(57)【要約】プラズマアトマイズ金属粉末製造方法は、加熱された金属源を提供することと、加熱された金属源を、加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることとを含む。アトマイズは、約２０未満のガス対金属比を使用して実行されてもよく、それにより、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を得る。本方法は、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることをさらに含んでもよい。アトマイズシステムは、プラズマ源の上流に位置決めされ、少なくとも１つのプラズマ源に対する金属源の配向を調整するように適合された位置合わせシステムを含んでもよい。
2018528328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマアトマイズ金属粉末製造方法であって、
加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含み、前記アトマイズは、約２０未満のガス対金属比を使用することによって実行され、それにより、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を得る、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法。
【請求項２】
前記ガス対金属比は、約１７未満である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ガス対金属比は、約５〜約１５である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ガス対金属比は、約２〜約１０である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記ガス対金属比は、約５〜約１０である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記ガス対金属比は、約１０〜約２０である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記ガス対金属比は、約１０〜約１５である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも９０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも８５％の０〜７５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも５０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも６０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記加熱された金属源は、前記少なくとも１つのプラズマ源の頂点で前記プラズマと接触する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つの個別ノズルから放出される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の複数の個別ノズルから放出され、前記個別ノズルは、前記加熱された金属源の周りに角度を付けて位置決めされる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の環状ノズルから放出される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記加熱された金属源は、ワイヤ、ロッド、および溶融流から選択される、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記加熱された金属源は、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって加熱されたワイヤである、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記加熱された金属源は、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって加熱されたロッドである、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記加熱された金属源は、スカル溶融または水冷るつぼから得られた加熱された溶融流である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記加熱された溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、コバルト超合金、ニッケル超合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属のうちの１つから選択された少なくとも１つの部材を備える、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記加熱された溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金から選択される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記加熱された溶融源は、チタン合金から選択される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記加熱された溶融源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖである、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記加熱された溶融源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ、およびチタンアルミナイドから選択される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記加熱された溶融源は、非合金Ｔｉグレード（例えば、グレード１、２、３、または４）、ＰｄまたはＲｕで改質されたＴｉ合金（例えば、グレード７、１１、１６、１７、２６、または２７）、アルファ型およびニア（ｎｅａｒ）アルファ型Ｔｉ合金（例えば、グレード６、９、１２、１８、２８）、アルファ―ベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード５、２３、または２９）、およびニア（ｎｅａｒ）ベータ型およびベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード１９または２０）から選択される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２６】
前記金属粉末は、反応性金属粉末である、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２７】
プラズマアトマイズ金属粉末製造方法であって、
加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせさせることと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと接触させることと、を含む、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法。
【請求項２８】
前記加熱された金属源は、金属ワイヤまたは金属ロッドのうちの１つである、請求項２７に記載の製造方法。
【請求項２９】
前記加熱された金属源は、前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマの頂点と位置合わせされる、請求項２７または２８に記載の製造方法。
【請求項３０】
前記加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと位置合わせさせることは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で５センチメートル以内に位置決めすることを含む、請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３１】
前記加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと位置合わせさせることは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で２．５センチメートル以内に位置決めすることを含む、請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３２】
前記加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと位置合わせさせることは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で１．９センチメートル以内に位置決めすることを含む、請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３３】
前記位置合わせは、
前記加熱された金属源の配向を断続的に調整して、前記加熱された金属源と前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマとの位置合わせを維持することを含む、請求項２７〜３２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３４】
前記加熱された金属源の前記配向の前記断続的な調整は、前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマの上流に、かつその遠隔に位置決めされた枢動点を中心に前記加熱された金属源を枢動させることを含む、請求項３３に記載の製造方法。
【請求項３５】
前記位置合わせは、
前記プラズマの上流にチャネルを画定するガイド部材を位置決めすることと、
前記ガイド部材の前記チャネルを通して前記加熱された金属源を変位させることと、を含む、請求項２７〜３４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３６】
ガス源および液体源のうちの少なくとも１つによって前記ガイド部材を冷却することをさらに含む、請求項３３に記載の製造方法。
【請求項３７】
前記加熱された金属源の前記配向の前記断続的な調整は、前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマの上流に、かつその遠隔に位置決めされた枢動点を中心に前記加熱された金属源を枢動させることを含む、請求項３５または３６に記載の製造方法。
【請求項３８】
前記チャネルの出口は、前記プラズマの近接に位置決めされる、請求項３３〜３６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３９】
前記ガイド部材は、前記加熱された金属源の汚染を制限する、請求項３３〜３６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項４０】
前記チャネルを画定する前記ガイド部材の内面は、非汚染材料で形成される、請求項３９に記載の製造方法。
【請求項４１】
前記チャネルを画定する前記ガイド部材の内面は、電気絶縁材料で形成される、請求項３９または４０に記載の製造方法。
【請求項４２】
抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって前記加熱された金属源を加熱することをさらに含む、請求項２７〜４１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項４３】
前記アトマイズは、約２０未満のガス対金属比を使用することによって実行され、それにより、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン分布収率を有する金属粉末を得る、請求項２７〜４１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項４４】
前記ガス対金属比は、約１７未満である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４５】
前記ガス対金属比は、約５〜約１５である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４６】
前記ガス対金属比は、約５〜約１０である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４７】
前記ガス対金属比は、約２〜約１０である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４８】
前記ガス対金属比は、約１０〜約２０である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４９】
前記ガス対金属比は、約１０〜約１５である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項５０】
前記得られた原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも９０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する、請求項４３〜４９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５１】
前記得られた原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも３０％の０〜７５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項４３〜４９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５２】
前記得られた原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも５０％の０〜４５ミクロン分布収率を有する、請求項４３〜４９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５３】
前記得られた原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも６０％の０〜４５ミクロン分布収率を有する、請求項４３〜４９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５４】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つの個別ノズルから放出される、請求項４３〜５３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５５】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の複数の個別ノズルから放出され、前記個別ノズルは、前記加熱された金属源の周りに角度を付けて位置決めされる、請求項４３〜５３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５６】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の環状ノズルから放出される、請求項４３〜５３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５７】
前記加熱された溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、コバルト超合金、ニッケル超合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属のうちの１つから選択された少なくとも１つの部材を備える、請求項２７〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５８】
前記加熱された溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金から選択される、請求項２７〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５９】
前記加熱された溶融源は、チタン合金から選択される、請求項２６〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６０】
前記加熱された溶融源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖである、請求項２７〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６１】
前記加熱溶融源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ、およびチタンアルミナイドから選択される、請求項２７〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６２】
前記加熱された溶融源は、非合金Ｔｉグレード（例えば、グレード１、２、３、または４）、ＰｄまたはＲｕで改質されたＴｉ合金（例えば、グレード７、１１、１６、１７、２６、または２７）、アルファ型およびニアアルファ型Ｔｉ合金（例えば、グレード６、９、１２、１８、２８）、アルファ―ベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード５、２３、または２９）、およびニアベータ型およびベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード１９または２０）から選択される、請求項２７〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６３】
前記金属粉末は、反応性金属粉末である、請求項２７〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６４】
アトマイズシステムであって、
金属源を加熱するための少なくとも１つの加熱システムと、
加熱した後の前記金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、プラズマと接触させるように構成された少なくとも１つのプラズマ源と、
前記少なくとも１つのプラズマ源の上流に位置決めされた位置合わせシステムであって、前記位置合わせシステムは、前記少なくとも１つのプラズマ源に対して前記金属源の配向を調整するように適合されている、位置合わせシステムと、を備える、アトマイズシステム。
【請求項６５】
前記位置合わせシステムは、前記プラズマの上流のチャネルを画定するガイド部材を備え、前記チャネルは前記金属源の変位経路をさらに画定する、請求項６４に記載のアトマイズシステム。
【請求項６６】
前記位置合わせシステムは、前記ガイド部材を冷却するためのガス源および液体源のうちの少なくとも１つを受けるための入口をさらに備える、請求項６５に記載のアトマイズシステム。
【請求項６７】
前記チャネルの出口は前記プラズマの近接に位置決めされる、請求項６５または６６に記載のアトマイズシステム。
【請求項６８】
前記ガイド部材は、前記加熱された金属源の汚染を制限する、請求項６５〜６７のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項６９】
前記チャネルを画定する前記ガイド部材の内面は、電気絶縁材料で形成される、請求項６５〜６８のいずれかに記載のアトマイズシステム。
【請求項７０】
前記ガイド部材の内面は、セラミックで形成される、請求項６５〜６９のいずれかに記載のアトマイズシステム。
【請求項７１】
前記ガイド部材は、前記金属源を給送するための給送装置と前記プラズマとの間に実質的に延びる、請求項６５〜７０のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７２】
前記位置合わせシステムは、前記金属源に連結された変位可能部材を備え、前記変位可能部材の変位は、前記プラズマに対する前記金属源の配向の変化を引き起こす、請求項６４〜７１のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７３】
前記位置合わせシステムは、前記金属源に連結された枢軸をさらに備え、前記変位可能部材の前記変位は前記金属源の前記枢軸の周りの回転を引き起こし、それによって前記金属源の前記変化する配向を引き起こす、請求項７２に記載のアトマイズシステム。
【請求項７４】
前記少なくとも１つの加熱システムは、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱から選択される、請求項６４〜７３のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７５】
前記少なくとも１つの加熱システムは、前記ガイド部材の周りまたは内部に位置決めされた抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱から選択される、請求項７１に記載のアトマイズシステム。
【請求項７６】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つの個別ノズルから放出される、請求項６４〜７５のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７７】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の複数の個別ノズルから放出され、前記個別ノズルは、前記加熱された金属源の周りに角度を付けて位置決めされる、請求項６４〜７５のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７８】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の環状ノズルから放出される、請求項６４〜７５のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７９】
プラズマアトマイズ金属粉末製造方法であって、
加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含み、それにより、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を得る、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法。
【請求項８０】
前記ガス対金属比は、約２０未満である、請求項７９に記載の製造方法。
【請求項８１】
前記ガス対金属比は、約１７未満である、請求項７９に記載の製造方法。
【請求項８２】
前記ガス対金属比は、約５〜約１５である、請求項７９に記載の製造方法。
【請求項８３】
前記ガス対金属比は、約２〜約１０である、請求項７９に記載の製造方法。
【請求項８４】
前記ガス対金属比は、約５〜約１０である、請求項７９に記載の製造方法。
【請求項８５】
前記ガス対金属比は、約１０〜約２０である、請求項７９に記載の製造方法。
【請求項８６】
前記ガス対金属比は、約１０〜約１５である、請求項７９に記載の製造方法。
【請求項８７】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも９０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する、請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８８】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも８５％の０〜７５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８９】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも５０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９０】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも６０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９１】
前記加熱された金属源は、前記少なくとも１つのプラズマ源の頂点で前記プラズマと接触する、請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９２】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つの個別ノズルから放出される、請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９３】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の複数の個別ノズルから放出され、前記個別ノズルは、前記加熱された金属源の周りに角度を付けて位置決めされる、請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９４】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の環状ノズルから放出される、請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９５】
前記加熱された金属源は、ワイヤ、ロッド、および溶融流から選択される、請求項７９〜８６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９６】
前記加熱された金属源は、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって加熱されたワイヤである、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９７】
前記加熱された金属源は、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって加熱されたロッドである、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９８】
前記加熱された金属源は、スカル溶融または水冷るつぼから得られた加熱された溶融流である、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９９】
前記加熱された溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、コバルト超合金、ニッケル超合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属のうちの１つから選択された少なくとも１つの部材を備える、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１００】
前記加熱された溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金から選択される、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０１】
前記加熱された溶融源は、チタン合金から選択される、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０２】
前記加熱された溶融源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖである、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０３】
前記加熱された溶融源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ、およびチタンアルミナイドから選択される、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０４】
前記加熱された溶融源は、非合金Ｔｉグレード（例えば、グレード１、２、３、または４）、ＰｄまたはＲｕで改質されたＴｉ合金（例えば、グレード７、１１、１６、１７、２６、または２７）、アルファ型およびニアアルファ型Ｔｉ合金（例えば、グレード６、９、１２、１８、２８）、アルファ―ベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード５、２３、または２９）、およびニアベータ型およびベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード１９または２０）から選択される、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０５】
前記金属粉末は、反応性金属粉末である、請求項７９〜９５のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年７月１７日に出願された米国仮出願第６２／１９３，６２２号および２０１５年１１月５日に出願された米国仮出願第６２／２５１，４７６号に対する優先権を主張する。これらの文書は、その全体が参考として組み込まれる。
【０００２】
本開示は、金属球状粉末などの球状粉末の生産の分野に関する。より具体的には、本開示は、プラズマアトマイズ法によって金属粉末を調製するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
典型的には、高品質の反応性金属粉末の所望の特徴は、高い真球度、密度、純度、流動性および低い量のガス閉じ込め空隙率の組み合せである。微粉末は、３Ｄ印刷、粉末射出成形、熱間静水圧プレスおよびコーティングなどの用途に有用である。そのような微粉末は、航空宇宙、生物医学および産業分野の用途に使用される。
【０００４】
これまで、プラズマアトマイズ法を経て金属粉末を調製する方法および装置に関してこれまでも様々な解決策が提案されている。しかし、それらの提案された解決策にはいくつかの問題が発生している。例えば、提案された方法および装置のいくつかは、十分な微細粒径分布を有する球状粉末を得ることができない。
【０００５】
さらに、提案された解決策には依然として高い生産コストと低い生産速度が伴う。
【０００６】
生産された原料金属粉末中の０〜１０６ミクロンの粒子の割合に関して、いくつかの他の課題が発生している。実際、これまでのところ、高い０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を生産することを可能にする技術は多くなかった。実際に、いくつかの技術は、非常に少量しか０〜１０６ミクロンのサイズを有する粒子を生産できなかった。例えば、いくつかの技術は、０〜１０６ミクロングレードの粉体は２０〜４０％しか生産せず、一方他の技術は約６０〜７０％を上回らない。したがって、それらの先行技術は、高い０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を調製することを可能としていない。収率が低いと生産コストが大幅に上昇し、多くの廃棄物が発生する。さらに、ＥＩＧＡ法のような典型的な方法は、０〜１０６ミクロンのサイズを有する粒子の７０％の収率を達成するために、非常に大量のアトマイズガスを必要とすることがある。例えば、ＥＩＧＡ法におけるガス対金属比は、約３３に達し得る。これにより、生産コストがさらに上昇する可能性がある。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、既存の技術の欠点に少なくとも部分的に対処する装置、システムまたは方法が提供されることが大いに望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に記載された実施形態は、一態様において、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法であって、
加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含む、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法を提供する。
【０００９】
本明細書に記載された実施形態は、別の態様において、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法であって、
加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させ、それにより、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を得ることと、を含む、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法を提供する。
【００１０】
本明細書に記載された実施形態は、別の態様において、加熱された金属源を提供することと、前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含むプラズマアトマイズ金属粉末製造方法を提供し、ここで前記アトマイズは、約２０未満のガス対金属比を使用することによって実行され、それにより、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を得る。
【００１１】
本明細書に記載された実施形態は、別の態様において、加熱された金属源を提供することと、前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含むプラズマアトマイズ金属粉末製造方法を提供し、ここで前記アトマイズは、約２０未満のガス対金属比を使用することによって実行され、それにより、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン分布を有する金属粉末を得る。
【００１２】
本明細書に記載された実施形態は、別の態様において、加熱された金属源を提供することと、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることと、加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含むプラズマアトマイズ製造方法を提供する。
【００１３】
本明細書に記載された実施形態は、さらに別の態様において、金属源を給送するための給送装置と、金属源を加熱するための少なくとも１つの加熱システムと、加熱した後の金属源を、加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、プラズマと接触させるように構成された少なくとも１つのプラズマ源と、少なくとも１つのプラズマ源の上流に位置決めされた位置合わせシステムであって、前記位置合わせシステムは少なくとも１つのプラズマ源に対して金属源の配向を調整するように適合されている、位置合わせシステムと、を備えるアトマイズシステムを提供する。
【００１４】
以下の図面は、非限定的な例を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本開示の第１の例示的実施形態によるアトマイズシステムの断面図である。
【図２】図２は、本開示の例示的一実施形態によるアトマイズシステムの位置合わせシステムの概略図である。
【図３】図３は、本開示の例示的一実施形態によるガイド付アトマイズシステムのガイドの断面図である。
【図４】図４は、本開示の例示的一実施形態による誘導加熱要素を有するガイドの断面図である。
【図５】図５は、本開示の別の例示的実施形態による電極加熱素子を有するガイドの断面図である。
【図６】図６は、本開示の第１の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステムの断面図である。
【図７】図７は、本開示の第２の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステムの断面図である。
【図８】図８は、本開示の第３の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステムの断面図である。
【図９】図９は、本開示の一例のアトマイズ法による金属粒子（Ｔｉ−６Ａ１−４Ｖ）の２５０倍の倍率でのＳＥＭ画像である。
【図１０】図１０は、本開示の一例のアトマイズ法による金属粒子（Ｔｉ−６Ａ１−４Ｖ）の５００倍の倍率でのＳＥＭ画像である。
【図１１】図１１は、本開示の一例のアトマイズ法による金属粒子（Ｔｉ−６Ａ１−４Ｖ）の２０００倍の倍率でのＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の実施例は、非限定的仕方で提示される。
【００１７】
単語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」は、請求項および／または明細書において用語「備える」と併せて使用されるとき「１」を意味することがあるが、それはまた内容が明確に別に指示しない限り、「１つ以上」、「少なくとも１つ」、および「１つまたは１つ以上」の意味とも一致する。同様に、「別の」という単語は、内容が明確に別に指示しない限り、少なくとも２番目のまたはそれ以上の、を意味してもよい。
【００１８】
本明細書および請求項で使用されているように、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」かつ「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの任意の形態の含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ））、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」（および「有する（ｈａｖｅ）」かつ「有する（ｈａｓ）」などの任意の形態の有する（ｈａｖｉｎｇ））、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」（および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」かつ「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」などの任意の形態の含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ））、または「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」（および「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」かつ「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」などの任意の形態の含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ））は、包括的または拡張可能であって、追加の、列挙されていない要素または方法のステップを除外しない。
【００１９】
本明細書で使用する表現「アトマイズゾーン」は、金属粉末を調製するための方法、装置またはシステムに言及する場合、材料が材料の液滴にアトマイズされるゾーンのことを言う。当業者であれば、アトマイズゾーンの寸法は、アトマイズ手段の温度、アトマイズ手段の速度、アトマイズ手段の材料、アトマイズ手段の電力、アトマイズゾーンに入る前の材料の温度、材料の性質、材料の寸法、材料の電気抵抗率等などの様々なパラメータにしたがって変化するであろうことを理解するであろう。
【００２０】
「金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくともＴ％のＸ〜Ｙミクロン粒径分布収率を有する」という表現は、得られた粉末の少なくともＴ％が約Ｘ〜約Ｙミクロンの粒径分布を有する金属粉末のことを言う。この値は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４規格にしたがって測定される。
【００２１】
「ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって測定された、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロンの粒径分布収率を有する金属粉末」という表現は、得られた粉末の少なくとも８０％が約０〜約１０６ミクロンの粒径分布を有する金属粉末のことを言う。この値は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４規格にしたがって測定される。
【００２２】
本明細書で使用される「ガス対金属比」という表現は、アトマイズゾーンへの金属源の質量速度（Ｋｇ／ｓ）のために注入されたガスの単位時間当たりの質量（Ｋｇ／ｓ）のことを言う。
【００２３】
本明細書で使用される「反応性金属粉末」という表現は、近位連結ノズルが使用される古典的ガスアトマイズ法を経て効率的に調製することのできない金属粉末のことを言う。例えば、そのような反応性金属粉末は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属のうちの１つから選ばれた少なくとも１つの部材を備える粉末であることができる。
【００２４】
本明細書で使用される「原料金属粉末」という用語は、ふるい分けまたは分類手法のような後処理ステップなしでアトマイズ法から直接得られる金属粉末のことを言う。
【００２５】
本明細書に記載された様々な例示的実施形態は、低い生産コストを維持しながら、所与の分布の原料金属粉末の高い収率を提供する。廃棄物を最小限にすることによって、およびアトマイズ法で使用されるガス流量（すなわちガス量）を低減することによって、生産コストは低く保たれる。例えば、本明細書に記載の方法およびシステムに従うガス対金属比は３０未満である。
【００２６】
様々な例示的実施形態にしたがって、金属源が提供される。この金属源のアトマイズから原料金属粉末が形成される。金属源は、アトマイズゾーンに入る前に予熱される。
【００２７】
いくつかの例示的実施形態では、金属源は、アトマイズゾーンに給送される前に既に加熱されている。しかしながら、金属源は、金属源がアトマイズされる前に十分な温度に達するようにアトマイズゾーンの直ぐ上流でさらに加熱される。十分な温度に達すると、金属源は、加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマによって接触されることによってアトマイズされる。
【００２８】
例えば、水冷るつぼ（スカル溶融）内で原料を溶融させることができる。次いで、金属源は、アトマイズされるべく少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマと接触するようにさらに加熱されてアトマイズゾーンに給送される溶融流となる。
【００２９】
例えば、金属源は、最初は金属ワイヤまたは金属ロッドとして給送されてもよい。アトマイズに先立って、金属ワイヤまたは金属ロッドは、抵抗加熱、アーク放電、誘導加熱、またはそれらの任意の組み合せによってさらに加熱されてもよい。加熱された後、金属ワイヤまたは金属ロッドは、アトマイズされるべく少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマと接触するようにアトマイズゾーンに給送される。
【００３０】
アトマイズおよび適切な位置合わせの前に金属源を十分に加熱することにより、アトマイズされる原料金属粉末の高収率を達成することができる。この高い収率は、プラズマトーチのエネルギーコストと比較して生産コストを大幅に増加させることなく達成することができる。例えば、アトマイズ前の金属源の温度は、材料の融点の近くにすることができる。例えば、温度は、融点温度の約７５％〜約１１０％または融点温度の約８５％〜約９５％にすることができる。
【００３１】
例えば、微粉末の高収率は、アトマイズゾーン内に注入される少量の非常に高温のガス流に対して達成される。注入されたガスはしばしば不活性ガスであることが理解されよう。注入されるガスの量を減らすことは、生産コスト、特にリサイクルガスのコストを大幅に減少することができる。
【００３２】
様々な例示的実施形態によれば、本明細書で提供される収率を達成するために、少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマは、アトマイズ中に金属源に十分な加熱エネルギーおよび運動量を提供しなければならない。プラズマガス流は、約１０ｋｇ／ｈのチタンの質量給送速度のために、典型的にはトーチ当たり１００ｓｌｍより大きく、より好ましくは３つの収束プラズマトーチに対して１５０ｓｌｍより大きい。トーチ当たりの電力は、約２５ｋＷ、より好ましくは約３０ｋＷ以上である。
【００３３】
少なくとも１つのプラズマ源から必要とされる熱量を提供するためには、増加した量の電力およびエネルギーが必要であることが理解されよう。様々な例示的実施形態によれば、アトマイズの間に注入されるガスの量を低下させることから得られるコスト削減（収率）は、少なくとも１つのプラズマ源によるより高い電力消費から増加するコストを大きく上回ることが観察されている。
【００３４】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約２０未満のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３５】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約５〜約１５のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３６】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約２〜約１０のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３７】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約５〜約１０のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３８】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約１０〜約２０のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３９】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約１０〜約１５のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００４０】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４１】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも８５％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４２】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも９０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４３】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも８５％の０〜７５ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４４】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも５０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４５】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも６０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４６】
様々な例示的プラズマアトマイズ金属粉末製造方法によれば、アトマイズゾーンに給送される金属源は、プラズマおよび少なくとも１つのプラズマ源に対して適切に位置決めされる。
【００４７】
例えば、アトマイズゾーンに給送される金属源および少なくとも１つのプラズマ源は、金属源がプラズマ源の頂点でプラズマと接触するように互いに対して位置決めされる。これは、プラズマ源の幾何学的頂点であってもよい。プラズマ源の頂点は、プラズマのアトマイズせん断力が最も大きい領域に対応することが観察された。
【００４８】
アトマイズゾーン内の金属源と少なくとも１つのプラズマ源との適切な相対的位置取りは、プラズマ源のノズル出口をアトマイズゾーン内の金属源にごく近接して設置することが求められることがある。
【００４９】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約５センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５０】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約３センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５１】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約２．５センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５２】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約２センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５３】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約１．９センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５４】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約１．７５センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５５】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約１．５センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５６】
様々な例示的実施形態によれば、金属源は縦給送としてアトマイズゾーンに給送される。この給送は、溶融流、金属ロッド、または金属ワイヤであってもよい。
【００５７】
少なくとも１つのプラズマ源は、少なくとも１つの個別ノズルを有する少なくとも１つのプラズマトーチであってもよい。複数の個別ノズルが設けられている場合、これらのノズルは、金属源縦給送の周りに角度をなして位置決めされてもよい。
【００５８】
代わりに、少なくとも１つのプラズマ源は、金属源縦給送の周囲に延びる環状ノズルを含んでもよい。
【００５９】
様々な例示的実施形態によれば、少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つのノズルは、下方に曲げられてもよい。例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約１０°〜約６０°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６０】
例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約２０°〜約６０°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６１】
例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約２０°〜約５０°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６２】
例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約２０°〜約３０°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６３】
例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約２５°〜約３５°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６４】
様々な例示的プラズマアトマイズ金属粉末製造方法によれば、アトマイズゾーンに給送される金属源は、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせされる。位置合わせは、アトマイズゾーンに給送されているときに金属源の配向を調整することを含んでもよい。この調整は、経時的に、少なくとも１つのプラズマ源および／または少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマに対して金属源の所望の位置取りを維持しようとする。
【００６５】
アトマイズゾーンに給送される金属源の位置は、経時的に空間的に変動し得ることが観察されている。この空間的変動は、別々のアトマイズ稼働の間または単一のアトマイズ稼働内で発生し得る。それで、アトマイズゾーンに給送されるときの金属源の配向は、アトマイズ稼働を開始する前に調整されてもよい。溶融したロッドから落下する溶融流は動くことがあり、正確なプラズマジェットの頂点（アトマイズ点）に常に接触するとは限らない。熱ワイヤおよび小さなロッドは曲がることがあり、最適のアトマイズ点から離れることがある。
【００６６】
加えてまたは代わりに、アトマイズゾーンに給送されるときの金属源の配向は、進行中のアトマイズ法中に繰り返し調整されてもよい。金属源の配向の調整は、金属源とプラズマ源および／または少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマとの所望の位置合わせを維持するために連続的にまたは断続的に実行してもよい。
【００６７】
例えば、アトマイズ法の間、アトマイズゾーンに給送される金属源の配向は、人間のオペレータによって視覚的に監視されてもよい。オペレータが、金属源が空間的に変動し、もはや所望の位置合わせになっていないと知覚すると、オペレータは、（手動またはコンピュータ化されたコマンドの入力を経て）金属源の配向を所望の位置合わせに戻すように位置合わせ補正機構を操作してもよい。
【００６８】
加えてまたは代わりに、アトマイズ法中に、アトマイズゾーンに給送される金属源の配向を、コンピュータ化された監視システムによって監視してもよい。コンピュータ化されたシステムは、プラズマおよび／または少なくとも１つのプラズマ源に対する金属源の画像を捕えてもよい。画像解析および／または処理技術を適用することによって、システムは、いつ金属源が空間的に変動してもはや所望の位置合わせにならなくなったかを特定する。コンピュータ化されたシステムは、偏差の量および必要な補正をさらに決定することができる。次いで、コンピュータシステムは、金属源の配向を所望の位置合わせに戻すように位置合わせ補正機構に命令を出すことができる。
【００６９】
例えば、所望の位置合わせは、アトマイズゾーンに給送される金属源と少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマジェットの頂点との位置合わせであってもよい。
【００７０】
例えば、本方法は、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることを含むことができ、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で５センチメートル以内に位置決めすることを含む。
【００７１】
例えば、本方法は、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることを含むことができ、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で２．５センチメートル以内に位置決めすることを含む。
【００７２】
例えば、本方法は、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることを含むことができ、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で１．９センチメートル以内に位置決めすることを含む。
【００７３】
ここで図１を参照して、ここに図示するのは第１の例示的実施形態によるアトマイズシステム２の断面図である。第１のアトマイズシステム２は、上流システムから金属源１６の給送を受ける容器８を含む。容器８はるつぼであってもよい。容器８内の金属源１６は、冷却るつぼ技術（スカル溶融）のような当該技術分野で公知の様々な技術を用いて加熱してもよい。
【００７４】
容器８内の金属源１６の加熱は、アトマイズ前の金属源１６の加熱に対応することが理解されよう。容器８内で加熱された後、金属源１６は、容器の出口２４を通ってアトマイズゾーン３２に給送される。例えば、加熱された金属源１６は、重力の下で出口２４を通って出る。
【００７５】
容器８から出てアトマイズゾーン３２に給送された加熱された金属源１６は、二次アトマイズを生成する高圧の冷たいガスを加熱するためにも使用される少なくとも一つのプラズマ源４０からのプラズマと直ちに接触する。
【００７６】
図示の例によれば、プラズマ源４０は、少なくとも１つのプラズマトーチを含む。少なくとも１つのプラズマトーチ４０の少なくとも１つの傾角ノズル４８は、金属源給送の中心に配置される。例えば、ノズル４８の断面は、金属源給送に接触するプラズマを集中させるように金属源給送に向かって先細になっていてもよい。本明細書の他の箇所に記載されているように、プラズマの頂点が容器８から給送される金属源に接触するようにノズル４８を位置決めしてもよい。少なくとも１つのプラズマ源４０からのプラズマによる金属源給送の接触は、金属源のアトマイズを生じさせる。
【００７７】
複数のプラズマトーチが設けられる場合、トーチのノズルは、容器８からの金属源に向かって向けられたプラズマトーチの個別のノズル４８である。例えば、個別のノズル４８は、そこから出力されるプラズマの頂点が容器８からの金属源に接触するように位置決めされる。
【００７８】
アトマイズシステム２は、アトマイズゾーンに向かって二次高圧ガスを給送するガス源をさらに含む。二次ガス流は、プラズマアトマイズから形成された直後にその予めアトマイズされた金属源給送に接触する。例えば、ガス源５６は、高圧の冷却ガスを給送することができる。例えば、ガス源５６から給送されるガスは不活性ガスである。
【００７９】
形成された原料金属粉末６４は、アトマイズゾーン３２から出される。
【００８０】
ここで図２を参照して、ここに図示するのは様々な例示的実施形態によるアトマイズシステムの調整可能なガイドシステム１００の概略図である。ガイドシステムは、貫通チャネルを画定するガイド１０８を含む。ガイド１０８は、アトマイズゾーン３２の上流に位置決めされる。上流システムから受け取られる金属源は、ガイド１０８の入口１１６に給送される。次いで、金属源は、ガイド１０８のチャネルを通して変位される。金属源は、アトマイズゾーン３２の近接に位置する出口１２４でガイド１０８を出る。
【００８１】
例えば、入口１１６に給送される金属源１６は、金属ロッドの金属ワイヤの形態である。
【００８２】
ガイド１０８の配向は調整可能である。ガイド１０８の配向を調整することによって、ガイド１０８から出てアトマイズゾーン３２に給送される金属源１６の配向も調整される。それで、プラズマ源（図２には図示せず）に対するアトマイズゾーンに給送される金属源１６の位置合わせは、ガイド１０８になされる調整を経て調整され得る。
【００８３】
一例示的実施形態によれば、図示されているように、ガイド１０８は枢動点１３２の周りに枢動可能に連結されている。ガイド１０８は、アトマイズシステムの固定部分に連結されてもよい。ガイド１０８の上側部分１４０を変位させることによって、ガイド１０８の下側部分１４８は、枢動点１３２を中心に対応する仕方で変位する。
【００８４】
ガイドシステム１００は、ガイド１０８を変位させるように動作可能な位置合わせ補正機構をさらに含む。ガイド１０８の変位は、次に金属源１６を変位させる。
【００８５】
一例示的実施形態によれば、図示されているように、位置合わせ補正機構は、ガイド１０８の上側部分１４０に連結された変位可能部材１５６を備える。変位可能部材１５６は、変位可能部材１５６の変位を引き起こすことができる少なくとも１つの調整器１６４にさらに連結される。例えば、調整器１６は、ねじ付部材１７２を経て変位可能部材１５６に連結された調整ねじである。調整ねじ１６４の回転は、ねじ付部材１７２の変位を引き起こし、変位可能部材１５６およびガイド１０８の変位をさらに引き起こす。例えば、複数の異なる方向に向けられた調整器１６が変位可能部材１５６およびガイド１０８を異なる方向に変位させるために設けられてもよい。
【００８６】
矢印１７４は、平面内でガイド部材１０８の変位の可能な方向を表示する。矢印１７６は、平面内でガイド部材１０８の変位を引き起こすための変位可能部材１５６の可能な変位を表示する。ガイドは複数の方向に変位し得ることが理解されよう。
【００８７】
ここで図３を参照して、ここに図示するのは一例示的実施形態によるガイド１０８の断面図である。既に説明したように、ガイド１０８は、その入口１１６と出口１２４との間に延びる貫通チャネル１８０を画定する。貫通チャネル１８０の内面１８８は、チャネル１８０を通って変位する金属源１６を汚染しない材料で裏打ちされてもよい。
【００８８】
内面１８８の温度が上昇している場合、および／または反応性材料で形成されている場合、金属源１６の汚染の危険性は増加することが観察されている。例えば、貫通チャネル１８０の内面１８８は、耐熱材料で形成されてもよい。例えば、貫通チャネル１８０の内面１８８は、電気絶縁材料で形成されてもよい。例えば、内面１８８は、セラミック材料で形成される。セラミック材料は、アルミナオキシド、マコール、ジルコニア、イットリア、サイアロン、酸化ケイ素およびそれらの混合物から選択することができる。
【００８９】
様々な例示的実施形態によれば、ガイド１０８は、耐熱材料で形成されてもよい。
【００９０】
様々な例示的実施形態によれば、ガイド１０８は、電気絶縁材料で形成されてもよい。
【００９１】
様々な例示的実施形態によれば、ガイド１０８は、セラミック材料で形成されてもよい。
【００９２】
様々な例示的実施形態によれば、図示されているように、ガイド１０８は、ガイドを冷却するように冷却器を含み、ガイドを通って変位する金属源１６の汚染を制限する。例えば、および図３に図示すように、ガイド１０８は、冷却ガスまたは冷却液などの冷却媒体を受け入れるための冷却入口１９６を有してもよい。ガイド１０８はまた、二重壁であり、冷却チャネル２０４が内壁２１２と外壁２１８との間に画定される。冷却チャネル２０４は、冷却入口１９６と流体連通している。例えば、冷却チャネル２０４は、ガイド１０８の軸の周りに角度をなして延び、また、ガイド１０８の長さの実質的な部分にわたって延びる。冷却媒体は、冷却チャネル２０４を通って流れた後、冷却出口２２０を経て出る。ガイド１０８の冷却は、金属源がガイド１０８に入る前に既に加熱されている、および／または金属源がガイド１０８を経て変位する際に加熱される例示的実施形態によれば重要で有り得る。
【００９３】
例えば、図示されているように、冷却入口１９６は、ガイド１０８を通る金属源１６の変位経路に沿って冷却出口２２０の下流に位置する。金属源１６が加熱される場合、出口１２４に近いような下流の位置の金属源１６は、入口１１６のような上流の位置よりも高い温度にあり得る。入口１９６を冷却出口２２０の下流に位置決めすることにより、入口１９６により近い部分の冷却が優先される。
【００９４】
様々な例示的実施形態によれば、ガイド１０８の下端部２２８は、取り外し可能および交換可能であってもよい。下端部２２８は、アトマイズゾーン内またはその近接の位置であることを理解されたい。それで、下端部２２８は、ガイド１０８の他の部分より高い温度にさらされ得る。このより高い温度は、ガイド１０８の他の部分よりも下端部２２８のより速い損耗および裂け目をもたらす可能性があり、下端部２２８がガイド１０８自体よりも頻繁に交換される要因となり得る。
【００９５】
様々な例示的実施形態によれば、金属源１６は、ガイド１０８を通して変位するときに加熱されてもよい。
【００９６】
ここで図４を参照して、ここに図示するのは少なくとも１つの加熱素子を有するガイドの断面図である。図示のように、加熱素子は、貫通チャネル１８０の一部の周りに巻かれた導電コイル２３６である。導電コイル２３６を流れる電流は磁場を生成し、それはチャネル１８０を通って流れる金属源１６を通る電流をさらに誘導する。金属源１６の電気的特性に起因して、金属源１６を通る誘導電流は金属源１６を加熱させる。金属源は、誘導加熱の形態を経て加熱されることが理解されよう。さらに、電気的に絶縁性の内面１８８および／またはガイド１０８を設けることによって、導電コイル２３６によって生成された磁場は、加熱を引き起こし得る内面１８８および／またはガイド１０８を通る電流を誘導しないことが理解されよう。
【００９７】
ここで図５を参照して、ここに図示するのはアーク放電加熱のための電極２４４を有するガイドの断面図である。図５に示すガイド１０８は、冷却機構（冷却入口１９６、冷却チャネル２０４および冷却出口２２０）を有さないことが理解されよう。しかしながら、他の例示的実施形態では、冷却機構がガイド１０８に含まれてもよい。図示された例によれば、電極２４４は、金属源がガイド１０８の出口１２４から出るときに金属源１６の近接に設置される。電極２４４と金属源１６との間には電気アーク２５２が形成され、電気アーク放電によって金属源１６の加熱が引き起こされる。
【００９８】
他の例示的実施形態によれば、金属源１６は、出る前に抵抗加熱によってさらに加熱されてもよい。第１のプローブは、ガイド１０８の上流またはガイド１０８内の金属源１６と接触してもよい。第２のプローブは、電極２４４としてガイド１０８の下流の金属源１６と接触してもよい。電源が２つのプローブを接続し、それによって２つのプローブ間に延びる金属源１６の部分を通って電気回路を形成する。金属源１６のこの部分を流れる電流は、それを加熱させる。金属源は、抵抗加熱およびアーク放電加熱を経て加熱されることが理解されよう。
【００９９】
ここで図６を参照して、ここに図示するのは一例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステム３００である。金属源１６は、ガイド１０８を通って延び、ガイド１０８内に保持される。ガイド１０８は、アトマイズゾーン３２に給送される金属源１６がプラズマ源４０からのノズル４８から排出されるプラズマジェット４９と適切に位置合わせされるように向けられる。
【０１００】
矢印１７４は、ガイド１０８および金属源１６の動きの例示的自由度を表示する。しかしながら、金属源１６およびガイド１０８は、他の方向にも変位されてもよいことが理解されよう。ガイド１０８の配向は、アトマイズゾーンに給送される金属源１６とプラズマ源４０および／またはプラズマ源のノズル４８からのプラズマとの適切な位置合わせを維持するように調整されてもよい。
【０１０１】
図示された例は、プラズマ源４０を、個別ノズルを有するプラズマトーチとして示す。しかしながら、他の例示的実施形態では、プラズマ源４０は、環状ノズルからプラズマを放出してもよい。
【０１０２】
図示された例によれば、アトマイズシステム３００は、ガイド１０８を通って変位するときに金属源１６を誘導加熱するための導電コイル２３６を含む。
【０１０３】
図６に関して続けると、アトマイズシステム３００は、アトマイズゾーン３２の下流の収集室３２４内に存在するガスを回収するガス回収システム３１６をさらに含んでもよい。回収されたガスは、形成された原料金属粉末のためのアトマイズガスとしてアトマイズゾーン３２に戻されてもよい。アトマイズシステム３００によって生成された原料金属粉末は、アトマイズシステム３００内でさらに収集されてもよい。
【０１０４】
ここで図７を参照して、ここに図示するのは変形の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステム３００である。この変形例によれば、ガイド付アトマイズシステム３００は、アトマイズゾーン３００の近接に位置決めされた電極２４４を含む。電極２４４は、金属源１６と電気アークを形成し、電流を金属源１６に流して加熱する。例えば、電源３２４が、電流を供給し電気アークを生み出すために設けられる。
【０１０５】
ここで図８を参照して、ここに図示するのは別の変形の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステム３００である。この変形例によれば、ガイド付アトマイズシステム３００は、金属源１６の誘導加熱を引き起こすための導電コイル２３６と、金属源のアーク放電加熱を引き起こすための電極２４４の両方を含む。
【０１０６】
本明細書に記載の様々な例示的方法およびシステムによれば、加熱された溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、コバルト超合金、ニッケル超合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属から選択された少なくとも１つの部材を備えることができる。
【０１０７】
本明細書に記載の様々な例示的方法およびシステムによれば、金属源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、コバルト超合金、ニッケル超合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、  モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属から選択することができる。
【０１０８】
本明細書に記載の様々な例示的方法およびシステムによれば、溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金から選択することができる。
【０１０９】
本明細書に記載の様々な例示的方法およびシステムによれば、溶融源はチタン合金から選択することができる。
【０１１０】
例えば、溶融源はチタン合金であってもよい。
【０１１１】
例えば、チタン合金は、Ｔｉ−６Ａ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ、およびチタンアルミナイドから選択することができる。
【０１１２】
例えば、溶融源は、非合金Ｔｉグレード（例えば、グレード１、２、３または４）、ＰｄまたはＲｕで改質されたＴｉ合金（例えば、グレード７、１１、１６、１７、２６、または２７）、アルファ型およびニア（ｎｅａｒ）アルファ型Ｔｉ合金（例えば、グレード６、９、１２、１８、２８）、アルファ―ベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード５、２３、または２９）、ニア（ｎｅａｒ）ベータ型およびベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード１９または２０）から選択することができる。
【０１１３】
例えば、プラズアトマイズは、ＤＣプラズマトーチ、ＡＣプラズマトーチ、ＲＦプラズマトーチ、マイクロ波プラズマトーチまたは３相プラズマアークトーチなどの様々なタイプのプラズマトーチで実行することができる。
【０１１４】
実施例１：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖアトマイズ
プラズマアトマイズの稼働は、原料としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（ｇｒ．２３）の０．１２５インチ径のワイヤを使用し、垂直軸に対して約３０°に向けた３つの収束プラズマジェットを使用して達成される。プラズマは、プラズマトーチノズル出口の２．５センチメートル未満の位置で金属ワイヤに接触する。各プラズマトーチは、１５０ＳＬＭアルゴンガス流を用いて３０ｋＷの出力で操作される。
【０１１５】
背景シースガスもまた、金属液滴の適切な輸送を保証するために使用される。
シースガス流量は５５０ＳＬＭである。
【０１１６】
プラズマジェットによるアトマイズに先立って高温でワイヤを予熱するために４５Ｖの電位で１５０Ａから１８０Ａまで変化する直流電流が使用され、それは８から１３ｋｇ／ｈまで変化するワイヤ給送速度をもたらす。
【０１１７】
プラズマトーチジェットのちょうど頂点に連続的に金属を給送することを可能にするために、ワイヤはガス冷却され調整可能なガイドを通して給送される。バッチサイズは、各稼働に対して典型的には１００ｋｇである。
【０１１８】
これらの生産稼働におけるガス対金属比は、例えば８．７から１２．９まで変化する。
【０１１９】
得られた粒径分布は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって決定される。
【０１２０】
第１のバッチ（バッチ１）は、８．７のガス対金属比およびプラズマ出口からアトマイズゾーン（プラズマと金属源との間の接触位置）へは約２．５センチメートルを使用して生成された。
【０１２１】
第２のバッチ（バッチ２）は、１２．９のガス対金属比およびプラズマ出口からアトマイズゾーン（プラズマと金属源との間の接触位置）へは約１．９センチメートルを使用して生成された。
【０１２２】
バッチ１および２の収率結果は、
【表１】
2018528328.tif 000003
【０１２３】
低いガス対金属比は、良好な収率の微細原料金属粉末を生成することが観察された。例えば、バッチ２において、ガス対金属比１２．９を使用して、０〜１０６ミクロンで９０％を超える収率が得られ、０〜４５ミクロンでほぼ６０％の収率が得られた。
【０１２４】
アトマイズゾーンとノズル出口との間の距離は、ガス速度が距離によって急速に変化するので、重要な要因であることが観察された。
【０１２５】
バッチ２と同様の条件だがより高いスループット（すなわち、９〜１０とより低いガス対金属比）でも試された。これらによる粒径分布は、バッチ２の結果と非常に類似していた。
【０１２６】
アトマイズによる微細原料金属粉末の高い収率は、妥当なコストで多量の粉末を供給することができるために重要であることが理解されよう。
【０１２７】
プラズマアトマイズ法で生成された原料金属粉末の化学組成物は非常にきれいであり、汚染もないことがさらに観察された。いかなる特定の理論にも縛られることなく、これは汚染した表面と接触することなく金属源を溶融およびアトマイズすることに起因し得る。
【０１２８】
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖグレード２３の粉末について得られる典型的な化学組成物は、
【表２】
2018528328.tif 000004
【０１２９】
生成された粉末は、非常に純粋で球状であり、レーザー付加製造および粉末射出成形のような用途に使用することができる大部分の微粉末を含有する。
【０１３０】
図９は、実施例の方法で（ふるい分けなしで）形成されたそのままの原料金属粉末の２５０倍の倍率での走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【０１３１】
図１０は、実施例の方法で（ふるい分けなしで）形成されたそのままの原料金属粉末の５００倍の倍率でのＳＥＭ画像である。
【０１３２】
図１１は、実施例の方法で（ふるい分けなしで）形成されたそのままの原料金属粉末の２０００倍の倍率でのＳＥＭ画像である。
【０１３３】
図９〜図１１の非常に微細な粒子（直径数ミクロン）の存在は、レンジ０〜１０６ミクロンの粒子サイズの収率が８０％以上の粉末の生産の特徴である。これらの非常に微細な粒子は、大きなものとの物理的結合は弱い。
【０１３４】
実施例２−Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．０８Ｓｉアトマイズ
プラズマアトマイズ稼働は、原料としてＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．０８Ｓｉの０．１２５インチ径のワイヤおよび垂直軸に対して約３０°に向けられた３つの収束プラズマジェットを使用して達成される。プラズマは、プラズマトーチノズル出口の２．０センチメートル未満の位置で金属ワイヤに接触する。各プラズマトーチは、１５０ＳＬＭのアルゴンガス流を用いて３０ｋＷの出力で操作される。
【０１３５】
背景シースガスもまた、金属液滴の適切な輸送を保証するために使用される。シースガス流量は５５０ＳＬＭである。
【０１３６】
４５Ｖの電位で１５０Ａの直流電流がプラズマジェットによるアトマイズに先立って高温でワイヤを予熱するために使用され、結果として８．５ｋｇ／ｈのワイヤ給送速度をもたらす。
【０１３７】
プラズマトーチジェットのちょうど頂点に連続的に金属を給送することを可能にするために、ワイヤは、ガス冷却され調整可能なガイドを通して給送される。バッチサイズは、稼働に対して典型的には１００ｋｇである。
【０１３８】
これらの生産稼働におけるガス対金属比は、例えば約１２．６である。
【０１３９】
得られた粒径分布はＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって決定される。
【０１４０】
収率の結果は次のとおりである、
【表３】
2018528328.tif 000005
【０１４１】
Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．０８Ｓｉ粉末に対して得られる典型的な化学組成物は、
【表４】
2018528328.tif 000006
【０１４２】
実施例３−Ｚｒアトマイズ
プラズマアトマイズ稼働は、原料としてジルコニウムの直径０．０８０インチのワイヤおよび垂直軸に対して約３０°に向けられた３つの収束プラズマジェットを使用して達成される。プラズマは、プラズマトーチノズル出口の２．０センチメートル未満の位置で金属ワイヤに接触する。各プラズマトーチは、１５０ＳＬＭアルゴンガス流を用いて３０ｋＷの出力で操作される。
【０１４３】
背景シースガスもまた、金属液滴の適切な輸送を保証するために使用される。
シースガス流量は５５０ＳＬＭである。
【０１４４】
４５Ｖの電位で１１５Ａの直流電流がプラズマジェットによるアトマイズに先立って高温でワイヤを予熱するために使用され、結果として６．０ｋｇ／ｈのワイヤ給送速度をもたらす。プラズマトーチジェットのちょうど頂点に連続的に金属を給送することを可能にするために、ワイヤは、ガス冷却され調整可能なガイドを通して給送される。バッチサイズは、稼働に対して典型的には５０ｋｇである。
【０１４５】
これらの生産稼働におけるガス対金属比は、例えば約１７．８である。
【０１４６】
得られた粒径分布はＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって決定される。
【０１４７】
収率の結果は次のとおりである、
【表５】
2018528328.tif 000007
【０１４８】
ジルコニウム粉末に対して得られる典型的な化学組成物は、
【表６】
2018528328.tif 000008
【０１４９】
図による説明を簡潔かつ明瞭にするために、適切であると考えられる場合には、対応するまたは類似する要素またはステップを指示するために参照番号が図面間で繰り返し得ることが理解されよう。加えて、本明細書に記載の例示的な実施形態の完全な理解を提供するために、非常に多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、当業者には、本明細書に記載された実施形態は、これらの特定の詳細なしで実施され得ることが理解されよう。他の例では、周知の方法、手順、および構成要素は、本明細書に記載された実施形態を不明瞭にしないように詳細には記載されていない。さらに、この説明は、本明細書に記載された実施形態の範囲を決して限定するものとみなされるべきではなく、単に本明細書に記載の様々な実施形態の実施を説明するものとみなされるべきである。
【図１】
2018528328.tif 000009
【図２】
2018528328.tif 000010
【図３】
2018528328.tif 000011
【図４】
2018528328.tif 000012
【図５】
2018528328.tif 000013
【図６】
2018528328.tif 000014
【図７】
2018528328.tif 000015
【図８】
2018528328.tif 000016
【図９】
2018528328.tif 000017
【図１０】
2018528328.tif 000018
【図１１】
2018528328.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月27日(2017.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年７月１７日に出願された米国仮出願第６２／１９３，６２２号および２０１５年１１月５日に出願された米国仮出願第６２／２５１，４７６号に対する優先権を主張する。これらの文書は、その全体が参考として組み込まれる。
【０００２】
本開示は、金属球状粉末などの球状粉末の生産の分野に関する。より具体的には、本開示は、プラズマアトマイズ法によって金属粉末を調製するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
典型的には、高品質の反応性金属粉末の所望の特徴は、高い真球度、密度、純度、流動性および低い量のガス閉じ込め空隙率の組み合せである。微粉末は、３Ｄ印刷、粉末射出成形、熱間静水圧プレスおよびコーティングなどの用途に有用である。そのような微粉末は、航空宇宙、生物医学および産業分野の用途に使用される。
【０００４】
これまで、プラズマアトマイズ法を経て金属粉末を調製する方法および装置に関してこれまでも様々な解決策が提案されている。しかし、それらの提案された解決策にはいくつかの問題が発生している。例えば、提案された方法および装置のいくつかは、十分な微細粒径分布を有する球状粉末を得ることができない。
【０００５】
さらに、提案された解決策には依然として高い生産コストと低い生産速度が伴う。
【０００６】
生産された原料金属粉末中の０〜１０６ミクロンの粒子の割合に関して、いくつかの他の課題が発生している。実際、これまでのところ、高い０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を生産することを可能にする技術は多くなかった。実際に、いくつかの技術は、非常に少量しか０〜１０６ミクロンのサイズを有する粒子を生産できなかった。例えば、いくつかの技術は、０〜１０６ミクロングレードの粉体は２０〜４０％しか生産せず、一方他の技術は約６０〜７０％を上回らない。したがって、それらの先行技術は、高い０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を調製することを可能としていない。収率が低いと生産コストが大幅に上昇し、多くの廃棄物が発生する。さらに、ＥＩＧＡ法のような典型的な方法は、０〜１０６ミクロンのサイズを有する粒子の７０％の収率を達成するために、非常に大量のアトマイズガスを必要とすることがある。例えば、ＥＩＧＡ法におけるガス対金属比は、約３３に達し得る。これにより、生産コストがさらに上昇する可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、既存の技術の欠点に少なくとも部分的に対処する装置、システムまたは方法が提供されることが大いに望ましい。
【０００８】
本明細書に記載された実施形態は、一態様において、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法であって、
加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含む、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法を提供する。
【０００９】
本明細書に記載された実施形態は、別の態様において、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法であって、
加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させ、それにより、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を得ることと、を含む、プラズマアトマイズ金属粉末製造方法を提供する。
【００１０】
本明細書に記載された実施形態は、別の態様において、加熱された金属源を提供することと、前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含むプラズマアトマイズ金属粉末製造方法を提供し、ここで前記アトマイズは、約２０未満のガス対金属比を使用することによって実行され、それにより、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する原料金属粉末を得る。
【００１１】
本明細書に記載された実施形態は、別の態様において、加熱された金属源を提供することと、前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含むプラズマアトマイズ金属粉末製造方法を提供し、ここで前記アトマイズは、約２０未満のガス対金属比を使用することによって実行され、それにより、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン分布を有する金属粉末を得る。
【００１２】
本明細書に記載された実施形態は、別の態様において、加熱された金属源を提供することと、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることと、加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させることと、を含むプラズマアトマイズ製造方法を提供する。
【００１３】
本明細書に記載された実施形態は、さらに別の態様において、金属源を給送するための給送装置と、金属源を加熱するための少なくとも１つの加熱システムと、加熱した後の金属源を、加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、プラズマと接触させるように構成された少なくとも１つのプラズマ源と、少なくとも１つのプラズマ源の上流に位置決めされた位置合わせシステムであって、前記位置合わせシステムは少なくとも１つのプラズマ源に対して金属源の配向を調整するように適合されている、位置合わせシステムと、を備えるアトマイズシステムを提供する。
【００１４】
以下の図面は、非限定的な例を表しており、
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本開示の第１の例示的実施形態によるアトマイズシステムの断面図であり、
【図２】図２は、本開示の例示的一実施形態によるアトマイズシステムの位置合わせシステムの概略図であり、
【図３】図３は、本開示の例示的一実施形態によるガイド付アトマイズシステムのガイドの断面図であり、
【図４】図４は、本開示の例示的一実施形態による誘導加熱要素を有するガイドの断面図であり、
【図５】図５は、本開示の別の例示的実施形態による電極加熱素子を有するガイドの断面図であり、
【図６】図６は、本開示の第１の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステムの断面図であり、
【図７】図７は、本開示の第２の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステムの断面図であり、
【図８】図８は、本開示の第３の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステムの断面図であり、
【図９】図９は、本開示の一例のアトマイズ法による金属粒子（Ｔｉ−６Ａ１−４Ｖ）の２５０倍の倍率でのＳＥＭ画像であり、
【図１０】図１０は、本開示の一例のアトマイズ法による金属粒子（Ｔｉ−６Ａ１−４Ｖ）の５００倍の倍率でのＳＥＭ画像であり、および
【図１１】図１１は、本開示の一例のアトマイズ法による金属粒子（Ｔｉ−６Ａ１−４Ｖ）の２０００倍の倍率でのＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の実施例は、非限定的仕方で提示される。
【００１７】
単語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」は、請求項および／または明細書において用語「備える」と併せて使用されるとき「１」を意味することがあるが、それはまた内容が明確に別に指示しない限り、「１つ以上」、「少なくとも１つ」、および「１つまたは１つ以上」の意味とも一致する。同様に、「別の」という単語は、内容が明確に別に指示しない限り、少なくとも２番目のまたはそれ以上の、を意味してもよい。
【００１８】
本明細書および請求項で使用されているように、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」かつ「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの任意の形態の含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ））、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」（および「有する（ｈａｖｅ）」かつ「有する（ｈａｓ）」などの任意の形態の有する（ｈａｖｉｎｇ））、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」（および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」かつ「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」などの任意の形態の含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ））、または「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」（および「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」かつ「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」などの任意の形態の含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ））は、包括的または拡張可能であって、追加の、列挙されていない要素または方法のステップを除外しない。
【００１９】
本明細書で使用する表現「アトマイズゾーン」は、金属粉末を調製するための方法、装置またはシステムに言及する場合、材料が材料の液滴にアトマイズされるゾーンのことを言う。当業者であれば、アトマイズゾーンの寸法は、アトマイズ手段の温度、アトマイズ手段の速度、アトマイズ手段の材料、アトマイズ手段の電力、アトマイズゾーンに入る前の材料の温度、材料の性質、材料の寸法、材料の電気抵抗率等などの様々なパラメータにしたがって変化するであろうことを理解するであろう。
【００２０】
「金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくともＴ％のＸ〜Ｙミクロン粒径分布収率を有する」という表現は、得られた粉末の少なくともＴ％が約Ｘ〜約Ｙミクロンの粒径分布を有する金属粉末のことを言う。この値は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４規格にしたがって測定される。
【００２１】
「ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって測定された、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロンの粒径分布収率を有する金属粉末」という表現は、得られた粉末の少なくとも８０％が約０〜約１０６ミクロンの粒径分布を有する金属粉末のことを言う。この値は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４規格にしたがって測定される。
【００２２】
本明細書で使用される「ガス対金属比」という表現は、アトマイズゾーンへの金属源の質量速度（Ｋｇ／ｓ）のために注入されたガスの単位時間当たりの質量（Ｋｇ／ｓ）のことを言う。
【００２３】
本明細書で使用される「反応性金属粉末」という表現は、近位連結ノズルが使用される古典的ガスアトマイズ法を経て効率的に調製することのできない金属粉末のことを言う。例えば、そのような反応性金属粉末は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属のうちの１つから選ばれた少なくとも１つの部材を備える粉末であることができる。
【００２４】
本明細書で使用される「原料金属粉末」という用語は、ふるい分けまたは分類手法のような後処理ステップなしでアトマイズ法から直接得られる金属粉末のことを言う。
【００２５】
本明細書に記載された様々な例示的実施形態は、低い生産コストを維持しながら、所与の分布の原料金属粉末の高い収率を提供する。廃棄物を最小限にすることによって、およびアトマイズ法で使用されるガス流量（すなわちガス量）を低減することによって、生産コストは低く保たれる。例えば、本明細書に記載の方法およびシステムに従うガス対金属比は３０未満である。
【００２６】
様々な例示的実施形態にしたがって、金属源が提供される。この金属源のアトマイズから原料金属粉末が形成される。金属源は、アトマイズゾーンに入る前に予熱される。
【００２７】
いくつかの例示的実施形態では、金属源は、アトマイズゾーンに給送される前に既に加熱されている。しかしながら、金属源は、金属源がアトマイズされる前に十分な温度に達するようにアトマイズゾーンの直ぐ上流でさらに加熱される。十分な温度に達すると、金属源は、加熱された金属源のアトマイズを引き起こすのに有効な条件下で、少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマによって接触されることによってアトマイズされる。
【００２８】
例えば、水冷るつぼ（スカル溶融）内で原料を溶融させることができる。次いで、金属源は、アトマイズされるべく少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマと接触するようにさらに加熱されてアトマイズゾーンに給送される溶融流となる。
【００２９】
例えば、金属源は、最初は金属ワイヤまたは金属ロッドとして給送されてもよい。アトマイズに先立って、金属ワイヤまたは金属ロッドは、抵抗加熱、アーク放電、誘導加熱、またはそれらの任意の組み合せによってさらに加熱されてもよい。加熱された後、金属ワイヤまたは金属ロッドは、アトマイズされるべく少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマと接触するようにアトマイズゾーンに給送される。
【００３０】
アトマイズおよび適切な位置合わせの前に金属源を十分に加熱することにより、アトマイズされる原料金属粉末の高収率を達成することができる。この高い収率は、プラズマトーチのエネルギーコストと比較して生産コストを大幅に増加させることなく達成することができる。例えば、アトマイズ前の金属源の温度は、材料の融点の近くにすることができる。例えば、温度は、融点温度の約７５％〜約１１０％または融点温度の約８５％〜約９５％にすることができる。
【００３１】
例えば、微粉末の高収率は、アトマイズゾーン内に注入される少量の非常に高温のガス流に対して達成される。注入されたガスはしばしば不活性ガスであることが理解されよう。注入されるガスの量を減らすことは、生産コスト、特にリサイクルガスのコストを大幅に減少することができる。
【００３２】
様々な例示的実施形態によれば、本明細書で提供される収率を達成するために、少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマは、アトマイズ中に金属源に十分な加熱エネルギーおよび運動量を提供しなければならない。プラズマガス流は、約１０ｋｇ／ｈのチタンの質量給送速度のために、典型的にはトーチ当たり１００ｓｌｍより大きく、より好ましくは３つの収束プラズマトーチに対して１５０ｓｌｍより大きい。トーチ当たりの電力は、約２５ｋＷ、より好ましくは約３０ｋＷ以上である。
【００３３】
少なくとも１つのプラズマ源から必要とされる熱量を提供するためには、増加した量の電力およびエネルギーが必要であることが理解されよう。様々な例示的実施形態によれば、アトマイズの間に注入されるガスの量を低下させることから得られるコスト削減（収率）は、少なくとも１つのプラズマ源によるより高い電力消費から増加するコストを大きく上回ることが観察されている。
【００３４】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約２０未満のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３５】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約５〜約１５のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３６】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約２〜約１０のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３７】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約５〜約１０のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３８】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約１０〜約２０のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００３９】
様々な例示的実施形態によれば、原料金属粉末は、約１０〜約１５のガス対金属比を使用しながら金属源をアトマイズすることから形成され得る。
【００４０】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４１】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも８５％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４２】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも９０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４３】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも８５％の０〜７５ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４４】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも５０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４５】
様々な例示的実施形態によれば、アトマイズから得られる原料金属粉末は、少なくとも６０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する。
【００４６】
様々な例示的プラズマアトマイズ金属粉末製造方法によれば、アトマイズゾーンに給送される金属源は、プラズマおよび少なくとも１つのプラズマ源に対して適切に位置決めされる。
【００４７】
例えば、アトマイズゾーンに給送される金属源および少なくとも１つのプラズマ源は、金属源がプラズマ源の頂点でプラズマと接触するように互いに対して位置決めされる。これは、プラズマ源の幾何学的頂点であってもよい。プラズマ源の頂点は、プラズマのアトマイズせん断力が最も大きい領域に対応することが観察された。
【００４８】
アトマイズゾーン内の金属源と少なくとも１つのプラズマ源との適切な相対的位置取りは、プラズマ源のノズル出口をアトマイズゾーン内の金属源にごく近接して設置することが求められることがある。
【００４９】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約５センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５０】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約３センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５１】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約２．５センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５２】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約２センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５３】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約１．９センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５４】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約１．７５センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５５】
例えば、プラズマ源は、そのノズル出口が金属源の最大で約１．５センチメートル以内にあるように位置決めされる。
【００５６】
様々な例示的実施形態によれば、金属源は縦給送としてアトマイズゾーンに給送される。この給送は、溶融流、金属ロッド、または金属ワイヤであってもよい。
【００５７】
少なくとも１つのプラズマ源は、少なくとも１つの個別ノズルを有する少なくとも１つのプラズマトーチであってもよい。複数の個別ノズルが設けられている場合、これらのノズルは、金属源縦給送の周りに角度をなして位置決めされてもよい。
【００５８】
代わりに、少なくとも１つのプラズマ源は、金属源縦給送の周囲に延びる環状ノズルを含んでもよい。
【００５９】
様々な例示的実施形態によれば、少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つのノズルは、下方に曲げられてもよい。例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約１０°〜約６０°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６０】
例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約２０°〜約６０°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６１】
例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約２０°〜約５０°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６２】
例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約２０°〜約３０°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６３】
例えば、少なくとも１つのプラズマ源は、垂直軸に対して約２５°〜約３５°に向けられたプラズマジェットを放出してもよい。
【００６４】
様々な例示的プラズマアトマイズ金属粉末製造方法によれば、アトマイズゾーンに給送される金属源は、少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせされる。位置合わせは、アトマイズゾーンに給送されているときに金属源の配向を調整することを含んでもよい。この調整は、経時的に、少なくとも１つのプラズマ源および／または少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマに対して金属源の所望の位置取りを維持しようとする。
【００６５】
アトマイズゾーンに給送される金属源の位置は、経時的に空間的に変動し得ることが観察されている。この空間的変動は、別々のアトマイズ稼働の間または単一のアトマイズ稼働内で発生し得る。それで、アトマイズゾーンに給送されるときの金属源の配向は、アトマイズ稼働を開始する前に調整されてもよい。溶融したロッドから落下する溶融流は動くことがあり、正確なプラズマジェットの頂点（アトマイズ点）に常に接触するとは限らない。熱ワイヤおよび小さなロッドは曲がることがあり、最適のアトマイズ点から離れることがある。
【００６６】
加えてまたは代わりに、アトマイズゾーンに給送されるときの金属源の配向は、進行中のアトマイズ法中に繰り返し調整されてもよい。金属源の配向の調整は、金属源とプラズマ源および／または少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマとの所望の位置合わせを維持するために連続的にまたは断続的に実行してもよい。
【００６７】
例えば、アトマイズ法の間、アトマイズゾーンに給送される金属源の配向は、人間のオペレータによって視覚的に監視されてもよい。オペレータが、金属源が空間的に変動し、もはや所望の位置合わせになっていないと知覚すると、オペレータは、（手動またはコンピュータ化されたコマンドの入力を経て）金属源の配向を所望の位置合わせに戻すように位置合わせ補正機構を操作してもよい。
【００６８】
加えてまたは代わりに、アトマイズ法中に、アトマイズゾーンに給送される金属源の配向を、コンピュータ化された監視システムによって監視してもよい。コンピュータ化されたシステムは、プラズマおよび／または少なくとも１つのプラズマ源に対する金属源の画像を捕えてもよい。画像解析および／または処理技術を適用することによって、システムは、いつ金属源が空間的に変動してもはや所望の位置合わせにならなくなったかを特定する。コンピュータ化されたシステムは、偏差の量および必要な補正をさらに決定することができる。次いで、コンピュータシステムは、金属源の配向を所望の位置合わせに戻すように位置合わせ補正機構に命令を出すことができる。
【００６９】
例えば、所望の位置合わせは、アトマイズゾーンに給送される金属源と少なくとも１つのプラズマ源からのプラズマジェットの頂点との位置合わせであってもよい。
【００７０】
例えば、本方法は、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることを含むことができ、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で５センチメートル以内に位置決めすることを含む。
【００７１】
例えば、本方法は、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることを含むことができ、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で２．５センチメートル以内に位置決めすることを含む。
【００７２】
例えば、本方法は、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることを含むことができ、加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で１．９センチメートル以内に位置決めすることを含む。
【００７３】
ここで図１を参照して、ここに図示するのは第１の例示的実施形態によるアトマイズシステム２の断面図である。第１のアトマイズシステム２は、上流システムから金属源１６の給送を受ける容器８を含む。容器８はるつぼであってもよい。容器８内の金属源１６は、冷却るつぼ技術（スカル溶融）のような当該技術分野で公知の様々な技術を用いて加熱してもよい。
【００７４】
容器８内の金属源１６の加熱は、アトマイズ前の金属源１６の加熱に対応することが理解されよう。容器８内で加熱された後、金属源１６は、容器の出口２４を通ってアトマイズゾーン３２に給送される。例えば、加熱された金属源１６は、重力の下で出口２４を通って出る。
【００７５】
容器８から出てアトマイズゾーン３２に給送された加熱された金属源１６は、二次アトマイズを生成する高圧の冷たいガスを加熱するためにも使用される少なくとも一つのプラズマ源４０からのプラズマと直ちに接触する。
【００７６】
図示の例によれば、プラズマ源４０は、少なくとも１つのプラズマトーチを含む。少なくとも１つのプラズマトーチ４０の少なくとも１つの傾角ノズル４８は、金属源給送の中心に配置される。例えば、ノズル４８の断面は、金属源給送に接触するプラズマを集中させるように金属源給送に向かって先細になっていてもよい。本明細書の他の箇所に記載されているように、プラズマの頂点が容器８から給送される金属源に接触するようにノズル４８を位置決めしてもよい。少なくとも１つのプラズマ源４０からのプラズマによる金属源給送の接触は、金属源のアトマイズを生じさせる。
【００７７】
複数のプラズマトーチが設けられる場合、トーチのノズルは、容器８からの金属源に向かって向けられたプラズマトーチの個別のノズル４８である。例えば、個別のノズル４８は、そこから出力されるプラズマの頂点が容器８からの金属源に接触するように位置決めされる。
【００７８】
アトマイズシステム２は、アトマイズゾーンに向かって二次高圧ガスを給送するガス源をさらに含む。二次ガス流は、プラズマアトマイズから形成された直後にその予めアトマイズされた金属源給送に接触する。例えば、ガス源（図示せず）は、高圧の冷却ガスを給送することができる。例えば、ガス源から給送されるガスは不活性ガスである。
【００７９】
形成された原料金属粉末６４は、アトマイズゾーン３２から出される。
【００８０】
ここで図２を参照して、ここに図示するのは様々な例示的実施形態によるアトマイズシステムの調整可能なガイドシステム１００の概略図である。ガイドシステムは、貫通チャネルを画定するガイド１０８を含む。ガイド１０８は、アトマイズゾーン３２の上流に位置決めされる。上流システムから受け取られる金属源は、ガイド１０８の入口１１６に給送される。次いで、金属源は、ガイド１０８のチャネルを通して変位される。金属源は、アトマイズゾーン３２の近接に位置する出口１２４でガイド１０８を出る。
【００８１】
例えば、入口１１６に給送される金属源１６は、金属ロッドの金属ワイヤの形態である。
【００８２】
ガイド１０８の配向は調整可能である。ガイド１０８の配向を調整することによって、ガイド１０８から出てアトマイズゾーン３２に給送される金属源１６の配向も調整される。それで、プラズマ源（図２には図示せず）に対するアトマイズゾーンに給送される金属源１６の位置合わせは、ガイド１０８になされる調整を経て調整され得る。
【００８３】
一例示的実施形態によれば、図示されているように、ガイド１０８は枢動点１３２の周りに枢動可能に連結されている。ガイド１０８は、アトマイズシステムの固定部分に連結されてもよい。ガイド１０８の上側部分１４０を変位させることによって、ガイド１０８の下側部分１４８は、枢動点１３２を中心に対応する仕方で変位する。
【００８４】
ガイドシステム１００は、ガイド１０８を変位させるように動作可能な位置合わせ補正機構をさらに含む。ガイド１０８の変位は、次に金属源１６を変位させる。
【００８５】
一例示的実施形態によれば、図示されているように、位置合わせ補正機構は、ガイド１０８の上側部分１４０に連結された変位可能部材１５６を備える。変位可能部材１５６は、変位可能部材１５６の変位を引き起こすことができる少なくとも１つの調整器１６４にさらに連結される。例えば、調整器１６４は、ねじ付部材１７２を経て変位可能部材１５６に連結された調整ねじである。調整ねじ１６４の回転は、ねじ付部材１７２の変位を引き起こし、変位可能部材１５６およびガイド１０８の変位をさらに引き起こす。例えば、複数の異なる方向に向けられた調整器１６が変位可能部材１５６およびガイド１０８を異なる方向に変位させるために設けられてもよい。
【００８６】
矢印１７４は、平面内でガイド部材１０８の変位の可能な方向を表示する。矢印１７６は、平面内でガイド部材１０８の変位を引き起こすための変位可能部材１５６の可能な変位を表示する。ガイドは複数の方向に変位し得ることが理解されよう。
【００８７】
ここで図３を参照して、ここに図示するのは一例示的実施形態によるガイド１０８の断面図である。既に説明したように、ガイド１０８は、その入口１１６と出口１２４との間に延びる貫通チャネル１８０を画定する。貫通チャネル１８０の内面１８８は、チャネル１８０を通って変位する金属源１６を汚染しない材料で裏打ちされてもよい。
【００８８】
内面１８８の温度が上昇している場合、および／または反応性材料で形成されている場合、金属源１６の汚染の危険性は増加することが観察されている。例えば、貫通チャネル１８０の内面１８８は、耐熱材料で形成されてもよい。例えば、貫通チャネル１８０の内面１８８は、電気絶縁材料で形成されてもよい。例えば、内面１８８は、セラミック材料で形成される。セラミック材料は、アルミナオキシド、マコール、ジルコニア、イットリア、サイアロン、酸化ケイ素およびそれらの混合物から選択することができる。
【００８９】
様々な例示的実施形態によれば、ガイド１０８は、耐熱材料で形成されてもよい。
【００９０】
様々な例示的実施形態によれば、ガイド１０８は、電気絶縁材料で形成されてもよい。
【００９１】
様々な例示的実施形態によれば、ガイド１０８は、セラミック材料で形成されてもよい。
【００９２】
様々な例示的実施形態によれば、図示されているように、ガイド１０８は、ガイドを冷却するように冷却器を含み、ガイドを通って変位する金属源１６の汚染を制限する。例えば、および図３に図示すように、ガイド１０８は、冷却ガスまたは冷却液などの冷却媒体を受け入れるための冷却入口１９６を有してもよい。ガイド１０８はまた、二重壁であり、冷却チャネル２０４が内壁２１２と外壁２１８との間に画定される。冷却チャネル２０４は、冷却入口１９６と流体連通している。例えば、冷却チャネル２０４は、ガイド１０８の軸の周りに角度をなして延び、また、ガイド１０８の長さの実質的な部分にわたって延びる。冷却媒体は、冷却チャネル２０４を通って流れた後、冷却出口２２０を経て出る。ガイド１０８の冷却は、金属源がガイド１０８に入る前に既に加熱されている、および／または金属源がガイド１０８を経て変位する際に加熱される例示的実施形態によれば重要で有り得る。
【００９３】
例えば、図示されているように、冷却入口１９６は、ガイド１０８を通る金属源１６の変位経路に沿って冷却出口２２０の下流に位置する。金属源１６が加熱される場合、出口１２４に近いような下流の位置の金属源１６は、入口１１６のような上流の位置よりも高い温度にあり得る。入口１９６を冷却出口２２０の下流に位置決めすることにより、入口１９６により近い部分の冷却が優先される。
【００９４】
様々な例示的実施形態によれば、ガイド１０８の下端部２２８は、取り外し可能および交換可能であってもよい。下端部２２８は、アトマイズゾーン内またはその近接の位置であることを理解されたい。それで、下端部２２８は、ガイド１０８の他の部分より高い温度にさらされ得る。このより高い温度は、ガイド１０８の他の部分よりも下端部２２８のより速い損耗および裂け目をもたらす可能性があり、下端部２２８がガイド１０８自体よりも頻繁に交換される要因となり得る。
【００９５】
様々な例示的実施形態によれば、金属源１６は、ガイド１０８を通して変位するときに加熱されてもよい。
【００９６】
ここで図４を参照して、ここに図示するのは少なくとも１つの加熱素子を有するガイドの断面図である。図示のように、加熱素子は、貫通チャネル１８０の一部の周りに巻かれた導電コイル２３６である。導電コイル２３６を流れる電流は磁場を生成し、それはチャネル１８０を通って流れる金属源１６を通る電流をさらに誘導する。金属源１６の電気的特性に起因して、金属源１６を通る誘導電流は金属源１６を加熱させる。金属源は、誘導加熱の形態を経て加熱されることが理解されよう。さらに、電気的に絶縁性の内面１８８および／またはガイド１０８を設けることによって、導電コイル２３６によって生成された磁場は、加熱を引き起こし得る内面１８８および／またはガイド１０８を通る電流を誘導しないことが理解されよう。
【００９７】
ここで図５を参照して、ここに図示するのはアーク放電加熱のための電極２４４を有するガイドの断面図である。図５に示すガイド１０８は、冷却機構（冷却入口１９６、冷却チャネル２０４および冷却出口２２０）を有さないことが理解されよう。しかしながら、他の例示的実施形態では、冷却機構がガイド１０８に含まれてもよい。図示された例によれば、電極２４４は、金属源がガイド１０８の出口１２４から出るときに金属源１６の近接に設置される。電極２４４と金属源１６との間には電気アーク２５２が形成され、電気アーク放電によって金属源１６の加熱が引き起こされる。
【００９８】
他の例示的実施形態によれば、金属源１６は、出る前に抵抗加熱によってさらに加熱されてもよい。第１のプローブは、ガイド１０８の上流またはガイド１０８内の金属源１６と接触してもよい。第２のプローブは、電極２４４としてガイド１０８の下流の金属源１６と接触してもよい。電源が２つのプローブを接続し、それによって２つのプローブ間に延びる金属源１６の部分を通って電気回路を形成する。金属源１６のこの部分を流れる電流は、それを加熱させる。金属源は、抵抗加熱およびアーク放電加熱を経て加熱されることが理解されよう。
【００９９】
ここで図６を参照して、ここに図示するのは一例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステム３００である。金属源１６は、ガイド１０８を通って延び、ガイド１０８内に保持される。ガイド１０８は、アトマイズゾーン３２に給送される金属源１６がプラズマ源４０からのノズル４８から排出されるプラズマジェット４９と適切に位置合わせされるように向けられる。
【０１００】
矢印３０８は、ガイド１０８および金属源１６の動きの例示的自由度を表示する。しかしながら、金属源１６およびガイド１０８は、他の方向にも変位されてもよいことが理解されよう。ガイド１０８の配向は、アトマイズゾーンに給送される金属源１６とプラズマ源４０および／またはプラズマ源のノズル４８からのプラズマとの適切な位置合わせを維持するように調整されてもよい。
【０１０１】
図示された例は、プラズマ源４０を、個別ノズルを有するプラズマトーチとして示す。しかしながら、他の例示的実施形態では、プラズマ源４０は、環状ノズルからプラズマを放出してもよい。
【０１０２】
図示された例によれば、アトマイズシステム３００は、ガイド１０８を通って変位するときに金属源１６を誘導加熱するための導電コイル２３６を含む。
【０１０３】
図６に関して続けると、アトマイズシステム３００は、アトマイズゾーン３２の下流の収集室３２４内に存在するガスを回収するガス回収システム３１６をさらに含んでもよい。回収されたガスは、形成された原料金属粉末のためのアトマイズガスとしてアトマイズゾーン３２に戻されてもよい。アトマイズシステム３００によって生成された原料金属粉末は、アトマイズシステム３００内でさらに収集されてもよい。
【０１０４】
ここで図７を参照して、ここに図示するのは変形の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステム３００である。この変形例によれば、ガイド付アトマイズシステム３００は、アトマイズゾーン３００の近接に位置決めされた電極２４４を含む。電極２４４は、金属源１６と電気アークを形成し、電流を金属源１６に流して加熱する。例えば、電源３２４が、電流を供給し電気アークを生み出すために設けられる。
【０１０５】
ここで図８を参照して、ここに図示するのは別の変形の例示的実施形態によるガイド付アトマイズシステム３００である。この変形例によれば、ガイド付アトマイズシステム３００は、金属源１６の誘導加熱を引き起こすための導電コイル２３６と、金属源のアーク放電加熱を引き起こすための電極２４４の両方を含む。
【０１０６】
本明細書に記載の様々な例示的方法およびシステムによれば、加熱された溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、コバルト超合金、ニッケル超合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属から選択された少なくとも１つの部材を備えることができる。
【０１０７】
本明細書に記載の様々な例示的方法およびシステムによれば、金属源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、コバルト超合金、ニッケル超合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、  モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属から選択することができる。
【０１０８】
本明細書に記載の様々な例示的方法およびシステムによれば、溶融源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金から選択することができる。
【０１０９】
本明細書に記載の様々な例示的方法およびシステムによれば、溶融源はチタン合金から選択することができる。
【０１１０】
例えば、溶融源はチタン合金であってもよい。
【０１１１】
例えば、チタン合金は、Ｔｉ−６Ａ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ、およびチタンアルミナイドから選択することができる。
【０１１２】
例えば、溶融源は、非合金Ｔｉグレード（例えば、グレード１、２、３または４）、ＰｄまたはＲｕで改質されたＴｉ合金（例えば、グレード７、１１、１６、１７、２６、または２７）、アルファ型およびニア（ｎｅａｒ）アルファ型Ｔｉ合金（例えば、グレード６、９、１２、１８、２８）、アルファ―ベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード５、２３、または２９）、ニア（ｎｅａｒ）ベータ型およびベータ型Ｔｉ合金（例えば、グレード１９または２０）から選択することができる。
【０１１３】
例えば、プラズアトマイズは、ＤＣプラズマトーチ、ＡＣプラズマトーチ、ＲＦプラズマトーチ、マイクロ波プラズマトーチまたは３相プラズマアークトーチなどの様々なタイプのプラズマトーチで実行することができる。
【０１１４】
実施例１：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖアトマイズ
プラズマアトマイズの稼働は、原料としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（ｇｒ．２３）の０．１２５インチ径のワイヤを使用し、垂直軸に対して約３０°に向けた３つの収束プラズマジェットを使用して達成される。プラズマは、プラズマトーチノズル出口の２．５センチメートル未満の位置で金属ワイヤに接触する。各プラズマトーチは、１５０ＳＬＭアルゴンガス流を用いて３０ｋＷの出力で操作される。
【０１１５】
背景シースガスもまた、金属液滴の適切な輸送を保証するために使用される。
シースガス流量は５５０ＳＬＭである。
【０１１６】
プラズマジェットによるアトマイズに先立って高温でワイヤを予熱するために４５Ｖの電位で１５０Ａから１８０Ａまで変化する直流電流が使用され、それは８から１３ｋｇ／ｈまで変化するワイヤ給送速度をもたらす。
【０１１７】
プラズマトーチジェットのちょうど頂点に連続的に金属を給送することを可能にするために、ワイヤはガス冷却され調整可能なガイドを通して給送される。バッチサイズは、各稼働に対して典型的には１００ｋｇである。
【０１１８】
これらの生産稼働におけるガス対金属比は、例えば８．７から１２．９まで変化する。
【０１１９】
得られた粒径分布は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって決定される。
【０１２０】
第１のバッチ（バッチ１）は、８．７のガス対金属比およびプラズマ出口からアトマイズゾーン（プラズマと金属源との間の接触位置）へは約２．５センチメートルを使用して生成された。
【０１２１】
第２のバッチ（バッチ２）は、１２．９のガス対金属比およびプラズマ出口からアトマイズゾーン（プラズマと金属源との間の接触位置）へは約１．９センチメートルを使用して生成された。
【０１２２】
バッチ１および２の収率結果は、
【表１】
2018528328.tif 000020
【０１２３】
低いガス対金属比は、良好な収率の微細原料金属粉末を生成することが観察された。例えば、バッチ２において、ガス対金属比１２．９を使用して、０〜１０６ミクロンで９０％を超える収率が得られ、０〜４５ミクロンでほぼ６０％の収率が得られた。
【０１２４】
アトマイズゾーンとノズル出口との間の距離は、ガス速度が距離によって急速に変化するので、重要な要因であることが観察された。
【０１２５】
バッチ２と同様の条件だがより高いスループット（すなわち、９〜１０とより低いガス対金属比）でも試された。これらによる粒径分布は、バッチ２の結果と非常に類似していた。
【０１２６】
アトマイズによる微細原料金属粉末の高い収率は、妥当なコストで多量の粉末を供給することができるために重要であることが理解されよう。
【０１２７】
プラズマアトマイズ法で生成された原料金属粉末の化学組成物は非常にきれいであり、汚染もないことがさらに観察された。いかなる特定の理論にも縛られることなく、これは汚染した表面と接触することなく金属源を溶融およびアトマイズすることに起因し得る。
【０１２８】
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖグレード２３の粉末について得られる典型的な化学組成物は、
【表２】
2018528328.tif 000021
【０１２９】
生成された粉末は、非常に純粋で球状であり、レーザー付加製造および粉末射出成形のような用途に使用することができる大部分の微粉末を含有する。
【０１３０】
図９は、実施例の方法で（ふるい分けなしで）形成されたそのままの原料金属粉末の２５０倍の倍率での走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【０１３１】
図１０は、実施例の方法で（ふるい分けなしで）形成されたそのままの原料金属粉末の５００倍の倍率でのＳＥＭ画像である。
【０１３２】
図１１は、実施例の方法で（ふるい分けなしで）形成されたそのままの原料金属粉末の２０００倍の倍率でのＳＥＭ画像である。
【０１３３】
図９〜図１１の非常に微細な粒子（直径数ミクロン）の存在は、レンジ０〜１０６ミクロンの粒子サイズの収率が８０％以上の粉末の生産の特徴である。これらの非常に微細な粒子は、大きなものとの物理的結合は弱い。
【０１３４】
実施例２−Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．０８Ｓｉアトマイズ
プラズマアトマイズ稼働は、原料としてＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．０８Ｓｉの０．１２５インチ径のワイヤおよび垂直軸に対して約３０°に向けられた３つの収束プラズマジェットを使用して達成される。プラズマは、プラズマトーチノズル出口の２．０センチメートル未満の位置で金属ワイヤに接触する。各プラズマトーチは、１５０ＳＬＭのアルゴンガス流を用いて３０ｋＷの出力で操作される。
【０１３５】
背景シースガスもまた、金属液滴の適切な輸送を保証するために使用される。シースガス流量は５５０ＳＬＭである。
【０１３６】
４５Ｖの電位で１５０Ａの直流電流がプラズマジェットによるアトマイズに先立って高温でワイヤを予熱するために使用され、結果として８．５ｋｇ／ｈのワイヤ給送速度をもたらす。
【０１３７】
プラズマトーチジェットのちょうど頂点に連続的に金属を給送することを可能にするために、ワイヤは、ガス冷却され調整可能なガイドを通して給送される。バッチサイズは、稼働に対して典型的には１００ｋｇである。
【０１３８】
これらの生産稼働におけるガス対金属比は、例えば約１２．６である。
【０１３９】
得られた粒径分布はＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって決定される。
【０１４０】
収率の結果は次のとおりである、
【表３】
2018528328.tif 000022
【０１４１】
Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．０８Ｓｉ粉末に対して得られる典型的な化学組成物は、
【表４】
2018528328.tif 000023
【０１４２】
実施例３−Ｚｒアトマイズ
プラズマアトマイズ稼働は、原料としてジルコニウムの直径０．０８０インチのワイヤおよび垂直軸に対して約３０°に向けられた３つの収束プラズマジェットを使用して達成される。プラズマは、プラズマトーチノズル出口の２．０センチメートル未満の位置で金属ワイヤに接触する。各プラズマトーチは、１５０ＳＬＭアルゴンガス流を用いて３０ｋＷの出力で操作される。
【０１４３】
背景シースガスもまた、金属液滴の適切な輸送を保証するために使用される。
シースガス流量は５５０ＳＬＭである。
【０１４４】
４５Ｖの電位で１１５Ａの直流電流がプラズマジェットによるアトマイズに先立って高温でワイヤを予熱するために使用され、結果として６．０ｋｇ／ｈのワイヤ給送速度をもたらす。プラズマトーチジェットのちょうど頂点に連続的に金属を給送することを可能にするために、ワイヤは、ガス冷却され調整可能なガイドを通して給送される。バッチサイズは、稼働に対して典型的には５０ｋｇである。
【０１４５】
これらの生産稼働におけるガス対金属比は、例えば約１７．８である。
【０１４６】
得られた粒径分布はＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって決定される。
【０１４７】
収率の結果は次のとおりである、
【表５】
2018528328.tif 000024
【０１４８】
ジルコニウム粉末に対して得られる典型的な化学組成物は、
【表６】
2018528328.tif 000025
【０１４９】
図による説明を簡潔かつ明瞭にするために、適切であると考えられる場合には、対応するまたは類似する要素またはステップを指示するために参照番号が図面間で繰り返し得ることが理解されよう。加えて、本明細書に記載の例示的な実施形態の完全な理解を提供するために、非常に多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、当業者には、本明細書に記載された実施形態は、これらの特定の詳細なしで実施され得ることが理解されよう。他の例では、周知の方法、手順、および構成要素は、本明細書に記載された実施形態を不明瞭にしないように詳細には記載されていない。さらに、この説明は、本明細書に記載された実施形態の範囲を決して限定するものとみなされるべきではなく、単に本明細書に記載の様々な実施形態の実施を説明するものとみなされるべきである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマアトマイズ化金属粉末製造方法であって、
加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることであって、前記位置合わせは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で５センチメートル以内に位置決めすることを含む、位置合わせすることと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズ化を引き起こすのに有効な条件下で前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと接触させことと、を含み、前記アトマイズ化は約２０未満の総ガス対金属質量比を使用することによって実行され、それにより、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって測定して、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒経分布収率を有する原料金属粉末を得る、プラズマアトマイズ化金属粉末製造方法。
【請求項２】
前記総ガス対金属質量比は、約１７未満である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記総ガス対金属質量比は、約５〜約１５である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記総ガス対金属質量比は、約２〜約１０である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記総ガス対金属質量比は、約５〜約１０である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記総ガス対金属質量比は、約１０〜約２０である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記総ガス対金属質量比は、約１０〜約１５である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも９０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも８５％の０〜７５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも５０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記原料金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも６０％の０〜４５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記加熱された金属源は、前記少なくとも１つのプラズマ源の頂点で前記プラズマと接触する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つの個別ノズルから放出される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の複数の個別ノズルから放出され、前記個別ノズルは、前記加熱された金属源の周りに角度を付けて位置決めされる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の環状ノズルから放出される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記加熱された金属源は、ワイヤ、ロッド、および溶融流から選択される、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記加熱された金属源は、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって加熱されたワイヤである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記加熱された金属源は、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって加熱されたロッドである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記加熱された金属源は、スカル溶融または水冷るつぼから得られた加熱された溶融流である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記加熱された金属源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、コバルト超合金、ニッケル超合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属のうちの１つから選択された少なくとも１つの部材を備える、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記加熱された金属源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金から選択される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記加熱された金属源は、チタン合金から選択される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記加熱された金属源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖである、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記加熱された金属源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ、およびチタンアルミナイドから選択される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記加熱された金属源は、非合金Ｔｉグレード、ＰｄまたはＲｕで改質されたＴｉ合金、アルファ型およびニア（ｎｅａｒ）アルファ型Ｔｉ合金、アルファ―ベータ型Ｔｉ合金、およびニア（ｎｅａｒ）ベータ型およびベータ型Ｔｉ合金から選択される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２６】
前記金属粉末は、反応性金属粉末である、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２７】
前記加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと位置合わせさせることは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の前記出口ノズルから最大で２．５センチメートル以内に位置決めすることを含む、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２８】
前記加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと位置合わせさせることは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の前記出口ノズルから最大で１．９センチメートル以内に位置決めすることを含む、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２９】
プラズマアトマイズ化金属粉末製造方法であって、
加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズ化を引き起こすのに有効な条件下で少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと接触させことと、
前記アトマイズ化の間、前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源を受け入れるガイド部材によって位置合わせすることと、を含み、前記位置合わせは、前記ガイドの向きをガイドに連結された変位可能な部材で調節することによって、前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマとの前記加熱された金属源の位置合わせを維持するように前記加熱された金属源の向きを調節することを含む、プラズマアトマイズ化金属粉末製造方法。
【請求項３０】
前記加熱された金属源は、金属ワイヤまたは金属ロッドのうちの１つである、請求項２９に記載の製造方法。
【請求項３１】
前記加熱された金属源は、前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマの頂点と位置合わせされる、請求項２９または３０に記載の製造方法。
【請求項３２】
前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと位置合わせすることは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で５センチメートル以内に位置決めすることを含む、請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３３】
前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと位置合わせすることは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で２．５センチメートル以内に位置決めすることを含む、請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３４】
前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと位置合わせすることは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で１．９センチメートル以内に位置決めすることを含む、請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３５】
前記加熱された金属源の前記配向の前記調整は、前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマの上流に、かつその遠隔に位置決めされた枢動点を中心に前記加熱された金属源を枢動させることを含む、請求項２９または３４に記載の製造方法。
【請求項３６】
前記位置合わせは、
前記プラズマの上流にチャネルを画定するガイド部材を位置決めすることと、
前記ガイド部材の前記チャネルを通して前記加熱された金属源を変位させることと、を含む、請求項２９〜３５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項３７】
ガス源および液体源のうちの少なくとも１つによって前記ガイド部材を冷却することをさらに含む、請求項３６に記載の製造方法。
【請求項３８】
前記位置合わせは、
前記プラズマの上流にチャネルを規定するガイド部材を位置決めすることと、
前記ガイド部材の前記チャネルを通して前記加熱された金属源を変位させることと、を含み、
前記チャネルの出口は前記プラズマの近傍に位置決めされる、請求項２９に記載の製造方法。
【請求項３９】
前記ガイド部材は、前記加熱された金属源の汚染を制限する、請求項３４〜３７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項４０】
前記チャネルを画定する前記ガイド部材の内面は、非汚染材料で形成される、請求項３９に記載の製造方法。
【請求項４１】
前記チャネルを画定する前記ガイド部材の内面は、電気絶縁材料で形成される、請求項３９に記載の製造方法。
【請求項４２】
抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって前記加熱された金属源を加熱することをさらに含む、請求項２９〜４１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項４３】
前記アトマイズは、約２０未満の総ガス対金属質量比を使用することによって実行され、それにより、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン分布収率を有する金属粉末を得る、請求項２９〜４１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項４４】
前記総ガス対金属質量比は、約１７未満である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４５】
前記総ガス対金属質量比は、約５〜約１５である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４６】
前記総ガス対金属質量比は、約５〜約１０である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４７】
前記総ガス対金属質量比は、約２〜約１０である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４８】
前記総ガス対金属質量比は、約１０〜約２０である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項４９】
前記総ガス対金属質量比は、約１０〜約１５である、請求項４３に記載の製造方法。
【請求項５０】
前記得られた金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも９０％の０〜１０６ミクロン粒径分布収率を有する、請求項４３〜４９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５１】
前記得られた金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも３０％の０〜７５ミクロン粒径分布収率を有する、請求項４３〜４９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５２】
前記得られた金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも５０％の０〜４５ミクロン分布収率を有する、請求項４３〜４９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５３】
前記得られた金属粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４に従って測定される、少なくとも６０％の０〜４５ミクロン分布収率を有する、請求項４３〜４９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５４】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つの個別ノズルから放出される、請求項４３〜５３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５５】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の複数の個別ノズルから放出され、前記個別ノズルは、前記加熱された金属源の周りに角度を付けて位置決めされる、請求項４３〜５３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５６】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の環状ノズルから放出される、請求項４３〜５３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５７】
前記加熱された金属源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、コバルト超合金、ニッケル超合金、マグネシウム、マグネシウム合金、ニオブ、ニオブ合金、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステン合金、酸素反応性金属、および窒素反応性金属のうちの１つから選択された少なくとも１つの部材を備える、請求項２９〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５８】
前記加熱された金属源は、チタン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金から選択される、請求項２９〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５９】
前記加熱された金属源は、チタン合金から選択される、請求項２８〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６０】
前記加熱された金属源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖである、請求項２９〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６１】
前記加熱金属源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ、およびチタンアルミナイドから選択される、請求項２９〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６２】
前記加熱された金属源は、非合金Ｔｉグレード、ＰｄまたはＲｕで改質されたＴｉ合金、アルファ型およびニアアルファ型Ｔｉ合金、アルファ―ベータ型Ｔｉ合金、およびニアベータ型およびベータ型Ｔｉ合金から選択される、請求項２９〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６３】
前記金属粉末は、反応性金属粉末である、請求項２９〜５６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６４】
アトマイズシステムであって、
金属源を加熱するための少なくとも１つの加熱システムと、
加熱した後の前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズ化を引き起こすのに有効な条件下でプラズマと接触させるように構成された少なくとも１つのプラズマ源と、
前記アトマイズ化の間に前記プラズマに対する前記加熱された金属源の向きの変化を引き起こすために前記少なくとも１つのプラズマ源の上流に位置決めされた位置合わせシステムであって、前記位置合わせシステムは、前記加熱された金属源に連結された変位可能な部材と前記加熱された金属源に連結された枢動点とを備え、前記変位可能な部材の変位は、前記加熱された金属源が前記枢動点の周りで回転するのを引き起こす、位置合わせシステムと、を備える、アトマイズシステム。
【請求項６５】
前記位置合わせシステムは、前記プラズマの上流のチャネルを画定するガイド部材を備え、前記チャネルは前記加熱された金属源の変位経路をさらに画定する、請求項６４に記載のアトマイズシステム。
【請求項６６】
前記位置合わせシステムは、前記ガイド部材を冷却するためのガス源および液体源のうちの少なくとも１つを受けるための入口をさらに備える、請求項６５に記載のアトマイズシステム。
【請求項６７】
前記チャネルの出口は前記プラズマの近接に位置決めされる、請求項６５または６６に記載のアトマイズシステム。
【請求項６８】
前記ガイド部材は、前記加熱された金属源の汚染を制限する、請求項６５〜６６のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項６９】
前記チャネルを画定する前記ガイド部材の内面は、電気絶縁材料で形成される、請求項６５〜６８のいずれかに記載のアトマイズシステム。
【請求項７０】
前記ガイド部材の内面は、セラミックで形成される、請求項６５〜６８のいずれかに記載のアトマイズシステム。
【請求項７１】
前記ガイド部材は、前記金属源を給送するための給送装置と前記プラズマとの間に実質的に延びる、請求項６５〜７０のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７２】
前記少なくとも１つの加熱システムは、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱から選択される、請求項６４〜７１のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７３】
前記少なくとも１つの加熱システムは、前記ガイド部材の周りまたは内部に位置決めされた抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱から選択される、請求項７１に記載のアトマイズシステム。
【請求項７４】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つの個別ノズルから放出される、請求項６４〜７３のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７５】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の複数の個別ノズルから放出され、前記個別ノズルは、前記加熱された金属源の周りに角度を付けて位置決めされる、請求項６４〜７３のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７６】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の環状ノズルから放出される、請求項６４〜７３のいずれか１項に記載のアトマイズシステム。
【請求項７７】
プラズマアトマイズ化金属粉末製造方法であって、
チタンおよびチタン合金から選択された少なくとも１つの部材を備える加熱された金属源を提供することと、
前記加熱された金属源を少なくとも１つのプラズマ源のプラズマと位置合わせすることであって、前記位置合わせは、前記加熱された金属源を前記少なくとも１つのプラズマ源の出口ノズルから最大で２．５センチメートル以内に位置決めすることを含む、位置合わせすることと、
前記加熱された金属源を、前記加熱された金属源のアトマイズ化を引き起こすのに有効な条件下で前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマと接触させることと、を含み、前記アトマイズ化は、約２０未満の総ガス対金属質量比を使用することによって実行され、それにより、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって測定して、少なくとも８０％の０〜１０６ミクロン粒経分布収率を有する原料チタン含有粉末を得る、プラズマアトマイズ化金属粉末製造方法。
【請求項７８】
前記総ガス対金属質量比は約２０未満である、請求項７７に記載の製造方法。
【請求項７９】
前記総ガス対金属質量比は約１７未満である、請求項７７に記載の製造方法。
【請求項８０】
前記総ガス対金属質量比は約５から約１５である、請求項７７に記載の製造方法。
【請求項８１】
前記総ガス対金属質量比は約２から約１０である、請求項７７に記載の製造方法。
【請求項８２】
前記総ガス対金属質量比は約５から約１０である、請求項７７に記載の製造方法。
【請求項８３】
前記総ガス対金属質量比は約１０から約２０である、請求項７７に記載の製造方法。
【請求項８４】
前記総ガス対金属質量比は約１０から約１５である、請求項７７に記載の製造方法。
【請求項８５】
前記原料チタン粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって測定して、少なくとも９０％の０〜１０６ミクロン粒経分布収率を有する、請求項７７〜８４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８６】
前記原料チタン粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって測定して、少なくとも８５％の０〜７５ミクロン粒経分布収率を有する、請求項７７〜８４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８７】
前記原料チタン粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって測定して、少なくとも５０％の０〜４５ミクロン粒経分布収率を有する、請求項７７〜８４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８８】
前記原料チタン粉末は、ＡＳＴＭ  Ｂ２１４にしたがって測定して、少なくとも６０％の０〜４５ミクロン粒経分布収率を有する、請求項７７〜８４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８９】
前記加熱された金属源は、前記少なくとも１つのプラズマ源の頂点で前記プラズマと接触する、請求項７７〜８４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９０】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の少なくとも１つの個別ノズルから放出される、請求項７７〜８４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９１】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の複数の個別ノズルから放出され、前記個別ノズルは、前記加熱された金属源の周りに角度を付けて位置決めされる、請求項７７〜８４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９２】
前記プラズマは、前記少なくとも１つのプラズマ源の環状ノズルから放出される、請求項７７〜８４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９３】
前記加熱された金属源は、ワイヤ、ロッド、および溶融流から選択される、請求項７７〜８４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９４】
前記加熱された金属源は、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって加熱されたワイヤである、請求項７７〜９２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９５】
前記加熱された金属源は、抵抗加熱、アーク放電、および誘導加熱のうちの少なくとも１つによって加熱されたロッドである、請求項７７〜９２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９６】
前記加熱された金属源は、スカル溶融または水冷るつぼから得られた加熱された溶融流である、請求項７７〜９２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９７】
前記加熱された金属源はチタン合金である、請求項７７〜９３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９８】
前記加熱された金属源は、チタン合金から選択される、請求項７７〜９３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９９】
前記加熱された金属源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖである、請求項７７〜９３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１００】
前記加熱された金属源は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−５Ｍｏ−３Ｃｒ、およびチタンアルミナイドから選択される、請求項７７〜９３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０１】
前記加熱された金属源は、非合金Ｔｉグレード、ＰｄまたはＲｕで改質されたＴｉ合金、アルファ型およびニアアルファ型Ｔｉ合金、アルファ―ベータ型Ｔｉ合金、およびニアベータ型およびベータ型Ｔｉ合金から選択される、請求項７７〜９３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０２】
前記金属粉末は、反応性金属粉末である、請求項７７〜９３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０３】
前記加熱された金属源は、前記少なくとも1つのプラズマ源の前記出口ノズルから最大で１．９センチメートル以内に位置決めされる、請求項７７〜１０２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０４】
前記位置合わせは、
前記加熱された金属源と前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマとの位置合わせを維持するために、前記加熱された金属源の向きを断続的に調節することを含む、請求項７７〜１０３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０５】
前記加熱された金属源の前記向きの前記断続的な調節は、前記少なくとも１つのプラズマ源の前記プラズマの上流で遠隔に位置決めされた枢動点の周りで前記加熱された金属源を枢動させることを含む、請求項１０４に記載の製造方法。
【請求項１０６】
前記位置合わせは、
前記プラズマの上流にチャネルを規定するガイド部材を位置決めすることと、
前記ガイド部材の前記チャネルを通して前記加熱された金属源を変位させることと、を含む、請求項７７〜１０５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０７】
ガス源および液体源のうちの少なくとも１つによって前記ガイド部材を冷却することをさらに含む、請求項１０６に記載の製造方法。
【請求項１０８】
前記加熱された金属源は、グレード１、２、３または４の非合金Ｔｉである、請求項２５、６２または１０１に記載の製造方法。
【請求項１０９】
前記加熱された金属源は、グレード７、１１、１６、１７，２６または２７のＰｄまたはＲｕで改変されたＴｉ合金である、請求項２５、６２または１０１に記載の製造方法。
【請求項１１０】
前記加熱された金属源は、グレード６、９、１２、１８または２８のアルファ型およびニア（ｎｅａｒ）アルファ型Ｔｉ合金である、請求項２５、６２または１０１に記載の製造方法。
【請求項１１１】
前記加熱された金属源は、グレード５、２３または２９のアルファ−ベータ型Ｔｉ合金である、請求項２５、６２または１０１に記載の製造方法。
【請求項１１２】
前記加熱された金属源は、グレード１９または２０のニア（ｎｅａｒ）ベータ型およびベータ型Ｔｉ合金である、請求項２５、６２または１０１に記載の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【国際調査報告】
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