JPS6345309A - 球状粉末粒子を製造する方法 - 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】 発明の分針 本発明は、金属或いは金属合金スクラップ材料から球状
粒子を製造する方法に関するものであり、出発材料の寸
法を機械的に減寸した後高温処理して球状粒子を製危す
るものである。特には、高温処理プロセスはプラズマプ
ロセスであることが好ましい。

従来技術とその問題点 鉄、鉄−ニッケル合金、ステンレス鋼、釧等のような球
状金属乃至合金粒子は、フィルタ、プレス及び焼結部品
及び射出底形品のような用途に有用である。

こうした金属粉末粒子を製造する為のこれまでの主たる
工業的方法は、気体或いは水噴霧化によるものであった
。

機械工作成いは加工プロセスの結果として生成された金
山スクラップ材料は、伝統的に、他のスクラップ材と共
に炉内で溶解することにより再生されてきた。工作機械
からのスクラップ等はその比較的小さい寸法と低かさ留
度の故に、とりわけ再溶解用のスクラップとして最も不
適当な形態である。これらは、融体の上面に浮揚する傾
向がありまた炉の排気スタックまで浮上して吸込まれや
すい。これは、有価金属分物質の損失をもたらす。

また、それらの微細寸法と低かさ密度により、再溶解前
に大量のチップが貯蔵されねばならない。

とれは、有価な材料が停滞しそして使用に供しえない結
果を招く。

本発明の一様相に従えば、金属乃至金属合金スクラップ
材料から球状粉末粒子を製造する方法が提供される。本
方法は、スクラップ材料の寸法を機械的に減寸し、生成
する減寸材料をキャリヤガス中に連行せしめ、そして材
料○融点を超える高温帯域を通過せしめて減寸材料の主
部分をｆＳ融しそして該主部分の笑質上球状の粒子を形
底し、続いて材料を再凝固することから成る。

発明の詳細な説明 本発明の出発材料は、好ましくは、金属及び金属合金で
おる。特に好ましいものは、鉄及びニッケル基合金、工
具調、′？ｔＦＪ融点金属及びその合金、り及び−基合
金でちる。

出発材料は、機械工作及び機械加工作業からのスクラッ
プ材の形態にある。ここで使用する「スクラップ材」と
いう用語は、（ａ）ドリル加工、穿孔加工、リーマ通し
加工、タッピング加工、旋削、面削υ加工、ブローチ加
工、平削り加工、シェービング加工、ラッピング加工、
研削加工、ホーニング加工、トレパン加工、Ｏこびき加
工、やすり加工等のチップ形底プロセス、（ｂ）　ｆｆ
ｌ打加工、せん耐加工、打抜き加工、パンチング加工、
ニブリング加工、スリット加工、ｉ亀加工等の金属加工
プロセス、並びに（Ｃ）プラズマガス、レーザ、アーク
或いはエレクトロンビーム切断及び溶接のような切断及
び溶接プロセスから生じるスクラップを指称する。９械
工作からのスクラップは寸法形悪において変動し、例え
ばそれらは繊維状チップからスプリング状の旋盤及びド
リル加工チップまで変動する形状をと）うる。

好ましい出発材料は、旋削、ドリル加工及び他の伝統的
チップ発生機械工作から生ずる約５＋ｗ未満の厚さの金
属チップである。

スクラップ材料は、それを後の加工処理に都合の良い状
態に置くため必要なら予備処理されうる。

例えば、油の付着したスクラップ材料は油を燃やして取
除くため加熱され９る。この処理から生ずる炭素質残渣
はスクラップを洗浄することによね除去できる。残渣は
スクラップ上に残したままとして続いての減寸段階中ス
クラップ中に含入されるようにすることもできる。これ
は、追加炭素を必要とする材料において炭素、例えばグ
ラファイトを添加する必要性を腓除する。別様には、ス
クラップ材料は切削用流体を除去する為蒸気脱脂されう
る。スクラップ材料が最紡脆くないなら、例えば減寸の
前に熱処理によってそれを脆化することも可能である。

この時点で、スクラップ材料はそれが特別に粗かったり
或いは寸法において大きいなら予備粉砕されうる。これ
は続いてのミＩＪング即ち粉砕作業に適当な寸法のもの
とすることを可能ならしめる。

出発材料の寸法は一層小さな寸法の材料を生成するよう
機械的に減寸される。出発材料は最初任意の寸法或いは
直径のものとなしうる。何故なら、本発明の目的の一つ
は、材料の直径寸法を最初の状態から減寸することにあ
るからである。好ましくは、材料の寸法は直径において
或いは粒子の最大山部分を横切って約２５０μｍ未満に
減寸される。材料が高温処理段階前に適当な寸法を有し
ていることが重要である。即ち、材料は、大きく不揃い
の寸法の材料が実質存在しまいような寸法範ＵＱものと
すべきである。材料の大部分より著しく大きな材料は高
温処理段階において特定条件下で完全には溶解しない可
能性がある。これはプラズマ６ｔへの給送ラインの閉塞
といった問題を生じる恐れがあり、また材料が溶解した
としても材料の大半と一緒での飛行中凝固せず、収集室
において付着物として堆積する歌れがある。出発材料の
寸法を機械的に減寸する好ましい方法は、（１）′に！
３エネルギー振動ミル（粉砕用媒体はボール或いはロッ
ドいずれともなしつる）及び（２）アトリッターミルに
よるものであり、高エネルギー振勢ボール或いはロッド
ミルによる粉砕が・特に好ましい。高エネルギー振動ミ
ル粉砕は工業用プロセスでありそして材料を所望寸法ま
で非常に迅速に砕くことができる。高エネルギーミル粉
砕作業は８２梨的方法によシ大規模にそして連続方式で
実施可能である。

連続操作においては、スクラップをミルの一端に供給し
、粉砕及び分級しそして粗い材料を追加的粉砕のため導
入流れに戻すことにより行われる。

生成する減寸材料は、湿式ミル処理による等して閲れて
いるなら、その後乾燥される。

必要なら、減寸材料は、炭素、酸素等を除去する為約２
００℃を超える温度において燃焼される。

その後、減寸材料はアルゴンのよう々キャリヤカスの気
流に載せられ、即ち連行せしめられそして減寸材料の融
点を植える温度にある高温帯域を材料の主部分を溶融し
そして該主部分の実質上球状の粒子を形成するに充分の
時間通過せしめられる。好ましい高温帯域はプラズマで
ある。

プラズマ反応器の作動及び原理はよく知られている。プ
ラズマは高温帯域を有するが、断面に・おいて温度は約
５５００℃から約１７．０００℃まで変動しうる。外周
縁部は低温にありそして内部はもつと高い温度にある。

滞留時間は、キャリヤガス中に連行された粒子がプラズ
マ銃のノズル中にどこで噴入されるかに依存する。つま
り、もし粒子が外周縁部中に噴入されると、滞留時間は
長くされねばならないし、逆にそれらが内方部に噴入さ
れるなら滞留時間は短くてよい。プラズマ火炎中での滞
留時間は、粒子をプラズマ中に噴入する地点を選択する
ことによりＩＬ４」御されうる。プラズマ中での滞留時
間は、プラズマ作動条件及び粉末粒子の与えられた組合
せに対してプラズマガスの熱−物理的性状及び粉末材料
自体の関数である。

材料がプラズマを通過しそして冷えるに際して、材料は
迅速に凝固せしめられる。一般に、この高温処理により
材料の主部分が球状粒子に変換される。代表的に、約７
５１１９％を越える材料が球状粒子に変換される。球状
粒子の寸法は代表的に約２５０μｍ以下の直径にある◎ 冷却及び再凝固後、生成する高温処理ずみ材料は、球状
化した主粒子部分を実質上非球状化小粒子部分から分離
回収する為分級されうる。分級は、分篩或いは空気分級
のような標準的技始により為しうる。

その後、未溶解小部分は、本発明に従って再処理されて
それを球状粒子に変換しつる。

まだもつと小さな粒寸が所望されるなら、生成する再凝
固材料は、前述したプロセスに従って更に機械的に減寸
されそして高温処理されつる。この過程は一般に約５０
μｍ未満の粒寸が所望される時遂行される。

上記プロセスは、コストのかかるアーク？９溶解炉を必
要とせずそして従来からの１体噴真方式より低い処理コ
ストでもってスクラップ材料を球状粒に直接変換処理す
ることを可能ならしめる。

第１〜５図は、プロセスの各段階での代表的材料の状態
を示す顕微鏡写真及びＳＥＭ（走査電子）顕微鏡写真で
ある。第１図は出発材料としての機械工作スクラップの
顕微鏡写真である。第２図は、予備粉砕後の第１図の材
料の顕微鏡写真である。

第５ａ、３ｂ及び３ｃ図は、第１及び第２図の材料を予
備粉砕後振動ボールミルにより粉砕した後の状聾の顕微
鏡及びＳ　１４Ｅ　Ｗ鏡写真である。第４図は、第３図
の材料をプラズマ処理後約４４〜１５０μｍ直径の粒寸
に分級したものの６０倍拡大８ＥＭ顕微鏡写真である。

第５図は、第３図の材料をプラズマ処理しそして約３７
〜４４μｍ径の粒寸に分級した後の１２０倍ＳＥＩ’ｉ
ｌ顕微鏡写真である。材料が各段階で著しい変化を受け
、最終的に球状粒子が生成されることがわかる。

実施例 鉄合金機械工作から生じたチップを先ず、長いスプリン
グ状チップを解体するためローラ粉砕した。その、後、
この粉砕チップを約６００℃で炉内で燃やし、切削用油
を除きそしてそれらの表面の酸化鉄を還元した。次いで
、チップは、Ｈｕｍｂｏｌｄｔ−Ｗｅｄａｇ　Ｐａ１ｌ
ａ　ｍ１１１．　モデ、ｖ２ｏＵにて振動ミル粉砕した
。生成した減寸されたチップを約１５０μｍ未満に分級
しそして過大寸法チップをミルに戻して再粉砕した。約
１５０μｍ直径未満の材料部分をプラズマ銃に送給しそ
して溶解して１５０μｍ直径未満の粒寸を有する球状粒
子を生成した。

プラズマ条件は次の通りとした： プラズマガス流量　　　　アルゴン　　約３２７／分水
素　　　約　５１７分 キャリヤガス流量　　　アルゴン　　約　５ｔ／分発明
の効果 本発明は、コストのかかるアーク再溶解炉を必要とせず
そして従来からの融体１’ｆｆｔＪ方式より低い処理コ
ストでもってスクラップ材料を球状粉に直接変換処理す
ることを可能ならしめる。

本発明について具体的に説明したが、本発明の範囲内で
多くの改変を為しうろことを銘記されたい◇

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の代表的出発材料としての機械加ニス
クラップの粒子構設を示す顕微鏡写真であ続写真である
。 第３ａ図は、第１及び２図の材料の予備粉砕後振動ボー
ルミル粉砕したものの粒子構造を示す顕］鏡写真である
。 第３ｂ図は、第３ａ図の材料の約４０倍拡大の粒子構費
を示すＳＥＭ（走査を子）顕微鏡写真である。 第３ｃ図は、第５ａ図の材料の約１００倍拡大した粒子
＃Ｒ：ｌｒｉを示すＳＥＮ顕微鏡写真でちる。 第４図は、プラズマ処理後約４４〜１５０μｍ直径の特
定寸法範四に分級した第３図の材料の粒子構ｆｉを示す
６０倍拡大８ＥＭ顕微ムは写真である。 第５図は、プラズマ処理しそして約３７〜４４μｍ直径
の寸＠範囲に分級した後の第３図の材料の粒子横置を示
す約１２０倍拡大８Ｅ？１１１顕微鏡厚真である。 同　　　　　　　風　　間　　弘　　志　　　　　゛Ｆ
ｉＧやＩ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ａ ＦＩｏ、３ｂ ＦＩＧ、３ｃ ＦＩＧ、４ ＦｉＧ、５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）金属乃至金属合金スクラップ材料から球状粉末粒子
   を製造する方法であつて、 （ａ）前記スクラップ材料を機械的に減寸する段階と、 （ｂ）前記減寸材料をキャリヤガス中に連行せしめそし
   て該材料の融点を越える高温帯域を通過せしめて、該減
   寸材料の主部分を溶融しそして実質上球状の粒子を形成
   する段階と、 （ｃ）生成高温処理材料を再凝固する段階とを包含する
   球状粉末粒子を製造する方法。 ２）スクラップ材料の寸法が、高エネルギー振動ミル粉
   砕或いはアトリッターミル粉砕から選択される方法によ
   り減寸される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）高温帯域がプラズマである特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ４）再凝固後、高温処理材料を分級して前記主部分を非
   球状化粒子から成る小部分から分離する特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ５）出発材料が、鉄及びニッケル基合金、工具鋼、高融
   点金属、高融点金属合金、銅並びに銅基合金から成る群
   から選択される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６）出発材料が約２５０μｍ未満の直径に機械的に減寸
   される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７）再凝固後、生成高温処理材料が約５０μｍ未満の直
   径の粒寸に機械的に減寸される特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ８）機械的減寸後、生成減寸材料をキャリヤガス中に連
   行せしめそして該減寸材料の融点を越える温度にある高
   温帯域を通過せしめて、該減寸材料の主部分を溶融しそ
   して約５０μｍ未満の粒寸を有する球状粒子を形成し、
   続いて生成する高温処理材料を再凝固する特許請求の範
   囲第７項記載の方法。 ９）高温帯域がプラズマである特許請求の範囲第８項記
   載の方法。