JPH0463205A - 低見掛け密度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、粉末冶金用、電気材料用等の原料として使用
され、特に冷間での成形性が優れた低見掛は密度の金属
粉末を製造する方法に関する。

［従来の技術］ たとえば、圧粉成形した金属粉末を焼結し所定形状の製
品とする粉末冶金においては、金属酸化物や塩化物等を
金属状態に還元した還元粉が従来から使用されている。

この還元粉は、一般に低見掛は密度であり、冷間での成
形性に優れている。

しかし、還元工程が必要とされるため、金属粉末を得る
までに多数の工程や時間が消費される。

そこで、比較的容易にしかも多量に金属粉末を生産する
ことができる方法として、水アトマイズ法が採用される
ようになってきた。この方法は、溶融金属の下降流に対
して高圧水を吹き付け、溶融金属を微細な液滴に分散さ
せ、急冷凝固することによって粉末を製造するものであ
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、水アトマイズ法で製造された金属粉末は、−
射的に球状化が進んだものであり、比表面積が小さくな
っている。そのため、見掛は密度が高く、冷開成形性に
劣っている。

この水アトマイズ粉の見掛は密度を下げ成形性を改善す
るため、これまで種々の研究が行われている。

たとえば、水アトマイズ法で得られた金属粉末に還元焼
鈍を施し、粉末相互を付着結合させた複雑形状にするこ
とによって成形性を改善する方法が、特開昭５８−８１
９０３号公報で紹介されている。また、特開昭５９−５
９８１０号公報においては、還元焼鈍時に凝集した生銅
粉を解砕した後、ふるい上部分を更に軽度に解砕してい
る。

しかし、その多くは、水アトマイズ後の粉末に対して何
らかの熱処理を施すことにより、微細な粉末相互を凝集
させ、見掛は密度を低下させるものである。そのため、
水アトマイズ後に余分な工程が付加されることになる。

他方、水アトマイズままの粉末の見掛は密度を低下させ
る実用的な手段が少ないのが現状である。

本発明は、このような問題に鑑み案出されたものであり
、特定温度に維持された溶融金属に対して水アトマイズ
を行うことによって、水アトマイズ後に熱処理等の工程
を経ることなく、見掛は密度が低く冷間成形性に優れた
金属粉末を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、その目的を達成するために、流下する溶融金
属に高圧水を噴射して粉化し金属粉末を製造する水アト
マイズ法において、液相線温度より３０−１２０℃高い
温度に前記溶融金属を維持し、該高温状態の溶融金属を
流下させることを特徴とする。

ここで、溶融金属の下降流に対して、頂角が２２〜４４
度の下向き円錐形状水腹として高圧水を吹き付けること
が好ましい。

［作　用］ 発明者等は、水アトマイズ法において高圧水により溶融
金属が急冷・凝固する過程を種々の面から研究した。溶
融金属の凝固過程で、溶融金属が比較的緩やかな条件下
で冷却・凝固すると、溶融金属が高圧水によって分散さ
れた液滴が表面張力によって収縮し、粒状化する。その
結果、得られた金属粉末の球状化が促進され、比表面積
が小さくなる。このような金属粉末は、内部及び表面部
が中実になっており、圧粉成形するときの変形抵抗が大
きく、成形性に劣る。

そこで、本発明においては、液滴が球状に冷却されるこ
とを避けるため、可能な限り速やかに凝固開始させるこ
と、及び可能な限り大きな剪断エネルギー溶融金属の下
降流に与えて微細な液滴に分断することが有効であると
の知見を得た。

このための手段として、アトマイズすべき溶融金属の温
度な液相線濃度よりも３０〜１２０’Ｃ高い温度に制御
して流下させている。これにより、アトマイズされた溶
融金属の液滴は速やかに凝固を開始する。そのため、表
面張力によって液滴が凝集しようとする時間的な余裕が
なく、得られた金属粉末は、溶融金属の下降流から分断
された時点での形態から太き（変ることなく凝固する。

ここで、溶融金属の温度が液相線温度よりも１２０℃以
上高い場合、液滴の凝固開始までの時間が長くなり、表
面張力の作用が大きく現れる。その結果、液滴の球状化
が進み、得られた金属粉末の見掛は密度が高（なる。

他方、アトマイズされる溶融金属が液相線＋３０℃以下
の温度にあるとき、溶融金属の粘度が上昇し粘稠になる
。そのため、溶融金属の下降流を分断して所定サイズの
液滴を得るために高圧水の圧力を高めたり、溶融金属噴
出用ノズルが閉塞する等の欠陥が発生する。その結果、
作業条件が厳しくなると共に、操業安定性、も低下する
。

このようなことから、アトマイズされる溶融金属を、液
相線温度よりも３０℃〜１２０℃、好ましくは５０℃〜
１００℃だけ液相線温度よりも高い温度範囲に維持する
ことが必要である。

また、溶融金属の下降流に対して、頂角が２２〜４４度
の下向き円錐形状水膜として高圧水を吹き付けることが
有効である６円錐形状水膜の頂角をこの範囲に維持する
とき、溶融金属の下降流に吹き付けられる高圧水は、全
て下向きの運動成分をもち、しかも溶融金属の液滴化に
必要な剪断力が得られる。すなわち、高圧水の圧力が液
滴化工ネルギーとして効率よく消費され、微細な金属粉
末が製造される。

この円錐状水膜の頂角が４４度以上であると、溶融金属
の下降流に対する高圧水の接触角が大きく、高圧水の剪
断力に上向きの成分が現れる。そのため、上向きの水流
が生じ、該溶融金属流の吹き上げによる凝固閉塞を惹起
せしめる。逆に、頂角が２２度以下であると、噴射され
た高圧水が溶融金属の下降流に沿って流動する傾向が顕
著になる。そのため、剪断エネルギーが著しく低下し、
微細な液滴が得られ難く、また製造された金属粉末に球
状化した比表面積の小さな粒子が占める割合が多くなる
。

このようなことから、溶融金属に対して吹き付けられる
高圧水が形成する下向き円錐状水腹の頂角を、２２〜４
４度の範囲に維持することが必要となる。

［実施例］ 以下、実施例によって、本発明を具体的に説明する。

ステンレス鋼５ＵＳ４４０Ｃを溶解し、第１図に示した
容器１に収容した。容器１の底壁には、孔径４ｍｍのノ
ズル２が取り付けられている。また、容器１の側壁に熱
電対３が埋設されており、熱電対３によって測定された
溶鋼温度に基づいて高周波コイル４に供給される電力を
制御し、溶鋼５を所定の温度範囲に維持する。なお、溶
ｌｌ温度としては、ノズル２から流下する溶鋼５の温度
が所定のアトマイズド粉末を得る上で重要な因子となる
ため、熱電対３の埋設位置を可能な限りノズル２の近傍
にすることが好ましい、或いは、ノズル２の下方に光温
度計等の温度検出器を配置し、ノズル２から流出する溶
鋼５の温度を直接測定することもできる。

温度制御された溶鋼５は、容器１の底部に設けたノズル
２から流下する。この下降流６を取り囲むように高圧水
噴射管７を配置した。高圧水噴射管７としては、環状に
形成され、その内周面に孔径１．２ｍｍの噴霧ノズル８
を等間隔で１８孔穿設したものを使用した。

噴出圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ”及び流量１５０ｆ２／分
で高圧水９を、噴霧ノズル８がら溶鋼下降流６に吹き付
ける。これによって、下降流６は、微細な液滴１ｏに分
断される。この液滴は、はぼそのままの形態で冷却され
て、比表面積の大きな金属粉末となる。

得られた粉末の物性を、操業条件と共に第１表に示す。

なお、第１表におけろ水膜頂角は、高圧水９によって形
成された円錐状水膜の頂角αを示す。また、製造された
粉末の見掛は密度を、粉末の粒径との関係で第２図に示
した。

（以下、このページ余白） 第１表及び第２図から明らかなように、液相線温度＋８
０℃の温度に保持された溶融金属から粉末を製造した本
発明例１では５液相線温度＋８０℃の温度に保持された
溶融金属を使用した比較例２に比べて見掛は密度が低下
していることが判かる。また、液相線温度＋２５℃の温
度に保持された溶融金属を使用して比較例３では、溶融
金属が流下用ノズル中で凝固閉塞したため、アトマイズ
を続行することができなくなった。

さらに、水腹の頂角を４５度とした比較例４では、高圧
水の吹き上げが生じ、ノズルの閉塞が発生した。そのた
め、アトマイズを中断しなければならなかった。他方、
頂角を２０度とした比較例５については、温度による低
密度化の効果がある程度見られるものの、高圧水の剪断
エネルギーが本発明例１に比べて小さく、見掛は密度の
低下の度合いも小さくなっている。また、１０６μｍ以
下の粉末の回収率も悪化していることが判かる。

第３図は、製造された金属粉末を圧粉体に成形したもの
の抗折力（３点曲げ強度）を測定した結果を示した。圧
粉体の成形にはプレス機を用い、成形圧力は６トン／　
ｃ　ｍ　”とした。

第３図から明らかなように、本発明に従って製造された
金属粉末は、他の比較例に比して見掛は密度が低く、か
つ優れた圧粉成形性を有していることが判かる。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、アトマイズ
される溶融金属の温度、更には高圧水の吹付は角度を制
御することによって、アトマイズされたままの状態で従
来法に比して見掛は密度が低く、かつ冷間での成形性に
優れた金属粉末を得ることができる。このようにして得
られた金属粉末は、たとえば粉末冶金法等で焼結される
圧粉体を高い寸法精度で成形するとき有用な原料として
使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った金属粉末の製造を説明するため
の図、第２図は得られた金属粉末の見掛は密度を比較例
と共に示したグラフ、第３図は同じく金属粉末を圧粉成
形したものの抗折力測定値を比較例と共に示したグラフ
である。 １：容器　　　　　　　２：ノズル ３：熱電対　　　　　　４：高周波コイル５：溶鋼　　
　　　　　６：溶鋼の下降流７：高圧水噴射管　　　８
：噴霧ノズル９：高圧水　　　　　　ｌＯ：液滴 α：円錐状水膜の頂角 １０６μｍ以下粉 平以下用密度（ｇ／ｃｍ″）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）流下する溶融金属に高圧水を噴射して紛化し金属
   粉末を製造する水アトマイズ法において、液相線温度よ
   り３０〜１２０℃高い温度に前記溶融金属を維持し、該
   高温状態の溶融金属を流下させることを特徴とする低見
   掛け密度金属粉末の製造方法。
2. （２）請求項１記載の溶融金属の下降流を取り囲む環状
   の噴射ノズルを設け、該噴射ノズルから前記溶融金属の
   下降流に高圧水を下向き円錐形状の水膜として吹き付け
   、且つ該円錐形水膜の頂角を２５〜４４度に維持するこ
   とを特徴とする低見掛け密度金属粉末の製造方法。