JPH04210409A - 金属または合金微粉末の製造方法 - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］本発明は、高温の溶融状態にある
金属ないしは合金材料流に高流速のガスあるいは液体の
噴射流体を衝突させて金属ないしは合金材料を微細化し
て微粉末を得るいわゆるアトマイズ方法の改良に関する
。 ［０００２］ 【従来の技術】金属微粉末を用いた射出成形では流動性
かつ焼結性の良好な粒径１０〜２０１Ｉ１１程度の微細
でかつ清浄な球状粉末が必要である。 ［０００３］また溶解鋳造によった製品の製造では偏析
が発生し易く加工性の劣悪な材料についても粉末冶金法
を使えば良好に成形できる場合の多いことが分かってき
ている。 ［０００４］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った。 ［０００５］アトマイズ法は、高温の溶融金属材料を棒
状あるいはシート状に流下させてこれにある角度をもっ
て高流速の流体を噴射・衝突させることにより当該溶融
金属材料を微細化するとともに冷却することにより金属
粉末を大量に生産できる方法である。使用する流体の種
類によってガスアトマイズ法および液体アトマイズ法と
呼ばれることもある。 ［０００６］また、別の方法として溶融状態の金属材料
に溶解度が液相状態と固相状態とで著しく異なる気体、
具体的には水素、−酸化炭素あるいは窒素を液相状態で
大量に溶解しておきこれを常温のタンクに吹き上げるか
、あるいはアトマイズしてガスが放出される作用で金属
材料を微粉化する方法が知られている。 ［０００７］これらの改良法として、特開平２−１９８
６２０号公報には、逆円錐状膜状流体流れの中に微粉化
しようとする溶融体流を複数本の流れとして供給し、ア
トマイズすることが記載されている。この技術では、溶
融体流を１カ所に集中させず、分散させることによって
粉砕場所での蒸気発生量を減らし、かつその蒸気を下方
に持ち去らせるようにしている。 ［０００８］

【発明が解決しようとする課題】ところが、粒径１ｏ〜
２０μｍ以下程度の微細でかつ清浄な金属球形粉末、特
に合金の清浄微粉末は工業的収率が悪いため、非常に高
価であった。 ［０００９］また粉末冶金法の場合も、原料粉末は微細
であることが必要であるにも拘わらず、従来は工業採算
性が成立するような粉末材料の供給は困難であった。 ［００１０１さらに、ガスアトマイズ法ないしは液体ア
トマイズ法によって微細粉末を得ようとする場合、高速
度・大流量の流体を噴射するが、流体の噴射によって上
向きの流体流を生じて溶湯流が不安定となり、溶融金属
材料が効果的に微粒化できなかったり、あるいは溶湯金
属材料が流体噴射ノズルに付着して閉塞するという問題
が生じることがあった。 ［００１１１そして前記公知技術では、アトマイズされ
る部分において大量の蒸気が発生するのを分散させるた
め、溶融体流を分割させているが、溶融体流の分割を多
数の細いノズルに通すことによって行うため、ノズルが
閉塞し易く確実に微粉末の製造を行う上で問題があった
。

【００１−２］本発明は、前記した公知技術における問
題点をＭ消し、アトマイズ法によって安価かつ大量に金
属ないしは合金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。 ［００１３］ 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、微粉砕すべき溶融
流体流と噴射流体流の双方をシート状として接触させる
ことが得られる粉末の微細化と整粒化に有効なことを知
見し、本発明を完成するに至った。 ［００１４］すなわち本発明は、アトマイズ法により、
金属または合金の粉末を製造するにあたり、溶融金属材
料流を微細化する噴射流体の流れがシート状で交差する
ように好ましくは対称位置にある複数の噴射孔から噴射
すると共に、前記シート状の噴射流体の長く伸びた交差
領域へ、前記溶融金属材料を予めシート状に形成して供
給することよりなる微粉末を製造する方法に係る。 ［００１５］また、本発明によれば、溶融金属材料流を
シート状に形成するため電磁石を溶融金属材料供給管で
ある溶湯管の廻りに配して磁界をかけ該溶湯の形状をシ
ート状に制御しながらシート状に噴出して互いに交差す
る噴射流体によって粉砕することにより微粉末を製造す
る方法がより効果的である。 ［００１６］

【作用】本発明の構成と作用を説明する。本発明による
微粉末の製造は、基本的にはアトマイズ法である。 ［００１，７］アトマイズ法によって合金微粉末を製造
するとき原料溶湯のサイズ（例えば溶湯流の直径）が小
さい程生成する粉末径は小さい。アトマイズ法によって
生成する粉末の平均粒子径についてはルバンスカが報告
した実験式がよく適合するが、この関係式によれば、溶
湯流の径の平方根に比例して粉末粒子径は減少する。 ［００１８］また粉末の生産性を向上し、同時に溶湯の
低温化に伴うノズルでの固化閉塞を防ぎつつ、溶湯の径
を減少させる方法としては、溶湯をシート状にしこれと
複数の噴射流体との交線とが一致するよう噴射流体を噴
射することが適している。溶湯をシート状に流下させる
には溶融金属の表面張力が大きいことがら溶湯出口を長
方形にすることのみでは不十分てあり、磁石による磁界
作用によって溶融金属流をシー１〜状化する磁力を併用
することが有効である。 ［００１９１本発明では前記アトマイズ法を利用するも
ので、図１にその概念を示すように、微粉砕しようとす
る原料溶湯１０を磁界によりシート状に形成し、これを
噴射流体の流れ１２の交線１８で示される長く伸びた交
差領域に供給する。 ［００２０１通常用いられるノズルから流下する円柱状
溶湯流においては、噴射流体の作用が表面と内部とで差
があり、溶湯流の内部は噴射流体があまり作用せず、溶
湯流が変形しにくいために相対的に粗粒が生成し、目的
とする微粉末の収率が低いこと、ならびに粉末の粒度範
囲が広く分布する結果となる。これに対して、本発明に
よれば溶湯流をシート状にして供給することにより、溶
湯を変形・分裂させる噴射流体が溶湯全体に対し均一に
作用する。シート状溶湯の幅は噴射流体のシート状幅よ
りわずかに狭い位が良いが、十分に噴射流体によりアト
マイズされるものであれば特に制限はない。ここで溶湯
用のノズル形状は、スリットノズルを用いてもよいが余
り狭いスリット幅では細管の場合と同様に閉塞の問題が
生じる恐れがあるため、例えばノズル形状は孔型とし、
その周囲に設けた電磁石のいわゆるピンチ作用を利用し
てシート状に成形してもよい。 ［００２１３さらに、噴射流体をシート状に噴射する噴
射孔を対称的に配置し、一対の各噴射孔からシート状に
媒体を噴射させである交線上で衝突させ交差領域を形成
する。この交差領域の長く伸びた交線上に前記のシート
状に流下する溶湯を供給することにより、噴射流体の溶
湯に対する変形、分裂の作用が強力かつ均一になって微
粉末ならびに整粒粉末を生成することができる。噴射流
体をシート状に吹き出すためのノズル形状は、例えばス
リットノズル、多数の微細孔を一線上に並べたもの等多
くを例示できる。 ［００２２］図２は特公昭５２−１９１８１号公報等に
開示されている噴射流体が逆円錐状となるアトマイズ法
（同（１））と本発明方法で用いた噴射流体膜の垂直断
面がＶ字状となるアトマイズ法（同（２））について、
同一条件下で噴射流体が溶湯と衝突する位置、つまり本
発明に云う交差領域での流速分布を測定したものである
。この結果、Ｖ字状噴射流体では流速分布が遥かに平坦
であり、溶湯に作用する噴射流体の力が均一となって整
粒粉末を生成するのに有利であることが分かる。 ［００２３］

【実施例】本発明を図３に示す装置を使用した実施例に
基づいて説明する。図３はガスアトマイズ法による粉末
製造装置の概略図である。図３で３７は粉末回収タンク
であって、粉末回収タンク３７の上部には真空チャンバ
ー３１が設置され、その内部において粉末回収タンクと
の接続部に高圧ガス配管３６より噴射流体が供給される
アトマイズノズル３５が設置されている。アトマイズノ
ズル３５の中央部上方に設置された溶融金属材料容器３
２の底部には、溶融金属をアトマイズノズル３５に流下
注入するための溶湯管３４が設けられており、この溶湯
管３４を通って、溶融金属材料３３がアトマイズノズル
３５に供給され、高圧ガス配管３６よりの噴射流体によ
ってアトマイズされた溶湯が粉末となって前記の粉末回
収タンク３７に集められる。３８はサイクロン分離器で
ある。本例で使用した溶湯化学成分の分析値は表１のと
おりであった。 ［００２４］

【表１】 ［００２５］

【実施例１】図３の溶湯管３４において溶湯ノズルの出
口の形状・寸法（ｍｕ）として図４に示すものを用いて
表１の化学成分を有する溶湯を表２の条件でアトマイズ
し粉末の粒度分布を測定した結果を図６に示す。噴射流
体の噴射形状はＶ字形であり、交差領域の幅寸法は２０
ｍｍであった。 ［００２６］

【表２】 ［００２７］比較のため従来より実施されている溶湯管
すなわち溶湯出口の形状・寸法（ｍｍ）として図５に示
すものを用いて同じく表２の条件で生成した粉末の粒塵
分布も図６に示す。噴射流体の噴射形状、条件は上述の
本発明方法に同じであった。図６に示した結果から、従
来法と比較して本発明方法は微細かつ粒度が揃った粉末
の生成に有効であることが明らかである。流動性を流動
度指数で示すと本発明法で１２．５、従来法では１４．
８であったので、本発明法で生成した粉末の流動性が優
れていることが分かった。 ［００２８］さらに溶湯管出口の形状が長方形であって
も溶湯金属の表面張力は一般に高いため、溶湯流が円柱
状に変形する。また、一般に溶湯管出口の形状を長方形
にすることは薄肉部ができるため耐火物の強度が低下す
ること、アスペクト比の大きな形状には成形困難である
ことが問題である。 ［００２９］

【実施例２】本例では、従来よ〈実施されている図４に
形状・寸法を示した円形の溶湯出口を有する溶湯管から
流出する溶湯流の周囲に、図７に示すように電磁コイル
を設けて磁場を形成した。図７において溶湯管３４を挾
むようにして電磁石７０が設置され、一方噴射流体１２
は供給管７２を経て、シート状にノズルから噴射される
。溶湯管３４から流下する溶融金属流れはノズルを出た
直後は円筒状であるが、電磁石７０の磁気作用によりシ
ート状に成形されてから噴射流体に衝突する。図示装置
を使って磁橿中央部での最大印加磁束密度は２，１テス
ラとしたとき、溶湯流が平板状に変形することが観察さ
れた。表２の条件で粉末を生成し、その生成粉末の粒度
分布を図８に示す。この結果から電磁コイルを設けて磁
場を形成し、溶湯流をシート状に流下させることによっ
て、粉末の微細化ならびに整粒化の実現が可能であるこ
とが立証できた。図中の従来法は実施例１のそれに同じ
であった。流動性を流動性指数で示すと上記方法で生成
した粉末では１１．８であり、図４の溶湯ノズルを用い
た場合とほぼ同じであった。 ［００３０１ 【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、アトマイズ法によって微細ならびに整粒化
した金属または合金粉末を安価・大量に生成することが
できるという効果が奏さね、産業上きわめて有用である
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシー１−伏流上溶湯をＶ字状噴射
流体で噴霧する微粉末製造の概念図である。

【図２】図２（１）は噴射流体が溶湯と衝突する位置で
の噴射流体の流速分布説明図である。図２（２）は噴射
流体が溶湯と衝突する位置での噴射流体の流速分布説明
図である。

【図３】本発明のガスアトマイズ法による粉末製造装置
の概略図である。

【図４】本発明のシート状流下用溶腸管出口の形状・寸
法を示す概略図である。

【図５】従来の円孔形状溶湯管出口の形状・寸法を示す
概略図である。

【図６】アトマイズ粉末の粒度分布測定結果を示すグラ
フである。

【図７】電磁コイルによる溶湯のシート状流下を組み合
わせた本発明のアトマイズ法の概念図である。

【図８】図７の装置によるアトマイズ粉末と従来例との
粒度分布測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】

３１　　真空チャンバー ３２　　溶湯タンデイシュ ３３　　溶湯 あ　溶湯管 ３５　　アトマイズノズル ３６　　高圧ガス配管 ３７　　アトマイズタンク ３８　　サイクロン分離器

【図３】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アトマイズ法により、金属または合金の粉
   末を製造するにあたり、溶融金属材料流を微細化する噴
   射流体の流れがシート状で交差するように該噴射流体を
   対になった複数の噴射孔から噴射すると共に、シート状
   の前記噴射流体の流れの長く伸びた交差領域へ、前記溶
   融金属材料を予めシート状に形成して供給することを特
   徴とする金属または合金微粉末の製造方法。
2. 【請求項２】溶融金属材料供給管の周りに配置した電磁
   石の磁気作用により、溶融金属材料流を予めシート状に
   形成する請求項１記載の金属または合金微粉末の製造方
   法。