DE102018119184A1

DE102018119184A1 - Herstellungsvorrichtung für Metallpulver und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102018119184A1
Application number: DE102018119184.7A
Authority: DE
Inventors: Kenji Horino; Kazuhiro YOSHIDOME; Akihiro Harada; Hiroyuki Matsumoto
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2019-02-14
Also published as: KR102178852B1; TWI686250B; GB2565653B; CN109382519B; CN109382519A; TW201910024A; KR20190016455A; JP6323602B1; GB2565653A; GB201812897D0; JP2019031708A

Abstract

Bereitstellen einer Metallpulver-Produktionsvorrichtung, die fähig ist, qualitativ hochwertiges Metallpulver zu produzieren, und eines Verfahrens zum Produzieren des Metallpulvers unter Verwendung der Vorrichtung. Die Metallpulver-Produktionsvorrichtung weist einen geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt 20, der das geschmolzene Metall ausleitet, einen unterhalb des geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitts 20 platzierten Zylinderkörper 32 und einen Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt, der einen Strom einer Kühlflüssigkeit entlang der Innenfläche des Zylinderkörpers 32 zum Kühlen des aus dem geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt 20 ausgeleiteten geschmolzenen Metall bildet, auf. Der Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt weist einen Außenabschnitt 44, einen Durchlassabschnitt 42 mit einer engeren Breite als der Außenabschnitt 44 zum Durchleiten der Kühlflüssigkeit des Außenabschnitts 44 und einen Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 zum Bewegen der durch den Durchlassabschnitt 42 geleiteten Kühlflüssigkeit entlang der Innenfläche des Zylinderkörpers 32 auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Metallpulver-Produktionsvorrichtung und ein Verfahren zum Produzieren des Metallpulvers.
Hintergrund der Erfindung
Die Metallpulver-Produktionsvorrichtung und das Produktionsverfahren unter Verwendung der Vorrichtung zum Produzieren des Metallpulvers, das das sogenannte Gasverdüsungsverfahren verwendet, sind bekannt, wie beispielsweise in Patentschrift 1 aufgezeigt. Die herkömmliche Vorrichtung verfügt über einen Behälter zum Zuführen von geschmolzenem Metall, der das geschmolzene Metall ausleitet, einen unterhalb des Behälters zum Zuführen von geschmolzenem Metall angeordneten Zylinderkörper und einen Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt, der einen Strom einer Kühlflüssigkeit an einer Innenfläche des Zylinderkörpers bildet, um das aus dem geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt ausgeleitete geschmolzene Metall zu kühlen.
Der Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt sprüht die Kühlflüssigkeit in Richtung der Tangentenlinie der Innenfläche eines Kühlzylinderkörpers, anschließend strömt die Kühlflüssigkeit abwärts, während sie entlang der Innenfläche des Kühlbehälters spiralförmig fließt, und somit wird die Kühlflüssigkeitsschicht gebildet. Durch Verwendung der Kühlflüssigkeitsschicht wird ein Schmelztropfen rasch abgekühlt, und ein Metallpulver mit hoher Funktionalität kann voraussichtlich produziert werden.
Bei der herkömmlichen Vorrichtung kollidiert jedoch die Kühlflüssigkeit mit der Innenfläche des Zylinderkörpers und prallt an dieser ab, und es wird eine Strömung generiert, die von der Innenfläche in Radiusrichtung zur Innenseite verläuft und eine Wirbelströmung bildet, selbst wenn die Kühlflüssigkeit in Richtung der Tangentenlinie der Innenfläche des Kühlzylinderkörpers gesprüht wird. Somit war es bei herkömmlichen Vorrichtungen schwierig, eine Kühlflüssigkeitsschicht mit einheitlicher Dicke entlang der Innenfläche des Zylinderkörpers herzustellen, so dass es schwierig war, Metallpulver von einheitlicher Qualität (einheitliche Partikelgröße, Kristallinität, Form etc.) zu produzieren. Insbesondere war eine solche Tendenz auffällig, wenn die Strömungsmenge der Kühlflüssigkeit erhöht wurde und die Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit durch Erhöhen des Drucks einer Druckpumpe erhöht wurde.
[Patentschrift 1] Japanische Patentanmeldung Offenbarung Nr. H11-80812
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird hinsichtlich solcher Umstände erreicht, und Aufgabe ist es, eine Metallpulver-Produktionsvorrichtung, die fähig ist qualitativ hochwertiges Metallpulver zu produzieren, sowie ein Verfahren zur Produktion des Metallpulvers unter Verwendung der Vorrichtung bereitzustellen.
Um die obenstehende Aufgabe zu erfüllen, weist die Metallpulver-Produktionsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung Folgendes auf:

einen geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt, der ein geschmolzenen Metall ausleitet,
einen unterhalb des geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitts angeordneten Zylinderkörper, und
einen Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt, der einen Strom einer Kühlflüssigkeit an der Innenfläche des Zylinderkörpers bildet, um das aus dem geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt ausgeleitete geschmolzene Metall zu kühlen, wobei
der Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt einen Außenabschnitt,
einen Durchlassabschnitt mit engerer Breite als eine Breite des Außenabschnitts zum Leiten der Kühlflüssigkeit nach innen, und
einen Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt, um die durch den Durchlassabschnitt geleitete Kühlflüssigkeit in Richtung der Innenfläche des Zylinderkörpers zu bewegen, aufweist.

Weiterhin weist die Metallpulver-Produktionsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung insbesondere:

einen geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt, der ein geschmolzenen Metall ausleitet,
einen unterhalb des geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitts angeordneten Zylinderkörper, und
einen Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt, der einen Strom einer Kühlflüssigkeit entlang der Innenfläche des Zylinderkörpers bildet, um das aus dem geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt ausgeleitete geschmolzene Metall zu kühlen, auf, wobei
der Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt in einer Axialrichtung an einem oberen Abschnitt des Zylinderkörpers angeordnet ist und einen Außenraumabschnitt, einen Innenraumabschnitt und einen den Außenraumabschnitt und den Innenraumabschnitt im Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt verbindenden Durchlassabschnitt umfasst,
eine Düse mit dem Außenraumabschnitt verbunden ist, der Durchlassabschnitt eine vertikale Breite aufweist, die enger als eine vertikale Breite des Außenraumabschnitts ist, um die Kühlflüssigkeit vom Außenraumabschnitt in Richtung des Innenraumabschnitts zu leiten, und
der Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt so konstruiert ist, dass die in den Außenraumabschnitt von der Düse eingetretene Kühlflüssigkeit sich vom Außenraumabschnitt in Richtung des Durchlassabschnitts bewegt und die durch den Durchlassabschnitt geleitete Kühlflüssigkeit sich dann von einem Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt des Innenraumabschnitts entlang der Innenfläche des Zylinderkörpers bewegt.

Vorzugsweise ist der Durchlassabschnitt in Axialrichtung an einem oberen Abschnitt des Außenraumabschnitts angeordnet.
Vorzugsweise ist die vertikale Breite des Durchlassabschnitts 1/2 oder weniger enger als die vertikale Breite des Außenraumabschnitts.
Vorzugsweise ist die Düse in einer Tangentenlinienrichtung mit dem Außenraumabschnitt des Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitts verbunden und der Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt ist so konstruiert, dass die Kühlflüssigkeit um die Mittelachse rotiert und von der Düse in das Innere des Außenraumabschnitts eintritt, und die in einer Spiralströmung in das Innere des Außenraumabschnitts eingetretene Kühlflüssigkeit durchläuft den Durchlassabschnitt und tritt in einer Spiralströmung in das Innere des Innenraumabschnitts ein.
Um die obenstehende Aufgabe zu erfüllen, weist das Verfahren zur Produktion des Metallpulvers nach der vorliegenden Erfindung folgende Schritte auf:

Bilden eines Stroms der Kühlflüssigkeit an der Innenfläche des Zylinderkörpers, der unterhalb des geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitts angeordnet ist,
Ausleiten des geschmolzenen Metalls, das aus dem geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt ausgeleitet wurde, in den Strom der Kühlflüssigkeit, wobei
die Kühlflüssigkeit des Außenabschnitts durch den Durchlassabschnitt, der eine Breite aufweist, die enger als die Breite des Außenabschnitts ist, geleitet wird, und die durch den Durchlassabschnitt geleitete Kühlflüssigkeit in Richtung der Innenfläche des Zylinderkörpers strömt.

Weiterhin weist das Verfahren zum Produzieren des Metallpulvers nach der vorliegenden Erfindung insbesondere die folgenden Schritte auf:

Bilden eines Stroms einer Kühlflüssigkeit entlang einer Innenfläche eines Zylinderkörpers, der unterhalb eines geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitts angeordnet ist, und
Ausleiten eines geschmolzenen Metalls aus dem geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt in den Strom der Kühlflüssigkeit, wobei
die obenstehend beschriebene Metallpulver-Produktionsvorrichtung verwendet wird, um die Kühlflüssigkeit des Außenraumabschnitts durch den Durchlassabschnitt mit einer engeren vertikalen Breite als der Breite des Außenraumabschnitts zu leiten und um die Kühlflüssigkeit, die durch den Durchlassabschnitt geleitet wurde, in Richtung der Innenfläche des Zylinderkörpers zu bewegen.

Figurenliste

[1A] 1A ist ein schematischer Querschnitt der Metallpulver-Produktionsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[1B] 1B ist ein vergrößerter Querschnitt eines essentiellen Bestandteils der in 1A gezeigten Metallpulver-Produktionsvorrichtung.
[2] 2 ist ein schematischer Querschnitt der Metallpulver-Produktionsvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[3] 3 ist ein schematischer Querschnitt der Metallpulver-Produktionsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Ausführungsform
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung basierend auf den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Wie in 1A gezeigt formt die Metallpulver-Produktionsvorrichtung 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das geschmolzene Metall 21 mittels eines Zerstäubungsverfahrens (Gasverdüsungsverfahren) zu einem Pulver, und das aus vielen Metallpartikeln zusammengesetzte Pulver wird erhalten. Die Vorrichtung 10 weist den geschmolzenens Metall-Zufuhrabschnitt 20 auf, wobei der Kühlabschnitt 30 in einer Vertikalrichtung unterhalb des Metallzuführungsabschnitts 20 platziert ist. In der Figur ist die Vertikalrichtung die Richtung entlang der Z-Achse.
Der geschmolzenes Metall-Zufuhrabschnitt 20 weist einen Wärmebeständigkeitsbehälter 22 auf, der das geschmolzene Metall 21 enthält. Eine Heizspule 24 ist am Außenumfang des Wärmebeständigkeitsbehälters 22 platziert, so dass der Wärmebeständigkeitsbehälter 22 das geschmolzene Metall 21 während des Erwärmens umschließt und in einem geschmolzenen Zustand hält. An einem Sockelabschnitt des Wärmebeständigkeitsbehälters 22 ist eine Ausleitungsöffnung 23 ausgebildet, und das geschmolzene Metall 21 wird als geschmolzener Metalltropfen 21a in Richtung der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32, die den Kühlabschnitt 30 darstellt, ausgeleitet.
Am Außenabschnitt der unteren Außenwand des Wärmebeständigkeitsbehälters 22 ist eine Gasspritzdüse 26 um die Ausleitungsöffnung 23 herum platziert. An der Gasspritzdüse 26 ist die Gasspritzöffnung 27 ausgebildet. Ein Hochdruckgas wird von der Gasspritzöffnung 27 in Richtung des geschmolzenen Metalltropfens 21a, der aus der Ausleitungsöffnung 23 ausgeleitet wurde, gesprüht. Das Hochdruckgas wird diagonal abwärts auf den gesamten Umfang des aus der Ausleitungsöffnung 23 ausgeleiteten geschmolzenen Metalls gesprüht, und der geschmolzene Metalltropfen 21a wird in viele flüssige Tropfen geformt, die sich dann in Richtung der Innenfläche des Zylinderkörpers 32 entlang der Strömung des Gases bewegen.
Das geschmolzene Metall 21 kann beliebige Elemente umfassen, und beispielsweise kann wenigstens ein aus der aus Ti, Fe, Si, B, Cr, P, Cu, Nb und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes eingeschlossen sein. Diese Elemente sind hochaktiv, und das diese Elemente einschließende geschmolzene Metall 21 oxidiert durch einen kurzzeitigen Kontakt mit Luft einfach und bildet einen Oxidfilm, so dass die Herstellung eines feinen Pulvers schwierig war. Die Metallpulver-Produktionsvorrichtung 10 verwendet inaktives Gas als das aus der Gasspritzöffnung 27 der Gasspritzdüse 26 gesprühte Gas, wie obenstehend beschrieben, so dass selbst im Fall des einfach oxidierenden geschmolzenen Metalls 21 dieses einfach zu Pulver geformt werden kann.
Als das aus der Gasspritzöffnung 27 gesprühte Gas ist ein inaktives Gas wie Stickstoffgas, Argongas, Heliumgas etc. oder ein Reduktionsgas wie Ammoniakzersetzungsgas etc. bevorzugt, aber wenn es sich beim geschmolzenen Metall 21 um ein schwer oxidierbares Metall handelt, kann das Gas Luft sein.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Mittelachse O des Zylinderkörpers 32 bezogen auf die Vertikallinie Z um einen vorgegebenen Winkel θ1 geneigt. Dieser vorgegebene Winkel θ1 ist nicht spezifisch eingeschränkt und beträgt vorzugsweise 5 bis 45 Grad. Durch einen Winkel in diesem Bereich kann der geschmolzene Metalltropfen 21a leicht aus der Ausleitungsöffnung 23 an die Kühlflüssigkeitsschicht 50, die an der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 ausgebildet ist, ausgeleitet werden.
Der an die Kühlflüssigkeitsschicht 50 ausgeleitete geschmolzene Metalltropfen 21a kollidiert mit der Kühlflüssigkeitsschicht 50, fragmentiert und wird verfeinert. Gleichzeitig härtet er durch Abkühlen aus und bildet ein festes Metallpulver. An der unteren Seite ist entlang der Mittelachse O des Zylinderkörpers 32 der Ausleitungsabschnitt 34 angeordnet, und das in der Kühlflüssigkeitsschicht 50 eingeschlossene Metallpulver kann gemeinsam mit der Kühlflüssigkeit nach außen ausgeleitet werden. Das gemeinsam mit der Kühlflüssigkeit ausgeleitete Metallpulver wird durch einen externen Speicher von der Kühlflüssigkeit getrennt und dann entnommen. Es ist anzumerken, dass die Kühlflüssigkeit nicht spezifisch eingeschränkt ist und Kühlwasser verwendet werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kühlflüssigkeit-Einführungsabschnitt (Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt) 36 in Axialrichtung am oberen Abschnitt des Zylinderkörpers 32 angeordnet. Am oberen Abschnitt des Kühlflüssigkeit-Einführungsabschnitts 36 ist ein Flansch 39 eines Rahmens 38 installiert. Der von einem Innenabschnitt des Kühlflüssigkeit-Einführungsabschnitts 36 umgebene Raum und das Innere des Rahmens 38 sind in einen Außenabschnitt (Außenraumabschnitt) 44 und den Innenabschnitt (Innenflächenabschnitt) 46 durch eine Platte 40 getrennt.
Der Außenabschnitt 44 und der Innenabschnitt 46 sind mittels des Durchlassabschnitts (dem Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt) 42, der in Richtung der Mittelachse O am oberen Abschnitt der Platte 40 angeordnet ist, verbunden. Wie in 1B gezeigt ist der Durchlassabschnitt 42 der Raumabschnitt zwischen der Innenwandfläche des Kühlflüssigkeit-Einführungsabschnitts 36 und dem oberen Ende der Platte 40; und eine vertikale Breite W1 in Richtung der Mittelachse des Durchlassabschnitts 42 ist enger als eine vertikale Richtung W2 des Außenabschnitts 44 in Richtung der Mittelachse. W1/W2 beträgt vorzugsweise 1/2 oder weniger.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Düse 37 mit dem Außenabschnitt 44 des Kühlflüssigkeit-Einführungsabschnitts 36 verbunden. Durch Verbinden der Düse in einer Tangentenlinienrichtung des Kühlflüssigkeit-Einführungsabschnitts 36 rotiert die Kühlflüssigkeit um die Mittelachse und tritt von der Düse 37 in das Innere des Außenabschnitts 44 am Inneren des Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitts 36 ein. Die in einer Spiralströmung in das Innere des Außenabschnitts 44 eingetretene Kühlflüssigkeit wird durch den Durchlassabschnitt 42 geleitet und tritt in einer Spiralströmung in das Innere des Innenabschnitts 46 ein.
Der Rahmen 38 weist einen geringeren Innendurchmesser als die Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 auf, und der Raum zwischen dem Rahmen 38 und der Innenfläche 33 ist der Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52, dadurch wird die Kühlflüssigkeit ausgeleitet. Bei der vorliegenden Ausführungsform bildet der Raum zwischen dem Rahmen 38 und der Platte 40 den Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52. Der Außendurchmesser des Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitts 52 entspricht dem Innendurchmesser der Platte 40; und der Innendurchmesser des Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitts 52 entspricht dem Innendurchmesser des Rahmens 38. Es ist anzumerken, dass der Außendurchmesser des Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitts 52 nicht nur dem Innendurchmesser der Platte 40, sondern auch der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 entsprechen kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform strömt die durch den Durchlassabschnitt 42 geleitete und in einer Spiralströmung in den Innenabschnitt 46 eintretende Kühlflüssigkeit entlang des Rahmens 38 in einer Spiralströmung auswärts aus dem entlang der Mittelachse O abwärts orientierten Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 und bildet eine Spiralströmung entlang der Innenfläche 33 und bildet somit die Kühlflüssigkeitsschicht 50. Alternativ hierzu bildet die Strömung der aus dem Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 ausströmenden Kühlflüssigkeit eine Parallelströmung gegen die Mittelachse O entlang der Innenfläche 33, so dass die Kühlflüssigkeitsschicht 50 gebildet wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Radialrichtungsbreite des Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitts 52 durch Ändern der Position oder der Neigung der Platte 40 geändert werden. Die Radialrichtungsbreite des Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitts 52 ist nicht spezifisch eingeschränkt und wird in Beziehung zur Dicke der Kühlmittelschicht 50 festgelegt.
Die Axialrichtungslänge L1 des Rahmens 38 kann etwa die Länge sein, die die Breite W1 in Richtung der Mittelachse O des Durchlassabschnitts 42 abdeckt, und die Flüssigkeitsoberfläche der Kühlflüssigkeitsschicht 50 mit hinreichender Axialrichtungslänge L0 liegt zur Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 frei. Die Axialrichtungslänge L0 der zur Innenseite freiliegenden Kühlflüssigkeitsschicht 50 ist vorzugsweise 5- bis 500-mal länger als die Axialrichtungslänge L1 des Rahmens 38. Zudem ist der Innendurchmesser der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 nicht spezifisch eingeschränkt und beträgt vorzugsweise 50 bis 500 mm.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die in den Außenabschnitt 44 in einer Spiralströmung von der Düse 37 eintretende Kühlflüssigkeit durch den Durchlassabschnitt 42 geleitet, und die Strömungsgeschwindigkeit nimmt zu, und sie tritt in den Innenabschnitt 46 ein. Im Innenabschnitt 46 kollidiert die eine Spiralströmung aufweisende Kühlflüssigkeit, die durch den Durchlassabschnitt 42 geleitet wurde, mit dem Rahmen 38, und die Richtung der Strömung wird geändert, wodurch die Richtung der Strömung zu einer Abwärtsströmung entlang der Mittelachse O geändert wird.
Es ist anzumerken, dass im Innenabschnitt 46 die Kühlflüssigkeit spiralförmig um die Mittelachse O strömt, so dass aufgrund der Synergiewirkung mit der Schwerkraft die vom Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 strömende Kühlflüssigkeit ebenfalls spiralförmig strömt und somit die Kühlflüssigkeitsschicht 50 bildet. Der in 1A gezeigte geschmolzene Metalltropfen 21a tritt in die Innenseite-Flüssigkeitsoberfläche der derart gebildeten Kühlflüssigkeitsschicht 50 ein, und der geschmolzene Metalltropfen 21a wird abgekühlt, während er gemeinsam mit der Kühlflüssigkeit in der Kühlflüssigkeitsschicht 50, die eine Spiralströmung aufweist, strömt.
Bei der Metallpulver-Produktionsvorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform und dem Verfahren zum Produzieren des Metallpulvers ist der Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 an der stromaufwärtigen Seite der Position, an der das aus dem geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt 20 ausgeleitete geschmolzene Metall die Kühlflüssigkeit berührt, angeordnet. Die Kühlflüssigkeit, die durch den Durchlassabschnitt 42 geleitet wurde, strömt entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 vom Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 des Innenabschnitts 46. Wenn die Kühlflüssigkeit im Außenabschnitt 44 sich in Richtung des Durchlassabschnitts 42 bewegt und durch diesen geleitet wird, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit, dann strömt die aus dem Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 ausströmende Kühlflüssigkeit entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 in hoher Geschwindigkeit und bildet die Kühlflüssigkeitsschicht 50 mit einer vorgegebenen Dicke an der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32.
Somit kann selbst im Fall einer Erhöhung der Strömungsmenge der Kühlflüssigkeit oder einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit die Kühlflüssigkeitsschicht 50 mit einheitlicher Dicke leicht entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 gebildet werden, und qualitativ hochwertiges Metallpulver kann produziert werden.
Weiterhin ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Durchlassabschnitt 42 am oberen Abschnitt des Zylinderkörpers 32 angeordnet. Durch eine solche Konstruktion wirkt die Schwerkraft auf die vom Durchlassabschnitt 42 zum Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 strömende Kühlflüssigkeit, und die Geschwindigkeit der aus dem Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 ausströmenden Kühlflüssigkeit kann weiter erhöht werden.
Weiterhin ist der Durchlassabschnitt 42 am oberen Abschnitt des Außenabschnitts 44 angeordnet. Durch eine solche Konstruktion kann die Strömungsgeschwindigkeit der vom Durchlassabschnitt 42 durch den Innenabschnitt 46 zum Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 strömenden Kühlflüssigkeit leicht erhöht werden.
Weiterhin ist die vertikale Breite W1 des Durchlassabschnitts 42 enger als die vertikale Breite W2 des Außenabschnitts 44 und ist konstruiert, um eine vorgegebene Beziehung zu erfüllen, somit kann die Strömungsgeschwindigkeit der vom Durchlassabschnitt 42 zum Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 strömenden Kühlflüssigkeit leicht erhöht werden. Weiterhin ist der Außenabschnitt 44 mit der Düse 37 verbunden, um die Spiralströmung der Kühlflüssigkeit zu bilden.
Beispielsweise wird, wenn die Kühlflüssigkeit in die Tangentenlinienrichtung der Innenfläche des Außenabschnitts 44 eintritt, die Spiralströmung der Kühlflüssigkeit im Außenabschnitt 44 gebildet, und der Außenabschnitt 44 ist mit der Kühlflüssigkeit gefüllt. Wenn die Kühlflüssigkeit mit der Spiralströmung durch den Durchlassabschnitt 42 geleitet wird, bewegt sich die Kühlflüssigkeit dann in Richtung des Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitts 52, während die Spiralströmung der Kühlflüssigkeit aufrecht erhalten wird. Die aus dem Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 ausströmende Kühlflüssigkeit bildet die Kühlflüssigkeitsschicht 50 mit einer einheitlichen Dicke entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32, während die Spiralströmung aufrecht erhalten wird.
Es ist anzumerken, dass bei der obenstehend aufgeführten Ausführungsform die Kühlflüssigkeit einer Spiralströmung aus der Düsenöffnung 37a ausströmt und mit der Innenumfangsfläche des Rahmens 38 kollidiert und die Richtung der Strömung ändert und eine Spiralströmung entlang der Innenumfangsfläche 33 des Zylinderkörpers 32 durch den Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 bildet. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf eine solche Strömung zu beschränken.
Beispielsweise kann durch Verbinden der Düse 37 näherungsweise senkrecht zur Außenumfangsfläche des Zylinderkörpers 32 die Strömung der Kühlflüssigkeit von der Düsenöffnung 37a, die an der Innenumfangsfläche 33 des Zylinderkörpers 32 zur Innenumfangsfläche des Rahmens 38 gebildet wird, eine nicht-spiralförmige Strömung sein (eine Spiralströmung kann teilweise gebildet werden). In einem solchen Fall kollidiert die nicht-spiralförmige Strömung mit der Innenumfangsfläche des Rahmens 38 und ändert die Richtung der Strömung, und die Kühlflüssigkeit wird durch den Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 ausgeleitet, dann wird die Kühlflüssigkeitsschicht 50 der nicht-spiralförmigen Strömung entlang der Innenumfangsfläche 33 des Zylinderkörpers 32 gebildet.
Zweite Ausführungsform
Wie in 2 gezeigt sind die Metallpulver-Produktionsvorrichtung 110 nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zum Produzieren des Metallpulvers dieselben wie die der ersten Ausführungsform mit Ausnahme des unten Beschriebenen, und dieselben Elemente sind unter demselben Namen aufgeführt. Auf die Erläuterung identischer Abschnitte wird verzichtet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Außenabschnitt 44 der Metallpulver-Produktionsvorrichtung 110 in einem Kasten 136 am Kühlabschnitt 130 ausgebildet, und der Durchlassabschnitt 42 ist durch eine im Kasten 136 bereitgestellte Platte 140 ausgebildet. Durch eine solche Konstruktion kann der Durchlassabschnitt 42 leicht gebildet werden.
Weiterhin ist die in dem Kasten 136 platzierte Platte 140 bezogen auf die Mittelachse O um einen Winkel von θ2 geneigt. Der Neigungswinkel θ2 liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0 bis 90 Grad und weiterhin vorzugsweise von 0 bis 45 Grad.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind am oberen Abschnitt (oder unteren Abschnitt) des Kastens 136 in Richtung der Mittelachse O eine Vielzahl von Düsen 137 verbunden. Diese Düsen 137 können durch Neigen bezogen auf die Mittelachse O an der Außenumfangsseite des oberen Abschnitts (oder unteren Abschnitts) des Außenabschnitts 44 des Kasten 136 verbunden sein.
Alternativ hierzu können die Düsen 137 bezogen auf die Mittelachse O an der Außenumfangsseite des oberen Abschnitts (oder unteren Abschnitts) des Außenabschnitts 44 des Kastens 136 parallel verbunden sein.
Bei der Metallpulver-Produktionsvorrichtung 110 nach der vorliegenden Ausführungsform und dem Verfahren zum Produzieren des Metallpulvers unter Verwendung der Metallpulver-Produktionsvorrichtung 110 ist der Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 an der Anströmseite der Position, an der der aus der Ausleitungsöffnung 23 des geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitts 20 ausgeleitete geschmolzene Metalltropfen 21a die Kühlflüssigkeitsschicht 50 berührt, angeordnet. Die Kühlflüssigkeit, die durch den Durchlassabschnitt 42 geleitet wurde, strömt entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 vom Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 des Innenabschnitts 46. Die Kühlflüssigkeit im Außenabschnitt 44 bewegt sich in Richtung des Durchlassabschnitts 42, und die Strömung der Kühlflüssigkeit wird durch Leiten durch denselben reguliert, und dann strömt die aus dem Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 ausströmende Kühlflüssigkeit in hoher Geschwindigkeit entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32, und somit wird die Kühlflüssigkeitsschicht 50 mit einer vorgegebenen Dicke an der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 gebildet.
Somit kann selbst im Fall einer Erhöhung der Strömungsmenge der Kühlflüssigkeit oder einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit die Kühlflüssigkeitsschicht 50 mit einheitlicher Dicke leicht entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 gebildet werden, und qualitativ hochwertiges Metallpulver kann produziert werden.
Dritte Ausführungsform
Wie in 3 gezeigt ist die Metallpulver-Produktionsvorrichtung 210 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dieselbe wie die der ersten und zweiten Ausführungsform mit Ausnahme des unten Beschriebenen, und dieselben Elemente sind unter demselben Namen aufgeführt. Auf die Erläuterung identischer Abschnitte wird verzichtet.
Bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist der Innendurchmesser des Rahmens 38 oder 138 in Richtung der Mittelachse O am unteren Ende des Rahmens 38 oder 138 annähernd derselbe; bei der vorliegenden Ausführungsform ist beim Kühlabschnitt 230 der untere Endabschnitt 238a des Rahmens 238 jedoch in einer Kegelform konstruiert, so dass er in Richtung des Endes größer wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform bildet der Raum zwischen der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 und dem unteren Endabschnitt 238a des Rahmens 238, der die Innenfläche des Kastens 236 darstellt, den Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52.
Der Kegelwinkel θ3 des unteren Endabschnitts 238a des Rahmens 238 ist bezogen auf die Mittelachse O nicht spezifisch eingeschränkt und beträgt vorzugsweise 5 bis 45 Grad. Durch Vergrößern des Innendurchmessers des unteren Endabschnitts 238a des Rahmens 238 in einer Kegelform in Richtung des unteren Endes in Axialrichtung wirkt die Kraft, die die aus dem Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt 52 zur Innenfläche 33 ausströmende Kühlflüssigkeit drängt, somit kann die Kühlflüssigkeitsschicht 50 mit einheitlicher Dicke entlang der Innenfläche 33 des Zylinderkörpers 32 leicht gebildet werden. Der Winkel θ3 kann derselbe wie der Winkel θ2 sein oder kann davon abweichen.
Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obenstehend aufgeführten Ausführungsformen beschränkt ist und innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verschiedenartig modifiziert werden kann.
Beispiel
Die vorliegende Erfindung wird bezugnehmend auf die ausführlichen Beispiele beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel
Unter Verwendung der in 1 gezeigten Metallpulver-Produktionsvorrichtung 10 wurde Metallpulver aus Fe-Si-B (Experiment Nr. 6), Fe-Si-Nb-B-Cu (Experiment Nr. 7), Fe-Si-B-P-Cu (Experiment Nr. 8), Fe-Nb-B (Experiment Nr. 9) und Fe-Zr-B (Experiment Nr. 10) produziert.
Bei jedem Experiment betrug eine Schmelztemperatur 1.500 °C, ein Gasspritzdruck betrug 5 MPa und ein verwendeter Gastyp war Argon. Als Spiralströmungsbedingung betrug ein Pumpdruck 7,5 kPa. Bei den Experimenten wurde Metallpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 25 µm produziert. Die durchschnittliche Partikelgröße wurde unter Verwendung einer Messvorrichtung für Trockenpartikel-Größenverteilungen (HELOS) analysiert. Zudem erfolgte eine Kristallstrukturanalyse der in den Experimenten Nr. 6 bis 10 produzierten Metallpulver mittels einer Pulver-Röntgenbeugungsmethode. Die magnetische Eigenschaft der Metallpulver wurde als Koerzitivkraft (Oe) unter Verwendung von Koerzimetern gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Dicke der Kühlflüssigkeitsschicht 50 betrug 30 mm, und die Unebenheit der Dicke in Richtung der Mittelachse O war gering.
Vergleichsbeispiel
Das Metallpulver (Experimente Nr. 1 bis 5) wurde in derselben Weise produziert wie das der Beispiele unter Verwendung derselben Metallpulver-Produktionsvorrichtung wie in den Beispielen, wobei kein Rahmen 38 und keine Platte 40 bereitgestellt wurde, dann wurden dieselben Analysen wie bei den Beispielen vorgenommen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Dicke der Kühlflüssigkeitsschicht 50 betrug 30 mm, und die Unebenheit der Dicke in Richtung der Mittelachse O war erheblich.
Gemäß dem Vergleich zwischen den in Tabelle 1 aufgeführten Beispielen und Vergleichsbeispielen wiesen die Beispiele bessere magnetische Eigenschaften und amorphe Eigenschaften auf. Dies beruht darauf, dass die Strömung der Kühlflüssigkeit am Außenabschnitt 44 reguliert wurde und weiterhin durch das Leiten durch den Durchlassabschnitt 42 reguliert wurde und eine einheitliche Spiralströmung gebildet wurde. Somit wurde eine weitere einheitliche Kühlwirkung erreicht, und es wurden nur geringe Mengen an nicht ausreichend gekühltem Metallpulver produziert. Zudem wurde die Kristallstrukturanalyse des Metallpulvers mittels Pulver-Röntgenbeugungsanalyse vorgenommen, und einige Vergleichsbeispiele wiesen eine aus dem Kristall abgeleitete Spitze auf. Was die magnetischen Eigenschaften der Metallpulver anbetrifft, so wiesen alle Vergleichsbeispiele eine höhere Koerzitivkraft als die Beispiele auf, somit kann bestätigt werden, dass die Beispiele besser als die Vergleichsbeispiele sind, und es kann eine noch einheitlichere Kühlwirkung bestätigt werden.

Gemäß dem Vergleich zwischen den Vergleichsbeispielen und den Beispielen wurde die Strömung der Kühlflüssigkeit durch Verwenden der Platte 40 und des Durchlassabschnitts 42 reguliert, und eine Wirbelströmung wurde selbst dann nicht generiert, wenn der Pumpdruck hoch war, so dass die Kühlwirkung auf das Metallpulver verstärkt ist, und die amorphen Eigenschaften können für die Zusammenstellung bestätigt werden, die auf herkömmliche Weise nicht hergestellt werden konnte, und die magnetische Eigenschaft wies eine weitere Verbesserung auf. [Tabelle 1]

Experiment Nr.	Beispiel/ Vergleichsbeispiel	Zusammensetzung	Partikelgröße (µm)	Kristallstruktur	Koerzitivkraft (Oe)
1	Vergleichsbeispiel	Fe₇₅Si₁₀B₁₅	25,3	Amorph/ Kristall	5,6
2	Vergleichsbeispiel	Fe_73,5Si_13,5 B₉Nb₃Cu₁	25,4	Amorph/ Kristall	10,2
3	Vergleichsbeispiel	Fe_83,3Si₄B₈ P₄Cu_0,7	25,8	Kristall	170
4	Vergleichsbeispiel	Fe₈₄Nb₇B₉	25,9	Kristall	180
5	Vergleichsbeispiel	Fe₉₀Zr₇B₃	25,6	Kristall	253
6	Beispiel	Fe₇₅Si₁₀B₁₅	24,2	Amorph	0,36
7	Beispiel	Fe₇₃,₅Si_i3,₅ B₉Nb₃Cu₁	25,6	Amorph	1,41
8	Beispiel	Fe_83,3Si₄B₈ P₄Cu_0,7	24,9	Amorph	1,66
9	Beispiel	Fe₈₄Nb₇B₉	26,3	Amorph	1,43
10	Beispiel	Fe₉₀Zr₇B₃	25,4	Amorph	1,84

Bezugszeichenliste

10, 110, 210: Metallpulver-Produktionsvorrichtung
20: Geschmolzenes Metall-Zufuhrabschnitt
21: Geschmolzenes Metall
22: Behälter
23: Ausleitungsöffnung
24: Heizspule
26: Gasspritzdüse
27: Gasspritzöffnung
30, 130, 230: Kühlabschnitt
32: Zylinderkörper
33: Innenfläche
34: Ausleitungsabschnitt
36: Kühlflüssigkeit-Einführungsabschnitt
136, 236: Kasten
37, 137, 236: Düse
38, 138, 238: Rahmen
238a: Rahmenende
40, 140: Platte
42: Durchlassabschnitt
44: Außenabschnitt (Außenraumabschnitt)
46: Innenabschnitt (Innenraumabschnitt)
50: Kühlflüssigkeitsschicht
52: Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H1180812 [0005]

Claims

Metallpulver-Produktionsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt, der ein geschmolzenes Metall ausleitet, einen unterhalb des geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitts angeordneten Zylinderkörper, und einen Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt, der einen Strom einer Kühlflüssigkeit entlang der Innenfläche des Zylinderkörpers bildet, um das aus dem geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt ausgeleitete geschmolzene Metall zu kühlen, wobei der Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt in einer Axialrichtung an einem oberen Abschnitt des Zylinderkörpers angeordnet ist und einen Außenraumabschnitt, einen Innenraumabschnitt und einen den Außenraumabschnitt und den Innenraumabschnitt im Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt verbindenden Durchlassabschnitt umfasst, eine Düse mit dem Außenraumabschnitt verbunden ist, der Durchlassabschnitt eine vertikale Breite aufweist, die enger als eine vertikale Breite des Außenraumabschnitts ist, um die Kühlflüssigkeit vom Außenraumabschnitt in Richtung des Innenraumabschnitts zu leiten, und der Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt so konstruiert ist, dass die in den Außenraumabschnitt von der Düse eingetretene Kühlflüssigkeit sich vom Außenraumabschnitt in Richtung des Durchlassabschnitts bewegt, die durch den Durchlassabschnitt geleitete Kühlflüssigkeit sich dann von einem Kühlflüssigkeit-Ausleitungsabschnitt des Innenraumabschnitts entlang der Innenfläche des Zylinderkörpers bewegt.
Metallpulver-Produktionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Durchlassabschnitt in der Axialrichtung an einem oberen Abschnitt des Außenraumabschnitts angeordnet ist.
Metallpulver-Produktionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vertikale Breite des Durchlassabschnitts 1/2 oder weniger enger als die vertikale Breite des Außenraumabschnitts ist.
Metallpulver-Produktionsvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Düse in einer Tangentenlinienrichtung mit dem Außenraumabschnitt des Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitts verbunden ist, und der Kühlflüssigkeit-Freisetzungsabschnitt derart konstruiert ist, dass die Kühlflüssigkeit um die Mittelachse rotiert und von der Düse in das Innere des Außenraumabschnitts eintritt, und die in einer Spiralströmung in das Innere des Außenraumabschnitts eingetretene Kühlflüssigkeit durch den Durchlassabschnitt läuft und in einer Spiralströmung in das Innere des Innenraumabschnitts eintritt.
Verfahren zum Produzieren eines Metallpulvers, das die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines Stroms einer Kühlflüssigkeit entlang einer Innenfläche eines Zylinderkörpers, der unterhalb eines geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitts angeordnet ist, und Ausleiten eines geschmolzenen Metalls aus dem geschmolzenen Metall-Zufuhrabschnitt in den Strom der Kühlflüssigkeit, wobei die Metallpulver-Produktionsvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4 verwendet wird, um die Kühlflüssigkeit des Außenraumabschnitts durch den Durchlassabschnitt mit einer engeren vertikalen Breite als die Breite des Außenraumabschnitts zu leiten und die Kühlflüssigkeit, die durch den Durchlassabschnitt geleitet wurde, in Richtung der Innenfläche des Zylinderkörpers zu bewegen.