JPH075938B2 - 急冷凝固金属基粉末の製造法 - Google Patents

急冷凝固金属基粉末の製造法

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JPH075938B2
JPH075938B2 JP23970587A JP23970587A JPH075938B2 JP H075938 B2 JPH075938 B2 JP H075938B2 JP 23970587 A JP23970587 A JP 23970587A JP 23970587 A JP23970587 A JP 23970587A JP H075938 B2 JPH075938 B2 JP H075938B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、粉末治金に好適な急冷凝固金属基粉末の製
造法に関するものである。
〔従来の技術〕 近年、特性のすぐれた粉末治金用急冷凝固粉末が開発さ
れて来ているが、その急冷凝固粉末の製造は、従来、メ
タルサブストレート法、水アトマイズ法、ガスアトマイ
ド法等の方法で製造されている。これらの製造法は、原
理的には目的とする粉末の組成からなる溶融液体を冷却
媒体となる固体、液体、あるいは気体と衝突させ、これ
により溶融液体を微粒化−急冷凝固した後、生成した粉
末と冷却媒体とを分離することにより目的とする急冷凝
固粉末を得るというものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上述のような従来の粉末製造法では生成
した粉末と冷却媒体とを分離することが本質的に必要で
あり、これにより以下の様な問題点が必然的に伴う。
(a) メタルサブストレート法等の固体物質基板を冷
却媒体とする製造法に於いては、生成した粉末がしばし
ば冷却媒体中に凝着し、製造作業を阻害する。また得ら
れた粉末はフレーク状となり、流動性が悪く、再粉砕を
施さないと粉末治金用原料としては使用できず、また再
粉砕を施すと不純物の混入が避けられず、好ましくな
い。
(b) 水アトマイズ法等の液体物質を冷却媒体とする
製造法に於いては、生成した粉末と液体冷却媒体を分離
するために、液体を蒸発乾燥させる必要があり、多大に
エネルギー消費となる。また、液体冷却媒体との反応に
より、得られる粉末にはしばしばその表面に酸化物や水
酸化物等を生成し、焼結性が低下する。そのため、この
ままでは粉末治金には適さず、還元あるいは脱ガス工程
等を経る必要があり、高コスト化が避けられない。ま
た、成分組成によつては、還元が非常に困難であつた
り、還元、脱ガス工程中に粉末の急冷凝固組織を損なつ
たりし、好ましくない。
(c) ガスアトマイズ法等の気体物質を冷却媒体とす
る製造法に於いては、得られる粉末はしばしば気体冷却
媒体を含有したり、または気体冷却媒体として安価な空
気や窒素ガスを用いると、得られる粉末はしばしばその
表面に酸化物や窒化物等を生成したりし、上述の液体物
質を冷却媒体とする場合と同様の問題が生じる。また不
活性ガスを冷却媒体として用いた場合は、得られる粉末
は真球に近い形状をしており、成形性に劣る。更には溶
融物質の冷却速度が遅く、特性の優れた急冷凝固粉末が
得られない。またガスアトマイズ法において、冷却の補
助媒体として粉末を用いる方法も幾つか提案されている
が(特公昭49−6755号公報、特公昭52−19539号公
報)、これらは主とする冷却媒体としては通常のガスア
トマイズと同様に不活性ガスを用いており、冷却速度の
向上を目的としたものではない。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上記従来の粉末製造技術の問題
点を解決すべく研究を行つた結果、 上記問題点の多くは、粉末製造に用いる冷却媒体を粉末
から分離することが本質的に必要でありながら粉末と冷
却媒体との凝着や反応により、これが阻害されるという
事実に起因していることを見出し、この分離工程を含ま
ない粉末製造法が従来技術の問題点を解決するものであ
り、これを実施するには冷却媒体に溶融物質と同一組成
の粉末を用いることが有効な手段であるとの知見を得た
のである。
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
つて、 平均粒径:1〜500μmの金属粉末を、周速度:20m/sec以
上で高速回転する円筒容器に導入し、上記金属粉末を遠
心力により上記円筒容器内壁に張りつかせながら上記円
筒容器と共に高速回転させ、 上記円筒容器内壁に張り付いて高速回転している上記金
属粉末に向つて、上記金属粉末と実質的に同一成分組成
の溶融金属を衝突させ、上記溶融金属を急冷凝固すると
同時に微粒化する急冷凝固金属基粉末の製造法に特徴を
有するものである。
上記金属粉末は、十分に低い温度に冷却されているのが
好ましい。またこの金属粉末の平均粒径が500μm以上
であると、製造される粉末の中にフレーク状のものが含
まれるようになり、その流動性が低下するので好ましく
ない。逆に、この金属粉末の平均粒径が1μm以下であ
ると、得られる粉末の中にも1μm以下の粉末が多く含
まれ、その流動性、充填性を低下させるので好ましくな
い。したがつて、上記金属粉末の平均粒径は、1〜500
μmの範囲内にあるのが好ましい。
上記金属粉末が円筒内周に張りつくためには、この金属
粉末が受ける遠心力が重力より十分に大きい必要があ
る。言い換えれば、円筒内周部における向心加速度が重
力加速度G(9.8m/sec2)より十分大きい必要がある
が、この条件は、例えば円筒の内径が1mであれば、その
回転数が100PPM程度(5.6G、周速:5.2m/sec)で容易に
達成でき、後述する周速度:20m/sec以上という範囲にお
いては現実的に可能な円筒内径において常にみたされる
条件である。
円筒内周の周速度に関しては、これが高い程、製造され
る粉末の粒子径は小さくなり、これに伴い冷却速度も増
大する。この発明の目的とする104℃/sec以上の冷却速
度を得るためには、この周速度は、少くとも20m/sec以
上、好ましくは40m/sec以上必要である。
上記金属粉末の量と溶融物質の量の比率:Xは、溶融物質
の冷却凝固が十分かつ急速に行なわれる一方、冷却用粉
末の加熱が過度とならないように十分大きくなくてはな
らない。すなわち、対象物質に関して、 溶解潜熱+液相比熱×(溶融金属温度−融点) +固相比熱×(融点−限界温度)<X×固相比熱×(限
界温度−冷却用粉末温度) が成り立つ必要がある。ここで限界温度とは、溶融金属
から金属粉末への熱伝達により双方の温度が等しくなつ
た後(その時の温度をT0とする)、この熱により冷却用
粉末の急冷凝固組織がその後の粉末の放冷中には損なわ
れない温度T0の上限温度のことであり、この温度は粉末
の組成によつて異なるが、例えばアルミニウム合金粉末
であれば200〜500℃程度である。上式からXを計算する
と、その値は通常の金属組成において1.5以上、好まし
くは3以上であることがわかる。また上記Xの上限とし
ては20程度で十分であり、これ以上の値を用いること
は、工業的に無意味である。したがつて、金属粉末と溶
融金属の量の比率:Xは1.5〜20が好ましい。
上記条件で溶融金属を金属粉末に衝突させると、溶融金
属は微細に分断され、また冷却用の金属粉末への熱放出
により急冷凝固され、金属粉末に凝着したまま、あるい
はこれと離脱した状態で共に回収される。
上記金属粉末は、純金属粉末または合金粉末を用いるこ
とができるが、上記回収された粉末を十分冷却した後、
その一部を冷却用金属粉末として再使用することを繰り
返すことにより急冷凝固金属基粉末の製造が可能であ
る。
この発明による粉末製造工程は、バツチ処理により行う
ことが可能であるが、回転円筒容器に部分的に孔を開け
るかあるいは容器底部を擂針状にすることによつて粉末
製造と同時にその粉末の一部をとり出し、またこれを冷
却用金属粉末として再供給することにより連続処理を行
うことも可能である。
〔実施例〕
つぎに、この発明を実施例にもとづいて具体的に説明す
る。
第1図は、この発明の急冷凝固金属基粉末の製造法を実
施するための装置の概略図である。上記第1図におい
て、1は円筒容器、2はモーター、3は金属粉末、4は
電気炉、5は坩堝、6は坩堝内加圧用Arガスボンベ、7
は溶融金属、8はスライド9を有するスライデイングノ
ズル、10は昇降装置、11は円筒容器の外周に取付けられ
ているラツク、12はピニオン、13は擂鉢状底部、14は排
出口である。
上記円筒容器1の底部には、排出口14を有する擂鉢状底
部13が設けられており、上記円筒容器の胴部にはラツク
11が取付けられている。上記ラツクはモーター2の軸に
取付けられているピニオン12と歯合し、モーター2の回
転により上記円筒容器1は回転するようになつている。
坩堝5は、電気炉4で保温されており、上記坩堝5は昇
降装置10によつて昇降自在となつている。さらに上記坩
堝5には、坩堝内加圧用ボンベ6と連結されており、坩
堝内溶融金属7を加圧するようになつている。
かかる装置を用いて、急冷凝固金属基粉末を次のように
して製造した。
内径:400mmのステンレス鋼製円筒容器1をモーター2に
より回転数:3000r.p.m.で回転させ(周速度:63m/sec、
2×103G)、この円筒容器1の内側面に、予めガスアト
マイズ法で作製した粒度:−100〜+350mesh、平均粒
径:50μmの純アルミニウム粉末2kgを遠心力で張り付か
せた。
一方、純アルミニウムインゴツトを坩堝5内に装入し、
電気炉4により温度:750℃に加熱溶融し、その温度に保
温する。上記溶融アルミニウム7の表面をArガスボンベ
6からのArガス圧により加圧し、坩堝の底に設けた内
径:1mmのスライデイングノズル8のスライダー9をスラ
イドさせることにより上記スライデイングノズル8から
上記溶融純アルミニウムを1kg/minの流量で30秒間、計
0.5kgを強制放出させ、遠心力で上記円筒容器1の内側
面に張りついている純アルミニウム粉末3に衝突させ
た。上記スライデイングノズル8は円筒容器側壁に対し
て傾斜して取付け、溶融金属7を遠心力で張りついてい
る金属粉末3に対して斜めに衝突させるのが好ましい。
また、坩堝5を昇降装置10により上下動させ、溶融金属
7が金属粉末3の全表面に均一に衝突するように調節制
御するが好ましい。
上記金属粉末3は、衝突した溶融金属7を急冷凝固せし
める作用もあるので、できるだけ低温であることが望ま
しいが、実用的には室温で十分である。
このようにして、溶融金属7を遠心力により張りついて
いる金属粉末3の全表面に均一に衝突したのち、モータ
ー2の回転を停止すると、遠心力で張りついていた金属
粉末および衝突により急冷凝固微粒化した粉末は、とも
に落下し、擂鉢状底部13により中央に集められ、排出口
14から排出される。上記排出口14から排出された急冷凝
固金属基粉末の一部を冷却し、円筒容器1に導入して金
属粉末3として再利用してもよい。
得られた急冷凝固金属基粉末には、表面に溶融アルミニ
ウムが付着凝固した粉末、すなわち第2図の光学顕微鏡
写真にみられるような断面を有する粉末が混合してい
た。上記光学顕微鏡写真にみられる凝固したアルミニウ
ムのデンドライト組織の大きさから推定した冷却速度は
約105℃/secであつた。また、得られた急冷凝固金属基
粉末全体の平均粒径は60μmであり、含有酸素量は0.03
%であつた。
〔発明の効果〕
この発明の製造法によると、溶融金属を微粒化−急冷凝
固した後、生成した粉末と冷却媒体とを分離する必要が
なく、またこの発明により得られた粉末は、粉末の上に
溶融金属が付着凝固したものであるためその形状は不規
則形状をしている。
したがつて、成形性、流動性および充填性が良好であ
り、さらに不純物も少なく組織は微細であり、粉末治金
の原料粉末としてすぐれた粉末を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明を実施するための装置の概略図、 第2図は、この発明の製造法により製造した急冷凝固金
属基粉末の断面の光学顕微鏡写真である。 1……円筒容器、2……モーター、 3……金属粉末、4……電気炉、 5……坩堝、6……Arガスボンベ、 7……溶融金属、8……スライデイングノズル、 9……スライダー、10……昇降装置、 11……ラツク、12……ピニオン、 13……擂鉢状底部、14……排出口。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属粉末を高速回転する円筒容器に導入
    し、遠心力により上記金属粉末を上記円筒容器内壁に張
    りつかせながら上記円筒容器と共に高速回転させ、 上記円筒容器内壁に張りついて高速回転している上記金
    属粉末に向つて、上記金属粉末と実質的に同一成分組成
    の溶融金属を衝突させ、上記溶融金属を急冷凝固すると
    同時に微粒化することを特徴とする急冷凝固金属基粉末
    の製造法。
  2. 【請求項2】上記金属粉末の平均粒径は、1〜500μm
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の急
    冷凝固金属基粉末の製造法。
  3. 【請求項3】上記高速回転する円筒容器に導入する金属
    粉末の総量は、上記溶融金属の総量の1.5〜20倍である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1〜2項記載の急冷
    凝固金属基粉末の製造法。
  4. 【請求項4】上記円筒容器の高速回転速度は、20m/sec
    以上の周速度であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1〜3項記載の急冷凝固金属基粉末の製造法。
  5. 【請求項5】上記金属粉末は、急冷凝固金属基粉末を再
    使用することを特徴とする特許請求の範囲第1〜4項記
    載の急冷凝固金属基粉末の製造法。
  6. 【請求項6】上記金属粉末は、純金属または合金粉末で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1〜5項記載の
    急冷凝固金属基粉末の製造法。
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