JP2672040B2 - 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】このような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４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、その下部側壁には噴射ノズル65が開
設されている。前記るつぼ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前記ノ
ズル65から噴射される。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、品質劣化を将来する。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、上蓋および下蓋を備えかつ底部側周壁に冷却液
排出口を有する冷却用筒体の上部側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と共に、冷却液排出口を通して
冷却液層底部側から旋回方向に沿って流出する流出冷却
液により該冷却液排出口を閉塞状態とし、冷却液層の内
側でかつ上蓋および下蓋によって上下が閉塞された空間
部に、この空間部を不活性ガス雰囲気に置換すべく不活
性ガスを供給し、もしくは、該空間部の空気を排気し、
その後、該空間部に開孔した溶融金属供給容器の供給孔
より溶融金属を冷却液層に供給して溶融金属を分断し冷
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
を供給孔から噴射供給してもよく、又容器内の溶融金属
の自重により供給孔から噴出供給してもよい。また、本
発明の金属粉末の製造装置は、冷却液層が内周面に沿っ
て形成される冷却用筒体と、冷却用筒体の上部側から溶
融金属を冷却液層に供給するための溶融金属供給容器と
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が形成される
ように、冷却用筒体における上部側に、内周面に沿って
略接線方向から冷却液を噴出供給するための冷却液噴出
管が接続される一方、冷却用筒体の内部空間をその上方
空間から区画する上蓋と、冷却用筒体の底部を塞ぐ下蓋
とが設けられると共に、冷却用筒体における底部側周壁
に、冷却液層底部側の旋回冷却液がその旋回方向に排出
される冷却液排出口が形成され、かつ、冷却液層内側空
間の雰囲気を置換するための雰囲気置換手段が設けられ
ていることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、冷却用筒体内に供給された冷
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。

【０００９】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。

【００１０】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、筒体底部側の冷却液排出口を通して排
出されるので、金属粉末の連続生産が可能となる。一
方、金属粉末の生産を開始するに当たり、冷却液層の内
側でかつ上蓋および下蓋によって閉塞された空間部は、
不活性ガスの供給、あるいは該空間部内の排気によって
大気雰囲気からの置換を予め行うが、この際、外部に連
通する冷却液排出口も、これを通して流出する冷却液に
よって閉塞状態としているので、雰囲気置換を行うべき
空間容積が極力小さくなる。これによって、置換時間を
短縮することが可能であると共に、不活性ガス雰囲気と
する場合には、不活性ガスの供給量をより少なくするこ
とができる。

【００１１】このようにして雰囲気置換を行った後、溶
融金属供給容器の供給孔より溶融金属を冷却液層に供給
することにより、冷却液層に至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、又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おける金属粉末製
造装置を示しており、内周面に冷却液層31を形成するた
めの冷却用筒体１と、冷却液層31に溶融金属32を噴射供
給するための供給容器である噴射るつぼ２と、前記筒体
１に冷却液を供給するための手段であるポンプ３を備え
ている。

【００１３】前記筒体１は円筒形状であり、筒体軸心が
鉛直方向に対して適宜角度で傾斜しており、その上端に
は噴射るつぼ２を設置するための凹部を有する上蓋５が
被着されている。筒体１の上部には、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個所
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の中間部内周面には冷却液層31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。筒体１の下端には、図２に示すように、冷却
液層31の旋回方向に沿って平面視流線形曲面で形成され
た間板９を介して下蓋10が付設されており、筒体下端の
フランジ11と下蓋10との間にスリット形の冷却液排出口
12が形成されている。筒体１の下部外周には、排出口12
の周りを覆うようにカバー13が設けられている。14は冷
却液層31の内側に形成された空間部15に連通する連通管
（雰囲気置換手段）14であり、カバー13および下蓋10を
貫通して下蓋10に固着されており、その上部は冷却液が
入らないように逆Ｕ字形に屈曲形成されている。

【００１４】カバー13の下方には、冷却液を下方に通過
可能とすると共に金属粉末を分離するためのメッシュ部
材16が傾斜状に配設された分離容器17が備えられてい
る。前記冷却液噴出管７は、ポンプ３を介してタンク18
に配管接続されている。また、前記分離容器17の底部は
タンク18に配管されており、カバー13によって回収さ
れ、分離容器17によって分離された冷却液はタンク18に
戻され、循環使用される。タンク18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。酸素の除去処理装置は市販され
ており、入手容易である。

【００１５】前記上蓋５の凹部には、噴射るつぼ２が断
熱部材20を介して気密に載置されており、その底部に穿
設されたノズル孔21が前記断熱部材20および凹部に開設
された貫通穴を介して、冷却液層31内側の空間部15に開
孔している。噴射るつぼ２の外周には加熱用誘導コイル
22が巻回形成され、その上蓋23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
24が設けられている。尚、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いる。

【００１６】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31を上蓋５から下蓋10
にわたって形成する。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31
が容易に形成される。該冷却液層31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。したがって、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。

【００１７】上記のような冷却液層31の形成に伴って、
冷却用筒体１内の底部側では、冷却液層31下端部の冷却
液が冷却液排出口12を通して流出する。この流出冷却液
は、冷却液層31の旋回方向に沿う形状の前記間板９によ
って、その旋回方向を維持した状態で、旋回方向に沿っ
て冷却液排出口12を通して流出する。また、図１に示さ
れているように、このような流出冷却液が冷却液排出口
12を満たして流出することにより、該冷却液排出口12は
流出冷却液によって閉塞された状態となっている。

【００１８】次に、上記のように冷却液排出口12も閉塞
した状態で、上蓋５および下蓋10によって上下が閉塞さ
れた空間部15に、連通管14よりArガスやN₂ガス等の不活
性ガスを圧送することにより、空間部15内の空気を冷却
液と共に外部へ排出し、不活性ガスを空間部15に充填す
る。不活性ガスが空間部15に充填された後は、ガスの送
給を常時行う必要はなく、連通管とガス源との間に設け
られた開閉弁を遮断すればよい。尚、空間部15内の空気
を不活性ガスと置換することなく連通管14から真空ポン
プ等により排気するだけでもよい。

【００１９】次に、筒体１の上部に設けられた噴射るつ
ぼ２に不活性ガス等を圧送して、るつぼ２内の溶融金属
32をノズル孔21より冷却液層31の内面に向けて噴射し、
旋回流により分断し、急冷凝固させる。すなわち、該冷
却液層31の内周面より溶融金属流もしくは溶滴を噴射供
給すると、溶融金属は旋回流によって分断され、急冷凝
固され、金属粉末が連続製造される。この粉末は、温度
や液面状態が安定な冷却液層によって形成されるため、
品質の安定性に優れる。

【００２０】冷却液層31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の下端の排出口12から排出され、カバー13を介して分
離容器17に流下し、メッシュ部材16によって冷却液と分
離される。メッシュ部材16によって一次脱液された金属
粉末は同部材16に沿って分離容器17の側壁開口から回収
される。一方、メッシュ部材16を通過した冷却液は、タ
ンク18に回収される。前記金属粉末は、順次、遠心分離
機等の適宜の脱液装置により脱液された後、乾燥されて
製品粉末となる。

【００２１】図３は本発明の他の実施例における製造装
置の要部であり、本例では、冷却用筒体１は筒体軸心が
鉛直方向に設置されており、下蓋10は排液が容易なよう
に中央部が凸状に形成されている。また、噴射るつぼ２
の下部にはノズル部25が設けられ、該ノズル部25が上蓋
５の貫通穴を介して冷却液層31の内側の空間部15に突出
しており、その下部に冷却液層31に指向するノズル孔21
が開孔している。

【００２２】なお、上記各実施例では、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、層厚調整用フランジを
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、冷却液の排出口12として、筒体１と下蓋
10との間にスリットを形成したが、スリットを設けるこ
となく、筒体内周面に接線方向から開口した排出管を一
個又は複数個設けてもよい。尚、図例では、層厚調整用
リング６は断面方形状であるが、これに限らず、例えば
リング上面の外周縁から下面の内周縁にかけて漸次縮径
する曲面で形成してもよい。

【００２３】また、上記実施例においては、噴射るつぼ
２内の溶融金属32は、圧媒を作用させて加圧することに
よりノズル孔21から噴射したが、圧媒を作用させること
なく、溶融金属32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21から噴射 (噴出) して、冷却液層に供給してもよ
い。

【００２４】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
適用することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、冷
却用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、噴射ノズルに孔詰りも生じない。

【００２６】また、金属粉末の生産を開始するに当た
り、外部に連通する冷却液排出口も、これを通して流出
する冷却液により閉塞状態として、上蓋および下蓋間の
閉塞空間に対し、不活性ガスの供給、もしくは空気の排
気により雰囲気置換を行うので、この置換をより短時間
で行うことが可能であり、また、不活性ガス雰囲気とす
る場合には、不活性ガスの供給量をより少なくすること
ができる。

【００２７】このようにして雰囲気置換を行った後、溶
融金属供給容器の供給孔より溶融金属が冷却液層に供給
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おける金属粉末製造装置の
要部断面全体配置図である。

【図２】図１のＡーＡ線断面図である。

【図３】他の金属粉末製造装置の要部断面図である。

【図４】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) ３ ポンプ ５ 上蓋 ７ 冷却液噴出管 10 下蓋 12 冷却液排出口 14 連通管（雰囲気置換手段） 15 空間部 21 ノズル孔 (供給孔) 31 冷却液層 32 溶融金属

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−177903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−41707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−167807（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−64456（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−49769（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上蓋および下蓋を備えかつ底部側周壁に
   冷却液排出口を有する冷却用筒体の上部側内周面に沿っ
   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と共に、冷却液排出口を
   通して冷却液層底部側から旋回方向に沿って流出する流
   出冷却液により該冷却液排出口を閉塞状態とし、 冷却液層の内側でかつ上蓋および下蓋によって上下が閉
   塞された空間部に、この空間部を不活性ガス雰囲気に置
   換すべく不活性ガスを供給し、その後、該空間部に開孔
   した溶融金属供給容器の供給孔より溶融金属を冷却液層
   に供給して溶融金属を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】 上蓋および下蓋を備えかつ底部側周壁に
   冷却液排出口を有する冷却用筒体の上部側内周面に沿っ
   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と共に、冷却液排出口を
   通して冷却液層底部側から旋回方向に沿って流出する流
   出冷却液により該冷却液排出口を閉塞状態とし、 冷却液層の内側でかつ上蓋および下蓋によって上下が閉
   塞された空間部の空気を排気し、その後、該空間部に開
   孔した溶融金属供給容器の供給孔より溶融金属を冷却液
   層に供給して溶融金属を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。
3. 【請求項３】 溶融金属供給容器内に収容された溶融金
   属の自重により供給孔から溶融金属を噴出させて冷却液
   層に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の
   金属粉末の製造方法。
4. 【請求項４】 冷却液層が内周面に沿って形成される冷
   却用筒体と、 冷却用筒体の上部側から溶融金属を冷却液層に供給する
   ための溶融金属供給容器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
   液層が形成されるよう に、冷却用筒体における上部側
   に、内周面に沿って略接線方向から冷却液を噴出供給す
   るための冷却液噴出管が接続される一方、 冷却用筒体の内部空間をその上方空間から区画する上蓋
   と、冷却用筒体の底部を塞ぐ下蓋とが設けられると共
   に、 冷却用筒体における底部側周壁に、冷却液層底部側の旋
   回冷却液がその旋回方向に排出される冷却液排出口が形
   成され 、かつ、冷却液層内側空間の雰囲気を置換するための雰囲気置換
   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。