CN111050959B - 金属粉末制造装置以及金属粉末的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够获得具有细微粒径的高质量金属粉末的金属粉末制造装置和金属粉末制造方法。将超音速燃烧火焰集中喷射到悬垂的熔融金属，将集中的所述燃烧火焰以射流聚焦流的形式喷射到正下方，使所述射流聚焦流冲入沿粉碎冷却筒的内周表面形成的旋流，其中该粉碎冷却筒的轴线从垂直方向倾斜，同时，将所述燃烧火焰的集中位置设置在所述旋流上方的开放空间中。

Description

金属粉末制造装置以及金属粉末的制造方法

技术领域

本公开涉及一种用于制造金属粉末的金属粉末制造装置以及一种金属粉末的制造方法。

背景技术

作为金属粉末的制造方法，已知有一种将高压气体喷射到悬垂的熔融金属上以生成金属粉末的气体雾化法，以及一种将高压水喷射到悬垂的熔融金属上以生成金属粉末的水雾化法。另外，作为使用气体雾化法来制造金属粉末的方法，已知有一种将高压气体喷射到悬垂的熔融金属中以将熔融金属分裂细小液滴(初次粉碎)，使分裂的液滴冲入旋流，然后进一步分裂成细小液滴(二次粉碎)并冷却(例如，JP H10-1121115A,JP H11-43707A,JPH11-80812 A和JP 2010-90410 A)的制造金属粉末的方法。在上述专利文献中描述的金属粉末的制造方法中，例如，沿着轴线从垂直方向倾斜的圆筒形粉碎冷却筒的内周壁，使冷却水在旋转的同时向下流动而形成旋流，并将被高压气体初次分裂(初次粉碎)的液滴与气流一起冲入旋流，进行二次分裂(二次粉碎)并冷却以生成具有细微粒径的金属粉末。

发明内容

本发明要解决的问题

在专利文献1至4中描述的金属粉末的制造方法中，由于注入熔融金属中的高压气体(雾化气体)的温度大大低于熔融金属的温度，因此熔融金属在冷却的同时被粉碎。由于熔融金属在粘度增加的同时被粉碎，因此即使增加要注入的气压，熔融金属的进一步粉碎也受到限制。即，获得具有更细粒径的金属粉末是受到限制的。

另外，在专利文献1至4中描述的金属粉末的制造方法中，由于一次分裂的液滴随着喷射角引起的高压气体扩散而冲入旋流，因此冲入旋流所需的距离(时间)发生不一致。并且，由于一次分裂的液滴在被高压气体冷却的同时冲入旋流，因此如果进入旋流所需的距离(时间)发生不一致，则金属粉末的质量受液滴的冷却速度的影响，例如，金属粉末的非晶性可能会发生不均匀。

本公开是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够获得具有良好质量和细微粒径的金属粉末的金属粉末制造装置和金属粉末的制造方法。

解决问题的手段

根据第一方式的金属粉末制造装置具备：悬垂熔融金属的供给单元；燃烧火焰喷射单元，将超音速燃烧火焰从燃烧火焰喷射口集中喷射到从所述供给装置悬垂的熔融金属，将集中的所述燃烧火焰以射流聚焦流的形式喷射到正下方；以及，具有粉碎冷却筒的粉碎装置，该粉碎冷却筒的轴线从垂直方向倾斜以沿着内周壁形成旋流，从上部的开口部注入射流聚焦流并冲入所述旋流；其中，所述燃烧火焰的集中位置在所述开口部的上方的开放空间中。

根据第一方式的金属粉末制造装置，可以将超音速燃烧火焰从燃烧火焰喷射口集中地喷射到从供给装置悬垂的熔融金属，使燃烧火焰气体集中碰撞在熔融金属。从而悬垂的熔融金属被超音速气体的高碰撞能量粉碎，并且被燃烧火焰加热的同时，即在降低粘度的同时被粉碎，因此可以容易地获得具有细微粒径的金属粉末。

此外，根据第一方式的金属粉末制造装置，可以在燃烧火焰集中位置将悬垂的熔融金属粉碎(初次粉碎)以形成液滴，然后使这些液滴在高于熔融金属的温度下在超音速射流聚焦流上移动。因此，由于惯性力作用在较重的液滴上，从而在液滴与射流聚焦流之间产生较大的速度差，在一次粉碎液滴到达旋流之前，其被拉扯并受到拉扯力使其被再次粉碎(二次粉碎)，由此可以获得具有更细粒径的金属粉末。

此外，在根据第一方式的金属粉末制造装置中，燃烧火焰的集中位置设置在粉碎冷却筒的开口部的上方的开放空间中。因此，由于从燃烧火焰的集中位置到旋流的距离变长，二次粉碎的时间变长，液滴更易于球形化，从而可以获得具有细微粒径的近似球形的金属粉末。

此外，通过将燃烧火焰的集中位置设置在粉碎冷却筒的开口部的上方的开放空间中，在射流聚焦流的上游周围形成更顺畅的气流，负压的产生得到抑制。由此，可以得到，射流聚焦流被不规则产生的负压吸引而不稳定地振动的情况得到抑制的，且受二次粉碎影响的金属粉末的质量的不均匀、例如粒径分布的扩大的情况得到抑制的，具有微小粒径的金属粉末。

此外，通过增加从燃烧火焰的集中位置到粉碎冷却筒的旋流的距离，液滴可以长时间停留在高温燃烧火焰中。由此，可以使初次粉碎期间残留在液滴中的气体和在液滴中产生的气体易于释放到液滴外部，减少内部孔的数量，即，可以使其无孔，获得具有细微粒径的金属粉末。

此外，由于液滴长时间停留在高温燃烧火焰中，因此即使其他液滴与该液滴接触，也很容易成为一个液滴。基于此，难以形成为细微金属颗粒粘附到金属颗粒的、所谓的“卫星”状态的金属粉末，因此可以获得具有细微粒径和良好流动性的金属粉末。

此外，在根据第一方式的金属粉末制造装置中，将超音速燃烧火焰集中喷射到从燃料火焰喷射口悬垂的熔融金属。然后，用超音速气流的特性，将集中的燃烧火焰以超音速射流聚焦流的形式垂直向下直线状喷射。基于此，从熔融金属的初次粉碎到进入旋流的距离(时间)的不一致，即二次粉碎距离(时间)的不一致得到抑制，因此，可以得到如下金属粉末，即受二次粉碎影响的金属粉末的质量的不均匀、例如具有抑制粒径分布的扩散得到抑制的细粒径的金属粉末。

此外，根据第一方式的金属粉末制造装置，可以将被射流聚焦流二次粉碎的液滴、或在旋流上流动的液滴，通过冲入旋流时或与粉碎冷却筒的内壁碰撞时受到冲击，再次粉碎(三级粉碎)。从而可以获得具有更细粒径的金属粉末。

此外，根据第一方式的金属粉末制造装置，使二次粉碎的液滴与高温燃烧火焰集中的射流聚焦流能够一起进入旋流并冷却。即，能够使二次粉碎液滴在被燃烧火焰加热并保持高温的同时进入旋流。从而可以获得如下金属粉末，即液滴的冷却不均匀得到抑制，受液滴的冷却速率的影响的金属粉末的质量、例如稳定地非晶化的细微粒径的金属粉末。

如上所述，根据第一方式的金属粉末制造装置，可以获得具有细微粒径的金属粉末，可以获得如下金属粉末，即金属粉末的球形度、良好的流动性、粉末内部的无孔性、扩散得到抑制的粒径分布以及稳定的非晶化等，高质量的金属粉末。

此外，根据第二方式的金属粉末制造装置，在根据第一方式的金属粉末制造装置中，将所述燃烧火焰的集中位置设置在所述粉碎冷却筒的所述轴线的上方。

根据第二方式的金属粉末制造装置，即使减小粉碎冷却筒的内径，也可以增加从燃烧火焰的集中位置到旋流的距离，即，可以延长二次粉碎的时间。因此，即使使用小内径粉碎冷却筒和产生旋流的供水源的能力弱的较简单的装置，也能够得到细微粒径金属粉末。

根据第三方式的金属粉末制造装置是在根据第二方式的金属粉末制造装置中，将燃烧火焰的集中位置设置在穿过粉碎冷却筒的顶角的虚拟水平面的上方。

在根据第三方式的金属粉末制造装置中，气流从所有侧面几乎均匀地流入到射流聚焦流的上游周围，并且在射流聚焦流的上游周围形成了平滑的气流。由此，进一步抑制了在射流聚焦流的上游周围产生负压，并且进一步抑制了射流聚焦流的振动，从而可以获得受二次粉碎影响的金属粉末的质量的不均匀、例如粒径分布的扩散得到抑制的细微粒径的金属粉末。

根据第四方式的金属粉末制造装置是在根据第一方式至第三方式中的任一项的金属粉末制造装置中，所述集中位置在距离所述燃烧火焰喷射口的下端的15mm至120mm的范围内。

根据第五方式的金属粉末制造装置是在根据第一方式至第四方式中的任一项的金属粉末制造装置中，所述粉碎冷却筒的轴线相对于垂直方向的倾斜角度为10至55°，所述燃烧火焰喷射口的尖端在穿过粉碎冷却筒的顶角的虚拟水平面的上方。

在根据第六方式的金属粉末的制造方法中，将超音速燃烧火焰集中喷射到悬垂的熔融金属，集中的所述燃烧火焰以射流聚焦流的形式喷射到正下方，使所述射流聚焦流冲入沿着粉碎冷却筒的内周表面形成的旋流，该粉碎冷却筒的轴线从垂直方向倾斜，并且将所述燃烧火焰的集中位置设置在所述旋流上方的开放空间中。

在第七方式的金属粉末的制造方法中，根据第六方式的金属粉末制造方法，将所述燃烧火焰的集中位置设置在所述粉碎冷却筒的轴线的上方。

在第八方式的金属粉末的制造方法中，根据第七方式的金属粉末制造方法，将所述燃烧火焰的集中位置设置在穿过所述粉碎冷却筒的顶角的虚拟水平面的上方。

在第九方式的金属粉末的制造方法中，根据第六方式至第八方式中的任一项的金属粉末制造方法，使气流从所有侧面流入所述射流聚焦流的上游部。

在第十方式的金属粉末的制造方法中，根据第六方式至第九方式中的任一项的金属粉末制造方法，所述粉碎冷却筒的轴线相对于垂直方向的倾斜角度为10至55°，并且喷射燃烧火焰的燃烧火焰喷射口的尖端在穿过所述粉碎冷却筒的顶角的虚拟水平面的上方。

在第十一方式的金属粉末的制造方法中，具有：向悬垂的熔融金属集中喷射超音速燃烧火焰，初步粉碎所述熔融金属，形成熔融状态的液滴的初次粉碎步骤；所述燃烧火焰以包括初次粉碎后的液滴的射流聚焦流的形式喷射到正下方，使所述初次粉碎后的液滴在具有较高相对速度的所述射流聚焦流中移动以进行二次粉碎，形成较小熔融态液滴的二次粉碎步骤；以及，将包括二次粉碎后的液滴的射流聚焦流冲入旋流中以进行三次粉碎的同时将其冷却，形成比二次粉碎后的液滴更小的金属粉末的三次粉碎步骤。

在第十二方式的金属粉末的制造方法中，根据第十一方式的金属粉末制造方法，使气流从所有侧面均匀地流入到所述流聚焦流的上游部。

第六至第八方式的作用效果与第一至第三方式的作用效果重叠，因此将省略其描述。

发明效果

根据本公开的金属粉末制造装置和金属粉末的制造方法，具有能够获得高质量的细微粒径的金属粉末的优异效果。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施方式的金属粉末制造装置的纵向截面图。

图2是将根据本发明的一个实施方式的金属粉末制造装置的上部放大的纵向截面图。

图3是图1所示的金属粉末制造装置的3-3线截面图。

图4A是示出通过根据比较例的金属粉末制造装置制造的金属粉末的X射线衍射结果的图。

图4B是示出通过根据适用了本发明的实施例的金属粉末制造装置制造的金属粉末的X射线衍射结果的图。

图5A是示出通过根据比较例的金属粉末制造装置制造的金属粉末的粒径分布的图。

图5B是示出通过根据适用了本发明的实施例的金属粉末制造装置制造的金属粉末的粒径分布的图。

具体实施方式

根据图1至图3，对本发明的一个实施方式的金属粉末制造装置10进行说明。

如图1所示，根据本发明的一个实施方式的金属粉末制造装置10的结构包括：供给熔融金属M的供给单元12；对熔融金属M进行粉碎(本发明的初次粉碎)而生成液滴Mmp的燃烧火焰喷射单元14；将液滴Mmp再次粉碎(本发明的三次粉碎)并对其进行冷却以生成金属粉末Msp的粉碎冷却筒18等。并且，金属粉末制造装置10将供给单元12、燃烧火焰喷射单元14和粉碎冷却筒18配置在开放空间内。即，在燃烧火焰喷射单元14和粉碎冷却筒18之间存在装置周围的气体(例如，大气)可以自由地流过的空间。

供给单元12具备收容熔融金属M的容器20，在容器20的外周侧配置有加热并熔融金属材料以形成熔融金属M的高频线圈22。供给单元12在容器20的底部的下部中心处具有与容器20的内部连通的倾倒喷嘴24，使得收容在容器20内部的熔融金属M可以从倾倒喷嘴24悬垂。

此外，如图2所示，燃烧火焰喷射单元14位于供给单元12的下方，并且在中心形成有使熔融金属M悬垂的圆锥形通道部15。另外，燃烧火焰喷射单元14具备环形燃烧室26和喷射燃烧火焰30的燃烧火焰喷射口28。从轴向观察时，本实施方式的燃烧火焰喷射口28形成为环状，并与通道部15同轴地配置，以沿着形成为圆锥形的通道部15围绕通道部15的外周侧。因此，本实施方式的燃烧火焰喷射口28的直径从燃烧室26向下方逐渐减小。

本实施方式的燃烧火焰喷射单元14与专利文献中记载的高压气体喷射单元不同，可以采用如下方式，在燃烧室26内部，例如，将空气和作为烃的煤油进行气体混合并燃烧，从燃烧火焰喷射口28向下方内侧、按照沿着燃烧火焰喷射口28的圆周没有间隙的方式喷射燃烧火焰30。并，使燃烧火焰30作为超音速气流在高于熔融金属M的熔点的温度下被喷射。

此外，燃烧火焰喷射单元14可以从供给单元12下方的环形燃烧火焰喷射口28倾斜向下喷射燃烧火焰30，换句话说，可以朝将通道部15的轴线向下延伸的延长线方向喷射燃烧火焰30，将燃烧火焰30包围从倾倒喷嘴24供给的熔融金属M的悬垂流Ma，可以向悬垂流Ma的一处(之后，将其称为燃烧火焰30集中在悬垂流Ma的集中位置SP)集中喷射。

此外，燃烧火焰喷射单元14能够按照沿着从倾倒喷嘴24供给的熔融金属M的悬垂流Ma的外周没有间隙的方式，以均匀的喷射压力集中喷射燃烧火焰30，使所喷射的燃烧火焰30在悬垂流Ma的集中位置SP处集中并碰撞。

此外，燃烧火焰喷射单元14能够以超音速集中喷射燃烧火焰30，使集中的燃烧火焰30成为扩散受控的直射流聚焦流31，并且可以从集中位置SP垂直向下喷射。即，从燃烧火焰喷射口28喷射的超音速燃烧火焰30的直径沿着从燃烧火焰喷射口28向下方逐渐减小，作为一例，一旦集中在距离燃烧火焰喷射口28的下端向下15至120mm的位置并且直径被最小化后，尽管直径非常小地扩展，但是它作为射流聚焦流31向下扩展，而没有像气体雾化那样大范围扩展和扩散。另外，燃烧火焰30的集中位置SP可以通过从侧面观察燃烧火焰30时，作为燃烧火焰30的直径最小的位置，经肉眼观察来确认。

这里，当燃烧火焰30与悬垂流Ma的集中位置SP碰撞时，熔融金属M被初次粉碎，并生成雾化成微粒的熔融态金属粉末即液滴Mmp。然后，包含液滴Mmp的射流聚焦流31保持超音速或接近超音速的高速沿燃烧火焰喷射单元14的轴线CLc的延伸方向向下流动。

由于初次粉碎生成的液滴Mmp是具有重量的液体，因此在惯性力作用下，其下降速度低于作为气体的射流聚焦流31的下降速度。因此，流下的液滴Mmp在向下流动的过程中受到具有较高相对速度的射流聚焦流31的拉力和撕裂力的作用，被再次粉碎(本发明的二次粉碎)和细化。

此外，粉碎冷却筒18位于燃烧火焰喷射单元14的下方，具备：使轴线CLa从垂直方向倾斜的圆筒部36；以及闭合圆筒部36的上部的外周附近的环形封闭构件38。且，在封闭构件38的中心，形成与粉碎冷却筒18同轴的圆形开口部40。粉碎冷却筒18的轴线CLa相对于垂直方向的倾斜角θ优选设在10度至55度的范围内。

如图1和图3所示，粉碎冷却筒18在圆筒部36的上端侧开设两个冷却水喷射口42，如图3所示，两个冷却水喷射口42位于粉碎冷却筒18的轴线CLa的相反侧，并且经由沿着圆筒部36的内周表面的切线方向延伸的管44连接到供水源46。供水源46包括泵，以及流量控制阀等，通过冷却水喷射口42，能够沿着圆筒部36内的内周面的切线方向高速地喷射大量的冷却水W。

当从冷却水喷射口42喷射冷却水W时，冷却水W一边沿粉碎冷却筒18的内周面高速旋转一边流下，形成回旋冷却水层56。冷却水W沿着粉碎冷却筒18的内周表面高速旋转的同时流下，并且从粉碎冷却筒18的下端排放到排放部32。封闭构件38防止回旋的冷却水W被排放到粉碎冷却筒18的上侧。

另外，粉碎冷却筒18在其内周面具有用于调整回旋冷却水层56的厚度的环状突起18A，从而冷却水W的流动得到抑制，并且在冷却水喷射口42与突起18A之间容易形成小流量的厚度大致恒定的回旋冷却水层56。同时，稳定形成在回旋冷却水层56的中心侧的空腔S的形状。在该实施方式中，粉碎装置由粉碎冷却筒18和供水源46构成。

接下来，对燃烧火焰喷射单元14和粉碎冷却筒18之间的位置关系进行说明。

如图2所示，在本实施方式的金属粉末制造装置10中，燃烧火焰喷射单元14位于粉碎冷却筒18的开口部40的垂直上方，并且从燃烧火焰喷射口28喷射的燃烧火焰30的集中位置SP位于作为开放空间的图2中由细虚线包围的区域A，并且位于燃烧火焰喷射口28的下端的下方。

优选地，集中位置SP位于区域A内，且位于由粉碎冷却筒18的轴线CLa的上方的长虚线围绕的区域B内。

进一步，更优选地，集中位置SP位于区域B内，且位于通过粉碎冷却筒18的上端拐角18E的虚拟水平面FP的上方的由粗虚线围绕的区域C内。

通过设定这样的集中位置SP，从集中位置SP到回旋冷却水层56的距离增加，并且液滴Mmp的二次粉碎的时间增加，因此可以有效地进行液滴Mmp的二次粉碎。

此外，如图1所示，排出部32具有连接在粉碎冷却筒18的下端且倾斜的管50，管50的中间部与向上延伸的管52连接。此外，在管52的端部连接有用于将粉碎冷却筒18内的废气(例如，由煤油和空气燃烧产生的气体)抽吸的抽吸装置54，该抽吸装置54包括鼓风机等。

(作用，效果)

接下来，对本实施方式的金属粉末制造装置10的操作、作用和效果进行说明。

用金属粉末制造装置10制造金属粉末Msp的步骤如下：首先，将金属材料装入容器20内，经高频线圈22加热并熔融制造生熔融金属M。此时，从容器20的内部通向燃烧火焰喷射口28的通道部15被未示出的阀关闭，使熔融金属M不会从通道部15悬垂。

接下来，大量的冷却水W高速地从冷却水喷射口42喷出，使冷却水W一边沿粉碎冷却筒18的内周面高速回旋一边流下，形成作为旋流的回旋冷却水层56。使形成回旋冷却水层56的冷却水W在沿着粉碎冷却筒18的内周面旋转的同时进一步向下流动，并且从粉碎冷却筒18的下端排放到排放部32。

接下来，在启动抽吸装置54，将粉碎冷却筒18内部的气体排出之后，从燃烧火焰喷射单元14的燃烧火焰喷射口28喷射燃烧火焰30。然后，打开容器20的未示出的阀，使容器20中的熔融金属M作为悬垂流Ma从倾倒喷嘴24垂直向下流出。从而，将燃烧火焰30集中喷射到悬垂流Ma的集中位置SP，燃烧火焰30在悬垂流Ma的集中位置SP碰撞，并且悬垂流Ma在燃烧火焰30的碰撞能下进行初次粉碎，以产生雾状的细微的液滴Mmp。与燃烧火焰30一起产生的废气通过粉碎冷却筒18的内部被抽吸装置54抽吸并排放到外部。

此时，如果燃烧火焰喷射单元14是如专利文献中描述的气体喷射单元，则高压气体(雾化气体)的温度低于悬垂游Ma，并且气体喷射速度也低于本实施方式。因此，由于悬垂流Ma在被高压气体冷却的同时被粉碎，即，在悬垂流Ma的粘度增加的同时被粉碎，因此悬垂流Ma难以被粉碎，从而难以生成具有细微粒径的液滴Mmp。

但是，在本实施方式中，通过燃烧火焰喷射单元14，可以在将悬垂流Ma加热至高温燃烧火焰30的同时，即，可以降低悬垂流Ma的粘度的同时进行粉碎(初次粉碎)。然后，通过集中喷射超音速燃烧火焰30，可以用燃烧火焰30的高冲击能将悬垂流Ma粉碎。由此，能够容易地将悬垂流Ma粉碎，能够得到粒径比专利文献中记载的金属粉末的制造方法更细的液滴Mmp。

然后，由于超音速气流的特性，集中喷射在悬垂流Ma的集中位置SP处的燃烧火焰30形成从集中位置SP的扩散被抑制的射流聚焦流31，以直线状向下流动。这时，通过燃烧火焰30的初次粉碎以雾状生成的液滴Mmp与射流聚焦流31一起保持超音速或接近其的高速的同时向下流动。

此时，如果燃烧火焰喷射单元14是如专利文献记载的气体喷射单元，则高压气体(雾化气体)的温度会低于液滴Mmp，该气体的喷出速度也比本实施方式低。因此，由于通过初次粉碎而生成的液滴Mmp被冷却的同时，即在使液滴Mmp的粘度增加的同时向下流动，因此即使发生与高压气体的相对速度差，也难以持续地粉碎液滴Mmp。

然而，在本实施方式的金属粉末制造装置10中，使液滴Mmp可以通过燃烧火焰喷射单元14与高温高速射流聚焦流31一起向下流动。即，通过加热射流聚焦流31，可以使液滴Mmp在降低其粘度的同时向下流动，并且可以通过与超音速射流聚焦流31之间产生相对速度差来使其向下流动。由此，在液滴Mmp从集中位置SP到达旋转冷却水层56之前，可以容易地进行二次粉碎，可以生成更细微的液滴Mmp。

此外，在本实施方式的金属粉末制造装置10中，增加从燃烧火焰30的集中位置SP到回旋冷却水层56的距离，即增加二次粉碎的时间。由此，可以将与射流聚焦流31一起流下的液滴Mmp有效进行二次粉碎，并且，与专利文献中记载的金属粉末制造方法相比，可以将到达旋转冷却水层56的液滴Mmp形成为更细微的液滴Mmp。

之后，通过二次粉碎而细化的液滴Mmp在保持低粘度的同时冲入形成在粉碎冷却筒18的内周表面上的回旋冷却水层56，并且由于冲入时的冲击，液滴Mmp被三次粉碎并进一步细化，经冷却水W迅速冷却而生成金属粉末Msp。

此时，如果燃烧火焰喷射单元14是如专利文献中记载的气体喷射单元，则高压气体(雾化气体)的温度低于液滴Mmp，并且该气体的喷射速度也比本实施方式慢。因此，由二次粉碎生成的液滴Mmp在被冷却的同时，即，在液滴Mmp的粘度增加的同时向下流动，因此即使液滴Mmp冲入回旋冷却水层56中也不容易被粉碎。

但是，在本实施方式的金属粉末制造装置10中，通过燃烧火焰喷射单元14，能够使液滴Mmp与高温高速射流聚焦流31一起冲入回旋冷却水层56。即，可以通过超音速射流集中流31的加热使液滴Mmp的粘度降低的同时，与射流集中流31一起冲入回旋冷却水层56。由此，液滴Mmp通过使其冲入回旋冷却水层56时的冲击而有效地被三次粉碎，可以使经三次粉碎的液滴Mmp的粒径比专利文献中记载的金属粉末制造方法更细。

如上所述，根据本实施方式的金属粉末制造装置10，可以在由超音速燃烧火焰30进行初次粉碎而得到的液滴Mmp到达回旋冷却水层56之前，对熔融金属M进行二次粉碎，进一步使其冲入回旋冷却水层56中以进行三次粉碎。由此，与专利文献中记载的金属粉末制造方法相比，能够有效地得到粒径更细的金属粉末Msp。

此外，在专利文献记载的金属粉末制造方法中，由于初次粉碎生成的液滴在扩散的同时与水层碰撞，因此所获得的金属粉末是距离回旋冷却水层距离短的金属粒子和距离回旋冷却水层距离长的金属粒子的混合物。这些金属粒子是在不同的冷却条件下得到的金属粒子的混合物，因此金属粉末的质量根据冷却速度而不均匀，例如，有时成为金属粉末的非晶性不均匀的金属粉末。此外，在专利文献中记载的气体雾化方法中，由于熔融金属在被水淬灭之前被气体冷却(冷却速率低于经水冷却的速率)，因此在通过气体冷却中，熔融金属的一部分可能会结晶。

但是，在本实施方式的金属粉末制造装置10中，由于射流聚焦流31以直线状向下流动，因此可以将直到液滴Mmp到达回旋冷却水层56的距离设置为大致相等，并且液滴Mmp在经射流聚焦流31加热的同时冲入回旋冷却水层56，由此可以进一步抑制受冷却条件影响的金属粉末的质量的不均匀。

另外，根据本实施方式的金属粉末制造装置10，通过初次粉碎和二次粉碎而具有细微粒径的液滴Mmp进入回旋冷却水层56而被冷却，因此，当液滴Mmp凝固成金属粉末Msp时，可以迅速冷却至金属粉末Msp的内部。由此，金属粉末Msp在内部均匀地非晶化，从而可以容易地获得稳定的非晶化的金属粉末Msp。金属粉末Msp的非晶态可以通过X射线衍射(XRD)确认。

以这种方式获得的金属粉末Msp在分散在冷却水W中的状态下向下流至粉碎冷却筒18，排出至排放部32。包含排放至排放部32的金属粉末Msp的冷却水W在管50的远端侧被回收。

且，金属粉末Msp的粒径可以通过例如从燃烧火焰喷射口28到回旋冷却水层56的距离，冷却水W的回旋速度等来调节。

例如，如果增加从燃烧火焰喷射口28到回旋冷却水层56的距离，则促进了二次粉碎，减小了到达回旋冷却水层56的液滴Mmp的粒径，从而可以获得具有更细粒径的金属粉末。为了增加从燃烧火焰喷射口28到回旋冷却水层56的距离，燃烧火焰30的集中位置SP优选位于区域B而不是区域A，更优选位于区域C而不是区域B。

此外，可以通过改变每单位时间从冷却水喷射口42喷出的冷却水W的量来调节冷却水W的回旋速度。通过增加冷却水W的回旋速度，可以增加液滴Mmp和回旋冷却水层56之间的碰撞能量，从而通过提高三次粉碎的粉碎能力而更加微粉碎液滴Mmp，可以得到细微粒径的金属粉末Msp。

粉碎冷却筒18的轴线CLa相对于垂直方向的倾斜角θ优选设在10度至55度的范围内。如果倾角θ的下限为10°，则粉碎冷却筒18的上端面充分倾斜，因此，如果燃烧火焰喷射口28的顶端高于穿过粉碎冷却筒的顶角部18E的虚拟水平面FP，则燃烧火焰喷射口28的顶端与回旋冷却水层56之间的距离变长，二次粉碎的时间变长，并且液滴Mmp更容易被球形化，因此可以得到具有细微粒径的近似球形的金属粉末Msp。

另一方面，如果倾斜角度θ的上限为55°，则冷却水W容易流向粉碎冷却筒18的下方，因此，由冷却水喷射口42喷出的冷却水形成的回旋冷却水层56的温度容易保持较低。结果，可以使液滴Mmp冲入低温回旋冷却水层56，可以迅速地淬火至金属粉末Msp的内部。

从而，可以将金属粉末Msp均匀地非晶化至其内部。

如上所述，通过使用本实施方式的金属粉末制造装置10，与专利文献中记载的金属粉末制造方法相比，可以更有效地得到粒径更细的金属粉末Msp。

另外，在本实施方式的金属粉末制造装置10中，即使将燃烧火焰喷射单元14配置在粉碎冷却筒18的内部，或者将燃烧火焰喷射单元14配置在粉碎冷却筒18的外部，也容易发生如下情况，即如果将燃烧火焰喷射口28和粉碎冷却筒18收纳在密闭室等中，则液滴Mmp周围的气压很容易在左右方向上不对称，在射流聚焦流31的上游部，即在集中位置SP附近容易产生负压。该负压使得射流聚焦流31的周围不稳定而吸引射流聚焦流31，因此使得与液滴Mmp一起向下流动的射流聚焦流31发生振动等，可能难以进行液滴Mmp稳定化的二次粉碎。即，受二次粉碎的影响的金属粉末的质量可能发生不均匀。

在本实施方式的金属粉末制造装置10中，使从燃烧火焰喷射口28喷射的超高速燃烧火焰30集中在粉碎冷却筒18外部的开放空间中，形成超高速射流聚焦流31。由此，能够抑制射流聚焦流31的上游侧的负压的产生，能够抑制射流聚焦流31的振动。

另外，在本实施方式的金属粉末制造装置10中，燃烧火焰30的集中位置SP优选设在穿过粉碎冷却筒18的顶角部18E的虚拟水平面FP上方的区域C内，气流可以从所有侧面更均匀地流入到射流聚焦流31的上游部分。基于此，可以在射流聚焦流31的上游部分周围形成平稳的气流，从而可以进一步抑制负压的产生。

此外，在如专利文献中记载的金属粉末制造方法中，由于初次粉碎产生的液滴一边扩散同时一边向下流动，因此有必要将旋流的直径，即，粉碎冷却筒的直径设置较大，从而在大直径水层捕获扩散的同时向下流动的金属粉末。然而，当增加粉碎冷却筒的直径时，需要增加喷射冷却水的供水源的能力，因此装置的制造成本也增加。

另一方面，在本实施方式的金属粉末制造装置10中，由于使初次粉碎的液滴Mmp与射流聚焦流31一起以直线状向下流动，因此可以减小捕获液滴的粉碎冷却筒的直径，从而使金属粉末制造装置10小型化。此外，二次粉碎区域的延长也变得容易。

在上述实施方式中，本实施方式的燃烧火焰喷射口28的直径从燃烧室26向下逐渐减小，但是该直径也可以从燃烧室26向下设为恒定。这时，通道部15的形状不是圆锥形而是圆筒形。当燃烧火焰30的喷射速度超过声速时，即使将燃烧火焰喷射口28设为恒定的直径，也可以在从燃烧火焰喷射口28的下端向下远离的位置使燃烧火焰30集中，以形成射流聚焦流31。

并且，在气体雾化方法中，由于气体的喷射速度远低于燃烧火焰的喷射速度，所以喷射的气体(包括金属粉末)被大大地扩散。

[试验例]

为了确认本发明的效果，使用适用了本发明的实施方式的金属粉制造装置，以及比较例的金属粉制造装置，在各装置中制造金属粉末，对其制得的金属粉末，进行了组成和粒径的比较。

关于金属粉末制造装置的说明

实施例的金属粉末制造装置

熔融部(供给单元)，燃烧火焰喷射单元，及粉碎部(粉碎冷却筒)与上述实施方式相同。

采用水作为引入到粉碎冷却筒中的冷媒，并且将流速控制为约160m/s。粉碎的液滴冲入高速的水流中，在该液滴的表面上产生的水蒸气膜被水流破坏并且迅速冷却。

比较例的金属粉末生产装置

使用在日本特开2014-136807号中公开的结构的金属粉末制造装置。

该金属粉末制造装置与实施例类似，射流燃烧器向由供给单元供给的熔融金属喷射火焰，以粉碎熔融金属。在安装在冷却室内的冷却喷嘴上，以5L/min的冷却水作为冷媒连续喷射上述粉碎的熔融金属，以使冷媒撞击燃烧火焰的外表面。所获得的粉末通过旋风分离器回收。

关于实施例与比较例的相同条件部分的说明

将粉碎的金属在熔融部熔融金属，使得Si为6.7wt％，Cr为2.5wt％，B为2.5wt％，C为0.6wt％，剩余量为Fe。熔融部具有可以控制熔融金属从底部滴落的塞子，可以通过打开塞子来控制向粉碎部的熔融金属的供应。

燃烧火焰从喷嘴的中心沿垂直方向测量温度分布，并将空燃比控制为1.2，以使最大值约为1200℃。熔融金属以3kg/min的速度滴落。

图4A是示出通过根据比较例的金属粉末制造装置制造的金属粉末的X射线衍射的测试结果的曲线图，图4B是示出通过根据实施例的金属粉末制造装置制造的金属粉末的X射线衍射的试验结果的曲线图。

从图4A所示的测试结果可以看出，由根据比较例的金属粉末制造装置制造的金属粉末包含部分结晶的金属粉末(在图中，存在Fe峰)。另一方面，从图4B所示的试验结果可以看出，由根据实施例的金属粉末制造装置制造的金属粉末是完全非晶态的(如比较例的试验结果所示，不存在峰)。

图5A是示出通过比较例的金属粉末制造装置制造的金属粉末的粒径分布的图，图5B是示出通过实施例的金属粉末制造装置制造的金属粉末的粒径分布的图。

从图5A和5B所示的试验结果可以看出，由比较例的金属粉末制造装置制造的金属粉末相比，由实施例的金属粉末制造装置制造的金属粉末可以抑制大粒径的粉末的生成，并且可以将其粉碎成平均粒径较小的粒径分布。

[其他实施方式]

如上所述，描述了本发明的一个实施方式，但是本发明不限于上述内容，除了上述内容之外，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种修改。

在上述实施方式中，使通过二次粉碎生成的液滴Mmp与回旋冷却水层56碰撞而进行了三次粉碎，但是，也可以使通过二次粉碎生成的液滴Mmp或通过液滴Mmp凝固的金属粉末Msp置于回旋冷却水层56上，并与粉碎冷却筒18的内周表面碰撞，使用此时的冲击来进行三次粉碎。由此，可以进一步提高粉碎能力，可以得到粒径更细微的金属粉末。

在本实施方式的金属粉末制造装置10中，可以使例如不含氧气的氩气、氮气等惰性气体流入至粉碎冷却筒18的内部。由此，可以抑制金属的氧化。

2017年9月7日提交的日本专利申请No.2017-172411的公开内容作为引用整体并入本文。

本说明书中记载的所有文献，专利申请和技术标准通过引用并入本文，其程度均与具体且单独记载每个单独的文献，专利申请和技术标准的程度相同。

符号说明

10 金属粉末制造装置

12 供应单元

14 燃烧火焰喷射单元

18 粉碎冷却筒(粉碎装置)

28 燃烧火焰喷射口

30 燃烧火焰

31 射流聚焦流

38A 顶面(开口部的开口面)

40 开口部

46 供水源(粉碎装置)

56 回旋冷却水层(旋流)

CLa 轴线

FP 虚拟水平面

M 熔融金属

Mmp 液滴

MSP 金属粉末

W 冷却水(粉碎冷媒)

Claims (7)

1.一种金属粉末制造装置，其特征在于，具备：

悬垂熔融金属的供给单元；

燃烧火焰喷射单元，将超音速燃烧火焰从燃烧火焰喷射口集中喷射到从所述供给单元悬垂的熔融金属，将集中的所述燃烧火焰以射流聚焦流的形式喷射到正下方；以及

具有粉碎冷却筒的粉碎装置，该粉碎冷却筒的轴线从垂直方向倾斜以沿着内周壁形成旋流，从上部的开口部注入所述射流聚焦流而冲入所述旋流；

其中，所述燃烧火焰的集中位置在所述开口部的上方的开放空间中；

所述燃烧火焰的集中位置在所述粉碎冷却筒的所述轴线的上方；

所述燃烧火焰的集中位置在穿过所述粉碎冷却筒的顶角的虚拟水平面的上方。

2.根据权利要求1所述的金属粉末制造装置，其特征在于，所述集中位置在距离所述燃烧火焰喷射口的下端的15～120mm的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的金属粉末制造装置，其特征在于，所述粉碎冷却筒的轴线相对于垂直方向的倾斜角度为10～55°，所述燃烧火焰喷射口的尖端在穿过所述粉碎冷却筒的顶角的虚拟水平面的上方。

4.一种金属粉末的制造方法，其特征在于，将超音速燃烧火焰集中喷射到悬垂的熔融金属，并将集中的所述燃烧火焰以射流聚焦流的形式喷射到正下方，

使所述射流聚焦流冲入沿粉碎冷却筒的内周表面形成的旋流，该粉碎冷却筒的轴线从垂直方向倾斜，同时，

将所述燃烧火焰的集中位置设置在所述旋流的上方的开放空间中；

将所述燃烧火焰的集中位置设置在所述粉碎冷却筒的所述轴线的上方；

将所述燃烧火焰的集中位置设置在穿过所述粉碎冷却筒的顶角的虚拟水平面的上方。

5.根据权利要求4所述的金属粉末的制造方法，其特征在于，使气流从所有侧面流向所述射流聚焦流的上游部。

6.根据权利要求4或5所述的金属粉末的制造方法，其特征在于，所述粉碎冷却筒的轴线相对于垂直方向的倾斜角度为10至55°，

喷射燃烧火焰的燃烧火焰喷射口的尖端位于穿过所述粉碎冷却筒的顶角的虚拟水平面的上方。

7.根据权利要求4所述的金属粉末的制造方法，其特征在于，具有：

向悬垂的熔融金属集中喷射超音速燃烧火焰，对所述熔融金属进行初次粉碎，形成熔融态液滴的初次粉碎步骤；

所述燃烧火焰以包括所述初次粉碎后的液滴的射流聚焦流形式喷射到正下方，使所述初次粉碎后的液滴在具有较高相对速度的所述射流聚焦流中移动以进行二次粉碎，形成较小熔融态液滴的二次粉碎步骤；以及

将包括所述二次粉碎后的液滴的所述射流聚焦流冲入旋流中以进行三次粉碎的同时将其冷却，形成比所述二次粉碎后的液滴更小的金属粉末的三次粉碎步骤。

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