JP2020503441A - チタン粉末製造装置及び方法 - Google Patents

Abstract

溶融物からチタン金属粉末を製造するための方法及び装置に関する。このような装置は、チタン金属粉末の汚染を防止するために、チタン金属粉末と同じチタン合金で被覆されている又は全体的に形成されている内壁を有するアトマイズチャンバを備えている。アトマイズチャンバに続く流路における装置の一部又は全ての構成要素の内面も、チタン合金又はＣＰ−Ｔｉで被覆されていても又は全体的に形成されていてもよい。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年１２月２１日に出願された「チタン粉末製造装置及び方法」という名称の仮特許出願第６２／４３７，１２９号の優先権を主張する。

本発明は、チタン粉末製造装置及び方法に関し、特に、チタン粉末の汚染を防止する、このような装置及び方法に関する。

粉末冶金は、航空宇宙などの重要な用途のためのチタン製の部品の製造において重要な技術である。チタン金属粉末は、このプロセス経路における基本的な原料である。アルゴンのような不活性ガスを使用するアトマイズ法は、高い充填密度を有する均一な球形粉末を製造するために一般に使用される方法である。ガスアトマイズ法のための典型的なデバイスは、液体金属ストリーム供給源、アトマイズガスジェット、及び冷却チャンバからなる。自由落下する溶融チタンのストリームは、不活性ガスジェットと高速で衝突し、微粒化されたチタン液滴は、チャンバを漂う間に凝固し、チャンバの底で回収される。非常に特殊な制御された構造を得るために、液滴の凝固中の冷却速度を極めて高い値にすることが望ましい。アトマイズチャンバの設計及び構成のいくつかの態様が重要である。

１．チャンバは、チタンとの接触時にチタンと反応しない材料で構成されなければならない；
２．チタン液滴がチャンバの壁又は底部と接触する前に凝固し得るように、チャンバは十分に大きくなければならない；
３．チャンバは、大気汚染を防止するために、完全に排気可能であるべきである；
４．チャンバ設計は、その内部の完全な洗浄及び検査のために、容易にアクセス可能にするべきである。

ステンレス鋼は、チタンアトマイズチャンバの構成に最も一般的に使用される材料である。チタン液滴の一部が凝固前にアトマイズチャンバに衝突する可能性がある。これらの液滴はステンレス鋼と反応して、本質的に脆い低融点化合物を生成する。これらの化合物は、汚染物質としてチタン粉末ストリームに入るが、標準的な品質管理技術では検出されないままである。これらの汚染された粉末から作られる構成要素は、大惨事となる使用中の故障に直面する。

本発明によれば、製造される金属粉末を汚染しない金属で、アトマイズ段階後の金属粉末流路を覆うこと又は作製することによって、粉末金属汚染を除去することができる。

チタン金属粉末の場合、アトマイズチャンバの壁は、好ましくは、チタン金属粉末と同じチタン合金で覆われる又は作製される。例えば、製造されるチタン粉末金属がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖである場合には、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖなどのチタン合金をライナ又はチャンバ壁に使用することができる。

この解決策は任意の粉末金属製造システムに適用されるが、金属汚染がチャンバ洗浄操作において生成される可能性があるため、溶融物からの金属粉末製造に特に適用可能であり、この理由は、この方法では時折、粉末ボールとチャンバ壁とが結合するからである。

溶融物からのアトマイズ法としては、金属の溶融ストリームが高速不活性ガスジェットと衝突して粉末を形成するガスアトマイズ法（gas atomization：ＧＡ）、及び金属棒を急速に回転させながら、金属棒の端部を溶融して金属液滴を放出させる回転電極法（ＰＲＥＰ）が挙げられる。

いずれの場合においても、溶融は、電子ビーム、プラズマトーチ、電気アーク、誘導加熱、レーザー加熱、又は任意の他の十分に強力な加熱方法によって達成され得る。

チタン粉末を製造するための装置の一部の模式図である。

図１を参照すると、チタン粉末を製造するための装置１０は、既知のシステムから、アトマイズされた液体金属ストリームの供給を受けるためのアトマイズすなわちホットスプレーチャンバ１２を備え、この既知のシステムは、例えば、冷壁誘導案内システム（cold wall induction guiding system）、電極誘導溶融ガスアトマイズプロセス、プラズマ溶融誘導案内ガスアトマイズ方法、トリプルメルトプロセス、又は任意の他の既知のシステムである。アトマイズチャンバ１２からの粉末は、図１に示すように、輸送管１４を通過し、サイクロン分離器１６を通過した後、粉末容器１８に入る。

本発明によれば、アトマイズチャンバ１２の内面２０全体は、上述したチタン粉末金属を含む溶融物から製造されるチタン金属粉末と同じチタン合金で被覆されるか、又は形成される。例示的な例として、アトマイズチャンバ１２の内面２０上のチタン合金の被覆は、厚さが約２ｍｍであってもよい。アトマイズチャンバは、ステンレス鋼などの任意の適切な材料から形成されてもよい。あるいは、アトマイズチャンバ１２は、別の材料で形成された内面上の合金被覆の代わりに、チタン合金で形成されてもよい。

チタン粉末の汚染を更に確実に防止するために、アトマイズチャンバ１２の後の流路の全部又は一部を、チタン粉末と同じチタン合金又は商業的に入手可能な純チタン（ＣＰ−Ｔｉ）で被覆するか、又は形成してもよい。チタン粉末のいかなる汚染をも防止するために、例えば、輸送管１４、サイクロン分離器１６、及び／又は粉末容器１８のうちの一つ以上を、チタン合金又はＣＰ−Ｔｉで形成するか、又は内部を被覆してもよい。

例示的な例として、加工されるチタン粉末金属がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖである場合、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖなどのチタン合金を、アトマイズチャンバ１２内のライナ又はチャンバ壁２０、及び後続の流路の全部又は一部に使用することができる。

本発明を現在最も現実的で好ましいと考えられる実施形態に関して説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されるべきではなく、それとは逆に、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる様々な変更や等価な配置もカバーすることが意図されると理解されるべきである。

Claims (8)

1. チタン金属粉末を含む溶融物からチタン金属粉末を製造するための装置であって、前記チタン金属粉末と同じチタン合金で被覆された又は全体的に形成された内壁を有していることで、チタン金属粉末の汚染を防止したアトマイズチャンバを備えた、装置。
2. 前記アトマイズチャンバの出口開口に接続された粉末輸送管と、前記粉末輸送管に接続されたサイクロン分離器と、前記サイクロン分離器に接続された粉末容器とを更に備え、
   前記輸送管、前記サイクロン分離器、及び／又は前記粉末容器のうちの一つ以上の内面が、前記チタン合金又はＣＰ−Ｔｉで被覆されている又は全体的に形成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記アトマイズチャンバの前記内壁は、厚さ約２ｍｍのチタン合金で被覆されている、請求項１に記載の装置。
4. チタン粉末金属を含む溶融物からチタン粉末を製造するための装置においてチタン粉末の汚染を防止するための方法であって、前記装置が、内壁を有するアトマイズチャンバを有し、前記内壁を前記チタン粉末と同じチタン合金で被覆するか、又は全体的に形成することを含む、方法。
5. 前記内壁上の前記チタン合金の被覆が約２ｍｍである、請求項４に記載の方法。
6. 前記装置は、輸送管と、サイクロン分離器と、粉末容器とを、前記アトマイズチャンバに続く流路に更に備え、前記輸送管、前記サイクロン分離器及び／又は前記粉末容器のうちの一つ以上の内面を、前記チタン合金若しくはＣＰ−Ｔｉで被覆するか、又は前記内面を前記チタン合金若しくはＣＰ−Ｔｉで全体的に形成する、請求項４に記載の方法。
7. 溶融物からチタン金属粉末を製造するための装置であって、内壁を有するアトマイズチャンバ内において溶融チタンのストリームが不活性ガスと高速で衝突するようになっており、前記内壁が、前記チタン金属粉末と同じチタン合金で被覆されるか、又は全体的に形成されていることで、前記金属粉末の汚染を防止する、装置。
8. 前記アトマイズチャンバに続く流路における、前記装置の一つ以上の構成要素の内面を、前記チタン合金若しくはＣＰ−Ｔｉで被覆すること、又は前記内面を前記チタン合金若しくはＣＰ−Ｔｉで全体的に形成することを更に含む、請求項４に記載の方法。

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