JP7345903B2 - Production method of titanium metal powder - Google Patents
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Description
本発明は、様々な分野で使用可能な高純度のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法に関する。具体的には、本発明は、多段階の還元工程を利用して、大量生産及びコスト削減が可能なチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing high-purity titanium metal powder or titanium alloy powder that can be used in various fields. Specifically, the present invention relates to a method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder that utilizes a multi-step reduction process to enable mass production and cost reduction.
チタン金属及びチタン合金は、軽量で機械的性質に優れており、高温特性及び耐食性に優れていて、他の伝統的な鉄系の合金の使用が困難な医療、化学、航空宇宙分野などに適した材料と考えられてきた。しかし、チタン系材料は、原料が高価であるだけではなく、製造コストが高いという問題がある。 Titanium metal and titanium alloys are lightweight, have excellent mechanical properties, and have excellent high-temperature properties and corrosion resistance, making them suitable for medical, chemical, aerospace, and other fields where it is difficult to use other traditional iron-based alloys. It has been considered as a material with a long history. However, titanium-based materials have the problem of not only expensive raw materials but also high manufacturing costs.
チタンの優れた特性にもかかわらず、高コストの問題のため、1950年代以降、コスト削減のために、様々な製造方法が開発されてきた。 Despite titanium's excellent properties, due to its high cost, various manufacturing methods have been developed since the 1950s to reduce costs.
チタンを製造する公知の方法として、クロール工程(Kroll process)を利用して、スポンジチタンを作り、これを用いてVAR(Vacuum Arc Remelting)の方法によりインゴットを製造し、押出、圧延などを通じて加工材を作製する方法がある。 As a known method for producing titanium, sponge titanium is produced using the Kroll process, and ingots are produced using the VAR (Vacuum Arc Remelting) method, and processed materials are processed through extrusion, rolling, etc. There is a method to create .
現在、クロール工程(Kroll process)は、チタン金属の製造に最もよく使用されているが、最終製品が粉末ではなく、スポンジの形態である。クロール工程では、特別な電気炉で、純粋チタン鉱石に電荷を加えてスポンジの形態に転換させる。この工程は、塩素処理機(chlorinator)で行われるが、塩素気体が電荷を通過しつつ、液体形態の四塩化チタン(TiCl4)を形成する。このように形成された四塩化チタンは、複雑な蒸留工程を経て精製される。蒸留工程の後、マグネシウムまたはナトリウムを、精製された四塩化チタンに添加して反応させると、金属チタンスポンジとマグネシウムまたは塩化ナトリウムが生成されるようになる。その後、チタンスポンジを粉砕して圧着する。粉砕されたチタンスポンジを真空アーク溶解方式(VAR)で溶解させる。前記クロール工程は、工程が複雑で、取り扱いが難しく、エネルギ効率が良くないという問題がある。 Currently, the Kroll process is most commonly used to produce titanium metal, but the final product is in the form of a sponge rather than a powder. In the crawl process, pure titanium ore is charged with an electrical charge in a special electric furnace, converting it into a sponge form. This process is carried out in a chlorinator, where chlorine gas passes through the charge, forming titanium tetrachloride (TiCl 4 ) in liquid form. The titanium tetrachloride thus formed is purified through a complex distillation process. After the distillation process, magnesium or sodium is added to the purified titanium tetrachloride and reacted to produce metallic titanium sponge and magnesium or sodium chloride. After that, the titanium sponge is crushed and crimped. The crushed titanium sponge is melted using the vacuum arc melting method (VAR). The crawling process has problems in that it is complicated, difficult to handle, and low in energy efficiency.
粉末冶金(Powder Metallurgy、PM)技術は、インゴット技術に比べ、機械的特性を損なうことなく、低コストで複雑な形状のチタンを提供することができるという点で注目されている。粉末冶金(PM)技術を利用すると、チタンを低コストで製造することができるという点で大きな潜在力を有しているが、既存の粉末冶金工程で生産されたチタン製品の物性が満足するほどではなく、期待した程度のコスト削減効果がないという理由でよく使用されていない。したがって、粉末冶金技術を用いてチタンを製造するためには、コスト削減だけでなく、最終製品の物性を向上させるための方法が要求される。 Powder metallurgy (PM) technology is attracting attention because compared to ingot technology, it can provide titanium in complex shapes at lower cost without compromising mechanical properties. Powder metallurgy (PM) technology has great potential in terms of producing titanium at low cost, but the physical properties of titanium products produced by existing powder metallurgy processes are not satisfactory. However, it is not commonly used because it does not have the expected cost reduction effect. Therefore, manufacturing titanium using powder metallurgy techniques requires methods that not only reduce costs but also improve the physical properties of the final product.
国際公開特許WO2014/187867は、広範囲の金属粉末、金属合金粉末、金属間化合物粉末及び/またはそれらの水素化物粉末の製造方法を開示しているが、金属粉末を金属に還元させるために、水素化カルシウム粉末または顆粒を使用するか、金属合金粉末を製造するために、一つ以上の金属酸化物に、もう一つの金属の存在有無に関係なく、水素化カルシウムを直接使用している。 International publication patent WO 2014/187867 discloses a method for producing a wide range of metal powders, metal alloy powders, intermetallic compound powders and/or hydride powders thereof. Calcium hydride powder or granules are used, or calcium hydride is used directly in one or more metal oxides, with or without the presence of another metal, to produce metal alloy powders.
米国特許第6,264,719号は、少量の二酸化チタンをアルミニウム金属粉末と反応させる時、金属マトリックス複合材粉末として、少量のアルミニウム酸化物で浮遊されたチタンアルミナを製造する方法を開示している。 U.S. Patent No. 6,264,719 discloses a method for producing titanium alumina suspended with a small amount of aluminum oxide as a metal matrix composite powder when a small amount of titanium dioxide is reacted with an aluminum metal powder. There is.
チタン金属粉末またはチタン合金粉末を製造する多様な方法が試みられているが、低コストで優れた品質のチタン金属粉末またはチタン合金粉末を製造することができ、産業規模で大量生産が可能な方法については、まだ開発が要求されている。 Although various methods of producing titanium metal powder or titanium alloy powder have been attempted, there is no method that can produce titanium metal powder or titanium alloy powder of excellent quality at low cost and that can be mass-produced on an industrial scale. However, further development is still required.
本発明は、低コストで高品質のチタン金属粉末または任意の類型のチタン合金粉末を製造することができ、容易に産業規模に拡大して実施することができる、チタン金属粉末またはチタン合金粉末を製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a titanium metal powder or titanium alloy powder that can produce high quality titanium metal powder or any type of titanium alloy powder at low cost and can be easily scaled up and implemented on an industrial scale. The purpose is to provide a method for manufacturing.
上述の課題は、a)少なくとも1種の金属酸化物とチタン酸化物のそれぞれを部分的に還元させる段階と、b)前記部分的に還元された金属酸化物とチタン酸化物とを混合し、第1の混合物を製造する段階と、c)前記第1の混合物と水素化カルシウムとを混合し、第2の混合物を製造する段階と、d)前記第2の混合物を完全に還元し、チタン金属またはチタン合金を製造する段階と、を含む、チタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法によって達成される。 The above-mentioned problem consists of: a) partially reducing each of at least one metal oxide and a titanium oxide; b) mixing the partially reduced metal oxide and the titanium oxide; c) mixing the first mixture and calcium hydride to produce a second mixture, and d) completely reducing the second mixture to reduce titanium hydride. The method of manufacturing titanium metal powder or titanium alloy powder includes the steps of manufacturing metal or titanium alloy.
また、本発明の課題は、a)少なくとも1種の金属酸化物とチタン酸化物のいずれか一つを部分的に還元させる段階と、b)前記いずれか一つを部分的に還元した金属酸化物とチタン酸化物とを混合し、第1の混合物を製造する段階と、c)前記第1の混合物と水素化カルシウムとを混合し、第2の混合物を製造する段階と、d)前記第2の混合物を完全に還元し、チタン金属またはチタン合金を製造する段階と、を含む、チタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法によって達成される。 Further, the object of the present invention is to: a) partially reduce at least one of at least one metal oxide and titanium oxide; and b) a metal oxide that partially reduces one of the metal oxides c) mixing the first mixture and calcium hydride to produce a second mixture; d) mixing the first mixture with calcium hydride to produce a second mixture; This is achieved by a method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder, which includes the step of completely reducing a mixture of 2 and 2 to produce titanium metal or titanium alloy.
好ましくは、前記段階b)と前記段階c)との間に、前記第1の混合物を部分還元させる段階を含む。 Preferably, a step of partially reducing the first mixture is included between the step b) and the step c).
好ましくは、前記段階a)の前記部分的還元及び前記段階d)の完全還元は、1,000℃~1,500℃の温度及び水素雰囲気下で1~10時間熱処理して行われる。 Preferably, the partial reduction in step a) and the complete reduction in step d) are performed by heat treatment at a temperature of 1,000° C. to 1,500° C. and under a hydrogen atmosphere for 1 to 10 hours.
また、好ましくは、前記段階a)の前記部分的還元及び前記段階d)の完全還元は、1,000℃~1,500℃の温度及び水素雰囲気下で1~10時間熱処理して行われる。 Preferably, the partial reduction in step a) and the complete reduction in step d) are performed by heat treatment at a temperature of 1,000° C. to 1,500° C. under a hydrogen atmosphere for 1 to 10 hours.
好ましくは、前記金属酸化物は、CaO、V2O5、Cr2O3、Nb2O5、MoO3、WO3、Y2O3及びZrO2からなる群から選択される。 Preferably, said metal oxide is selected from the group consisting of CaO, V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , MoO 3 , WO 3 , Y 2 O 3 and ZrO 2 .
また好ましくは、前記第1の混合物と前記水素化カルシウムの化学量論的比は、1:1.1~1.25である。 Also preferably, the stoichiometric ratio of the first mixture and the calcium hydride is 1:1.1 to 1.25.
また好ましくは、前記第2の混合物は、アルミニウムと酸化バナジウム(V2O5)粉末とをさらに含む。 Preferably, the second mixture further includes aluminum and vanadium oxide (V 2 O 5 ) powder.
また好ましくは、前記チタン合金粉末は、Ti-6Al-4V粉末である。 Also preferably, the titanium alloy powder is Ti-6Al-4V powder.
また好ましくは、前記チタン金属粉末及びチタン合金粉末は、酸素含量が0.3重量%未満であり、粒子の大きさ分布が50μm未満である。 Preferably, the titanium metal powder and titanium alloy powder have an oxygen content of less than 0.3% by weight and a particle size distribution of less than 50 μm.
本発明は、より多くの応用分野で使用可能な優れた品質のチタン金属粉末及びチタン合金粉末を製造することができる低コストの製造方法を提供することができる。本発明を通じて、一般産業用だけではなく、航空宇宙、医療または軍需用用途のような優れた品質のチタン金属粉末を要求する分野にまで、チタン及びその合金粉末の用途を拡張することができる。 The present invention can provide a low-cost manufacturing method that can produce superior quality titanium metal powder and titanium alloy powder that can be used in more application fields. Through the present invention, the use of titanium and its alloy powder can be extended not only to general industrial use but also to fields that require titanium metal powder of excellent quality, such as aerospace, medical, or military use.
本発明で使用されるすべての技術用語は、特に定義しない以上、下記の定義を有し、本発明の関連分野で通常の当業者が一般に理解するような意味に合致される。また、本明細書には、好ましい方法や試料が記載されるが、これと類似または同等のものも本発明の範疇に含まれる。 Unless otherwise defined, all technical terms used in the present invention have the definitions below and are accorded the meanings as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention relates. Further, although preferred methods and samples are described in this specification, methods similar or equivalent thereto are also included within the scope of the present invention.
用語‘約’は、参照の、量、水準、値、数、頻度、パーセント、寸法、大きさ、量、重量または長さに対して、30、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3、2または1%程度に変化する量、水準、値、数、頻度、パーセント、寸法、大きさ、量、重量または長さを意味する。 The term 'about' refers to 30, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 30, 25, 20, 15, 10, 9, 8, relative to a reference amount, level, value, number, frequency, percentage, dimension, size, quantity, weight or length. means an amount, level, value, number, frequency, percentage, dimension, size, quantity, weight or length that varies by as much as 7, 6, 5, 4, 3, 2 or 1%.
本明細書において、文脈で特に必要としない以上、「含む」という言葉は、提示された段階または構成要素、または段階または構成要素の群を含むが、任意の他の段階または構成要素、または段階または構成要素の群が排除されるわけではないことを内包するものとして理解しなければならない。 In this specification, unless the context otherwise requires, the word "comprising" includes a recited step or component, or group of steps or components, but includes any other step or component, or step. or must be understood as implying that a group of constituent elements is not excluded.
本発明によるチタン金属粉末または任意の形態のチタン合金粉末の製造方法は、多段階の還元段階を含むことを特徴とする。好ましくは、2段階の還元段階を含むことを特徴とする。さらに好ましくは、以下の段階を含む: The method for producing titanium metal powder or any form of titanium alloy powder according to the present invention is characterized by including multiple reduction steps. Preferably, it is characterized by including two reduction stages. More preferably, it includes the following steps:
a)少なくとも1種の金属酸化物とチタン酸化物のそれぞれを部分的に還元させる段階(第1の還元段階)と、
b)前記部分的に還元された金属酸化物とチタン酸化物とを混合し、第1の混合物を製造する段階(第1の混合段階)と、
c)前記第1の混合物と水素化カルシウムとを混合し、第2の混合物を製造する段階(第2の混合段階)と、
d)前記第2の混合物を熱処理して完全に還元し、チタン金属またはチタン合金を製造する段階(第2の還元段階)と、を含む。
a) partially reducing each of the at least one metal oxide and the titanium oxide (first reduction step);
b) mixing the partially reduced metal oxide and titanium oxide to produce a first mixture (first mixing step);
c) mixing the first mixture and calcium hydride to produce a second mixture (second mixing stage);
d) heat-treating the second mixture to completely reduce it to produce titanium metal or a titanium alloy (second reduction step);
本発明の一実施形態によると、e)製造されたチタン金属またはチタン合金を粉砕して粉末化する段階(粉末化段階)をさらに含む。 According to an embodiment of the present invention, the method further includes the step of e) crushing and powdering the produced titanium metal or titanium alloy (powdering step).
以下、各段階を詳細に説明する。 Each stage will be explained in detail below.
まず、少なくとも1種の金属酸化物とチタン酸化物のそれぞれを部分的に還元させる(第1の還元段階)。 First, at least one metal oxide and each of the titanium oxides are partially reduced (first reduction step).
前記第1の還元段階は、原料物質の金属酸化物とチタン酸化物をそれぞれ1,000℃~1,500℃の温度及び水素雰囲気下で1~10時間熱処理して行う。前記熱処理温度は、好ましくは1,100℃~1,300℃、より好ましくは、1,100℃~1,200℃である。前記処理時間は、好ましくは2~4時間である。前記水素雰囲気は、水素ガス流れを1.5l/min以上、好ましくは1.5l/min~5l/minであって、これは、熱処理炉の大きさと原料物質の量によって変わる。 The first reduction step is performed by heat-treating the metal oxide and titanium oxide as raw materials at a temperature of 1,000° C. to 1,500° C. and under a hydrogen atmosphere for 1 to 10 hours, respectively. The heat treatment temperature is preferably 1,100°C to 1,300°C, more preferably 1,100°C to 1,200°C. The treatment time is preferably 2 to 4 hours. The hydrogen atmosphere has a hydrogen gas flow of 1.5 l/min or more, preferably 1.5 l/min to 5 l/min, which varies depending on the size of the heat treatment furnace and the amount of raw material.
前記第1の還元段階は、ステンレススチール材質の半円形断面の坩堝に金属酸化物またはチタン酸化物を入れて炉の熱処理領域で加熱する。前記熱処理炉は、管状炉(tube furnace)が使用できる。本発明で使用される熱処理炉は、第1の還元段階と第2の還元段階のために、2個の分離された熱処理領域を有する。好ましくは、1,500℃の温度で作動する還元反応を促進することができるガス雰囲気下で作動する、あらゆるタイプの加熱炉が使用できる。前記熱処理炉は、水素、アルゴンなどの気体を用いた作業に適合しなければならない。 In the first reduction step, a metal oxide or titanium oxide is placed in a crucible made of stainless steel and has a semicircular cross section, and heated in a heat treatment area of a furnace. A tube furnace may be used as the heat treatment furnace. The heat treatment furnace used in the present invention has two separate heat treatment zones for the first reduction stage and the second reduction stage. Any type of heating furnace can be used, preferably operating at a temperature of 1,500° C. and operating under a gas atmosphere capable of promoting the reduction reaction. The heat treatment furnace must be compatible with operations using gases such as hydrogen and argon.
それぞれの熱処理領域は、個別的に水素ガス流れを形成することができる。 Each heat treatment region can individually generate a hydrogen gas flow.
本段階では、熱処理によって、原料物質の金属酸化物とチタン酸化物の酸素含量を減少させ、第2の還元段階で容易に還元できる酸化物を形成する。 In this step, heat treatment reduces the oxygen content of the metal oxides and titanium oxides of the raw materials to form oxides that can be easily reduced in the second reduction step.
前記金属酸化物は、CaO、V2O5、Cr2O3、Nb2O5、MoO3、WO3、Y2O3及びZrO2からなる群から選択された1種以上であり、より好ましくは、CaOである。前記チタン酸化物は、TiO2またはTiOであり、より好ましくはTiO2である。 The metal oxide is one or more selected from the group consisting of CaO, V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , MoO 3 , WO 3 , Y 2 O 3 and ZrO 2 , and more Preferably it is CaO. The titanium oxide is TiO2 or TiO, more preferably TiO2 .
本発明の一実施形態によると、チタン合金粉末を製造する場合は、金属酸化物は、CaO及びV2O5であり、さらにアルミニウムまたは酸化アルミニウムを金属酸化物と一緒に使用することができる。この場合、チタン合金粉末は、Ti-6Al-4Vである。 According to an embodiment of the invention, when producing titanium alloy powder , the metal oxides are CaO and V2O5 , and aluminum or aluminum oxide can also be used together with the metal oxide. In this case, the titanium alloy powder is Ti-6Al-4V.
前記金属酸化物及びチタン酸化物は、粉末形態であることが好ましい。 Preferably, the metal oxide and titanium oxide are in powder form.
本発明の一実施形態によると、前記第1の還元段階は、a1)カルシウム酸化物及びチタン酸化物のそれぞれを部分的に還元させる第1の部分的還元段階と、a2)前記部分的に還元されたカルシウム酸化物及びチタン酸化物を混合した第1の混合物を再び部分的に還元させる第2の部分的還元段階とからなる。 According to an embodiment of the present invention, the first reduction step comprises a1) a first partial reduction step of partially reducing each of the calcium oxide and the titanium oxide; and a2) the partially reducing step. and a second partial reduction step in which the first mixture of calcium oxide and titanium oxide is partially reduced again.
第1の還元段階を上記のように2段階に分けて実施することにより、均一に還元されて混合されたカルシウム酸化物及びチタン酸化物の混合物が得られる。 By carrying out the first reduction step in two stages as described above, a uniformly reduced and mixed mixture of calcium oxide and titanium oxide can be obtained.
本発明の他の一実施形態によると、前記第1の還元段階で、金属酸化物及びチタン酸化物のいずれか一つだけが部分的に還元されることもある。 According to another embodiment of the present invention, only one of the metal oxide and the titanium oxide may be partially reduced in the first reduction step.
次に、前記部分的に還元された金属酸化物とチタン酸化物とを混合し、第1の混合物を製造し(第1の混合段階)、前記第1の混合物と水素化カルシウムとを混合して第2の混合物を製造する(第2の混合段階)。 Next, mixing the partially reduced metal oxide and titanium oxide to produce a first mixture (first mixing step), and mixing the first mixture and calcium hydride. to produce a second mixture (second mixing stage).
本段階において、前記第1の混合物と水素化カルシウム1:1.1~1.25の化学量論的比(stoichiometric ratio)で混合されることが好ましい。 In this step, it is preferable that the first mixture and calcium hydride are mixed at a stoichiometric ratio of 1:1.1 to 1.25.
前記水素カルシウムは、粉末またはグラニュールの形態を使用することができ、粒子大きさは、好ましくは0.02~2mmである。本発明で使用される水素化カルシウムは、市販される製品を使用することができるが、好ましくは、本発明で使用される水素化カルシウムは、カルシウム金属片(shaving)またはカルシウム金属グラニュール(granule)を水素ガス雰囲気下で550~750℃の温度で1時間~10時間加熱して変換された水素化カルシウム片またはグラニュールである。 The calcium hydrogen may be in the form of powder or granules, and the particle size is preferably 0.02 to 2 mm. The calcium hydride used in the present invention can be a commercially available product, but preferably the calcium hydride used in the present invention is in the form of calcium metal shavings or calcium metal granules. ) is converted into calcium hydride pieces or granules by heating at a temperature of 550 to 750° C. for 1 to 10 hours in a hydrogen gas atmosphere.
次に、前記第2の混合物を熱処理して完全に還元させてチタン金属またはチタン合金を製造する段階(第2の還元段階)である。 Next, the second mixture is heat-treated to completely reduce it to produce titanium metal or titanium alloy (second reduction step).
前記熱処理は、1,000℃~1,500℃の温度及び水素雰囲気下で1~10時間行う。前記熱処理温度は、好ましくは1,100℃~1,300℃、より好ましくは、1,100℃~1,200℃である。前記処理時間は、好ましくは2~4時間である。前記水素雰囲気は、水素ガス流れを1.5l/min以上、好ましくは1.5l/min~5l/minであって、これは、熱処理炉の大きさと原料物質の量によって変わる。第2の還元段階で使用される熱処理炉は、前記第1の還元段階で説明した通りである。 The heat treatment is performed at a temperature of 1,000° C. to 1,500° C. in a hydrogen atmosphere for 1 to 10 hours. The heat treatment temperature is preferably 1,100°C to 1,300°C, more preferably 1,100°C to 1,200°C. The treatment time is preferably 2 to 4 hours. The hydrogen atmosphere has a hydrogen gas flow of 1.5 l/min or more, preferably 1.5 l/min to 5 l/min, which varies depending on the size of the heat treatment furnace and the amount of raw material. The heat treatment furnace used in the second reduction stage is as described in the first reduction stage.
本段階では、部分的に還元された金属酸化物とチタン酸化物の混合物と、還元剤の水素化カルシウムとが水素雰囲気下で反応し、チタン金属またはチタン合金を形成する。このように形成されたチタン金属またはチタン合金を回収する。 In this step, the partially reduced metal oxide and titanium oxide mixture and the reducing agent calcium hydride react under a hydrogen atmosphere to form titanium metal or titanium alloy. The titanium metal or titanium alloy thus formed is recovered.
最後に、e)回収段階で生成された粉末は、洗浄及び乾燥段階を経て粉末化される。本発明の一実施形態によると、回収されたチタン金属またはチタン合金は、バルク形態であるため、洗浄及び乾燥段階の前に、高エネルギーボールミル装置を使用して粉砕することができる。 Finally, the powder produced in the e) recovery step is pulverized through a washing and drying step. According to one embodiment of the present invention, the recovered titanium metal or titanium alloy is in bulk form and can be ground using high energy ball milling equipment prior to the cleaning and drying steps.
前記洗浄及び乾燥段階は、前記粉砕された粉末を水と混合してスラリー状にし、攪拌しながら洗浄することができる。洗浄効果を増進させるために、前記スラリーに酢酸などの溶媒を追加することができる。 In the washing and drying steps, the ground powder may be mixed with water to form a slurry and washed while stirring. A solvent such as acetic acid can be added to the slurry to enhance the cleaning effect.
洗浄後、乾燥段階では、開放型低温オーブンで、80~90℃の温度で粉末を乾燥させることができる。 After washing, in the drying step, the powder can be dried in an open low temperature oven at a temperature of 80-90°C.
本発明で製造されたチタン金属またはチタン合金は、粉末状であり、粒子大きさ分布が50μm以下であって、好ましくは、10~50μmであり、酸素含量が0.3重量%未満である。 The titanium metal or titanium alloy produced in the present invention is in powder form, has a particle size distribution of 50 μm or less, preferably 10-50 μm, and has an oxygen content of less than 0.3% by weight.
本発明で使用された‘粉末’という用語は、粒子大きさ1mm未満のものを示す。 The term 'powder' used in the present invention refers to particles with a particle size of less than 1 mm.
本発明で使用された‘X50’は、最終粉末の粒子大きさ分布を示すものであって、粒子大きさ分布の中間直径または中間値を示す。好ましくは、X50は、粒子大きさ分布が50μm以下、または40μm以下、より好ましくは、20μm以下を示す。 'X50' used in the present invention indicates the particle size distribution of the final powder, and indicates the median diameter or median value of the particle size distribution. Preferably, X50 indicates a particle size distribution of 50 μm or less, or 40 μm or less, more preferably 20 μm or less.
以下、実施例を通じて本発明を詳細に説明するが、これらの実施例によって、本発明の権利範囲が制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail through Examples, but the scope of the present invention is not limited by these Examples.
本発明の実施例で使用された出発物質を下記表1に示す。 The starting materials used in the examples of the present invention are shown in Table 1 below.
本発明で最終製造されたチタン金属粉末及びチタン合金粉末を分析するために使用した装置を下記表2に示す。 Table 2 below shows the equipment used to analyze the titanium metal powder and titanium alloy powder finally produced in the present invention.
実施例1:チタン金属粉末の製造
純度99.5%のCaO粉末50gと純度99%のTiO2粉末50gをそれぞれSUS310S坩堝に入れ、管状チューブ炉の熱処理領域で2~3L/minの水素ガス雰囲気下で1100℃で2時間部分還元させた。部分還元されたCaOとTiO2を混合した第1の混合物100gと水素化カルシウム粉末(粒子大きさ0.02~2mm)130gを完全に混合し、第2の混合物を製造した。水素化カルシウムの第1の混合物との化学量論的比は、1.1~1.25である。次いで、第2の混合物をSUS310S坩堝に入れ、管状チューブ炉の熱処理領域で2~3L/minの水素ガス雰囲気下で1100℃で2時間完全に還元させた。得られたバルク形態の物質をボールミル装置に入れて粉砕した後、水及び酢酸と混合して攪拌しながら洗浄し、90℃で完全に乾燥させた。前記表2の装置を用いて、金属粉末の物性を測定した。製造された粉末の走査電子顕微鏡写真を図1に示した。また、製造された粉末の物質を確認するために、X線回折パターンを測定して図2に示し、粉末の粒子大きさ分布を測定して図3及び表3に示した。図2を見ると、製造された粉末がチタン(Ti)金属であることを確認することができる。また、図3及び表3を見ると、製造された粉末の粒度分布範囲が10~50μmであることを確認することができる。また、製造された粉末の残存酸素量を確認した結果、0.19wt%であった。本発明で製造されたチタン金属粉末の残存酸素量は、公知の方法で製造されたチタン金属粉末と比較し、著しく低いものである。
Example 1: Production of titanium metal powder 50 g of CaO powder with a purity of 99.5% and 50 g of TiO 2 powder with a purity of 99% are each placed in a SUS310S crucible, and heated in a hydrogen gas atmosphere of 2 to 3 L/min in the heat treatment area of a tubular tube furnace. Partial reduction was carried out at 1100° C. for 2 hours. A second mixture was prepared by completely mixing 100 g of a first mixture of partially reduced CaO and TiO 2 with 130 g of calcium hydride powder (particle size: 0.02-2 mm). The stoichiometric ratio of calcium hydride to the first mixture is between 1.1 and 1.25 . Next, the second mixture was placed in a SUS310S crucible and completely reduced in a heat treatment area of a tubular tube furnace at 1100° C. for 2 hours under a hydrogen gas atmosphere of 2 to 3 L/min. The resulting bulk material was ground in a ball mill, mixed with water and acetic acid, washed with stirring, and completely dried at 90°C. The physical properties of the metal powder were measured using the apparatus shown in Table 2 above. A scanning electron micrograph of the produced powder is shown in FIG. In addition, in order to confirm the substance of the manufactured powder, the X-ray diffraction pattern was measured and shown in FIG. 2, and the particle size distribution of the powder was measured and shown in FIG. 3 and Table 3. Looking at FIG. 2, it can be confirmed that the produced powder is titanium (Ti) metal. Furthermore, looking at FIG. 3 and Table 3, it can be confirmed that the particle size distribution range of the produced powder is 10 to 50 μm. Furthermore, the residual oxygen content of the produced powder was confirmed and was found to be 0.19 wt%. The amount of residual oxygen in the titanium metal powder produced by the present invention is significantly lower than that in titanium metal powder produced by a known method.
参考例2:チタン合金(Ti-6Al-4V)粉末の製造
純度99.5%のCaO粉末50gと純度99%のTiO2粉末を混合した混合物150gをSUS310S坩堝に入れ、管状チューブ炉の熱処理領域で2~3L/minの水素ガス雰囲気下で1100℃で2時間部分還元させた。部分還元されたCaOとTiO2と、純度99.6%のV2O5粉末7.13g及び純度99.5%のアルミニウム金属粉末6gを混合した第1の混合物と水素化カルシウム粉末(粒子大きさ0.02~2mm)207gを完全に混合し、第2の混合物を製造した。水素化カルシウムの第1の混合物との化学量論的比は、1.1~1.25である。次いで、第2の混合物をSUS310S坩堝に入れ、管状チューブ炉の熱処理領域で2~3L/minの水素ガス雰囲気下で1100℃で2時間完全に還元させた。得られたバルク形態の物質をボールミル装置に入れて粉砕した後、水及び酢酸と混合して攪拌しながら洗浄し、90℃で完全に乾燥させた。前記表2の装置を用いて、金属粉末の物性を測定した。製造された粉末の走査電子顕微鏡写真を図4に示した。また、製造された粉末の粒子大きさ分布を測定して図5及び表4に示した。また、図5及び表4を見ると、製造された粉末の粒度分布範囲が9.5~75μmであることを確認することができる。また、製造された粉末の残存酸素量を確認した結果、0.28wt%であった。本発明で製造されたチタン合金粉末の残存酸素量は、公知の方法で製造されたチタン合金粉末に比べ、著しく低いものである。
Reference Example 2: Production of titanium alloy (Ti-6Al-4V) powder 150 g of a mixture of 50 g of CaO powder with a purity of 99.5% and TiO 2 powder with a purity of 99% was placed in a SUS310S crucible, and the heat treatment area of a tubular tube furnace was placed. Partial reduction was carried out at 1100° C. for 2 hours in a hydrogen gas atmosphere of 2 to 3 L/min. A first mixture of partially reduced CaO and TiO 2 , 7.13 g of V 2 O 5 powder with a purity of 99.6% and 6 g of aluminum metal powder with a purity of 99.5%, and calcium hydride powder (particle size A second mixture was prepared by thoroughly mixing 207 g of the mixture (with a diameter of 0.02 to 2 mm). The stoichiometric ratio of calcium hydride to the first mixture is between 1.1 and 1.25 . Next, the second mixture was placed in a SUS310S crucible and completely reduced in a heat treatment area of a tubular tube furnace at 1100° C. for 2 hours under a hydrogen gas atmosphere of 2 to 3 L/min. The resulting bulk material was ground in a ball mill, mixed with water and acetic acid, washed with stirring, and completely dried at 90°C. The physical properties of the metal powder were measured using the apparatus shown in Table 2 above. A scanning electron micrograph of the produced powder is shown in FIG. In addition, the particle size distribution of the manufactured powder was measured and shown in FIG. 5 and Table 4. Furthermore, looking at FIG. 5 and Table 4, it can be confirmed that the particle size distribution range of the produced powder is 9.5 to 75 μm. Furthermore, the amount of residual oxygen in the produced powder was confirmed and was found to be 0.28 wt%. The amount of residual oxygen in the titanium alloy powder produced by the present invention is significantly lower than that in titanium alloy powder produced by a known method.
参考例3:チタン合金(Ti-6Al-4V)粉末の製造
純度99.5%のCaO粉末50gと純度99%のTiO2粉末を混合した混合物150gをSUS310S坩堝に入れ、管状チューブ炉の熱処理領域で2~3L/minの水素ガス雰囲気下で1100℃で2時間部分還元させた。部分還元されたCaOとTiO2と、純度99.6%のV2O5粉末7.13g及び純度99.5%の酸化アルミニウム粉末7.1gを混合した第1の混合物と水素化カルシウム粉末(粒子大きさ0.02~2mm)207gを完全に混合し、第2の混合物を製造した。水素化カルシウムの第1の混合物との化学量論的比は、1.1~1.25である。次いで、第2の混合物をSUS310S坩堝に入れ、管状チューブ炉の熱処理領域で2~3L/minの水素ガス雰囲気下で1100℃で2時間完全に還元させた。得られたバルク形態の物質をボールミル装置に入れて粉砕した後、水及び酢酸と混合して攪拌しながら洗浄し、90℃で完全に乾燥して、チタン合金(Ti-6Al-4V)粉末を得た。
Reference Example 3: Production of titanium alloy (Ti-6Al-4V) powder 150 g of a mixture of 50 g of CaO powder with a purity of 99.5% and TiO 2 powder with a purity of 99% was placed in a SUS310S crucible and placed in the heat treatment area of a tubular tube furnace. Partial reduction was carried out at 1100° C. for 2 hours in a hydrogen gas atmosphere of 2 to 3 L/min. A first mixture of partially reduced CaO and TiO 2 , 7.13 g of 99.6% pure V 2 O 5 powder and 7.1 g of 99.5% pure aluminum oxide powder, and calcium hydride powder ( A second mixture was prepared by thoroughly mixing 207 g of particles (particle size 0.02-2 mm). The stoichiometric ratio of calcium hydride to the first mixture is between 1.1 and 1.25 . Next, the second mixture was placed in a SUS310S crucible and completely reduced in a heat treatment area of a tubular tube furnace at 1100° C. for 2 hours under a hydrogen gas atmosphere of 2 to 3 L/min. The obtained material in bulk form was crushed in a ball mill, mixed with water and acetic acid, washed with stirring, and completely dried at 90°C to obtain titanium alloy (Ti-6Al-4V) powder. Obtained.
以上、本発明の特定な部分を詳細に記述したが、当業界の通常の知識を有する者にとっては、このような具体的な記述はただ望ましい具現例に過ぎなく、これに本発明の範囲が限定されないことは明らかである。従って、本発明の実質的な範囲は、添付の請求項とその等価物により定義されると言える。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載事項を付記する。
[1] a)少なくとも1種の金属酸化物とチタン酸化物のそれぞれを部分的に還元させる段階と、
b)前記部分的に還元された金属酸化物とチタン酸化物とを混合し、第1の混合物を製造する段階と、
c)前記第1の混合物と水素化カルシウムとを混合し、第2の混合物を製造する段階と、
d)前記第2の混合物を完全に還元し、チタン金属またはチタン合金を製造する段階と、を含む、チタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[2] a)少なくとも1種の金属酸化物とチタン酸化物のいずれか一つを部分的に還元させる段階と、
b)前記いずれか一つを部分的に還元した金属酸化物とチタン酸化物とを混合し、第1の混合物を製造する段階と、
c)前記第1の混合物と水素化カルシウムとを混合し、第2の混合物を製造する段階と、
d)前記第2の混合物を完全に還元し、チタン金属またはチタン合金を製造する段階と、を含む、チタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[3] 前記段階b)と前記段階c)との間に、前記第1の混合物を部分還元させる段階を含む、[1]または[2]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[4] 前記段階a)の前記部分的還元及び前記段階d)の完全還元は、1,000℃~1,500℃の温度と水素雰囲気下で1~10時間熱処理して行われることを特徴とする、[1]または[2]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[5] 前記段階a)の前記部分的還元及び前記段階d)の完全還元は、1,000℃~1,500℃の温度と水素雰囲気下で1~10時間熱処理して行われることを特徴とする、[3]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[6] e)前記製造されたチタン金属またはチタン合金を粉砕して粉末化する段階をさらに含むことを特徴とする、[1]または[2]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[7] 前記金属酸化物は、CaO、V
2
O
5
、Cr
2
O
3
、Nb
2
O
5
、MoO
3
、WO
3
、Y
2
O
3
及びZrO
2
からなる群から選択されることを特徴とする、[1]または[2]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[8] 前記金属酸化物は、CaO、V
2
O
5
、Cr
2
O
3
、Nb
2
O
5
、MoO
3
、WO
3
、Y
2
O
3
及びZrO
2
からなる群から選択されることを特徴とする、[3]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[9] 前記第1の混合物と前記水素化カルシウムの化学量論的比は、1:1.1~1.25であることを特徴とする、[1]または[2]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[10] 前記第2の混合物にアルミニウムと酸化バナジウム(V
2
O
5
)粉末とをさらに含むことを特徴とする、[1]または[2]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[11] 前記チタン合金は、Ti-6Al-4Vであることを特徴とする、[10]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[12] 前記チタン金属及びチタン合金は、酸素含量が0.3重量%未満であり、粒子の大きさ分布が50μm未満であることを特徴とする、[1]または[2]に記載のチタン金属粉末またはチタン合金粉末の製造方法。
[13] [1]または[2]に記載の方法によって製造され、酸素含量が0.3重量%未満であって、粒子の大きさ分布が50μm未満である、チタン金属粉末またはチタン合金粉末。
Although specific parts of the present invention have been described in detail above, those with ordinary knowledge in the art will understand that such specific descriptions are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is limited thereto. Obviously, there is no limitation. It is therefore said that the substantial scope of the invention is defined by the appended claims and their equivalents.
Below, the matters described in the original claims of the present application are added.
[1] a) Partially reducing each of at least one metal oxide and titanium oxide;
b) mixing the partially reduced metal oxide and titanium oxide to produce a first mixture;
c) mixing the first mixture and calcium hydride to produce a second mixture;
d) Completely reducing the second mixture to produce titanium metal or titanium alloy. A method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder.
[2] a) Partially reducing at least one metal oxide or titanium oxide;
b) mixing a metal oxide obtained by partially reducing any one of the above and titanium oxide to produce a first mixture;
c) mixing the first mixture and calcium hydride to produce a second mixture;
d) Completely reducing the second mixture to produce titanium metal or titanium alloy. A method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder.
[3] The method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder according to [1] or [2], including a step of partially reducing the first mixture between the step b) and the step c). .
[4] The partial reduction in step a) and the complete reduction in step d) are performed by heat treatment at a temperature of 1,000° C. to 1,500° C. in a hydrogen atmosphere for 1 to 10 hours. The method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder according to [1] or [2].
[5] The partial reduction in step a) and the complete reduction in step d) are performed by heat treatment at a temperature of 1,000° C. to 1,500° C. in a hydrogen atmosphere for 1 to 10 hours. The method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder according to [3].
[6] The production of titanium metal powder or titanium alloy powder according to [1] or [2], further comprising the step of e) pulverizing the produced titanium metal or titanium alloy to powder. Method.
[7] The metal oxide is selected from the group consisting of CaO, V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , MoO 3 , WO 3 , Y 2 O 3 and ZrO 2 . The method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder according to [1] or [2].
[8] The metal oxide is selected from the group consisting of CaO, V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , MoO 3 , WO 3 , Y 2 O 3 and ZrO 2 . The method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder according to [3].
[9] The titanium metal according to [1] or [2], wherein the stoichiometric ratio of the first mixture and the calcium hydride is 1:1.1 to 1.25. Method for producing powder or titanium alloy powder.
[10] The method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder according to [1] or [2], wherein the second mixture further contains aluminum and vanadium oxide (V 2 O 5 ) powder . .
[11] The method for producing titanium metal powder or titanium alloy powder according to [10], wherein the titanium alloy is Ti-6Al-4V.
[12] The titanium according to [1] or [2], wherein the titanium metal and titanium alloy have an oxygen content of less than 0.3% by weight and a particle size distribution of less than 50 μm. A method for producing metal powder or titanium alloy powder.
[13] A titanium metal powder or titanium alloy powder produced by the method described in [1] or [2], having an oxygen content of less than 0.3% by weight and a particle size distribution of less than 50 μm.
Claims (7)
b)前記部分的に還元された金属酸化物とチタン酸化物とを混合し、第1の混合物を製造する段階と、
c)前記第1の混合物と水素化カルシウムとを混合し、第2の混合物を製造する段階と、
d)前記第2の混合物を完全に還元し、チタン金属を製造する段階と、を含み、
前記金属酸化物は、CaO、V2O5、Cr2O3、Nb2O5、MoO3、WO3、Y2O3及びZrO2からなる群から選択されることを特徴とする、チタン金属粉末の製造方法。 a) partially reducing each of the at least one metal oxide and the titanium oxide;
b) mixing the partially reduced metal oxide and titanium oxide to produce a first mixture;
c) mixing the first mixture and calcium hydride to produce a second mixture;
d) completely reducing the second mixture to produce titanium metal ;
Titanium, wherein the metal oxide is selected from the group consisting of CaO, V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , MoO 3 , WO 3 , Y 2 O 3 and ZrO 2 . Method for producing metal powder.
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