JPH02133502A - 金属系複合粉末の製造方法 - 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〉 この発明は、耐摩耗材料や耐熱材料の素材として好適な
“高融点・硬質化合物粒子と金属との複合粉末”の製造
方法に関するものである。

〈従来技術とその課題〉 −１１に、各種工具やロール類、或いはエンジン用ター
ビンブレードや高温用パイプ類等には高い耐摩耗性や耐
熱性が必要であり、これら特性の更なる向上要求は益々
高まっているが、近年では金属と炭化物、酸化物或いは
窒化物との複合材料の適用が注目を集めるようになって
きた。なぜなら、金属に対して融点の高い炭化物、酸化
物或いは窒化物から成る硬質粒子（以降、車に“硬質粒
子”と言う）を該金属中に分散させることにより、耐熱
性や耐摩耗性の著しい向上がみられるからである。

ところで、金属中に前記硬質粒子を分散させるとその材
質が極めて硬くなり、最終製品である工具やロール等に
するためには上記硬質粒子混入の粉末原料を冷間成形し
てから焼結すると言う、所謂“粉末冶金法”が利用され
ている。従って、前記硬質粒子との複合材料を粉末冶金
法にて製きするには、これらが出来るだけ均一に混ざり
合った複合粉末の製造が重要となっていた。

従来、上述のような複合粉末の製造手段としては、 八）機械的合金化法。

Ｂ）化学的合金化法（共沈法、内部酸化法）。

Ｃ）アトマイズ法を適用した複合粉末製造法。

等の方法が知られている。

上記「機械的合金化法」は、金属粉末にＹ　２０３やＡ
ｌｚ　Ｏ３等を混合してアトライター等の機械的混合に
より複合粉末を造る方法である。また「化学的合金化法
」は化学反応を利用する方法であって、このうちの“共
沈法”は水溶液から複合粉末を沈澱させる方法であり、
また“内部酸化法″は金属粉末中に予め酸化し易い金属
を添加しておいて、弱酸化性雰囲気にて該金属粉末を熱
処理し易酸化性元素のみ酸化させて複合粉末を造る方法
である。

しかし、「機械的合金化法」は金属粉末と硬質粒子との
複合化に莫大なエネルギーが必要な上、硬質粒子の分布
潤度や粒径等をコントロールすることが困難であり、量
産には不向きである。そして、「化学的合金化法」のう
ちの°共沈法“は出発素材の組合わせや硬質粒子の組成
に限界があるので一般的に適用できる手段とは言えず、
例えばＮｉ−Ｔｈ０ｚ系粉末の製造例が知られてはいる
ものの（他の組合わせは殆んど知られていない）やはり
量産には不向きなものであった。また、「化学的合金化
法」のうちの“内部酸化法”についても、出発素材の組
合わせに限界がある上、偏析及び酸化が一様でないので
生成する硬質粒子をもくろみ通りに均一分散させること
が極めて困難であった。

一方、「アトマイズ法を適用した複合粉末製造法」は、
更に次のように種類分けすることができる。

（ａ）　　溶湯流へ高融点硬質粒子を供給する方法。

（ｂ）　　噴霧媒中に硬質粒子を混合する方法。

（Ｃ１保持容器中の溶湯、或いは該容器の溶湯出口に硬
質粒子を添加する方法。

このうち「溶湯流へ高融点硬質粒子を供給する方法」は
、第２図で示すように金属溶湯流１へ硬質粒子２を供給
するか吹付けるかした後、噴霧媒３によって溶湯流を粉
砕する方法であるが、外から溶湯流に硬質微粒子を吹付
けても該粒子を溶湯流中に均一分散させることは困難で
あり、溶湯流径方向に不均一分布を生じることを避は得
ながった。また、「噴霧媒中に硬質粒子をン昆合する方
法」は、第３図で示すように噴霧媒３中に硬質粒子２を
混合し、溶湯流１の粉化時に硬質粒子を吹き込む方法で
あり、前述の“溶湯流に供給する方法”を改簿したもの
であるが、それでも均一分散に関してのコントロール性
に欠ける上、噴霧媒の衝突点近傍における複雑なガス流
れのためやはり硬質粒子を均一分散させることは非常に
困難であった。

そして、第４図で示される「保持容器４中の溶湯５に硬
質粒子２を添加する方法」では、溶湯と硬質粒子との密
度差によって硬質粒子の沈降又は浮上が起き易く、この
ためアトマイズ中に偏析を生じる場合が多い。更に、第
５図で示した「保持容器４の溶湯出口に硬質粒子２を添
加する方法」でもミクロ的な均一分散状態が得られにく
いと曾う問題点は避は得なかった。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者等は、従来の硬質粒子分散金属系複合粉末にみ
られる前記問題点を十分に踏まえた上で、硬質粒子が均
一に分散した金属系複合粉末を能率良く安定製造する方
法を提供すべく、特に、金属系粉末の量産方式としては
溶湯流を固体回転物や流体ジェットにより粉砕して粉末
化する低エネルギー型の“アトマイズ法”が適するとの
認識の下で研究を重ねた結果、以下に示す如き知見を得
るに至った。

（ａｌ　　金属中に分散させて耐摩耗性や耐熱性を向上
させる硬質粒子としては、金属に対して十分に融点が高
く、密度も溶融金属の密度に近いものが多い炭化物、酸
化物、硼化物及び窒化物が適してはいるが、アトマイズ
法を適用した何れの方法にも共通した問題は溶湯に対す
る硬質粒子の懸濁性の良否である。そして、これには溶
湯と硬質粒子の密度差は勿論であるが、特に硬質粒子の
粒子径及び硬質粒子と溶湯との濡れ性が大きく係わって
いて、硬質粒子が微粉であるほど溶融金属中に投入して
からの密度差による沈降・浮上が起こりにくい上、硬質
粒子と溶湯との濡れ性が良いほど分散性がよくなる。

（ｂｌ　　炭化物、酸化物、硼化物及び窒化物の中でも
、融点、密度、溶湯との濡れ性や非反応性等の面からは
ＺｒＣ，ＮｂＣ，ＭｏＣ，ＶＣ，ＷＣ，ＺｒＯ２゜Ｔｉ
Ｂｚ、ＺｒＢｚ＋　ＴｉＮ及びＺｒＮが金属中に分散さ
せる硬質粒子として極めて好ましいが、密度差の面は硬
質粒子を特に１μｍ以下とすることで、また濡れ性の面
ば硬質粒子の表面を周知の活性化処理でもって改善すれ
ば、上記特定の硬質粒子は勿論、炭化物、酸化物、硼化
物及び窒化物から選ばれたその他の硬質粒子であっても
十分に適用が可能である。

（Ｃ１従って、これらの点に留意してアトマイズ法を適
用すれば、従来法では得ることができない程に硬質粒子
が均一に分散されたところの、耐熱物品用、耐摩耗物品
用として好適な硬質粒子分散金属系複合粉末を安定して
量産することが可能となる。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、 ［金属溶湯流を固体回転物や流体シェフ）により粉砕し
て粉末とする金属粉末の製造方法において、粉化前の溶
融金属中に、溶融金属と濡れ性の良い表面を有する炭化
物、酸化物、硼化物又は窒化物の粒径１μｍ以下の高融
点微粉末（硬質粒子）を混合した後、これを粉砕するこ
とにより、硬質粒子が均一に分散された金属系複合粉末
を低エネルギーでもって量産性良く安定製造し得るよう
にした点」 に特徴を有するものである。

つまり、本発明は、混合方法の工夫のみに頼って品質の
安定性を欠いていた従来の硬質粒子分散金属系複合粉末
の製造法を“硬質粒子の物性”と言う観点から見直し、
該硬質粒子の物性を利用して、従来法におけるよりも低
い使用エネルギーの下で硬質粒子の分散状態が従来法に
おけるよりも著しく優れた金属系複合粉末を極めて安定
に製造することを可能としたものであるが、この方法で
適用する硬質粒子としては、前述した如く密度が溶融金
属のそれに近くて溶融金属中へ混入した場合ニ懸濁・分
散し易（ｒ’　ＺｒＣ１ＮｂＣ＋　ＭｏＣ１Ｖ　Ｃ＋Ｗ
Ｃ，Ｚｒ０ｚ、　Ｔｉｆ３ｚ、ＺｒＢ２．　ＴｉＮ並び
にＺｒＮ　のうちの１種又は２種以上を選ぶのが好まし
い。なお、これらの化合物は融点も十分に高く、溶融金
属中で溶解しにくい上、非常に高い硬度をも有している
つ ところで、硬質粒子は溶融金属中に懸濁し易いように粒
子径を１　ｐｍ以下に調整する必要があり、また出来れ
ば粒子形状を：き潤性の良好な不規則形状又は偏平形状
等とするのが良い。

ここで、硬質粒子の粒径を１μｍ以下と限定したのは、
該粒子径が１犀を超えた場合には溶融金属への！懸濁状
態が不安定となって均一分散状態が得られなくなるから
である。しかも、アトマイズ法で使用される“溶湯流を
造るためのタンプッシュ下部に設けられた溶湯ノズＪビ
の内径は一般に５〜１８ｍ１であって、硬質粒子径が大
きいとノズル詰まりを惹起し易く、この点からして粒子
径が１μｍ以下の方が望ましいことも実験経験的に確認
している。そして、本発明にて得られた複合粉末を適用
するのが好適な超硬合金、サーメノｈ、ＯＤＳ合金（酸
化物分散強化型合金）では、これら粒子径範囲の粉末も
十分に使用可能であり、何らの問題もない。

更に、硬質粒子表面の濡れ性が悪くて溶融金属中への）
！！濁・分散性に：ｉ、「がある場合には、該粒子表面
の活性化処理を施して濡れ性の向上を図れば良い。粒子
表面の改質には、 ａ）メカニカルフェージョンによる溶湯成分の主成分を
占める金属成分のコーティング ｈ）表面層の金属化（例えば、炭化物の場合にはＨｚｏ
、０□による脱炭層の形成、酸化物の場合にはＨ，、Ｃ
Ｏによるｙ元層の形成）等の如き手段が適用できる。

なお、複合粉末を製造するためのアトマイズ法としては
、遠心アトマイズ法、ガスアトマイズ法。

液体アトマイズ法等の何れを適用しても良い。

続いて、本発明を実施例によって更に具体的シ、こ説明
する。

〈実施例〉 第１図に示すような計ガスアトマイズ設備を用ぃ、Ａ、
ガスを搬送媒体とするインジェクション装置６によって
粒子径：０．２ＪＺＴＩｌのＺｒＣ微粉末７を吹込んで
懸濁させたタンデフシュ８内のＦｅ　　１３Ｃｒ合金（
１３Ｃｒ鋼）溶湯を流下させ、アトマイザ−ノズル９で
粉砕して凝固させることによりＺｒＣが分散した１　３
Ｃｒ系鋼複金粉末（Ｆｅ　−１３Ｃｒ合金：　９９ｗｔ
％、ＺｒＣ微扮末：１ｗｔ％）を製造した。

なお、用いたＺｒＣ粉末は予めＦｅ［Ｊ　ｚ　＋　）ｉ
　ｚ気流中で前処理し、ＺｒＣ表面にＦｅ原子を若干付
着させて溶湯との濡れ性を良好にしたものであった。

次に、このようにして得られた複合粉末についてＺｒＣ
の分散度を調査したが、該粉末に関する粒度別のＺｒＣ
分析値を整理して第１表に示した。

第　　　１　　　表 上記第１表に示される結果からも明らかな如く、粒度別
におけるＺｒＣの分散度は極めて良好であることが分か
る。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、高融点・硬質
化合物が極めて均一に分散した金属系複合粉末を従来よ
りも低い製造エネルギーの下で安定して量産することが
可能となるなど、産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例での複合粉末製造例を説明した概念図
である。 第２乃至５図は、従来の複合粉末の製造法を説明した概
念図である。 図面において、 １・・・金属溶湯流、　　　２・・・硬質粒子。 ３・・・噴霧媒、　　　　　４・・・溶湯保持容器。 ５・・・溶湯、　　　６・・・インジェクション装置。 ７・・・ＺｒＣ９粉末、　　　８・・・タンデイツシュ
９・・・アトマイザ−ノズル。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属溶湯流を固体回転物や流体ジェットにより粉砕して
   粉末とする金属粉末の製造方法において、粉化前の溶融
   金属中に、溶融金属と濡れ性の良い表面を有する炭化物
   、酸化物、硼化物又は窒化物の粒径１μｍ以下の高融点
   微粉末を混合した後、これを粉砕することを特徴とする
   、金属系複合粉末の製造方法。