JPS63192803A - 球状金属粒子の製造装置および製造方法 - 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、球状金属粒子の製造装置および製造方法に関
するものである。

〔従来技術とその問題点〕

液体急冷法により製造された金属材料は、固溶限の拡大
、結晶粒の均一な微細化、非晶質相の形成などの効果に
より、強度、耐摩耗性、耐腐食性などの諸特性が優れて
いる。とりわけ最近は、非晶質金属の優れた特性が注目
されているが、非晶質相を形成するためには冷却速度を
著しく大きくする必要がある。現在のところ、液体急冷
法により得られる非晶質金属は、はとんどが厚さが１０
〜３０μｍ程度のリボン材や、外径が２００μｍ程度以
下のワイヤー材、更には粒径が２００〜３００μｍ以下
の微粉末であったりし、得られる形状には制約が大きく
、特定の用途にしか使用されていないのが実情である。

従って、この制約を取り除くことができれば、用途は拡
大されるが、例えば、粒径が０．３〜１．０ｍｍ程度の
特性の優れた球状急冷凝固粒子を製造できれば、研磨な
どの加工を必要に応じて僅かに施すのみで、ミニチュア
ベアリング用ボール、ボールペンのボール、万年筆のペ
ンポンイト、プリンターのドツトハンマー、更にはろう
材や電気接点材料などに幅広く応用することができる。

金属粒子、とりわけ非晶質の球状急冷凝固金属粒子を得
る方法として、溶融金属を冷却水の中に滴下したり、溶
融金属をフィルターや網１回転板、ジェット流などによ
り分断して液中にて冷却したり、溶融金属を冷却水中に
設けた網や回転板などにより分断して球状化することが
行われている。

さらに、アトマイズ法、ディスク急冷法、回転液中噴出
法などにより得られている。

しかし、溶融金属を冷却液中に滴下する方法では量産性
に乏しくて急冷効果も小さい０回転板上に噴出する方法
では、ブレイク状になりやすく、回転液中噴出法では冷
却効果は大きいが、粒径が大きくなると真円度が落ちて
球状粒子の製造が困難である。さらには、アトマイズ法
は装置が複離であり、粒径の大きな球状粒子を製造する
には適していない。

そこで最近では、粒径分布のバラツキが小さくて冷却速
度を早くできる遠心噴霧法が注目されている。これは、
回転する円錐ロータに溶融金属を噴出せしめ、噴霧状に
溶融金属を分断して遠心力により吹き飛ばすものである
が、ロータの円錐頂角を適当に定めれば、ロータの回転
数が１１０００Ｏｒｐ程度であっても微細で粒径の揃っ
た粒子を得ることができる利点を有する。従って、特殊
な高回転駆動手段を必要とせず、また、ロータの回転数
を低下させると比較的大きくて粒径の揃った粒子を製造
することができる。しかしながら、粒径の小さい粉末の
場合は、この方法で十分な冷却効果を得ることが出来る
が、粒径が０．３〜１．０ｍｍ程度のものでは冷却効果
は小さく、従って、急冷効果による特性の向上は小さく
、また、非晶質相の金属粒子を形成することも不可能で
ある。

〔発明の目的〕

そこで本発明はこれらの事情に鑑みて、特性が優れ、工
業的に極めて有用な粒径が０．３〜１．０ｍｍ程度の球
状急冷凝固金属粒子を簡単で量産性よく製造できる装置
および方法を提供することを目的とするものである。

〔発明の楕成と作用〕

本発明の球状金属粒子の製造装置は、底部に冷却水が注
入された回転ドラムと、この回転ドラムの軸線にて回転
する円錐ロータと、溶融金属を該円錐ロータに噴出して
投射するノズルとからなり。

回転ドラムが回転するとその遠心力により内周面に冷却
水層が該円錐ロータより高い位置まで形成されることを
特徴とするものである。

そして、その製造方法は、底部に冷却水が注入された回
転ドラム内で所定の回転数で回転する円錐ロータに溶融
金属を上方のノズルより噴出して投射し、これによって
溶融金属を所定粒度に分断して球状金属液滴を形成し、
回転ドラムの回転遠心力によってその内周面に形成され
る冷却水層にこの球状金属液滴を円錐ロータの回転遠心
力によす投射して急冷凝固することを特徴とするもので
ある。

すなわち、回転する円錐ロータに溶融金属を上方より噴
出して投射するので、これによって溶融金属は所定粒度
に分断して球状金属液滴となり、円錐ロータの回転遠心
力により水平方向に投射される。球状金属液滴の粒径は
円錐ロータの回転数や形状などによって定まり、０．３
〜１．０ｍｍ程度の範囲になるように調整される。この
とき、回転ドラムも回転しており、その回転遠心力によ
って回転ドラムの内周面に冷却水層が形成されるが、球
状金属液滴はこの冷却水層に投射され、直ちに急冷され
て凝固する。従って、球状金属液滴の粒径が大きくても
急冷効果が大きく、強度、耐摩耗性などの特性が優れる
とともに、非晶質の金属粒子とすることもできる。

〔実施例〕

以下に図面に示す実施例に基いて本発明を具体的に説明
する。

第１図は本発明に係る製造装置を模式的に示したもので
あるが、円錐ロータ１は円錐表面を上方に向けて回転ド
ラム２の軸線に沿って配置され、両者は個別に回転駆動
される。そして、円錐ロータ１の軸心から偏心した位置
の上方にノズル３が配設されており１図示略の高温保持
炉内の溶融金属がこのノズル３より円錐ロータ１に噴出
して投射される。従って、溶融金属は円錐ロータ１によ
ってアトマイズされ、球状金属液滴４が形成されて遠心
力により水平方向に投射される。一方、回転ドラム２の
底部には冷却水が注入されており、回転ドラム２が回転
するとその回転遠心力によりその内周面に冷却水層５が
形成されるが、この冷却水層５に球状金属液滴４が投射
され、急冷凝固されて球状金属粒子が製造される。

ここで１円錐ロータ１は、例えば１１００００ｒｐ以下
の回転数で回転するが、特殊な回転駆動装置によって致
方ｒｐｍで使用されている通常の円錐ロータに比べると
低速回転である。この回転数が球状金属液滴４の粒径に
影響するが、この粒径を０．３〜１．０ｍｍ程度の範囲
にするためには、回転数は約２０００〜８０００ｒｐｍ
程度が選ばれる。円錐ロータ１の回転によってその表面
に乱流が発生し、これによって溶融金属がアトマイズさ
れるが、低速回転で乱流を十分に発生させるためには１
円錐ロータ１の形状が重要であり、先ず、円錐体の頂角
θは６０″以下であることが必要である。しかし、１５
＠未満では円錐ロータ１が構造的に弱くなるため、結局
１５°〜６０＠であることが必要であり、通常は４５＠
程度が選ばれる。また、円錐体表面の輪郭も直線ないし
曲線が選ばれるが、図示したごとく１円弧や楕円弧の方
が乱流を十分に発生させるために好ましい。更には１円
錐体表面に小さな突起を設けると溶融金属が衝突すると
きの衝撃が高まり、良好にアトマイズされる。

ノズル３から溶融金属を噴出させるための加圧圧力は、
溶融金属の粘性によって異なるが、ノズル３の閉塞を防
止するために少なくとも０．５ｋｇ／−以上の圧力で高
温保持炉内の溶融金属を加圧する必要がある。しかし、
６ｋｇ／ｃＪ　を越えると高温保持炉の保守上の問題点
が生じる。次に、溶融金属の温度は、その合金の融点よ
り７０℃以上は高くする必要があり、７０℃未満では低
温のために球状金属液滴４がフレイク状になりやすい。

しがし、いたずらに高温にすれば冷却効果が低下してし
まうなどの弊害が生じる。ノズル３の先端孔の形状は、
丸型でも平型でもよいが、ノズル３の先端と円錐ロータ
１の表面との距離は５ｍｍ以内であることが望ましく、
また、球状金属液滴４が投射される冷却水層５までの水
平方向の距離は、粒径の大きさにもよるが、１〜１０ｃ
１１１程度でなければならない、これは、１ｃｍ以下で
は球状金属液滴４が表面張力により球形になる時間的余
裕がない間に急冷されるのでフレイク状となり、逆に１
００ｍ以上では冷却水層５に投射されるまでに遅い冷却
速度で空冷されてしまい、冷却水層５による急冷効果が
生かされないためであり、通常は、３〜８ｃｍが選ばれ
る。

回転ドラム２は、円錐ロータ１を十分に覆う高さであり
、回転ドラム２の回転により形成される冷却水層５も円
錐ロータ１を十分に覆うようになっている。形成される
冷却水層５の厚さは１球状金属液滴４が完全に凝固する
前に回転ドラム２の内壁に衝突すると変形して真円度が
低下するので、少なくとも２ｃｍ以上にして回転ドラム
２の内壁に衝突するまでに凝固するようにしなければな
らない。次に、回転ドラム２の回転数は、冷却水層５の
上部と下部の厚さを出来るだけ均一にするために２００
ｒｐｒｎ以上が好ましく、更には、回転数が大きいほど
冷却効果が大きいので、ががる観点がらは３５０ｒｐｍ
以上が好ましい。

次に具体例を数値をもって説明する。

具体例１ 金属組成　　　　　Ｆｅ４ＯＮｉ４゜Ｃ，Ｂ、、溶解温
度　　　　　１１００℃ 加圧圧力　　　　　０　、６　ｋｇ／ｃｄノズル形状　
　　　内径０．５ｆｆｕｅの丸孔ノズル材質　　　　石
英ガラス ノズルと円錐ロータの間隔　　　３１ 円円錐ロータ直径　５ＵＳ３０４ 円錐ロータ直径　　１４０ｍｍ 円錐ロータ頂角　　３０゜ 円錐ロータ回転数　５００Ｏｒｐｍ 回転ドラム内径　　２６０ｍｍ 回転ドラム回転数　５０Ｏｒｐｍ 冷却水層厚さ　　　６０ｍｍ 以上の条件で球状金属粒子を製造した結果１粒子の真円
度は９０％以上であり１粒子断面の結晶粒は非常に微細
であった。そして、粒度分布は第２図の曲線Ａに示す通
りである。

具体例２ 次に示す条件のみを具体例・１と異ならせ、他の条件は
同一にして球状金属粒子を製造した。

金属組成　　　　　Ｎｉｓ＊　Ｐｄｘａ　Ｐｉｅ溶解温
度　　　　　１０００℃ 加圧圧力　　　　　０．７蹟／ｄ 円錐ロータ回転数　４０００ｒｐ慣 この結果、金属粒子は大きなものも完全に非晶質となり
１粒子の真円度は９３％以上であった。

そして、粒度分布は第２図の曲線Ｂに示す通りである。

比較例 具体例２と同一の条件とし、ただし回転ドラム内に冷却
水を注入せずに空冷により球状金属液滴を冷却した。こ
の結果、粒度分布は具体例２とはゾ同じであったが１粒
径がＱ、２ｍｍ以上のものは非晶質にならず、その結晶
粒も粗大なものであった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の製造装置は、底部に冷却
水が注入された回転ドラムと、この回転ドラムの軸線に
て回転する円錐ロータと、溶融金属をこの円錐ロータに
噴出して投射するノズルとからなり、回転ドラムが回転
するとその遠心力により回転ドラムの内周面に冷却水層
が該円錐ロータより高い位置まで形成されるようにした
ので、この装置を使用して円錐ロータに溶融金属をノズ
ルより噴出して球状金属粒子を製造すれば、大きな粒径
でバラツキの小さい球状金属液滴を形成でき、かつ、そ
の直後に球状金属液滴を水冷によって急冷できるので、
強度や耐摩耗性などの特性が優れ、工業的に極めて有用
な粒径が０．３〜１．０ＩＩ１ｍ程度の球状急冷凝固金
属粒子を簡単で量産性よく製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の断面図、第２図は粒度分布の説
明図である。 １・・・円錐ロータ　　　２・・・回転ドラム３・・・
ノズル　　　　　４・・・球状金属液滴５・・・冷却水
層 出願人　増　　　　本　　　　　　　健帝国ピストンリ
ング株式会社 セーラー万年筆株式会社 代理人　弁理士　１）原　寅　之　助 第を図 第２図 ！１００ 悲種（訂ｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、底部に冷却水が注入された回転ドラムと、この回転
   ドラムの軸線にて回転する円錐ロータと、溶融金属を該
   円錐ロータに噴出して投射するノズルとからなり、回転
   ドラムが回転するとその遠心力により内周面に冷却水層
   が該円錐ロータより高い位置まで形成されることを特徴
   とする球状金属粒子の製造装置。 ２、底部に冷却水が注入された回転ドラム内で所定の回
   転数で回転する円錐ロータに溶融金属をノズルより噴出
   して投射し、これによって溶融金属を所定粒度に分断し
   て球状金属液滴を形成し、回転ドラムの回転遠心力によ
   ってその内周面に形成される冷却水層に該球状金属液滴
   を円錐ロータの回転遠心力により投射して急冷凝固する
   ことを特徴とする球状金属粒子の製造方法。