JPH03193805A - 金属微粉末の生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高温の溶融状態にある金属あるいは合金の粉
末に高流速のガスジェットを衝突させてその粉末をさら
に微粒化することにより金属あるいは合金の粉末を製造
する方法に関する。

（従来の技術） 粉末冶金法は、偏析が発生し易く加工性の劣悪な材料は
もちろん、一般の金属および合金（本明細書では両者を
含めて「金属」という）材料の成形手段として有効であ
ることは知られているが、そのための出発原料である原
料粉末は微細であることが必要であるにも拘らずそのよ
うな目的に合致する特性を有しかつ工業採算性が成立す
るような粉末材料の供給は困難であった。

一方、いわゆる粉末を使った成形法には各種あるが、最
近では粉末冶金の分野でも、小型の複雑形状部品につい
て大量生産に適すること、製造工程が単純化されて生産
コスト低減に有効であること、成形精度が確保できるこ
となどから、射出成形法が広く行われるようになってき
た。

このように、金属もしくは合金の微粉末（本明細書にあ
っては単に「金属微粉末」という）を用いた射出成形で
は、出発材料として流動性がよくかつ焼結性の良好な粒
径１０〜２０μ−程度の微細でかつ清浄な球形粉末が必
要であるが、特に、合金の清浄微粉末は工業的収率が悪
く非常に高価であることが問題である。

これらの分野に必要な粉末の製造方法としては従来から
次のような方法があるがいづれも十分な結果を与えるも
のではなかった。

（１）ガスアトマイズ法 （２）気相蒸発法 （３）粉砕法 ここに、ガスアトマイズ法は、高温の溶融金属材料を棒
状あるいは板状に流下させてこれにある角度をもって高
流速のガスジェットを噴射・衝突させることにより当該
溶融金属材料を微粒化するとともに冷却する方法であり
、この方法は金属粉末が大量に生産出来ることから今日
最も一般的方法である。

気相蒸発法は、原料の金属を溶解して高温に保ち、発生
した蒸気を冷却・ａｌｌさせる方法であり、一部の合金
を除いては単一の金属にしか適用できない方法である。

また、粉砕法は一般に目的とする粒子径まで微粒化する
ことが困難である。

（発明が解決しようとする課題） 例えばガスアトマイズによって微細粉末を得ようとする
場合、高速度・大流量のガスを噴射するが、複数のガス
ジェットを噴射するためガスジェット同士の衝突によっ
て上向きのガス流れ、いわゆる上吹きを生じて溶湯流れ
が不安定となって溶融金属材料が効果的に微粒化できな
い、あるいは溶融金属材料がガス噴射ノズルに付着して
閉塞するという問題が生じる。

また、気相蒸発法では生産性が低いこと、ならびに粒子
が過度に微細なため酸素含有量が高すぎることが問題で
あった。粉砕法は工業的な大量生産法としては適しない
。

本発明は、上記問題点を解消できる溶融金属材料の微粉
末を得る方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、また、流動性があり焼結性の良好な微細かつ
清浄な粉末を効率的に製造できる方法を提供することを
目的とするものである。

（１１１１１を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明者らは鋭意研究を重ねた
結果、以下のようにして本発明を完成するに至った。

すなわち、アトマイズ法においてガス流速が増大するに
つれ微細化が促進され、かかる溶融金属の微細化は溶融
金属粒表面からの引きちぎれ現象によって起こることに
着目し、溶融金属を予め微細化した形態で供給するとと
もにこの飛翔する溶融金属粒に対し剪断力を作用させて
より一層の微細化を図ることを着想した。

よって、本発明は、溶融状態でガス媒体中を飛翔する金
属あるいは合金の粉末に高速のガスジェットを当該粉末
の飛翔方向とは異なる方向から噴射して衝突させること
により溶融状態にある前述の金属あるいは合金の粉末を
さらに微粒化することを特徴とする金属微粉末の製造方
法である。

また、本発明は、前述の微細金属粉末を製造する方法に
おいて、溶融状態の金属粉末をプラズマ溶射トーチを用
いて供給することをさらに特徴とする金属微細粉末の製
造方法である。

二二に、「異なる方向」七は、溶融状態の金属粉末の速
度、あるいはその相対速度を上げることによりその金属
粉末に剪断力を作用できる方向であれば、いずれであっ
てもよい。しかし、対向方向ではいわゆる吹上が生じる
恐れがあり、また同一方向では装置の大型化が避けられ
ず、好ましくはない。簡便には直角方向から衝突させる
のがよい、−船釣に云えばジェットの噴射方向と金属粉
末の飛翔方向とがなす角度θは３０〜１５０度とすれば
十分である。

（作用） 本発明の構成および作用を説明する。

本発明においては、粉末の形態にある溶融金属材料に高
速の流体ジェットを噴射して衝突させることにより粉末
状の当該溶融金属材料をさらに微細に粉砕しかつ冷却し
て金属微粉末を得るものである。

このとき、金属の出発材料を粉末の溶融状態で高速の流
体ジェット流の場に供給することにより、従来のアトマ
イズ法のように溶融金属材料を円柱状に流下させるかあ
るいは棒状の固体材料を高速回転させて溶滴から粉末を
供給する方法に比べて、粉砕を受ける出発材料サイズを
格段に小さくすることができるため、生成粉末粒子径を
微細にすることができる。

このような溶融金属粒の製造、供給形態は特に制限はさ
れないが、例えばプラズマ溶射トーチにより、あるいは
ガス溶射トーチによって行われる。

実用上からはプラズマ溶射トーチを使った方法が好まし
い。

ガスアトマイズ法によって溶融金属粒を供給するように
してもよいが、その場合には金属粒が溶融状態にある間
に別のガスジェットを衝突させればよい。

しかし、金属粉末材料を溶融状態にするためには、プラ
ズマ溶射用のトーチは、粉末を短時間に高温の溶融状態
でかつ高速で噴射させることが可能であるので本発明の
熔融粉末供給方法に適しているのである。

このように溶融状態の金属材料の粉末をガス媒体中を飛
翔させ、金属粉末に高速のガスジェットを当該粉末の飛
翔方向とは異なる方向から噴射して衝突させることによ
り、ガスジェットと飛翔する粉末との相対速度を増加さ
せて溶融金属粒を効率的にさらに微粒化できる。

このときのガス媒体は静止した雰囲気ガスであっても溶
融金属粉末を同伴したガス流れであってもよい。一方、
これに衝突させるガスジェットの流速は一般にはＬｏｏ
ｍ／ｓｅｃ以上で十分であり、上記金属粉末との量比は
好ましくは金属／ガス重量比−１，０以下である。

なお、ここに云うガスはいずれも不活性ガスが好ましい
が、特に反応による化合物生成を意図する場合には反応
性ガスを使ってもよい。

（実施例） 本発明を第１図に示す実施装置に基づいて説明する。

第１図は本発明方法に基づく溶射トーチを用いた微細粉
末製造装置の概略図である。

第１図において、金属粉末溶射用のプラズマトーチ１に
はプラズマ発生用の電源装置ならびに静ガス供給源ボン
ベ（両者とも図示せず）が接続されているとともに、粉
末の定量供給装置２によってプラズマ溶融させる粉末が
供給される。このときの粒径は一般には１５０〜５０ｍ
である。これらはいずれも慣用のものを使用すればよく
、特定のものに制限されない。

さらに不活性ガスジェットを溶融粉末が飛行する方向と
は異なる方向から噴射するためのノズル３が設けられて
おり、このガス噴射ノズル３から噴射されるガスジェッ
トによって、プラズマフレーム４によって溶融し飛翔す
る粉末をさらに変形・分断して微細粉末を生成する０本
発明によればこのときの粒径は２０〜５−となる。

溶融金属粉末の飛翔方向とガスジェットの噴射方向との
なす角度θは、図示例では９０度である。

プラズマトーチ１およびガス噴射ノズル３は予め不活性
ガスで置換されたタンク容器５に収納されており、生成
した微細粉末は不活性ガス雰囲気下をタンク底部のダク
ト６からガスとともにサイクロン７に導入されてそこで
微細粉末が分離され、さらにバグフィルタ−８でガスに
同伴した更に微細な粉末が分離回収され、ガスは系外に
放出されあるいは回収される。

第１表には第１図に示す装置を使い下記の条件で、本発
明方法に基づく方法でステンレス鋼粉末を製造した結果
を示す。焼結性は焼結温度および焼結体の密度によって
評価し、焼結温度が低いこと、焼結体密度が高いことを
良とした。

これらの結果からも分かるように噴射ガス流速を変える
ことにより粒径をより細かくすることができるのが分か
る。

併せて第１表には実験に供したガスジェットノズルの主
要な諸元を示す。

金属材料組成　　；　　５Ｋ）１５７相当鋼金属粉末平
均径　＝１２５　ミクロンメータ金属材料流量　　：　
　０．５　ｋｇ／分噴射ガスの種類　：　高純度アルゴ
ンガス噴射ガス圧力　　ｓ　　５０　ｋｇ／ｃｍ”第１
表 比較例 第２図は従来方法の１つであるガスアトマイズによる粉
末製造装置の概略図である。第２図で粉末回収タンク１
０の上部にアトマイズノズル１１が設置されている。ア
トマイズノズル１１の中央部には、アトマイズノズル１
１の上方に設置された溶融金属材料１４用の容器１２の
底部に設けられた流下注入用開口１３が設けられており
、この流下注入用開口１３を通って、前記溶融金属材料
１４がアトマイズノズル１１に供給され、粉末となって
前記の粉末回収タンク１０に集められる。粉末とガスと
の分離はサイクロンによって行われる。

第２図に示すような従来のガスアトマイズ法によって微
細粉末を製造しようとする場合、アトマイズノズル１１
に供給するガス圧力を高め、ならびに噴射孔断面積を大
きくしてガス流量を増す等の運転方法の変更を行う。

第２表および第３図には、上述の従来のガスアトマイズ
法で下記の条件によって金属粉末を製造した結果をまと
めて示す。

第２表および第３図に運転条件ならびに運転結果を示す
とおり、ガス圧力ならびにガス流量の増加による１０μ
−程度の微細粉末生成には限界があることが明らかであ
る。

金属材料組成　　：　　５ＫＨ５７相当綱溶融金属材料
温度：　　１６００°Ｃ 噴射ガスの種類　：　高純度アルゴンガス噴射ガス圧力
　　：　　５０〜１００　ｋｇ／ｃｍ”第２表 （発明の効果） 本発明は、以上説明したように構成されているから、吹
上などによる装置損傷等のトラブルを全（発生せず、安
定して溶融金属材料から微細な真球状粉末を生成するこ
とが可能であり、産業上きわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法に使用する微細粉末製造装置の概
略構成図； 第２図は、従来方法であるガスアトマイズ法に用いる粉
末製造装置の概略構成図； 第３図は、ガスアトマイズのガス量比増大と生成粒子径
の関係を示す図である。 ■＝プラズマトーチ　　２；粉末供給装置３：ガス噴射
ノズル　　４：プラズマフレーム５：タンク容器　　　
　６：ダクト ７：サイクロン　　　　８：バグフィルタ−１０７粉末
回収タンク　１１：アトマイズノズル１２：溶融金属材
料容器１３：流下注入用開口１４：溶融金属材料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融状態でガス媒体中を飛翔する金属あるいは合
   金の粉末に高速のガスジェットを当該粉末の飛翔方向と
   は異なる方向から噴射して衝突させることにより溶融状
   態にある前述の金属あるいは合金の粉末をさらに微粒化
   することを特徴とする金属微粉末の製造方法。
2. （２）溶融状態の金属あるいは合金の粉末をプラズマ溶
   射トーチを用いて供給する、請求項１記載の方法。