DE3505661A1

DE3505661A1 - METHOD FOR SPRAYING A MELT FROM A TIGHTLY COUPLED NOZZLE AND DEVICE FOR SPRAYING AND PRODUCT PRODUCED

Info

Publication number: DE3505661A1
Application number: DE19853505661
Authority: DE
Inventors: Steven Alfred Amsterdam N.Y. Miller
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1985-02-19
Publication date: 1985-08-29
Also published as: IL74267A0; DE3505661C2; IL74267A; GB2155049A; IT1184335B; SE8500971L; FR2563131B1; SE8500971D0; IT8519674A0; GB8503275D0; JPS60211003A; FR2563131A1; GB2155049B

Description

9538.5-RD-148639538.5-RD-14863

General Electric CompanyGeneral Electric Company

Verfahren zur Zerstäubung einer Schmelze von einer eng gekuppelten Düse sowie Vorrichtung zum Zerstäuben und gebildetes ProduktMethod of atomizing a melt from a tightly coupled Nozzle and device for atomizing and formed product

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von Pulvern aus einer flüssigen Schmelze durch Zerstäuben und Verfestigen. Mehr im besonderen bezieht sie sich auf die Herstellung von Materialien, die eine höhere Temperaturbeständigkeit haben, in fein zerteilter Form durch Flüssigkeitszerstäubung, und sie bezieht sich auf die Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie das dabei erhaltene Produkt.The invention relates generally to the production of powders from a liquid melt by atomization and solidification. More specifically, it relates to the manufacture of materials that have a higher temperature resistance have, in finely divided form by liquid atomization, and it relates to the device for implementation such a process as well as the product obtained thereby.

Die Erfindung kann zum Beispiel bei der Herstellung von Pulvern aus Schmelzen von Superlegierungen Anwendung finden.For example, the invention can find application in the manufacture of powders from melts of superalloys.

Es gibt einen gut begründeten Bedarf für ein wirtschaftliches Mittel zum Herstellen von Pulvern aus Superlegierungen. Solche Pulver können dazu benutzt werden, Gegenstände aus diesen Superlegierungen durch pulver-metallurgische Techniken herzustellen. Der gegenwärtige industrielle Bedarf an solchen Pulvern nimmt zu und wird weiter zunehmen, da auch der Bedarf an Gegenständen aus Superlegierungen zunimmt.There is a well-founded need for an economical means of making powders from superalloys. Such Powders can be used to make articles from these superalloys using powder metallurgical techniques. The current industrial demand for such powders is increasing and will continue to increase as the demand increases Articles made of superalloys is increasing.

Derzeit sind nur etwa 3 % der industriell hergestellten Pulver kleiner als 10 um, und die Kosten für ein solches Pulver sind entsprechend sehr hoch.Currently, only about 3% of the powders produced in the industry are smaller than 10 µm, and so is the cost of such a powder are accordingly very high.

Ein Hauptkostenpunkt der feinen durch Zerstäubung hergestellten und in industriellen Anwendungen brauchbaren Pulver ist der des bei der Zerstäubung benutzten Gases. Derzeit nehmen die Kosten in dem Maße zu, wie der Anteil an feinem Pulver in einer zerstäubten Probe zunimmt. Außerdem wird die Menge Gas pro Masseneinheit des erzeugten Pulvers umso größer, je feiner die herzustellenden Pulver sein sollen. Die bei der Herstellung des Pulvers eingesetzten Gase, insbesondere die Inertgase, wie Argon, sind sehr teuer.A major expense of the fine powders produced by atomization and useful in industrial applications is that of the gas used in the atomization. Currently, the cost is increasing as the proportion of fine powder in of a nebulized sample increases. In addition, the finer the amount of gas per unit mass of the generated powder, the greater the powders to be produced should be. The gases used in the manufacture of the powder, especially the Inert gases such as argon are very expensive.

Es gibt derzeit einen wachsenden industriellen Bedarf an feineren Pulvern. Es besteht daher eine Notwendigkeit, Gaszerstäubungstechniken und Vorrichtungen dafür zu entwickeln, die die Wirksamkeit der Umwandlung einer geschmolzenen Legierung in Pulver erhöht und die Menge des benötigten Gases bei der Herstellung von Pulver in einem erwünschten Größenbereich konstant halten, insbesondere bei sich mehr und mehr verringernder Teilchengröße.There is currently a growing industrial need for finer powders. There is therefore a need for gas atomization techniques and to develop devices therefor that increase the efficiency of the conversion of a molten alloy increased in powder and the amount of gas required in the manufacture of powder in a desired size range keep constant, especially as the particle size decreases more and more.

Die Herstellung von feinem Pulver wird durch die Oberflächenspannung der Schmelze beeinflußt, aus der das feine Pulver hergestellt wird. Für Schmelzen hoher Oberflächenspannung ist die Herstellung feinen Pulvers schwieriger und erfordert mehr Gas und Energie. Die derzeitige typische industrielle Ausbeute an feinem Pulver mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 37 iim. aus geschmolzenen Metallen mit hoher Oberflächenspannung liegt im Bereich von 25 bis etwa 40 Gew.-%.The production of fine powder is influenced by the surface tension of the melt from which the fine powder is made. For melts with high surface tension, the production of fine powders is more difficult and requires more gas and energy. The current typical industrial yield of fine powder with an average diameter of less than 37 µm. of molten metals with high surface tension ranges from 25 to about 40 weight percent.

Feine Pulver mit einer Teilchengröße von weniger als 37 um werden beim Niederdruck-Plasmasprühen benutzt. Bei der Herstellung solcher Pulver mit den derzeit verfügbaren industriellen Verfahren müssen 60 bis 75 % des Pulvers als zu groß ausgeschieden werden. Diese Notwendigkeit, selektiv nur das feinere Pulver zu isolieren und das zu große Pulver auszu-Fine powders with a particle size of less than 37 µm are used in low pressure plasma spraying. In the preparation of such powders using currently available industrial processes must have 60 to 75% of the powder as being too large be eliminated. This need to selectively isolate only the finer powder and to remove the powder that is too large.

scheiden, erhöht die Kosten des brauchbaren Pulvers.divorce increases the cost of the usable powder.

Feines Pulver hat auch Anwendungen in dem sich rasch ändernden und wachsenden Gebiet der sich rasch verfestigenden Materialien. Je größer der Prozentanteil an feinem Pulver, der mit einem Verfahren oder einer Vorrichtung hergestellt werden kann, umso brauchbarer ist dieses Verfahren oder die Vorrichtung im allgemeinen bei der Technologie der raschen Erstarrung.Fine powder also has applications in the rapidly changing and growing field of rapidly solidifying materials. The greater the percentage of fine powder that can be produced with a method or an apparatus The more useful this method or apparatus in general is in rapid solidification technology.

Es ist bekannt, daß die Erstarrungsgeschwxndigkeit eines geschmolzenen Teilchens relativ geringer Größe in einer konvektiven Umgebung, wie einer strömenden Flüssigkeit oder einem Flüssigkeitskörper in etwa proportional dem Kehrwert des Teilchendurchmessers zum Quadrat ist.It is known that the rate of solidification of a molten Particle of relatively small size in a convective environment, such as a flowing liquid or a Liquid body is roughly proportional to the reciprocal of the particle diameter squared.

Für diese Beziehung gilt daher der folgende AusdruckThe following expression therefore applies to this relationship

worin T die Abkühlungsgeschwindigkeit des Teilchens und D der Teilchendurchmesser ist.where T is the cooling rate of the particle and D is the particle diameter.

Wenn daher die durchschnittliche Größe des Teilchendurchmessers der Zusammensetzung um die Hälfte verringert wird, dann erhöht sich die Abkühlungsgeschwindigkeit um einen Faktor Wird der mittlere Durchmesser dann nochmals halbiert, dann erhöht sich die Gesamtabkühlgeschwindigkeit um das 16fache.Therefore, if the average particle diameter size of the composition is reduced by half, then the cooling speed increases by a factor. If the mean diameter is then halved again, then the total cooling speed increases by 16 times.

Für einige Anwendungen, insbesondere solche, bei denen die Abkühlungsgeschwindigkeit des Teilchens für die erzielten Eigenschaften bedeutsam ist, ist es daher erwünscht, Pulver geringer Teilchengröße herzustellen. So gibt es einen Bedarf für rasch erstarrende Pulver mit einer Teilchengröße von weniger als 37 μπι und insbesondere für die Herstellung solcher Pulver in einer wirtschaftlichen Weise.For some applications, especially those where the cooling rate of the particle is achieved for the Properties is important, it is therefore desirable to produce small particle size powders. So there is a need for rapidly solidifying powders with a particle size of less than 37 μm and in particular for the production of such Powder in an economical way.

Für gewisse Anwendungen ist es auch wichtig, Teilchen zu haben, die ein enges Spektrum von Teilchengrößen aufweisen. Wenn für gewisse Anwendungen Teilchen einer Größe von 100 μπι erwünscht sind, dann hätte ein Verfahren, das die meisten Teilchen im Bereich von 80 bis 120 μπι erzeugt, für viele Anwendungen solcher Teilchen einen deutlichen Vorteil gegenüber einem Verfahren, das die meisten Teilchen im Bereich von 60 bis 140 μπι erzeugt. Es gibt also auch einen deutlichen wirtschaftlichen Vorteil, wenn man in der Lage ist, Pulver herzustellen, die eine bekannte oder vorhersagbare mittlere Teilchengröße sowie einen solchen Teilchengrößenbereich aufweisen.For certain applications it is also important to have particles that have a narrow range of particle sizes. If for certain applications particles with a size of 100 μπι are desired, then a method that generates most particles in the range of 80 to 120 μπι would have for many applications such particles have a distinct advantage over a process that uses most of the particles in the field generated from 60 to 140 μπι. So there is also a clear one economic advantage of being able to produce powders that are known or predictable have mean particle size and such a particle size range.

Die vorliegende Erfindung verbessert die Möglichkeit zur Herstellung eines solchen Pulvers in industriellem Maßstab.The present invention improves manufacturing capabilities of such a powder on an industrial scale.

Werden mit einem ersten Verfahren aus einer gegebenen Metallschmelze für eine gegebene Anwendung Teilchen von 100 μπι Größe hergestellt, und lernt man dann Teilchen mit einer mittleren Größe von 50 μΐη herzustellen, dann gestattet dieses zweite Verfahren eine sehr viel raschere Abkühlung und Erstarrung der aus der gleichen Metallschmelze hergestellten Teilchen.Are made from a given molten metal using a first process for a given application particles of 100 μm size are produced, and then one learns particles with a produce a medium size of 50 μΐη, then this allows second method a much more rapid cooling and solidification of the material produced from the same molten metal Particle.

Die vorliegende Erfindung lehrt ein Verfahren, mit dem kleinere Teilchen in einem höheren Prozentsatz aus Schmelzen einschließlich Metallschmelzen hergestellt werden können. Das neue Verfahren gestattet daher eine raschere Erstarrungsgeschwindigkeit solcher Teilchen, teilweise deshalb, weil die erzeugten Teilchen im Mittel kleiner sind und auch weil die Herstellung in einem industriellen Maßstab reproduzierbar ist.The present invention teaches a method by which smaller particles in a higher percentage of melts including molten metal can be produced. The new process therefore allows such particles to solidify more rapidly, in part because the The particles produced are on average smaller and also because the production is reproducible on an industrial scale is.

Das Herstellen einer kleinen Teilchengröße ist für das rasche Abkühlen und den Nutzen, den man aus einem raschen Abkühlen gewisser geschmolzener Materialien zieht, vorteilhaft. Es können auf diese Weise neue Eigenschaften amorpherMaking the particle size small is for the rapid cooling and the benefit you get from a rapid Cooling down certain molten materials is beneficial. In this way it can add new amorphous properties

Materialien erhalten werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung von Pulvern mit einer solchen geringen Teilchengröße verbunden mit dem raschen Abkühlen.Materials are obtained. The present invention enables the production of powders with such a small size Particle size associated with rapid cooling.

Die Pulvermetallurgie-Technologie hat derzeit einen Bedarf an feinen und sehr feinen Teilchen sowie an Teilchen im Größenbereich von 10 bis 37 μπι Durchmesser. Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung werden Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 10 bis 37 μπι hergestellt. Powder metallurgy technology currently has a need for fine and very fine particles as well as particles in the Size range from 10 to 37 μm in diameter. Through the procedure According to the present invention, particles with an average particle size in the range from 10 to 37 μm are produced.

Die Herstellung geringerer Teilchengrößen kann beim Pressen des Materials in der Pulvermetallurgie von Bedeutung sein, da beobachtet wurde, daß Pulver mit einer geringeren Teilchengröße zu einer höheren Sintergeschwindigkeit führen kann. Es kann beim Pressen des Materials geringer Teilchengröße mit einem Material größerer Teilchengröße auch von Bedeutung sein, wo ein solches Zusammenpressen aufgrund der höheren Packungsdichte erwünscht ist.The production of smaller particle sizes can be important when pressing the material in powder metallurgy, since it has been observed that powder with a smaller particle size can lead to a higher sintering rate. It can also be of concern in pressing the small particle size material with a larger particle size material where such compression is desirable due to the higher packing density.

Die derzeitigen Trends in der Pulvermetallurgie verursachen ein großes Interesse an feinen Metallpulvern, d.h. an Pulvern mit Durchmessern von weniger als 37 μΐη sowie an ultrafeinen Pulvern, insbesondere Pulvern mit einem Durchmesser von weniger als 10 um. Eine hohe Oberflächenspannung in einer Schmelze macht die Herstellung kleinerer Teilchen schwieriger.Current trends in powder metallurgy are causing a great deal of interest in fine metal powders, i.e., powders with diameters of less than 37 μm and ultra-fine Powders, especially powders with a diameter of less than 10 µm. A high surface tension in a melt makes the production of smaller particles more difficult.

Übliche Vorrichtungen zum Herstellen von Pulver aus geschmolzenen Metallen durch Zerstäuben ergeben Produkte, die in Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren und den Materialien ein relativ weites Spektrum von Teilchengrößen aufweisen. Das breite Spektrum der Teilchengrößen wird in Fig. 3 durch die Kurven A, B, C und D repräsentiert. Eine Betrachtung dieser Kurven ergibt, daß sich die Teilchengrößen über den ganzen Bereich von weniger als 10 um bis zu mehr als 100 um erstrecken. Der Anteil der feinen Teilchen, d.h. der mit einemCommon devices for making powder from molten Metals by sputtering result in products that depend on the manufacturing process and the materials have a relatively wide range of particle sizes. The wide range of particle sizes is shown in FIG. 3 by the Curves A, B, C and D represent. A consideration of these curves shows that the particle sizes over the whole Range from less than 10 µm to more than 100 µm. The proportion of fine particles, i.e. the one with a

mittleren Durchmesser von weniger als 37 μιη, der nach der konventionellen Technologie erhalten wird, liegt im Bereich von etwa 0 bis 40 % und der Prozentanteil an ultrafeinem Pulver, d.h. weniger als 10 μιη groß, liegt im Bereich von etwa 0 bis 3 %. Wegen der geringen Ausbeute an Pulver geringerer Teilchengröße, das in solchen Produkten vorhanden ist, können die Kosten für die Herstellung ultrafeinen Pulvers außerordentlich hoch sein und im Bereich von mehreren 100 und sogar mehreren 1000 Dollar pro 500 g liegen.mean diameter of less than 37 μιη, which after the conventional technology is in the range of about 0 to 40% and the percentage of ultrafine Powder, i.e. less than 10 μm in size, is in the range of about 0 to 3%. Because of the low yield of smaller particle size powder that is present in such products is, the cost of producing ultrafine powder can be extremely high and in the range of several 100 and even several thousand dollars per 500 g.

Die Kurven der Fig. 3 und beispielhaft die Kurve E der Fig. 3 zeigt, daß der Teilchengrößenbereich, der durch die erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, wenn man dieses zur Herstellung feinen Pulvers ausführt, deutlich besser ist als der Teilchengrößenbereich der vorhandenen üblichen Verfahren. Die Daten der Kurven A, B, C und D der Fig. 3 beruhen auf einem Artikel von H. Lawly, "Atomization of Specialty Alloy Powders", der im Januar 1981 im "Journal of Metals" erschien.The curves of FIG. 3 and, by way of example, curve E of FIG. 3 shows that the particle size range determined by the inventive Process obtained when doing this to produce fine powder is significantly better than the particle size range of existing conventional processes. The data of curves A, B, C and D of Fig. 3 are based on an article by H. Lawly, "Atomization of Specialty Alloy Powders," which appeared in the Journal of Metals in January 1981.

Die in dem Artikel im "Journal of Metals" enthaltenen Daten für die Kurven A, B, C und D gelten für Pulver, die aus Schmelzen von Superlegierungen erhalten wurden. Die Daten, auf denen die Kurve E beruht, stammen ebenfalls von der Pulverherstellung aus einer Superlegierungsschmelze, so daß diese beiden Sätze von Daten gut vergleichbar sind.The data in the Journal of Metals article for curves A, B, C and D apply to powders made from Melts of superalloys were obtained. The data on which curve E is based also comes from powder production from a superalloy melt, so these two sets of data are well comparable.

Es ist bekannt, daß es große Unterschiede bei der Leichtigkeit gibt, mit der Pulver aus verschiedenen Legierungsfamilien hergestellt werden können.It is known that there are great differences in the ease with which powders from different alloy families can be found can be produced.

Die Proben der Fig. 3 enthalten typische Teilchengrößenverteilungen für Superlegierungspulver, die nach verschiedenen Zerstäubungstechniken hergestellt worden sind. So ist die Kurve A für ein mit Argongas zerstäubtes Pulver erhalten. Die Kurven B, C und D wurden für Pulver erhalten, die nach dem Verfahren mit rotierender Elektrode, dem Verfahren mit rascher Erstarrungsgeschwindigkeit bzw. der Vakuumzerstäubung erhalten wurden.The samples of FIG. 3 contain typical particle size distributions for superalloy powders produced by various atomization techniques. That's how it is Curve A was obtained for a powder atomized with argon gas. Curves B, C and D were obtained for powders obtained after the method with a rotating electrode, the method with a rapid solidification rate or vacuum atomization were obtained.

Der schraffierte Bereich, der durch die Kurven E und F begrenzt ist, zeigt den Bereich von Pulver-Teilchengrößenverteilungen an, die mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden, wenn diese zur Herstellung eines feinen Pulvers ausgeführt wird.The hatched area bounded by curves E and F shows the range of powder particle size distributions obtained by the present invention when carried out to produce a fine powder will.

Aus den verschiedenen Kurven der Fig. 3 ergibt sich, daß das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte Pulver einen Bereich von Teilchengrößen und kumulativen Teilchengrößen aufweist, der sehr viel geringer ist, als der von Pulvern, die nach üblichen Verfahren hergestellt wurden, insbesondere Pulvern im Bereich der kleineren Teilchengrößen von etwa 60 μΐη oder weniger.From the various curves of FIG. 3 it can be seen that with the method according to the invention and using Powders produced using the apparatus of the present invention have a range of particle sizes and cumulative particle sizes which is much lower than that of powders that have been produced by conventional processes, in particular Powders in the range of the smaller particle sizes of about 60 μm or less.

Der schraffierte Bereich der Fig. 3 zwischen den Kurven E und F ist eine Umgrenzungslinie, die den Bereich der graphischen Darstellung zeigt, in dem die Pulverprodukte nach den Verfahren und Techniken der vorliegenden Erfindung zur Herstellung feiner Pulver erhalten werden können.The hatched area in FIG. 3 between curves E and F is a boundary line which defines the area of the graphic Representation shows in which the powder products are manufactured according to the methods and techniques of the present invention fine powder can be obtained.

Aus dieser Darstellung wird deutlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren es ermöglicht, Pulver mit 10 bis 37 % der Teilchen mit einer Teilchengröße von 10 μπι und darunter sowie Pulver herzustellen, von denen kumulativ zwischen 44 und 70 % der Teilchen unterhalb einer Größe von 37 μπι liegen.From this representation it is clear that the inventive method makes it possible to powder with 10 to 37% of the Particles with a particle size of 10 μm and below as well To produce powder, of which cumulatively between 44 and 70% of the particles are below a size of 37 μm.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung dazu können höhere Ausbeuten an feinem Pulver erhalten werden als mit anderen Gaszerstäubungsverfahren und Vorrichtungen dafür, da die Durchführung der Erfindung für eine wirksamere Übertragung der Energie des zerstäubenden Gases zum zerstäubenden flüssigen Metall sorgt. Ein Weg, auf dem diese verbesserte Herstellung von feinen Pulvern bewerkstelligt worden ist, besteht darin, den Schmelzstrom in eine bisher nicht dagewesene enge Nachbarschaft mit der zerstäubenden Gasdüse zu bringen. Diese enge Nachbarschaft der Gasdüse zur öffnung fürWith the method according to the invention and the device for this purpose, higher yields of fine powder can be obtained than with other gas atomization methods and apparatus therefor, allowing practice of the invention for more efficient transfer provides the energy of the atomizing gas to the atomizing liquid metal. One way in which this improved Production of fine powders has been accomplished, consists in turning the melt flow into a previously unseen close proximity to the atomizing gas nozzle. This close proximity of the gas nozzle to the opening for

den Schmelzstrom wird in der vorliegenden Anmeldung als "enges Kuppeln" bezeichnet. Die Vorteile des Prinzips des engen Kuppeins sind in der Literatur, wie sie weiter unten diskutiert ist, erkannt worden. Bis jetzt hat jedoch noch keine Erfindung die Anwendung dieses Prinzips auf bei hoher Temperatur schmelzende Materialien gestattet. Dies liegt zumindest zum Teil an dem Problem des Anwuchses der erstarrten Hochtemperaturschmelze an der zerstäubenden Gasdüse sowie an anderen Stellen auf der Zerstäubungsvorrichtung.the melt flow is referred to in the present application as "tight coupling". The advantages of the narrow domes have been recognized in the literature as discussed below. Until now, however, still has no invention allows this principle to be applied to materials which melt at high temperatures. This lies at least in part to the problem of the growth of the solidified high temperature melt on the atomizing gas nozzle as well elsewhere on the atomizer.

Ein Hauptproblem im Zusammenhang mit den Gaszerstäubungsdüsen und Verfahren nach dem Stand der Technik war die Erstarrung von Flecken und Kügelchen aus der zerstäubten hochschmelzenden Legierung auf den Oberflächen der Düse. Der sich ergebende Aufbau auf der Düse hat manchmal zur Beendigung des Zerstäubungsverfahrens geführt. Diese Beendigung ergab sich aus einem Verschluß der öffnung, durch die die Schmelze gegossen wird oder durch eine zumindest teilweise Ablenkung der zerstäubenden Gase von einem direkten Auftreffen bei hoher Energie auf den austretenden Strom des flüssigen Metalles. In schweren Fällen hat der Aufbau des festen Niederschlages auf der Düsenspitze das Abbrechen dieses Niederschlages von der Düse verursacht. In einem solchen Falle war das Ergebnis manchmal eine Verunreinigung des gebildeten Pulvers mit Material von der Düse oder dem System zur Lieferung der Schmelze.A major problem related to the gas atomization nozzles and the prior art method has been the congealing of spots and globules from the atomized refractory alloy on the surfaces of the nozzle. The resulting build-up on the nozzle sometimes has to stop of the sputtering process. This termination resulted from a closure of the opening through which the melt is poured or by at least partial deflection of the atomizing gases from a direct one When the energy is high, it hits the exiting stream of liquid metal. In severe cases, the structure of the solid precipitate on the nozzle tip causes this precipitate to break off from the nozzle. In such a Trap, the result was sometimes contamination of the powder formed with material from the nozzle or system for delivery of the melt.

In der üblichen Vorrichtung wird das Problem des Aufbaus erstarrten hochschmelzenden Materials an der Gasdüse oder der öffnung für das geschmolzene Metall dadurch gelöst, daß man die Gasdüse ziemlich weit weg von der Zerstäubungsregion hält, wie weiter unten detaillierter erläutert wird.In the usual device, the problem of structure becomes solidified refractory material at the gas nozzle or the opening for the molten metal is solved in that the gas nozzle is kept well away from the atomization region, as will be explained in more detail below.

Die Probleme eines fortschreitenden Anwuchses zahlreicher Flecken und Kügelchen aus erstarrter Schmelze auf der zerstäubenden Düse sind am ausgeprägtesten für die Schmelzen sehr hoher Temperatur und insbesondere für die geschmolzenen Metalle, die hohe Schmelztemperaturen haben.The problems of a progressive growth of numerous spots and globules from solidified melt on the atomizing Nozzles are most pronounced for the very high temperature melts and especially for the molten ones Metals that have high melting temperatures.

Es gibt viele Unterschiede zwischen den Praktiken, die bei Tieftemperatur-Materialien benutzt werden können, um durch Auftreffen von Gasströmen auf Flüssigkeitsströme zu zerstäuben und den Erscheinungen die bei höheren Temperatur auftreten. Im allgemeinen kann die Idee eines Sprühnebels bei tiefer Temperatur Materialien einschließen, die bei Zimmertemperatur flüssig sind sowie solche Materialien, die bei Temperaturen bis zu etwa 300⁰C flüssig werden. Die Zerstäubung von Materialien bei diesen tieferen Temperaturen und insbesondere von Materialien, die bei Zimmertemperatur flüssig sind, ist nicht im entferntesten zu dem Grade von einem Verschluß der Sprühdüse durch erstarrtes Metall begleitet, wie dies bei hochschmelzenden Metallen oder anderen Hochtemperaturmaterialien der Fall ist. Der Anwuchs von Material tieferer Temperatur an einer Zerstäubungsdüse führt nicht zur Zerstörung der Elemente der Düse. Auch gibt es bei den tieferen Temperaturen sehr viel weniger Reaktion und Wechselwirkung zwischen dem zerstäubten Metall und dem Schmelzausgaberohr oder den Materialien anderer Teile der Zerstäubungsdüse. Ein Schmelzzuführungsrohr aus Metall kann benutzt werden, um Materialien bei oder unterhalb 300°C zu zerstäuben. Für die höhere Temperatur von 1000⁰C, 1500⁰C, 2000⁰C und darüber müssen jedoch keramische Ausgabesysteme benutzt werden. There are many differences between the practices that can be used with cryogenic materials to atomize by impinging streams of gas on streams of liquids and the phenomena that occur at higher temperatures. In general, the idea of a spray at low temperature materials may include that are liquid at room temperature as well as such materials that are up to about 300 ⁰ C liquid at temperatures. The atomization of materials at these lower temperatures, and particularly of materials that are liquid at room temperature, is not remotely associated with occlusion of the spray nozzle by solidified metal as is the case with refractory metals or other high temperature materials. The growth of material at a lower temperature on an atomizing nozzle does not lead to the destruction of the elements of the nozzle. Also at the lower temperatures there is much less reaction and interaction between the atomized metal and the melt dispensing tube or the materials of other parts of the atomizing nozzle. A metal melt supply tube can be used to atomize materials at or below 300 ° C. For the higher temperature of 1000 ⁰ C, 1500 ⁰ C, 2000 ⁰ C and above, however, ceramic dispensing systems must be used.

Ein anderer Unterschied besteht darin, daß der thermische Gradient durch die Wandung des Schmelzausgaberohres von der Schmelze zum zerstäubenden Gas hin in dem Maße zunimmt, in dem die Temperatur der zu zerstäubenden Schmelze zunimmt. Für ein Zerstäubungssystem konstanter Geometrie ist eine stärkere Gasströmung für eine heißere Schmelze erforderlich, da eine größere Wärmemenge entfernt werden muß. Eine größere Gasmenge pro Einheitsvolumen der zu zerstäubenden Schmelze kann eine größere Neigung zum Spritzen und Spratzen der Schmelze in der Vorrichtung verursachen. Ist die Schmelze sehr heiß, in der Größenordnung von 1000⁰C oder mehr, dann kann ein Tropfen an einer Oberfläche tieferer Temperatur augenblicklich erstarren und haften. Bei den höheren Tempera-Another difference is that the thermal gradient through the wall of the melt discharge tube from the melt to the atomizing gas increases as the temperature of the melt to be atomized increases. For an atomization system of constant geometry, a stronger gas flow is required for a hotter melt, since a greater amount of heat has to be removed. A larger amount of gas per unit volume of the melt to be atomized can cause a greater tendency for the melt to splash and spatter in the device. If the melt is very hot, in the order of magnitude of 1000 ^° C. or more, then a drop can instantly solidify and adhere to a surface with a lower temperature. At the higher temperatures

türen sind die Materialien chemisch aktiver und können festere Bindungen an Oberflächen bilden, mit denen sie in Kontakt geraten als geschmolzene Materialien bei tieferen Temperaturen. doors, the materials are more chemically active and can be stronger Form bonds on surfaces with which they come into contact than molten materials at lower temperatures.

Obwohl die Anmelderin durch die Genauigkeit der im folgenden gegebenen Beschreibung nicht gebunden werden möchte, wird es doch für hilfreich angesehen, zur Erläuterung der Art der vorliegenden Erfindung, eine allgemeine Beschreibung der Zerstäubungsmechanismen zu geben, auf die Bezug genommen wurde und die mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben worden sind. Weiter soll eine graphische Darstellung der Erscheinung gegeben werden, die bei der Zerstäubung nach dem Stand der Technik stattfindet.Although applicant does not wish to be bound by the accuracy of the description given below, it will however, it will be helpful to explain the nature of the present invention to provide a general description of the atomizing mechanisms to which reference has been made and which have been described with reference to the prior art are. Furthermore, a graphic representation of the phenomenon is to be given, which occurs during the atomization according to the stand technology takes place.

Zu diesem Zweck wird auf Fig. 4 Bezug genommen, in der die Erscheinung einer Zerstäubung nach dem Stand der Technik dargestellt ist, wie sie nach eigenem Verstehen bei den Verfahren nach dem Stand der Technik aufgetreten ist.To this end, reference is made to Fig. 4, which shows the appearance of atomization according to the prior art is how it, according to our own understanding, occurred in the processes according to the state of the art.

In dieser Fig. 4 sind zwei Gasöffnungen 30 und 32 in einer Weise mit Bezug auf einen Schmelzstrom 34 angeordnet, wie sie nach dem Stand der Technik üblich war. Im besonderen sind die Gasdüsen 30 und 32 in einem Abstand von dem Schmelzstrom angeordnet und sie haben einen solchen Winkel dazu, daß sie in einem beträchtlichen Abstand von den Düsen auf den Schmelzstrom gerichtet sind. Die Fig. 4 ist etwas schematisch und es sollte klar sein, daß die Düsen 30 und 32 tatsächlich auch eine einzige ringförmige Düse bilden können, die die Vorrichtung zur Ausgabe der Schmelze umgibt und daß ihnen das Gas aus einer üblichen Gaskammer zugeführt werden kann. Die Vorrichtung 36 zur Ausgabe der Schmelze ist auch in schematischer Form gezeigt.In this Fig. 4, two gas ports 30 and 32 are arranged in a manner with respect to a melt stream 34, such as it was common in the prior art. In particular, the gas nozzles 30 and 32 are spaced from the melt stream arranged and they have such an angle to it that they are at a considerable distance from the nozzles on the melt stream are directed. Fig. 4 is somewhat schematic and it should be clear that nozzles 30 and 32 are in fact also can form a single annular nozzle that surrounds the device for dispensing the melt and that they the gas can be supplied from a conventional gas chamber. The device 36 for dispensing the melt is also shown schematically Shape shown.

In dem Stand der Technik ist die Erscheinung der Bildung eines umgekehrten Hohlkegels im Schmelzstrom erkannt worden, während er in den Bereich gelangt, in dem das Gas der Ströme 30 und 32 zutritt. Der Punkt des ZusammenflieBens 38 ist derIn the prior art, the phenomenon of the formation of an inverted hollow cone in the melt stream has been recognized, while it enters the area in which the gas from streams 30 and 32 enters. The point of convergence 38 is this

• A.• A.

Punkt, an dem die beiden zentralen Linien der beiden Gasströme sich treffen könnten, wenn es zwischen ihnen keine Interferenz gäbe. Sie wirken jedoch auf den herunterkommenden Schmelzstrom ein und Teil dieser Aktion ist die Bildung des umgekehrten Hohlkegels, wie er bei 40 in der Fig. 4 dargestellt ist.Point at which the two central lines of the two gas flows could meet if there was no interference between them would be. However, they act on the descending melt stream and part of that action is the formation of the reverse Hollow cone, as shown at 40 in FIG.

Die nächste Erscheinung, die beim üblichen Zerstäubungsverfahren auftritt, ist das Aufreißen der Kegelwand in Bänder oder Kugeln der Schmelze. Diese Erscheinung tritt in der Zone 42 in Fig. 4 auf.The next phenomenon that occurs with the usual atomization process is the tearing of the cone wall into tapes or Balls of melt. This phenomenon occurs in zone 42 in FIG.

Als nächste Erscheinung im konventionellen Zerstäuben ist das Aufbrechen oder Zerstäuben der Bänder in Tröpfchen festzustellen. Dies ist in der Fig. als allgemein in der Zone unterhalb der geschehend dargestellt, in der die Bänder gebildet werden. Die einzelnen Tröpfchen oder Teilchen sind als aus größeren Tropfen oder Kugeln gebildet dargestellt.The next phenomenon in conventional atomization is this Detect breaking or atomization of the ribbons in droplets. This is shown in the figure as generally in the zone below the one in which the ribbons are formed. The individual droplets or particles are considered to be made up of larger ones Depicted drops or spheres formed.

Nach dieser schematischen Darstellung ist die konventionelle Zerstäubung ein Mehrstufenprozess mit mehreren Erscheinungen, deren erste die Bildung des umgekehrten Kegels, deren zweite das Aufreißen der Kegelwand in die Bänder und deren dritte das Aufreißen der Bänder in Tröpfchen ist.According to this schematic representation, conventional atomization is a multi-stage process with several phenomena, The first is the formation of the inverted cone, the second is the tearing of the wall of the cone into the ligaments and the third is the tearing of the ligaments into droplets.

Hinsichtlich der Tröpfchenbildung kann der vorliegenden Beschreibung entnommen werden, daß es in dem Sinne eine sekundäre Erscheinung ist als ein sehr hoher Prozentsatz der Tröpfchen durch Zerreißen der Bänder oder Kugeln gebildet wird.With regard to droplet formation, the present description that it is a secondary phenomenon in the sense of a very high percentage of the droplets formed by tearing the ligaments or balls.

Die klarste Arbeit hinsichtlich der entfernt gekuppelten Zerstäubung flüssiger Metalle, die in der technischen Literatur zitiert ist, hat den Titel "The Disintegration of Liquid Lead Streams by Nitrogen Jets" und sie stammt von J. B. See, J. Rankle und T. B. King und ist veröffentlicht in "Met. Trans."£, 2669 bis 2673 (1973). In dieser Arbeit sind die Zerstäubungserscheinungen auf der Grundlage von Studien beschrieben, die mit Hilfe der Geschwindigkeitsphotographie vorgenommen wurden.The clearest work on remotely coupled atomization of liquid metals cited in the technical literature is entitled "The Disintegration of Liquid Lead Streams by Nitrogen Jets" and is by JB See, J. Rankle and TB King and is published in "Met. Trans. " £, 2669-2673 (1973). In this work, the atomization phenomena are described on the basis of studies carried out with the aid of speed photography.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet eine stark verminderte sekundäre Teilchenbildung statt, und es hat einen sehr hohen Grad der direkten primären Teilchenbildung unmittelbar aus der Schmelze und ohne die Notwendigkeit durch eine zweite Stufe der Zerteilung der Schmelze zu gehen, wie dies schematisch in der Fig. 4 dargestellt und oben beschrieben ist.There is greatly reduced secondary particle formation in the process of the present invention, and it has one very high degree of direct primary particle formation directly from the melt and without the need for it to go to a second stage of the division of the melt, as shown schematically in FIG. 4 and described above is.

Um zu vermeiden, daß solche Hochtemperatur-Tröpfchen an dem Teil der Vorrichtung haften, die durch den Mechanismus zur Gaszuführung gekühlt werden, hat die Vorrichtung zum Zerstäuben bei hoher Temperatur das Gas aus einem Strahl oder mehreren Strahlen zugeführt, die sich relativ entfernt von der Oberfläche des Stromes befinden, auf den die Strahlen auftreffen. In order to avoid that such high-temperature droplets adhere to the part of the device that is used by the mechanism for Gas supply are cooled, the device for atomizing at high temperature has the gas from one jet or several Jets are supplied that are relatively remote from the surface of the stream on which the jets impinge.

Befindet sich die Düse entfernt von dem Zerstäubungsbereich, dann findet eine beträchtliche Energieverminderung des Gases statt, während es sich von der Düse, aus der es austritt, zu dem Auftreffpunkt auf das zu zerstäubende flüssige Metall befindet. Auf dem Wege von der Düse zum Schmelzstrom erleidet das Gas beträchtliche Diffusions- und Mitführverluste. Der Energieverlust wurde zu mehr als 90 % der anfänglichen Energie für bestimmte Ausführungsformen der Vorrichtung zum Zerstäuben von geschmolzenem Metall geschätzt, wie sie derzeit im Gebrauch sind. Die Verfahren, die Gasstrahlen benutzen, die von einem Punkt entfernt vom Kontakt mit dem Strom oder Körper aus geschmolzenem Material ausgehen, der zu zerstäuben ist, sind daher hinsichtlich der Nutzung des Gases unwirtschaftlich, da viel Gas erforderlich ist, um den Energieverlust zu überwinden, der in dem Gasstrahl auftritt, bevor dieser den Strom aus geschmolzenem Metall trifft.When the nozzle is remote from the atomization area, there is a significant energy reduction in the gas instead of while it is from the nozzle from which it emerges to the point of impact on the liquid metal to be atomized. On the way from the nozzle to the melt stream, the gas suffers considerable diffusion and entrainment losses. Of the Energy loss became greater than 90% of the initial energy for certain embodiments of the sputtering device of molten metal as they are currently in use. The procedures that use gas jets which emanate from a point away from contact with the stream or body of molten material intended to be atomized are therefore uneconomical in terms of the use of the gas, since a lot of gas is required to make up for the energy loss that occurs in the gas jet before it hits the stream of molten metal.

Ein solches entferntes Kuppeln eines Schmelzstromes mit öffnungen für die Zuführung zerstäubenden Gases ist in den US-PSen 4 272 463, 3 588 951, 3 428 718, 3 646 176, 4 080 126, 4 191 516 und 3 340 338 dargestellt und beschrieben, obwohl es in diesen Schriften nicht als entferntes Kuppeln beschrieben ist.Such a remote coupling of a melt stream with openings for the supply of atomizing gas is disclosed in U.S. Patents 4,272,463, 3,588,951, 3,428,718, 3,646,176, 4,080,126, 4,191,516 and 3,340,338 shown and described, though it is not described in these scriptures as distant coupling.

Der Einsatz von Düsen aus Metall und sogar Kunststoff, die den Gasstrahl in sehr enger Nachbarschaft zu dem Rohr oder der öffnung haben, durch das die Flüssigkeit zugeführt wird, war bereits bekannt. So kann zum Beispiel die Zerstäubung von Flüssigkeit bei Zimmertemperatur ohne ernstes Erstarren und Aufbauen der Flüssigkeit auf der Düse ausgeführt werden. Einige Farbsprühdüsen haben zum Beispiel diese Konstruktion.The use of nozzles made of metal and even plastic that keep the gas jet in very close proximity to the pipe or tube the opening through which the liquid is fed was already known. For example, atomization of liquid at room temperature without serious solidification and build-up of the liquid on the nozzle. For example, some paint spray nozzles have this design.

In dem Buch "The Production of Metal Powders by Atomization" von John Keith Beddow , Hayden Publishers, wird auf Seite 45 auf verschiedene Ausführungen von Düsen für die Herstellung von Pulvermetall aus einem Strom flüssigen Metalles Bezug genommen. Eine solche Zerstäubung schließt eine Zerstäubung mit Gas bei hoher Temperatur ein.In the book "The Production of Metal Powders by Atomization" by John Keith Beddow, Hayden Publishers, on page 45 reference is made to various designs of nozzles for the production of powder metal from a stream of liquid metal. Such atomization includes gas atomization at high temperature.

Die Beddow-Düsen sind ringförmige Düsen, da sie eine zentrale Öffnung für die Entwicklung und Ausgabe eines Stromes flüssi-Metalles haben. Das Gas tritt aus einer ringförmigen öffnung als ringförmiger Gasstrahl aus, der die zentrale öffnung umgibt. Die Beddow-Düsen haben eine oberflächliche Ähnlichkeit mit der in Fig. 1 dargestellten Düse. Das Problem des Aufbaus erstarrten Materials auf ringförmigen Düsen, wie sie in dem Buch von Beddow gezeigt sind, wird unterhalb der Figuren auf Seite 45 des Buches folgendermaßen geschildert: "Ein wesentliches Problem bei ringförmigen Düsen ist das des 'Aufbaues' auf dem metallischen Düsenkörper. Dies wird durch Spritzen geschmolzenen Metalles auf die Innenseite der Düse, insbesondere nahe dem Rand am Boden verursacht. Diese Metallspritzer erstarren, es wächst mehr flüssiges Metall an und in einem späteren Stadium dieses Verfahrens bringt der Luftstrom das heiße angesammelte Metall zum Zünden. Auf diese Weise kann die Bedienungsperson einen Düsenblock ziemlich leicht verlieren."The Beddow nozzles are ring-shaped nozzles as they have a central opening for the development and delivery of a stream of liquid metal to have. The gas emerges from an annular opening as an annular gas jet which surrounds the central opening. The Beddow nozzles have a superficial similarity to the nozzle shown in FIG. The problem of the construction Solidified material on annular nozzles, as shown in the book by Beddow, is shown below the figures On page 45 of the book described as follows: "A major problem with annular nozzles is that of the 'Build-up' on the metallic nozzle body. This is going through It causes molten metal to splash on the inside of the nozzle, especially near the edge of the bottom. These metal splatters solidify, more liquid metal grows and in a later stage of this process the Airflow the hot accumulated metal to ignite. In this way, the operator can use a nozzle block fairly lose easily. "

Obwohl daher eine solche Düsenausführung bekannt war, haben die Praktiker nach dem Stand der Technik dieses von Beddow erwähnte Problem bei der Gaszerstäubung von Hochtemperatur-Material und speziell von solchen Metallen, nicht überwinden können.Thus, while such a nozzle design was known, those of the prior art have it from Beddow mentioned problem with the gas atomization of high-temperature material and especially of such metals, not overcome can.

Andere Informationsquellen hinsichtlich der Konfiguration von Düsen zur Verwendung in der Zerstäubungstechnologie sind US-Patentschriften. So ist in der US-PS 2 997 245 ein Verfahren zum Zerstäuben flüssigen Metalles beschrieben, das sogenannte "Schockwellen" benutzt.Other sources of information regarding the configuration of nozzles for use in atomization technology are US patents. For example, US Pat. No. 2,997,245 describes a process for atomizing liquid metal which so-called "shock waves" are used.

In der US-PS 3 988 084 ist ein Schema zum Erzeugen eines dünnen Metallstromes auf einem hohlen umgekehrten Kegel und das Abfangen des Stromes durch einen ringförmigen Gasstrahl beschrieben. In dem Schema der US-PS 3 988 084 wird der zerstäubende Gasstrahl nur gegen eine Seite des Kegels aus geschmolzenem Metall gerichtet/ d.h. auf das Äußere des Kegels, und es wird kein Gas gegen die andere Seite des Kegels aus geschmolzenem Metall gerichtet, d.h. gegen die Innenoberfläche des Kegels aus geschmolzenem Metall.In U.S. Patent 3,988,084 there is a scheme for creating a thin stream of metal on a hollow inverted cone and the interception of the flow by an annular gas jet is described. In the scheme of U.S. Patent 3,988,084, the atomizing Gas jet directed only against one side of the cone made of molten metal / i.e. on the outside of the cone, and no gas is directed towards the other side of the cone of molten metal, i.e. the inner surface of the cone of molten metal.

Bei gewissen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zerstäubende Gas gegen alle Oberflächen des SchmelzStromes gerichtet.In certain embodiments of the method according to the invention the atomizing gas is directed against all surfaces of the melt flow.

Der umgekehrte Kegel der US-PS 3 988 084 ähnelt dem umgekehrten Kegel,der während der konventionellen Zerstäubung durch entfernt gekuppeltes Gas gebildet wird, wie er oben beschrieben ist, bei dem das Gas nur auf eine Seite des flüssigen Metalles an der Unterkante des umgekehrten Kegels einwirkt. Das Band aus flüssigem Metall erweitert sich über den umgekehrten Kegel zu seiner Kante und das Gas spült Metall von dieser Kante in einen hohlen konvergierenden Konus.The inverted cone of U.S. Patent 3,988,084 is similar to the inverted cone that is found during conventional atomization is formed by remotely coupled gas, as described above, in which the gas is only on one side of the Liquid metal acts on the lower edge of the inverted cone. The band of liquid metal extends over the inverted cone to its edge and the gas flushes metal from that edge into a hollow converging cone.

Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat eine These mit dem Titel "The Production and Consolidation of Amorphous Metal Powder" verfaßt und diese dem Department of Mechanical Engineering an der Northeastern University, Boston, Massachusetts im September 1980 vorgelegt. Diese These beschreibt den Einsatz einer ringförmigen Gasdüse mit einer keramischen Metallzufuhrdüse und/oder einer solchen aus Graphit. In dieser These wird von Verbesserungen hinsichtlich der Herstellung von Pulver mit einem höheren Anteil an feinem PulverThe inventor of the present application has a thesis entitled "The Production and Consolidation of Amorphous Metal Powder "and submitted it to the Department of Mechanical Engineering at Northeastern University, Boston, Massachusetts presented in September 1980. This thesis describes the use of an annular gas nozzle with a ceramic one Metal feed nozzle and / or one made of graphite. In this Thesis is of improvements in the production of powder with a higher proportion of fine powder

durch Zerstäubung geschmolzenen Metalles mit einem ringförmigen Gasstrahl berichtet.reported by atomizing molten metal with an annular gas jet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, feines Metallpulver direkt aus dem flüssigen Zustand herzustellen, ohne daß ein sekundäres Verfahren benutzt werden muß, wie das Kommutieren oder anderes Aufteilen von Material, das anfänglich in einem Band oder einer Folie oder einem Streifen aus ähnlich festem Zustand gebildet wird. Es soll ein Pulver aus einer Schmelze mit einem beträchtlich höheren Anteil an feinen Teilchen hergestellt werden. Das Pulver soll direkt hergestellt werden und eine gleichmäßigere Teilchengröße aufweisen. Die Gaszerstäubung zur Herstellung des Pulvers soll wirksamer sein. Die Pulverherstellung soll zu geringen Kosten aus Schmelzen hoher Temperatur ermöglicht werden. Dabei soll auch der Anwuchs der Schmelze auf der Zerstäubungsvorrichtung begrenzt werden. Der Zerstäubungsvorrichtung soll der kontinuierliche Einsatz ermöglicht werden.The present invention is based on the object of producing fine metal powder directly from the liquid state, without having to use a secondary process, such as commutation or other division of material, which is initially is formed in a tape or film or strip of a similar solid state. It's supposed to be a powder a melt with a considerably higher proportion of fine particles can be produced. The powder is said to be made directly and have a more uniform particle size. The gas atomization for producing the powder is said to be more effective be. Powder production should be made possible at low cost from high-temperature melts. It should also the growth of the melt on the atomization device can be limited. The atomizing device is said to be continuous Use are made possible.

Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die eine effizientere Herstellung von Pulver erwünschter Teilchengröße durch Gaszerstäubung gestatten. Weiter sollen brauchbare Gegenstände aus Pulver geschaffen werden, die aus Legierungen stammen, die man mit konventionellen Techniken nicht zu brauchbaren Gegenständen verarbeiten kann. Es soll die Herstellung von Pulver durch rasche Erstarrungstechniken ermöglicht werden, um diese zur Herstellung neuer Gegenstände einzusetzen. Another object is to provide a method and an apparatus for carrying out the method, which one allow more efficient production of powder of desired particle size by gas atomization. Next should be useful items are created from powders that come from alloys that conventional techniques cannot can process useful objects. It is said to enable the production of powder by rapid solidification techniques to use them to create new items.

Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines neuen Pulvers aus einer Schmelze durch Gaszerstäubung in wirtschaftlicher Weise.Another task is to create a new powder from a melt by gas atomization in an economical manner Way.

In einem seiner breiteren Aspekte löst die vorliegende Erfindung diese Aufgaben durch Schaffung einer Zerstäubungsvor-In one of its broader aspects, the present invention accomplishes these objectives by providing an atomization device.

richtung mit einem zentralen Rohr zum Zuführen der Schmelze und einer Gasöffnung zum Zuführen des zerstäubenden Gases, wobei die Gasöffnung dicht an das Schmelzzuführungsrohr und seine öffnung gekuppelt ist, um den Abstand von dem Punkt, an dem das Gas frei strömt, bis zu dem Punkt, an dem die Schmelze frei strömt, zu begrenzen.direction with a central tube for feeding in the melt and a gas opening for feeding in the atomizing gas, wherein the gas opening is close to the melt supply tube and its orifice is coupled to the distance from the point at which the gas flows freely to the point at which the Melt flows freely, limit.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:In the following the invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show in detail:

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht einer Ausführungsform einer Gaszerstäubungsdüse zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung,Fig. 1 is a vertical sectional view of an embodiment a gas atomizing nozzle for use in the present invention Invention,

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der Zerstäubungsspitze wie in Fig. 1, die gewisse Abmessungen A und B illustriert,FIG. 2 shows a detailed representation of the atomizing tip as in FIG. 1, the certain dimensions A and B. FIG illustrated,

Fig. 3 eine graphische Darstellung verschiedener Parameter, die zur Teilchengrößenverteilung der kumulativen Fraktion von Teilchen in Pulverproben in Beziehung stehen, die nach verschiedenen Verfahren erhalten wurden, und3 is a graphical representation of various parameters that contribute to the particle size distribution of the cumulative Fraction of particles in powder samples obtained by various methods were, and

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Erscheinungen beim Zerstäuben nach dem Stand der Technik.4 shows a schematic representation of the phenomena during atomization according to the prior art.

In Fig. 1 ist im Vertikalschnitt eine Ausführungsform einer Zerstäubungsdüse 10 gezeigt. Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung können zahlreiche Modifikationen an der Ausführungsform der Zerstäubungsdüsen vorgenommen werden, wie anIn Fig. 1, an embodiment is in vertical section Atomizing nozzle 10 is shown. Various modifications can be made to the embodiment in the practice of the present invention of the atomizing nozzles can be made as on

anderer Stelle in dieser Beschreibung erläutert.explained elsewhere in this description.

Die gezeigte Düse 10 hat eine innere keramische Auskleidung 12 mit einem oberen Endstück 14, in das das zu zerstäubende flüssige Metall eingeführt wird, sowie ein unteres Endstück 16, aus dem das zu zerstäubende Metall als herabfallender Strom austreten kann. Das untere Ende ist mit einer unteren Spitze 17 mit einer abgeschrägten äußeren Oberfläche 18 in Form eines umgekehrten Kegelstumpfs versehen. Das an dem Endstück 16 aus dem Rohr 12 austretende geschmolzene Metall wird durch Gas aus einem ringförmigen Gasöffnungsabschnitt der Düse 10 weggespült. Der ringförmige Gasstrahl besteht aus Gas, das aus einer Kammer 20 durch eine öffnung 22 nach unten strömt, die zwischen einer inneren abgeschrägten Oberfläche 24 und der umgekehrt konischen oder abgeschrägten Oberfläche 18 des Metallzuführungsrohres 12 gebildet ist. Die ringförmige öffnung 22 für den Austritt von Gasstrahlen kann Oberflächen haben, die abgeschrägt ausgebildet sind, um sie allgemein an die abgeschrägte Oberfläche 18 der Auskleidung 12 anzupassen. Die öffnung 22 kann daher durch die äußere, abgeschrägte Oberfläche 18 der Auskleidung 12, die entsprechend abgeschrägte Oberfläche 26 des oberen Teiles der ringförmigen Gaskammer 20 und die gegenüberstehende Oberfläche 24 auf der Platte 32, die den unteren Verschluß der Kammer 20 bildet, bestimmt werden. Die untere Oberfläche 18 der Auskleidung 12 bildet eine Seite eines schmalen Steges 19. Die andere Seite des Steges 19 wird durch die Schmelzöffnung 15 gebildet, die auch in 12 enthalten ist.The nozzle 10 shown has an inner ceramic liner 12 with an upper end piece 14 into which the to be atomized liquid metal is introduced, as well as a lower end piece 16, from which the metal to be atomized as falling Electricity can leak. The lower end is shaped with a lower tip 17 with a beveled outer surface 18 an inverted truncated cone. The molten metal emerging from the tube 12 at the end piece 16 is through Gas from an annular gas opening portion of the nozzle 10 washed away. The ring-shaped gas jet consists of gas that flows downward from a chamber 20 through an opening 22, that between an inner beveled surface 24 and the inverted conical or beveled surface 18 of the Metal feed pipe 12 is formed. The annular opening 22 for the exit of gas jets can have surfaces which are chamfered to conform generally to the chamfered surface 18 of the liner 12. The opening 22 can therefore through the outer, beveled surface 18 of the lining 12, which is correspondingly beveled Surface 26 of the upper part of the annular gas chamber 20 and the opposing surface 24 on the plate 32, which forms the lower closure of the chamber 20, can be determined. The lower surface 18 of the liner 12 forms a Side of a narrow web 19. The other side of the web 19 is formed by the melt opening 15, which is also included in FIG is.

Durch Zuführen eines Gases unter hohem Druck durch die Gasleitung 30 von einer nicht-gezeigten Quelle tritt das Gas in die ringförmige Kammer 20 ein und tritt durch die ringförmige Gasöffnung 22 aus, um auf den Strom aus geschmolzenem Metall aufzutreffen , der durch das Rohr 12 nach unten strömt und bei der Spitze 17 aus dem.unteren Endstück 16 der Auskleidung 12 austritt. By supplying a gas under high pressure through the gas line 30 from a source not shown, the gas enters the annular chamber 20 and exits through annular gas port 22 to impinge on the stream of molten metal which flows down through the tube 12 and emerges at the tip 17 from the lower end piece 16 of the liner 12.

Die Austrittsoberfläche 24 kann geeigneterweise auf der Innenkante einer Verschlußplatte 32 für die Kammer 20 gebildet sein.The exit surface 24 may suitably be on the inner edge a closure plate 32 for the chamber 20 can be formed.

Die Platte 32 kann ein Außengewinde tragen, um ihr Einschrauben in die untere Schraubkante 36 einer Seitenwand 34 der Kammer 20 zu gestatten. Das Anheben und Absenken der Platte 32 durch Drehen, um ihre Innenkante weiter in die Kammer 20 hinein- oder aus der Kammer 20 herauszuschrauben, hat die Wirkung des Bewegens der Oberfläche 24 mit Bezug auf die Oberfläche 18 und entsprechend ein öffnen oder Schließen der ringförmigen Öffnung 22 sowie des Anhebens dieser Öffnung mit Bezug auf die untere Spitze 17 des Schmelzzuführungsrohres 12.The plate 32 can have an external thread so that it can be screwed into the lower screw edge 36 of a side wall 34 of the Chamber 20 to allow. The raising and lowering of the plate 32 by rotating it to move its inner edge further into the chamber 20. or unscrewing from chamber 20 has the effect of moving surface 24 with respect to surface 18 and 14 corresponding to an opening or closing of the annular opening 22 and the raising of this opening with respect to the lower one Tip 17 of the melt supply tube 12.

Das Kammergehäuse 34 besteht aus einem ringförmigen Oberteil mit einer integral daran angeformten vorspringenden inneren Kante 40. Ein ringförmiger Kegel 42, der geeigneterweise aus Keramik oder Metall bestehen kann, ist Teil des Schmelzzuführungsrohres 12, und dieser Kegel wird durch den Flansch 44 des Schelfs 40 abgestützt. Die Gestalt der äußeren Oberfläche 26 des Kegels 42 ist von Bedeutung bei der Bildung der inneren ringförmigen Oberfläche der Kammer 20, aus der Gas der ringförmigen Öffnung 22 zugeführt wird. Die äußere Oberfläche 26 des Kegels 42 kann mit der äußeren konischen Oberfläche 18 des unteren Endes des Rohres 12 ausgerichtet sein, so daß die beiden Oberflächen eine kontinuierliche konische Oberfläche bilden, entlang der das Gas aus der Kammer 20 strömt, wenn es durch die ringförmige Öffnung 22 austritt.The chamber housing 34 consists of an annular top part with a protruding inner part integrally formed thereon Edge 40. An annular cone 42, which may suitably be made of ceramic or metal, is part of the melt supply tube 12, and this cone is supported by the flange 44 of the shelf 40. The shape of the outer surface 26 of the cone 42 is of importance in the formation of the inner annular surface of the chamber 20, from the gas of the annular Opening 22 is supplied. The outer surface 26 of the cone 42 can be connected to the outer conical surface 18 of the lower end of tube 12 aligned so that the two surfaces form a continuous conical surface, along which the gas flows out of the chamber 20 as it exits through the annular opening 22.

Außer der unteren Spitze 17 und einer äußeren unteren Oberfläche 18, die an die innere Oberfläche 26 des ringförmigen Kegels 42 angepaßt ist, hat das Rohr 12 auch einen Mittelflansch 46, der es gestattet, die vertikale Anordnung des Rohres genau zu bestimmen und das Rohr mit Bezug auf die Düse 10 und die konische Oberfläche 26 einzustellen.Except for the lower tip 17 and an outer lower surface 18 which is attached to the inner surface 26 of the annular cone 42 is adapted, the tube 12 also has a central flange 46, the it allows to precisely determine the vertical arrangement of the pipe and the pipe with respect to the nozzle 10 and the conical Surface 26.

Ein oberer Ring 48 weist einen inneren nach unten gerichteten Vorsprung 50 auf, der auf den Flansch 46 drückt und Rohr und Kegelteile der Vorrichtung in genauer Ausrichtung hält.A top ring 48 has an inner downward projection 50 which presses on the flange 46 and tube and Keeps cone parts of the device in precise alignment.

Die Mittel, um die Düsenbaueinheit in der Vorrichtung, in der geschmolzenes Metall zerstäubt wird, zu halten, sind üblich und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.The means for holding the nozzle assembly in the apparatus in which molten metal is atomized is common and do not form part of the present invention.

Die Konfiguration und Form der Gasöffnung, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung brauchbar ist, ist nicht auf die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform beschränkt. Für gewisse Anwendungen kann eine Düse in Form einer Laval-Düse bevorzugt sein, um die Expansion des aus der Öffnung 22 der Düse der Fig. 1 austretenden Gases zu steuern.The configuration and shape of the gas opening used when carrying out The present invention is useful is not limited to the embodiment shown in FIG. For certain applications, a nozzle in the form of a Laval nozzle may be preferred in order to facilitate the expansion of the fluid from the opening 22 the nozzle of Fig. 1 exiting gas to control.

Außerdem braucht der ringförmige Gasstrahl nicht nur durch eine ringförmige Öffnung gebildet werden, obwohl eine solche Öffnung bevorzugt ist. Der ringförmige Strahl kann auch durch einen Ring einzelner rohrförmiger Düsen erzeugt werden, die jede gegen die Schmelzoberfläche gerichtet sind. Das Gas eines solchen Ringes kann einen einzelnen ringförmigen Gasstrahl bilden, wenn das Gas der einzelnen Düsen an oder nahe der Schmelzoberfläche konvergiert.In addition, the annular gas jet need not only be formed by an annular opening, although one Opening is preferred. The annular jet can also be generated by a ring of individual tubular nozzles, the each facing the enamel surface. The gas of such a ring can form a single ring-shaped gas jet, when the gas from the individual nozzles converges at or near the melt surface.

Außerdem ist auch der Winkel, in dem das Gas von der Gasöffnung gegen die Oberfläche des Schmelzstromes gerichtet wird, nicht auf den in der Figur gezeigten Winkel beschränkt. Während einige Winkel für gewisse Kombinationen von Düsenausführungsform und zu zerstäubender Schmelze benutzt wurden, ist es bekannt, daß die Zerstäubung mit Auftreffwinkeln vom Bruchteil eines Grades bis zu 90° bewerkstelligt werden kann. In der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß bei einer Düse, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist, ein Auftreffwinkel von 22° sehr wirksam bei der Herstellung höherer Konzentrationen feineren Pulvers ist und damit wirksamer als die Verfahren nach dem Stand der Technik.In addition, the angle at which the gas is directed from the gas opening towards the surface of the melt stream is not limited to the angle shown in the figure. While some angles for certain combinations of nozzle design and melt to be atomized were used, it is known that atomization with angles of incidence of the fraction a degree up to 90 ° can be achieved. In the present invention it has been found that with a nozzle such as As illustrated in Figure 1, a 22 ° angle of incidence is very effective in producing higher concentrations of finer Powder is and therefore more effective than the methods according to the prior art.

Bei vielen zerstäubten Metallen ergibt ein rascher erstarrtes Tröpfchen oder Teilchen eine Verbesserung hinsichtlich einiger Eigenschaften verglichen mit einem langsamer abgekühlten Teilchen. Wie oben erläutert nimmt die Erstarrungsgeschwindigkeit mit abnehmender Teilchengröße zu. Ein feineres Pulver hat daher als zusätzlichen Vorteil höhere Erstarrungsgeschwindigkeiten. Feineres Pulver hat aber auch noch andere Vorteile gegenüber üblichen Materialien.For many atomized metals, a more rapidly solidified droplet or particle gives an improvement in some Properties compared to a more slowly cooled particle. As explained above, the rate of solidification increases with decreasing particle size. A finer powder therefore has the additional advantage of higher solidification rates. Finer powder also has other advantages over conventional materials.

Bei höheren Erstarrungsgeschwindigkeiten beobachtet man eine sehr starke Abnahme der Segregation der Bestandteile einer Legierung, aus der das Teilchen besteht. So kann die Abnahme der Segregation den beginnenden Schmelzpunkt der Legierung erhöhen. Der beginnende Schmelzpunkt wird im wesentlichen deshalb erhöht, weil das erfindungsgemäße Verfahren eine homogene Kernbildung ermöglicht, was im wesentlichen bedeutet, daß die Erstarrung tatsächlich augenblicklich stattfindet, so daß die erstarrte Front rasch ohne Auftreten einer Segregation durch das flüssige Material wandert. Das Ergebnis ist eine homogene Struktur. Das Erhalten einer homogenen Struktur vermindert den Unterschied zwischen der Liguidustemperatur und der Solidustemperatur der Legierung und schließlich können sie sich einander nähern. Der Nutzen davon ist, daß schließlich das beginnende Schmelzen bei der Solidustemperatur stattfindet. Diese wurde erhöht, und somit hat sich auch die potentielle Betriebstemperatur der Legierung erhöht. Mit auf diese Weise hergestelltem Pulver kann man mit den derzeit existierenden Verdichtungstechniken ein erfolgreiches Verdichten mit verbesserten Eigenschaften erhalten.At higher solidification rates one observes a very strong decrease in the segregation of the constituents of a Alloy of which the particle is made. Thus, the decrease in segregation can mark the incipient melting point of the alloy raise. The starting melting point is increased essentially because the process according to the invention is homogeneous Enables nucleation, which essentially means that the solidification actually takes place instantaneously, so that the solidified front moves rapidly through the liquid material without segregation occurring. The result is one homogeneous structure. Obtaining a homogeneous structure reduces the difference between the liguidus temperature and the solidus temperature of the alloy and eventually they can approach each other. The benefit of this is that eventually the incipient melting takes place at the solidus temperature. This has increased, and so has the potential Alloy operating temperature increased. Powders made in this way can be compared to those currently in existence Compaction techniques obtain successful compaction with improved properties.

Versucht man ein rasch erstarrtes, feines, amorphes Pulver mit den in der Vergangenheit benutzten Techniken zu verdichten und kommt dabei über die Übergangstemperatur, dann kristallisiert das Material. Bei den meisten amorphen Legierungen kann man daher nicht das Material verdichten und die amorphe Struktur beibehalten. Einige amorphe Legierungen wurden verdichtet, doch bleiben die Superlegierungen in der rasch erstarrten Form kristallin, und es sind einige nützliche oder verbesserte Eigenschaften in dem verdichteten Material beobachtet worden, insbesondere in rasch erstarrten Werkzeugstählen. Solche Pulver werden mittels der erfindungsgemäßen Düsen erhalten und zu den verbesserten Artikeln verarbeitet.If one tries to compress a rapidly solidified, fine, amorphous powder with the techniques used in the past if it exceeds the transition temperature, the material will crystallize. For most amorphous alloys, you can therefore do not compact the material and retain the amorphous structure. Some amorphous alloys have been compacted, however, the superalloys remain crystalline in the rapidly solidified form and there are some useful or improved properties has been observed in the densified material, particularly in rapidly solidified tool steels. Such powder are obtained by means of the nozzles according to the invention and processed into the improved articles.

Wenn man bei einer Probe eines sehr fein zerteilten Pulvers die Wirkungen der Abkühlungsgeschwindigkeit eliminiert und sich nur mit der Teilchengröße befaßt, dann erhält man aufgrund der Tatsache, daß jedes Teilchen aus der Schmelze stammt, von der man annimmt, daß sie homogen sei, bei zugelassener Segregation weniger Segregation bei einem sehrIf one eliminates the effects of cooling rate on a sample of very finely divided powder and is concerned only with the particle size, then, due to the fact that each particle comes from the melt, one obtains which one assumes to be homogeneous, if segregation is allowed, less segregation in one very

kleinen Teilchen als in einem sehr großen Teilchen, einfach aufgrund der Definition des für das Segregieren verfügbaren Materials.small particle than in a very large particle, simply by definition of what is available for segregation Materials.

Hinsichtlich der Vorteile einer geringen Teilchengröße wurde in der Literatur gezeigt, daß kleinere Metallteilchen bei geringeren Temperaturen eher und innerhalb kürzerer Zeiten sintern als große Pulverteilchen. Es gibt eine große Antriebskraft für den Sinterprozess. Dies ist ein wirtschaftlicher Vorteil.With regard to the advantages of small particle size, it has been shown in the literature that smaller metal particles are used with smaller Temperatures sinter more quickly and within shorter times than large powder particles. There is great driving force for the sintering process. This is an economic advantage.

Eines der Probleme im Zusammenhang mit der Pulvermetallurgie ist die Verunreinigung des Pulvers durch Fremdmaterialien. Diese Fremdstoffe werden in das Pulver hineingemischt und gelangen beim Pressen in das Preßteil und repräsentieren schließlich eine mögliche Stelle des Versagens in diesem Teil. Bei sehr feinem Pulver wird allgemein angenommen, daß man das Pulver sieben bzw. sichten kann und größere Fremdgegenstände beseitigen, so daß man mit einem feineren Pulver eine Probe herstellen kann, die potentiell kleinere Fehler aufweist als man bei einem groben Pulver erhält.One of the problems associated with powder metallurgy is contamination of the powder with foreign materials. These Foreign substances are mixed into the powder and get into the pressed part during pressing and ultimately represent one possible point of failure in this part. If the powder is very fine, it is generally believed that the powder is sieved sift through and remove larger foreign objects so that a sample can be made with a finer powder, which has potentially smaller defects than would be obtained from a coarse powder.

Erhält man das feine Pulver zu wirtschaftlichen Preisen und nimmt man 10 μπι Kügelchen gegen 100 μΐη Kügelchen an, dann ist der Packungsfaktor der gleiche. Dementsprechend ist es erwünscht, einen anderen Satz kleinerer Kügelchen zu haben, um diese in die Hohlräume zu packen. Es wird jedoch wieder Hohlräume zwischen den kleineren Kügelchen und den großen Kügelchen geben, so daß man einen weiteren Satz kleinerer Kügelchen brauchen würde, um die kleineren Hohlräume zu füllen. 10 μπι-Pulver kann diesem Bedarf dienen. Ein relativ neues Gebiet, das sich aufgrund der raschen Erstarrung entwickelt hat, ist die Entwicklung ganzer neuer Reihen von Legierungen. Wegen der geringeren Erstarrungsgeschwindigkeiten konventioneller Materialien segregieren die Bestandteile der Legierung entweder als spröde intermetallische Verbindungen oder als lange Korngrenzen aus. Solche Materialien haben Eigenschaften, die in mancher Hinsicht gegenüber den Eigenschaften rasch erstarrten Materials schlechter sind.If you get the fine powder at economical prices and if you take 10 μπι beads against 100 μΐη beads, then the packing factor is the same. Accordingly, it is desirable to have a different set of smaller beads in order to to pack them into the cavities. However, there will again be voids between the smaller globules and the large globules so it would take another set of smaller beads to fill the smaller voids. 10 μπι powder can serve this need. A relatively new area that has developed due to the rapid solidification is the development of whole new ones Rows of alloys. Because of the lower solidification rates of conventional materials, they segregate Components of the alloy either as brittle intermetallic compounds or as long grain boundaries. Such materials have properties which in some respects are inferior to the properties of rapidly solidified material.

Mittels der raschen Erstarrung können einige dieser gelösten Materialien in Lösung gehalten werden, und als Verstärker wirken, und als Ergebnis hat man neue Legierungszusammensetzungen durch die rasche Erstarrung. Die gleichen Legierungen nach konventionellen Verfahren hergestellt, konnten spröde sein und daher unbrauchbar. Es wurde jedoch jetzt festgestellt, daß diese Legierungen brauchbare Eigenschaften haben, wenn sie rasch erstarren. Diese Erscheinung variiert von Legierungssystem zu Legierungssystem, von Erstarrungsgeschwindigkeit zu Erstarrungsgeschwindigkeit. Schließlich beeinflussen auch noch die Verdichtungstechniken, ob man das Material benutzen kann oder nicht.By means of the rapid solidification, some of these solutes can be kept in solution and act as enhancers act, and the result is new alloy compositions due to the rapid solidification. The same alloys, made by conventional methods, could be brittle and therefore useless. However, it has now been found that these alloys have useful properties when rapidly freeze. This phenomenon varies from alloy system to alloy system, from solidification rate to solidification rate. Finally, the compaction techniques also influence whether or not the material can be used not.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie die Bildung von Pulver aus einer Schmelze mit hohem Wirkungsgrad bei der Nutzung des Gases gestattet. Die erhaltene Verbesserung ist recht überraschend, da das fein zerteilte Pulver einen höheren Prozentsatz an feinen Teilchen enthält und man vernünftigerweise sollte annehmen können, daß zu einer solchen feineren Zerteilung eine sehr viel stärkere Gasströmung erforderlich sein würde. Mit einer sehr viel stärkeren Gasströmung würde man natürlich einen geringeren Wirkungsgrad bei der Nutzung des Gases erhalten. Unter Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren wurde jedoch überraschenderweise festgestellt, daß, verglichen mit den konventionellen Verfahren, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr feine Teilchen in einem höheren Prozentsatz mit einer verminderten Gasmenge hergestellt werden können.An essential feature of the present invention is that it involves the formation of powder from a melt high efficiency when using the gas. The improvement obtained is quite surprising as that is fine divided powder contains a higher percentage of fine particles and it should reasonably be assumed that a much stronger gas flow would be required for such a finer division. With a much stronger one Gas flow one would of course get a lower efficiency when using the gas. Using However, the inventive method was surprisingly found that, compared with the conventional Process, in the process according to the invention, very fine particles in a higher percentage with a reduced amount of gas can be produced.

Im allgemeinen ist es von Vorteil Pulver mit feineren Teilchen relativ gleichförmiger Größe oder mit einem engeren Größenbereich zu haben. Die Teilchen gleichmäßigerer Größe haben eine gleichmäßigere Kühlgeschichte. Die gleichmäßigere Kühlgeschichte macht die Teilchen gleichmäßiger hinsichtlich der metallurgischen Eigenschaften.In general, powders having finer particles of relatively uniform size or with a narrower range of sizes are advantageous to have. The particles of more uniform size have a more uniform cooling history. The more even cooling story makes the particles more uniform in terms of metallurgical properties.

Im allgemeinen sind die kleineren Teilchen rascher abgekühlt, wie sich aus der Gleichung zu Beginn dieser Beschreibung ergibt.In general, the smaller particles cool more quickly, as can be seen from the equation at the beginning of this description.

Ist in einem Pulver ein weiter Bereich von Teilchengrößen vorhanden und wird das Pulver mit pulvermetallurgischen Techniken verarbeitet, dann gibt es eine Grenze hinsichtlich der erwünschten Eigenschaften, die der Zusammensetzung verliehen werden können, und diese Grenze steht in Beziehung zur Zusammensetzung und den Eigenschaften der größeren Teilchen des Pulvers, die in die Zusammensetzung eingehen. Die größeren Teilchen bilden eine potentiell schwache Stelle oder eine Stelle, bei der geringere Werte des beginnenden Schmelzens oder andere Eigenschaften auftreten werden.There is a wide range of particle sizes present in a powder and if the powder is processed using powder metallurgical techniques, then there is a limit to what is desired Properties given to the composition can, and this limit is related to the composition and properties of the larger particles of the powder, which go into the composition. The larger particles form a potentially weak point or a point at which lower incipient melting values or other properties will occur.

Als allgemeine Regel gilt, daß je kleiner die Teilchengröße und je enger die mittlere Teilchengröße und je gleichmäßiger die Größe der kleineren Teilchen eines Pulvers sind, das zur Herstellung eines festen Gegenstandes eingesetzt wird, umso wahrscheinlicher weisen die aus diesem Pulver hergestellten festen Gegenstände gewisse Kombinationen erwünschter Eigenschaften auf. Wenn im Idealfall alle Teilchen genau einen Durchmesser von 20 lim hätten, dann haben sie im wesentlichen alle die gleiche thermische Geschichte und die aus diesen Teilchen hergestellten Gegenstände würden Eigenschaften haben, die charakteristisch für die gleichmäßige Teilchengröße wären, aus denen sie gebildet wurden.As a general rule, the smaller the particle size and the narrower the mean particle size and the more uniform the size of the smaller particles of a powder used to make a solid article, the more likely the solid articles made from that powder will have certain combinations of more desirable ones Properties on. Ideally, if all of the particles were exactly 20 microns in diameter, then they all have essentially the same thermal history and the articles made from these particles would have properties characteristic of the uniform particle size from which they were formed.

Es würde natürlich erwünscht sein, größere Teilchenkörper zu haben, die mit Geschwindigkeiten rasch erstarrt sind, die mit kleineren Teilchenkörpern möglich sind. Wegen der internen Segregation der metallurgischen Bestandteile, die in einem größeren Teilchenkörper beim Erstarren dieser größeren Körper auftritt und weil es eine Grenze hinsichtlich der Geschwindigkeit gibt, mit der Wärme von den größeren Teilchenkörpern entfernt werden kann, um eine solche Erstarrung zu erzielen, stellt die Bildung solcher größeren Teilchenkörpern aus geschmolzenem Metall nach konventionellen Zerstaubungstechniken eine Begrenzung hinsichtlich des Charakters des damit erhaltenen Pulvers sowie eine Begrenzung hinsichtlich der Einsätze, die mit einem solchen Pulver bei der Herstellung größerer Körper durch Pulvermetallurgie aus einem solchen Pulver vorgenom-It would of course be desirable to have larger particulate bodies that have solidified rapidly at speeds equal to smaller particle bodies are possible. Because of the internal segregation of the metallurgical components that are in a larger particle body occurs when solidifying this larger body and because there is a limit in terms of speed with which heat can be removed from the larger particles in order to achieve such a solidification, represents the formation of such larger particulate bodies from molten metal by conventional sputtering techniques a limitation with regard to the character of the powder obtained therewith as well as a limitation with regard to the uses, which is carried out with such a powder in the manufacture of larger bodies by powder metallurgy from such a powder.

men werden können^ dar. Der Einsatz der pulvermetallurgischen Techniken ist derzeit der Hauptweg, auf dem hervorragende Produkte aus Pulver erhalten werden, die rasch erstarrt sind. Die vorliegende Erfindung verbessert sowohl die Herstellung solcher kleineren Teilchen als auch die Bildung größerer Körper mit der hocherwünschten Kombination von Eigenschaften rasch erstarrter Metalle. Die gebildeten Gegenstände haben gleichmäßigere Eigenschaften, da sie aus Teilchen einer gleichmäßigeren Größe hergestellt worden sind.men can be ^ represent. The use of powder metallurgical Techniques is currently the main way in which excellent products are obtained from powder which has rapidly solidified. The present invention improves both the manufacture of such smaller particles and the formation of larger bodies with the highly desirable combination of properties of rapidly solidified metals. Have the educated objects more uniform properties as they are made from particles of a more uniform size.

Eines der einzigartigen Merkmale der Technologie, die durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird, besteht darin, daß es eine engere Steuerung einer Anzahl von Parametern eines Pulverproduktes gestattet, das durch Zerstäuben gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten ist.One of the unique features of the technology made possible by the present invention is that it allows closer control of a number of parameters of a powder product formed by atomization according to the present invention Invention is obtained.

So wurde es möglich, die etwas willkürliche Verteilung der Teilchengrößen, die in nach dem Stand der Technik hergestellten Pulvern angetroffen wird, zu ändern, um eine größere Konzentration der Teilchengröße eines ausgewählten Wertes zu gestatten. This made it possible to use the somewhat arbitrary distribution of the particle sizes produced in accordance with the prior art Powders encountered, change to allow greater concentration of particle size of a selected value.

Die Herstellung einer höheren Ausbeute einer ausgewählten Teilchengröße wird ungeachtet der ausgewählten Größe möglich. Wird zum Beispiel eine Teilchengröße von 10 μπι als die Hauptgröße für ein Pulver ausgewählt, dann macht es die Steuerung der Variablen der vorliegenden Erfindung möglich, Teilchen der ausgewählten Größe besonders herzustellen. Sollen andererseits Teilchen von 50 oder 100 μ,πι als die erwünschte Produktgröße ausgewählt werden, dann können die Verfahrensparamter in Übereinstimmung mit der Lehre nach der vorliegenden Erfindung so geändert werden, daß man Pulver erhält, die höhere Konzentrationen an Teilchen innerhalb des ausgewählten Größenbereiches enthalten.The production of a higher yield of a selected particle size becomes possible regardless of the selected size. For example, a particle size of 10 μm is used as the main size selected for a powder, then control of the variables of the present invention makes it possible to particles of the selected Customize size. If, on the other hand, particles of 50 or 100 μ, πι as the desired product size are selected, then the process parameters in accordance with the teachings of the present invention can be so can be changed to obtain powders which have higher concentrations of particles within the selected size range contain.

Durch Anwendung der Verfahren nach dem Stand der Technik ist es möglich, einen weiten Bereich von Teilchengrößen in einem Ansatz herzustellen. Der wirtschaftliche Vorteil liegt jedochBy applying the methods known in the art it is possible to produce a wide range of particle sizes in one batch. The economic advantage, however, lies

darin, in der Lage zu sein, eine Teilchengröße mit einer relativ geringen Standardabweichung von einer ausgewählten Teilchengröße herzustellen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung wirtschaftlich wertvollerer Pulver mit einem gegebenen Durchgang einschließlich des Verbrauches einer gewissen Menge an Energie und Materialien.in being able to have a particle size with a relatively small standard deviation from a selected particle size to manufacture. The present invention enables the manufacture of more economically valuable powders with one given passage including the consumption of a certain amount of energy and materials.

Ein abgeleiteter Nutzen der Herstellung von Pulver nach der Lehre der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie nicht nur die Herstellung eines Pulvers mit einer relativ engen Teilchengrößenverteilung ermöglicht, sondern daß damit außerdem die Teilchen ein ausgewähltes Gefüge haben. Es ist durch die vorliegende Erfindung auch möglich, Teilchen herzustellen, die eine relativ große Teilchengröße und eine enge Teilchengrößenverteilung innerhalb einer gegebenen Probe haben. Die größeren Teilchen haben wegen ihres langsameren Abkühlens eine gröbere kristalline Struktur als Teilchen, die rascher abkühlen.A derived benefit of making powder in accordance with the teachings of the present invention is that it does not only the production of a powder with a relatively narrow particle size distribution allows, but that also so that the particles have a selected structure. It's through that The present invention also makes it possible to produce particles that have a relatively large particle size and a narrow particle size distribution have within a given sample. The larger particles have because of their slower cooling a coarser crystalline structure than particles that cool faster.

Durch Auswahl solcher Bedingungen, unter denen man feinere Teilchengrößen erhält, ist es daher möglich, ein Pulver herzustellen, das amorph ist, weil die kleineren Teilchen rascher abkühlen und weil es eine sehr enge Größenverteilung um die vorausgewählte Größe herum gibt.Therefore, by selecting such conditions as to obtain finer particle sizes, it is possible to produce a powder this is amorphous because the smaller particles cool down more quickly and because there is a very narrow size distribution around the preselected size around there.

Im Bereich des Zusammenfließens des Stromes aus geschmolzenem Metall und des Ringstrahles aus zerstäubendem Gas, der am Boden der Gaszufuhrkammer 28 durch die Ringöffnung 22 austritt, wird eine Zerstäubungszone gebildet. Das Schmelzzuführungsrohr 12 führt den Strom flüssigen Metalles durch den Hals der Gasdüse der Zerstäubungszone zu. Ein Element der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Gasdüsenkörpers, der mit einem geformten Ende eines Schmelzführungsrohres zusammenarbeitet, um eine Gasdüse mit einem ringförmigen Gasstrahl zu bilden, der mit dem geformten Ausgangsende des Schmelzführungsrohres zusammenarbeitet.In the area of the confluence of the stream of molten Metal and the ring jet of atomizing gas which emerges at the bottom of the gas supply chamber 28 through the ring opening 22, an atomization zone is formed. The melt supply pipe 12 supplies the stream of liquid metal through the neck of the gas nozzle to the atomization zone. An element of the present The invention is to provide a gas nozzle body which cooperates with a shaped end of a melt guide tube, to form a gas nozzle with an annular gas jet which is connected to the shaped exit end of the melt guide tube cooperates.

In anderen Worten ist das Vorsehen von geformten und konfigu-In other words, the provision of shaped and configurable

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rierten und zusammenarbeitenden Enden am unteren Teil des Schmelzführungsrohres ein Element der vorliegenden Erfindung, wie es in der vorliegenden Anmeldung näher erläutert ist. Dies ist eine von mehreren unabhängig funktionierenden Erscheinungen, die benutzt werden, eine hervorragende Zerstäubung einer Vielfalt von Schmelzen zu erzielen.tied and cooperating ends at the lower part of the melt guide tube an element of the present invention, as explained in more detail in the present application. This is one of several independently functioning phenomena which are used to achieve excellent atomization of a variety of melts.

Das dichte Anordnen von Gasöffnung und Schmelzöffnung gestattet es der Oberfläche des Schmelzführungsrohres, einen Teil der ringförmigen Gasöffnung zu bilden und dadurch dem Gasstrahl zu gestatten, über das geformte Ende des Schmelzführungsrohres aus der Gaskammer auszutreten. Diese spülende Wirkung des Gasstrahles auf und gegen das untere Ende des Schmelzführungsrohres hat sich als wirksam erwiesen, zu einem starken Grade Teilchen erstarrenden oder erstarrten Metalls wegzutragen, die sich sonst auf dem unteren Ende des Schmelzführungsrohres bilden oder abscheiden und dort anwachsen würden. Es ist nicht bekannt, daß solche Teilchen an dem unteren Ende des Rohres nicht anwachsen, und es ist bekannt, daß ein solches Anhaften bei den Zerstäubungsdüsen nach dem Stand der Technik stattfindet, wie es im oben genannten Buch von Beddow erläutert ist. Wegen der vorgenannten Maßnahme The close arrangement of the gas opening and melting opening allows it is the surface of the melt guide tube to form part of the annular gas opening and thereby the gas jet to allow exit from the gas chamber via the shaped end of the melt guide tube. This flushing Effect of the gas jet on and against the lower end of the melt guide tube has proven to be effective, to one strong degree to carry away particles of solidifying or solidified metal, which would otherwise be on the lower end of the melt guide tube would form or deposit and grow there. It is not known that such particles are present in the lower End of the tube does not grow, and it is known that such sticking in the atomizing nozzles according to the prior art Technique takes place as explained in Beddow's book mentioned above. Because of the aforementioned measure

bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Anhaften solcher flüssigen oder erstarrten Teilchen jedoch vermindert, und das spülende Gas kann das Abscheiden solcher Teilchen entweder verhindern oder abgeschiedene oder angewachsene Teilchen auf dem unteren Ende des Schmelzzuführungsrohres entfernen.in the practice of the present invention, the adherence of such is liquid or solidified However, particles are reduced, and the purging gas can either prevent or separate such particles from depositing or remove any particles that have grown on the lower end of the melt supply tube.

In der in Fig. 1 gezeigten, besonderen Konfiguration gibt es eine Kontinuität, Konformität und Ausrichtung zwischen der geformten unteren Oberfläche des Schmelzführungsrohres 18 und der geformten umgebenden Oberfläche 26 der Gaszufuhrkammer 20. Der Ringgasstrahl kann aus einer Anzahl von Konfigurationen bestehen und in einer Anzahl von Weisen hergestellt werden. Das wesentliche Merkmal gemäß diesem Aspekt, der in dieser Anmeldung als enges Kuppeln bezeichnet ist, ist ein ringförmiger Gasstrahl, der zumindest teilweise durch das untere geformteIn the particular configuration shown in Figure 1, there is continuity, conformity and alignment between the shaped lower surface of the melt guide tube 18 and of the shaped surrounding surface 26 of the gas supply chamber 20. The annular gas jet can be of a number of configurations exist and be made in a number of ways. The essential feature according to this aspect, which in this application referred to as tight domes, is an annular jet of gas that is at least partially shaped by the lower

Ende des Schmelzführungsrohres und nahe der Schmelzoberfläche gebildet wird.End of the melt guide tube and close to the melt surface is formed.

R. D. Ingebo hat in seinem Artikel über die Zerstäubung von Flüssigkeiten, National Aeronautics and Space Administration, Technical Paper Number 1791, gezeigt, daß ein Flüssigkeitskörper in einem Gasmedium hoher Geschwindigkeit an seiner Oberfläche Wellen aufweist, und daß ein Zerreißen des Flüssigkeitskörpers stattfindet, da Gas mit hoher Geschwindigkeit die Flüssigkeit von den Wellen und den Scheiteln der Wellen abschert, und das Material als Tröpfchen entfernt. Durch fortschreitende Einwirkung des Gases hoher Geschwindigkeit über die Oberfläche des Flüssigkeitskörpers wird dieser in Tröpfchen zerteilt.R. D. Ingebo, in his article on atomization of liquids, National Aeronautics and Space Administration, Technical Paper Number 1791, shown that a body of liquid in a gaseous medium at its high velocity Surface has waves, and that a rupture of the liquid body takes place, as gas at high speed the liquid shears off the waves and the crests of the waves, and removes the material as droplets. By advancing Exposure to the high velocity gas over the surface of the body of liquid turns it into droplets parted.

Es wurde festgestellt, daß der Flüssigkeitskörper ein frei fließender Strom aus einer flüssigen Schmelze sein kann. Weiter wurde festgestellt, daß ein großer Anteil des Stromes direkt in winzige Tröpfchen zerteilt werden kann. Es wurde Hochgeschwindigkeits-Photographie bei etwa 35 000 Bildern pro Sekunde benutzt und dabei festgestellt, daß von einer frei fließenden Schmelze, die einem Gas hoher Geschwindigkeit gemäß der eng gekuppelten Zerstäubungstechnik nach der vorliegenden Erfindung ausgesetzt ist, eine Säule aus sehr feinen Teilchen abgegeben wird.It has been found that the body of liquid can be a free flowing stream of a liquid melt. Further it has been found that a large proportion of the stream can be broken up directly into tiny droplets. It was Used high speed photography at about 35,000 frames per second and found that of one free flowing melt containing a high velocity gas according to the close coupled atomization technique of the present invention Invention is exposed to a column of very fine particles is emitted.

Es wurde weiter festgestellt, daß die Zerstäubung mit dem Gas ausgeführt werden kann, das mit der Schmelzströmung zusammenläuft und daß die Zerstäubung nicht von den vielstufigen Erscheinungen abhängt, die oben mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben wurden. Zusätzlich wurde mit Hilfe der Hochgeschwindigkeits-Photographie festgestellt, daß kein umgekehrter Hohlkegel, wie er in Fig. 3 veranschaulicht ist, stromabwärts der Düse gebildet wird, und daß es keine anfängliche Bildung von Segmenten oder Kugeln aus dem Band eines solchen Kegels als erste Stufe einer Zerstäubung gibt, der weitere Stufen zu folgen haben, wie es oben mit Bezug auf Fig. 4 erläutert ist.It has further been found that the atomization can be carried out with the gas which converges with the melt flow and that the atomization does not depend on the multi-stage phenomena described above with reference to FIG became. In addition, with the aid of high-speed photography, it was found that no inverted hollow cone, as illustrated in Fig. 3, is formed downstream of the nozzle and that there is no initial formation of Segments or balls from the band of such a cone are the first stage of an atomization, which is followed by further stages as explained above with reference to FIG. 4.

Es wurde weiter beobachtet, daß die Zerstäubung zu einem sehr großen Maße an der Gasdüsenspitze stattfindet, und daß sie für relativ dünne Schmelzströme auch an der Düsenspitze abgeschlossen werden kann.It was further observed that the atomization takes place to a very large extent at the gas nozzle tip, and that it does for relatively thin melt streams can also be terminated at the nozzle tip.

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß sorgfältig auf die Beziehung zwischen der Gasgeschwindigkeit und dem Erfolg des Zerstäubens des Schmelzstromes durch enges Koppeln geachtet werden.Care must be taken in carrying out the method of the invention on the relationship between gas velocity and the success of atomizing the melt stream by close coupling be respected.

Um die Beschleunigungswellen auf der Oberfläche des Flüssigkeitskörpers zu induzieren und die Erzeugung der Tröpfchen in einer einzigen Stufe gemäß der vorliegenden Erfindung, im Gegensatz zu den Mehrstufenverfahren nach dem üblichen Zerstäuben, zu induzieren, muß ein Instabilitätskriterium erfüllt werden, so daß der Flüssigkeitskörper instabil wird und zerbricht. Das Instabilitätskriterium ist in einer Beziehung definiert, die die Gasdichte, die relative Geschwindigkeit zwischen Gas und Flüssigkeitskörper, die größte stabile Tröpfchengröße und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit enthält.To the acceleration waves on the surface of the body of liquid to induce and the generation of the droplets in a single stage according to the present invention, in contrast to induce the multi-stage process after the usual atomization, an instability criterion must be met, so that the body of liquid becomes unstable and breaks. The instability criterion is defined in a relationship which is the gas density, the relative velocity between gas and liquid body, the largest stable droplet size and contains the surface tension of the liquid.

Das Instabilitätskriterium, das als Weber-Instabilitätskriterium bekannt ist, hat für einen gegebenen numerischen Wert des Kriteriums die folgende Beziehung:The instability criterion, known as the Weber instability criterion, has for a given numerical value of the criterion the following relationship:

We = -£ DWe = - £ D

We = die WeberzahlWe = the Weber number

f* = die Gasdichte f * = the gas density

V = die relative Geschwindigkeit zwischen dem GasV = the relative speed between the gas

und der Flüssigkeit,and the liquid,

D = die größte stabile Tröpfchengröße undD = the largest stable droplet size and

& - die Oberflächenspannung der Flüssigkeit ist. & - is the surface tension of the liquid.

Hat die Weberzahl einen Wert von mehr als etwa 2,1 · 1o , dann zerfällt die Flüssigkeit mittels des Verfahrens der Bildung von Beschleunigungswellen auf der Flüssigkeitsoberfläche. DasIf the Weber number has a value greater than about 2.1 · 10, then the liquid disintegrates by means of the process of forming acceleration waves on the liquid surface. That

Zerreißen schreitet fort durch das die Scheitel der Wellen unter Bildung von Tröpfchen abscherende Gas hoher Geschwindigkeit. Die Tröpfchen werden direkt gebildet und durchlaufen weder eine Kegelbandbildung noch eine Bändchenbildung aus dem Kegelband noch ein Zerbrechen der Bändchen oder Kugeln unter Bildung feiner Tröpfchen.Rupture progresses as the high velocity gas shears off the crests of the waves to form droplets. The droplets are formed directly and do not undergo either a cone banding or a banding from the cone ribbon, the ribbons or balls break with the formation of fine droplets.

Die Bedeutung der Erscheinung der Beschleunigungswelle, wie sie in Verbindung mit der Zerstäubung einer Schmelzflüssigkeit durch ein Gas benutzt wird, besteht darin, daß sie ein Zerreißen des Körpers aus geschmolzener Flüssigkeit in kleine Teilchen mit hoher Energie bzw. hoher Intensität gestattet. Dies ist besonders wichtig, wenn die Oberflächenspannung der Flüssigkeit des geschmolzenen Körpers hoch ist. Im Falle des Aufbrechens eines Tropfens in Tröpfchen kann die Zerstäubung wegen der starken Kohäsionskräfte, die an der Oberfläche des Tropfens wirken, um den Tropfen in seiner integralen Form und seinem integralen Zustand zu halten, schwieriger sein. Wenn das Verfahren unter Anwendung der Erscheinung der Beschleunigungswelle, wie durch die vorliegende Erfindung ausgenutzt, wirksam ausgeführt wird, dann bleibt ein Tröpfchen, das aus einem größeren Flüssigkeitskörper gebildet ist, als solches bestehen und rekombiniert nicht mit anderen Tröpfchen oder Körpern durch Zusammenballen.The importance of the appearance of the acceleration wave in connection with the atomization of a molten liquid Used by a gas consists in that it tears the body of molten liquid into small pieces Particles with high energy or high intensity are permitted. This is especially important when the surface tension of the Molten body liquid is high. In the event of a drop breaking up into droplets, atomization can occur because of the strong cohesive forces that act on the surface of the drop to keep the drop in its integral form and maintaining its integral state can be more difficult. If the method is based on the phenomenon of the acceleration wave, as exploited, effectively carried out by the present invention, then a droplet remains, which is formed from a larger body of liquid exist as such and does not recombine with other droplets or bodies by balling up.

Das Zerreißen des Flüssigkeitskörpers durch das Gas mit einem hohen Energiegehalt wird für verantwortlich angesehen für die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Erzeugung eines höheren Prozentanteils kleinerer Teilchen.The rupture of the liquid body by the gas with a high energy content is considered responsible for the Effectiveness of the method of the invention in producing a higher percentage of smaller particles.

überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, daß es nicht erforderlich ist, die höchstmöglichen Geschwindigkeiten oder Energien in dem zerstäubenden Gas zu benutzen. Es ist vielmehr notwendig und ratsam, sicherzustellen, daß das Abgeben des Gases in den Flüssigkeitskörper und das Aufschlagen auf die Oberfläche dieses Körpers mit einer hohen Energie oder einem hohen Gasmoment erfolgt.Surprisingly, however, it was found that it was not is required to use the highest possible velocities or energies in the atomizing gas. It is much more necessary and advisable to ensure that the release of the gas into the body of liquid and the impact on the Surface of this body takes place with a high energy or a high gas moment.

Es wurde auch festgestellt, daß der Auftreffwinkel des Gases auf die Oberfläche der Flüssigkeit, die zerstäubt werden soll, nicht so wichtig ist, wie das Auftreffen des Gases auf der Oberfläche mit einem hohen Energiegehalt.It has also been found that the angle of incidence of the gas on the surface of the liquid to be atomized is not as important as the gas hitting the Surface with a high energy content.

Es ist erwünscht, das Gas auf die Schmelzflüssigkeit auftreffen zu lassen, bevor es sich zu einem beträchtlichen Grade seitlich ausgedehnt hat, wobei das Gas tatsächlich so in die Schmelze einzuführen ist, daß zumindest ein beträchtlicher Anteil seiner seitlichen Expansion stattfindet, nachdem der Gasstrom auf den geschmolzenen Körper aufgetroffen ist.It is desirable for the gas to impinge on the molten liquid before it has laterally expanded to any significant degree, the gas actually so into the melt should be introduced that at least a considerable proportion of its lateral expansion takes place after the gas flow on the molten body has occurred.

Allgemein besteht ein Grund, weshalb die erfindungsgemäße Düse und das Verfahren mit dem sie betrieben wird, so erfolgreich sind bei der Herstellung sehr feiner und ultrafeiner Teilchen aus Metall und anderen Substanzen mit einem relativ engen Spektrum von Teilchengrößen, darin, daß eine Kombination geschaffen wird, die ein geformtes Schmelzzuführungsrohr einschließt, das in Kombination mit einer Gaszufuhrungskammer arbeitet. Die Kammer und das Schmelzzuführungsrohr ergeben ein Zusammenfließen eines geschmolzenen Metalles an und in den Pfad eines ringförmigen Gasstrahles, der zumindest teilweise durch das untere Ende des Schmelzzuführungsrohres gebildet wird. In anderen Worten bildet der Gegenstand, der das unterste Ende des Schmelζzuführungsrohres bildet auch das unterste Ende der ringförmigen Gasöffnung.In general, there is a reason why the nozzle of the present invention and the method by which it is operated have been so successful are in the production of very fine and ultrafine particles from metal and other substances with a relatively narrow Spectrum of particle sizes, in that a combination is created which is a shaped melt delivery tube includes that in combination with a gas supply chamber is working. The chamber and the melt supply tube result in a Confluence of a molten metal on and into the path of an annular gas jet which is at least partially is formed by the lower end of the melt supply tube. In other words, the object that forms the lowest end of the melt supply pipe also forms the lowest end of the annular gas opening.

Weiter ist das untere Ende des Schmelzzuführungsrohres vorzugsweise recht dünn, so daß es eine sehr feine Materialkante gibt, die die Schmelze vom zerstäubenden Gas an dem Ort trennt, wo das Gas auf den Schmelzstrom aufschlägt.Furthermore, the lower end of the melt supply pipe is preferred quite thin, so that there is a very fine edge of material that separates the melt from the atomizing gas at the point where the gas hits the melt stream.

Eine solche feine Kante kann vorzugsweise als Ende eines Keiles erhalten werden, d.h., das untere Ende des Schmelzzuführungsrohres und der Gasausgabekammer haben einen Querschnitt, der keilförmig ist, wobei der Keilpunkt den Ort bildet, an dem sich Gasstrom und Schmelzstrom treffen. In anderen Worten findet das Zusammenfließen von Gas und Schmelze am KeilpunktSuch a fine edge can preferably be obtained as the end of a wedge, i.e. the lower end of the melt supply pipe and the gas discharge chamber have a cross section that is wedge-shaped, the wedge point forming the location where gas flow and melt flow meet. In other words, the confluence of gas and melt takes place at the wedge point

statt, doch befindet sich das Gas nicht einfach in einer laminaren Strömung,sondern ist wirksam beim Zerreißen des Metallstroms und beim Zerstäuben der Schmelze.instead, but the gas is not simply in a laminar Flow, but is effective in breaking up the flow of metal and in atomizing the melt.

Eine noch bevorzugtere Form des unteren Endes des Schmelzzuführungsrohres ist eines, bei dem die innere Oberfläche des Keiles vertikal verläuft und sich die äußere Oberfläche vom untersten Punkt in einem spitzen Winkel zur inneren Oberfläche erstreckt. Diese Konfiguration läßt das Gas über die Gasausgabeöffnung zur Schmelze in einer Richtung strömen, die das Gas in die flüssige Schmelze eintreten läßt, die aus dem Schmelzzuführungsrohr austritt.An even more preferred shape of the lower end of the melt delivery tube is one in which the inner surface of the wedge is vertical and the outer surface extends from the bottom Point extends at an acute angle to the inner surface. This configuration lets the gas through the gas discharge port to the melt flow in a direction that allows the gas to enter the liquid melt emerging from the melt supply pipe exit.

Um das Gas sogar auf beiden Seiten des Schmelzstromes auf die Schmelze auftreffen zu lassen, wie in der Zeichnung veranschaulicht, oder in der Praxis auf alle Seiten des Stromes auftreffen zu lassen und ein symmetrisches Zerstäuben von jeder Seite oder von allen Seiten der Schmelze zu gestatten, ist eine allgemein vertikal nach unten fließende Schmelze bevorzugt, wie sie aus dem Schmelzausgaberohr der Fig. 1 austritt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die in Fig. 1 veranschaulichte Düse in anderen Orientierungen mit vorteilhaften Ergebnissen eingesetzt werden kann, und daß andere Düsen nach der vorliegenden Erfindung ebenfalls in anderen Orientierungen benutzt werden können, einschließlich einer Orientierung vertikal nach oben.In order to let the gas impinge on the melt even on both sides of the melt flow, as illustrated in the drawing, or in practice hit all sides of the stream and allowing symmetrical atomization from either side or from all sides of the melt is general Melt flowing vertically downwards is preferred, as it emerges from the melt dispensing tube of FIG. 1. However, it is it should be noted that the nozzle illustrated in Fig. 1 in other orientations with advantageous results and that other nozzles according to the present invention can also be used in other orientations including an orientation vertically upwards.

Teil des Entwurfskonzeptes der Gasdüsen nach der vorliegenden Erfindung ist, daß die Oberflächen, die potentiell agglomerier-" tem Material und einem Aufbau eines solchen Materials ausgesetzt sind, durch das zerstäubende Gas kontinuierlich sauber gespült werden.Part of the design concept of the gas nozzles according to the present invention is that the surfaces that potentially agglomerate " system material and a structure of such a material are exposed to continuously clean by the atomizing gas be rinsed.

Eine der wichtigsten Kontrollen bei der Konstruktion der Zerstäubungsdüse nach der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 2 erläutert. Wie sich aus dieser Figur ergibt, hat die Düse eine Abmessung "A" zwischen der Spitze des Schmelzzuführungsrohres und der Spitze der äußeren OberflächeOne of the most important controls in the design of the atomizer nozzle according to the present invention will be explained with reference to FIG. As can be seen from this figure, the nozzle has an "A" dimension between the tip of the melt delivery tube and the tip of the outer surface

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der Gasabgabeöffnung. Die Abmessung "A" liegt bei einigen üblichen Düsen zwischen etwa 5 und etwa 10 cm. Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte die Abmessung "A" vorzugsweise recht klein sein, und zwar in der Größenordnung von etwa 3,7 bis zu 0 mm. Je kleiner die Abmessung "A", umso mehr bietet die Düse das sogenannte "enge Kuppeln" zwischen der Gasdüse und der Oberfläche der zu zerstäubenden Schmelze.the gas discharge opening. The "A" dimension for some common nozzles is between about 5 and about 10 cm. According to the In the present invention, the dimension "A" should preferably be quite small, on the order of about 3.7 up to 0 mm. The smaller the dimension "A", the more the nozzle offers the so-called "tight coupling" between the gas nozzle and the surface of the melt to be atomized.

Die spezifische Ausführung von Zerstäubungsdüsen, die untersucht worden ist, schließen eine Zerstäubungsdüse ein mit einem Schmelzzuführungsrohr aus Graphit sowie Düsen mit Schmelzzuführungsrohren aus gepreßtem Bornitrid . Die Rohre können entweder aus Verbundmaterialien geformt sein, wie zum Beispiel ein Schmelzführungsrohr mit einer inneren Aluminiumoxid-Auskleidung, die in einer keramischen Hülse angeordnet ist, um die Keramik von der Schmelze zu isolieren und gleichzeitig das Aluminiumoxid vor dem kalten Zerstäubungsgas zu schützen.The specific design of atomizing nozzles that have been investigated include an atomizing nozzle with a Melt supply pipe made of graphite and nozzles with melt supply pipes made of pressed boron nitride. The tubes can either be formed from composite materials such as a melt guide tube with an inner aluminum oxide lining, which is arranged in a ceramic sleeve to isolate the ceramic from the melt and at the same time protect the alumina from the cold atomizing gas.

Fig. 2 gibt eine Einzelheit der Spitze der Zerstäubungsdüse nach Fig. 1 wieder. Die beiden Abstände A und B sind in der Fig. 2 schematisch durch zwei Pfeile dargestellt. Der erste Abstand A ist der kürzeste Abstand zwischen der Gasöffnung und der Oberfläche des Schmelzstromes, die zuerst von dem Gasstrahl getroffen wird, der aus der Gasöffnung austritt. In Beziehung zu den Strömen ist dies vÄb stand von einem Punkt, an dem das Gas zuerst ein frei fließender Strom wird und zuerst aus der Umhüllung der Düse freigesetzt wird, bis zu dem Punkt, an dem das geschmolzene Metall zuerst ein frei fliessender Strom wird und zuerst von der Umhüllung des Schmelzzuführungsrohres freigesetzt wird.FIG. 2 shows a detail of the tip of the atomizing nozzle according to FIG. The two distances A and B are in the Fig. 2 shown schematically by two arrows. The first distance A is the shortest distance between the gas opening and the surface of the melt stream which is first struck by the gas jet emerging from the gas opening. In Relation to the currents is this vÄb stood from a point on that the gas first becomes a free flowing stream and is first released from the envelope of the nozzle, up to that Point at which the molten metal first becomes a free flowing stream and first from the envelope of the melt feed tube is released.

Der zweite Abstand B repräsentiert ein Segment einer Ziellinie, die sich von der etwaigen Mitte der öffnung bis zur etwaigen Mitte des Schmelzstromes, der zerstäubt werden soll, erstreckt, und zwar in einer Richtung längs der der Gasstrahl, der aus der öffnung tritt, verläuft. Es ist ein Abstand entlang der Ziellinie von jedem Abschnitt der ringförmigen öffnung, und er erstreckt sich von der öffung bisThe second distance B represents a segment of a target line which extends from the approximate center of the opening to the any center of the melt stream that is to be atomized, extends in a direction along that of the Gas jet emerging from the opening runs. It is a distance along the finish line from each section of the annular opening, and it extends from the opening to

zu dem Punkt, bei dem sich die konvergierenden Ziellinien schneiden.to the point where the converging target lines intersect.

Der Abstand B ist größer als der Abstand A teilweise deshalb, weil die Länge B sich vom Mittelpunkt des Schmelzstromes aus erstreckt, während sich der Abstand A nur von der äußeren Oberfläche des Schmelzstromes aus erstreckt.The distance B is greater than the distance A partly because the length B extends from the center of the melt flow extends, while the distance A extends only from the outer surface of the melt stream.

Der Abstand A liegt vorzugsweise zwischen 0 und etwa 6 mm, und vorzugsweise hat er weniger als etwa 3,7 mm.The distance A is preferably between 0 and about 6 mm, and preferably less than about 3.7 mm.

Der Abstand B ist größer als der Abstand A und er liegt zwischen 0 und etwa 15 mm.The distance B is greater than the distance A and it is between 0 and about 15 mm.

Die Differenz des Abstandes B minus Abstand A ist vorzugsweise kleiner als etwa 9 mm.The difference in distance B minus distance A is preferably less than approximately 9 mm.

Ein anderer Unterschied zwischen dem Abstand A und dem Abstand B ist der Punkt im Gasstrom, von dem aus der Abstand gemessen wird.Another difference between distance A and distance B is the point in the gas stream from which the distance is measured will.

Der Abstand A wird längs der Oberfläche der Düse gemessen, während der Abstand B längs der Mittellinie des Gasstrahles gemessen wird.Distance A is measured along the surface of the nozzle, while distance B is measured along the center line of the gas jet is measured.

Während der Abstand A längs der Oberfläche der Düse gemessen wird, ist er doch nicht auf den Abstand auf der Düse beschränkt. Dies deshalb nicht, weil die tatsächliche Düsenkonstruktion nicht ideal ist. Wäre die Düsenkonstruktion ideal, dann würde die Oberfläche längs der äußeren Oberfläche des Schmelzzuführungsrohres 12 in einem Punkt 17 enden, der keinen Radius oder eine flache untere Oberfläche aufweist. Tatsächliche Düsen haben aber einen Radius oder einen Steg an dem Punkt, wo die äußere Oberfläche 18 des Schmelzzuführungsrohres die innere Oberfläche des Rohres trifft. Vom praktischen Standpunkt aus ist es bevorzugt, daß die Spitze des SchmelzZuführungsrohres nicht so dünn ist, daß sie einem Brechen unterliegt. Der Grad, zu dem die Spitze des Zuführungsrohres zu einer feinen Schneidkante ausgeführt werden kann, hängt von dem Material ab, ausWhile the distance A is measured along the surface of the nozzle, it is not limited to the distance on the nozzle. This is not because the actual nozzle design is not ideal. If the nozzle design were ideal, then it would the surface along the outer surface of the melt supply tube 12 terminate at a point 17 which has no radius or has a flat bottom surface. However, actual nozzles have a radius or ridge at the point where the outer surface 18 of the melt supply tube meets the inner surface of the tube. From a practical point of view it is preferred that the tip of the melt supply tube not is so thin that it is subject to breakage. The degree to which the tip of the feed tube becomes a fine cutting edge can be performed depends on the material from

der sie hergestellt ist, sowie den thermischen und anderen Kräften, denen sie während des tatsächlichen Betriebes ausgesetzt ist.which it is made, as well as the thermal and others Forces to which it is exposed during actual operation.

Dementsprechend schließt der Abstand A den Abstand längs der äußeren abgeschrägten Oberfläche des Schmelzzuführungsrohres 12 und die Ausdehnung dieses Abstandes über das EndeAccordingly, the distance A closes the distance along the outer beveled surface of the melt supply tube 12 and the extension of this distance over the end

ιhinaus
des RohresVbis zur Oberfläche der Schmelze, die aus dem Rohr austritt, ein.ιoutside
of the tube V up to the surface of the melt emerging from the tube.

Das enge Kuppeln kann definiert werden als das ausreichende Kleinhalten des Abstandes, der von dem Gasstrom zwischen der Gasöffnung und dem Schmelzstrom durchmessen wird, damit das Gas vor dem Auftreffen auf den Schmelzstrom im wesentlichen keine Energie verliert.The tight coupling can be defined as keeping the distance that the gas flow between the Gas opening and the melt stream is measured so that the gas before it impinges on the melt stream substantially does not lose any energy.

Es ist bekannt, daß der Abstand, bei dem die Geschwindigkeit eines freien Stromes oder Strahls aus Gas einer Abschwächung unterliegt, prinzipiell eine Funktion der Strahlgröße oder Größe der öffnung ist, aus der der Strahl austritt. Der zulässige Abstand, bei dem das enge Kuppeln bewerkstelligt werden kann, erhöht sich daher mit zunehmendem Durchmesser des Gasstrahles.It is known that the distance at which the speed of a free stream or jet of gas is attenuated is in principle a function of the jet size or the size of the opening from which the jet emerges. The admissible The distance at which the close coupling can be accomplished therefore increases as the diameter increases of the gas jet.

Wirtschaftliche Betrachtungen der erwünschten Herstellungsgeschwindigkeit des Pulvers, der Kosten des Gases, der Geschwindigkeit, mit der das Gas verbraucht wird und ähnliche Faktoren bestimmen die tatsächliche Größe eines zu benutzenden, eng gekoppelten Gasstrahles. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung feinen Pulvers mit verschiedenen Produktionsgeschwindigkeiten. Tatsächlich ist das Verfahren recht vielseitig bei der wirtschaftlichen Herstellung des Pulvers mit geringen Geschwindigkeiten sowie der wirtschaftlichen Herstellung des Pulvers bei mittleren und auch bei hohen Geschwindigkeiten durch geeignete Einstellung der Verfahrensparameter, wie in der vorliegenden Anmeldung ausgeführt.Economic considerations of the desired production speed of the powder, the cost of the gas, the speed, with which the gas is consumed and similar factors determine the actual size of a to be used, closely coupled gas jet. The present invention enables fine powder to be produced economically with different production speeds. In fact, the process is quite versatile in economic terms Production of the powder at low speeds as well as the economical production of the powder at medium speeds and also at high speeds by suitable setting of the process parameters, as in the present one Registration carried out.

Für mäßige Geschwindigkeiten des Gasverbrauchs kann feines Pulver wirksam mit einer realistischen Gasöffnungsgröße von weniger als etwa 1 mm hergestellt werden, wenn eine Vorrichtung benutzt wird, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist. Für einen Düsenspalt von 1 mm oder weniger beträgt zum engen Kuppeln der Abstand für praktische Düsen weniger als 7,9 mm.For moderate rates of gas consumption, fine powder can be effective with a realistic gas orifice size of less than about 1 mm can be made using an apparatus such as that illustrated in FIG. 1. For a nozzle gap of 1 mm or less, the spacing for practical nozzles is less than 7.9 mm for tight coupling.

Der Abstand, den ein Gasstrahl von einer Düse einer gegebenen Größe durchmessen kann, bevor er merklich Energie verliert, ist zu unterscheiden, von dem Abstand, den ein Gas über eine feste Oberfläche parallel zur Richtung der Gasbewegung strömen kann, ohne daß turbulente Grenz- und Wirbelströme in dem Gas gebildet werden. Für eine Düse, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, mit einer Gasöffnung von etwa 1 mm, beträgt der Abstand, über den das konvergierende Gas über das Äußere des Schmelzzuführungsrohres strömen kann, ohne daß sich eine turbulente Grenzschicht bildet, die in der Dicke ausreicht, um zu einem Schmelzanwuchs auf der Düsenspitze zu führen, in einigen Fällen in der Größenordnung von etwa 12 iran»The distance a gas jet can travel from a nozzle of a given size before it loses noticeable energy, must be distinguished from the distance that a gas flows over a solid surface parallel to the direction of gas movement can without turbulent boundary and eddy currents are formed in the gas. For a nozzle as shown in FIG is, with a gas opening of about 1 mm, is the distance that the converging gas is over the exterior of the melt delivery tube can flow without the formation of a turbulent boundary layer which is thick enough to form a Melt growth on the nozzle tip to lead, in some cases on the order of about 12 iran »

wenn Argon unter einem Kammerdruck von etwa 4,2 MPa als Zerstäubungsgas benutzt wurde.when argon was used as the atomizing gas under a chamber pressure of about 4.2 MPa.

Die vorliegende Anmeldung steht in Beziehung zu den mit dem gleichen Prioritätstag eingereichten Patentanmeldungen, die auf den US-Anmeldungen mit den Serial-Nummern 584 691, 584 und 584 689 beruhen. Diese Patentanmeldungen werden durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.The present application is related to patent applications filed with the same priority date that based on U.S. applications serial numbers 584,691, 584, and 584,689. These patent applications are through this reference is incorporated into the present application.

Claims

1. A method for atomizing a high temperature melt, characterized by Formation of a downward moving stream from the said melt,

Feeding this melt to an atomization zone through a Melt supply pipe,

Forming a beveled end on the lower outer portion of said tube,

Creating an annular gas opening around the beveled lower end of the tube,
Supplying gas to the opening,

flowing the gas over and against the tapered end of said tube and in contact with the melt that

ORIGINAL INSPECTED

exiting from said pipe end and maintaining a distance from the gas opening to the Melt less than about 11.5 mm.

2. The method according to claim 1,

characterized in that

the melt is that of a refractory metal.

3. The method according to claim 1,

characterized in that the distance maintained is less than about 6.4 mm.

4. The method according to claim 1,

characterized in that the distance maintained is less than about 2.5 mm.

5. High temperature atomizing nozzle characterized by:

a melt supply tube with a melt discharge opening, a gas delivery system surrounding the melt delivery tube and gas from a gas delivery port to a melt stream exiting the melt dispensing orifice, the gas delivery tube having a beveled outer surface extending from the tip of said tube extends into the gas discharge opening and the gas discharge opening closely coupled to the melt discharge opening is.

6. Process for producing higher proportions of fine powder from molten metal,
marked by:

Creating a source of molten metal to be atomized,

Feeding the molten metal through a dispensing vessel to an opening in order to exit from this opening to form free flowing stream,

Creation of a source of pressurized gas and a gas supply line, surrounding said dispensing vessel, providing an annular nozzle for flowing an annular jet of gas from the nozzle,

tight coupling of the point at which the gas jet becomes free flowing with the point at which the liquid metal flow emerges from said nozzle and directs the annular gas flow against and into all surfaces of the molten metal stream as soon as it emerges from the dispensing opening.

7. The method according to claim 6,

characterized in that the close coupling spacing is in the range from 0 to about 11.5 mm lies.

8. High temperature atomizing nozzle, characterized by: a melt supply tube with a melt discharge port, a gas delivery system surrounding the melt delivery tube and gas from a gas discharge port to a melt stream discharging from the melt dispensing orifice, with the gas delivery tube having a beveled outer surface which extends from the tip of the tube into the gas discharge opening.

9. Nozzle for producing a high proportion of ultra-fine powder from high temperature molten metal, characterized by: a molten metal discharge tube made of a ceramic material,

a gas opening for outputting a gas jet to the surface of a metal stream from said output tube, the gas opening being in close proximity to the surface of the stream of molten metal from said Tube is arranged.

10. Apparatus for forming a fine powder from a Melt of a substance with a high melting point, characterized by:

a device for containing a melt body, a device for emitting a stream of the melt to an atomization zone,

a device for delivering an atomizing gas to the melt stream in said atomizing zone, the opening of the gas dispenser being in close proximity to the surface of the melt in said Zone is arranged.

11. Process for making fine powder less than 37 \ in diameter from molten metal in high percentage,

characterized in that a stream of molten metal is introduced into an atomization zone,

a jet of gas is directed at high speed into this zone and against the flow of molten metal, to form an acceleration wave on the surface of said stream and to atomize the stream and Collect the powder formed by the atomization.

12. The method according to claim 11,

characterized in that the distance between the supply source for the current molten metal and the source of the high velocity gas is kept to a minimum, so that the flow of the molten metal is atomized as it is formed.

13. Comprehensive subject matter

a body of refractory metal of less than full density made from compacted powder, this body having tiny zones of relatively uniform properties and

these zones have a mean diameter of less than 10 μm.

14. The object of claim 13,

characterized in that the mean diameter of said zones is less than 5 μπι is.