JPH0344409A - 球状・微細な金属粉末の生成方法および装置 - 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、球状の微細な金属粉末の生成方法および装置
に関する。さらに詳しくは、本発明は、高温の溶融金属
材料を棒状あるいは板状の溶融金属流として流下させ、
これに高流速のガスジェットを噴射・衝突させて微細化
することを特徴とする、球状・微細な金属粉末の生成方
法および装置に関する。

（従来の技術） ガスアトマイズ法は、高温の溶融金属材料を棒状あるい
は板状の溶融金属流として流下させ、この溶融金属流に
ある角度で高流速のガスジェットをアトマイズノズルよ
り噴射・衝突させることにより前記溶融金属流を微粒化
するとともに冷却することにより、球状・微細な金属粉
末を大量に生産する方法である。

このガスアトマイズ法を実施するためのガスアトマイズ
装置においては、真空雰囲気で溶解を行うための便宜上
、アトマイズノズルとアトマイズタンクとを、真空仕様
のシール弁で仕切ることが広く行われているため、アト
マイズノズルから噴射されたガスならびに噴霧された溶
融金属材料は比較的小口径の筒部材を通過してから、こ
の部材の下方に設けられたアトマイズタンクに流入する
構成となっている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このガスアトマイズ法を実施するために使用
するアトマイズノズルとして、多数の独立の噴射孔を１
つの焦点に向けて配向させたペンシル型と称されるもの
（例えば特開昭４９−４１２５７号公報）がある。この
形式のアトマイズノズルは、溶融金属流の微粒化をさら
に促進させる能力に優れているが、この形式のアトマイ
ズノズルを用いた場合、ガスジェットの噴射によって誘
起されて発生する吸引ガスは前記アトマイズノズルの下
部付近では噴射されたガスジェットの流れと逆向きであ
る上向きのガス流れとなって、噴射されたガスジェット
と溶融金属流との衝突部、すなわち溶融金属流の微細化
部の近傍付近で衝突してしまうため、前記ガスジェット
が不安定となってしまい、溶融金属流を効果的に微細化
できないという問題が生じている。

また、更に別の問題点として、ガスジェットに誘引され
た周囲のガス流内に溶融金属流から生成した微粉末が多
量に混入して、当該周囲のガス流がガスジェットに吸引
されて溶融金属材料に衝突するため、新たに生成する溶
融状態の粉末表面に前記微粉末が付着、一体化してしま
へい、球状の粉末が得られないことがある。

さらに、ガスアトマイズ法に使用する前記方法とは異な
る１つの手段として、円環状ノズルを使用してガスジェ
ットを噴射する方法（例えば特公昭５２−１９１８１号
公報）があるが、この形式のアトマイズノズルにおいて
も、ガスジェットの噴射によって誘起される吸引ガスは
おもに上向きのガス流れとなって、溶融金属流の微細化
部の近傍で衝突するため、やはりガスジェットが不安定
となるため、前述の他の方法と同様に溶融金属材料を効
果的に微粒化できないこと、ならびに球状の粉末が得ら
れないことという問題がある。

すなわち、従来の手段には、 （ｉ）アトマイズ法によって溶融金属材料から金属粉末
を生成しようとする場合において、ガスシェアドの噴射
によって誘起される吸引ガスはおもに上向きのガス流れ
となって、溶融金属流の微細化部の近傍で衝突するため
、ガスジェットが不安定となって溶融金属材料を効果的
に微細化できない、および （ｉｉ　）更に別の問題点として、ガスジェットに誘引
された周囲流体内に溶融金属材料から生成した微粉末が
混入し、当該周囲流体がガスジェットに吸引されて溶融
金属材料に衝突するため、新たに生成する溶融状態の粉
末表面に前記微粉末が付着、一体化してしまうため、球
状の粉末が得られない という大きな問題があり、その解決が望まれていたので
ある。

ここに、本発明の目的は、上記課題を解消することがで
きる、球状・微細な金属粉末の生成方法および装置を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討を重
ねて、本発明を完成するに至った。

ここに、本発明の要旨とするところは、流下する溶融金
属流にアトマイズノズルからガスジェットを噴射して衝
突させることにより前記溶融金属流を微細化して球状・
微細な金属粉末を生成させる方法であって、前記アトマ
イズノズルの下流側に、前記溶融金属流をその中心とす
る二重の筒状部材を配置しておき、前記ガスジェットと
微細化された溶融金属流とは、内側の筒状部材内を通過
させるとともに、ガスジェットの噴射によって誘起され
る吸引ガスは外側の環状部分を通過させることを特徴と
する、球状・微細な金属粉末の生成方法である。

また、上記の本発明において、さらに （ｉ）内側の筒状部材の内直径は、アトマイズノズルの
ガス噴射孔を結んで形成される円形の直径あるいは楕円
形の長円径の５倍以上の長さであること、 （ｉｉ　）前記環状部分の断面積が内側の筒状部材の断
面積の２５％以上であること の１以上の条件を満足することが好適である。

また、別の面からは、流下する溶融金属流にアトマイズ
ノズルからガスジェットを噴射して衝突させることによ
る球状・微細な金属粉末の生成装置であって、 （ｉ）流下する前記溶融金属流の流下注入用開口を少な
くとも１つ有するアトマイズノズルと、（ｉｉ　）前記
開口より流下注入せしめられる溶融金属流の周囲から、
当該溶融金属流に対して角度をもって前記アトマ“イズ
ノズルに複数設けられた、ガスジェット用噴射孔と、 （ｉｉｉ）前記アトマイズノズルの下方に、前記溶融金
属流をその中心として設けられた二重の筒状部材と、 （ｉｖ）前記筒状部材の下方に設けられたアトマイズタ
ンクと を有することを特徴とする球状・微細な金属粉末の生成
装置である。

（作用） 以下、本発明を作用効果とともに詳述する。

本発明は、流下する溶融金属流にアトマイズノズルから
高速の流体ジェットを噴射して衝突させることにより、
当該溶融金属材料を微細化する方法であって、さらに詳
しくは、前記流下する溶融金属材料の周囲から溶融金属
材料に対してガスジェットを噴射衝突させることによっ
て当該溶融金属材料を微細化しかつ冷却して金属粉末を
得る方法を改善した方法である。

このガスジェットの噴射の際に、ガスジェットを、流下
する溶融金属流を取り囲むように配置して、溶融金属流
の１つの焦点に噴射すると、ガスジェットの吸引作用に
よって、ガスジェットで囲まれる、円錐状の溶融金属材
料が流下する空間を含んだ領域が前記ガスジェットの外
側領域に比べて低圧となることにより、ガスジェットの
内側領域へガスジェットの周囲領域からガスが吸引され
、この吸引されるガスがガスジェットと衝突してしまう
。この衝突を回避してガスジェットの安定性を向上させ
るため、本発明においては噴射ガスジェットと吸引され
るガスのそれぞれの流路を二重の筒状部材を用いること
により分割するのである。

すなわち、噴射されたガスジェットは溶融金属流の中心
をめがけて進行し、ガスジェットの収束する点、すなわ
ち前述の焦点から下流ではほぼ鉛直下方向に進行する。

これに対してガスジェットにより吸引されるガス流は噴
射ガスジェットの周囲から吸引される。

したがって、本発明においては、アトマイズノズルの下
方に、溶融金属流の進行方向をその内部の筒状部材に包
含する二重の筒状部材を配置する。

そして、この二重の筒状部材の内側の筒状部材内を噴射
されたガスジェットと、微細化された溶融金属流とが通
過し、主に、外側および内側の筒状部材の間の環状部分
を吸引されたガスが通過するように、前記二重の筒状部
材を配置することによリ、前述の焦点の近傍におけるガ
スの衝突を低減若しくは防止するのである。つまり、噴
射されたガスジェット流と衝突する吸引ガス流の全部ま
たは一部は、前記環状部分を通過するため、ガスジェッ
ト流は安定して、溶融金属流は確実に微細化されるので
ある。

なお、本発明において、「筒状部材」とは、通常の場合
は、円筒部材が想定されるが、特にこれに限定されるも
のではなく、前述のように、噴射されたガスジェットお
よび溶融金属流と吸引されるガスとを分離できる筒状部
材であればよい。

さらに、吸引されたガスは、その全てが前記環状部分を
通過する必要はなく、一部であってもよい。

ところで、このような筒状体の寸法、設置位置等には、
溶融金属流の球状化・微細化の促進という観点から、好
適な範囲があるため、以下、この好適な条件について詳
述する。

まず、本発明において、二重の筒状部材の内側の筒状部
材の内直径が、アトマイズノズルのガス噴射孔を結んで
形成される円形の直径あるいは楕円形の長円径の５倍以
上であることが望ましい。

すなわち、この範囲を望ましいとしたのは、安定したガ
スジェット噴射状態がこの範囲で得られるからである。

さらに、二重の筒状部材の環状部分の断面積は内側の筒
状部材の断面積の２５％以上であることが望ましい、す
なわち、吸引されたガスの通過経路を広くして、環状部
分を吸引ガスが通過することを確実にすることにより、
粉化点の近傍におけるガスの衝突を防止して、安定した
噴霧を実現するためである。

これらの好適条件は、本発明においては、１つまたは２
つ以上組み合わせて用いることができる。

このようにして、本発明により、確実に、球状・微細な
金属粉末を得ることができる。

さらに、本発明を第１図および第２図に示す実施例に基
づいて説明するが、これは本発明の例示であり、これに
より本発明が限定されるものではない。

実施例 第１図および第２図は本発明方法による実施例の概略図
である。第２図で６は粉末回収タンク（アトマイズタン
ク）であって、該粉末回収タンク６の上部にアトマイズ
ノズル１が設置されている。アトマイズタンク６とアト
マイズノズル１とは真空ダンパー４１および可動の真空
ダンパー弁体４２によって仕切られている・、このアト
マイズノズルｌの中央部には、アトマイズノズル１の上
方に設置された溶融金属材料容器５の底部に設けられた
流下注入用開口８が設けられており　（第１図参照）、
この流下注入用開口８を通って前記溶融金属材料がアト
マイズノズル１に供給され、粉末となって前記の粉末回
収タンク６に集められる構造となっている。第２図にお
いて筒状部材３は略式で示しである。詳細は第１図に示
す通りである。

アトマイズノズル１の前記流下注入用開口８の周囲に環
状に配置されたガスジェットの噴射孔９があり、これら
噴射孔９は流下注入用開口８を通って流下してくる溶融
金属材料１０に対して所用の交差角を有するようにして
設置され、例えば高圧窒素ガスなどを前記溶融金属材料
１０に向けて噴射衝突させ、粉化して粉末とするもので
ある。

このガスジェットを噴射する噴射孔９の形状は何等限定
されるものではないが、前記環状のスリットのばか多数
の独立した噴射孔を流下注入用開口８の廻りに配置した
ものも同様に用いることができる。

そして、アトマイズノズル１のガス噴射側（アトマイズ
タンク６の直上）に、溶融金属材料の流下注入用開口８
の中心線（第１図におけるＡ−ＡｖＡ）を中心として、
内側の筒状部材３１とその外側の筒状部材３２とからな
る二重の筒状部材３を配置する。そして、当該二重の筒
状部材３の内側の筒状部材３１の内直径が、アトマイズ
ノズルｌのガス噴射孔を結んで形成される円形の直径あ
るいは楕円形の長円径の５倍以上であり、かつ当該二重
の筒状部材の環状部分（第１図における３３）の断面積
が内側の筒状部材３１の断面積の２５％以上（本実施例
においては、４２％および１７８％である）であるよう
な二重の筒状部材３を配置した。

第３図ないし第５図および第１表には、上記の条件で、
本発明にかかる方法、装置、ならびに従来の手段を用い
てステンレス鋼粉末を製造した結果を示す。従来例とし
て一重円筒体を設けた例を示す。

なお、第２表には実験に供したアトマイズノズルの主要
な諸元を示す。

また、下記に溶融金属材料、アトマイズガスの条件を示
す。

溶融金属材料組成　ＳＯ５３０１１相当鋼温度　１６０
０　’Ｃ 流量　１０ｋｇ／分 噴射ガスの種類　　　高純度アルゴンガス〃　圧力　　
　　５０ｋｇｆ／ｃｍ” 第 表 第１表において、本発明法１〜４はいずれも、本発明の
構成要件を満たすものであり、アトマイズ状況は良好で
あり、微細な粉末が生成されている。

これに対して、比較法は内側筒状部材の内直径がアトマ
イズノズルのガス噴射孔を結んで形成される円形の直径
の５倍未満（１２０／３０＝　４倍）であるため、？′
８滴が筒状部材に付着堆積し、閉塞に至っている。

また、従来法においては、粗粒が多く生威されている。

第３図にガス噴霧の安定性と二重の筒状部材の内側の筒
状部材の直径およびガス噴射孔設置円径の比との関係を
示す。第３図から明らかなように、安定な噴霧状態を生
威し内側の筒状部材への粉末の沈着を防止するためには
、内側の筒状部材の内直径がアトマイズノズルのガス噴
射孔を結んで形成される円形の直径あるいは楕円形の長
円径の５倍以上の大きさであることが望ましい。

また第４図にガス噴霧の安定性と二重の筒状部材の長さ
との関係を示す、第４図から明らかなように、安定な噴
霧状態を生成し内側の筒状部材への粉末の沈着を防止す
るためには、二重の筒状部材の長さが、噴射したガスジ
ェットが直進すると仮定した場合にガスジェットと内側
円筒が交点を有さない範囲の長さであること、すなわち
二重の筒状部材の長さは、ガスジェットの噴射方向と内
側の筒状部材とが交点を有さない範囲であることが望ま
しい。筒状部材がこの長さを越える場合には、内側の筒
状部材内に粉末の沈着が発生し、甚だしい場合には閉塞
に至る場合があるからである。

さらに、第５図に生成された粉末の平均径と、二重の筒
状部材の環状部分の断面積の内側の筒状部材の断面積に
対する割合との関係を示す。第５図から明らかなように
、安定な噴霧状態を生成し微細粉末を生成するためには
、当該二重の筒状部材の環状部分の断面積が内側の筒状
部材の断面積の２５％以上であることが望ましい。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明により、吹上などによる装
置損傷等のトラブルを全く発生せずに、安定して溶融金
属材料から微細な真球状の金属粉末を大量に生成するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における、アトマイズノズルと二重の
筒状部材との位置関係を示す縦断面図；第２図は、本発
明にかかる、球状・微細な金属わ）末の生成装置の概略
横戒図； 第３図は、ガス噴霧の安定性と二重の筒状部材の内側の
筒状部材の直径およびガス噴霧孔設置円径の比との関係
を示すグラフ； 第４図は、ガス噴霧の安定性と二重の筒状部材の長さと
の関係を示すグラフ：および。 第５図は、生成された粉末の平均径と、二重の筒状部材
の環状部分の断面積の内側の筒状部材の断面積に対する
割合との関係である。 １：　アトマイズノズル ２：　溶融金属材料供給ノズル ３：　二重の筒状部材 ３１：　　内側の筒状部材 ３２：　　外側の筒状部材 ３３：　　環状部分 ４１　： ４２　： ５　： ６　ニ ア　： ８　： ９　： １０　： １１　： 真空ダンパー 真空ダンパー弁体 溶融金属材料容器 アトマイズタンク サイクロン 流下注入用開口 噴射孔 溶融金属材料 ガスジェット （可動〉

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）流下する溶融金属流にアトマイズノズルからガス
   ジェットを噴射して衝突させることにより前記溶融金属
   流を微細化して球状・微細な金属粉末を生成させる方法
   であって、前記アトマイズノズルの下流側に、前記溶融
   金属流をその中心とする二重の筒状部材を配置しておき
   、前記ガスジェットと微細化された溶融金属流とは、内
   側の筒状部材内を通過させるとともに、ガスジェットの
   噴射によって誘起される吸引ガスは外側の環状部分を通
   過させることを特徴とする、球状・微細な金属粉末の生
   成方法。
2. （２）請求項１記載の球状・微細な金属粉末の生成方法
   において、さらに、 （ｉ）内側の筒状部材の内直径は、アトマイズノズルの
   ガス噴射孔を結んで形成される円形の直径あるいは楕円
   形の長円径の５倍以上の長さであること、 （ｉｉ）前記環状部分の断面積が内側の筒状部材の断面
   積の２５％以上であること の１以上の条件を満足することを特徴とする球状・微細
   な金属粉末の生成方法。
3. （３）流下する溶融金属流にアトマイズノズルからガス
   ジェットを噴射して衝突させることによる球状・微細な
   金属粉末の生成装置であって、 （ｉ）流下する前記溶融金属流の流下注入用開口を少な
   くとも１つ有するアトマイズノズルと、 （ｉｉ）前記開口より流下注入せしめられる溶融金属流
   の周囲から、当該溶融金属流に対して角度をもって前記
   アトマイズノズルに複数設けられたガスジェット用噴射
   孔と、 （ｉｉｉ）前記アトマイズノズルの下方に、前記溶融金
   属流をその中心として設けられた二重の筒状部材と、 （ｉｖ）前記筒状部材の下方に設けられたアトマイズタ
   ンクと を有することを特徴とする球状・微細な金属粉末の生成
   装置。