JPH01136908A - 金属粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、超音速・超音波振動を有するアトマイズガス
を使用する、いわゆる超音波ガスアトマイズ法による金
属粉末の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、金属微粉末の好適な製造方法として超音波ガスア
トマイズ法（以下、ＵＧＡ法という。）が注目されてい
る。この方法は、第３図および第４図に示すように、タ
ンディツシュ２１に貯えられた金属溶湯２７を溶湯ノズ
ル２２からチャンバー２４内に流下させ、溶湯ノズル２
２の先端部に近接した位置で溶湯流にＵＧＡノズル２３
から超音速、超音波振動を有する高圧のアトマイズガス
を対向状にかつ斜め下向きに噴射して、溶湯流を分裂粉
化させると共に急冷を行って金属粉末を製造する方法で
ある。同図において、２５は製造された金属粉末２８を
集積し回収する回収容器である。

ＵＧＡ法にお・いても、−ａのガスアトマイズ法と同様
、Ｐｏｗｄｅｒ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ　ｖｏｌ。

１Ｂ　（１９８６）　Ｐ　３３８〜３４０　、Ｐ　４２
２〜４２４において明らかにされた通り、得られた金属
粉末の粒度は、単位時間の溶湯流の流量とアトマイズガ
ス流量の比に依存することが知られている。勿論、粉末
粒度は、装置構成、アトマイズガスの種類、ガス圧。

アトマイズノズル等の他の因子によっても変化するが、
これらは操業に当って一定であるため、−定粒度の粉末
を得るには、上記溶湯とアトマイズガスの流量比を一定
とする方策が採られる。

（発明が解決しようとする問題点） −ｉに、ガスアトマイズ法においては、溶湯流の粉化が
行われる、アトマイズガス流の交点近傍では、 ■　ガス流の衝突による上方向へのガスの流れ■　ガス
流の流速や流れの形態による圧力変動が生じることが知
られている。

前記■項は、溶湯流出口からの距離に太き（依存し、あ
る程度以上離れると無視することができる。従って、従
来、ガスアトマイズ法で使用されている自由落下型アト
マイズノズル３３では、第５図に示すように、タンディ
ツシュ３１底部に開設された溶湯流下口３２とガス流交
点とが離れているので、■項によるノズル閉塞の問題は
あるものの、■項による影響はほとんどなく無視するこ
とができた。これに対して、ＵＧＡ法では、第４図に示
すように、溶湯ノズル２２の先端部とＵＧＡノズル（所
謂、拘束型ノズルと呼ばれている。）２３から噴射され
たガス流交点とが近接しているため、■項による圧力変
動が溶湯ノズルから流下する溶湯流量ひいては粉末粒度
に大きな影響を及ぼす。

前記圧力変動は、ガス流の交点と溶湯ノズルの先端との
位置関係や溶湯ノズルの先端部形状によって定まる。先
端部形状は設備仕様により一定であるから、現実には、
圧力変動ΔＰは溶湯ノズルの位置によって定まると考え
てよく、先端位置が上下方向にわずか数量変化すると、
溶湯ノズル先端部のＡＰは数十ｋ　Ｐ、の正圧（吹き上
げ）から数＋ｋ　Ｐａの負圧（吸引）まで変化すること
が先の技術文献によって明らかにされている。

この圧力変動は、単位時間の溶湯流量を変化させ、ガス
流量と溶湯流量との比を変え、粉末の粒度を変化させる
。このため、ＵＧＡ法は、溶湯ノズル２２をＵＧＡノズ
ル２３に対して上下方向に位置調整することによって、
溶湯ノズル２３の先端部に作用するＡＰを調整すること
ができ、これによって粉末粒度を容易に変更できるとい
う、従来のガスアトマイズ法にない特長を有している。

その反面、ＵＧＡ法は、所定の粉末粒度（目標値±１０
％の粉末粒径を意味する。）を得るためには、溶湯ノズ
ルとアトマイズガスノズルとの上下方向位置関係を厳密
に調整する必要があった。−般に、ガス噴射口の内径は
１薗程度であり、ガス流速の変化は１／１００＋ｎａ＋
程度の位置の違いでも生じるため、溶湯ノズルには１／
１００ｍ単位の加工、位置決め精度が必要とされる。こ
のため、所定粒度の粉末の製造が非常に困難な状況にあ
った。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、ＵＧＡ法
において、溶湯ノズルの加工暗度や位置決め精度に高精
度を要せず、容易に所定粒度の金属粉末を製造すること
ができる方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために採られた本発明の金属粉末の
製造方法は、タンディツシュに貯えられた金属溶湯を溶
湯ノズルからチャンバー内に流下させ、溶湯ノズルの先
端部に近接した位置で溶湯流にアトマイズノズルから超
音速・超音波振動を有するアトマイズガスを噴射して、
溶湯流を粉化すると共に急冷する金属粉末の製造方法に
おいて、チャンバーの内圧を調整して所定粒度の金属粉
末が得られるように溶湯流の流量を調整することを発明
の構成とするものである。

（作　　用） 溶湯流の流量Ｑは、装置構成、金属溶湯成分、金属溶解
温度が決まれば、溶湯ノズルからの溶湯流出速度■で代
表することができ、このＶについでは、下記式の関係が
成り立つ。

Ｖｏｃ　（（Ｐ−＋　９ｇｈ　　Ｐｃ　　ＡＰ　）　／
　ρ）　　−−（１）ここで、 Ｐｓ　：タンディッシュ内溶湯自由表面の背圧ρ　：溶
湯の密度、　ｇ：動力加速度 ｈ　：溶湯ノズル先端部と溶湯自由表面との高度差 Ｐ、：チャンバー内圧 ΔＰ：アトマイズガスによって生じる溶湯ノズル先端部
の圧力変動 従って、（１）式の右辺を一定の値に保てば、溶湯流量
は一定となり、所定の粉末粒度が得られる。

（１）式において、ρは金属成分によって定まり一定と
考えてよいから、結局、粉末粒度は下記式で表されるＨ
によって決まるものと考えられる。

Ｈ＝Ｐ、＋ρｇｈＰｃ−ΔＰ　　・・・・−・・−（２
）今、所定粒度の粉末製造条件をＨｏとすると、Ｈｏは
下記式で表される。

Ｈ，＝Ｐ、。　＋ρｇｈｏ　　Ｐｅａ−ΔＰ、　　−・
−・（３）一方、前記所定粒度を目標として製造した場
合の製造条件をｎｌとすると、Ｈｌは下記式で表される
。

Ｈ，＝Ｐ□十ρｇｈ、　　Ｐｃ＋　　−ΔＰ１・・・・
・・（４）従来、Ｐ＝＋＝Ｐ−ｏ　、ｈｌ　＝ｈＯ、Ｐ
ｅｏ＝ＰＣ＋とじて操業されており、結局、製造条件に
おいて、ｄｌＨ＝ＨＩ　−ＨＯ＝−（ΔＰ、−ΔＰ、　
）　・（５）が顕著に溶湯流量に影響したわけである。

即ち、ｄＨは溶湯ノズルの加工誤差や位置誤差によって
生じたものであり、このｄＨを０にするために、厳しい
加工精度や位置決め精度が求められていたのである。

本発明においては、ＰＣを調整することにより、（ΔＰ
、−ΔＰｏ）をそのまま存在させた状態で、ｄｔｒ＝−
（ｐｃ、−ｐｃｏ　）−（ΔＰ、−Δｐ０）＝０・・・
・・・・・・（６） とするものである。

ここで、Ｐ　ｃ＋　＝Ｐ　ｃｏ＋ΔＰｅとおくと、（６
）式％式％ となる。即ち、本発明は、ＰｃＯにΔＰＣを与えること
によって、溶湯ノズルの加工誤差や位置誤差によって生
じたΔＰの変動（ΔＰ１−ΔＰ、）を解消し、ＨＩ＝Ｈ
６として所定の溶湯流量を確保し、ひいては所定の粉末
粒度を得るものである。

例えば、ΔＰ０−ΔＰＩ　＝１０ｋ　Ｐ、とすると、Δ
Ｐｃは＋１０ｋ　Ｐ、となり、チャンバーの内圧を１０
ｋ　Ｐ、増圧すれば、所定の粉末粒度が得られる。

また、ΔＰ０−ΔＰ＋　＝　　１０ｋ　Ｐ、であれば、
ΔＰｃ＝−１０ｋ　Ｐ、となり、内圧を１０ｋ　Ｐ、減
圧すればよい。

尚、ΔＰｏ、ΔＰ１の値は、溶湯ノズルをセットした後
、溶湯流を流下させることなく、所定のアトマイズガス
を噴出させることにより、容易に測定される。

（実施例） まず、本発明を実施するためのＵＧＡ装置の概略を第１
図に基づいて説明する。

第１回に示したＵＧＡ装置は、金属溶湯１３を貯えるた
めのタンディツシュ１と、該タンディツシュ１の底部よ
り下方へ延設された溶湯ノズル２の先端部下方近傍位置
でノズルから噴射した超音波アトマイズガスを交叉させ
るようにしたＵＧＡノズル３と、該ＵＧＡノズル３の下
部に連設されたチャンバー４とで構成されており、チャ
ンバー４にはサイクロン６が接続され、該サイクロン６
に製造された金属粉末１４を集積し回収するための回収
容器５が備えられている。１１は内圧測定用の圧力計で
ある。

前記サイクロン６の上部開口は、ダンパ付排風機８の吸
気管９に接続され、排風ｍ８の排気管１０には圧力放散
弁１１が設けられている。

チャンバー４の内圧を減圧する場合は、排風機８を作動
させる。この場合、排風量をダンパで調整することによ
って減圧量を調整することができる。一方、内圧を増圧
する場合は、圧力放散弁１１の放散設定圧を高めればよ
い。尚、内圧調整を排風機の回転数制御によって行って
もよいことは勿論である。

上記の装置を用いて、平均粉末粒径７０μｍを目標とし
た操業実施例を以下に示す。

本装置の過去の操業データでは溶湯ノズル先端部の圧力
変動ΔＰ０が一１９ｋ　Ｐ、の時に平均粒径７０　ｐ　
ｍの粉末が得られていた。そこで、その際の溶湯ノズル
の取付位置を目安にして、溶湯ノズルを取り付け、圧力
変動ΔＰ、を測定した。（ΔＰ。−ΔＰＩ）の差圧を排
風機又は圧力放散弁の設定圧変更によって発生させ、Δ
Ｐ、＝ΔＰ０−ΔＰ１をチャンバーの内圧ｐ　ｃｏに付
加し、ｄＨ＝−ΔＰｃ−（ΔＰ、−ΔＰａ）＝＝Ｏとな
るように調整してアトマイズを実施した。尚、アトマイ
ズガスとしては窒素ガスを用いた。ガス圧は従来と同様
６０ｋ　Ｐ、とじた。タンディツシュ内の溶湯レベル、
溶湯ノズル口径、チャンバー内圧等の他の製造条件は従
来と同様とした。

その結果を第１表に示す。

第１表 注　　ΔＰａ　＝　　１９ｋ　ｐＨ 同表より、何れも目標値７０μｍに対して±１０％の誤
差内に収まっていることが確認された。

尚、内圧を調整しない場合、溶湯ノズルの位置誤差１／
１０ｍｍに対して、ＩΔＰ、−ΔＰ、１＝５ｋＰ、、溶
湯流量の変化＃０．３　ｆ／ｍｉｎ　、粒度変化Ｌ−，
１０〜３０μｍ程度であった。

ところで、実施例で使用したＵＣ，Ａ装置を使用して、
溶湯ノズルの上下方向位置とチャンバー内圧調整後の粉
末平均粒径との関係を調べたところ、第２図に示す結果
が得られた。同図において、ａはＵＧＡノズル上面から
溶湯ノズル先端までの距離、Ｄ８はａのときに得られた
粉末平均粒度である。

第２図より、内圧調整によって、溶湯流量を一定に保っ
ても、溶湯ノズルの位置誤差が３／１０ｍｍ以上あると
所定粒度の粉末が得られないことが判明した。これは、
アトマイズガス流の状態自体がノズル等の位置関係に伴
って変化し、ガス流の有するエネルギーを溶湯流の粉化
に転化する効率が変化するためと考えられる。従って、
本発明を実施するに当っては、溶湯ノズルの加工、位置
決め精度は、共に１／１０ｉｕｎ程度として、圧力変動
ΔＰに寄与する誤差の累積を２／１０ｍｍ程度とし、内
圧の最大調整範囲として±１０ｋ　Ｐａ程度とすること
が望ましいと考えられる。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の製造方法によれば、溶湯ノ
ズルの加工精度や位置決め精度を従来のように１／１０
０ｍｍ単位で調整する必要がない。従って、所定粒度の
粉末の製造に当り、溶湯ノズルの加工や操業時の設置を
極めて容易に行うことができ、所定粒度の金属粉末を容
易に、かつ再現性良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で使用したＵＧＡ装置の説明図、第２図
は溶湯ノズル上下方向位置と粉末平均粒径との関係を示
すグラフ図、第３図は従来のＵＧＡ装置の説明図、第４
図はＵＧＡノズルの断面説明図、第５図は従来の自由落
下型アトマイズノズルの断面説明図である。 １・・・タンジイッシュ、２・・・溶湯ノズル、３・・
・ＵＧＡノズル、４・・・チャンバー、１３・・・金属
溶湯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）タンディッシュに貯えられた金属溶湯を溶湯ノズ
   ルからチャンバー内に流下させ、溶湯ノズルの先端部に
   近接した位置で溶湯流にアトマイズノズルから超音速・
   超音波振動を有するアトマイズガスを噴射して、溶湯流
   を粉化すると共に急冷する金属粉末の製造方法において
   、 チャンバーの内圧を調整して所定粒度の金属粉末が得ら
   れるように溶湯流の流量を調整することを特徴とする金
   属粉末の製造方法。