(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶融物を準備する少なくとも１つの溶融物容器、金属溶融物を噴霧するノズル部分を備えた噴霧室、形成された金属粉末を粒径について分類するための分離器、金属粉末を収容する粉末容器、及び噴霧媒体を準備するため制御器及び接続部を備えた装置及び導管内における粉末を運搬する送り及び結合手段を有する、金属溶融物から金属粉末を製造する装置において、上端を溶融物容器（２）に結合されかつ下方に向かって水平面に対し角度（α）をなして傾斜して延びる噴霧室（３）が、下端を転向部分（４）に結合され、この転向部分（４）に、金属粉末の送り方向において、上方に向けられた上昇管（５）が続いており、この上昇管（５）が、分離器（７）の前に配置された砕解機（６）に通じており、転向弁（６１）を介して砕解機（６）に結合された分離器（７）が、収集容器（８）に結合され、この収集容器（８）が、遮断部材（８１）を介して粉末容器（９）に結合可能であることを特徴とする、金属溶融物から金属粉末を製造する装置。
【請求項２】
噴霧室（３）、砕解機（６）、分離器（７）及び収集容器（８）が、その清掃開口の取外し可能なカバー（３１，６２，７２，８２）を有し、転向部分（４）が、噴霧室（３）及び上昇管（５）から取り外し可能に構成され、上昇管（５）を砕解機（６）に接続する供給管（５１）が上昇管及び砕解機から取り外し可能であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
噴霧室の水平面に対する傾斜角（α）が、５°と６０°との間にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
上昇管（５）が、上昇管（５）内における金属粉末の上方に向けられた送りを行なう送りガスのための少なくとも１つの送りガス供給導管（１３）を有することを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記載の装置。
【請求項５】
収集容器（８）が、底部側に粉末部分を均一化するガスを供給するための少なくとも１つの接続導管（１４）を有することを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載の装置。
【請求項６】
収集容器（８）の収容能力が、溶融物容器（２）内の金属溶融物（１）から製造可能な粉末量に相当することを特徴とする、請求項１ないし５の１つに記載の装置。
【請求項７】
金属粉末に作用するガスのための導管システム（１０）内の圧力が制御可能であり、この圧力が、０．１ｂａｒ以上だけ環境圧力より上にあることを特徴とする、請求項１ないし６の１つに記載の装置。
【請求項８】
溶融物容器（２）内の金属溶融物（１）が、この容器（２）の下部に存在する磁気手段（２１）によって可動であることを特徴とする、請求項１ないし７の１つに記載の装置。
【請求項９】
金属溶融物が、溶融物容器から噴霧室に運び込まれ、この中においてガス流によって噴霧され、このようにして形成された金属粉末が粒径について分類され、粉末容器に詰められ、その後粉末容器が閉じられる、請求項１ないし８の１つに記載の装置の作動方法において、斜め下方に傾斜した噴霧室内において形成された金属粉末が、その下側に配置された転向部分に挿入され、導入された送りガスによって上昇管内を上方に送られ、砕解機に運び込まれ、そこで砕解され、次に分離器において粒径について分類され、それから収集容器において収集され、それから粉末容器内への金属粉末の運び込み及び粉末容器の閉鎖が行なわれることを特徴とする方法。
【請求項１０】
金属粉末が正圧の不活性ガスで行なわれることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１の方法ステップにおいて、金属溶融物が金属粉末になるように噴霧され、粒径について分離された後に、少なくとも１つの粉末容器に運び込まれ、この粉末容器が閉じられ、それから後続の方法ステップにおいて、噴霧、砕解、粒径分類及び収集を行なう装置部分に配置された清掃開口が開かれて、これらの装置部分から粉末残留物が清掃され、その後清掃開口が閉鎖され、次の金属溶融物の噴霧のために装置の準備が行なわれることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末冶金で製造すべき部分のための素材を提供する装置及び方法に関する。さらに狭いかつ正確な解釈において、本発明は、金属溶融物を準備する少なくとも１つの溶融物容器、金属溶融物を噴霧するノズル部分を備えた噴霧室、形成された金属粉末を粒径について分類するための分離器、金属粉末を収容する粉末容器、及び噴霧媒体を準備するため制御器及び接続部を備えた装置及び導管内における粉末を運搬する送り及び結合手段を有する、金属溶融物から金属粉末を製造する装置に関する。
【０００２】
さらに本発明は、金属溶融物が、溶融物容器から噴霧室に運び込まれ、この中においてガス流によって噴霧され、このようにして形成された金属粉末が粒径について分類され、粉末容器に詰められ、その後粉末容器が閉じられる、金属溶融物から金属粉末を製造する方法を含む。粉末冶金学で製造される加工片及び部分は、例外なく微粒子の等方性組織、したがって負荷方向に関係なく有利に同じ材料特性も有する。望ましい組織のとくに機械的特性の特徴は、分離を引起こす元素のそれぞれの含有量が多いときにも粗い一次分離を示さないので、通常の素材と比較して、高合金化されたＰＭ材料においてさらに著しく改善されている。加工片の粉末冶金学による製造は、大体において細い噴流の金属溶融物が、中空空間いわゆる噴霧室内に運び込まれ、かつ溶融物噴流が、大きな運動エネルギーを有する又は引起こすガス流によってノズルから小さな滴に分割されるように行なわれる。滴は、室のその後の通過の際にきわめて短い時間内に硬化し、粉末粒子として収集される。続いて金属粉末のそれ以上の冷却及び場合によっては分類が行なわれ、この金属粉末は、最終的に粉末容器内に封入され、それから粉末容器は、高い温度におけるプレス過程を受ける。この高熱プレスは、変形温度にされた粉末容器の鍛造又は圧延によって、又はその高熱イソスタティックプレス（ＨＩＰ）によって行なうことができ、その際、粉末部材の集合焼結及びこれらの間の中空空間の消滅が行なわれ、きわめて微粒子の全面的に均一な構造を有する完全に密な加工片が生じる。
【０００３】
【従来の技術】
金属粉末を製造する装置は、金属溶融物に対してどのような噴霧様式又は方法が考慮されているかに応じて、大体において垂直の又は大体において水平の噴霧室を有することができる。
【０００４】
金属溶融物を噴霧するガス噴流が、例えばスウェーデン国特許出願公告第４２１７５８号明細書による装置において考慮されているように、溶融物流の方向に下方に案内されると、その長手軸線を垂直に向けられた噴霧室が、有利に使用できる。ただしこのような噴霧装置は、その全体においてかなりの高さを有し、このことは、装置及びホールのコストに不利に作用することがある。
【０００５】
ＰＣＴ第ＷＯ８９／０５１９７号明細書に開示されたように、ガス流が側方にほぼ９０°の角度をなして室内に導入される金属流に当たる噴霧方法において、なるべくその長手方向を大体において水平に向けられた噴霧室が適用される。このような水平の室は、装置技術的に低く構成されるが、溶融金属滴の硬化及び粉末運搬を促進し、又は実行し、かつその熱負荷を低くするために、ほとんどの場合、追加的なガス取り入れ、及び又は別の手段を持たなければならない。
【０００６】
溶融物から金属粉末を製造するすべての装置において、粉末容器封入までのすべての製造過程の間に、空気の侵入はかなりの程度まで避けるようにする。この手段は、多くの装置及び方法技術的な費用を必要とし、その際、しばしばいくつかのサービス作業を妨げて、装置内にとくに効果的な密閉部を有する無条件で必要な装置開口だけが設けられている。
【０００７】
粉末への溶融物の処理の後に、装置内に同様な残留物が残ることがあり、これらの残留物は、後続装入物とともに運び出され、かつこれとともに引続き処理される。この残留物量の混合は、続いて化学的組成の前記の狭い範囲内における同種の溶融物又は同じ鋼核心の溶融物が処理に至るときに、場合によっては許容できる。しかしながらそうでない場合、噴霧装置の手間のかかるかつ時間を浪費する清掃が必要であり、かつ／又は先行物又は初めに生じる粉末部分量は、分離し、かつ廃棄物に割当てなければならない。
【０００８】
噴霧室内における溶融物流の分割の際に、形成される滴の大きさは、不変のガス印加の際に、溶融物の温度、及びとくにこれを室内に導く速度又はフェロスタティックな圧力に依存している。したがって浴の温度及び／又は溶融物容器の金属浴高さが、噴霧時間にわたって十分に一定に維持されないとき、関係にしたがって異なる粉末粒子クラスが形成され、かつ続いて粉末容器内において層状に貯蔵されることがあり、それによりこの中において少なくともその長手方向において、多くの残留中空空間を含む不均一性が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術を前提として、本発明の課題は、溶融金属滴の有利な硬化基準を助長し、特別な噴霧室を有し、装置における有利な簡単な粉末運搬を利用し、充填するためにできるだけ密な粉末粒子容器を準備し、かつ装置の小さな全高及び装置製造における高度の経済性を有する、溶融物から金属粉末を製造する装置を提供することにある。
【００１０】
さらに本発明の目的は、簡単かつ経済的な様式で金属溶融物から粉末が製造可能であり、かつこの粉末から高い密度及び均一性を有するカプセル封入物が製造可能な方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、初めに挙げたような装置においてこの課題は、つぎのようにして解決される。すなわち上端を溶融物容器に結合されかつ下方に向かって水平面に対し角度をなして傾斜して延びる噴霧室が、下端を転向部分に結合され、この転向部分に、金属粉末の送り方向において、上方に向けられた上昇管が続いており、この上昇管が、分離器の前に配置された砕解機に通じており、転向弁を介して砕解機に結合された分離器が、収集容器に結合され、この収集容器が、遮断部材を介して粉末容器に結合可能である。
【００１２】
本発明により達成される利点は、大体において次の点にある。すなわち装置の個別部分は、そのそれぞれの機能において、金属粉末又は最終製品における高度な要求に関して最適化され、かつ共同動作について互いに同調されており、かつ装置は、その全体において、高い経済性、動作確実性及び利用可能性を有する。その際、噴霧室の斜め位置は、飛行放物線に整合された延び方を、したがって噴霧媒体中における溶融金属滴の長い冷却時間又は硬化時間を引起こす。有利なように転向部分によって、分離器へ至る上昇管内における金属粉末の送りと共に小さな空間への集中が達成される。それにより一方において送り技術的なよどみ点における粉末残留物の堆積が避けられ、かつ他方においてその全体において装置の高さが減少される。
【００１３】
上昇管の後に高い位置に配置された砕解機は、重力を利用して粉末を容易に分離器に供給できるという利点を有し、それにより同様に続いて選ばれた粉末部分を収集容器に運び込むことができる。収集容器は、本発明によれば、運び出し側に遮断部材を有するので、場合によっては多くの粉末量を、要求に応じて多数の小さな粉末容器に詰めることができる。
【００１４】
本発明の利用可能性をさらに高めるために、しかし粉末容器への装入粉末交代の際に高い効率で短い期間内に場合によっては必要となる清掃も行なうために、本発明によれば、噴霧室、上昇管、砕解機、分離器及び収集容器は、短時間に取り外しおよび取付け可能な清掃開口カバーを有し、転向部分及び上昇管と砕解機との間の供給管は、取り外し可能に構成されている。
【００１５】
噴霧室の傾斜角が、５°と６０°の間にあると、噴霧室の清掃維持及び相応する短時間の清掃が促進される。本発明によれば、それにより溶融金属滴の硬化及び金属粉末のそれ以上の冷却も、有利な影響を受ける。
【００１６】
さらに本発明により考慮することができるように、上昇管が、上昇管内における金属粉末の上方に向けられた有効な送りを行なう送りガスのための少なくとも１つの送りガス供給導管を有する場合、とくに有利に整合可能な流れ状態、したがって装置内における有利な粉末送りが達成され、かつとくに目的にかなうようにそれぞれの内圧状態が構成される。
【００１７】
収集容器が、底部側に粉末部分を均一化するガスを供給するための少なくとも１つの接続導管を有する場合、しばしば製造過程の間に場合によっては装入に依存して異なる粒径で生じる粉末は、粉末容器に運び込む前にさらに処理することができる。
【００１８】
収集容器の収容能力が、溶融物容器内の溶融物から製造可能な粉末量に相当する場合、経済的な製造及び製品の品質保証に関してとくに有利である。
【００１９】
特別な製品品質を達成するために、金属粉末に作用するガスのための導管システム内の圧力が制御可能であり、この圧力が、０．１ｂａｒ以上だけ環境圧力より上にあると有利である。
【００２０】
最後に溶融物容内の金属溶融物が、この容器の下部に存在する磁気手段によって可動であると、金属溶融物の品質及び噴霧結果に対して望ましい。
【００２１】
本発明の別の目的は、初めに述べたような方法において次のようにして達成される。すなわち斜め下方に傾斜した噴霧室内において形成された金属粉末が、その下側に配置された転向部分に挿入され、導入された送りガスによって上昇管内を上方に送られ、砕解機に運び込まれ、そこで砕解され、次に分離器において粒径について分類され、それから収集容器において収集され、それから粉末容器内への金属粉末の運び込み及び粉末容器の閉鎖が行なわれる。
【００２２】
本発明による方法の利点は、とくに次の点にある。すなわち傾斜した噴霧室内における金属溶融物流の噴霧の際に、溶融物滴の飛行経路が増大され、かつ噴霧媒体によってすでに早期に、滴の硬化及び有効な冷却が行なわれる。粉末の運搬は、噴霧室を通る比較的わずかなガス流量によって行なわれるので、転向部分への金属粉末の運び込みは、望ましい前提条件において与えられる。転向部分から粉末は、それ以上の冷却を引起こす送りガスによって、上方に送られ、続いて砕解され、粒径について分類され、収集容器に運び込まれ、これは、装置及び方法技術的にわずかな熱負荷によりかつ重力作用により有利に行なうことができる。本発明によれば、下方からのガスを収集容器内の粉末に通して流すと、粉末容器内への挿入に対してとくに有効であり、かつ品質を上昇する。なぜならそれにより均一な粉末混合物が形成されるだけでなく、密な粉末詰込みも達成できるからである。
【００２３】
金属粉末の製造及び粉末容器へのその詰込みが、不活性ガスの過圧で行なわれる場合、細孔のない加工片のために高熱コンパクト化の際の粉末粒子表面の酸化及び内部不活性ガス負荷を避けることができる。
【００２４】
製品への最高の品質要求及び最適な品質保証に関して、それぞれ第１の方法ステップにおいて、金属溶融物が金属粉末になるように噴霧され、粒径について分類された後に、少なくとも１つの粉末容器に運び込まれ、この粉末容器が閉じられ、それから後続の方法ステップにおいて、噴霧、砕解、粒径分類及び収集を行なう装置部分に配置された清掃開口が開かれて、これらの装置部分から粉末残留物が清掃され、その後清掃開口が閉鎖され、次の金属溶融物の噴霧のために装置の準備が行なわれると、有利である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図面により詳細に説明する。
【００２６】
図面に概略的に示すように、金属溶融物は、溶融物容器２内において準備され、ノズルにより細い金属流の形で噴霧室３内に運び込まれる。金属溶融物流は、噴霧室３の上側範囲においてガスノズル部分１２から出る大きな運動エネルギーを有するガス流によって噴霧され、形成された金属粉末は、転向部分４内に運び込まれる。圧縮ガス導管システム１０の送りガス供給導管１３によって、上昇管５内における粉末の上方に向けられた送りが行なわれる。この上昇管５は、供給管５１によって砕解機６に接続されている。噴霧及び送りを行なうガスは、砕解機６からガス戻し導管１５にあるフィルタ１６、ガス冷却器１７及び微細フィルタ１８を介して、再びポンプ１１に供給される。砕解機６から分離器７へ金属粉末の引続く案内は転向弁６１を介して行なわれ、この転向弁６１を通ってスクラップ成分が粉末スクラップ容器７１へ供給可能である。分離器７により粒径について分類された所望の粉末部分は、次に収集容器８に運び込まれ、少なくとも一時的にここにおいて、接続導管１４を介して底部側に供給される混合ガスによって均一化される。収集容器８の遮断部材８１を介して、金属粉末は、１つ又は複数の粉末容器９に運び込まれることができる。
【００２７】
例えば組成の同じでない金属溶融物１を処理するために装置を清掃するため、閉鎖可能な清掃開口が設けられている。そのために噴霧室３は、上側清掃開口の取り外し可能なカバー３１を有し、下側において転向部分４の取り外しによって開かれる。供給管５１の取り外し及び砕解機カバー６２の取り外しの際に、上昇管５及び砕解機６から粉末残留物を清掃することができる。同じことは、カバー７２及び８２を取り外すことによって、分離器７及び収集容器８に対しても可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による金属粉末を製造する装置を示す略図である。
【符号の説明】
１    金属溶融物
２    溶融物容器
２１  磁気手段
３    噴霧室
３１  上側清掃開口のカバー
４    転向部分
５    上昇管
５１  砕解機への供給管
６    砕解機
６１  転向弁
６２  砕解機カバー
７    分離器
７１  粉末スクラップ容器
８    収集容器
８１  遮断部材
８２  容器カバー
９    粉末容器
１０  圧縮ガス導管システム
１１  ポンプ
１２  ガスノズル部分
１３  送りガス供給導管
１４  接続導管
１５  ガス戻し導管
１６  フィルタ
１７  ガス冷却器
１８  微細フィルタ
【図１】
0004148308.tif 000002