JP2018083965A - 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、水アトマイズ法やガスアトマイズと高速回転水流とを用いたＳＷＡＰ法を用いて、アモルファス状態の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）。これらの方法では、水やガスを噴射して溶融金属を粉砕することにより、溶融金属粉末を冷却凝固させてアモルファス状態の金属粉末を製造することができる。 Conventionally, a method for producing an amorphous metal powder using a water atomization method or a SWAP method using gas atomization and a high-speed rotating water flow is known (for example, see Patent Document 1). In these methods, the molten metal powder can be cooled and solidified by spraying water or gas to pulverize the molten metal, thereby producing an amorphous metal powder.
また、特許文献１では、さらに、ジェットバーナーを用いることにより、溶融金属粉末を得ることが開示されている。すなわち、溶融金属または金属線材に対してフレームジェットを噴射することにより、溶融金属粉末が得られること、そして、得られた溶融金属粉末に向かって冷却媒体を噴射することにより、溶融金属粉末を急速に冷却し、アモルファス状態の金属粉末を得ることが開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、冷却媒体の熱容量が不足しているため、十分な冷却速度を確保することが難しい。このため、溶融金属の組成によっては、十分なアモルファス状態に到達させることができず、アモルファス化の程度が低くなるという課題がある。
However, in the method described in
本発明の目的は、アモルファス化の程度が高い金属粉末を容易に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 easily producing metal powder having a high degree of amorphization.
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、軸線と水平面とのなす角度が０°以上３０°以下である水平部分を含む筒状体と、
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する流体噴射部と、
前記筒状体の前記水平部分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,
A cylindrical body that is installed below the molten metal supply unit and includes a horizontal portion in which an angle formed between an axis and a horizontal plane is 0 ° to 30 °;
A fluid ejection unit that ejects fluid toward the molten metal supplied from the molten metal supply unit;
A coolant outflow portion for allowing the coolant to flow out along the inner peripheral surface of the horizontal portion of the cylindrical body;
It is characterized by having.
これにより、溶融金属が流体と衝突することによって発生した液滴が水平部分の内側を飛行するときの飛行距離が短くなるとともに、時間的なバラツキを抑えられつつ冷却液に到達し、固化に至るので、アモルファス化の程度が高い金属粉末が得られる。 This shortens the flight distance when droplets generated by the collision of the molten metal with the fluid fly inside the horizontal portion, reach the cooling liquid while suppressing temporal variation, and solidify. Therefore, a metal powder having a high degree of amorphization can be obtained.
本発明の金属粉末製造装置では、前記流体噴射部は、前記筒状体の内側において前記溶融金属と前記流体とを衝突させるように構成されていることが好ましい。 In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the fluid ejecting unit is configured to cause the molten metal and the fluid to collide inside the cylindrical body.
これにより、溶融金属が流体と衝突することによって発生した液滴が冷却液に到達するまでの時間を短縮することができる。その結果、液滴の冷却速度を大きく高めることができ、アモルファス化の程度が高い金属粉末を効率よく製造することができる。 Thereby, time until the droplet generated when the molten metal collides with the fluid reaches the coolant can be shortened. As a result, the cooling rate of the droplets can be greatly increased, and a metal powder having a high degree of amorphization can be efficiently produced.
本発明の金属粉末製造装置では、前記流体噴射部は、前記筒状体の外側において前記溶融金属と前記流体とを衝突させるように構成されていることが好ましい。 In the metal powder manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the fluid ejecting unit is configured to cause the molten metal and the fluid to collide with each other outside the cylindrical body.
これにより、冷却液が流れていることで比較的低温になっている水平部分の外側で溶融金属を飛散させることができるので、粘性の低い状態の溶融金属を飛散させることができる。その結果、溶融金属をより細かく均一に飛散させることができ、微小でかつ粒径の揃った金属粉末を製造することができる。 Thereby, since a molten metal can be scattered on the outer side of the horizontal part which is comparatively low temperature because the coolant is flowing, the molten metal having a low viscosity can be scattered. As a result, the molten metal can be dispersed more finely and uniformly, and a metal powder having a small particle size can be manufactured.
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、さらに、前記筒状体の軸線に沿ってガスを噴射するガス噴射部を有することが好ましい。 In the metal powder manufacturing apparatus of this invention, it is preferable to have further a gas injection part which injects gas along the axis of the said cylindrical body.
これにより、供給されたガスは、筒状体の内部空間において一方向に流れることにより、筒状体の軸線の延在方向における冷却液の流れを誘起する。その結果、冷却液の一部に集中して液滴が到達してしまうことによる冷却液の温度上昇を防止することができる。 Thereby, the supplied gas flows in one direction in the internal space of the cylindrical body, thereby inducing a flow of the coolant in the extending direction of the axis of the cylindrical body. As a result, it is possible to prevent an increase in the temperature of the cooling liquid due to the droplets reaching concentrated on a part of the cooling liquid.
本発明の金属粉末製造装置では、前記水平部分は、内周面に形成されている螺旋状の溝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 horizontal portion includes a spiral groove formed on the inner peripheral surface.
これにより、溝に沿って冷却液を流すことで、冷却液の流れが円滑になり、乱流が発生し難くなる。その結果、冷却液は、十分な厚さで安定した冷却液層を形成することができる。そして、液滴の冷却速度をより高めることができ、アモルファス化の程度がより高い金属粉末を製造することができる。 Thereby, by flowing the cooling liquid along the groove, the flow of the cooling liquid becomes smooth and turbulence is hardly generated. As a result, the cooling liquid can form a stable cooling liquid layer with a sufficient thickness. And the cooling rate of a droplet can be raised more and the metal powder with a higher degree of amorphization can be manufactured.
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）であり、図２は、図１に示す金属粉末製造装置に含まれる筒状体および冷却液の流れを示す部分断面斜視図であり、図３は、図１に示す水平部分近傍を模式的に示す斜視図である。 FIG. 1 is a schematic view (longitudinal sectional view) showing an embodiment of the metal powder production apparatus of the present invention, and FIG. 2 shows the flow of the cylindrical body and the coolant contained in the metal powder production apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view schematically showing the vicinity of the horizontal portion shown in FIG. 1.
図１に示す金属粉末製造装置１は、それぞれ溶融金属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 induction coil 6 for heating and keeping the molten metal Q is provided on the outer periphery of the molten metal supply unit 2.
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、一般には、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 generally easy to oxidize even if the contact with air is a short time, and it is difficult to miniaturize. On the other hand, even if it is the molten metal Q containing such an element 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。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からの流体により溶融金属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。
The
なお、筒状体３の軸線Ａ１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 the direction perpendicular to the axis A1 of the
また、筒状体３は、その軸線Ａ１が水平面と平行かそれに近い状態になるように構成されている水平部分３１を含んでいる。
The
さらに、水平部分３１の上側には、水平部分３１を構成する円筒の一部を貫通する貫通孔３２が形成されている。そして、貫通孔３２の上方には、貫通孔３２を通じて筒状体３の内部空間３０に流体を噴射し得るように流体噴射部５が設けられている。
Further, a
一方、水平部分３１の軸線方向の一端部（図１では左端部）には、その内周面の周方向に沿って冷却液Ｓを流出可能な冷却液流出部４が設けられている。この冷却液流出部４は、水平部分３１の周方向に沿ってほぼ等間隔で並設された複数の冷却液流出口４１で構成されている。
On the other hand, at one end portion (left end portion in FIG. 1) 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、図２に示すように、冷却液Ｓを水平部分３１の内周面に沿って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の内周面に冷却液層Ｓ１を形成する。
Each
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、接線方向と軸線方向の双方の成分を持つ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。
Note that 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から高速で流出させることができる。
Although not shown, each
また、水平部分３１の軸線方向の一端部には、蓋部材７が設けられている。これにより、この一端部が蓋部材７によって塞がれる。
A lid member 7 is provided at one end of the
一方、貫通孔３２の上方には、前述したように、流体噴射部５（ガスジェットノズル）が設けられている。
On the other hand, the fluid ejecting section 5 (gas jet nozzle) is provided above the through
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。
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い。また、流体は、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。以下では、流体が気体Ｇ（図１参照）である場合について説明する。 Of these, gas is preferably used as the fluid. Further, it is more preferable to use an inert gas as the fluid. 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. Below, the case where a fluid is gas G (refer FIG. 1) is demonstrated.
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に衝突して冷却固化し、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
また、水平部分３１の内周面には、図１および図３に示すように、軸線Ａ１に向かって延在するカバー部材３３が設けられている。このカバー部材３３は、円筒状をなしており、その内側において溶融金属Ｑと気体Ｇとが衝突するように配置されている（図３参照）。このようなカバー部材３３によって、筒状体３の内部空間３０が、液滴Ｑ１を発生させる空間と冷却液層Ｓ１を形成する空間とに区画されることとなる。
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, a
貫通孔３２を内側に配するようにして水平部分３１の内周面から軸線Ａ１に向かって立設するカバー部材３３が設けられていることにより、冷却液Ｓが筒状体３の外側に漏れ出ることが防止される。このため、冷却液層Ｓ１のさらなる安定化を図ることができる。
By providing the
またその一方、冷却液層Ｓ１のより近くにおいて溶融金属Ｑと気体Ｇとを衝突させるための空間を確保されるため、発生させた液滴Ｑ１が飛散して空中を飛行する距離を短縮することができる。 On the other hand, since a space for allowing the molten metal Q and the gas G to collide with each other near the coolant layer S1 is secured, the distance that the generated liquid droplet Q1 is scattered and flies in the air can be shortened. Can do.
すなわち、図１に示す流体噴射部５は、筒状体３の内側において溶融金属Ｑと気体Ｇ（流体）とを衝突させるように構成されている。これにより、生成された液滴Ｑ１が冷却液層Ｓ１に到達するまでの時間を短縮することができる。その結果、液滴Ｑ１の冷却速度を大きく高めることができ、例えば溶融金属Ｑがアモルファス化可能な組成である場合には、アモルファス化の程度が高い金属粉末Ｒを効率よく製造することができる。
That is, the
なお、このようなカバー部材３３は、必要に応じて設けられればよく、上述したカバー部材３３の機能を代替し得る要素に置き換え可能である。
In addition, such a
ここで、本実施形態に係る筒状体３は、前述したように、軸線Ａ１が水平面と平行かそれに近い状態になるように構成されている水平部分３１を含んでいる。軸線Ａ１が水平面と平行かそれに近い状態とは、軸線Ａ１と水平面とのなす角度が０°以上３０°以下である状態を指す。また、軸線Ａ１と水平面とのなす角度とは、軸線Ａ１と水平面とのなす角度のうち、最小のものをいう。
Here, as described above, the
上記を換言すれば、金属粉末製造装置１は、溶融金属Ｑを流下させる溶融金属供給部２と、溶融金属供給部２の下方に設置され、軸線Ａ１と水平面とのなす角度が０°以上３０°以下である水平部分３１を含む筒状体３と、溶融金属供給部２から供給される溶融金属Ｑに向けて気体Ｇ（流体）を噴射する流体噴射部５と、筒状体３の水平部分３１の内周面に沿って冷却液Ｓを流出させる冷却液流出部４と、を有する。
In other words, the metal
このような水平部分３１が含まれていることにより、筒状体３の内部空間３０に供給された多数の液滴Ｑ１は、水平部分３１の内側を飛行するとき、径方向に飛行することになるため、必然的に飛行距離が短くなる。このため、飛行時間が短時間になり、液滴Ｑ１の冷却速度を高めることができる。また、水平部分３１においては、図１に示すように冷却液層Ｓ１の表面も水平面と平行かそれに近い状態になる。このため、液滴Ｑ１が冷却液層Ｓ１に向かって自由落下する場合、液滴Ｑ１が例えば円錐状に広がりながら落下したとしても、多数の液滴Ｑ１がほぼ同程度の距離を飛行して冷却液層Ｓ１に到達することとなる。これにより、液滴Ｑ１は、時間的なバラツキが抑えられつつ冷却液層Ｓ１に到達し、固化に至る。
By including such a
以上のことから、水平部分３１において液滴Ｑ１を冷却することにより、飛行時間が短時間であるのみならず、飛行時間の均一化が図られることとなる。その結果、アモルファス化の程度が高く、アモルファス化の程度が揃った金属粉末Ｒが得られる。このため、製造された金属粉末Ｒは、全体として品質の高いものとなる。その結果、例えば軟磁性を有する金属粉末Ｒである場合には、透磁率や飽和磁束密度、保磁力といった磁気特性が良好な軟磁性粉末が得られる。
From the above, by cooling the droplet Q1 in the
なお、軸線Ａ１と水平面とのなす角度は、好ましくは０°以上２０°以下とされ、より好ましくは０°以上１０℃以下とされる。 The angle formed between the axis A1 and the horizontal plane is preferably 0 ° to 20 °, and more preferably 0 ° to 10 ° C.
また、水平部分３１の軸線Ａ１と水平面とのなす角度が前記上限値を上回ると、水平部分３１は水平面に対する傾きが比較的大きくなるため、冷却液層Ｓ１の表面の傾きも比較的大きくなる。このため、液滴Ｑ１の飛行時間が長くなったり、不均一になったりする。その結果、得られる金属粉末Ｒにおいて、アモルファス化の程度が低くなったり、アモルファス化の程度が不均一になったりすることが懸念される。
When the angle formed between the axis A1 of the
また、筒状体３は、水平部分３１の他にそれ以外の部位を含んでいてもよい。例えば、図１に示す筒状体３は、水平部分３１の軸線方向の他端部（図１では右端部）に接続され、内径が徐々に縮径するように構成されている縮径部３５を備えている。
In addition to the
以上のような金属粉末製造装置１は、アモルファス化の程度が高く、かつアモルファス化の程度が揃った金属粉末Ｒを製造し得るという効果を奏する。
The metal
また、水平部分３１は、軸線方向に沿ってその内径が変化していてもよいし、図１に示すように一定であってもよい。このうち、後者の場合には、冷却液層Ｓ１の流速や厚さが安定化する。このため、液滴Ｑ１の冷却速度も安定化し、より品質の高い金属粉末Ｒを製造することができる。なお、内径が一定であるとは、最小の内径と最大の内径との差が、最大の内径の１０％以下である状態をいう。
Further, the
ここで、図４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. 4 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Ａ２を中心とする同一円周上に設けられている（図４参照）。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Ａ２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Ａ２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、水平部分３１の軸線Ａ１と溶湯ノズル５１の軸線Ａ２とがなす角度は、特に限定されないものの、軸線Ａ１と軸線Ａ２とがなす角度のうち小さい方の角度が６０°以上９０°以下であるのが好ましく、７５°以上９０°以下であるのがより好ましい。このような角度範囲で軸線Ａ１と軸線Ａ２とが交差していることにより、前述したように、多数の液滴Ｑ１をほぼ同程度の距離飛行させて冷却液層Ｓ１に到達させることができる。これにより、アモルファス化の程度が揃った品質の高い金属粉末Ｒが得られる。
なお、流体噴射口５３の構成は、図４に示すものに限定されない。
On the other hand, the angle formed by the axis A1 of the
The configuration of the
本実施形態に係る金属粉末製造装置１は、蓋部材７に設けられ、筒状体３の内部空間３０に向けてガスＸを噴射するガス噴射部８を有している。すなわち、金属粉末製造装置１は、筒状体３の軸線Ａ１に沿ってガスＸを噴射するガス噴射部８を有する。このガス噴射部８は、図１に示すように、ガス供給部８２と、ガス供給部８２と内部空間３０との間を接続するガス供給管８１と、を備えている。ガス供給部８２から供給されたガスＸは、内部空間３０において一方向に流れることにより、水平部分３１の軸線Ａ１の延在方向における冷却液層Ｓ１の流れを誘起する。
The metal
すなわち、水平部分３１の軸線Ａ１が水平であるかそれに近い場合、重力を利用し難くなるため、冷却液層Ｓ１を軸線Ａ１の延在方向において移動させることが難しい場合がある。そのような場合、水平部分３１の軸線方向の一端部からガスＸを導入することにより、そのガスＸの流れに乗って冷却液層Ｓ１についても軸線Ａ１の延在方向に流すことができる。その結果、冷却液層Ｓ１の一部に集中して液滴Ｑ１が到達してしまうことによる冷却液Ｓの温度上昇を防止することができる。そして、金属粉末Ｒが混在した冷却液層Ｓ１は、水平部分３１の他端部と縮径部３５とを介して、回収タンク９に導かれる。
That is, when the axis A1 of the
なお、ガスＸは、いかなる種類のガスであってもよいが、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。また、このガスＸの種類は、前述した気体Ｇの種類と同じであってもよいし、異なっていてもよい。 The gas X may be any kind of gas, and examples thereof include an inert gas such as nitrogen gas and argon gas, a reducing gas such as ammonia decomposition gas, and air. Moreover, the kind of this gas X may be the same as the kind of gas G mentioned above, and may differ.
このうち、ガスＸとしては、特に不活性ガスを用いるのが好ましい。これにより、金属が酸化するのを抑制することができる。その結果、意図しない組成変化や組織変化（性状変化）がより少なく抑えられた金属粉末を製造することができる。 Among these, as the gas X, it is particularly preferable to use an inert gas. Thereby, it can suppress that a metal oxidizes. As a result, it is possible to produce a metal powder in which unintended composition changes and structural changes (properties changes) are suppressed to a minimum.
また、ガスＸは、水平部分３１の軸線Ａ１に沿って噴射されるのが好ましい。これにより、冷却液層Ｓ１の流れをより効率よく誘起することができる。なお、軸線Ａ１に沿って噴射とは、ガスＸの噴射方向と軸線Ａ１とがなす角度が、０°以上３０°以下であることをいう。
The gas X is preferably injected along the axis A1 of the
また、ガスＸの流速は、水平部分３１の内径等に応じて適宜設定されるが、気体Ｇによって溶融金属Ｑを飛散させる挙動を妨げないように考慮される。
Further, the flow rate of the gas X is appropriately set according to the inner diameter of the
このようにして回収タンク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って固液分離される。分離回収された金属粉末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
図５は、図２に示す筒状体の変形例を示す部分断面斜視図である。
図５に示す筒状体３の水平部分３１は、内周面に形成されている螺旋状の溝３６を含んでいる。螺旋状の溝３６は、その螺旋の軸線が水平部分３１の軸線Ａ１と一致するように形成される。
FIG. 5 is a partial cross-sectional perspective view showing a modification of the cylindrical body shown in FIG.
The
また、図５に示す例では、溝３６の横断面形状が三角形をなしており、隣り合う溝３６同士は互いに接している。
In the example shown in FIG. 5, the cross-sectional shape of the
このような溝３６に沿って冷却液Ｓを流すことにより、冷却液Ｓの流れが円滑になり、乱流が発生し難くなる。これにより、冷却液Ｓは、十分な厚さで安定した冷却液層Ｓ１を形成することができる。その結果、液滴Ｑ１の冷却速度をより高めることができ、アモルファス化の程度がより高い金属粉末Ｒを製造することができる。
By flowing the cooling liquid S along such a
また、溝３６を形成することによって、水平部分３１の内周面の面積をより広くすることができる。これにより、水平部分３１の内周面に対する冷却液Ｓの接触面積をより広く確保することができる。このため、冷却液層Ｓ１が内周面に密着し易くなり、冷却液層Ｓ１の安定化を図ることができる。
Further, by forming the
図６は、図１に示す金属粉末製造装置の変形例を示す模式図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１に示す金属粉末製造装置１との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。
FIG. 6 is a schematic diagram (longitudinal sectional view) showing a modification of the metal powder production apparatus shown in FIG. In addition, in the following description, it demonstrates centering around difference with the metal
図６に示す金属粉末製造装置１は、溶融金属Ｑと気体Ｇとが衝突する位置が、水平部分３１の外側に位置している点で図１に示す金属粉末製造装置１と相違している。
The metal
すなわち、図６に示す流体噴射部５は、筒状体３の外側において溶融金属Ｑと気体Ｇ（流体）とを衝突させるように構成されている。これにより、気体ＧがガスＸの影響を受け難くなるため、溶融金属Ｑと気体Ｇとをより正確に衝突させることができる。その結果、粒径の揃った金属粉末Ｒを製造することができる。また、冷却液Ｓが流れていることで比較的低温になっている水平部分３１の外側で溶融金属Ｑを飛散させることができるので、粘性の低い状態の溶融金属Ｑを飛散させることができる。これにより、溶融金属Ｑをより細かく均一に飛散させることができ、微小でかつ粒径の揃った金属粉末Ｒを製造することができる。
That is, the
なお、このような図６に示す金属粉末製造装置１においても、図１に示す金属粉末製造装置１と同様の効果が奏される。
In addition, also in such a metal
以上説明したような金属粉末製造装置１によれば、アモルファス化の程度が高く、かつアモルファス化の程度が揃った金属粉末Ｒを製造することができる。
According to the metal
金属粉末製造装置１によって製造される金属粉末Ｒとしては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｎｂ系等の各種Ｆｅ基アモルファス金属の粉末が挙げられる。なお、当然ながら、金属粉末Ｒの組成がこれらに限定されることはなく、いかなる組成であってもよい。
Examples of the metal powder R produced by 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要素に置換することができ、また、任意の要素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 an element that exhibits the same function, and an arbitrary element 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（気体Ｇ）およびガス供給部から供給するガスＸにはそれぞれ窒素ガスを用い、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。
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 (gas G) ejected from the fluid ejecting section and the gas X supplied from the gas supply section, respectively, and tap water was used for the coolant flowing out from the coolant outflow section.
＜２＞次に、溶融金属供給部に原材料を投入し、溶解させて溶融金属を作製した。なお、原材料としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金を形成し得る材料を用いた。 <2> Next, the raw material was put into the molten metal supply section and dissolved to prepare a molten metal. In addition, as a raw material, the material which can form a Fe-Si-B type alloy was used.
＜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、表１に示す「傾斜角度」とは、筒状体の水平部分の軸線と水平面とがなす角度のことを指す。
<3> Next, metal powder was manufactured by the operation of the metal powder manufacturing apparatus.
The “inclination angle” shown in Table 1 refers to the angle formed by the horizontal line and the horizontal axis of the cylindrical body.
（実施例２〜１３）
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 13)
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１〜６）
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 1-6)
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 Ｘ線回折による評価
各実施例および各比較例で製造した金属粉末について、Ｘ線回折によってアモルファス化の状態を評価した。評価結果を表１に示す。なお、この評価は、Ｘ線回折によって取得したスペクトルの結晶ピークを、以下の評価基準に照らすことによって行った。
2. 2. Evaluation of metal powder 2.1 Evaluation by X-ray diffraction About the metal powder manufactured by each Example and each comparative example, the state of amorphization was evaluated by X-ray diffraction. The evaluation results are shown in Table 1. In addition, this evaluation was performed by illuminating the crystal peak of the spectrum acquired by X-ray diffraction according to the following evaluation criteria.
＜Ｘ線回折の評価基準＞
○：結晶ピークがない
△：ややブロードな結晶ピークがある
×：鋭い結晶ピークがある
評価結果を表１に示す。
<Evaluation criteria for X-ray diffraction>
○: There is no crystal peak. Δ: There is a slightly broad crystal peak. ×: There is a sharp crystal peak.
２．２ 結晶化発熱量の評価
各実施例および各比較例で製造した金属粉末について、示差走査熱量計による結晶化発熱量を測定した。
2.2 Evaluation of crystallization exotherm About the metal powder manufactured by each Example and each comparative example, the crystallization exotherm was measured by the differential scanning calorimeter.
次いで、比較例１で製造した金属粉末についての結晶化発熱量を１とし、各実施例で製造した金属粉末についての結晶化発熱量の相対値を算出した。 Next, assuming that the crystallization calorific value for the metal powder produced in Comparative Example 1 was 1, the relative value of the crystallization calorific value for the metal powder produced in each Example was calculated.
評価結果を表１に示す。なお、結晶化発熱量は、アモルファス化の程度と比例関係にあると考えられるため、アモルファス化の程度を評価する指標として用いることができる。 The evaluation results are shown in Table 1. Note that the amount of heat generated by crystallization is considered to be proportional to the degree of amorphization, and thus can be used as an index for evaluating the degree of amorphization.
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、Ｘ線回折によって取得したスペクトルに鋭い結晶ピークが認められなかったことから、良好なアモルファス化が図られていることが認められた。また、各実施例で製造した金属粉末では、いずれも、結晶化発熱量が大きかった。このことは、結晶化によって大きな熱量が発生していること、換言すれば、結晶化前の状態はアモルファスの分率が十分に高かったことを示している。 As is clear from Table 1, all of the metal powders produced in the respective examples have achieved good amorphization because no sharp crystal peak was observed in the spectrum obtained by X-ray diffraction. Was recognized. In addition, the metal powder produced in each example had a large crystallization heat generation amount. This indicates that a large amount of heat is generated by crystallization, in other words, the amorphous fraction is sufficiently high in the state before crystallization.
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…ガス噴射部、９…回収タンク、２１…吐出口、３０…内部空間、３１…水平部分、３２…貫通孔、３３…カバー部材、３５…縮径部、３６…溝、４１…冷却液流出口、５１…溶湯ノズル、５２…ガス室、５３…流体噴射口、８１…ガス供給管、８２…ガス供給部、５１１…溶湯ノズル孔、Ａ１…軸線、Ａ２…軸線、Ｇ…気体、Ｑ…溶融金属、Ｑ１…液滴、Ｒ…金属粉末、Ｓ…冷却液、Ｓ１…冷却液層、Ｘ…ガス
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記溶融金属供給部の下方に設置され、軸線と水平面とのなす角度が０°以上３０°以下である水平部分を含む筒状体と、
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する流体噴射部と、
前記筒状体の前記水平部分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;
A cylindrical body that is installed below the molten metal supply unit and includes a horizontal portion in which an angle formed between an axis and a horizontal plane is 0 ° to 30 °;
A fluid ejection unit that ejects fluid toward the molten metal supplied from the molten metal supply unit;
A coolant outflow portion for allowing the coolant to flow out along the inner peripheral surface of the horizontal portion of the cylindrical body;
The metal powder manufacturing apparatus characterized by having.
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