JP2012170998A - Jig for forming metal ball, method of forming metal ball using the same, and metal ball produced by the method - Google Patents

Jig for forming metal ball, method of forming metal ball using the same, and metal ball produced by the method Download PDF

Info

Publication number
JP2012170998A
JP2012170998A JP2011037544A JP2011037544A JP2012170998A JP 2012170998 A JP2012170998 A JP 2012170998A JP 2011037544 A JP2011037544 A JP 2011037544A JP 2011037544 A JP2011037544 A JP 2011037544A JP 2012170998 A JP2012170998 A JP 2012170998A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
jig
sphere
forming
metal ball
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011037544A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5688715B2 (en
Inventor
Hiroyuki Nakayama
博行 中山
Keizo Kobayashi
慶三 小林
Koyo Ozaki
公洋 尾崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2011037544A priority Critical patent/JP5688715B2/en
Publication of JP2012170998A publication Critical patent/JP2012170998A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5688715B2 publication Critical patent/JP5688715B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a jig for forming metal balls, capable of effectively forming not only a noble metal but also the other metals into extremely large sized metal balls, while having a plane plate-like shape, without any special processing; to provide a method of forming the metal balls, capable of making the sizes of metal particles uniform by uniforming weights of solid metal pieces to be placed on the jig for forming the metal balls and further capable of adjusting the sizes of the metal balls to be produced by adjusting the weights from the densities of the metals to be melted; and to provide the metal balls formed by this method.SOLUTION: The jig 1 for forming the metal balls includes a part for mounting a solid metal, the part being used in the method in which the solid metal mounted is melted to produce liquid metal 2 and then the metal ball is formed by surface tension of the liquid metal. The jig is formed of ceramics so as to have a wetting angle θ of 90° or more with the liquid metals.

Description

本発明は、金属球を成形するために使用される成形用治具、これを用いた金属球の成形方法およびこの成形方法で得られる金属球に関する。   The present invention relates to a forming jig used for forming a metal sphere, a method for forming a metal sphere using the jig, and a metal sphere obtained by the forming method.

従来より、金属球は各種分野で使用され、例えば、ベアリング球、装飾品、ボールミリング用粉砕球、ポンプやバルブの逆止弁、ポーラス体作製のための原料球等の各種用途で用いられている。   Conventionally, metal balls have been used in various fields, for example, bearing balls, ornaments, ball milling balls, pumps and check valves for valves, and raw balls for making porous bodies. Yes.

このような金属球の製造方法としては種々のものが知られ、その一つとして、溶解した金属を液滴状にして、空中を落下する間に最も安定な形状である球状に凝固させるアトマイズ法がある。   Various methods for producing such metal spheres are known, and one of them is an atomizing method in which molten metal is formed into droplets and solidified into a sphere that is the most stable shape while falling in the air. There is.

このアトマイズ法は、金属を凝固させるプロセスで、不活性ガスを用いるガスアトマイズ法と、水を用いる水アトマイズ法の二つに大別されるが、いずれの方法も得られる金属球は変形しており、目的とする金属球を得ることは難しい。   This atomization method is a process for solidifying metals, and is roughly divided into a gas atomization method using an inert gas and a water atomization method using water, but the metal spheres that can be obtained by either method are deformed. It is difficult to obtain the target metal sphere.

また、アトマイズ法により得られる金属球のサイズには大きなばらつきが存在し、目的とするサイズの金属球を得るためには篩による分級が必要となる。そのため目的とするサイズ以外の金属球はすべて再溶解や、使用不能となる場合がある。   In addition, there is a large variation in the size of the metal spheres obtained by the atomization method, and classification with a sieve is necessary to obtain a metal sphere of the desired size. Therefore, all metal balls other than the target size may be redissolved or unusable.

さらに、微細な金属球を得る方法として、プラズマ回転電極法(PREP:Plasma Rotating Electrode Process)も知られている。この方法は、電極を回転させ、その電極をプラズマによって溶解し、遠心力によって吹き飛ばされた液滴をガスジェットでさらに微細化することで金属球を得るものである。   Furthermore, a plasma rotating electrode process (PREP) is also known as a method for obtaining fine metal spheres. In this method, a metal sphere is obtained by rotating an electrode, dissolving the electrode with plasma, and further miniaturizing a droplet blown off by centrifugal force with a gas jet.

しかし、このような方法では自由落下を利用することから、金属球を作製するために、かなり大掛かりなシステムを必要とする。また、得られる金属球のサイズは、ノズル先端より溶解した原料を噴射させることから数100μm程度が最大の粒子サイズとなり、それ以上の大きなサイズのものを得ることは困難である。   However, since such a method uses free fall, a considerably large system is required to produce a metal ball. Further, the size of the metal spheres obtained is such that the maximum particle size is about several hundreds μm because the melted raw material is sprayed from the nozzle tip, and it is difficult to obtain a larger size.

また、大きなサイズの金属球を作製する手法としては鍛造法が知られている。この手法では金属塊を数段に分けて鍛造を行い徐々に球形に近づけ、最終的に研磨を行うことで目的の金属球を得る。このような手法ではプロセスが多岐にわたりコスト高となる。また大型のプレス機を用いることから製造設備も大がかりなものとなる。   A forging method is known as a method for producing a metal ball having a large size. In this method, a metal lump is divided into several stages, forged, gradually brought close to a spherical shape, and finally polished to obtain a target metal sphere. Such a method is costly due to various processes. In addition, since a large press is used, the manufacturing equipment becomes large.

そこで、簡便な装置で比較的大きなサイズの金属球を成形する方法として、治具を用いて、この治具と固体金属を溶融させた液体金属との表面張力を利用する方法が提案されている(特許文献1〜3参照)。   Therefore, as a method of forming a relatively large size metal sphere with a simple apparatus, a method using a surface tension between the jig and a liquid metal obtained by melting a solid metal has been proposed. (See Patent Documents 1 to 3).

これらの方法は、従来のアトマイズ法や、プラズマ回転電極法、鍛造法等に比べて、大掛かりな装置を必要とすることなく、比較的大きなサイズの金属球を成形することができる。   These methods can form metal balls having a relatively large size without requiring a large-scale apparatus as compared with the conventional atomizing method, plasma rotating electrode method, forging method and the like.

しかしながら、治具がカーボン材料で形成されているために、固体金属を溶融させる過程等で治具との炭化反応、還元反応等の望ましくない反応を惹起する恐れがあり、金属の種類によっては、目的とする高純度の金属球が得られない場合もある。   However, since the jig is formed of a carbon material, there is a risk of causing an undesirable reaction such as a carbonization reaction or a reduction reaction with the jig in the process of melting the solid metal. In some cases, the desired high-purity metal spheres cannot be obtained.

また、カーボン材料に対してぬれ角の大きな金属には制限があるため、この治具により作製できる金属球は限定される。   Moreover, since there is a limit to the metal having a large wetting angle with respect to the carbon material, the metal balls that can be produced by this jig are limited.

このため、上記の方法で作製される金属球は、比較的他の物質との反応を起こしにくい貴金属を多く含むものが中心であり、その他の鉄、コバルト、ニッケル、銅等の純金属の球状化には適用し難いものであった。   For this reason, the metal spheres produced by the above method are mainly those containing a large amount of precious metals that are relatively difficult to react with other substances, and other pure metal spheres such as iron, cobalt, nickel, and copper. It was difficult to apply to the process.

また、カーボン以外の通常のセラミックスや金属から形成された治具を用いた場合も、これと同様の問題が当然に生じる。   Further, when using a jig made of ordinary ceramics or metal other than carbon, the same problem as that naturally occurs.

さらに、これらの方法では、治具に凹部を設けたり、その凹部を深さよりも直径の大きい円形状とする必要があり、治具形成に時間や手間がかかるといった問題点もあった。   Furthermore, in these methods, there is a problem that it is necessary to provide a recess in the jig, or to form the recess in a circular shape having a diameter larger than the depth, and it takes time and labor to form the jig.

特開平6−264113号公報JP-A-6-264113 特開平2005−139526号公報JP-A-2005-139526 特公平7−91561号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-91561

本発明は、上記従来技術の実情に鑑みなされたものであって、特殊加工することなく、平板状の形状でありながら、貴金属はもちろんのこと、それ以外の金属も効率よくサイズの極めて大きな金属球とすることができる金属球成形用治具と、金属成形用治具の上に置く固体金属片の重量をそろえることで、得られる金属粒子の大きさを均一とすることができ、また、融解する金属の密度から重量を調整することにより、得られる金属球の大きさを調整することができる金属球の成形方法及び、この方法により成形される金属球を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described prior art, and has a plate-like shape without special processing, and not only precious metals but also other metals are efficiently very large in size. By aligning the weight of the metal sphere forming jig that can be a sphere and the weight of the solid metal piece placed on the metal forming jig, the size of the obtained metal particles can be made uniform, It is an object of the present invention to provide a method for forming a metal sphere capable of adjusting the size of the metal sphere obtained by adjusting the weight from the density of the molten metal, and a metal sphere formed by this method.

本発明者等は、上記課題を解決するために、治具と、固体金属を溶融させた液体金属とのぬれ角(ぬれ角とは、治具上で溶融金属液滴をおいた場合、図1に示すように治具と溶融金属液滴との接触角θのことである)について鋭意検討を重ねた結果、溶融させた液体金属に対して特定のぬれ角を有する材料から形成される治具に固体金属を溶融させることにより、その溶融した液体金属は表面張力の影響で効率よく球形となり、目的とする金属球が得られることを知見した。   In order to solve the above problems, the present inventors have found that the wetting angle between the jig and the liquid metal obtained by melting the solid metal (the wetting angle is a figure when a molten metal droplet is placed on the jig. The contact angle θ between the jig and the molten metal droplet as shown in FIG. 1) is a result of intensive investigations, and as a result, the metal formed from a material having a specific wetting angle with respect to the molten liquid metal. It has been found that by melting a solid metal in the tool, the molten liquid metal is efficiently spherical due to the influence of surface tension, and the desired metal sphere can be obtained.

すなわち、本発明は、以下のことを特徴としている。   That is, the present invention is characterized by the following.

第1に、戴置された固体金属を溶融して液体金属とし、その表面張力により金属球を成形する方法において使用される、固体金属の戴置部を備えた金属球成形用治具であって、該治具は、液体金属とのぬれ角が90°以上であるセラミックスから形成されている。   The first is a metal sphere forming jig provided with a solid metal placement portion, which is used in a method of melting a placed solid metal to form a liquid metal and forming a metal sphere by its surface tension. The jig is made of ceramics having a wetting angle with the liquid metal of 90 ° or more.

第2に、上記第1の発明の金属球成形用治具において、セラミックスが窒化チタンを含む。   Second, in the metal ball forming jig of the first invention, the ceramic contains titanium nitride.

第3に、上記第1または第2の発明の金属球成形用治具において、セラミックスと金属を含む。   Third, the metal ball forming jig of the first or second invention includes ceramics and metal.

第4に、上記第3の発明の金属球成形用治具において、金属が鉄、ニッケル、コバルト、銅である。   Fourth, in the metal ball forming jig of the third invention, the metal is iron, nickel, cobalt, or copper.

第5に、上記第3または第4の発明の金属球成形用治具において、窒化チタンと金属の配合割合が、窒化チタンが90質量%以上であり残部が金属であることを特徴とする。   Fifth, in the metal sphere forming jig of the third or fourth invention, the compounding ratio of titanium nitride and metal is 90% by mass or more of titanium nitride and the balance is metal.

第6に、上記第1から第5の発明の金属球成形用治具において、相対密度が80%以上である。   Sixth, in the metal ball forming jig of the first to fifth inventions, the relative density is 80% or more.

第7に、上記第1から第6の発明の金属球成形用治具において、治具の表面の少なくとも一部に固体金属を戴置するための凹部が形成されている。   Seventh, in the metal ball forming jig according to the first to sixth inventions, a recess for placing a solid metal is formed on at least a part of the surface of the jig.

第8に、上記第1から第7の発明の金属球成形用治具の表面に戴置された固体金属を溶融させて液体金属とし、その表面張力により金属球を形成させた後、冷却する金属球の成形方法である。   Eighth, the solid metal placed on the surface of the metal ball forming jig of the first to seventh inventions is melted to form a liquid metal, and the metal ball is formed by the surface tension, and then cooled. This is a method for forming a metal sphere.

第9に、上記第8の発明の金属球の成形方法において、固体金属を溶融する雰囲気が100Pa以下の真空である。   Ninth, in the method for forming a metal sphere according to the eighth aspect of the invention, the atmosphere for melting the solid metal is a vacuum of 100 Pa or less.

第10に、上記第8または第9の発明の金属球の成形方法において、不活性ガスおよび/または活性ガスを導入して金属球の表面を急速に冷却する。   Tenth, in the metal sphere forming method of the eighth or ninth invention, the surface of the metal sphere is rapidly cooled by introducing an inert gas and / or an active gas.

第11に、上記第8から第10の発明の金属球の成形方法で得られる、直径が0.1mm以上の金属球である。   Eleventh, a metal sphere having a diameter of 0.1 mm or more obtained by the method for forming a metal sphere of the eighth to tenth inventions.

第12に、上記第11の発明の金属球において、金属球の平均直径のばらつきが、目的とする金属球の直径の10%以内である。   Twelfth, in the metal sphere of the eleventh aspect, the average diameter variation of the metal sphere is within 10% of the diameter of the target metal sphere.

本発明に係る、戴置された固体金属を溶融して液体金属とし、その表面張力により金属球を成形する方法において使用される、固体金属の戴置部を備えた金属成形用治具は、特殊加工することなく、平板状の形状でありながら、貴金属はもちろんのこと、それ以外の金属も効率よくサイズの極めて大きな金属球とすることができる。   According to the present invention, a metal forming jig provided with a solid metal placement portion, used in a method of melting a placed solid metal into a liquid metal and forming a metal ball by its surface tension, Without special processing, while having a flat plate shape, not only precious metals but also other metals can be efficiently made into extremely large metal balls.

また、この金属成形用治具を使用する金属球の成形方法によれば、金属成形用治具の上に置く固体金属片の重量をそろえることで、得られる金属粒子の大きさを均一とすることができ、また、融解する金属の密度と重量より、得られる金属球の大きさを調整することができる。   Further, according to the metal ball forming method using the metal forming jig, the size of the obtained metal particles is made uniform by making the weight of the solid metal pieces placed on the metal forming jig uniform. In addition, the size of the resulting metal sphere can be adjusted based on the density and weight of the metal to be melted.

さらに、治具上に金属片を置いた後、融解・冷却という簡単なプロセスであるため、アトマイズ法やプラズマ回転電極法に比して、装置を簡便で小型化することが可能である。   Furthermore, since a simple process of melting and cooling after placing a metal piece on a jig, the apparatus can be simplified and miniaturized as compared with the atomizing method and the plasma rotating electrode method.

治具と溶融金属液滴との接触角θを示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the contact angle (theta) of a jig | tool and a molten metal droplet. 窒化チタン(TiN)金属球成形用治具上で融解させたニッケル(Ni)の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the nickel (Ni) fuse | melted on the jig | tool for titanium nitride (TiN) metal ball forming. 窒化チタン(TiN)金属球成形用治具上で融解させた錫(Sn)の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the tin (Sn) fuse | melted on the jig | tool for titanium nitride (TiN) metal ball forming. 窒化チタン(TiN)金属球成形用治具上で融解させた鉄(Fe)の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the iron (Fe) fuse | melted on the jig | tool for titanium nitride (TiN) metal ball forming. 窒化チタン(TiN)金属球成形用治具上で融解させたコバルト(Co)の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the cobalt (Co) fuse | melted on the jig | tool for titanium nitride (TiN) metal ball forming. 窒化チタン(TiN)基複合材料の金属球成形用治具上で融解させたニッケル(Ni)の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the nickel (Ni) fuse | melted on the jig | tool for metal sphere formation of a titanium nitride (TiN) group composite material.

本発明に係る、固体金属の戴置部を備えた金属球成形用治具は、戴置された固体金属を溶融して液体金属とし、その表面張力により金属球を成形する方法において使用されるものであって、その材質が、液体金属とのぬれ角が90°以上、好ましくは120°以上であるセラミックスである。   The metal sphere forming jig having a solid metal placement portion according to the present invention is used in a method of melting a placed solid metal to form a liquid metal and forming a metal sphere by its surface tension. The material is ceramics having a wetting angle with the liquid metal of 90 ° or more, preferably 120 ° or more.

ここで、ぬれ角とは、治具上で溶融金属液滴をおいた場合、図1に示すように治具と溶融金属液滴との接触角θのことである。   Here, the wetting angle is a contact angle θ between the jig and the molten metal droplet as shown in FIG. 1 when the molten metal droplet is placed on the jig.

本発明において、ぬれ角を90°以上とした理由は、溶融金属が球体となるためには、治具との接触角が少なくとも90°以上必要なためである。   In the present invention, the reason why the wetting angle is 90 ° or more is that the contact angle with the jig needs to be at least 90 ° or more in order for the molten metal to be a sphere.

本発明で用いられるセラミックスは、ぬれ角が90°以上のものであれば、いずれのものも使用できるが、その融点が球形化の対象となる金属の融点より高いものを用いることが好ましい。   As the ceramic used in the present invention, any ceramic can be used as long as the wetting angle is 90 ° or more, but it is preferable to use a ceramic whose melting point is higher than that of the metal to be spheroidized.

このようなセラミックスとしては、例えば、窒化チタン(以下、TiNと略称する)系、ほう化チタン系等のセラミックスを挙げることができる。   Examples of such ceramics include ceramics such as titanium nitride (hereinafter abbreviated as TiN) and titanium boride.

これらの中でも、TiN系セラミックスを好適に用いることができる。これは、このTiN系セラミックスは各種金属とのぬれ角が90°以上であり、融点が約2900℃と多くの金属の融点に比べて非常に高く、金属との反応が起こりにくいという条件を兼ね備えていることによる。   Among these, TiN ceramics can be preferably used. This is because the TiN ceramics have a wetting angle of more than 90 ° with various metals, the melting point is about 2900 ° C, which is very high compared to the melting point of many metals, and it is difficult to react with metals. It depends on.

また、セラミックスには、その強度や靱性を向上させるために、鉄、コバルト、ニッケル、銅等の金属元素を配合することができる。   Moreover, in order to improve the intensity | strength and toughness, ceramics elements, such as iron, cobalt, nickel, copper, can be mix | blended with ceramics.

TiN系セラミックスを用いる場合、TiNと金属の配合割合は、TiNが90質量%以上、好ましくは95重量%であり、残部が金属であることが強度、靱性の観点からみて望ましい。   In the case of using TiN-based ceramics, it is desirable from the viewpoint of strength and toughness that the mixing ratio of TiN and metal is such that TiN is 90% by mass or more, preferably 95% by weight, and the balance is metal.

また、セラミックスの相対密度は80%以上、好ましくは95%以上であることが強度の点からみて好ましい。   The relative density of the ceramic is preferably 80% or more, and preferably 95% or more from the viewpoint of strength.

本発明の金属球成形用治具は、平板状あってもその機能を充分に発揮することができるが、その表面の一部に固体金属を戴置するための凹部を形成することができる。表面の一部に凹部を設けることにより、固体金属が溶融したときに金属球の位置を安定させることができる。   The metal ball forming jig of the present invention can fully exhibit its function even when it is flat, but can form a recess for placing a solid metal on a part of its surface. By providing the concave portion on a part of the surface, the position of the metal sphere can be stabilized when the solid metal is melted.

また、表面の一部に多角形の溝を形成することにより、融解時の金属球との接触点が増加し、金属球を作製しやすくすることもできる。   Further, by forming a polygonal groove in a part of the surface, the contact point with the metal sphere at the time of melting increases, and it is possible to make the metal sphere easier to produce.

このように凹部の断面形状は特に制約されることはなく、円形、楕円形、V字形、多角形等の断面形状とすることができる。   Thus, the cross-sectional shape of the recess is not particularly limited, and may be a cross-sectional shape such as a circle, an ellipse, a V shape, or a polygon.

以下に、本発明の金属球成形用治具の具体的な製造方法について以下に説明する。   Hereinafter, a specific method for producing the metal ball forming jig of the present invention will be described.

TiN粉末あるいはTiN粉末と金属粉末を混合したのち、所定の形状となるようプレス成形をする。このプレス成形体を加圧下にて1100℃以上に加熱することにより金属球成形用治具の成形体を作製することができる。   After mixing TiN powder or TiN powder and metal powder, press molding is performed to obtain a predetermined shape. By heating this press-molded body to 1100 ° C. or higher under pressure, a molded body of a metal ball forming jig can be produced.

つぎに、本発明の金属球の成形方法を説明する。   Next, the metal ball forming method of the present invention will be described.

本発明の金属球の成形方法は、上記した金属球成形用治具の表面に固体金属を戴置した後、溶融させて液体金属とし、その表面張力により金属球を形成させた後、冷却することからなる。   In the metal sphere forming method of the present invention, after placing a solid metal on the surface of the above-described metal sphere forming jig, the metal sphere is melted to form a liquid metal, and the metal sphere is formed by the surface tension and then cooled. Consists of.

本発明で用いられる固体金属は、特に制約されず、卑金属、もしくは、金や銀、白金族元素の貴金属の単体、アルミニウム、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、錫、鉛などの、卑金属の単体、または、これらの合金等、いずれのものも使用できる。   The solid metal used in the present invention is not particularly limited, and is a base metal or a simple substance of gold, silver, platinum group element, aluminum, silicon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Any of simple metals such as zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, and lead, or alloys thereof can be used.

固体金属の形状は金属片、金属粉等特に制限されるものではないが、線材、棒材、板材、もしくは条材等を一定の長さ、もしくは一定面積切断することにより均一な重量を有する金属片として用いることが好ましい。   The shape of the solid metal is not particularly limited, such as a metal piece, metal powder, etc., but a metal having a uniform weight by cutting a wire, rod, plate, strip or the like to a certain length or a certain area It is preferable to use it as a piece.

固体金属を金属球成形用治具の表面に戴置する方法は特に制約されず、溶融後に固体金属片同士が接触しない程度の間隔であればよい。また固体金属は金属球成形用治具の上に平面的に配置されてもよいが、治具を複数段重ね、3次元的に配置してもよく、トレー状容器に平面的に配置したものを数層に重ねてもよい。   The method for placing the solid metal on the surface of the metal ball forming jig is not particularly limited, and may be any distance as long as the solid metal pieces do not contact each other after melting. Solid metal may be arranged in a plane on a metal ball forming jig, but a plurality of jigs may be arranged three-dimensionally, or arranged in a tray-like container in a plane. May be stacked in several layers.

本発明の金属球の成形方法では、金属球成形用治具の上に戴置された固体金属を、その固体金属の融点以上に加熱する。加熱手段としては、従来公知の加熱炉等を用いることができる。加熱雰囲気は常圧、加圧、減圧のいずれでもよいが、酸化の点からみて、100Pa以下、好ましくは10Pa以下の減圧とするのがよい。   In the metal ball forming method of the present invention, the solid metal placed on the metal ball forming jig is heated to the melting point of the solid metal or higher. As the heating means, a conventionally known heating furnace or the like can be used. The heating atmosphere may be normal pressure, pressurization, or reduced pressure, but from the viewpoint of oxidation, the reduced pressure is 100 Pa or less, preferably 10 Pa or less.

固体金属はその融点以上の温度になれば溶融し、その表面張力によりひとつの金属片ごとに球状化する。これを冷却すれば所望とする金属球を得ることができる。冷却手段は特に限定されるものではなく、自然冷却等の手段を用いることができるが、不活性ガスおよび/または活性ガスを導入して金属球の表面を急速に冷却することで表面に意図的な硬化相などの形成や結晶粒微細化などの効果がえられる。   A solid metal melts at a temperature equal to or higher than its melting point, and spheroidizes into each metal piece due to its surface tension. If this is cooled, a desired metal sphere can be obtained. The cooling means is not particularly limited, and means such as natural cooling can be used, but the surface of the metal sphere is intentionally cooled by introducing an inert gas and / or an active gas to rapidly cool the surface of the metal sphere. Effects such as formation of a hardened phase and refinement of crystal grains can be obtained.

このように、本発明の金属球の成形方法は、金属球成形用治具上に金属片を置いた後、溶融、冷却という簡単なプロセスであるため、アトマイズ法やプラズマ回転電極法に比して、装置を簡便で小型化することが可能となる。   As described above, the metal ball forming method of the present invention is a simple process of melting and cooling after placing a metal piece on a metal ball forming jig, and therefore, compared to the atomizing method and the plasma rotating electrode method. Thus, the apparatus can be simply and miniaturized.

また、本発明によれば、治具上に置く固体金属片の重量をそろえることで得られる金属粒子の大きさを均一とすることができ、金属球の平均直径のばらつきが、目的とする金属球の直径の10%以内とすることができる。   In addition, according to the present invention, the size of the metal particles obtained by aligning the weight of the solid metal piece placed on the jig can be made uniform, and the variation in the average diameter of the metal spheres is the target metal. It can be within 10% of the diameter of the sphere.

また、溶融する金属の密度と重量より、得られる金属球の大きさを調整することができる。すなわち、本発明方法においては、0.1mm以上、更には、2mm以上、5mm以上の金属球を得ることも可能である。   Further, the size of the metal sphere obtained can be adjusted from the density and weight of the molten metal. That is, in the method of the present invention, it is possible to obtain a metal sphere of 0.1 mm or more, and further 2 mm or more and 5 mm or more.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
<実施例1>
(TiN金属球成形用治具の作製)
TiN粉末を所定の形状となるようプレス成型し、加圧下にて1100℃以上に加熱することでTiN成形体を作製した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples at all.
<Example 1>
(Preparation of TiN metal ball forming jig)
TiN powder was press-molded so as to have a predetermined shape, and heated to 1100 ° C. or higher under pressure to produce a TiN compact.

作製したTiN金属球成形用治具は直径15mm×厚さ5mmの平板状であり、その相対密度は99%であった。
(金属球の作製)
作製したTiN金属球成形用治具の上に円柱上の形状のニッケル片0.3gを載せて真空炉の中に載置し、炉内を10Paまで真空引きを行った後、ニッケルの融点1455℃まで加熱して、ニッケルが溶融したことを確認した。このときのぬれ角は130°であった。
The produced TiN metal sphere forming jig was a flat plate with a diameter of 15 mm and a thickness of 5 mm, and the relative density was 99%.
(Production of metal balls)
On the produced TiN metal ball forming jig, 0.3 g of a nickel piece having a cylindrical shape was placed and placed in a vacuum furnace, and the inside of the furnace was evacuated to 10 Pa. Heating to 0 ° C. confirmed that the nickel had melted. The wetting angle at this time was 130 °.

この後炉冷の条件で冷却して金属球を得た。   Thereafter, cooling was performed under furnace cooling conditions to obtain metal balls.

溶融炉の中の状態の写真を図2に示す。溶融したニッケルは球状となっていることが確認でき、取り出したニッケル球の直径は約2〜3mmであった。
<実施例2>
(金属球の作製)
実施例1で作製したTiN金属球成形用治具の上に円柱の形状の錫片0.3gを載せて真空炉の中に載置し、炉内を10Paまで真空引きを行った後、錫の融点231.93℃まで加熱して、錫が溶融したことを確認した。このときのぬれ角は135°であった。
A photograph of the state in the melting furnace is shown in FIG. It was confirmed that the molten nickel had a spherical shape, and the diameter of the extracted nickel sphere was about 2 to 3 mm.
<Example 2>
(Production of metal balls)
After placing 0.3 g of a cylindrical tin piece on the TiN metal sphere forming jig produced in Example 1 and placing it in a vacuum furnace, the inside of the furnace was evacuated to 10 Pa, and then tin It was confirmed that the tin was melted by heating to a melting point of 231.93 ° C. The wetting angle at this time was 135 °.

この後炉冷の条件で冷却して金属球を得た。   Thereafter, cooling was performed under furnace cooling conditions to obtain metal balls.

真空炉の中の状態の写真を図3に示す。溶融した錫は球状となっていることが確認でき、取り出した錫球の直径は約2mmであった。
<実施例3>
実施例1で作製したTiN金属球成形用治具の上に円柱の形状の鉄片1gを載せて真空炉の中に載置し、炉内を10Paまで真空引きを行った後、鉄の融点1535℃まで加熱して、鉄が溶融したことを確認した。このときのぬれ角は100°であった。
A photograph of the state in the vacuum furnace is shown in FIG. It was confirmed that the molten tin was spherical, and the diameter of the extracted tin sphere was about 2 mm.
<Example 3>
A cylindrical iron piece 1 g was placed on the TiN metal ball forming jig produced in Example 1 and placed in a vacuum furnace, and the inside of the furnace was evacuated to 10 Pa. Then, the melting point of iron 1535 Heating to 0 ° C. confirmed that the iron was melted. The wetting angle at this time was 100 °.

この後炉冷の条件で冷却して金属球を得た。   Thereafter, cooling was performed under furnace cooling conditions to obtain metal balls.

真空炉の中の状態の写真を図4に示す。溶融した鉄は球状となっていることが確認でき、取り出した鉄球の直径は約5mmであった。
<実施例4>
実施例1で作製したTiN金属球成形用治具の上に円柱の形状のコバルト片0.7gを載せて真空炉の中に載置し、炉内を10Paまで真空引きを行った後、コバルトの融点1494℃まで加熱して、コバルトが溶融したことを確認した。このときのぬれ角は110°であった。
A photograph of the state in the vacuum furnace is shown in FIG. It was confirmed that the molten iron was spherical, and the diameter of the extracted iron ball was about 5 mm.
<Example 4>
After placing 0.7 g of cylindrical cobalt pieces on the TiN metal sphere forming jig produced in Example 1 and placing it in a vacuum furnace, and evacuating the furnace to 10 Pa, cobalt It was confirmed that the cobalt was melted by heating to a melting point of 1494 ° C. The wetting angle at this time was 110 °.

この後炉冷の条件で冷却して金属球を得た。   Thereafter, cooling was performed under furnace cooling conditions to obtain metal balls.

真空炉の中の状態の写真を図5に示す。溶融したコバルトは球状となっていることが確認でき、取り出したコバルト球の直径は約3mmであった。
<実施例5>
(TiN基複合材料の金属球成形用治具の作製)
TiN粉末と金属粉末を混合したのち、所定の形状となるようプレス成型し、加圧下にて1100℃以上に加熱することでTiN基複合材料の金属球成形用治具を作製した。
A photograph of the state in the vacuum furnace is shown in FIG. It was confirmed that the molten cobalt was spherical, and the diameter of the extracted cobalt sphere was about 3 mm.
<Example 5>
(Preparation of TiN-based composite metal ball forming jig)
After mixing the TiN powder and the metal powder, it was press-molded so as to have a predetermined shape, and heated to 1100 ° C. or higher under pressure to produce a metal ball molding jig of a TiN-based composite material.

作製したTiN基複合材料の金属球成形用治具は直径15mm×厚さ5mmの平板状であり、その相対密度は98%であった。
(金属球の作製)
作製したTiN基複合材料の金属球成形用治具の上に円柱の形状のニッケル片1gを載せて真空炉の中に載置し、炉内を10Paまで真空引きを行った後、ニッケルの融点1455℃まで加熱して、ニッケルが溶融したことを確認した。このときのぬれ角は130°であった。
The produced TiN-based composite metal ball forming jig was a flat plate having a diameter of 15 mm and a thickness of 5 mm, and its relative density was 98%.
(Production of metal balls)
1 g of a cylindrical nickel piece was placed on the TiN-based composite metal ball forming jig, placed in a vacuum furnace, the inside of the furnace was evacuated to 10 Pa, and then the melting point of nickel It heated to 1455 degreeC and it confirmed that nickel was fuse | melted. The wetting angle at this time was 130 °.

この後、真空中にて自然冷却の条件で冷却して金属球を得た。   Then, it cooled on the conditions of natural cooling in the vacuum, and obtained the metal sphere.

真空炉の中の状態の写真を図6に示す。溶融したニッケルは球状となっていることが確認でき、取り出したニッケル球の直径は約5mmであった。   A photograph of the state in the vacuum furnace is shown in FIG. It was confirmed that the molten nickel was spherical, and the diameter of the extracted nickel sphere was about 5 mm.

本発明の金属球成形用治具を用いて成形した金属球を用いることにより、ベアリング球、貴金属を用いた装飾品、ボールミリング用粉砕球、ポンプやバルブの逆止弁、ポーラス体作製のための原料球等の製造を行うことが可能である。   By using metal balls formed using the metal ball forming jig of the present invention, bearing balls, decorative articles using precious metals, ball milling balls, check valves for pumps and valves, and porous body production It is possible to manufacture such raw material balls.

1 治具
2 溶融金属液滴
1 Jig 2 Molten metal droplet

Claims (12)

戴置された固体金属を溶融して液体金属とし、その表面張力により金属球を成形する方法において使用される、固体金属の戴置部を備えた金属球成形用治具であって、該治具は、液体金属とのぬれ角が90°以上であるセラミックスから形成されていることを特徴とする金属球成形用治具。   A metal ball forming jig provided with a solid metal mounting portion, which is used in a method of melting a placed solid metal to form a liquid metal and forming a metal ball by its surface tension. The tool is formed of a ceramic having a wetting angle with a liquid metal of 90 ° or more. セラミックスが窒化チタンを含むことを特徴とする請求項1に記載の金属球成形用治具。   2. The metal ball forming jig according to claim 1, wherein the ceramic includes titanium nitride. セラミックスが更に金属を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の金属球成形用治具。   The metal ball forming jig according to claim 1 or 2, wherein the ceramic further contains a metal. 金属が鉄、コバルト、ニッケル、銅であることを特徴とする請求項3に記載の金属球成形用治具。   The metal ball forming jig according to claim 3, wherein the metal is iron, cobalt, nickel, or copper. 窒化チタンと金属の含有量が、窒化チタンが90質量%以上であり残部が金属であることを特徴とする請求項3または4に記載の金属球成形用治具。   5. The metal ball forming jig according to claim 3, wherein the titanium nitride and metal contents are 90% by mass or more of titanium nitride and the remainder is metal. 相対密度が80%以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の金属球成形用治具。   6. The metal ball forming jig according to claim 1, wherein a relative density is 80% or more. 金属球成形用治具の表面の少なくとも一部に固体金属を戴置するための凹部が形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の金属球成形用治具。   The metal ball forming jig according to claim 1, wherein a recess for placing a solid metal is formed on at least a part of the surface of the metal ball forming jig. 請求項1〜7のいずれかに記載の金属球成形用治具の表面に戴置された固体金属を溶融させて液体金属とし、その表面張力により金属球を形成させた後、冷却することを特徴とする金属球の成形方法。   The solid metal placed on the surface of the metal sphere forming jig according to claim 1 is melted to form a liquid metal, and the metal sphere is formed by the surface tension, and then cooled. A method for forming a metal sphere, which is characterized. 固体金属を溶融する雰囲気が100Pa以下の真空であることを特徴とする請求項8に記載の金属球の成形方法。   The method for forming a metal sphere according to claim 8, wherein the atmosphere for melting the solid metal is a vacuum of 100 Pa or less. 不活性ガスおよび/または活性ガスを導入して金属球の表面を急速に冷却することを特徴とする請求項8または9に記載の金属球の成形方法。   The method for forming a metal sphere according to claim 8 or 9, wherein the surface of the metal sphere is rapidly cooled by introducing an inert gas and / or an active gas. 請求項8〜10のいずれかに記載の成形方法で得られる、直径が0.1mm以上の金属球。   A metal sphere having a diameter of 0.1 mm or more, obtained by the molding method according to claim 8. 金属球の平均直径のばらつきが、目的とする金属球の直径の10%以内であることを特徴とする請求項11に記載の金属球。   The metal sphere according to claim 11, wherein the variation of the average diameter of the metal sphere is within 10% of the diameter of the target metal sphere.
JP2011037544A 2011-02-23 2011-02-23 Metal sphere forming jig, metal sphere forming method using the same, and metal sphere obtained by this forming method Expired - Fee Related JP5688715B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011037544A JP5688715B2 (en) 2011-02-23 2011-02-23 Metal sphere forming jig, metal sphere forming method using the same, and metal sphere obtained by this forming method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011037544A JP5688715B2 (en) 2011-02-23 2011-02-23 Metal sphere forming jig, metal sphere forming method using the same, and metal sphere obtained by this forming method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012170998A true JP2012170998A (en) 2012-09-10
JP5688715B2 JP5688715B2 (en) 2015-03-25

Family

ID=46974394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011037544A Expired - Fee Related JP5688715B2 (en) 2011-02-23 2011-02-23 Metal sphere forming jig, metal sphere forming method using the same, and metal sphere obtained by this forming method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5688715B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6017002A (en) * 1983-07-11 1985-01-28 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Production of composite metallic micro-ball
JPS644402A (en) * 1987-06-26 1989-01-09 Tanaka Precious Metal Ind Production of metallic ball
JPH0472001A (en) * 1990-07-10 1992-03-06 Nippon Steel Corp Manufacture of fine metallic balls
WO1995024113A1 (en) * 1994-03-01 1995-09-08 Sumitomo Special Metals Company Limited Copper ball and method for producing the same
JP2000160201A (en) * 1998-11-26 2000-06-13 Sumitomo Special Metals Co Ltd Manufacture of metallic ball
JP2003268403A (en) * 2002-01-07 2003-09-25 Senju Metal Ind Co Ltd Copper micro-ball and method for manufacturing the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6017002A (en) * 1983-07-11 1985-01-28 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Production of composite metallic micro-ball
JPS644402A (en) * 1987-06-26 1989-01-09 Tanaka Precious Metal Ind Production of metallic ball
JPH0472001A (en) * 1990-07-10 1992-03-06 Nippon Steel Corp Manufacture of fine metallic balls
WO1995024113A1 (en) * 1994-03-01 1995-09-08 Sumitomo Special Metals Company Limited Copper ball and method for producing the same
JP2000160201A (en) * 1998-11-26 2000-06-13 Sumitomo Special Metals Co Ltd Manufacture of metallic ball
JP2003268403A (en) * 2002-01-07 2003-09-25 Senju Metal Ind Co Ltd Copper micro-ball and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP5688715B2 (en) 2015-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI557242B (en) Process for producing a component of a metal alloy with an amorphous phase
CN104259469B (en) The manufacture method of micron and the spherical powder of nano metal
CN112317752B (en) TiZrNbTa high-entropy alloy for 3D printing and preparation method and application thereof
CN101716686B (en) Short-flow preparation method of micro-sized spherical titanium powder
CN111097919B (en) Preparation method of multi-component refractory alloy spherical powder
CN104668807B (en) Spherical low-melting-point brazing filler metal powder manufacturing method
TWI597241B (en) Metal particle and method for producing the same, coated metal particle, metal powder
CN109570521A (en) The method that plasma spheroidization prepares metal powder
CN104968828B (en) Cu-Ga-In-Na targets
CN109759598A (en) A kind of preparation method of 3D printing GH4169 Ni-base Superalloy Powder
WO2019124344A1 (en) Method for producing tial intermetallic compound powder, and tial intermetallic compound powder
JP4425888B2 (en) Nano-spherical particles having a composite structure, powder, and manufacturing method thereof
CN106670482A (en) Preparing method for superfine high-grade spherical GH4133 alloy powder
JP5643541B2 (en) Method for producing metal glass product and composite of different materials
KR101758531B1 (en) Copper-ferrous alloy powder and method for manufacturing the same
CN111570813B (en) Beryllium-aluminum alloy powder and preparation method and application thereof
CN101767201A (en) Method for preparing titanium alloy Ti60 prills by adopting plasma auxiliary rotary electrode
JP5688715B2 (en) Metal sphere forming jig, metal sphere forming method using the same, and metal sphere obtained by this forming method
CN108044122B (en) Preparation method of Nb-Si-based alloy hollow turbine blade
WO2019124047A1 (en) Spherical ti-based powder and manufacturing method therefor
Xie et al. Study on the process of TC4 powders prepared by electrode induction melting gas atomization for laser 3D printing
CN111250693B (en) High-entropy alloy powder for additive remanufacturing and preparation method thereof
JP5139386B2 (en) Nano-spherical particles having a composite structure, powder, and manufacturing method thereof
CN110918974A (en) Titanium alloy powder for 3D printing and preparation method thereof
JP2009215653A (en) Spherical nanoparticle having composite structure, powder and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130904

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140715

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140911

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150113

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150120

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5688715

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R370 Written measure of declining of transfer procedure

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees