JPH05295408A - 傾斜機能材料を用いた急冷凝固粉の製造方法 - Google Patents
傾斜機能材料を用いた急冷凝固粉の製造方法Info
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- JPH05295408A JPH05295408A JP13001092A JP13001092A JPH05295408A JP H05295408 A JPH05295408 A JP H05295408A JP 13001092 A JP13001092 A JP 13001092A JP 13001092 A JP13001092 A JP 13001092A JP H05295408 A JPH05295408 A JP H05295408A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 遠心力噴霧法により急冷凝固粉を製造するに
際し、回転円盤として傾斜機能材料を用いることによっ
て粉末の歩留まりを向上させるための製造方法を提供す
る。 【構成】 セラミックスから金属に化学組成が傾斜的に
変化する傾斜機能材料を遠心力噴霧法における回転円盤
として使用することにより、円盤の耐熱性、熱衝撃性等
を改善し、急冷凝固粉、特に高融点の急冷凝固粉の製造
において歩留まりを良くする。
際し、回転円盤として傾斜機能材料を用いることによっ
て粉末の歩留まりを向上させるための製造方法を提供す
る。 【構成】 セラミックスから金属に化学組成が傾斜的に
変化する傾斜機能材料を遠心力噴霧法における回転円盤
として使用することにより、円盤の耐熱性、熱衝撃性等
を改善し、急冷凝固粉、特に高融点の急冷凝固粉の製造
において歩留まりを良くする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、遠心力噴霧法によって
急冷凝固粉を製造するに際し、回転円盤の材質として傾
斜機能材料を用いることにより、粉末の歩留まりを向上
させる方法に関するものである。
急冷凝固粉を製造するに際し、回転円盤の材質として傾
斜機能材料を用いることにより、粉末の歩留まりを向上
させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、新素材開発の重要性が叫ばれる中
で、粉末成形（粉末冶金）はその有力な開発手段として
注目され、その中でも特に「急冷凝固粉」が関心を集め
ている。ここで急冷凝固粉とは、溶解金属から粉末を製
造する際の冷却（凝固）速度を、従来からの一般的な粉
末製造法、例えば噴霧（アトマイズ）法の場合よりも更
に速くしたものである。この方法で製造された粉末は、
偏析が少なく微細・均質な金属組織を有し、また合金元
素を過飽和に固溶した組織となり得る。このような特徴
を有する急冷凝固粉は強度、靱性、耐熱性、耐摩耗性等
の機械的性質が優れ、合金組成によっては超塑性や形状
記憶等の機能性も発揮する。
で、粉末成形（粉末冶金）はその有力な開発手段として
注目され、その中でも特に「急冷凝固粉」が関心を集め
ている。ここで急冷凝固粉とは、溶解金属から粉末を製
造する際の冷却（凝固）速度を、従来からの一般的な粉
末製造法、例えば噴霧（アトマイズ）法の場合よりも更
に速くしたものである。この方法で製造された粉末は、
偏析が少なく微細・均質な金属組織を有し、また合金元
素を過飽和に固溶した組織となり得る。このような特徴
を有する急冷凝固粉は強度、靱性、耐熱性、耐摩耗性等
の機械的性質が優れ、合金組成によっては超塑性や形状
記憶等の機能性も発揮する。
【０００３】急冷凝固粉の製造方法としては各種のもの
があるが、その一種として図１で示した遠心力噴霧法が
ある。この方法の場合、以下に述べる問題点が克服され
れば、粉末が大量生産できる可能性があるので、今後、
急冷凝固粉の有力な製造手段として発展する可能性があ
る。なお、この方法は遠心噴霧法あるいは回転円盤噴霧
法と呼ばれることこともある。
があるが、その一種として図１で示した遠心力噴霧法が
ある。この方法の場合、以下に述べる問題点が克服され
れば、粉末が大量生産できる可能性があるので、今後、
急冷凝固粉の有力な製造手段として発展する可能性があ
る。なお、この方法は遠心噴霧法あるいは回転円盤噴霧
法と呼ばれることこともある。
【０００４】本方法による粉末の製造工程を、当所に設
置している図１の装置を用いて説明する。先ず、図１に
おけるチャンバーと溶解用ルツボを真空あるいは保護ガ
ス雰囲気の状態とした後、溶解原料を高周波炉で溶か
す。次に、この溶湯を高速回転（最高22,000rpm）して
いる円盤上へ噴射させる。噴射された溶湯は回転円盤の
遠心力によって噴霧化され、飛散中に冷却用のヘリウ
ム、アルゴン、窒素等のガスを吹き付けることにより、
急冷凝固粉となる。
置している図１の装置を用いて説明する。先ず、図１に
おけるチャンバーと溶解用ルツボを真空あるいは保護ガ
ス雰囲気の状態とした後、溶解原料を高周波炉で溶か
す。次に、この溶湯を高速回転（最高22,000rpm）して
いる円盤上へ噴射させる。噴射された溶湯は回転円盤の
遠心力によって噴霧化され、飛散中に冷却用のヘリウ
ム、アルゴン、窒素等のガスを吹き付けることにより、
急冷凝固粉となる。
【０００５】遠心力噴霧法において急冷凝固粉を製造す
るに際して、原料地金から粉末化される際の歩留まり、
すなわち原料地金の重量に対する製造された粉末重量の
比（＝製造された粉末重量／原料地金の重量）は、回転
円盤上での溶解状の原料地金、すなわち溶湯の挙動によ
り大幅に左右される［ここで粉末とは850μm(ミクロン)
以下のものを粉末と定義する。なおJIS Z2500によれ
ば、最大寸法1mm以下の粒子の集合体を粉末を定義して
いる］。そのため溶湯と回転円盤との適合性が問題とな
る。しかし、回転円盤として適当なものが見い出されて
いない状態である。そこで回転円盤に適した材料を見い
出し、粉末の歩留まりを良くする方法が求められてい
る。
るに際して、原料地金から粉末化される際の歩留まり、
すなわち原料地金の重量に対する製造された粉末重量の
比（＝製造された粉末重量／原料地金の重量）は、回転
円盤上での溶解状の原料地金、すなわち溶湯の挙動によ
り大幅に左右される［ここで粉末とは850μm(ミクロン)
以下のものを粉末と定義する。なおJIS Z2500によれ
ば、最大寸法1mm以下の粒子の集合体を粉末を定義して
いる］。そのため溶湯と回転円盤との適合性が問題とな
る。しかし、回転円盤として適当なものが見い出されて
いない状態である。そこで回転円盤に適した材料を見い
出し、粉末の歩留まりを良くする方法が求められてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】遠心噴霧法により急冷
凝固粉を製造する場合において、粉末の歩留まりを向上
させるために、本発明者らは鋭意検討を重ね、その結
果、回転円盤として傾斜機能材料を用いることにより、
歩留まりを良くする方法を提案するものである。
凝固粉を製造する場合において、粉末の歩留まりを向上
させるために、本発明者らは鋭意検討を重ね、その結
果、回転円盤として傾斜機能材料を用いることにより、
歩留まりを良くする方法を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の方法は、遠心力噴霧法において急冷凝固粉を
製造するに際し、回転円盤として傾斜機能材料を用いる
ことを特徴とする粉末の製造法である。
の本発明の方法は、遠心力噴霧法において急冷凝固粉を
製造するに際し、回転円盤として傾斜機能材料を用いる
ことを特徴とする粉末の製造法である。
【０００８】さらに具体的に説明すると、遠心力噴霧法
による粉末製造で重要な点は、回転円盤の材質・形状・
回転数、急冷凝固用冷却ガスの種類・噴射量、溶湯の温
度・噴出量等であるが、中でも回転円盤の材質や形状が
特に重要である。
による粉末製造で重要な点は、回転円盤の材質・形状・
回転数、急冷凝固用冷却ガスの種類・噴射量、溶湯の温
度・噴出量等であるが、中でも回転円盤の材質や形状が
特に重要である。
【０００９】回転円盤が材質的に具備すべき条件として
は、遠心力に耐えうる機械的強度、溶湯温度に耐えるだ
けの耐熱性と耐熱衝撃性、溶湯との無反応性及び溶湯が
回転円盤の遠心力を十分に受けるために溶湯との適度の
濡れ性を有すること、高速回転するために軽量であるこ
と等があげられる。その他、発明者らが用いる装置のよ
うに、回転円盤の予熱・冷却を行わない方式では、熱伝
導率及び熱容量の小さい回転円盤を用いて、溶湯の熱を
出来るだけ奪わずに溶湯の粘性低下を抑えることが重要
である。
は、遠心力に耐えうる機械的強度、溶湯温度に耐えるだ
けの耐熱性と耐熱衝撃性、溶湯との無反応性及び溶湯が
回転円盤の遠心力を十分に受けるために溶湯との適度の
濡れ性を有すること、高速回転するために軽量であるこ
と等があげられる。その他、発明者らが用いる装置のよ
うに、回転円盤の予熱・冷却を行わない方式では、熱伝
導率及び熱容量の小さい回転円盤を用いて、溶湯の熱を
出来るだけ奪わずに溶湯の粘性低下を抑えることが重要
である。
【００１０】このような知見に基づき、これまで各種の
材料を回転円盤として用いてきた。すなわち、溶湯温度
が約600℃の比較的低温であるZn-22Al超塑性合金粉末を
遠心力噴霧法で製造するに際しては、回転円盤としてS4
5C炭素鋼と黒鉛(グラファイト)を用いた。また溶湯温度
が約1000℃であるAl系のAl(99.999%)、Al-33Cu、Al-8
F、Al-10Mn、Al-5Cr、Al-25Si急冷凝固粉の製造に際し
ては、黒鉛を用いた。一方、溶湯温度が約1300℃である
Cu系のCu-4Al急冷凝固粉に対しては黒鉛、Cu-21Zn-6Al
急冷凝固粉に対してはZrO2皮膜円盤（基材S45C）、Cu-1
4Al-3Ni-0.55Zr急冷凝固粉に対してはサイアロン系セラ
ミックス、Cu-25Sn急冷凝固粉に対してはZrO2-8%Y2O3、
Cr2O3、Al2O3-40%TiO2、Al2O3溶射皮膜（基材S45C）を
用いた。更に溶湯温度が約1500℃以上であるステンレス
系のFe-17Cr-13Ni-3Mo急冷凝固粉に対してはZrO2皮膜を
用い、Fe-24Cr-5Ni-1Mo急冷凝固粉に対してはSS41、S45
C、タングステン、ZrO2・Al2O3・SiO2-Al2O3溶射皮膜
(基材S45C)、SiO2-Al2O3多孔質体、サイアロン系セラミ
ックスを用いて実験を行った。
材料を回転円盤として用いてきた。すなわち、溶湯温度
が約600℃の比較的低温であるZn-22Al超塑性合金粉末を
遠心力噴霧法で製造するに際しては、回転円盤としてS4
5C炭素鋼と黒鉛(グラファイト)を用いた。また溶湯温度
が約1000℃であるAl系のAl(99.999%)、Al-33Cu、Al-8
F、Al-10Mn、Al-5Cr、Al-25Si急冷凝固粉の製造に際し
ては、黒鉛を用いた。一方、溶湯温度が約1300℃である
Cu系のCu-4Al急冷凝固粉に対しては黒鉛、Cu-21Zn-6Al
急冷凝固粉に対してはZrO2皮膜円盤（基材S45C）、Cu-1
4Al-3Ni-0.55Zr急冷凝固粉に対してはサイアロン系セラ
ミックス、Cu-25Sn急冷凝固粉に対してはZrO2-8%Y2O3、
Cr2O3、Al2O3-40%TiO2、Al2O3溶射皮膜（基材S45C）を
用いた。更に溶湯温度が約1500℃以上であるステンレス
系のFe-17Cr-13Ni-3Mo急冷凝固粉に対してはZrO2皮膜を
用い、Fe-24Cr-5Ni-1Mo急冷凝固粉に対してはSS41、S45
C、タングステン、ZrO2・Al2O3・SiO2-Al2O3溶射皮膜
(基材S45C)、SiO2-Al2O3多孔質体、サイアロン系セラミ
ックスを用いて実験を行った。
【００１１】その結果、溶湯温度が低いZn系やAl系急冷
凝固粉の場合には円盤材質の選定は比較的緩やかで、黒
鉛製の回転円盤を用いることにより一応ある程度の歩留
まりを達成することができた。またCu系急冷凝固粉にお
いては、溶射皮膜回転円盤、耐熱衝撃性を改善したサイ
アロン系セラミックスにより、ある程度の歩留まりを図
ることができた。
凝固粉の場合には円盤材質の選定は比較的緩やかで、黒
鉛製の回転円盤を用いることにより一応ある程度の歩留
まりを達成することができた。またCu系急冷凝固粉にお
いては、溶射皮膜回転円盤、耐熱衝撃性を改善したサイ
アロン系セラミックスにより、ある程度の歩留まりを図
ることができた。
【００１２】しかし、ステンレス系材料のように溶湯温
度が高くなると、粉末の製造が指数関数的に厳しくなる
ことを体験した。すなわち、具体的には溶解温度が1300
℃以上になると、粉末製造が格段に難しくなる。ステン
レス系粉末の製造に際して溶射皮膜製回転円盤を用いた
場合においても、溶射皮膜が剥離することが多く、粉末
歩留まりに対して意図した効果を発揮しなかった。その
ため鉄鋼系急冷凝固粉のような高溶解温度の場合におい
て適切な円盤材質を選定することは、極めて重要な課題
である。
度が高くなると、粉末の製造が指数関数的に厳しくなる
ことを体験した。すなわち、具体的には溶解温度が1300
℃以上になると、粉末製造が格段に難しくなる。ステン
レス系粉末の製造に際して溶射皮膜製回転円盤を用いた
場合においても、溶射皮膜が剥離することが多く、粉末
歩留まりに対して意図した効果を発揮しなかった。その
ため鉄鋼系急冷凝固粉のような高溶解温度の場合におい
て適切な円盤材質を選定することは、極めて重要な課題
である。
【００１３】高融点急冷凝固粉の製造におけるこのよう
な現状に鑑み、これを改善させるために検討を重ねた結
果、回転円盤として傾斜機能材料を用いることを考案す
るに至った。すなわち溶射皮膜製円盤の場合には、その
皮膜厚さが薄いために熱伝導率や熱容量等の熱的性質に
対して十分な機能を果たさず、基材の影響が生じること
が考えられる。そこでセラミックス層の厚さを増大させ
ることが考えられるが、セラミックスと金属材料では熱
膨張率が大幅に異なるので、両者をバイメタル形式で積
層しただけでは加熱により剥離する可能性が大きい。
な現状に鑑み、これを改善させるために検討を重ねた結
果、回転円盤として傾斜機能材料を用いることを考案す
るに至った。すなわち溶射皮膜製円盤の場合には、その
皮膜厚さが薄いために熱伝導率や熱容量等の熱的性質に
対して十分な機能を果たさず、基材の影響が生じること
が考えられる。そこでセラミックス層の厚さを増大させ
ることが考えられるが、セラミックスと金属材料では熱
膨張率が大幅に異なるので、両者をバイメタル形式で積
層しただけでは加熱により剥離する可能性が大きい。
【００１４】そこでこの点について考察することによ
り、傾斜機能材料の導入を図ることを考案するに至っ
た。ここで傾斜機能材料とは、周知のようにセラミック
スから金属に化学組成を徐々に傾斜的に変化させた異層
材型の複合材料である。セラミックスにおける熱衝撃性
や靱性が劣る欠点を金属材料で補い、また耐熱性をセラ
ミックスで補完することを目的とした新規な複合材料で
ある。
り、傾斜機能材料の導入を図ることを考案するに至っ
た。ここで傾斜機能材料とは、周知のようにセラミック
スから金属に化学組成を徐々に傾斜的に変化させた異層
材型の複合材料である。セラミックスにおける熱衝撃性
や靱性が劣る欠点を金属材料で補い、また耐熱性をセラ
ミックスで補完することを目的とした新規な複合材料で
ある。
【００１５】この材料はまだ加工プロセス等において解
決すべき課題が多いが、この材料の適用分野として遠心
力噴霧法における回転円盤は適当な応用分野であると考
えられる。使用に際してはセラミック部を溶湯落下部に
配置することを原則とするが、濡れ性の点からこの逆に
して金属を溶湯落下部に配置する場合も有り得る。傾斜
機能材料製回転円盤を用いることより、遠心力噴霧法に
よる急冷凝固粉、特に高融点の急冷凝固粉の歩留まりが
向上するものと確信する。よってここに特許として出願
するものである。
決すべき課題が多いが、この材料の適用分野として遠心
力噴霧法における回転円盤は適当な応用分野であると考
えられる。使用に際してはセラミック部を溶湯落下部に
配置することを原則とするが、濡れ性の点からこの逆に
して金属を溶湯落下部に配置する場合も有り得る。傾斜
機能材料製回転円盤を用いることより、遠心力噴霧法に
よる急冷凝固粉、特に高融点の急冷凝固粉の歩留まりが
向上するものと確信する。よってここに特許として出願
するものである。
【００１６】
【発明の効果】以上述べてきたように、 本発明の方法
によれば、 高融点材料から急冷凝固粉を製造する場合
において粉末の歩留まりを良く製造することができる。
によれば、 高融点材料から急冷凝固粉を製造する場合
において粉末の歩留まりを良く製造することができる。
図１は遠心力噴霧法の概略を示したものである。
Claims (1)
- 【請求項１】 遠心力噴霧法において急冷凝固粉を製造
するに際し、回転円盤として傾斜機能材料を用いること
を特徴とする粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13001092A JPH05295408A (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 傾斜機能材料を用いた急冷凝固粉の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13001092A JPH05295408A (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 傾斜機能材料を用いた急冷凝固粉の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05295408A true JPH05295408A (ja) | 1993-11-09 |
Family
ID=15023921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13001092A Pending JPH05295408A (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 傾斜機能材料を用いた急冷凝固粉の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05295408A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151752A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-05-24 | Komatsu Ltd | 粉末熱電材料製造装置及びそれを用いた粉末熱電材料製造方法 |
| JP2008127248A (ja) * | 2006-11-21 | 2008-06-05 | National Institute For Materials Science | 無機酸化物又は無機水酸化物の粉末化法 |
| WO2010087018A1 (ja) * | 2009-02-02 | 2010-08-05 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 遠心噴霧法に用いる回転ディスクとこれを用いた遠心噴霧法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59110705A (ja) * | 1982-12-15 | 1984-06-26 | Toshiba Corp | 粉末製造用遠心噴霧装置 |
| JPS6333508A (ja) * | 1986-07-25 | 1988-02-13 | Natl Res Inst For Metals | 金属粉末または合金粉末の製造方法 |
| JPH02145710A (ja) * | 1988-11-28 | 1990-06-05 | Riken Corp | 金属微粉末の製造方法 |
-
1992
- 1992-04-22 JP JP13001092A patent/JPH05295408A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59110705A (ja) * | 1982-12-15 | 1984-06-26 | Toshiba Corp | 粉末製造用遠心噴霧装置 |
| JPS6333508A (ja) * | 1986-07-25 | 1988-02-13 | Natl Res Inst For Metals | 金属粉末または合金粉末の製造方法 |
| JPH02145710A (ja) * | 1988-11-28 | 1990-06-05 | Riken Corp | 金属微粉末の製造方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151752A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-05-24 | Komatsu Ltd | 粉末熱電材料製造装置及びそれを用いた粉末熱電材料製造方法 |
| JP4553521B2 (ja) * | 2000-08-31 | 2010-09-29 | 株式会社小松製作所 | 粉末熱電材料製造装置及びそれを用いた粉末熱電材料製造方法 |
| JP2008127248A (ja) * | 2006-11-21 | 2008-06-05 | National Institute For Materials Science | 無機酸化物又は無機水酸化物の粉末化法 |
| WO2010087018A1 (ja) * | 2009-02-02 | 2010-08-05 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 遠心噴霧法に用いる回転ディスクとこれを用いた遠心噴霧法 |
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