JP6178575B2

JP6178575B2 - Metal powder manufacturing apparatus and metal powder manufacturing method

Info

Publication number: JP6178575B2
Application number: JP2013004263A
Authority: JP
Inventors: 横山　嘉彦; 嘉彦横山; 陽介末永; 琢一山形; 博伊▲崎▼; 虎雄山形
Original assignee: HARD INDUSTRY YUGEN KAISHA
Current assignee: HARD INDUSTRY YUGEN KAISHA
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2033-01-15
Also published as: JP2014136807A

Description

本発明は、金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal powder manufacturing apparatus and a metal powder manufacturing method.

従来、アトマイズ時の冷却速度を上げることにより、アモルファス状態の金属粉末を得る方法として、水を噴射して溶融金属を粉砕する水アトマイズ法（例えば、特許文献１参照）や、ガスアトマイズと高速回転水流を用いた水アトマイズとを併用したＳＷＡＰ法（例えば、特許文献２または３参照）がある。 Conventionally, as a method for obtaining an amorphous metal powder by increasing the cooling rate during atomization, a water atomization method (for example, see Patent Document 1) in which water is injected to pulverize molten metal, gas atomization, and high-speed rotating water flow There is a SWAP method (for example, refer to Patent Document 2 or 3) in combination with water atomization using.

一方、アトマイズ法の原理を利用し、溶融金属または金属線材に対してフレームジェットを噴射することにより、球状で微細な金属粉末を得るものがある（例えば、特許文献４または５参照）。この方法は、フレームジェットにより微細化された溶融金属粉末を、飛行中に冷却凝固させて球状の金属粉末にするものであり、アモルファス状態の金属粉末が得られるほどに急速冷却するものではない。 On the other hand, there is one that obtains a spherical and fine metal powder by injecting a frame jet onto a molten metal or metal wire using the principle of the atomizing method (see, for example, Patent Document 4 or 5). In this method, molten metal powder refined by a frame jet is cooled and solidified during flight to form a spherical metal powder, and is not rapidly cooled to obtain an amorphous metal powder.

なお、溶射の分野では、材料粒子を含む火炎に向けて、気体または液体ミスト混合気体を噴射してアモルファス被膜を形成する方法が開発されている（例えば、特許文献６または７参照）。しかしながら、溶射の場合には、材料粒子が金属粉末であるため、原料として溶融金属や金属線材を使用するアトマイズ法とは原理が異なっており、溶射の技術をそのままアトマイズ法に適用することはできない。 In the field of thermal spraying, a method for forming an amorphous coating by injecting a gas or a liquid mist mixed gas toward a flame containing material particles has been developed (see, for example, Patent Document 6 or 7). However, in the case of thermal spraying, since the material particles are metal powder, the principle is different from the atomizing method using molten metal or metal wire as a raw material, and the thermal spraying technique cannot be applied to the atomizing method as it is. .

特開２００６−６３３５７号公報JP 2006-63357 A 特開平５−１４８５１６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-148516 特開２０１０−９０４２１号公報JP 2010-90421 A 特開平１０−１７６２０６号公報JP-A-10-176206 国際公開ＷＯ２０１２／１５７７３３International Publication WO2012 / 157733 特開２００８−１７４７８４号公報JP 2008-174784 A 特開２０１０−２２８９５号公報JP 2010-22895 A

急速冷却が可能な特許文献１に記載の水アトマイズ法や、特許文献２および３に記載のＳＷＡＰ法では、大量の水を使用するため、得られた金属粉末が水と混ざってスラリー状になっており、脱水・乾燥工程が必要となる。このため、脱水乾燥装置を導入するための設備費や、それを運転するためのランニングコストが嵩むという課題があった。また、高速で水を噴射するための高価な高圧ポンプも必要であり、さらに設備費が嵩むという課題があった。また、酸化する可能性が高い粉末については、水中に長くさらされるため酸化が顕著になり、還元工程が必要になることがあるため、対応できる金属には限りがあるという課題もあった。 In the water atomization method described in Patent Document 1 capable of rapid cooling and the SWAP method described in Patent Documents 2 and 3, since a large amount of water is used, the obtained metal powder is mixed with water to form a slurry. Therefore, dehydration and drying processes are required. For this reason, there existed a subject that the installation cost for introduce | transducing a dehydration drying apparatus and the running cost for driving | running it increased. Moreover, the expensive high-pressure pump for injecting water at high speed is also required, and there is a problem that the equipment cost increases. Moreover, about the powder with high possibility of oxidation, since it became exposed to water for a long time, oxidation became remarkable and a reduction | restoration process may be needed, There also existed a subject that the metal which can respond was limited.

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、より低コストで、溶融金属粉末を水を用いた急速冷却機構を利用して乾燥状態の金属粉末を得ることができる金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to such problems, and it is possible to obtain a metal powder in a dry state by using a rapid cooling mechanism using molten metal powder and water at a lower cost. It aims at providing the manufacturing apparatus and the manufacturing method of metal powder.

上記目的を達成するために、本発明に係る金属粉末の製造装置は、アトマイズ法の原理を利用して金属粉末を得るための金属粉末の製造装置であって、溶融金属または金属線材を供給する供給手段と、前記供給手段により供給される前記溶融金属または前記金属線材に高温のフレームジェットを噴射するジェットバーナーと、前記フレームジェットの噴射により得られる溶融金属粉末、または、前記溶融金属粉末を含む前記フレームジェットに向かって冷却媒体としての水を噴射する冷却手段とを、有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a metal powder manufacturing apparatus according to the present invention is a metal powder manufacturing apparatus for obtaining metal powder using the principle of the atomizing method, and supplies molten metal or metal wire. A supply means; a jet burner for injecting a high-temperature flame jet onto the molten metal or the metal wire supplied by the supply means; and a molten metal powder obtained by injection of the flame jet, or the molten metal powder And cooling means for injecting water as a cooling medium toward the frame jet.

本発明に係る金属粉末の製造方法は、アトマイズ法の原理を利用して金属粉末を得るための金属粉末の製造方法であって、溶融金属または金属線材に高温のフレームジェットを噴射し、前記フレームジェットの噴射により得られる溶融金属粉末、または、前記溶融金属粉末を含む前記フレームジェットに向かって冷却媒体としての水を噴射することを特徴とする。 A metal powder manufacturing method according to the present invention is a metal powder manufacturing method for obtaining a metal powder using the principle of an atomizing method, in which a high-temperature frame jet is jetted onto a molten metal or a metal wire, and the frame Water as a cooling medium is jetted toward the molten metal powder obtained by jet jetting or the frame jet containing the molten metal powder.

本発明に係る金属粉末の製造方法は、本発明に係る金属粉末の製造装置により好適に実施することができる。本発明に係る金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法は、フレームジェットの噴射により得られる溶融金属粉末、または、溶融金属粉末を含むフレームジェットに向かって冷却媒体としての水を噴射することにより、溶融金属粉末を急速に冷却することができ、金属粉末を得ることができる。このとき、噴射する水の温度や量を調節することにより、アモルファス状態の金属粉末を得ることもできる。また、溶融金属粉末の径が比較的大きくても、噴射する水の温度や量を調節することにより、アモルファス状態の金属粉末にすることができる。フレームジェットにより溶融金属を粉砕または金属線材を溶融して粉砕するため、球状の金属粉末を得ることができる。 The method for producing a metal powder according to the present invention can be preferably carried out by the metal powder production apparatus according to the present invention. A metal powder production apparatus and a metal powder production method according to the present invention are obtained by injecting water as a cooling medium toward a molten metal powder obtained by injection of a flame jet or a flame jet containing molten metal powder. The molten metal powder can be rapidly cooled to obtain a metal powder. At this time, the metal powder in an amorphous state can also be obtained by adjusting the temperature and amount of water to be injected. Even if the diameter of the molten metal powder is relatively large, the metal powder in an amorphous state can be obtained by adjusting the temperature and amount of water to be injected. Since the molten metal is pulverized by the frame jet or the metal wire is melted and pulverized, a spherical metal powder can be obtained.

本発明に係る金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法は、溶融金属粉末を冷却した後に水が液体として残らないよう、噴射する水の温度や量を調節することにより、乾燥した状態の金属粉末を得ることができる。このため、脱水や乾燥の工程が不要であり、その工程に係るコストを削減することができる。また、水アトマイズ法やＳＷＡＰ法で使用される高圧ポンプも不要であり、その設備費も削減することができる。このように、本発明に係る金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法は、水アトマイズ法やＳＷＡＰ法と比べて、より低コストで、溶融金属粉末を急速冷却して金属粉末を得ることができる。 Apparatus and method for manufacturing a metal powder of a metal powder according to the present invention, so that the water after cooling the molten metal powder does not remain as a liquid, by adjusting the temperature and amount of water to be injected, the dry state metal A powder can be obtained. For this reason, the process of spin-drying | dehydration and drying is unnecessary, and the cost concerning the process can be reduced. Further, the high-pressure pump used in the water atomization method and the SWAP method is not necessary, and the equipment cost can be reduced. As described above, the metal powder production apparatus and the metal powder production method according to the present invention can obtain a metal powder by rapidly cooling the molten metal powder at a lower cost than the water atomization method and the SWAP method. it can.

本発明に係る金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法は、フレームジェットの噴射により得られる溶融金属粉末に向かって、水を直接噴射可能であれば、直接噴射することが好ましい。この場合、溶融金属粉末を容易に急速冷却することができ、その冷却速度の制御も容易になる。また、フレームジェットの噴射により得られる溶融金属粉末が、そのままフレームジェットの内部に分布している場合には、その溶融金属粉末を含むフレームジェットに向かって水を噴射すればよい。これにより、フレームジェットを冷却して間接的に溶融金属粉末を冷却したり、フレームジェットと共に直接溶融金属粉末を冷却したりすることができ、いずれにしても溶融金属粉末を急速冷却することができる。 It is preferable that the metal powder manufacturing apparatus and the metal powder manufacturing method according to the present invention directly inject water as long as water can be directly injected toward the molten metal powder obtained by injection of a frame jet. In this case, the molten metal powder can be easily and rapidly cooled, and the cooling rate can be easily controlled. Further, when the molten metal powder obtained by spraying the flame jet is distributed as it is inside the flame jet, water may be jetted toward the flame jet containing the molten metal powder. As a result, the molten metal powder can be indirectly cooled by cooling the flame jet, or the molten metal powder can be directly cooled together with the flame jet. In any case, the molten metal powder can be rapidly cooled. .

本発明に係る金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法は、溶射の場合と異なり、原料が固体の金属粉末ではなく、溶融金属を用いることができる。また、溶融金属を粉末状に粉砕または金属線材を溶融して粉末状に粉砕する必要があるため、フレームジェットの速度が重要であり、溶射のように火炎で原料を軟化するまで加熱する必要はない。このため、本発明では、一般的な溶射の火炎速度よりも大きく、例えば超音速または音速に近い速度にする必要がある。また、溶射の場合には、溶射材を母材に付着させてから凝固させる必要があるため、火炎中の溶射材をその融点または軟化する温度以下にまで冷却させることができないのに対し、本発明に係る金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法は、金属粉末が得られればよいため、そのような制約はない。 Unlike the thermal spraying, the metal powder manufacturing apparatus and the metal powder manufacturing method according to the present invention can use a molten metal instead of a solid metal powder. Also, since it is necessary to pulverize the molten metal into powder or melt the metal wire into powder, the speed of the flame jet is important, and it is necessary to heat until the raw material is softened with flame like spraying Absent. For this reason, in this invention, it is necessary to make it larger than the flame speed of a general thermal spraying, for example, the speed close | similar to a supersonic speed or a sound speed. Also, in the case of thermal spraying, it is necessary to solidify the sprayed material after adhering it to the base material, so the sprayed material in the flame cannot be cooled below its melting point or softening temperature. The metal powder manufacturing apparatus and the metal powder manufacturing method according to the invention are not limited as long as the metal powder can be obtained.

また、溶射の場合、溶射に使用する粉末を加熱し、母材に付着させる必要があるため、加熱された温度に上限下限の制約がでてくる。また、溶射のノズル先端から母材までの距離は通常３００ｍｍ以下であり、この距離を通過する時間中に加熱して半溶融状態近くまで温度をあげ、母材に衝突させて、結晶化温度以下までの冷却を行う必要がある。このため、溶射によりアモルファス化を行うには制約が出てくる。粉末材料も、アモルファス化しやすい特殊な金属ガラス系の合金に限られる。また、溶射の場合、水で冷却すると、水分による母材の酸化や、大気中での冷却中の酸化等が発生するため、冷却媒体としては主に窒素が使用されている。これに対し、本発明に係る金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法は、密閉チャンバ−内で金属粉末を製造できるため、冷却媒体として水を使用しても、大気による酸化は起こらない。また、冷却しすぎによる悪影響もない。また、飽和水蒸気が発生する温度を保つように水量を制御することにより、乾燥したアモルファスの粉末を得ることができ、原料をアモルファス化しやすい合金に限定する必要がない。 Further, in the case of thermal spraying, it is necessary to heat the powder used for thermal spraying and attach it to the base material, so that the upper and lower limits are imposed on the heated temperature. In addition, the distance from the nozzle tip of the thermal spray to the base material is usually 300 mm or less, and during the time passing through this distance, the temperature is raised to near the semi-molten state and collided with the base material to be below the crystallization temperature. It is necessary to perform cooling up to. For this reason, there are restrictions on the amorphization by thermal spraying. The powder material is also limited to a special metallic glass-based alloy that easily becomes amorphous. In the case of thermal spraying, when cooling with water, oxidation of the base material due to moisture, oxidation during cooling in the atmosphere, and the like occur, and therefore nitrogen is mainly used as the cooling medium. On the other hand, since the metal powder manufacturing apparatus and the metal powder manufacturing method according to the present invention can manufacture metal powder in a sealed chamber, even if water is used as a cooling medium, oxidation by the atmosphere does not occur. Moreover, there is no adverse effect due to excessive cooling. Further, by controlling the amount of water so as to maintain the temperature at which saturated water vapor is generated, it is possible to obtain a dry amorphous powder, and it is not necessary to limit the raw material to an alloy that easily becomes amorphous.

本発明に係る金属粉末の製造装置で、前記ジェットバーナーは、前記フレームジェットが前記溶融金属または前記金属線材の外周に沿って隙間なく、ほぼ均等なジェット圧で前記溶融金属または前記金属線材に鋭角に衝突するよう、前記溶融金属または前記金属線材の周囲から前記フレームジェットを噴射するよう構成されており、前記冷却手段は、前記溶融金属または前記金属線材に噴射される前記フレームジェットの外側から前記水を噴射することが好ましい。本発明に係る金属粉末の製造方法は、前記フレームジェットが前記溶融金属または前記金属線材の外周に沿って隙間なく、ほぼ均等なジェット圧で前記溶融金属または前記金属線材に鋭角に衝突するよう、前記溶融金属または前記金属線材の周囲から前記フレームジェットを噴射し、前記溶融金属または前記金属線材に噴射される前記フレームジェットの外側から前記水を噴射することが好ましい。この場合、溶融金属または金属線材に対して均一なアトマイズが可能であり、微細で均一な球状の金属粉末を得ることができる。また、水による冷却効率を高めることができ、冷却速度を速めることができる。 In the metal powder manufacturing apparatus according to the present invention, the jet burner has an acute angle to the molten metal or the metal wire with a substantially uniform jet pressure without a gap along the outer periphery of the molten metal or the metal wire. to impinge on said provided from the periphery of the molten metal or the metal wire is configured to inject the frame jet, said cooling means, wherein the outside of the frame jets injected into the molten metal or the metal wires It is preferable to spray water . The method for producing a metal powder according to the present invention is such that the frame jet collides with the molten metal or the metal wire at an acute angle with a substantially uniform jet pressure without a gap along the outer periphery of the molten metal or the metal wire. It is preferable that the flame jet is jetted from around the molten metal or the metal wire, and the water is jetted from outside the flame jet that is jetted to the molten metal or the metal wire. In this case, uniform atomization can be performed on the molten metal or the metal wire, and a fine and uniform spherical metal powder can be obtained. Further, the cooling efficiency with water can be increased, and the cooling rate can be increased.

本発明に係る金属粉末の製造装置で、前記冷却手段は、前記溶融金属粉末を含む前記フレームジェットの外側および／または内側から前記水を噴射することが好ましい。本発明に係る金属粉末の製造方法は、前記溶融金属粉末を含む前記フレームジェットの外側および／または内側から前記水を噴射することが好ましい。また、外側からの冷却だけでは、フレームジェットの中央付近の冷却が不十分な場合、フレームジェットの内側で水を噴射してもよい。この場合、超高速で流れているフレームジェットの内側に水を効率良く供給するために、ミストでなくストリームの直進ソリッドノズルにより水を高圧噴射してもよい。
また、本発明に係る金属粉末の製造装置、及び金属粉末の製造方法では、水をストレート水流、またはシャワー状の状態で噴射することができる。 In the metal powder manufacturing apparatus according to the present invention, it is preferable that the cooling means injects the water from the outside and / or the inside of the frame jet containing the molten metal powder. In the method for producing a metal powder according to the present invention, it is preferable that the water is jetted from the outside and / or the inside of the flame jet containing the molten metal powder . In addition, when cooling near the center of the frame jet is insufficient only by cooling from the outside, water may be injected inside the frame jet. In this case, in order to efficiently supply water to the inside of the frame jet flowing at an ultra-high speed, the water may be injected at high pressure by a straight advance solid nozzle instead of mist .
Moreover, in the metal powder manufacturing apparatus and the metal powder manufacturing method according to the present invention, water can be jetted in a straight stream or a shower-like state.

本発明によれば、より低コストで、溶融金属粉末を冷却媒体としての水を用いた急速冷却機構を利用して乾燥状態の金属粉末を得ることができる金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metal powder manufacturing apparatus which can obtain the metal powder of a dry state using the rapid cooling mechanism using the water as a cooling medium for molten metal powder, and manufacture of metal powder at lower cost A method can be provided.

本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置を示す側面図である。It is a side view which shows the manufacturing apparatus of the metal powder of embodiment of this invention. 図１に示す金属粉末の製造装置により、Ｆｅ−１０％Ｃｒ−８％Ｐ−２％Ｃ合金を原料として得られた金属粉末の、走査型電子顕微鏡写真の（ａ）（ｃ）（ｅ）ＳＥＩ像、（ｂ）（ｄ）（ｆ）ＣＯＭＰＯ像である。Scanning electron micrographs (a), (c), and (e) of the metal powder obtained using the Fe-10% Cr-8% P-2% C alloy as a raw material by the metal powder manufacturing apparatus shown in FIG. SEI images, (b) (d) (f) COMPO images. 図１に示す金属粉末の製造装置により、Ｆｅ−１０％Ｃｒ−８％Ｐ−２％Ｃ合金を原料として得られた金属粉末の粒度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of the metal powder obtained by using the Fe-10% Cr-8% P-2% C alloy as a raw material with the metal powder manufacturing apparatus shown in FIG. 図１に示す金属粉末の製造装置により、Ｆｅ−１０％Ｃｒ−８％Ｐ−２％Ｃ合金を原料として得られた金属粉末のＸ線回折結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction result of the metal powder obtained by using the Fe-10% Cr-8% P-2% C alloy as a raw material with the metal powder manufacturing apparatus shown in FIG. 図１に示す金属粉末の製造装置により、Ｆｅ−１０％Ｃｒ−８％Ｐ−２％Ｃ合金を原料として得られた金属粉末の、粒度毎のＸ線回折結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction result for every particle size of the metal powder obtained by using the Fe-10% Cr-8% P-2% C alloy as a raw material with the manufacturing apparatus of the metal powder shown in FIG.

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５は、本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置および金属粉末の製造方法を示している。
図１に示すように、金属粉末の製造装置１０は、供給手段１１と複数のジェットバーナー１２と冷却手段１３とを有している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 5 show a metal powder manufacturing apparatus and a metal powder manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the metal powder manufacturing apparatus 10 includes a supply unit 11, a plurality of jet burners 12, and a cooling unit 13.

供給手段１１は、溶融金属１を収納する容器から成っている。供給手段１１は、底面の中央に、内部に連通する注湯ノズル１１ａを有している。供給手段１１は、内部に収納した溶融金属１を、注湯ノズル１１ａから下方に流出可能に構成されている。 The supply means 11 consists of a container for storing the molten metal 1. The supply means 11 has a pouring nozzle 11a communicating with the inside at the center of the bottom surface. The supply means 11 is configured to allow the molten metal 1 stored therein to flow downward from the pouring nozzle 11a.

各ジェットバーナー１２は、供給手段１１の下方で、注湯ノズル１１ａからの溶融金属１の垂下流１ａに対して互いに回転対称の位置に配置されている。各ジェットバーナー１２は、溶融金属１の垂下流１ａの周囲からフレームジェット２１を斜め下方に向かって噴射可能に配置されている。各ジェットバーナー１２は、フレームジェット２１が溶融金属１の垂下流１ａの外周に沿って隙間なく、ほぼ均等なジェット圧で溶融金属１に鋭角に衝突するよう、同じ圧力および速度でフレームジェット２１を噴射するよう構成されている。これにより、各ジェットバーナー１２は、垂下流１ａの１点にフレームジェット２１を集中して噴射するようになっている。各ジェットバーナー１２は、溶融金属１の垂下流１ａにフレームジェット２１を噴射することにより、溶融金属１を粉砕して溶融金属粉末を形成可能に構成されている。各ジェットバーナー１２は、超音速または音速に近い速度でフレームジェット２１を噴射するようになっている。 Each jet burner 12 is disposed below the supply means 11 at a rotationally symmetric position with respect to the downstream 1 a of the molten metal 1 from the pouring nozzle 11 a. Each jet burner 12 is arranged to be able to inject the frame jet 21 obliquely downward from the periphery of the downstream 1 a of the molten metal 1. Each jet burner 12 causes the flame jet 21 to collide with the molten metal 1 at an acute angle with substantially uniform jet pressure without a gap along the outer periphery of the downstream 1a of the molten metal 1 at the same pressure and speed. It is configured to inject. Thereby, each jet burner 12 concentrates and jets the flame jet 21 at one point of the drooping downstream 1a. Each jet burner 12 is configured such that a molten metal powder can be formed by pulverizing the molten metal 1 by injecting a frame jet 21 to the downstream 1 a of the molten metal 1. Each jet burner 12 ejects the frame jet 21 at a supersonic speed or a speed close to the sonic speed.

冷却手段１３は、冷却媒体２２を噴射可能な複数の冷却ノズル１３ａを有している。本実施形態の冷却媒体２２は、水である。各冷却ノズル１３ａは、各ジェットバーナー１２の下方で、各フレームジェット２１が１点に集中して下方に流れる１本のフレームジェット２１ａに対して、互いに回転対称の位置に配置されている。各冷却ノズル１３ａは、溶融金属粉末を含む１本のフレームジェット２１ａの外側から、そのフレームジェット２１ａに向かって冷却媒体２２を斜め下方に噴射するよう構成されている。各冷却ノズル１３ａは、そのフレームジェット２１ａの流れ方向に沿った所定の範囲で、そのフレームジェット２１ａの外周面に冷却媒体２２が隙間なく当たるよう、冷却媒体２２を噴射可能に構成されている。 The cooling means 13 has a plurality of cooling nozzles 13 a that can inject the cooling medium 22. The cooling medium 22 of this embodiment is water. Each cooling nozzle 13a is disposed at a rotationally symmetrical position below each jet burner 12 with respect to one frame jet 21a in which each frame jet 21 concentrates at one point and flows downward. Each cooling nozzle 13a is configured to inject a cooling medium 22 obliquely downward from one frame jet 21a containing molten metal powder toward the frame jet 21a. Each cooling nozzle 13a is configured to be able to inject the cooling medium 22 within a predetermined range along the flow direction of the frame jet 21a so that the cooling medium 22 contacts the outer peripheral surface of the frame jet 21a without a gap.

冷却手段１３は、液体の冷却媒体２２を、ストレート水流やシャワー状、ミスト状などの状態で噴射可能になっている。冷却手段１３は、冷却ノズル１３ａごとに、例えばストレート水流とミスト状など、異なる状態の冷却媒体２２を噴射するよう構成されていてもよい。また、冷却手段１３は、冷却媒体２２を直接加熱したり、高圧にした液体の冷却媒体２２をノズルで噴霧して、ジュール・トムソン効果で加熱したりすることにより、沸点近傍の温度を有する冷却媒体２２を噴射可能になっている。また、冷却手段１３は、冷却媒体２２による冷却直後の金属粉末が、冷却媒体２２の沸点より高い温度を維持するよう、冷却媒体２２の温度および量を調整して噴射可能になっている。 The cooling means 13 can inject the liquid cooling medium 22 in a straight water flow, shower form, mist form or the like. The cooling means 13 may be configured to inject the cooling medium 22 in different states, such as a straight water flow and a mist shape, for each cooling nozzle 13a. The cooling means 13 is a cooling device having a temperature near the boiling point by directly heating the cooling medium 22 or spraying a high-pressure liquid cooling medium 22 with a nozzle and heating it by the Joule-Thomson effect. The medium 22 can be ejected. The cooling means 13 can be jetted by adjusting the temperature and amount of the cooling medium 22 so that the metal powder immediately after cooling by the cooling medium 22 maintains a temperature higher than the boiling point of the cooling medium 22.

なお、具体的な一例では、各ジェットバーナー１２は、小型で、音速よりも速い速度でフレームジェット２１を噴射可能なハード工業有限会社製のジェットバーナーから成っている。また、ジェットバーナー１２は４台、冷却ノズル１３ａは４つから成っている。 In a specific example, each of the jet burners 12 is a small-sized jet burner manufactured by HARD INDUSTRY CO., LTD. Capable of injecting the frame jet 21 at a speed higher than the speed of sound. The jet burner 12 is composed of four units, and the cooling nozzles 13a are composed of four units.

本発明の実施の形態の金属粉末の製造方法は、金属粉末の製造装置１０により好適に実施することができる。本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置１０および金属粉末の製造方法は、フレームジェット２１の噴射により得られる溶融金属粉末を含むフレームジェット２１ａに向かって冷却媒体２２を噴射することにより、直接的または間接的に溶融金属粉末を急速冷却することができ、金属粉末を得ることができる。このとき、噴射した冷却媒体２２が溶融金属粉末やフレームジェット２１ａにより加熱されて蒸発する際に気化熱を奪うため、溶融金属粉末を効率的に冷却することができる。また、沸点近傍の温度を有する冷却媒体２２を噴射することにより、冷却媒体２２が沸点まで加熱される時間を短くすることができ、冷却速度をより速くすることができる。また、溶融金属１を含むフレームジェット２１ａが超音速または音速に近い速度で流れているため、その流速により熱伝達も速くなり、冷却速度をさらに速めていると考えられる。このように、本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置１０および金属粉末の製造方法は、溶融金属粉末を急速冷却することができるため、噴射する冷却媒体２２の温度や量を調節することにより、アモルファス状態の金属粉末を容易に得ることができる。 The method for producing metal powder according to the embodiment of the present invention can be preferably carried out by the metal powder production apparatus 10. The metal powder manufacturing apparatus 10 and the metal powder manufacturing method according to the embodiment of the present invention directly injects the cooling medium 22 toward the frame jet 21a including the molten metal powder obtained by the injection of the frame jet 21. The molten metal powder can be cooled rapidly or indirectly, and a metal powder can be obtained. At this time, when the injected cooling medium 22 is heated by the molten metal powder or the frame jet 21a and evaporates, the heat of vaporization is taken away, so that the molten metal powder can be efficiently cooled. Moreover, by injecting the cooling medium 22 having a temperature near the boiling point, the time during which the cooling medium 22 is heated to the boiling point can be shortened, and the cooling rate can be further increased. Moreover, since the flame jet 21a containing the molten metal 1 flows at a supersonic speed or a speed close to the sonic speed, it is considered that the heat transfer is accelerated by the flow velocity, and the cooling rate is further increased. Thus, since the metal powder manufacturing apparatus 10 and the metal powder manufacturing method of the embodiment of the present invention can rapidly cool the molten metal powder, the temperature and amount of the cooling medium 22 to be injected are adjusted. Thus, an amorphous metal powder can be easily obtained.

本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置１０および金属粉末の製造方法は、液体ミストの冷却媒体２２を使用することにより、溶融金属粉末やフレームジェット２１ａとの接触面積を大きくすることができ、蒸発を促進して冷却速度を速めることができる。また、液体の冷却媒体２２をストレート水流で勢いよく噴射することにより、溶融金属粉末を含むフレームジェット２１ａの内部まで冷却媒体２２を供給することができ、フレームジェット２１ａの内部に分布する溶融金属粉末をムラなく急速冷却することができ、均一な金属粉末を得ることができる。 The metal powder manufacturing apparatus 10 and the metal powder manufacturing method of the embodiment of the present invention can increase the contact area with the molten metal powder and the frame jet 21a by using the cooling medium 22 of liquid mist. , Evaporation can be promoted to increase the cooling rate. Further, by vigorously injecting the liquid cooling medium 22 with a straight water flow, the cooling medium 22 can be supplied to the inside of the frame jet 21a containing the molten metal powder, and the molten metal powder distributed inside the frame jet 21a. Can be rapidly cooled without unevenness, and a uniform metal powder can be obtained.

本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置１０および金属粉末の製造方法は、冷却媒体２２による冷却直後の金属粉末が、冷却媒体２２の沸点より高い温度を維持するよう、冷却媒体２２の温度および量を調整して冷却媒体２２を噴射するため、溶融金属粉末を冷却した後に冷却媒体２２が液体として残らない。このため、乾燥した状態の金属粉末を得ることができる。このように、本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置１０および金属粉末の製造方法によれば、金属粉末を乾燥した状態で得ることができるため、脱水や乾燥の工程が不要であり、その工程に係るコストを削減することができる。また、水アトマイズ法やＳＷＡＰ法で使用される高圧ポンプも不要であり、その設備費も削減することができる。このように、本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置１０および金属粉末の製造方法は、水アトマイズ法やＳＷＡＰ法と比べて、より低コストで、溶融金属粉末を急速冷却して金属粉末を得ることができる。 The metal powder manufacturing apparatus 10 and the metal powder manufacturing method according to the embodiment of the present invention are configured so that the temperature of the cooling medium 22 is maintained so that the metal powder immediately after cooling by the cooling medium 22 maintains a temperature higher than the boiling point of the cooling medium 22. In addition, since the cooling medium 22 is jetted while adjusting the amount, the cooling medium 22 does not remain as a liquid after the molten metal powder is cooled. For this reason, the dried metal powder can be obtained. Thus , according to the metal powder manufacturing apparatus 10 and the metal powder manufacturing method of the embodiment of the present invention, since the metal powder can be obtained in a dried state, a dehydration and drying process is unnecessary, Costs related to the process can be reduced. Further, the high-pressure pump used in the water atomization method and the SWAP method is not necessary, and the equipment cost can be reduced. As described above, the metal powder manufacturing apparatus 10 and the metal powder manufacturing method according to the embodiment of the present invention can cool the molten metal powder rapidly and reduce the metal powder at a lower cost than the water atomization method and the SWAP method. Can be obtained.

本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置１０および金属粉末の製造方法は、フレームジェット２１が溶融金属１の外周に沿って隙間なく、ほぼ均等なジェット圧で溶融金属１に衝突するため、溶融金属１に対して均一なアトマイズが可能であり、微細で均一な球状の金属粉末を得ることができる。 In the metal powder manufacturing apparatus 10 and the metal powder manufacturing method of the embodiment of the present invention, the frame jet 21 collides with the molten metal 1 with substantially uniform jet pressure without any gap along the outer periphery of the molten metal 1. Uniform atomization is possible with respect to the molten metal 1, and a fine and uniform spherical metal powder can be obtained.

なお、本発明の実施の形態の金属粉末の製造装置１０および金属粉末の製造方法は、供給手段１１が下方に向かって金属線材を連続的に供給可能に設けられ、各ジェットバーナー１２が、金属線材に対してフレームジェット２１を噴射するよう構成されていてもよい。この場合、金属線材に対して高温のフレームジェット２１を噴射することにより、金属線材を溶かしつつ、その溶融した金属を粉砕することができる。金属線材の材質は、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼やＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金等である。 In addition, the metal powder manufacturing apparatus 10 and the metal powder manufacturing method of the embodiment of the present invention are provided so that the supply means 11 can continuously supply the metal wire material downward, and each jet burner 12 is made of metal. You may be comprised so that the flame jet 21 may be injected with respect to a wire. In this case, the molten metal can be pulverized while melting the metal wire by injecting the high-temperature frame jet 21 onto the metal wire. The material of the metal wire is, for example, stainless steel, carbon steel, Fe—Si—B alloy, or the like.

図１に示す金属粉末の製造装置１０を用いて、原料としてＦｅ−１０％Ｃｒ−８％Ｐ−２％Ｃ合金（％は質量％）の溶融金属１を使用して金属粉末の製造を行った。噴射手段から噴射するフレームジェット２１の温度を１３３０℃、原料の溶融金属１の垂下速度を２ｋｇ／ｍｉｎとした。冷却媒体２２として水を使用し、冷却手段１３により液体ミストにして噴射した。また、冷却媒体２２による冷却直後の金属粉末が１００℃以上になるよう、水の噴射量を制御した。 The metal powder production apparatus 10 shown in FIG. 1 is used to produce metal powder using a molten metal 1 of an Fe-10% Cr-8% P-2% C alloy (% is mass%) as a raw material. It was. The temperature of the flame jet 21 injected from the injection means was 1330 ° C., and the drooping speed of the raw molten metal 1 was 2 kg / min. Water was used as the cooling medium 22, and liquid mist was jetted by the cooling means 13. Moreover, the amount of water injection was controlled so that the metal powder immediately after cooling with the cooling medium 22 would be 100 ° C. or higher.

なお、冷却媒体２２としての水は、比熱が大きいため、比較的少ない量で冷却を行うことができる。図１に示す金属粉末の製造装置１０について冷却媒体２２の水の量と金属粉末の温度との関係を調べたところ、冷却媒体２２の水の噴射位置から４ｍ下の位置での金属粉末の温度は、水の噴射量が１リットル／ｍｉｎのとき３００〜４００℃、２リットル／ｍｉｎのとき約２００℃、４〜５リットル／ｍｉｎのとき約１００℃であった。 In addition, since water as the cooling medium 22 has a large specific heat, it can be cooled with a relatively small amount. When the relationship between the amount of water in the cooling medium 22 and the temperature of the metal powder in the metal powder manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1 was examined, the temperature of the metal powder at a position 4 m below the water injection position of the cooling medium 22. Was about 300 ° C. when the water injection rate was 1 liter / min, about 200 ° C. when about 2 liter / min, and about 100 ° C. when about 4-5 liter / min.

得られた金属粉末の走査型電子顕微鏡写真、粒度分布およびＸ線回折結果を、それぞれ図２、図３および図４に示す。図２に示すように、球状の金属粉末が得られていることが確認された。また、図３に示すように、金属粉末は、粒径が数μｍのものから１００μｍを超えるものまで得られており、粒径が２０〜３０μｍのものが最も多いことが確認された。また、図４に示すように、Ｘ線回折ではブロードなハローピークしか認められず、アモルファスの金属粉末が得られていることが確認された。 Scanning electron micrographs, particle size distributions and X-ray diffraction results of the obtained metal powder are shown in FIGS. 2, 3 and 4, respectively. As shown in FIG. 2, it was confirmed that a spherical metal powder was obtained. Moreover, as shown in FIG. 3, the metal powder was obtained from a thing with a particle size of several micrometers to more than 100 micrometers, and it was confirmed that the thing with a particle size of 20-30 micrometers is the most. Moreover, as shown in FIG. 4, only a broad halo peak was recognized by X-ray diffraction, and it was confirmed that amorphous metal powder was obtained.

得られた金属粉末の粒径毎にＸ線回折を行った結果を図５に示す。測定では、金属粉末を、粒径が５３μｍ以上７５μｍ未満のもの（サンプル名「Ｎｏ．１」）、７５μｍ以上１０６μｍ未満のもの（サンプル名「Ｎｏ．２」）、１０６μｍ以上１５０μｍ未満のもの（サンプル名「Ｎｏ．３」）、１５０μｍ以上のもの（サンプル名「Ｎｏ．４」）に篩分けし、それぞれのサンプルについてＸ線回折を行った。図５に示すように、粒径が小さいものほど冷却速度が速くなるためアモルファスになりやすく、およそ粒径が１０６μｍ未満の金属粉末がアモルファスになっていることが確認された。通常の水アトマイズでは粒径が３０μｍ程度のものまで、ガスアトマイズでは粒径が１０μｍ程度のものまでアモルファスにすることができるが、金属粉末の製造装置１０では、さらに大きい粒径のものまでアモルファスにすることができることが確認された。 FIG. 5 shows the result of X-ray diffraction performed for each particle size of the obtained metal powder. In the measurement, the metal powder has a particle size of 53 μm or more and less than 75 μm (sample name “No. 1”), 75 μm or more and less than 106 μm (sample name “No. 2”), or 106 μm or more and less than 150 μm (sample) (Name “No. 3”) and those having a size of 150 μm or more (sample name “No. 4”), and each sample was subjected to X-ray diffraction. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the smaller the particle size, the faster the cooling rate, and the more easily amorphous, and the metal powder having a particle size of less than 106 μm is amorphous. In normal water atomization, the particle size can be made amorphous up to about 30 μm, and in gas atomization up to about 10 μm, the metal powder production apparatus 10 can make amorphous even up to a larger particle size. It was confirmed that it was possible.

なお、図１に示す金属粉末の製造装置１０を用いて、他の原料、例えば、Ｆｅ−６．７％Ｓｉ−２．５％Ｃｒ−２．５％Ｂ−２％Ｃ合金（％は質量％）についてもアモルファスの金属粉末が得られている。これらの結果から、金属粉末の製造装置１０では、１０^５．４Ｋ／ｓ程度の冷却速度が得られていると考えられる。 In addition, other raw materials, for example, Fe-6.7% Si-2.5% Cr-2.5% B-2% C alloy (% is mass) using the metal powder manufacturing apparatus 10 shown in FIG. %), An amorphous metal powder is obtained. From these results, it is considered that the metal powder manufacturing apparatus 10 has a cooling rate of about 10 ^5.4 K / s.

１溶融金属
１ａ垂下流
１０金属粉末の製造装置
１１供給手段
１１ａ注湯ノズル
１２ジェットバーナー
２１フレームジェット
１３冷却手段
１３ａ冷却ノズル
２２冷却媒体（水） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molten metal 1a Suspension downstream 10 Metal powder manufacturing apparatus 11 Supply means 11a Pouring nozzle 12 Jet burner 21 Flame jet 13 Cooling means 13a Cooling nozzle 22 Cooling medium (water)

Claims

A metal powder manufacturing apparatus for obtaining metal powder using the principle of the atomizing method,
Supply means for supplying molten metal or metal wire;
A jet burner for injecting a high-temperature flame jet to the molten metal or the metal wire supplied by the supply means;
A molten metal powder obtained by injection of the flame jet, or a cooling means for injecting water as a cooling medium toward the flame jet containing the molten metal powder,
An apparatus for producing metal powder, comprising:

The jet burner includes the molten metal or the metal so that the frame jet collides with the molten metal or the metal wire at an acute angle with a substantially uniform jet pressure without a gap along the outer periphery of the molten metal or the metal wire. It is configured to inject the frame jet from around the wire,
The said cooling means injects the said water from the outer side of the said frame jet injected to the said molten metal or the said metal wire, The manufacturing apparatus of the metal powder of Claim 1 characterized by the above-mentioned .

The said cooling means injects the said water from the outer side and / or inner side of the said flame jet containing the said molten metal powder, The manufacturing apparatus of the metal powder of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned .

The said cooling means is a manufacturing apparatus of the metal powder of any one of Claims 1-3 which injects the said water in a straight water flow or a shower-like state.

A method for producing a metal powder for obtaining a metal powder by utilizing the principle of an atomizing method, wherein a molten metal powder is obtained by injecting a high-temperature flame jet onto a molten metal or a metal wire, or A method for producing metal powder, wherein water as a cooling medium is sprayed toward the frame jet containing the molten metal powder.

From the periphery of the molten metal or the metal wire so that the frame jet collides with the molten metal or the metal wire at an acute angle with a substantially uniform jet pressure without a gap along the outer periphery of the molten metal or the metal wire. Jet flame flame,
The method for producing metal powder according to claim 5, wherein the water is sprayed from outside the frame jet sprayed to the molten metal or the metal wire.

The method for producing metal powder according to claim 6, wherein the water is sprayed from the outside and / or the inside of the frame jet containing the molten metal powder.

The method for producing metal powder according to any one of claims 5 to 7, wherein the water is jetted in a straight water flow or in a shower-like state.