JPH04337014A - 金属粉末製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属を旋回移動す
る冷却液層中に供給して金属粉末を製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】急冷凝固金属粉末は、結晶粒が微細で合
金元素も過飽和に含有させることができるので、例えば
アルミニウムやその合成の急冷凝固粉末によって形成さ
れた押出材は、溶製材では具備することのない優れた材
質特性を有し、機械部品等の素材として注目されている
。

【０００３】前記急冷凝固金属粉末の好適な製造方法と
して、回転ドラム法がある。この方法は、図３に示すよ
うに、回転する冷却ドラム６１の内周面に冷却液層６２
を遠心力の作用で形成し、該冷却液層６２に溶融金属を
噴射し、微細に分断して急冷凝固した金属粉末を得る方
法である。同図において、６３は溶融金属供給手段とし
ての噴射るつぼであり、その内周面には加熱用の高周波
コイル６４が装着され、その下部側壁には噴射ノズル６
５が開設されている。前記るつぼ６３内の溶融金属６６
は、該るつぼ６３に不活性ガス６７を加圧注入すること
によって前記ノズル６５から噴射される。そして、冷却
ドラム６１内の金属粉末は、一定量溜まると、冷却ドラ
ム６１の回転を止め、冷却液と共に回収され、脱液後、
乾燥される。かかる金属粉末の製造方法は特公平１−４
９７６９　号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転ド
ラム法では、いわゆるバッチ式操業となり、生産性が劣
る。そのうえ、粉末回収時に溶融金属の噴射を止めなけ
ればならないため、噴射ノズルに孔詰りが生じ易いとい
う問題がある。また、冷却温度を一定にするためには、
冷却液層６２の液面より冷却液を供給、排出して温度制
御しなければならないが、この際、液面が乱れ、粉末粒
度や品質にばらつきが生じ易いという問題がある。

【０００５】さらに、溶融金属を冷却液層６２に供給す
るのに噴射るつぼが採用されており、その分コスト高で
あると共に不純物が混入する惧れのあるものであった。 さらに、また、噴射ノズル６５の大きさは、孔詰りの観
点からあまり小さくすることができず、従って、溶融金
属６６の噴出量を少なくするにも限度があり、そのため
、比較的多量の溶融金属６６が直接冷却液層６２の同じ
位置に連続状に供給され、より微細な粒子の金属粉末が
得難いものであった。

【０００６】そこで本発明は前記問題点に鑑み、安定し
た品質の金属粉末を連続的に製造することができ、しか
も、噴射ノズルの孔詰り、不純物の混入の惧れがないと
共に、より微細な粒子の金属粉末を製造できる金属粉末
製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が前記目的を達成
するために講じた技術的手段は、溶融金属を冷却用筒体
１　内の冷却液に供給し、冷却凝固させて金属粉末を製
造する方法において、前記筒体１　の内周面に沿って冷
却液を噴出供給して該筒体１　内周面に沿って旋回しな
がら流下する冷却液層７　を形成すると共に冷却液を筒
体１　下部から排出し、冷却液層７　の内周面側で端部
同志が近接して配置された金属材料１６と電極棒１８と
の間にアークを発生させて金属材料１６を溶融し、該溶
融金属に冷却液層７　に向かう遠心力を付与して溶融金
属を冷却液層７　に向けて飛散供給し、該冷却液層７　
によって分断し冷却凝固させる点にある。

【０００８】

【作用】冷却用筒体１　の内周面に沿って供給された冷
却液は、筒体内周面に沿って旋回しながら流下し、旋回
時の遠心力の作用でほぼ一定内径の冷却液層７　を形成
する。そして、冷却液層７　の内周面側で端部同志が近
接配置された金属材料１６と電極棒１８との間にアーク
を発生させて金属材料１６を溶融し、金属材料１６を回
転駆動したり、電極棒１８を回転駆動して該電極棒１８
に溶融金属を落下衝当させたりすることによって、溶融
金属に冷却液層７　に向かう遠心力を付与し、溶融金属
を冷却液層７　に向けて飛散供給する。すると、冷却液
層７　に供給される溶融金属の溶滴は冷却液層７　の旋
回流によって分断されると共に冷却凝固され、金属粉末
が製造される。

【０００９】前記冷却液層７　は常に新たに供給される
冷却液によって形成されるために一定の温度が容易に維
持される。このため、温度制御のために液面より冷却液
を排出、供給する必要がなく、液面に乱れは生じず、安
定した状態が維持される。それ故、冷却液層７　に供給
される溶融金属は常に一定状態の下で冷却液層中に供給
、分断され、一定温度の下で冷却凝固されるため、金属
粉末の品質が安定する。

【００１０】冷却液層７　中の金属粉末は冷却液と共に
旋回しながら流下し、筒体１　の下部より排出すること
で、金属粉末の連続生産が可能となる。また、溶融金属
を供給するのに、噴射るつぼが不要であり、コスト低下
が図れると共に、不純物混入の惧れも少なく、また、噴
射るつぼの噴射ノズルの孔詰りが生じるということもな
い。

【００１１】さらに、溶融金属は冷却液層７　に向けて
飛散供給されるので、より微細な粒子の金属粉末を製造
できる。

【００１２】

【実施例】まず、本発明の金属粉末製造方法を実施する
ための装置について説明する。図１は実施例に係る金属
粉末製造装置を示しており、図において、１　は冷却用
筒体で、上方に開口する有底円筒状に形成されており、
この筒体１　の上端開口は蓋体２　により閉塞されてい
る。筒体１　の上部には、冷却液噴出管３　が周方向等
間隔に複数個形成され、この噴出管３の吐出口４　は筒
体内周面に沿って接線方向から冷却液を噴出供給できる
ように開口されている。また、噴出管３　の管軸方向は
、筒体１　内周面の水平方向の接線に対して０〜２０°
程度斜め下方に設定されている。そして、噴出管３　は
、ポンプ５　を介してタンク６　に配管接続されていて
、タンク６　内の冷却液をポンプ５　によって吸い揚げ
て噴出管３　から筒体１　内周面側に噴出供給すること
で、筒体１　の内周面に、蓋体２　から筒体１　底壁１
ａに亘って該内周面に沿って旋回しながら流下する冷却
液層７　が形成される。タンク６　には、図示省略の補
給用の冷却液供給管が設けられ、またタンク６　内や循
環流路の途中に冷却器を適宜介在させてもよい。冷却液
としては一般に水が使用されるが、油が使用される場合
もある。尚、水を用いる場合、水中の溶存酸素を除去し
たものを使用するのが望ましい。酸素の除去処理装置は
市販されており、入手容易である。

【００１３】筒体１　の内周面下部には、冷却液層７　
の層厚調整用リング８　がボルトによって着脱、交換自
在に取付けられ、このリング８　によって冷却液の流下
速度が抑えられて略一定内径の冷却液層７　が容易に形
成される。 また、筒体１　の底壁１ａ外周部には、下方に向けて開
口する排出口９　が複数個所　（或いは１個所）　に設
けられ、筒体１　の下部には、該下部を覆うように分離
容器１０が配置され、この分離容器１０には、冷却液は
下方に通過可能であるが金属粉末は通過不能なメッシュ
部材１１が傾斜状に配設されている。また、分離容器１
０の側壁のメッシュ部材１１傾斜方向下方側には粉末排
出口１２が形成されると共に、底部には排水口１３が形
成され、該排水口１３はタンク６　に配管されている。

【００１４】筒体１　の蓋体２　中心部には該蓋体２　
を貫通する連通管１４が固定されて、該連通管１４によ
り冷却液層７　の内周面側の閉塞された空間部１５が外
部に連通されていて、連通管１４を介して該空間部１５
内にＡｒガス、Ｎ２　ガス等の不活性ガスが充填可能又
は該空間部１５内の空気を抜出して真空状態とすること
が可能とされている。また、前記連通管１４を貫通して
棒状に形成された金属材料１６が上方から筒体１　内に
挿入されている。この金属材料１６は上下方向の軸心廻
り回動自在で且つ下方移動自在に支持されており、図外
の駆動装置で回転駆動及び下方移動される。また、金属
材料１６は、これに摺接するブラシ１７を介して電源の
プラス側に接続されている。前記金属材料１６の下方に
は、分離容器１０の底部及び筒体１　の底壁１ａを貫通
して筒体１　に下方から挿入された電極棒１８が配置さ
れていて、金属材料１６と電極棒１８の端部同志は近接
して上下に対向状とされている。この電極棒１８は、タ
ングステン等の消耗されにくい耐熱材料から成り、上下
中間部において絶縁材１９を介して筒体１　底壁１ａに
気密に支持固定されると共に、下方においても支持固定
されている。また、電極棒１８は電源のマイナス側に接
続されていて、金属材料１６と電極棒１８との間にアー
ク発生可能とされている。

【００１５】前記構成において、金属粉末を製造するに
は、まず、ポンプ５　を作動させて、筒体１　内周面に
冷却液層７　を形成し、次に、冷却液層７　内周面側の
空間部１５に連通管１４を介して不活性ガスを圧送する
。すると、空間部１５内の空気が冷却液と共に外部に排
出されて該空間部１５内に不活性ガスが充填される。不
活性ガスが空間部１５に充填された後は、ガスの送給を
常時行う必要はなく、連通管１４とガス源との間に設け
られた開閉弁を遮断すればよい。なお、不活性ガスによ
る置換を容易に行うには、空気排出用の他の連通管を併
設しておけばよい。 また、空間部１５内の空気を不活性ガスと置換すること
なく連通管１４から真空ポンプ等により抜出して空間部
１５内を真空状態としてもよい。その後、金属材料１６
と電極棒１８との間にアークを発生させ、該アークによ
る発生熱で金属材料１６を溶融しながら該金属材料１６
を回転駆動して溶融金属を遠心力の作用により冷却液層
７　に向けて放射状に飛散させる。この際、金属材料１
６は材料減少分下方に徐々に送られる。そして、この飛
散された溶滴は、旋回しながら流下する冷却液層７　に
よって分断されると共に急冷凝固されて金属粉末が製造
される。この金属粉末は、溶融金属が真空或いは不活性
ガス雰囲気中で冷却液層７　に供給されて、冷却液層７
　に至るまでの間において溶融金属の表面酸化が抑制さ
れることから、酸膜の薄い高品質の粉末になる。冷却液
層７　中の金属粉末は、冷却液と共に旋回しながら層厚
調整用リング８　を越えて流下し、筒体１　の下端の排
出口９　から分離容器１０に入る。ここで、メッシュ部
材１１により金属粉末と冷却液とに分離され、一次的に
脱液された液分の少ない金属粉末が得られる。この一次
脱液された金属粉末は粉末排出口１２から排出されて、
遠心分離機等の脱液装置により脱液され、乾燥装置によ
り乾燥される。また、冷却液は排水口１３からタンク６
　に戻されて循環使用される。

【００１６】なお、前記実施例では、冷却用筒体として
円筒状のものを示したが、これに限らず、例えば内周面
が上方に向けて拡開状の回転放物面で形成された漏斗形
状や切頭逆円錐形状としてもよい。この場合、層厚調整
用フランジを取付けなくても、一定内径の冷却液層を形
成することができる。また金属材料１６の回転方向は、
冷却液層７　の旋回流の進行方向と同方向又は逆方向の
どちらであっても良いが、旋回流と逆方向である方が、
金属材料１６から飛散する溶融金属の溶滴の旋回流によ
る分断効果が良好である。また、金属材料１６の回転速
度を変えることによって粉末粒子の大きさを容易にコン
トロールできる。

【００１７】さらに、金属材料１６と電極棒１８とは上
下逆であっても良く、また、図例のように、金属材料１
６を上側に電極棒１８を下側にした場合、金属材料１６
を回転駆動させずに、電極棒１８を回転駆動させ、金属
材料１６から落下する溶融金属を電極棒１８に衝当させ
該電極棒１８より遠心力を与えて冷却液層７　に向けて
飛散供給するようにしても良く、その場合、図２に示す
ように、回転テーブル２０を電極棒１８の上端部側に固
着するようにするのが好ましい。また、図３に示すよう
に、回転テーブル２０を電極棒１８に外嵌する筒軸２１
上端に設け、電極棒１８を回転させずに筒軸２１を軸心
廻りに回転駆動して回転テーブル２０のみを回転させ、
金属材料から落下する溶融金属を冷却液層７　に向けて
飛散させるようにしても良く、この場合、電極棒１８は
固定状としても良いが、電極棒１８が消耗した場合のこ
とを考えて電極棒１８を上方に進出させるようにするの
が好ましい。また、金属材料１６を比較的長く形成した
り連続状に移送したりすることにより金属粉末の連続生
産性が良好となる。

【００１８】また、筒体１　の底壁１ａは、排水が容易
なように、中心部から排出口９　に向けて下方傾斜状　
（排出口９　が１個所である場合は底壁１ａ全体を排出
口９　に向けて下方傾斜状）　に形成するようにするの
が好ましい。また、図例では、層厚調整用リング８　は
断面方形状であるが、これに限らず、例えばリング上面
の外周縁から下面の内周縁にかけて漸次縮径する曲面で
形成してもよい。

【００１９】また本発明は、Ａｌ合金やＭｇ合金等の軽
量金属粉末の製造に限らず、鉄やその合金等の金属粉末
の製造に適用できることは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、筒体１　の内周面に沿
って冷却液を噴出供給して、筒体１　内周面に沿って旋
回しながら流下する冷却液層７　を形成するので、溶融
金属を供給する冷却液層７　の内周面に安定させること
ができ、温度も均一に保持できる。そして、該冷却液層
７　中に溶融金属を供給するので、品質の安定した急冷
凝固粉末が連続的に生産できる。

【００２１】また、金属材料１６と電極棒１８との間に
アークを発生させ、該アークの発生熱によって冷却液層
７　の内周面側で金属材料１６を溶融するようにしてお
り、金属材料１６と電極棒１８とを上下対向状に配置し
て金属材料１６を上下方向の軸心廻りに回転駆動したり
、上側に金属材料１６を配置し下側に電極棒１８を配置
して該電極棒１８を上下方向の軸心廻りに回転駆動して
金属材料１６から落下する溶融金属を電極棒１８に衝当
させたり等して、溶融金属に冷却液層７　に向かう遠心
力を付与することができ、この遠心力の作用で、金属材
料１６を溶融することで得た溶融金属を冷却液層７　に
供給するようにしていることから、溶融金属を冷却液層
７　に供給するのに、従来のもののように噴射るつぼを
採用する必要はなく、したがって、コスト低下が図れる
と共に不純物が混入する惧れも少なく、また、噴射ノズ
ルの孔詰りという事態も回避できる。

【００２２】さらに、溶融金属を遠心力の作用で冷却液
層７　に向けて飛散供給するようにしているので、より
微細な粒子の金属粉末を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための金属粉末製造装置の要
部断面全体配置図である。

【図２】本発明を実施するための他の例を示す要部断面
図である。

【図３】本発明を実施するための別の例を示す要部断面
図である。

【図４】従来の金属粉末製造装置の要部断面図である。

【符号の説明】

１　　冷却用筒体 ７　　冷却液層 １６　　金属材料 １８　　電極棒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶融金属を冷却用筒体（１）　内の冷
   却液に供給し、冷却凝固させて金属粉末を製造する方法
   において、前記筒体（１）　の内周面に沿って冷却液を
   噴出供給して該筒体（１）　内周面に沿って旋回しなが
   ら流下する冷却液層（７）　を形成すると共に冷却液を
   筒体（１）　下部から排出し、冷却液層（７）　の内周
   面側で端部同志が近接して配置された金属材料（１６）
   と電極棒（１８）との間にアークを発生させて金属材料
   （１６）を溶融し、該溶融金属に冷却液層（７）　に向
   かう遠心力を付与して溶融金属を冷却液層（７）　に向
   けて飛散供給し、該冷却液層（７）によって分断し冷却
   凝固させることを特徴とする金属粉末製造方法。