JPS58181807A - 粒子分散金属用粉末の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、金＠（金属業体または合金）中に粒子を均
一に分散させた粒子分散金属を得るのに適し九粒子分散
金礪用粉末の製造方法に関する。

金属中に、酸化物、窒化物、炭化物、ホク化物硫化物、
炭素等々の非金属粒子や金属粒子を分散させ、当該金堝
の特性、例えば耐４１耗性、硬度。

強度、クリープ特性等を改善させようとする試みは従来
より数多くなされている。

従来、このような粒子分散金属を製造する方法としては
、■金域金ｆｆＩ融してこの溶融金属中に分数粒子粉末
を添加する方法や、■金属を溶融することなく粉末冶金
的に前記金属中に分散粒子粉末を分散させる方法がある
。

これらのうち、前者■の方法には、■−（１）溶融金ａ
ｇｔｅは半ｆｉ融金属中に分散粒子粉末を添加混合して
攪拌する方法・や、■−（ｂ）インゴット製造過程にお
いて溶融金属中に分散粒子粉末を不活性ガスなどと共に
吹き込んで混合する方法や、■−（ｅ）金属粉末と分散
粒子粉末を同時に溶射して粒子分散金属の溶射肉盛１４
を形成する方法などがある。

しかしながら、上記方法のうち、■−蓮）の方法では、
金属と分散粒子との間に大きな比重差がある場合に、こ
の比重差によって分散粒子の浮上または沈下が生ずるた
め、金属および分散粒子の選択が制限されるという問題
を有すると共に、比重差が小さい場合であって４１溶融
金属が凝固するまでの間に分散粒子が＃寮することがあ
るなどの間趙ｔ−有していた。また、■−（ｂ）の方法
では、分散粒子粉末を吹き込むために必らずしも分散性
が良くなく、加えてこのような吹き込み法では十分微細
な分散粒子′ｔ−吹一き込むことは困難であ抄、用途が
限定されるなどの問題を有してい友。さらに、■−（ｃ
）の方法では、溶射によるため分散粒子径が一般に大き
く、かつ分散量も多いなどの間臘ｔ−有してい念。

他方、前記し次鏝者■の方法は、所定成分の金属（台金
）粉末、あるいは所定成分の金属（合金）に相応する４
１Ｉ数の金属（合金）粉末と、分散粒子粉末と、会費に
応じて適宜のバインダとをボールミルにて混合し、この
混合粉末を成形・暁給する方法である。

しあ・しながは、この■の方法では、金部粉末と分数粒
子粉末との間に大きな比電差や粒度差がある場合に、こ
れらの粉末を均一に混合するためＫは強力なボールミル
を使用して長時間の攪拌混合を行わねばならず、加えて
長時間の攪拌混合の間にポールきルから不純物の混入を
生ずる仁とがあるという問題を有し、その上、粒子分散
金属ｔｌＩ造するために畝ビ芙の超微粒状の一分散粒子
粉末を原料として用いねばならず、このような超＃粒状
の分散粒子粉末を大量でかつ安価に得ることにはいくつ
かの問題ｔｌ−有してい次。しかし、このような粉末冶
金的な手法による場合には、粒子分散金属の成形性９寸
法精度、生産性、原料歩留りなどを向上させることがで
きるなどの利点も有していた。

この発明は、上述し九ような従来の問題点に着目してな
されたもので、粒子分散金属を粉末の成形焼結や加熱鍛
造等の粉末冶金的な手法によって傅る揚台に、これに使
用するのに適し九粉末を得ることかで睡る粒子分散金属
用粉末の製造方法を開発することを目的としている。

この発明は、金属中に粒子が分散した粒子分散金属を得
るのに使用する粒子分散金属用粉末を製造するにあたり
、金属薄帯の表面または／および内部に１その長さ方向
に分散粒子を均一に分散させ、その後前記金属薄帯を粉
砕するようにしたことを％像とし、これによって得られ
た粒子分散全域粉末を使用して成形焼結あるいは加熱鍛
造等の粉末冶金的な手法によって粒子分散金属の製造を
行うことができるようにしたことを特徴としている。

以下、この発明の実施ｌＩ様を図面に基いて詳細に説明
する。

第１図はこの発明の一実施態様において金属薄帯にその
長さ方向に分散粒子を均一に分散させる装置の概略説明
図であって、図に示すように、ノズル１＆を具え次るつ
ぼ１内に金属溶湯２が収容され、このるつぼ１の周囲に
配設したー導コイル６およびｉｔ電源によって加熱保持
できるようになっている。また、るつぼ１の上端は！５
によって閉塞され、加圧ガス送給ｆ６．バルブ７、−加
圧ガス送給装゛瀘８よりるつぼ１内に加圧ガスを送給し
て、金属＃￥湯２をノズル１１より噴出させることがで
きるようになっている。一方、ホッパ１１内には分散粒
子粉末１２を収容し、分散粒子粉末送給管１６およびバ
ルブ１４を経て前記分散粒子粉末１２を分散粒子粉末送
給器１５に送給できるようになっている。この分散粒子
粉末送給器１５には、ガス送給−＃１６およびバルブ１
７を通って分散粒子粉末送給用ガスが送り込まれ、−こ
の分散粒子送給用ガスと共に前記分散粒子粉末１２は分
散粒子粉末送給管１８．バルブ１９を通ってプラズマト
ーチ２０に送給される。このプラズマトーチ２０は、前
記分散粒子粉末送給管１８に接続した中空ノズル２１、
この中空ノズル２１と同心的に配設した中空ノズル２２
）有し、中空ノズル２２１７）上ｍを閉塞部材２６によ
り閉塞し、中空ノズル２２にはバルブ２４を有するプラ
ズマガス送給管２５を接続し、中空ノズル２１には電源
３ｏの陰極側を接続した構成をなす（のである。

＠紀プラズマトーチ２０およびるっぽ１の下方には、前
記余積溶湯２の冷却体として作用する回転可能な冷却ロ
ール６１を配設し、この冷却ロール３１に前記電源６ｏ
の陽極ｌ１ｌｌを接続し、プラズマトーチ２０と冷却ロ
ール６１との間でブラズＴアーク３２を発生させる。ま
次、冷却ロール６１には回転可能なワイヤーブラシ６６
を接触させてロール表ｒｆｉを清浄化できるようにした
構成をなしている。

このような製造装＃を用いて、分散粒子が長さ方向に均
一に分散した金属薄帯１ｉｒ製造するに際しては、るつ
ぼ１内に加圧ガス送給管６より加圧ガスを送給して、当
該るつぼ１内の金１！４婢湯２會押圧し、ノズル１息よ
り冷却ロール６１の表面に向けて金属溶湯流２凰を噴出
させる。これと同時に１ホツパ１１内の分散粒子粉末１
２會ガス送給管１６より送り込んだ分散粒子粉末送給用
ガスによってプラズマトーチ２０内圧送給し、電源６０
の供給およびプラズマガス送給管２５から送り込まれた
プラズマガス圧よって形成されたプラズマアーク３２中
に前記分散粒子粉末１２ｔ−通過させて加熱し、プラズ
マアーク６２によって加熱され九分散粒子を前記未凝固
金属中または凝固（半凝固）金１４＆而に向けて送給す
る。このとき、冷却ロール６１は図示矢印方向に回転し
ており、冷却ロール３１上で急冷されて急速凝固すると
共に金属薄帯４０となって冷均ロール６１の接線方向く
向けて放出され己。この金属薄帯４０は、上記プラズマ
アークされた分散粒子の送給の仕方によって、第２図（
１）に示すように、金Ｉ！４４１中に分散粒子４２が均
一に分散したものや、＠２図（ｂ）に示すように、金属
４１の表面にその長さ方向に分散粒子４２が均一に分散
したものなどが得られる。

なお、図に示す装置では、金属浴ｄｈ２を収容するるつ
ぼ１および分散粒子粉末１２を収容するホッパ１１が各
々一つずつ設置されているが、これらの設（を数は適宜
増加することができる。

このようにして、金属４１の表［ｆｉ′１九は／および
内部に分散粒子４２を均一に分散させ次金属薄帯４０ｆ
ｃ＠ｉ！遺した場合には、使用する分散粒子粉末１２が
粗粒のものであったときでも、プラズマアーク６２の急
速加熱による熱衝撃で破砕されるため、必らずしも超微
粒状の粉末を用いる必要がなく、原料の入手が容易であ
ると共に、分散粒子粉末１２の送給が円滑に行われ、分
散粒子粉末１２の送給ｔｔ−変えることによって分散粒
子４２と金属４１の比率（混合率または付着率）を任意
に変更することができ、このような変更は製造途中に奮
いても変えることができるという利点を有し、金属４１
の表面または／および内部に１その長さ方向に分散粒子
４２が均一に分散した金属薄帯４０を得ることができる
。

次いで、前記金ｍ薄帯４０を従来既知の適宜の手段で粉
砕することによって粒子分散金属用粉末を得る。その後
、この粒子分散金属用粉末會用いて成形焼結し、あるい
は加熱鍛造するなどの粉末冶や約手法を施すことにより
、分散粒子が均一に分散し九粒子分散金Ｍ（材料あるい
は斜品）ｔ−得ることができる。

第３図はこの発明の他の実施態様において金属薄帯にそ
の長さ方向に分散粒子を均一に分散させる装−置の概略
説明図であって、第１図の装置と同一構成部分には同一
符号を付してその説明ｔ−省略する。第３図に示す装置
では、プラズマトーチ２０の中空ノズル２２に１パルプ
５４に、有するプラズマガス送給兼分散粒子合成用原料
物質送給管５５ｙｋ頃ｄし、中空ノズル２１に、バルブ
５９を何する分数粒子合成用原料物質送給管５８ｔ−接
続したところが相違する このような製造装置を用いて、分散粒子が長さ方向に均
一に分散し九金属薄帯を製造するに際しては、るつぼ１
内に送給し九加圧ガスによって金ｍｅ湯流２ａｉ冷却ロ
ール６１に向けて噴出させ、これと同時に、原料物質送
給管５８より一方の分散粒子合成用原料物質を送給する
と共に、プラズマガス送給兼原料物質送給管５５よりプ
ラズマガスおよび他方の分散粒子合成用原料物質を送給
し、プラズマアーク３２中に両方の分散粒子合成用原料
物質を送給することによって、このプラズマアーク６２
中での反応により分散粒子を合成させ、この分散粒子を
前記未凝固金属中または凝固（半凝固）金属表面に向け
て送給させる。このとき、冷却ロール６１は図示矢印方
向に回転しており、冷却ロール６１上で急冷されて急速
凝固すると共に金属薄帯４０となって冷却ロール６１の
接線方向に向けて放出される。この金属薄帯４０は、前
記実施１様の場合と同様に、プラズマ加熱された分散粒
子の送給の仕方によって、第２図（ａ）ま九は（ｂ）に
示すように、分散粒子４２が・金属４１の内部または表
面でその長さ方向に均一に分散し′＃：、４にのとなる
。

このようにして金属薄帯４０を製造し九場合には、プラ
ズマトーチ２０内に分散粒子合成用原料物質全送給して
プラズマアーク６２中で分散粒子を合成させるようにし
ているため、分散粒子上非汚染の状１嘘で金属薄帯４０
の長さ方向に均一に分散させることができ、分散粒子粉
末を一定量ずつ長時間にわたって送給する場合に凝集の
問題も含めて（”Ｉんらかの不具合ケ生じやすいような
分散粒子を金属薄帯の長さ方向に均一分散させ曳いとき
には、この実施例のように分散粒子合成用原料物質をガ
ス状態で送給することによって上述し次役末を送給する
ときの不具合を回避することができ分散粒子合成用原料
物質の濃度や送給量等ｔ−費えることによって分散粒子
の大きさや生成量を容易に１ｔｉｌｌ（財）することが
でき、当該原料物質の選定により橢々の分散粒子を金属
薄帯の長さ方向く均−分散〜させることが可能であり、
必要に応じて二種風上帝分散粒子の均一分散もｏＴ能で
あるなどのすぐれた利点を有している。

第４図はこの発明のさらに他の実施態様において金！ｌ
ｌｉ博帯にその長さ方向に分散粒子を均一に分散させる
装置の概ｌ１８説明図であって、第１図の装置と同一構
成部分には同一符号を付してその説明１省略する。第４
図に示す装置では、金属浴湯１をプラズマトーチ７０に
よって溶融して冷却ロール６１上に送給するようにした
本のである。すなわち、ホッパ６１内には金属粉末６２
を収容し、金属粉末送給管６６およびバルブ６４を経て
前記金属粉末６２を金属粉末送給器６５に送給できる−
うにし、この金属粉末送給器６５には、ガス送給管６６
およびバルブ６７を通って金属粉末送給用ガスが送り込
まれ、この金属粉末送給用ガスと共ＫＡｔＪ記金礪粉末
６２は金属粉末送給管６８．バルブ６９を通って別のプ
ラズマトーチ７０に送給される。このプラズマトーチ７
０は、前記金属粉末送給管６８に接続し九中空ノズル７
１、この中空ノズル７１と同心的に配設した中空ノズル
７２を有し、中空ノズル７２の上端を閉塞部材７３によ
り閉塞し、中空ノズル７２にはバルブ７４を有するプラ
ズマガス送給管７５を接続し、中空ノズル７１には電源
８０の陽極側を接続し、電源８０の調律側を前記冷却ロ
ール６１に接続し、プラズマトーチ７０と冷却ロール６
１との関でプラズマアーク８２全発生させ、前記全所粉
末６２會金属酷湯６２ｍとして冷却ロール６１に向けて
流して凝固させることができるように構成した本のであ
る。

このような装置ｔを使用して金属Ｓ帝４０を擬造した場
合にも、上記プラズマ加熱され九分散粒子の送給の仕方
によって、第２図（ａ）　（ｂ）に示すように、＆ｊＸ
４１の内部や表面にその長さ方向に分散粒子４２が均一
に分散した金＠博帝４０ｔ４ることができ、使用する金
属粉末６２が粗粒のものであったときでも、プラズマア
ーク８２の急速加熱による熱衝撃で破砕されるため、必
らずしも超微粒状の金属粉末６２ケ用いる必要がなく、
原料の入手が容易であると共に、金属粉末６２の送給が
円滑に行われ、分散粒子１２の送給１および金属粉末６
２の送給量を変えることによって、分散粒子４２と金１
！４１との比′４（混合率または付着率）や金属薄帯４
０の時間当たり製造量等を任意に変〆することができ、
このような変更は製造途中においても変えることができ
るなどの利点を有している。なお、プラズマトーチ２０
の本数を複数とすることによって、攬類の異なる分散粒
子の同時混合あるいは同時付着も可能であり、プラズマ
トーチ７０の本数を複数とすることによって金属の合金
化等も６Ｔｔ６になる。そして、このようにして得られ
た金属４帯４０を従来既知の適宜の手段によって粉砕す
ることにより粒子分散金属用粉末を１得る。

上記各実施例において使用するプラズマトーチ２０．７
０としては、トランスファ一式やノントランスファ一式
のものなど全使用することができる。

また、金属４１としては、Ｆ＠　、　Ｎｉ　、　Ｃｏ　
、　Ｃｒ　。

ｋｌ　、　Ｔｉ　、　Ｗ　、　Ｍｏ等々の各種の金属薬
体あるいは合金を使用することができる。

さらに、分散粒子４２としては、各種の酸化物。

窒化物、炭化物、ケイ化物、硫化物、ホウ化物。

炭素、ガラスなどの非金楓粉末あるいは金属粉末などを
使用することができる。

以上、各実施昨様を基に説明してき九が、この上うな実
ｌ＠ＴＰｙＡ様によって粉末分散金属用粉末を製造した
場合には、■分散粒子が金属中ま九は金属表面にその長
さ方向に均一に分散し友金属薄帝會きわめて短時間のう
ちにかつ高能率で製造することができ、この金Ｗ４４ｆ
ｉを粉砕することＫよって粒子分散金属用粉末の製造が
ｇＪＩＫ可能であや、■プラズマアークにより加熱され
九分散粒子を送給するため金鴫との密７Ｉｉ度がかなや
高く、■金属溶湯の送給量と、分散粒子粉末あるいは分
散粒子合成用原料物質の送給量とを適宜調整することに
よって、金属と分散粒子の比率（混合率または付着率）
ｔ−任意にかつ極めて容易Ｋｆえることができ、かかる
比率の変更は金Ｊ＋４博帯の製造途中において本容鳩に
行うことが可能であ妙、■冷却ロール等の冷却体によ妙
金属溶湯を急冷凝固させることによって、分散粒子と金
属溶湯との比重差による分散粒子の浮上、沈下や凝集等
の発生を十分に回榊することが可能であり、分散粒子が
長さ方向に著しく均一に分散し九金属薄帯を得ることカ
ニでき、この金属薄帯を粉砕することによって良好なる
粒子分散金属用粉末を得ることができるという利点を有
している。

以下、実施例について説明する。

実施例　１ この実施例では第１図に示す装置全使用し、この装置′
ｉ１全１ヲ約１５００　ｍ　、　４約１５００−のアル
ゴン雰囲気槽内に入れて実施した。ま九、実施第　　１
　　表 次に、このようにして得られ九金属薄帯４０を細かく切
断し、高エネルギボールミルにより粉砕して粒子分散金
属用粉末を製造した。ここで得られた粒子分散金属用粉
末の平均粒径は約１００μｍであった。次いでこの粉末
を軟＠製容器（内径５０■、高さ１００■）内に入れ、
窒業で置換した後ｍ封し、１１５０℃に加熱して鍛造し
た。

その後得られた粒子°分散余積の組織を電子顕微鏡で観
察したところ、分散粒子の粒径は２００〜８００Ｘ、！
：極めて微細であり、分散粒子の体積比は約１．２％で
あって、極めて均一に分散していることが確昭され、Ｎ
１基合金のクリープ特性をより一層向上させることがで
きた。

他方、比較のために、Ｙ、０．よりなる分散粒子粉末と
Ｎ１基合金よりなる金属薄帯とを各々別々に製造し、金
属薄帯を細かく切断し、高エネルギボールミルにより両
者ｆ：機械的に破砕混合し、ここで得られ九粉末を上記
の場合と同様に軟鋼製容器内に入れて加熱鍛造した。次
いで得られた合金の組織を電子顕微鏡により調べたとこ
ろ、分散粒子の粒径は５００〜１５００にと粗くかつ幅
があり、加えて５００１以上に凝集したものが多く見ら
れた。

なお、上記実施例１において、金属溶湯２および雀１ｌ
１４粉末１２金他の種類のものに変えて同様に実施した
場合にも、やはり良好な結果を得ることができた。

実施例　２ この実施例では第３図に示す装置ｘｔを使用し、この装
［１１を直径約１５００　ｍ　、４約１５００−のアル
ゴン雰囲気槽内に入れて実施した。また、実施条件を第
２表に示す。

＠　　２　　表 次に、このようにして得られ九金属薄帯４０を細かく切
断し、高エネルギボールミルにより粉砕して粒子分散金
属用粉末を製造し九。ここで得られた粒子分散金属用粉
末の平均粒径は約１００μｍであった。次いで、この粉
末を軟ＶＩ４製８器（内径５０ｍ、尚さ１００　ａｓ　
）内に入れ、窒素で置換した後密封し、１１５０℃Ｋ、
加熱して鍛造し次。

その後得られた粒子分散金属の組織ｔｖＬ子顧砿纒写真
で観察したところ、分散粒子の粒径は３００〜６００Ｘ
と極めて砿細であり、分散粒子の体積化は約１．３チで
あって極めて均一に分散していることが確認された。さ
らに、制限視野回折法によって分散粒子を同定した結果
、主ＫＴｉＮであり、一部Ｔｈｏ；もＰ、られた。この
ように分散粒子を分散させることによってＮ１基合金の
耐摩耗性を向上させる−ことができた。

他方、比較のために、ＴＩＮよりなる分散粒子粉末とＮ
１基台金よりなる金！！１４帯とを各々別々に製造し、
金属薄帯を細かく切断し、高エネルギボールイルにより
両者を機械的に破砕混合し、ここで得られた粉末を上記
の場合と同様に軟鋼梨容器内に入れて加＃−鍛遺した。

次いで得られた合金の組繊を電子顕微貨に上り−べたと
ころ、分散粒子は０．１μｍ以上に凝集し九ものが多く
見られた。

なお、上記実施例２において、金属浴湯２および分散粒
子合成用原料物質を他の種類のものに変えて同様に実権
した場合にも、やはり良好な結果を得ることができた。

以北説明してきたように、この発明によれば、金属中に
粒子が分散した粒子分散金属を得るのに使用する粒子分
散金属用粉末を製造するにあたり、金属薄帯にその長さ
方向に分散粒子を均一に分散させ、その後前記金属薄帯
を粉砕するようにしたから、それぞれの粒子分散金属用
粉末における分散粒子と金属との比率（混合率あるいは
付着率）をほぼ一定したも−のとすることができ、この
ような粒子分散金属用粉末を混合した場合には、分散粒
子の分布を極めて均一化したものとすることかり能であ
り、かかる混合粉末全成形焼結や加熱鍛造婢の粉末冶金
的な手法によって成形して粒子分散金Ｍ’に得た場合に
は、金嬌中の分散粒子の分散状況を極めて均一化したも
のとすることが可能であり、粒子分散金属の機械的特性
および化学的特性等の特性に部分的な強弱が生ずるのを
なくすことができるなどの著大なる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

４１図はこの発明の実施ＶＣ９ｊ！用した粒子分散金属
薄帯製造装置の一例を示す概略説明図、第２図（ａ）　
（ｂ）は属１図の装置ｌｔＫよってＩＮ！Ｌ曳金属薄帝
の断面説明図、第３図および第４図はこの発明の実施に
使用した粒子分散金属薄帯製造装置の他の例を各々示す
概略説明図である。 ２・・・金属浴湯、１２・・・分散粒子粉末、２０−・
プラズマトーチ、６１・・・冷却ロール、６２・・・プ
ラズマアーク、４０・・・余積薄帯、４１・・・金属、
４２・・・分数粒子、５５．５８・・・分散粒子合成用
原料粉末送給管、６２・・金属粉末、７０・・・プラズ
マトープ、８２・・プラズマアーク。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属中に粒子が分散し九粒子分散金ＪＩＩｔ−得
   るのに使用する粒子分散金属用粉末ｔ−製造するにあた
   り、金ｍ薄帝にその長さ方向に分散粒子を均一に分散さ
   せ、その後前記金属薄帯を粉砕することを％徴とする粒
   子分散金礪用粉末の製造方法。