(57)【要約】【課題】酸素含有量が少ない金属粉末を低コストで製造可能な水アトマイズ法による金属粉末の製造方法を提供する。【解決手段】不活性ガス供給室１６と金属粉末回収用のチャンバ１８とを通孔２０を介して連通させ、該不活性ガス供給室１６への不活性ガスの供給によりチャンバ１８内を不活性ガス雰囲気下に保持した状態で、通孔２０を介してタンディッシュ１２に貯留した溶融金属３０の垂下流３２をチャンバ１８内に流下させると共に、該溶融金属３０の垂下流３２に対して高圧水を噴射する。このとき、不活性ガス供給室１６への不活性ガスの流量(ｍ3／ｍｉｎ)と、該不活性ガス供給室１６への溶融金属３０の流量(ｋｇ／ｍｉｎ)との比を、０．１≦不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量≦０．４の範囲となるよう設定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガス供給室(16)と金属粉末回収用のチャンバ(18)とを通孔(20)を介して連通させ、該不活性ガス供給室(16)への不活性ガスの供給によりチャンバ(18)内を不活性ガス雰囲気下に保持した状態で、前記通孔(20)を介してタンディッシュ(12)に貯留した溶融金属(30)の垂下流(32)をチャンバ(18)内に流下させると共に、該溶融金属(30)の垂下流(32)に対して高圧水を噴射することにより金属粉末(34)を製造する水アトマイズ法による金属粉末の製造方法であって、
前記不活性ガス供給室(16)への不活性ガスの流量(ｍ3／ｍｉｎ)と、該不活性ガス供給室(16)への溶融金属(30)の流量(ｋｇ／ｍｉｎ)との比が、
０．１≦不活性ガスの流量／溶融金属(30)の流量≦０．４
の範囲となるよう設定した
ことを特徴とする水アトマイズ法による金属粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の垂下流に対して高圧水を噴射することで微細な金属粉末を製造する水アトマイズ法による金属粉末の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属射出成形、触媒、塗料等に利用される金属粉末の製造方法として、機械的粉砕方法や酸化還元法、電解法等、対象とする金属により様々な方法が提案されているが、工業的に金属粉末を多量に製造する方法として、水アトマイズ法が知られている。この水アトマイズ法は、タンディッシュに貯留した溶融金属をタンディッシュ下部に設けた通孔から流出させ、この溶融金属流に高圧水を噴射することで、溶融金属を飛散させて粉末化する方法である(例えば、特許文献１参照)。この水アトマイズ法により金属粉末を製造することで、微細な金属粉末を多量かつ安価に供給し得る利点がある。
【特許文献１】特開昭５５−８２７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述した水アトマイズ法により溶融金属から金属粉末を製造する場合、高温の溶融金属と水とが接触した際に、水中の溶存酸素や水の分解により生じた酸素と金属とが反応して金属粉末が酸化する欠点が指摘される。すなわち、金属粉末の酸素含有量が多くなると、この金属粉末を用いて製造された金属製品の機械的性質を低下させる原因ともなるため、酸素含有量が少ない金属粉末が求められる。そこで、水アトマイズ法による金属粉末の製造に際して、金属粉末が酸化するのを防止する方法として、使用する水に窒素やアルゴン等の不活性ガスをバブリングして水中の溶存酸素を不活性ガスで除去した水を使用して水アトマイズしたり、減圧処理により水中の溶存酸素濃度を減少させる方法もあるが、金属粉末中の酸素含有量を下げるには十分とは言えなかった。
すなわち、本発明は、前述した従来の技術に内在している前記欠点に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、酸素含有量が少ない金属粉末を低コストで製造可能な水アトマイズ法による金属粉末の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法は、
不活性ガス供給室と金属粉末回収用のチャンバとを通孔を介して連通させ、該不活性ガス供給室への不活性ガスの供給によりチャンバ内を不活性ガス雰囲気下に保持した状態で、前記通孔を介してタンディッシュに貯留した溶融金属の垂下流をチャンバ内に流下させると共に、該溶融金属の垂下流に対して高圧水を噴射することにより金属粉末を製造する水アトマイズ法による金属粉末の製造方法であって、
前記不活性ガス供給室への不活性ガスの流量(ｍ3／ｍｉｎ)と、該不活性ガス供給室への溶融金属の流量(ｋｇ／ｍｉｎ)との比が、
０．１≦不活性ガスの流量／溶融金属の流量≦０．４
の範囲となるよう設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の請求項１に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法よれば、溶融金属の周囲における不活性ガス濃度を高め、該溶融金属の酸化を防止し得るから、酸素含有量の少ない金属粉末を製造し得る。また、本発明を実施するに際して、新たな設備を導入する必要がないから、低コストで金属粉末を製造可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【実施例】
【０００７】
図１は、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法を実施する金属粉末製造装置１０を示す概略図である。前記金属粉末製造装置１０は、装置上部に溶融金属３０を貯留するタンディッシュ１２が設けられると共に、該タンディッシュ１２の下方にガス管１４,１４が接続された不活性ガス供給室１６が画成されており、該ガス管１４,１４を介して窒素ガス(Ｎ2)やアルゴンガス(Ａｒ)等の不活性ガスを不活性ガス供給室１６に供給するよう構成される。また、前記不活性ガス供給室１６の下方には、金属粉末回収用のチャンバ１８が設けられており、該チャンバ１８の天面に形成した通孔２０を介して不活性ガス供給室１６と連通するようになっている。すなわち、前記不活性ガス供給室１６からの不活性ガスをチャンバ１８内に流入させることで、不活性ガス供給室１６とチャンバ１８とを不活性ガス雰囲気下に保持するようになっている。また、前記タンディッシュ１２の底面における前記通孔２０と上下に整列する位置には、図示しないバルブ等により開閉可能な流出孔２２が設けられており、バルブを開放して流出孔２２から流出させた溶融金属３０(以下溶融金属３０の垂下流３２という)が通孔２０からチャンバ１８内に流入するよう構成される。
【０００８】
また、前記不活性ガス供給室１６には、外部水源に接続された噴霧ノズル２４,２４が導入されており、該噴霧ノズル２４,２４から噴射された高圧水が前記通孔２０の下方で収束して逆円錐状のジェット膜２５を形成するようになっている。すなわち、前記通孔２０からチャンバ１８内に流入した溶融金属３０の垂下流３２に高圧水を噴射することにより、溶融金属３０が粉砕されて微細化し、該微細化した溶融金属３０が固化することで金属粉末３４が製造され、該金属粉末３４がチャンバ１８内に貯留される。なお、前記チャンバ１８には、ガス抜き用の管２６が接続されており、該チャンバ１８内の圧力調節を行ない得るようになっている。また、前記チャンバ１８内に貯留される金属粉末３４および水は、前記チャンバ１８の下方に設けられた回収装置２８により回収するよう構成されている。
【０００９】
前記金属粉末製造装置１０は、金属粉末３４を製造しないときには、前記不活性ガス供給室１６に対して少量の不活性ガスを供給することで、該不活性ガス供給室１６とチャンバ１８内を不活性ガス雰囲気下に保持するようになっている。そして、水アトマイズ法により金属粉末３４を製造するに場合には、前記不活性ガス供給室１６への不活性ガスの供給量(不活性ガスの流量)を増大させた状態で、前記噴霧ノズル２４,２４から高圧水を噴射すると共に、前記通孔２０を介して前記タンディッシュ１２の垂下流３２をチャンバ１８内に流入させて金属粉末３４を製造するようにしている。すなわち、前記通孔２０を介してチャンバ１８に流入する不活性ガス量も増大する。
【００１０】
このように、前記不活性ガスの流量を増大させることで、前記溶融金属３０の垂下流３２に噴霧ノズル２４,２４からの高圧水が接触して発生する水蒸気を速やかにチャンバ１８内に分散させ得るから、該溶融金属３０の周囲における水蒸気濃度を低下させ得る。従って、前記溶融金属３０に水蒸気が接触して酸化するのは抑制されるから、金属粉末３４の酸素含有量が低減される。また、不活性ガスが前記通孔２０を介して不活性ガス供給室１６からチャンバ１８内に流入すると、該通孔２０の出口において不活性ガスの流れに急激な変化(乱流)が引き起こされる。この不活性ガスの流れの急激な変化に伴い、前記チャンバ１８内に流入した溶融金属３０の垂下流３２が拡散され、この拡散された溶融金属３０の垂下流３２に高圧水を噴射して微細化することで金属粉末３４が得られる。すなわち、前記不活性ガスの流量を増大させることで、溶融金属３０の垂下流３２を拡散させたもとで高圧水を噴射して微細化することにより、より平均粒子径の小さい微細な金属粉末３４の製造が可能となる。
【００１１】
ここで、前記不活性ガス供給室１６への不活性ガスの流量としては、基準状態換算(０℃、１気圧)において、１．０≦不活性ガスの流量≦５．０の範囲に設定するのが好ましい。不活性ガスの流量＜１．０(ｍ3／ｍｉｎ)とした場合には、溶融金属３０の周囲における水蒸気濃度が高くなるため、該溶融金属３０と水蒸気とが容易に接触し、金属粉末３４の酸素含有量を低減し得ない虞がある。一方、不活性ガスの流量＞５．０(ｍ3／ｍｉｎ)とした場合には、前記溶融金属３０の垂下流３２を拡散して噴霧ノズル２４,２４からの高圧水に接触させたときに、前記通孔２０の出口付近に固着し、次第に通孔２０を閉成する虞がある。
【００１２】
また、基準状態換算での不活性ガス供給室１６への不活性ガスの流量(ｍ3／ｍｉｎ)と、該不活性ガス供給室１６への溶融金属３０の流量(ｋｇ／ｍｉｎ)との比が、０．１≦不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量≦０．４の範囲となるよう設定するのが好ましい。すなわち、前記不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量＜０．１とした場合には、溶融金属３０の周囲における水蒸気濃度が高くなるため、該溶融金属３０と水蒸気とが接触して、金属粉末３４における酸素含有量が高くなる虞がある。一方、不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量＞０．４とした場合には、溶融金属３０と水蒸気との接触による酸化を抑制して金属粉末３４の酸素含有量を低減できるが、垂下流３２が通孔２０の出口付近に付着し、該通孔２０を閉塞して金属粉末を製造し得なくなる。また、不活性ガスの消費量の増大によりコスト増を招来する欠点がある。
【００１３】
また、水アトマイズ法により得られる金属粉末３４の平均粒子径をより小さくするには、基準状態換算での不活性ガス供給室１６への不活性ガスの流量(ｍ3／ｍｉｎ)と、該不活性ガス供給室１６への溶融金属３０の流量(ｋｇ／ｍｉｎ)との比が、０．１５≦不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量となるよう設定するのが好ましい。すなわち、前記不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量＜０．１５とした場合には、前記通孔２０を介してチャンバ１８内に流入した溶融金属３０の垂下流３２を拡散させる効果に乏しく、平均粒子径の小さい金属粉末３４を生成し難くなる。
【００１４】
(実験例)
次に、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法により製造した金属粉末(実験例Ａ〜Ｆ)および、従来の水アトマイズ法による金属粉末の製造方法により製造した金属粉末(比較例Ｇ,Ｈ,Ｉ)の酸素含有量と平均粒径を示す。なお、不活性ガスとして窒素ガス(Ｎ2)を不活性ガス供給室１６に供給する。そして、実験例Ａ〜Ｆでは、窒素ガスの流量を２．３〜３．８(ｍ3／ｍｉｎ)に設定すると共に、比較例Ｇ,Ｈでは、窒素ガスの流量を０．２(ｍ3／ｍｉｎ)に設定している。また、実験例Ａ〜Ｄおよび比較例Ｇ,Ｉでは、鋼種としてステンレス鋼(ＪＩＳ  ＳＵＳ  ３１６Ｌ)を使用すると共に、実験例Ｅ,Ｆおよび比較例Ｈでは、鋼種としてステンレス鋼(ＪＩＳ  ＳＵＳ  ６３０)を使用している。また、表１における窒素ガス流量／溶融金属流量と金属粉末の酸素含有量との関係を図２に示し、窒素ガス流量／溶融金属流量と金属粉末の平均粒径との関係を図３に示してある。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１または図２に示すように、０．１≦不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量≦０．４の範囲となる実験例Ａ〜Ｆでは、金属粉末(ステンレス鋼粉末)の酸素含有量は０．２１〜０．３２(％)となる。これに対して、不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量＜０．１となる比較例Ｇ,Ｈでは、金属粉末(ステンレス鋼粉末)の酸素含有量は０．４２(％)および０．３９(％)となっている。すなわち、水アトマイズ法により金属粉末を製造するに際し、０．１≦不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量≦０．４の範囲となるよう窒素ガスを供給することにより、実験例の金属粉末の酸素含有量を、比較例の金属粉末に較べて２３〜５０％低減し得ることが確認された。なお、不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量＞０．４の範囲とした比較例Ｉでは、垂下流３２が通孔２０の出口付近に付着し、該通孔２０を閉塞して金属粉末(ステンレス鋼粉末)は製造されない。また、表１または図２に示すように、０．１５≦不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量の範囲となる実験例Ｂ〜Ｄ,Ｆに係る金属粉末(ステンレス鋼粉末)の平均粒径は略１７．０(μｍ)となる。これに対して、(不活性ガスの流量／溶融金属３０の流量＜０．１５の範囲となる比較例Ｇ,Ｈに係る金属粉末(ステンレス鋼粉末)の平均粒径は２０．１(μｍ)および２１．２(μｍ)となっている。すなわち、水アトマイズ法により金属粉末を製造するに際して、０．１５≦不活性ガスの流量／溶融金属の流量の範囲となるよう窒素ガスを供給することで、実験例の金属粉末の平均粒径を、比較例の金属粉末に較べて略１５％低減し得ることが確認された。
【００１７】
このように、０．１≦不活性ガスの流量／溶融金属の流量≦０．４の範囲となるよう設定することで、酸素含有量の少ない金属粉末を製造し得るから、金属製品の機械的性質の低下を抑制することができ、金属射出成形や触媒、塗料、その他各種用途に好適に利用可能である。更に、０．１５≦不活性ガスの流量／溶融金属の流量となるよう設定することで、製造される金属粉末の平均粒径も小さくし得るから、金属粉末の付加価値をより一層向上し得る利点もある。また、本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法を実施するに際しては、供給する不活性ガスの流量と、溶融金属の流量とを調整するだけでよく、新たな設備を導入する必要がないから、酸素含有量が少なく、かつ平均粒径の小さな高付加価値金属粉末を低コストで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造装置を示す概略図である。
【図２】本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法を実施した実験例の表１における窒素ガス流量／溶融金属流量と金属粉末の酸素含有量との関係を示すグラフ図である。
【図３】本発明に係る水アトマイズ法による金属粉末の製造方法を実施した実験例の表１における窒素ガス流量／溶融金属流量と金属粉末の平均粒径との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００１９】
１２  タンディッシュ
１６  不活性ガス供給室
１８  チャンバ
２０  通孔
３０  溶融金属
３２  垂下流
３４  金属粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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