JP2020132916A - Metal reduction reactor, method for producing metal reduction reactor, and method for producing sponge titanium - Google Patents

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Abstract

To provide a metal reduction reactor that can inhibit elution of Fe, which is an impurity metal, in the production process of a sponge titanium lump.SOLUTION: A metal reduction reactor has an inner wall surface layer 11 containing Ti and barrier metal M, positioned inside a surface 10a of an inner wall 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属製還元反応容器、金属製還元反応容器の製造方法、及びスポンジチタンの製造方法に関する。 The present invention relates to a metal reduction reaction vessel, a method for producing a metal reduction reaction vessel, and a method for producing titanium sponge.

四塩化チタンを還元性金属によって還元して金属チタンであるスポンジチタンを製造する方法が知られている。その一つである所謂クロール法によって製造されるスポンジチタン塊の中心部はチタン純度が高いが、反応容器を構成する材料が高温下で拡散するためスポンジチタン塊の外周部はチタン純度が低いことが知られている。前記反応容器はクラッド鋼やステンレス鋼で構成されているため、鉄、ステンレス鋼からは更にニッケル、クロムが拡散してスポンジチタンが汚染される。 A method for producing sponge titanium, which is metallic titanium, is known by reducing titanium tetrachloride with a reducing metal. One of them is that the central part of the titanium sponge mass produced by the so-called Kroll process has high titanium purity, but the outer periphery of the titanium sponge mass has low titanium purity because the material constituting the reaction vessel diffuses at high temperature. It has been known. Since the reaction vessel is made of clad steel or stainless steel, nickel and chromium are further diffused from iron and stainless steel to contaminate titanium sponge.

近年、スポンジチタン等高融点金属の製造において、前記反応容器からの不純物金属汚染を効果的に抑制することができる反応容器が開発されている。特に、新規に製造された反応容器内で最初に製造された高融点金属の大塊は、反応容器に含まれる金属成分Fe、Ni、Crの含有レベルが高い傾向にあるため、それら不純物金属量を抑制する反応容器或いは高融点金属の製造方法が要求されている。 In recent years, in the production of refractory metal such as titanium sponge, a reaction vessel capable of effectively suppressing impurity metal contamination from the reaction vessel has been developed. In particular, the large mass of refractory metal first produced in the newly produced reaction vessel tends to have a high content level of the metal components Fe, Ni, and Cr contained in the reaction vessel, and thus the amount of these impurity metals. There is a demand for a reaction vessel or a method for producing a refractory metal.

例えば、特許文献1では、製造された未使用の反応容器内面に高融点金属粒を接触させた状態で反応容器を800℃以上に昇温させることにより、その反応容器内面に高融点金属の固相拡散処理を施した後に、その反応容器を初回の還元反応容器に用いる高融点金属製造方法が提案されている。 For example, in Patent Document 1, by raising the temperature of the reaction vessel to 800 ° C. or higher in a state where the refractory metal particles are in contact with the inner surface of the manufactured unused reaction vessel, the refractory metal solidifies on the inner surface of the reaction vessel. A method for producing a refractory metal has been proposed in which the reaction vessel is used as the first reduction reaction vessel after being subjected to the phase diffusion treatment.

また、特許文献2では、金属製容器の内壁の少なくとも一部にチタン膜を有するように、ポリビニルアルコールと水とチタン粉からなるチタン粉ペーストを塗布して膜を形成した後、脱媒や熱処理を行い、内壁の少なくとも一部にチタン膜を有する金属製容器が提案されている。 Further, in Patent Document 2, a titanium powder paste composed of polyvinyl alcohol, water and titanium powder is applied so as to have a titanium film on at least a part of the inner wall of the metal container to form a film, and then demediation or heat treatment is performed. A metal container having a titanium film on at least a part of the inner wall has been proposed.

特開2014−214356号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-214356 国際公開第2017/146109号International Publication No. 2017/146109

金属製還元反応容器がステンレス鋼製或いはクラッド鋼製等で形成されている場合には、スポンジチタン塊の製造時に金属製還元反応容器に含有されるFeによる汚染がほとんどないことが理想的である。上記特許文献1〜2に開示された公知技術である金属製容器には未だ改善の余地があると考えられる。 When the metal reduction reaction vessel is made of stainless steel, clad steel, etc., it is ideal that there is almost no contamination by Fe contained in the metal reduction reaction vessel during the production of the titanium sponge ingot. .. It is considered that there is still room for improvement in the metal container, which is a known technique disclosed in Patent Documents 1 and 2.

そこで、本発明は、一実施形態において、スポンジチタン塊の製造工程において不純物金属であるFe溶出を抑制可能な金属製還元反応容器を提供することを目的とする。また、本発明は別の一実施形態において、そのような金属製還元反応容器を製造することが可能な、金属製還元反応容器の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は別の一実施形態において、そのような金属製還元反応容器を使用した、スポンジチタンの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide, in one embodiment, a metal reduction reaction vessel capable of suppressing the elution of Fe, which is an impurity metal, in the process of producing a titanium sponge mass. Another object of the present invention is to provide, in another embodiment, a method for producing a metal reduction reaction vessel capable of producing such a metal reduction reaction vessel. Another object of the present invention is to provide a method for producing titanium sponge using such a metal reduction reaction vessel in another embodiment.

即ち、本発明は一側面において、内壁の表面から内側に位置してTi及びバリア金属Mを含有する内壁表層を備える、金属製還元反応容器である。 That is, the present invention is a metal reduction reaction vessel having an inner wall surface layer containing Ti and a barrier metal M located inside from the surface of the inner wall on one side.

本発明に係る金属製還元反応容器の一実施形態においては、前記内壁の表面における組成においてTi及びバリア金属Mの合計濃度が3質量%以上であり、前記内壁表層の厚みが40μm以上である。 In one embodiment of the metal reduction reaction vessel according to the present invention, the total concentration of Ti and the barrier metal M in the composition on the surface of the inner wall is 3% by mass or more, and the thickness of the inner wall surface layer is 40 μm or more.

本発明に係る金属製還元反応容器の一実施形態においては、前記内壁の表面における組成においてバリア金属Mの濃度が1質量%以上である。 In one embodiment of the metal reduction reaction vessel according to the present invention, the concentration of the barrier metal M in the composition on the surface of the inner wall is 1% by mass or more.

本発明に係る金属製還元反応容器の一実施形態においては、前記バリア金属Mは、Mo、Nb、及びWよりなる群から選択される1種以上である。 In one embodiment of the metal reduction reaction vessel according to the present invention, the barrier metal M is one or more selected from the group consisting of Mo, Nb, and W.

また、本発明は別の一側面において、上記いずれかの金属製還元反応容器の製造方法であって、金属製還元反応容器の内壁の表面にTi−M系母合金粉を含有した原料粉層を形成する原料粉層形成工程と、前記原料粉層を加熱処理することにより、前記内壁の表面より外側に位置してTi及びMを含有するコーティング層と、前記内壁の表面から内側に位置してTi及びMを含有する内壁表層とをそれぞれ形成する層形成工程と、を含む金属製還元反応容器の製造方法である。
(ただし、Mは、バリア金属を示す。)
Further, in another aspect, the present invention is a method for producing any of the above metal reduction reaction vessels, wherein a raw material powder layer containing a Ti-M-based mother alloy powder on the surface of the inner wall of the metal reduction reaction vessel. By heat-treating the raw material powder layer to form a raw material powder layer, a coating layer containing Ti and M located outside the surface of the inner wall and located inside from the surface of the inner wall. This is a method for producing a metal reduction reaction vessel, which comprises a layer forming step of forming an inner wall surface layer containing Ti and M, respectively.
(However, M indicates a barrier metal.)

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記原料粉層形成工程では、前記Ti−M系母合金粉と、炭素数1〜4のアルコールを含む水溶液と、を含有した懸濁液を前記内壁の表面に付着させることを含む。 In one embodiment of the method for producing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, in the raw material powder layer forming step, the Ti—M-based mother alloy powder and an aqueous solution containing an alcohol having 1 to 4 carbon atoms are used. This includes attaching the contained suspension to the surface of the inner wall.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記Ti−M系母合金粉は、Tiを30〜70質量%含有し、Mを30〜70質量%含有する。 In one embodiment of the method for producing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the Ti—M-based mother alloy powder contains 30 to 70% by mass of Ti and 30 to 70% by mass of M.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記原料粉層は、金属製還元反応容器の内壁の表面1cm2当たりに前記Ti−M系母合金粉を0.05〜1.0g含有している。 In one embodiment of the method for producing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the raw material powder layer contains 0.05 of the Ti-M-based mother alloy powder per 1 cm 2 of the inner wall surface of the metal reduction reaction vessel. Contains ~ 1.0g.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記原料粉層は、Ti粉を更に含有し、前記Ti粉の平均粒径が45μm以下であり、前記Ti−M系母合金粉の平均粒径が45μm以下である。 In one embodiment of the method for producing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the raw material powder layer further contains Ti powder, the average particle size of the Ti powder is 45 μm or less, and the Ti-M system is used. The average particle size of the mother alloy powder is 45 μm or less.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記原料粉層は、前記Ti粉の含有量が5〜70質量%であり、前記Ti−M系母合金粉の含有量が30〜95質量%である。 In one embodiment of the method for producing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the raw material powder layer has a Ti powder content of 5 to 70% by mass and contains the Ti—M-based mother alloy powder. The amount is 30 to 95% by mass.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一実施形態においては、前記加熱処理は、加熱温度を100℃以上1080℃未満で行う。 In one embodiment of the method for producing a metal reduction reaction vessel according to the present invention, the heat treatment is performed at a heating temperature of 100 ° C. or higher and lower than 1080 ° C.

また、本発明は別の一側面において、上記いずれかの金属製還元反応容器内で四塩化チタンを還元する工程を含む、スポンジチタンの製造方法である。 In another aspect, the present invention is a method for producing titanium sponge, which comprises a step of reducing titanium tetrachloride in any of the above metal reduction reaction vessels.

本発明の一実施形態に係る金属製還元反応容器を用いることで、スポンジチタン塊の製造工程において不純物金属であるFe溶出を抑制可能となる。 By using the metal reduction reaction vessel according to the embodiment of the present invention, it is possible to suppress the elution of Fe, which is an impurity metal, in the process of producing the titanium sponge mass.

本発明に係る金属製還元反応容器に備わる内壁とコーティング層とを模式的に示す拡大断面図である。It is an enlarged sectional view schematically showing an inner wall and a coating layer provided in the metal reduction reaction vessel which concerns on this invention. 本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flow chart which shows an example of the manufacturing method of the metal reduction reaction vessel which concerns on this invention.

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without changing the gist of the present invention.

[1.概要]
クロール法におけるスポンジチタンの製造方法は、金属製還元反応容器内に不活性条件下で装入された溶融マグネシウムに対して四塩化チタンを滴下しスポンジチタン塊を生成する還元工程と、金属製還元反応容器内から副生物である溶融塩化マグネシウムと残存する場合は溶融マグネシウムとを金属製パイプを介して抜き出した後、スポンジチタン塊に対して真空分離処理を施す真空分離工程と、スポンジチタン塊を破砕してスポンジチタンを得る破砕工程と、を含む。
[1. Overview]
The method for producing titanium sponge in the Kroll process is a reduction step of dropping titanium tetrachloride onto molten magnesium charged under inert conditions in a metal reduction reaction vessel to form titanium sponge lumps, and metal reduction. A vacuum separation step of extracting molten magnesium chloride, which is a by-product, and molten magnesium if it remains from the reaction vessel via a metal pipe, and then vacuum-separating the titanium sponge mass, and the titanium sponge mass. Includes a crushing step of crushing to obtain titanium sponge.

上記スポンジチタン塊を製造する際に、金属製還元反応容器由来のFe汚染を低減するため、本実施形態では該金属製還元反応容器の内壁の表面を含む内壁の表層を改質する。本発明者の知見によれば金属製還元反応容器の内壁にTiを移行させると上記Fe汚染を低減できる。
まず、本発明者はTiを含有する内壁表層を厚くすれば金属製還元反応容器からの不純物金属による汚染を一層低減できると仮定し種々検討を重ねたが、金属製還元反応容器にTiのみを拡散させても不純物金属、特にFeによる汚染低減は一定以上改善しないという知見を得た。
そこで、本発明者は鋭意検討を重ね、金属製還元反応容器の内壁においてTi以外の金属元素をTiと共に存在させることを検討した結果、Mo等の金属に金属製還元反応容器の内壁に含まれるFeの溶融マグネシウムへの溶出を低減するバリア効果があるとの知見を得た。これにより、本発明者は、内壁の表面から内側においてTiとMo等の金属とを含有する内壁表層を形成することで、スポンジチタン塊の製造工程において、Fe汚染が低減されたスポンジチタン塊を製造できることを見出した。本発明者は更に検討を重ね以下に説明する実施形態を含む発明を完成した。
以下、各実施形態についてそれぞれ説明する。
In order to reduce Fe contamination derived from the metal reduction reaction vessel when producing the titanium sponge lump, in the present embodiment, the surface layer of the inner wall including the surface of the inner wall of the metal reduction reaction vessel is modified. According to the knowledge of the present inventor, the Fe contamination can be reduced by transferring Ti to the inner wall of the metal reduction reaction vessel.
First, the present inventor repeated various studies on the assumption that contamination by impurity metals from the metal reduction reaction vessel could be further reduced by thickening the inner wall surface layer containing Ti, but only Ti was used in the metal reduction reaction vessel. It was found that the reduction of contamination by impurity metals, especially Fe, does not improve beyond a certain level even when diffused.
Therefore, the present inventor repeated diligent studies and examined the presence of metal elements other than Ti together with Ti on the inner wall of the metal reduction reaction vessel. As a result, the metal such as Mo is contained in the inner wall of the metal reduction reaction vessel. It was found that it has a barrier effect to reduce the elution of Fe into molten magnesium. As a result, the present inventor forms an inner wall surface layer containing a metal such as Ti and Mo from the surface of the inner wall to the inside, thereby producing a sponge titanium ingot with reduced Fe contamination in the manufacturing process of the sponge titanium ingot. I found that it can be manufactured. The present inventor has further studied and completed the invention including the embodiments described below.
Hereinafter, each embodiment will be described.

[2.金属製還元反応容器]
図1は、本発明に係る金属製還元反応容器の内壁とコーティング層とを模式的に示す拡大断面図である。以下、本発明に係る金属製還元反応容器について、図面を使用して説明する。
[2. Metal reduction reaction vessel]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view schematically showing an inner wall and a coating layer of a metal reduction reaction vessel according to the present invention. Hereinafter, the metal reduction reaction vessel according to the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明に係る金属製還元反応容器は、一実施形態において、図1に示すように、内壁10と、コーティング層20とを備え、内壁10は内壁表層11を有している。なお、本発明において、当該金属製還元反応容器はコーティング層20を備えていなくてもFe汚染を低減する効果がある。金属製還元反応容器はすでにスポンジチタン塊を製造した履歴を有する使用済みのものであってよいし、未使用のものであってよい。以下、各構成について好ましい態様をそれぞれ説明する。 In one embodiment, the metal reduction reaction vessel according to the present invention includes an inner wall 10 and a coating layer 20 as shown in FIG. 1, and the inner wall 10 has an inner wall surface layer 11. In the present invention, the metal reduction reaction vessel has an effect of reducing Fe contamination even if the coating layer 20 is not provided. The metal reduction reaction vessel may be a used one having a history of producing a titanium sponge ingot, or an unused one. Hereinafter, preferred embodiments of each configuration will be described.

内壁10は、その表面10aから内側にTi及びバリア金属Mを含有する内壁表層11を有している。上記内壁表層11は、Tiと共にバリア金属Mを併用したことで、Feの溶出速度を低下するといった機能を有すると考えられる。なお、Ti単体でも、不純物金属の溶出速度を低下することが見込めるが、本実施形態では、Tiと共にバリア金属Mを併用したことでさらなる相乗効果が見込める。
金属製還元反応容器からのFeの溶出速度を低下するメカニズムは必ずしも明らかではないが、金属製還元反応容器の内壁表層にTiだけでなくバリア金属Mも含ませることで前記内壁表層におけるFeの活量が効率的に低下すると本発明者らは推察している。したがって、本発明において、Ti及びバリア金属Mを含む内壁表層11は、Tiのみを拡散させた内壁表層より薄くてもスポンジチタン塊のFe汚染を低減する効果を良好に発揮可能である。なお、本明細書において、内壁表層11は、内壁10の表面10aを含むものである。
The inner wall 10 has an inner wall surface layer 11 containing Ti and a barrier metal M inside from the surface 10a. It is considered that the inner wall surface layer 11 has a function of reducing the elution rate of Fe by using the barrier metal M together with Ti. Although Ti alone can be expected to reduce the elution rate of the impurity metal, in the present embodiment, a further synergistic effect can be expected by using the barrier metal M together with Ti.
The mechanism for reducing the elution rate of Fe from the metal reduction reaction vessel is not always clear, but the activity of Fe in the inner wall surface layer is activated by including not only Ti but also the barrier metal M in the inner wall surface layer of the metal reduction reaction vessel. We speculate that the amount will decrease efficiently. Therefore, in the present invention, even if the inner wall surface layer 11 containing Ti and the barrier metal M is thinner than the inner wall surface layer in which only Ti is diffused, the effect of reducing Fe contamination of the titanium sponge mass can be satisfactorily exhibited. In the present specification, the inner wall surface layer 11 includes the surface 10a of the inner wall 10.

バリア金属MはFeの溶出速度を低減し、かつバリア金属MがMgに溶出しにくいものであれば特に制限なく使用可能である。バリア金属Mは、Feの溶出速度をより効果的に低減するという観点から、Mo、Nb、及びWよりなる群から選択される1種又は2種以上の金属であることが好ましく、中でもMoがより好ましい。 The barrier metal M can be used without particular limitation as long as the elution rate of Fe is reduced and the barrier metal M is difficult to elute into Mg. The barrier metal M is preferably one or more metals selected from the group consisting of Mo, Nb, and W from the viewpoint of more effectively reducing the elution rate of Fe, and Mo is among them. More preferred.

本発明に係る金属製還元反応容器は、内壁10に含まれるFeが溶融マグネシウムに移行する溶出速度を低減するという観点から、後述するEPMA分析において、内壁10の表面10aにおけるTi及びバリア金属Mの合計濃度が3質量%以上であることが好ましい。また、内壁表層11の厚みが40μm以上であることが好ましい。上記内壁表層11の厚みは、EPMA分析において、金属製還元反応容器の内壁の表面10aから内壁の厚さ方向に向かってバリア金属Mの濃度が0(ゼロ)になるまでの厚み方向の距離として示される。ここにおいて「0(ゼロ)」とはピーク高さがバックグラウンド高さまで低下したことを意味する。
ここで、上記内壁表層11の厚みは、金属製還元反応容器の内壁10から溶出するFe汚染をより一層低減するという観点から、80μm以上であることが好ましく、100μm以上であることがより好ましく、120μm以上であることが更に好ましい。内壁表層11は厚い方が不純物金属の溶出をより抑制できると考えられるため、その厚みについてその上限側は特に限定されない。あえて一例を挙げると、工業的な製造効率の観点から300μm以下としてよい。
内壁10の表面10aにおける組成においてTi及びバリア金属Mの合計濃度は3質量%以上が好ましく、4質量%以上が好ましく、6質量%以上が好ましい。一方、該Ti及びバリア金属Mの合計濃度の上限は金属製還元反応容器の操業計画等に鑑み適宜設定可能である。あえて一例を挙げると10質量%以下としてよい。
本実施形態では、内壁10の表面10aにおける組成においてTiとの相乗効果をより良好に確保する観点から、内壁10の表面10aにおける組成においてバリア金属Mの濃度が1質量%以上であることが好ましく、2質量%以上が好ましい。一方、内壁10の表面10aにおける組成においてバリア金属Mの濃度の上限は金属製還元反応容器の操業計画等に鑑み適宜設定可能である。あえて一例を挙げると5質量%以下としてよい。
内壁10において、Ti及びバリア金属Mの量が多いほどFeの溶融マグネシウムへの溶出低減効果が高いと見込まれる。よって、内壁10の表面10aにおける組成においてTi及びバリア金属Mの量が最大となってよい。
なお、後述の金属製還元反応容器の製造方法によりTi及びバリア金属Mを含有する内壁表層を形成すると、厚さ方向に沿って内壁表面からTi及びバリア金属M量が漸減する傾向にある。一方で、金属製還元反応容器の使用を繰り返すと内壁は削られていく。よって、内壁表層11の厚さはスポンジチタン塊の製造におけるFe汚染を低減する効果の持続性を合理的に推測する指標として有用である。該指標として、上述したTi及びバリア金属Mの合計濃度、バリア金属Mの濃度を使用できる。
In the metal reduction reaction vessel according to the present invention, from the viewpoint of reducing the elution rate at which Fe contained in the inner wall 10 is transferred to molten magnesium, Ti and the barrier metal M on the surface 10a of the inner wall 10 are subjected to EPMA analysis described later. The total concentration is preferably 3% by mass or more. Further, the thickness of the inner wall surface layer 11 is preferably 40 μm or more. The thickness of the inner wall surface layer 11 is defined as the distance in the thickness direction from the surface 10a of the inner wall of the metal reduction reaction vessel to the thickness direction of the inner wall until the concentration of the barrier metal M becomes 0 (zero) in the EPMA analysis. Shown. Here, "0 (zero)" means that the peak height has dropped to the background height.
Here, the thickness of the inner wall surface layer 11 is preferably 80 μm or more, more preferably 100 μm or more, from the viewpoint of further reducing Fe contamination eluted from the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel. It is more preferably 120 μm or more. Since it is considered that the thicker the inner wall surface layer 11, the more the elution of the impurity metal can be suppressed, the upper limit side of the thickness is not particularly limited. To give an example, it may be 300 μm or less from the viewpoint of industrial manufacturing efficiency.
In the composition of the surface 10a of the inner wall 10, the total concentration of Ti and the barrier metal M is preferably 3% by mass or more, preferably 4% by mass or more, and preferably 6% by mass or more. On the other hand, the upper limit of the total concentration of Ti and the barrier metal M can be appropriately set in consideration of the operation plan of the metal reduction reaction vessel and the like. To give an example, it may be 10% by mass or less.
In the present embodiment, the concentration of the barrier metal M in the composition of the inner wall 10 on the surface 10a is preferably 1% by mass or more, from the viewpoint of ensuring a better synergistic effect with Ti in the composition of the inner wall 10 on the surface 10a. 2, 2% by mass or more is preferable. On the other hand, in the composition of the surface 10a of the inner wall 10, the upper limit of the concentration of the barrier metal M can be appropriately set in view of the operation plan of the metal reduction reaction vessel and the like. To give an example, it may be 5% by mass or less.
It is expected that the larger the amount of Ti and the barrier metal M in the inner wall 10, the higher the effect of reducing the elution of Fe into molten magnesium. Therefore, the amounts of Ti and the barrier metal M may be maximized in the composition of the inner wall 10 on the surface 10a.
When the inner wall surface layer containing Ti and the barrier metal M is formed by the method for producing a metal reduction reaction vessel described later, the amounts of Ti and the barrier metal M tend to gradually decrease from the inner wall surface along the thickness direction. On the other hand, if the metal reduction reaction vessel is repeatedly used, the inner wall will be scraped. Therefore, the thickness of the inner wall surface layer 11 is useful as an index for reasonably estimating the sustainability of the effect of reducing Fe contamination in the production of titanium sponge lumps. As the index, the total concentration of Ti and the barrier metal M described above and the concentration of the barrier metal M can be used.

内壁表層11の厚みの測定は、下記方法で行う。金属製還元反応容器の内壁10を、存在する場合はコーティング層20を含めたまま、内壁表層11が含まれるように切り出した後、試験片とする。次いで、その試験片について処理前の金属製還元反応容器の内壁10の表面10aを視認することができるまで、チッピングハンマーでコーティング層20を除去する。このコーティング層20を除去した試験片をスライシングマシンで約1cm×1cm×1cm角に切断したものを測定サンプルとして、電子線マイクロアナライザ(例:SUPERPROBE JXA−8100、日本電子株式会社製)を用いて、EPMA分析により内壁10の厚み方向に切断面を測定する。該測定サンプル中の内壁表層11の厚みについては、Tiの濃度及びバリア金属Mの濃度に基づいて、5点測定する。そして、その5点のうちの最小値を各層の厚みとする。ここで、厚み方向とは、内壁10の表面10aの法線方向をいう。以上より、内壁10の表面10aのTi及びバリア金属Mの各濃度を求めることができる。内壁表層11の厚みは、バリア金属Mの層の厚みとする。
なお、測定条件として、加速電圧を15kV、照射電流を5×10-8〜1×10-7Aを採用する。
ここでいうTiの濃度及びMの濃度とは、上記電子線マイクロアナライザを用いて測定した各金属の測定結果から、下記式(1)及び(2)で算出したものである。
(Tiの濃度)(質量%)={(Tiの質量%)/{(Tiの質量%)+(Mの質量%)+(Niの質量%)+(Feの質量%)+(Crの質量%)}}×100・・・式(1)
(Mの濃度)(質量%)={(Mの質量%)/{(Tiの質量%)+(Mの質量%)+(Niの質量%)+(Feの質量%)+(Crの質量%)}}×100・・・式(2)
なお、上記Tiの濃度及びMの濃度をそれぞれ求める式において含有しない元素がある場合はその値を0とする。
上記したEPMA分析(5点測定)で前記内壁表層11の厚みを算出する。
The thickness of the inner wall surface layer 11 is measured by the following method. The inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel is cut out so as to include the inner wall surface layer 11 while including the coating layer 20 if present, and then used as a test piece. Next, the coating layer 20 is removed with a chipping hammer until the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel before treatment can be visually recognized for the test piece. A test piece from which the coating layer 20 has been removed is cut into a square of about 1 cm × 1 cm × 1 cm by a slicing machine and used as a measurement sample using an electron probe microanalyzer (example: SUPERPROBE JXA-8100, manufactured by JEOL Ltd.). , The cut surface is measured in the thickness direction of the inner wall 10 by EPMA analysis. The thickness of the inner wall surface layer 11 in the measurement sample is measured at five points based on the concentration of Ti and the concentration of the barrier metal M. Then, the minimum value among the five points is taken as the thickness of each layer. Here, the thickness direction means the normal direction of the surface 10a of the inner wall 10. From the above, the concentrations of Ti and the barrier metal M on the surface 10a of the inner wall 10 can be determined. The thickness of the inner wall surface layer 11 is the thickness of the barrier metal M layer.
As the measurement conditions, an accelerating voltage of 15 kV and an irradiation current of 5 × 10 -8 to 1 × 10 -7 A are adopted.
The Ti concentration and the M concentration referred to here are calculated by the following formulas (1) and (2) from the measurement results of each metal measured by using the electron probe microanalyzer.
(Concentration of Ti) (mass%) = {(mass% of Ti) / {(mass% of Ti) + (mass% of M) + (mass% of Ni) + (mass% of Fe) + (Cr Mass%)}} × 100 ... Equation (1)
(Concentration of M) (mass%) = {(mass% of M) / {(mass% of Ti) + (mass% of M) + (mass% of Ni) + (mass% of Fe) + (Cr Mass%)}} × 100 ... Equation (2)
If there is an element that is not contained in the formulas for determining the Ti concentration and the M concentration, the value is set to 0.
The thickness of the inner wall surface layer 11 is calculated by the EPMA analysis (5-point measurement) described above.

本発明に係る金属製還元反応容器は、一実施形態において、コーティング層20を更に備えても良い。上記コーティング層20は、Feの溶出速度をより効率的に低下させるといった機能を有する。上記コーティング層20は、金属製還元反応容器の内壁10の表面10aより外側に位置し、内壁10の表面10a上にTi、バリア金属M及びFeにより形成される層と、その層の上にTi及びバリア金属Mにより形成される層とを有する。通常、コーティング層におけるTi及びバリア金属Mの各濃度は内壁表層におけるTi及びバリア金属Mの各濃度より高い。 In one embodiment, the metal reduction reaction vessel according to the present invention may further include a coating layer 20. The coating layer 20 has a function of more efficiently reducing the elution rate of Fe. The coating layer 20 is located outside the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel, has a layer formed of Ti, barrier metals M and Fe on the surface 10a of the inner wall 10, and Ti on the layer. And a layer formed of the barrier metal M. Usually, the concentrations of Ti and the barrier metal M in the coating layer are higher than the concentrations of Ti and the barrier metal M in the inner wall surface layer.

[3.金属製還元反応容器の製造方法]
図2は、本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法の一例を示すフロー図である。以下、本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法について、図面を使用して説明する。なお、上述した金属製還元反応容器と重複する説明について割愛する。
[3. Manufacturing method of metal reduction reaction vessel]
FIG. 2 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing a metal reduction reaction vessel according to the present invention. Hereinafter, a method for producing a metal reduction reaction vessel according to the present invention will be described with reference to the drawings. The description that overlaps with the above-mentioned metal reduction reaction vessel will be omitted.

本発明に係る金属製還元反応容器の製造方法は、一実施形態において、図2に示すように、原料粉層形成工程S11と層形成工程S21とを含む。以下、各工程について好ましい態様を説明する。 In one embodiment, the method for producing a metal reduction reaction vessel according to the present invention includes a raw material powder layer forming step S11 and a layer forming step S21, as shown in FIG. Hereinafter, preferred embodiments of each step will be described.

(原料粉層形成工程S11)
原料粉層形成工程S11では、金属製還元反応容器の内壁10の表面10aにTi−M系母合金粉を含有した原料粉層を形成する。原料粉層は、更にTi粉を含んで形成してよい。より詳細には、原料粉層形成工程S11は、Ti−M系母合金粉と、炭素数1〜4のアルコールを含む水溶液と、を含有する懸濁液を内壁10の表面10aに付着させる工程を含む。該懸濁液は、Ti粉を更に含んでよい。なお、Ti−M系母合金粉が所望する粒径になっていない場合はボールミル等を使用して粒径を事前に調整可能である。また、前記懸濁液を金属製還元反応容器の表面に付着させた後に脱媒を行う脱媒処理を含んでもよい。前記懸濁液は例えばスプレー等により金属製還元反応容器の表面に付着させることができる。
以上より、金属製還元反応容器の内壁10の表面10aにTi粉やTi−M系母合金粉を含有した原料粉層を形成する。ここで、Mは、上述のバリア金属Mを示し、バリア金属MはMo、Nb、及びWよりなる群から選択される少なくとも1種以上であることが好ましい。Ti−M系母合金粉としては、例えば、TiMo母合金粉、TiNb母合金粉、TiW母合金粉等が挙げられる。なお、本実施形態では、Ti粉及びバリア金属Mの合金元素粉を併用することを優先するのではなく、Ti−M系母合金粉を使用する。例えば、バリア金属MがMoの場合、Mo単独よりもTiMo合金の方が低融点である。このような場合には、バリア金属M単独の合金元素粉を使用するのみだと融点が高いために金属製還元反応容器の内壁10に移行するバリア金属M量が少ないが、バリア金属Mよりも融点が低いTi−M系母合金粉を使用することで原料粉層から金属製還元反応容器の内壁10へのTi及びバリア金属Mの移行を促進することができる。本実施形態では、Ti及びバリア金属Mの移行を促進するため、Ti粉及びTi−M系母合金粉を使用することとしてもよい。但し、本発明の所望する効果が確保されることを前提として、Ti粉及びTi−M系母合金粉のみでなく、更に合金元素粉が使用されても構わない。
(Raw material powder layer forming step S11)
In the raw material powder layer forming step S11, a raw material powder layer containing a Ti—M-based mother alloy powder is formed on the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel. The raw material powder layer may be further contained with Ti powder. More specifically, the raw material powder layer forming step S11 is a step of adhering a suspension containing a Ti—M-based mother alloy powder and an aqueous solution containing an alcohol having 1 to 4 carbon atoms to the surface 10a of the inner wall 10. including. The suspension may further contain Ti powder. If the Ti—M-based mother alloy powder does not have the desired particle size, the particle size can be adjusted in advance using a ball mill or the like. Further, it may include a demineralization treatment in which the suspension is attached to the surface of a metal reduction reaction vessel and then demineralized. The suspension can be attached to the surface of a metal reduction reaction vessel by, for example, spraying.
From the above, a raw material powder layer containing Ti powder or Ti-M-based mother alloy powder is formed on the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel. Here, M represents the above-mentioned barrier metal M, and the barrier metal M is preferably at least one selected from the group consisting of Mo, Nb, and W. Examples of the Ti-M-based mother alloy powder include TiMo mother alloy powder, TiNb mother alloy powder, TiW mother alloy powder and the like. In this embodiment, the Ti—M-based mother alloy powder is used instead of giving priority to the combined use of the Ti powder and the alloy element powder of the barrier metal M. For example, when the barrier metal M is Mo, the Timo alloy has a lower melting point than Mo alone. In such a case, if only the alloy element powder of the barrier metal M alone is used, the melting point is high, so that the amount of the barrier metal M transferred to the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel is small, but it is larger than that of the barrier metal M. By using the Ti—M-based mother alloy powder having a low melting point, the transfer of Ti and the barrier metal M from the raw material powder layer to the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel can be promoted. In the present embodiment, Ti powder and Ti—M-based mother alloy powder may be used in order to promote the transfer of Ti and the barrier metal M. However, on the premise that the desired effect of the present invention is ensured, not only Ti powder and Ti-M-based mother alloy powder but also alloy element powder may be used.

一実施形態においては、Ti粉の平均粒径は45μm以下であればよく、Ti−M系母合金粉の平均粒径は45μm以下であればよい。Ti粉及びTi−M系合金粉の平均粒径を小さくしかつ上記炭素数1〜4のアルコールを使用することで、効率的に還元反応容器の内壁10との接触点を多く確保でき、更にTiとTi−M系合金粉の粒子間に働く分子間力、静電気力、液架橋力の総合がTi粒子或いはTi−M系合金粉の粒子に働く重力にまさると考えられ、内壁10への付着性が増す。そして、次工程である層形成工程S21で内壁表層11及びコーティング層20が形成されることにより、上記還元工程における金属製還元反応容器由来の不純物金属の溶出を低減できる。
上記Ti粉の平均粒径は、上限側としては45μm以下としてよく、40μm以下としてよく、35μm以下としてもよい。上記平均粒径に下限側は特段設定されないが、典型的に10μm以上であり、20μm以上であってよい。また、Ti粉を使用する場合、公知のものを使用可能である。例えば、HDH法(水素化脱水素)により作製したTi粉、アトマイズ法にて製造したTi粉、PREP法(プラズマ回転電極法)で製造したTi粉を使用可能である。
上記Ti−M系母合金粉の平均粒径は、上限側としては45μm以下としてよく、30μm以下としてよく、15μm以下としてもよい。上記平均粒径に下限側は特段設定されないが、典型的に5μm以上であればよい。また、Ti−M系母合金粉を使用する場合、公知のものを使用可能である。
なお、Ti粉の平均粒径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定することができる。上記Ti粉の平均粒径は、具体的には、出力30Wにて4分間Ti粉を超音波分散処理した後、分散媒である純水と分散剤であるヘキサメタりん酸ナトリウムとを用いて、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(例:LA−920、株式会社堀場製作所製)により測定される体積基準のD50である。該測定は、JIS Z 8825:2013に基づく。また、Ti−M系母合金粉の平均粒径の測定は、上述したTi粉の測定方法と同様である。
In one embodiment, the average particle size of the Ti powder may be 45 μm or less, and the average particle size of the Ti—M-based mother alloy powder may be 45 μm or less. By reducing the average particle size of the Ti powder and the Ti-M alloy powder and using the alcohol having 1 to 4 carbon atoms, it is possible to efficiently secure many contact points with the inner wall 10 of the reduction reaction vessel, and further. It is considered that the total of the intermolecular force, electrostatic force, and liquid cross-linking force acting between the particles of Ti and the Ti-M alloy powder is superior to the gravity acting on the Ti particles or the particles of the Ti-M alloy powder. Increases adhesion. Then, by forming the inner wall surface layer 11 and the coating layer 20 in the layer forming step S21 which is the next step, the elution of the impurity metal derived from the metal reduction reaction vessel in the reduction step can be reduced.
The average particle size of the Ti powder may be 45 μm or less, 40 μm or less, or 35 μm or less on the upper limit side. Although the lower limit side is not particularly set for the average particle size, it is typically 10 μm or more, and may be 20 μm or more. Further, when Ti powder is used, a known one can be used. For example, Ti powder produced by the HDH method (hydrogenation dehydrogenation), Ti powder produced by the atomizing method, and Ti powder produced by the PREP method (plasma rotating electrode method) can be used.
The average particle size of the Ti-M-based mother alloy powder may be 45 μm or less, 30 μm or less, or 15 μm or less on the upper limit side. The lower limit side is not particularly set for the average particle size, but it may be typically 5 μm or more. Further, when Ti-M-based mother alloy powder is used, known ones can be used.
The average particle size of Ti powder can be measured by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device. Specifically, the average particle size of the Ti powder is determined by ultrasonically dispersing the Ti powder at an output of 30 W for 4 minutes, and then using pure water as a dispersion medium and sodium hexametaphosphate as a dispersant. It is a volume-based D50 measured by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (example: LA-920, manufactured by HORIBA, Ltd.). The measurement is based on JIS Z 8825: 2013. Further, the measurement of the average particle size of the Ti-M-based mother alloy powder is the same as the above-described method for measuring the Ti powder.

炭素数1〜4のアルコールは、特に限定されないが、1価アルコール、2価アルコール、3価アルコール、及び4価アルコールからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 The alcohol having 1 to 4 carbon atoms is not particularly limited, but is preferably at least one selected from the group consisting of monohydric alcohols, dihydric alcohols, trihydric alcohols, and tetravalent alcohols.

上記アルコールのうち、炭素数1〜4の1価アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール、イソブタノール等が挙げられる。
また、炭素数1〜4の2価アルコールとしては、例えば、メタンジオール、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール等が挙げられる。
また、炭素数1〜4の3価アルコールとしては、例えば、グリセリン等が挙げられる。
また、炭素数1〜4の4価アルコールとしては、例えば、エリトリトール等が挙げられる。
なお、炭素数1〜4のアルコールは1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、炭素数1〜4の1価アルコールを1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、Ti粉及びTi−M系母合金粉が金属製還元反応容器の内壁10の表面10aに対する、特に未使用の金属製還元反応容器の内壁10の表面10aに対する濡れ性を向上させ、作業者の安全を確保しつつ、更に内壁表層11を形成した後に金属製還元反応容器内における炭素残存量を抑制するという観点から、エタノールを使用することが特に好ましい。
Among the above alcohols, examples of monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms include methanol, ethanol, propanol, butanol, isopropanol, isobutanol and the like.
Examples of the dihydric alcohol having 1 to 4 carbon atoms include methanediol, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2-pentanediol, and 1,4-pentanediol. Can be mentioned.
Further, examples of the trihydric alcohol having 1 to 4 carbon atoms include glycerin and the like.
Examples of the tetravalent alcohol having 1 to 4 carbon atoms include erythritol and the like.
The alcohol having 1 to 4 carbon atoms may be used alone or in combination of two or more. In addition, the monohydric alcohol having 1 to 4 carbon atoms may be used alone or in combination of two or more.
Among these, Ti powder and Ti-M-based mother alloy powder improve the wettability with respect to the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel, particularly to the surface 10a of the inner wall 10 of the unused metal reduction reaction vessel. It is particularly preferable to use ethanol from the viewpoint of suppressing the residual amount of carbon in the metal reduction reaction vessel after the inner wall surface layer 11 is formed while ensuring the safety of the operator.

懸濁液のTi粉やTi−M系母合金粉の含有量は特に限定されない。塗布条件に鑑みて適宜調整可能である。 The content of Ti powder and Ti-M-based mother alloy powder in the suspension is not particularly limited. It can be adjusted as appropriate in consideration of the coating conditions.

上記懸濁液は、炭素数1〜4のアルコールと水(例えば、純水)とを含有する。その際、炭素数1〜4のアルコール含有量は、水とアルコールの全量に対し0.5〜10体積%であることが好ましい。上記アルコール含有量の上限側は、5体積%以下としてよい。 The suspension contains alcohol having 1 to 4 carbon atoms and water (for example, pure water). At that time, the alcohol content having 1 to 4 carbon atoms is preferably 0.5 to 10% by volume with respect to the total amount of water and alcohol. The upper limit side of the alcohol content may be 5% by volume or less.

懸濁液を塗布して形成した原料粉層は、金属製還元反応容器の内壁10の表面1cm2当たりにTi−M系母合金粉を0.05〜1.0g含有していることが好ましい。下限側は、後述する層形成工程S21においてTi及びバリア金属Mを内壁10の表面10aから内側に移行させるための必要量を確保するという観点から、金属製還元反応容器の内壁10の表面1cm2当たりにTi−M系母合金粉を0.05g以上含有してよい。ただし、上限側としては、生産効率上の観点から、金属製還元反応容器の内壁10の表面1cm2当たりにTi−M系母合金粉を1.0g以下含有してよく、0.5g以下としてよい。なお、該原料粉層は、Ti粉を更に含有してもよく、金属製還元反応容器の内壁10の表面1cm2当たりに含有するTi粉及びTi−M系母合金粉の量は、先述したTi−M系母合金粉と同量でよい。 The raw material powder layer formed by applying the suspension preferably contains 0.05 to 1.0 g of Ti-M-based mother alloy powder per 1 cm 2 of the surface of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel. .. The lower limit side is 1 cm 2 on the surface of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel from the viewpoint of securing the necessary amount for transferring Ti and the barrier metal M from the surface 10a of the inner wall 10 to the inside in the layer forming step S21 described later. It may contain 0.05 g or more of Ti-M-based mother alloy powder. However, on the upper limit side, from the viewpoint of production efficiency, 1.0 g or less of Ti-M-based mother alloy powder may be contained per 1 cm 2 of the surface of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel, and 0.5 g or less may be contained. Good. The raw material powder layer may further contain Ti powder, and the amounts of Ti powder and Ti—M-based mother alloy powder contained per 1 cm 2 of the surface of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel are described above. The amount may be the same as that of the Ti-M-based mother alloy powder.

原料粉層形成工程S11における原料粉層は、Ti粉の含有量が5〜70質量%であり、Ti−M系母合金粉の含有量が30〜95質量%であることが好ましい。内壁へのバリア金属Mの移行量を増加する観点から、Ti粉とTi−M系母合金粉を併用することとしてよい。
原料粉層中のTi粉は、下限側としては好ましくは5質量%以上、より好ましくは15質量%以上、更に好ましくは30質量%以上であり、更に好ましくは40質量%以上である。また、原料粉層中のTi粉は、上限側としては好ましくは70質量%以下、より好ましくは65質量%以下、更に好ましくは60質量%以下である。
原料粉層中のTi−M系母合金粉は、下限側としては好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、更に好ましくは40質量%以上である。また、原料粉層中のTi−M系母合金粉は、上限側としては好ましくは95質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは60質量%以下である。
The raw material powder layer in the raw material powder layer forming step S11 preferably has a Ti powder content of 5 to 70% by mass and a Ti—M-based mother alloy powder content of 30 to 95% by mass. From the viewpoint of increasing the amount of the barrier metal M transferred to the inner wall, Ti powder and Ti—M-based mother alloy powder may be used in combination.
The Ti powder in the raw material powder layer is preferably 5% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, still more preferably 30% by mass or more, still more preferably 40% by mass or more on the lower limit side. The Ti powder in the raw material powder layer is preferably 70% by mass or less, more preferably 65% by mass or less, and further preferably 60% by mass or less on the upper limit side.
The Ti—M-based mother alloy powder in the raw material powder layer is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, and further preferably 40% by mass or more on the lower limit side. The Ti—M-based mother alloy powder in the raw material powder layer is preferably 95% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, and further preferably 60% by mass or less on the upper limit side.

Ti−M系母合金粉は、Tiを30〜70質量%含有し、バリア金属Mを30〜70質量%含有する。該Ti−M系母合金粉は、その残部は不可避的な不純物であってよい。Ti−M系母合金粉のTi含有量は、下限側としては好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、更に好ましくは40質量%以上である。また、該Ti含有量は、上限側として好ましくは70質量%以下、より好ましくは65質量%以下、更に好ましくは60質量%以下である。
また、Ti−M系母合金粉のバリア金属Mの含有量は、還元工程中において内壁10に含有されるFeの溶出速度を低減するという観点から、下限側としては好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、更に好ましくは40質量%以上である。また、該M含有量は、上限側として好ましくは70質量%以下、より好ましくは65質量%以下、更に好ましくは60質量%以下である。この理由としては、TiがMよりも融点が低く、バリア金属Mの含有率が高すぎると、後述する層形成工程S21においてバリア金属Mの内壁内への移行量が減り、所望とする効果が得られないおそれがあるからである。
The Ti-M-based mother alloy powder contains 30 to 70% by mass of Ti and 30 to 70% by mass of the barrier metal M. The balance of the Ti-M-based mother alloy powder may be an unavoidable impurity. The Ti content of the Ti—M-based mother alloy powder is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, and further preferably 40% by mass or more on the lower limit side. Further, the Ti content is preferably 70% by mass or less, more preferably 65% by mass or less, and further preferably 60% by mass or less on the upper limit side.
Further, the content of the barrier metal M in the Ti—M-based mother alloy powder is preferably 30% by mass or more on the lower limit side from the viewpoint of reducing the elution rate of Fe contained in the inner wall 10 during the reduction step. It is more preferably 35% by mass or more, still more preferably 40% by mass or more. Further, the M content is preferably 70% by mass or less, more preferably 65% by mass or less, and further preferably 60% by mass or less on the upper limit side. The reason for this is that if Ti has a lower melting point than M and the content of the barrier metal M is too high, the amount of the barrier metal M transferred into the inner wall in the layer forming step S21 described later is reduced, and a desired effect can be obtained. This is because it may not be obtained.

金属製還元反応容器の材質は特に限定されないが、例えば少なくとも内壁10がクラッド鋼(炭素鋼とステンレス鋼の貼りあわせ鋼)とステンレス鋼等が挙げられる。一般的に、金属製還元反応容器がクラッド鋼である場合には、上記還元工程において不純物金属としてFeが溶融マグネシウムを介して、スポンジチタン塊に混入する傾向となる。また、金属製還元反応容器の内壁10がステンレス鋼である場合には、上記還元工程において不純物金属としてFe、Ni、及びCrが溶融マグネシウムを介して、スポンジチタン塊に混入する傾向となる。本発明の一実施形態によれば、金属製還元反応容器に後述するコーティング層20と内壁表層11をそれぞれ形成することで、上記還元工程により生成されたスポンジチタン塊チタン中のFe量を低減させることができる。なお、コーティング層20及び内壁表層11を未使用の金属製還元反応容器に形成することも可能である。よって、未使用の金属製還元反応容器に上記懸濁液を塗布してTi粉やTi−M系母合金粉を含有する原料粉層を形成してよい。また、本実施形態におけるステンレス鋼は、Mo、Nb又はWを含まなくてもよい。 The material of the metal reduction reaction vessel is not particularly limited, and examples thereof include clad steel (bonded steel of carbon steel and stainless steel) and stainless steel whose inner wall 10 is at least. Generally, when the metal reduction reaction vessel is clad steel, Fe as an impurity metal tends to be mixed into the sponge titanium ingot via molten magnesium in the reduction step. Further, when the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel is made of stainless steel, Fe, Ni, and Cr as impurity metals tend to be mixed into the sponge titanium lump via molten magnesium in the reduction step. According to one embodiment of the present invention, the amount of Fe in the titanium sponge lump titanium produced by the reduction step is reduced by forming the coating layer 20 and the inner wall surface layer 11 described later in the metal reduction reaction vessel, respectively. be able to. It is also possible to form the coating layer 20 and the inner wall surface layer 11 in an unused metal reduction reaction vessel. Therefore, the suspension may be applied to an unused metal reduction reaction vessel to form a raw material powder layer containing Ti powder or Ti-M-based mother alloy powder. Further, the stainless steel in the present embodiment does not have to contain Mo, Nb or W.

懸濁液を金属製還元反応容器の内壁10の表面10aに塗布後、例えば、80〜120℃で1〜3時間乾燥エアーを流しながら脱媒することは、後述する層形成工程S21において真空加熱時に使用する真空ポンプの劣化を防ぐことができるため好ましい。 After applying the suspension to the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel, for example, removing the medium while flowing dry air at 80 to 120 ° C. for 1 to 3 hours is performed by vacuum heating in the layer forming step S21 described later. It is preferable because it can prevent deterioration of the vacuum pump used at times.

(層形成工程S21)
層形成工程S21では、上記原料粉層を加熱処理することによりコーティング層20と内壁表層11とをそれぞれ形成する。上記コーティング層20は、内壁10の表面10aより外側に位置してTiとバリア金属Mを含有し、上記内壁表層11は、内壁10の表面10aから内側に拡散したTiとバリア金属Mを含有する(図1参照)。例えばスポンジチタン塊を製造する場合、上記還元工程において塩化マグネシウムを抜く(タップ)時に浴面が変動し、それに伴ってスポンジチタン塊とコーティング層20が接触し得るし、また温度変化に起因する金属製還元反応容器の変形によるクラック発生等により、上記コーティング層20は、比較的剥がれやすい。コーティング層20が剥がれた場合、生成されたスポンジチタン塊に金属製還元反応容器由来のFe汚染が起こりうる。しかしながら、金属製還元反応容器の内壁10の表面10aから内側にTiとバリア金属Mが拡散した内壁表層11が形成されている場合、金属製還元反応容器の内壁10の表面10a側においてFeの活量を低減しているため、コーティング層20がたとえ剥がれたとしても、金属製還元反応容器に由来するFeの汚染を抑制できると考えられる。内壁表層11は金属製還元反応容器の内壁10の表面10aから内側に形成されるため、コーティング層20が剥がれても、Feの溶出を抑制できるので、コーティング層20を再度形成するために操業を停止するという問題は生じない。
(Layer forming step S21)
In the layer forming step S21, the coating layer 20 and the inner wall surface layer 11 are formed by heat-treating the raw material powder layer. The coating layer 20 is located outside the surface 10a of the inner wall 10 and contains Ti and the barrier metal M, and the surface layer 11 of the inner wall contains Ti and the barrier metal M diffused inward from the surface 10a of the inner wall 10. (See FIG. 1). For example, in the case of producing a titanium sponge mass, the bath surface fluctuates when magnesium chloride is removed (tapped) in the reduction step, and the titanium sponge mass and the coating layer 20 may come into contact with each other, and a metal caused by a temperature change. The coating layer 20 is relatively easy to peel off due to cracks generated due to deformation of the reduction reaction vessel. When the coating layer 20 is peeled off, Fe contamination derived from the metal reduction reaction vessel may occur in the generated titanium sponge mass. However, when the inner wall surface layer 11 in which Ti and the barrier metal M are diffused is formed from the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel, the activity of Fe is active on the surface 10a side of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel. Since the amount is reduced, it is considered that even if the coating layer 20 is peeled off, the contamination of Fe derived from the metal reduction reaction vessel can be suppressed. Since the inner wall surface layer 11 is formed inside from the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel, even if the coating layer 20 is peeled off, the elution of Fe can be suppressed. Therefore, an operation is performed to form the coating layer 20 again. The problem of stopping does not occur.

例えば、金属製還元反応容器の内壁10の表面10a上に形成された原料粉層の加熱処理は、原料粉層にチタンが含有されるので、真空中又は不活性ガス雰囲気(アルゴンガス雰囲気、ヘリウムガス雰囲気など)にて100℃以上1080℃未満で行うことが好ましい。この温度域で熱処理を行う理由は、鉄とチタンの共晶溶融温度が1080℃であり、1080℃以上で熱処理を行うと金属製還元反応容器の内壁が溶融する危険性があるためである。 For example, in the heat treatment of the raw material powder layer formed on the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel, since titanium is contained in the raw material powder layer, a vacuum or an inert gas atmosphere (argon gas atmosphere, helium) It is preferable to carry out at 100 ° C. or higher and lower than 1080 ° C. in a gas atmosphere or the like. The reason for performing the heat treatment in this temperature range is that the eutectic melting temperature of iron and titanium is 1080 ° C., and if the heat treatment is performed at 1080 ° C. or higher, there is a risk that the inner wall of the metal reduction reaction vessel will melt.

加熱処理の加熱温度は、金属製還元反応容器の内壁10の表面10aから内側にTi及びバリア金属Mを良好に拡散させるという観点から、100℃以上であることが好ましく、700℃以上であることがより好ましく、850℃以上であることが更に好ましい。ただし、加熱温度は、1080℃以上で加熱処理を行うと金属製還元反応容器の内壁10が溶融する危険性があるため、1080℃未満であることが好ましく、1050℃以下であることがより好ましい。
また、加熱処理の加熱保持時間は、先述した所定の加熱温度となった後、1〜24時間で保持すればよく、2〜12時間で保持すれば更によい。なお、加熱処理は、不活性ガス存在下での加熱であってよい。この場合、金属製還元反応容器内を真空引き(例えば0.01Pa以下)した後、減圧度をゲージ圧で0.05MPa以下、好ましくは0.03MPa以下となるよう不活性ガスを封入してから加熱処理を行ってよい。
The heating temperature of the heat treatment is preferably 100 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or higher, from the viewpoint of satisfactorily diffusing Ti and the barrier metal M from the surface 10a of the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel to the inside. Is more preferable, and 850 ° C. or higher is even more preferable. However, the heating temperature is preferably less than 1080 ° C., more preferably 1050 ° C. or lower, because there is a risk that the inner wall 10 of the metal reduction reaction vessel will melt if the heat treatment is performed at 1080 ° C. or higher. ..
Further, the heat holding time of the heat treatment may be held for 1 to 24 hours after reaching the predetermined heating temperature described above, and may be further held for 2 to 12 hours. The heat treatment may be heating in the presence of an inert gas. In this case, after the inside of the metal reduction reaction vessel is evacuated (for example, 0.01 Pa or less), an inert gas is sealed so that the degree of decompression is 0.05 MPa or less, preferably 0.03 MPa or less in gauge pressure. Heat treatment may be performed.

[4.チタンの製造方法]
本発明に係るチタンの製造方法は、一実施形態において、上述した内壁表層11を備えた金属製還元反応容器内で四塩化チタンを還元する工程を含む。なお、上記チタンの製造方法は、例えばスポンジチタンの製造方法を含む。
[4. Titanium manufacturing method]
In one embodiment, the method for producing titanium according to the present invention includes a step of reducing titanium tetrachloride in a metal reduction reaction vessel provided with the above-mentioned inner wall surface layer 11. The titanium production method includes, for example, a sponge titanium production method.

以下、本発明の内容を実施例及び比較例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、製造条件については、表1に示す。また、Ti粉及びTi0.5Mo0.5母合金粉(質量比でTi:Mo=1:1の母合金粉)の平均粒径は、先述した方法で、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(LA−920、株式会社堀場製作所製)によりそれぞれ測定した。 Hereinafter, the content of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these examples. The manufacturing conditions are shown in Table 1. Further, the average particle size of the Ti powder and the Ti 0.5 Mo 0.5 mother alloy powder (the mother alloy powder with a mass ratio of Ti: Mo = 1: 1) is determined by the method described above by the laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (LA). -920, manufactured by HORIBA, Ltd.).

(バリア金属の性能評価)
まず、sample1〜3では、SUS316片を使用し、該SUS316片表面にバリア金属Mを膜厚が200〜300μmの範囲内となるように溶射し冷却凝固させてバリア金属層を形成した。なお、バリア金属層を形成した面積は1cm×1cm角であり、SUS316片の他の箇所はジルコニア及びマグネシアからなるコート材にてコーティングした。なお、sample1では、バリア金属MとしてMoを使用し、sample2では、バリア金属MとしてWを使用し、sample3では、バリア金属MとしてNbを使用した。
一方、sample4では、SUS316片の表面にバリア金属Mを溶射しなかったこと以外は上記と同様の処理を行った。また、sample5では、SUS316片の表面に膜厚が200〜300μmの範囲内となるようCrを溶射し冷却凝固させてCr層を形成したこと以外は上記sample1〜3と同様の処理をした。
(Performance evaluation of barrier metal)
First, in samples 1 to 3, SUS316 pieces were used, and a barrier metal M was sprayed on the surface of the SUS316 pieces so that the film thickness was within the range of 200 to 300 μm, and cooled and solidified to form a barrier metal layer. The area where the barrier metal layer was formed was 1 cm × 1 cm square, and the other parts of the SUS316 piece were coated with a coating material made of zirconia and magnesia. In sample1, Mo was used as the barrier metal M, in sample2, W was used as the barrier metal M, and in sample3, Nb was used as the barrier metal M.
On the other hand, in sample4, the same treatment as above was performed except that the barrier metal M was not sprayed on the surface of the SUS316 piece. Further, in sample5, Cr was sprayed on the surface of the SUS316 piece so that the film thickness was within the range of 200 to 300 μm, and the Cr layer was formed by cooling and solidifying to form a Cr layer.

そして、sample1〜5のSUS316片を950℃にてMgに3時間接触させ、MgへのFeの溶出量(質量ppm)を誘導結合プラズマ(ICP)発光分析装置により測定した。 Then, SUS316 pieces of samples 1 to 5 were brought into contact with Mg at 950 ° C. for 3 hours, and the amount of Fe eluted in Mg (mass ppm) was measured by an inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometer.

その結果、sample1〜3はsample4に対しFeの溶出量がいずれも1/4以下に低下した。なお、sample4はFeの溶出量が300質量ppmであった。以上より、Mo、Nb、及びWはFeの溶出を抑制する効果が確認された。
なお、sample5もFeの溶出量がsample4に対して1/4以下まで低減された。しかしながら、試験後のSUS316片を確認するとCr層が減肉していた。経験的にCrはMgに溶解することを発明者は知見しているので、Mg中のCr量を測定したところ420質量ppmのCrが検出された。
そこで、Crの厚さを20μmまで薄くしたこと以外は上記sample5と同様の処理を行ってsample6を作製した。該sample6を950℃にてMgに3時間接触させ、MgへのFeの溶出量(質量ppm)を測定したところ280質量ppmのFeが検出された。以上より、CrはFeの溶出抑制効果がないと判断した。
As a result, the amount of Fe eluted in samples 1 to 3 was reduced to 1/4 or less of that in sample 4. In sample4, the elution amount of Fe was 300 mass ppm. From the above, it was confirmed that Mo, Nb, and W have the effect of suppressing the elution of Fe.
In addition, the elution amount of Fe in sample5 was reduced to 1/4 or less of that in sample4. However, when the SUS316 piece after the test was confirmed, the Cr layer was thinned. Since the inventor has empirically known that Cr dissolves in Mg, when the amount of Cr in Mg was measured, 420 mass ppm of Cr was detected.
Therefore, sample 6 was produced by performing the same treatment as that of sample 5 except that the thickness of Cr was reduced to 20 μm. When the sample 6 was brought into contact with Mg at 950 ° C. for 3 hours and the amount of Fe eluted in Mg (mass ppm) was measured, 280 mass ppm of Fe was detected. From the above, it was determined that Cr has no effect of suppressing the elution of Fe.

(テストピースの表面改質)
次に、実施例1〜2及び比較例1〜2で使用するテストピースを表1に示した条件に従って、それぞれ作製した。
(Surface modification of test piece)
Next, the test pieces used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared according to the conditions shown in Table 1, respectively.

まず、平均粒径30μmのTi粉と、平均粒径10μmのTi0.5Mo0.5母合金粉をそれぞれ用意した。 First, Ti powder having an average particle size of 30 μm and Ti 0.5 Mo 0.5 mother alloy powder having an average particle size of 10 μm were prepared.

次に、Ti粉1.8kg、Ti0.5Mo0.5母合金粉1.8kg、水3kg、エタノール60mL(47.4g)を容器にそれぞれ投入し混合することで、懸濁液を作製した。 Next, 1.8 kg of Ti powder, 1.8 kg of Ti 0.5 Mo 0.5 mother alloy powder, 3 kg of water, and 60 mL (47.4 g) of ethanol were put into a container and mixed to prepare a suspension.

次に、未使用であるクラッド鋼製(SS400)のテストピース(縦2.0cm×横2.0cm×厚み0.3cm)を4本用意した。クラッド鋼製は炭素鋼とステンレス鋼との二層で形成されており、炭素鋼を内壁に見立てた。 Next, four unused clad steel (SS400) test pieces (length 2.0 cm × width 2.0 cm × thickness 0.3 cm) were prepared. The clad steel is formed of two layers of carbon steel and stainless steel, and carbon steel is regarded as the inner wall.

次に、マグネシアとジルコニアを主成分とした土台を用意した。テストピースの一方の主表面(1.0cm×1.0cm角)だけが露出するように、テストピースを土台に埋め込んだ。 Next, a foundation containing magnesia and zirconia as the main components was prepared. The test piece was embedded in the base so that only one main surface (1.0 cm × 1.0 cm square) of the test piece was exposed.

上記懸濁液をスプレー法で、テストピースの露出面にTi粉及びTi0.5Mo0.5母合金粉を0.1g/cm2となるように塗布した後(比較例2はこのスプレー処理なし)、炉内に設置して3時間にわたって100℃で加熱しつつ乾燥エアーを通気して脱媒することで、原料粉層を得た。ここで、塗布量は、テストピースと土台の重さから、未塗布のテストピースと土台の重さを差し引き、その値を主表面の面積で除した。 After applying the above suspension to the exposed surface of the test piece by a spray method so that Ti powder and Ti 0.5 Mo 0.5 mother alloy powder become 0.1 g / cm 2 (Comparative Example 2 does not have this spray treatment). A raw material powder layer was obtained by installing in a furnace and heating at 100 ° C. for 3 hours while aerating dry air to remove the medium. Here, the coating amount was obtained by subtracting the weight of the uncoated test piece and the base from the weight of the test piece and the base, and dividing the value by the area of the main surface.

容器内に上記テストピースを入れてAr雰囲気とし、加熱温度1050℃とした後、加熱保持時間8時間で加熱処理を実施した。加熱終了後、大気中で放冷した。これにより、表面上にコーティング層を備えたテストピースを得た。 The test piece was placed in a container to create an Ar atmosphere, the heating temperature was 1050 ° C., and then the heat treatment was carried out with a heating holding time of 8 hours. After the heating was completed, it was allowed to cool in the air. As a result, a test piece having a coating layer on the surface was obtained.

次に、処理前のテストピースの表面を視認することができるまで、チッピングハンマーでコーティング層を除去した。その結果、内壁の表面から内側に拡散したTiとMoを含有した表層を備えたテストピース(以下、「テストピースA」という。)が得られた。 The coating layer was then removed with a chipping hammer until the surface of the untreated test piece was visible. As a result, a test piece (hereinafter referred to as "test piece A") having a surface layer containing Ti and Mo diffused inward from the surface of the inner wall was obtained.

また、Ti粉0.36kg、Ti0.5Mo0.5母合金粉3.24kg、水3kg、エタノール60mLを容器にそれぞれ投入し混合することで、懸濁液を作製したこと以外、テストピースAと同じ作製方法により、Ti及びMoを拡散した表層を備えたテストピース(以下、「テストピースB」という。)を作製した。
また、Ti粉3.6kg、水3kg、エタノール60mLを容器にそれぞれ投入し混合することで、懸濁液を作製したこと以外、テストピースAと同じ作製方法により、Tiを拡散した表層を備えたテストピース(以下、「テストピースC」という。)を作製した。更に、テストピースA〜Cと異なり、テストピースの露出面を改質しなかったものを、テストピースDとした。
In addition, the same preparation as test piece A except that a suspension was prepared by putting 0.36 kg of Ti powder, 3.24 kg of Ti 0.5 Mo 0.5 mother alloy powder, 3 kg of water, and 60 mL of ethanol into a container and mixing them. By the method, a test piece (hereinafter, referred to as "test piece B") having a surface layer in which Ti and Mo were diffused was produced.
In addition, a surface layer in which Ti was diffused was provided by the same preparation method as that of test piece A, except that a suspension was prepared by putting 3.6 kg of Ti powder, 3 kg of water, and 60 mL of ethanol into a container and mixing them. A test piece (hereinafter referred to as "test piece C") was produced. Further, unlike the test pieces A to C, the one in which the exposed surface of the test piece was not modified was designated as the test piece D.

(厚みの測定、金属濃度)
テストピースA〜Cに備わる表層の厚みを下記測定方法によりそれぞれ求めた。
このテストピースA〜Cを厚み方向に沿って切断し、冷間埋込樹脂(主成分ポリエステル系樹脂)約20gと硬化剤(メチルエチルケトンパーオキサイド、メチルエチルケトン)約2gを用いて成形型に埋め込み、1日程度放置して樹脂を固め、サンプルとした。そして、耐水研磨紙を用いてサンプルの切断面が樹脂層から出るように研磨を行い、更に、測定を行うサンプル表面を真空蒸着機で白金コーティングした。このようにして得られたサンプルについて、電子線マイクロアナライザ(SUPERPROBE JXA−8100、日本電子株式会社製)を用いてEPMA分析でテストピースA〜Cの厚み方向に沿ってTi及びMo量を測定し、また表層の厚みについては5点測定し、それらのうちの最小値を表層の厚みとした。テストピースCはMoを含まないので、Ti量のみに基づいて厚みを求めた。その結果を表1に示す。なお、TiとMoはともに厚み方向において、ほぼ同じ位置まで検出された。
(Measurement of thickness, metal concentration)
The thickness of the surface layer provided on the test pieces A to C was determined by the following measuring methods.
These test pieces A to C are cut along the thickness direction and embedded in a molding mold using about 20 g of a cold-embedded resin (main component polyester resin) and about 2 g of a curing agent (methyl ethyl ketone peroxide, methyl ethyl ketone). The resin was hardened by leaving it for about a day to prepare a sample. Then, polishing was performed using water-resistant abrasive paper so that the cut surface of the sample came out of the resin layer, and the surface of the sample to be measured was platinum-coated with a vacuum vapor deposition machine. With respect to the sample obtained in this manner, the amounts of Ti and Mo were measured along the thickness direction of the test pieces A to C by EPMA analysis using an electron probe microanalyzer (SUPERPROBE JXA-8100, manufactured by JEOL Ltd.). The thickness of the surface layer was measured at 5 points, and the minimum value among them was taken as the thickness of the surface layer. Since the test piece C does not contain Mo, the thickness was determined based only on the amount of Ti. The results are shown in Table 1. Both Ti and Mo were detected up to almost the same position in the thickness direction.

(Fe濃度の評価)
有底円筒状のMgO製ルツボ(φ47mm(外径)×φ39mm(内径)×160mm(高さ))を4本用意した。各ルツボの底には、表層を備えた面が上向きとなるようにテストピースA〜Cを載置し、かつ一方の露出面が上向きとなるようにテストピースDを載置した。次に、4本のルツボに200gの固体Mgをそれぞれ投入した。その際、固体MgをテストピースA〜Dの上にそれぞれ置いた。設定温度を995℃にとし、ルツボの外周面を加熱してそのルツボ内を昇温させた。ルツボ内が720℃となった時点から撹拌を開始し、固体Mgを溶融させた。次いで、ルツボ内が800℃に到達してから、1.5時間かけて950℃に到達した後更に1.5時間950℃にて保持した。その後、加熱を停止し、ルツボを引き上げた。
そして、溶融マグネシウムをサンプリングし、溶融マグネシウムに溶出したFe量を、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析装置により測定した。その結果については、実施例1〜2、比較例1〜2をそれぞれ表2に示す。なお、テストピースAが実施例1、テストピースBが実施例2、テストピースCが比較例1、テストピースDが比較例2である。
(Evaluation of Fe concentration)
Four bottomed cylindrical MgO crucibles (φ47 mm (outer diameter) x φ39 mm (inner diameter) x 160 mm (height)) were prepared. On the bottom of each crucible, test pieces A to C were placed so that the surface provided with the surface layer was facing upward, and test pieces D were placed so that one exposed surface was facing upward. Next, 200 g of solid Mg was put into each of the four crucibles. At that time, solid Mg was placed on each of the test pieces A to D. The set temperature was set to 995 ° C., and the outer peripheral surface of the crucible was heated to raise the temperature inside the crucible. Stirring was started when the temperature inside the crucible reached 720 ° C. to melt the solid Mg. Then, after the inside of the crucible reached 800 ° C., it reached 950 ° C. over 1.5 hours and then kept at 950 ° C. for another 1.5 hours. After that, heating was stopped and the crucible was pulled up.
Then, the molten magnesium was sampled, and the amount of Fe eluted in the molten magnesium was measured by an inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometer. The results are shown in Table 2 of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, respectively. The test piece A is Example 1, the test piece B is Example 2, the test piece C is Comparative Example 1, and the test piece D is Comparative Example 2.

(実施例による考察)
実施例1,2は、比較例1と比べて、溶出したFe量を低減できたことを確認した。更に、実施例1の表層の厚みが実施例2の表層の厚みよりも薄かったが、実施例2よりもFe量を低減することができることを確認した。
特に、実施例1は、比較例1と比べて、溶融マグネシウム中に溶出したFe量を1/15まで低減でき、又、比較例2と比べて、溶融マグネシウム中に溶出したFe量を1/50まで低減できたことを確認した。
なお、実施例1〜2では内壁表層においてTiとMoの存在する厚みはほぼ同じであった。
(Discussion by Example)
It was confirmed that Examples 1 and 2 were able to reduce the amount of eluted Fe as compared with Comparative Example 1. Further, although the thickness of the surface layer of Example 1 was thinner than the thickness of the surface layer of Example 2, it was confirmed that the amount of Fe could be reduced as compared with Example 2.
In particular, in Example 1, the amount of Fe eluted in molten magnesium can be reduced to 1/15 as compared with Comparative Example 1, and the amount of Fe eluted in molten magnesium is 1/15 as compared with Comparative Example 2. It was confirmed that it could be reduced to 50.
In Examples 1 and 2, the thicknesses of Ti and Mo present on the inner wall surface layer were almost the same.

実施例2では、実施例1と比べ、溶融マグネシウムのFe濃度が若干高かった。実施例2では、実施例1よりMo量が少なかったため、内壁の表面から内側に向かってMoの移行量が少なかったことが推定される。 In Example 2, the Fe concentration of molten magnesium was slightly higher than that in Example 1. In Example 2, since the amount of Mo was smaller than that in Example 1, it is estimated that the amount of Mo transferred from the surface of the inner wall toward the inside was small.

以上より、内壁の表面から内側に拡散したTiとMoを含有する表層を備えた金属製還元反応容器が有用であるといえる。 From the above, it can be said that a metal reduction reaction vessel provided with a surface layer containing Ti and Mo diffused inward from the surface of the inner wall is useful.

10 内壁
10a 内壁の表面
11 内壁表層
20 コーティング層
S11 原料粉層形成工程
S21 層形成工程
10 Inner wall 10a Inner wall surface 11 Inner wall surface layer 20 Coating layer S11 Raw material powder layer forming step S21 Layer forming step

Claims (12)

内壁の表面から内側に位置してTi及びバリア金属Mを含有する内壁表層を備える、金属製還元反応容器。 A metal reduction reaction vessel having an inner wall surface layer located inside from the surface of the inner wall and containing Ti and a barrier metal M. 前記内壁の表面における組成においてTi及びバリア金属Mの合計濃度が3質量%以上であり、前記内壁表層の厚みが40μm以上である、請求項1に記載の金属製還元反応容器。 The metal reduction reaction vessel according to claim 1, wherein the total concentration of Ti and the barrier metal M in the composition on the surface of the inner wall is 3% by mass or more, and the thickness of the surface layer of the inner wall is 40 μm or more. 前記内壁の表面における組成においてバリア金属Mの濃度が1質量%以上である、請求項1又は2に記載の金属製還元反応容器。 The metal reduction reaction vessel according to claim 1 or 2, wherein the concentration of the barrier metal M in the composition on the surface of the inner wall is 1% by mass or more. 前記バリア金属Mは、Mo、Nb、及びWよりなる群から選択される1種以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器。 The metal reduction reaction vessel according to any one of claims 1 to 3, wherein the barrier metal M is one or more selected from the group consisting of Mo, Nb, and W. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法であって、
金属製還元反応容器の内壁の表面にTi−M系母合金粉を含有した原料粉層を形成する原料粉層形成工程と、
前記原料粉層を加熱処理することにより、前記内壁の表面より外側に位置してTi及びMを含有するコーティング層と、前記内壁の表面から内側に位置してTi及びMを含有する内壁表層とをそれぞれ形成する層形成工程と、を含む金属製還元反応容器の製造方法。
(ただし、Mは、バリア金属を示す。)
The method for producing a metal reduction reaction vessel according to any one of claims 1 to 4.
A raw material powder layer forming step of forming a raw material powder layer containing Ti-M-based mother alloy powder on the surface of the inner wall of the metal reduction reaction vessel, and
By heat-treating the raw material powder layer, a coating layer containing Ti and M located outside the surface of the inner wall and an inner wall surface layer containing Ti and M located inside the surface of the inner wall. A method for producing a metal reduction reaction vessel, which comprises a layer forming step for forming each of the above.
(However, M indicates a barrier metal.)
前記原料粉層形成工程では、前記Ti−M系母合金粉と、炭素数1〜4のアルコールを含む水溶液と、を含有した懸濁液を前記内壁の表面に付着させることを含む、請求項5に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 The claim includes that the raw material powder layer forming step includes attaching a suspension containing the Ti-M-based mother alloy powder and an aqueous solution containing an alcohol having 1 to 4 carbon atoms to the surface of the inner wall. 5. The method for producing a metal reduction reaction vessel according to 5. 前記Ti−M系母合金粉は、Tiを30〜70質量%含有し、Mを30〜70質量%含有する、請求項5又は6記載の金属製還元反応容器の製造方法。 The method for producing a metal reduction reaction vessel according to claim 5 or 6, wherein the Ti-M-based mother alloy powder contains 30 to 70% by mass of Ti and 30 to 70% by mass of M. 前記原料粉層は、金属製還元反応容器の内壁の表面1cm2当たりに前記Ti−M系母合金粉を0.05〜1.0g含有している、請求項5〜7のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 Any one of claims 5 to 7, wherein the raw material powder layer contains 0.05 to 1.0 g of the Ti-M-based mother alloy powder per 1 cm 2 of the surface of the inner wall of the metal reduction reaction vessel. The method for producing a metal reduction reaction vessel according to. 前記原料粉層は、Ti粉を更に含有し、
前記Ti粉の平均粒径が45μm以下であり、
前記Ti−M系母合金粉の平均粒径が45μm以下である、請求項5〜8のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。
The raw material powder layer further contains Ti powder and contains
The average particle size of the Ti powder is 45 μm or less.
The method for producing a metal reduction reaction vessel according to any one of claims 5 to 8, wherein the average particle size of the Ti-M-based mother alloy powder is 45 μm or less.
前記原料粉層は、前記Ti粉の含有量が5〜70質量%であり、前記Ti−M系母合金粉の含有量が30〜95質量%である、請求項9に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 The metal reduction according to claim 9, wherein the raw material powder layer has a content of the Ti powder of 5 to 70% by mass and a content of the Ti-M-based mother alloy powder of 30 to 95% by mass. Method for manufacturing a reaction vessel. 前記加熱処理は、加熱温度を100℃以上1080℃未満で行う、請求項5〜10のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器の製造方法。 The method for producing a metal reduction reaction vessel according to any one of claims 5 to 10, wherein the heat treatment is performed at a heating temperature of 100 ° C. or higher and lower than 1080 ° C. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の金属製還元反応容器内で四塩化チタンを還元する工程を含む、スポンジチタンの製造方法。 A method for producing titanium sponge, which comprises a step of reducing titanium tetrachloride in the metal reduction reaction vessel according to any one of claims 1 to 4.
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