JPH0866758A - 噴霧堆積法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 垂直に流下する金属溶湯７にアトマイザー５
より噴出する高圧ガスのジェット流６を吹付けてこれを
噴霧化し、この噴霧化された金属粒子2aを回転する基板
９上に堆積させて円柱状の予備成形体を得る噴霧堆積法
において、基板９を円筒部材14内に昇降可能に設け、基
板９上に堆積する円柱状予備成形体19の側面部を保温し
つつ降下する。 【効果】 製作中の円柱状予備成形体の外周面の高圧ガ
ス流による冷却および放射冷却が防止されるので、円柱
状予備成形体の外周部における空孔層の厚さが低減で
き、以て鍛造可能な予備成形体の健全部歩留りの向上を
はかることができる。また外周面の冷却が防止されるこ
とから、高速度鋼のように硬度が高くなる鋼種において
硬度が高くなるのを防止でき、焼鈍工程を経ることなく
底部および頂部の切断が可能となる。

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堆積
法に関し、詳細には円柱状に形成される予備成形体の空
孔層を低減する噴霧堆積法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】噴霧堆積法は均一な微細組織を得ること
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。この噴霧堆積法の例としては、
特公昭54− 29985号、特開昭62−156206号などが挙げら
れる。

【０００３】図５は、噴霧堆積法を用いて円柱状の予備
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、この
金属溶湯２はタンディッシュノズル３を介して非酸化性
雰囲気のチャンバー４内を自然流下させられる。上記タ
ンディッシュ１の下方にはガスアトマイザー５が配設さ
れ、このガスアトマイザー５から噴出される高圧の不活
性ガスがジェット流６となって金属溶湯流７に吹付けら
れ、これを噴霧化する。噴霧化された金属粒子2aは下方
のコレクター８にセットした基板９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８はステッピング
モータ10等を駆動源として上下動および回転可能であ
り、金属粒子の堆積量に応じて上記コレクター８を徐々
に降下させれば、タンディッシュノズル３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
れた円柱状予備成形体11を得ることができる。

【０００４】上記噴霧堆積法により作られた材料は、イ
ンゴット法で作られた材料と比較して、偏析が少な
い、必要とされない元素（酸素等）の汚染が少ない、
急冷凝固のため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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
噴霧堆積法により作られた円柱状予備成形体11は、図６
に示すように、球形の粒子が、製作時の噴霧ガス、放射
等により冷却された予備成形体11の外周面に付着し、粒
子の３重点が空孔12となる厚さ10mm程度の空孔層13を有
する。この空孔層13が有ると、後工程の鍛造等の加工の
際に割れの原因となるため旋削除去せねばならず、歩留
り低下の原因となる。このため、この空孔層13を減じ、
予備成形体の健全歩留り（外周部空孔層を除去した予備
成形体の重量を溶解重量で割った値）を向上させること
が、従来より課題となっていた。

【０００６】そこで、本発明者等は、上記課題を解決す
るため鋭意研究を重ね、二三の改善策を見出した。その
内の１つが、先に特願平 3−351682号（特開平 5−1619
56号公報参照）に提案した、コレクター８上に堆積中の
円柱状予備成形体11の外周面をプラズマトーチ等の加熱
手段を用いて加熱し、これにより空孔層13を減少させる
ものである。この加熱手段を用いる方法は、加熱温度の
制御がどちらかと言えば複雑であり、また加熱装置にカ
バーをしても粉末が付着しそのメンテナンスに手間がか
かるものの、円柱状予備成形体11の外周面の冷却を緩和
し空孔層13の低減が図られ有効な方法である。

【０００７】本発明は、上記の事情に基づいてなされた
ものであって、その目的は、上述の課題を解決するもの
で、予備成形体の空孔層の厚さを低減し、以て鍛造可能
な健全部歩留りを向上せしめた噴霧堆積法を提供せんと
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る噴霧堆積法は、垂直に流下する金属溶
湯にアトマイザーより噴出する高圧ガスのジェット流を
吹付けてこれを噴霧化し、この噴霧化された金属粒子を
回転する基板上に堆積させて円柱状の予備成形体を得る
噴霧堆積法において、基板を円筒部材内に昇降可能に設
け、基板上に堆積する円柱状予備成形体の側面部を保温
しつつ降下するものである。

【０００９】そして、上記噴霧堆積法においては、円筒
部材の上開口部に開閉可能な蓋が設けられ、基板上の噴
霧堆積後の円柱状予備成形体の全体が保温される構成で
あってもよい。

【００１０】

【作用】本発明では、円柱状予備成形体は円筒部材内を
降下して製作されるので、製作中の円柱状予備成形体の
外周面には冷却ガスが当たりにくい上に、円柱状予備成
形体の保有熱によって保温されるので、外周部に付着す
る金属粒子がそのまま冷却されて空孔を形成することは
なく予備成形体の外周部に生じる空孔層の厚さが低減で
き、健全部歩留りを向上させることができる。

【００１１】また、製作後の予備成形体のチャンバー内
からの取り出しは、従来より粉塵爆発の防止を目的とし
て、高圧の不活性ガスをチャンバー内壁に吹付け粉末を
除去し、さらにチャンバー内に徐々に空気を導入し粉末
を酸化させ安定な状態の粉末とした後に取り出される
が、その際、予備成形体は、高圧ガスにより強制冷却さ
れ、また空気導入で自然冷却されるため、チャンバー内
から取り出された予備成形体は、鉄系合金材、特に高速
度鋼の場合には硬度が高くなり、鍛造等の機械加工を行
うために頂部と底部を切り取る際に焼鈍を必要とする
が、本発明方法では、予備成形体をチャンバー内から取
り出すまで円筒部材内にあるので、高圧ガスによる強制
冷却等の影響が少なく硬度が比較的低く焼鈍工程を要す
ることなく切断できることが期待される。

【００１２】また、製作初期および製作末期に当たる予
備成形体の底面と頂面は冷却されやすく、従来より空孔
等がかなり存在しているが、本発明では、このような欠
点も改善されることが期待できる。そして確実な方法と
しては、円筒部材の上開口部に開閉可能な蓋を設けると
よい。これにより、噴霧堆積後チャンバー内から予備成
形体を取り出すまでの間、蓋をすることで、上述の作用
効果をより確実に享受することができる。

【００１３】なお、円筒部材の材質は、予備成形体の材
質にもよるが、鋼等の金属筒、あるいは金属筒の内側に
セラミック層やグラスウールなどの断熱材層を設けた複
合筒などが適宜使用できる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明に係る噴霧堆積法に使用する
装置の実施例を示す説明図であって、チャンバー４内に
円筒体14を設け、この円筒体14内にコレクター８および
基板９を昇降可能に設けたこと以外は、基本的に図５に
示す装置と同じである。

【００１５】円筒体14は、中心部に貫通孔15が形成され
た底16を有し、その外底をチャンバー４内底に設けた架
台17上に固設されている。また、貫通孔15にはステッピ
ングモータ10により昇降し得る軸18が貫通して設けら
れ、その昇降軸18の上部にはコレクター８が、またコレ
クター８の上には基板９がそれぞれ取付けられ、これら
は円筒体14内を昇降可能とされている。

【００１６】上記構成の装置による噴霧堆積は従来と同
要領で行われる。すなわち、タンディッシュ１内の金属
溶湯２はタンディッシュノズル３を介して非酸化性雰囲
気のチャンバー４内を自然流下させられる。上記タンデ
ィッシュ１の下方にはガスアトマイザー５が配設され、
このガスアトマイザー５から噴出される高圧の不活性ガ
スがジェット流６となって金属溶湯流７に吹付けられ、
これを噴霧化する。噴霧化された金属粒子2aは下方のコ
レクター８にセットした基板９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８は、円筒体14内でス
テッピングモータ10により昇降軸16を介して上下動およ
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８を徐々に降下させれば、タンディッシュノズル
３と堆積最頂面の間の距離を一定に保ちながら、円筒体
14内で堆積高さの高められた且つ保温された円柱状予備
成形体19を得ることができる。

【００１７】上述の要領で製作される円柱状予備成形体
19は、円筒体14内を降下して製作されるので、製作中の
円柱状予備成形体19の外周面は高圧の不活性ガス流６に
よる冷却および円柱状予備成形体19からの放射冷却が防
止され、外周部に付着する金属粒子がそのまま冷却され
て空孔を形成することはなく円柱状予備成形体19の外周
部に生じる空孔層13の厚さが低減でき、健全部歩留りを
向上させることができる。

【００１８】因みに、上記本発明法と従来法で下記に示
す実施条件で直径約 200mmの予備成形体11, 19を製作
し、両者の空孔層13の厚さの比較および健全部歩留りの
比較を行った。その比較結果を図２および図３にそれぞ
れ示す。なお、本実施例では円筒体14として内周面に石
英グラスウールを被覆層を形成したものを使用した。

【００１９】実施条件 材 料 ：高速度鋼（ＳＫＨ５６） 溶 解 温 度：１４５０ ℃ 溶 湯 重 量：１００ ｋｇ アトマイズガス圧：９．９ 気圧 基板回転速度：１５０ ｒｐｍ 基 板 位 置：７５０ ｍｍ

【００２０】図２は本発明法と従来法における空孔層13
厚さの発生割合を示すもので、従来法（円筒体14を設け
ない場合）では 9.8％あったものが、本発明法では 4.6
％に減少し、その低減率は53％と大きな減少が得られ
た。

【００２１】図３は本発明法と従来法における健全部歩
留りを示すもので、上記のように本発明法では空孔層13
が減少するため、鍛造可能な予備成形体の健全部歩留り
は、従来法では65％であったものが、本発明法では72.8
％まで増加し、本発明法により健全部歩留りが 7.8％増
加した。

【００２２】なお、上記実施例では、有底の円筒体14の
みを設けた例を説明したが、本発明はこの例に限定され
るものではなく、例えば図４に示すように、円筒体14に
開閉可能な蓋20を設けてもよい。この蓋20は、歯車伝動
装置21の出力軸に取付けられその歯車伝動装置21により
水平と垂直間で回動可能とされている。また歯車伝動装
置21は、ボックス22内にモータ23、モータ23の出力軸に
直結されたピニオン24およびこのピニオン24に噛合うギ
ヤー25とで構成され、前記ボックス22を、シリンダある
いはラック・ピニオン機構等の進退駆動装置26により円
筒体14の上端とチャンバー４の内壁面間を往復動可能に
取付けられている。従って、蓋20は、基板９上への噴霧
堆積が完了したら予備成形体19がチャンバー４内から取
り出し可能な状態になるまで円筒体14上に水平に置か
れ、退避位置ではチャンバー４の内壁面に沿うようにし
て置かれる。これにより、取り出しまでの間で予備成形
体19の放射冷却等が防止でき、また退避位置での蓋20へ
の粉末の付着が防止される。なお、蓋20として、円板が
大きい場合には円板を半分乃至４等分しそのそれぞれに
歯車伝動装置21、進退駆動装置26を設け進退させるよう
にしてもよい。この方がチャンバー４の外形が小さくで
きる。

【００２３】また、上記実施例では、円筒体14のみを設
けた例を説明したが、例えば図１に想像線で示すよう
に、円筒体14の上端内周縁に、上方外向きの多数の噴出
孔を有する環状のノズル管27を設け、このノズル管27に
円筒体14の内周面に沿わせて立ち上げた冷却ガス管28を
接続し、噴霧堆積中にガスを噴出させてもよい。これに
より、円筒体14の上端面への粉末の付着が防止される。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る噴霧
堆積法によれば、製作中の円柱状予備成形体の外周面の
高圧ガス流による冷却および放射冷却が防止されるの
で、円柱状予備成形体の外周部における空孔層の厚さが
低減でき、以て鍛造可能な予備成形体の健全部歩留りの
向上をはかることができる。また外周面の冷却が防止さ
れることから、高速度鋼のように硬度が高くなる鋼種に
おいて硬度が高くなるのを防止でき、焼鈍工程を経るこ
となく底部および頂部の切断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る噴霧堆積法に使用する装置の実施
例を示す説明図である。

【図２】本発明法と従来法における空孔層厚さの発生割
合を示すグラフ図である。

【図３】本発明法と従来法における健全部歩留りを示す
グラフ図である。

【図４】本発明に係る他の実施例の説明図であって、ａ
は要部拡大側断面図、ｂはａの上面図でボックス内を見
える状態で示す。

【図５】従来の噴霧堆積法に使用される装置の例を示す
説明図である。

【図６】従来の予備成形体の１部を示す断面説明図であ
る。

【符号の説明】

１：タンデッイシュ ２：金属溶湯 2
a：金属粒子 ３：タンディッシュノズル
４：チャンバー ５：ガスアトマイザー ６：ジェット流
７：金属溶湯流 ８：コレクター ９：基板 1
0：ステッピングモータ 13：空孔層 14：円筒体 1
5：貫通孔 16：底 17：架台 1
8：昇降軸 19：円柱状予備成形体 20：蓋 2
1：歯車伝動装置 22：ボックス 23：モータ 2
4：ピニオン 25：ギヤー 26：進退駆動装置 2
7：環状のノズル管 28：冷却ガス管

フロントページの続き (72)発明者 水川 ▲嘉▼伸 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 斎藤 勝 兵庫県神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式会社神戸製鋼所神戸本社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直に流下する金属溶湯にアトマイザー
   より噴出する高圧ガスのジェット流を吹付けてこれを噴
   霧化し、この噴霧化された金属粒子を回転する基板上に
   堆積させて円柱状の予備成形体を得る噴霧堆積法におい
   て、基板を円筒部材内に昇降可能に設け、基板上に堆積
   する円柱状予備成形体の側面部を保温しつつ降下するこ
   とを特徴とする噴霧堆積法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の噴霧堆積法において、円
   筒部材の上開口部に開閉可能な蓋が設けられ、基板上の
   噴霧堆積後の円柱状予備成形体の全体を保温する噴霧堆
   積法。