KR102178852B1

KR102178852B1 - 금속 분말 제조 장치와 금속 분말의 제조 방법

Info

Publication number: KR102178852B1
Application number: KR1020180091666A
Authority: KR
Inventors: 겐지 호리노; 가즈히로 요시도메; 아키히로 하라다; 히로유키 마쓰모토
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-11-13
Also published as: KR20190016455A; TWI686250B; JP2019031708A; GB201812897D0; JP6323602B1; GB2565653B; GB2565653A; CN109382519B; DE102018119184A1; CN109382519A; TW201910024A

Abstract

[과제] 고품질인 금속 분말을 제조할 수 있는 금속 분말 제조 장치와, 이것을 이용하는 금속 분말의 제조 방법을 제공하는 것.
[해결 수단] 용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부(20)와, 용융 금속 공급부(20)의 하방에 설치되는 통체(32)와, 용융 금속 공급부(20)로부터 토출된 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 통체(32)의 내면에 형성하는 냉각액 도출부를 갖는 금속 분말 제조 장치이다. 냉각액 도출부는, 외측부(44)와, 외측부(44)의 냉각액을, 외측부(44)의 폭보다 좁은 폭으로 통과시키는 통로부(42)와, 통로부(42)를 통과한 냉각액을, 통체(32)의 내면(33)을 따라서 흐르는 방향으로 향하게 하는 냉각액 토출부(52)를 갖는다.

Description

금속 분말 제조 장치와 금속 분말의 제조 방법{MANUFACTURING APPARATUS FOR METAL POWDER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 금속 분말 제조 장치와 금속 분말의 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들면 특허 문헌 1에 나타내는 바와 같이, 이른바 가스아토마이즈법을 이용하여 금속 분말을 제조하는 금속 분말 제조 장치와 이 장치를 이용한 제조 방법이 알려져 있다. 종래의 장치는, 용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급 용기와, 이 용융 금속 공급 용기의 하방에 설치되는 통체와, 용융 금속 공급부로부터 토출된 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 통체의 내면에 형성하는 냉각액 도출부를 갖는다.

냉각액 도출부는, 냉각용 통체의 내면의 접선 방향을 향해 냉각액을 분사하고, 냉각액을 냉각 용기의 내면에 선회시키면서 유하시킴으로써, 냉각액층을 형성하고 있다. 냉각액층을 이용함으로써, 용적을 급냉하고, 고기능성의 금속 분말을 제조할 수 있는 것이 기대되고 있다.

그러나, 종래의 장치에서는, 냉각용 통체의 내면의 접선 방향을 향해 냉각액을 분사했다고 해도, 냉각액은, 통체의 내면에서 반사하여 내면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 흐름이 생기고 난류가 된다. 이 때문에, 종래의 장치에서는, 통체의 내면에 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 곤란하고, 균질인(입경, 결정 상태, 형상 등이 균일한) 금속 분말을 제조하는 것이 어렵다는 과제가 있었다. 특히, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액을 밀어내는 펌프의 압력을 증대시키고 냉각액의 속도를 증대시키면, 그 경향이 강해진다.

일본국 특허공개 평11-80812호 공보

본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어지고, 그 목적은, 고품질인 금속 분말을 제조할 수 있는 금속 분말 제조 장치와, 이것을 이용하는 금속 분말의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관련된 금속 분말 제조 장치는,

용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부와,

상기 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체와,

상기 용융 금속 공급부로부터 토출된 상기 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 내면에 형성하는 냉각액 도출부를 갖는 금속 분말 제조 장치로서,

상기 냉각액 도출부는,

외측부와,

상기 외측부의 폭보다 좁은 폭으로 상기 냉각액을 내측을 향해 통과시키는 통로부와,

상기 통로부를 통과한 상기 냉각액을, 상기 통체의 상기 내면에 흐르는 방향을 향하게 하는 냉각액 토출부를 갖는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는, 본 발명에 관련된 금속 분말 제조 장치는,

용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부와,

상기 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체와,

상기 냉각액 도출부가, 상기 통체의 축심 방향의 상부에 구비되어 있고, 내부에, 외측 공간부와, 내측 공간부와, 이들 외측 공간부와 내측 공간부를 연락하는 통로부를 가지며,

상기 외측 공간부에는, 노즐이 연결되어 있고,

상기 통로부는, 상기 외측 공간부의 상하폭보다 좁은 상하폭으로 상기 냉각액을 상기 외측 공간부로부터 상기 내측 공간부를 향해 통과시키도록 구성되어 있고,

상기 노즐로부터 상기 외측 공간부에 들어간 냉각액은, 상기 외측 공간부로부터 상기 통로부를 향하고, 상기 통로부를 통과한 냉각액이, 상기 내측 공간부의 냉각액 토출부로부터 상기 통체의 내면을 따라 흐르도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 통로부는, 상기 외측 공간부의 상기 축심 방향의 상부에 구비되어 있다.

바람직하게는, 상기 통로부의 상하폭이, 상기 외측 공간부의 상하폭보다 좁고, 1/2 이하이다.

바람직하게는, 상기 냉각액 도출부의 상기 외측 공간부에는, 상기 노즐이 접선 방향으로 접속되고, 상기 노즐로부터 상기 외측 공간부의 내부에, 냉각액이 축심의 둘레로 회전하듯이 들어가고, 상기 외측 공간부의 내부에 소용돌이 형상으로 들어간 냉각액은, 상기 통로부를 통과하고, 상기 내측 공간부의 내부에 소용돌이 형상으로 들어가도록 구성되어 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 금속 분말의 제조 방법은,

용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체의 내면에 냉각액의 흐름을 형성하는 공정과,

상기 용융 금속 공급부로부터 용융 금속을 상기 냉각액의 흐름을 향해 토출하는 공정을 갖는 금속분말의 제조 방법으로서,

상기 외측부의 상기 냉각액을, 상기 외측부의 폭보다 좁은 폭의 통로부를 통과시키고,

상기 통로부를 통과한 상기 냉각액을, 상기 통체의 상기 내면에 흐르는 방향을 향하게 하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는, 본 발명에 관련된 금속 분말의 제조 방법은,

상기 용융 금속 공급부로부터 용융 금속을 상기 냉각액의 흐름을 향해 토출하는 공정을 갖는 금속 분말의 제조 방법으로서,

상기에 기재된 금속 분말 제조 장치를 이용하여,

상기 외측 공간부의 상기 냉각액을, 상기 외측 공간부의 폭보다 좁은 상하폭의 통로부를 통과시키고,

도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 나타내는 금속 분말 제조 장치의 요부 확대 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 형태에 관련된 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 관련된 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.

이하, 본 발명을, 도면에 나타내는 실시 형태에 근거하여 설명한다.

제1 실시 형태

도 1a에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 금속 분말 제조 장치(10)는, 용융 금속(21)을 아토마이즈법(가스아토마이즈법)에 의해 분말화하여, 다수의 금속 입자로 구성된 금속 분말을 얻기 위한 장치이다. 이 장치(10)는, 용융 금속 공급부(20)와, 금속 공급부(20)의 연직 방향의 하방에 배치되어 있는 냉각부(30)를 갖는다. 도면에 있어서, 연직 방향은, Z축을 따르는 방향이다.

용융 금속 공급부(20)는, 용융 금속(21)을 수용하는 내열성 용기(22)를 갖는다. 내열성 용기(22)의 외주에는, 가열용 코일(24)이 배치되어 있고, 용기(22)의 내부에 수용되어 있는 용융 금속(21)을 가열하여 용융 상태로 유지하도록 되어 있다. 용기(22)의 저부에는, 토출구(23)가 형성되어 있고, 거기로부터, 냉각부(30)를 구성하는 통체(32)의 내면(33)을 향해, 용융 금속(21)이 적하 용융 금속(21a)으로서 토출되도록 되어 있다.

용기(22)의 외저벽의 외측부에는, 토출구(23)를 둘러싸도록, 가스 분사 노즐(26)이 배치되어 있다. 가스 분사 노즐(26)에는, 가스 분사구(27)가 구비되어 있다. 가스 분사구(27)로부터는, 토출구(23)로부터 토출된 적하 용융 금속(21a)을 향해 고압 가스가 분사된다. 고압 가스는, 토출구(23)로부터 토출된 용융 금속의 주위 사방으로부터 비스듬한 하방향을 향해 분사되고, 적하 용융 금속(21a)은, 다수의 액적이 되고, 가스의 흐름을 따라 통체(32)의 내면을 향해 옮겨진다.

용융 금속(21)은, 어떠한 원소를 포함하고 있어도 되고, 예를 들면, Ti, Fe, Si, B, Cr, P, Cu, Nb, Zr 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 것도 이용할 수 있다. 이들 원소는 활성이 높고, 이들 원소를 포함하는 용융 금속(21)은, 단시간의 공기와의 접촉에 의해, 용이하게 산화하여 산화막을 형성해 버리고, 미세화하는 것이 곤란하게 되어 있다. 금속 분말 제조 장치(10)는, 상술한 바와 같이 가스 분사 노즐(26)의 가스 분사구(27)로부터 분사하는 가스로서 불활성 가스를 이용함으로써, 산화하기 쉬운 용융 금속(21)이어도 용이하게 분말화할 수 있다.

가스 분사구(27)로부터 분사되는 가스로서는, 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스, 혹은 암모니아 분해 가스 등의 환원성 가스가 바람직하지만, 용융 금속(21)이 산화하기 어려운 금속이면 공기여도 된다.

본 실시 형태에서는, 통체(32)의 축심(O)은, 연직선(Z)에 대해서 소정 각도(θ1)로 경사져 있다. 소정 각도(θ1)로서는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 5~45도이다. 이러한 각도 범위로 함으로써, 토출구(23)로부터의 적하 용융 금속(21a)을, 통체(32)의 내면(33)에 형성되어 있는 냉각액층(50)을 향해 토출시키기 쉬워진다.

냉각액층(50)에 토출된 적하 용융 금속(51)은, 냉각액층(50)에 충돌하고, 더 분단되고 미세화됨과 더불어 냉각 고화되고, 고체상의 금속 분말이 된다. 통체(32)의 축심(O)을 따라 하방에는, 배출부(34)가 설치되고, 냉각액층(50)에 포함되는 금속 분말을 냉각액과 함께, 외부로 배출 가능하게 되어 있다. 냉각액과 함께 배출된 금속 분말은, 외부의 저류조 등에서, 냉각액과 분리되어 취출된다. 또한, 냉각액으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 냉각수가 이용된다.

본 실시 형태에서는, 통체(32)의 축심(O) 방향의 상부에는, 냉각액 도입부(냉각액 도출부)(36)가 구비되어 있다. 냉각액 도입부(36)의 상부에는, 틀체(38)의 플랜지(39)가 부착되어 있다. 냉각액 도입부(36)의 내부와 틀체(38)의 내부로 둘러싸인 공간은, 판부(40)에 의해, 외측부(외측 공간부)(44)와 내측부(내측 공간부)(46)로 나뉘어져 있다.

이들 외측부(44)와 내측부(46)의 사이는, 판부(40)의 축심(O) 방향의 상부에 설치된 통로부(냉각액 도출부)(42)에 의해 연통되어 있다. 도 1b에 나타내는 바와 같이, 통로부(42)는, 냉각액 도입부(36)의 내벽면과 판부(40)의 상단 사이의 간극이며, 그 축심(O) 방향의 상하폭(W1)은, 외측부(44)의 축심(O) 방향의 상하폭(W2)보다 좁다. W1/W2는, 바람직하게는 1/2 이하이면 된다.

본 실시 형태에서는, 냉각액 도입부(36)의 외측부(36)에는, 노즐(37)이 접속되어 있다. 노즐을, 냉각액 도입부(36)의 접선 방향으로 접속함으로써, 노즐(37)로부터 냉각액 도입부(36)의 내부에 있는 외측부(44)의 내부에, 냉각액이 축심(O)의 둘레로 회전하듯이 들어간다. 외측부(44)의 내부에 소용돌이 형상으로 들어간 냉각액은, 통로부(42)를 통과하고, 내측부(46)의 내부에 소용돌이 형상으로 들어간다.

틀체(38)는, 통체(32)의 내면(33)보다 작은 내경을 가지며, 틀체(38)와 내면(33) 사이의 간극이, 냉각액 토출 부(52)가 되고, 냉각액이 토출된다. 본 실시 형태에서는, 틀체(38)와 판부(40) 사이의 간극이, 냉각액 토출부(52)를 형성하고 있다. 냉각액 토출부(52)의 외경이 판부(40)의 내경과 일치하고, 냉각액 토출부(52)의 내경이 틀체(38)의 내경에 일치한다. 또한, 냉각액 토출부(52)의 외경은, 판부(40)의 내경이 아니라, 통체(32)의 내면(33)과도 일치시켜도 된다.

본 실시 형태에서는, 통로부(42)를 통과하고, 내측부(46)의 내부에 소용돌이 형상으로 들어가는 냉각액은, 틀체(38)를 따라, 축심(O)을 따라 하향의 냉각액 토출부(52)로부터 소용돌이 형상으로 유출되고, 내면(33)을 따라 나선 형상의 흐름이 되고, 냉각액층(50)을 형성한다. 혹은, 냉각액 토출부(52)로부터 유출되는 냉각액의 흐름이, 내면(33)을 따라 축심(O)과 평행한 흐름이 되고, 냉각액층(50)을 형성한다.

본 실시 형태에서는, 냉각액 토출부(52)의 지름 방향 폭에 대해서는, 판부(40)의 위치나 기울기를 바꿈으로써 변화시켜도 된다. 냉각액 토출부(52)의 지름 방향 폭은, 특별히 한정되지 않지만, 냉각액층(50)의 두께와의 관계로 결정된다.

틀체(38)의 축방향 길이(L1)는, 통로부(42)의 축심(O) 방향의 폭(W1)을 덮는 정도의 길이이면 되고, 통체(32)의 내면(33)에, 충분한 축방향 길이(L0)의 냉각액층(50)의 액면이 노출되도록 되어 있다. 내측에 노출되어 있는 냉각액층(50)의 축방향 길이(L0)는, 틀체(38)의 축방향 길이(L1)와 비교하여, 5~500배의 길이인 것이 바람직하다. 또, 통체(32)의 내면(33)의 내경은, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 50~500㎜이다.

본 실시 형태에서는, 노즐(37)로부터 외측부(44)에 나선 형상으로 들어간 냉각액은, 통로(42)를 통과함으로써, 유속이 빨라지고, 내측부(46)에 들어간다. 내측부(46)에서는, 통로(42)를 통과한 나선 형상의 냉각액은, 틀체(38)에 충돌하고, 그 흐름의 방향이 바뀌고, 축심(O)을 따라서 하향의 흐름으로 바뀐다.

단, 내측부(46)에 있어서도, 냉각액은, 축심(O)의 둘레로 나선 형상으로 흐름으로써, 중력과의 상승효과에 의해, 냉각액 토출부(52)로부터 통체(32)의 내면(33)을 따라서 흐르는 냉각액은, 나선 형상의 흐름이 되고, 냉각액층(50)을 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 냉각액층(50)의 내측 액면에, 도 1에 나타내는 적하 용융 금속(21a)이 입사하고, 적하 용융 금속(21a)은, 나선 흐름의 냉각액층(50)의 내부에서 냉각액과 함께 흘러 냉각된다.

본 실시 형태에 관련된 금속 분말 제조 장치(10) 및 금속 분말의 제조 방법에서는, 용융 금속 공급부(20)로부터 토출된 용융 금속이 냉각액에 접촉하는 위치의 상류측에 냉각액 토출부(52)가 구비되어 있다. 냉각액 토출부(52)에서는, 통로부(42)를 통과한 냉각액이, 내측부(46)의 냉각액 토출부(52)로부터 통체(32)의 내면(33)을 따라 흐르는 방향을 향한다. 외측부(44) 내의 냉각액이 통로부(42)를 향하고, 거기를 통과함으로써 유속이 증대하고, 그 후에, 냉각액 토출부(52)로부터 유출되는 냉각액은, 통체(32)의 내면(33)을 따라서 고속으로 흐르고, 소정 두께의 냉각액층(50)을 통체(32)의 내면(33)에 형성한다.

따라서, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우라도, 통체(32)의 내면(33)을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해지고, 고품질인 금속 분말을, 생산하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 통로부(42)는, 통체(32)의 상부에 구비되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 통로(42)로부터 냉각액 토출부(52)에의 냉각액의 흐름에 중력이 작용하고, 냉각액 토출부(52)로부터 유출되는 냉각액의 유속을, 더 증대시킬 수 있다.

또한, 통로부(42)는, 외측부(44)의 상부에 구비되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 통로부(42)로부터 내측부(46)를 통과하고, 냉각액 토출부(52)를 향해 유출되는 냉각액의 유속이 증대하기 쉽다.

또한, 통로부(42)의 상하폭(W1)이, 외측부(44)의 상하폭(W2)보다 좁고, 소정의 관계로 설정해 둠으로써, 통로(42)로부터 냉각액 토출부(52)를 향해 유출되는 냉각액의 유속이 증대하기 쉽다. 또한, 외측부(44)는, 냉각액의 나선 형상 흐름이 형성되듯이, 노즐(37)이 연결되어 있다.

예를 들면, 외측부(44)의 내면의 접선 방향을 향해 냉각액이 들어감으로써, 외측부(44)의 내부에서 냉각액의 나선 흐름이 형성되고, 외측부(44)를 냉각액으로 채우고, 그 나선 흐름의 냉각액이 통로(42)를 통과함으로써, 냉각액은 나선 흐름을 유지한 상태로, 냉각액 토출부(52)를 향한다. 냉각액 토출부(52)로부터 통체(32)의 내면(33)을 따라서 유출되는 냉각액은, 나선 흐름의 상태로, 통체(32)의 내면(33)을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성한다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 노즐 구멍(37a)으로부터 틀체(38)의 내주면을 향해 나선 흐름으로 충돌하고, 흐름의 방향이 바뀌고, 냉각액 토출부(52)를 통해, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 나선 형상으로 흐르도록 구성되어 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 그러한 흐름으로 한정되지 않는다.

예를 들면 노즐(37)을 통체(32)의 외주면에 대략 수직으로 접속함으로써, 통체(32)의 내주면(33)에 형성되어 있는 노즐 구멍(37a)으로부터 틀체(38)의 내주면을 향하는 흐름을, 비나선 흐름(일부에 나선 흐름이 섞여도 된다)이 되도록 해도 된다. 그 경우에는, 비나선 흐름이, 틀체(38)의 내주면에 충돌하고, 흐름의 방향이 바뀌고, 냉각액 토출부(52)를 통해 토출되고, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 비나선 흐름의 냉각층(50)이 형성된다.

제2 실시 형태

도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 금속 분말 제조 장치(110)와 금속 분말의 제조 방법은, 이하에 나타내는 이외는, 제1 실시 형태와 같고, 공통되는 부재에는 공통되는 부재 명칭과 부호를 붙이고, 공통되는 부분의 설명은 일부 생략한다.

본 실시 형태에서는, 금속 분말 제조 장치(110)는, 냉각부(130)에 있어서, 외측부(44)는, 박스(136)의 내부에 형성되어 있고, 통로부(42)는, 박스(136)의 내부에 장착되어 있는 판부(140)에 의해 형성되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 통로부(42)를 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 박스(136)의 내부에 배치되어 있는 판부(140)가, 축심(O)에 대해서 θ2의 각도로 경사져 있다. 각도(θ2)는, 0~90도의 범위 내인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는, 0~45도이다.

본 실시 형태에서는, 박스(136)의 축심(O) 방향의 상부(또는 하부)에는, 복수의 노즐(137)이 접속되어 있다. 이들 노즐(137)은, 박스(136)의 외측부(44)의 상부(또는 하부)에서 외주측에 축심(O)에 대해서 경사져서 접속되어 있어도 된다.

혹은, 이들 노즐(137)은, 박스(136)의 외측부(44)의 상부(또는 하부)에서 외주측에 축심(O)에 대해서 평행하게 접속되어 있어도 된다.

본 실시 형태에 관련된 금속 분말 제조 장치(110)와, 이것을 이용한 금속 분말의 제조 방법에서는, 금속 공급부(20)의 토출구(23)로부터 토출된 적하 용융 금속(21a)이 냉각액층(50)에 접촉하는 위치의 상류측에 냉각액 토출부(52)가 구비되어 있다. 냉각액 토출부(52)로부터는, 통로부(42)를 통과한 냉각액이, 내측부(46)의 냉각액 토출부(52)로부터 통체(32)의 내면(33)을 따라서 흐르는 방향을 향한다. 외측부(44)의 내부의 냉각액이 통로부(42)를 향하고, 거기를 통과함으로써 더 정류화되고, 그 후에, 냉각액 토출부(52)로부터 유출되는 냉각액은, 통체(32)의 내면(33)을 따라서 고속으로 흐르고, 소정 두께의 냉각액층(50)을 통체(32)의 내면(33)에 형성한다.

따라서, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우라도, 통체(32)의 내면(33)을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해지고, 고품질인 금속 분말을 생산하는 것이 가능해진다.

제3 실시 형태

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 금속 분말 제조 장치(210)는, 이하에 나타내는 이외는, 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태와 같고, 공통되는 부재에는 공통되는 부재 명칭과 부호를 붙이고, 공통되는 부분의 설명은 일부 생략한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 실시 형태에서는, 틀체(38 또는 138)의 내경은, 틀체(38 또는 138)의 축심(O) 방향의 하단을 향해 대략 동일하지만, 본 실시 형태에서는, 냉각부(230)에 있어서, 틀체(238)의 하방 선단부(238a)가, 테이퍼 형상으로 선단을 향해 크게 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 박스(236)의 내면을 구성하는 틀체(238)의 하방 선단부(238a)와 통체(32)의 내면(33) 사이의 간극이 냉각액 토출부(52)가 된다.

틀체(238)의 하방 선단부(238a)의 축심(O)에 대한 테이퍼 각도(θ3)는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 5~45도이다. 틀체(238)의 하방 선단부(238a)의 내경을, 축방향의 하단을 향해 테이퍼 형상으로 크게 함으로써, 냉각액 토출부(52)로부터 유출되는 냉각액을 내면(33)을 향해 누르는 방향의 힘이 작용하고, 통체(32)의 내면(33)을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해진다. 각도(θ3)는 각도(θ2)와 같아도 되지만, 달라도 된다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 개변할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명을, 더 상세한 실시예에 의거하여 설명하지만, 본 발명은, 이들 실시예로 한정되지 않는다.

실시예

도 1에 나타내는 금속 분말 제조 장치(10)를 이용하여, Fe-Si-B(실험 번호 6), Fe-Si-Nb-B-Cu(실험 번호 7), Fe-Si-B-P-Cu(실험 번호 8), Fe-Nb-B(실험 번호 9), Fe-Zr-B(실험 번호 10)로 이루어지는 금속 분말을 제조했다.

각 실험에 있어서 용해 온도 1500℃ 분사 가스압 5MPa, 사용 가스종 아르곤으로 일정하게 하고 나선 수류 조건은 펌프압 7.5kPa였다. 실시예에 있어서는 평균 입경이 약 25㎛인 금속 분말을 제조할 수 있었다. 평균 입경은, 건식 입도 분포 측정 장치(HELLOS)를 이용하여 측정하여 구했다. 또 실험 번호 6~10으로 제작한 금속 분말의 결정 분석을, 분말 X선 회절법에 의해 평가했다. 금속 분말의 자기 특성에 대해서는 Hc미터로 보자력(Oe)을 측정함으로써 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또, 냉각액층(50)의 두께는 30㎜이고, 축심(O) 방향으로 편차가 작은 것이 관찰되었다.

비교예

틀체(38)와 판부(40)를 구비시키지 않는 이외는, 실시예와 같은 금속 분말 제조 장치를 이용하여, 실시예와 같이 하고, 금속 분말(실험 번호 1~5)을 제조하고, 동일한 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 냉각액층(50)의 두께는 30㎜이고, 축심(O) 방향으로 편차가 큰 것이 관찰되었다.

표 1의 실시예와 비교예를 비교하면 자기 특성이 향상되어 있고 비정질성이 향상했다. 이것은 냉각액이 외측부(44)에서 정류화되고, 추가로 통로부(42)를 통과함으로써 추가로 정류화되었기 때문에 나선 수류가 균일화되고, 보다 균일한 냉각 효과가 얻어지고, 냉각 부족이 되는 분말이 적은 것이 기인이라고 생각된다. 또 금속 분말의 결정 분석을 분말 X선 회절에 의해 행한바, 결정에 기인하는 피크를 갖는 비교예도 있었다. 금속 분말의 자기 특성에 대해서는 비교예에 대해서는 모두 실시예보다 보자력이 크고 실시예가 뛰어난 것을 확인할 수 있음으로써 보다 균일한 냉각 효과가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

상기 비교예와 실시예를 비교하면, 판부(40)와 통로(42)를 구비시킴으로써 펌프압이 높은 상태에 있어서도 난류로 되지 않고 정류화된 것으로 금속 분말의 냉각 효과가 상승하고, 종래 제작할 수 없었던 조성에 대해서도 비정질성을 확인할 수 있고, 추가로 자기 특성도 개선할 수 있었다.

[표 1]

10, 110, 210: 금속 분말 제조 장치 20: 용융 금속 공급부
21: 용융 금속 22: 용기
23: 토출구 24: 가열용 코일
26: 가스 분사 노즐 27: 가스 분사구
30, 130, 230: 냉각부 32: 통체
33: 내면 34: 배출부
36: 냉각액 도입부 136, 236: 박스
37, 137, 236: 노즐 38, 138, 238: 틀체
238a: 틀 선단 40, 140: 판부
42: 통로부 44: 외측부(외측 공간부)
46: 내측부(내측 공간부) 50: 냉각액층
52: 냉각액 토출부

Claims

용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부(20)와,
상기 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체(32)와,
상기 용융 금속 공급부로부터 토출된 상기 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 상기 통체(32)의 내면에 형성하는 냉각액 도출부(36, 136, 236)를 갖는 금속 분말 제조 장치로서,
상기 냉각액 도출부(36, 136, 236)가, 상기 통체의 축심방향의 상부에 구비되어 있고, 내부에, 외측 공간부(44)와, 내측 공간부(46)와, 이들 외측 공간부(44)와 내측 공간부(46)를 연락하는 통로부(42)와, 상기 통로부(42)의 축심 방향의 폭을 덮는 틀체(38)를 가지며,
상기 외측 공간부(44)에는, 노즐(37,137, 237)이 연결되어 있고,
상기 통로부(42)는, 상기 외측 공간부(44)의 상하폭보다 좁은 상하폭으로 상기 냉각액을 상기 외측 공간부(44)로부터 상기 내측 공간부(46)를 향해 통과시키도록 구성되어 있고,
상기 외측 공간부(44)와 내측 공간부(46)의 사이는, 판부(40, 140)의 상부에 설치된 상기 통로부(42)에 의해 연통되며,
상기 노즐(37, 137, 237)로부터 상기 외측 공간부(44)에 들어간 냉각액은, 상기 외측 공간부(44)로부터 상기 통로부(42)를 향하고, 상기 통로부(42)를 통과한 냉각액이, 상기 틀체(38)에 충돌하고 흐름의 방향이 바뀌어, 상기 내측 공간부(46)의 냉각액 토출부(52)로부터 상기 통체(32)의 내면을 따라 흐르도록 구성되어 있으며,
상기 용융 금속 공급부(20)로부터의 적하 용융 금속을, 상기 통체(32)의 내주면을 향해 토출시키게 되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 통로부(42)는, 상기 외측 공간부(44)의 상기 축심방향의 상부에 구비되어 있는, 금속 분말 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 통로부(42)의 상하폭이, 상기 외측 공간부(44)의 상하폭보다 좁고, 1/2 이하인, 금속 분말 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각액 도출부(36, 136, 236)의 상기 외측 공간부(44)에는, 상기 노즐(37, 137, 237)이 접선 방향으로 접속되고, 상기 노즐(37, 137, 237)로부터 상기 외측 공간부(44)의 내부에, 냉각액이 축심 둘레로 회전하듯이 들어가고, 상기 외측 공간부(44)의 내부에 소용돌이 형상으로 들어간 냉각액은, 상기 통로부(42)를 통과하여, 상기 내측 공간부(46)의 내부에 소용돌이 형상으로 들어가도록 구성되어 있는, 금속 분말 제조 장치.
용융 금속 공급부(20)의 하방에 설치되는 통체(32)의 내면에 냉각액의 흐름을 형성하는 공정과,
상기 용융 금속 공급부(20)로부터 용융 금속을 상기 냉각액의 흐름을 향해 토출하는 공정을 갖는 금속 분말의 제조 방법으로서,
청구항 1에 기재된 금속 분말 제조 장치를 이용하여,
상기 외측 공간부(44)의 상기 냉각액을, 상기 외측 공간부(44)의 폭보다 좁은 상하폭의 통로부(42)를 통과시키고,
상기 통로부(42)를 통과한 상기 냉각액을, 상기 통체(32)의 상기 내면에 흐르는 방향을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 금속 분말의 제조 방법.