JP3403608B2 - 金属粉末の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、旋回する冷却液層
中に溶融金属を供給して金属粉末を製造する金属粉末の
製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】溶融金属を冷却液中に供給し急冷凝固さ
せて得られる粉末は結晶粒が微細であり、さらに非晶質
の金属粉末として得ることも可能である。また、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等の急冷凝固粉末によって形成され
た押出材や焼結材は、溶製材では具備することのない優
れた材質特性を備え、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、例えば特開平4-337015号公報に旋回水流法
が記載されている。その方法によれば、略円筒状の冷却
用筒体の内周面に沿って高速旋回しながら流下する冷却
液層を形成し、この冷却液層に、溶融金属供給容器（以
下、原料容器という）内の溶融金属を、この原料容器の
底部に形成されたノズル孔を通して細流状にして供給す
る。これにより、冷却液層で溶融金属が分断され急冷凝
固されて金属粉末が製造される。 【０００４】この場合、冷却液層への供給が溶融金属の
自重落下によって生じるように構成することも可能であ
るが、冷却液層での良好な分断・冷却性能を確保するた
めには、ノズル孔の口径を小さくし、溶融金属を上記の
ように細流状にして供給することが必要である。このよ
うに口径の小さなノズル孔を有する原料容器を使用する
場合には自重落下による供給が困難になるため、従来、
原料容器に溶融金属を注湯した後、この原料容器を密閉
状とし、次いで、容器内に不活性ガスを注入し加圧する
ことによって、ノズル孔を通して溶融金属を供給する方
法が採用されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように原料容器への加圧ガスの注入によって溶融金属を
供給する方法では、このためのガス配管を設けることが
必要になって装置構成が複雑になると共に、例えば、ガ
ス配管が接続された蓋体を、高温の溶融金属が注湯され
た原料容器に密閉状に取付ける操作等を行うにあたっ
て、その操作が煩雑になるという問題がある。 【０００６】また、原料容器に溶融金属を補給する場合
には、補給毎に製造作業を停止して蓋体を開閉し、その
後、ガスの注入を再開する操作等が必要になって、さら
に操作が煩雑になると共に、充分な生産性が得られない
という問題もある。本発明は、上記した従来の問題点に
鑑みなされたもので、装置構成をより簡素なものとする
ことが可能であると共に、操作性や生産性を向上し得る
金属粉末の製造方法を提供することを目的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の金属粉末の製造方法は、内周面に沿って旋
回しながら流下する冷却液層が形成される冷却用筒体
と、この冷却用筒体の上部開口を塞ぐと共に冷却用筒体
の内部空間に連通するノズル孔を備える溶融金属供給容
器と、冷却用筒体の底部を塞ぐ底板とを設けると共に、
冷却用筒体の底部側周壁に冷却液排出口を形成し、冷却
液層底部側の冷却液を該冷却液排出口からこの冷却液排
出口をほぼ満たした状態で旋回方向に沿って流出させて
この流出冷却液による排気力で冷却用筒体内を負圧と
し、この負圧により上記ノズル孔を通して溶融金属供給
容器内の溶融金属を冷却用筒体内に吸引し冷却液層に供
給して金属粉末を製造することを特徴とするものであ
る。 【０００８】すなわち上記方法によれば、冷却用筒体底
部側の冷却液排出口をほぼ満たした状態で冷却液を流出
させ、これにより、冷却用筒体内に、溶融金属供給容器
のノズル孔を除いて気密化した閉塞空間を形成する。そ
して、冷却液排出口を通しての冷却液の流出が、旋回に
伴う遠心力により旋回方向に沿って高速で噴出する状態
とし、その流れに冷却用筒体内のガスを引き込ませて外
部に排気することにより、冷却用筒体内を負圧とする。
この負圧で溶融金属供給容器内の溶融金属を冷却用筒体
内に吸引し、冷却液層に供給して金属粉末を製造する。 【０００９】したがって、上記方法においては、冷却液
排出口で上記した冷却液の排出状態が得られるように、
冷却液排出口の開口面積に応じた流量の冷却液を冷却用
筒体に供給するだけで、冷却液層の形成と共に、溶融金
属供給容器から溶融金属を冷却液層に供給するための圧
力状態が冷却用筒体内に発生する。これにより、溶融金
属供給容器にガス圧を別途加える等の構成とする必要が
ないため、全体的な装置構成が簡単になり、また操作が
容易になる。さらに、生産を中断することなく、溶融金
属供給容器への溶融金属の補給を行うことができるの
で、生産性が向上する。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施
形態に係る金属粉末製造装置は略円筒形状の冷却用筒体
１を備え、この冷却用筒体１は軸心をほぼ鉛直方向にし
て配設されている。その上端面には、筒体１の内径より
も径小な中央開口2aを有する上蓋２が取付けられ、この
上蓋２上に設置された環状の容器受け台３上に、るつぼ
形状の溶融金属供給容器（以下、原料容器という）４が
載置されている。 【００１１】この組付状態で、冷却用筒体１の上部開口
は上蓋２・容器受け台３・原料容器４によって気密に閉
塞され、原料容器４の底部中央に形成されているノズル
孔4aを通してのみ、原料容器４内に連通するように構成
されている。なお、原料容器４は黒鉛や窒化珪素等の耐
火物で形成され、容器受け台３はセラミックス、石綿等
の断熱性に優れた耐火材により形成されている。さら
に、原料容器４の外周には、内部に収容される粉末原料
としての溶融金属を加熱保温するための誘導コイル５が
設けられている。 【００１２】一方、冷却用筒体１における上部側内周面
には、複数の冷却液吐出口1a…が周方向等間隔で形成さ
れている。これら吐出口1a…は、それぞれ内周面に沿う
接線方向からこの内周面に開口する形状で設けられてい
る。そして、各吐出口1a…は、冷却液供給管６を通して
冷却液タンク７に配管接続されており、この冷却液供給
管６に介設されているポンプ８を作動することによっ
て、加圧された冷却液が各吐出口1a…から冷却用筒体１
の内周面に沿って接線方向に噴射される。これにより、
冷却用筒体１内に、その内周面に沿って旋回しながら流
下する冷却液層９が形成される。 【００１３】冷却用筒体１の中間高さ位置には、筒体１
内周面から内側に突出する環状の層厚調整リング11がボ
ルトによって着脱、交換自在に取り付けられている。前
記のように旋回しながら流下する冷却液は、その旋回力
を維持した状態で層厚調整リング11を越えて下方に流下
していくが、この際、層厚調整リング11によって流下速
度が抑えられ、これによって、このリング11の上方に
は、上下にわたってほぼ一定内径の冷却液層９が形成さ
れる。 【００１４】前記原料容器４のノズル孔4aは、鉛直方向
に対して斜めに傾斜する形状で形成されており、その傾
斜方向の延長線が層厚調整リング11よりも上方で冷却液
層９に交差するように傾斜角が設定されている。冷却用
筒体１の底部には、その開口を塞ぐ底板12が取付けられ
ている。そして、冷却用筒体１における上記底板12に隣
接する底部側の周壁に、周方向等間隔で例えば４個の冷
却液排出口1b…が形成されている。これら排出口1b…
は、それぞれ周方向の長孔形状で形成されており、前記
のように冷却液層９を形成して旋回しながら冷却用筒体
１の底部まで流下してきた冷却液は、その旋回力に伴う
遠心力によって、旋回方向に沿う方向に冷却液排出口1b
…を通して流出する。 【００１５】さらに、冷却用筒体１の底部側には、筒体
１を外方から囲う回収体13が設けられている。冷却液排
出口1b…から流出した冷却液は回収体13内をさらに流下
し、これに接続された排出管14を通して図示しない遠心
分離機等の脱液装置に送られる。この脱液装置を通過し
た冷却液は、前記冷却液タンク７に戻され、したがっ
て、冷却液は冷却液タンク７と冷却用筒体１との間を循
環させて使用される。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。 【００１６】なお、冷却液タンク７には、図示省略の補
給用の冷却液供給管が接続されている。また、冷却液タ
ンク７内や循環流路の途中には、冷却液の温度を調節す
るための冷却器が必要に応じて介在される。上記装置を
用いて金属粉末を製造する際の手順について、例えばア
ルミニウム合金粉末を製造する場合を例に挙げて説明す
る。なお、この場合の冷却液としては水を使用してい
る。 【００１７】製造を開始するに当たって、まず、原料金
属を図示しない溶解炉にて溶解する一方、上記の製造装
置では、原料容器４中央に図示しない棒状の栓を上方か
ら差し込んでノズル孔4aを塞いだ状態とし、この状態で
ポンプ８を起動する。これにより、各冷却液吐出口1a…
から冷却用筒体１内に冷却液が噴出し、筒体１内周面に
沿って前記した冷却液層９が形成される。例えば、内径
100mm,高さ300mm の冷却用筒体１に、内径50mmの層厚調
整リング11を底部から100mm の高さ位置に取付け、この
冷却用筒体１内に、冷却液としての水を毎分0.3m³ の流
量で供給すると、冷却液吐出口1a…と層厚調整リング11
の間での厚さが約25mmの冷却液層９が定常的に形成され
る。 【００１８】このような冷却液層９の形成に伴って、冷
却用筒体１の底部側では、冷却用筒体１内に液溜まりが
生じないように、冷却液の供給量と同量の冷却液が前記
冷却液排出口1b…を通して流出する。そして、本実施形
態では、各冷却液排出口1b…が、これらを通して流出す
る冷却液でほぼ満たされた状態となるように、冷却液排
出口1b…の開口面積が冷却液の供給量に略対応するよう
に設定されている。 【００１９】すなわち、供給圧力と冷却液吐出口1a…の
開口面積とに応じた流量（流速）で冷却用筒体１内に流
入した冷却液は、このときの流入速度に応じた旋回速度
で、冷却用筒体１の内周面に沿って高速で旋回しながら
流下する。そして、この旋回速度をほぼ維持した状態で
冷却用筒体１の底部に達し、旋回に伴う遠心力の作用
で、冷却液排出口1b…を通して高速で噴出する。このと
きの流出速度と、冷却液排出口1b…の開口面積との積、
すなわち、流出量が冷却液吐出口1a…を通しての冷却液
供給量とほぼ合致するように条件設定されている。 【００２０】このように冷却液排出口1b…を流出冷却液
でほぼ満たした流出状態が形成されることによって、冷
却用筒体１内には全体にわたって気密化した閉塞空間が
形成される。さらに、冷却液排出口1b…を通して高速で
噴出する冷却液は、冷却用筒体１内で冷却液に巻き込ま
れ、或いは冷却液表面に吸着したガス成分を、冷却液排
出口1b…を通して外部に排出する作用を有する。 【００２１】この排気作用は、冷却液の流出量と流出速
度とに応じて大きくなる。特に、本実施形態の装置にお
いては、冷却液排出口1b…が冷却用筒体１の周壁に設け
られているので、前記したように、冷却液吐出口1a…で
の供給圧力に応じた旋回力を持続して底部に達した冷却
液が、その旋回力に伴う遠心力の作用で、冷却液排出口
1b…を通して高速で噴出する。これによって、流量を充
分に大きくし得るものとなっており、このように流出速
度および流量の大きな冷却液の流出状態が形成されるこ
とによって、冷却用筒体１内には、原料容器４内の溶融
金属を、例えば径が１mmの細孔形状のノズル孔4aを通し
て冷却用筒体１内に吸引するのに充分な負圧状態が形成
される。 【００２２】例えば、前記した寸法形状の冷却用筒体１
に、冷却水としての水を0.3m³/分の流量で供給すると、
冷却液の供給開始に伴って冷却用筒体１内の圧力低下が
生じ、筒体１の内周面全体にわたる冷却液層９の形成と
ほぼ同時に筒体１内は−50cmHg程度の圧力に到達し、こ
の負圧状態が維持される。なお、本実施形態の装置で
は、上記の到達圧力を調整するために、さらに以下の構
成が採用されている。すなわち、冷却用筒体１の底部を
塞ぐ底板12は、これを冷却用筒体１に取付けるに当た
り、筒体１に下側から嵌入させ内周面に沿ってスライド
させて、その上面側が冷却液排出口1b…の下縁側に適度
に重なる位置で固定し得るようになっている。 【００２３】このような構成により、底板12と冷却液排
出口1b…との重なりの程度に応じて、冷却液排出口1b…
の実質的な開口面積が調整される。これにより得られる
開口面積を、冷却液の流出量に対応する面積よりも幾分
大きくして流出冷却液周りに適度な隙間を生じさせるこ
とで、その隙間の程度に応じ到達圧力が変化する。した
がって、本実施形態では、冷却用筒体１内における上部
側での冷却液層９の旋回状態や層厚に変化が生じないよ
うに冷却液の供給量を一定とした状態で、冷却液層９の
形成に伴って生じる負圧圧力を調整することが可能な構
成となっている。 【００２４】こうして、冷却用筒体１内に冷却液層９を
形成すると共に内部を所定の負圧状態とした後、図示し
ない溶解炉で溶解した溶融金属を原料容器４に注湯し、
また、注湯した溶融金属15が所定の溶融温度で保持され
るように、前記誘導コイル５への通電を開始する。次い
で、原料容器４のノズル孔4aを塞ぐ前記の栓を引上げて
ノズル孔4aを開ける。これにより、冷却用筒体１内の負
圧が原料容器４内の溶融金属15に作用し、ノズル孔4aを
通して溶融金属15が冷却用筒体１内に吸引され、ノズル
孔4aの傾斜方向に沿って溶融金属流15ａとなって噴出
し、冷却液層９へ供給される。 【００２５】冷却液層９に供給された溶融金属流15ａ
は、旋回しながら流下する冷却液によって分断され微細
化されると共に急冷凝固される。そして、急冷凝固され
た金属粉末は冷却液と共に流下し、冷却用筒体１の底部
まで達して冷却液と共に冷却液排出口1b…から排出され
る。その後、急冷凝固した金属粉末を含む冷却液は回収
体13・排出管14を経て前記脱液装置に搬送されることに
より金属粉末が分離され、この金属粉末はさらに乾燥装
置により乾燥されて回収される。一方、金属粉末が分離
された冷却液は前記した冷却液タンク７に戻されて循環
使用される。 【００２６】なお、上記のような金属粉末の製造を継続
して原料容器４内の溶融金属15の量が減少してくれば、
ノズル孔4aからの溶融金属15の供給を継続したままで、
新たな溶融金属を原料容器４に適宜補給する。これによ
り、製造を中断することなく金属粉末の生産を継続する
ことができる。以上の説明のように、本実施形態におい
ては、冷却用筒体１内に冷却液を供給し冷却液層９を形
成するだけで、この冷却用筒体１内に、原料容器４のノ
ズル孔4aを通して溶融金属を吸引する負圧状態が生じる
ので、原料容器４には、これに溶融金属供給のためのガ
ス配管等を設ける必要はない。したがって、装置構成が
より簡単なものとなり、また、容易な操作で、品質に優
れた急冷凝固粉末を効率的に製造することが可能となっ
ている。 【００２７】なお、本発明は上記した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能
である。例えば、上記では冷却用筒体１をその軸心がほ
ぼ鉛直方向となるように配設すると共に、原料容器４の
底部に、傾斜したノズル孔4aを設けた装置構成を例に挙
げたが、逆に、ノズル孔4aを鉛直方向に形成し、冷却用
筒体１を斜めに傾斜させて配置した構成の装置にも適用
することが可能である。さらに、上記では、冷却用筒体
１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
た漏斗形状や逆円錐形状の冷却用筒体を備える装置にも
本発明を適用することができる。また、上記では冷却用
筒体１の周壁に長孔状に開口させた形状の冷却液排出口
1bを設けた装置構成を示したが、例えば冷却用筒体１の
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
設けた構成等とすることも可能である。 【００２８】また、本発明は、Al合金の製造に限らず、
例えばMg合金等のその他の軽量金属粉末や、鉄およびそ
の合金等の金属粉末の製造に適用することが可能であ
る。 【００２９】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、冷却用
筒体に供給される冷却液によって、冷却用筒体の内周面
に旋回しながら流下する冷却液層が形成されると共に、
冷却液排出口を通して流出する冷却液によって、溶融金
属供給容器から溶融金属を吸引する負圧状態が冷却用筒
体内に形成される。したがって、溶融金属供給容器には
溶融金属供給用のガス圧を別途加える必要がないため、
全体的な装置構成が簡単になり、また操作が容易になる
と共に、生産を中断することなく、溶融金属供給容器へ
の溶融金属の補給を行うことが可能であるので、生産性
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る金属粉末製造装置の構成を示す要
部断面図である。 【符号の説明】 １ 冷却用筒体 1a 冷却液吐出口 1b 冷却液排出口 ４ 原料容器（溶融金属供給容器） 4a ノズル孔 ９ 冷却液層 12 底板 15 溶融金属 15ａ 溶融金属流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22F 9/08

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内周面に沿って旋回しながら流下する冷
   却液層が形成される冷却用筒体と、この冷却用筒体の上
   部開口を塞ぐと共に冷却用筒体の内部空間に連通するノ
   ズル孔を備える溶融金属供給容器と、冷却用筒体の底部
   を塞ぐ底板とを設けると共に、冷却用筒体の底部側周壁
   に冷却液排出口を形成し、 冷却液層底部側の冷却液を該冷却液排出口からこの冷却
   液排出口をほぼ満たした状態で旋回方向に沿って流出さ
   せてこの流出冷却液による排気力で冷却用筒体内を負圧
   とし、この負圧により上記ノズル孔を通して溶融金属供
   給容器内の溶融金属を冷却用筒体内に吸引し冷却液層に
   供給して金属粉末を製造することを特徴とする金属粉末
   の製造方法。