JP3652993B2 - 焼結合金用球状水素化チタン粉末とその粉末の製造方法並びに焼結合金の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末冶金や添加材、水素吸蔵用等に用いられる球状水素化チタン粉末とその製造方法に関し、粉末の流動性及び充填性に優れた球状水素化チタン粉末及びその球状水素化チタン粉末を母材とするモリブデンまたはタングステンとの焼結合金の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
粉末冶金や添加材、水素吸蔵用等に用いられる水素化チタン粉末は、従来からスポンジチタンやチタン溶製材を水素雰囲気中で加熱し、水素化チタンとして水素脆化させたのち、ボールミルなどにより機械的に粉砕して製造していた。このように機械的粉砕により製造された水素化チタン粉末は、形状が不定形で粉体の流動性が悪く、見かけ密度が小さいため型への充填性が劣り、また粉末の表面積が大きいため酸素の吸収が多くなり酸素濃度が高く、粉砕時に金属不純物が混入するなどの問題があった。
【0003】
上記従来の水素化チタン粉末に見られる問題点を改善するものとして、水素化・脱水素法によりチタン系粉末を製造する際、脱水素後のチタン粉焼結塊を、衝撃・打撃を加える粉砕機構による機械的手段により粉砕して角の取れた粒子とすることにより、見かけ密度が大きく流動性に優れたチタン系粉末に転化させる製造方法が提案されている(特開平5−163508号公報を参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の水素化チタン粉末には多くの問題点があり、また上記改善されたチタン系粉末の製造方法では、脱水素後のチタン粉焼結塊を機械的に粉砕処理するため、粉砕時の金属汚染を避けることができない欠点があった。
【0005】
本発明は、上記従来技術に見られる欠点を排除するため、機械的に衝撃・打撃を加える粉砕処理を行うことなく、高い粉末流動性があり、見かけ密度が大きく型への充填性の良い焼結合金用球状水素化チタン粉末及びその球状水素化チタン粉末による焼結合金の製造方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、チタン系水素化粉末の特性について検討した結果、チタン系水素化粉末を粉末冶金などで使用する場合に、金型やゴム型に充填するには高い粉末流動性と見かけ密度が大きく填性の良いことが必要であり、殊に、冷間あるいは熱間で固化成型するものには充填性が重要であり、高い粉末流動性と充填性を得るには球状水素化チタン粉末の使用が有効であること、また合金成分材料として微細金属粉末と混合して焼結合金を作る際にはチタン水素化粉末の粉末粒度の大きさを制限する必要のあることを知った。本発明は、これらの知見に基づいて、次のように完成したのである。
【0007】
本発明の焼結合金用球状水素化チタン粉末は、ガスアトマイズ法で得られた粉末粒度が150μm以下の球状チタン粉末で、水素化処理後にさらに解砕処理され、粉末流動性及び充填性に優れていることを特徴とする。
【0008】
また、本発明の焼結合金用球状水素化チタン粉末の製造方法は、ガスアトマイズ法で得られた粉末粒度が 150 μ m 以下の球状チタン粉末に、加熱真空雰囲気で水素を作用させる水素化処理を施した後、さらに水素化処理で結合した粉末を解砕処理して、粉末粒度が150μm以下の粉末流動性及び充填性に優れた球状水素化チタン粉末を得ることを特徴とする。
【0009】
本発明のチタン-モリブデンまたはチタン-タングステン焼結合金の製造方法は、ガスアトマイズ法で得られた粉末粒度が 150 μ m 以下の球状チタン粉末を水素化処理しさらに解砕処理して得た粉末粒度150μm以下の球状水素化チタン粉末と、モリブデンまたはタングステンの粉末とを混合したチタン - モリブデンまたはチタン - タングステン焼結合金粉末を焼結することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明による合金粉末製造用の球状水素化チタン粉末の製造を、図1の装置例に基づいて説明する。原料の球状チタン粉末を水素化するための水素化炉1は、内部に原料を入れるための収容皿3があり、下部の狭窄部は外周にヒーター2を設けて加熱部7とする。収容皿3に粉末粒度が150μm以下の球状チタン粉末8を入れ、その周囲は加熱部7を含めてスポンジチタン4を充填し、炉頂に設けた排気管6から炉内の空気を抜いて、安全性を確保するために必要な真空度まで真空引きし、ヒーター2に通電して加熱部7のスポンジチタンを加熱する。加熱したのち、炉底に設けた送入管5から水素ガスを炉内に送入すると、水素化反応によりスポンジチタン及び球状チタン粉末は水素化され、その球状チタン粉末は球状のまま粉末粒度が150μm以下の水素化チタンとなる。
【0011】
図2は他の水素化炉1を使って球状純チタン粉末を水素化する場合である。この水素化炉1は原料の粉末粒度が150μm以下の球状チタン粉末8を入れた複数の収容皿3を積み重ねて置くように構成されている。炉頂に設けた排気管6から炉内の空気を抜いて、安全性を確保するために必要な真空度まで真空引きし、炉の外周に設けたヒーター2により加熱する。加熱したのち、炉頂に設けた送入管5から水素ガスを炉内に送入すると、水素化反応により球状チタン粉末は球状のまま粉末粒度が150μm以下の水素化チタンとなる。
【0012】
上記チタンと水素の水素化反応は発熱反応のため、その反応熱により隣設するチタン粉末の水素化反応が連続的に進行するため、チタン粉末全体を加熱昇温することなく、始め一部のチタン粉末を加熱昇温して水素化反応をさせ、その反応熱を利用して隣設するチタン粉末を順次水素化反応させることもできる。
【0013】
上記のごとく水素化反応により生成した水素化チタン粉末は、粉末同士が軽く焼結するため、ボールミルなどで軽く粉末化させる。この場合、粉末同士の軽度の焼結を解きほぐす程度、例えばボールミルでは約10分程度の処理を行い、必要以上の処理により球状を破壊してはならない。なお、できた球状水素化チタンは、必要があれば粉末粒度を調整するため分級化を行うこともできる。
【0014】
本発明において、原料に粉末粒度が150μm以下の球状チタンを使用するのは、例えば粉末粒度が10μm程度以下の微粉として製造されるモリブデン粉末やタングステン粉末と混合して合金粉末を製造する場合、チタン粉末粒度が150μmを超えて大きなチタン粉末を使用すると均一に混合することができず、また大きなチタン粉末と微細なモリブデン粉末やタングステン粉末を均質に合金化させることができないため、均質な焼結合金粉末が製造できないためである。
【0015】
また、粉末粒度が150μm以下の原料チタンとしては、スポンジチタンや水素化・脱水素化法により製造された粉体を分級すれば、一部に微細な粉体を得ることができる。しかし、これらの粉体は、形状が不定形で流動性が悪く、そのため酸素濃度が高く、かつ金属不純物が含まれるため、品質の高いチタン合金粉末を製造するのには不向きである。従って、本発明においては粉末粒度が150μm以下で粉末流動性及び充填性に優れた球状チタン粉末を原料として使用することにより、均質な焼結合金粉末を製造できるのである。そのためには、非接触誘導溶解によるガスアトマイズ法により作られた、不純物汚染の極めて少ない高純度で粉末粒度が150μm以下の球状チタン粉末を使用することが望ましい。
【0016】
【実施例】
実施例1
ガスアトマイズ法により製造された、粉末粒度150μm以下の純チタン球状粉末を幅400mm、奥行き500mm、深さ80mmのステンレス製の蓋付きの収容皿3に40kg入れて、図1の水素化炉1にセットした。上記蓋付きの収容皿3には、ガスが流通するのに十分な隙間もしくは複数の小孔が設けられている。そのため、収容皿3に入れられた純チタン球状粉末の水素化反応に必要な水素が隙間または小孔から十分に供給される。
【0017】
上記のごとく原料を充填した炉内を6.6661Paまで真空引きしたのち、ヒーター2に通電して炉内を650℃に加熱・昇温して純度99.99%以上の水素を送入した。このとき、水素化反応は、収容皿3の周囲を覆ったスポンジチタンの加熱部7から起こり、発生する反応熱が順次スポンジチタン4の上部に伝わり、更に反応熱が収容皿3に伝わり、皿内の球状チタン粉末8の水素化が進行した。そして、炉内の圧力計により水素吸収が終了したことを確認した後、炉内をアルゴンガスで置換して常温まで冷却した。
【0018】
冷却した炉から水素化チタン粉末を取出し、容量が30リットルのチタン製ボールミルに、その水素化チタン粉末30kgと解砕用の直径10〜40mmのチタン製ボール10kgを入れ、回転数80rpmで10分間運転した。得られた水素化チタン粉末は、外観がほとんど球状をしており、その粉末特性を表1に示す。図1は、水素化スポンジチタン粉末製造用の水素化炉であるが、収容皿3を用いることにより水素化炉を何ら改造することなく、通常行われるスポンジチタンの水素化と同時に球状水素化チタン粉末を得ることができた。
【0019】
実施例2
ガスアトマイズ法により製造された、粉末粒度150μm以下の球状チタン粉末を幅500mm、奥行き600mm、深さ100mmのステンレス製の収容皿3の5枚に、それぞれ各75kg(合計375kg)を入れて、図2の水素化炉1に上下に重ね合わせてセットした。炉内を2×10-3Torrまで真空引きしたのち、ヒーター2に通電して炉内を700℃に加熱・昇温して純度99.99%以上の水素を送入した。そして、炉内の圧力計により水素吸収が終了したことを確認した後、炉内をアルゴンガスで置換して常温まで冷却した。
【0020】
冷却した炉から水素化チタン粉末を取出し、容量が30リットルのチタン製ボールミルに、その水素化チタン粉末30kgと解砕用の直径10〜40mmのチタン製ボール12kgを入れ、回転数80rpmで10分間運転した。得られた水素化チタン粉末は、実施例1と同様に、外観がほとんど球状をしており、その粉末特性を表1に示す。
【0021】
実施例3
実施例2により製造した球状水素化チタン粉末104gとタングステン粉末900gをV型混合機で混合し、該混合粉末を直径30mmのホットプレス用ダイスに充填し、3×10-4torrまで真空排気した。そして、650℃で10時間加熱して水素発生がなくなったことを確認した後、1250℃×250kg/mm2×1Hrの条件でホットプレスを行った。得られたチタン−タングステン合金焼結体の特性を表2に示す。
【0022】
比較例1
粒径が12.7mm以下のスポンジチタンを、図1に示す水素化炉1にセットした。炉内を4×10-3Torrまで真空引きしたのち、ヒーター2に通電して加熱部7を650℃に加熱・昇温して純度99.99%以上の水素を送入した。このとき、水素化反応は、炉底側のスポンジチタンから起こり、発生する反応熱が順次スポンジチタンの上部に伝わり、炉内の全スポンジチタンが水素化された。そして、炉内の圧力計により水素吸収が終了したことを確認した後、炉内をアルゴンガスで置換して常温まで冷却した。
【0023】
冷却後に炉から水素化スポンジチタンを取出し、容量が30リットルのチタン製ボールミルに、その水素化スポンジチタン20kgと解砕用の直径10〜40mmのチタン製ボール12kgを入れ、回転数80rpmで90分間運転した。得られた水素化チタン粉末の外観は、粉砕により全て不定形をしていた。この粉末を150μm以下に分級したものの粉末特性を表1に示す。
【0024】
比較例2
比較例1により製造した不定形水素化チタン粉末104gとタングステン粉末900gをV型混合機で混合し、該混合粉末を直径30mmのホットプレス用ダイスに充填し、3×10-4torrまで真空排気した。そして、実施例3と同様に、650℃で10時間加熱して水素発生がなくなったことを確認した後、1250℃×250kg/mm2×1Hrの条件でホットプレスを行った。得られたチタン−タングステン合金焼結体の特性を表2に示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
上記結果より、本発明の実施による水素化チタン粉末は、いずれもほとんど球状をしており、比較例の不定形のものに比べて、流動度が良く充填密度が高く充填性に優れていることがわかる。また、表1から両者の水素含有量には差異が認められないが、鉄含有量は本発明の実施による球状水素化チタンの含有量が著しく微量であることがわかる。また、表2から本発明の実施による球状水素化チタン粉末を使用したチタン−タングステン焼結合金は、不定形水素化チタン粉末を原料として作った比較例2のチタン−タングステン焼結合金に比べ、焼結密度が高く、不純物が少なく、優れた焼結合金が得られることがわかる。
【0028】
【発明の効果】
本発明の実施による球状チタン粉末を原料として、機械的に粉砕することなく直接水素化することにより、従来の水素化後に機械的に粉砕した水素化チタン粉末に比べて優れた流動性と充填性を備えた球状水素化チタン粉末を製造することができ、粉末冶金法による焼結合金製造用に最適な原料として提供できる。また、原料の粉末粒度を小さい範囲に限定することにより、粉末粒度が極めて小さい微粉末として製造される微細金属粉末と焼結する場合にも均質な焼結合金粉末が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の球状水素化チタン粉末を製造するための水素化炉の一例を示す説明図である。
【図2】本発明の球状水素化チタン粉末を製造するための水素化炉の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 水素化炉
2 ヒーター
3 収容皿
4 スポンジチタン
5 送入管
6 排気管
7 加熱部
8 球状チタン粉末
Claims (3)
- ガスアトマイズ法で得られた粉末粒度が150μm以下の球状チタン粉末で、水素化処理後にさらに解砕処理された、粉末流動性及び充填性に優れた焼結合金用球状水素化チタン粉末。
- ガスアトマイズ法で得られた粉末粒度が 150 μ m 以下の球状チタン粉末に、加熱真空雰囲気で水素を作用させる水素化処理を施した後、さらに水素化処理で結合した粉末を解砕処理して、粉末粒度が 150 μ m 以下の粉末流動性及び充填性に優れた球状水素化チタン粉末を得る焼結合金用球状水素化チタン粉末の製造方法。
- ガスアトマイズ法で得られた粉末粒度が 150 μ m 以下の球状チタン粉末を水素化処理しさらに解砕処理して得た粉末粒度150μm以下の球状水素化チタン粉末と、モリブデンまたはタングステンの粉末とを混合したチタン-モリブデンまたはチタン-タングステン焼結合金用粉末を焼結する焼結合金の製造方法。
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CN106623952A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-10 | 南京理工大学 | 一种表面微氢化的钛或钛合金粉末的制备方法 |
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