(57)【要約】本発明は高純度の金属または金属合金の要素、特にクロムの製造方法に関するものであり、該方法が、−主として卑金属の酸化物を含有する非金属含有物を有する金属または金属合金を精錬することからなる過程と、−ブリケットまたはタブレットを形成するために還元剤で金属または合金をブリケット化することからなる過程と、−金属または合金の金属の大幅な昇華なしに、還元剤が含有物に作用するように真空下でブリケットまたはタブレットを処理することからなる過程と、−ブリケットまたはタブレットの表面の層を除去することからなる過程を含むことを特徴とする。超合金製の機械部品の製造への応用にも関するものである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属または金属合金の要素の製造方法であり、該方法が、
−主として卑金属の酸化物を含有する非金属含有物を有する金属または金属合金を精錬することからなる過程と、
−要素を形成するために、還元剤で金属または合金をブリケット化することからなる過程と、
−還元剤が含有物に作用するように、真空下で要素を処理することからなる過程と、
−要素から表面の層を除去することからなる過程を含むことを特徴とする、金属または金属合金の要素の製造方法。
【請求項２】
除去が研磨を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
摩擦仕上げを含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
除去が振動装置を用いて実施されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
除去される層が０．０１と０．５ｍｍの間に含まれる厚みを有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
金属がクロム、チタン、バナジウム、モリブデン、マンガン、ニオビウム、タングステンおよびニッケルの中から選択され、合金が前述の金属の少なくとも一つおよび／またはホウ素を含有することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
合金が合金鉄であることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
精錬過程が少なくとも一つの金属酸化物と粉末アルミニウムの間のテルミット反応を利用することを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
完全な反応に必要なアルミニウムの量に対してアルミニウムを不足させて反応を不均衡にすることで、金属または合金が、主として卑金属の酸化物の含有物によって構成される還元性非金属含有物を含むようにすることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ブリケット化の後、要素を特に２００と２３０℃の間に含まれる温度で熱処理することを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
真空炉内で還元処理を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
還元処理の後、中性雰囲気で製造物を冷却することを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高純度の金属または金属合金の製造方法、特に金属クロムの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な産業が、金属部品の製造のために、高純度の金属および金属合金を次第に必要としてきている。
【０００３】
出願人は、欧州特許出願公開第１０２８９２号において、高純度のさまざまな金属と合金、特にクロム金属の製造を可能にする方法を記載した。この方法は以下のことからなる過程を含む。
ａ）非金属含有物が主として卑金属の酸化物である金属または金属合金を精錬する過程と、
ｂ）このようにして得られた金属または金属合金を粉砕し、球体を形成するために、結合剤および還元剤で、粉砕された金属または金属合金をブリケット化する過程、そして、
ｃ）還元剤が非金属含有物に作用し、処理された金属または合金の金属の大幅な昇華がおきないように、圧力と温度の調節された条件において、真空下で球体を還元処理にかける過程。
【０００４】
この方法により、例えば、約１００から１５０ｐｐｍの酸素を含有する２００から３００ｐｐｍのアルミナと、約１５０ｐｐｍの酸素を含有する最大でも約５００ｐｐｍの非還元酸化クロムの形で、合計で３００から４００ｐｐｍ以下の酸素を含有する製造物を困難なしに得ることが可能になる。したがってそれは高純度のクロムであり、該クロムによって、特に航空機のターボエンジンの中枢部分の製造に使用可能な超合金を精錬できるようになる。
【０００５】
この方法は完全な満足を与えたし、まだ与えている。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１０２８９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、今日では、さらに高純度の金属および金属合金に対する需要が存在している。
【０００７】
したがって、本発明の一つの目的は、純度が向上した金属および金属合金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このために、本発明によると、以下のことからなる過程を含む、金属または金属合金の要素の製造方法が考えられる。
−主として卑金属の酸化物を含有する非金属含有物を有する金属または金属合金を精錬する過程と、
−要素を形成するために、還元剤で金属または合金をブリケット化する過程と、
−還元剤が含有物に作用するように、真空下で要素を処理する過程、そして
−要素から表面の層を除去する過程。
【０００９】
出願人は意外なことに、表層の除去によって要素全体の純度が向上することを実際に確認した。表面除去は要素の中心の組成には影響し得ないので、この結果は逆説的に思われる。しかしながら、この結果は、不純物の濃度が要素の中心よりもその周縁の方が高いことから説明できる。したがって、表面除去はより高い比率の不純物を取り去るものである。このように、特に摩擦仕上げによるこの除去過程が技術的にきわめて有利となることが明らかになった。さらに、この過程によって製造物の外観も向上させられるようになる。
【００１０】
本発明による方法はさらに、以下の特徴の少なくともいずれか一つを呈することができるものである。
−除去が研磨を含むこと、
−本方法が摩擦仕上げを含むこと、
−除去は振動装置を用いて実施されること、
−除去される層が０．０１と０．５ｍｍの間に含まれる厚みを有すること、
−金属がクロム、チタン、バナジウム、モリブデン、マンガン、ニオビウム、タングステンおよびニッケルの中から選択され、合金は前述の金属の少なくとも一つおよび／またはホウ素を含有すること、
−合金が合金鉄であること、
−精錬過程が少なくとも一つの金属酸化物と、粉末アルミニウムの間のテルミット反応を利用すること、
−完全な反応に必要なアルミニウムの量に対してアルミニウムを不足させて反応を不均衡にすることで、金属または合金が、主として卑金属酸化物の含有物によって構成される還元性非金属含有物を有するようにすること、
−ブリケット化の後、要素を特に２００と２３０℃の間に含まれる温度で熱処理すること、
−真空炉内で還元処理を行うこと、および、
−還元処理の後、中性雰囲気で製造物を冷却すること。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のその他の特徴と利点は、好ましい実施態様についての下記の説明においてより明確になるものである。
【００１２】
この例においては、不均衡なテルミット反応によって高純度の金属クロムを製造する。該反応では、以下の４つの過程ａ）、ｂ）、ｃ）とｄ）が主として実施される。
【００１３】
過程ａ）
耐火材料を張ったテルミット融溶炉内に酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、二クロム酸カリウム（Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7）および粉末アルミニウムを投入する。酸化クロムが、有利には０と１５μｍの間に含まれる粒度を有する市販品であるのに対し、粉末アルミニウムと二クロム酸カリウムは１ｍｍ未満の粒子で構成される。
【００１４】
酸化クロムと二クロム酸カリウムがテルミット反応の化学量論的な比率で存在するのに対し、アルミニウムは従来のテルミット反応の化学量論的な比率に対して不足している。このアルミニウムの不足は化学量論量で０．５から８重量％、好ましくは２から５重量％に相当してもよい。
【００１５】
これら３つの成分は計量されて丁寧に混合され、ついで、反応は適切な仕方で溶融炉内で開始される。反応温度は急速に約２２００℃の値に達し、反応後には、溶融炉の底の金属と、浮遊しているスラグを回収する。
【００１６】
過程ｂ）
５００μｍの篩を完全に通過し、７７μｍの篩を通過しない微粉末が得られるまで、有利にはハンマー型（固定ハンマーに対する可動ハンマー）の高エネルギー粉砕機で構成される衝撃式粉砕機の中で、過程ａ）に由来する金属クロムを粉砕する。
【００１７】
本例において、粉砕は精製粉砕であり、該精製粉砕はベンチレーション、すなわちある流量の浄化用の気流を発生させる。空気の流量は、望まれれば、精製効果を強化するために、意図的に調節することができる。同様に、この精製効果は、粉砕によって放出された非金属含有物のほとんど全量が濃縮されている、粉砕された製造物のもっとも細かい粒子の篩がけ、あるいは他のあらゆる選択的分離によって除去することで補完することができる。
【００１８】
このようにして得られた精製クロムの粉末は、次に還元剤および結合剤と緊密に混合される。後者は有利には、ベークライトと、フルフルアルデヒドのような有機結合剤との混合物で構成される。これは、結合剤に溶けたベークライトが低温で接着剤を形成することから、低温でのブリケット化、ならびに高温でのベークライトのその後の重合を容易にすることを目的とする。もちろん、他の熱硬化性結合剤およびその他の溶剤を用いてもよい。還元剤については、これは有利には、ベークライトの炭素補完に由来するカーボンブラックによって構成される。
【００１９】
これらの物質のそれぞれの量は可変であるが、粉砕された製造物の残留酸素含有量に対して、わずかに多めに、総体的に調節される。一例として、還元剤／結合剤の混合物は、０．１％のベークライト、０．３％のフルフルアルデヒド、および０．０５から０．２％のカーボンブラックで構成することが可能であり、これらの百分率は粉砕された製造物の重量に関連している。
【００２０】
得られた混合物はウォームホイール式ボールプレスまたはタブレットプレスのような、従来の圧縮プレスを用いて球状またはタブレット状に成形される。ブリケット化の後、混合物が適切な温度（約２００から２３０℃）で熱処理されることで、有機結合剤を除去し、また結合剤を形成し、球体やタブレットに強度を与えるベークライトを重合できるようにする。
【００２１】
ただし、製造物のあらゆる酸化を防止するため、熱処理の温度は必要最低限に制限しなければならない。
【００２２】
過程ｃ）
先行過程で得られた球体またはタブレットは、次におよそ１３３×１０-4Ｐａの圧力のかかった真空状態で、１１００℃から１４００℃で還元処理にかけられる。
【００２３】
真空下での加熱サイクルの最初に、ベークライトはある温度で分解して炭化した骨格構造を残し、該骨格構造は混合物内に還元剤として導入されたカーボンブラックに付け加わる。いったん処理温度に達すると、このカーボンは製造物の中に残っているＣｒ2Ｏ3の酸素に作用するが、アルミナＡｌ2Ｏ3の酸素には実質的には作用しない。
【００２４】
固体クロムに実質的に溶けないという特性を有する、水素のような非酸化性または還元性の気体によって制御された排気によって、１３３×１０-4Ｐａで処理炉内を再び真空にする。
【００２５】
比較的弱い真空状態と、クロムの昇華によって課された比較的低い温度のために、処理は反応がほぼ完了するのに数時間を要することがある。
【００２６】
過程ｄ）
後で行われるこの過程において、球体の表層は軽い研磨によって除去される。この過程は、ここでは摩擦仕上げによって実施される。このために、ボールで構成された摩擦仕上げ用の機械が用いられ、該ボールは被覆され、偏心モーターを介して振動させられる。振動の影響下で、球体は互いに摩耗する。
【００２７】
摩擦仕上げは約１０分間継続する。研磨された層は０．０１と０．５ｍｍの間に位置する厚みを有する。
【００２８】
この過程は研磨効果による球体の美観向上に貢献するだけでなく、さらに不純物の大部分を除去する。
【００２９】
除去される不純物は主としてＯ2、Ｎ2である。
【００３０】
出願人は３０対のクロムの球体の標本で試験を実施した。摩擦仕上げを受けていない各対の標本内の酸素、窒素および炭素原子の全体の含有量を測定した。標本の摩擦仕上げの後、各対の他方の標本についても同じ測定を行った。結果は下表にまとめている。
【００３１】
【表１】
2005526177.tif 000002
【００３２】
この表において、「Ｏ」、「Ｎ」および「Ｃ」は酸素原子、窒素原子と炭素原子を表している。
【００３３】
示された値は、ある部分での成分の質を百万単位で測定している。
【００３４】
行（１）と（２）は、それぞれ摩擦仕上げ無しと有りの標本に対する平均値を示している。行（３）は行（１）と（２）の差を示している。
【００３５】
ここでわかるように、平均で得られた値は酸素については３１ｐｐｍ（すなわち８％）、また窒素については７ｐｐｍ（すなわち１６％）である。反対に、炭素についてはさらに低い。
【００３６】
したがって、摩擦仕上げの過程によって球体の純度を向上できるようになる。
【００３７】
もちろん、本発明は上述の好ましい実施態様に限定されない。
【００３８】
したがって、過程ａ）はテルミット法以外、例えば、ピジョン法あるいは電気炉還元によって実施することで、卑金属の酸化された非金属含有物を含む金属または合金を得られるようにすることもできる。
【００３９】
ピジョン法の場合、非制限的な例として、金属ケイ素またはケイ素クロムでの還元によるクロム鉄または金属クロムの製造、並びに、含有率の高いケイ素鉄または金属ケイ素での還元によるタングステン鉄またはモリブデン鉄の製造が挙げられる。
【００４０】
電気炉還元については、非制限的な例として、テルミット法が後に続く、電気炉でのバナジウム鉄の製造が挙げられる。
【００４１】
除去過程は摩擦仕上げ以外の方法、例えば、研磨、エメリー研磨材による仕上げ、ガラス研磨、サンドブラストによって実施することができる。
【００４２】
同様に、過程ａ）はテルミット法以外、例えば、ピジョン法あるいは電気炉還元によって実施することで、卑金属の酸化された非金属含有物を含む金属または合金を得るようにすることもできる。
【国際調査報告】
2005526177.tif 000003
2005526177.tif 000004
2005526177.tif 000005
2005526177.tif 000006
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