JPH01205A

JPH01205A - 粉末製造装置

Info

Publication number: JPH01205A
Application number: JP62-227325A
Authority: JP
Inventors: 秀昭水上; 健太郎森; 尾関　昭矢; 中川　大隆
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1987-09-10
Publication date: 1989-01-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、粉末冶金等に使用する金属粉末を製造する
粉末製造装置に関する。

〔従来の技術〕

粉末冶金は、金属又は合金の粉末を型に装入して加圧成
形し、次いでこの成形体を焼結させることにより金属製
品又は金属塊を製造する技術である。粉末冶金において
は、成分元素の偏析が起らないこと、難加工材料の製品
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、非平衡相を現出させることが可能なこと
等、溶製材では得ることができない種々の利点があり、
また、二次的な切削加工を省略できるという利点がある
。このため、粉末冶金に適用される種々の粉末製造技術
が開発されている。

この中で、噴霧法は、工業的規模での生産が可能であり
、比較的簡単な設備で粉末を製造することができるので
広く用いられている。

噴霧法のうち代表的なものとしては、アルゴンガス噴霧
法及び真空噴霧法の２種類ある。第５図はアルゴンガス
噴霧法を示す模式図である。アルゴンガス噴霧法におい
ては、容器２に貯留された溶湯１が、容器２の底部に設
けられたノズル３より流出し、流出する溶湯流にアルゴ
ンガス４を高エネルギで吹付けて溶湯を噴霧化すること
により粉体５を得る。このようなアルゴンガス噴霧法で
は、製造量が１０００ｔｏｎ／年程度可能である。

第６図は真空噴霧法を示す模式図である。真空噴霧法に
おいては、容器１２内の溶湯１１に高圧ガス１５を吹込
んで溶湯１１にガス１５を過飽和に含有させ、溶湯とガ
スの混合物を、ノズル１３・を介して、適当な排気手段
で減圧された真空槽１４に放出させ、溶湯１１をガス１
５の膨張圧で噴霧飛散させることにより粉体１６を得る
。

前記のガス噴霧法および真空噴霧法と同様の生産規模で
組織が微細で均一な粉末を製造することができる方法と
して急速凝固法がある。第７図は、急速凝固法を示す模
式図である。この急速凝固法においては、高周波コイル
２２に高周波電流を付与することにより容器２１内で金
属塊を溶解して生成した溶湯２３を高速回転するディス
ク２４上に落下させ、このディスク２４の回転により溶
湯２３を飛散させる。そして、この飛散した溶湯２３を
水素ガス又はヘリウムガス等の熱電４率の高い冷却媒体
により急速凝固させる。

他の粉末製造方法として回転電極法及び遠心造粒法があ
る。第８図は回転電極法を示す模式図である。回転電極
法においては、第８図に示すように、消耗電極３１と非
消耗電極３２の間にアーク３３を形成し、この際に、消
耗電極３１をモータ等の回転手段（図示せず）で高速に
回転させて、消耗電極３１が溶融して生成する液滴３４
を飛散させることにより粉体３５を得る。

第９図は遠心造粒法を示す模式図である。遠心造粒法に
おいては、アルゴンガス雰囲気下で回転可能に設置され
たるつぼ４１と、延長に設置された電極４２との間にア
ーク４３を形成し、るつぼ４１を水冷しながら回転させ
て電極４２が溶融して形成された液滴４４をるつぼ４１
内に滴下することにより、液的４４を飛散させて粉末を
生成する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、アルゴンガス噴霧法の場合は、溶湯１を
貯留する容器２、ノズル３及び噴霧ガス４から不純物が
混入する戊があり、真空噴霧法及び急速凝固法の場合に
は夫々容器１２．２１から不純物が混入する虞があるた
め、Ｔｉ、　Ｔｉ合金、高合金及び超合金用粉末等の高
純度の粉末を製造することが困難であるという問題点が
ある。また、急速凝固法においては溶湯流の落下位置が
常に回転ディスクの一点に集中しているため、この位置
でディスク材の溶損が発生し不純物が混合してしまう。

回転電極法の場合には、粒径の小さい粉末を得るために
は、電極３１を高速回転させる必要があり、そのため電
極の加工精度がきびしく、回転機構も複雑となる。この
場合の電極径は最大６０龍φ程度である。これらのこと
から装置の大型化が困難であり生産性が乏しく　１００
　ｔｏｎ／年程度にすぎないという問題点がある。また
６０鰭φ程度の回転電極棒を製造するコストも高く、こ
の結果粉末コストが高くなる。

遠心造粒法の場合も、回転電極法と同様に粒径の小さい
粉末を得るためには、電極を兼ねるるつぼ４１を高速度
回転させる必要があり、そのためるつぼの加工精度がき
びしく、回転機構も複雑となる。これらのことから装置
の大型化が困難であり、生産性に乏しい。

本発明の目的は、以上のような事情に鑑みてなされたも
のであって、Ｔｉｓ　Ｔｉ合金、高合金及び超合金等に
使用される高純度の粉末を生産性が高く、効率良く、低
コストで、しかも所望の粉末粒径のものを安定して製造
することができ、かつ装置構成が機構上簡単な粉末製造
装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る粉末製造装置は、間隔をおいて設置され
、その少なくとも一方が消耗電極からなる複数の電極を
備え、これら電極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、上面外周に環状の側壁部を
突設し、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を特徴
とする。

〔作　用〕

この発明においては、複数の電極間にアークを形成させ
、このアークにより電極が溶融して生成した液滴を回転
しているディスク上に落下させる。

そうすると、この液滴はディスクの回転による遠心力に
より周囲に飛敗し、ディスクの側壁に当たってここを上
昇した後、冷却用雰囲気ガスで瞬時に冷却して粉末とな
る。

この場合すべての電極を消耗電極で構成した場合はその
各電極の消耗に対応して、液滴がディスク上に落下する
ように、各電極を駆動して適長間隔に調節する。対向す
る電極が消耗電極と非消耗電極の場合には、消耗電極の
消耗に対応して、液滴がディスク上に落下するように消
耗電極を駆動して適長間隔に調節する。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して、この発明について具体的に
説明する。第１図は、この発明の実施例に係る粉末製造
装置である。チャンバ５７は真空ポンプ等の排気手段（
図示せず）に接続されており、また、ガス導入口６０が
設けられていて、その内部は減圧下又はガス雰囲気下、
例えば、アルゴンガス若しくはヘリウムガス雰囲気下に
保持されるようになっている。チャンバ５７内には、例
えば製造せんとする粉末と同一組成の一対の電極５１が
、その長手方向を一致させて電極駆動装置５０により適
長間隔に設置されている。この電極５１には電源５６か
ら電流が供給され、電極５１間にアーク５２が形成され
るようになっている。

このアーク５２により電極５１の対向端部が溶融し液滴
５３が生成される。

電極５１の下方にはディスク５４が、その面を上方に向
けて回転可能に設置されており、回転装置５８により、
鉛直方向に延長する軸５９を中心として例えば、３０．
ＯＯＯｒｐｍの回転数で高速回転さるようになっている
。このディスク５４は、上面に環状の側壁部（５４ａ）
を突設しており、この側壁部の内側に前記液滴５３が落
下するようになっている。

このように構成された粉末製造装置においては、先ず、
電源５６により電極５１に給電してアーク５２を形成し
、このアーク５２により電極５１の対向端部を溶融させ
る。そして、この電極５１が溶融して生成した液滴５３
を下方に設置されたディスク５４上に滴下させる。この
場合に、ディスク５４は、回転装置５８により回転され
ているので、液適５３はディスク５４に落下すると同時
に、その遠心力によりディスクの側壁部５４ａに飛散し
、冷却用雰囲気ガスで瞬時に冷却されて粉末５５となる
。このように、例えば、製造せんとする粉末と同一組成
の消耗電極を使用しているので、ディスク及び非消耗電
極からの不純物混入がなく、粉末に対する汚染源が極め
て少ない。また、一対の電極の双方とも消耗電極とでき
るため製造速度が速い。更に、電極を高速回転する必要
がないので、装置の機構上簡単である。また同じ理由に
より、大径の電極を使用でき、このため電極の製造コス
トを安くすることができる。なお、相対向する電極５１
を互いに同一方向又は反対方向に緩やかに回転させる回
転装置を設けることにより、電極５１が均一に溶解し、
アーク５２の形成に好ましい状態となる。

また、消耗電極５１は溶解中に電極駆動装置５０により
、前方へ供給され消耗電極の間隔が常に一定になるよう
になっている。

本発明では、ディスクの上面に側壁を突設しているが、
これは次の理由による。電極の先端で形成される液滴は
、その落下速度が一定せず、また滴下位置も一定してい
ない。このため上面が平滑なディスクを使用すると、そ
の飛散状態が不安定となり、例えば滴下位置で液滴の一
部が跳上がったり、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
い粉末が得られてしまう問題がある。本発明では、側壁
を突設することにより、液滴が確実にディスクの周縁か
ら飛散することにより、飛散状態を安定化し所望粒径の
粉末を得ることができる。ディスクの側壁の内径は、２
００μｍ以下の粉末を得る目的では、ディスクの１５０
０Ｏｒｐｍ　〜３００００ｒｐｍの回転時では、５０〜
２００龍が好適である。また側壁の高さは、あまり低い
と遠心力が十分働かず、高すぎるとディスクの高速回転
が困難となるため、１０鰭〜１００ｍｍ程度が好適であ
る。側壁の形状としては、第４図（ａｌないしくｆ）に
断面で示した各種の形状のものを使用することができる
。なお同図（ｇ）は、第４図（ａｌのディスクの平面図
である。

ディスクの材質としては、グラファイト、ボロンナイト
ライド、ホウ化ジルコニウム（Ｚｒ［１ｇ）、水冷銅、
ステンレススチールなどがあげられる。

なおチタン又はチタン合金の粉末を製造する時には、こ
のディスクからの汚染を防ぐために、得ようとする粉末
と同じ素材でディスクを構成するのが好適である。

第２図はこの発明の他の実施例に係る粉末製造装置であ
る。ここでは第１図に示した粉末製造装置における対向
する消耗電極５１のうちの一つを非消耗電極６１に代え
た場合を示す。この非消耗電極６１と消耗電極５１との
間ではアークが形成され、このアークにより消耗電極の
端部（アーク側）が溶融し、液滴が形成される。消耗電
極５１との適長間隔を保持するために、消耗電極５１の
消耗に対応して電極駆動装置５０によって消耗電極５１
を移動供給することが出来る。

この発明においては、液滴は、電極の下方に設けられた
ディスク５４上に確実に落下することが必要である。

従って２、第２図の実施例のように電極の一方である非
消耗電極６１の端部（アーク側）が固定しているので、
第１図の実施例のように両方が消耗電極である場合に比
較して電極の端部（アーク側）の位置を調節することが
容易である。　　−非消耗電極６１は、公知の水冷銅又
は水冷タングステン電極などが使用出来る。不純物の混
入を極力防止する必要がある場合は、前記非消耗電極６
１を、消耗電極５１と同一材質とし、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極端に小さく
することにより、例えば断面積で２倍以上にすることに
より、その電極先端の溶融を防止し、非消耗電極として
使用することが出来る。

第３図は消耗電極５１に同一材質でかつ電極径を消耗電
極５１より太き（して非消耗型８ｉ６２とした場合の粉
末製造装置を示す。

以上のような本発明の粉末製造装置を使用すれば、溶湯
用の容器等の不純物の混入の虞れがない。

従来の回転電極法と比べて高速回転を必要としないので
、大径の電極を消耗電極として使用出来、１回の処理量
が大きく生産性が良好である。例えば、回転電極法が約
１０ｋｇ／チャージであるのに対して、本発明では約１
００ｋｇ／チャージ（消耗電極）であり、一対の消耗電
極では約２００ｋｇ／チャージが可能である。

また、ディスク径を小さくすることが可能であり、その
ため、回転数を大きくすることが出来、粒径の小さい粉
末を得ることが出来る。

なお、対向する電極を互いに、同−又は反対方向に緩や
かに回転させる回転装置を設けることにより、消耗電極
が均一に溶融し、アークの形成に好ましい状態となる。

次に第１図の装置を使用し、溶解材としてＴｉ　−６Ａ
Ｊ−４Ｖ合金を使用した実施例につき説明する。

ＶＡＲ溶解により溶製した１８０ｍｍφの消耗電極によ
り、溶解電流５０００　Ａで電極間にアークを発生せし
め消耗電極先端を溶融させた。下方に配置したディスク
の側壁部の内径は８０龍φ、高さは１５鶴であり、ディ
スクの回転速度２０．０００ｒｐｎ＋として溶融液滴を
ディスク上に落下させ、液滴を飛散して約１５０μｍの
粉末を得ることができた。尚この時の溶解速度は７ｋｇ
／＋ｍｉｎであった。

次に、この第１図に示すような実施例により高合金粉末
を製造した具体例について説明する。電極の材料として
第１表に示す組成のＮｉ基基台合金使用した。

このＮｉ基基金合金より、直径１５０ｍ−の円柱状の電
極を作成した。この電極を２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、５５００　Ａの
電流を供給し、電極間にアークを形成させた。この場合
の電極の溶解速度は７．４　ｋｇ　／分であった。ディ
スクの回転速度を１５００Ｏｒｐｍとして電極の溶融液
滴をディスク上に落下させたところ、。

液滴が周囲に飛散し、粒径約２００μｍの所望の粉末を
得ることができた。

〔発明の効果〕

この発明によれば、溶湯用の容器、ノズル、噴霧ガス、
るつぼ等を使用する必要がないので、それらからの不純
物の混入の虞がなく、高純度の粉末を得ることができる
。またこの発明に使用する消耗電極は、高速回転を必要
としないので、簡単な機構の装置で良く、電極も大型化
が可能であり、高生産速度を維持することが出来る。更
にディスクの上面に環状の側壁部を突設したので、ディ
スクに落下する液滴の落下速度、落下位置にばらつきが
あっても、液滴を確実に飛散して、所望の粉末を得るこ
とができる。このように、この発明は極めて利用価値が
高い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る粉末製造装置を示す
模式図、第２図及び第３図はこの発明の他の実施例に係
る粉末製造装置を示す模式図、第４図（ａ）〜（ｆ）は
本発明に係るディスクの断面図、同図（幻は第４図（ａ
）のディスクの平面図、第５図乃至第９図は従来の粉末
製造装置を示す模式図である。５０・・・電極駆動装置、５１・・・消耗電極、５２・
・・アーク、５３・・・液滴、５４・・・ディスク、５
５・・・粉末、５８・・・回転装置、６１．６２・・・
非消耗電極。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦ｊＩ４図ｓ　５　図第６′：３第　７　図第　８　目

Claims

【特許請求の範囲】

（１）間隔をおいて設置され、その少なくとも一方が消
耗電極からなる複数の電極と、これら電極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、上面外周に環状の側壁部を突設し、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てなる粉末製造装置。
（２）前記電極がすべて消耗電極である特許請求の範囲
第１項記載の粉末製造装置。
（３）前記電極は、水平方向に配置され、その軸線の延
長線が一致している特許請求の範囲第１項又は第２項記
載の粉末製造装置。
（４）電極に、その軸を中心として回転させる回転装置
を取付けた特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
か１に記載の粉末製造装置。