CN1864896A - 金属粉末的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种对于由钛等有色金属或者碳的单质构成的条形件(条状、线状，板状，管状等)母材进行粉末化的方法。在以往的有色金属粉末的制造中，由于使用物理方法不容易制造，因此一直采用化学方法，但在采用化学方法对金属进行粉末化的情况下，在制品(金属粉末)中不得不混入溶剂、凝集剂等的杂质，从而存在纯度不良的缺点。鉴于此，本发明提供以下方法，即，以有色金属或者碳的单质的条形件作为粉末化起始物质，将它用等离子体喷射器加热，使得包含在母材中的杂质被分解气化或者熔渣化，再进行分离处理，同时使母材变换为等离子体状态，接着，利用高压空气喷吹被等离子化的母材使其在等离子体状态下放出能量，从而使母材成为具有微细粒度的金属粉末。

Description

金属粉末的制造方法
技术领域
本发明涉及对于由钛等有色金属或者碳的单质构成的条形(scrip)件(条状、线状、板状、管状等)母材进行粉末化的方法。
背景技术
以往在制造金属粉末的过程中，作为物理方法主要使用先将金属加工成箔板形态或者线形状之后，再制成碎片，投入到粉碎机(主要使用球磨机)中粉碎而生产的方法，或者在高温压缩后分散而生产的方法。但是这些通过物理生产方法生产出的制品与后述的通过化学方法生产出的制品相比，其质量以及生产性都有很大不足，因此除非在特殊情况下，几乎不采用物理方法。
此外，作为化学方法，当母材是钛的情况下，将作为钛的未加工岩石的钛铁矿(采用磺酸法或者盐酸法)或者烃氧基钛(溶胶凝胶法；Sol-gelprocess)或者磺酸钛(公开专利第10-2005-0023552)作为起始物质，经化学处理制造粉末，或者，将30～50大小的钛结晶以几百个程度为单位合并，形成0.04～0.08μm的胶束(micelle)，继续凝聚，形成二次粒子，再对其用酸进行解胶，分散成0.02μm胶束单位，以此来制成。
从而，在这样的钛粉末中必定会混入溶剂、凝集剂、中和剂等杂质，而且由于是在液状状态下进行加工，因此在提高纯度方面有限度。
发明内容
鉴于以上的事实，在本发明中，将以有色金属或者碳的单质(asimplesubstance)的条形件(scrip；线状，板状，管状等)作为粉末化起始物质作为其特征，对条形件等进行离子化并将其喷射，从而在放出能量的同时进行分子化并实现分子的再结合，因此能够提供高纯度且具有稳定分子结构的粉末。下面，参照附图，对如上所述的本发明进行详细介绍。
附图说明
图1是表示为实施本发明的金属粉末制造装置的一实施例的主要部分抽样说明图。
图中：1-引导电弧束(pilot arc beam)，2-压缩机，21-压缩空气，3-等离子体产生器，4-喷枪(torch)，41-喷嘴，42-尖端部(tip)，5-喷射炉，6-旋风器(cyclone)，7-过滤器，8-洗涤器(scrubber)，9-旋风器，10-母材。
具体实施方式
本发明的第一特征是，将由有色金属或者碳的单质制成的条形件(scrip；线状、板状、管状等)作为粉末化起始物质即作为母材10，且本发明的进一步特征是，利用由等离子体产生器3的喷枪4产生的电弧(Arc)加热母材10，使其等离子化，再经过喷射、冷却、捕集，制造粉末。
作为粉末金属的起始物质的有色金属或者碳的单质条形件，包括钛、钴、铜(Cu)、铝、钨酸钙矿石、锆、高铬钢、耐蚀镍基合金(hastelloy)、银(Ag)以及碳(C)。其中，当母材10为钛的情况下，其厚度设成1.5～2mm时对生产性理想。当生产nm单位的制品的情况下尤其显现出这种倾向。
喷射炉5具有公知的结构，其中设有空气压缩机2和等离子体产生器以及喷枪4，空气压缩机2通过喷枪4朝母材10吹出强压缩空气21(3.5～9kg/cm2)，从而向喷射炉5吹进后述的等离子体。此时优选将氧气以0.2～0.5kg/cm2的压力与压缩空气一同喷射。为喷射氧气，优选在喷枪4设置与氧气罐21相连的氧气喷射喷嘴22。等离子体产生器3通过其电力运行元件(变换器；IGBT)以直流方式进行主电源输出之后，将该直流主电源的一极连接到喷枪的喷嘴41上，将正(+)极连接到母材10上，并从正极主电源经由电阻连接到喷枪的尖端部42上，而且，将负(-)极主电源诱发至耦合线圈(未图示)，使得在喷射喷枪的尖端部42和喷嘴(电极)41两端之间产生隔离发射。由这样的发射，在喷枪喷嘴41(-)和尖端部42(+)之间的间隔(0.3～1mm)中借助于超过3000V的电位差产生很多离子(e-)，再被流速作用冲开，形成高密度气体，而这就称作引导电弧束(pilotarc beam)1。
此时产生的电弧束1是通过可变电阻并流通低电流而形成的，因此其功率低。从而，在本发明中通过在具有负离子的状态的引导电弧束1、和外加了主电源的母材(+)10之间再次产生电弧(Arc)，母材10可以在没有预热的情况下加热至15,000～30,000℃。
然而，当母材10是钛的情况下，由于其熔化温度是1,668℃(胶束开始的点)且沸点是3,260℃(胶束结束的点)，因此从超过该温度开始，母材变为分子状态的气体状态，而且，如果向这样的分子状态的气体施加更高的能量(热)，则会处于在原子核周围旋转的最外层电子(e)脱离轨道(离子化能量)的离子化状态，而此时形成失去分子状态的气体特性的另外层次的物质即等离子体。在这样的离子化状态下具备A原子←→A++e-的结构式。即，在原子的核周围旋转的最外层电子离解，从而形成阳离子和阴离子共存的等离子体状态，此时使通电极大化，形成能连续产生这样的现象的特定氛围，同时吹出压缩空气，使被等离子化的金属一边被吹出一边放出所含的能量，还原成稳定状态，进而处于粉末状态。
即，在母材10的+电源和引导电弧束之间转变成大电流电弧的同时，利用压缩空气(3.5～9kg/cm2)向喷射炉5吹进等离子体而冷却，再用排风扇(fan)(未图示)送往作为后述的分选装置(甲)的集尘装置。
吹进喷射炉5而被冷却的金属粉末具有0.02～0.2μm的各种大小。因此，各种大小的金属粉末需要通过公知的装置分选成具有上述粗度的粉末。为此，本发明具备粉末分选装置(甲)，而该分选装置(甲)可根据需要任意设定。为实施本发明而选择的分选装置(甲)如下。
即，在喷射炉5中也通过使粗的粒子沉淀到其底部而完成一次分选作业，通过喷射炉5的粒子借助于设在其出口的旋风器6的作用，再次捕集粗粒子的金属粉末之后，通过过滤器7，从而能够捕集0.3μm以上大小的金属粉末，然后，再利用PVC材质的洗涤器(Scrubber)8和设在其出口的旋风器9，捕集具有这以下大小的金属粉末。
洗涤器8和旋风器9优选由PVC形成。这是因为能利用静电使捕集极大化，从而使制品损失最小化。
关于旋风器9、过滤器7以及洗涤器8的构成是公知的技术内容，因此这里省略图示和说明。尤其关于洗涤器8，可选择具有例如在实用新型登录第20-0151286号中公开的文丘里洗涤器(Venturi scrubber)结构的洗涤器。
向喷射炉5中吹出的粒子中存在没有被等离子化而下落到底部的粗粒子的熔渣(Slag)，而由于它是利用由一次等离子体产生器的喷枪产生的电弧进行加热的，因此如果使用球磨机(Ball mill)粉碎成所述的大小并过滤，则即使其纯度会有所下降，但能够获得所期望的大小的金属粉末。
在充分足够的状态下按以上所述的内容生产的粉末具有高纯度和非常稳定的分子结构。能获得稳定的分子结构的原因在于，由于能放出等离子体状态下的能量，因此能处于最佳状态，从而即使具有稍微不稳定的位能(potential energy)结构，在等离子体状态下也能与在大气中相比优越数十倍的条件下实现分子再结合。
以上所述的本发明能提供具有以下效果的有用的金属粉末制造方法，即，作为起始物质的由单质条形件(条状、线状，板状，管状等)构成的母材自身的纯度很高，而且，在将它加热成高频电弧的过程中，能够除去低温气化的杂质和熔渣化的杂质，因此能提高其纯度，此外制造工序简单且其制造成本低，而且还能够通过调节压缩空气的压力和电力运行元件(等离子体产生器)的电流，容易调节粒度。

Claims (13)

1.一种金属粉末的制造方法，其特征在于，包括：
将有色金属的条形件即条状、线状、板状、管状等作为起始物质的母材(10)，利用等离子体产生器将作为起始物质的母材(10)变换为等离子体的工序；
将被喷射的等离子体冷却并捕集的工序。
2.根据权利要求1所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
利用等离子体产生器将母材(10)变换为等离子体的工序中，将氧气以0.2～0.5kg/cm2的压力与压缩空气一同喷射。
3.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是钛。
4.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是钴。
5.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是铜。
6.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是铝。
7.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是钨酸钙矿石。
8.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是锆。
9.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是高铬钢。
10.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是耐蚀镍基合金。
11.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是银。
12.根据权利要求1或者2所述的金属粉末的制造方法，其特征在于：
作为起始物质的母材(10)是碳。
13.一种金属粉末的制造方法，其特征在于，包括：
在将有色金属的条形件即条状、线状、板状、管状等)作为起始物质的母材(10)，并利用等离子体产生器将作为起始物质的母材(10)变换为等离子体的工序中，将下落的熔渣粉碎过滤，制成粉末。
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