JPH0477043B2 - - Google Patents

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JPH0477043B2
JPH0477043B2 JP62234565A JP23456587A JPH0477043B2 JP H0477043 B2 JPH0477043 B2 JP H0477043B2 JP 62234565 A JP62234565 A JP 62234565A JP 23456587 A JP23456587 A JP 23456587A JP H0477043 B2 JPH0477043 B2 JP H0477043B2
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Japan
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cooling body
droplets
flakes
molten metal
nozzle
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JP62234565A
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Takeshi Masumoto
Akihisa Inoe
Masahiro Oguchi
Junji Saida
Tomoyoshi Komura
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、例えば粉末冶金法により製造される
焼結金属などの原料として好適な金属粉末の製造
法に関し、特に急冷された金属のフレーク状物と
粒状物とを同時に製造する方法に関する。
「従来技術およびその問題点」 粉末冶金法は、金属粉末を例えばホツト・プレ
ース法などにより加圧、加熱して焼結金属を得る
方法であり、各種の機械材料、磁気材料、超硬工
具材料などの製造に利用されている。
粉末冶金法に用いられる金属粉末は、機械的粉
砕法、溶湯粉化法、科学的粉化法などの各種の方
法で製造されている。この中でも、ノズルから流
出する金属溶湯にガスを噴射させることによつて
金属溶湯の液滴を生成させ、この液滴を冷却凝固
させる溶湯粉化法は、金属溶湯を急冷させて凝固
させることができるので、急冷効果により特性が
改善された金属、例えば非晶質金属、過飽和固溶
体金属などの粉末の製造に適している。
しかしながら、上記溶湯粉化法によつて得られ
る金属粉末は、一般に球状に近い形状をなしてい
るため、これをホツト・プレス法などを使用して
固める場合、粒子同志の焼結性が悪く、固まり難
く、高密度化しないという問題点があつた。特
に、非晶質金属の場合は、結晶化しない低温で焼
結させる必要があるので、球状に近い形状の粉末
は適していなかつた。
特開昭60−155607号には、ノズルから流出する
金属溶湯に超音波振動を与え、かつ、超音速でガ
スを噴射させることによつて金属溶湯に液滴を形
成し、この液滴を凝固する前に水冷回転ロールに
衝突させて金属フレークを製造する方法が示され
ている。この方法は、より具体的には、第5図に
示すように、ルツボ1内で金属溶湯2を形成し、
この金属溶湯2をノズル3から流出させる。ノズ
ル3付近には、超音波・超音速ガスアトマイズ装
置4が設けられており、吹込み管5から吹込まれ
た超音波のガスがノズル3から流出する溶湯流に
対して噴射され、金属溶湯2の液滴6が形成され
る。この液滴6は、水冷回転ロール7の表面に衝
突して急冷凝固され、フレーク8が形成される。
上記のようにして形成された金属フレークを用
いてホツト・プレス法などにより固める場合、粒
子同志の接触面積が大となるので、焼結性が大と
なり、容易に固化させることができ、例えば低い
温度で焼結させる必要がある非晶質金属でも固化
が可能となる。しかし、金属フレークを用いた場
合には、板状の粒子が重なることにより空〓がで
きやすく、密度を上昇させることが困難であつ
た。
「発明の目的」 本発明の目的は、加圧したときに粒子同志の接
触面積が大きく、焼結温度が比較的低くても容易
に固化することができ、しかも高密度の焼結体が
得られるようにした金属粉末の製造法を提供する
ことにある。
「発明の構成」 本発明による金属粉末の製造法は、ノズルから
流出する金属溶湯にガスを噴射させることによつ
て金属溶湯の液滴を生成させ、この液滴流方向に
ノズルからの距離差を設けた回転冷却体を配置
し、前記液滴を前記回転冷却体表面に衝突させて
急冷させ、前記液滴が凝固する前に前記回転冷却
体に衝突して得られるフレーク状物と、前記液滴
が凝固した後に前記回転冷却体に衝突して得られ
る粒状物とを、前記フレーク状物30〜80重量%、
前記粒状物20〜70重量%の割合の混合物として得
ることを特徴とする。
このように、本発明では、ノズルからの距離差
を設けた回転冷却体を配置するという簡単な方法
で、フレーク状物と粒状物との混合物を同時に得
ることができる。そして、このような混合物を例
えばホツト・プレス法などにより加圧、加熱する
と、フレーク状物によつて粒子同志の接触が良好
となるので、比較的低い焼結温度でも容易に固化
することができ、非晶質金属などの固化も可能と
なる。さらに、加圧したときにフレーク状物の間
〓に粒状物が入り込むので、フレーク状物のみを
用いた場合よりも焼結体の密度を向上させること
ができる。
本発明で用いる金属としては、機械材料、磁気
材料、超硬工具材料、耐熱材料などの用途に応じ
て、各種の組成を有する金属が採用可能である。
特に、本発明は、急冷によつて非晶質相、過飽和
固溶体、準安定結晶相などの非平衝物質を形成す
る金属に対して有効である。非晶質相を形成する
金属としては、例えば一般式α100-XβX(ただし、
αはFe,Co,Ni,Pdなどの遷移金属から選ばれ
た一種または二種以上の元素、βはSi,B,P,
Ge,Cの半金属から選ばれた一種または二種以
上の元素、xは10〜35原子%である)で示される
組成の合金などが挙げられる。
また、上記合金組成に、窒化物形成可能な元素
を含有させ、噴射ガスとして高圧窒素ガスを用
い、非晶質の相中に窒化物の微細な粒子が分散し
た組織を有する合金粉末を得ることもできる。そ
のような合金としては、例えば一般式 α100-x-y-zBxCyMz(ただし、αはFe,Co,Ni,
Pdから選ばれた一種または二種以上の元素、β
はSi,B,P,Geから選ばれた一種または二種
以上の元素、Cは炭素、Mは窒化物形成可能な元
素で、V,Cr,Zr,Ti,Al,Ta,Nb,Hf,
Moから選ばれた一種または二種以上の元素を表
わし、xは10〜35原子%,yは2〜15原子%、z
は2〜25原子%である)で示される組成の合金な
どが挙げられる。
さらに、非晶質相を形成する合金組成に炭素お
よび炭化物形成可能な元素を含有させ、非晶質の
相中に炭化物の微細な粒子が分散した組織を有す
る合金粉末を得ることもできる。そのような合金
としては、例えば一般式α100-x-y-zβxCyMz(ただ
し、αはFe,Co,Niから選ばれた一種または二
種以上の元素,βはSi,B,Pから選ばれた一種
または二種以上の元素、Cは炭素、MはNb,
Ta,Zr,V,Hf,Cr,Moから選ばれた一種ま
たは二種以上の元素を表わし、xは10〜35原子
%、yは2〜15原子%、zは2〜15原子%であ
る)で示される組成の合金などが挙げられる。
本発明では、まず、原料を高周波溶解炉などを
用いてルツボ内にて金属溶湯とし、この金属溶湯
をルツボ底部に設けられたノズルを通して流出し
落下させる。そして、落下する溶湯流に対して、
例えば円形状に配置された多孔の噴霧化ノズルよ
り、噴射ガスを好ましくは40Kg/cm2以上の圧力で
吹き付けて、溶湯流を粉末化して溶湯の液滴を形
成する。噴射ガスとしては、例えばアルゴン、窒
素、ヘリウム、あるいは混合ガスなど各種のもの
が使用可能である。ただし、窒化物形成可能な元
素を含有する合金を用いて窒化物粒子が分散した
組織の合金を得たい場合には、噴射ガスとして窒
素ガスを用い、これを50Kg/cm2以上の圧力で吹き
付けることが好ましい。
本発明では、こうして形成された金属溶湯の液
滴流方向にノズルからの距離差を設けた回転冷却
体を配置し、上記液滴をこの回転冷却体表面に衝
突させて急冷させる。回転冷却体は、ノズルから
の距離差を設けたもの、すなわち液滴の噴射方向
によつて衝突するまでの距離が異なるような形状
をなしているものであれば、いずれも採用可能で
あるが、例えば第2図aに示すような傘型をなす
もの、第2図bに示すようなホーン型をなすもな
どが好ましく採用できる。回転冷却体は、例えば
水冷などの手段によつて少なくとも50℃以下に冷
却され、回転数1000〜10000rpmとされることが
好ましい。
上記のように、液滴の噴出方向によつて回転冷
却体に衝突するまでの距離が異なると、液滴が凝
固する前に回転冷却体に衝突してフレーク状物と
なるものと、液滴が凝固した後に回転例脚体に衝
突して粒状となるものとが同時に生成するので、
本発明では、これらのフレーク状物と粒状物とが
一定割合で混合した粉末を同時に得ることができ
る。この場合、フレーク状物と粒状物との割合
は、回転冷却体の大きさ、形状、ノズルに対する
配置位置などによつて変化させることができる。
できるだけ、高密度の焼結体を得るため、フレー
ク状物が30〜80重量%、粒状物が20〜70重量%と
なるように、上記の条件を設定する。
「発明の実施例」 第1図には、本発明を実施するための装置の一
例が示されている。すなわち、図示しないルツボ
にて熔融された金属の溶湯11を流出するノズル
12が設置されており、落下する溶湯11に対し
て高圧の噴射ガスを吹付ける噴霧化ノズル13が
配置されている。噴霧化ノズル13は、ノズル1
2を囲むように円形に配置され、多数の噴出口か
ら溶湯11の流れに向けて高速ガスを噴出する構
造となつている。ノズル12の下方には、傘型の
回転冷却体14が、その回転軸をノズル12の直
下からやや横方向にずらして配置されている。
したがつて、ノズル12から流出し落下する溶
湯11の流れに対して、噴霧化ノズル13から高
圧の噴射ガスが吹付けられ、これによつて溶湯1
1の液滴15が形成される。この液滴15は、下
方に向けて広がりながら飛散し、回転冷却体14
の円錐面に衝突する。回転冷却体14の上方で衝
突した液滴15は、ノズル12からの距離が短い
ため、冷却凝固する前に回転冷却体14の表面に
衝突し、そのため偏平化してフレーク状物16と
なる。また、回転冷却体14の下方で衝突した液
滴15は、ノズル12からの距離が長いため、空
中で冷却凝固した後、回転冷却体14の表面に衝
突することとなり、その結果、ほぼ球状の粒状物
17となる。このようにして、フレーク状物16
と粒状物17との混合物を得ることができる。な
お、この実施例においては、回転冷却体14とし
て第2図aに示すような傘型のものが用いられて
いるが、第2図bに示すようなホーン型のものを
用いることもできる。
実施例 母合金として、Co72.5Si12.5B15からなる組成の
合金を用い、この合金250gをルツボに入れて、
1200℃で溶融させ、金属溶湯11とした。この金
属溶湯11をノズル12から流出落下させ、この
溶湯11の流れに対して、噴霧化ノズル13より
窒素ガスを40Kg/cm2の圧力で吹付け、液滴15を
形成した。この液滴15を、ロール径200mm、円
錐角度90度、回転数7000rpmの回転冷却体14に
衝突させ、フレーク状物16および粒状物17か
らなる合金粉末を得た。この得られた粉末は、X
線回折により非晶質相であることが確認された。
この合金粉末の粒度分布は、25μm以下の粒状物
17が61%であり、177μm以下のフレーク状物1
6が39%であつた。
こうして得られた非晶質合金粉末の100倍にお
ける走査型電子顕微鏡写真を第3図に示す。第3
図から、フレーク状物とほぼ球状の粒状物とが混
合していることが確認される。
適性配合比を求めるため、フレーク状物16と
粒状物17とを分級した後、下記の配合比で再度
混合して焼結を行なつた。
フレーク状物のみ フレーク状物90% 〃 70% 〃 50% 〃 30% 焼結は、ホツト・プレス法により、非晶質構造
が維持される下記の条件で行なつた。
粉末総重量: 100〜200mg 焼結温度: 460℃ 焼結時間: 30分 加圧力: 1GPa サンプル寸法: φ5mm、厚さ約2mm こうして得られた焼結体の充填率を測定した結
果を第4図に示す。第4図から、フレーク状物70
%のものが最大密度を示すことがわかる。なお、
フレーク状物10%のものは、固まらず測定不能で
あつた。
「発明の効果」 以下説明したように、本発明によれば、ノズル
から落下する溶湯流に高速ガスを噴出して液滴と
し、この液滴をノズルからの距離差を設けた回転
冷却体に衝突させることにより、フレーク状物と
ほぼ球状の粒状物との混合物を得ることができ
る。この混合物は、例えばホツト・プレス法など
により焼結させるとき、フレーク状物の存在によ
り粒子同志の接触面積が大きくなるので、比較的
低い焼結温度でも固化が可能となり、その典型例
である非晶質の合金粉末の焼結も可能となる。ま
た、フレーク状物の間〓に粒状物が入り込むた
め、焼結体の密度も高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するための装置の一例を
示す概略断面図、第2図a,bは本発明を実施す
るための装置で用いられる回転冷却体のそれぞれ
異なる例を示す図、第3図は本発明の実施例で得
られた金属粉末の粒子構造を示す100倍の走査型
電子顕微鏡写真、第4図は同実施例で得られた金
属粉末を用い、フレーク状物の配合量を変えて焼
結させたときのフレーク重量比と充填率との関係
を示す図、第5図は従来のフレーク状金属粉末製
造装置の一例を示す概略断面図である。 図中、11は溶湯、12はノズル、13は噴霧
化ノズル、14は回転冷却体、15は液滴、16
はフレーク状物、17は粒状物である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ノズルから流出する金属溶湯にガスを噴射さ
    せることによつて金属溶湯の液滴を生成させ、そ
    の液滴流方向にノズルからの距離差を設けた回転
    冷却体を配置し、前記液滴を前記回転冷却体表面
    に衝突させて急冷させ、前記液滴が凝固する前に
    前記回転冷却体に衝突して得られるフレーク状物
    と、前記液滴が凝固した後に前記回転冷却体に衝
    突して得られる粒状物とを、前記フレーク状物30
    〜80重量%、前記粒状物20〜70重量%の割合の混
    合物として得ることを特徴とする金属粉末の製造
    法。 2 特許請求の範囲第1項において、前記回転冷
    却体として傘型またはホーン型をなしたものを用
    いる金属粉末の製造法。 3 特許請求の範囲第1項において、前記フレー
    ク状物及び前記粒状物が非晶質金属である金属粉
    末の製造法。
JP23456587A 1987-09-18 1987-09-18 Production of metal powder Granted JPS6475607A (en)

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