JPS6037164B2 - 金属粉末の製造方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般にアトマィズ法と呼ばれている金属粉末
製造方法およびその製造装置の改良に関するものである
。

粉末捨金用粉末の製造方法には、機械的粉砕法、環元法
、アトマィズ法、カーボニル法等各種の方法があるが、
大量生産が容易なこと、合金粉の製造が容易なこと、な
どの理由により近年アトマィズ法が用いられるようにな
ってきている。

このアトマィズ法は、オリフィスを通して流下させた溶
傷流に水またはガスの高圧の噴射流体を吹きつけ粉化さ
せるものである。このアトマィズ法にも各種の形式があ
るが、最も広く用いられているのは環状型または円錐形
と称せられている形式であり、環状ノズル口より下方に
向け噴射される高圧水またはガス等の噴射流体の渦巻ジ
ェット流の中心部に金属溶湯を流下させて溶湯を粉化し
、金属粉末を製造するものである。しかし、この種の還
状型粉末製造方法には次のような欠点があった。

‘１｝ 噴射流体の噴出力により所定焦点の上位に負圧
が発生するため、流下する金属溶湯流が不安定になり、
吹上げや逆方向への飛散による滞留現象が生じ、極端な
時は溶湯流下用ノズル中央の貫通孔を閉塞してしまい粉
化が不可能となる。

‘２｝ 粉末製造装置において、用途に応じて噴射流体
の種類および噴射条件、すなわち、ガスまたは液体、噴
射圧力、流量ならびに溶湯の流量および温度を厳密に適
切に調整することによって粉末の形状および粒度または
粒度分布を或る程度変化させることができるが、更に還
状型粉末製造装置の環状ノズルから下向きに噴射される
下向き円錐形状の噴射流体の噴射焦点５（第１図参照）
の位置または高さを上下に変化させて最適の噴射条件に
合わせることは技術的に困難または不可能であり、焦点
位置を変化させるためには噴射角度または噴出方向の異
なる別の粉末製造装置を用いることが必要がある。

上述した欠点を改善するため持開昭５０−６５６ｙ号公
報に記載されるよう噴射流体の噴出形態を還状ノズル口
と溝形ノズル口との複数ノズル口から噴出させるように
構成したものが提案されているが、この公報記載の技術
も、焦点位置を調整するためには、別の形状の噴出部を
有する円錐盤と取替えることが必要であり、極めて高精
度のノズル孔を有する多数の形の異なる円錐盤を準備す
ることが必要で、装置が高価になるとともに装置を停止
して分解組替えを行なうことが必要であるために作業能
率が悪い欠点があった。

本発明の目的は、上述した問題を解決し、１台の粉末製
造装置で、ノズル装置のような装置部品を取替えること
なく粉末の粒度を幅広く、所望の粒度分布に容易に制御
し得る製造方法および装置を提供しようとするにある。

また、本発明の他の目的は、１台の粉末製造装置で、各
種の形状をもつ粉末を所要に応じ製造し得る方法および
装置を提供しようとするにある。更に、また本発明の他
の目的は、上述した目的を達成すると同時に中心部への
吸込力を減少させ、噴射流体の噴出力により所定焦点の
上位に負圧が発生するのを防止する方法および装置を提
供しようとするにある。本発明は上述した目的を達成す
るため、第１図の原理図に示すように金属の落陽流１を
噂露してこれを粉末にする働きを有する噴射流体２の圧
力に比べ低い圧力で噴射される調整用補助流体３を噴射
流体２の圧力流体とは異なる別個の圧力および流量を任
意に調整し得る補助流体源から階霧装置に供給し、この
補助流体３を噴射流体２に当てることによって両流体（
２および３）流の合成ベクトルで表わされる噴流４を生
ぜしめて噴射流体２自身による焦点５とは異なる新しい
焦点６で溶湯を贋霧し、かように噴射流体の焦点位置を
補助流体の影響がない場合の原焦点位置５から新しい調
整篤点＆層６に変えることにより噴射流体の運動エネル
ギーを変化させるとともに噴射流体により噴霧される落
陽温度が変わることによって、１個の金属粉末製造装置
で、その噴射走瞳を取替えることなしに、製造される粉
末を所望の粒形状、粒度または粒度範囲に制御すること
を可能にするものである。

これがため、本発明は渦巻ジェット流の中心部に金属溶
湯を流下させて港湯を粉化し、金属粉末を製造するに際
し、金属溶湯に前記渦巻ジェット流が作用する手前で、
前記渦巻ジェット流を生ぜしめる噴射流体とは別の流体
源から噴射流体に比べ低圧の補助流体を前記渦巻ジェッ
トに当ててこの渦巻ジェット流の性質を変化させること
を特徴とする。

本発明によれば、噴射流体に対する調整用の補助流体を
別個の圧力流体源から供給し、この補助流体を制御して
噂霧条件を調整するのでその調整が容易であり、これが
ため１個の製造装置において、そのノズルを替えること
なく、噴射流体の焦点位置を連続的に変化可能で任意の
位置に微細に調整することが可能である。

さらにまた、補助流体を噴射流体とは異なる性状の流体
とすることによって、すなわち噴射流体および補助流体
の一方を気体とし、他方を液体とすることによって、製
造される粉末の形状を種々の不規則形状にすることがで
きる。

本発明を実施するに当り、噴射流体と補助流体とをとも
に気体または液体とする場合補助流体圧力を噴射流体圧
力の２．０〜５０％とするのが良く、これに対し、噴射
流体が気体で補助流体が液体の場合には補助流体の圧力
を噴射流体圧力の１〜３０％とするのが良い。

また、本発明を実施するに当り、噴射流体による下向き
円錐形渦巻ジェット流の内側で噴射流体に補助流体を当
てることによって、この補助流体が金属熔湯と噴射流体
との間における空間の圧力を高め、これにより噴射流体
の噴出力により焦点の上位に負圧が生ずるのを防止して
流下する金属溶湯の流れを安定させることができる。

次に、本発明を図面に示す実施例につき説明する。

第２図において、７は金属粉末製造装置のルッボ、８は
チャンバ−、９は本発明による曙霧装置を示す。

第３乃至５図に示すように、曙霧装置９のノズル本体１
０の外周側面１１に噴射流体導入ロー２を形成し、これ
を図示せざる既知の適当な高圧流体源に接続し、ノズル
本体１０内に形成した圧力室１３内に高圧流体を第４図
に示すように切線方向に導入し得るようにする。

圧力室１３の底壁を限定する環状下坂１４をノズル本体
１０の下面にスベーサ１５を介してボルト１６等の緊緒
具によって着脱可能に固着して環状の噴射流体ノズル１
７を限定する。かように構成することによって所要に応
じ異なる厚みのスベーサ１５を用いることによりノズル
１７の幅を変えることができる。ノズル本体１０の上面
に上板１８をスベーサ１９を介してボルト２０等の緊織
具によって着脱可能に固着してノズル本体１０と上板１
８とによって外周側面に開口する２個の補助流体導入口
２１と、この補助流体導入口２１から補助流体を第４図
に示すように切線方向に導入する圧力室２２と、ほぼ垂
直に下方に指向する補助流体ノズル２３とを限定して設
け、補助流体導入口２１に適当な補助流体源（図示せず
）を接続する。上板１８の中心孔２４内に金属溶湯／ズ
ル２５（第２図参照）を位置させ、矢で示すように金属
溶湯流１を制御して流下し得るものとする。

かように構成することによって、噴射流体をその高圧流
体源から適当な圧力および流量で導入口１２を経て圧力
室１３内に切線方向に導入し、ノズル１７より矢２で示
すように逆円錐形の渦巻状噴射流体となって噴出し、こ
れに対し、補助流体をその流体源から後述するように噴
射流体に対して所定の相対的圧力で導入口２１を経て圧
力室２２内に切線方向に導入し、ノズル２３から矢３で
示すように噴出し、渦巻状噴射流体２に点２６で当て、
そのベクトル合成により噴射流体２の方向および流速を
矢４で示すように変化し、かようにして調整された噴射
流体４は調整された焦点位置６で落陽流１を階霧する。
第４図に示すように、噴射流体２と補助流体３とは金属
漆湯流１が噴射流体２により噴霧される前に合流点２６
で合流する。

金属熔湯流１は補助流体３がない場合や、補助流体３の
噴出圧力が噴射流体２の噴出圧力よりはるかに低い場合
は焦点５で噂霧されるが、補助流体３の噴出圧力の影響
が強い場合は焦点位置がずれ、噴射流体流と補助流体流
との合成ベクトルで表わされる噴流４上の薪しい焦ｖ点
６で贋霧される。すなわち、金属落陽流１は主に逆円錐
形の噴射流体２により項霧されるが、補助流体３は噴射
流体２の噴射時に発生する中心部への引込力を減少させ
、溶湯流を安定した状態で流下させることができる。

補助流体３はこの中心部への引込力を減少させる効果を
もたらすことのほか、噴射焦点を移すことにより噴射流
体の噴射条件が一定でも噴霧効率を変化させることがで
き、補助流体３の導入圧力を種々変化させることにより
噴霧効率を追従させて変化させることができる。すなわ
ち本装置によると、一つの金属粉末製造装置で従来のも
のに〈らべるとはるかに幅広く所望の粒度分布をもつ金
属粉末が得られる。また、この補助流体３は噴射流体２
と別系列の導入口２１から導入するため、例えば噴射流
体２が気体の場合でも、補助流体は液体にすることも可
能なため、一つの金属粉末製造装置で各種の形状をもつ
金属粉末が製造できる利点がある。以下、実施例につい
て本発明を説明する。実施例 １ 第３なし、し５図に示す本発明装置を用い、噴射流体を
空気、補助流体を窒素ガスとし、第１表に示す条件で噴
射した。

溶湯金属としては純Ｃｕを用い、誘導溶解炉により１２
００００に加熱した状態から３肋の溶傷流径で連続的に
流下させ、第１表に示す件で噴射した。この時の生成粉
末の粒度分布を第２表に示す。第１表 噴射条件 （条件凶（Ｂ）は補助流体を流さないため働きとしては
従来装置と同機となる。

）第２表 生成粉末の粒度分布 第２表から明らかなように、本発明装置の場合、噴射流
体の圧力が一定でも補助流体の圧力を変えることにより
粒度分布に差異が生じてくる。

すなわち条件曲，Ｄ’，脚，‘Ｆ｝，‘Ｇ｝の場合は、
噴射ガス圧力は５ｋ９／地と一定であるが、それぞれの
粒度分布は異なっている。条件Ｂ’‘ま補助流体を流さ
ない場合であるが、それに比較すると条件（功，（Ｅ｝
の場合は、補助流体が中心部への引込力を減少させるた
め金属溶傷流が安定した状態で噴射焦点域まで落下し、
曙霧効率が上昇する結果、８０メッシュ以上の粗粒が減
少し、３５０メッシュ以上の微粒が増加している。

また条件的の場合は十８０メッシュのような粗粒をあま
りふやすことなく一１２０〜十２５０メッシュ程度の大
きさの粉末量がピークになるよう粒度分布の調節が可能
である。補助流体を流さない条件【Ｂ｝の場合は、贋霧
完了後、上部板１７の中心孔２４の周壁部分２７および
下面２８への溶湯の凝固、付着があったが、条件皿，（
Ｅ），肘の場合はそれらの凝固付着はほとんど認められ
なかった。

第２表から明らかなように、補助流体の噴出圧力は、第
２表の条件｛ｑ，Ｄ｝のように少くとも噴射流体圧力の
２％以上でないと補助流体を流さない場合とほとんど同
じ結果となり、その効果が認められず、また、反対に条
件（Ｇ｝，脚，（１’のように補助流体圧力が噴射流体
圧力の５０％以下でないと、噴射流体を乱し、健全な溶
湯流の隣霧が不可能になる。

したがって補助流体と噴射流体がともに気体かともに液
体の場合には、補助流体圧力が噴射流体圧力の２．０〜
５０％であることが必要である。実施例 ２一般にガス
アトマィズ粉によって製造されるＦｅ粉は、形状が球状
あるいは液滴状となり見掛密度も高く、圧縮性も極めて
悪い。

そのため粉末袷金用アトマィズ粉末としては不規則形状
となる水アトマィズ粉が主に用いられている。そこでガ
スアトマィスＦｅ粉の圧縮性を改善するため、第３なし
・し５図に示す本発明の装置を用い、噴射流体として空
気、補助流体として水を用い洛陽流を隣霧したところ、
液滴状や球状ではなく不規則形状粉が製造された。なお
、噴射条件は空気圧力７ｋ９／地、水圧力１．２ｋ９／
地、鉄溶湯温度１７００００、熔傷流径４肌とした。こ
こで、一般に水アトマィズ粉とガスアトマィズ粉の粒度
分布を上記実施例の発明装置により製造した粉末の粒度
分布と同じになるよう調整し、３者の圧縮性を比較した
。

その結果を第３表に示す。第３表 粉末の製造条件によ
る圧縮性比較（これらの値はすべて５ｔｅｎイ孫圧粉の
場合）第３表から明らかなように、本発明装置により製
造したアトマィズ粉は一般のガスアトマィズ粉に比較す
るとはるかに良好な圧縮性を示し、一般の水アトマィズ
粉末とほぼ同等の傾向となる。

更にこの実施例２から明らかなように、噴射流体がガス
で補助流体が液体の場合は、補助流体の噴出圧力は、実
施例１とは異なった値をもつ必要がある。第４表は噴射
流体圧力が７ｋ９／ｃ舵の場合の補助流体圧力／噴射流
体圧力と生成した不規則粉末の割合を示す。

（噴射流体圧力：７ｋ９／伽） この第４表より明らかなように、生成粉末の形状を変え
るためには、補助流体圧力が噴射流体圧力の１〜３０％
である必要がある。

また、この場合前記の圧力比が１％でも、噴霧完了後、
上部板の中心孔壁２７および下面２８への顔湯の凝固、
付着はほとんど認められなかった。図面の簡単な説明第
１図は本発明の原理説明図、第２図は金属粉末製造装置
の線図的断面図、第３図は本発明による装置の縦断面図
、第４図は第３図に示す装置の線図的平面図、第５図は
本発明による装置のノズル先端部の部分拡大図である。

１・・・・・・金属溶湯流、２・・・・・・噴射流体、
３・・・補助流体、４・・・・・・合成ベクトル流、５
・…・・原焦点、６・…・・調整焦点、７・・…・熔傷
ルッボ、８・・・・・・チャンバ−、９・…・・贋霧装
置、１０・…・・ノズル本体、１１・・・・・・外周側
面、１２・・・・・・噴射流体導入口、１３・・・・・
・圧力室、１４・・・・・・環状下板、１５・・・・・
・スべ−サ、１７・・・・・・噴射流体ノズル、１８・
・・・・・上板、’９・・・・・・スべ−サ、２１・・
・・・・補助流体導入口、２２・・・・・・圧力室、２
３…・・・補助流体ノズル、２５……溶濠ノズル、２６
・・・・・・合流点、２７・・・・・・中心孔壁、２８
・・・・・・下面。

第１図 第４図 第２図 第３図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 渦巻ジエツト流の中心部に金属溶湯を流下させて溶
   湯を粉化し、金属粉末を製造するに際し、金属溶湯に前
   記渦巻ジエツト流が作用する手前で、前記渦巻ジエツト
   流を生ぜしめる噴射流体とは別の流体源から噴射流体に
   比べ低圧の補助流体を前記渦巻ジエツト流に当ててこの
   渦巻ジエツト流の性質を変化させることを特徴とする金
   属粉末の製造方法。 ２ 前記噴射流体および補助流体の一方を気体とし、他
   方を液体とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。 ３ 前記噴射流体および補助流体をともに気体または液
   体とする場合、補助流体の圧力を噴射流体圧力の２．０
   〜５０％とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。 ４ 前記噴射流体を気体とし、補助流体を液体とする場
   合に、補助流体の圧力を噴射流体圧力の１〜３０％とす
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   に記載の方法。 ５ 前記噴射流体による円錐形渦巻ジエツト流の内側で
   噴射流体に補助流体を当てることを特徴とする特許請求
   の範囲第１〜４項に記載の方法。 ６ 流下する金属溶湯に噴射ノズルより高速流体を噴射
   して金属溶湯を粉化して金属粉末を製造する装置におい
   て、高速の噴射流体が噴出するノズル口を有するととも
   に、このノズル口とは別系列の補助流体が噴出するノズ
   ル口を前記流下溶湯の中心軸線の周りに設け、金属溶湯
   を噴霧する手前で前記噴射流体と補助流体とを重畳する
   よう前記ノズル口を構成してなることを特徴とする金属
   粉末製造装置。