JPS61194104A - 溶融金属霧化方法 - Google Patents

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） 本発明は、金属粉末の製造方法に関し、特に液体噴霧媒
を用いて金属粉末を製造する溶融金属霧化方法に関する
ものである。

（従来の技術） 従来、金属粉末の製造方法としＣ１噴霧法すなわち溶融
金属を高速の噴霧媒の噴霧によって霧化冷却し粉末を得
る溶融金属霧化方法が広範囲の溶融金属粉末の製造に用
いられている。

溶融金属霧化方法によれば、溶融可能な金属であれば、
はとんどの金属を粉末化でき、合金組成を自由に選択可
能な上、大造かつ比較的安価に金属粉末を得ることがで
きる。

溶融金属を霧化冷却するための噴霧媒として液体を用い
る場合と気体を用いる場合があるが、一般的に粉末冶金
用金属粉末を製造する場合には液体を用いることが多い
。これは気体によって噴４された粉末が球形であるのに
対し、液体を用いた場合得られる粉末は小球が合体した
ような複雑形状を呈することにより、金型成形によって
成形体を得る場合に圧粉体の強度が高くなり、粉末冶金
用金属粉末としで極めて好適であるためである。

さらに、液体噴霧法を用いた場合、気体を用いた場合に
くらぺ噴霧媒噴流を高速化しやすい。したがって、金属
粉末の微粒化が比較的容易である。

また、噴霧媒としＣ水を用いる方法は、特に大量の粉末
を安価に製造し得る優れた方法とし′Ｃ一般的である。

上述したように液体噴霧媒を用いることによって一般に
８０〜８２５メツシユのものが５％以上の適正粒度の圧
縮性、成形性、焼結性に優れた粉末冶金用金属粉末を安
価かつ効率よく製造することができる。かかる水噴霧法
に代表される液体噴霧法では、溶融金属流に周囲から数
１ｏ〜ａＯＯ’ｌ　／　ｓｅａの高速の板形状あるいは
液滴化した噴霧媒を衝突させ、溶融金属を粉砕して微細
な液滴とし、ざらに、噴霧媒あるいは金属液滴相互が衝
突するとともに冷却されることにより、微細な複雑形状
の金属粉末が得られる。

一般に、得られる金属粉末の性状を決定する主な要因は
、噴霧媒ノズルから噴出されて溶融金属流に接触する噴
霧媒噴流の形状、すなわち、スプレーフオームと、噴流
の速度、溶融金属の供給速度等であることが認識されて
いる。特に、スプレーフオームが適正でない場合には、
噴流速度の増大あるいは溶融金属の供給速度を小さくす
るなどを行っても微細な粉末が得られない場合があり、
したがってスプレーフオームを適正に制御することは霧
化方法による金属粉末製造に際しての重要な条件である
。

上述したように霧化方法を用いて金属粉末を製造する際
においＣ最も重要なスプレーフオームに関する研究は古
くからさかんに行われＣおり、従来、種々のスプレーフ
オームが提案実施されている。それらの従来既知のスプ
レーフオームの中か’：＋代−１的なａつの形式のスプ
レーフオームの特徴と問題点を以下に述べる。

第１の水平フラットスプレーフオームを第８図に示す。

このスプレーフオームは噴霧媒噴流が１１で示すように
水平面状をなし、この水平面状噴霧媒噴流１１に対し゛
Ｃ溶融金属流５を垂直に流下させるもので最も単純な形
状のため、ノズル作製が容易であり、噴霧槽の高さが低
くすみ、さらに溶融金間流の位置のずれがあまり問題と
ならないなど、装置製作上および操業上比較的容易に粉
末が得られるスプレーフオームであり古くから実施すれ
ている。ところが、平板状に横方向に高速で移動する噴
霧媒と接触した溶融金属は十分に噴霧媒と接触しないま
ま、上方へ高範囲に飛散し、飛行中に雰囲気により冷却
されるため、粗粒が発生しやすく、粉末冶金用の金ｍ扮
末を歩留り良く生産するには好適でない。

第２のＶ型フラットスプレーフオームを第９および１０
図に示す。このスプレーフオームは２枚の平板状の噴霧
媒噴流１２および１８を対向位置で下向きに傾斜させて
下方で交差させることによつＣ形成され、その交差Ｉ！
１４の中央部に溶融金属流５を流下させるものである。

このｖ１Ｊ！！フラットスプレーフオームは水平フラッ
トスプレー７オームと異なり、噴霧媒に十分に接触する
ことなく上方に飛散する金属液滴の発生が少なく、上方
に飛散し−た金属液滴は再び噴霧媒と接触して微粒化さ
れる。したかつＣＳＶ型フラフラットスプレーフオーム
水平フラットスプレー７オームにくらべ金属液滴の飛散
による粒度分布拡大が抑制され、硬れた噴４効率が得ら
れる。

ｖ型フラットスプレーフオームを得るためには、スリッ
ト型ノズルを対向させることによつ′Ｃ第９図に示すス
プレーフオームが得られ、頃状スプレーノズルを相対さ
せることによって第１０図に示すスプレーフオームが得
られる。扇状スプレーノズルを用いる場合は、比較的単
純なノズルヘッダーを用いることができ、容易に噴霧装
置が得られる。。

ところが、このＶ型フラットスプレーは２方向からのス
プレーを組合せたものであるため、噴霧媒の交差線方向
へ飛散した金属液滴を噴霧媒によってとらえるためには
、スプレーの幅を広くとらなければならないという欠点
がある。しかし、スプレーの幅を広げた場合、噴霧媒の
流量を当然多くする必要があるが、スプレーの端部は、
飛散した金属液滴を再度微細化するに作用するのみであ
り、噴霧に大きく寄与せず、噴霧媒の利用効率が低いと
いう問題がある。

上述した種々の問題に鑑み、第１１図に示すような逆円
錐状スプレーフオームが提案されている。・。

このスプレーフオームは、一般に環帯型スリットノズル
によって得られ、逆円錐形噴霧媒噴流１５の焦点１６に
溶融金属流を流下させるものである。

噴霧媒噴流１５が焦点１６に集中するため、溶融金属と
噴霧媒とが十分接触するうえ、噴霧媒との接触により金
属液滴がと方に飛散しても、これらの金属液滴は落下し
て再び噴霧媒と接触するのでほとんど全て再び噴霧され
る。このため、逆円錐状のスプレーフオームは粗粒の発
生が少なく優れたスプレーフオームと言える。

しかしながら、逆円錐状スプレーフオームを発生させる
ために用いられる環帯型スリットの間隔は狭く、適正な
間隔を得るためには高精度の加工が要求される上、噴霧
時には内側から噴霧媒圧力によつＣスリットが拡大する
方向に力が加わるうえ、噴霧媒供給配管の影響も受け、
スリット間隔を安定かつ均一に保ちにくいという問題点
がある。

したがつ゛Ｃ１環帯型スリットノズルによって均一な噴
霧媒の膜を安定して得るためには、特公昭４３−６８８
９号公報に記載されているように内部構造を改善する必
要が生ずる。

このように、環帯型スリットノズルは、均一な噴霧媒噴
流の膜を形成し難く、ノズル構造が複雑化するという欠
点がある。

また、逆円錐状のスプレー７オームは、全噴霧媒が集中
する焦点１６から溶融金属流５がずれた場合、噴霧媒お
よび溶融金属液滴相互の衝突により、上方すなわち環帯
型スリットノズルの方向に金属液滴が吹き上げられやす
く、著しい場合は、ノズル内側に付着堆積し噴霧を継続
することが困難となるという欠点も有する。

さらに相似形のスプレーフオーム、同一の単位溶融金属
あたりの水量および同一の噴霧媒速度であっても、スプ
レーフオームが小ざいほど、すなわち噴霧媒噴流の長さ
が短いほど、噴霧媒の速度の溶融金属に衝突するまでの
間の減衰および拡大が少ないため、噴霧媒のエネルギー
が有効に霧化に働き微粒化が可能である。

したがって、大量に微細な金属粉末を得ようとする場合
には、多数の溶融金属流を流下し各溶融金属流を小さな
スプレー７オームによりそれぞれ噴霧する方法は優れた
手法と言える。

ところが、実際上多数のスプレーフオームの各々の焦点
に溶融金属流を流下することは、特に逆円錐状スプレー
の場合、容易でない。すなわ、ち、溶融金属を保持して
いるタンディツシュの熱膨張などによりタンディツシュ
の底部に設けられている溶融金４流下用ノズルの位置と
スプレーフオームの位置がずれる可能性があり、逆円錐
型のスプレーフオームの場合各焦点に溶融金属流を流下
する必要があるため、各々の焦点に各々の金属流を流下
するのは困難である。

また、逆円錐型スプレーフオームの場合には、前述した
ように、金属液滴が上方に飛散しやすく、逆円錐型スプ
レーフオームを小さくする場合、構造上、溶融金属流下
用ノズルの中央部の流下孔は特に小さくなる。このため
、焦点ずれによる金属液滴の上方への飛散によりノズル
孔が閉塞しやすく、金属粉末の連続的製造が困難となり
やすい。

コノ点、逆円錐型のスプレーフオームにくらべ、Ｖ型の
スプレーフオームは噴霧媒の交差が点でなく線であるた
め、溶融金属流が交線中央部から交差方向にずれること
は大きな問題とならないという利点がある。

（発明が解決しようとする間１点） 上述したように、溶融金属流に噴霧媒の高速噴流を衝突
させ、液滴化するとともに冷却し、金属粉末を製造する
方法におい°Ｃ重要な点は、適切なスプレー７オームを
選択する点にあり、そのスプレー７オームは噴霧媒の噴
流の長さが短く、衝突点から飛散する金属液滴を再び粉
砕できるよう金属液滴がスプレー外へ放散しない形状で
あり、ざらに、２本以上の溶融金属流を同時に噴霧可能
なことが望ましい。ところが、前述したように従来；・
・のスプレーフオームでは各々一長一短であり、上記条
件を満足するスプレー７オームが得られていないため、
溶融金Ｆｆ４＝ａ化法を用いて大量の粉末を安価に効率
よく製造する上で、粗粒の発生、噴霧エネルギーのロス
、生産速度が大きくない等の問□題がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上述した問題に鑑み、構造の簡単な噴１４ノ
ズルを用いて大量の溶融金属を安定して効率よく微粒化
することを可能とする方法を提供することを目的とし、
本発明によれば、上側に凹の曲面を有する扇状あるいは
樋状の２１１の液体噴流を対向させて下方に傾斜させＣ
噴射し、これらの液体噴流の交差線上に溶融金属を流下
させて霧化することを特徴とする。

（作用） 本発明によれｉｆ上側に凹の曲面を持つ２本の扇状ある
いは樋状噴流によって形成される線状交差部を有するス
プレーフオームが形成され、このスプレーフオームは溶
融金属流と液体噴流との衝突点から上方に飛散した溶融
金属液滴と、その落下時に、再度接触し、これらの溶融
金属液滴を粉砕し得る作用を有し、ざらに、このスプレ
ー７オームは液体噴流の交差部が線状に形成されるため
、同一の溶融金属保持容器から２本以上の溶融金属流を
流下させ、これらの金属流をそれぞれ霧化する場合に、
熱膨張等のために、溶融金属流下用ノズルの位置が多少
変動しても問題がない。

（実施例） 第１図は、本発明を実施する装置の１例を示し、図面に
おいＣ，１は取鍋、２は取鍋１から溶融金属８を受取つ
Ｃ保持するタンディツシュのような溶融金属保持容器で
、図示の例では、タンディツシュ２の底に２個の溶融金
属流下用ノズル４，４を並設しＣ２本の溶融金属流５，
５を流下させ、各溶融金属流５の両側に第２図に示すよ
うに配置された噴霧媒ヘッダー６．６に設けた噴霧媒ノ
ズル７、フから第３図に示すように上側に凹の曲面８ａ
を有する扇状の液体噴流８，８を溶融金属流５に対し下
方に傾斜させて噴射し、これらの液体噴流８，８の線状
交差部または交線８ｂの中央部に第２図（ａ）に示すよ
うに溶融金属流５を流下させるよう構成されている。こ
れにより、溶融金属流５に液体噴流８，８が衝突し、溶
融金属を霧化冷却凝固し、金属粉末を噴霧槽９内で形成
し、噴霧槽９内に１０で示すように堆積する。

液体噴流８は上向き凹曲面を有するため、その交＠ｓｂ
は真上から見ると第２図（ａ）に示すように直線である
が、側面から見ると第２図中）および（Ｃ）に示すよう
に液体噴流８の交線８ｂの両端は中央部より高い位置に
あり、溶融金属流５が流下する付近は摺鉢状になる。

このため、従来の逆円錐形スプレーフオームと同様に、
噴霧液体によつ°Ｃ上方に飛散した金属液滴も第２図（
０）に２ｂで示すように噴霧液体との接触によって微粒
化される。

このように、本発明によるスプレーフオームは従来の逆
円錐型スプレーフオームと同様に粗粒の発生の少ない微
細な粉体を得やすい優れたスプレー７オームである。

また、従来の逆円錐型スプレーフオームの問題であった
噴霧ノズルの複雑化についても本発明によれば、特に第
８図に示す扇状の液体噴流を用いる場合に回避すること
ができる。また、第４図に示すような樋状の液体噴流を
用いる場合におい′Ｃも、スリット端部でスリン）　＋
［の拡大防止が可能であり、スリット間隔の変動が起こ
りにくく安定な噴霧が可能である。

さらに、本発明のスプレーフオームは従来のＶ型スプレ
ーフオームと同様に第５図に示すように２本以上の溶融
金属流５を同時に１化することができる。

第６図は、第３図に示すような上側が凹面の扇状噴流を
得るために用い得る噴霧媒ノズル７を示し、’７ａはそ
のノズル開口を示す。また、第７図は、第４図に示すよ
うな上側が凹面の樋状の噴流を得るために用い得る噴霧
媒ノズル７を示す。

前述したように、従来の逆円錐層のスプレーフオームは
焦点合せがむづかしく、また、溶融金清流が焦点をそれ
た場合に特に金属液滴が上方に飛散しやすく、多数の溶
融金属流を一連の噴霧媒ノズルを用いて噴霧することは
困難であるが、本発明によれば、スプレー７オームは摺
鉢状の底を有しているが、噴霧液体の噴流の交線は上か
ら見ると直線であり、この直線上においＣ溶融金属流が
ずれを生じでも、噴霧上大きな障害とならない。

たは第５図に示すように設置することにより２本以上の
溶融金属流を同時に噴霧することが可能である。したが
つ′Ｃ１；貢４媒の噴流の長さを短かくし、すなわち、
微細な粉末を得られる条件で、短時間に大量の粉末を製
造することが可能である。

本発明による扇状あるいは樋状の噴流の断面形状は円弧
角α（第２図参照）が２０°〜１２０°円弧であること
が望ましい。この理由は、円弧角αが２０’より小さい
と、交線両端の高さが低く、本発明の特徴であるｕＸｓ
媒の交線方向に飛散する金属液滴を捕えることが難しく
、本発明の効果が得られず、また、１２０°より大きく
なると、濯鉢状・の部分が深くなり、交線端部で衝突し
た噴霧媒液滴によって中央部のスプレー７オームが乱れ
やすくなり安定した噴霧が妨げられる恐れが生じてくる
という問題があるからである。

また、本発明のスプレー７オームの溶融金ｍ流と噴霧媒
噴流との角度β（第２図参照）は８°以上、好ましくは
２Ｏ２以上であることが望ましい。この理由は、前記の
ように噴霧法によって製造される粉末の粒径は溶融金属
流に対し噴霧液体の噴流のせん断方向の速度に依存し、
したがって、歩留り良く粉末を製造するためには上記角
度は大きいことが望ましく、角度βが８°より小さいと
、流速を大きくしでも微細な粉末を得ることが困難であ
るからである。しかし、溶融金属流と噴霧液体噴流との
角度βが大きくなり過ぎる場合には、噴霧液体噴流との
衝突によって生じた溶融金属液滴が上方へ飛散しやすく
なるため、噴霧液体噴流の特性に合わせ角度を選定する
必要がある。

（発明の効果） 本発明によれば大量の溶融金属を安定して効率・・・よ
く霧化微粒化することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を示す溶融金ｊｌ霧化装置
の線図的縦断面図、 第２図は、本発明による扇状スプレー７オームの作用説
明図、 第８図は本発明による扇状スプレー７オームの斜視図、 第４図は、本発明による樋状スプレーフオームの斜視図
、 第５図は一列に配置された複数個の扇形スプレーフオー
ムを示す斜視図、 第６図は扇状スプレー７オームを形成するに用いられる
噴霧媒ノズルの斜視図、 第７図（ａ）は樋状スプレー７オームを形成するに用い
られる噴霧媒ノズルの底面図、申）は■−■線上の縦断
面図、 第８図〜第１１図は従来のスプレーフオームの斜視図で
ある。 １・・・取鍋　　　　　　　　２・・・タンディツシュ
３・・・溶融金属　　　　　　　４・・・溶融金属流下
用ノズル５・・・溶融金属流　　　　　６・・・噴霧媒
ヘッダー７・・・噴霧媒ノズル　　　　８・・・液体噴
流９・・・噴霧槽　　　　　　　１０・・・金属粉末第
２図 （ａン ｂ （１））　　　　　　　　（Ｃ） 第３図　　　　　第４図 ｂ 第５図 第７図 （ａ） （１Ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、上側に凹の曲面を有する扇状あるいは樋状の２個の
   液体噴流を対向位置で下方に傾斜させて噴射し、これら
   の液体噴流の交線上に溶融金属流を流下して溶融金属を
   霧化することを特徴とする溶融金属霧化方法。