JPH06623A

JPH06623A - 噴霧成形法

Info

Publication number: JPH06623A
Application number: JP18174592A
Authority: JP
Inventors: 恭寿 ▲高▼野; Takahisa Takano; Hiroshi Takigawa; 博滝川; Yoshio Nanba; 吉雄難波; Masayuki Saito; 雅之斎藤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】半凝固層の厚み維持のために生じる予備成形
体の形状変化や歩留り低下等の弊害を防止し、また固液
共存領域を持たない合金組成であっても適用可能な噴霧
成形法を提供することを目的とする。【構成】金属溶湯の落下流に高圧ガスのジェット流を
吹き付けてこれを噴霧化し、噴霧化された金属粒子を基
板上に堆積させて予備成形体を得る噴霧成形法におい
て、前記予備成形体の頂部近傍を好ましくはガスで冷却
しながら噴霧堆積を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオスプレイ法もしくはス
プレーキャスティング法として知られている噴霧成形法
に関し、詳細には堆積される予備成形体の中に空孔を生
じることのない噴霧成形法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】噴霧成形法は均一な微細組織を高密度で
得ることができ、しかも従来の粉末冶金法に比べて成形
工程が簡略化できるので、生産性の大幅な向上を期待で
きる方法として注目されている。この噴霧成形法の例と
しては、特公昭54-29985号が挙げられる。

【０００３】図９は噴霧成形法を用いて塊状予備成形体
を製造するための装置例を示す説明図である。タンディ
ッシュ１には金属溶湯２が入れられており、該金属溶湯
２はタンディッシュノズル13を介して非酸化性雰囲気の
チャンバー３内を自然流下させる。上記タンディッシュ
１の下方にはガスアトマイザー４が配設され、該ガスア
トマイザー４から噴出される高圧の不活性ガスがジェッ
ト流５となって金属溶湯流６に吹付けられ、これを噴霧
化する。噴霧化された金属粒子は下方のコレクター７に
セットした基板８上に半凝固状態で堆積し徐々に凝固す
る。上記コレクター７はステッピングモータ10等を駆動
源として上下動及び回転可能であり、金属粒子の堆積量
に応じて上記コレクター７を徐々に降下させれば、タン
ディッシュノズル13と堆積最頂面の間の距離を一定に保
つことができ、堆積高さの高められた塊状の予備成形体
９を得ることができる。

【０００４】上記噴霧成形法により作られた材料は、イ
ンゴット法で作られた材料に比べ、偏析が少ない、
不純物（例えば酸素）元素の汚染が少ない、急冷凝固
によって溶質元素の固溶限が拡大するので合金元素の種
類と量を増大できる、等の特徴を有するが、これらの特
徴を生かすためには、少なくとも10^-2℃／秒の冷却速度
が必要であった。

【０００５】従来は上記冷却速度を維持するために、堆
積物の頂部に形成される半凝固層厚さを10mm以下にしな
ければならなかったが、堆積高さの増加に伴ない予備成
形体自体の持つ熱量が増加するため、この半凝固層が次
第に厚くなってしまうという問題があった。

【０００６】この問題を解決するため、噴霧中のアトマ
イズガスの圧力、流量を変化させ金属粒子の粒子径制御
によって半凝固層の厚みをコントロールすることが行な
われているが、金属の粒子径が変化することによって、
ガス噴流中の粒子速度に乱れが生じ、予備成形体の形状
変化や歩留まりの悪化を引き起こす原因となっていた。
また固液共存領域を持たない合金は、半凝固層の形成が
困難なため、噴霧堆積法で成形物を得ることができなか
った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
み、半凝固層の厚み維持のために生じる予備成形体の形
状変化や歩留り低下等の弊害を防止し、また固液共存領
域を持たない合金組成であっても適用可能な噴霧成形法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明は、金属溶湯の落下流に高圧ガスのジェット流を吹
き付けてこれを噴霧化し、噴霧化された金属粒子を基板
上に堆積させて予備成形体を得る噴霧成形法において、
前記予備成形体頂部近傍を冷却しながら噴霧堆積を行う
ことを要旨とするものである。

【０００９】

【作用】本発明のポイントは、予備成形体の頂部近傍を
従来のアトマイズガス操作ではない方法で冷却しながら
噴霧堆積を行なうことである。この冷却によって、予備
成形体頂部の半凝固層の厚みを制御することができ、ア
トマイズガス操作で金属粒子径を変化させる従来法のよ
うな、成形体の形状変化や歩留まり低下を起こすことな
く噴霧成形が可能になったものである。

【００１０】この冷却方法は、予備成形体頂部を冷却で
きれば手段は限定されないが、ガスによる冷却が好まし
い。主に不活性ガス（Ｎ₂ 、Ａｒ等）が用いられるが、
材料に及ぼす酸素の影響、粉塵爆発による影響等を無視
できる場合、空気等のガスを用いることができる。冷却
用ガスは予備成形体の頂部に対して環状に設置されたノ
ズルから加えられる。この冷却ガス噴流により加速され
た粒子が予備成形体表面に衝突するため従来より空孔が
少ない緻密な予備成形体となり、従来品と比較し健全部
の歩留まりを向上させることが可能となる。また予備成
形体周囲からのガス噴射は、従来予備成形体に衝突し飛
散していた粒子を集める作用が生じるため、ダンディッ
シュから流出した金属重量に対する製作された予備成形
体の重量の割合（堆積歩留まり）向上に寄与する効果も
有する。

【００１１】さらに予備成形体頂部を強制冷却すること
により、固液共存領域を持たない合金であっても噴霧堆
積での成形が可能となるものである。本発明は噴霧堆積
法で作られる板、ロール、ビレット等の噴霧成形体全て
に適用が可能である。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に使用する噴霧成形装置の実施
例を示す説明図であり、溶湯金属を噴霧化するための構
造及びコレクター７の移動構造等は図９に示す装置と同
じである。予備成形体９側面上部に該予備成形体冷却用
噴射ガス供給ノズル20を設置する。なお供給されるガス
は圧力発振器21により検出されたガス圧力データをシー
ケンス制御装置25を介して適切なデータとし、自動コン
トロール弁22を調整することにより噴射ガス圧力を制御
するものとする。

【００１３】（実験例１）比較例１まず、従来法における予備成形体最表面温度の増加量、
成形体形状、歩留まりを検討するために、表１に示す実
験条件で図９に示す従来の装置を用い、アトマイズガス
圧を一定とした場合と制御した場合について高さ２００
mm、直径２００mmの予備成形体を製作した。

【００１４】

【表１】

【００１５】まず、両者の表面温度について図２に示し
た。図２からアトマイズガス圧を一定とした場合は堆積
時間経過とともに表面温度が上昇しているが、制御した
場合は堆積時間に関係なく一定となることがわかる。こ
れは前者の場合は飛行する粒径が一定となって堆積表面
の入熱量が一定となり予備成形体の熱量が常に増加状態
にあるために表面温度が上昇したものである。一方後者
の場合はアトマイズガス圧を制御しており粒径が変化す
るため堆積表面の入熱量も変化し、予備成形体の熱量が
常に一定の状態となり表面温度が一定となると考えられ
る。

【００１６】次に予備成形体形状および歩留まりについ
て検討する。図３には製作した予備成形体の形状及び相
対密度分布を示す。まず予備成形体の形状を見ると、予
備成形体の高さが増すに伴い徐々に予備成形体直径が小
さくなることがわかる。これは予備成形体が成長すると
ともに予備成形体頂部温度が高くなるので、半凝固層を
一定にする目的でアトマイズガス圧を変化させ粒子径を
細かくする操作を行なったためである。すなわち細粒に
なると、粒子速度はアトマイズガス流による支配が強く
なるが、ガス圧増加に伴なうガス速度の増加により予備
成形体表面から流れ出るガス流れが速くなり、細粒はそ
のガス流れに乗り予備成形体に付着することなく飛散し
てしまう。そのため堆積歩留まりが減少し、徐々に予備
成形体の直径が小さくなったものと考えられる。一方相
対密度は測定箇所によらずほぼ一定であった。ここで予
備成形体の相対密度は、図３に示すような予備成形体の
所定の位置を直方体に切り出し（５４×１０×１０m
m）、アルキメデス法を用いて測定した密度を真密度で
除した値を％で示した値である。

【００１７】実施例１次に図１に示す装置を用い、比較例１と同条件で堆積実
験を行った。なお、冷却ガスは表２に示す条件とした。

【００１８】

【表２】ここで、ノズル取り付け角度はコレクター平面部と噴射
方向のノズルのなす角である。ノズル取り付け距離は予
備成形体頂部面とノズルの先端間との距離である。

【００１９】図４に予備成形体形状及び相対密度分布を
示す。本発明装置導入後の予備成形体の形状は、飛行粒
子速度の乱れを生じず堆積が行なわれるため、比較例１
とは異なって、底部と頂部の直径が同一であった。また
相対密度は測定箇所に関係なくほぼ一定であった。

【００２０】表３に、比較例１と実施例１の堆積歩留ま
りと各測定箇所の相対密度を平均した平均密度を示す。
比較例１の堆積歩留まりは６５％であるが、実施例１は
７０％であり、本発明法により約７％の堆積歩留まりが
向上したことがわかる。また平均相対密度は比較例１が
９５％であるが、実施例では９７．５％まで向上してお
り、約３％の相対密度向上が望めることがわかる。

【００２１】

【表３】

【００２２】これらの結果から、本発明装置を用いるこ
とにより予備成形体の形状、相対密度分布及び堆積歩留
まりが大幅に向上されることがわかった。（実験例２）次に本発明装置を用いた固液共存領域を持
たない材料の場合の実施例について説明する。

【００２３】比較例２まず表４に示す実験条件で図９の装置を用い高さ２００
mm、直径２００mmの予備成形体を作った。

【００２４】

【表４】

【００２５】図６に作製した予備成形体の形状及び相対
密度分布を示す。まず、予備成形体の形状を見ると、予
備成形体の高さが増すに伴い徐々に予備成形体直径が小
さくなることがわかる。また、成形体内部には空孔１９
…が見られた。一方相対密度の半径方向の分布を見る
と、予備成形体中心部の平均密度が約６５％であるのに
対し、周辺部では約６０％であり、密度の高さ方向の分
布を見ると、頂部では約７０％であった。

【００２６】実施例２次に図１に示す装置を用い、比較例２と同条件で堆積実
験を行った。なお、冷却ガスは表５に示す条件とした。

【００２７】

【表５】

【００２８】図７に予備成形体形状及び相対密度分布を
示す。本発明導入後の予備成形体の形状は、飛行粒子速
度の乱れを生じず堆積が行われるため、底部と頂部の直
径が同一であった。また密度も測定箇所に係らずほぼ一
定で、均一な成形体が得られていた。

【００２９】表６に、比較例２と実施例２の歩留まりと
各測定箇所の相対密度を平均した平均密度を示した。表
６から比較例２の堆積歩留まりは６０％であるが、実施
例２は７２％であり、本発明法により約２０％の堆積歩
留まりの向上がみられた。また、平均密度は、比較例２
が６２％であるが、実施例２は９３％まで向上してお
り、本発明法により約５０％密度が向上した。

【００３０】

【表６】

【００３１】実験例２の結果から、本発明法の装置を用
いることにより固液共存領域を持たない合金において
も、予備成形体の形状、密度分布及び堆積歩留まりが大
幅に向上された予備成形体を噴霧成形法で製作すること
ができた。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、予備成形体の形状、歩留まりの両方を向上させ、ま
た固液共存領域を持たない合金にも適用可能な噴霧成形
法が提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用される噴霧成形装置の実施例を示
す説明図である。

【図２】従来の噴霧成形装置によって製作された予備成
形体の表面温度を示す説明図である。

【図３】従来の予備成形体の断面図を示す説明図であ
る。（比較例１）

【図４】本発明によって製作された予備成形体の断面図
を示す説明図である。（実施例１）

【図５】本発明に用いる予備成形体冷却用ガス圧力制御
パターンの説明図である。（実施例１）

【図６】従来の予備成形体の断面図を示す説明図であ
る。（比較例２）

【図７】本発明によって製作された予備成形体の断面図
を示す説明図である。（実施例２）

【図８】本発明に用いる予備成形体冷却用ガス圧力制御
パターンの説明図である。（実施例２）

【図９】従来の噴霧成形装置の例を示す説明図である。

【符号の説明】

５ジェット流６金属溶湯流７コレクター９予備成形体 19 空孔 23 蒸発器 24 Ｎ₂ タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斎藤雅之神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属溶湯の落下流に高圧ガスのジェット
流を吹き付けてこれを噴霧化し、噴霧化された金属粒子
を基板上に堆積させて予備成形体を得る噴霧成形法にお
いて、前記予備成形体の頂部近傍を冷却しながら噴霧堆
積を行なうことを特徴とする噴霧成形法。
【請求項２】請求項１において、前記予備成形体の頂
部近傍をガスによって冷却する請求項１に記載の噴霧堆
積法。