JP2672039B2

JP2672039B2 - 金属粉末製造方法

Info

Publication number: JP2672039B2
Application number: JP3107571A
Authority: JP
Inventors: 正規吉野; 敏行青木
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH04337014A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属を旋回移動す
る冷却液層中に供給して金属粉末を製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】急冷凝固金属粉末は、結晶粒が微細で合
金元素も過飽和に含有させることができるので、例えば
アルミニウムやその合成の急冷凝固粉末によって形成さ
れた押出材は、溶製材では具備することのない優れた材
質特性を有し、機械部品等の素材として注目されてい
る。

【０００３】前記急冷凝固金属粉末の好適な製造方法と
して、回転ドラム法がある。この方法は、図３に示すよ
うに、回転する冷却ドラム61の内周面に冷却液層62を遠
心力の作用で形成し、該冷却液層62に溶融金属を噴射
し、微細に分断して急冷凝固した金属粉末を得る方法で
ある。同図において、63は溶融金属供給手段としての噴
射るつぼであり、その内周面には加熱用の高周波コイル
64が装着され、その下部側壁には噴射ノズル65が開設さ
れている。前記るつぼ63内の溶融金属66は、該るつぼ63
に不活性ガス67を加圧注入することによって前記ノズル
65から噴射される。そして、冷却ドラム61内の金属粉末
は、一定量溜まると、冷却ドラム61の回転を止め、冷却
液と共に回収され、脱液後、乾燥される。かかる金属粉
末の製造方法は特公平１−49769 号公報に開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転ド
ラム法では、いわゆるバッチ式操業となり、生産性が劣
る。そのうえ、粉末回収時に溶融金属の噴射を止めなけ
ればならないため、噴射ノズルに孔詰りが生じ易いとい
う問題がある。また、冷却温度を一定にするためには、
冷却液層62の液面より冷却液を供給、排出して温度制御
しなければならないが、この際、液面が乱れ、粉末粒度
や品質にばらつきが生じ易いという問題がある。

【０００５】さらに、溶融金属を冷却液層62に供給する
のに噴射るつぼが採用されており、その分コスト高であ
ると共に不純物が混入する惧れのあるものであった。さ
らに、また、噴射ノズル65の大きさは、孔詰りの観点か
らあまり小さくすることができず、従って、溶融金属66
の噴出量を少なくするにも限度があり、そのため、比較
的多量の溶融金属66が直接冷却液層62の同じ位置に連続
状に供給され、より微細な粒子の金属粉末が得難いもの
であった。

【０００６】そこで本発明は前記問題点に鑑み、安定し
た品質の金属粉末を連続的に製造することができ、しか
も、噴射ノズルの孔詰り、不純物の混入の惧れがないと
共に、より微細な粒子の金属粉末を製造できる金属粉末
製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が前記目的を達成
するために講じた技術的手段は、溶融金属を冷却用筒体
1 内の冷却液に供給し、冷却凝固させて金属粉末を製造
する方法において、前記筒体1 の内周面に沿って冷却液
を噴出供給して該筒体1 内周面に沿って旋回しながら流
下する冷却液層7 を形成すると共に冷却液を筒体1 下部
から排出し、且つ筒体1 に備えた層厚調整手段8 によっ
て前記冷却液層7 を所要厚さに形成し、冷却液層7 の内
周面側で端部同志が近接して配置された金属材料16と電
極棒18との間にアークを発生させて金属材料16を溶融
し、該溶融金属に冷却液層7 に向かう遠心力を付与して
溶融金属を冷却液層7 に向けて飛散供給し、該冷却液層
7 によって分断し冷却凝固させる点にある。

【０００８】

【作用】冷却用筒体1 の内周面に沿って供給された冷却
液は、筒体内周面に沿って旋回しながら流下し、旋回時
の遠心力及び層厚調整手段8 の作用で所要厚さの、ほぼ
一定内径の冷却液層7 を形成する。そして、冷却液層7
の内周面側で端部同志が近接配置された金属材料16と電
極棒18との間にアークを発生させて金属材料16を溶融
し、金属材料16を回転駆動したり、電極棒18を回転駆動
して該電極棒18に溶融金属を落下衝当させたりすること
によって、溶融金属に冷却液層7 に向かう遠心力を付与
し、溶融金属を冷却液層7 に向けて飛散供給する。する
と、冷却液層7 に供給される溶融金属の溶滴は冷却液層
7 の旋回流によって分断されると共に冷却凝固され、金
属粉末が製造される。

【０００９】前記冷却液層7 は常に新たに供給される冷
却液によって形成されるために一定の温度が容易に維持
される。このため、温度制御のために液面より冷却液を
排出、供給する必要がなく、液面に乱れは生じず、安定
した状態が維持される。それ故、冷却液層7 に供給され
る溶融金属は常に一定状態の下で冷却液層中に供給、分
断され、一定温度の下で冷却凝固されるため、金属粉末
の品質が安定する。

【００１０】冷却液層7 中の金属粉末は冷却液と共に旋
回しながら流下し、筒体1 の下部より排出することで、
金属粉末の連続生産が可能となる。また、溶融金属を供
給するのに、噴射るつぼが不要であり、コスト低下が図
れると共に、不純物混入の惧れも少なく、また、噴射る
つぼの噴射ノズルの孔詰りが生じるということもない。

【００１１】さらに、溶融金属は冷却液層7 に向けて飛
散供給されるので、より微細な粒子の金属粉末を製造で
きる。

【００１２】

【実施例】まず、本発明の金属粉末製造方法を実施する
ための装置について説明する。図１は実施例に係る金属
粉末製造装置を示しており、図において、1 は冷却用筒
体で、上方に開口する有底円筒状に形成されており、こ
の筒体1 の上端開口は蓋体2 により閉塞されている。筒
体1 の上部には、冷却液噴出管3 が周方向等間隔に複数
個形成され、この噴出管3 の吐出口4 は筒体内周面に沿
って接線方向から冷却液を噴出供給できるように開口さ
れている。また、噴出管3 の管軸方向は、筒体1 内周面
の水平方向の接線に対して０〜20°程度斜め下方に設定
されている。そして、噴出管3 は、ポンプ5 を介してタ
ンク6 に配管接続されていて、タンク6 内の冷却液をポ
ンプ5 によって吸い揚げて噴出管3 から筒体1 内周面側
に噴出供給することで、筒体1 の内周面に、蓋体2 から
筒体1 底壁1aに亘って該内周面に沿って旋回しながら流
下する冷却液層7 が形成される。タンク6 には、図示省
略の補給用の冷却液供給管が設けられ、またタンク6 内
や循環流路の途中に冷却器を適宜介在させてもよい。冷
却液としては一般に水が使用されるが、油が使用される
場合もある。尚、水を用いる場合、水中の溶存酸素を除
去したものを使用するのが望ましい。酸素の除去処理装
置は市販されており、入手容易である。

【００１３】筒体1 の内周面下部には、冷却液層7 の層
厚調整用リング（層厚調整手段）8がボルトによって着
脱、交換自在に取付けられ、このリング8 によって冷却
液の流下速度が抑えられて略一定内径の冷却液層7 が容
易に形成される。また、筒体1 の底壁1a外周部には、下
方に向けて開口する排出口9 が複数個所 (或いは１個
所) に設けられ、筒体1 の下部には、該下部を覆うよう
に分離容器10が配置され、この分離容器10には、冷却液
は下方に通過可能であるが金属粉末は通過不能なメッシ
ュ部材11が傾斜状に配設されている。また、分離容器10
の側壁のメッシュ部材11傾斜方向下方側には粉末排出口
12が形成されると共に、底部には排水口13が形成され、
該排水口13はタンク6 に配管されている。

【００１４】筒体1 の蓋体2 中心部には該蓋体2 を貫通
する連通管14が固定されて、該連通管14により冷却液層
7 の内周面側の閉塞された空間部15が外部に連通されて
いて、連通管14を介して該空間部15内にＡｒガス、Ｎ₂
ガス等の不活性ガスが充填可能又は該空間部15内の空気
を抜出して真空状態とすることが可能とされている。ま
た、前記連通管14を貫通して棒状に形成された金属材料
16が上方から筒体1 内に挿入されている。この金属材料
16は上下方向の軸心廻り回動自在で且つ下方移動自在に
支持されており、図外の駆動装置で回転駆動及び下方移
動される。また、金属材料16は、これに摺接するブラシ
17を介して電源のプラス側に接続されている。前記金属
材料16の下方には、分離容器10の底部及び筒体1 の底壁
1aを貫通して筒体1 に下方から挿入された電極棒18が配
置されていて、金属材料16と電極棒18の端部同志は近接
して上下に対向状とされている。この電極棒18は、タン
グステン等の消耗されにくい耐熱材料から成り、上下中
間部において絶縁材19を介して筒体1 底壁1aに気密に支
持固定されると共に、下方においても支持固定されてい
る。また、電極棒18は電源のマイナス側に接続されてい
て、金属材料16と電極棒18との間にアーク発生可能とさ
れている。

【００１５】前記構成において、金属粉末を製造するに
は、まず、ポンプ5 を作動させて、筒体1 内周面に冷却
液層7 を形成し、次に、冷却液層7 内周面側の空間部15
に連通管14を介して不活性ガスを圧送する。すると、空
間部15内の空気が冷却液と共に外部に排出されて該空間
部15内に不活性ガスが充填される。不活性ガスが空間部
15に充填された後は、ガスの送給を常時行う必要はな
く、連通管14とガス源との間に設けられた開閉弁を遮断
すればよい。なお、不活性ガスによる置換を容易に行う
には、空気排出用の他の連通管を併設しておけばよい。
また、空間部15内の空気を不活性ガスと置換することな
く連通管14から真空ポンプ等により抜出して空間部15内
を真空状態としてもよい。その後、金属材料16と電極棒
18との間にアークを発生させ、該アークによる発生熱で
金属材料16を溶融しながら該金属材料16を回転駆動して
溶融金属を遠心力の作用により冷却液層7 に向けて放射
状に飛散させる。この際、金属材料16は材料減少分下方
に徐々に送られる。そして、この飛散された溶滴は、旋
回しながら流下する冷却液層7 によって分断されると共
に急冷凝固されて金属粉末が製造される。この金属粉末
は、溶融金属が真空或いは不活性ガス雰囲気中で冷却液
層7 に供給されて、冷却液層7 に至るまでの間において
溶融金属の表面酸化が抑制されることから、酸膜の薄い
高品質の粉末になる。冷却液層7 中の金属粉末は、冷却
液と共に旋回しながら層厚調整用リング8 を越えて流下
し、筒体1 の下端の排出口9 から分離容器10に入る。こ
こで、メッシュ部材11により金属粉末と冷却液とに分離
され、一次的に脱液された液分の少ない金属粉末が得ら
れる。この一次脱液された金属粉末は粉末排出口12から
排出されて、遠心分離機等の脱液装置により脱液され、
乾燥装置により乾燥される。また、冷却液は排水口13か
らタンク6 に戻されて循環使用される。

【００１６】なお、前記実施例では、冷却用筒体として
円筒状のものを示したが、これに限らず、例えば内周面
が上方に向けて拡開状の回転放物面で形成された漏斗形
状（層厚調整手段）や切頭逆円錐形状（層厚調整手段）
としてもよい。この場合、層厚調整用リング8 を取付け
なくても、一定内径の冷却液層を形成することができ
る。

【００１７】また金属材料16の回転方向は、冷却液層7
の旋回流の進行方向と同方向又は逆方向のどちらであっ
ても良いが、旋回流と逆方向である方が、金属材料16か
ら飛散する溶融金属の溶滴の旋回流による分断効果が良
好である。また、金属材料16の回転速度を変えることに
よって粉末粒子の大きさを容易にコントロールできる。

【００１８】さらに、金属材料16と電極棒18とは上下逆
であっても良く、また、図例のように、金属材料16を上
側に電極棒18を下側にした場合、金属材料16を回転駆動
させずに、電極棒18を回転駆動させ、金属材料16から落
下する溶融金属を電極棒18に衝当させ該電極棒18より遠
心力を与えて冷却液層7 に向けて飛散供給するようにし
ても良く、その場合、図２に示すように、回転テーブル
20を電極棒18の上端部側に固着するようにするのが好ま
しい。また、図３に示すように、回転テーブル20を電極
棒18に外嵌する筒軸21上端に設け、電極棒18を回転させ
ずに筒軸21を軸心廻りに回転駆動して回転テーブル20の
みを回転させ、金属材料から落下する溶融金属を冷却液
層7 に向けて飛散させるようにしても良く、この場合、
電極棒18は固定状としても良いが、電極棒18が消耗した
場合のことを考えて電極棒18を上方に進出させるように
するのが好ましい。また、金属材料16を比較的長く形成
したり連続状に移送したりすることにより金属粉末の連
続生産性が良好となる。

【００１９】また、筒体1 の底壁1aは、排水が容易なよ
うに、中心部から排出口9 に向けて下方傾斜状 (排出口
9 が１個所である場合は底壁1a全体を排出口9 に向けて
下方傾斜状) に形成するようにするのが好ましい。ま
た、図例では、層厚調整用リング8 は断面方形状である
が、これに限らず、例えばリング上面の外周縁から下面
の内周縁にかけて漸次縮径する曲面で形成してもよい。

【００２０】また本発明は、Ａｌ合金やＭｇ合金等の軽
量金属粉末の製造に限らず、鉄やその合金等の金属粉末
の製造に適用できることは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、筒体1 の内周面に沿っ
て冷却液を噴出供給して、筒体1 内周面に沿って旋回し
ながら流下する冷却液層7 を形成するので、溶融金属を
供給する冷却液層7 の内周面に安定させることができ、
温度も均一に保持できる。そして、該冷却液層7 中に溶
融金属を供給するので、品質の安定した急冷凝固粉末が
連続的に生産できる。

【００２２】また、金属材料16と電極棒18との間にアー
クを発生させ、該アークの発生熱によって冷却液層7 の
内周面側で金属材料16を溶融するようにしており、金属
材料16と電極棒18とを上下対向状に配置して金属材料16
を上下方向の軸心廻りに回転駆動したり、上側に金属材
料16を配置し下側に電極棒18を配置して該電極棒18を上
下方向の軸心廻りに回転駆動して金属材料16から落下す
る溶融金属を電極棒18に衝当させたり等して、溶融金属
に冷却液層7 に向かう遠心力を付与することができ、こ
の遠心力の作用で、金属材料16を溶融することで得た溶
融金属を冷却液層7 に供給するようにしていることか
ら、溶融金属を冷却液層7 に供給するのに、従来のもの
のように噴射るつぼを採用する必要はなく、したがっ
て、コスト低下が図れると共に不純物が混入する惧れも
少なく、また、噴射ノズルの孔詰りという事態も回避で
きる。

【００２３】さらに、溶融金属を遠心力の作用で冷却液
層7 に向けて飛散供給するようにしているので、より微
細な粒子の金属粉末を製造することができる。一方、高
品質の金属粉末を得るには、冷却液層7 に供給した溶融
金属を急速に冷却しなければならないが、それには安定
した所要厚さの冷却液層7 を形成する必要がある。すな
わち、冷却液は筒体1 の内面に沿って周方向に移動し、
冷却液層7 に入った溶融金属の粒子は遠心力を受けて筒
体1 の径方向外方へと移動する。この冷却液と溶融金属
の粒子との運動方向の違いにより、冷却液中で溶融金属
の粒子の冷却を阻害する粒子表面の蒸気膜が剥離し、熱
伝達率がより大きくなって、冷却効率の向上が図れるこ
ととなり、冷却液の冷却効果を最大限に利用できるので
あるが、この作用効果を奏するためには、安定した所要
厚さの冷却液層7が必要とされるのである。また、生産
性をも考慮して冷却効率の向上を図るには溶融金属の供
給に対して充分な液量の冷却液を確保する必要もあり、
この観点からも所要厚さの冷却液層7 が必要とされる。

【００２４】したがって、本発明では、特に、層厚調整
手段8 により安定した所要厚さの冷却液層7 を確保する
ことにより高品質の金属粉末を得ることができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための金属粉末製造装置の要
部断面全体配置図である。

【図２】本発明を実施するための他の例を示す要部断面
図である。

【図３】本発明を実施するための別の例を示す要部断面
図である。

【図４】従来の金属粉末製造装置の要部断面図である。

【符号の説明】

1 冷却用筒体 7 冷却液層 16 金属材料 18 電極棒

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属を冷却用筒体(1) 内の冷却液に
供給し、冷却凝固させて金属粉末を製造する方法におい
て、前記筒体(1) の内周面に沿って冷却液を噴出供給して該
筒体(1) 内周面に沿って旋回しながら流下する冷却液層
(7) を形成すると共に冷却液を筒体(1) 下部から排出
し、且つ筒体(1) に備えた層厚調整手段(8) によって前
記冷却液層(7) を所要厚さに形成し、冷却液層(7) の内
周面側で端部同志が近接して配置された金属材料(16)と
電極棒(18)との間にアークを発生させて金属材料(16)を
溶融し、該溶融金属に冷却液層(7) に向かう遠心力を付
与して溶融金属を冷却液層(7) に向けて飛散供給し、該
冷却液層(7) によって分断し冷却凝固させることを特徴
とする金属粉末製造方法。