JPS62218505A - 針状アモルフアス金属粉末の製造方法およびその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高性能磁性材料や複合材料用原料として用いら
れて有効なアモルファス金属粉末の製造方法およびその
装置に関し、該アモルファス金属粉末が針状に形成され
ることを特徴とするものである。

〔従来の技術〕

従来この種のアモルファス金属粉末の製造方法としては
、高速で回転する双ロールの間を溶融金属流を通過させ
るキャビテーション法、溶融金属流に高速気流を吹き付
けるアトマイズ法、あるい＃ｌへ はスプレー法により得られる霧状溶解金属を急冷し凝固
する方法が一般に知られており、例えば特公昭６１−４
０１号公報に開示されているように前記アトマイズ法に
より溶融金属を霧状とし、この霧状溶融金属流を冷却ブ
ロックに衝突させて凝固させる方法等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記のものを含めて従来のアモルファス金
属粉末は、フレーク状、球状、無定形状のものしか製造
することができない。

一方、複合材料用強化剤等で有効に使用されるウィスカ
ー材料のように、細かい針状あるいは短繊維状のものは
、その形状独自の効果も多く、アモルファス金属粉末に
おいてもこのような形状のものは、方向性のそろった磁
性材料や、あるいは複合材料用強化材としても必要性の
高いものである。

本発明は以上の背景に基づいて針状アモルファス金属粉
末を簡便に製造する方法を提供することを目的としてい
る。

ｃ問題点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は、霧状溶融金属を、
すり鉢状凹部を有する高速回転ドラムの、前記すり鉢状
凹部を形成する斜面に衝突させて、前記霧状溶融金属を
凝固させる針状アモルファス金属粉末の製造方法を採用
するものである。

〔作用〕

上記手段によれば、球状の霧状溶融金属が高速で回転す
る回転ドラムのすり鉢状凹部を形成する斜面に衝突する
際、該斜面の表面に付着すると同時に、この霧状溶融金
属に遠心力が働き、この球状溶融金属は回転ドラムの回
転方向に引き延ばされながら針状となり、該ドラムに熱
を奪われ、急冷凝固して非晶質となる。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例とともに詳細に説明する。

第１図は本発明の針状アモルファス金属粉末の製造に供
する装置を示す概略構成図である。

この装置は大別して溶融金属流出部１０と、この溶融金
属流に高速気流を噴出することにより溶融金属を霧状と
する噴霧ノズル部２０と、すり鉢状凹部を有する高速回
転ドラム部３０とよりなる。

溶融金属流出部１０は、有底円筒状に加工された石英よ
りなる溶融るつぼ１１と、このるつぼ１１の開口端面に
図示しない適宜の密封手段によりるつぼ１１内を密封す
る蓋１２と、るつぼ１１の少なくとも底面寄りの外周部
に配設された高周波誘導コイル１３とよりなっている。

るつぼ１１は直径約３５１ｍ、厚さ２ｆｉ程度に加工さ
れ、底面１１１の略中央部には孔径０，１〜０゜５ｆｉ
の流出孔１１２が設けられている。この流出孔１１２の
円筒状壁面の長さは短すぎると、溶融金属流がうまく糸
状に流出せず、逆に長すぎると冷却されるため３．５ｎ
程度となっている。るつぼ１１は石英の他に、溶融金属
におかされず、耐熱性の高いセラミック材料等を用いて
もよい。蓋１２は金属製でその略中央部には、配管１２
１が接続され、この配管１２１は図示しないアルゴンボ
ンベに接続されており、るつぼ１１内に圧力をかけるこ
とができるよう構成されている。また高周波誘導コイル
１３は、るつぼ１１の外周面と１０鶴程度間隙をおいて
コイル状に形成された中空銅パイプ１３１よりなり、こ
の銅パイプ１３１に図示しない高周波電源が接続され、
パイプ１３１内は冷却水が流されている。そして、高周
波電源により、るつぼ１１内の原料合金１４を加熱溶融
できるよう構成されている。

前記るつぼ１１の底面１１１から約５０ｍの間隔で設け
られた噴霧ノズル部２０は、Ｃｕ合金等の金属よりなり
、全体円盤状を呈し、中央部にややすり林状に先細りぎ
みに形成された開口部２１を有している。この開口部２
１の先細り側、すなわち底面２４側の直径は約Ｌｏｗで
ある。そして、その内部には噴出されるアルゴンガスの
流路となるように中空部２２が穿設され、この中空部２
２には、配管接続口２３より図示しないアルゴンボンベ
から高圧アルゴンガスが供給される。また、このノズル
２０の底面２４の前記開口部２１周囲には全周にわたっ
てアルゴンガスの噴出孔２５が設けられている。この噴
出孔２５は第２図にその拡大図を示すように、その噴出
させるガスの流れの軸線方向が、円盤状ノズルの中心軸
上で集束するようにすり林状をなしており、流れの軸線
と中心軸とのなす角は約２５°である。なお前記るつぼ
１１とこの噴霧ノズル部２０とはその中心軸が一致する
よう図示しない固定手段により固定されている。

回転ドラム部３０は、すり鉢状凹部を有する直径３２０
１■の回転ドラム３１と、このドラム３１の外側中心部
に結合された回転軸３２とよりなり、図示しない高速回
転モータにより高速回転する。

このドラム３１のすり鉢状凹部を形成する斜面３３は、
その回転軸とのなす角（図中α）が５１゜である。この
ドラム３１はＣｕ−Ｚ　ｎ合金よりなり熱伝導性にすぐ
れている。このドラムの斜面３３と前記るつぼ１１およ
びノズル２０の軸線とのなす角βは約７０°で、ノズル
とドラムの斜面の距離が約１００ｍｍとなるよう配置固
定されている。

ドラム３０の斜面３３の延長外周方向には全周にわたっ
てカバー４０が設けられ、製造された針状アモルファス
金属粉末が補集される。

上記構成になる本発明の製造装置を用いた針状アモルフ
ァス金属粉末製造方法について以下説明する。るつぼ１
１の蓋１２を取りはずし、アモルファス金属粉末の原料
となる結晶性Ｆｅ−Ｂ−３ｔ（Ｆｅ７８ｗｔ％、Ｂ１３
ｗｔ％、３ｉ９ｔｎｔ％）の合金ブロック１００〜２０
０ｇをるつぼ１１中に入れ、蓋１２で封じた後、アルゴ
ンガスを配管１２１から導入し、るつぼ１１内をアルゴ
ン置換する。

次に高周波誘導コイル１３に冷却水を流しながら高周波
電源により２００ｋＨｚの高周波を格子電流１．２Ａ、
陽極電流１．ＯＡ、陽極電圧８．０　ｋ　Ｖで流す。

これにより、るつぼ１１内は原料合金１４の融点約１１
００℃よりも２００℃程度高い約１３００℃に加熱され
る。この温度に溶融されると原料合金１４は、粘度が低
下し、るつぼ１１の底面１１１の流出孔１１２から流出
できる状態となる。

次にあらかじめ噴霧ノズル２０にアルゴンガスを３〜１
０ｋｇ／ｃａｔの圧力で供給し、噴出口２５よりアルゴ
ンガス気流を噴出させておき、るつぼ１１内にアルゴン
ガスの圧力を１〜１．５　ｋｇ　／　ｃａ　程度となる
ように加圧させると、原料合金は、流出孔１１２から糸
状の溶融金属流１４１となって流出する。流出した溶融
金属流１４１は、噴霧ノズル２０より噴出するアルゴン
ガス気流により霧状となり、第１図の空間Ａ内に噴霧さ
れる霧状溶融金属１４２となる。これは一般にアトマイ
ズ法と呼ばれるアモルファス金属粉末の製造方法のひと
つで、集束する高速気流の集束点上流側で低圧気流部Ｂ
となり、集束点を境にして急激に高圧気流部Ｃとなって
いる空間内を溶融金属を通過させると１０〜１５０μｍ
の粒径の球状溶融金属となることを利用する方法である
。

次にこの霧状溶融金属１４２は、噴霧ノズル２Ｏから噴
出されたアルゴン気流に乗って、回転ドラム３１の斜面
３３に到達する。このときドラム３１はすでに４００Ｏ
ｒｐｍで高速回転しており、霧状溶融金属１４２が衝突
する斜面部分は周速２５〜６５ｍ／ｓで回転している。

第３図の流れ図ｆａ）に示すように、斜面に到達した球
状の霧状溶融金属１４２は、第４図に示すような、斜面
３３の外側に向けて働く遠心力Ｆの斜面垂直方向の分力
Ｆ、により斜面３３に押しつけられることにより、第３
図の流れ図（ｂ）に示すようにＣｕ　−７，ｎ合金より
なる斜面３３表面に漏れて付着する。そして付着すると
同時に前記遠心力Ｆの斜面方向分力Ｆ２と斜面３３自身
の高速回転により、はぼ円周方向に引き延ばされはじめ
る（第４図（Ｃ））。そして引き延ばされることにより
、溶融金属と斜面との接触面積が広がり、熱伝導率のす
ぐれたＣｕ−Ｚｎ合金よりなる斜面３３に急速に熱を奪
われて冷却される。そしてこの急速な冷却により溶融金
属１４２は非晶質金属として凝固し、その最終形状は第
４図（ｄ）のように針状となる。第５図は、このように
して製作した針状アモルファス金属粉末の顕微鏡写真で
あるこの方法により約５０ｗｔ％の粒子が針状となる。

この針状アモルファス金属粒子１４３は直径が１０〜５
０．ｃｒｍ、長さは０．２〜２．０額の間の分布であっ
た。

次にこの針状アモルファス金属粉末をＸ線解析で分析し
た結果を示すのが第６図で、結晶性の場合に出現する２
θ＝５３度付近のするどいピークが全くなく非晶質であ
ることが確かめられた。この針状アモルファス金属粉末
は引張強度が３００ｋｇ　／　ｗ　”以上であり通常の
ピアノ線以上の強度を有しており、複合材用強化材とし
ても有効であることが示された。

本発明においてはその凝固過程で説明したように遠心力
の作用がポイントとなっているために、回転ドラムのか
さの角度αが非常に重要となってくる。あまり角度αが
小さすぎると溶融金属を斜面に押し付ける斜面垂直方向
の分力Ｆ、が大きくなりすぎ、付着した溶融金属は広が
ってしまい、針状に引き延ばされない。また大きすぎる
と分力Ｆ、が小さすぎて斜面に付着せず球状のまま凝固
程度が好適である。

またドラムの回転速度は、おそすぎると付着した溶融金
属が引き延ばされて広い面積で斜面に接触しないので冷
却がおそく、非晶質とならないことが確かめられた。し
かしあまり速すぎると、溶融金属が斜面に付着しない。

好適な回転数は、溶融金属流の延長線が斜面と交わる点
の周速の好適な範囲１０〜１００ｍ／ｓから計算される
。

本発明において回転ドラム３１は溶融金属を急冷してア
モルファス化するために高熱伝導率を有する必要がある
が、上記実施例のＣｕ−Ｚｎ合金に限定されるものでは
なく、その他のＣｕ合金、Ａｅ等の金属が可能である。

また原料金属としては、アモルファス化が可能なすべて
の金属が適用できるが、その結晶構造の不安定さにより
アモルファス化を容易にすると考えられているＢ、Ｓｉ
を含んだ合金が好適に用いられ、例えば、Ｃｏ−Ｂ−３
＋合金、Ｎ１−Ｂ−３＋合金等がある。

上記実施例においては、溶融金属流を霧状とするのに高
速気流を噴出するアトマイズ法を採用したが、本発明は
これに限定されるものではなく、例えば第７図に示すよ
うに高速で回転する双ロール２６ａ、２６ｂの対向する
間に溶融金属流１４１を通過させてもよい。これによれ
ば、２つのロール２６ａ、２６ｂの最近接点より上流側
に高圧気流部Ｂ、下流側に低圧気流部Ｃが形成されて、
同様に霧状化がおこる。この方法は一般にキャビテーシ
ョン法と呼ばれている公知の方法である。

本発明において噴霧ノズル２０から噴出させるガスおよ
びるつぼ１１内を加圧するガスはＡｒの他にＨｅ等の不
活性ガスでもよい。また噴霧ノズル２０から噴出するガ
スは溶融金属を冷却しないように加熱してから噴出させ
るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は霧状溶融金属を高速で回転
するすり鉢状凹部を形成する回転ドラムの斜面に衝突さ
せるという非常に簡便な方法により、従来では得られな
かった針状のアモルファス金属粉末を生産性よく製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の針状アモルファス金属粉末の製造装置
の構成を示す断面図、第２図はその噴霧ノズル部２０の
詳細構造を説明するための拡大断面図、第３図（ａｌ〜
（ｄ）は針状アモルファス金属の生成過程を模式的に説
明するための流れ図、第４図は霧状アモルファス金属に
働く力を説明する原理図、第５図は本発明の方法により
製造された針状アモルファス金属粉末の形状を示す顕微
鏡写真、第６図はそのＸ線解析による分析データを示す
図第７図は本発明の他の方法を説明するための概略図で
ある。 １１・・・るつぼ、１１２・・・流出孔、１４１・・・
溶融金属流、１４２・・・霧状溶融金属、２０・・・噴
霧ノズル、３＋・・・回転ドラム、３３・・・斜面。 第５図 １４Ｚ 第７図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）霧状溶融金属を、すり鉢状凹部を有する高速回転
   ドラムの、前記すり鉢状凹部を形成する斜面に衝突させ
   て、前記霧状溶融金属を凝固させる針状アモルファス金
   属粉末の製造方法。
2. （２）前記すり鉢状凹部を有する高速回転ドラムは、そ
   のすり鉢状凹部を形成する斜面と高速回転ドラムの回転
   軸とのなす角が３０°〜７５°の範囲である特許請求の
   範囲第１項記載の針状アモルファス金属粉末の製造方法
   。
3. （３）溶融金属を細孔から糸状に流出させる溶融金属流
   出手段と、 該溶融金属流出手段より流出した溶融金属流のほぼ流線
   上に集束する不活性ガス気流を噴出することにより前記
   溶融金属を霧状とする噴霧ノズルと、 すり鉢状凹部を有し、該すり鉢状凹部を形成する斜面に
   前記霧状溶融金属が衝突するよう設置された高速回転ド
   ラムとを備えた針状アモルファス金属粉末の製造装置。