JP2672035B2 - 金属粉末の製造方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、旋回移動する冷却液層
中に溶融金属を供給して金属粉末を製造する方法および
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】急冷凝固金属粉末は、結晶粒が微細で合
金元素も過飽和に含有させることができるので、例えば
アルミニウムやその合金の急冷凝固粉末によって形成さ
れた押出材は、溶製材では具備することのない優れた材
質特性を有し、機械部品等の素材として注目されてい
る。

【０００３】前記急冷凝固金属粉末の好適な製造方法と
して、回転ドラム法がある。この方法は、図３に示すよ
うに、回転する冷却ドラム61の内周面に冷却液層62を遠
心力の作用で形成し、該冷却液層62に溶融金属を噴射
し、微細に分断して急冷凝固した金属粉末を得る方法で
ある。同図において、63は溶融金属供給容器としての噴
射るつぼであり、その外周面には加熱用の高周波コイル
64が装着され、その下部側壁にノズル孔65が開設されて
いる。るつぼ63内の溶融金属66は、該るつぼ63に不活性
ガス67を加圧注入することによってノズル孔65から噴射
供給される。そして、冷却ドラム61内の金属粉末は、一
定量溜まると、冷却ドラム61の回転を止め、冷却液と共
に回収され、脱液後、乾燥される。かかる金属粉末の製
造方法は特公平1-49769 号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転ド
ラム法では、いわゆるバッチ式操業となり、生産性が劣
る。そのうえ、粉末回収時に溶融金属の噴射を止めなけ
ればならないため、ノズルに孔詰まりが生じ易いという
問題がある。また、冷却温度を一定にするためには、冷
却液層の液面より冷却液を供給、排出して温度制御しな
ければならないが、この際、液面が乱れ、粉末粒度や品
質にばらつきが生じ易いという問題がある。

【０００５】また、溶融金属が噴射された後、冷却液層
に至るまでにその表面が酸化し、酸化膜が形成されるた
め、冷却液層による分断が困難となり、又金属粉末の酸
素や水素含有量が増加し、品質劣化を招来する。本発明
は、安定した品質の金属粉末を連続的に製造することが
でき、しかも酸化膜の生成を抑制することができる金属
粉末の製造方法およびその装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の金属粉末の製造
方法は、溶融金属供給容器のノズル孔から冷却用筒体内
の冷却液層に溶融金属を供給して金属粉末を製造する方
法であって、冷却用筒体の内周面に沿って旋回しながら
流下する冷却液層を形成すると共に、ノズル孔から冷却
液層に至る溶融金属供給経路を不活性ガス雰囲気とすべ
く、ノズル孔の周囲から上記経路に沿って不活性ガスを
供給しながら溶融金属を冷却液層に供給し、該溶融金属
を冷却液層によって分断し冷却凝固させて金属粉末を得
ることを特徴とするものである。

【０００７】溶融金属の供給に際しては、溶融金属供給
容器に不活性ガス等の圧媒を供給して容器内の溶融金属
をノズル孔から噴射供給してもよく、又容器内の溶融金
属の自重によりノズル孔から噴射 (噴出) 供給してもよ
い。上記の方法を好適に実施するための装置は、溶融金
属供給容器と、この容器のノズル孔を通して溶融金属が
供給される冷却液層が内部に形成される冷却用筒体とを
備える金属粉末製造装置において、冷却用筒体の内周面
に沿って旋回しながら流下する冷却液層を形成するため
の冷却液供給手段を冷却用筒体に設ける一方、ノズル孔
から冷却液層に至る溶融金属供給経路に沿ってノズル孔
の周囲から不活性ガスを供給して上記経路を不活性ガス
雰囲気とするための不活性ガス雰囲気形成手段を設けて
構成することができる。

【０００８】また、上記の不活性ガス雰囲気形成手段と
しては、ノズル孔からの溶融金属供給経路を囲うように
ノズル孔近傍から冷却液層に向かって延びる導管と、こ
の導管内に不活性ガスをノズル孔側から供給するガス供
給手段とを設けて構成することが可能であり、或いは、
ノズル孔の周囲から冷却液層に向かう方向に不活性ガス
を噴射してノズル孔からの溶融金属供給経路を囲う不活
性ガス流を形成するガスノズルを設けて構成することが
可能である。

【０００９】

【作用】冷却用筒体の内周面に沿って供給された冷却液
は、筒体内周面に沿って旋回しながら流下し、旋回時の
遠心力の作用でほぼ一定内径の冷却液層を形成する。こ
の冷却液層の内側より溶融金属を供給すると、溶融金属
流又は溶滴は旋回流により分断されると共に冷却凝固さ
れ、粉末となる。

【００１０】この際、冷却液層は常に新たに供給される
冷却液によって形成されるために一定の温度が容易に維
持される。このため、温度制御のために液面より冷却液
を排出、供給する必要がなく、液面に乱れは生じず、安
定した状態が維持される。それ故、冷却液層に供給され
た溶融金属は常に一定状態の下で冷却液層中に注入、分
断され、一定温度の下で冷却凝固されるため、金属粉末
の品質が安定する。

【００１１】冷却液層中の金属粉末は冷却液と共に旋回
しながら流下し、筒体の下端より排出されるので、金属
粉末の連続生産が可能となる。また、溶融金属供給容器
のノズル孔から冷却液層に至る経路は、ノズル孔の周囲
からの不活性ガスの供給により不活性ガス雰囲気になっ
ているので、溶融金属が冷却液層に達するまでの間にお
いて溶融金属の表面酸化が抑制され、冷却液層による分
断が速やかに行われ、また酸化膜の薄い高品質の粉末が
得られる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る金属粉末製造
装置を示しており、内周面に冷却液層21が形成される冷
却用筒体１と、冷却液層21に溶融金属22を噴射供給する
ための噴射るつぼ２と、前記筒体１に冷却液を供給する
ためのポンプ３とを備えている。

【００１３】前記筒体１は円筒形状であり、その上端に
は、溶融金属を冷却液層21に供給するための開口４が中
心部に形成された蓋体５が被着されている。下部内周面
には冷却液層21の層厚調整用リング６がボルトによって
着脱、交換自在に取り付けられている。上部には、冷却
液供給手段としての冷却液噴出管７の吐出口８が筒体内
周面に接線方向から等間隔で複数箇所開口しており、該
噴出管７の管軸方向は筒体軸心に直交する平面に対して
０〜20゜程度斜め下方に設定されている。筒体１の下端
には液切り用部材として円筒状の網体９が連設されてお
り、該網体９の下端には、粉末回収用の漏斗体10が取り
付けられており、網体９の回りにはカバー11が設けられ
ている。尚、層厚調整用リング６は、図例では断面方形
状であるが、リングの上面の外周縁から下面の内周縁に
かけて漸次縮径する流線形の曲面で形成してもよい。

【００１４】前記冷却液噴出管７は、ポンプ３を介して
タンク12に配管接続されている。また、前記カバー11の
底部はタンク12に配管されており、カバー11によって回
収された冷却液はタンク12に戻され、循環使用される。
尚、タンク12には、図示省略の補給用の冷却液供給管が
設けられ、またタンク内や循環流路の途中に冷却器を適
宜介在させてもよい。冷却液としては一般に水が使用さ
れるが、油が使用される場合もある。尚、水を用いる場
合、水中の酸素を除去したものを使用するのが望まし
い。酸素の除去装置は市販されており、入手容易であ
る。

【００１５】前記蓋体５の上部には、溶融金属供給容器
としての噴射るつぼ２が鉛直方向に対して傾斜して設け
られており、その外周には加熱用誘導コイル14が巻回形
成され、その底部にはノズル孔15が開設されている。噴
射るつぼ２は黒鉛や窒化珪素等の耐火物で形成されてお
り、前記コイル14を覆うようにカバー16が付設され、そ
の下面にはノズル孔15の噴射方向に沿って冷却液層21の
近傍まで導管17が延設されており、カバー16上部にはAr
やN₂等の不活性ガスをカバー16内に供給するための供給
管18が設けられている。本実施例では、この供給管18と
上記カバー16とによってガス供給手段が構成され、ま
た、このガス供給手段と導管17とによって、ノズル孔15
から噴射されて冷却液層21に至る溶融金属の供給経路を
不活性ガス雰囲気とする不活性ガス雰囲気形成手段が構
成されている。

【００１６】一方、噴射るつぼ２の上蓋19にはArやN₂等
の不活性ガスの圧媒や圧送された溶融金属を注入するた
めの注入孔20が設けられている。上記構成の装置により
金属粉末を製造するには、まず、ポンプ３を作動させ
て、筒体１の内周面に高速旋回しながら流下する冷却液
層21を形成する。すなわち、筒体１の内周面に沿って冷
却液噴出管７より噴出された冷却液は、筒体１の内周面
に沿って旋回しながら流下し、層厚調整用リング６をオ
ーバーフローして下方へ流出する。この際、冷却液は流
下速度が押えられると共に旋回時の遠心力の作用で前記
リング６の上方においてほぼ一定内径の冷却液層21が容
易に形成される。

【００１７】該冷却液層21は、常に新たに供給される冷
却液によって形成されるため、一定の温度が容易に維持
される。従って、温度制御のために液面より冷却液を供
給、排出する必要がなく、液面に乱れが生じにくく、安
定性に優れる。次に、噴射るつぼ２のカバー16内に不活
性ガスを供給し、導管17よりガスを排出すると共に、噴
射るつぼ２内に圧媒や溶融金属を圧送して、るつぼ２内
の溶融金属22をノズル孔15より噴射する。噴射された溶
融金属流もしくは溶滴は、導管17の中を不活性ガスに包
まれた状態で冷却液層21に供給され、旋回流によって分
断され、急冷凝固され、金属粉末が連続的に生産され
る。この粉末は、噴射された溶融金属が冷却液層21に注
入されるまでの間、不活性ガスに包囲されて酸化が防止
され、又温度や液面状態が安定な冷却液層によって粉化
されるので、酸化膜が薄く、品質の安定性に優れる。
尚、噴射るつぼ２の外周面および加熱用誘導コイル14
は、カバー16内に注入された不活性ガスに覆われるた
め、酸化防止が図られ、耐久性が向上する。

【００１８】冷却液層21中の金属粉末は、冷却液と共に
旋回しながら層厚調整用リング６を越えて流下し、筒体
１の下端より液切り用網体９に入る。ここで、冷却液は
遠心力の作用で網体９より放射状に外方へ飛散排出さ
れ、一次的に脱液される液分の少ない金属粉末が得られ
る。前記網体９により一次脱液され、漏斗体10から排出
された金属粉末は、液分が少ないので、順次遠心分離機
等の適宜の脱液装置にかけることにより短時間で液分が
ほとんどなくなり、容易に乾燥され、製品粉末となる。

【００１９】上記実施例では、冷却用筒体として円筒状
のものを示したが、これに限らず、例えば内周面が上拡
き回転放物面で形成された漏斗形状や切頭逆円錐形状と
してもよい。この場合、層厚調整用リングを取付けなく
ても、一定内径の冷却液層を形成することができる。ま
た、上記実施例においては、噴射るつぼ２内の溶融金属
22は、圧媒を作用させて加圧することによりノズル孔15
から噴射したが、圧媒を作用させることなく、溶融金属
22自体に作用する重力 (自重) により噴射るつぼ２内の
下部の溶融金属を加圧状態とし、ノズル孔15から噴射
(噴出) してもよい。この場合、筒体１の軸心を鉛直方
向に対して傾斜させ、噴射るつぼ２の軸心を鉛直方向と
し、重力落下する溶融金属を筒体内周面に形成された冷
却液層に供給してもよい。

【００２０】また、噴射るつぼ２のノズル孔15から噴射
された溶融金属を不活性ガスで包囲するには、図２のよ
うに、噴射るつぼ２の底部に穿設したノズル孔15の周り
から不活性ガスを噴射し、ノズル孔15からの溶融金属の
供給経路を囲う不活性ガス流を形成するようなスリット
ノズル（ガスノズル）31を開設した構成としてもよい。
32は環状の保気室であり、不活性ガス供給孔33が連通し
ている。

【００２１】尚、本発明は、Al合金やMg合金等の軽量金
属粉末の製造に限らず、鉄やその合金等の金属粉末の製
造に適用できることは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、筒
体の内周面に沿って冷却液を噴出供給して、筒体内周面
に沿って旋回しながら流下する冷却液層を形成するの
で、溶融金属が供給される冷却液層の内周面は安定し、
温度も均一に保持される。そして、該冷却液層中に溶融
金属を供給するので、品質の安定した急冷凝固粉末が連
続的に生産され、噴射ノズル孔詰りも生じない。

【００２３】また、溶融金属は、ノズル孔の周囲から不
活性ガスを供給することで形成される不活性ガス雰囲気
中を通して冷却液層に供給されるため、冷却液層に至る
までの間における溶融金属の表面酸化が抑制され、粉化
が速やかに行われ、又酸素や水素含有量の少ない高品質
の金属粉末が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る金属粉末製造装置の要
部断面全体配置図である。

【図２】不活性ガス噴射用スリットノズルを備えた噴射
るつぼの断面図である。

【図３】従来の金属粉末製造装置の要部断面図である。

【符号の説明】

１ 冷却用筒体 ２ 噴射るつぼ (溶融金属供給容器) ７ 冷却液噴出管（冷却液供給手段） 15 ノズル孔 16 カバー（ガス供給手段、不活性ガス雰囲気形成手
段） 17 導管（不活性ガス雰囲気形成手段） 18 供給管（ガス供給手段、不活性ガス雰囲気形成手
段） 21 冷却液層 22 溶融金属 31 スリットノズル（ガスノズル）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−41707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−156205（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−94224（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属供給容器のノズル孔から冷却用
   筒体内の冷却液層に溶融金属を供給して金属粉末を製造
   する方法であって、 冷却用筒体の内周面に沿って旋回しながら流下する冷却
   液層を形成すると共に、ノズル孔から冷却液層に至る溶
   融金属供給経路を不活性ガス雰囲気とすべく、ノズル孔
   の周囲から上記経路に沿って不活性ガスを供給しながら
   溶融金属を冷却液層に供給し、該溶融金属を冷却液層に
   よって分断し冷却凝固させて金属粉末を得ることを特徴
   とする金属粉末の製造方法。
2. 【請求項２】 溶融金属供給容器内に収容された溶融金
   属を自重により該容器下部に開設されたノズル孔より噴
   射することを特徴とする請求項１の金属粉末の製造方
   法。
3. 【請求項３】 溶融金属供給容器と、この容器のノズル
   孔を通して溶融金属が供給される冷却液層が内部に形成
   される冷却用筒体とを備える金属粉末製造装置であっ
   て、 冷却用筒体の内周面に沿って旋回しながら流下する冷却
   液層を形成するための冷却液供給手段が冷却用筒体に設
   けられる一方、 ノズル孔から冷却液層に至る溶融金属供給経路に沿って
   ノズル孔の周囲から不活性ガスを供給して上記経路を不
   活性ガス雰囲気とするための不活性ガス雰囲気形成手段
   が設けられていることを特徴とする金属粉末製造装置。
4. 【請求項４】 ノズル孔からの溶融金属供給経路を囲う
   ようにノズル孔近傍から冷却液層に向かって延びる導管
   と、この導管内に不活性ガスをノズル孔側から供給する
   ガス供給手段とが不活性ガス雰囲気形成手段として設け
   られていることを特徴とする請求項３の金属粉末製造装
   置。
5. 【請求項５】 ノズル孔の周囲から冷却液層に向かう方
   向に不活性ガスを噴射してノズル孔からの溶融金属供給
   経路を囲う不活性ガス流を形成するガスノズルが不活性
   ガス雰囲気形成手段として設けられていることを特徴と
   する請求項３の金属粉末製造装置。