JPH04247810A

JPH04247810A - 金属粉末の製造方法

Info

Publication number: JPH04247810A
Application number: JP791491A
Authority: JP
Inventors: Shinya Okamoto; 晋也岡本; Takahisa Takano; 恭寿高野; Yoshihiro Hanazaki; 花崎　義広
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-01-25
Filing date: 1991-01-25
Publication date: 1992-09-03
Anticipated expiration: 2015-01-24
Also published as: JP3002270B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アトマイズ法により金
属粉末を製造する方法に関し、所望の粒度分布の金属粉
末が得られる金属粉末の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アトマイズ法とは、タンディッシュより
流下する溶融金属流、すなわち溶湯流に噴霧媒のジェッ
トを当てて金属粉末を製造する方法である。図６に、ア
トマイズ法を実施するための製造設備の概要を示す。図
６において、タンディッシュ２１の底部には溶湯ノズル
２２が取りつけられていて、この溶湯ノズル２２の底部
に開口した溶湯流下孔２３より金属の溶湯流２５が流下
する。溶湯流下孔２３は、ストッパー２８により開閉自
在である。タンディッシュ２１の下方には、ノズル装置
２６が設けられ、さらにノズル装置２６の下方には、上
面が開口した筒状のチャンバー２９が配置されている。ノズル装置２６は、ノズル本体２６Ａとこれに取りつけ
られているノズルチップ２６Ｂとから構成されている。対向するノズルチップ２６Ｂの噴出口より噴射された噴
霧媒はジェット２７を形成し、ジェット２７はチャンバ
ー２９内でθの角をなして交差している。この交差部に
溶湯流２５を流下させると、この部分でジェット２７の
衝突力により溶湯流２５が分断され、凝固して粉末化す
る。生成した金属粉末３０は、チャンバー２９内を落下
して、チャンバー２９底部に集積し、回収される。

【０００３】粉末冶金分野に使用される鉄系または低合
金鋼粉は、一般に平均粒径５０〜１００μｍで、粒度分
布の幅は狭い方が好ましい。また、金属粉末を溶射に使
用する場合も、粗粉はプラズマ中で溶融されず、微粉は
蒸発するおそれがあるために、粒度分布の幅は狭い方が
好ましい。このように粒度分布の幅が狭い粉末を得るた
めに、アトマイズ法で製造した粉末を乾燥した後、分級
することによって、所定範囲外の粒径を有する粉末を分
離除去している。

【０００４】一方、複雑で精密な３次元構造部品の射出
成形分野では、射出成形時の流動性、焼結性の観点から
、タップ密度が高くなるように、金属粉末の粒度分布の
幅は広い方が好ましい。このように、粉末の用途により
要求される平均粒径、粒度分布が異なるので、アトマイ
ズ法において、粒度分布、平均粒径を所望範囲に制御す
ることが望まれている。

【０００５】アトマイズ法により得られる粉末の平均粒
径は、一般に噴射ノズルを流通する噴霧媒の噴射圧力を
調節することによって制御される。一方、粒度分布は圧
力を変化させるだけでは殆ど変化させることができない
ので、一般に溶湯径を調節することにより制御している
。この場合、圧力を上昇させると平均粒径は低下し、溶
湯径を小さくすると、粒度分布の幅が狭くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら溶湯径に
より粒度分布幅を制御する場合、以下のような問題があ
る。例えば、粒度分布幅を狭くする場合、溶湯径を小さ
くする必要があるが、溶湯径を小さくするだけでは平均
粒径も低下するので、平均粒径を一定にするためには、
噴霧媒の噴射圧力も下げる必要がある。しかし、噴霧媒
の圧力及び溶湯径の両方を低下させると、生産速度が低
下する。

【０００７】一方、平均粒径を変えることなく粒度分布
幅を広くする場合、溶湯径を大きくし、溶湯径に応じて
平均粒径が大きくなった分だけ、粒径を下げるように噴
霧媒の圧力を大きくしなければならない。噴霧媒の圧力
を上昇させると噴霧媒量も増加するがその増加の程度が
小さいために、単位時間当たりの溶湯流量に対する噴霧
媒量は少なくなる。その結果、生成粉末の冷却に時間が
かかり、得られる粉末は一般に球状となる。球状の粉末
は、射出成形分野では好ましくない。

【０００８】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、溶湯径を変えることなく
、また単位時間当たりの溶湯流量に対する噴霧媒量を少
なくすることなく、所望の粒度分布幅を有する金属粉末
を製造する金属粉末の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の金属粉末の製造
方法は、溶融金属流に、噴射ノズルから噴射した噴霧媒
のジェットを当てることにより金属粉末を製造する方法
において、該噴射ノズルの噴出口に至る噴霧媒の流路内
に、該流路を流れる噴霧媒の整流度合いを調節するため
の制御具を設けて、該制御具を取り替えることによって
、粒度分布の異なる金属粉末を製造する。

【００１０】ここで、噴出口とは噴射ノズルにおいて、
噴霧媒を噴射するためのノズルの先端の開口部をいい、
その形状は穴状、スリット状などいずれでもよい。噴霧
媒は、液体あるいはガスのいずれであってもよい。制御
具とは、ノズルの噴出口に至るまでの流路に設けられて
、噴霧媒の整流度合いを調節するものである。制御具の
形状、大きさ等によって整流度合いは異なるので、所望
とする粒度分布幅に応じて制御具を選択する。

【００１１】

【作用】噴霧媒が制御具を通過すると、該制御具の大き
さ、形状等に応じて、噴霧媒の流れの状態すなわち整流
度合いが変化し、噴霧媒の整流度合いに応じて噴出口か
ら噴射されるジェットの広がり幅及び厚さが変化する。その結果、ジェットの横断面積が変化し、ジェットの単
位面積当たりの流量すなわち噴霧媒の流量密度の分布が
変化し、さらには、ジェットの溶湯流に対する衝突力の
分布が変化する。従って、流路内に設ける制御具を取り
替えてジェットの衝突力分布の幅を変化させると、噴霧
媒の圧力、流量が一定の下でも生成される金属粉末の粒
度分布幅を大きく変化させることができる。

【００１２】例えば、ノズル流路内に流れの状態を整流
するための制御具を設けると、ノズルの噴出口に至るま
での噴霧媒の供給路のベンドやエルボ部分で生じた乱流
が整流されて、噴出口から噴射されるジェットの幅、厚
さは小さくなる。従って、噴霧媒の圧力、流量が一定の
条件下では、流量密度は制御具を設けないときよりも増
加し、ジェットの衝突力分布の幅は狭くなり、単位面積
当たりの衝突力は大きくなる。このようなジェットを溶
湯流に衝突させると、粒度分布幅が狭い金属粉末を生成
する。

【００１３】一方、ノズル流路内に流れの状態を乱流に
するような制御具を設けると、噴霧媒の供給路で生じた
乱流が一層乱される。この結果、噴射されるジェットの
幅、厚さは広くなる。また、噴霧媒の圧力、流量が一定
の条件下では、流量密度は制御具を設けないときよりも
減少する。従って、ジェットの幅に対応して衝突力分布
の幅が広くなり、かつ単位面積当たりのジェットの衝突
力が小さくなる。このようなジェットを溶湯流に衝突さ
せると、生成粉末の平均粒径は大きくなるとともに、粒
度分布の幅が広くなる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図３はノズル装置の噴射ノズルを示してお
り、該噴射ノズルは、ノズルチップ５とこの先端に取り
つけられたチップ先端部材６とから構成されている。チ
ップ先端部材６の先端はスリット状に開口しており、こ
のスリット部分が噴出口３を構成している。

【００１５】図１では、この噴射ノズルの流路４に、４
枚羽を有する十文字型の制御具１１が挿入固定されてい
る。制御具１１の側面図を図１（１）　に示す。制御具
１１を挿入固定した噴射ノズルの断面、及びこの噴射ノ
ズルを用いて、噴霧媒として一定量の水を噴射したとき
のジェット７１の断面を図１（２）に示す。流路内の水
流は制御具１１を通過したことにより整流されるので、
噴出口３から噴射されるジェット７１の拡散の度合いは
小さい。

【００１６】該制御具１１を有する噴射ノズルから噴射
されるジェット７１の厚さ方向における各部の衝突力を
測定した。衝突力は、噴出口３から一定距離Ｌ離れたと
ころにジェットの流動方向と直角に受圧面を配置し、こ
の受圧面がジェットにより受けた圧力をロードセルで測
定した。得られた衝突力分布を図１（３）　に示す。図
１（３）　において、衝突力分布の幅Ｗ１　は噴出口３
から一定距離Ｌ離れたところのジェットの厚さＷ１　に
相当する。同図より、ジェットの中央部分では衝突力が高く、チッ
プ先端部材６の壁面近傍では噴霧媒の摩擦損失が大きく
なるためジェットの上下表面部では急激にジェットの衝
突力が低下していることがわかる。従って、制御具１１
を設けると、粒度分布幅の狭い金属粉末が得られる。

【００１７】図２では、噴射ノズルの流路にリング型の
制御具１２が挿入されている。制御具１２の側面図を図
２（１）　に示す。制御具１２を挿入固定した場合の噴
射ノズルの断面、及びこの噴射ノズルを用いて図１と同
量の水を噴射したときのジェット７２の断面を図２（２
）　に示す。制御具１２は流路径を急激に縮小するもの
であるから、制御具１２を通過した出口部において水流
の一部は縮流を起こし、乱流が生じる。このように縮流
を起こした状態で噴出口３から噴射されると、ジェット
７２は制御具１２を設けないときに噴射されるジェット
よりも拡散の度合いが大きい。

【００１８】噴出口３から一定距離Ｌにおけるジェット
７２の幅方向断面の衝突力を図１と同様の方法で測定し
た。得られた衝突力分布を図２（３）　に示す。図２（
３）　において、衝突力分布の幅は噴出口３から一定距
離Ｌ離れたところのジェットの幅Ｗ２　に相当する。流
量密度の低下に伴って衝突力も低くなり、水ジェットの
幅Ｗ２　が広くなったことに対応して衝突力分布も幅広
くゆるやかになる。従って、制御具１２を設けると、粒
度分布幅の広い金属粉末が得られる。

【００１９】尚、図３は制御具を設けない噴射ノズルを
示す。このときの噴射ノズルの断面及び図１と同量の水
を噴射したときのジェット７３の断面を図３（１）　、
ジェット７３における噴出口３から一定距離Ｌの幅方向
断面の衝突力分布を図３（２）　に示す。制御具を設け
ていないので、噴出口に至るまでのベンドやエルボ部分
で生じた乱流が整流されることなく噴射される。よって
、噴射されたジェットの幅Ｗ３　は図１のジェットの幅
Ｗ１　よりも大きく、図２のジェットの幅Ｗ２　よりも
小さい。このことは、衝突力分布の幅についても同様で
ある。また、ジェットの幅に対応して衝突力についても
、ジェット７３の衝突力はジェット７１よりも小さく、
ジェット７２よりも大きくなる。

【００２０】なお、本発明はチップ先端部材を取りつけ
るタイプのノズルチップに限らず、ノズルチップの先端
の開口部が、直接噴出口を構成するタイプの噴射ノズル
を用いてもよい。また、制御具はチップ先端部材に固定
する場合に限らず、噴出口に至るまでの噴霧媒の流路内
であればどこに設けてもよい。ノズルチップが単独で噴
射ノズルを構成している例を図４に示す。図４において
、制御具１１は、ノズル本体１の内部のノズル室１０と
ノズルチップ２との間の噴霧媒の流路内に設けられてい
る。

【００２１】以下、具体的実施例を掲げる。〔実施例１〕図１及び図３の噴射ノズルを、溶射用ニッ
ケル基自溶合金粉末の製造に適用した。溶射用ニッケル
基自溶合金粉末は、粒径４４〜２５０μｍ、特に粒径７
５μｍ程度の粉末が好ましく、粒度分布の幅は狭い方が
好ましい。

【００２２】アトマイズ条件は、溶湯径６ｍｍとして、
生成粉末の平均粒径７５μｍとなるようにノズルを流通
する水の圧力を決定した。図１では水圧５ＭＰａ　、図
３では水圧７ＭＰａ　であった。生成粉末の粒度分布を
、粒径に対する積算フルイ下（％）で確率対数グラフに
表し、その結果を図５に示す。図５で得られた直線の傾
きからから、生成粉末の粒径分布に関する幾何標準偏差
を求めた。幾何標準偏差の値が大きい程、粒度分布の幅
が広い。また、４４μｍ以下及び２５０μｍ以上の微粉
を分級により除去し、４４〜２５０μｍの歩留り（％）
を測定した。

【００２３】粉末製造条件並びに生成粉末の粒度分布の
幾何標準偏差、及び粒径４４〜２５０μｍの歩留り（％
）を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１より、流路４に制御具１１を設けると
、生成粉末の粒度分布の幅が狭くなり、歩留りの割合も
増加することがわかる。〔実施例２〕図２及び図３の噴射ノズルを、ＳＵＳ４３
０の射出成形用粉末の製造に適用した。射出成形用粉末
は、射出成形時の流動性と成形品の強度の点からタップ
密度が高い方が好ましい。タップ密度は、粒度分布幅が
広い方が高くなる。

【００２６】アトマイズ条件は、溶湯径４．０ｍｍとし
て平均粒径９．５μｍとなるように、図２では水圧を９
０ＭＰａ　、図３では水圧を７０ＭＰａ　とした。粉末
製造条件並びに生成粉末の粒度分布の幾何標準偏差、及
びタップ密度及び流動度を表２に示す。尚、同表におい
て、粒度分布の幾何標準偏差は実施例１と同様の方法で
算出した。流動度は、試験容器に粒径８〜１０μｍの粉
末とバインダ（７．５重量％）とのスラリーを入れ、温
度４４３Ｋにて押し出し圧力１３７９ｋＰａ　で射出し
たときの噴出口からでるスラリー量（ｇ／ｍｉｎ　）を
示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２より、ノズルの流路に制御具１２を設
けた方が、生成粉末の粒度分布の幅が広く、タップ密度
が大きいことがわかる。また、流動度も図２により生成
される粉末の方が大きいことがわかる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属粉末
の製造方法によれば、流路に設ける制御具を取り替える
ことにより、噴霧媒の整流度合いを変えることができ、
これによってジェットの衝突力分布を変化させるので、
溶湯流量を変えることなく、生成粉末の粒度分布の幅を
広狭に制御することができる。

【００３０】この際、噴霧媒の整流度合いを下げて粒度
分布の幅を広くすると平均粒径も上がるが、平均粒径を
下げるために圧力を上げても、噴霧媒量は減少すること
がないので、溶湯流量に対する噴霧媒量が減少せず、金
属粉末の冷却速度も低下しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御具の断面図、及びこの制御具
をを設けたときのノズルの断面図、及び該ノズルから噴
出されたジェットの衝突力分布を示す図である。

【図２】本発明に係る他の制御具の断面図、及びこの制
御具を設けたときのノズルの断面図、及び該ノズルから
噴出されたジェットの衝突力分布を示す図である。

【図３】制御具を設けていないノズルの断面図および該
ノズルから噴出されたジェットの衝突力分布を示す図で
ある。

【図４】本発明に係る制御具を設けたときの噴射ノズル
の構成を示す断面図である。

【図５】実施例に係る金属粉末の粒度分布を示す図であ
る。

【図６】アトマイズ法により金属粉末を製造する場合の
設備の概要図である。

【符号の説明】

１１、１２　　制御具３　　噴出口４　　流路５　　ノズルチップ６　　チップ先端部材７１、７２、７３　　ジェット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　溶融金属流に、噴射ノズルから噴射し
た噴霧媒のジェットを当てることにより金属粉末を製造
する方法において、該噴射ノズルの噴出口に至る噴霧媒
の流路内に該流路を流れる噴霧媒の整流度合いを調節す
るための制御具を設けて、該制御具を取り替えることに
よって、粒度分布の異なる金属粉末を製造することを特
徴とする金属粉末の製造方法。