CN111182986B

CN111182986B - 高速流体喷射装置

Info

Publication number: CN111182986B
Application number: CN201880062393.5A
Authority: CN
Inventors: 吉田健二; 高桥亨
Original assignee: Tohoku Magnet Institute Co ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: CN111182986A; JPWO2020021701A1; WO2020021701A1; JP6533352B1

Abstract

金属粉体制造装置用单元具备腔室以及液体膜形成部，所述腔室包括：壁，其将供金属熔融而成的金属熔体(45)流动的熔体流路的至少一部分包围；气体流路(20)，其设置于所述壁且供压力比大气压高的气体流动；以及气体喷射孔(21)，其与所述气体流路连通且设置于所述壁的内表面，将所述气体向使所述金属熔体加速的方向喷射至所述熔体流路中，所述液体膜形成部在所述熔体流路的比喷射所述气体的位置靠下游处形成使所述金属熔体凝固的液体膜。

Description

高速流体喷射装置

技术领域

本发明涉及金属粉体制造装置用单元、金属粉体制造装置以及金属粉体制造方法，例如涉及使用了液体膜的金属粉体制造装置用单元、金属粉体制造装置以及金属粉体制造方法。

背景技术

已知有向金属熔体的流路喷射液体，使金属熔体粉碎并凝固来制造金属粉体的雾化法(例如专利文献1至4)。已知使用了气体和水的雾化法(例如专利文献5、非专利文献1以及2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第00/38865号

专利文献2：日本特开2004-269956号公报

专利文献3：日本特开2007-291454号公报

专利文献4：日本特开2013-129916号公报

专利文献5：德国专利申请公开第4005696号说明书

非专利文献

非专利文献1：Scripta Metallurgica Vol.13，pp.673-676(1979)

非专利文献2：Materials Science and Engineering Vol.62，pp.217-230(1984)

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1至4那样的雾化法中，有时金属粉体的粒度未足够变小、以及/或者无法增大金属粉体内的非晶相这样的非平衡相或过饱和固溶体相等过冷却组织等的相的比例。这样，有时无法高收获率地制造所期望的金属粉体。在专利文献5、非专利文献1以及2中公开了使用了气体和水的雾化法，但对于高收获率地制造所期望的金属粉体的方法并未记载。

本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于高收获率地制造所期望的金属粉体。

用于解决课题的手段

本发明是一种金属粉体制造装置用单元，其具备腔室以及液体膜形成部，所述腔室包括：壁，其将供金属熔融而成的金属熔体流动的熔体流路的至少一部分包围；气体流路，其设置于所述壁且供压力比大气压高的气体流动；以及气体喷射孔，其与所述气体流路连通且设置于所述壁的内表面，将所述气体向使所述金属熔体加速的方向喷射至所述熔体流路中，所述液体膜形成部在所述熔体流路的比喷射所述气体的位置靠下游处形成使所述金属熔体凝固的液体膜。

在上述结构中，可以是，所述液体膜形成部包括液体喷射部，该液体喷射部朝向所述熔体流路喷射形成所述液体膜的液体。

在上述结构中，可以是，所述腔室向所述金属熔体喷射所述气体，由此使所述金属熔体向所述金属熔体流动的方向加速，所述液体膜形成部以使加速的所述金属熔体接触以及/或者接近所述液体膜从而将所述金属熔体凝固的方式形成所述液体膜。

在上述结构中，可以是，所述气体流路朝向所述气体喷射孔而间隔逐渐减小。

在上述结构中，可以是，所述气体喷射孔相对于所述熔体流路的中心大致旋转对称地设置。

在上述结构中，可以是，所述气体喷射孔沿所述金属熔体流动的方向配置多个。

在上述结构中，可以是，所述金属粉体制造装置用单元还具备对喷射之前的气体进行加热的加热部。

在上述结构中，可以是，所述液体膜形成部在所述熔体流路的中心不形成所述液体膜，而以所述液体膜包围所述中心且绕所述中心旋转的方式形成所述液体膜。

可以是，在所述气体喷射孔喷射所述气体的位置与所述金属熔体接触或接近于所述液体膜的位置之间，所述壁的内表面的截面的大小随着趋向所述金属熔体流动的方向而先逐渐减小之后逐渐增大。

本发明是一种金属粉体制造装置，其具备上述金属粉体制造装置用单元、以及供给所述金属熔体的供给单元。

本发明是一种金属粉体制造方法，在所述金属粉体制造方法中，从气体喷射孔将压力比大气压高的气体向使金属熔融而成的金属熔体加速的方向喷射至供所述金属熔体流动的熔体流路中，所述气体喷射孔与设置于将所述熔体流路的至少一部分包围的壁且供所述气体流动的气体流路连通、且设置于所述壁的内表面，在所述熔体流路的比喷射所述气体的位置靠下游处形成使所述金属熔体凝固的液体膜，从而形成所述金属的粉体。

发明效果

根据本发明，能够高收获率地制造所期望的金属粉体。

附图说明

图1是实施方式1的金属粉体制造装置的剖视图。

图2是实施方式1中的雾化单元的剖视图。

图3是示出实施方式1中的液体膜的另一例子的雾化单元的剖视图。

图4的(a)至图4的(e)是示出实施方式1中的气体流路的例子的剖视图。

图5的(a)以及图5的(b)是示出实施方式1中的气体流路的例子的剖视图。

图6的(a)至图6的(c)是示出实施方式1中的气体流路的喷射孔的例子的俯视图。

图7的(a)至图7的(c)是示出实施方式1中的气体流路的例子的剖视图。

图8的(a)以及图8的(b)示出实施方式1中的气体流路以及液体流路的配置例的剖视图。

图9的(a)以及图9的(b)是示出实施方式1中的气体流路以及液体流路的配置例的剖视图。

图10的(a)以及图10的(b)是示出实施方式1中的液体流路的喷射孔的例子的俯视图。

图11的(a)以及图11的(b)是示出实施方式1中的液体流路的例子的俯视图。

图12是示出实施方式1中的液体流路的例子的俯视图。

图13是示出实施方式1中的液体流路的例子的剖视图。

图14的(a)以及图14的(b)是示出实施方式1中的引导管的例子的剖视图。

图15是实施方式1的变形例1的雾化单元的剖视图。

图16是实施例的金属粉体制造装置的剖视图。

图17的(a)是示出实施例1至6的X线衍射光谱的图，图17的(b)是示出比较例1至5的X线衍射光谱的图。

图18的(a)是示出实施例以及比较例中的针对粒度D50的非晶化度的图，图18的(b)是示出针对水压比的粒度D50的图。

具体实施方式

作为从熔融了的金属即金属熔体制造粉体的装置，已知有气体雾化装置和液体雾化装置。在雾化装置中，向金属熔体的流路或者其附近喷射气体或者液体。由此，在对金属熔体作用粉碎力的同时将金属熔体冷却。通过将金属熔体迅速冷却，从而能够得到包含较多的非晶相那样的非平衡相或者过饱和固溶体相等的过冷却组织的金属粉体(所谓的过冷却粉体)。过冷却粉体通常耐腐蚀性、耐磨损性以及/或者磁特性等优异。

在气体雾化装置中，由于气体的冷却能力较低，因此能够从金属熔体形成球状的液滴。由此，能够得到球状且粒度小的金属粉体。然而，难以以高的冷却速度冷却金属粉体。在液体雾化装置中，由于液体的冷却能力较高，因此能够以较高的冷却速度冷却金属熔体。

在专利文献2中，记载了对被吸引至供金属熔体流动的环状喷嘴内的气流赋予旋转力矩以使环状喷嘴内的气流回旋的内容。金属熔体在离心力的作用下分裂，因此能够得到粒度小、粒度分布宽度窄、且近似球形的金属粉体。

然而，粒径为5μm以下的金属粉体的收获率为50％以下。认为这是由于气流的离心力导致粉碎力不足所致。另外，金属熔体与气流长时间地接触，因此以低的速度将金属熔体冷却。因此，金属熔体在与液体接触或者接近之前容易生成平衡相，因此难以高收获率地制造过冷却粉体。

如上所述，难以制造所期望的金属粉体。以下，参照附图对能够制造所期望的金属粉体的本发明的实施方式进行说明。

[实施方式1]

图1是实施方式1的金属粉体制造装置的剖视图。如图1所示，金属粉体制造装置具备供给单元40、雾化单元10(金属粉体制造装置用单元)、回收槽50以及引导管52。将与中心轴60平行的上方向设为Z方向，将与中心轴60正交的方向设为X方向以及Y方向。-Z方向优选为重力的方向。

供给单元40是对金属进行加热以使其熔融，并通过进行加压而将金属熔体向雾化单元10喷射的单元。金属熔体的喷射方向例如为-Z方向。

雾化单元10是从金属熔体生成金属粉体的单元。雾化单元10具备腔室11、熔体流路15、气体流路20以及液体流路30。腔室11呈以中心轴60为中心的环状，例如由铁合金等金属构成。在腔室11的中央设置有输送金属熔体的熔体流路15。气体流路20设置于腔室11的壁内并与喷射孔21连通。喷射孔21设置于腔室11的内表面，向熔体流路15喷射气体。液体流路30设置于腔室11的壁内并与喷射孔31连通。喷射孔31设置于腔室11的内表面，向熔体流路15喷射液体。关于雾化单元10的详情将后述。

熔体流路15是由腔室11的壁围起的供金属熔体流动的空间。气体流路20以及液体流路30是设置于腔室11的壁内的空间，分别充满了气体以及液体。喷射孔21以及31是腔室11的气体流路20以及液体流路30的空间分别在壁的内表面露出的孔。在将气体流路20以及液体流路30内设为高压时，分别从喷射孔21以及31喷出气体以及液体。

需要说明的是，腔室11的材质例如由铁、铜、镍、铝、钛等或者它们的合金构成，能够根据处理适当选择。例如，在重视耐腐蚀性以及强度的情况下，雾化单元10也可以由不锈钢构成。另外，例如，在重视耐热性的情况下，雾化单元10也可以由镍合金构成。也可以根据需要而金属表面具有氧化被膜等的保护层。

回收槽50对所生成的金属粉体进行回收。在回收槽50中回收包含金属粉体的液体。引导管52沿着液体膜35设置，并随着朝向-Z方向而内径逐渐增加。引导管52保护液体膜35不受外部扰动。例如，抑制在回收槽50的内壁反弹的金属粉体或者液体对液体膜35造成影响。

图2是实施方式1中的雾化单元的剖视图。雾化单元10以中心轴60大致圆对称。在腔室11内的熔体流路15中，金属熔体45向-Z方向通过。金属熔体45是熔融了的金属，例如是以Fe(铁)、Ni(镍)、Al(铝)、Cu(铜)、Co(钴)、W(钨)、Sn(锡)以及/或者Ag(银)等为主要分量的金属。腔室11具有上部腔室12和下部腔室13。在上部腔室12的壁设置有气体流路20，在上部腔室12的内表面设置有喷射孔21。在下部腔室13的壁设置有液体流路30，在下部腔室13的内表面设置有喷射孔31。上部腔室12的XY截面比下部腔室13的XY截面小。

气体流路20呈以中心轴60为中心的圆对称的狭缝状，并且具有前端部22和供给部23。压力比大气压高的气体在供给部23中沿水平方向向中心轴60方向被导入。导入至供给部23的气体在气体压缩机、储气瓶或者储气罐等的作用下而升压至比大气压高。气体的压力例如为1.0MPa。气体例如是空气或者非活性气体(例如氮气或者氩气等稀有气体)。前端部22向-Z方向倾斜，并且狭缝的间隔朝向喷射孔21而逐渐减小。由此，气体25的喷射速度变快。喷射孔21以包含-Z方向在内的方式喷射气体25。金属熔体45在气体25的作用下被加速。气体25碰撞于金属熔体45，由此金属熔体45的输送方向45a从-Z方向扩宽。由于上部腔室12的直径较小，因此喷射孔21能够向金属熔体45的附近喷射气体。由此，能够使金属熔体45进一步加速。另外，例如，能够使来自喷射孔21的气体发生隔热膨胀的效果增大，能够对气体赋予追加的冷却效果。

液体流路30呈狭缝状，具有前端部32和供给部33。压力比大气压高的液体在供给部33中沿水平方向向中心轴60方向被导入。液体是熔融金属的冷却用的液体，例如是水。用作液体的水例如可以是水溶液或者超纯水，也可以向水中添加确定的物质，还可以去除确定的物质。例如可以是，为了防止氧化而将溶解于水中的氧等去除。液体的压力例如为60MPa。

前端部32向-Z方向倾斜，并且狭缝的间隔朝向喷射孔31而逐渐减小。喷射孔31向-Z方向喷射液体。由此，在-Z方向形成液体膜35。液体膜35是例如专利文献1所记载那样的单叶双曲面状，在中心轴60未形成液体膜35，液体膜35以中心轴60为中心旋转。这是因为，若直线喷射液体，则液体膜35的形状成为在液体的喷射方向上假想延长的线的集合体、或这些线的集合体所呈的曲面、或将它们在-Z方向错开而成的形状。

金属熔体45在区域51中与液体膜35接触或接近该液体膜35。在区域51中，通过液体膜35将金属熔体45粉碎并冷却。由此，金属熔体45被快速冷却且生成金属粉体。需要说明的是，金属熔体45也可以由气体25粉碎，并由液体膜35冷却。

根据实施方式1，腔室11的壁将供金属熔融而成的金属熔体45流动的熔体流路15的至少一部分包围。气体流路20设置于腔室11的壁且供压力比大气压高的气体流动。喷射孔21(气体喷射孔)与气体流路20连通且设置于壁的内表面，并将气体25向使金属熔体45加速的方向喷射至熔体流路15。液体膜形成部即喷射孔31在比喷射气体的位置靠下游的熔体流路15形成将金属熔体45粉碎并使其凝固的液体膜35。

这样，腔室11向金属熔体45喷射气体，从而使金属熔体45向-Z方向(金属熔体流动的方向)加速。喷射孔31形成液体膜35，以使得加速的金属熔体45与液体膜35接触以及/或者接近该液体膜35，从而将金属熔体45凝固。此时，也能够将金属熔体45粉碎。

从喷射孔21向金属熔体45喷射高压的气体，从而对金属熔体45施加剪切力等粉碎力。由此，气体25将金属熔体45粉碎，因此能够得到粒度小的金属粉体。能够通过气体25和液体膜35来将金属熔体45冷却。此外，通过气体25将金属熔体45加速，因此，能够缩短从由气体25进行的金属熔体45的冷却至由液体膜35进行的金属熔体45的冷却为止的时间。因而，能够提高金属熔体45的冷却速度。因而，能够得到包含较多的非平衡相或者过饱和固溶体相等的过冷却粉体。能够通过气体的压力与液体的压力的平衡来调整金属粉体的粒度。由此，能够高收获率地制造所期望的粒度的过冷却粉体。这样，能够高收获率地制造所期望的金属粉体。

从喷射孔21喷射的气体25的压力(即气体流路20内的压力)优选为0.15MPa(1.5气压)以上，更优选为0.20MPa(2.0气压)以上，进一步优选为0.50MPa(5.0气压)以上。气体的压力的上限不受特别限定。例如，气体的压力也可以为5.0MPa(50气压)以下。从喷射孔31喷射的液体的压力(即液体流路30内的压力)优选为0.3MPa(3.0气压)以上，更优选为6.0MPa(60气压)以上，进一步优选为50MPa(500气压)以上。液体的压力的上限不受特别限定，例如也可以为150MPa(1500气压)以下。

另外，喷射孔31不在熔体流路15的中心形成液体膜35，而以液体膜35包围中心且绕着中心旋转的方式形成液体膜35。由于不在熔体流路15的中心形成液体膜35，因此气体能够通过熔体流路15的中心向-Z方向高速移动。由此，金属熔体45被进一步加速，能够进一步提高金属熔体45的冷却速度。由于液体膜35正进行旋转，因此在液体膜35的区域51中，气体高速旋转。通过该旋转力而将金属熔体45粉碎得较小。

熔体流路15的至少一部分中的金属熔体45的周围的气体的速度优选为超音速。由此，能够通过超音速的冲击波将金属熔体45粉碎。另外，能够加快金属熔体45的速度，因此能够提高金属熔体45的冷却速度。区域51中的气体的速度优选为超音速。

为了缩短至金属熔体45的迅速冷却(即碰上水)为止的时间，因此，喷射孔21与区域51之间的距离优选较短。

[液体膜的例子]

图3是实施方式1中的液体膜的其他例子的雾化单元的剖视图。如图3所示，液体流路30使液体膜35呈专利文献3以及4所记载那样的锥形状、圆锥形状或者倒圆锥形状。液体膜35的锥形状的顶点例如位于中心轴60。液体膜35形成于熔体流路15的中心，因此金属熔体45更加与液体膜35接触。由此，能够对金属熔体45进行冷却。另外，也能够与冷却同时地将金属熔体45粉碎(二次粉碎)。液体膜35的形状能够任意设定。为了将金属熔体45粉碎得较小，液体膜35优选为以中心轴60为中心的单叶双曲面形状。

[气体流路的例子]

图4的(a)至图5的(b)是实施方式1中的气体流路的例子的剖视图。如图4的(a)所示，气体流路20的前端部22朝向喷射孔21而狭缝的间隔逐渐减小。如图4的(b)所示，气体流路20的前端部22朝向喷射孔21而狭缝的间隔逐渐增加。如图4的(c)所示，气体流路20的前端部22的狭缝的间隔大致均匀。如图4的(d)所示，气体流路20的前端部22朝向喷射孔21而狭缝的间隔先逐渐减小之后逐渐增加。前端部22例如呈拉瓦尔喷嘴那样的形状。如图4的(e)所示，也可以在管的内表面形成有螺旋槽24。

如图5的(a)所示，供给部23以及前端部22在XZ平面(或者YZ平面)中随着趋向中心轴60方向而向-Z方向弯曲。如图5的(b)所示，供给部23以及前端部22以在XZ平面(或者YZ平面)中随着趋向中心轴60方向而成为-Z方向的方式直线延伸。可以如图4的(a)至图4的(e)所示那样，气体流路20具有沿XY平面延伸的供给部23以及向-Z方向倾斜的前端部22。也可以如图5的(a)以及图5的(b)所示那样，气体流路20的供给部23向-Z方向倾斜。

如图4的(a)至图4的(d)所示，气体流路20的前端部22的形状能够适当设计。如图4的(a)所示，气体流路20的前端部22优选朝向喷射孔21而间隔逐渐减小。由此，能够加快来自喷射孔21的气体的喷射速度。另外，如图4的(d)所示，前端部22优选朝向喷射孔21而间隔先逐渐减小之后逐渐增加。由此，能够加快来自喷射孔21的气体的喷射速度。从使金属熔体45加速的观点来看，气体25的顶角θ(参照图3)优选为例如0°至100°。

图6的(a)至图6的(c)是实施方式1中的气体的喷射孔的例子的俯视图。图6的(a)至图6的(c)示出喷射孔21的XY平面形状。如图6的(a)所示，喷射孔21是呈以中心轴60为中心的环状的圆环狭缝型。图6的(b)所示，多个喷射孔21是沿着以中心轴60为中心的圆61设置的多孔笔型。如图6的(c)所示，喷射孔21相对于中心轴60而仅设置于-X侧。

如图6的(a)至图6的(c)所示，喷射孔21的形状能够适当设计。如图6的(a)以及图6的(b)所示，喷射孔21优选在制造误差程度下相对于熔体流路15的中心大致旋转对称地设置。由此，向金属熔体45均匀地喷射气体25。因而，能够高效地加速金属熔体45。喷射孔21的宽度例如为0.1mm至5mm。喷射孔21也可以是通过施加气体压力而开口的结构。喷射孔21的整体面积例如为0.5mm²至1000mm²。

图7的(a)至图7的(c)是实施方式1中的气体流路的例子的剖视图。如图7的(a)所示，沿Z方向设置有多个气体流路20a至20c。喷射孔21a至21c在上部腔室12中沿Z方向配置。气体流路20a至20c的形状既可以彼此相同，也可以彼此不同。喷射孔21a至21c既可以为彼此相同的形状，也可以为彼此不同的形状。

如图7的(b)所示，从一个供给部23分支出多个前端部22a以及22b。在上部腔室12的内表面沿Z方向配置有多个喷射孔21a以及21b。喷射孔21a以及21b既可以为彼此相同的形状，也可以为彼此不同的形状。

如图7的(a)以及图7的(b)所示，喷射孔21a至21c沿Z方向配置有多个。由此，能够进一步加速金属熔体45。

如图7的(c)所示，雾化单元10具备加热气体的加热部26(例如加热器)。加热部26对气体流路20内的气体进行加热。由此，气体的温度比室温高。

为了提高金属熔体45的冷却速度，优选加快气体速度，并加快金属熔体45的速度。在此，对气体进行加热。由此，能够使气体的速度加速，从而能够提高金属熔体的冷却速度。气体的温度例如优选为100℃以上。

[气体流路以及液体流路的配置例]

图8的(a)至图9的(b)是示出实施方式1中的气体流路以及液体流路的配置例的剖视图。如图8的(a)所示，在雾化单元10中，具有气体流路20的上部腔室12与具有液体流路30的下部腔室13分离。这样，雾化单元10也可以分离为多个。

如图8的(b)所示，上部腔室12的中心轴60a与下部腔室13的中心轴60b不一致。像这样，虽然中心轴60a与60b可以不一致，但为了均匀地粉碎金属熔体45，优选中心轴60a与60b一致。

如图9的(a)所示，气体流路20的喷射孔21设置于比液体流路30的喷射孔31靠-Z方向处。这样，喷射孔21也可以位于比喷射孔31靠下游侧处。为了在金属熔体45与液体膜35接触或者接近液体膜35之前将金属熔体45一次粉碎，喷射孔21优选配置于比区域51靠+Z方向处。

如图9的(b)所示，腔室11在喷射孔21喷射气体的位置与金属熔体45接触或接近于液体膜35的位置之间具有狭窄部14。在狭窄部14中，腔室11的壁的内表面的XY截面的大小随着趋向-Z方向而逐渐减小之后逐渐增大。狭窄部14例如呈拉瓦尔喷嘴形状。狭窄部14作为拉瓦尔喷嘴发挥功能，从而能够使通过了狭窄部14的气体成为高速(例如超音速)。由此，能够提高金属熔体45的冷却速度。喷射孔31可以设置于狭窄部14。例如也可以在腔室11的壁的内表面的XY截面变得最小的位置设置喷射孔31。

[液体流路的例子]

图10的(a)以及图10的(b)是实施方式1中的液体流路的喷射孔的例子的俯视图。图10的(a)以及图10的(b)示出喷射孔31的XY平面形状。如图10的(a)所示，喷射孔31呈以中心轴60为中心的环状。如图10的(b)所示，多个喷射孔31沿着以中心轴60为中心的圆61设置。

如图10的(a)以及图10的(b)所示，喷射孔31的形状能够适当设计。为了均匀地形成液体膜35，喷射孔31优选在制造误差程度下以中心轴60为中心大致旋转对称地设置。例如，如图10的(b)所示，在喷射孔21以及31为多个孔的情况下，与将前端部22的中心线从喷射孔21向中心轴60方向延长而得的直线与中心轴60之间的距离成为最小的Z方向的位置相比，将前端部32的中心线从喷射孔31向中心轴60方向延长而得的直线与中心轴60之间的距离成为最小的Z方向的位置可以更靠+Z侧，也可以更靠-Z侧。另外，例如，如图10的(a)所示，在喷射孔21以及喷射孔31为圆环狭缝状的情况下，在包含中心轴60的XZ截面(或者YZ截面)中，与前端部22的中心线的从喷射孔21向中心轴60延长而得的直线与中心轴60的交点(由前端部22的中心线形成的面(锥)的顶点)相比，前端部32的中心线的从喷射孔31向中心轴60延长而得的直线与中心轴60的交点(由前端部32的中心线形成的面(锥)的顶点)可以更靠+Z侧，也可以更靠-Z侧。

图11的(a)、图11的(b)以及图12是实施方式1中的液体流路的例子的俯视图。如图11的(a)所示，在下部腔室13的内表面设置有喷射孔31。以包围喷射孔31的方式设置有前端部32。以包围前端部32的方式设置有供给部33。在前端部32设置有回旋叶34。回旋叶34对从供给部33导入的液体39b附加左旋的旋转力矩。具有旋转力矩的液体39a从喷射孔21向熔体流路15喷射。由此，由液体39a形成的液体膜35旋转并成为例如单叶双曲面形状。

如图11的(b)所示，回旋叶34与图11的(a)中的相比更短且更粗。回旋叶34对从供给部33导入的液体39a附加右旋的旋转力矩。

如图12所示，在液体流路30未设置回旋叶34。导入管36将液体39c偏心地导入供给部33。导入管36向例如以中心轴60为中心的圆的切线方向导入液体39c。由此，从喷射孔31喷射附加了旋转力矩的液体39a。其他结构与图11的(a)相同。

如图11的(a)、图11的(b)以及图12所示，回旋部能够以赋予液体膜35旋转力矩的方式适当设定。另外，能够通过使液体膜35不具有旋转力矩，从而形成图3那样的锥形状的液体膜35。例如，在对液体膜35赋予旋转力矩的结构中，从喷出孔31向熔体流路15喷出的液体39a的喷出方向可以是在XY平面中包含以中心轴60为中心的圆的圆周方向分量的方向。另外，例如从喷出孔31向熔体流路15喷出的液体39a的喷出方向也可以在XY平面中包含以中心轴60为中心的圆的圆周方向分量和朝向中心轴60的方向分量(半径方向分量)。关于上述那样的液体39a的喷出方向，例如能够通过图11的(a)或者图11的(b)的回旋叶34的壁面、导入管36的壁面(内表面)而形成。

如图10的(a)至图12所示，液体膜形成部包括将形成液体膜35的液体朝向熔体流路15喷射的喷射孔31(液体喷射部)。由此，能够容易地形成液体膜35。

图13是实施方式1中的液体流路的例子的剖视图。如图13所示，在下部腔室13的壁沿Z方向设置有多个液体流路30a至30c。喷射孔31a至31c在下部腔室13内表面上沿Z方向配置。液体流路30a至30c的形状既可以彼此相同，也可以彼此不同。喷射孔31a至31c既可以是彼此相同的形状，也可以是彼此不同的形状。

如图13所示，喷射孔31a至31c可以沿Z方向配置有多个。由此，能够形成多个液体膜35。金属熔体45接触或接近于多个液体膜3，因此能够将金属粉体粉碎得较小。另外，能够提高金属熔体45的冷却速度。

液体膜35的温度较低的话则能够快速冷却金属熔体45。因而，从喷射孔31喷出的液体的温度优选为比室温。液体膜35的温度也可以比室温高。

[引导管的例子]

图14的(a)以及图14的(b)是实施方式1中的引导管的例子的剖视图。如图14的(a)所示，设置有从引导管52的外部向内部导入液体54的导入管53。液体54例如是水等制冷剂，用于将引导管52内冷却。若引导管52内的温度上升，则金属熔体45的冷却速度降低。通过向引导管52内导入液体54，从而能够将引导管52内冷却。

如图14的(b)所示，引导管52的内表面朝向-Z方向而内径先逐渐减小之后逐渐增加。引导管52的内表面呈拉瓦尔喷嘴形状。由此，引导管52内的气体被向-Z方向加速。由此，能够加快金属熔体45的速度。因而，能够提高金属熔体45的冷却速度。

引导管52的形状能够以保护液体膜35的方式适当设定。从保护液体膜35的观点来看，引导管52优选沿着液体膜35设置。也可以在引导管52的内表面设置螺旋槽。

[实施方式1的变形例1]

图15是实施方式1的变形例1的雾化单元的剖视图。如图15所示，雾化单元10具备具有气体流路20的上部腔室12和旋转体37。旋转体37的内表面例如呈单叶双曲面形状，以中心轴60为中心进行旋转。导入管38将液体39d向旋转体37的内表面导入。由此，在旋转体37的内表面形成旋转的液体膜35。

如实施方式1的变形例1那样，液体膜35也可以由旋转体37形成。液体膜形成部只要形成使金属熔体45凝固的液体膜35即可。此时，也能够将金属熔体45粉碎(二次粉碎)。

实施方式1的金属粉体制造装置用单元具备腔室11，该腔室11包括：壁，其将供金属熔融而成的金属熔体45流动的熔体流路15的至少一部分包围；气体流路20，其设置于该壁且供压力比大气压高的气体流动；气体喷射孔21，其与该气体流路20连通且设置于壁的内表面，向使金属熔体45加速的方向将气体喷射至熔体流路15；液体流路30，其设置于壁且供压力比大气压高的液体流动；以及液体喷射部，其与该液体流路30连通且设置于壁的内表面，向熔体流路15喷射液体。该金属粉体制造装置用单元的液体喷射部能够在比喷射气体的位置靠下游的熔体流路15形成使金属熔体45凝固的液体膜35。

实施方式1的变形例1的金属粉体制造装置用单元具备腔室，该腔室包括：壁，其将供金属熔融而成的金属熔体45流动的熔体流路15的至少一部分包围；气体流路20，其设置于该壁且供压力比大气压高的气体流动；气体喷射孔21，其与该气体流路20连通且设置于壁的内表面，将气体向使金属熔体45加速的方向喷射至熔体流路15；以及旋转体37，其能够绕着熔体流路15的中心轴60将壁转动。从液体供给部(导入管38)向该金属粉体制造装置用单元的旋转体的内表面(壁)供给液体，由此能够在比喷射气体的位置靠下游的熔体流路形成使金属熔体45凝固的液体膜35。

即，上述的金属粉体制造装置用单元具备腔室11和液体膜形成部，该腔室11包括：壁，其将供金属熔融而成的金属熔体45流动的熔体流路15的至少一部分包围；气体流路20，其设置于该壁且供压力比大气压高的气体流动；以及气体喷射孔21，其与该气体流路20连通且设置于上述壁的内表面，将气体向使金属熔体45加速的方向喷射至熔体流路15，该液体膜形成部在比喷射气体的位置靠下游的熔体流路15形成使金属熔体45凝固的液体膜35。

在以高产量得到小的粒径且非晶化度高的金属粉体的情况下，优选如下条件。关于金属粉体的累积频度50％的粒度D50的上限，优选小于20μm，更优选为10μm以下，进一步优选为8.0μm以下。金属粉体的累积频度50％的粒度D50的下限不受特别限定。例如，从后述的微型轨迹的精度的观点来看，粒度D50的下限可以为0.02μm。若考虑表面氧化等表面状态，则例如粒度D50的下限可以为0.50μm，也可以为1.0μm，还可以为2.0μm。关于该情况下的非晶化度的下限，优选为80％以上，更优选为90％以上，进一步优选为95％以上。非晶化度的上限为100％。

在以高产量得到大的粒径且非晶化度高的金属粉体的情况下，优选如下条件。关于金属粉体的累积频度50％的粒度D50的上限，优选为100μm以下，更优选为80μm以下，进一步优选为50μm以下。金属粉体的累积频度50％的粒度D50的下限优选为20μm以上。关于该情况下的非晶化度的下限，优选为60％以上，更优选为70％以上，进一步优选为80％以上。非晶化度的上限为100％。

关于上述内容，根据合金组成而难易度变动，因此与上述效果相关的数值条件不受特别限定。例如，在Fe的量为80原子％以上的铁合金中得到非晶质的情况下，若得到上述效果则特别优选。

以下，对使用了实施方式1的实施例以及比较例进行说明。

[实施例]

图16是实施例的金属粉体制造装置的剖视图。如图16所示，供给单元40具有加热槽42、加热部44以及喷出孔46。加热槽42内被导入母合金48。加热部44对加热槽42内的母合金48进行感应加热而使其熔融。对加热槽42内的母合金48施加压力，由此从喷出孔46喷出熔融了的金属。

雾化单元10具备腔室11、熔体流路15、气体流路20以及液体流路30。上部腔室12的内表面的直径比下部腔室13的内表面的直径小且朝向-Z方向逐渐减小。喷射孔21设置于上部腔室12的-Z端。下部腔室13的内表面的径向-Z方向先逐渐减小之后逐渐增加。在液体流路30的前端部32设置有回旋叶34。在下部腔室13的内表面的直径最小的附近设置有喷射孔31。通过从喷射孔31喷射的液体而形成以中心轴60为中心进行旋转的液体膜35。以保护液体膜35的方式设置有引导管52。其他结构与实施方式1的图1以及图2相同，省略说明。

使用实施例的金属粉体制造装置生成了金属粉体。以将Fe，Fe-Si，Fe-B、Fe-P以及Cu得到Fe_83.3Si₄B₈P₄Cu_0.7的组成(原子量组成)的方式进行了调整。对调整后的原料进行加热，从而制作出所期望的组成的熔融了的母合金48。将母合金48粉碎并填充至加热槽42。加热部44将母合金48在氩气环境气氛中进行感应加热而使其成为1350℃。从供给单元40供给的金属熔体45被雾化单元10粉碎，且被冷却凝固，从而得到金属粉体。对于在气体流路20中流动的气体，使用大气压换算下20℃的空气，对于在液体流路30中流动的液体，使用大气压换算下25℃的水。对于金属粉体，通过振动筛装置将异物以及凝结了的粒子去除。

株式会社理学制的X线衍射装置SmartLabIX，在衍射角2θ为20°以上90°以下的范围内，取得金属粉体的X线衍射光谱。由此，确定金属粉体的结构相。使用microtrac-bel株式会社制的微型轨迹MT3300EX，测定金属粉体的累积频度50％的粒度D50。

表1是示出实施例1至6以及比较例1至5的金属粉体的制作条件以及结构相以及粒度的测定结果的表。

[表1]

在表1中，喷射的水量全部相同。“气体压力比”是将气体流路20内的气体的压力按照实施例1的气体压力标准化后的值。“气体流量比”是将喷射孔21中的气体的流量按照实施例1的气体流量标准化后的值。“水压比”是将液体流路30内的水的压力按照实施例1的水压标准化后的值。“回旋叶”表示有无回旋叶34。在有回旋叶的情况下，液体膜35呈单叶双曲面形状，在无回旋叶的情况下，液体膜35呈锥形状。“相”是通过X线衍射(XRD：X-raydiffraction)法确定的相，Amo表示非晶相，Cry表示结晶相。“非晶化度”表示通过X线衍射法求出的非晶态的比例。“D50”是粒度D50。

如表1所示，在实施例1至6中，从喷射孔21喷射气体，向熔体流路15内强制导入气体。在实施例1至3中，使液体膜35成为单叶双曲面形状，并分别改变了水压比。在实施例4至6中，使液体膜35成为锥形状，并分别改变了水压比。

在比较例1至5中，不从喷射孔21喷射气体，熔体流路15内的气体是从上部自然流入的空气。在比较例1以及2中，使液体膜35成为锥形状，并分别改变了水压比。在比较例3至5中，使液体膜35成为单叶双曲面形状，并分别改变了水压比。

图17的(a)是示出实施例1至6的X线衍射光谱的图，图17的(b)是示出比较例1至5的X线衍射光谱的图。如图17的(a)所示，在实施例1至4中，未观测到结晶相引起的峰值。在实施例5中，观测到小的峰值。在实施例6中，观测到稍大的峰值。如表1所示，在实施例1至3以及6中，结构相为非晶相且非结晶化度为100％。可知实施例4以及5的结构相为非晶相和结晶相。另外在实施例4以及5中，非晶化度稍稍变小至72％以及97％。

如图17的(b)所示，在比较例1至5中，观测到结晶相引起的峰值。如表1所示，在比较例1至5中，结构相为结晶相，非晶化度为50％以下。

图18的(a)是示出实施例以及比较例中的针对粒度D50的非晶化度的图，图18的(b)是示出针对水压比的粒度D50的图。数字表示实施例1至6以及比较例1至5。如表1以及图18的(a)所示，在比较例1至5中，非晶化度小至50％以下。在实施例1至3中，粒度D50小，并且非晶化度为100％。在实施例4至6中，粒度D50大，但与比较例相比非晶化度更高。这样，在实施例中，与比较例相比能够增大非晶化度。在实施例中，在液体膜35呈单叶双曲面形状的实施例1至3中，与液体膜35呈锥形状的实施例4至6相比，能够减小粒度D50且增大非结晶化度。

如表1以及图18的(b)所示，水压比较大的话则能够减小粒度D50。这样，能够通过使水压变化来控制金属粉体的粒度。

如上所述，在实施例中，与比较例相比，能够增大金属粉体的非晶化度。这是因为，气体流路20从喷射孔21向金属熔体45喷射气体，从而金属熔体45被加速。若金属熔体45被加速，则金属熔体45以高温的状态接触或接近于液体膜35。由此，与金属熔体45的粉碎同时地或紧接着其之后(几乎同时)同时地快速冷却。因此，以非晶态状态形成金属粉体。这样，在实施例中，能够以高收获率制造包含较多的非平衡相或者过饱和固溶体相等过冷却组织的金属粉体。另外，能够通过控制水压与气体压力的比率来控制金属粉体的粒度。

以上，对发明的优选的实施例进行了详述，但本发明并不限定于该确定的实施例，而可以在权利请求范围所记载的本发明的主旨的范围内进行各种变形、变更。

附图标记说明：

10 雾化单元

11 腔室

12 上部腔室

13 下部腔室

20 气体流路

21、31 喷射孔

22、32 前端部

23、33 供给部

30 液体流路

34 回旋叶

35 液体膜

40 供给单元

50 回收槽

52 引导管。

Claims

1.一种金属粉体制造装置用单元，其中，

所述金属粉体制造装置用单元具备腔室以及液体膜形成部，

所述腔室包括：

壁，其将供金属熔融而成的金属熔体流动的熔体流路的至少一部分包围；

气体流路，其设置于所述壁且供压力比大气压高的气体流动；以及

气体喷射孔，其与所述气体流路连通且设置于所述壁的内表面，将所述气体向使所述金属熔体加速的方向喷射至所述熔体流路中，

所述液体膜形成部在所述熔体流路的比喷射所述气体的位置靠下游处形成使所述金属熔体凝固的液体膜，

所述液体膜形成部包括液体喷射部，该液体喷射部朝向所述熔体流路喷射形成所述液体膜的液体，

所述液体的喷射方向是包括朝向以所述熔体流路的中心为中心的圆的中心的半径方向分量、所述圆的圆周方向分量、以及朝向所述熔体流路的下游的方向分量的方向，

所述液体膜不在所述熔体流路的中心形成。

2.根据权利要求1所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述金属熔体的一部分与所述液体膜接触。

3.根据权利要求1或2所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述腔室向所述金属熔体喷射所述气体，由此使所述金属熔体向所述金属熔体流动的方向加速，

所述液体膜形成部以使加速的所述金属熔体接触以及/或者接近所述液体膜从而将所述金属熔体凝固的方式形成所述液体膜。

4.根据权利要求1或2所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述气体流路朝向所述气体喷射孔而间隔逐渐减小。

5.根据权利要求1或2所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述气体喷射孔相对于所述熔体流路的中心大致旋转对称地设置。

6.根据权利要求1或2所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述气体喷射孔沿所述金属熔体流动的方向配置多个。

7.根据权利要求1或2所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述金属粉体制造装置用单元还具备对喷射之前的气体进行加热的加热部。

8.根据权利要求1或2所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述熔体流路内的至少一部分中的所述气体的速度为超音速。

9.根据权利要求1或2所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述液体膜形成部包括设置于所述壁内的液体流路、以及与所述液体流路连通、设置于所述壁的内表面且作为所述液体喷射部的液体喷射孔，

所述液体流路的至少一部分回旋，以使得来自所述液体喷射孔的所述液体的喷射方向包括所述圆周方向分量。

10.根据权利要求1或2所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

将来自所述液体喷射部的所述液体的喷射方向假想延长后的直线直至所述延长后的直线最接近所述熔体流路的中心的地点，都不与所述腔室的壁接触。

11.根据权利要求1或2所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

在从所述液体喷射部喷射所述液体的位置至将来自所述液体喷射部的所述液体的喷射方向假想延长后的直线最接近所述熔体流路的中心的地点之间，所述壁至少包括随着趋向所述金属熔体流动的方向而所述壁的内表面的截面的大小增大的部分。

12.一种金属粉体制造装置用单元，其中，

所述金属粉体制造装置用单元具备腔室以及液体膜形成部，

所述腔室包括：

所述液体膜形成部在所述熔体流路的中心不形成所述液体膜，并且将所述液体膜形成为包围所述中心，在比所述液体膜最接近所述熔体流路的中心的地点靠所述熔体流路的上游处，所述液体膜随着趋向所述熔体流路的下游而靠近所述熔体流路的中心，在比所述地点靠所述下游处，所述液体膜随着趋向所述下游而从所述中心分离，且所述液体膜内的流体的流动一边绕所述中心旋转一边趋向所述下游。

13.根据权利要求12所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

从所述液体喷射部喷射出的液体以不与所述腔室的壁接触的方式到达所述地点。

14.根据权利要求12或13所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述金属熔体的一部分与所述液体膜接触。

15.根据权利要求13所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

16.一种金属粉体制造装置用单元，其中，

所述金属粉体制造装置用单元具备腔室以及液体膜形成部，

所述腔室包括：

在所述气体喷射孔喷射所述气体的位置与所述金属熔体接触或接近于所述液体膜的位置之间，所述壁的内表面的截面的大小随着趋向所述金属熔体流动的方向而先逐渐减小之后逐渐增大。

17.根据权利要求16所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

所述液体的喷射方向是包括朝向以所述熔体流路的中心为中心的圆的中心的半径方向分量和所述圆的圆周方向分量中的至少半径方向分量、以及朝向所述熔体流路的下游的方向分量的方向。

18.根据权利要求17所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

19.一种金属粉体制造装置用单元，其中，

所述金属粉体制造装置用单元具备：

气体喷射孔，其设置于所述壁，向包括朝向所述熔体流路的下游的方向分量的方向喷射压力比大气压高的气体；以及

液体喷射部，其向包括朝向以所述熔体流路的中心为中心的圆的中心的半径方向分量、所述圆的圆周方向分量、以及朝向所述熔体流路的下游的方向分量的方向喷射液体，所述液体在比所述气体喷射孔靠所述熔体流路的下游处使所述金属熔体凝固，

将来自所述液体喷射部的所述液体的喷射方向假想延长后的直线直至所述延长后的直线最接近所述熔体流路的中心的地点，都不与所述壁接触，

形成所述液体的液体膜不在所述熔体流路的中心形成。

20.根据权利要求19所述的金属粉体制造装置用单元，其中，

21.一种金属粉体制造装置，其中，

所述金属粉体制造装置具备：

权利要求1、12、16以及19中任一项所述的金属粉体制造装置用单元；以及

供给单元，其供给所述金属熔体。

22.一种金属粉体制造方法，其中，

在所述金属粉体制造方法中，

从气体喷射孔将压力比大气压高的气体向使金属熔融而成的金属熔体加速的方向喷射至供所述金属熔体流动的熔体流路中，所述气体喷射孔与设置于将所述熔体流路的至少一部分包围的壁且供所述气体流动的气体流路连通、且设置于所述壁的内表面，

在所述熔体流路的比喷射所述气体的位置靠下游处形成使所述金属熔体凝固的液体膜，从而形成所述金属的粉体，

所述液体膜通过朝向所述熔体流路喷射液体而形成，

所述液体膜不在所述熔体流路的中心形成。

23.根据权利要求22所述的金属粉体制造方法，其中，

所述金属熔体的一部分与所述液体膜接触。

24.根据权利要求22所述的金属粉体制造方法，其中，

在从喷射所述液体的位置至将所述液体的喷射方向假想延长后的直线最接近所述熔体流路的中心的地点之间，所述壁至少包括随着趋向所述金属熔体流动的方向而所述壁的内表面的截面的大小增大的部分。

25.一种金属粉体制造方法，其中，

在所述金属粉体制造方法中，

所述液体膜不在所述熔体流路的中心形成，并且形成为包围所述中心，在比所述液体膜最接近所述熔体流路的中心的地点靠所述熔体流路的上游处，所述液体膜随着趋向所述熔体流路的下游而靠近所述熔体流路的中心，在比所述地点靠所述下游处，所述液体膜随着趋向所述下游而从所述中心分离，且所述液体膜内的流体的流动一边绕所述中心旋转一边趋向所述下游。

26.根据权利要求25所述的金属粉体制造方法，其中，

所述金属熔体的一部分与所述液体膜接触。

27.根据权利要求25所述的金属粉体制造方法，其中，