JPH0610012A

JPH0610012A - 金属粉末の製造方法

Info

Publication number: JPH0610012A
Application number: JP6968291A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Mori; 盛森; Satoru Yamauchi; 哲山内; Koji Yamazaki; 考二山崎
Original assignee: Sumitomo Sitix Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-04-02
Filing date: 1991-04-02
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【構成】水冷式の金属製溶解ルツボ２から流出する溶融
金属流Ｍ２を、外周部に高周波誘導コイル４を備え、外
壁の内部を噴霧流体が通過できるように構成された金属
製の溶湯ノズル３に流下させ、この溶湯ノズル３を通過
する溶融金属流Ｍ２に前記の外壁の内部を通過した噴霧
流体を吹きつけ、粉化する。【効果】溶融金属が耐火物と接触することがないので、
汚染が少なく、高純度で清浄な金属粉末７を製造するこ
とができる。また、溶解ルツボ２から流下する溶融金属
流Ｍ２の径が細く、流下位置が安定しており、噴霧効率
が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高純度の金属粉末の製
造方法、特に、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)などの、
活性な金属粉末の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高純度の金属粉末、合金粉末ある
いは金属間化合物の粉末を製造するに際し、これらの金
属や合金を溶融して流下させ、これに高速で流体を吹き
付けることにより金属や合金を粉化するアトマイズ粉末
製造方法が用いられてきた。その場合、溶融金属を流下
させる方法としては、ジルコニア(ZrO₂)、カーボン等の
耐火物製のタンディッシュ (受け皿) に溶融した金属を
注ぎ込み、タンディッシュの底部に設けた孔から溶融金
属を流出させる方法や、水冷式の金属製ルツボを用い、
その底部に設けた耐火物製の溶湯ノズルから溶融金属を
流出させる方法などが実用されている。

【０００３】しかし、前記の耐火物製のタンディッシュ
を用いる方法では、耐火物粒子の溶融金属中への混入を
避けることができず、耐火物と反応する金属について
は、この方法で粉末を製造することは困難である。ま
た、水冷式の金属製ルツボを用いる方法でも、溶融金属
とノズルの耐火物とが接触するので、やはり耐火物によ
る汚染の問題は避けられない。

【０００４】このような問題を回避するために、水冷さ
れた金属製のルツボの底に孔（水冷式ノズル）を設け、
この孔の部分にレーザービーム、プラズマビーム、電子
ビーム、アーク等を照射し、溶融金属を流下させる方法
などが検討されているが、融点よりもかなり高い(100℃
以上高い) 温度に昇温された、細い径の溶融金属流を得
ることは難しく、溶融金属の流下の状態も不安定で流下
位置が変動する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属粉末、
特に、耐火物からの汚染を受けやすいTiやZrのような活
性な金属粉末を製造するに際し、そのような耐火物から
の汚染や、溶融金属流の径が太く流下位置が変動すると
いう問題を生ずることなく、高純度で清浄な粉末を製造
することができる方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、「溶解
ルツボから流出する溶融金属を、外周部に高周波誘導コ
イルを備え、外壁の内部を噴霧流体が通過できるように
構成された溶湯ノズルに流下させ、この溶湯ノズルを通
過する溶湯に前記の外壁の内部を通過した噴霧流体を吹
きつけることを特徴とする金属粉末の製造方法」にあ
る。

【０００７】本発明が対象とする溶融金属とは、粉末冶
金などに用いられる金属や合金の溶融物をいい、金属粉
末とは、これらの金属や合金の粉末をいう。

【０００８】

【作用】以下に、本発明を図に基づいて詳細に説明す
る。

【０００９】図１は本発明方法を実施するための装置の
一例の構成を示す縦断面図、図２は図１の溶湯ノズル３
の拡大断面図である。これらの図において、１は対象と
する金属を溶融するための溶解加熱装置、２は水冷式の
金属製の溶解ルツボ、３は溶湯ノズルである。溶解ルツ
ボ２の底部には溶融した金属Ｍ１が流下する湯口５が設
けられている。また、図２に示すように、溶湯ノズル３
は外周部に高周波誘導コイル４を備え、外壁の内部を噴
霧流体６が通過できるように構成されている。

【００１０】前記図１および図２の装置により本発明方
法を実施するには、まず、溶融しようとする金属を溶解
ルツボ２に入れ、溶解加熱装置１により溶解する。溶解
した金属Ｍ１は溶解ルツボ２の底に設けられた湯口５か
ら溶融金属流Ｍ２となって流下する。この溶融金属流Ｍ
２は比較的太く、例えば、実施例で用いた形状の装置に
おいては、断面の直径が７〜20mm程度で、流下位置の中
心が鉛直方向に対して２〜15mm程度ずれるような不安定
な流れとなって流下する。流下した溶融金属流Ｍ２は、
高周波誘導コイル４によって発生した磁界の作用により
その径が絞られるとともに、さらに加熱され、直径５mm
以下で、かつ、流下位置の中心のずれが1.5mm以内の安
定した溶融金属流Ｍ２となって、溶湯ノズル３の中心付
近を通過する。この溶融金属流Ｍ２に対し、溶湯ノズル
３の外壁の内部を通過した噴霧流体６がノズル３の下端
から噴出して高速で衝突し、溶融金属を粉化する。

【００１１】溶解加熱装置１としては、レーザービー
ム、プラズマビーム、電子ビーム、アークなど、通常用
いられているものを使用すればよい。

【００１２】溶解ルツボ２としては、金属粉末に対する
汚染を避けるために、銅のような金属製のルツボであっ
て、水などによって冷却できるような構造を有するルツ
ボを使用する。

【００１３】溶湯ノズル３も、銅のような金属製のノズ
ルを使用する。

【００１４】噴霧流体としては、例えば液化Arのよう
な、溶融金属と反応せず、冷却効果の大きい流体が望ま
しい。

【００１５】上記のように、本発明方法では、溶融金属
がセラミックス等の耐火物と接触することがないので、
耐火物に起因する粉末の汚染、不純物の混入はほとんど
ない。なお、溶融金属は金属製の溶解ルツボ２との接触
はあるものの、ルツボ２は使用中冷却され、その温度は
それほど高くないので、ルツボ２からの溶出による粉末
の汚染は少ない。また、溶融金属流Ｍ２が流下する際、
通常はこの溶湯ノズル３の中心を通過するので溶融金属
がノズル３の内壁に接触することはないが、仮に接触し
ても、耐火物製のノズルを使用する場合に比べ金属粉末
７に対する汚染は少ない。

【００１６】本発明方法は、外周部に高周波誘導コイル
４を備え、外壁の内部を噴霧流体６が通過できるように
構成された溶湯ノズル３を用いるところに特徴がある。
これによって、前記のように溶解ルツボ２から流下する
溶融金属流Ｍ２を整流し、その径を絞り込み、さらに、
加熱することができるのであるが、それによって次のよ
うな効果がもたらされる。

【００１７】溶融金属流Ｍ２が整流され、流下位置の変
動がなくなると、溶融金属流Ｍ２に噴霧流体６を効率よ
く衝突させることができる。

【００１８】溶融金属流の径が絞り込まれ、表面エネル
ギーが高められるので、従来の方法による場合と同程度
の粒径の粉末を得るにあたり噴霧流体のエネルギーが少
なくてすむ。

【００１９】また、溶融金属流Ｍ２が流下中に加熱され
ると、溶融金属の粘性が低下し、表面張力が低下するの
で、より少ないエネルギーでより細かく粉化することが
できる。

【００２０】溶湯ノズル３は、図２に示したような構造
を有しており、溶融金属流Ｍ２に噴霧流体６を吹きつけ
る噴霧ノズルを兼ねているので、溶湯ノズル３の先端と
噴霧流体６の噴出口との間の距離を短くすることができ
る。従って、噴霧流体６の運動エネルギーが低下し、溶
融金属表面が冷却するまえに溶融金属流Ｍ２と噴霧流体
を衝突させることができ、噴霧効率を高めることができ
る。

【００２１】このように、図２の構成を有する溶湯ノズ
ルを使用することにより、粉化のためのエネルギーを低
減し、噴霧効率を高め、粉末を細粒化することができ
る。

【００２２】さらに、溶湯ノズル３の外壁の内部を流れ
る噴霧流体６は、溶融金属流Ｍ２からの輻射熱によりノ
ズル部が加熱されるのを冷却する冷却媒体としても有効
に作用するので、溶湯ノズル部を溶融金属流Ｍ２の輻射
熱から保護するために必要な冷却水などの冷却媒体を別
に使用する必要がない。なお、溶湯ノズル３の外壁の内
部を流れる噴霧流体６の流路は１パスの単純な構造であ
るため、直線型のみではなく曲線をもった複雑な形状の
流路でも比較的容易に製作でき、溶融金属流の径を絞り
込み易い。すなわち、溶融金属流Ｍ２の径の絞り込み
は、磁界の作用により生ずる溶湯ノズル３と溶融金属流
Ｍ２の間の反発作用を利用するのであるが、この作用は
溶湯ノズル３の形状により大きく左右されるのである。
また、溶湯ノズル３の形状を改良して、溶融金属と高周
波誘導コイル間の距離を比較的狭くすることも可能で、
誘導コイルの出力の損失を軽減することができる。

【００２３】

【実施例】表１に示す高純度の塊状のTiを原料として、
図１および図２に示した構成を有する装置によりTi粉末
を製造した。用いた溶解ルツボおよび溶湯ノズルは、い
ずれも銅製で、表２に示す形状を有している。溶解には
最高出力100kw のArプラズマアークを用い、出力を調整
しながら溶解を行った。湯口は予め原料のTiと同組成の
薄板 (厚さ0.1 mm) で塞がれており、この湯口の中心に
プラズマアークを最高出力に近い出力で集中させて薄板
を溶融し、流下した溶融金属を溶湯ノズルに注ぎ込み、
Arを噴射して粉末とした。

【００２４】また、比較のために、実施例で用いた溶融
Tiを水冷された銅製ルツボからカーボン製の溶湯ノズル
を介して流下させ、Arを噴射して粉末とした。なお、用
いた溶湯ノズルは外周に取りつけたヒーターで1800℃に
加熱した。また、噴霧ノズルは、実施例で用いた溶湯ノ
ズルの噴霧流体噴出口と同じ形状および配列を有するノ
ズルを使用した。

【００２５】得られた粉末の分析結果を表３に、また、
その粒度分布を図３に示す。

【００２６】これらの結果から、実施例では不純物の汚
染がほとんどなく、また、比較例に比べて粒度のバラツ
キが少なく、より粒径の小さい粉末が得られていること
がわかる。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【発明の効果】本発明方法を適用することにより、製造
過程での汚染の少ない、高純度で清浄な金属粉末を効率
よく製造することができる。この方法は、特に、チタ
ン、ジルコニウムなどの活性な、汚染をうけやすい金属
の粉末の製造に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための装置の一例の構成
を示す縦断面図である。

【図２】図１の一部である溶湯ノズルの拡大断面図であ
る。

【図３】実施例および比較例で得られたTi粉末の粒度分
布を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶解ルツボから流出する溶融金属を、外
周部に高周波誘導コイルを備え、外壁の内部を噴霧流体
が通過できるように構成された溶湯ノズルに流下させ、
この溶湯ノズルを通過する溶湯に前記の外壁の内部を通
過した噴霧流体を吹きつけることを特徴とする金属粉末
の製造方法。