KR0174749B1 - 금속분말 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

냉각속도에 변동이 생기기 어렵고, 큰 냉각속도로 급냉응고 시킬수 있고 또 미분말이 용이하게 만들어지는 금속분말의 제조방법 및 그 제조장치를 제공한다. 냉각용 통체(1)의 내주면을 따라서 냉각액을 분출공급하고, 이 통체(1)의 냉각액배출 단쪽으로 통체 내주면을 따라서 선회하면서 이동하는 냉각액층(9)을 형성하고; 이 냉각액층(9)의 내측의 공간부(23)에 용융금속(25)을 공급하고; 이 용융금속(25)에 냉각액층(9)을 지향하는 가스제트(26)를 뿜어 붙여서 분단하는 것과 동시에 분단된 용융금속을 냉각액층(9)에 공급하고; 냉각액층(9) 중에서 응고된 금속분말을 포함하는 냉각액을 통체(1)의 냉각액 배출단으로부터 외부로 배출한다.

Description

[발명의 명칭]

금속분말 제조방법 및 제조장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 실시예에 관한 금속분말 제조장치의 주요부 단면도.

제2도는 다른 실시예에 관한 동장치의 주요부 단면도.

제3도는 제3의 실시예에 관한 동장치의 주요부 단면도.

제4도는 제4의 실시예에 관한 동장치의 주요부 단면도.

제5도는 연속주탕장치의 단면 설명도.

제6도는 금속분말 연속생산설비의 전체배치도.

제7도는 본발명의 제조실시예에 제공된 금속분말 제조창치의 주요부 단면도.

제8도는 제조실시예에 있어서 세류상 용융금속과 가스제트와의 평면적 위치 관계도.

제9도는 제조실시예 및 제조비교예에 의하여 제조된 금속분말의 입도분포를 도시하는 그래프도.

제10도는 본 발명의 제조실시예에 의하여 제조된 금속분말의 입경과 냉각속도와의 관계를 도시하는 그래프도이다.

* 도면에 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 냉각용 통체 4 : 냉각액 분출관

5 : 냉각액 분출유로 7 : 펌프(냉각액 공급수단)

9 : 냉각액층 15 : 도가니(용융금속공급수단)

23 : 공간부 24 : 제트노즐(가스제트분출수단)

25 : 용융금속 26 : 가스제트

31 : 폐색용 뚜껑 33 : 배출관

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 용융금속을 선회이동하는 냉각액층중에 공급하여 금속분말을 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

[배경기술]

급냉응고 금속분말은 결정립이 미세하고 합금원소도 과포화로 함유시킬 수 있으므로 급냉응고 분말에 의하여 형성된 압출재나 소결제는 용제재로는 구비할 수 없는 우수한 재질특성을 가지며, 기계부품 등의 소재로서 주목되고 있다.

상기 급냉응고 금속분말의 제조방법으로서 일본 특공평 1-49769호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 회전드럼법이 있다. 이 방법은 냉각액이 들어 있는 바닥이 있는 냉각드럼을 회전시켜 그 내주면에 냉각액층을 원심력을 작용으로 형성하고, 그 냉각액층에 용융금속을 분출시키고 이것을 선회하는 냉각액층에 의하여 분단(分斷)시켜서 급냉응고된 금속분말을 얻는 방법이다.

한편 미국특허 제 4,787,935호, 제 4,869,469호에는 용율금속류를 가스 아토마이즈한 후, 아토마이즈된 구형의 용적(溶滴)을 냉각용 통체내에서 선회하면서 흘러내려오는 냉각가스의 소용돌이 흐름에 공급하여, 냉각 응고시키는 금속분말의 제조방법 및 그 장치가 개시되어 있다.

상기 회전드럼법에 의하면 소위 배치식 조업으로 되고, 생산성이 뒤떨어진다는 문제가 있다. 또 냉각드림의 회전수에는 한도가 있기 때문에 냉각액층의 유속을 크게 하는 것이 곤란하여 미분말을 얻을 수 없다는 문제가 있다.

한편, 상기 미국 특허의 제조방법에 의하면 입경 0.1㎛의 미분말로부터 1000㎛정도의 조분말(組粉末)까지 연속적으로 제조할 수가 있다. 그러나 이 제조방법에서는 냉각속도를 10²∼10⁷℃/sec 정도박에 얻을 수 없고 급냉작용이 불충분하다. 도 냉각가스의 소용돌이 흐름의 중심부의 용적은 선회운동을 행하기 어렵고 냉각속도가 저하되기 때문에 제조분말의 품질에 변동이 생기기 쉽다는 문제가 있다. 또 냉각용 통체내에 용적의 냉각에 알맞는 냉각가스의 소용돌이 흐름을 형성하려면 냉각용 통제를 상당히 크게 하지 않으면 안되고, 설치장소, 설비 코스트의 면에서 쉽게 실시하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 냉각속도에 변동이 생기기 어렵고 큰 냉각속도로 급냉응고시킬 수 있으며, 또 미분말이 용이하게 얻어지는 금속분말이 제조방법 및 그 방법을 실시하기 위한 적당한 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[발명의 개시]

본 발명의 금속분말의 제조방법은 냉각용 통체의 내주면을 따라 냉각액을 분출공급하고, 이 통체의 냉각액 배출단측으로 통제 내부면을 따라서 선회하면서 이동하는 냉각액층을 형성하고; 이 냉각액층의 내측의 공간부에 용융 금속을 공급하고; 이 용융금속에 냉각액층을 향하는 가스제트를 뿜어서 분단시킴과 동시에 분단된 용융금속을 냉각액층에 공급하고; 냉각액층중에서 응고된 금속분말을 포함하는 냉각액을 통체의 냉각액 배출단으로부터 외부로 배출한다. 금속분말을 포함하는 냉각액의 외부로의 배출에 있어서는, 이 냉각액을 통체의 냉각액 배출단에 설치된 폐색용 뚜껑에 구비된 배출관으로부터 그 관내를 채우면서 외부로 배출하는 것이 좋다.

또 본 발명의 제조장치는 내주면을 따라 냉각액을 분출공급하기 위하여 냉각액 분출유로가 설치된 냉각용 통체와; 상기 냉각액 분출유로로부터 분출된 냉각액이 상기 통체의 내주면을 따라 선회하면서 통체의 냉각액 배출단축으로 이동하도록 형성된 냉각액층의 내측의 공간부에 용융금속을 공급하기 위한 용융금속 공급수단과; 이 용융금속을 분단시킴과 동시에 분단된 용융금속을 냉각액층르로 공급하기 위하여 가스제트를 분출하기 위한 가스제트 분출수단과; 상기 냉각액 분출유로에 냉각액을 공급하기 위한 냉각액 공급수단을 구비하고 있다. 상기 냉각용 통체에는 냉각액 배출단에 폐색용 뚜껑을 설치하고 그 두껑에 냉각액을 관내에 채운 상태에서 이것을 배출하기 위한 배출관을 설치하여 두는 것이 좋다.

본 발명에 의하면 냉각용 통체의 내주면을 따라 냉각액 분출유로로부터 분출공급된 냉각액은 통체의 내주면을 따라 선회하면서 통체의 냉각액 배출단 개구(開口)를 향하여 이동한다. 이 경우, 선회시의 원심력을 작용으로 거의 일정 내경의 냉각액층이 통체 내주면에 형성된다. 이 냉각액층은 항상 새롭게 공급되는 냉각액에 의하여 형성되기 때문에 용이하게 일정한 온도로 유지된다. 또 냉각매체는 액체이므로 가스에 비하여 냉각능이 우수하다. 이 때문에, 냉각액층으로서는 선회반경이 작고, 또 층두께가 얇은 것으로 충분하고, 따라서 이것을 형성하는 냉각용 통체도 콤팩트하게 된다.

용융금속 공급수단으로부터 상기 냉각액층의 내측의 공간부에 공급된 용융금속은 가스 제트 분출수단으로부터 냉각액층을 향하여 분출된 가스제트에 의해 분단된다. 분단된 용융금속(용적(溶滴))은 냉각액층을 향하여 비산되고 모든 용적이 냉각액층 내에 확실히 주입공급된다. 냉각액층내에 주입된 용적은 그 주위에 냉각액의 증기를 발생시키지만, 이 증기는 용적의 주위로부터 속히 이탈한다. 그 이유는, 냉각액층에 있어서 유속의 분포는 선회중심측으로 갈수록 증대하는 경사속도분포로 되어 있기 때문에, 냉각액층내에 주입된 용적이 회전운동을 하기 때문이다. 따라서 용적의 외주면은 냉각액에 항상 접히도록 되기 때문에, 용적은 높은 냉각속도로 냉각됨과 동시에 증기에 의한 분말입자 표면의 오염도 방지된다. 또, 가스제트의 유속, 유량을 제어함으로써, 분단된 용적의 크기를 용이하게 조정할 수 있기 때문에 소기의 급냉응고 미분말을 용이하게 얻을 수가 있다. 그리고 냉각액층의 온도, 표면상태가 일정하고 안정하기 때문에 용적의 냉각조건이 일정하게 되고 분말의 품질도 안정된다.

냉각액층은 연속적으로 형성되기 때문에 용융금속을 연속적으로 공급하고 가스제트를 연속적으로 내뿜어 용융금속을 분단하고, 냉각액층에 공급함으로써, 분말의 연속생산이 가능하게 된다. 그리고 냉각액층내에서 응고된 금속분말은 냉각액과 같이 냉각용 통체의 냉각액 배출단개구로부터 연속적으로 배출된다.

금속분말을 포함하는 냉각액의 배출에 있어서는 그 냉각액을 냉각용 통체의 냉각액 배출단 개구에 폐색용 뚜겅을 설치하여 놓고, 상기 냉각액을 폐색용 뚜껑에 구비된 배출관으로부터 그 관내에 채우면서 외부로 배출하면 된다. 이 방법에 의하면 냉각액층의 내측의 공간부에 가스제트를 형성하는 가스를 용이하게 채울 수 있다. 이 가스로서 적당한 비활성가스나 환원성가스 등의 비산화성가스를 사용함으로써 용적의 산화를 방지할 수가 있다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

제1도는 실시예에 관한 금속분말 제조장치를 도시하고 있고, 내주면에 냉각액층(9)을 형성하기 위한 냉각용통제(1)와, 냉각액층(9)의 내측의 공간부(23)에 용융금속(25)을 흘러내려서 공급하기 위한 용융금속 공급수단인 도가니(15)와, 상기 통체(1)에 냉각액을 공급하기 위한 수단인 펌프(7)와, 흘러내려온 세류(細流)상의 용융금속(25)을 용적으로 분단시킴과 동시에 냉각액층(9)에 공급하기 위하여 가스제트(26)을 분출하는 가스제트 분출수단인 제트노즐(24)을 구비하고 있다.

상기 통체(1)는 원통형상이고, 통체축심이 연직방향으로 설치되어 있으며, 그 상단 개구에는 환상뚜겅(2)이 부착되어 있고, 그 뚜껑(2)의 중심부에는 용융금속을 냉각용 통체(1)의 내부에 공급하기 위한 개구부(開口部;3)가 형성되어 있다. 또 냉각용 통체(1)의 상부에는 냉각액 분출유로(5)를 갖는 냉각액 분출관(4)이 둘레방향 등간격으로 복수개 형성되어 있고, 그 유로(5)의 출구(토출구)는 통체(1) 내주면을 따라 접선 방향으로부터 냉각액을 분출공급할 수 있도록 개구되어 있다. 상기 유로(5)의 개구부에 있어서 중심선은 통체축심과 직교하는 평면에 대하여 0∼20℃정도 비스듬이 하방으로 설정되어 있다. 그리고 냉각액 분출관(4)은 펌프(7)를 통하여 탱크(8)에 배관접속되어 있고, 탱크(8) 내의 냉각액을 펌프(7)에 의하여 위로 빨아올려서 그 분출관(4)의 냉각액 분출유로(5)로부터 냉각용 통체(1) 내주면측에 분출공급함으로써 냉각용 통체(1)의 내주면에 그 내주면을 따라 선회하면서 흘러내려오는 냉각액층(9)이 형성된다. 탱크(8)에는 도시되지 않은 보급용 냉각액 공급관이 설치되어 있고, 또 탱크(8)내, 혹은 냉각액의 순환유로의 도중에 냉각기를 적절하게 개재시켜도 좋다. 냉각액으로서는 일반적으로 물이 사용되며, 이는 냉각성능이 우수하고, 비용이 저렴하기 때문이다. 물 외에 가열된 금속을 급냉처리에 사용되는 오일등의 액체가 사용되는 경우도 있다. 물을 사용하는 경우, 수중의 용존산소를 제거한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 산소의 제거처리장치는 시판되고 있으며 입수가 용이하다.

냉각용 통체(1)의 내주면 하부에는, 볼트에 의하여 자유롭게 붙이고 떼고, 교환 할 수 있도록 냉각액층(9)의 층두께를 조정하기 위한 층두께 조정용 링(10)이 부착되고, 이 링(10)에 의하여 냉각액이 흘러내리는 속도가 억제되어 대략 일정한 내경의 냉각액층(9)이 적은 유량으로 용이하게 형성된다. 통체(1)의 냉각액 배출단인 하단개구에는 원통상의 액가름용 망체(11)가 연이어 설치되어 있고, 이 망체(11)의 하측에는 깔때기 모양의 분말회수 용기(12)가 부착되어 있다. 상기 망체(11)의 주위에는 그 망체(11)를 덮도록 냉각액 회수커버(13)가 설치되어 있으며, 이 회수커버(13)의 바닥부분에는 배액구(14)가 형성되어 있고 그 배액구(15)는 배관을 통하여 탱크(8)에 접속되어 있다.

냉각용 통체(1)의 상방에 배치된 용융금속 공급수단인 도가니(15)는 흑연이나 질화규소등의 내화물로 형성되고, 바닥이 있는 원통상의 도가니 본체(26)와 이 도가니 본체(16)의 상단개구를 폐색하는 뚜껑(17)을 구비하여 이루어진다. 도가니 본체(16)의 외주에는 가열용의 유도코일(18)이 설치되어 있고 도가니 본체(16)의 바닥부(19)에는 상하방향으로 관통상의 노즐구멍(20)이 형성되어 있고, 이 노즐구멍(20)은 환상뚜껑(2)의 개구부(3)로 향하고 있다. 또, 도가니(15)의 뚜껑(17)에는 Ar이나 N₂등의 비활성가스의 압력매질(力媒質)이나 압송된 용융금속을 주입하기위한 주입구멍(21)이 형성되어 있고, 이 주입구멍(21)으로부터 불활성가스 등을 가압주입함으로써 도가니(15)내의 용융금속(22)이 노즐구멍(20)으로부터 개구부(3)를 통하여 냉각액층(9) 내측의 공간부(23)로 분출된다.

상기 냉각액층(9)의 내측의 공간부(23)에는 통상의 가스 아토마이즈법에서 사용되는 에어 또는 불활성가스 등의 압축가스를 분출시키기 위한 제트노즐(24)이 배치되어 있다. 이 노즐(24)은 환상뚜껑(2)의 개구부(3)를 통하여 삽입된 압축가스 공급관(27)의 선단에 부착되고, 이 노즐(24)의 분출구는 냉각액층(9) 및 도가니(15)의 노즐구멍(20)으로부터 분출된 세류상의 용융금속(25)으로 지향되어 있다.

상기 냉각액 분출유로(5)의출구는 도면에서는 냉각용 통체(1)의 상부측면에 개구되어 있지만, 이 출구와 층두께조정용 링(10)까지의 거리가 긴 경우, 냉각용액이 흘러내리는 속도의 증대에 의하여 냉각액층(9)의 층두께가 중앙부에서 오목형상이 되기 쉬우므로, 냉각액 분출유로(5)의 출구는 냉각용 통체(1)의 상단과 층두께조정용 링(10)의 상면과의 중앙위치로부터 상기 링(10)의 상면까지 사이에 개구시키는 것이 좋다. 이와 같은 위치에 개구되더라도 출구보다 상방은 원심력의 작용에 의하여 냉각액이 밀어올려져서 아래쪽과 거의 같은 일정한 두께의 냉각액층이 형성된다.

상기 구성에 있어서, 금속분말을 제조하는데는 우선 펌프(7)를 작동시켜 통체(1) 내주면에 냉각액층(9)을 형성하고, 다음에 도가니(15)내의 용융금속(22)을 노즐구멍(20)으로부터 아래쪽으로 분출한다. 이때 제트노즐(24)로부터 가스제트(26)를 고속으로 분출시켜 둔다. 도가니(15)로부터 분출된 세류상의 용융금속(25)에 제트노즐(24)로부터 분출된 가스제트(26)가 내뿜어지고, 이 용융금속(25)이 분단됨과 동시에 분단된 용적이 냉각액층(9)을 향하여 비산된다. 이 비산된 용적은 선회하면서 흘러내리는 냉각액층(9) 내에 주입되고 급냉 응고되어서 금속분말의 제조된다. 이 경우, 가스제트(26)와 용융금속(25)과의 충돌부로부터 냉각액층(9)까지의 거리를 적당히 설정함으로써 분말입자의 형상을 구형으로부터 편평한 부정형까지 변화시킬 수 있다. 즉, 냉각액층(9)까지의 거리를 짧게 하면, 가스제트(26)에 의하여 분단된 용적은 그 표면에 응고각(凝固殼)을 형성하기 전에 냉각액층(9) 중에 주입되고, 냉각액층(9)에 의하여 재분단되기 때문에 미세한 부정형 분말이 얻어진다. 한편 상기 거리를 충분하게 하면, 용액의 표면에 응고각이 형성되기 때문에 냉각액층(9)에 주입되더라도 대략 구형을 유지할 수가 있다.

그리고 냉각액층(9) 중의 금속분말은 냉각액과 같이 선회하면서 층두께조정용 링(10)을 넘어서 흘러내리고, 냉각용 통체(1)의 하단 개구로부터 액가름용 망체(11)로 들어간다. 여기서 냉각액은 원심력의 작용으로 망체(11)로부터 방사상 바깥쪽으로 비산하고 일차적으로 탈액된 액분이 적은 금속분말이 얻어진다. 이 일차 탈액된 금속분말은 분말회수용기(12)에 들어가고, 여기서 배출되어 원심분리기둥의 탈액장치에 의하여 탈액되고 건조장치에 의하여 건조된다. 또 망체(11)로부터 비산된 냉각액은 회수커버(13)를 통하여 탱크(8)로 되돌려져서 순환사용된다.

제2도는 금속분말 제조장치의 다른 실시예를 도시하고 있고, 상기 실시예의 제조장치와 같은 부재는 같은 부호로 도시하고 있다.

이 실시예에서는 냉각용 통체(1)는 통체축심이 경사지게 배치되어 있다. 냉각액 분출유로(5)는 두께가 두꺼운 냉각용 통체(1)에 직접 개설되어 있고, 냉각용통체(1)의 외주면에 개구된 냉각액 분출유로(5)의 입구는 펌프(7)에 배관 접속된다. 또 냉각용 통체(1)의 하단개구에는 그 개구를 폐색하기 위한 깔때기상의 폐색용 뚜껑(31)이 부착되어 있고, 그 저부에는 배출관(33)이 구비되어 있으며, 그 내부가 냉각액의 배출유로(32)로 되어 있다. 또 냉각용 통체(1)의 하부 내주면에는 상면이 테이퍼면으로 형성된 층두께조정용 링(10)이 볼트에 의하여 부착되어 있다. 상기 배출관(33)은 그것의 다른 끝 개구(출구)가 탱크(8)의 상부에 위치하도록 배관되어 있고, 그 도중에 유량조정밸브(34)가 설치되어 있다. 상기 탱크(8)의 상부 개구에는 망바구니(35)가 붙이고 떼는 것이 자유롭게 장착되어 있다.

이 실시예의 경우, 유량조정밸브(34)의 개폐를 적당히 조정함으로써 냉각액을 배출유로(32)내에 채운 상태로 배출할 수가 있다. 이 경우, 배출관(33)으로부터 가스의 유출을 저지할 수 있으므로 통체(1)의 냉각액층(9)의 내측의 공간부(23)의 제트노즐(24)로부터 분출된 가스제트(26)의 가스를 채울 수가 있다. 따라서 불활성 가스 등의 비산화성의 가스를 사용함으로써 분단된 용적의 산화를 유효하게 방지할 수 있다.

제3도는 금속분말 제조장치의 제3 실시예이고, 이 실시예에서는 냉각용 통체(1)의 내주면에 냉각액 분출유로(5)의 출구가 상하방향으로 복수단(2단) 개구되어 있다. 냉각액분출유로(5)의 통축방향의 단수(段數), 간격은 통체내경, 냉각액의 토출량, 분출압력, 아래쪽의 층두께조정용 링(10)의 설정거리 등에 의하여 다르지만, 거의 일정한 내경의 냉각액층(9)이 얻어지도록 적당한 단수를 대략 등간격으로 설치하면 좋다. 이 실시예에서는 층두께 조정용 링(10)의 상부에 냉각액 분출유로(5)가 복수단 설치되어 있으므로, 상기 링(10)의 상부에서 냉각액이 흘러내리는 속도의 증대에 의한 냉각액층(9)의 층두께의 감소를 방지할 수가 있고, 통체(1)의 내주면에 거의 일정한 내경, 일정한 선회유속의 냉각액층(9)을 넓은 범위에서 용이하게 형성할 수 있어, 냉각역을 넓은 범위로 설정할 수 있다. 또한, 동도에 도시한 바와 같이, 냉각액 분출유로(5)의 통축방향으로 인접하는 단사이에 각각 층두께조정용 링(10A)을 설치하여도 좋다. 이로써 냉각액층(9)의 층두께, 유속을 보다 한층 안정시킬 수가 있다. 그 중에서도 냉각액 분출유로(5)를 한단으로 하고 층두께 조정용 링을 복수단 설치하는 것만으로도 냉각액층(9)의 층의 두께의 감소를 방지하는 효과가 있다.

또 제3도의 제3 실시예에서는 망체(11)의 내주면에 흘러내림 완충용의 플랜지(28)가 볼트 등에 의하여 붙이고 떼기가 자유롭게 부설되어 있다. 이 플렌지(28)에 의하여 냉각액이 흘러내리는 속도가 늦어지므로, 보다 장시간의 탈액이 가능하게 되고 원심탈액을 효과적으로 행할 수가 있다.

제4도는 금속분말제조장치의 제4의 실시예를 도시하고 있고, 이 실시예에서는 냉각용 통체(1)는 통체축심이 경사지게 배치되어 있고, 그 내주면에 형성된 냉각액층(9)의 내측의 공간부(23)에 있어서 가스제트(26)가 V형으로 교차하도록 2개의 제트 노즐(24,24)이 압축가스 공급관(27,27)을 통하여 설치되어 있다. 상기 제트노즐(24,24)의 노즐개구는 슬릿형이고, 가스제트(26)도 일정한 폭을 갖는 막상으로 되어 있으며, 그 교차상태에 있어서 단면이 도면과 같이 V형으로 되어 있다. 그리고 V형 가스제트의 교차역에서 용융금속(25)이 도가니(15)의 노즐구멍(20)으로부터 흘러내리고 분단되어 있다. 이와같은 V형 가스제트에 의하면, 분단효과는 우수하고 또 용융금속(25)이 흘러내리는 위치가 다소 어긋나더라도 분단된 용액을 교차역에서 냉각액층(9)의 내주면의 특정범위로 비산시켜 주입할 수가 있다. 더욱이 노즐개구가 역원추형의 슬릿으로 형성된 제트노즐을 사용하여 역원추형상의 면상 가스제트를 형성하고 그 교차부에 용융금속을 공급하도록 하여도 좋다. 또 선상 가스제트를 분출하는 제트노즐을 역원추형상으로 복수개 배치하고 역원추형상의 선상 가스제트의 집합체를 형성하고 그 교차부에 용융금속을 공급하도록 하여도 좋다.

상기 제3 및 제4 실시예에 있어서는, 냉각용통체(1)의 하단개구에는 액가름용 망체(11)가 연이어 설치되어 있고, 여기서 가스제트(26)를 형성한 가스가 유출되지만 그 하단개구에 제2도와 같이 배출관(33)을 구비한 폐색용 뚜껑(31)을 장치하여도 좋다. 이와 같은 구성에 의하면 배출관(33)의 도중에 설치된 유량조정밸브(34)를 조정함으로써 냉각액층(9)의 내측의 공간부(23)에 가스제트(26)를 형성한 가스를 용이하게 충만시킬 수가 있다.

또한, 상기 각 실시예에서는 냉각용통체(1)로서 원통상의 것을 도시하였지만 이에 한하지 않으며, 내주면이 냉각액의 이동방향에 따라 점차 축경하는 회전 대칭면으로 형성된 형상, 예를 들면 깔대기 형상으로 하여도 좋다. 회전포물면에 의하여 나팔형상으로 된 경우, 층두께조정용 플랜지를 장치하지 않더라도 일정한 내경의 냉각액층을 형성할 수가 있다. 또 냉각용 통체는 도시한 예에서는 그 통체 축심이 연직 내지 경사방향이 되도록 배치한 것을 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니고, 냉각수의 분출속도가 충분하고 통체 내주면에 원심력의 작용으로 냉각액층(9)이 형성되는 한, 통체축심의 방향은 문제가 되지 않는다.

또 도면의 예어서는, 층두께조정용 링(10)은 그 윗면이 수평면 또는 테이퍼면으로 형성되어 있으나 이에 한정되지 않고, 예를 들면 링상단의 바깥둘레 가장자리로부터 하단의 안둘레 가장자리에 걸쳐서 점차적으로 지름을 좁혀서 유선형 곡면으로 형성해도 좋다. 또 도가니(15)내의 용융금속(22)은 압력매질을 작용시켜 가압함으로써 노즐구멍(20)으로부터 분출되었지만, 압력매질을 작용시키지 않고 용융금속(22) 자체에 작용하는 중력(자중)에 의해 노즐구멍(20)으로부터 분출(유출)하도록 해도 된다.

또 본 발명의 제조대상인 분말의 재질은 알루미늄 또는 그 합금 등의 저융점 금속에 한정되지 않고, 티타늄, 니켈, 철 또는 그것들의 합금 등의 고융점 금속을 포함하여 특별하게 제한되지 않는다.

제1도에 설명한 제1 실시예의 금속분말 제조장치를 갖추고 있고 용융금속의 금속으로부터 금속분말의 제조, 탈액, 건조를 일관해서 행하도록 한 금속분말의 연속 생산설비의 한 예의 전체구성도를 제5도 및 제6도에 도시한다. 본예에 의하면, 연속주탕장치(41)로부터 압송된 용융금속은 이미 설명한 금속분말 제조장치(42), 연속탈액기(43) 및 연속건조장치944)를 경유해서 제품금속분말로 된다. 또한 금속분말 제조장치로서 다른 실시예의 것이 사용 가능한 것은 물론이다.

상기 연속주탕장치(41)는 내화성 단열재로 형성된 본체용기(46)를 구비하고 있고 그 용기(46)에는 뚜겅(47)에 의해 밀폐가 자유로운 금속용탕 공급구(48)가 개설되고, 불활성가스 등의 압력매질 공급관(49), 용기내의 용융금속(53)의 배출관(50)이 설치되어 있으며, 바닥부에는 유도가열용 코일(51)을 갖고 있는 오목부(52)가 설치되어 있다. 이 코일(51)에 의해서 용기(46)내의 용융금속(52)은 온도제어가 행해지며 압력매질 공급관(49)으로부터 주입되는 아르곤가스 등의 불활성가스에 의해 배출관(50)을 통하여 금속분말 제조장치(42)의 도가니(15)로 압송된다. 배출관(50)은 단열층의 형성이나 인덕션 히터 등의 적절한 보온수단에 의해 보온된다.

상기 금속분말제조장치(42)에 의해 제조된 금속분말은 액가름용 망체에 의해서 1차 탈액된 후의 잔류냉각액과 함께 분말회수용기(12)를 통하여 연속탈액기(43)로 공급되어 원심력의 작용으로 탈액된다. 연속탈액기(43)는 위쪽으로 지름이 확대된 회전드럼(55)을 구비하고 있고, 이 드럼(55)의 중간부의 둘레벽은 다수의 세공을 갖고 있는 스크린 플레이트로 형성되고, 내주면에는 탈수후의 분말을 윗쪽으로 송출하기 위한 볼록형상의 리브(56)가 다수 형성되어 있다. 회전드럼(55)의 외주면측에는 냉각액 회수커버(57)가 설치되어 있으며 탈액된 냉각액은 그 바닥부로부터 탱크(8)로 회수된다. 또 회전드럼(55)의 상부에는 금속분말회수커버(58)가 설치되어 있고 배출슈트(59)가 부설되어 있다.

연속탈액기(43)의 배출슈트(59)로부터 배출된 습윤 금속분말은 이어서 연속건조 장치(44)에 공급된다. 연속건조장치(44)는 다수의 세공을 가지는 유동상(61)을 갖고 있는 건조용기(62)와, 이 용기(62)의 상부로부터 습윤원료를 공급하기 위한 로터리 피더를 갖고 있는 공급장치(63)와, 상기 용기(62)의 하부로부터 열풍을 공급하기 위한 열풍발생장치(64)와, 상기 용기(62)의 상부로부터 배출된 배출가스로부터 미세분말을 회수하기 위한 사이크론(65)을 구비하고 있으며, 상기 용기(62)의 상부 및 하부측벽에는 배출관(66)이 부설되어 있다.

건조용기(62) 내에서는 유동층(67)이 형성되어 있으며, 습윤 금속분말은 유동층(67)속에서 열풍과 격렬하게 혼합되고 열교환되어 빠른 속도로 건조되며 통상 오우버 플로우에 의해 배출관(66)을 통하여 외부로 빼내진다.

또한 본발명을 실시할 때에는, 연속주탕장치, 연속탈액기, 연속건조장치는 상기의 설명한 것에 한정되지 않고 시장에 공급되고 있는 적당한 것을 사용할 수 있다.

다음에 구체적인 금속분말의 제조실시예를 기재한다.

[제조실시예 1]

제7도에 도시하는 제조장치를 사용하여 알루미늄 합금분말을 제조하였다. 냉각용 통체(1)의 내경(D)는 100mm이며, 냉각액 분출유로(5)의 토출구는 냉각용 통체(1)의 상단과 층두께조정용 링(10)의 상단과의 중간위치에 설치했다. 냉각액분출유로(5)의 토출구의 지금은 11.5mm이며, 이것으로부터 0.3㎥/min의 유량으로 냉각수를 분출시켰다. 그 결과 층두께조정용 링(10)의 위쪽에 내경(d) = 55mm, 길이(h) = 50mm, 수막면(水膜面)의 유속 43m/sec의 냉각액층(9)이 형성되었다.

도가니(15)로 1000℃의 용융알루미늄 합금(조성:wt%로 A ℓ-12Si-1Mg-1Cu)을 용해하여 만들었다. 도가니(15)에 1.0kgf/㎠의 아르곤가스를 공급하여 도가니내의 용융금속(22)을 가압하고, 도가니(15)의 노즐구멍(20)으로부터 직경 2mm의 세류상의 용융금속을 냉각액층(9)의 내측의 공간부(23)으로 분출시켰다. 세류상의 용융금속(25)과 수평면이 이루는 분출각(θ₁)은 30°로 했다.

상기 공간부(23) 내에서 용융금속(25)을 향해서 노즐구멍의 직경 6mm인 제트노즐(24)로부터 에이제트(26)를 5kgf/㎠로 분출시켜서 불어내었다. 제트(26)와 수평면이 이루는 분출각(θ₂)은 45°로 했다. 또 제8도에 도시하는 바와 같이, 제트(26)와 세류상 용융금속(25)이 이루는 각도는 평면적으로 보고 용융금속(25)으로부터 냉각액층의 선회방향(A)으로 측정해서 θ₃=45°로 하였다.

그 결과, 제9도의 A에 도시하는 입도분포(어느 분말의 입경과, 분말전량에 대한 그 입격의 분말의 함량 중량%과의 관계)를 갖는 알루미늄 합금분말을 얻었다. 이 분말의 평균입경은 291.8㎛이며, 겉보기 밀도는 0.90g/㎤이었다. 또 분말의 입자형상을 관찰한 결과 편평부정(偏平不定)형상이었다. 따라서 에어제트에 의해서 분단된 용적은 냉각액층에 의해서 재분단된 것으로 추정된다.

비교를 위해서 용융금속을 향해 에어제트를 불어내는 점을 제외하고는 같은 조건으로 알루미늄 합금분말을 제조했다. 그 결과를 제9도의 B에 함께 표시했다. 이 경우의 평균 입경은 420㎛, 겉보기 밀도는 0.70g/㎤이었다. 따라서 실시예에 있어서 에어제트를 불어냄으로써 미분화를 용이하게 달성할 수 있음을 확인했다.

[제조실시예 2]

제2도에 도시하는 제조장치를 이용해서 제조실시예 1과 같은 조성의 알루미늄 합금분말을 제조했다. 냉각용통체(1)의 내경은 200mm이며, 통체의 축심을 연직방향에 대해서 25°경사지게 했다. 냉각액 분출유로(5)의 토출구의 직경은 11.5mm이며, 이것으로부터 0.3㎥/min의 유량으로 냉각수를 분출시켰다. 그 결과 환상의 뚜겅(2)과 층두께조정용 링(10)과의 사이에 내경 250mm, 길이 300mm, 평균유속 20m/sec의 냉각액층(9)이 형성되었다. 또 유량조정밸브(34)를 조정해서 배출유로(32)내에 냉각액이 채워지도록 했다.

도가니(15)로 1000℃의 용융알루미늄 합금을 용해하여 제조하고, 도가니(15)에 1.0kgf/㎠의 아르곤 가스를 공급하여 도가니내의 용융금속(22)을 가압하고 도가니(15)의 노증구멍(20)으로부터 직경 2mm의 세류상 용융금속(25)을 연직하방으로 분출시켜 냉각액층(9) 내측의 공간부(23)로 공급했다.

상기 공간부(23) 내에서 용융금속(25)을 향해서 노증구멍의 직경 6mm의 제트노즐(24)로부터 아르곤 가스제트(26)를 10kgf/㎠로 분출시켜서 불어내어 용융금속(25)을 분말화했다. 용융금속(25)과 아르곤가스제트(26)가 이루는 각도는 30°로 했다.

얻어진 분말의 평균입경은 200㎛, 겉보기밀도는 1.3g/㎤이며, 입경과 냉각속도와의 관계를 제10도에 표시하였다. 또한 냉각속도는 분말입자의 금속조직에 의해 판단했다. 동도로부터 본발명에 의해 제조된 금속분말은 입경이 100∼1000㎛로 비교적 큰 것이라도 냉각속도가 10⁴∼10⁵℃/sec이면 미세한 조직을 얻을 수 있다는 것을 알았다. 또한 동도면에 의해 0.1㎛의 입경의 경우 냉각속도는 10⁸℃/sec이상으로 추정된다.

다음에 분말중에 함유되는 가스량을 측정한 바, H₂: 12ppm, O₂: 500ppm이었다. 비교를 위해 유량조정밸브(34)를 완전히 열어서 배출관(33)내를 냉각수에 의해서 폐색하지 않도록 하고, 그 외의 것은 같은 조건으로 알루미늄 합금분말을 제조했다. 얻어진 분말의 가스함유량은 H₂: 20ppm, O₂: 820ppm이었다. 그것으로 실시예는 비교예에 대해서 가스함유량이 현저하게 감소되어 있음을 알 수 있다.

[제조실시예 3]

제조실시예 2와 똑같은 제조조건으로 철합금 분말을 제조했다. 단 철합금의 조성은 wt%로 Fe-1.3C-4Cr-3.5Mo-10W-3.5V-10Co이며, 용융온도는 1600℃로 했다.

만들어진 분말의 평균입경은 250㎛이며, 분말중에 함유된 가스량을 측정한 바, H₂: 9ppm, O₂: 580ppm, N₂: 720ppm이었다. 또한 냉각액층의 평균유속을 5m/sec로 하고, 기타는 같은 조건으로 상기 조성의 철합금분말을 제조한 바, 가스함유량은 H₂: 15ppm, O₂: 1200ppm, N₂: 740ppm이었다. 이것에 의해 냉각액층의 유속을 크게 할수록 용적의 주위에 발생된 냉각액증기는 용적으로부터 신속히 이탈하여 양호한 오염방지작용을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명은 분말야금, 열간등방압가압, 열간단조, 열간압출 등의 원료분말, 합성수지, 고무, 금속 등으로의 복합용분말, 전자클러치/↑브레이크용의 자성분체 등에 사용되는 금속분말 제조에 이용된다.

Claims (11)

1. 냉각용 통제의 내주면을 따라서 냉각액을 분출공급하고, 이 통체의 냉각액 배출단측으로 통체의 내주면을 따라서 선회하면서 이동하는 냉각액층을 형성하고; 이 냉각액층의 내측의 공간부에 용융금속을 공급하고; 이 용융금속에 냉각액층으로 지향하는 가스제트를 불어내어 분단시킴과 동시에 분단된 용융금속을 냉각액층에 공급하고; 냉각액층중에서 응고된 금속분말을 포함하는 냉각액을 통체의 냉각액 배출단으로부터 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 냉각액층중에서 응고된 금속분말을 포함하는 냉각액을 통체의 냉각액 배출단에 부착된 폐색용 뚜껑에 설치된 배출관으로부터 그 관내에 채우면서 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각액으로 물을 사용하고, 불활성 가스에 의해 가스제트를 형성하는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각용통체가 원통형상인 것을 특징으로 하는 금속분말 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용융금속이 중량에 의해 노즐구멍으로부터 분출되는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조방법.
6. 제1항 도는 제2항에 있어서, 냉각액과 함께 배출된 금속분말을 연속적으로 탈액한 후, 이어서 연속적으로 건조하는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조방법.
7. 내주면을 따라서 냉각액을 분출공급하기 위한 냉각액 분출유도(5)가 설치된 냉각용 통체(1)와; 상기 냉각액 분출유로(5)로부터 분출된 냉각액이 상기 통체(1)의 내주면을 따라서 선회하면서 통체(1)의 냉각액 배출단측으로 이동하도록 형성된 냉각액층(9)의 내측의 공간부(23)에 용융금속(25)을 공급하기 위한 용융금속공급수단(15)과; 이 용융금속(25)을 분단시킴과 동시에 분단된 용융금속을 냉각액층(9)으로 공급하기 위한 가스제트(26)를 분출하기 위한 가스제트 분출수단(27)과; 상기 냉각액 분출유로(5)에 냉각액을 공급하기 위한 냉각액 공급수단(7)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
8. 제7항에 있어서, 냉각용 통체(1)의 냉각액 배출단에는 폐색용 뚜껑(31)이 설치되어 있고, 이 폐색용 뚜껑에서 냉각액을 관내에 채운 상태에서 이것을 배출하기 위한 배출관(33)이 설치되어 있는 것을 특징으로하는 금속분말 제조장치.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 냉각용 통체(1)가 원통형상인 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
10. 제9항에 있어서, 냉각용 통체(1)의 내주면에는 냉각액층(9)의 층두께조정용 링(10)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
11. 제10항에 있어서, 복수개의 층두께조정용 링(10,10A)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.