 금속분말

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