JP2672044B2

JP2672044B2 - 金属粉末の製造方法

Info

Publication number: JP2672044B2
Application number: JP3134348A
Authority: JP
Inventors: 正規吉野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH04358009A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、旋回移動する冷却液層
中に溶融金属を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金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】このような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２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は溶融金属供給容器として
の噴射るつぼであり、その外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、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】また、溶融金属が噴射された後、冷却液層
に至るまでにその表面が酸化し、酸化膜が形成されるた
め、冷却液層による分断が困難となり、又金属粉末の酸
素や水素含有量が増加し、品質劣化を招来する。また、
冷却液層の旋回速度に限度があり、溶融金属の表面酸化
と相まって微粉を得るのが困難であるという問題があ
る。

【０００６】本発明は、安定した品質の金属微粉末を連
続的に製造することができ、しかも酸化膜の生成を抑制
することができる金属粉末の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】本発明の金属粉末の製造
方法は、上蓋および下蓋を備えかつ底部側周壁に冷却液
排出口を有する冷却用筒体の上部側内周面に沿って冷却
液を噴出供給して筒体内周面に沿って旋回しながら流下
する冷却液層を形成すると共に、冷却液排出口を通して
冷却液層底部側から旋回方向に沿って流出する流出冷却
液により該冷却液排出口を閉塞状態とし、冷却液層の内
側でかつ上蓋および下蓋によって上下が閉塞された空間
部に、この空間部を不活性ガス雰囲気に置換すべく不活
性ガスを供給し、もしくは該空間部の空気を排気し、そ
の後、該空間部に開孔した溶融金属供給容器の供給孔よ
り溶融金属を該空間部内に流下し、流下する溶融金属流
に不活性ガスを吹き付けて溶滴に分断すると共に該溶滴
を冷却液層に供給し冷却凝固させて金属粉末を得ること
を発明の構成とするものである。

【０００８】溶融金属の流下に際しては、溶融金属供給
容器に不活性ガス等の圧媒を供給して容器内の溶融金属
を供給孔から流出させてもよく、又容器内の溶融金属の
自重により供給孔から流出させてもよい。

【０００９】

【作用】冷却用筒体内に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、旋回時の遠心力の作用
でほぼ一定内径の冷却液層を形成する。冷却液層は常に
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。

【００１０】一方、金属粉末の生産を開始するに当た
り、冷却液層の内側でかつ上蓋および下蓋によって閉塞
された空間部は、不活性ガスの供給、あるいは該空間部
内の排気によって大気雰囲気からの置換を予め行うが、
この際、外部に連通する冷却液排出口も、これを通して
流出する冷却液によって閉塞状態としているので、雰囲
気置換を行うべき空間容積が極力小さくなる。これによ
って、置換時間を短縮することが可能であると共に、不
活性ガス雰囲気とする場合には、不活性ガスの供給量を
より少なくすることができる。

【００１１】このようにして雰囲気置換を行った後、溶
融金属供給容器の供給孔より該空間部に溶融金属を流下
し、不活性ガスの噴射により溶滴化して冷却液層に供給
しても、冷却液層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、溶滴化したことと相まって冷却液層
による分断が速やかに行われ、酸化膜の薄い高品質の微
粉末が得られる。しかも、溶滴は液面状態が安定した冷
却液層に注入、分断され、一定温度で冷却凝固されるた
め、金属粉末の品質が安定する。

【００１２】冷却液層中の金属粉末は冷却液と共に旋回
しながら流下し、筒体底部側の冷却液排出口を通して冷
却液と共に排出されるので、金属粉末の連続生産が可能
となる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例における金属粉末製
造装置を示しており、内周面に冷却液層31を形成するた
めの冷却用筒体１と、冷却液層31の内側の空間部15に溶
融金属32を流下供給するための溶融金属供給容器である
噴射るつぼ２と、前記筒体１に冷却液を供給するための
手段であるポンプ３と、流下した溶融金属流33を溶滴に
分断すると共に冷却液層31に供給するための不活性ガス
噴射管４とを備えている。

【００１４】前記筒体１は円筒形状であり、筒体軸心が
鉛直方向に設置されており、その上端には上蓋５が被着
されている。筒体１の上部には、冷却液噴出管７の吐出
口８が筒体内周面に接線方向から等間隔で複数箇所開口
しており、該噴出管７の管軸方向は筒体軸心に直交する
平面に対して０〜20°程度斜め下方に設定されている。
筒体１の中間部内周面には冷却液層31の層厚調整用リン
グ６がボルトによって着脱、交換自在に取り付けられて
いる。筒体１の下端には、一定の隙間を介して下蓋10が
付設されており、筒体下端のフランジ11と下蓋10との間
にスリット形の冷却液排出口12が形成されている。筒体
１の下部外周には、排出口12の周りを覆うようにカバー
13が設けられている。14は冷却液層31の内側に形成され
た空間部15に連通する連通管であり、カバー13および下
蓋10を貫通して取付けられており、その上部は冷却液が
入らないように逆Ｕ字形に屈曲形成されている。前記下
蓋10は冷却液の排出が容易なように中央部が凸状に形成
されており、筒体１の下端に冷却液の流れ方向に沿って
屈曲形成した支持部材を介して支持されている。尚、下
蓋10を連通管14に固着しておき、該連通管14によって支
持してもよい。

【００１５】カバー13の下方には、冷却液を下方に通過
可能とすると共に金属粉末を分離するためのメッシュ部
材16が傾斜状に配設された分離容器17が備えられてい
る。前記冷却液噴出管７は、ポンプ３を介してタンク18
に配管接続されている。また、前記分離容器17の底部は
タンク18に配管されており、カバー13によって回収さ
れ、分離容器17によって分離された冷却液はタンク18に
戻され、循環使用される。タンク18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。

【００１６】前記上蓋５には、噴射るつぼ２が断熱部材
20を介して気密に載置されており、その底部に穿設され
たノズル孔21が前記断熱部材20および上蓋５に開設され
た貫通穴を介して、冷却液層31内側の空間部15に開孔し
ている。噴射るつぼ２の外周には加熱用誘導コイル22が
巻回形成され、その上蓋23にはArやN₂等の不活性ガスの
圧媒や圧送された溶融金属を注入するための注入孔24が
設けられている。尚、噴射るつぼ２は黒鉛や窒化珪素等
の耐火物で形成されている。

【００１７】また、上蓋５には不活性ガス噴射管４が空
間部15内に貫通して付設されており、その先端部に設け
られた噴射ノズル25はその噴射方向が噴射るつぼ２のノ
ズル孔21から流下する溶融金属流33に交差するように空
間部15の中心側より冷却液層31側に指向している。不活
性ガス噴射管４は、図示省略の高圧ガスボンベ等のガス
源に圧力調整弁や流量調整弁を介して配管接続されてい
る。

【００１８】本発明を実施するには、まずポンプ３を作
動させて、筒体１の内周面に高速旋回しながら流下する
冷却液層31を上蓋５から下蓋10にわたって形成する。す
なわち、筒体１の内周面に沿って冷却液噴出管７より噴
出された冷却液は、筒体１の内周面に沿って旋回しなが
ら流下し、層厚調整用リング６をオーバーフローして下
方へ流出する。この際、冷却液は流下速度が押えられる
と共に旋回時の遠心力の作用で前記リング６の上方にお
いてほぼ一定内径の冷却液層31が容易に形成される。該
冷却液層31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、一定の温度が容易に維持される。したが
って、温度制御のために液面より冷却液を供給、排出す
る必要がなく、液面に乱れが生じにくく、安定性に優れ
る。

【００１９】上記のような冷却液層31の形成に伴って、
冷却用筒体１内の底部側では、冷却液層31下端部の冷却
液が冷却液排出口12を通して流出する。この流出冷却液
は、その旋回方向に沿って、前記したスリット形の冷却
液排出口12を通して流出する。また、図１に示されてい
るように、このような流出冷却液が冷却液排出口12を満
たして流出することにより、該冷却液排出口12は流出冷
却液によって閉塞された状態となっている。

【００２０】次に、上記のように冷却液排出口12も閉塞
した状態で、冷却液層31の内側でかつ上蓋および下蓋に
よって上下が閉塞された空間部15に、不活性ガス噴射管
４や連通管14よりArガスやN₂ガス等の不活性ガスを圧送
することにより、空間部15内の空気を冷却液と共に外部
へ排出し、不活性ガスを空間部15に充填する。不活性ガ
スが空間部15に充填された後は、連通管14からのガスの
多量の送給を常時行う必要はなく、微量にして送りつづ
けてやればよい。尚、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排気
するだけでもよい。

【００２１】次に、筒体１の上部に設けられた噴射るつ
ぼ２に不活性ガス等を圧送して、るつぼ２内の溶融金属
32をノズル孔21より空間部15内に流下する。流下した溶
融金属流33は不活性ガス噴射管４の噴射ノズル25から噴
射された不活性ガス流の衝突により多数の溶滴に分断さ
れて冷却液層31に供給される。この間、溶融金属流33お
よび溶滴は空間部15内の不活性ガスにより表面酸化が抑
制される。該溶滴は冷却液層31の旋回流により更に微粒
に分断され、急冷凝固して金属微粉末となる。この粉末
は、不活性ガス雰囲気下で不活性ガス流により分断さ
れ、更に温度や液面状態の安定した冷却液層により再度
分断され、凝固したものであるため、微粉であるにも拘
らず表面酸化が抑制されたものであり、品質の安定性に
優れる。

【００２２】冷却液層31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６を越えて流下し、筒体
１の下端の排出口12から排出され、カバー13を介して分
離容器17に流下し、メッシュ部材16によって冷却液と分
離される。メッシュ部材16によって一次脱液された金属
粉末は同部材16に沿って分離容器17の側壁開口から回収
される。一方、メッシュ部材16を通過した冷却液は、タ
ンク18に回収される。前記金属粉末は、順次、遠心分離
機等の適宜の脱液装置により脱液された後、乾燥されて
製品粉末となる。

【００２３】なお、上記実施例では、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
が上拡き回転放物面で形成された漏斗形状や切頭逆円錐
形状としてもよい。この場合、層厚調整用フランジを取
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。また、冷却液の排出口12として、筒体１と下蓋10
との間にスリットを形成したが、スリットを設けること
なく、筒体下部内周面に接線方向から開口した排出管を
一個又は複数個設けてもよい。尚、図例では、層厚調整
用リング６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。

【００２４】また、上記実施例においては、噴射るつぼ
２内の溶融金属32は、圧媒を作用させて加圧することに
よりノズル孔21から噴射したが、圧媒を作用させること
なく、溶融金属32自体に作用する重力（自重) によりノ
ズル孔21より流出させてもよい。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することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の金属粉末の
製造方法によると、筒体の内周面に沿って冷却液を噴出
供給して、筒体内周面に沿って旋回しながら流下する冷
却液層を形成するので、溶融金属が供給される冷却液層
の内周面は安定し、温度も均一に保持される。そして、
該冷却液層中に溶融金属を溶滴化して供給するので、品
質の安定した急冷凝固微粉末が連続的に生産され、噴射
ノズルに孔詰りも生じない。

【００２６】また、金属粉末の生産を開始するに当た
り、外部に連通する冷却液排出口も、これを通して流出
する冷却液により閉塞状態として、上蓋および下蓋間の
閉塞空間に対し、不活性ガスの供給、もしくは空気の排
気により雰囲気置換を行うので、この置換をより短時間
で行うことが可能であり、また、不活性ガス雰囲気とす
る場合には、不活性ガスの供給量をより少なくすること
ができる。

【００２７】このようにして雰囲気置換を行った後、溶
融金属が冷却液層の内側の空間部に流下され、不活性ガ
スの噴射により溶滴化されるため、冷却液層に至るまで
の間における溶融金属の表面酸化が抑制され、微粉化が
速やかに行われ、又酸素や水素含有量の少ない高品質の
金属粉末が得られる。

【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】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２噴射るつぼ（溶融金属供給容器）３ポンプ４不活性ガス噴射管５上蓋７冷却液噴出管 10 下蓋 12 冷却液排出口 14 連通管 15 空間部 21 ノズル孔（供給孔) 31 冷却液層 32 溶融金属 33 溶融金属流

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上蓋および下蓋を備えかつ底部側周壁に
冷却液排出口を有する冷却用筒体の上部側内周面に沿っ
て冷却液を噴出供給して筒体内周面に沿って旋回しなが
ら流下する冷却液層を形成すると共に、冷却液排出口を
通して冷却液層底部側から旋回方向に沿って流出する流
出冷却液により該冷却液排出口を閉塞状態とし、冷却液層の内側でかつ上蓋および下蓋によって上下が閉
塞された空間部に、この空間部を不活性ガス雰囲気に置
換すべく不活性ガスを供給し、その後、該空間部に開孔
した溶融金属供給容器の供給孔より溶融金属を該空間部
内に流下し、流下する溶融金属流に不活性ガスを吹き付
けて溶滴に分断すると共に該溶滴を冷却液層に供給し冷
却凝固させて金属粉末を得ることを特徴とする金属粉末
の製造方法。
【請求項２】上蓋および下蓋を備えかつ底部側周壁に
冷却液排出口を有する冷却用筒体の上部側内周面に沿っ
て冷却液を噴出供給して筒体内周面に沿って旋回しなが
ら流下する冷却液層を形成すると共に、冷却液排出口を
通して冷却液層底部側から旋回方向に沿って流出する流
出冷却液により該冷却液排出口を閉塞状態とし、冷却液層の内側でかつ上蓋および下蓋によって上下が閉
塞された空間部の空気を排気し、その後、該空間部に開
孔した溶融金属供給容器の供給孔より溶融金属を該空間
部内に流下し、流下する溶融金属流に不活性ガスを吹き
付けて溶滴に分断すると共に該溶滴を冷却液層に供給し
冷却凝固させて金属粉末を得ることを特徴とする金属粉
末の製造方法。
【請求項３】溶融金属供給容器内に収容された溶融金
属の自重により供給孔から溶融金属を流出させることを
特徴とする請求項１又は２に記載の金属粉末の製造方
法。