JP2017145494A - Metal powder production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属粉末製造装置に関するものである。 The present invention relates to a metal powder manufacturing apparatus.
従来、いわゆる水アトマイズ法を用いて金属粉末を製造する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a method for producing metal powder using a so-called water atomization method is known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に記載されている金属粉末の製造方法では、溶融金属粒に対し液体流を吹き付けて噴霧する液体噴霧法として、水アトマイズ法が用いられている。水アトマイズ法では、噴霧後の冷却速度が速いため、溶融金属が表面張力によって球形化する前に固化させることができる。このため、得られた粉末は不規則形状になり易い。
In the method for producing a metal powder described in
このような課題に対し、特許文献1に記載の発明では、形成された粉末を、融点以上に加熱させた領域を通過させ球形化させるという工程を付加することで解決を試みている。融点以上に加熱された領域とは、プラズマ領域や燃焼ガス領域のことである。
In order to solve such a problem, the invention described in
しかしながら、特許文献1に記載された方法では、プラズマ領域や燃焼ガス領域を設ける必要があり、装置の大型化や高コスト化が避けられない。また、この方法では、一旦固化した金属粉末を再び溶融するため、意図しない組成変化や結晶組織変化を招くおそれがある。さらに、例えばアモルファス金属の粉末を製造する場合、意図しない結晶化を招くおそれがある。
However, in the method described in
本発明の目的は、意図しない性状変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末を製造可能な金属粉末製造装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a metal powder production apparatus capable of producing a metal powder with little unintended property change and sufficient spheroidization.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の金属粉末製造装置は、溶融金属を流下させる溶融金属供給部と、
前記溶融金属供給部の下方に設置され、軸線と鉛直線とのなす角度が0°以上20°以下である上部と、前記上部の下方に設けられる下部であってその最小の内径が前記上部の内径の15%以上85%以下でありかつその軸線と鉛直線とのなす角度が0°以上20°以下である下部と、を含む筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給される溶融金属に向けて流体を噴射し、前記上部内または前記上部の上方において前記溶融金属に衝突させる流体噴射部と、
前記筒状体の前記上部の内周面に沿って冷却液を流出させる冷却液流出部と、
を有することを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The metal powder production apparatus of the present invention includes a molten metal supply unit that causes the molten metal to flow down,
An upper part installed below the molten metal supply unit, the angle between the axis and the vertical line being 0 ° or more and 20 ° or less, and a lower part provided below the upper part, the minimum inner diameter of which is the upper part A cylindrical body that includes a lower portion that is 15% or more and 85% or less of the inner diameter and an angle between the axis and the vertical line is 0 ° or more and 20 ° or less;
A fluid ejecting unit that ejects fluid toward the molten metal supplied from the molten metal supply unit and collides with the molten metal in the upper part or above the upper part;
A coolant outflow portion for allowing the coolant to flow out along the inner peripheral surface of the upper portion of the cylindrical body;
It is characterized by having.
これにより、意図しない性状変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末を製造可能な金属粉末製造装置が得られる。 Thereby, the metal powder manufacturing apparatus which can manufacture the metal powder with few unintended property changes and sufficient spheroidization is obtained.
本発明の金属粉末製造装置では、前記筒状体は、下方に向かって内径が連続して減少している部分を含むことが好ましい。 In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the cylindrical body includes a portion where the inner diameter continuously decreases downward.
これにより、冷却液の流れを阻害することなく、下部を流れる冷却液の旋回流の直径を徐々に小さくすることができるので、適度な冷却液層を形成することができるとともに、上部と下部との境界部における空気をより強く圧縮することができる。その結果、筒状体の全長を短くした場合でも、落下する液滴に十分な落下時間が確保され、十分な球形化が図られる。 As a result, the diameter of the swirling flow of the coolant flowing in the lower portion can be gradually reduced without hindering the flow of the coolant, so that an appropriate coolant layer can be formed and the upper and lower portions can be formed. It is possible to compress the air at the boundary of the air more strongly. As a result, even when the overall length of the cylindrical body is shortened, a sufficient drop time is ensured for the falling droplets, and sufficient spheroidization is achieved.
本発明の金属粉末製造装置では、鉛直方向における前記上部の長さは、前記上部の内径の1倍以上7倍以下であることが好ましい。 In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, the length of the upper part in the vertical direction is preferably 1 to 7 times the inner diameter of the upper part.
これにより、上部の長さが最適化されるため、液滴の自然落下による飛行距離を必要かつ十分に確保することができ、意図しない性状変化の抑制と十分な球形化とが図られる。また、飛行時間が長くなり過ぎるのを防止して、意図しない組成変化や結晶化を防止することができる。その結果、意図しない組成変化や組織変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末を効率よく製造することができる。 Thereby, since the length of the upper part is optimized, the flight distance due to the natural drop of the droplet can be ensured sufficiently and sufficiently, and unintended property change can be suppressed and sufficient spheroidization can be achieved. Further, it is possible to prevent the flight time from becoming too long, and to prevent unintended composition change and crystallization. As a result, it is possible to efficiently produce a metal powder that has few unintentional compositional changes and structural changes and is sufficiently spherical.
本発明の金属粉末製造装置では、鉛直方向における前記下部の長さは、前記上部の内径の2倍以上であることが好ましい。 In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, the length of the lower part in the vertical direction is preferably at least twice the inner diameter of the upper part.
これにより、下部の長さが最適化されるので、下部において冷却液の流れを適度に滞らせることができる。このため、上部と下部との境界部において、継続的に気圧を上昇させることができる。その結果、十分な球形化が図られた金属粉末を効率よく製造することができる。 Thereby, since the length of the lower part is optimized, the flow of the coolant can be moderated in the lower part. For this reason, the atmospheric pressure can be continuously increased at the boundary between the upper part and the lower part. As a result, it is possible to efficiently produce a metal powder that is sufficiently spheroidized.
本発明の金属粉末製造装置では、前記流体は、不活性ガスであることが好ましい。
これにより、比較的熱容量の小さい流体によって溶融金属を分断することができるので、粉末化を図りつつ、その最中に金属が酸化するのを抑制することができる。その結果、液滴の酸化や著しい変形を抑えつつ、溶融金属を分断することができるので、意図しない組成変化がより少なく抑えられ、かつ、球形化が十分に図られた金属粉末を製造することができる。
In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, the fluid is preferably an inert gas.
Thereby, since a molten metal can be parted with a fluid having a relatively small heat capacity, it is possible to suppress the metal from being oxidized during pulverization. As a result, the molten metal can be divided while suppressing the oxidation and significant deformation of the droplets, so that a metal powder with less unintentional compositional change and sufficient spheroidization can be produced. Can do.
本発明の金属粉末製造装置では、前記上部の内部に設けられ、前記冷却液で構成される冷却液層によって側方および下方が取り囲まれている空間を含むことが好ましい。 In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the metal powder manufacturing apparatus includes a space that is provided inside the upper portion and that is surrounded on its sides and below by a coolant layer composed of the coolant.
これにより、上方を除いて気密的に閉じた空間が形成されるので、空間において気圧を上昇させたとき、その気圧が低下し難くなり、一定の気圧を維持し易くなる。その結果、組成や結晶性、球形度においてバラツキの小さい金属粉末を容易に製造することができる。 As a result, a space that is hermetically closed except for the upper side is formed. Therefore, when the atmospheric pressure is increased in the space, the atmospheric pressure is unlikely to decrease, and a constant atmospheric pressure is easily maintained. As a result, a metal powder having small variations in composition, crystallinity, and sphericity can be easily produced.
以下、本発明の金属粉末製造装置について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the metal powder manufacturing apparatus of this invention is demonstrated in detail based on suitable embodiment shown to an accompanying drawing.
図1は、本発明の金属粉末製造装置の実施形態を示す模式図(縦断面図)である。 FIG. 1 is a schematic view (longitudinal sectional view) showing an embodiment of the metal powder production apparatus of the present invention.
図1に示す金属粉末製造装置1は、溶融金属Qをアトマイズ法により粉末化した後、冷却固化させ、金属粉末Rを得るための装置である。この金属粉末製造装置1は、溶融金属Qを供給する溶融金属供給部2(タンディシュ)と、溶融金属供給部2の下方に設けられた筒状体3(冷却容器)と、筒状体3内に冷却液Sを流出させる冷却液流出部4と、流下する溶融金属Qに向けて気体G(流体)を噴射する流体噴射部5(ノズル)と、を有している。以下、各部の構成について詳述する。
A metal
図1に示すように、溶融金属供給部2は、有底筒状をなす部分を有している。この溶融金属供給部2内には、製造すべき金属粉末の原材料を溶融した溶融金属Qが一時的に収容される。このような溶融金属供給部2は、例えば、黒鉛や窒化ケイ素等の耐火性材料で構成されている。また、溶融金属供給部2の外周には、溶融金属Qを加熱し保温するための誘導コイル6が設けられている。
As shown in FIG. 1, the molten metal supply unit 2 has a bottomed cylindrical part. In this molten metal supply part 2, the molten metal Q which melt | dissolved the raw material of the metal powder which should be manufactured is accommodated temporarily. Such a molten metal supply unit 2 is made of a refractory material such as graphite or silicon nitride. In addition, an
溶融金属Qは、いかなる元素を含んでいてもよく、例えばTiおよびAlの少なくとも一方を含んでいるものも用いることができる。これらの元素は活性が高いため、溶融金属Qがこれらの元素を含む場合、空気との接触が短時間であっても容易に酸化してしまい、微細化することが難しくなる。これに対し、金属粉末製造装置1を用いることにより、このような元素を含む溶融金属Qであっても、容易に粉末化することができ、意図しない組成変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Rを製造することができる。
The molten metal Q may contain any element, for example, one containing at least one of Ti and Al can be used. Since these elements have high activity, when the molten metal Q contains these elements, it is easily oxidized even if the contact with the air is a short time, and it is difficult to miniaturize. On the other hand, by using the metal
また、溶融金属供給部2の底部の中央部には、吐出口21が設けられている。この吐出口21からは、溶融金属供給部2内の溶融金属Qが下方に向かって自然落下により吐出される。
A
このような溶融金属供給部2の下方には、内部空間30を含む筒状体3が設けられている。
A
筒状体3は、円筒状をなしている。そして、筒状体3の軸線の長さは、最も大きい内径よりも長くなっている。このため、筒状体3は、鉛直方向に細長い円筒状をなしている。
The
この筒状体3の内部空間30には、後述するように、流体噴射部5からの気体Gにより溶融金属Qを分断(飛散)させて形成された多数の液滴Q1が供給されるとともに、冷却液流出部4から供給された冷却液Sにより冷却液層S1が形成されている。液滴Q1が冷却液層S1に接触すると、液滴Q1が冷却され、固化に至る。このようにして製造された金属粉末Rは、冷却液Sとともに回収タンク9に回収される。
As will be described later, the
なお、筒状体3の軸線に直交する方向で切断したときの内径側の断面形状は、例えば真円、楕円、長円等の円形とされるが、好ましくは真円とされる。
The cross-sectional shape on the inner diameter side when cut in a direction perpendicular to the axis of the
このような筒状体3の上側(上端部付近)には、環状の蓋部材7が設けられている。この蓋部材7上には、蓋部材7の中央部の開口を通じて筒状体3の内部空間30に気体Gを噴射し得るように流体噴射部5が設けられている。
An annular lid member 7 is provided on the upper side (near the upper end) of the
また、筒状体3の上端部付近には、その周方向に沿って冷却液流出部4が設けられている。冷却液流出部4は、蓋部材7の周方向に沿ってほぼ等間隔で並設された複数(図1では2個)の冷却液流出口41で構成されている。
Further, a coolant outflow portion 4 is provided in the vicinity of the upper end portion of the
各冷却液流出口41は、筒状体3の内周面の接線方向に向けて冷却液Sを流出させることにより、冷却液Sを筒状体3の周方向に旋回させることができる。これにより、冷却液Sは筒状体3の内壁面に冷却液層S1を形成する。
Each cooling
このように各冷却液流出口41を構成することで、筒状体3内での冷却液Sの流れを安定化させることができる。その結果、筒状体3内において十分な厚さの冷却液層S1を形成することができ、冷却液層S1に接触した液滴Q1を効率よく冷却することができる。また、常に移動(旋回)している冷却液層S1に対して液滴Q1を接触させることにより、冷却液Sによる冷却能力が高まる。その結果、液滴Q1の冷却速度をより高めることができる。
By configuring each cooling
なお、冷却液流出口41から流出する冷却液Sの流出方向は、筒状体3の内周面の接線方向に限定されず、鉛直線と平行な方向(鉛直方向)であってもよく、接線方向と鉛直方向の双方に傾斜した方向であってもよい。また、冷却液流出口41の設置数も、特に限定されず、3個以上であってもよい。
In addition, the outflow direction of the cooling liquid S flowing out from the cooling
また、冷却液Sには、水や油等が用いられ、必要に応じて、還元剤等の添加剤が添加されていてもよい。 Moreover, water, oil, etc. are used for the cooling liquid S, and additives, such as a reducing agent, may be added as needed.
なお、図示しないが、各冷却液流出口41は、冷却液供給管を介して冷却液タンクと接続されており、冷却液供給管の途中にはポンプが設けられている。これにより、ポンプを作動させることで、冷却液タンク内の冷却液Sを冷却液供給管を介して各冷却液流出口41に供給することができ、加圧された冷却液Sを各冷却液流出口41から流出(噴射)させることができる。
Although not shown, each
冷却液流出部4の上方には、流体噴射部5(ガスジェットノズル)が設けられている。
流体噴射部5から噴射される流体としては、気体または液体が挙げられる。気体としては、例えば窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス、アンモニア分解ガスのような還元性ガス、空気等が挙げられる。一方、液体としては、例えば水や水に添加剤を添加したもの等が挙げられる。
A fluid ejecting section 5 (gas jet nozzle) is provided above the coolant outflow section 4.
Examples of the fluid ejected from the
このうち、流体としては、気体を用いるのが好ましく、特に不活性ガスを用いるのがより好ましい。これにより、比較的熱容量の小さい流体によって溶融金属Qを分断することができるので、流体として液体を用いる場合に比べて冷却速度を適度に抑えつつ、粉末化を図ることができるとともに、その最中に金属が酸化するのを抑制することができる。その結果、液滴Q1の酸化や著しい変形を抑えつつ、溶融金属Qを分断することができるので、意図しない組成変化や組織変化(性状変化)がより少なく抑えられ、かつ、球形化が十分に図られた金属粉末を製造することができる。 Among these, as the fluid, it is preferable to use a gas, and it is particularly preferable to use an inert gas. Thereby, since the molten metal Q can be divided by a fluid having a relatively small heat capacity, it is possible to achieve pulverization while moderately suppressing the cooling rate as compared with the case where a liquid is used as the fluid. It is possible to suppress the metal from being oxidized. As a result, the molten metal Q can be divided while suppressing the oxidation and significant deformation of the droplet Q1, so that unintended composition change and structural change (properties change) can be suppressed and spheroidization can be sufficiently achieved. The illustrated metal powder can be produced.
流体噴射部5は、図1に示すように、前述した溶融金属供給部2の吐出口21と同軸上に設けられた溶湯ノズル51と、溶湯ノズル51の外周に沿って設けられたガス室52と、ガス室52に連通する複数の流体噴射口53と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
溶湯ノズル51は、鉛直方向に沿って貫通するように形成された溶湯ノズル孔511を有している。また、溶湯ノズル51は、耐火材で構成されている。
The
このような溶湯ノズル51は、前述した溶融金属供給部2の吐出口21から流下した溶融金属Qを一旦受け止め、その後、溶湯ノズル孔511を通じて筒状体3内へ流下させる。溶湯ノズル孔511を通過した溶融金属Qの横断面形状および横断面積は、溶湯ノズル孔511の横断面積および横断面形状に応じたものとなる。
Such a
このような溶湯ノズル51の外周側には、その周方向に沿って環状をなすガス室52が設けられている。このガス室52には、外部から図示しないガス供給管を介して、高圧の気体Gが供給されるようになっている。
On the outer peripheral side of such a
また、ガス室52の下側には、その周方向に沿って並設された複数の流体噴射口53が設けられている。各流体噴射口53は、前述したガス室52に連通しており、気体Gを噴射するようになっている。
A plurality of
本実施形態に係る複数の流体噴射口53は、後に詳述するが、溶湯ノズル51の軸線を中心とする同一円周上に設けられている。このような複数の流体噴射口53は、いずれも、これらの下方における溶湯ノズル51の軸線上のほぼ同位置に向けて気体Gを噴射するように形成されている。
The plurality of
溶湯ノズル51の溶湯ノズル孔511から流下した溶融金属Qは、複数の気体Gが集中(集束)している位置において、気体Gと衝突し、分断されて複数の液滴Q1となる。複数の液滴Q1は、落下して冷却液層S1に衝突し、さらに分断されて微細化されるとともに冷却固化し、金属粉末R(複数の金属粒子の集合体)が得られる。
The molten metal Q flowing down from the molten
ここで、本実施形態では、筒状体3が、蓋部材7の下方に位置する上部31と、上部31の下端に連続して設けられた下部32と、を含んでいる。
Here, in this embodiment, the
このうち、上部31は、その軸線A1が、鉛直方向に沿うように構成されている。具体的には、軸線A1と鉛直線VLとのなす角度が0°以上20°以下になるように、上部31が配置されている。なお、図1では、一例として、軸線A1と鉛直線VLとのなす角度が0°である金属粉末製造装置1について図示している。
Of these, the
本明細書における軸線A1とは、円筒状をなす上部31の軸を含む直線のことをいい、鉛直線VLとは、重力の方向を示す直線のことをいう。
In the present specification, the axis A1 refers to a straight line including the axis of the
また、下部32は、その軸線A2が、鉛直方向に沿うように構成されている。具体的には、軸線A2と鉛直線VLとのなす角度が0°以上20°以下となるように、下部32が配置されている。なお、図1では、一例として、軸線A2と鉛直線VLとのなす角度が0°である金属粉末製造装置1について図示している。
Moreover, the
さらに、下部32は、その最小の内径d2が、上部31の内径d1の15%以上85%以下になるように設定されている。
Further, the
以上のような上部31および下部32を備える筒状体3が設けられた金属粉末製造装置1によれば、意図しない組成変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Rを製造することができる。
According to the metal
すなわち、上部31の軸線A1と鉛直線VLとのなす角度が前記範囲内であることにより、液滴Q1の飛行距離を比較的長く確保することができる。これは、軸線A1と鉛直線VLとのなす角度が前記範囲内であれば、軸線A1が鉛直方向と平行に近い状態で上部31が配置されることとなる。このような状態では、液滴Q1の自然落下による飛行方向が、軸線A1とほぼ平行になるため、筒状体3の上下方向に沿って十分な飛行距離を確保することができる。換言すれば、筒状体3の内周面のうち、側面には冷却液層S1が形成されているので、その分、水平方向の飛行距離が短くなる。これに対し、筒状体3の上下方向では、鉛直方向に細長い形状を最大限に利用することができるので、十分な飛行距離が確保される。その結果、液滴Q1は、十分に長い飛行距離を飛行することとなり、それによって十分に長い飛行時間が確保される。このため、飛行の間に、表面張力による液滴Q1の球形化が十分に進行し、最終的に十分な球形化が図られた金属粉末Rが得られる。
That is, when the angle between the axis A1 of the
なお、軸線A1と鉛直線VLとがなす角度は、0°以上20°以下とされるが、好ましくは0°以上10°以下とされる。軸線A1と鉛直線VLとがなす角度が前記上限値を上回ると、軸線A1が鉛直線VLに対して比較的大きく傾いた状態となる。このため、溶融金属Qが気体Gに衝突して飛散するときの広がり方を考慮すれば、液滴Q1の多くが上部31の内壁のうち、側面に形成された冷却液層S1に突入する確率が高くなるおそれがある。その結果、十分に長い飛行距離を確保することができなくなり、液滴Q1の球形化が不十分になるため、最終的に得られる金属粉末Rの球形化が不十分になるおそれがある。
The angle formed between the axis A1 and the vertical line VL is 0 ° or more and 20 ° or less, and preferably 0 ° or more and 10 ° or less. When the angle formed between the axis A1 and the vertical line VL exceeds the upper limit value, the axis A1 is relatively inclined with respect to the vertical line VL. For this reason, when considering how the molten metal Q spreads when it collides with the gas G and scatters, the probability that many of the droplets Q1 enter the cooling liquid layer S1 formed on the side surface of the inner wall of the
また、下部32の最小の内径d2は、上部31の内径d1の15%以上85%以下に設定されるが、好ましくは内径d1の25%以上80%以下に設定され、より好ましくは内径d1の35%以上75%以下に設定される。これにより、上部31から下部32への境界部において内径が減少するため、冷却液Sが境界部に集中するとき、その近傍において内部の空気が圧縮され易くなる。このため、筒状体3の内部空間30のうち、上部31と下部32との境界部近傍では、気圧が上がることとなる。その結果、その近傍を落下する液滴Q1の飛行速度(落下速度)が低下し、液滴Q1の飛行時間をより長く確保することができる。これにより、最終的により球形化が図られた金属粉末Rが得られる。
The minimum inner diameter d2 of the
加えて、内部空間30の気圧が上がることにより、飛行する液滴Q1にも圧縮される力が加わる。この力を受けた液滴Q1は、最も小さな表面積になるように変形する。すなわち、液滴Q1は、真球に近づくように変形する。かかる観点からも、金属粉末Rの球形化が図られることとなる。
In addition, as the atmospheric pressure in the
なお、金属粉末Rを製造中の内部空間30の気圧は、最大で大気圧の101%以上であるのが好ましく、110%以上500%以下であるのがより好ましい。これにより、前述したような効果がより顕著になる。
In addition, it is preferable that the atmospheric | air pressure of the
また、内径d1は、特に限定されないが、好ましくは5cm以上200cm以下程度とされ、より好ましくは10cm以上100cm以下程度とされる。 Further, the inner diameter d1 is not particularly limited, but is preferably about 5 cm to 200 cm, more preferably about 10 cm to 100 cm.
また、下部32の最小の内径d2が前記下限値を下回ると、下部32の最小の内径d2が小さくなり過ぎるので、下部32を単位時間に通過し得る冷却液Sの量が小さくなる。このため、金属粉末Rの製造効率が低下するとともに、冷却液流出口41から流出させる冷却液Sの量を制限せざるを得なくなるため、液滴Q1の冷却速度が低下するとともに、内部空間30における気圧の上昇が制限される。その結果、液滴Q1の冷却や球形化が不十分になるおそれがある。また、冷却液Sの量を制限しないと、上部31に多量の冷却液Sが溜まってしまい、金属粉末の製造ができなくなるおそれがある。
If the minimum inner diameter d2 of the
一方、下部32の最小の内径d2が前記上限値を上回ると、下部32の内径d2が大きくなり過ぎるので、下部32を単位時間に通過し得る冷却液Sの量が大きくなるとともに空気が抜け易くなる。このため、内部空間30において空気が圧縮され難くなり、落下する液滴Q1の飛行速度(落下速度)が低下し難くなる。その結果、液滴Q1の球形化が不十分になるおそれがある。加えて、下部32を単位時間に通過し得る冷却液Sの量が大きくなることで、下部32の上方に下部32の内部空間を覆うような冷却液層S1が形成され難くなるため、液滴Q1の冷却速度が低下するおそれがある。
On the other hand, when the minimum inner diameter d2 of the
なお、前述したように、下部32の最小の内径d2が前記範囲内であることにより、下部32の上方に下部32の内部空間を覆うような冷却液層S1が形成され易くなる。このため、筒状体3の内部空間30には、側方と下方とを冷却液層S1で囲んだ空間が形成されることになり、実質的にほぼ全ての液滴Q1を冷却液層S1に接触させることができるようになる。その結果、冷却速度のバラツキが小さく、それに伴って品質の揃った金属粉末Rが得られる。
As described above, since the minimum inner diameter d2 of the
また、軸線A2と鉛直線VLとがなす角度は、0°以上20°以下とされるが、好ましくは0°以上10°以下とされる。軸線A2と鉛直線VLとがなす角度が前記上限値を上回ると、冷却液層S1が途切れ易くなり、下部32を通じて内部空間30の空気が抜け易くなるため、内部空間30において気圧が上昇し難くなる。このため、液滴Q1の冷却や球形化が不十分になるおそれがある。
The angle formed between the axis A2 and the vertical line VL is 0 ° or more and 20 ° or less, and preferably 0 ° or more and 10 ° or less. When the angle formed between the axis A2 and the vertical line VL exceeds the upper limit value, the coolant layer S1 is easily interrupted, and air in the
以上のような金属粉末製造装置1は、意図しない組成変化や組織変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Rを製造し得るという効果を奏する。
The metal
また、上部31は、鉛直方向に沿ってその内径が変化していてもよいが、図1に示すように一定であってもよい。後者の場合、上部31の内部に十分な大きさの空間を形成することができるとともに、上部31の内壁には厚さのバラツキが少ない冷却液層S1を形成し易くなる。その結果、最終的に十分な球形化が図られるとともに、品質の揃った金属粉末Rが得られる。
Further, the inner diameter of the
なお、内径が変化している場合、内径d1は、上部31の下端の内径とする。そして、上部31の内径は、内径d1の0.9以上1.1以下であるのが好ましい。これにより、上記と同様の効果が得られる。
When the inner diameter is changed, the inner diameter d1 is the inner diameter of the lower end of the
一方、下部32は、鉛直方向に沿ってその内径が一定であってもよいが、鉛直下方に向かうにつれて内径が徐々に減少している部分を含むのが好ましい。これにより、冷却液Sの流れを阻害することなく、下部32を流れる冷却液Sの旋回流の直径を徐々に小さくすることができるので、適度な冷却液層S1を形成することができるとともに、上部31と下部32との境界部における空気をより強く圧縮することができる。その結果、筒状体3の全長を短くした場合でも、落下する液滴Q1に十分な落下時間が確保され、十分な球形化が図られる。
On the other hand, the inner diameter of the
下部32の内径が徐々に減少している部分321(図1参照)については、下部32の全てを占めていてもよいが、その長さL3が下部32の長さL2の10%以上90%以下であるのが好ましく、20%以上80%以下であるのがより好ましい。これにより、かかる部分321において内径の減少率が最適化され、冷却液層S1が途切れ難くなる。このため、適度な冷却液層S1を形成することと、冷却液Sの流速を確保して内部空間30の気圧を上昇させることと、を両立させることができる。その結果、意図しない組成変化や組織変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Rを製造することができる。
The portion 321 (see FIG. 1) in which the inner diameter of the
そして、下部32が、内径が徐々に減少している部分321を含む場合、残る部分については内径が一定であるのが好ましい。内径が一定である部分322(図1参照)の内径は、上部31の内径d1の15%以上85%以下であるのが好ましく、20%以上80%以下であるのがより好ましく、25%以上75%以下であるのがさらに好ましい。これにより、下部32を空気が特に抜け難くなるので、内部空間30において空気がより圧縮され易くなり、落下する液滴Q1の飛行速度をより低下させることができる。
And when the
また、鉛直方向における上部31の長さL1は、特に限定されないが、上部31の内径d1の1倍以上7倍以下であるのが好ましく、1.5倍以上5倍以下であるのがより好ましく、2倍以上4倍以下であるのがさらに好ましい。これにより、上部31の長さL1が最適化されるため、液滴Q1の自然落下による飛行距離を必要かつ十分に確保することができ、意図しない性状変化の抑制と十分な球形化とが図られる。また、飛行時間が長くなり過ぎるのを防止して、意図しない組成変化や結晶化を防止することができる。その結果、意図しない組成変化や組織変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Rを効率よく製造することができる。
The length L1 of the
また、鉛直方向における下部32の長さL2は、特に限定されないが、上部31の内径d1の2倍以上であるのが好ましく、3倍以上10倍以下であるのがより好ましい。これにより、下部32の長さL2が最適化されるので、下部32において冷却液Sの流れを適度に滞らせることができる。このため、上部31と下部32との境界部において、継続的に気圧を上昇させることができる。その結果、十分な球形化が図られた金属粉末Rを効率よく製造することができる。
The length L2 of the
なお、長さL2が前記下限値を下回ると、気圧の上昇が間欠的になり易くなり、球形化が不十分になるおそれがある。一方、長さL2が前記上限値を上回っても、球形化には問題ないが、金属粉末Rの製造効率が低下するおそれがある。 If the length L2 is less than the lower limit value, the increase in atmospheric pressure is likely to be intermittent, and the spheroidization may be insufficient. On the other hand, even if the length L2 exceeds the upper limit, there is no problem in the spheroidization, but the production efficiency of the metal powder R may be reduced.
また、上部31の軸線A1と下部32の軸線A2とがなす角度は、10°以下であるのが好ましく、5°以下であるのがより好ましい。これにより、上部31と下部32との間において冷却液層S1がほぼ連続的に形成される。このため、内部空間30において気圧の上昇をより図り易くなる。その結果、液滴Q1のさらなる球形化を図ることができる。また、液滴Q1をムラなく冷却することができ、液滴Q1の意図しない組成変化や組織変化が抑えられる。すなわち、例えば酸化量(酸素含有量)等の組成や結晶性のバラツキを最小限に留めることができる。
Further, the angle formed by the axis A1 of the
また、図1に示す上部31の内部では、側面(側方)と底面(下方)とにそれぞれ冷却液層S1が形成されている。すなわち、下部32の上方に冷却液層S1が形成されると、下部32の内部空間を冷却液層S1によって覆うことができ、筒状体3の内部空間30には、上方を除いて冷却液層S1で囲まれた空間が形成され易い。かかる内部空間30は、上方を除いて気密的に閉じた空間であるといえる。このため、内部空間30において気圧を上昇させたとき、その気圧が低下し難くなり、一定の気圧を維持し易くなる。その結果、組成や結晶性、球形度においてバラツキの小さい金属粉末Rを容易に製造することができる。
Further, in the
ここで、図2は、図1に示す金属粉末製造装置1のうち、流体噴射口53近傍を拡大して示す斜視図である。
Here, FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the vicinity of the
前述したように、本実施形態では、複数の流体噴射口53が、溶湯ノズル51の軸線A3を中心とする同一円周上に設けられている(図2参照)。加えて、複数の流体噴射口53は、その開口面積が互いに異なっていてもよいが、本実施形態では互いに同じになっている。複数の流体噴射口53は、それぞれ同一のガス室52に連通しているため、本実施形態に係る複数の流体噴射口53からは互いに同じ流速および流量で気体Gが噴射される。そして、複数の流体噴射口53からそれぞれ噴射された気体Gは、溶湯ノズル51の軸線A3上に位置する同一の位置に集束している。このため、気体Gは、溶湯ノズル51の軸線A3と同一の軸線を有する円錐状に広がることとなる。
As described above, in the present embodiment, the plurality of
その上で、気体Gの集束位置に溶融金属Qが衝突すると、形成された液滴Q1は、気体Gとともに円錐状に広がる。 Then, when the molten metal Q collides with the converging position of the gas G, the formed droplet Q1 spreads along with the gas G in a conical shape.
一方、前述したように、筒状体3の上部31の軸線A1と鉛直線VLとのなす角度は、比較的小さい角度範囲に収まっている。このため、気体Gとともに円錐状に広がった液滴Q1が自然落下するとき、内部空間30の形状を利用して適度な飛行距離(飛行時間)が確保される。その結果、液滴Q1の多くについて十分な球形化を図ることができる。
なお、流体噴射口53の構成は、図2に示すものに限定されない。
On the other hand, as described above, the angle formed by the axis A1 of the
The configuration of the
図3は、図1に示す金属粉末製造装置の変形例を示す縦断面図である。なお、図3では、装置の構成を一部省略して図示している。
図3に示す金属粉末製造装置1では、下部32の下流側、すなわち上部31とは反対側に、金属粉末Rを冷却液Sとともに排出するための排出管8が接続されている。この排出管8は、回収タンク9に接続される。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a modification of the metal powder production apparatus shown in FIG. In FIG. 3, a part of the configuration of the apparatus is omitted.
In the metal
そして、回収タンク9に回収された金属粉末Rと冷却液Sとの混合物は、脱液装置等に供されることにより、金属粉末Rを分離することができる。分離された金属粉末Rは、乾燥装置等で乾燥される。 The mixture of the metal powder R and the cooling liquid S recovered in the recovery tank 9 can be separated from the metal powder R by being supplied to a liquid removal device or the like. The separated metal powder R is dried by a drying device or the like.
以上説明したような金属粉末製造装置1によれば、意図しない組成変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末Rを得ることができる。
According to the metal
以上、本発明の金属粉末製造装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。 As mentioned above, although the metal powder manufacturing apparatus of this invention was demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to these.
例えば、本発明の金属粉末製造装置では、前記実施形態に係る各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。 For example, in the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, the configuration of each part according to the embodiment can be replaced with any configuration that exhibits the same function, and any configuration can be added. .
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.金属粉末の製造
(実施例1)
<1>まず、図1に示す金属粉末製造装置を用意した。なお、金属粉末製造装置の構成については表1に示す通りである。また、流体噴射部から噴射する流体には窒素ガスを用い、冷却液流出部から流出させる冷却液には水道水を使用した。そして、筒状体内に常時空間ができるように流速を調整した。また、筒状体の下部のうち、上部との接続部近傍では、内径が徐々に変化するようにした。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Production of metal powder (Example 1)
<1> First, a metal powder production apparatus shown in FIG. 1 was prepared. The configuration of the metal powder production apparatus is as shown in Table 1. Moreover, nitrogen gas was used for the fluid ejected from the fluid ejecting section, and tap water was used for the coolant flowing out from the coolant outflow section. And the flow rate was adjusted so that a space was always formed in the cylindrical body. In addition, the inner diameter gradually changes in the vicinity of the connection portion with the upper portion of the lower portion of the cylindrical body.
<2>次に、溶融金属供給部に原材料としてSUS304Lのインゴットを投入し、溶解させて溶融金属を作製した。 <2> Next, an ingot of SUS304L was introduced as a raw material into the molten metal supply section and melted to prepare a molten metal.
<3>次に、金属粉末製造装置の作動により、金属粉末を製造した。なお、金属粉末の製造中、筒状体の内部では、側方および下方が冷却液層によって囲まれた状態になっていた。 <3> Next, metal powder was manufactured by the operation of the metal powder manufacturing apparatus. During the production of the metal powder, the side and the lower side were surrounded by the cooling liquid layer inside the cylindrical body.
(実施例2〜12)
金属粉末製造装置の構成を表1に示すように変更した以外は、それぞれ実施例1と同様にして金属粉末を得た。
(Examples 2 to 12)
A metal powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the configuration of the metal powder production apparatus was changed as shown in Table 1.
(比較例1〜10)
金属粉末製造装置の構成を表1に示すように変更した以外は、それぞれ実施例1と同様にして金属粉末を得た。
(Comparative Examples 1-10)
A metal powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the configuration of the metal powder production apparatus was changed as shown in Table 1.
2.金属粉末の評価
2.1 球形度の評価
各実施例および各比較例で製造した金属粉末に分級処理を施した。
2. 2. Evaluation of metal powder 2.1 Evaluation of sphericity The metal powder produced in each Example and each Comparative Example was classified.
次いで、分級した金属粉末について、レーザー回折式粒度分布測定装置により、質量基準の粒度分布を得た。そして、粒度分布の小径側から累積50%における粒径を平均粒径として求めたところ、各実施例および各比較例のいずれも7.5〜8.5μmの範囲内であった。 Subsequently, about the classified metal powder, the particle size distribution of mass reference | standard was obtained with the laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus. And when the particle diameter in accumulation 50% was calculated | required as an average particle diameter from the small diameter side of a particle size distribution, all of each Example and each comparative example were in the range of 7.5-8.5 micrometers.
次いで、分級した金属粉末について、タップ密度を測定した。なお、金属粉末のタップ密度は、JIS Z 2512(2012)に規定された金属粉のタップ密度測定方法に準拠する方法により測定した。また、タップ密度は、金属粉末の粒子の球形度と粒度分布とに関係しているため、タップ密度を評価することによって球形度および粒度分布を間接的に評価することができる。
測定したタップ密度を表1に示す。
Subsequently, the tap density was measured about the classified metal powder. In addition, the tap density of metal powder was measured by the method based on the tap density measurement method of the metal powder prescribed | regulated to JISZ2512 (2012). Further, since the tap density is related to the sphericity and particle size distribution of the metal powder particles, the sphericity and the particle size distribution can be indirectly evaluated by evaluating the tap density.
Table 1 shows the measured tap density.
2.2 流動度の評価
各実施例および各比較例で製造した金属粉末について、JIS Z 2502:2012に規定の金属粉の流動性試験方法により流動度[秒]を測定した。
2.2 Evaluation of fluidity About the metal powder manufactured by each Example and each comparative example, fluidity [second] was measured by the fluidity test method of the metal powder prescribed | regulated to JISZ2502: 2012.
2.3 製造歩留まり(良品率)の評価
各実施例および各比較例で製造した金属粉末について、走査型電子顕微鏡により倍率500倍で観察した。
2.3 Evaluation of production yield (non-defective product rate) The metal powders produced in each Example and each Comparative Example were observed with a scanning electron microscope at a magnification of 500 times.
次いで、5つの視野について画像を撮影し、得られた画像において、球状粒子と、球状粒子以外の粒子(異形粒子)と、をそれぞれ特定した。 Next, images were taken for five fields of view, and spherical particles and particles other than spherical particles (deformed particles) were specified in the obtained images.
そして、球状粒子の数および異形粒子の数を計測した後、下記式により良品率を算出した。
良品率[%]=球状粒子の数/(球状粒子の数+異形粒子の数)×100
And after measuring the number of spherical particles and the number of irregularly shaped particles, the yield rate was calculated by the following formula.
Non-defective product rate [%] = number of spherical particles / (number of spherical particles + number of irregularly shaped particles) × 100
なお、球状粒子および異形粒子は、画像において特定された粒子像の周囲長、および、かかる粒子像と等しい面積を持つ真円の周囲長から、以下のようにして算出された円形度に基づいて分類される。
円形度=(粒子像と等しい面積を持つ真円の周囲長)/(粒子像の周囲長)
具体的には、円形度が0.9以上のものを「球状粒子」とし、円形度が0.9未満のものを「異形粒子」とする。
The spherical particles and irregularly shaped particles are based on the circularity calculated as follows from the circumference of the particle image specified in the image and the circumference of a perfect circle having the same area as the particle image. being classified.
Circularity = (perimeter of a perfect circle having the same area as the particle image) / (perimeter of the particle image)
Specifically, particles having a circularity of 0.9 or more are referred to as “spherical particles”, and particles having a circularity of less than 0.9 are referred to as “irregular particles”.
表1から明らかなように、各実施例で製造した金属粉末は、いずれも、各比較例で製造した金属粉末に比べてタップ密度が高いことが認められた。このことは、金属粉末の粒子の球形度が高いこと、および、金属粉末の粒度分布がある程度広いことを示している。 As is clear from Table 1, it was confirmed that the metal powder produced in each example had a higher tap density than the metal powder produced in each comparative example. This indicates that the sphericity of the metal powder particles is high and the particle size distribution of the metal powder is somewhat wide.
また、下部の最小の内径d2を最適化することによって、流動度についても高められる(流動に要する時間を短くすることができる)ことが認められた。さらには、各粒子の形状について着目したとき、球形度が高い粒子の割合(良品率)が高いことが認められた。これらのことから、各実施例で製造した金属粉末は、各粒子の球形度が高いことによって、タップ密度および流動度が高くなっていると言える。 It was also found that by optimizing the minimum inner diameter d2 at the bottom, the fluidity can also be increased (the time required for flow can be shortened). Furthermore, when paying attention to the shape of each particle, it was recognized that the ratio of particles having a high sphericity (non-defective product rate) was high. From these facts, it can be said that the metal powder produced in each example has high tap density and fluidity due to high sphericity of each particle.
また、表1には記載していないものの、各実施例で製造した金属粉末は、いずれも、再溶融処理を行うような従来の製造方法で製造された金属粉末に比べて、酸素濃度が低いことが認められた。 Moreover, although not described in Table 1, each of the metal powders manufactured in each example has a lower oxygen concentration than a metal powder manufactured by a conventional manufacturing method in which remelting treatment is performed. It was recognized that
よって、本発明によれば、意図しない性状変化が少なく、かつ、十分な球形化が図られている金属粉末を製造し得ることが認められた。 Therefore, according to the present invention, it was recognized that a metal powder with little unintended property change and sufficient spheroidization could be produced.
また、流体噴射部から噴射する気体をアルゴンガスに変更した以外、各実施例および各比較例と同様にして金属粉末を製造したが、評価結果は上記と同様の傾向を示した。 Moreover, the metal powder was produced in the same manner as in each of the examples and the comparative examples except that the gas ejected from the fluid ejecting unit was changed to argon gas, but the evaluation results showed the same tendency as described above.
1…金属粉末製造装置、2…溶融金属供給部、3…筒状体、4…冷却液流出部、5…流体噴射部、6…誘導コイル、7…蓋部材、8…排出管、9…回収タンク、21…吐出口、30…内部空間、31…上部、32…下部、41…冷却液流出口、51…溶湯ノズル、52…ガス室、53…流体噴射口、321…部分、322…部分、511…溶湯ノズル孔、A1…軸線、A2…軸線、A3…軸線、G…気体、L1…長さ、L2…長さ、L3…長さ、Q…溶融金属、Q1…液滴、R…金属粉末、S…冷却液、S1…冷却液層、VL…鉛直線、d1…内径、d2…内径
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記溶融金属供給部の下方に設置され、軸線と鉛直線とのなす角度が0°以上20°以下である上部と、前記上部の下方に設けられる下部であってその最小の内径が前記上部の内径の15%以上85%以下でありかつその軸線と鉛直線とのなす角度が0°以上20°以下である下部と、を含む筒状体と、
前記溶融金属供給部から供給される溶融金属に向けて流体を噴射し、前記上部内または前記上部の上方において前記溶融金属に衝突させる流体噴射部と、
前記筒状体の前記上部の内周面に沿って冷却液を流出させる冷却液流出部と、
を有することを特徴とする金属粉末製造装置。 A molten metal supply section for flowing down the molten metal;
An upper part installed below the molten metal supply unit, the angle between the axis and the vertical line being 0 ° or more and 20 ° or less, and a lower part provided below the upper part, the minimum inner diameter of which is the upper part A cylindrical body that includes a lower portion that is 15% or more and 85% or less of the inner diameter and an angle between the axis and the vertical line is 0 ° or more and 20 ° or less;
A fluid ejecting unit that ejects fluid toward the molten metal supplied from the molten metal supply unit and collides with the molten metal in the upper part or above the upper part;
A coolant outflow portion for allowing the coolant to flow out along the inner peripheral surface of the upper portion of the cylindrical body;
The metal powder manufacturing apparatus characterized by having.
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