JPH05302105A - 金属粉末の製造方法 - Google Patents

金属粉末の製造方法

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JPH05302105A
JPH05302105A JP4106397A JP10639792A JPH05302105A JP H05302105 A JPH05302105 A JP H05302105A JP 4106397 A JP4106397 A JP 4106397A JP 10639792 A JP10639792 A JP 10639792A JP H05302105 A JPH05302105 A JP H05302105A
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JP
Japan
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metal powder
spray medium
nozzle
molten metal
powder
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JP4106397A
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Yukio Makiishi
石 幸 雄 槇
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】射出成形法を利用した金属粉末焼結体の製造に
用いることができる粒度および充填性に優れた原料金属
粉末の製造方法を提供すること。 【構成】溶融金属流に高速の液体噴霧媒を接触し、該溶
融金属流を霧化冷却して金属粉末を製造する方法に於い
て、噴霧媒への圧力を850kgf/cm2 以上として円環型
スリットノズルより噴霧媒を噴射し、逆円錐形の噴霧媒
ジェットを形成するとともに円環ノズルのスリット間隔
を0.02〜0.08mmとすることを特徴とする金属
粉末の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属粉末の製造方法詳
しくは、充填性などの特性が改良された金属粉末の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属粉末焼結体は、材料歩留りおよび機
械加工費の点において有利なことから、溶製材の一部を
代替しつつある。また、その成形方法は、従来からのプ
レス成形法に代り、3次元複雑形状にも容易に対応でき
る射出成形法の発展が期待されている。ところが、射出
成形法を利用した金属粉末焼結体の製造の開始はごく最
近であるため、種々の技術課題が残されており、特に原
料金属粉末については、多くの改良の余地がある。
【0003】一般に、射出成形用の金属粉末には、粒径
20μm以下の微粉末であることともに、球状で充填性
に優れることが要求されている。金属粉末の粒径が限定
され、球状で充填性に優れることが求められるのは、従
来のプレス成形が成形圧力3〜7t/cm2 程度であるのに
対し、射出成形では、成形圧力が低く、しかも金属粉末
以外にバインダーを含むため、従来法のように、粉末の
圧縮変形による成形体密度の上昇を期待できず、このた
め、射出成形法で金属部品を製造する場合は、一般に、
密度40〜70%の成形体を得、それを焼結によって緻
密化し、90〜98%程度の密度の部品とするためであ
る。そして、このような焼結時の緻密化が可能な、換言
すれば焼結性の優れた金属粉末として、粒径20μm以
下、通常は10μm程度の微粉末が用いられているので
あり、球状で充填性に優れる微粉末が求められている。
【0004】粉末の充填性は、金属粉末とバインダーと
の混練後のコンパウンドの流動性に大きく影響を及ぼす
ことが知られている。これは、高濃度スラリの流動性と
も考えられるが、金属粉末の充填性が高いほど、コンパ
ウンドの流動性が優れる。そして、金属粉末の充填性を
改良することにより、射出成形性を改良しようとする試
みがされている。射出成形用金属粉末は、噴霧媒として
高圧水を用いた高圧水アトマイズ法により製造されたも
のが多く用いられている。
【0005】しかし、高圧水アトマイズ法によって得ら
れる粉末の全てが、粒径、形状および充填性に優れるわ
けではない。
【0006】例えば、高圧水アトマイズ粉末を用いた技
術が“粉体および粉末冶金” 第35巻 7号 641
ページに開示されている。
【0007】上記報告には、球状粗粒のガスアトマイズ
粉末と微細な高圧水アトマイズ粉末とを混合し、充填性
を改良した粉末について、射出成形性、焼結性について
検討した結果が記載されている。上記の混合粉末を用い
ると、充填性の高いガスアトマイズ粉末を用いているた
めに、射出成形に必要なバインダー量を低減可能であ
り、成形性に優れるが、同粉末のみでは焼結性が劣る。
また、このように粗粒粉末を混合して用いた場合焼結体
の表面性状および組織の均一性が損なわれる上、同一の
充填性の粉末に比べ射出成形性に劣る。
【0008】すなわち、射出成形後、焼結して焼結体を
製造するための原料としての金属粉末に要求される特性
である粒度と充填性の両特性に於いてより改良された金
属粉末が求められている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、射出成形法
を利用した金属粉末焼結体の製造に用いることができる
粒度および充填性に優れた原料金属粉末の製造方法を提
供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明の包括
的概念である製造方法、すなわち溶融金属流に高速の液
体噴霧媒を接触し、該溶融金属流を霧化冷却して金属粉
末を製造する方法に於いて、噴霧媒への圧力を850kg
f/cm2 以上として円環型スリットノズルより噴霧媒を噴
射し、円環型スリットノズルのスリット間隔を0.02
〜0.08mmとすることを特徴とする金属粉末の製造
方法により達成される。
【0011】以下、本発明を詳述することにより、本発
明の好ましい態様およびそれに基づく利点が明らかとな
ろう。
【0012】本発明で採用する通称アトマイジング法
は、図1で例示されるタンデッシュ7とノズル4から構
成される装置に於いて、タンデッシュ7中の溶融金属が
溶融金属流5として流下し、ノズル4より噴出した高速
の液体噴霧媒7と6に於いて衝突、接触し溶融金属が霧
化冷却することにより金属粉末が生成する。
【0013】本発明方法では、ノズルとして円環型スリ
ットノズルを採用し、液体噴霧媒をそれがノズルより噴
出する前に於いて高圧に、即ち、850kgf/cm2 以上、
好ましくは1000〜1500kgf/cm2 に加圧して、逆
円錐型の噴霧媒を形成し、同逆円錐型の噴霧媒の焦点部
へ溶融金属を流下させ金属粉末を製造する。この時の円
環型スリットノズルの噴霧媒の噴出する厚さで定義され
るスリット間隔を0.02〜0.08mm、好ましくは
0.03〜0.06mmとなるように制御することが極
めて重要な特徴である。
【0014】このように液体噴霧媒のノズルからの噴出
条件を設定することにより、得られる金属粉末は高タッ
プ密度、例えば53%以上のタップ密度となる。前記圧
力が、850kgf/cm2 未満の圧力で十分な焼結性が得ら
れる粒度を得るには、溶融金属流を2mm未満の細径と
するこにより可能ではあるが生産性が低い。そこで本発
明の噴霧圧力を850kgf/cm2 以上好ましくは1000
〜1500kgf/cm2 とする。
【0015】本発明のアトマイズ法で用いる噴霧ノズル
は液体アトマイズ用のノズルとして広く用いられている
円環型スリットノズルを用いる。同噴霧ノズルは噴霧媒
の集中性が高く、効率の優れることが知られているが、
V型、水平型などと比べ粒度分布は一般にやや狭い。こ
のためタップ密度向上はむずかしいと考えられていた
が、本発明者らは円環型の高効率性をそのままに粒度分
布の拡大の実現を検討した結果、従来噴霧媒ジェットの
均一性を保持する目的で円環型スリットノズルのスリッ
ト間隔tは0.1mm以上で使用されているのを0.0
8mm以下とすることにより粉末の粒度分布の拡大が、
即ちタップ密度の向上が可能となった。
【0016】しかしながら0.02mm未満のスリット
間隔では安定均一な噴霧媒ジェットを得ることが困難で
ある。それ故、スリット幅は0.02〜0.08mm、
好ましくは、0.03〜0.06mmである。
【0017】図2にスリット間隔とタップ密度(%)と
の関係を示すが、0.08mm以下であるとタップ密度
が大幅に向上することが明らかであろう。スリット幅を
0.02〜0.08mmと制御するには、噴霧媒流量と
圧力および噴霧媒ジェットの径(逆円錐の径)によって
決定される。したがって余剰の噴霧媒流量を削減するこ
とによりスリット幅は調整することができる。
【0018】本発明のより好ましい態様に於いては、噴
霧媒噴出流の形成する逆円錐の頂角(図1のα)を36
°以下、また逆円錐の径を4〜32mm以下とする。
【0019】ここで逆円錐の径とは、噴霧媒が噴出する
円環型ノズルの環状スリットの径と定義される。
【0020】頂角は噴霧媒噴出流の収集角と呼ばれ粉末
の粒径、形状等を決定する重要な因子の一つである。こ
の角度が大きい場合噴霧媒噴出流の焦点部へ流下した溶
融金属の一部が上方にはね上げられる現象が生じやす
い。このはね上げが著しい場合噴霧中断しなければなら
ない。従って、頂角を36°以下、特には34〜22°
とするのが好ましい。この様な角度の範囲に制御するに
は噴霧媒ノズルの噴霧媒の噴出する個所を変更とするこ
とにより行われる。
【0021】溶融金属を流下するにあたって、その供給
位置の設定の容易さは円錐径が大きいものほど優れる。
さらに、スリット間隔の調整の容易さ、噴霧媒出口の適
切な断面積に伴う経済的な噴霧媒の使用量および噴霧媒
の噴出速度の維持を考慮して噴霧媒の噴出流(ジェット
流)の逆円錐の径は4〜32mm、特には、12〜28
mmとするのが好ましい。
【0022】噴出流の頂角の角度および逆円錐の径を前
記のように制御するには、噴霧媒ノズルの構造、特に噴
霧媒噴出端の形状を変更とすることにより達成される。
【0023】流下している溶融金属流と液体噴霧媒とを
接触するにあたりその量比(噴霧媒/溶融金属)が3〜
20の重量比、特には3〜10の重量比であることが好
ましい。この範囲であれば安定して高タップ密度の金属
微粉末が得られる。量比とタップ密度の関係を図3に示
した。
【0024】
【実施例】以下、実施例を以ってより具体的に本発明を
説明する。図4に示す金属粉末製造装置を用いて粉末を
製造した。高周波溶解炉11を用い、鉄およびニッケル
などの原料をAr雰囲気中でSUS316L組成となる
よう溶解した後、1600〜1750℃に昇温し、1200℃以上に
予熱されたタンディッシュ12に注湯し、噴霧を行っ
た。
【0025】噴霧媒に6〜45℃の水を用い、水量13
0kg/minを基準に40〜230kg/minの範囲で実施し
た。
【0026】水ノズル13は、ステンレス製を用いた。
また、噴出端は超硬を一部用いた。また、タンディッシ
ュノズル(図示せず)はアルミナを主体としたもの用い
た。
【0027】タンディッシュ12内に注湯した金属溶湯
は、タンディッシュ12底面に設置されたタンディッシ
ュノズルより流下した。なお、注湯開始時は、タンディ
ッシュノズル端部の圧力を大気圧に対して−2000〜−80
00mmH2 O減圧し、注湯中は+50〜−4000mmH2
Oの間で調整した。
【0028】タンディッシュ12に注湯した溶融金属
を、タンディッシュノズルから流下させ、水ノズル3か
らの水ジェットによってアトマイズし、金属粉末とし、
スラリー状のまま、気液分離槽5をへてスラリータンク
16に貯えた。
【0029】スラリータンク16に貯えられた金属粉末
を含むスラリーを、加圧炉過器あるいは遠心沈降式の脱
水機で脱水し、回転型水蒸気加熱方式の真空乾燥機を用
いて乾燥後、目開き61μmの篩網を通過させ、凝集粉
のないことを確認後、以下の測定およびコンパウンドの
製造に供した。
【0030】金属粉末の粒度(累積重量径、体積平均径
Mv)の測定は、日機装(株)製マイクロトラック粒度
分布測定機を用いた。粉末の充填性は、ホソカワミルロ
ン社製パウダーテスターを用い、100ml容量の容器
に充填し、10分間のタップを行った際の密度として表
わした。
【0031】前述の円環型ノズルを用い水量を30〜1
30kg/minに変化させるとともにスリット間隔を0.0
2〜0.1mmまで変化させSUS 316L鋼を水圧
860kgf/cm2 、噴霧媒ジェット径12mmφで噴霧し
た。なお、この時の流下する溶融金属量と液体噴霧媒流
量との比は10〜14に調整した。この結果は図2に示
したとおりである。
【0032】図2の○印で示した従来の一般的高圧水ア
トマイズ微粉に比べても高タップ密度が得られる。上記
粉末のうち本発明のスリット間隔0.04mmで得られ
た粉末とスリット間隔0.1mmの従来例で得られた粉
末との粒度分布の比較を図5に示す。したがって、本発
明の方法では粉末中の微粉量を多くすることが可能であ
り、粉末の充填性、焼結性の向上に最適な製造方法と言
える。
【0033】本発明の方法によれば、ステンレス鋼のみ
ならず、純鉄、低合金鋼、高合金鋼、銅、ニッケル、鉄
−コバルト合金、金合金など多くの純金属、合金の粉末
を製造することができる。
【0034】
【発明の効果】本発明の方法により、従来得られなかっ
た高タップ密度および図5に示すごとくに優れた粒度の
粉末を安定して製造することができる。本発明の製造方
法で得られた粉末は、射出成形時の流動性に優れるうえ
脱脂時の保形性に優れ、射出成形法に引き続く焼結によ
り優れた金属焼結品の製造が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 タンディッシュ、ノズル、溶融金属流および
噴霧媒ジェットを模式的に示した断面図である。
【図2】 スリット間隔とタップ密度の関係を示した図
である。
【図3】 噴霧媒量と溶融金属量の比とタップ密度の関
係を示した図である。
【図4】 金属粉末をアトマイジング法で製造する工程
の概略を示す図である。
【図5】 金属粉の累積粒度分布を示す図である。
【符号の説明】
1 タンディッシュ 2 溶融金属 3 噴霧媒 4 ノズル 5 流下する溶融金属 6 噴霧媒と溶融金属の接触点 7 噴霧媒の噴出流(ジェット流) 11 溶解炉 12 タンディッシュ 13 噴霧媒ノズル 15 気液分離槽 16 スラリタンク

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶融金属流に高速の液体噴霧媒を接触し、
    該溶融金属流を霧化冷却して金属粉末を製造する方法に
    於いて、噴霧媒への圧力を850kgf/cm2 以上として円
    環型スリットノズルより噴霧媒を噴射し、逆円錐形の噴
    霧媒ジェットを形成するとともに円環ノズルのスリット
    間隔を0.02〜0.08mmとすることを特徴とする
    金属粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】ノズルより噴出された噴霧媒が形成する噴
    出流の逆円錐の頂角が36°以下、逆円錐の径が4〜3
    2mmであることを特徴とする請求項1に記載の金属粉
    末の製造方法。
  3. 【請求項3】溶融金属流に対する液体噴霧媒の接触割合
    (噴霧媒/溶融金属)が3〜20の重量比であることを
    特徴とする請求項1または2いずれかに記載の金属粉末
    の製造方法。
  4. 【請求項4】液体噴霧媒が高圧水であることを特徴とす
    る請求項1〜3いずれかに記載の金属粉末の製造方法。
JP4106397A 1992-04-24 1992-04-24 金属粉末の製造方法 Withdrawn JPH05302105A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004169056A (ja) * 2002-11-15 2004-06-17 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 導電ペースト用の銅粉及び導電性ペースト並びに導電ペースト用銅粉の製造方法
CN102837001A (zh) * 2012-09-29 2012-12-26 湖南恒基粉末科技有限责任公司 一种金属液流易流出的微细金属粉末雾化喷嘴
KR101319028B1 (ko) * 2011-12-07 2013-10-15 재단법인 포항산업과학연구원 금속 분말의 수분사 제조장치

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