(57)【要約】【課題】酸化し易い鋼種などからなる金属微粉末について、水アトマイズおよび分級を施した後における酸素含有量を確実に且つ効率良く低減できる金属微粉末の製造方法を提供する。【解決手段】水Ｗと、水アトマイズされ且つ平均粒径が１０μｍ以下に分級された金属微粉末ｐ４と、防錆剤含有水溶液Ｗａと、を沈降槽Ｈ３，Ｈ４に充填し且つ保持することで、係る沈降槽Ｈ３，Ｈ４の底部に沈降する金属微粉末ｐ４の酸素含有量を例えば０．３ｗｔ％以下に低減する粉末回収工程を含み、上記防錆剤は、脂肪族アミンを３０〜５０ｖｏｌ％含む粉末であり、上記防錆剤含有水溶液Ｗａは、０．０２〜０．１ｖｏｌ％の上記防錆剤を水に添加したものである、金属微粉末の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と、水アトマイズされ且つ平均粒径が１０μｍ以下に分級された金属微粉末と、防錆剤含有水溶液と、を沈降槽に充填し且つ保持することで、前記沈降槽の底部に沈降する上記金属微粉末の酸素含有量を低減する粉末回収工程を含む、
ことを特徴とする金属微粉末の製造方法。
【請求項２】
前記防錆剤は、脂肪族アミンを３０〜５０ｖｏｌ％含む粉末であり、前記防錆剤含有水溶液は、０．０２〜０．１ｖｏｌ％の上記防錆剤を水に添加したものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属微粉末の製造方法。
【請求項３】
前記水と、金属微粉末と、防錆剤含有水溶液とは、容積比で９６〜９９：０．５〜２：０．５〜２の割合で前記沈降槽に充填される、            
ことを特徴とする請求項１または２に記載の金属微粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水アトマイズされ且つ所定の平均粒径に分級する過程で酸化された金属微粉末の酸素含有量を所望のレベルに低減する金属微粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属を水アトマイズ法により水噴霧して得られる金属粉末は、噴霧水に含まれた状態でチャンバ内の水中に落下するため、容易に酸化される、という問題がある。係る問題を解決するため、噴霧媒体としてアミノ酸などの有機酸を含む水溶液を用いて水アトマイズする金属粉末製造における金属粉末の酸化防止方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記金属粉末の酸化防止方法によれば、水アトマイズ法によった場合でも、酸素含有量の低い金属粉末を容易に製造できる、という効果が得られる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１９５０２４号公報（第１〜８頁）
【０００４】
しかしながら、前記金属粉末の酸化防止方法では、アミノ酸などの有機酸を多量に必要とするため、コストアップになり易いと共に、上記有機酸が水アトマイズ後の脱水工程で金属粉末から分離するので、前記防錆効果が水アトマイズ後の各工程にまで及びにくく不効率であった。しかも、脱水処理で回収した多量の水溶液を清浄な水と有機酸とに分離する排水処理が必要となるため、環境対策の点からも不経済となる、という問題もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、酸化し易い鋼種などからなる金属微粉末について、水アトマイズおよび分級を施した後における酸素含有量を確実に且つ効率良く低減できる金属微粉末の製造方法を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、水アトマイズおよび分級を施して得られたスラリー状の金属微粉末を沈降槽の底部に沈降させて回収する際に、特定種類で所定量の防錆剤を含む水溶液を用いる、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による金属微粉末の製造方法（請求項１）は、水と、水アトマイズされ且つ平均粒径が１０μｍ以下に分級された金属微粉末と、防錆剤含有水溶液と、を沈降槽に充填し且つ保持することで、前記沈降槽の底部に沈降する上記金属微粉末の酸素含有量を低減する粉末回収工程を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、水アトマイズされ且つ１０μｍ以下の微細な平均粒径に分級された酸化し易い金属微粉末を、前記粉末回収工程で用いる沈降槽内の防錆剤を含有する水溶液中を沈降する際に、水アトマイズ時の水分などが分解して含まれた酸素を除去し且つ更に酸化させることなく、係る沈降槽の底部に沈殿できる。従って、係る沈殿した金属微粉末を沈降槽から取り出して乾燥することにより、酸素含有量を所定のレベルに抑制した金属微粉末を確実に得ることができる。
【０００８】
尚、前記金属微粉末として、酸化し易いＦｅ−Ｃｏ系合金、例えば５０ｗｔ％Ｆｅ−４９ｗｔ％Ｃｏ（所謂パーメンジュール）が挙げられる。
また、前記粉末回収工程における水と水溶液との温度は、水アトマイズされ且つ分級されつつ降温する金属微粉末の温度に影響されるが、当該工程での酸化を防ぐため、７０℃以下、望ましくは５０℃以下が望ましい。
更に、沈降槽は、前記水および水溶液が充填でき、前記金属粉末を沈降させられる容器であれば特に限定されないが、例えば、回収工程直前の分級工程で用いる台車上に載置可能な回収容器を用いると、係る２つの工程で用いる容器を共通化することができる。
【０００９】
また、本発明には、前記防錆剤は、脂肪族アミンを３０〜５０ｖｏｌ％含む粉末であり、前記防錆剤含有水溶液は、０．０２〜０．１ｖｏｌ％の上記防錆剤を水に添加したものである、金属微粉末の製造方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記粉末回収工程で用いる沈降槽内に、脂肪族アミンを含む極く微量の防錆剤を水に添加した防錆剤含有水溶液を水と共に注入し、係る希薄な濃度の防錆剤を含む希釈化された水溶液中で、前記金属微粉末を沈降させつつ、その内部に含まれる酸素を除去し且つ更に酸化させずに、係る沈降槽の底部に沈殿させることができる。しかも、極く微量の防錆剤を添加するだけであるため、低コストで前記防錆剤含有水溶液を得られると共に、回収工程で用いられた排水の処理コストも低減することが可能となる。
【００１０】
尚、前記防錆剤には、例えば、３０〜５０ｖｏｌ％の脂肪族アミン、５〜１０ｖｏｌ％の無機化合物（例えばＮａ塩）、および５〜１０ｖｏｌ％のＮ含有有機化合物を含む粉末が用いられる。係る粉末には、市販の粉末防錆剤が適用できる。
また、前記防錆剤含有水溶液において、前記防錆剤が０．０２ｖｏｌ％未満になると、その防錆作用が不十分となり、一方、０．１ｖｏｌ％を越えると、その防錆効果が飽和し且つ排水処理においてコスト高を招くため、前記範囲とした。
【００１１】
更に、本発明には、前記水と、金属微粉末と、防錆剤含有水溶液とは、容積比で９６〜９９：０．５〜２：０．５〜２の割合で前記沈降槽に充填される、金属微粉末の製造方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、前記粉末回収工程で用いる沈降槽内において、水に対し極く微量の防錆剤含有水溶液を添加し、係る希釈化された水溶液中に上記容積比の範囲で金属微粉末を沈降することにより、内部の酸素を除去し且つ更に酸化させずに、上記沈降槽の底部に沈殿させることができる。
尚、金属微粉末と防錆剤含有水溶液との容積（ｖｏｌ％）比が、それぞれ０．５未満になると、防錆作用が不十分となり、一方、金属微粉末と防錆剤含有水溶液との容積比がそれぞれ２を越えると、防錆効果が飽和し且つ排水処理でコスト高を招くため、前記範囲とした。
【００１２】
付言すれば、本発明には、前記金属微粉末は、水アトマイズされた後に、サイクロンを用いる複数回の分級工程を経ている、金属微粉末の製造方法も含まれ得る。これによる場合、水アトマイズされた金属粉末から複数回ごとの分級で比較的大径の金属粉末が分離・除去されるため、平均粒径が１０μｍ以下の前記金属微粉末を得ることが可能となる。尚、上記「複数回」とは、２回以上を指す。
【００１３】
また、本発明には、前記水アトマイズ時から、前記粉末回収工程における前記沈降槽内で金属微粉末の沈降を開始するまでに、少なくとも３時間以上の時間差がある、金属微粉末の製造方法も含まれ得る。
前記水アトマイズ時から、複数回の分級を行う分級工程を経て、粉末回収工程の開始に至る処理時間が長くなると、回収対象である金属微粉末の酸素含有量は、上記処理時間にほぼ比例して増加する。一方、上記処理時間が短いと、実用的な設備により、平均粒径が１０μｍ以下の前記金属微粉末を得ることが困難となる。このため、上記のように、３時間以上、粉末粒径によっては４時間またはそれ以上の時間差とすることで、前記金属微粉末を確実に得ることが可能となる。尚、上記時間差の上限は、例えば、６時間またはこれ以下である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明に用いる金属粉末製造装置１を示す概略図であり、予め、以下において、当該金属粉末製造装置１の内容および作用を説明する。
金属粉末製造装置１は、図１に示すように、水アトマイズ装置２と、２回（複数回）の分級が可能な分級装置Ｄと、分級された金属微粉末ｐ４を回収する粉末回収装置Ｒと、を備えている。
水アトマイズ装置２は、全体が円筒形で且つ底部が円錐形のチャンバ５と、その天井面の中央に取り付けた水アトマイザ４と、その上面に載置されるタンディシュ（取鍋）３と、を備えている。耐火物が内張されたタンディシュ２の内側には、図示しない高周波誘導炉などで溶解された溶融金属Ｍが注入され、係る溶融金属Ｍは、タンディシュ３の底部中央のノズルから、上記水アトマイザ４の中心部に細径にして垂直に流下される。
【００１５】
図１に示すように、全体がほぼ円盤形を呈する水アトマイザ４における底面の周辺に開口するリング形のノズル孔、または円環状に開設された複数のノズル孔から、約７５０〜１０００ｋｇ／ｃｍ２の高圧水ｗが斜め下向きで且つ円錐形状にして噴射され、それらが収束する噴化（粉化）点で、前記細径で流下する溶融金属Ｍを噴化（粉化）する。係る噴化により冷却され且つ凝固して種々の粒径に粉化された金属粉末ｐは、チャンバ５内の水Ｗ中に落下して冷却されつつ底部に溜まる。尚、係る金属粉末ｐの内部には、上記高圧水ｗが分解した酸素が含まれ、その表層にはチャンバ５内の水Ｗが分解した酸素が含まれる。
【００１６】
上記水Ｗを含むスラリー状の金属粉末ｐは、図１に示すように、チャンバ５の下端から、ポンプＰにより、バルブｖを含む管路６を経て、分級装置Ｄにおける第１回目の分級を行うサイクロンｓ１に送られる。係るサイクロンｓ１内で渦巻き状に旋回する気流によって、比較的（相対的に）大きな粒径の金属粉末ｐ１が落下し、サイクロンｓ１の下側に配置した回収容器Ｈ１内に回収される。
尚、上記回収容器Ｈ１は、後述する回収容器Ｈ２や沈降槽Ｈ３，Ｈ４と同じ金属製の容器であり、これらは複数の車輪７を有する台車８上に載置され、且つ移動可能とされている。
【００１７】
一方、前記気流による舞い上がった比較的（相対的に）小さな粒径の金属粉末ｐ２は、図１に示すように、サイクロンｓ１の上端中央から管路９を経て、微粉タンク１０内に送給される。係る微粉タンク１０内で堆積した金属粉末ｐ２は、図１に示すように、当該微粉タンク１０の下端から、ポンプＰにより、管路１２とこれに接続された分岐管路１３とを経て、分級装置Ｄにおける第２回目の分級を行う複数のサイクロンｓ２１〜ｓ２３に分流される。尚、第２回目の分級には、図１に示す３個の小さなサイクロンｓ２１〜ｓ２３に限らず、これらと同じサイズおよび構造のサイクロンｓ２ｎを４個以上並列にして配置したものを用いても良い。
【００１８】
上記サイクロンｓ２１〜ｓ２３ごとの内部においても、それぞれ渦巻き状に旋回する気流により、比較的（相対的に）大きな粒径の金属粉末ｐ３が落下し、サイクロンｓ２１〜ｓ２３の下側に配置した回収容器Ｈ２内に回収される。一方、上記気流によって舞い上がった平均粒径が１０μｍ以下の金属微粉末ｐ４は、サイクロンｓ２１〜ｓ２３の上端中央からから上方の管路１４を経て、粉末回収装置Ｒに送給される。
尚、上記微細な粒径の金属微粉末ｐ４を図示しない微粉タンクに収容し、これから取り出して、図示しない第３回目の分級を、更に小さく且つ多数個のサイクロンに分けて行うようにしても良い。また、金属微粉末ｐ４は、複数回の分級と微粉タンク１０内などでの滞留とを経る間において、前記水アトマイズ時の高温状態から徐々に冷却されると共に、前記水Ｗによる表層側に水分も徐々に低減されている。
【００１９】
図１に示すように、管路１４を送給された金属微粉末ｐ４は、粉末回収装置Ｒにおけるホッパ１６，１８に送られた後、これらの下方に配置した沈降槽Ｈ３，Ｈ４内に落下する。係る沈降槽Ｈ３，Ｈ４も車輪７を有する台車８上に載置され、且つ移動可能とされている。
ここで、本発明による金属微粉末の製造方法について説明する。
沈降槽Ｈ３，Ｈ４内には、予め、防錆剤を溶かした防錆剤含有水溶液と水とを、容積比で０．５〜２：９６〜９９で更に希釈化した水溶液Ｗａが入れてある。    
【００２０】
防錆剤は、例えば、３０〜５０ｖｏｌ％の脂肪族アミン、５〜１０ｖｏｌ％の無機化合物（例えばＮａ塩）、および５〜１０ｖｏｌ％のＮ含有有機化合物を含む粉末である。０．０２〜０．１ｖｏｌ％の防錆剤を、水に添加して上記防錆剤含有水溶液とし、これを更に前記容積比で水に添加することにより、希釈化された水溶液Ｗａが得られる。従って、係る水溶液Ｗａに対する防錆剤の容積率は、０．０００１〜０．００２ｖｏｌ％と極く微量である。
沈降槽Ｈ３，Ｈ４内には、金属微粉末ｐ４と上記水溶液Ｗａとが、０．５〜２：９６．５〜９９．５の容積比で充填される。尚、水と、金属微粉末ｐ４と、防錆剤含有水溶液との容積比は、９６〜９９：０．５〜２：０．５〜２である。
【００２１】
沈降槽Ｈ３，Ｈ４内の水溶液Ｗａ中に落下した金属微粉末ｐ４は、係る水溶液Ｗａ中に溶出した前記防錆剤の脂肪族アミンなどと反応し、係る金属微粉末ｐ４の表面や内部に含まれる前記水ｗや水Ｗが分解した酸素が除去される。更に、金属微粉末ｐ４には、新たな酸素が侵入しなくなる。従って、本発明によれば、水アトマイズされ且つ複数回分級されて得られた金属微粉末ｐ４の酸素含有量を、約０．１〜０．３ｗｔ％程度低減することが可能となる。
【実施例】
【００２２】
以下において、本発明の具体的な実施例を説明する。
予め、粉末回収工程における沈降槽内で用いる希釈化された前記水溶液Ｗａの温度および水アトマイズ時から沈降槽内の水溶液Ｗａに投入されるまでの時間差と、金属微粉末ｐ４の酸素含有量と、の関係を予備的試験により調査した。
先ず、５０ｗｔ％Ｆｅ−４９ｗｔ％Ｃｏの溶融金属Ｍを前記水アトマイズ装置２を用い且つ同じ条件で金属粉末ｐとし、同じ条件下で前記分級装置Ｄによる３回の分級を続けて行った後、乾燥させて平均粒径が１０μｍの金属微粉末ｐ４を得た。係る金属微粉末ｐ４を１０ｇずつの複数組に分けた。
【００２３】
一方、水に対し、脂肪族アミンを４０ｖｏｌ％含む防錆剤を０．１ｖｏｌ％添加して、防錆剤含有水溶液とした。係る防錆剤含有水溶液を容積比１ｖｏｌ％で水に添加することにより、水溶液Ｗａを得た。係る水溶液Ｗａを１５℃（常温）のものと、７０℃に加熱したものとに分けた。更に、７０℃に加熱した水のみを別途に用意した。
次いで、沈降槽となる複数個の容器を用意し、上記各温度の水溶液Ｗａまたは水を個別に１リットル入れ、これらに前記金属微粉末ｐ４を投入した後、０，１〜５時間の浸漬時間ごとに分けて保持した。
そして、複数個の容器から、各温度の水溶液Ｗａおよび水の別と、浸漬時間との別とに、５ｇずつの金属微粉末ｐ４を採取し、その酸素含有量を測定した。その結果を図２のグラフに示した。
【００２４】
図２のグラフによれば、７０℃の水溶液Ｗａに浸漬した実線で示す各組の金属微粉末ｐ４は、７０℃の水中に浸漬した一点鎖線で示す各組の金属微粉末ｐ４に比べて、浸漬時間が２時間以上になった際に、酸素含有量が約０．１〜０．２ｗｔ％低くなった。
一方、１５℃の水溶液Ｗａに浸漬した破線で示す各組の金属微粉末ｐ４は、前記７０℃の水溶液Ｗａに浸漬した各組の金属微粉末ｐ４に比べて、浸漬時間が１〜２時間の組で酸素含有量が約０．２ｗｔ％低くなり、浸漬時間が３〜５時間の組で酸素含有量が約０．４ｗｔ％低くなった。
【００２５】
以上のような予備的試験によれば、前記防錆剤を用いた際の防錆作用が確認できると共に、水アトマイズされ且つ平均粒径１０μ以下に分級された金属微粉末ｐ４は、沈降槽で用いる水溶液Ｗａの温度が低い程、その酸素含有量を低減できることが確認できた。
また、前記浸漬時間を、水アトマイズされた時から分級工程を経て沈降槽内の水溶液Ｗａ中に投入されるまでの時間差とみなすこともできる。このため、実用的な前記粉末製造装置１を用いた際において、水アトマイズ時から粉末回収工程の沈降槽内で金属微粉末ｐ４を沈降させ始めるまでの時間差が、約３〜５時間程度の実操業条件に対しても、前記予備的試験の結果を、類推して適用し得ることが分かった。
【００２６】
次に、５０ｗｔ％Ｆｅ−４９ｗｔ％Ｃｏの溶融金属Ｍを、前記水アトマイズ装置２にて同じ条件（９００ｋｇ／ｃｍ２の噴霧水ｗを噴霧）で水アトマイズして、スラリー状の金属粉末ｐとした。かかる金属粉末ｐの酸素含有量は、図３のグラフ中の「アトマイズ粉末」で示すように、約０．２７ｗｔ％であった。尚、上記Ｆｅ−Ｃｏ系合金からなる微粉末の許容酸素含有量は、０．３０ｗｔ％である。
上記スラリー状の金属粉末ｐを８組（８例）に分け、前記分級装置Ｄによる３回の分級別に個別に分級して、金属微粉末ｐ４とした。この際、上記水アトマイズ時から粉末回収装置Ｒの沈降槽（Ｈ３，４）に至るまでの時間を、全ての組で４時間とした。
【００２７】
一方、水に対し、脂肪族アミンを４０ｖｏｌ％含む防錆剤を０〜４．１ｖｏｌ％別に８区分に分けて個別に添加して、防錆剤含有水溶液とした。係る防錆剤含有水溶液を容積比１ｖｏｌ％で水に添加することにより、７種類の水溶液Ｗａを得た後、これを５０℃に加熱した。また、別途に５０℃に加熱した水（水道水）を用意した。
次に、分級後の平均粒径が１０μｍ以下である前記８組の金属微粉末ｐ４を、沈降槽内に入れた５０℃の水中と、７つの沈降槽ごとに個別に入れた５０℃で７種類の水溶液Ｗａ中とに投入した。係る浸漬状態で、６０分間保持することで、各組の金属微粉末ｐ４をそれぞれの沈降槽の底部に沈降させた。
そして、各組の金属微粉末ｐ４を各沈降槽から取り出して乾燥させた。係る８組の各組の金属微粉末ｐ４における酸素含有量を測定し、図３のグラフに示すように、５つの実施例と３の比較例とした。
【００２８】
図３のグラフによれば、０．５ｖｏｌ％以上の前記防錆剤を含む水溶液Ｗａ中で沈降・保持された５つの実施例における酸素含有量は、０．３０ｗｔ％以下の許容可能なレベルに低減することができた。
一方、水中および０．１ｖｏｌ％，０．３ｖｏｌ％の前記防錆剤を含む水溶液Ｗａ中で沈降・保持された３つの比較例における酸素含有量は、０．３２〜０．３１ｗｔ％であって、Ｆｅ−Ｃｏ系合金からなる金属微粉末ｐ４の許容酸素含有量である０．３０ｗｔ％を越えていた。
係る結果は、各実施例では、０．５ｖｏｌ％以上の前記防錆剤を含む水溶液Ｗａ中において、金属微粉末ｐ４を沈降・保持することにより、その酸素含有量を低減・抑制できたことを示すと共に、本発明の効果が裏付けられたものである。
【００２９】
尚、前記実施例における水アトマイズ時から粉末回収工程の開始時までの時間差を、３時間またはこれ以下に更に短縮した場合には、金属微粉末の酸素含有量を更に低減できるものと推定される。
また、本発明は、前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金に限らず、酸化し易い金属であれば、各種の鋼やＦｅ基合金などの微粉末の製造方法にも、適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の製造方法に用いる粉末製造装置を示す概略図。
【図２】予備的試験における各種温度の水溶液などへの浸漬時間と金属微粉末の酸素含有量との関係を示すグラフ。
【図３】実施例と比較例との各金属微粉末における酸素含有量を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３１】
ｐ４…………金属微粉末
Ｈ３，Ｈ４…沈降槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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