KR900009217B1 - 금속분말의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속분말의 제조방법 및 장치

도면은 본 발명의 하나의 실시예를 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기대 2 : 용기

3 : 용융포트 4 : 승강대

5 : 승강수단 6 : 용융열 생성수단

7 : 상승관 7a : 덮개

8 : 분말화실( 粉末化室) 9 : 유로

10 : 수집용기 11, 13, 17 : 가스가압파이프

12 : 가스가압파이프의 개구단 14 : 슬리이브

15, 18 : 구멍 16, 23 : 환상공극

19 : 릴리이브밸브 20 : 가스조절밸브

21, 22 : 환상시일 24 : 플러그형 접속구

본 발명은, 금속용융물 상승관에서 분무하여 금속분말을 만드는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

금속제품, 특히 복잡한 형상의 것을 만드는 경우, 그 원료로서 금속분말은 중요하다. 이러한 금속분말을 만들기 위해 각종의 방법 및 장치가 제안되어 있다. 그러나 종래의 방법 및 장치는 복잡하고 고가이며, 게다가 많은 에너지를 소비하며, 특히 일정품질의 금속분말을 얻을 수 없다는 것이다.

이와 같은 방법 및 장치로서 DE-AS1285098에 기재된 것이 있으며, 이것은 볼펜, 볼베어링용의 작은 금속볼을 만들기 위한 것이다. 이 종래방법은 수직한 흡입상승관(Uptake) 또는 상승관(Riser)을 금속용융물에 침지시키고, 그의 수직축의 주위를 회전시키는 방법이다. 그래서 상승관 또는 흡입상승관의 홈내부를 통하여 상승하는 금속용융물을 흡입상승관의 상단에 있는 중앙의 흡입상승관의 홈의 유로(流路)로 부터 대략 원주방향 외측으로 확산하도록 방사한다. 이것에 의해 용융물로 부터 고형화된 작은 방울이 동시에 형성된다.

본 발명의 목적은, 고품질이고 또한 품질이 일정한 금속분말을 간단한 구조, 간단한 방법, 그리고 에너지의 소비가 적은 방법으로 만들 수 있는 금속분말의 제조방법 및 장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적은 특허청구범위 제1항에 기재된 방법, 즉, 금속용융물을 상승관으로부터 분무하여 금속분말을 제조할 때에, 금속용융물을 가스, 바람직하기로는 불활성가스와 혼합하는 공정과, 가스와 혼합한 금속용융물을 가스, 바람직하기로는 불활성가스로 가압하여, 일부 가운데가 빈 작은 금속방울을 형성하는 공정과, 동시에 이 가압가스로서 작은 금속방울을 고속 또는 가속하도록 큰 공간의 실내로 불어넣어서 미세한 고체금속분말을 형성하는 공정을 구비하는 금속분말의 제조방법 및 특허청구의 제6항에 기재된 장치, 즉, 용융폿트를 포위하는 용기와 용융폿트의 상방에 설치되고 용기의 외부로 통하는 상승관과, 용융폿트를 용기내로 들어올리기 위한 수단 및 상승관을 내려서 상승관을 금속용융물에 침지시키기 위한 수단과, 상승관내로 개구되어서 이것을 통하여 불활성가스를 용기내로 도입되게 함과 동시에 용기내부를 가압하여 침적한 상승관 내부의 금속을 상방으로 가압하는 파이프와, 상승관내로 개구 되어지고 이것을 통하여 불활성가스, 바람직하기로는 아르곤가스를 상승관내로 상승한 금속용융물에 혼합시킴과 동시에 금속포말을 형성하는 가압파이프와, 상승관의 상단에 결합되고, 가스가압파이프가 개구되어서 이것을 통하여 가스, 바람직하기로는 불활성가스를 고압으로 불어넣도록 한 분말화실과, 분말화실에 결합되고 이 분말화실에서 수집용기로의 유로가 금속입자를 가속하는 수단을 가지는 수집용기를 구비한 금속분말의 제조장치에 의하여 달성된다.

본 발명에 의하면, 금속분말을 먼저 금속 또는 금속합금 용융물로 만들고, 전체의 공정을 폐쇄된 분위기, 바람직하기로는 불활성가스 특히 아르곤가스중에서 행한다.

본 발명에 의하여 만들어진 금속분말은 가장 균질이며, 이 균질성은 조성이나 조직뿐만 아니고, 금속입자의 형이나 칫수에 까지 미친다.

본 발명은, 금속용융물을 가스, 바람직하기로는 불활성가스와 혼합하고, 동시에 금속방울을 형성하여 이것이 불활성가압가스에서 분말화실내로 불어올리거나 또는 미세금속의 작은 방울(일부는 중공(中空)상태로 있다)로 분할되는 것이 좋다. 불활성 가압가스., 바람직하기로는 아르곤을 동시에 공급하여 작은 금속방울을 분말화실에서 마우스피스(mouthpiece), 바람직하기로는 흐름의 방향으로 좁아지게 수렴하는 마우스피스를 통하여, 폐쇄된 대형 공간실내 즉 수집용기 방향으로 가압한다.

여기서 소위 작은 금속방울의 2차분리 또는 분산이 생겨서 보다 미세하고 충분히 고형화된 입자가 생긴다. 2차분리중, 현존하는 중공의 또는 일부 도려내진 작은 금속방울이 터져 갈라진다.

또한, 작은 금속방울은 좁아지게 수렴하는 마우스피스에서 크게 가속됨으로써 실제로 찢어터지게 된다. 큰 공간실 또는 수집실중의 압력은 상류의 분말화실보다는 상당히 작기 때문에, 미세하고 완전하게 고형화된 금속분말이 형성된다. 이 금속분말은 가장 안전성을 요하는 제품을 만드는데 사용된다.

따라서 본 발명은, 속이 비어있지 않는 금속 입자를 형성하게 된다. 그리고 여기서 "금속"이라고 칭하는 것은 금속합금 또는 스테레스강이나 초합금강을 포함한 것이다.

본 발명의 실시 태양에 의하면, 보다 뛰어난 효과가 발생된다. 특허청구의 범위 제4항 및 제5항의 방법에 대하여 설명한다.

금속입자는 외부로부터의 가압가스 흐름에 의해 분말화실로부터 큰 공간실 또는 수집실로로의 흐름의 통로내에서 큰 가속을 받는다. 이것은 청구범위 제7항에 기재된 좁아지게 수렴하는 주둥이 형상의 마우스피스에 의한 가속과 같은 양상이다. 양방의 방법을 병용할 수도 있으며, 이것에 의해 외부로부터의 "가속흐름"에 의해 소망의 2차분산량에 따라 유로영역에서의 가속을 조절할 수가 있다. 분말화실로 부터 수집실에로의 유로의 외부 압력가스흐름은, 유로의 주위와 벽면에 대략 평행한 곳에서 균일한 강도로 되는 흐름인 것이 바람직하다. 또한 사용가압가스는 바람직하기로는 불활성가스, 특히 아르곤가스가 좋다.

이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 대하여 설명한다.

금속 또는 금속합금용융물을 유지하여 지탱하는 용융폿트(3)을 폐쇄된 용기(2)내에 배치한다. 이 용기(2)는 전 둘레가 기밀성을 가지고 있으며, 안정한 지지체상에 설치되어 있다. 용융폿트(3) 상에는, 상승관(7)이 용기(2)로부터 외부에 끌어내어 지도록 설치되어 있다. 용융폿트(3)는 유압 또는 유압·공기압 혹은 기계적인 구동수단에 의해, 용기(2)내에 있어서 상승관(7)이 금속용융물에 침적되는 레벨까지 상승가능하다. 승강수단(5)은 승강대(4)에 결합되고, 이 승강대(4)상에 용융폿트(3)가 지지되어 있다. 상승관(7)은 금속용융물에 면하는 하단을 캡형상의 덮개(7a)로 밀폐시키고 있으며, 이 덮개(7a)는 상승관(7)을 금속용융물에 침적할 때에 파괴되는 것이다. 용융열 생성수단(6)은 용융폿트(3)에 취부되어 있다. 여기에 표시한 실시예에서는 상기 용융열 생성수단(6)은 용기(2)로부터 돌출된 전기단자(플럭타입의 접속구(24))를 가지는 공지구조의 유도코일이다. 가스가압파이프(11)는 용기(2)내에 개구되어 있다. 이 개구단은 부호 12로 표시되어있다. 가스, 특히 아르곤과 같이 불활성가스를 가압파이프(11)로부터 용기(2)내로 도입하여 용기(2)내에 내부압력을 만들어 낸다. 이것에 의해, 상승관을 금속용융물중으로 침적할 때에, 금속용융물을 상승관(7)내로 가압한다. 용기(2)내부의 가스압력은 금속용용물의 자유표면에 작용한다. 용기(2)는 압력 릴리이프밸브(19)를 가지고 있어, 허용될 수 없는 고압력이 용기내에 발생하는 것을 방지하여 준다.

상승관(7)은 용기(2)의 카버에 배치된 슬리이브(14)를 통하여 용기(2)로부터 빠져나온다. 슬리이브(14)의 내경은 상승관(7)의 외경보다도 크며 상승간(7)과 슬리이브(14)사이에 형성된 환상공극을 환상시일(21)로 용기(2)의 내부로부터 밀봉시키고, 환상시일(22)로는 용기(2)의 외부로부터 밀봉시키고 있다. 가스가압파이프(13)는 환상공극내로 개구되어 있다. 불활성가스, 바람직하기로는 아르곤가스는 가스가압파이프(13), 환상공극(23) 및 상승관(7)의 구멍(15)을 통하여, 상승관(7)내로 상승한 금속용융물(용기(2)의 내부에서 상응하는 높은 가스압력에 의해 상승한다)과 혼합된다. 그래서 금속용융물은 금속포말로되어 상승관(7)을 빠져나온다. 환상공극(3)은 가스안정화 지역으로의 기능을 한다.

소위 분말화실(8)을 용기(2)의 외부에 있는 상승관(7) 상단에 부착한다. 불활성가스, 예를들어 아르곤가스를 뚫어진 구멍(18)을 통하여 분말화실(8)내로 고압으로 불어넣는 것이 가능하다. 분말화실(8)은 환상공극(16)으로 포위되어 있으며, 이 환상공극(16)은 상승관(7)의 상부와 같은 방식으로 외부로부터 밀봉되어있다. 가스가압파이프(17)은 환상공극(16)에 개구되어 있고, 이 환상공극(16)은 환상공극(23)과 같은 방식으로 가스안정화지역으로 작동되고 있다. 가스가압파이프(11, 13, 17)은 각각 가스조절밸브(20)을 구비하고있어, 이들 파이프로부터 도입되는 가스압력을 조절할 수가 있다. 불활성가스를 분말화실(8)로 도입함으로서 금속포말을 분말 또는 분산시켜서 비교적 큰 용적으로 일부 공동(空7同)이 있는 금속의 작은 방울을 얻는다. 분말화실(8)로 도입된 가압가스는, 동시에 수렴하여 점점 작게되는 유로(9)로부터 큰 공간실내 즉 저압공간, 말하자면 폐쇄된 수집용기(10)로 금속의 작은 방울을 불어넣는다. 그리고 동시에, 미세하고 충분히 고형화된 금속분말을 형성한다. 유로(9)가 수렴하도록 점점 좁아지는 구조이기 때문에 가스가 가속되어 금속의 작은 방울이 분말화실(8)로부터 수집용기(10)내로 흘러들어가게 된다. 이것은 기본적으로 중대하다.

상술한 바와 같이 이 가속은 외부로부터의 환상흐름(외부가스 압력에 의한 흐름)에 의하여서도 달성될 수 있다.

유로(9)의 가속에 의해 생기는 큰 가속력이 금속의 작은 방울에 실제로 작용하여 금속의 작은 방울을 파괴시켜서, 극히 미세한 금속분말이 만들어진다.

이 실시예에서는 수렴하도록 좁아지는 유로(9)는 수평레벨에 대하여 상방으로 각도 α가 약 45℃로 경사져 도시되어 있으나, 유로(9)는 교환가능한 마우스피스로 설계되어 각도 α를 최적으로 조절할 수도 있다.

즉, 각도 α는 유로(9)가 수평레벨에 대하여 상방으로 경사지게 하여 각도 α를 10。-80。로 경사지게 하여 금속분말을 수집용기(10)에 불어 넣음으로서 금속분말이 비와 같이 떨어져서 더욱 균일하게 분산되고, 더욱 균일한 형상이 되는 한편 냉각을 위한 더 긴 시간을 얻을 수 있게 된다. 유로(9)의 축방향은 분말화실(8)의 축방항과 일치하고 있다. 이 방법에 의해, 선택되는 가스압력이나 사용되는 합금에 관계없이 유로(9)가 대응되는 마우스피스내에 삽입되게 함으로서 다른 수렴도를 가지도록 적절하게 선택될 수 있다. 유로(9)내의 가속을 외부로부터의 환상흐름(외부가스압력에 의한 흐름)에 의하여 실시하는 경우는, 환상흐름에 의한 가속의 정도를 변경할 수가 있다.

따라서 양방의 방법, 즉 외부로부터의 환상흐름 및 수렴하는 마우스피스를 적용하는 것이 바람직하다. 외부의 환상의 흐름을 조절하는 경우는 마우스피스의 교체는 불필요하다.

또한 마우스피스를 회전가능하게 부착하여서, 각각 최적의 각도 α를 조절할 수 있게 하여도 된다.

상술의 장치로 금속분말을 만들기 위해서는, 우선 금속용융물로 채워진 용옹폿트(3)를 상승대(4) 상에 배치하고, 유도코일(6) 내부에 설치한다. 유도코일(6)은 용융폿트(3)내의 금속을 용융상태로 유지하게 한다. 이어서 공기가 새어나가지 않게 용기(2)를 밀폐하고 가스가압파이프(11) 및 개구(12)를 통하여 아르곤가스를 충반한다. 그 다음 승강수단(5)으로 승강대(4)를 상승시키고, 용융물을 넣은 용융폿트(3)를 상승시켜서, 상승관(7)의 하단이 금속용융물에 침적하도록 한다. 이것에 의해 덮개(7a)가 파괴되게 된다. 용기(2)내부의 가스압력은 용융물의 자유표면에 작용하여 이것이 상승관(7)을 통하여 상방으로 밀어 누르도록 한다. 동시에 아르곤과 같은 불활성가스가 가스압력파이프(13), 환상공극(23) 및 상승관(7)의 상부에 있는 구멍(17)를 통하여 상승관 용융물과 혼합한다. 이것에 의해 금속포말이 형성된다. 금속포말은 분말화실(8)로 들어가고 여기에서는 분말화가스가 구멍(18)으로부터 취입되며, 이것에 의해 분무화 또는 분산이 되어서 금속포말이 작은 금속방울로 된다.

분말화실(8)내에 취입된 가스가 수렴하도록 점점 좁아지는 유로(9)를 통하여 들어오는 작은 금속방울로 불어보내지며, 동시에 미세하고 충분히 고형화된 금속입자를 형성시킨다.

중공(中空)형상 또는 도려내진 작은 금속방울이 분말화실(8)내에서 형성되더라도 이들은 유로(9)중에서 파괴되어 작은 금속방울의 공동(空洞)내외에서의 부분압력차에 의하여 미세금속입자로 분해하며, 수집용기(107)는 외부에 대하여 기밀로 되어 있다.

상술한 바와 같이 수렴하도록 점점 좁아지는 유로는 미세한 분무화를 행하기 때문에 기본적으로 아주 중요한 구조이다. 또한 유로가 수렴하기 때문에 가스의 소비량이 비교적 적게 할 수가 있다.

따라서 유로(9)를 수렴하도록 점점 좁아지게 함으로서, 분말화실(8)에서 형성된 작은 금속방울을 2차적으로 분할한다. 이것은 유로(9)내의 작은 금속방울에 작용하는 가속 및 가속력에 의한다. 그리고 이들은 수렴하도록 점점 좁아지는 유로(9)내에 생기는 부분압력차에 의하여 중공의 작은 금속방울이 파괴되고, 또한 분해된다. 또한 가스소비량이 비교적 낮게 된다. 유로(9)의 수렴은 분산화실(8)의 압력과 작은 금속방울의 가속뿐만 아니라 그 결과로 생기는 파괴력에 의하여 정해진다. 수렴의 정도는 분말화된 금속(금속 및 합금) 및 소망의 입자 크기에 의하여 정해진다.

Claims (15)

1. 금속용융물을 상승관으로부터 분무하여 금속분말을 제조할 때, a. 금속용융물을 가스와 혼합하여 금속포말을 형성하는 공정과, b. 가스와 혼합된 금속용융물을 가압가스로 가압하여 일부 중공인 작은 금속방울을 형성하는 공정과, c. 동시에 이 가압가스로서 작은 금속방울을 고속 또는 가속하도록 큰 공간의 실내로 불어넣어서 미세한 고체금속분말을 형성하는 공정을, 구비한 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
2. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 작은 금속방울은 수렴하도록 점점 좁아지는 유로를 통하여 큰공간의 실내로 불어넣어짐과 동시에 미세한 금속분말을 형성하도록 함을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
3. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 작은 금속방울은 외부로부터의 압력가스흐름에 의해 큰 공간실 안쪽의 방향으로 불어넣어져짐과 동시에 미세금속분말을 형성하도록 함을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
4. 특허청구의 범위 제3항에 있어서, 상기 작은 금속방울은 수평레벨에 대하여 상방으로 약 10 내지 80°의 각도로 경사지게 큰 공간실로 불어넣어지게 함과 동시에 미세금속분말을 형성하게 함을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
5. (a) 용융포트(3)를 포위하는 용기(2)와, (b) 용융포트(3)의 상방에 설치되고 용기(2)의 외측으로 도출되어 있는 상승관(7)과, (c) 용융포트(3)를 용기(2)내에서 들어올리고 상기 상승관(7)을 내려서 이 상승관(7)을 금속용융물에 침적시키는 수단과, (d) 용기(2)내로 개구되고, 이것으로부터 불활성가스를 용기(2)내로 도입함과 동시에 용기(2)내를 가압하여 침적한 상승관 내부의 금속을 상방으로 가압하는 가스가압파이프(11, 12)와, (e) 상승관(7)내로 개구되고 이것을 통하여 불활성가스를 상승관(7)내로 상승관 금속용융물에 혼합시킴과 동시에 금속방울을 형성시키는 가압파이프(13, 14, 15)와, (f) 상승관(7)의 상단에 결합되고 가스가 고압으로 불어넣어지는 가압파이프(17, 18)가 개구되어 분말화실(8)과, (g) 금속방울을 가속시키기위한 수단을 가지는 유로(流路)(9)가 형성되도록 상기 분말화실(8)에 결합된 수집용기(10)를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 금속분말의 제조장치.
6. 특허청구의 범위 제6항에 있어서, 상기 분말화실(8)로부터 수집용기로의 유로(9)는 수렴하는 구조임을 특징으로 하는 금속분말의 제조장치.
7. 특허청구의 범위 제6항에 있어서, 상기 분말화실(8)로부터 수집용기(10)로의 유로(9)는 이 유로(9)의 주위에 균일하게 분포하는 구멍이 개구되어 있고, 이들 구멍으로부터 가압가스흐름이 수집용기(10) 방향으로 불어넣어져서 유로(9)내의 금속입자를 가속하도록 구성됨을 특징으로 하는 금속분말의 제조장치.
8. 특허청구의 범위 제6항에 있어서, 상기 금속용융물에 의하여 파괴되는 덮개(7a)가 이 금속용융물에 면하고 있는 상승관(7)의 하단부에 배치됨을 특징으로 하는 금속분말의 제조장치.
9. 특허청구의 범위 제8항에 있어서, 상기 분말화실(8)로부터 수집용기(10)로의 유로(9)는 수평레벨에 대하여 대략 10 내지 80。각도로 상방으로 경사지게 구성됨을 특징으로 하는 금속분말의 제조장치.
10. 특허청구의 범위 제6항에 있어서, 상기 가압파이프(11, 13, 17)는 각각 가스조절밸브(20)가 구비됨을 특징으로 하는 금속분말의 제조장치.
11. 특허청구의 범위 제6항에 있어서, 상기 용기(2)는 압력 릴리이프밸브(19)가 구비됨을 특징으로 하는 금속분말의 제조장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 가스가 불활성가스인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
13. 제13항에 있어서, 상기 불활성가스가 아르곤인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
14. 제6항에 있어서, 금속용융물에 혼합되는 상기 불활성가스가 아르곤인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
15. 제6항에 있어서, 고압으로 불어 넣어지는 상기 가스가 불활성가스인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.

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