JPH03122205A - Ｔｉ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） 本発明は射出成形用原料としてのチタン粉末を水素化脱
水素法（以下ＨＤＨ法）によって製造する方法に関する
。

（従来の技術） チタン合金は比強度が高く、耐熱性、耐食性にも優れて
航空機等の材料として理想的な特徴を備えているが反面
、溶解、鍛造、切削などの加工性に難点がある。このた
め加工費の低減、歩留りの向上の観点から最終形状に近
い半製品を直接製造する技術として粉末冶金法が有望に
なっている。

粉末冶金によってチタン合金を製造する場合、原料とし
て純チタン粉末とチタン母合金粉末の混合粉末を用いる
方法およびチタン合金粉末を用いる方法の２通りがある
。前者の方法は両粉末の混合比を変えることにより種々
の組成の合金を安価に製造できることから有利な方法と
されている。

ＣＩＰ成形による粉末冶金用原料は原料の平均粒径とし
て５０〜２００ＩｎＲのものが主に使用され、ステンレ
ス鋼、Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｔｉ系等各種のものが製造されて
いる。より複雑な形状を製造することが狙いである射出
成形による粉末冶金用原料としては平均粒径８ｎの鉄系
、　Ｎｉ系、　Ｃｏ系、銅系なとメタル粉末が既に製造
されており、平均粒径を１０ｎ以下にすることで、射出
成形性が改善されている。しかし、射出成形用として平
均径を１０−以下とするチタン粉末の製造方法は未だな
い。

純チタンの粉末製造法としては金属チタンとして一般に
得られるスポンジチタンを機械的に粉砕して粉末とする
方法もあるが、スポンジチタンは展性に冨むためこれを
直接粉砕しても微粉末とすることは難しい。

また、スポンジチタンを溶解し電極状に成形した後これ
を電極として回転させながらプラズマアーク等により溶
解させて微粉末を得る方法（プラズマ回転電極法）があ
る。この方法によって得られる平均粒径は５０〜２００
即程度である。

また、スポンジチタンを水素化処理して脆弱なチタン水
素化物とし、これをボールミル等で粉砕してチタン水素
化物の微粉末としたのち、真空加熱などにより脱水素し
てチタン粉末を得る水素化脱水素法（ＨＤＨ法）による
方法が一般的に採用されている。

従来、この方法によって得られている平均粒径は１０１
ＩＴ！ｉより大きい。代表的な平均粒径の範囲は２０〜
３０−である、公知文献からみると、特開昭５６−２０
１０３号公報、特開平１−１３９７０６号公報記載の０
ＨＤＨ法により製造される粉末の粒度は各々（１）最大
粒径１５０μｍ、（２）粒度範囲０．５〜４０　ｐｒｎ
、平均粒径１５ｎであり、平均粒径が１０μｍ以下の粉
末製造の例は認められない。

特開昭５６−２０１０３号公報に記載されているＨＤＨ
法では脱水素温度は４５０°Ｃ以上、特に７００°Ｃ以
上であり、実施例１で７００〜７５０°Ｃで脱水素され
ている。

特開平１−１３９７０６号公報に記載されているＨＤＨ
法では脱水素温度は６５０　：Ｃから７００°Ｃが望ま
しいとしており、実施例では６００°Ｃ近傍より水素の
放出が開始され６５０〜７００°Ｃで活発になったこと
を述ベア００°Ｃで脱水素を実施している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、平均径が１０μｍ以下のチタン粉末を得
るために水素化チタンを１０μｍ以下として、従来脱水
素に好ましい温度６５０〜７００°Ｃで脱水素したとこ
ろ、粉体が１５０−以上に焼結し、粉砕できない程強固
な数鵬の塊状物となってしまい、平均粒径１０−以下の
チタン粉末を得ることはできなかった。

本発明は平均粒径が１０−以下のチタン粉末をＨＤＨ法
で製造する方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、水素化脱水素法によりチ
タン粉末を製造する方法において、水素化チタンを平均
粒径で１０μｍ以下に粉砕し、脱水素温度を３００〜６
００　℃１好ましくは４００〜６００″Ｃとすることを
特徴とするチタン粉末の製造方法にある。

（作用） （１）脱水素温度の低温化により粉体の塊状化を防止す
る。水素化チタンの平均粒径が１０ｎ以下になると粒度
分布の下限が広がりＩＩｎ！１以下といった超微粉の量
が増大する。超微粉の粒子は表面エネルギーが高く、高
温下で表面エネルギーを下げようと焼結を優先的に生じ
る。しかしながら、脱水素温度を低くすることで脱水素
中の焼結を抑制することができる。

６００°Ｃを越える温度では水素化チタンの脱水素中に
焼結し、脱水素に時間がかかり、また平均粒径１０頗以
下に粉砕し難い。

（２）脱水素温度の低温化により脱水素の時間が長くな
るおそれがあったが、水素化チタンを平均粒径１０頗以
下に粉砕するため、比表面積の増大が生じ脱水素速度の
低下は無視できるものである。

水素化チタンの脱水素が生じる活発な温度範囲を明らか
にする目的でロータリーポンプで排気しながら３−程度
の水素化チタンを４００°Ｃ／Ｈｒで昇温し容器内の圧
力を測定したところ、第１図のように４００〜６００　
’Ｃで圧力が高くなり、水素化チタンの脱水素が活発に
なっている状況を示した。

６００°Ｃを越えると圧力が低下し始め、水素化チタン
の焼結が開始し比表面積が低下して脱水素速度が低下し
たことを示した。

３００　’Ｃ未満の範囲では温度の上昇に伴い圧力が増
大しているが脱水素に好ましい温度４００〜６００°Ｃ
の際の圧力より２桁程低い場合があり、脱水素に好まし
い温度の場合より脱水素速度が非常に遅いことを示して
いる。３００°Ｃ以上では好ましい温度４００〜６００
°Ｃの際の圧力に近く１桁程度以内の場合があり、脱水
素速度が脱水素に好ましい温度の場合に近付いたことを
示している。

本発明を以下詳細に説明する。

金属チタンの圧延屑を原料とすることができる。

圧延屑表面は酸化しており、ショツトブラスト後、弗酸
、硝酸の混合液で酸洗し酸化被膜を取り除き使用する。

ここで、ショツトブラストと酸洗を組合せることが重要
であり、単に酸洗しただけでは酸化被膜は溶解に時間が
かかるのでショツトブラストにより、酸化被膜にクラッ
クを入れ、酸を酸化被膜と金属チタンの間に入れること
で溶解が促進する。また酸化被膜は固く、金属チタンの
圧延屑には種々の形状があるのでクランクを入れる方法
としてはショツトブラストが適当である。

このチタン圧延屑をステンレス鋼の容器に入れ、熱処理
炉に装入し容器に水素を供給し水素化処理を行なう。水
素化反応は水素分圧によって決まる解離温度よりわずか
に低くすることで良好に反応が進行する。水素化による
発熱の終了後、水素中で冷却し水素化処理を終了する。

このようにして水素化したチタンの水素化物は極めて脆
弱となり、回転ボールミル、あるいは振動ボールミルな
どの機械的な粉砕により平均粒径を１０−以下に粉砕す
ることができる。粉砕にあたってはＡｒ等の不活性ガス
雰囲気中で行い酸化防止策を充分に講じておく必要があ
る。粉末の平均粒径は粉砕方法、粉砕条件により制御す
る。

チタン水素化物の粉末からチタンと化合している水素を
除去すること（脱水素処理）により、チタン粉末を得る
。脱水素処理条件は通常行なわれている６５０℃以上と
すると平均粒径１０如以下のチタン水素化物が脱水素中
に焼結して、固い塊状物になってしまう。そこで、焼結
を抑制する目的で最高温度は６００°Ｃとすべきである
。４００℃／ＨｒＯ昇温下での脱水素中の圧力を調査し
た結果、３００°Ｃ以上、好ましくは４００〜６００°
Ｃで脱水素が活発になることを確かめたので、この温度
範囲を脱水素温度と規定した。

またこの処理においてチタン粉末の酸化及び窒化を防止
し同時に脱水素を完全に行うためには１０−５ｔｏｒｒ
以下の真空下で加熱処理することが望ましい。

脱水素処理によってチタン粉末は軽度に固結しているこ
とが多いが、これら固結した粉末は振動ボールミル、あ
るいは回転ボールミル等により再度粉砕することにより
水素化処理後に粉砕して調整した粉末粒度に近く戻すこ
とができる。この際の酸化防止も前述の場合と同様に必
要である。

（実施例） 金属チタンの圧延屑は１１００ｐ程度の酸化被膜があり
、０．５−の鉄製ボールでシッットを掛け、３％弗酸水
溶液３０％十硝酸７０％の酸洗液で酸洗し、エアーブラ
ストにより表面を乾燥させた。

第１表のＡに示すような成分のチタン圧延屑（概略寸法
、厚さ３ｍｍ、長さ３５ｃｍ）１ｋｇをステンレス綱製
容器（ＳＵＳ３０４，２０リツター）にいれ、これを熱
処理炉に装入して１　（Ｖ’　ｔｏｒｒの真空度に到達
後、１０°Ｃ／ｍｉｎで６００°Ｃまで昇温し容器中に
水素を導入しｌａｔｍとした。

直ちにチタン圧延屑は水素化反応を開始した。

３時間後、はぼ理論量の水素を吸収し、その後吸収速度
が低下したので、ｌａｔｍに維持して冷却した。チタン
水素化物を容器より取り出し、これを乳鉢で軽く潰し粒
径１關以下にしたのち、振動ボールミルで粉砕した。第
２図に粉砕時間と平均粒径の関係を示す。１０分程度の
粉砕で平均粒径が１０ｓ以下となり、６０分間粉砕して
第１表のＢに示す４８−以下で平均粒径３．５頗のチタ
ン水素化物の粉末を得た。

これを出発原料として脱水素の温度、時間を変更して脱
水素処理を行った。

水素化処理と同様な容器にこの粉体を入れ熱処理炉に収
め、１Ｏ−Ｓｔｏｒｒ以下の真空度に到達後、５５０　
’Ｃで、３時間加熱し、脱水素処理をした。

この間２００°Ｃ付近から水素の放出が開始され、４０
０℃から活発になった。脱水素反応中は放出水素のため
真空度は悪くなったが、反応が終了すると再び１０−’
　ｔｏｒｒ台に戻り高真空となった。

同様に、６３０℃で３時間加熱した場合と２７０°Ｃで
２４時間加熱した場合で脱水素処理をした。

高真空になったのちそのまま炉内で冷却し脱水素処理を
終了とした。純チタン粉末は脱水素処理後軽度に固結し
ているので再びＡｒガスで封入した振動ボールミルで５
分間粉砕した。

得られたチタン粉末ならびに比較のために従来のＨＤＨ
法によって製造されたチタン粉末（特開平１−１３９７
０６号公報記載の方法によるチタン粉末、および市販品
）の各々について成分及び粒度を第２表のＣ，Ｄ、Ｅ、
Ｆ　（特開平１−１３９７０６号公報記載の方法による
チタン粉末）、Ｇ（市販品）に示した。

第２表から分かるように本発明法によればＣに示すよう
に成分的に従来法と遜色なく平均粒径５、４　ｔｒｍで
射出成形に有効な平均粒径１０μｍ以下のものが得られ
る。一方、脱水素処理温度が本発明法より高い第２表の
Ｄでは水素が０．５４％と従来のものに比べ２桁程濃度
が高く、また平均粒径は５ｍｍ程度と大きく射出成形用
に適さない。脱水素処理温度が本発明法より低い第２表
のＥでは水素が１．５％と大きく、脱水素が不十分であ
り、Ｔｉ粉末冶金用として不適当である。

（発明の効果） 以上の如く、本発明により得られたチタン粉末は平均粒
径が１０ｎ以下と従来法では得られないものであり、こ
の微粉末は射出成形性に優れたものであり、チタン粉末
冶金に貢献する。

【図面の簡単な説明】

第１図は昇温脱水素中の真空度の例で、４００〜６００
℃で脱水素が活発であることを示す図、第２図はチタン
の水素化物を振動ボールミルで粉砕した場合の粉砕時間
と平均粒径の関係を示す図である。 第１図 ン皿 浅 （°Ｏン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素化脱水素法によりチタン粉末を製造する方法
   において、水素化チタンを平均粒径で１０μｍ以下に粉
   砕し、脱水素温度を３００〜６００℃とすることを特徴
   とするＴｉ粉末の製造方法。
2. （２）原料が金属チタンの圧延屑であり、水素化処理に
   先立ってショットブラスト処理と酸洗の組合せによりチ
   タン酸化被膜を除去する請求項１記載のＴｉ粉末の製造
   方法。