WO1988001919A1

WO1988001919A1 - Apparatus for producing powder and process for its production

Info

Publication number: WO1988001919A1
Application number: PCT/JP1987/000687
Authority: WO
Inventors: Hideaki Mizukami; Kentaro Mori; Akichika Ozeki; Takeho Kawawa; Yuji Sugitani; Hirokazu Nomura; Tadashi Fujioka; Hirotaka Nakagawa
Original assignee: Nippon Kokan Kabushiki Kaisha
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1987-09-17
Publication date: 1988-03-24
Also published as: EP0282604A4; US4886547A; EP0282604A1

Description

明細書

粉末製造装置およびその製造方法

[技術分野]

本発明は、粉末冶金等に使用する金属粉末を製造するための製造装置及びその製造方法に関する。

[背景技術]

粉末冶金は、金属または合金の粉末を型に装入して加圧成型し、次いでこの成型体を焼結させることにより金属製品または金属塊を製造する技術である。粉末冶金の利点は、成分元素の偏折が起こらないこと、加工が難しい材料の製品化が可能なこと、極めて微細な結晶組織を有する部材が得られること、二次的な切削加工を省略できるなどであり、これらの利点は、金属を溶解して製造する技術では得ることができない。

以下に、高合金、 T i 合金等の粉末を製造する代表的な 3 つの方法を示す。

A. R. Cox, J .B.Moore, E.C. Van euth; Int. Synip.

SUperal Ioys,3rd は、容器内の金属を高周波電流で溶解し、溶解した金属を高速回転するディスク上に落下させ、落下した溶解金属を遠心力により飛散させ、飛散した金属粒子を水素ガス又はヘリウムガス等の熱伝導率の高い冷却媒体により急速凝固させる技術を開示している。

G. Friedman； AGA D Conf .Proc.. (1976) SCI は、非消耗電極と、高速回転する消耗電極との間にアークを発生させ、消耗電極の溶融により生成された金属の液滴を遠心力により飛散させ、冷却させ、このことにより金属粉末を得る方法を開示している。 -

H . Schm i t； Powder Metal 1 . 1 nt . 11 (1976) 1 . pl7 は、 zR冷るつぼと電極との間にアークを発生させて、アーク熱により電極先端を加熱溶融せしめ、溶融した液滴を高速回転しているるつぼ内に滴下して液滴を飛散、冷却し、粉末を製造する方法を開示している。

A . R . Cox の方法は、溶湯を容器内に貯留するため、この容器から溶湯内に不純物が混入するおそれがある。このため高純度の粉末を製造することはできない。

G . Friednianの方法は、回転する消耗電極の遠心力で液滴を飛散させるので、粒径の小さな粉末を得ようとする場合、消電極を高速回転させる必要がある。しかし、電極を高速回転させることは、電極の加工精度上および電極の回転機構上極めて困難である。電極の径を小さくすることにより電極を高速回転することが可能となるが、このようにするとロットが小さくなり、単位体積当りの電極製造コス卜が高くなる。

G. Fchtn i tの方法は、回転するるつぼが非消耗電極の機能をも兼ねているので、るつぼに通電しながらこれを高速回転しなければならず、るぼの加工精度上およびるつぼの回転機構上極めて困難である。これは、とくに粒径の小さな金属粉末を得んとする場合、より高速回転を必要とするため、上記問題が顕著に現われる。

[発明の開示]

この発明の第 1の目的は、高合金、 T i , T I合金、超合金等からなる製品に使用される高純度の粉末を高い生産性で製造することができる粉末製造装置及び方法を提供することである。

第 2の目的は、上記粉末を低いコストで生産することにある 0

第 3の目的は、所望の粒径の粉末をとくに細かい粒径の粉末を確実に製造する粉末製造装置および方法を提供することにある。

第 4の目的は、金属の液滴が安定して発生され、しかも常に一定した位置に落下する粉末製造装置および方法を提供すしとる O

, 第 5の目的は、液滴形成機構が小型かつ簡単な粉末製造装置を提供することにある。

第 6の目的は、急冷された粉末を得ることができる粉末製造装置および方法を提供することにある。

第 7の目的は、電極やチャンバ一を液滴や粉末で汚染することなく粉末を製造することができる粉末製造装置および方法を提供することにある。

本発明では、上記目的を達成するために、少なくとも一方を消耗電極とした電極間にアークを発生させて消耗電極の先端を溶融させ、この溶融金属の液滴を回転するディスク上に落下させ、この液滴をディスクの遠心力を利用して飛散させ、冷却させて金属粉末を製造する。

この粉末製造装置および方法によれば、電極には単にァークを発生させて液滴を形成する機能だけを持たせ、液滴を飛散させる機能を持たせていない。したがって液滴を飛散させるために電極を高速回転させる必要がなくなり、複雑な回転機構を電極に取付ける必要がない。また電極の加工精度を厳しくする必要がない。更に大きな径の電極を使用でき、生産性を向上することができる。さらに本発明では、ディスクは落下した液滴を遠心力を利用して飛散させる機能のみを有し、電極との間でアークを発生させる機能は有していない。このためディスクの加工精度を高くとる必要はなくなり回転機構も簡素化される。

[図面の簡単な説明]

第 1図は本発明の一実施例を示す概略断面図である。

第 2図乃至第 7図は本発明のそれぞれ異なる他の実施例を示す概略断面図である。 . ' 第 8 A図ないし第 8 F図は、本発明のそれぞれ異なるディスクの断面図である。第 8 G図は、第 8 A図のディスクの平面図である。

[発明を実施するための最良の形態]

以下、添附図面を参照して本発明の実施例を説明する。第 1図は本発明の一実施例を示す。この装置は、チャンバ一 1 1内に電極 1 2 , 1 3を配置し、その下方にディスク 1 4 を配置している。チヤンバ一はガス排気口 1 5を備えており、ガス排気口は真空ポンプ等の排気手段（図示せず）に接続して、その内部を減圧下に保持できるようになつている。またチヤンバ一はガス導入口 1 6を備え、内部をアルゴンガスまたはヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気下に保持できるようになつている。前記電極 1 2 , 1 3は、製造しようとする粉末と実質的に同一の組成からなる消耗電極で、水平方向でかつ軸線方向を一致させて、所定の間隔を離間して配置されている。これら電極は、それぞれ電源 1 7と接続され、電源からの電流が供袷されることにより、電極間にアーク 1 8が発生し、アーク熱により電極先端が溶融して、金属の液滴 1 9が形成され、落下されるようになっている。この電極は、チャンバーの外側に設けた電極駆動装置 2 0に取付けられ、電極先端が溶融しても、これら電極駆動装置により、電極間の間隔が一定になるように電極をその先端方向に移動させるようになつている。

• 前記ディスク 1 4は、電極の先端で形成された前記液滴の落下位置に配置されており、その上面外周には環状の側壁部 1 4 aが突設されている。またディスク 1 4の下面には、デイスクを回転させる回転装置 2 1が取付けられている。この回転装置 2 1 はディスクを例えば 30 , 000 rpin の回転数で高速回転させる。従って、ディスク上に落下した金属の液滴は、遠心力により飛散され、雰囲気ガスにより冷却されて所望の粉末が製造される。

この実施例では、電極として製造しょうとする粉末と同一の組成の消耗電極を使用しているので、消耗電極からの不純物の混入がなく、粉末の純度を向上することができる。また双方の電極が消耗電極なので、粉末の製造速度が速く、冽えば約 2 0 ◦ kgZチャージが可能である。また電極から直接液滴を飛散させる必要がないので、電極を高速回転させる必要がなく、粉末製造装置の機構を簡単にすることができる。また電極を高速回転させる必要がないので、電極として大径のものを使用することができ、このため電極の単位体積当りの製造コストを安くすることができる。

また図面には示していないが、回転装置により、電極 1 2 , 1 3を互いに同一方向または反対方向に緩やかに回転させることも可能である。この回転により、電極が均一に溶解するので、アークを安定して形成することができる。ここでいう回転は、アークの不均一な溶解を防止する程度の緩やかな回転であり、アークを飛散させるための回転とは、その回転速度が全く異なる。また緩やかな回転なので、回転機構上の上記問題もない。

また、上記実施例に係わるディスクは、環状の側壁部を設けているため、安定して液滴を飛散することができ、所望の粒径の粉末を確実に得ることができる。すなわち、電極の先端で形成される液滴は、アークの発生条件が変動した場合、その落下速度が不安定となり、また滴下位置も不安定となるおそれがあり、例えば滴下位置で液滴の一部が跳ね上がったり、ディスクの周縁に達する前に飛散してしまうなどの現象が生じ、所望とする粉末よりも大きい粒径の粉末が得られてしまう問題がある。ここでは、環状の側壁部 1 4 aを突設することにより、液滴の跳ね上がりを防ぎ、液滴を確実にディスグの周縁から飛散させる。このことにより、液滴の飛散状態を安定化し、所望粒径の粉末 Pを安定して得ることができる。ディスク側壁部の内径は、 2 0 0 m以下の粉末を得る目的で、ディスクの回転数が 15000 rpmないし 3000G rpni の時には、 5 0ないし 2 0 0 mmが好適である。また側壁部の高さは、あまり低いと側壁としての機能が十分働かず、高すぎるとディスクの安定した高速回転が困難となるため、 1 0ないし 1 0 ◦關程度が好適である。ディスクの断面形状は、例えば第 8 A図に示すように、底面が平らで側壁部がこれに垂直なもの、 8 B図に示すように、底面が上方に湾曲して突出し、側壁部が垂直なもの、 8 C図に示すように、底面が平らで側壁部が上に向かって狭くなっているもの、 8 D図に示すように、底面が下方に湾曲して窪み、側壁部が垂直なもの、 8 E図に示すように、底面が平らで側壁部が上に向かって広くなつているもの、さらには 8 F図に示すように、底面の中央が深く、周辺が浅くなつているものなど、種々の形状があげられる。なお 8 G図は、 8 A図のディスクの平面図である。

ディスクの材質には、グラフアイト、ボロンナイトライド、ホウ化ジルコニウム（ Z r B 2 、水冷鋦、ステンレススチ一ルなどが挙げられる。なおチタンまたはチタン合金の粉末を製造する時は、ディスクからの汚染を防ぐために、製造しようとする粉末と同じ組成の素材でディスクを構成するのも好適である。

第 2図は、本発明の他の実施例を示す粉末製造装置である。第 1図では両方の電極を消耗電極としているが、第 2図の装置では、いずれか一方を非消耗電極 3 1に代え、他方を消耗電極 3 2のままにしたものである。この装置によれば、第 1 図の装置より生産性が低下し、例えば約 1 0 0 kgZチャージで粉末を製造するが、電極間にアークが発生して、液滴を形成する際、消耗電極だけが消耗するので、非消耗電極 3 1の位置は固定され、電極駆動装置 2 0で動かす電極は、非消耗電極 3 2だけである。従ってこの場合、片方の電極の位置のみを調整するので、両方の電極の位置を謌茚する場合に比較して、電極の先端の位置の調節が容易となり、液滴の落下位置を常に安定させることができる。非消耗電極としては、公知の水冷鋦、または水冷タングステン電極などを使用することができる。不純物を極力防止する必要がある場合は、非消耗電極 3 1を消耗電極と同一組成の材質とし、この電極に流れる電流密度を、消耗電極に流れる電流密度よりも極端に小さくする。このことは例えば第 3図に示すように、非消耗電極 3 1の断面積を消耗電極 3 2のそれよりも 2倍以上とすることにより達成す'ることができる。さらに第 2図および第 3 図の装置によれば、液滴の落下位置を適確に制御できるので、ディスクの径を小さくすることができる。この結果ディスクの回転数をより大きくすることができ、粒径の小さい粉末を得ることができる。

第 4図に示す粉末製造装置は、チャンバ一 1 1を仕切壁 4 1によつて上下に区割し、上部に液滴形成空間 4 2を形成し、下部に液滴冷却空間 4 3を形成し、さらにこの仕切壁 4 1 に液滴の通過が可能でしかも通気抵抗を有する連通部 4 4を設けている。液滴形成空間内には、電極 1 2 , 1 3が配置され、また真空ポンプ等の排気手段（図示せず）に接続されたガス排出口 1 5を備え、高真空度に減圧可能となっている。液滴冷却空間 4 3内には、ディスク 1 4が配置され、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを導入するためのガス導入口 1 6を複数個備えており、液滴形成空間が減圧状態であるにもかかわらず、液滴冷却空間を上記ガス雰囲気として、その圧力を高くすることができるようになつている。また複数のガス導入口から雰囲気ガスを投入することにより、雰囲気ガスの偏流を防ぐようになっている。

液滴形成空間の圧力は、 5 0 torr 以下、好ましくは 1 0 t o r r 以下に保持するのが良い。液滴冷却空間の圧力は、 5 0 torr 以上、好ましくは 1 0 0 torr 以上とするのがよい o

液滴形成空間の減圧度を保持する手段として、ガス排気口 'から排気する以外に、液滴冷却空間からも钾気をおこなうことにより、連通部を通過して液滴形成空間に流入する雰囲気ガスの量を減らし、ガス排気口に接続された排気手段の負荷を軽減させることもできる。

この装置によれば、液滴形成空間が減圧状態になつているため、電極間で発生したアーク 1 8は安定し、形成された液滴はほぼ真下に落下する。落下した液滴は、仕切壁 4 1 に設けた連通部 4 4を通つて液滴冷却空間 4 3内に配置したディスク 1 4上に落下する。ディスク 1 4に落下した液滴は飛散されるが、この空間内の雰囲気ガスの圧力が高いため、液滴の冷却効率は高く、瞬時に冷却凝固して急冷粉末となる。このようにこの実施例によれば、アークを安定して発生する雰囲気圧力が低く、液滴を冷却するに適切な雰囲気圧力が高く、それぞれ圧力条件が異なるにもかかわらず、各圧力をそれぞれ独立して所望の圧力に調整することができる。

第 5図に示す粉末製造装置は、第 4図の仕切壁の代わりに、チヤンバーを上下に区割する平面上に配置した仕切壁 5 1と、デイスクの周囲に設置された一対の直立円筒型の仕切壁 5 2 , 5 3とからなり、両仕切壁 5 2 , 5 3はディスク上端の延長面に対応した箇所に間隔をあけて対向して配置され、ここに連通部 5 4を形成している。

この実施例では、電極 1 2 , 1 3からディスク 1 4に落下するまでの経路に連通部を設けていないので、液滴の通路を広くすることができ、液滴の落下方向が若干変化することがあつ'ても、液滴が仕切壁に付着することがない。仕切壁 5 2 , 5 3は、できるだけディスクに近付けることに'より、間隔の狭い連通部でもディスクから飛散する液滴の通過を可能にするのが好ましい。

液滴形成空間と、液滴冷却空間との圧力差を確実に保持するためには、第 4図の仕切壁と、第 5図の仕切壁とを組合せた構造、すなわち、液滴が電極からディスクに落下する通路と液滴がディスクから飛散する通路との双方に連通部を設けて通気抵抗をより大きくする構造とするのがよい。

第 6図の粉末製造装置は、第 1図の装置の電極の配置を代えた、他は同様の構造のものである。第 6図に示す電極は、製造しょうとする粉末と同一組成の一対の電極 6 1 , 6 2が同一鉛直面にあつて、かつ水平方向に対して例えば 4 5度の角度で電極の軸の延長線が交わるように斜め下向きに対向して配置されている。この電極は電極駆動装置 2 0 , 2 0を取付けており、この装置により電極先端の溶解速度に応じて先端方向に供給される。また電極回転装置 6 3 , 6 3を取付けており、この装置により軸を中心として回転することにより電極の対向端部が常に一定になるようになっている。

このように電極を斜め下向きに配置して、これを回転させながらアークを発生させると、電極先端は円錐形状になる。電極先端のアークを発生する領域は、電極を平行に配置した場合、互いに対向する面であるが、この実施例ではその領域がライン状となる。この結果、電流密度は著しく大きくなり、チヤンバー内雰囲気圧力が高くても安定してアークの発生を維持することができる。また電極を平行に配置した場合、電極をディスクに近付けると、デスクから飛散した粉末が電極に融着してしまう。この実施例では電極を斜め下向きに配置しているので、電極先端のみをディスクに近付けることができ、ディスクから飛散した粉末が電極に衝突して融着するのを防ぐこどかできる。また電極を斜め下向きに対向させると、電磁ピンチ力が発生し、このピンチ力により、電極から形成される液滴は、雰囲気圧力が高くても確実に下方のディスク上に落下する。

また本発明は、分散強化合金粉末の製造にも適用することができる。この場合、電極として、所定の金属粉末と、非金属粉末とを所定割合で混合し、この混合物を棒状に焼結したものを使用する。この方法を適用することにより、非金属粒子の偏折のない分散強化粉末を得ることができる。更に本発明は、電極間にアークを発生する手段として高周波交流電源を使用するのが好適である。すなわち、電極に直流電流を流してアークを発生させると、陰極の電極の方が陽極の電極よりも溶融速度が速くなり、アークの中心がずれる < このため液滴の落下位置がずれやすい。電極にアークを発生させる手段として高周波交流電源を使用すると、両電極の先端形状、溶融状態が左右対称となり、液滴の滴下位置のコントロールが容易となる。またチヤンバ一内の圧力を例えば

1 0 0 torr 以上とした場合でも、安定したアークの発生を維持することができる。また交流アークの場合、直流アークの欠点である磁気吹き現象（電極先端近傍に発生する磁場により液滴が落下時に力を受ける）がないという利点がある。電極に流す電流として交流を用いると、極性が変化する瞬間にアークが消滅し、再点弧しないことがある。雰囲気圧力が低い場合には特に再点弧しにくい。しかし交流の周波数がかなり高くなつてくると極性の切替時間が短くなり、電極間に残存するアークプラズマが消滅する前に反対の電極が印加され、容易にアーク放電に移行するようになる。この状態では、極性の切替によって起こる消弧、アークの不安定は解消する。上記効果を有する高周波の周波数は、電極の材質、太さ、電流密度、雰囲気ガスの種類と圧力、電極間距離、使用する電圧波形（例えばサイン波、矩形波）に依存して異なるが、およそ 5 ◦ 0 H z以上である。またサイン波よりも矩形波の方が切替時間が短いため、より低い周波数でアークが安疋" 5 る o 第 7図は、第 1図の粉末製造装置にさらに磁場発生装置を設けた例を示すもので、その要部を示している。磁場発生装置 71は、磁場用電源 72と磁場コイル 73とを備え、電極 1 2, 1 3から発生するアーク 18を挟んでこれと垂直にかつ水平方向に磁界をかけるものである。この場合、電極に直流電圧をかける時は、直流磁界をかけ、電極に交流をかける時には、この交流電圧と位相を同期させた交流磁界をかける ₍ この磁場発生装置を作用させた場合、電極の先端から溶融滴下する液滴に、鉛直下向きの力が作用するので、チヤンバ -1 1内の雰囲気圧力が高くなつても液滴を下方の回転ディスク上に強制的に落下させ、液滴の落下を安定させることができる。 '

ここで方向に関していう水平、直交、もしくは鉛直とは幾何学的な厳密性を要するものではなく、要は液滴を、安定してデイスク上の所望の位置に落下させることを実現しうる範囲の傾きをも含まれる。

次に上述した粉末製造装置を使用した具体的な実施例について説明する。

[実施例 1 ]

この実施例は、第 1図に示す粉末製造装置を使用した冽を示す。

消耗電極として、 V A R (vacuum arc remelting) 溶解で溶製した径 1 8◦ mm ø、組成 T i - 6 A 1 一 4 Vの合金を使用し、ディスクとしてその側壁部の内径が 8 O miD0、高さ 1 5 mmのものを使用し、ディスクの回転速度を 2 0 , 0 0 0 rpra とした。上記電極間に 5 0 0 0 Aの電流を流してァークを発生せしめて消耗電極の先端を溶解ざせた。溶解した液滴をディスク上に落下させて液滴を飛散させ、冷却きせた。この結果、約 1 5 0 ^ mの金属粉末を得ることができた。この時の溶解速度は 7 kgZ ra i n であった。

[実施例 2 ]

この実施例は、第 1図の装置を使用し、かつ電極を緩く回転させた例である。

第 1表に示す二ッゲル基高合金の組成で、直径 1 5 0 fflinの円柱状の電極を V A R法で作製した。

第 1表（重量％)

この電極を二本対向させ、互いに反対方向に 2 rpm の速度で回転させつつ、 5 5 0 0 Aの電流を供給し、電極閭にァ —クを形成させた。この場合、電極の溶解速度は 7 . 4 kg / rai n であった。ディスクの回転速度を 1 5 0 0 0 rpmとして電極の溶融液滴をディスク上に落下させ、液滴を周囲に飛散させた。得られた粉末は、粒径約 2 0 0 mの所望の粉未で'めつた. o

[実施例 3 ]

この実施例は、第 3図に示す装置を使用した例である。 —対の電極として、組成が T i 一 6 A 1 — 4 Vで、太さが直径 1 0 0 の消耗電極を使用した。また仕切壁の連通部は直径 4 0 nira、ディスクは直径 9 0 ιπιπの平盤状のもので、ディスクの回転数は 30, 00 0 rpra とした。粉末の製造開始前に、予め液滴形成空間から空気を拡散ポンプで 30 , 000 Z秒で排気し、液滴冷却空間には、 4 N ノ秒でヘリゥムガスを導入した。ガスの排気とガスの導入とが平行に達した時点の各空間の圧力は、液滴形成空間が 7 torr 、液滴冷却空間が 90 torr であった。この雰囲気ガス下において、二本の電極間に 3, 000 Aの電流を供給してアークを発生させた。電極から形成された液滴はすべてデイスク上に落下し、ディスクから微小液滴となって飛散した。飛散した液滴は、チャンバ一内壁に付着することなく、チヤンバー内に蓄積され、得られた粉末の粒径は約 1 00 mであった。電極の溶解速度は 4. 2kgZ分であった。

[実施例 4] ' ·

この実施例は、第 6図の粉末製造装置を使用した例である。実施例 3と同じ直径、組成の電極を二本作製し、これら電極を水平方向に対して 4 5度の角度で斜め下向きに対向させ、互いに反対方向に 2 rpra の速度で回転させながら、 3, 0 0 0 Aの電流を流して電極間にアークを発生させた。電極の溶解速度は 4 kg/rain であった。このときのチャンバ —の内径は 2 , 0 0 0 mmであり、雰囲気は、圧力 1 2 0 torr のヘリウムガスとした。この場合、電極先端とデイスクとの距離は 70 niraとし、ディスクは直径 9 0 raraで、側壁部の高さは 20 、ディスクの回転速度を 25 , 000 rpraとした。得られた粉末の平均粒径は 1 70 ^ mであった。 [実施例 5]

この実施例は、第 1図の装置を使用して分散強化粉末を製造する例を示す。

N i微粉末と T 1 C微粉末とを重量比で 1 0 ◦ ： 5の割合で配合し、 1 0分攪拌混合した後、加圧成型し、予備焼锆し、更に真空中で焼結をおこなった後機械加工して、直径.2 Omni の棒状焼結体を得た。この焼結体二本を電極として 6 0ボルトの直流電圧を印加し、 20 0ないし 1 0 0 Aの電流を流してアークを発生させ、ここで溶融した液滴を 3 0 , 0 0 0 rpra で回転しているディスグ上に落下させ、液滴を周囲に飛散させた。得られた粉末は、平均粒径 1 0 0 β m分散強化合金粉末でり、粉末内に非金属粒子が均一に分散していた。

[実施例 6 ]

この実施例は、第 1図の装置を使用し、高周波交流電流を電極間に流した例を示す。

V A R法により T i - 6 A 1 — 4 V合金を溶製して、 1 5 0 消耗電極を作製し、この電極に、 3 , 0 0 0 A, 5 Κ Η ζの矩形波の高周波交流電流を流して電極を溶解した。ディスクは径が 9 0 mm0の平盤上のもので、ディスクの回転速度を 3 0 , 0 0 0 rpraとして溶融液滴をディスク上に落下させて飛散、冷却させた。得られた粉末は約 1 0 0 mであつた。チヤンバ一内の雰囲気ガスは、圧力 5 0 0 torr のへリウムガスであった。電極の溶解速度は約 4. 5 kg/niin であ'つた o [実施例 7]

この実施例は、第 7図の装置を使用した例を示す。

真空アーク溶解炉で溶製した T i - 6 A 1 一 4 V合金を使用して直径 1 ◦◦ ramの電極を加工成形した。この二本の電極を水平に対向させ、 3, ◦ 00 Aの電流を流してアークを発生させた。このアークを挟んで 2◦ 0ガウスの直流磁場を発生させた。電極から溶融した液滴は、直径 90 、側壁部の高さ 1 5 ranで、回転数 25, 000 rpraで回転するディスク上に落下させて、粉末を製造した。電極の溶解速度 4. 0 kgZrain であり、粉末の平均粒径は 1 70 であった。チャンバ一は直径 2000 mmで、チヤンバ一内雰囲気はヘリゥム雰囲気で、その圧力は 1 50 tor rであつた。

Claims

' 請求の範囲

1 , チャンバと、

このチャンバ内に間隔をおいて設置され、その少なくとも —方が消耗電極である複数の電極と、

これら電極間にアークを発生させて溶融金属の液滴を形成する液滴形成手段と、

上記液滴が落下する位置に配置されたディスクと、このディスクを回転させて、ディスク上に落下した液滴を飛散冷却させて粉末とするディスク回転手段と、

を具備した粉末製造装置。

2ノチヤンバは不活性ガスを導入するためのガス導入ロを備えている請求範囲第 1項記載の粉末製造装置。

3：チヤンバはチヤンバ内ガスを排出するガス排出口を傭.えている請求範囲第 1項記載の粉末製造装置。

4 . 前記電極がすべて消耗電極である請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置。

5，一方が非消耗電極で、他方が消耗電極である請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置。

6 . 非消耗電極は、消耗電極と同一素材であり、この非消耗電極の断面積を消耗電極のそれよりも 2倍以上とした請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置。

7 . 前記電極は水平方向に所定間隔離間して配置され、その軸線の延長線が一致している請求の範囲第 1項記載の粉末製

8 . 前記電極の少なくとも一つは、電極をその軸まわりに回 I 9

転させる回転駆動装置を備えている請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置。

9 . 前記各電極は、いずれも電極をその軸まわりに互いに同じ方向に回転させる回転装置を備えている請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置。

1 0 . 前記各電極は、その軸まわりに互いに逆方向に回転させる回転装置を備えている請求の範囲第 1項記載の粉末製造

1 1 . 前記電極は、その軸の延長線が交わるように先端を斜め下向きに対向させて配置しており、それぞれ軸まわりに回転させる回転装置を傭えている請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置。 .

1 2 . 分散強化金属粉の製造装置であって、消耗電極は、金属粉と非金属粉とを混合、焼結した棒状の焼結体である請求範囲第 1項記載の粉末製造装置。

1 3 . 焼結体は、 N i粉末と T i C粉末とを混合、焼結したものである請求の範囲第 1 2項記載の粉末製造装置。

1 4 . 消耗電極は、その先端の溶解量に対応して消耗電極を先端方向に移動させて電極間の間隔を一定に保持する電極駆動装置を取付けている請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置

1 . 液滴形成手段は、電極間にアークを発生させる高周波交流電源を備えている請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置

1 6 . 高周波交流電源は、 5◦ 0 H z以上の高周波を発生するものである請求範囲第 1 5項記載の粉末製造装置。

1 7 . 高周波交流電源は、矩形波を発生するものである請求範囲第 1 5項記載の粉末製造装置。

1 8. ディスクは、溶融金属の液滴が落下する上面外周に環状の側壁部を突設してなる請求の範囲第 1項記載の粉末製造

1 9. ディスクの側壁部の内径は、ディスクの回転速度が 15000-30000 rpm で、かつ得ようとする粉末の粒径が 200 m以下の時、 5 0 — 2 0 O とする請求の範囲第 1S項記載の粉末製造装置。

2 0。ディスク側壁部の高さは 10-100 mm である請求の範囲第 12項記載の粉末製造装置。 · .

2 1. ディスクは、グラフアイト、ボロンナイトライド、ホゥ化ジルコニウム（Z r B ₂ ) 、水冷鋦及びステンレススチ —ルのグループから選択された材質から構成されている請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置。

2 2. チタンまたはチタン合金の粉末を製造するための粉末製造装置であって、ディスクは、この粉末と同じ素材で構成されている請求範囲第 1項記載の粉末製造装置。

2 3. 前記チャンバ内に仕切壁を設置して、電極間のアークにより液滴を形成するための空間と前記ディスクの回転により液滴を飛散冷却するための空間とを区割するようになし、かつこの仕切壁に液滴の通過が可能でしかも通気抵抗を有する連通部を設けた請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置。

24. 液滴形成空間は、 5 O torr以下の高真空度に保持されてい.る請求の範囲第 2 3項記載の粉末製造装置。

2 5. 液滴形成手段は、 1 0 torr以下の高真空度に保持されている請求範囲第 2 3項記載の粉末製造装置。

2 6 . 液滴を飛散冷却する空間は、 5◦ torr以上の低真空度に保持されている請求範囲第 2 3項記載の粉末製造装置。 2 7 . 液滴を飛散冷却する空間は、 1 0 0 torr以上の低真空度に保持されている請求範囲第 2 3項記載の粉末製造装置。 2 8 . 連通部は、電極の先端間で形成された液滴がディスク上に落下するまでの過程に設けられている請求の範囲第 2 3 項記載の粉末製造装置。

2 9 . 連通部は、液滴がディスクから飛散する過程に設けられている請求の範囲第 2 3項記載の粉末製造装置。

3 0 . 電極間で発生するアークを挟んでアークと直交する方向で、かつ水平方向に磁界をかけ、滴下する液滴に鉛直下向きの力を作用させる磁界形成手段.を更に備えた請求の範囲第 1項記載の粉末製造装置。

3 1 . 磁界形成手段は、前記電極に直流電圧をかける時は、直流磁界をかけるものである請求範囲第 1項記載の粉末製造

3 2 . 磁界形成手段は、前記電極に交流電圧をかける時は、位相を同期させた交流磁界をかけるものである請求範囲第 1 項記載の粉末製造装置。

3 3 , チヤンバ内に少なくとも一方が消耗電極である複数の電極を間隔をおいて設置する工程と、

これら電極間に電圧を印加してアークを発生させ、消耗電極先端から溶融金属の液滴を形成させる工程と、

上面外周の環状の側壁部を突設したディスクを回転させてこの上面に上記液滴を落下させ、落下した液滴をディスクの遠心力で飛散させ、冷却させる工程とを

備えた粉末製造方法。

3 4 . チヤンバ内を減圧下に保持する請求範囲第 3 3項記載の粉末製造方法。

3 5 . チヤンバ内を不活性ガス雰囲気下に保持する請求範囲第 3 3項記載の粉末製造方法。

3 6 . 前記電極の少なくとも一つを、その軸まわりに回転させる請求範囲第 3 3項記載の粉末製造方法。

3 7 . 前記電極の全てをその軸まわりに回転させる請求範囲第 3 3項記載の粉末製造方法。

3 8 . 電極の.回転方向が同じである請求範囲第 3 7項記載の粉末製造方法。 . '

3 9 . 電極の回転方向が互いに逆方向である請求範囲第 3 7 項記載の粉末製造方法。

4 0 . 分散金属強化粉の製造方法であって、電極を設置する工程の前に、金属粉と非金属粉とを混合し、焼結して棒状の消耗電極を形成する工程を備えた請求範囲第 3 3項記載の粉末製造方法。

4 1，消耗電極先端から溶融金属の液滴を形成する工程では、消耗電極の溶解量に対応して、消耗電極を先端方向に移動させて電極間の間隔を一定に保持する制御を行なつている請求範囲第 3 3項記載の粉末製造方法。

4 2 . 電極間に高周波電圧をかけてアークを発生させる請求範囲第 3 3項記載の粉末製造方法。

4 3. 高周波は、 500 H z以上である請求範囲第 33項記載の粉末製造方法。

44. 高周波は、矩形波である請求範囲第 33項記載の粉末製造方法。

4 5. ディスクを、回転速度が 15000 - 30000 rpra で回転させる請求範囲第 33項記載の粉末製造方法。

46. 電極間のアークにより液滴を形成する空間を 5 0 torr 以下の高真空度に、ディスクの回転により液滴を飛散、冷却する空間を 50 torr 以上の低真空度に保持する請求範囲第 33項記載の粉末製造方法。

4 7. 電極間のアークにより液滴を形成する空間を 1 0 torr 以下の高真空度に、ディスクの回転により液滴を飛散、冷却する空間を 1 00 torr 以上の低真空度に保持する請求範囲第 3 3項記載の粉末製造方法。 ·

48. 前記アークと直交する方向で、かつ水平方向に磁界をかけて、滴化する液滴に鉛直下向きの力を作用させる請求範囲第 3 3項記載の粉末製造方法。

4 9. 前記電極に直流電圧をかけたときに、発生するアークに直流磁界をかける請求範囲第 48項記載の粉末製造方法。

50. 前記電極に交流電圧をかけたときに、発生するアークに位相を同期させた交流磁界をかける請求範囲第 48項記載の粉末製造方法。