JPS63223107A - 球状金属粉末の製造方法および装置 - 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、タンディソシェノズルを通して落下する金属
の溶湯流に高圧の液体を噴霧媒としてスプレーノズルか
ら噴出させ、前記金属の溶湯流を粉化して金属粉末を製
造するアトマイズ方法および装置に関するものであり、
特に、球状粉を製造する液体アトマイズ方法および装置
に関する。

（従来の技術） 粉末冶金用に使用する粉末の形状には、複雑形状のもの
と球状のものとがあり、ＨＩＰやＣＩＰを用いて成形す
る高合金粉末は、充填密度が高く真密度にできるだけ近
い程強靭になり、また粉末の形状が球状に近いほど充填
密度が高くなるため、球状粉を用いる。

また、耐熱、耐摩耗の目的でプラズマ溶接または溶射に
使用するステライト鋼等の粉末も球状粉が好まれるが、
これは溶接または溶射装置にスムースに粉末を供給する
必要があり、粉末形状が球状に近いほど粉末の流動性が
良くなるためである。

ところで、アトマイズ法に使用する噴霧媒にはガスまた
は液体が用いられており、従来、球状粉の製造にはガス
を噴霧媒として用いるのが一般的であった０例えば、特
公昭５３−３５０２８号および同５９−１０９６１号参
照、この理由はガスのもつ冷却能が小さいからであり、
アトマイズされた溶湯の滴は飛散しながら凝固すると同
時にその表面張力によって球状になろうとするが、この
時噴霧媒の冷却能が小さい程凝固が遅れて粉末形状が球
状に近くなるのである。

しかしながら、噴霧媒が液体の場合には冷却能が大きい
ため、溶湯の滴の表面張力による球状化の速度より凝固
速度が大きく粉末の形状は複雑形状となりやすいのであ
る。従来の液体アトマイズ法でも、粉末の平均粒子径を
大きくするようなアトマイズ条件で製造した場合には、
球状粉が得られるものの、その場合にあっても製造され
た粉末の中には複雑形状のものが混じっており、結局、
粉末粒度の粗い、形状の劣ったものしか得られなかった
。このように、従来の液体アトマイズ法では効率よく品
質の高い球状粉を製造することが困難であった。

したがって、球状粉の製造には噴霧媒としてアルゴンガ
スや窒素ガスなどの不活性ガスを用いたガスアトマイズ
法が用いられるのであるが、ガスアトマイズ法ではガス
のコストが非常に高いのが欠点である。

この点、噴霧媒が液体である液体アトマイズ法の場合に
は噴霧媒としての液体の循環使用が可能であり、そのコ
ストはガスよりも非常に割安になるという利点がある。

ところで、従来の液体アトマイズ法としては、■型ノズ
ル法やＡ、０．スミス法（特公昭４３−１４１１６号）
などの方法があるが２．これは２つの扇形または平板状
のスプレーをｖ型に向き合わせて形成させ、その２つの
スプレーの交点に金属の溶湯流を落下させてその溶湯流
をアトマイズするものである。

２つのスプレーの挟む角度は粉末粒度や形状に大きな影
響を及ぼすことが知られている。この角度が大きいほど
粉末粒度は小さくなる。しかしこの角度を余り過大にす
ると溶湯流の吹上によるブロッキングの問題があるため
従来法では４０ないし５０度が限界であった。細粒化さ
らには高効率化には一定の制限があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、液体の噴霧媒を用いて効率よく品質の
高い球状粉を製造する方法と、これに用いる装置を提供
することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は、上述の目的を達成すべく、種々検討を重ね
たところ、２つの扇形のスプレーを用い、第１のスプレ
ーを下方に向けて垂直ないしそれに近い角度で噴射し、
第２のスプレーを水平ないしそれに近い角度で噴射して
交わらせ、溶湯流を第２のスプレーの中心線上でかつス
プレーの交点からある距離だけ隔たった位置に落下させ
ることにより、上述のような目的が達成されることを知
り、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、液体を噴霧媒と
するアトマイズ法によって金属粉末を製造する方法にお
いて、扇形にひろがる特性を存する２つのスプレーを用
い、第１のスプレーを下方に向けて垂直ないしそれに近
い角度で噴射し、第２のスプレーを水平ないしそれに近
い角度で噴射して前記の第１のスプレーに交わらせると
ともに、金属の溶湯流を第２のスプレーに向って落下さ
せることを特徴とする球状金属粉末の製造方法である。

本発明の好適態様にあっては、第１スプレーと第２スプ
レーの最大衝突角度、および溶湯流と第２スプレーとの
衝突距離を生成金属粉末の球状化の制御因子とするので
あって、好ましくは、かかる最大衝突角度は、６０度以
上の範囲にあることが必要であり、一方、衝突距離（ａ
）は、溶湯流の直径の３倍＜ａ＜溶湯流の直径の２０倍
である。より好ましくは第１および第２スプレーの拡が
り角度ｍ、ｎをそれぞれ２０度以上に調節する。

より具体的には、かかる方法は、アトマイズ条件として
の第１と第２のスプレーの流量比、扇形の第１および第
２スプレーの拡がり角度ｍ、、ｎ、第１および第２スプ
レーの噴射角度す、ｃおよびこれら２つのスプレーの交
点と溶湯流の距１ｌｉＩＩａを、それぞれ、 ｍ、ｎ＞２０度 ｂ　　−−５ないし２０度 ｃ　　−６０ないし９５度 溶湯流の直径の３倍＜ａ＜ 溶湯流の直径の２０倍 １〈第１のスプレーの流量／ 第２のスプレーの流量〈５ となるように調節することにより、得られる金属粉末の
細粒化および高効率化が達成される。

また、別の面からは、本発明は、噴霧媒の供給系、噴霧
媒の噴射系、および溶融金属供給系から成る装置であっ
て、該噴射系が噴射方向が調節自在の扇形に広がる特性
を有する垂直ないしそれに近い角度のスプレーを形成す
る垂直スプレーノズルと噴射方向が調節自在の同じく扇
形に広がる特性を有する水平ないしそれに近い角度のス
プレーを形成する水平スプレーノズルとから成り、該水
平スプレーノズルからのスプレーに向って溶湯流を流下
させる溶融金属供給系とを備えた球状金属粉末の製造装
置である。

かかる本発明装置は、前記の水平ないしそれに近い角度
のスプレーと金属の溶湯流との衝突点の移動調節機構を
さらに備えることによって、得られる金属粉末の粒度さ
らには球状化の程度の調節が可能となる。

本発明の好適態様によれば、上述の製造装置は、噴霧媒
の前記供給系が、供給管、伸縮継手、噴霧媒の分配管を
兼ねる分岐アーム、および該分岐アームと前記スプレー
ノズルとを接続するハンドから構成され、該供給系が前
記噴射系の噴射方向および噴射位置調節機構を兼ねる。

なお、上記にいう「垂直ないしそれに近い角度」および
「水平ないしそれに近い角度」というのは、特に臨界的
な意味を有しないが、±３０°程度の範囲内の角度をい
うのであって、通常は、直角および水平に実質上一致さ
せるのである。

（作用） 次に、本発明を添付図面を参照してさらに詳述する。

第１図は、本発明にかかる装置の略式説明図であり、第
２図はその１部の略式部分断面図である。

図中、噴霧媒供給管１からの噴霧媒は、伸縮継手２を介
して接続された噴霧媒供給管３を経て同じ＜９０度継手
４に送られる。このときの９０度継手４は溝付取付台５
に取付けられている。９０度継手４からの噴霧媒は、適
宜分岐機構を経て環状導路１７からアーム６．８に分岐
される。このようにして分岐された噴霧媒は導路１８．
１９からそれぞれハンド９．１０を経て環状導路２０そ
して導路２１からスプレーノズル１１．１２に送られ、
溶鋼流である溶湯流２４に向けてそれぞれ第１、第２ス
プレーとして噴射される。ここに、スプレーノズル１１
．１２から噴射され扇形に拡がる断面が偏平な液体噴流
をそれぞれ第１、第２スプレーと称する。

この溝付取付台５は本発明における溶媒噴射系の取付台
であり、長穴３３が供給管ｌ、３および伸Ｗ１継手２に
平行に設けられている。９０度継手４はこの長穴３３に
摺動自在に取付けられている。したがって、溶湯流２４
の第２のスプレー２３上への落下位置３４の調整は伸縮
継手２を緩め、取付台５の長穴３３に沿って９０度継手
４を動かすことにより行なわれる。もちろん、そのとき
アーム６．８およびハンド９．１０の取付位置は固定し
たままであるから、取付台５の移動によって相対的に溶
湯流２４のみが平行移動する“ことになるのである。

第２図からも良く分かるように、アーム６．８は軸２８
を共有しその軸の回りに自在に回転でき、またハンド９
．１０もそれぞれ軸２９．３０の回りに自在に回転でき
るようになっている。

噴霧媒供給管３に連通した環状導路１７を構成する供給
管はテーパ付停止部材７．７を介してそれぞれアーム６
．８に連絡しており、軸２Ｂ先端に設けたネジ３１を締
めつけることによって、テーパ面１５、と９０度継手、
テーパ面１５ｂ　、　１５ｃとアーム６、そしてテーパ
面１５１　とアーム８がそれぞれ当接して、その取付位
置が固定される。同様に、ハンド９．１０の固定は、ハ
ンド９の場合のみ示すが、軸２９先端に設けたネジ２９
を締めつけることによってテーパ面１６へのアーム端が
当接して行われる。

したがって、所定のアトマイズ条件から必要とされるス
プレーノズル１１．１２の位置を調整するには、緊締装
置１３．１４を緩めてアーム６．８およびハンド９．１
０の角度をそれぞれ調整し、位置ぎめののちネジ３１．
３２によって再びこの緊締装置１３．１４を緊締してお
こなう。この緊締装置１３．１４の緊締機構それ自体は
公知の他のものであってもよい。

一定高さに設定されたスプレーノズル１１．１２の交点
２７はこのようにしてスプレーノズル１１．１２の角度
を調整することにより変更することができる。

一方、スプレーノズル１１．１２の高さはアーム６．８
の角度を変えることによって調節することができる。

スプレー２２．２３の形状は、第１図に示すように、そ
の断面が符号２５．２６によって示すようにほぼ楕円状
をなしており、スプレー２２．２３の中心線は交点２７
上で交わるように配置するのが好ましい。

本発明において使用するスプレーノズルは扇形に噴霧媒
が拡がったスプレーが得られればその具体的構造は特に
制限はな（、慣用的に行われている形状のものであって
もよい。

次に、本発明における溶湯流の粉化の機構について第３
図を参照してさらに詳述する。

第３図から分かるように、適宜溶融金属供給源からクン
ディツシュ（図示せず）に供給された溶融金属はタンデ
ィフ・シュ底部′に設けたノズルをへて溶湯流として流
下する。一方、スプレーノズル１１．１２から噴射角度
ｂ−，ｃでそれぞれ噴射される第１、第２スプレー２２
．２３の交点２７より距離ａだけ離れた地点３４におい
て第２スプレー２３に溶湯流が衝突する。この距離ａを
「衝突距離」という。

このように、溶湯流の粉化は第２のスプレー上でまず生
ずる。次に、角度ｎで広がる第２のスプレーに乗って、
それにより広げられ、そして最後にスプレーの交点２７
で、第１のスプレーによって叩かれて粉化する。かつス
プレーの交点２７より下流ではスプレーの角度がｄのご
とく広がるが、この角度はできるだけ大になるのが望ま
しい、この角度ｄを「最大衝突角度」という。

この最大衝突角度ｄは粉末の粒子形状を決める重要な要
因である。なぜならこの角度が、液体スプレーの冷却能
を左右しているからである。すなわち最大衝突角度ｄが
大であると当然スプレーの中に雰囲気ガスを多く含み冷
却能は小になる。したがって粒子形状は球状になり易く
なるのである。

前述のように、この角度ｄの範囲は、６０度以上が好ま
しい。

スプレーノズル１１．１２の最適位置、つまり最大衝突
角度ｄおよび衝突距離ａはアトマイズ条件毎に異なって
いるが、本発明の装置により、次のように極めて容易に
調整することができる。

本発明の方法を最も効果あらしめるには、上述の第２ス
プレーの拡がり角度ｎを調節するのであるが、そのため
には、第１と第２のスプレーの流量、スプレーノズルと
２つのスプレーの交点までの距離、扇形のスプレーの角
度ｍ、ｎ、およびスプレーの噴射角度す、ｃを適切な値
に調節することが重要である。さらに、本発明によれば
、細粒化および球状化を高効率で達成するには、２つの
スプレーの交点と溶湯流の距離ａを最適な値に設定する
ことが重要である。

従来法ではスプレーの交点に溶湯流を落下させるため、
２つのスプレーの角度（ｂ＋ｃ）が４０ないし５０度以
上になるとプロキングを起こしたが、本発明ではスプレ
ーの交点から距ｊｄｌａだけ隔たった地点に溶湯流を落
下さ゛せている′ためスプレーの交わる角度が大になっ
てもブロッキングを起こさない。

本発明の具体的態様においては、上述のような各種制御
因子の値の範囲は、アトマイズの実績から、 ｍ、ｎ＞２Ｑ度 ｂ　　＝−５ないし２０度 ｃ　　−６０ないし９５度 溶湯流の直径の３倍＜ａ＜ 溶湯流の直径の２０倍 ｌく第１のスプレーの流量／ 第２のスプレーの流量〈５ とすることにより、粒度が小さく、球形に近い優れた粉
末を得るための最適な条件が得られることが分かった。

しかも、すでに述べたところから明らかなように、この
ような条件を実現可能とするためには、本発明にかかる
装置にあっては次のような構成をとることで十分である
。

（１）２本のアーム６．８はその一端でアームに直角な
１つの軸２８を共有して自在に回転してその取付角度を
変化でき、かつ角度設定後は確実に緊締可能とすること
、　　・ （２）各アームの他の一端にはハンド９．１０がアーム
に直角に軸２９．３０に回転自在に取付けられ、かつ所
定値に角度設定後は確実に緊締可能とすること。

（３）第２のスプレー２３上への溶湯流２４の落下位置
は伸縮継手２を調整して適正位置に設定後、緊縛可能と
すること。

次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１ 第１囲碁よび第２図に示す本発明にかかる装置により第
１表に示す条件の下で油アトマイズ法を行った。

筆土人 鋼種　：　ステライト？ｈ　６　（Ｃ−０，０４％、Ｃ
ｒ−３１，５％、Ｗ＝４．４７％、Ｃｏ＝５８．１％） 溶湯径：３１１１１ 噴霧媒：　油（機械油） 噴霧媒の圧カニ　　８０　ｋｇ／ｃｄ 噴霧媒の流量：　　１０４１．　／　ｎ＋ｉｎ第１およ
び第２のスプレーの流量比：　４ａ：　　３３ｍｍ ｍ：　　　４０” ｎ：２５゜ ｂ：６，８゜ Ｃニア２゜ ｄ：　８５゜ 得られた粉末の見掛密度は５．４９ｇ／ｃｊであった。

アトマイズままの粉末の粒度分布を第２表に示す。

第２表 第４図にＳＥＭを用いて調べた粒子形状を示す。

ガスアトマイズに匹敵する球状粉が得られているのが分
かる。

このように液体を噴霧媒とする場合にあっても本発明に
かかる方法のアトマイズ法によればガスアトマイズ法に
匹敵する球状の粉末を得ることができた。

実施例２ 本例では、最大衝突角度および衝突距離をそれぞれ変え
ることによって、得られる金属粉の形態がどのように変
化するかを調べた。

本例でも実施例１を繰り返し、９０度継手４の位置およ
びアーム６．８およびハンド９．１０のセット角度を変
更することにより、金属粉製造時の最大衝突角度および
衝突距離をそれぞれ変化させた。

結果は、第３表にまとめて示す。

第　　　３　　　表 （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば従来法とは全く異
なる方式によっては！球形に近い粉末が液体アトマイズ
法により得られるのであって、現在ＨＩＰ、ＣＸＰ法が
普及し、球形粉末の需要が要望されていることから、そ
れらを大量にかつ安価に供給できる本発明の意義は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる装置の１つの実施例の略式説
明図； 第２図は、第１図の平面図； 第３図は、その主要部分の詳細図； 第４図は、本発明により製造された球状粉の顕微鏡写真
である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体を噴霧媒とするアトマイズ法によって金属粉
   末を製造する方法において、扇形にひろがる特性を有す
   る２つのスプレーを用い、第１のスプレーを下方に向け
   て垂直ないしそれに近い角度で噴射し、第２のスプレー
   を水平ないしそれに近い角度で噴射して前記の第１のス
   プレーに交わらせるとともに、金属の溶湯流を第２のス
   プレーに向って落下させることを特徴とする球状金属粉
   末の製造方法。
2. （２）噴霧媒の供給系および噴霧媒の噴射系から成る装
   置であって、該噴射系が噴射方向および噴射位置が調節
   自在の、扇形に広がる特性を有する垂直ないしそれに近
   い角度のスプレーを形成する垂直スプレーノズルと、噴
   射方向および噴射位置が調節自在の、同じく扇形に広が
   る特性を有する水平ないしそれに近い角度のスプレーを
   形成する水平スプレーノズルとから成り、該水平スプレ
   ーノズルからのスプレーに向って溶湯流を落下させる溶
   融金属供給系とを備えた球状金属粉末の製造装置。
3. （３）前記の水平ないしそれに近い角度のスプレーと金
   属の溶湯流との衝突点の移動調節機構をさらに備えた、
   特許請求の範囲第２項記載の製造装置。
4. （４）噴霧媒の前記供給系が、供給管、伸縮継手、噴霧
   媒の分配管を兼ねる分岐アーム、および該分岐アームと
   前記スプレーノズルとを接続するハンドから構成され、
   該供給系が前記噴射系の噴射方向および噴射位置調節機
   構を兼ねる特許請求の範囲第２項または第３項記載の装
   置。