JP6406156B2 - Method for producing water atomized metal powder - Google Patents
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Description
本発明は、水アトマイズ装置を用いた金属粉末(以下、水アトマイズ金属粉末ともいう)の製造方法に係り、とくに水アトマイズ金属粉末の非晶質化率の向上方法に関する。 The present invention relates to a method for producing metal powder (hereinafter, also referred to as water atomized metal powder) using a water atomizer, and more particularly to a method for improving the amorphization rate of water atomized metal powder.
従来から、金属粉末を製造する方法として、アトマイズ法がある。このアトマイズ法には、溶融金属の流れに高圧の水ジェットを噴射して金属粉末を得る水アトマイズ法、水ジェットに代えて不活性ガスを噴射するガスアトマイズ法がある。 Conventionally, there is an atomizing method as a method for producing metal powder. The atomizing method includes a water atomizing method in which a metal powder is obtained by injecting a high-pressure water jet into a molten metal flow, and a gas atomizing method in which an inert gas is injected in place of the water jet.
水アトマイズ法では、ノズルより噴射した水ジェットで溶融金属の流れを分断するとともに、水ジェットで分断された溶融金属(粉末状の金属(金属粉末))の冷却も行ってアトマイズ金属粉末を得ている。一方、ガスアトマイズ法では、ノズルより噴射した不活性ガスにより溶融金属の流れを分断し、粉末状の金属としたのち、通常、粉末状の金属を、アトマイズ装置の下に備えられた水槽、あるいは流水のドラム中に落下させて、粉末状の金属(金属粉末)の冷却を行ってアトマイズ金属粉末を得ている。 In the water atomization method, the flow of the molten metal is divided by a water jet sprayed from a nozzle, and the molten metal (powdered metal (metal powder)) divided by the water jet is also cooled to obtain an atomized metal powder. Yes. On the other hand, in the gas atomization method, the flow of molten metal is divided by an inert gas jetted from a nozzle to form powdered metal, and then the powdered metal is usually used in a water tank or flowing water provided under the atomizer. The powder metal (metal powder) is cooled down to obtain an atomized metal powder.
近年、省エネルギーの観点から、例えば電気自動車やハイブリッド車に使用されるモーターコアの低鉄損化、小型化が要望されている。従来、モーターコアは、電磁鋼板を積層させて製作されてきたが、最近では、形状設計の自由度が高い金属粉末(電磁鉄粉)を用いて作製したモーターコアが注目されている。このようなモーターコアの低鉄損化ためには、使用する金属粉末の低鉄損化が必要となる。低鉄損の金属粉末とするには、金属粉末を非晶質化(アモルファス化)することが有効である。しかし、アトマイズ法で、非晶質化した金属粉末を得るためには、溶融状態を含む高温状態にある金属粉末を超急冷凝固することにより、結晶化を防ぐ必要がある。 In recent years, from the viewpoint of energy saving, for example, a reduction in iron loss and a reduction in size of a motor core used in an electric vehicle and a hybrid vehicle have been demanded. Conventionally, a motor core has been manufactured by laminating electromagnetic steel plates, but recently, a motor core manufactured using metal powder (electromagnetic iron powder) having a high degree of freedom in shape design has attracted attention. In order to reduce the iron loss of such a motor core, it is necessary to reduce the iron loss of the metal powder used. In order to obtain a metal powder with low iron loss, it is effective to make the metal powder amorphous. However, in order to obtain an amorphous metal powder by the atomization method, it is necessary to prevent crystallization by supercooling and solidifying a metal powder in a high temperature state including a molten state.
なお、金属粉末を製造するうえでは水アトマイズ法は、ガスアトマイズ法に比べて、生産性が高く、かつ安価な製造方法であるといわれている。さらに、水アトマイズ法で製造された金属粉末は不定形であり、ガスアトマイズ法で製造された球形な金属粉末に比べて圧縮成形時に粉末同士が絡みやすく、圧縮成形後の強度が高くなるという利点がある。しかし、水アトマイズ法では、高温の溶融金属に水ジェットを噴射させる際に、高温の溶融金属に水が接すると、一瞬のうちに蒸発して溶融状態を含む金属粉末(液滴)の表面に蒸気膜を形成する。この表面に形成された蒸気膜により、液滴と冷却水との直接接触が妨げられ、いわゆる膜沸騰状態となる。そのため、水アトマイズ法では、溶融状態を含む金属粉末の冷却速度を高めることが難しくなるという問題があった。 In producing metal powder, the water atomization method is said to be a production method that is higher in productivity and cheaper than the gas atomization method. Furthermore, the metal powder produced by the water atomization method is indefinite, and the powder is more likely to get entangled during compression molding compared to the spherical metal powder produced by the gas atomization method, and the strength after compression molding is increased. is there. However, in the water atomization method, when water is sprayed on a high-temperature molten metal, if water contacts the high-temperature molten metal, it instantly evaporates on the surface of the metal powder (droplet) containing the molten state. A vapor film is formed. The vapor film formed on the surface prevents direct contact between the droplet and the cooling water, resulting in a so-called film boiling state. Therefore, the water atomization method has a problem that it is difficult to increase the cooling rate of the metal powder including the molten state.
ところで、最近では、非特許文献1に記載されているように、急冷して作製された非晶質合金に熱処理を施して、結晶粒を10nm程度までに微細化し、優れた軟磁気特性を実現するといわれているナノ結晶軟磁性合金が見出されている。代表的なFe基ナノ結晶軟磁性合金としては、例えば、Fe−Si−B組成にNbとCuを添加したFe−Cu―Nb−Si−B合金が知られている。また、Fe−M非晶質合金にBを添加し、高い飽和磁束密度と優れた軟磁気特性を同時に示すFe−M−B合金が知られている。 By the way, recently, as described in Non-Patent Document 1, heat treatment is performed on an amorphous alloy produced by quenching to refine crystal grains to about 10 nm and realize excellent soft magnetic properties. Nanocrystalline soft magnetic alloys said to have been found. As a typical Fe-based nanocrystalline soft magnetic alloy, for example, an Fe—Cu—Nb—Si—B alloy in which Nb and Cu are added to an Fe—Si—B composition is known. Further, there is known an Fe-MB alloy in which B is added to an Fe-M amorphous alloy and simultaneously exhibits high saturation magnetic flux density and excellent soft magnetic properties.
また、非特許文献2には、軟磁性ヘテロアモルファス合金が記載されている。これらの合金は、Fe−Si−B系組成にPとCuを添加した合金で、焼入れままで、微細なα−Fe結晶をアモルファス母相中に分散させたナノヘテロ構造を有し、高い飽和磁化と優れた軟磁性とを示すとしている。しかし、高い飽和磁束密度を得るためには、Fe(Feを置換したNi、Coを含む)の比率を高くすることが指向されている。Fe、Ni、Co量の増加とともに、非晶化のために必要な冷却速度も大きくなるといわれている。
Non-Patent
このようなことから、金属粉末を急冷する方法がいくつか提案されている。 For this reason, several methods for rapidly cooling the metal powder have been proposed.
例えば、特許文献1には、溶融金属を飛散させつつ冷却・固化させ金属粉末を得る際に、固化するまでの冷却速度が105K/s以上とする金属粉末の製造方法が記載されている。特許文献1に記載された技術では、飛散させた溶融金属を、筒状体の内壁面に沿って冷却液を旋回させることにより生じた冷却液流に接触させることにより、上記した冷却速度が得られるとしている。そして、冷却液を旋回させることにより生じた冷却液流の流速は5〜100m/sとすることが好ましいとしている。 For example, Patent Document 1 describes a method for producing a metal powder in which the cooling rate until solidification is 10 5 K / s or more when a metal powder is obtained by cooling and solidifying while scattering molten metal. . In the technique described in Patent Document 1, the above-described cooling rate is obtained by bringing the scattered molten metal into contact with the coolant flow generated by swirling the coolant along the inner wall surface of the cylindrical body. It is supposed to be done. The flow rate of the coolant flow generated by swirling the coolant is preferably 5 to 100 m / s.
また、特許文献2には、急冷凝固金属粉末の製造方法が記載されている。特許文献2に記載された技術では、内周面が円筒面である冷却容器の円筒部上端部外周側より、冷却液を周方向より供給し円筒部内周面に沿って旋回させながら流下させ、その旋回による遠心力で、中心部に空洞を有する層状の旋回冷却液層を形成し、その旋回冷却液層の内周面に金属溶湯を供給して急冷凝固させる。これにより、冷却効率がよく、高品質の急冷凝固粉末が得られるとしている。
また、特許文献3には、流下する溶融金属にガスジェットを噴射して溶滴に分断するためのガスジェットノズルと、内周面に旋回しながら流下する冷却液層を有する冷却用筒体とを備える、ガスアトマイズ法による金属粉末の製造装置が記載されている。特許文献3に記載された技術では、溶融金属が、ガスジェットノズルと旋回する冷却液層とにより、二段階に分断され、微細化された急冷凝固金属粉末が得られるとしている。
また、特許文献4には、溶融金属を液状の冷媒中に供給し、冷媒中で溶融金属を覆う蒸気膜を形成し、できた蒸気膜を崩壊させて溶融金属と冷媒とを直接接触させて自然核生成による沸騰を起こさせその圧力波を利用し溶融金属を引きちぎりながら急速に冷却しアモルファス化して、アモルファス金属微粒子とする、アモルファス金属微粒子の製造方法が記載されている。溶融金属を覆う蒸気膜の崩壊は、冷媒へ供給する溶融金属の温度を冷媒に直接接触した場合に界面温度が膜沸騰下限温度以下で自発核生成温度以上の温度とするか、超音波照射するか、により可能であるとしている。 Further, in Patent Document 4, molten metal is supplied into a liquid refrigerant, a vapor film that covers the molten metal is formed in the refrigerant, and the resulting vapor film is collapsed so that the molten metal and the refrigerant are in direct contact with each other. A method for producing amorphous metal fine particles is described in which boiling due to natural nucleation is generated and the molten metal is rapidly cooled and amorphized by using the pressure wave to form amorphous metal fine particles. The collapse of the vapor film covering the molten metal can be achieved by bringing the temperature of the molten metal supplied to the refrigerant into direct contact with the refrigerant so that the interface temperature is lower than the film boiling lower limit temperature and higher than the spontaneous nucleation temperature or is irradiated with ultrasonic waves. Or that is possible.
また、特許文献5には、溶融した材料を、液体冷媒の中に液滴又はジェット流として供給する際に、溶融した材料の温度を、液体冷媒と直接接触する際に、液体冷媒の自発核生成温度以上で溶融状態であるように設定し、さらに、液体冷媒の流れに入ったときの溶融した材料の速度と液体冷媒の流れの速度との相対速度差を10m/s以上となるようにして、溶融した材料の周囲に形成された蒸気膜を強制的に崩壊させて自発核生成による沸騰を生じさせ、微粒化すると共に冷却固化する微粒子の製造方法が記載されている。これにより、従来は困難であった材料でも、微粒子化、非晶質化することができるとしている。
Further, in
また、特許文献6には、母材となる材料に機能性添加材を添加した原料を溶融し、液体冷媒の中に供給することにより、蒸気爆発により微細化するとともに冷却固化する際に冷却速度を制御することにより偏析のない多結晶又は非晶質である均質な機能性微粒子を得る工程と、この機能性微粒子と前記母材の微粒子とを原料として用いて固化して機能部材を得る工程とを具備する機能部材の製造方法が記載されている。 In Patent Document 6, a raw material obtained by adding a functional additive to a base material is melted and supplied into a liquid refrigerant so that it is refined by vapor explosion and cooled at the time of solidification by cooling. The step of obtaining homogeneous functional fine particles that are polycrystalline or amorphous without segregation by controlling the amount of the particles, and the step of obtaining functional members by solidifying the functional fine particles and the fine particles of the base material as raw materials The manufacturing method of the functional member which comprises these is described.
また、特許文献7には、非晶質合金粉末の製造方法が記載されている。特許文献7に記載された技術では、合金の溶湯を細孔から流下して高速液体で吹きつけ、溶湯を粉化するとともに急冷凝固して非晶質合金粉末とするにあたり、溶湯を粉化する箇所の周囲に吸引管を配置し20mmH2O〜200mmH2Oの圧力差で吸引するとしている。これにより、完全に非晶質化し、しかも不規則形状化した合金粉末を得ることができるとしている。 Patent Document 7 describes a method for producing an amorphous alloy powder. In the technique described in Patent Document 7, the molten metal is flown from the pores and sprayed with a high-speed liquid, and the molten metal is pulverized and rapidly solidified to form an amorphous alloy powder. place the suction tube around the locations are to be sucked at a pressure differential of 20mmH 2 O~200mmH 2 O. As a result, an alloy powder that is completely amorphous and irregularly shaped can be obtained.
また、特許文献8には、非晶質合金粉末の製造方法が記載されている。特許文献8に記載された技術では、合金の溶湯を細孔から流下させる工程と、流下した溶湯に高速液体を吹きつけて、溶湯を粉化するとともに急冷凝固する工程と、溶湯を粉化する箇所の周囲に吸引管を配置し20mmH2O〜200mmH2Oの圧力差で吸引する工程と、該吸引管の下方に粉末受け体を配置して、凝固した非晶質粉体を、一旦この粉体受け体に当てる工程と、該粉体受け体に当てた後、非晶質粉体を液体を入れたタンクに落下させる工程とを、具備するとしている。この吸引管の減圧作用で高速液体が合金粉末により強く作用して、粉末を不規則化するとともに、粉末周囲に形成される蒸気膜を破壊して、粉末の冷却速度が著しく上昇し、粉体の全てが不規則形状で非晶質単相からなり、圧粉成形可能な非晶質合金粉体が得られるとしている。 Patent Document 8 describes a method for producing an amorphous alloy powder. In the technique described in Patent Document 8, the molten alloy is flown down from the pores, the high-speed liquid is sprayed on the molten molten metal, the molten metal is pulverized and rapidly solidified, and the molten metal is pulverized. A suction tube is arranged around the location and sucked with a pressure difference of 20 mmH 2 O to 200 mmH 2 O, and a powder receiver is placed under the suction tube to temporarily solidify the amorphous powder. The method includes a step of applying the powder to a powder receiver, and a step of dropping the amorphous powder into a tank containing a liquid after being applied to the powder receiver. Due to the decompression action of this suction tube, the high-speed liquid acts more strongly on the alloy powder, making the powder irregular, destroying the vapor film formed around the powder, and significantly increasing the cooling rate of the powder. All of the above are irregularly shaped and made of an amorphous single phase, and an amorphous alloy powder that can be compacted is obtained.
また、特許文献9には、非晶質合金粉末の製造方法が記載されている。特許文献9に記載された技術では、合金の溶湯を細孔から流下して高速液体を吹きつけ、溶湯を粉化するとともに急冷凝固して非晶質合金粉末とするにあたり、溶湯を粉化する個所の直下に上部を円錐状とした冷却ブロックを配置して粉化後の粒子をこの冷却ブロックに当てるとしている。これにより、粉化した合金粉末の冷却速度を高めるとともに、粉末周囲に発生する蒸気膜を破壊して粉末の冷却速度を著しく上昇できるとしている。
また、特許文献10には、金属粉末製造装置が記載されている。特許文献10に記載された金属粉末製造装置では、溶融金属を供給する供給部と、溶融金属が通過可能な流路と該流路に液体を噴射するオリフィスとを備えた液体噴射部とを備え、液体噴射部の下方に、分散液の進行方向を強制的に変化させる進行方向変更手段を設け、オリフィスから噴射された液体に溶融金属を接触させて、溶融金属を微細な多数の液滴に分裂させ、該液滴を液体に分散した状態の分散液として移送するとともに、分散液中の液滴を冷却固化させてアモルファス金属粉末を製造するとしている。使用する進行方向変更手段としては、第2の液体を噴射するノズルを有し、ノズルから分散液に向けて、第2の液体を噴射して衝突させる手段、あるいは、長手方向の途中が円弧状に湾曲した曲部を有する筒状体とし、分散液の進行方向を曲部の内壁面に沿って強制的に変化させる手段、が例示され、これにより、粉末の周囲に形成される蒸気層を確実に分離することができ、多数の粉末をむらなく冷却できるとしている。また、特許文献10には、粒径:3μm程度の微細な非晶質金属粉末が製造できることが示されている。しかし、それより粗大な粒径の金属粉末では、非晶質率が低下している。
また、高い飽和磁束密度を有し、優れた軟磁性特性を有するFe基ナノ結晶合金を得るための出発原料となる合金組成の例として、例えば特許文献11には、主相として非晶質相を有している組成式FeaBbSicPxCyCuzで、a:79〜86at%、b:5〜13at%、c:0〜8at%、x:1〜8at%、y:0〜4at%、z:0.4〜1.4at%である合金組成物が記載されている。この合金組成物は、主相としてアモルファス相を有し、非晶質と該非晶質中に存在する初期微結晶とからなるナノヘテロ構造を呈するとしている。また、これら合金組成物に熱処理を施すと、bccFe相からなるナノ結晶を析出させることができ、飽和磁束密度が高い、Fe基ナノ結晶合金粉末とすることができるとしている。
In addition, as an example of an alloy composition serving as a starting material for obtaining an Fe-based nanocrystalline alloy having a high saturation magnetic flux density and excellent soft magnetic properties, for example,
また、特許文献12には、アモルファス相を主相とする組成式Fe(100−X−Y−Z)BXPYCuZの合金組成物で、X、Y、Zが、100−X−Y−Z:79〜86at%、X:4〜13at%、Y:1〜10at%、Z:0.5〜1.5at%を満たす合金組成物が記載されている。そして、この合金組成物では、Feの一部をCo、Niのうちの1種以上の元素で置換してもよいとしている。Fe元素は磁性を担う元素であり、飽和磁束密度向上にはFe元素の割合を高めることが好ましいとしている。この合金組成物は、主相としてアモルファス相を有し、非晶質と該非晶質中に存在する初期微結晶とからなるナノヘテロ構造を呈する合金粉末とすることもできるとしている。そして、これら合金組成物に熱処理を施すと、bccFe相からなるナノ結晶を析出させることができ、飽和磁束密度が高い、Fe基ナノ結晶合金粉末とすることができるとしている。 Patent Document 12 discloses an alloy composition of the composition formula Fe (100-X—Y—Z) B X P Y Cu Z whose main phase is an amorphous phase, and X, Y, and Z are 100-X—. An alloy composition satisfying YZ: 79 to 86 at%, X: 4 to 13 at%, Y: 1 to 10 at%, and Z: 0.5 to 1.5 at% is described. In this alloy composition, a part of Fe may be substituted with one or more elements of Co and Ni. Fe element is an element responsible for magnetism, and it is preferable to increase the proportion of Fe element to improve the saturation magnetic flux density. This alloy composition has an amorphous phase as a main phase, and can also be made into an alloy powder exhibiting a nanoheterostructure consisting of an amorphous phase and initial microcrystals present in the amorphous phase. And when heat-treating these alloy compositions, it is said that nanocrystals consisting of bccFe phase can be precipitated, and Fe-based nanocrystal alloy powder with high saturation magnetic flux density can be obtained.
なお、粉末ではないが、アモルファス合金組成として、例えば特許文献13には、アモルファス合金組成FeaBbSicPxCuyであって、a:73〜85at%、b:9.65〜22at%、b+c:9.65〜24.75at%、x:0.25〜5at%、y:0〜0.35at%、y/x:0超え0.5である合金組成物が記載されている。
Although not a powder, as an amorphous alloy composition, for example,
また、粉末ではないが、アモルファス合金組成として、特許文献14には、アモルファス合金組成FeaBbSicPxCuyであって、a:73〜85at%、b:9.65〜22at%、b+c:9.65〜24.75at%、x:0.25〜5at%、y:0〜0.35at%、およびy/x:0〜0.5at%である薄帯形状の合金組成物が記載されている。
Although not a powder, as an amorphous alloy composition,
しかし、特許文献1〜3に記載された技術では、分断された溶融金属を、冷却液を旋回させて形成した冷却液層中に供給し、金属粒子のまわりに形成された蒸気膜を剥がすとしているが、分断された金属粒子(溶融金属)の温度が高い場合には、冷却液層中では膜沸騰状態になりやすく、しかも冷却液層中に供給された金属粒子(溶融金属)は冷却液層とともに移動するため、金属粒子(溶融金属)と冷却液層との相対速度差が少なく、蒸気膜を剥がして膜沸騰状態を回避することは難しくなり、したがって、非晶質化のために必要な冷却速度を確保できないという問題があった。 However, in the techniques described in Patent Documents 1 to 3, the divided molten metal is supplied into the cooling liquid layer formed by swirling the cooling liquid, and the vapor film formed around the metal particles is peeled off. However, when the temperature of the divided metal particles (molten metal) is high, film boiling tends to occur in the cooling liquid layer, and the metal particles (molten metal) supplied to the cooling liquid layer are the cooling liquid. Because it moves with the layer, the relative velocity difference between the metal particles (molten metal) and the coolant layer is small, making it difficult to peel off the vapor film and avoid film boiling, and is therefore necessary for amorphization There was a problem that a sufficient cooling rate could not be secured.
また、特許文献4〜6に記載された技術では、連鎖的に膜沸騰状態から核沸騰状態になる蒸気爆発を利用して、溶融金属を覆う蒸気膜を崩壊させて、金属粒子の微細化、さらには非晶質化を図るとしている。蒸気爆発を利用して膜沸騰状態における蒸気膜を取り去ることは、有効な方法であるといえるが、しかし、膜沸騰状態から連鎖的に核沸騰状態にして蒸気爆発を生じさせるためには、少なくともまず最初に金属粒子の表面温度を極小熱流速点以下まで冷却する必要があり、しかも、金属粒子の表面温度が高い場合には、極小熱流速点以下までの冷却が膜沸騰領域での冷却となり、弱冷却となるため、非晶質化のための冷却速度が不足するという問題がある。 Moreover, in the technique described in patent documents 4-6, the vapor | steam film | membrane which covers a molten metal is collapsed using the vapor explosion from a film | membrane boiling state to a nucleate boiling state in a chain, refinement | miniaturization of a metal particle, Furthermore, it intends to make it amorphous. It can be said that removing the vapor film in the film boiling state using the vapor explosion is an effective method. However, in order to cause a vapor explosion from the film boiling state to the nucleate boiling state, at least, First, it is necessary to cool the surface temperature of the metal particles to the minimum heat flow point or below, and if the surface temperature of the metal particles is high, cooling to the minimum heat flow point or below becomes the cooling in the film boiling region. Since the cooling is weak, there is a problem that the cooling rate for amorphization is insufficient.
特許文献1〜6に記載された技術では、ガスアトマイズ法を利用して金属粉末を製造しているが、ガスアトマイズ後に冷却水による急冷を行うことが非晶質化しやすいといえる。しかし、ガスアトマイズ法では、アトマイズのために大量の不活性ガスを必要とするため、製造コストの高騰を招くという問題がある。したがって、生産性の観点からは水アトマイズ法を利用することが有利である。 In the techniques described in Patent Documents 1 to 6, metal powder is manufactured using a gas atomization method, but it can be said that rapid cooling with cooling water after gas atomization is likely to make amorphous. However, in the gas atomization method, a large amount of inert gas is required for atomization, so that there is a problem that the manufacturing cost increases. Therefore, it is advantageous to use the water atomization method from the viewpoint of productivity.
一方、水アトマイズ法では、溶融金属流に噴射水(水ジェット)を噴射し、溶融金属流を分断して金属粉末とするが、分断された金属粒子の周囲には、アトマイズ(溶融金属流の分断)に使用した水が存在し、金属粒子表面に蒸気膜を形成しやすくしている。このようなことから、冷却速度が低下し徐冷となり、金属粉末を非晶質状態とするために必要な冷却速度を達成することができなくなる。そのため、水アトマイズ法では蒸気膜の除去が重要な課題となる。 On the other hand, in the water atomization method, jet water (water jet) is jetted into a molten metal stream, and the molten metal stream is divided into metal powder. The atomized (molten metal stream) is surrounded around the divided metal particles. The water used for the splitting is present, making it easy to form a vapor film on the surface of the metal particles. For this reason, the cooling rate decreases and gradually cools, and it becomes impossible to achieve the cooling rate required to make the metal powder amorphous. Therefore, removal of the vapor film is an important issue in the water atomization method.
このような問題に対し、特許文献7、8に記載された技術では、溶湯を粉化する箇所の周囲に吸引管を配置して、20mmH2O〜200mmH2Oの圧力差で吸引することにより、金属粒子の不規則化と、金属粒子周囲に形成された蒸気膜を除去できるとしている。しかし、高温の金属粒子のまわりに水分が存在すれば、水分も高温の金属粒子とともに吸引され、保有している熱により水分が気化して再び金属粒子表面に蒸気膜を形成されるため、蒸気膜の除去が難しくなると考えられる。 With respect to such problems, in the technique described in Patent Documents 7 and 8, by placing the suction tube around a portion of powdering the melt by suction at a pressure differential of 20mmH 2 O~200mmH 2 O It is said that the irregularity of the metal particles and the vapor film formed around the metal particles can be removed. However, if moisture is present around the high-temperature metal particles, the water is also sucked together with the high-temperature metal particles, and the moisture is vaporized by the retained heat to form a vapor film on the metal particle surface again. It is thought that removal of the film becomes difficult.
また、特許文献9に記載された技術では、粉化後の粒子の温度が高いと、周囲にある冷却水が気化して再び粒子表面に蒸気膜を形成するため、蒸気膜の除去が十分であるとはいえないという問題がある。一方、粉化後の粒子の温度が低すぎると、冷却ブロックに衝突した際に、凝固し結晶化が進行しやすいという問題がある。
Further, in the technique described in
また、特許文献10に記載された技術では、進行方向変更手段で強制的に進行方向を変化させられた分散液は、蒸気膜を除去されるが、分散液の温度が高いと、周囲に存在する水分により、再び蒸気膜が形成される可能性がある。一方、分散液の温度が低い場合には、進行方向変更手段からの第2の液体(水)により、凝固が進行し結晶化が進むという問題がある。
Further, in the technique described in
このように、上記した従来技術では、水アトマイズ法において金属粉末表面に形成される蒸気膜の除去が十分であるとは言い難く、したがって、上記した従来技術によっては、水アトマイズ金属粒子の完全非晶質化(アモルファス化)に必要な冷却速度を確保することが難しいという問題が残されたままである。 Thus, it is difficult to say that the vapor film formed on the surface of the metal powder is sufficiently removed by the water atomization method in the above-described prior art. Therefore, depending on the above-described prior art, the water atomized metal particles are not completely removed. The problem remains that it is difficult to ensure the cooling rate required for crystallization (amorphization).
そこで、本発明は、水アトマイズ金属粉末の製造において、表面に形成された蒸気膜を破壊して、非晶質化するための高い冷却速度を確保し、金属粒子の非晶質化を達成できる、水アトマイズ金属粉末の製造方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、従来では非晶質化が困難であった、高い飽和磁束密度を期待できる、Fe原子(Fe原子の一部をNi、Coで置換したものを含む)の比率を高めたFe基非晶質合金(Fe基軟磁性合金)において、例えば平均粒径:5μm以上の比較的大きな粒径の金属粉末であっても、高い非晶質化率を有する水アトマイズ金属粉末とすることができる、水アトマイズ金属粉末の製造方法を提供することをも目的とする。 Therefore, the present invention can achieve high a cooling rate for breaking the vapor film formed on the surface and making it amorphous in the production of water atomized metal powder, and achieving the amorphousization of the metal particles. An object of the present invention is to provide a method for producing water atomized metal powder. Furthermore, the present invention can be expected to have a high saturation magnetic flux density, which has been difficult to be amorphous in the prior art, and the ratio of Fe atoms (including those in which part of Fe atoms are replaced by Ni and Co) is increased. In a base-based amorphous alloy (Fe-based soft magnetic alloy), for example, even a metal powder having a relatively large particle size with an average particle size of 5 μm or more should be a water atomized metal powder having a high amorphization rate Another object is to provide a method for producing a water atomized metal powder.
なお、ここでいう「高い非晶質化率を有する金属粉末」とは、非晶化率が90%以上である金属粉末をいうものとする。 The “metal powder having a high amorphization ratio” herein refers to a metal powder having an amorphization ratio of 90% or more.
なお、「非晶質化率」は、X線回折法により、アモルファス(非晶質)からのハローピークおよび結晶からの回折ピークを測定し、WPPD法により非晶質化率を算出した。ここでいう「WPPD法」とは、Whole-powder-pattern decomposition methodの略である。なお、WPPD法については、虎谷秀穂:日本結晶学会誌, vol.30(1988), No.4, P253〜258に詳しい。 The “amorphization rate” was determined by measuring the halo peak from amorphous (amorphous) and the diffraction peak from crystal by X-ray diffraction method, and calculating the amorphization rate by WPPD method. The “WPPD method” here is an abbreviation for Whole-powder-pattern decomposition method. The WPPD method is detailed in Hideho Toraya: Journal of the Crystallographic Society of Japan, vol.30 (1988), No. 4, P253-258.
本発明者らは、上記した目的を達成するために、水アトマイズ法における分断された溶融金属の液滴表面に形成される蒸気膜の除去方法について鋭意検討した。その結果、本発明者らは、溶融金属流に水ジェット(噴射水)を吹き付け、溶融金属流を分断する一次冷却に加えてさらに、水冷却(二次冷却)を利用することに思い至った。しかし、強力な二次冷却を施しても、蒸気膜を除去できず、かえって粒子表面が蒸気膜に覆われ、非晶質化のために必要な冷却速度を確保できない場合や、金属粉末の結晶化が進行する場合があることを突き止めた。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors diligently studied a method for removing a vapor film formed on the surface of a molten metal droplet divided in the water atomization method. As a result, the present inventors have come up with the idea of using water cooling (secondary cooling) in addition to primary cooling for blowing a water jet (jet water) to the molten metal flow and dividing the molten metal flow. . However, even if strong secondary cooling is applied, the vapor film cannot be removed, and instead the particle surface is covered with the vapor film, and the cooling rate required for amorphization cannot be secured, or the metal powder crystals I found out that there is a possibility that the process will progress.
そこで、更なる検討の結果、二次冷却を開始する時期が重要であることを見出した。二次冷却の開始時期を、分断された溶融金属の液滴の温度と溶融金属の凝固開始温度(以下、凝固開始点ともいう)との関係で図1に示す。 As a result of further studies, it was found that the timing of starting secondary cooling is important. The start timing of the secondary cooling is shown in FIG. 1 in relation to the temperature of the divided molten metal droplet and the solidification start temperature of the molten metal (hereinafter also referred to as the solidification start point).
溶融金属流を分断する一次冷却後の二次冷却を、図1(a)に示すように、分断された溶融金属の液滴の温度が凝固開始点〜(凝固開始点+30℃)の範囲にあるときに、開始することにより、粒子表面への蒸気膜の付着もなく、金属粉末の非晶質化のために必要な、所望の冷却速度を確保できることを見出した。この原因については現在までのところ明確にはなっていないが、本発明者らは、この温度域で二次冷却が開始されれば、分断された溶融金属液滴はすぐに凝固し、凝固後にも二次冷却が継続されるために、表面に形成された蒸気膜に冷却水からの衝撃力が伝達されやすく、蒸気膜は簡単に破壊、除去されやすくなると推察している。なお、溶融金属流を分断する一次冷却は、上記した二次冷却開始温度より高い液相温度域で行うことはいうまでもない。 In the secondary cooling after the primary cooling for dividing the molten metal flow, as shown in FIG. 1 (a), the temperature of the divided molten metal droplets is within the range of the solidification start point to (solidification start point + 30 ° C.). At some point, it was found that the desired cooling rate required for amorphization of the metal powder can be ensured by starting without the deposition of a vapor film on the particle surface. Although the cause of this has not been clarified so far, the present inventors have confirmed that if the secondary cooling is started in this temperature range, the divided molten metal droplets solidify immediately, and after solidification. However, since the secondary cooling is continued, it is assumed that the impact force from the cooling water is easily transmitted to the vapor film formed on the surface, and the vapor film is easily broken and removed. Needless to say, the primary cooling for dividing the molten metal flow is performed in a liquid phase temperature range higher than the above-described secondary cooling start temperature.
一方、分断された溶融金属の液滴の温度が上記した温度範囲を高く外れた図1(b)に示す温度範囲域にある場合に二次冷却を開始すると、分断された溶融金属の液滴に冷却水が当たっても、液滴が溶融のままであるため、変形しやすく蒸気膜に衝撃力を伝達しにくく、蒸気膜の破壊が進行せず除去しにくいと考えられる。 On the other hand, when the secondary cooling is started when the temperature of the divided molten metal droplet is within the temperature range shown in FIG. Even if it hits the cooling water, the droplets remain in a molten state, so that they are easily deformed and it is difficult to transmit the impact force to the vapor film, and the vapor film is not easily destroyed and is difficult to remove.
また、図1(c)に示すように、分断された溶融金属の液滴の温度が上記した温度範囲を低く外れて、二次冷却を開始すると、蒸気膜が除去されないまま凝固が開始されるため冷却速度が遅く結晶化が進行して、所望の非晶質化率を達成できにくくなくなると考えられる。 Further, as shown in FIG. 1C, when the temperature of the divided molten metal droplets deviates from the above temperature range and starts secondary cooling, solidification starts without removing the vapor film. Therefore, it is considered that the cooling rate is slow and crystallization proceeds, making it difficult to achieve the desired amorphization rate.
このようなことから、本発明では、分断された溶融金属の液滴が、まだ溶融状態ではあるが、凝固点以上でかつその近傍の温度にある場合に、二次冷却を開始することとした。 For this reason, in the present invention, the secondary cooling is started when the divided molten metal droplets are still in a molten state but at a temperature above the freezing point and in the vicinity thereof.
更に、本発明者らは、分断された溶融金属の液滴に、このような二次冷却を施すことにより、従来、非晶質合金粉末の製造が困難とされていたFe(Feの一部をNi、Coで置換したものも含む)含有比率の高いFe基非晶質合金(Fe基軟磁性合金)においても、高い非晶質化率を有する水アトマイズ金属粉末を容易に製造できることを新規に見出した。 Furthermore, the present inventors performed such secondary cooling on the divided molten metal droplets, thereby making it possible to produce an amorphous alloy powder that has been conventionally difficult to produce (part of Fe). (Including those in which Ni and Co are substituted for Ni) Co.) It is also possible to easily produce water atomized metal powder with high amorphization rate even in high Fe-based amorphous alloys (Fe-based soft magnetic alloys) I found it.
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
(1)流下する溶融金属流に水を噴射し、該溶融金属流を分断して溶融金属の液滴としさらに冷却して水アトマイズ金属粉末とする水アトマイズ金属粉末の製造方法において、分断された前記溶融金属の液滴に、その落下途中の、該溶融金属の液滴の温度が凝固開始点〜(凝固開始点+30℃)の範囲内の温度である位置で、二次冷却噴射水を噴射する水冷却からなる二次冷却を開始することを特徴とする水アトマイズ金属粉末の製造方法。
(2)(1)において、前記二次冷却噴射水を噴射する水冷却は、前記溶融金属の液滴の落下方向に、複数段の切替可能に配設された水冷却ノズルからなる二次冷却手段のうちから、前記溶融金属の液滴の温度が凝固開始点以上(凝固開始点+30℃)以下の温度となる位置で前記二次冷却噴射水の噴射が可能な二次冷却手段を選定して行うことを特徴とする水アトマイズ金属粉末の製造方法。
(3)(1)または(2)において、落下途中の、前記溶融金属の液滴の温度は、前記分断前の前記溶融金属流の温度を測定し、得られた分断前の溶融金属流の温度に基づき、伝熱計算により、推定した値を用いることを特徴とする水アトマイズ金属粉末の製造方法。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記溶融金属流を分断する噴射水は、水温:50℃以下、噴射圧:10MPa以上の水を、前記二次冷却の水冷却は、水温:30℃以下、噴射圧:10MPa以上の水を、使用することを特徴とする水アトマイズ金属粉末の製造方法。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記溶融金属が、Fe基軟磁性合金組成またはFeの一部をNiおよび/またはCoで置換されたFe基軟磁性合金組成で、前記FeあるいはFe、Ni、Coの合計量であるFe系元素比率が82.5at%超え86at%未満である合金組成を有することを特徴とする水アトマイズ金属粉末の製造方法。
(6)(5)に記載された水アトマイズ金属粉末の製造方法で製造された水アトマイズ金属粉末に、さらに400〜500℃の範囲内の温度に加熱する熱処理を施すことを特徴とする水アトマイズ金属粉末の製造方法。
(7)(5)に記載の水アトマイズ金属粉末の製造方法で製造されてなり、平均粒径:5μm以上でかつ非晶質化率が90%以上である水アトマイズFe基軟磁性合金粉末。
(8)(6)に記載の水アトマイズ金属粉末の製造方法で製造されてなり、ナノ結晶構造を有し、高飽和磁束密度を有する水アトマイズFe基軟磁性合金粉末。
The present invention has been completed based on such findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) In a method for producing a water atomized metal powder, water is injected into a flowing molten metal stream, the molten metal stream is divided to form molten metal droplets, and further cooled to form a water atomized metal powder. Secondary cooling jet water is sprayed onto the molten metal droplet at a position where the temperature of the molten metal droplet falls within the range of the solidification start point to (solidification start point + 30 ° C.). A method for producing water atomized metal powder, characterized in that secondary cooling comprising water cooling is started.
(2) In (1), the water cooling for injecting the secondary cooling jet water is a secondary cooling comprising water cooling nozzles arranged in a plurality of stages so as to be switchable in the dropping direction of the molten metal droplets. Among the means, a secondary cooling means capable of injecting the secondary cooling jet water at a position where the temperature of the molten metal droplet is not lower than the solidification start point (solidification start point + 30 ° C.) is selected. A method for producing water atomized metal powder, characterized in that
(3) In (1) or (2), the temperature of the molten metal droplet in the middle of dropping is measured by measuring the temperature of the molten metal flow before the division, and the obtained molten metal flow before the division is obtained. A method for producing water atomized metal powder, characterized in that an estimated value is used by heat transfer calculation based on temperature.
(4) In any one of (1) to (3), the spray water for dividing the molten metal flow is water temperature: 50 ° C. or less, spray pressure: water of 10 MPa or more, and water cooling of the secondary cooling is: A method for producing a water atomized metal powder, characterized by using water having a water temperature of 30 ° C. or less and an injection pressure of 10 MPa or more.
(5) In any one of (1) to (4), the molten metal is a Fe-based soft magnetic alloy composition or a Fe-based soft magnetic alloy composition in which a part of Fe is substituted with Ni and / or Co, A method for producing a water atomized metal powder, characterized by having an alloy composition in which the Fe-based element ratio, which is the total amount of Fe or Fe, Ni, and Co, is more than 82.5 at% and less than 86 at%.
(6) Water atomization characterized by subjecting the water atomized metal powder produced by the method for producing water atomized metal powder described in (5) to heat treatment at a temperature in the range of 400 to 500 ° C. A method for producing metal powder.
(7) A water atomized Fe-based soft magnetic alloy powder produced by the method for producing a water atomized metal powder according to (5), having an average particle size of 5 μm or more and an amorphization ratio of 90% or more.
(8) A water atomized Fe-based soft magnetic alloy powder produced by the method for producing a water atomized metal powder according to (6), having a nanocrystalline structure and having a high saturation magnetic flux density.
本発明によれば、簡便な方法で、アモルファス金属粉末の製造に有利な、急速冷却が可能となり、圧粉磁芯の製造に有利な、高い非晶質化率を有する水アトマイズ金属粉末を容易に、しかも安定して製造でき、産業上格段の効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to rapidly cool water atomized metal powder having a high amorphization rate, which is advantageous for the production of amorphous metal powder, enables rapid cooling, and is advantageous for the production of dust cores. In addition, it can be manufactured stably and has a remarkable industrial effect.
また、本発明によれば、従来では困難であったFe(Feの一部を置換したNi、Coを含む)比率を82.5at%を超えて高めたFe基軟磁性合金粉末においても、平均粒径が5μm超えの大きな粉末でも、高い非晶質化率を有する粉末とすることができるという効果もある。また、本発明で得られた水アトマイズ軟磁性合金粉末にさらに適正な熱処理を施すだけで、高飽和磁束密度のナノ結晶軟磁性材料(粉末)を、得ることもできるという効果もある。 Further, according to the present invention, even in the Fe-based soft magnetic alloy powder in which the ratio of Fe (including Ni and Co in which part of Fe is substituted), which has been difficult in the past, is increased to more than 82.5 at%, the average grain size There is also an effect that even a large powder having a diameter exceeding 5 μm can be made into a powder having a high amorphization rate. In addition, there is also an effect that a nanocrystalline soft magnetic material (powder) having a high saturation magnetic flux density can be obtained only by subjecting the water atomized soft magnetic alloy powder obtained in the present invention to further appropriate heat treatment.
本発明では、まず、原料である金属材料を溶解して、溶融金属とする。原材料として使用する金属材料としては、従来から鉄粉として使用されている純金属、合金、鋳鉄等がいずれも適用できる。例えば、純鉄、低合金鋼、ステンレス鋼などの鉄基合金、Ni、Cr等の非鉄金属、非鉄合金、あるいはアモルファス合金(非晶質合金)が例示できる。 In the present invention, first, a metal material as a raw material is melted to form a molten metal. As the metal material used as the raw material, any of pure metals, alloys, cast irons and the like conventionally used as iron powder can be applied. Examples thereof include iron-based alloys such as pure iron, low alloy steel and stainless steel, non-ferrous metals such as Ni and Cr, non-ferrous alloys, and amorphous alloys (amorphous alloys).
なお、アモルファス合金(非晶質合金)としては、Fe、B、C、P、Si、Cu、Nb、Crを主構成元素とし、さらに、at%で1%以下程度であれば、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Bi、Y、N、O、S、H等の混入が許容される組成の合金が知られている。なお、Feの一部はNi、Coで置換が可能である。本発明においては、これらアモルファス合金(非晶質合金)がいずれも適用できる。 In addition, as an amorphous alloy (amorphous alloy), Fe, B, C, P, Si, Cu, Nb, and Cr are the main constituent elements, and if at% or less is about 1% or less, Ti, Zr Alloys with compositions that allow mixing of Hf, Nb, Ta, Mo, W, Al, Mn, Ag, Zn, Sn, As, Sb, Bi, Y, N, O, S, H, etc. are known. Yes. A part of Fe can be replaced by Ni or Co. In the present invention, any of these amorphous alloys (amorphous alloys) can be applied.
また、鉄基非晶質合金としては、Feを主体とした、例えば、Fe−B合金、Fe−Si−B合金、Fe−Cu−Nb−Si−B合金、Fe−Nb−B合金、Fe−Ni−B合金、Fe−B−P−Cu合金、Fe−B−P−Cu−Cr合金等が例示できる。なお、上記した合金は、上記した元素以外の元素を不純物として含む場合があることは言うまでもない。 Examples of the iron-based amorphous alloy mainly include Fe, for example, Fe-B alloy, Fe-Si-B alloy, Fe-Cu-Nb-Si-B alloy, Fe-Nb-B alloy, Fe -Ni-B alloy, Fe-BP-Cu alloy, Fe-BP-Cu-Cr alloy, etc. can be illustrated. Needless to say, the above alloy may contain an element other than the above element as an impurity.
また、最近、注目され、高い飽和磁束密度が期待できる鉄基軟磁性合金もまた本発明を適用できる。とくにFe比率、あるいはFeの一部をNiおよび/またはCoで置換した場合のFe、Niおよび/またはCoの比率が、82.5at%超え86%未満である鉄基軟磁性合金も適用できる。 In addition, the present invention can also be applied to iron-based soft magnetic alloys that have recently attracted attention and are expected to have a high saturation magnetic flux density. In particular, an iron-based soft magnetic alloy in which the Fe ratio, or the ratio of Fe, Ni, and / or Co when a part of Fe is substituted with Ni and / or Co is more than 82.5 at% and less than 86% is also applicable.
さらに具体的に、Fe−B合金としては、Fe83B17、Fe85B15が、Fe−Si−B合金としては、Fe79Si10B11、Fe77Si11B12が例示できる。また、Fe−B−P−Cu−Cr合金としては、Fe83.1B10P6Cu0.7Cr0.2が例示できる。 More specifically, Fe 83 B 17 and Fe 85 B 15 can be exemplified as the Fe—B alloy, and Fe 79 Si 10 B 11 and Fe 77 Si 11 B 12 can be exemplified as the Fe—Si—B alloy. An example of the Fe—BP—Cu—Cr alloy is Fe 83.1 B 10 P 6 Cu 0.7 Cr 0.2 .
また、Fe−B−P−Cu合金としては、組成式Fe(100−X−Y−Z)BXPYCuZの合金組成で、X、Y、Zが、(100−X−Y−Z):82.5at%超え86 at%未満、X:4〜13at%、Y:1〜10at%、Z:0.5〜1.5at%を満たし、あるいはさらに前記Feの一部をNi、Coのうちの1種以上の元素で置換してなる合金組成が例示できる。また、組成式FeaBbSicPxCyCuzの合金組成で、a:82.5at%超え86at%未満、b:5〜13at%、c:0〜8at%、x:1〜8at%、y:0超え〜5at%、z:0.4〜1.4を満たし、あるいはさらに前記Feの一部をNi、Coのうちの1種以上の元素で置換してなる組成も例示できる。なお、本発明では、上記したFe基非晶質合金で、Feの含有量(Feの一部を置換したNi、Coをも含め)の含有量が82.5at%を超えるような組成においても、十分に非晶質化することができる。 As the Fe-B-P-Cu alloy, an alloy composition of the formula Fe (100-X-Y- Z) B X P Y Cu Z, X, Y, Z are, (100-X-Y- Z): more than 82.5 at% and less than 86 at%, X: 4 to 13 at%, Y: 1 to 10 at%, Z: 0.5 to 1.5 at%, or a part of the Fe among Ni and Co An alloy composition formed by substitution with one or more elements can be exemplified. Further, in the alloy composition of the formula Fe a B b Si c P x C y Cu z, a: 82.5at% greater than less than 86at%, b: 5~13at%, c: 0~8at%, x: 1~8at %, Y: more than 0 to 5 at%, z: 0.4 to 1.4, or a composition obtained by substituting a part of Fe with one or more elements of Ni and Co. In the present invention, in the above-described Fe-based amorphous alloy, even in a composition in which the content of Fe (including Ni in which part of Fe is substituted, including Co) exceeds 82.5 at%, It can be sufficiently amorphous.
なお、使用する金属材料の溶解方法はとくに限定する必要はなく、電気炉、真空溶解炉等の、常用の溶解手段がいずれも適用できる。 The method for melting the metal material to be used is not particularly limited, and any conventional melting means such as an electric furnace or a vacuum melting furnace can be applied.
溶解された溶融金属は、溶解手段からタンディッシュ等の溶融金属保持容器に移され、水アトマイズ金属粉製造装置内で、水アトマイズ金属粉とされる。本発明で使用する好ましい水アトマイズ金属粉製造装置の一例を図2に示す。 The melted molten metal is transferred from the melting means to a molten metal holding container such as a tundish, and is made into water atomized metal powder in the water atomized metal powder production apparatus. An example of a preferable water atomized metal powder production apparatus used in the present invention is shown in FIG.
以下、本発明を、図2を利用して説明する。図2(a)は装置全体の構成を示し、図2(b)は水アトマイズ金属粉製造装置14の詳細を示す。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG. 2A shows the configuration of the entire apparatus, and FIG. 2B shows the details of the water atomized metal
溶融金属1は、タンディッシュ等の溶融金属保持容器3から、溶湯ガイドノズル4を介して、チャンバー9内に、溶融金属流8として流下される。なお、チャンバー9内は、不活性ガスバルブ11を開けて不活性ガス雰囲気としておくこともできる。なお、不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガスが例示できる。
The molten metal 1 flows down from the molten
流下された溶融金属流8に、ノズルヘッダー5に配設された水冷ノズル6を介し、噴射水(水ジェット)7を噴射し、該溶融金属流8を分断し、多数の微細な溶融金属の液滴8aとする。なお、溶融金属流8と噴射水(水ジェット)7とが接触する位置Aは、溶湯ガイドノズル4から適正な距離離れた位置とすることが、噴射水7の飛び水が溶湯ガイドノズル4に接触するのを防ぐという観点から好ましい。
The molten metal stream 8 is sprayed with water (water jet) 7 through a water-cooled nozzle 6 disposed in the
本発明で、溶融金属流8を分断するために、使用する噴射水(水ジェット)7は、溶融金属流8を分断できる程度の噴射圧を有する噴射水であれば、その噴射圧、水温は特に限定されないが、分断された溶融金属の液滴を微細な液滴とするためには、噴射圧:10MPa以上とすることが好ましい。噴射圧が高くなるほど、分断される溶融金属の液滴(金属粉末の平均粒径)は微細になる。なお水温は、50℃以下、好ましくは10℃以下とすることが二次冷却における冷却促進、蒸気膜除去の観点から好ましい。 In the present invention, in order to divide the molten metal flow 8, if the injection water (water jet) 7 used is an injection water having an injection pressure that can divide the molten metal flow 8, the injection pressure and water temperature are Although not particularly limited, in order to make the divided molten metal droplets into fine droplets, it is preferable that the injection pressure is 10 MPa or more. The higher the injection pressure, the finer the molten metal droplets (the average particle diameter of the metal powder) that are divided. The water temperature is preferably 50 ° C. or lower, preferably 10 ° C. or lower from the viewpoint of promoting cooling in the secondary cooling and removing the vapor film.
なお、噴射水7に用いられる冷却水は、水アトマイズ金属粉製造装置14の外部に設けられた、冷却水タンク15(断熱構造)に、あらかじめ冷却水を低温に冷却するチラー16などの熱交換器で低水温の冷却水として貯蔵しておくことが好ましい。なお、一般的な冷却水製造機では熱交換器内が凍結するために3〜4℃未満の冷却水を生成することが難しいため、氷製造機によって氷をタンク内に補給する機構を設けてもよい。さらに、冷却水タンク15には、噴射水7に用いられる冷却水を昇圧・送水する高圧ポンプ17、高圧ポンプからノズルヘッダー5に冷却水を供給する冷却水配管18が配設されることはいうまでもない。
In addition, the cooling water used for the jet water 7 is heat exchange such as a
また、水冷ノズル6は、溶融金属流8を分断することができる水冷ノズルであればよく、その形式はとくに限定されない。なお、水冷ノズル6は、溶融金属流8の全周で均一に噴射できるように、同一円周上に複数本、好ましくは4〜16本配設することが好ましく、あるいはスリットから水が噴出する円環ノズルとしてもよい。 The water-cooled nozzle 6 may be a water-cooled nozzle that can sever the molten metal flow 8, and the type thereof is not particularly limited. In addition, it is preferable that a plurality of water cooling nozzles 6 are disposed on the same circumference, preferably 4 to 16, so that water can be sprayed uniformly over the entire circumference of the molten metal flow 8, or water is ejected from the slits. It is good also as an annular nozzle.
本発明では、まず、上記したように位置Aで、流下する溶融金属流8に噴射水7を噴射し、溶融金属流8を分断する。分断された溶融金属の液滴8aは、一次冷却として、噴射された噴射水7により冷却されるとともに、噴射水と一緒に落下しながら、冷却される。
In the present invention, first, at the position A as described above, the injection water 7 is injected into the flowing molten metal flow 8 to divide the molten metal flow 8. The divided
本発明では、一次冷却後、分断された溶融金属の液滴8aに、その落下途中の位置Bで、二次冷却を開始する。二次冷却の開始位置Bは、落下途中の、溶融金属の液滴8aの温度が凝固開始点〜(凝固開始点+30℃)の範囲内の温度となる位置とする。
In the present invention, after the primary cooling, the secondary cooling of the divided
二次冷却を、分断された溶融金属の液滴の温度が凝固開始点〜(凝固開始点+30℃)の範囲にあるときに、開始することにより、粒子表面への蒸気膜の付着もなく、金属粉末の非晶質化のために必要な、所望の冷却速度を確保できる。分断された溶融金属の液滴の温度が凝固開始点〜(凝固開始点+30℃)の範囲より高い温度である場合に、二次冷却を行うと、蒸気膜が形成されて、所望の冷却速度を確保できなくなる。また、分断された溶融金属の液滴の温度が凝固開始点〜(凝固開始点+30℃)の範囲より低い場合に二次冷却を行うと、二次冷却を行うまでに結晶化が進行するため、所望の非晶質化率を達成できない。 By starting the secondary cooling when the temperature of the divided molten metal droplet is in the range of the solidification start point to (solidification start point + 30 ° C.), there is no adhesion of a vapor film to the particle surface, A desired cooling rate necessary for amorphization of the metal powder can be ensured. When the temperature of the divided molten metal droplets is higher than the range of the solidification start point to (solidification start point + 30 ° C.), when secondary cooling is performed, a vapor film is formed and the desired cooling rate Cannot be secured. In addition, when secondary cooling is performed when the temperature of the divided molten metal droplet is lower than the range of the solidification start point to (solidification start point + 30 ° C.), crystallization proceeds until the secondary cooling is performed. The desired amorphization rate cannot be achieved.
このようなことから、本発明では、落下途中の、溶融金属の液滴8aの温度を推定し、落下途中の溶融金属の液滴8aの温度が凝固開始点〜(凝固開始点+30℃)の範囲内の温度となる位置Bを算出し、その位置Bで、落下途中の溶融金属の液滴8aに初めて、二次冷却の水冷却を開始できるように、落下方向に配設された複数段の二次冷却手段21〜2iのうちから適切な位置の二次冷却手段2jを選定し、その選定した二次冷却手段2j(図2(b)では2段目の二次冷却手段22)で、二次冷却噴射水20を噴射し、二次冷却を開始する。なお、溶融金属の種類、凝固開始温度の違い、凝固潜熱量の違いに応じては、選定された段より下流側の段の二次冷却手段においても同時に水冷却する場合があることは言うまでもない。
Therefore, in the present invention, the temperature of the
そのため、本発明の実施にあたっては、使用する水アトマイズ金属粉製造装置14には、溶融金属の液滴8aの落下方向に、複数段、好ましくは3〜10段、の二次冷却手段21〜2iを配設しておく。なお、各段の二次冷却手段21〜2iは、水冷却ノズルを1本あるいは、落下する溶融金属の液滴8aを全周から均一に冷却できるように、溶融金属流中心の延長線を中心とした同一円周上に2〜4本程度の複数本配設された冷却手段とすることが好ましい。なお、落下途中の液滴8aに、同じ温度で(同じ位置で)二次冷却を開始できるように、二次冷却手段21〜2iである水冷ノズルは、噴射される二次冷却噴射水20の上面が水平面とほぼ平行となるように、水冷ノズルの形式に応じて噴射方向を調整して配設することが好ましい。図2では、二次冷却手段21〜2iである水冷ノズルを水平より下向きの噴射方向(好ましくは5〜30°)となるように配設している。例えば、水冷ノズルを下向き15゜に配置し、ノズルからの噴射角度を30゜とすることにより、二次冷却噴射水20の上面をほぼ平行にすることができる。
Therefore, in carrying out the present invention, the water atomized metal
なお、各段の二次冷却手段は、各段ごと、あるいは複数段同時に作動できるように、切替可能に配設されることはいうまでもない。また、使用する水冷却ノズルの形式は、とくに限定する必要はなく、常用の水冷却ノズルがいずれも適用できる。なお、二次冷却手段21〜2iには、冷却のON−OFF制御、冷却水量を調節可能とする二次冷却制御バルブ21a〜2iaがそれぞれ付設されていることはいうまでもない。
Needless to say, the secondary cooling means of each stage is arranged to be switchable so that it can be operated for each stage or simultaneously for a plurality of stages. Moreover, the form of the water cooling nozzle to be used is not particularly limited, and any conventional water cooling nozzle can be applied. Needless to say, the secondary cooling means 21 to 2i are respectively provided with secondary ON / OFF control of cooling and secondary
落下途中の、溶融金属の液滴8aの温度は、実測するのは困難であるが、近接ファイバー温度計のセンサー前を通過したときのピーク値を測定するか、あるいは輝度の変化を測定することで推定することも可能であるが、精度が低いため、次のようなステップ(図3参照)を経て推定することが好ましい。
Although it is difficult to actually measure the temperature of the
まず、流下する溶融金属流の温度を、分断前の所定位置に配設した温度計40(溶融金属流温度計)で測温する。温度計40としては熱電対、近接ファイバー温度計、赤外線放射温度計等が例示できる。流下する溶融金属流の温度は、直接測温することが好ましいが、ステップ00〜01を経て算出した、測温位置(温度計配設位置)での温度(推定)を用いてもよい。
First, the temperature of the flowing molten metal flow is measured by a thermometer 40 (molten metal flow thermometer) disposed at a predetermined position before dividing. Examples of the
ステップ1(STEP1)では、流下する溶融金属流の温度変化を計算する。測定された溶融金属流温度を初期条件として、円筒座標系を用いた非定常熱伝導計算を実施し、一次冷却噴射水噴射位置における流下する溶融金属流の温度を求める。なお、境界条件は、熱放射を考慮した自然対流熱伝達(熱伝達率約30W/m2K)とする。放射率は0.9程度を使用することが好ましい。計算時間は、温度計40による測温位置から一次冷却噴射水噴射位置までの距離を溶融金属流の流下速度で除した値を用いる。
In step 1 (STEP 1), the temperature change of the flowing molten metal flow is calculated. Using the measured molten metal flow temperature as an initial condition, unsteady heat conduction calculation using a cylindrical coordinate system is performed to determine the temperature of the molten metal flow flowing down at the primary cooling jet water injection position. The boundary condition is natural convection heat transfer (heat transfer coefficient of about 30 W / m 2 K) considering heat radiation. It is preferable to use an emissivity of about 0.9. As the calculation time, a value obtained by dividing the distance from the temperature measurement position by the
なお、流下する溶融金属流の温度が測温できない場合には、図3には図示しないが、ステップ00(STEP00)およびステップ01(STEP01)を行って、算出された温度計配設位置での溶融金属流の温度(計算値)を算出して、測温した溶融金属流の温度に代えて、ステップ1(STEP1)を実行してもよい。 If the temperature of the flowing molten metal stream cannot be measured, although not shown in FIG. 3, step 00 (STEP 00) and step 01 (STEP 01) are performed, and the calculated thermometer position is calculated. Step 1 (STEP 1) may be executed by calculating the temperature (calculated value) of the molten metal flow and replacing the measured temperature of the molten metal flow.
ステップ00(STEP00)は、タンディッシュ(溶融金属保持容器)内の溶融金属の温度を初期条件として、円筒座標系を用いた非定常熱伝導計算を実施し、溶湯ガイドノズル4の出口における溶融金属流温度を求める。境界条件は、溶湯ガイドノズルとの接触熱伝導とし、熱放射は考慮しないものとする。計算時間は、溶湯ガイドノズル内の通過時間である。ついで、ステップ01(STEP01)は、算出された溶湯ガイドノズル4の出口における溶融金属流の温度(平均)を初期条件とし、円筒座標系を用いた非定常熱伝導計算を実施し、温度計配設位置における流下する溶融金属流の温度を求める。なお、境界条件等は、ステップ1と同じとする。 In step 00 (STEP 00), the temperature of the molten metal in the tundish (molten metal holding container) is used as an initial condition to perform unsteady heat conduction calculation using a cylindrical coordinate system, and the molten metal at the outlet of the molten metal guide nozzle 4 Determine the flow temperature. The boundary condition is contact heat conduction with the molten metal guide nozzle, and heat radiation is not considered. The calculation time is the passage time in the molten metal guide nozzle. Next, in step 01 (STEP 01), the temperature (average) of the molten metal flow at the outlet of the molten metal guide nozzle 4 is used as an initial condition, and unsteady heat conduction calculation is performed using a cylindrical coordinate system. The temperature of the flowing molten metal flow at the installation position is obtained. The boundary conditions are the same as in step 1.
ついで、ステップ2(STEP2)を実施する。ステップ2では、一次冷却により分断された溶融金属の液滴の温度変化を計算する。ステップ1で算出した一次冷却噴射水噴射位置における流下する溶融金属流の温度(平均)を液滴の平均温度として初期条件として用い、一次冷却噴射水の噴射により分断された溶融金属の液滴について、球座標系を用いた非定常熱伝導計算を実施する。境界条件は、水アトマイズ(一次冷却噴射水の噴射による溶融金属流の分断)よる強制熱伝達とし、膜沸騰状態での熱伝達(熱伝達率100〜500W/m2K)とする。なお、熱放射は考慮する。計算時間は、一次冷却の開始(一次冷却噴射水噴射)から終了までの距離を、液滴落下速度で除して求める。なお、液滴落下速度は、冷却水の落下速度(20〜200m/s程度)と同一とする。
Next, Step 2 (STEP 2) is performed. In
ついで、ステップ3(STEP3)を実施する。ステップ3では、分断された液滴の、二次冷却開始位置までの落下による温度変化を計算する。ステップ2で算出した一次冷却終了時の液滴の温度を初期条件として、球座標系を用いた非定常熱伝導計算を実施する。境界条件は、溶滴が一次冷却水と一緒に落下している状態であるため、落下水による熱伝達とし、膜沸騰条件での熱伝達とする。なお、熱放射も考慮する。計算時間は一次冷却終了位置から二次冷却開始位置までの距離を溶滴落下速度で除して求める。
Next, Step 3 (STEP 3) is performed. In
なお、ステップ4(STEP4)では、二次冷却による液滴の温度変化を計算する。ステップ4(STEP4)では、ステップ3で算出された二次冷却開始位置での温度(平均)を初期条件として、球座標系を用いた非定常熱伝導計算を実施する。境界条件は、二次冷却水噴射による強制対流熱伝達とし、凝固した後は液滴(金属粒子)の温度はMHF点(極小熱流束点)以下とし、膜沸騰状態から核沸騰状態へと沸騰状態の変化に対応して計算する。膜沸騰状態での熱伝達率は約500W/m2K程度、核沸騰状態では約10000W/m2K程度とすることが好ましい。なお、熱放射も考慮する。計算時間は、二次冷却開始位置から終了位置での距離を溶滴落下速度で除した値を用いる。
In step 4 (STEP 4), the temperature change of the droplet due to secondary cooling is calculated. In step 4 (STEP 4), unsteady heat conduction calculation using a spherical coordinate system is performed using the temperature (average) at the secondary cooling start position calculated in
本発明では、上記したステップ3で、一次冷却終了位置から二次冷却開始位置までの距離を変更して、二次冷却開始位置での液滴の温度を計算し、算出された液滴の温度が、凝固開始温度(凝固開始点)〜(凝固開始温度(凝固開始点)+30℃)の範囲の温度となる位置を求めて、二次冷却開始位置とする。
In the present invention, in
本発明では、液滴の落下方向に配設された、複数段の二次冷却手段のうちから、ステップ1からステップ3を経て、算出された二次冷却開始位置に適合する位置に配設された段の二次冷却手段を用いて、二次冷却を開始する。 In the present invention, among the plurality of stages of secondary cooling means arranged in the direction in which the liquid drops fall, the liquid is arranged at a position that matches the calculated secondary cooling start position through steps 1 to 3. Secondary cooling is started using the secondary cooling means of the other stage.
なお、本発明における円筒座標系を用いた非定常熱伝導計算では、次(1)式 In the unsteady heat conduction calculation using the cylindrical coordinate system in the present invention, the following equation (1)
(ここで、T:温度、t:時間、r:半径、α:熱拡散率)
で示される偏微分方程式から、時刻t:P〜P+1に変化する間に、半径i=n番目の層の熱収支バランスから、つぎの前進差分式を導出して行う。
(Where T: temperature, t: time, r: radius, α: thermal diffusivity)
The following forward differential equation is derived from the heat balance of the i-th layer of radius i while changing from time to time t: P to P + 1.
{π(nΔr+Δr/2)2−π(nΔr−Δr/2)2}×ρCp×(Tn P+1 −Tn P)/Δt
=2π(nΔr−Δr/2)・λ・(Ti−1 P −Ti P)/Δr−2π(nΔr+Δr/2)・λ・{Ti P −Ti+1 P}/Δr
ここで、λ/ρCpは熱拡散率(m2/s)、下付き添え字nは空間アドレス、上付き添え字Pは時間ステップを表す。
{Π (nΔr + Δr / 2) 2 −π (nΔr−Δr / 2) 2 } × ρC p × (T n P + 1 −T n P ) / Δt
= 2π (nΔr−Δr / 2) · λ · (T i-1 P −T i P ) / Δr−2π (nΔr + Δr / 2) · λ · {T i P −T i + 1 P } / Δr
Here, λ / ρC p is the thermal diffusivity (m 2 / s), the subscript n is the spatial address, and the superscript P is the time step.
また、球座標系を用いた非定常熱伝導計算では、次(2)式 In the unsteady heat conduction calculation using the spherical coordinate system, the following equation (2)
(ここで、T:温度、t:時間、r:半径、α:熱拡散率)
で示される偏微分方程式から、以下の前進差分式を導出して計算する。
(Where T: temperature, t: time, r: radius, α: thermal diffusivity)
The following forward differential equation is derived from the partial differential equation represented by
(Tn P+1 −Tn P)/Δr
=α{1/n×(Tn+1 P+1 −Tn-1 P)/(Δr)2+(Tn+1 P+1 +Tn-1 P−2Tn P)/(Δr)2}
ここで、α(=λ/ρCp):熱拡散率(m2/s)、下付き添え字nは空間アドレス、上付き添え字Pは時間ステップを表す。
(T n P + 1 −T n P ) / Δr
= Α {1 / n × ( T n + 1 P + 1 -T n-1 P) / (Δr) 2 + (T n + 1 P + 1 + T n-1 P -2T n P) / (Δr) 2 }
Here, α (= λ / ρC p ): thermal diffusivity (m 2 / s), subscript n represents a spatial address, and superscript P represents a time step.
本発明における二次冷却では、二次冷却噴射水の噴射圧は10MPa以上で、水冷却ノズル(二次冷却手段)を介して二次冷却噴射することが好ましい。 In the secondary cooling in the present invention, it is preferable that the injection pressure of the secondary cooling jet water is 10 MPa or more and the secondary cooling jet is supplied through the water cooling nozzle (secondary cooling means).
二次冷却では、二次冷却噴射水20を噴射して、溶融金属の液滴を覆う蒸気膜を除去するために、二次冷却の噴射圧は高いほど好ましく、10MPa以上とすることが好ましい。二次冷却の噴射圧が、10MPa未満では、蒸気膜を十分に除去することができない。二次冷却の噴射圧は高ければ高いほど有利となるが、実用上は100MPa以下とすることが好ましい。また、二次冷却に使用する冷却水の水温は、冷却促進、蒸気膜除去の観点から30℃以下とすることが好ましい。より好ましくは10℃以下である。水温が30℃を超えて高温になると、蒸気膜が形成しやすくなり、また、冷却能が低下する原因となる。
In the secondary cooling, in order to inject the secondary
二次冷却噴射水20に用いられる冷却水は、噴射水7に用いられる冷却水と同様に、水アトマイズ金属粉製造装置14の外部に設けられた、冷却水タンク15(断熱構造)に、あらかじめ貯蔵された冷却水とすることが好ましい。冷却水タンク15には、噴射水7に用いられる冷却水とは別系統で、二次冷却噴射水20に用いられる冷却水を昇圧・送水する二次冷却用高圧ポンプ37、二次冷却用高圧ポンプ37から水冷ノズルである二次冷却手段21〜2iに冷却水を供給する二次冷却水用配管38が配設されることはいうまでもない。なお、配管の途中に、サージタンク等を設けて、突発的に高圧水の噴射を行いやすくしてもよい。なお、二次冷却に使用する冷却水は、図2には示していないが、一次冷却とは別系統の冷却水を使用することが液滴の温度調整の観点からは好ましい。
The cooling water used for the
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated further.
図2に示す水アトマイズ金属粉製造装置を用いて金属粉末を製造した。 Metal powder was manufactured using the water atomized metal powder manufacturing apparatus shown in FIG.
at%で、82.8%Fe−11%B−5%P−1.2%CuのFe−B−P−Cu合金(Fe82.8B11P5Cu1.2)組成、at%で、84.8%Fe−10%B−4%P−1.2%CuのFe−B−P−Cu合金(Fe84.8B10P4Cu1.2)組成、およびat%で、69.8%Fe−15%Co−10%B−4%P−1.2%CuのFe−B−P−Cu合金(Fe69.8Co15B10P4Cu1.2)組成となるように、それぞれ原料を配合(一部、不純物を含むこと避けられない)し、溶解炉2で約1650℃で溶解し、溶融金属1を各約50kgfを得た。得られた溶融金属1を溶解炉2中で1600℃まで徐冷したのち、溶融金属保持容器(タンディッシュ)3に注入した。なお、チャンバー9内は、あらかじめ不活性ガスバルブ11を開けて窒素ガス雰囲気としておいた。
At%, 82.8% Fe-11% B-5% P-1.2% Cu Fe-B-P-Cu alloy (Fe 82.8 B 11 P 5 Cu 1.2 ) composition, at%, 84.8% Fe-10% B-4% P-1.2% Cu Fe-BP-Cu alloy (Fe 84.8 B 10 P 4 Cu 1.2 ) composition, and at%, 69.8% Fe-15% Co -10% B-4% P-1.2% Cu Fe-BP-Cu alloy (Fe 69.8 Co 15 B 10 P 4 Cu 1.2 ) It was inevitable that impurities were included), and was melted at about 1650 ° C. in the
なお、溶融金属をタンディッシュ3に注入する前に、高圧ポンプ17を稼動して、冷却水タンク15から冷却水をノズルヘッダー5に供給し、水冷却ノズル6から噴射水7が噴射された状態としておいた。なお、一次冷却の噴射水(流体)7が溶融金属流8と接触する位置Aは、溶湯ガイドノズル4から25mmの位置に設定した。なお、一次冷却の水噴射ノズル6は、直射タイプの水噴射ノズルをノズルヘッダー5の下面に、位置Aに向かって円周上に12本配置(30゜ずつ)した。
Before injecting the molten metal into the
また、予め設定した、分断前の所定位置での溶融金属流の温度から、図3で示すように、熱放射、熱伝達等を考慮した各ステップ1〜3を経る計算により、分断され落下途中の溶融金属の液滴の温度(推定)が、凝固開始点〜(凝固開始点+30℃)の範囲となる位置Bを算出した。なお、溶融金属の凝固開始点(凝固開始温度)は、熱力学的計算手法により求めた値を用いた。そして算出された位置Bで、二次冷却噴射水20を噴射できる二次冷却手段2iを選定し、その二次冷却制御バルブ2iaを開放し、二次冷却手段2iの水冷ノズルから、二次冷却噴射水20を噴射状態にしておいた。なお、二次冷却の水冷ノズルは、フルコーンタイプで広がり角度30°のスプレーノズルとし、下向き15゜で1段当り円周上に4本配置(90゜ずつ)し、さらに垂直方向に200mm間隔で5段の二次冷却手段を設置した。
Further, from the preset temperature of the molten metal flow at a predetermined position before dividing, as shown in FIG. 3, it is divided by the calculation through steps 1 to 3 in consideration of heat radiation, heat transfer, etc. The position B where the temperature (estimated) of the molten metal droplets in the range from the solidification start point to (solidification start point + 30 ° C.) was calculated. In addition, the value calculated | required with the thermodynamic calculation method was used for the solidification start point (solidification start temperature) of molten metal. Then, at the calculated position B, the secondary cooling means 2i capable of injecting the secondary
なお、一次冷却の噴射水の噴射圧は約20MPa、温度は約20℃、総水量は1200L/min(ノズル1本当り100L/min)であり、二次冷却噴射水の噴射圧は約30MPa、温度は9℃、1段当りの総水量は300L/min(ノズル1本当り75L/min)とした。 The injection pressure of the primary cooling jet water is about 20MPa, the temperature is about 20 ℃, the total water volume is 1200L / min (100L / min per nozzle), the injection pressure of the secondary cooling jet water is about 30MPa, The temperature was 9 ° C, and the total amount of water per stage was 300 L / min (75 L / min per nozzle).
そして、タンディッシュ3に注入された溶融金属1を、溶湯ガイドノズル4からチャンバー9内に、溶融金属流8として流下し、一次冷却の噴射水7で分断し、多数の微細な溶融金属の液滴8aを生成した。そしてさらに、該液滴8aに上記した位置Bで二次冷却噴射水20により二次冷却を開始して水アトマイズ金属粉末とし、回収口13から回収した。
Then, the molten metal 1 injected into the
なお、溶融金属流8を分断する位置の直前で、あらかじめ設定した位置に配設された温度計(ファイバー温度計)40で溶融金属流8の温度を計測した。なお、上記した温度計40で溶融金属流8の温度を監視し、計算値との差が生じたときは、適宜、境界条件を変更(主に熱伝達率.)して計算値を修正し、二次冷却の開始位置Bを複数段の二次冷却手段のうちから適合する位置の二次冷却手段に切り替えて、二次冷却をおこなった。
The temperature of the molten metal flow 8 was measured with a thermometer (fiber thermometer) 40 disposed at a preset position immediately before the position at which the molten metal flow 8 was divided. When the temperature of the molten metal flow 8 is monitored by the
なお、二次冷却を開始する位置Bを、溶融金属の液滴8aの温度が(凝固開始点+約40℃)である位置および(凝固開始点−約20℃)である位置として、それぞれ二次冷却を開始して比較例とした。
The position B at which the secondary cooling is started is defined as a position where the temperature of the
得られた金属粉末について、金属粉末以外のゴミを除去したのち、レーザー式粒度分布計を用いて平均粒径を測定した。 About the obtained metal powder, after removing dust other than metal powder, the average particle diameter was measured using the laser type particle size distribution analyzer.
また、得られた金属粉末について、金属粉末以外のゴミを除去したのち、X線回折法により、アモルファスからのハローピーク、および結晶からの回折ピークを測定し、WPPD法により、非晶質化率を算出した。非晶質化率が90%以上である場合を「○」、それ以外を「×」として評価した。 In addition, after removing dust other than the metal powder from the obtained metal powder, the halo peak from amorphous and the diffraction peak from crystal were measured by X-ray diffraction method, and the amorphization rate was measured by WPPD method. Was calculated. The case where the amorphization rate was 90% or more was evaluated as “◯”, and the others were evaluated as “×”.
また、得られた金属粉末に、さらに、表1に示す条件で熱処理を施した。熱処理後、振動試料型磁力計VSMを用いて、飽和磁束密度Bsを測定した。 Further, the obtained metal powder was further subjected to heat treatment under the conditions shown in Table 1. After the heat treatment, the saturation magnetic flux density Bs was measured using a vibrating sample magnetometer VSM.
得られた結果を表1に示す。 The obtained results are shown in Table 1.
本発明例はいずれも、非晶質化率が90%以上を示し、また、熱処理後の飽和磁束密度Bsが1.7T以上と優れた磁気特性を有している。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、非晶質化率が90%未満であり、所望の非晶質化を達成できていないか、熱処理後の飽和磁束密度Bsが低い値しか示していない。 In all of the inventive examples, the amorphization ratio is 90% or more, and the saturation magnetic flux density Bs after heat treatment is 1.7 T or more and has excellent magnetic characteristics. On the other hand, the comparative example out of the scope of the present invention has an amorphization rate of less than 90% and does not achieve the desired amorphization or shows only a low value of the saturation magnetic flux density Bs after the heat treatment. Absent.
1 溶融金属(溶湯)
2 溶解炉
3 タンディッシュ
4 溶湯ガイドノズル
5 ノズルヘッダー
6 水噴射ノズル
7 噴射水
8 溶融金属流
8a 溶融金属の液滴
9 チャンバー
10 ホッパー
11 不活性ガスバルブ
13 金属粉回収バルブ
14 水アトマイズ金属粉製造装置
15 冷却水タンク
16 チラー(低温冷却水製造装置)
17 高圧ポンプ(一次冷却水用高圧ポンプ)
18 冷却水配管(一次冷却水用配管)
20 二次冷却噴射水
21,22,‥‥2i 二次冷却手段(水冷ノズル)
21a,22a,‥‥2ia 二次冷却制御バルブ
37 二次冷却用高圧ポンプ
38 二次冷却水用配管(冷却水配管)
40 温度計(溶融金属流用温度計)
1 Molten metal (molten metal)
2
17 High pressure pump (High pressure pump for primary cooling water)
18 Cooling water piping (primary cooling water piping)
20 Secondary
21a, 22a, ... 2ia Secondary
40 Thermometer (Thermometer for molten metal flow)
Claims (6)
分断された前記溶融金属の液滴に、その落下途中の、該溶融金属の液滴の温度が平均温度で、凝固開始点〜(凝固開始点+30℃)の範囲内の温度である位置で、二次冷却噴射水を噴射する水冷却からなる二次冷却を開始することを特徴とする水アトマイズ金属粉末の製造方法。 In the method for producing water atomized metal powder, water is injected into the flowing molten metal stream, the molten metal stream is divided to form molten metal droplets, and further cooled to form water atomized metal powder.
At the position where the temperature of the molten metal droplet is an average temperature and is within the range of the solidification start point to (solidification start point + 30 ° C.) The manufacturing method of the water atomized metal powder characterized by starting the secondary cooling which consists of water cooling which injects secondary cooling injection water.
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