JPS58110604A - Method and device for manufacturing spherical metal powder - Google Patents

Method and device for manufacturing spherical metal powder

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JPS58110604A
JPS58110604A JP22040882A JP22040882A JPS58110604A JP S58110604 A JPS58110604 A JP S58110604A JP 22040882 A JP22040882 A JP 22040882A JP 22040882 A JP22040882 A JP 22040882A JP S58110604 A JPS58110604 A JP S58110604A
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JP
Japan
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resonator
nozzle
particles
scattering surface
cooling gas
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JP22040882A
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Japanese (ja)
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ロルフ・ル−トハルト
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
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Leybold Heraeus GmbH
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水平に対して傾斜した飛散面を有する超音波
周波数で振動する共振器によって液状金属流を飛散させ
かつ引続き共振器から水平の衝撃成分で振飛ばされた溶
融物粒子を該粒子が方向付けられたガス流内を飛行する
過程で冷却することにより球状金属粉末を製造する方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides for splashing a liquid metal stream by means of a resonator vibrating at an ultrasonic frequency with a scattering surface inclined with respect to the horizontal and subsequently being shaken out of the resonator with a horizontal impact component. The present invention relates to a method for producing spherical metal powders by cooling melt particles as they fly through a directed gas stream.

液状金属流を自由落下する金属流束の形で円筒状容器の
上端から圧搾ガスによって飛散させることは公知である
。金属粒子は圧搾ガスによって鉛直な容器軸線の方向に
加速される、従って金属粒子が十分に冷却されるまでに
相応して長い落下路が生じ、この落下路は容器の全高に
不都合に影響する。この場合、いかなる場合でも焼結し
て団塊になることを確実に阻止するためには、金属粒子
の十分な冷却が行なわれねばならないことに留意すべき
である。
It is known to scatter a liquid metal stream in the form of a free-falling metal flux from the upper end of a cylindrical container by compressed gas. The metal particles are accelerated by the compressed gas in the direction of the vertical container axis, so that a correspondingly long fall path occurs until the metal particles are sufficiently cooled, which path adversely affects the overall height of the container. In this case, it should be noted that sufficient cooling of the metal particles must take place in order to reliably prevent sintering into agglomerates in any case.

更に、この形式で製造される金属粒子の落下路を、容器
横断面全体を満す冷却ガス流を金属粒子の落下路とは反
応方向で、しかも粒子の向きを変えずに容器を貫流させ
ることにより短縮することが公知である。
Furthermore, the falling path of the metal particles produced in this manner is such that a cooling gas flow that fills the entire cross section of the container is allowed to flow through the container in the reaction direction and without changing the orientation of the particles. It is known that it can be shortened by

これらの公知方法は°′金属気化°′とも称される。こ
れらの方法は粒度スペクトルが不都合に広いという欠点
と結び付いている。
These known methods are also referred to as metal vaporization. These methods are associated with the disadvantage that the particle size spectrum is disadvantageously broad.

従って、金属流を一定の波長で振動するガス柱内で飛散
させる方法が記載された(西ドイツ国特許出願公開第2
6・56330号明細書λ又は、金属流を薄層の形で、
水平に対して傾斜した飛散面を有する超音波共振器上で
拡開させ、該面上で金属層を微細な滴に分解しかっ該滴
をまず水平な衝撃成分によって共振器表面に対して直角
方向で振飛し、次いで金属粒子を共振器表面を離れた後
に弾道学的飛行軌道を取らせ、その適当な長い道程で十
分に冷却させる(英国特許第2073616号明細書)
Therefore, a method was described in which a metal stream was dispersed in a gas column vibrating at a constant wavelength (West German Patent Application No. 2).
6.56330 λ or a metal stream in the form of a thin layer,
The metal layer is spread on an ultrasonic resonator with a scattering surface inclined with respect to the horizontal, and the metal layer is broken down into fine droplets on the surface. The metal particles are then caused to take a ballistic flight trajectory after leaving the resonator surface, allowing them to cool sufficiently over a suitably long journey (UK Patent No. 2,073,616).
.

−面では、金属の超音波飛散法は所望の狭い粒度スペク
トルをもたらし、この場合多面では、高速のガス流を断
念せざるを得なかった、それというのも高速のガス流で
は望ましくない粒度スペクトルをもたらすことを恐れた
からである。従って、公知の超音波飛散法は一般には静
止したガス雰囲気内で、最悪Ω場合には振動するガス雰
囲気内(西ドイツ国特許出願公開第2656330号明
細書)で実施された。しかしながら、この方法では、飛
散工程の終了後に相応して長い飛行軌道が必要であり、
ひいては大きな室又は容器を必要とする。これらの容器
は特に大きな水平方向の拡大部を有する、それというの
も飛散のだめに利用される共振器表面は水平方向に対し
て鋭角で配向されており、従って飛行軌道は著しい水平
方向の成分を有するからである(英国特許第20736
16号明細書、第8図)。これに起因する低い硬化速度
は少ない処理量ないしは低い生産性をもたらす。更に、
低い冷却速度のために個々の粒子内に粗い結晶構造が観
察される、即ちこのことは多くの用途のために好ましく
ない比較的粗なマイクロ組織を有する。
- On the surface, ultrasonic atomization of metals yields the desired narrow particle size spectrum, whereas on the multiplane, in this case, the high-velocity gas flow had to be abandoned, since the particle size spectrum is undesirable with high-velocity gas flows. This is because they were afraid that it would lead to The known ultrasonic scattering methods were therefore generally carried out in a stationary gas atmosphere, or in the worst case in a vibrating gas atmosphere (DE 2 656 330). However, this method requires a correspondingly long flight trajectory after the end of the dispersal process;
Consequently, large chambers or containers are required. These vessels have a particularly large horizontal extension, since the resonator surface used for the splash reservoir is oriented at an acute angle to the horizontal, so that the flight trajectory has a significant horizontal component. (UK Patent No. 20736)
16 Specification, Figure 8). The resulting low curing rate results in low throughput or low productivity. Furthermore,
Due to the low cooling rate a coarse crystalline structure is observed within the individual particles, ie a relatively coarse microstructure which is undesirable for many applications.

冒頭に記載した形式の方法は、西ドイツ国特許出願公開
第1558356号明細書から公知である。この場合、
特に金属粉末の酸化のだめに利用されるガスの流動方向
は、粉末の運動方向に対して反対方向に配・向されてい
る。更に、ガスの供給はほぼ飛行軌道の終端部から又は
粉末の捕集ホラ・ξ−内への流入直前で行なわれる。こ
のような手段の急却作用は低くかつまた容器寸法の縮少
も所望の程度では不可能である。
A method of the type mentioned at the outset is known from DE 15 58 356 A1. in this case,
In particular, the direction of flow of the gas used to oxidize the metal powder is oriented in the opposite direction to the direction of movement of the powder. Furthermore, the supply of gas takes place approximately from the end of the flight trajectory or just before the powder enters the collecting hole ξ-. The quenching effect of such measures is low and also it is not possible to reduce the container dimensions to the desired extent.

英国特許第1084908号明細書から、金属粉末の製
法が公知であシ、該方法は溶融物粒子を方向付けたガス
流によって固定面に対して吹付けることから成シ、しか
しこの方法によっては球状の粒子は得られない。超音波
で振動する飛散面は水平方向に配向されている、従って
個々の粒子は水平な衝撃成分を得ない。溶融物粒子は原
理的に高さ方向で加速されかつ飛散面上に再落下する。
From GB 1,084,908 a method for producing metal powder is known, which consists in blowing melt particles against a fixed surface by means of a directed gas stream, but which does not produce spherical particles. particles cannot be obtained. The ultrasonically vibrating scattering surface is horizontally oriented, so the individual particles do not get a horizontal impact component. In principle, the melt particles are accelerated in the height direction and fall again onto the scattering surface.

飛散面上で大量の溶融物が捕集されるようにするには、
溶融物粒子の水平方向の変倚が可能であるにすぎない。
To ensure that a large amount of melt is collected on the splash surface,
Only horizontal displacements of the melt particles are possible.

専ら個々の振動する溶融物粒子間の二次衝撃によって、
飛散面の縁部に向かう漸進的強制が行なわれる、従って
次いで更に溶融物粒子は配向されたガス流の領域内に達
する。しかしながら、この形式では狭い粒子スペクトル
は得られない。
exclusively by secondary impact between individual vibrating melt particles,
A gradual forcing towards the edge of the scattering surface takes place, so that further melt particles then reach into the region of the oriented gas stream. However, this format does not provide narrow particle spectra.

球状金属粉末を製造する際に留意すべきことは、こうし
て製造された金属粉末の重要な適用分野が複雑化された
かつ高い負荷を受ける構成部材例えば飛行機部品の製造
であることである。この場合には、必要な合金は鋳造工
程では十分に微細な粒子組織を形成しない。従って、こ
のような成形部品は、できるだけ微細なマイクロ組織を
得るために、金属粉末からプレス加工しかつ焼結させる
手段が取られる。この要求はもちろん得られた金属粉末
の粗なマイクロ組織には相反する。
When producing spherical metal powders, it should be noted that an important field of application for the metal powders produced in this way is the production of complex and highly loaded components, such as aircraft parts. In this case, the required alloy does not form a sufficiently fine grain structure during the casting process. Measures are therefore taken to press and sinter such molded parts from metal powder in order to obtain as fine a microstructure as possible. This requirement is of course contradictory to the coarse microstructure of the metal powder obtained.

従って、本発明の課題は、コン・にクトな装置で高い生
産性を伴って実施することができ、それにもかかわらず
無定形構造に至るまでの微細なマイクロ組織をもたらす
冒頭に記載の形式の方法を提供することであった。
The object of the invention is therefore to provide a method of the type mentioned at the outset which can be carried out with high productivity in compact equipment and which nevertheless results in fine microstructures up to amorphous structures. The purpose was to provide a method.

前記課題は、本発明により冒頭に記載した方法において
、金属粒子にその弾道飛行の開始時点で飛行方向に対し
てほぼ直角方向で配向した冷却ガス流を衝突させかつ別
の弾道飛行軌道に転向させることにより解決される。
According to the invention, in the method described at the outset, the metal particles are bombarded with a cooling gas flow oriented approximately perpendicular to the direction of flight at the beginning of their ballistic flight and diverted to another ballistic flight trajectory. This is solved by

この手段は、共振器が水平に対して傾斜した飛散面を有
し、それにより溶融物粒子が水平な衝撃成分を得るとい
う特徴との直接的関係において理解されるべきである。
This measure is to be understood in direct relation to the feature that the resonator has a scattering surface inclined with respect to the horizontal, so that the melt particles obtain a horizontal impact component.

それによって、溶融物の個々の体積要素は飛散面上でほ
とんど同じ滞留時間を有し、一方英国特許第10849
08号明細書記載の方法における振動する粒子の滞留時
間は極めて大きくかつ分解に依存する。公知技術水準に
おいては、個々の溶融物粒子が即座に水平な飛散面の縁
部を越えて押出され、その他の溶融物粒子は飛散面上に
屡々衝突することにより多数の鉛直方向の衝撃を得ると
いう現象が生じ得る。
Thereby, the individual volume elements of the melt have approximately the same residence time on the scattering surface, while GB 10849
The residence time of the vibrating particles in the method described in '08 is quite large and depends on the decomposition. In the state of the art, individual melt particles are immediately pushed over the edge of a horizontal scattering surface, and other melt particles receive a large number of vertical impacts by frequently impacting on the scattering surface. This phenomenon can occur.

従って、弾道飛行は、冷却ガス流を無視すれば、大砲が
例えば水平に対して一一一番45度に傾けられている場
合の砲弾の飛行に一致する。
Ballistic flight therefore corresponds, ignoring the cooling gas flow, to the flight of a cannonball when the cannon is tilted, for example, at 45 degrees to the horizontal.

冷却ガス流に関する転向作用に関して説明すれば、飛行
方向に対して直角方向に作用する衝撃を金属粒子忙及1
1す、しかも西Pイッ国特許出願公開第1558356
号明細書記載の方法とは異なシ、弾道飛行の十分に初期
に及ぼす高速のガス流を使用する。従って、公知のガス
流とは異なり極めて有効なかつ著しく早期の冷却を行な
い、更に水平成分に基づいて飛行運動の鉛直成分が増大
される。それにより、金属粒子は新たな、但しこの場合
も弾道飛行軌道を強制される、すなわち粒子はそれが完
全に硬化する以前には堅い表面に衝突しない。従って、
破裂が生じない。
To explain the deflection effect regarding the cooling gas flow, the impact acting perpendicularly to the direction of flight is caused by the impact on the metal particles.
1.Moreover, Western Patent Application Publication No. 1558356
A method different from that described in that patent uses a high-velocity gas flow that is applied sufficiently early in suborbital flight. In contrast to known gas flows, therefore, a very effective and significantly early cooling is achieved and, moreover, the vertical component of the flight motion is increased on the basis of the horizontal component. The metal particles are thereby forced into a new, but still ballistic flight trajectory, ie the particles do not impact the hard surface before they have completely hardened. Therefore,
No rupture occurs.

本発明の技術的手段によれば、硬化するまでの飛行道程
が比較的長いにもかかわらず、著しくコン・セクトであ
シ、しかも高い金属装入量で装入することができる容器
を製作することができる。更に、高い吹付は速度によシ
、金属粒子の著しく急速な冷却が行なわれ、従って無定
形構造に至るまでの微細なマイクロ組織が得られる。こ
の場合驚異的にも、冷却ガス流を用いるにもかかわらず
狭い粒度スペクトルが得られることが判明した。このこ
とは金属粒子が飛散面を離れかつその最終的粒度を得た
後に初めて冷却ガスが作用することに起因する。
According to the technical measures of the invention, a container is produced which, despite the relatively long flight path until hardening, is extremely consecrated and which can be charged with high metal loadings. be able to. Furthermore, the high spray speed results in a significantly faster cooling of the metal particles, thus resulting in a finer microstructure up to an amorphous structure. Surprisingly, it has been found that a narrow particle size spectrum is obtained in this case despite the use of a cooling gas stream. This is due to the fact that the cooling gas acts only after the metal particles have left the scattering surface and acquired their final particle size.

この場合、冷却ガスとしては、製造すべき金属粉末が好
ましからぬ反応を起さない全てのガスが該当する。冷却
ガスは室温で供給することができる。適当な高さの圧力
、例えば2〜20・ぐ−ルの圧力を有する冷却ガスを供
給すると、冷却ガスが例えば1パールの圧力に放圧する
際に著しい断熱的な冷却が生じ、このことが冷却効果に
有効に作用する。ガスは温度が大きければ更にまた大き
な密度を有する。
Cooling gases in this case include all gases which do not cause undesirable reactions with the metal powder to be produced. Cooling gas can be supplied at room temperature. If a cooling gas is supplied with a suitably high pressure, e.g. 2 to 20 g, significant adiabatic cooling will occur as the cooling gas is relieved to a pressure of e.g. Effectively affects the effect. The higher the temperature, the higher the density of the gas.

この場合、本発明の特に有利な実施態様によれば、冷却
ガス流をノズルを用いて発生させ、その際ノズル軸線を
、溶融物粒子がガス流によって転向せしめられた後はぼ
ガス流と同じ方向で継続運動し、しかもそれが硬化する
以前には堅い表面には到達しないように配向する。ノズ
ルによって金属粒子に吹付けることによシ、金属粒子に
対するガス分子の高い衝撃が作用せしめられ、ひいては
強力な冷却を惹起する。その際に、溶融物粒子はガス粒
子と一緒に同一方向に更に運動せしめられ、この場合運
動速度における不可避的な差によって熱交換が完全化さ
れる。
In this case, according to a particularly advantageous embodiment of the invention, the cooling gas stream is generated by means of a nozzle, the nozzle axis being the same as the gas stream after the melt particles have been deflected by the gas stream. It is oriented so that it continues to move in the direction and does not reach a hard surface before it hardens. By spraying the metal particles with the nozzle, a high impact of the gas molecules is exerted on the metal particles, which in turn causes strong cooling. In this case, the melt particles are forced to move further in the same direction together with the gas particles, the heat exchange being completed by the inevitable difference in the speed of movement.

本発明のもう1つの有利な実施態様によれば、金属粒子
にその継続的飛行道程で、先行せる飛行軌道区間に対し
てほぼ直角方向に配向された少なくとも1つの別の冷却
ガス流を衝突させる。この場合には、相応するノズルを
、金属粒子に反対方向の運動方向を強制する形式で金属
粒子の飛行軌道区間に対して方向付けることができる。
According to another advantageous embodiment of the invention, the metal particles are impinged on their continued flight path with at least one further cooling gas stream oriented approximately perpendicular to the preceding flight trajectory section. . In this case, the corresponding nozzle can be oriented with respect to the flight path section of the metal particles in such a way that the metal particles are forced into an opposite direction of movement.

これにより、金属粒子をほぼジグザグに方向の異なる冷
却ガス流内を貫通させ、それにより熱交換を著しく強化
することができる。
This allows the metal particles to pass through the cooling gas stream in different directions in a substantially zigzag manner, thereby significantly enhancing the heat exchange.

また、本発明は、超音波共振器と該共振器に配属された
溶融物供給装置とから成る、本発明方法を実施する装置
に関する。この本発明による装置は、冷却ガスノズルを
有しており、該ノズルが共振器の下縁部の上方に配置さ
れておりかつ該ノズルの軸線が共振器の飛散面に対して
ほぼ平行に下向きに方向付けられていることを特徴とす
る。
The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, consisting of an ultrasonic resonator and a melt supply device assigned to the resonator. The device according to the invention has a cooling gas nozzle which is arranged above the lower edge of the resonator and whose axis is directed downward substantially parallel to the scattering plane of the resonator. Characterized by being oriented.

金属粒子は共振器の飛散面をほぼ垂直方向で飛散すると
いう事実を考慮すれば、冷却ガスノズルから出発したガ
ス流は金属粒子をその先行せる飛行軌道に対して直角方
向で捕捉する、従って望ましい強力な冷却が行なわれる
。この場合、ノズル軸線から共振器の表面までの距離は
、金属粒子が共振器の表面に対してほぼ直角方向で運動
しない限りは、ガス流によって捕捉されないような大き
さに選択されていると理解されるべきである。
Considering the fact that the metal particles are ejected almost perpendicularly to the resonator ejection plane, the gas stream starting from the cooling gas nozzle captures the metal particles perpendicular to their preceding flight trajectory, thus achieving the desired high intensity. cooling is performed. It is understood that in this case the distance from the nozzle axis to the surface of the resonator is chosen such that the metal particles are not captured by the gas flow unless they move approximately at right angles to the surface of the resonator. It should be.

その他の点では、共振器表面に対するノズル軸の最適な
配向は実験により確めることができる。冷却ガス流が共
振器表面から離れすぎると、冷却効果は明らかに低下す
る。それに対して、ノズル軸線を著しく共振器表面に近
づけると、目的効果において溶融物粒子の運動を妨害す
ることになシ、かつ粒子が相互に又は共振器の駆動装置
に向かって飛ばされる事態が生じ得る。ノズル軸線の最
適な位置は、前記のようにして確めることができる。こ
の位置は、ノズル軸線が共振器の表面に対してほぼ平行
に配向された際に達成される。
Otherwise, the optimum orientation of the nozzle axis relative to the resonator surface can be determined by experiment. If the cooling gas flow is too far away from the resonator surface, the cooling effect is clearly reduced. On the other hand, if the nozzle axis is moved too close to the resonator surface, this will not interfere with the movement of the melt particles in the desired effect and will result in the particles being blown into each other or towards the resonator drive. obtain. The optimum position of the nozzle axis can be ascertained as described above. This position is achieved when the nozzle axis is oriented approximately parallel to the surface of the resonator.

次に、図示の実施例につき本発明の詳細な説明する。The invention will now be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

第1図には、薄壁中空円錐体の形状を有しかつ振動を実
施する状態にある共振器1が示されており、この場合最
大振幅は共振器1の下方縁部の領域にある。共振器を励
起させるためには、2つの圧電素子3によって励起され
る連結振動子2が作動する。振動の伝達は円筒体片生を
介して行なわれ、該円筒体上に共振器1がネック部5及
び図示されていないねじ結合によって載設されている。
FIG. 1 shows a resonator 1 in the form of a thin-walled hollow cone and in a state of vibration, the maximum amplitude being in the region of the lower edge of the resonator 1. In FIG. To excite the resonator, a coupled vibrator 2 excited by two piezoelectric elements 3 is activated. Transmission of vibrations takes place via a cylindrical body piece, on which the resonator 1 is mounted by means of a neck portion 5 and a screw connection (not shown).

この種の共振器を有する振動可能な系は西ドイツ国特許
出願公開第2906823号明細書並びに英国特許第2
073616号明細書に記載されておシ、従ってここで
は詳細には説明しない。振動可能な系は基板6及びねじ
7によって、図示されていない気密室の固定部分と結合
されており、該室内には十分な負圧及び/又は保護ガス
雰囲気を保持することができる。
Oscillable systems with resonators of this kind are described in German patent application no.
073616, and therefore will not be described in detail here. The vibratory system is connected by means of a base plate 6 and screws 7 to a fixed part of a gas-tight chamber (not shown), in which a sufficient negative pressure and/or protective gas atmosphere can be maintained.

共振器1の上方及び該共振器に対して同心的に、溶融物
供給装置8が配置されている。共振器1の円錐尖端に導
ひかれた溶融物は、共振器の下縁部に向かって膜厚さを
減少しながら拡開する。
A melt supply device 8 is arranged above the resonator 1 and concentrically to the resonator. The melt guided to the conical tip of the resonator 1 spreads out toward the lower edge of the resonator while decreasing its film thickness.

いわゆる高速節は中空円錐体の尖端領域内並びに連結振
動子2と円筒体片手の移行領域内にある。従って、円錐
体尖端では溶融物の飛散は行なわれない。飛散強度は共
振器の下縁部に向かって一層増大しかつ溶融物飛沫は実
質的にその都度溶融物の下にある共振器の面部材から微
粉状飛沫ないしはミストの形で振飛ばされる。
The so-called high-velocity nodes are located in the tip region of the hollow cone and in the transition region of the coupling oscillator 2 and the cylindrical arm. Therefore, no melt splashing occurs at the tip of the cone. The scattering intensity increases even further towards the lower edge of the resonator, and the melt droplet is essentially shaken off in the form of fine powder droplets or mist from the face of the resonator located below the melt in each case.

振飛ばされた粒子の飛行軌道は点線で示されている。飛
行中に特別の影響を受けなければ、金属粒子は例えば弾
道学的飛行軌道9に従いかつ金属粉末のだめの捕集客器
として構成された室の底に著しく外側に拡散して捕集さ
れる。この際に、金属粉末は第1図から明らかなように
共振器1の領域内に凹所を有するほぼ回転対称形のかさ
状を描く。
The flight trajectory of the thrown particles is indicated by a dotted line. If no special influences are encountered during the flight, the metal particles are collected, for example, following the ballistic flight trajectory 9 and with a significant outward spread at the bottom of the chamber configured as a collection vessel for the metal powder reservoir. At this time, as is clear from FIG. 1, the metal powder forms an almost rotationally symmetrical umbrella shape having a recess in the area of the resonator 1.

飛行軌道に作用するためかつ金属粒子の効果的冷却ない
しは急冷のだめに、溶融物供給装置8に対して同心的に
、しかも共振器1の下縁部11の上に冷却ガスノズル1
0が配置されている。冷却ガスノズル10は、この実施
例の場合には、ノズルスリット12が下及び外向きに傾
斜しているリングスリットノズルを形成する。
A cooling gas nozzle 1 is installed concentrically to the melt supply device 8 and above the lower edge 11 of the resonator 1 in order to influence the flight trajectory and for effective cooling or quenching of the metal particles.
0 is placed. The cooling gas nozzle 10 forms in this embodiment a ring-slit nozzle in which the nozzle slit 12 slopes downwardly and outwardly.

このノズルスリット12は冷却ガスノズル10の半径横
断面に対してノズル軸線13を有する。この場合、全て
の可能な半径断面のノズル軸線は、共振器1の円錐状飛
散面14と実質的に同じ開き角度を有する円錐面内にあ
る。しかしながら、両者の円錐面は実験的に確認される
程度で軸線方向でずらされている、即ち全てのノズル軸
線13は飛散面14のかなり上にある。
This nozzle slit 12 has a nozzle axis 13 relative to the radial cross section of the cooling gas nozzle 10 . In this case, the nozzle axes of all possible radial sections lie in a conical plane with substantially the same opening angle as the conical scattering surface 14 of the resonator 1. However, the two conical surfaces are axially offset to an extent that has been confirmed experimentally, ie all nozzle axes 13 lie well above the spray surface 14.

前記配置形式から、全てのノズル軸線が飛散面のその都
度の所属の母線に対して平行に延びることが達成される
This arrangement achieves that all nozzle axes run parallel to the respective associated generatrix of the spray surface.

冷却ガスノズル10はガス供給導管15と接続されてお
り、該ガス供給導管を介して適当な冷却ガス、例えばヘ
リウムが供給される。ノズルスリット12から、相応す
る寸法規定及び圧力段階で高速で流動する回転対称のガ
スカーテンから噴出し、該ガスカーテンの進路は少なく
とも初期は、全てのノズル軸線13が存在する円錐面に
一致する。
The cooling gas nozzle 10 is connected to a gas supply conduit 15 via which a suitable cooling gas, for example helium, is supplied. From the nozzle slit 12, a rapidly flowing, rotationally symmetrical gas curtain emerges with corresponding dimensions and pressure steps, the path of which, at least initially, coincides with the conical surface in which all nozzle axes 13 lie.

このようにして、金属粒子は、飛行軌道9の著しく下に
ある飛行軌道に転向される。選択された配置形式により
、ガスカーテンは共振器1の表明の直ぐ近くで金属粒子
の最初の飛行軌道に対してほぼ90°の角度で配向され
る。しかしながら、ガスカーテンにより金属粒子はほぼ
ノズル軸線の方向に転向される、従って金属粒子はガス
流とはほぼ同じ方向で更に運動せしめられる。
In this way, the metal particles are diverted to a flight trajectory that is significantly below the flight trajectory 9. Due to the chosen arrangement, the gas curtain is oriented in the immediate vicinity of the expression of the resonator 1 at an angle of approximately 90° to the initial flight trajectory of the metal particles. However, the gas curtain deflects the metal particles approximately in the direction of the nozzle axis, thus causing them to move further in approximately the same direction as the gas flow.

更に、冷却がス1oの下には、もう1つの冷却ガスノズ
ル10aを配置することができる、該ノズルは実質的に
同じ構造原理を有し、但しそのノズルスリッ)12aが
上向きに傾斜して配向されており、従って記入された矢
印の方向で噴出するガスカーテンが、冷却ガスノズル1
0の作用を受は丁得た金属粒子の飛行軌道にほぼ垂直に
再衝突する。この手段によれば、金属粒子の飛行軌道に
ジグザグ路を強制させ、該道程で金属粒子を有効に急冷
し、従って個々の粒子内部で所望のマイクロ組織を形成
させることができる。更に、それにより飛行軌道全体の
長さが有効に短縮されかつひいては室ないしは捕集容器
の直径が縮少される。
Furthermore, below the cooling slit 1o, another cooling gas nozzle 10a can be arranged, which nozzle has substantially the same construction principle, except that its nozzle slit 12a is oriented upwardly inclined. Therefore, the gas curtain ejected in the direction of the arrow shown is the cooling gas nozzle 1.
Under the action of 0, the metal particles collide again almost perpendicularly to the flight trajectory of the metal particles. According to this means, it is possible to force the flight trajectory of the metal particles to follow a zigzag path, effectively quenching the metal particles along this path, and thus forming a desired microstructure inside each particle. Furthermore, the length of the overall flight trajectory is effectively shortened thereby, and thus the diameter of the chamber or collection vessel is reduced.

この場合も、ノズルスリット12,1は、冷却ガスノズ
ルIQのノズル軸線13が存在する円錐面の母線に対し
て垂直に延びる母線を有する円錐面内にある。
In this case as well, the nozzle slit 12,1 lies in a conical surface with a generatrix extending perpendicularly to the generatrix of the conical surface on which the nozzle axis 13 of the cooling gas nozzle IQ lies.

ガスカーテンの方向及び開き゛角度は一定の限界内で可
変であり、5この場合最適な配向は実験によシ規定可能
である。この場合、金属粒子はできるだけ別の冷却ガス
及び/又は共振器1の振動系に向けられないように配慮
すべきである。
The direction and opening angle of the gas curtain can be varied within certain limits,5 and the optimum orientation can then be determined by experiment. In this case, care should be taken that as far as possible the metal particles are not directed towards another cooling gas and/or the vibration system of the resonator 1.

第1図の実施例の変更形である第2図においては、共振
器1aは中空円錐形ではなく、屋根面の形状を有する。
In FIG. 2, which is a modification of the embodiment of FIG. 1, the resonator 1a has the shape of a roof instead of a hollow cone.

この場合、溶融物供給装置8aは長方形横断面を有する
、従って金属溶融物は共振器1aの長い区間上に供給す
ることができる。この場合にも、共振器1aの棟の領域
内に高速節が1、一方直線状下縁部11aが最大振幅で
振動する。この場合にも、溶融物16は共振器la上で
薄膜の形で開拡し、該薄膜の厚さは下縁部11aに向か
って減少し、最後には液状金属は小さな粒子17の形で
図示の矢印の方向で振飛ばされる。この場合、飛行軌道
はまず平行に進行するが、但しその他の点ではこの種の
飛行軌道の公知の弾道学的経過に従う溶融物供給装置8
aに対して鏡面対称的に、2つの直線的冷却ガスノズル
18及び19が配置されており、該ノズルの長方形のノ
ズルスリット20及び21は、ノズル軸線22及び23
が共振器1aの夫々所属の屋根面に対して平行に延びる
ように配向されている。この場合、冷却ガスノズルのノ
ズル軸線全部は夫々ノズルの対称面内にある。全ての配
置形式は完全に鏡面対称でありかつ第1図記載の実施例
に類似している。
In this case, the melt supply device 8a has a rectangular cross section, so that the metal melt can be supplied over a long section of the resonator 1a. In this case as well, there is one high-speed node in the region of the ridge of the resonator 1a, while the linear lower edge 11a vibrates with maximum amplitude. In this case too, the melt 16 spreads out in the form of a thin film on the resonator la, the thickness of which decreases towards the lower edge 11a, until finally the liquid metal is in the form of small particles 17. It is blown away in the direction of the arrow shown. In this case, the flight trajectory initially runs parallel, but otherwise follows the known ballistic course of a flight trajectory of this kind.
Two linear cooling gas nozzles 18 and 19 are arranged mirror-symmetrically with respect to
are oriented so as to extend parallel to the respective roof surfaces of the resonators 1a. In this case, all nozzle axes of the cooling gas nozzles lie in the plane of symmetry of the respective nozzles. All arrangements are completely mirror symmetrical and similar to the embodiment shown in FIG.

第2図の装置は、仮定の垂直な対称面の一方側にある装
置の半分だけが存在する場合でも本発明の技術思想によ
れば完全に有効であると理解されるべきである。この場
合には、溶融物供給装置8aが側方にずらされて、溶融
物流が完全に共振器la上に達するように配慮するだけ
で十分である。このことからも、共振器は、その上に薄
膜の形で施された溶融物が遅くとも共振器の下縁部の領
域で飛散される条件を満足する限シ、広い範囲内で変更
可能であることが明らかである。
It should be understood that the device of FIG. 2 is fully valid according to the inventive concept even if only half of the device is present on one side of a hypothetical vertical plane of symmetry. In this case, it is sufficient to ensure that the melt supply device 8a is shifted laterally so that the melt flow completely reaches the resonator la. This also shows that the resonator can be varied within a wide range, provided that the condition is met that the melt applied in the form of a thin film on it is splashed at the latest in the area of the lower edge of the resonator. That is clear.

ここまで説明して来た実施例は、゛共振器が固有振動を
実施する振動可能な系に関する。しかしながら、本発明
の原理はその1まで、超音波発生器と固定結合された共
振器に転用可能である。このような場合は、例えば超音
波発生器と結合された傾Mした中実円筒体の端面に液状
金属噴流が衝突しかつ金属粒子が衝突面の法線の方向で
空間内を加速する場合に生じる。それによって形成され
た飛沫流が完全に類似した形式で相応して配向された冷
却ガスノズルを経て吹付けられると直ちに、前記の、結
果をもたらす。
The embodiments that have been described thus far relate to vibratable systems in which the resonator performs natural oscillations. However, the principles of the present invention up to part 1 can be applied to a resonator fixedly coupled to an ultrasonic generator. Such a case may occur, for example, when a liquid metal jet impinges on the end face of a tilted solid cylinder connected to an ultrasonic generator and the metal particles accelerate in space in the direction normal to the impact surface. arise. As soon as the droplet stream thus formed is blown in a completely similar manner through a correspondingly oriented cooling gas nozzle, it brings about the above-mentioned result.

もう1つの適用分野は、合金アルミニウム粉末の製造で
ある。例えば若干のアルミニウム合金の場合には一定の
合金配分を上回ると硬化際に解離が起る。しかしながら
、本発明の高速冷却によれば、著しく高い合金配分が粉
末粒子内に合金状態で維持される。
Another field of application is the production of alloyed aluminum powders. For example, in the case of some aluminum alloys, dissociation occurs during hardening when a certain alloy proportion is exceeded. However, with the fast cooling of the present invention, a significantly higher alloy proportion is maintained in the alloyed state within the powder particles.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第19図は、本穐明の装置の1実施例の鉛直断面図、第
2図は、別の実施例の第1図に相応する略示断面図であ
る。 1 、 l a−共振器、10,10a 、18.19
・・・冷却ガスノズル、11,11a・・・共振器の下
縁部、13,22,23・・・ノズル軸線、14・・・
飛散面 ↓↓ FIG、1 FIG、 2
FIG. 19 is a vertical sectional view of one embodiment of the device of Akimei Hon, and FIG. 2 is a schematic sectional view corresponding to FIG. 1 of another embodiment. 1, l a-resonator, 10,10a, 18.19
...Cooling gas nozzle, 11, 11a... Lower edge of resonator, 13, 22, 23... Nozzle axis, 14...
Scattering surface↓↓ FIG, 1 FIG, 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、水平に対して傾斜した飛散面を有する超音波周波数
で振動する共振器によって液状金属流を飛散させかつ引
続き共振器から水平の衝撃成分で振飛ばされた溶融物粒
子を該粒子が方向付けられたガス流内を飛行する過程で
冷却することによシ球状金属粉末を製造する方法におい
て、金属粒子をその弾道飛行の開始時点で飛行方向に対
してほぼ直角方向で方向付けられた冷却ガス流と衝突さ
せかつ別の弾道飛行軌道に転向させることを特徴とする
、球状金属粉末を製造する方法。 2、 冷却ガス流をノズルで発生させ、その際にノズル
軸線の溶融物粒子に対する向きを、溶融物粒子がそのガ
ス流による転向後にほぼガス流と同じ方向で更に運動し
、しかも硬化前には堅い表面に衝突しないよう1に規定
する、特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 金属粒子にその飛行を継続する途中で、先行せる飛
行軌道区分に対してほぼ直角方向に方向付けられている
少なくとも1つの別の冷却ガス流を働突させる、特許請
求の範囲第1項記載の方法。 屯 水平に対して傾斜した飛散面を有する超音波周波数
で振動する共振器によって液状金属流を飛散させかつ引
続き共振器から水平の衝撃成分で振飛ばされた溶融物粒
子を該粒子が方向付けられたガス流内を飛行する過程で
冷却することにより球状金属粉末を製造する装置であっ
て、水平に対して傾斜した飛散面及び該飛散面に配属さ
れた溶融物供給装置を有する超音波共振器から成る形式
のものにおいて、冷却ガスノズル(10,loa 、1
8゜19)を有しており、該ノズルが共振器(1,1a
)の下縁部(11,1la)の上方に配置されておりか
つ該ノズルの軸線(13゜22.23)が共振器の飛散
面(14)に対してほぼ平行に下向きに方向付けられて
いることを特徴とする、球状金属粉末を製造する装置。 5、共振器(1)が円錐状の飛散面(14)を有しかつ
冷却ガスノズル(10)が、共振器に対して同心的に配
置された環状スリットノズルとして構成されている、特
許請求の範囲第4項記載の装置。 6、 共振器(1a)が水平に対して傾斜した少なくと
も1つの平坦な飛散面を有しかつ冷却ガスノズル(18
,19)が、飛散面に対して水平かつ平行に延びる細長
いスリット状ノズルとして構成されている、特許請求の
範囲第4項記載の装置。
[Scope of Claims] 1. Molten particles splashed in a liquid metal stream by a resonator vibrating at an ultrasonic frequency and having a scattering surface inclined with respect to the horizontal, and subsequently shaken out of the resonator by a horizontal impact component A method for producing spherical metal powder by cooling the particles as they fly in a directed gas stream, wherein the metal particles are oriented substantially perpendicular to the direction of flight at the beginning of their trajectory. A method for producing spherical metal powder, characterized in that it is impinged with a directed cooling gas stream and diverted into another ballistic flight trajectory. 2. A cooling gas flow is generated by a nozzle, and at that time, the direction of the nozzle axis relative to the melt particles is changed such that the melt particles move further in approximately the same direction as the gas flow after being turned by the gas flow, and yet before hardening. A method according to claim 1, characterized in that it does not impinge on hard surfaces. 3. During the course of their flight, the metal particles are bombarded with at least one further cooling gas stream oriented substantially perpendicular to the preceding flight trajectory segment. the method of. tun A liquid metal stream is splashed by a resonator vibrating at an ultrasonic frequency with a scattering surface inclined with respect to the horizontal, and the melt particles are subsequently blown away from the resonator by a horizontal impact component, and the particles are directed. An ultrasonic resonator for producing spherical metal powder by cooling it while flying through a gas flow, the ultrasonic resonator having a scattering surface inclined with respect to the horizontal and a melt supply device attached to the scattering surface. cooling gas nozzle (10, loa, 1
8°19), and the nozzle has a resonator (1, 1a
) is arranged above the lower edge (11, 1la) and the axis (13°22.23) of the nozzle is directed downward approximately parallel to the scattering surface (14) of the resonator. An apparatus for producing spherical metal powder, characterized in that: 5. The resonator (1) has a conical scattering surface (14) and the cooling gas nozzle (10) is configured as an annular slit nozzle arranged concentrically with respect to the resonator. The device according to scope item 4. 6. The resonator (1a) has at least one flat scattering surface inclined with respect to the horizontal and the cooling gas nozzle (18
, 19) is configured as an elongated slit-like nozzle extending horizontally and parallel to the scattering surface.
JP22040882A 1981-12-18 1982-12-17 Method and device for manufacturing spherical metal powder Pending JPS58110604A (en)

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DE31502210 1981-12-18
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