JPS5848002B2 - 粉末冶金用複合粉末の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は溶融あるいは半溶融状態の金属から直接微細
な、粉末冶金用原料粉末として使用するのに適した複合
粉末を製造する方法に関するものである。

一般に、サーメットは云うに及ばず、基質金属に非金属
などの粒子を均一に分散させた分散型合金は、従来溶解
合金に比して強度および電気化学的特性がすぐれている
ことから、最近原子炉燃料分野などの特殊分野にもこれ
ら材料の適用が活発に行なわれるようになっている。

ところが従来の溶解法では、特に基質金属に、これと比
べて比重差の大きい非金属などの粉末を均一に分散含有
させることは困難であることから、ほとんど多くの場合
これら分散型合金は粉末冶金法によって製造されている
。

しかも上記分散型合金の粉末冶金法による製造に際して
は、焼結性の向上並びに組成の均質化をはかるために、
原料粉末として金属あるいは非金属の粒子を化学的、電
気化学的、あるいは機械的な方法などによって他種の金
属あるいは非金属で被覆したものからなる複合粉末が好
んで使用されるようになり、このように複合粉末の需要
は拡大の一途をたどっているのが現状である。

従来、上記複合粉末の製造法としては、 （ａ）金属粉末表面に化学反応を利用して他種の金属を
析出せしめて被覆する方法、 （ｂ） 電気メッキによって被覆する方法、（ｃ）
ボールミルなどを用いて機械的に混合して被覆する方
法、 などがあるが、上記（ａ）および（ｂ）方法においては
、廃液処理などに公害発生の問題があり、また上記（Ｃ
）方法では、概して混合に長時間を費すほか、形状およ
び比重差の異なるものを均一に混合することが困難であ
るなど、いずれの方法も複合粉末の有用な製造法とはい
い難いものである。

また、最近金属粉末の製造法である水素加圧還元法の応
用として、アントラキノンのような表面活性剤を用いて
金馬粉末に表面活性化処理を施した後、被覆を行なう方
法も提案されているが、これらのいずれの方法において
も、既知の方法で製′造された金属粉末に他種の金属あ
るいは非金属を被覆する基本的プロセスをとることには
伺ら変りはなく、このような場合、製造される複合粉末
の大きさや特性は使用する金属粉末の状態によって決ま
ることから、前記金属粉末の状態に応じて適当な前処理
などを推す必要があり、決して簡便な複合粉末の製造と
は云えないものである。

この発明は、上述のような観点から、出発原料として金
属粉末を使用することなく、溶融あるいは半溶融状態の
金属から直接微細な、粉末冶金用原料粉末として使用す
るのに適した複合粉末を簡便に製造する方法を提供する
もので、 （ａ）製造せんとする複合粉末のコア部を構成する純金
属あるいは合金（以下これらを総称して金属という）を
適当な容器内で加熱溶解し、なお、この場合前記溶融金
属あるいは複合粉末のコア部金属の表面の酸化を防止す
るために、前記加熱溶解は非酸化雰囲気中で行なうのが
望ましく、また合金適用の場合にはこの時点で合金化あ
るいは精練などを行なうことができ、 （ｂ） ついで、溶融状態あるいは半溶融状態にある
前記溶解金属に、これに対して難固溶で、より高い溶融
点をもち、しかも作業上および粉化上好ましい１０人〜
１０μｍの範囲内の平均粒径をもった、例えば、 ■ Ａｌ２０３ ，Ｚｒ０２，Ｔ＋０２，Ｆｅ３０４＋
アエロジル（商品名）、カオリナイト、およびＣ。

０・２ Ａ ｌ） ２ ０ ３などの酸化物、■ Ｂ４
Ｃ ， ＺｒＣ ， ＷＣ，およびＴｉＣなとの炭化物
、 ■ Ｓｉ３Ｎ４，ＢＮ、およびＴｉＮなどの窒化物、■
ＴｉＣＮなどの炭窒化物、およびＴｉ（ＣＮＯ）など
の炭窒酸化物、 ■ ＣｄＳ，およびｘｃｄｓ−ｙＣｄＳｅなどの硫化物
、 ■ Ｆｅ２ Ｂ ， Ｎｉ２Ｂ ， ＮｂＢ，およびＡ
ｌＢなどのほう化物、 ■ カーボンブラック、およびグラフアイトなどの炭素
、 ■ Ａ．ｌおよびＣｕなどの金属、 など、以上■〜■からなる群のうちの１種または２種以
上の固体粉末を、製造せんとする複合粉末の被覆部を構
或する粉末として、上記溶解金属の種類に応じて適宜選
択共存させ、なおこの場合前記固体粉末を前記金属の加
熱溶解前に容器内にこれと一諸に装入し、前記金属と共
存した状態で加熱溶融を行なってもよいし、さらに前記
金属の溶解後、前記溶解金属を撹拌しながら、ある−い
は撹拌せずに、これに前記固体粉末を添加して共存させ
てもよく、 （ｃ） 続いて、上記溶融あるいは半溶融状態の金属
中に上記固体粉末が分散均質化した状態を保持するよう
に、前記固体粉末共存の金属に撹拌を加えながら、これ
を冷却凝固させ、なお前記撹拌は、機械的あるいは電磁
気的に回転あるいは振動する撹拌翼や、前記の駆動力に
より容器を回転あるいは振動させる方法などの公知の手
段によって与えてやればよく、またその撹拌程度は、溶
解金属の粘性および量など、さらには撹拌翼や容器の形
状などによって異ったものになるため一般化できないが
、例えば通常の溶融金属を単板の回転撹拌翼で撹拌する
場合には、前記翼には１ ０ ０ ｒ，ｐ．ｍ．以上の
回転数を与えてやればよく、また容器の振動による撹拌
の場合には、前記容器にｉｏｏ回／分以上の振動を写え
てやれば充分であり、さらに前記冷却は、前記金属の固
相温度まで行なえば充分で、その冷却速度も粉化を完全
にするためには、０．１〜１０℃／ｍｖｌの範囲内の平
均冷却速度で徐冷するのが好ましく、粉化終了後は別の
容器に移し変えることによって急冷させて粉末の凝集お
よび焼結を防ぐようにしてやるのがよく、 （ｄ） この結果、所定の粒度をもった、上記固体粉
末が上記金属の微細粉末表面に付着したものからなる、
すなわち前記金属の微細粉末が前記固体粉末で被覆され
たものからなる複合粉末が得られる、以上（ａ）〜（ｄ
）に示される主要工程に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の方法において、固体粉末の平均粒径
および平均冷却速度を上記の通りに限定した理由を説明
する。

（ａ） 固体粉末の平均粒径 固体粉末で被覆された複合粉末を製造するに際しては、
固体粉末の平均粒径は小さければ小さいほどよいが、１
０λ未満の平均粒径を有する固体粉末を入手することは
困難であるばかりでなく、その取扱いも大変であること
から、経済性を考慮して、その下限値を１０人と定めた
。

一方、固体粉末の平均粒径が１０μｍを越えると、実質
的に複合粉末の被覆層を形成することが困難になること
から、その上限値を１０μｍと定めた。

（ｂ） 平均冷却速度 平均冷却速度が０．１゜Ｃ／ｍｉＩｔ未満になると、冷
却が遅すぎて実用的でなく、生産効率の低下をもたらす
ことから、その下限値を０．１°Ｃ ／ｍｍと定めた。

一方、平均冷却速度が１０℃／ｍｉｙｔを越えて速くな
ると、粉化が完全に行なわれず、この結果固体粉末によ
って被覆された微細複合粉末の製造が不可能になること
から、その上限値を１０゜Ｃ ／ｍｖｔと定めた。

つぎに、この発明の方法を実椎例により説明する。

実捲例 １ 実推に際しては、第１図に概略縦断面図で示される装置
を使用して行なった。

市販の鉛：４９５１と銀：５０ｇとを、電気抵抗炉１内
に垂直軸を中心に回転可能に設けた黒鉛るつぼ２内に装
入し、温度約６００℃に加熱して溶融し、合金化をはか
った後、温度３２６゜Ｃに冷却して前記廖融合金中に固
相が生じる、いわゆる半溶融状態のｐｂ−ｉ％Ａｇ合金
６を形或した。

ついで撹拌用モーター３によって回転されるステンレス
製撹拌翼４を回転数： ２ ５ Ｏ ｒ． ｐ．ｍ−で
回転させると共に、黒鉛るつぼ２をモーター５によって
回転させることによって前記半溶融状態のＰｂ１％Ａｇ
合金６に撹拌を加えながら、平均粒径：１０μｍをもっ
た固体状Ｆｅ３０４粉末＝ ２００ｇを添加した後、０
．１゜Ｃ ／ｍｉｙｔの平均冷却速度で固相線温度（共
晶温度）である３０４゜Ｃまで冷却して完全に粉化させ
た。

なお、上記の溶解から粉化までの作業は、不活性ガス吹
付けノズル７からのＡｒガスの吹付けによって形成され
た非酸化雰囲気中で行なった。

この結果微細なＰｂ−１％Ａｇ合金粉末の表面にＦｅ３
０４粉末が付着した複合粉末が得られたが、この複合粉
末は球形あるいは不定形の種々の形状をもったものから
なり、その平均粒径は７１μｍを有し、粒度分布は約１
０〜３ ２ ５ ｍｅｓｈ以下まで広範囲に亘っており
、またその表面酸化程度はきわめて小さいものであった
。

なお、上記複合粉末の付着Ｆｅ３０４粉末量は約３重量
％であり、その添加量の一部が前記合金粉末の表面に付
着しないで、そのままの形で残存したが、この残存Ｆ
ｅ ３ ０４粉末は３ ２ ５ ｍｅｓｈのふるいで容
易に分離することができた。

ついで、上記複合粉末のうちの粒度２４〜２ ５ ０
ｍｅｓｈのものを圧力３ｔｏｎ／ｆｆｌの荷重でプレス
成型して圧粉体を成形した後、前記圧粉体をＡｒ雰囲気
中、温度２５０℃に３０分間保持して焼結した。

この結果得られた焼結体（以下本発明焼結体という）こ
の陽極電位（飽和甘木電極基準）の変化をｐ Ｈ ８．
２の人工海水中、陽極電流密度：５Ａ／ｄｍ”の条件
で測定したところ第２図に示される結果を示した。

なお、第２図には比較の目的でＰｂ−１％Ａｇ合金（以
下比較合金という）の同一条件での陽極電位変化も合せ
て示した。

第２図に示されるように比較合金では約３０日経過後、
陽極電位が急激に上昇するようになるのに対して、本発
明焼結体では陽極電位は常にほぼ一定の値を示すことか
ら、防食用不溶性陽極として使用した場合にきわめてす
ぐれた性能を発揮することが明らかである。

実推例 ２ 第１図に示される装置を使用し、純度９９．９９％のア
ルミニウム：５００ｇを黒鉛るつぼ２内に装入し、温度
６８０℃に昇温しで、これを溶解し、溶融Ａｌ６を形戒
した。

ついで前記溶融Ａｌを６６５℃まで冷却した時点で撹拌
翼４および黒鉛るつぼ２の回転による撹拌を開始し、同
時に平均粒径：４０人の固体粉末であるＡｌ２０３粉末
（商品名アエロジル）を１５ｇ添加し、その後１℃／ｍ
ｔｙｔの平均冷却速度で凝固点温度（６５９℃）まで冷
却し、前記凝固点温度に保持しながら撹拌を続行するこ
とによって完全に粉化させた。

なお、上記溶解から粉化までの作業はＡｒガス吹付け雰
囲気にて行なった。

この結果得られた複合粉末は、平均粒径：３１μｍを有
し、種々の形状をもつと共に、数１０μｍ程度の粒径を
もつものが多く含まれており、上記Ａｌ２０３粉末のす
べてが微細Ａｌ粉末の表面に完全に付着していた。

前記混合粉末は焼結アルミニウム製品に適した原料粉末
であった。

実鉋例 ３ 内径２０ｍｍφの有底石英管内に、純銅： ２００ｇと
平均粒径８０人のカーボンブラック：２０ｇとを共に装
入し、１／３気圧のＡｒで封入した後、加熱炉内に立設
状態で装入し、温度１１５０℃に加熱して前記純銅を溶
融させた。

なお、前記石英管内所に突起を設けて撹拌が充分に行な
えるようにした。

ついで前記加熱炉内で前記石英管を１５０回／ｍｉｎの
割合で上下に振動させ、前記石英管内の溶融混合物に混
合撹拌を加えながら、０．５℃／ｍｒｙｖの平均冷却速
度で凝固点温度１０８３℃まで冷却し、前記凝固点温度
に保持しながら撹拌を続行して前記純銅を完全に粉化さ
せた。

この結果純銅の微細粉末の表面にカーボンブラックが付
着した複合粉末が得られたが、この複合粉末は平均粒径
：３４μｍを有し、かつ同様に種種の形状のものからな
り、数１０μｍ程度の粒径をもつものが多く含まれてい
た。

この複合粉末を金属黒鉛刷子製造用原料粉末として使用
したところ、前記刷子はすぐれた特性を示した。

実捲例 ４ 純鉛：１５０，９と固体粉末としての平均粒径：５μｍ
をもった純アルミニウム粉末：２０ｇとを、実捲例３で
使用したと同じ加熱炉内の石英管内に装入し、温度：３
５０℃に加熱して前記純鉛を溶融させた。

ついで前記加熱炉内で前記石英管を２００回／ｍｉｙｔ
の割合で上下に振動させ、前記石英管内の溶融混合物に
混合撹拌を加えながら、０．５℃／ｍｉｙｔの平均冷却
速度で鉛の凝固点温度である３２７℃まで冷却し、前記
凝固点温度に保持しながら撹拌を続行して前記純鉛を完
全に粉化させた。

この結果、純鉛の微細粉末の表面に、固体粉末としての
純アルミニウム粉末が付着した複合粉末が得られたが、
この複合粉末は平均粒径：１０μｍにして、球形に近い
形状を有し、数１０μｍ程度の粒径をもつものが多く含
まれていた。

なお、前記複合粉末における固体粉末としての純アルミ
ニウム粉末の割合は約１０重量％であった。

上記複合粉末は焼結合金用原料粉末として使用するのに
適したものであった。

上述のように、この発明によれば、溶融または半溶融状
態の金属から簡単な操作で、生産効率よく、しかも安い
コストで、粉末冶金用原料粉末として使用するのに適し
た微細な複合粉末を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実捲装置を示す概略縦断面図、第２
図は本発明の方法によって製造された複合粉末を原料粉
末として使用した焼結体の陽極変化を比較合金とともに
示したグラフである。 図面において、１・・・・・・電気抵抗炉、２・・・・
・・黒鉛るつぼ、３，５・・・・・・モーター ４・・
・・・・撹拌翼、６・・・・・・溶融金属、７・・・・
・・ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶融あるいは半溶融状態の金属に、これに対して難
   固溶で、しかもより高い溶融点をもち、かつ１０人〜１
   ０μｍの範囲内の平均粒径をもった固体粉末を共存させ
   、前記溶融あるいは半溶融状態の金属中に前記固体粉末
   が分散均質化した状態を保持するように撹拌を加えなが
   ら、０．１〜１０℃７廁の範囲内の平均冷却速度で徐冷
   凝固することによって前記金属の微細粉末が前記固体粉
   末で被覆された複合粉末を形成することを特徴とする粉
   末冶金用複合粉末の製造法。