(57)【要約】  回転噴霧法又は遠心噴霧法（ＣＡ）を通じて、鉄系合金粉末、又は粒子状材料を製造するための方法が開示される。本発明は、特に回転部材噴霧技術よって行われる、遠心噴霧法によって、鋼粉末、特に工具鋼粉末、高強度鋼及び類似の性質のその他の鉄系合金を得るのに適している。微細で、滑らかで、低い酸素含有量でかつ少ないサテライトの又はサテライトの無い粉末が、好ましくは非酸化雰囲気の下で、噴霧チャンバー内の様々な形状を持つ冷却された回転噴霧デバイス（例えば、ディスク、カップ）によって噴霧化される。
2017507251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系合金粉末又は粒子状材料の製造方法であって、
ａ）１０４０℃超の融点を持つ合金組成物を提供する工程、
ｂ）前記組成物を溶融する工程、及び
ｃ）溶融した組成物を遠心噴霧法又は回転噴霧法によって噴霧化する工程
を含む方法。
【請求項２】
工程ｃ）において、前記噴霧法が、噴霧回転部材を有する回転噴霧デバイスを使用して行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
製造された粉末が球状又は略球状である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
製造された粉末が９０％以上の真球度を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記回転部材が突出部を有する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記回転部材が半径方向成分を持つ突出部を有する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記回転部材が、挿入線で前記回転部材の作用面に対して直角の方向に縮閉線の輪郭を持つ突出部を有する、請求項２〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記回転部材が、挿入線で前記回転部材の作用面に対して直角の方向に可変な湾曲を持つ突出部を有する、請求項２〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記回転部材が、挿入線で前記回転部材の作用面に対して平行な方向に可変な湾曲を持つ突出部を有する、請求項２〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記回転部材が、少なくとも４つの突出部を有する、請求項２〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記回転部材が羽根を有する、請求項２〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記噴霧回転部材の表面上の突起部又は突出部とも称される前記羽根が、横断面領域と所与の１つ又は複数の押出通路とを通じて作り出される、請求項２〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記羽根の輪郭が、１つの単一平面内に収容される、請求項２〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記羽根の輪郭が、１つの単一平面内に収容されない、請求項２〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記羽根の輪郭が、前記回転部材の半径、液体動粘度、体積流量、金属静圧ヘッド、及び回転速度の関数として、液体金属の半径方向及び接線方向の速度を予測する解析的数学モデルを使用して決定される、請求項２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
溶湯と接触する前記噴霧回転部材の作用面が、溶融シリコングラファイト、完全安定化ジルコニア（ＦＳＺ）、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコン、アルミナ、マグネシア、例えば、ＡｌＮ、Ｃ（グラファイト）、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＭｇＺｒＯ3、ＣａＯ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＴｉＯ3、ＺｒＯ2、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯなど（ＭｇＺｒＯ3被覆、ＣａＯ、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3が、Ｎｉ合金のような高溶融温度の合金に対して良好に機能する）からなる群からの材料で作られる及び／又は被覆される、請求項２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記噴霧回転部材の材料の融点温度が１２００℃超であることを特徴とする、請求項２〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記噴霧回転部材の材料の熱伝導率が３６Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1超であることを特徴とする、請求項２〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記噴霧回転部材の材料の熱伝導率が８２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1超であることを特徴とする、請求項２〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記噴霧回転部材の材料が４６０ＭＰａ超の降伏強度を示す、請求項２〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記噴霧回転部材の材料が１２００ＭＰａ超の降伏強度を示す、請求項２〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記噴霧回転部材の駆動シャフトの回転速度が４００００ｒｐｍ未満である、請求項２〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記噴霧回転部材の駆動シャフトの回転速度が１５０００ｒｐｍ未満である、請求項２〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記噴霧回転部材の駆動シャフトの回転速度が１０００００ｒｐｍ超である、請求項２〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記噴霧回転部材の直径が０．２１ｍ超である、請求項２〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記噴霧回転部材の材料が１４００℃超の溶融温度と、６８０ＭＰａ超の機械的強度とを示し、噴霧化することを目的とする合金に対して９０°未満の濡れ性を促進する材料で被覆される、請求項２〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記噴霧回転部材の形状が、前記回転部材の基部の表面に対して直角の方向に、液体金属の分布及び流れを与える、請求項２〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
工程ａ）で提供された前記合金組成物が、以下の化学組成、
％Ｃｅｑ＝０．００１〜２．８      ％Ｃ＝０．００１〜２．８
％Ｎ＝０．０〜２．０              ％Ｂ＝０．０〜２
％Ｃｒ＝０．０〜２０．０          ％Ｎｉ＝０．０〜２５．０
％Ｓｉ＝０．０〜３．０            ％Ｍｎ＝０．０〜７．０
％Ａｌ＝０．０〜６．０            ％Ｍｏ＝０．０〜１１．０
％Ｗ＝０．０〜１６．０            ％Ｔｉ＝０．０〜３．０
％Ｔａ＝０．０〜２．０            ％Ｚｒ＝０．０〜１０．０
％Ｈｆ＝０．０〜４．０            ％Ｖ＝０．０〜１５．０
％Ｎｂ＝０．０〜４．０            ％Ｃｕ＝０．０〜５．０
％Ｃｏ＝０．０〜１５．０          ％Ｃｅ＝０．０〜２
％Ｃａ＝０．０〜１                ％Ｐ＝０．０〜２
％Ｓ＝０．０〜２                  ％Ａｓ＝０．０〜２
％Ｂｉ＝０．０〜１                ％Ｐｂ＝０．０〜２
％Ｓｂ＝０．０〜１                ％Ｌｉ＝０．０〜１
％Ｔｅ＝０．０〜２                ％Ｚｎ＝０．０〜１
％Ｃｄ＝０．０〜１                ％Ｓｒ＝０．０〜１
％Ｋ＝０．０〜１                  ％Ｎａ＝０．０〜１
鉄及び微量元素からなる残部の範囲内（ｗｔ％）の合金組成物から選択され、ここで、
％Ｃｅｑ＝％Ｃ＋０．８６・％Ｎ＋１．２・％Ｂであり、
％Ｃｏ＞０．９である場合、％Ｖ＞１．２及び／又は％Ｎｉ＋％Ａｌ＋％Ｔｉ＋％Ｓｉ＞０．３及び／又はＣｒ＜０．８であり、
％Ｃｒ＞９．８である場合、％Ｃｅｑ＞０．１４であり、
％Ｃｒ＞９．８である場合、％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｖ＋％Ｔｉ＞０．５及び／又は％Ｓｉ＋％Ａｌ＋％Ｔｉ＋％Ｎｉ＞０．５であり、
％Ｃｒ＜２である場合、％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｖ＋％Ｔｉ＞０．５であることを特徴とする、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
以下の組成（全てｗｔ％である）、
％Ｃｅｑ＝０．００１〜２．８      ％Ｃ＝０．００１〜２．８
％Ｎ＝０．０〜２．０              ％Ｂ＝０．０〜２
％Ｃｒ＝０．０〜２０．０          ％Ｎｉ＝０．０〜２５．０
％Ｓｉ＝０．０〜３．０            ％Ｍｎ＝０．０〜７．０
％Ａｌ＝０．０〜６．０            ％Ｍｏ＝０．０〜１１．０
％Ｗ＝０．０〜１６．０            ％Ｔｉ＝０．０〜３．０
％Ｔａ＝０．０〜２．０            ％Ｚｒ＝０．０〜１０．０
％Ｈｆ＝０．０〜４．０            ％Ｖ＝０．０〜１５．０
％Ｎｂ＝０．０〜４．０            ％Ｃｕ＝０．０〜５．０
％Ｃｏ＝０．０〜１５．０          ％Ｃｅ＝０．０〜２
％Ｃａ＝０．０〜１                ％Ｐ＝０．０〜２
％Ｓ＝０．０〜２                  ％Ａｓ＝０．０〜２
％Ｂｉ＝０．０〜１                ％Ｐｂ＝０．０〜２
％Ｓｂ＝０．０〜１                ％Ｌｉ＝０．０〜１
％Ｔｅ＝０．０〜２                ％Ｚｎ＝０．０〜１
％Ｃｄ＝０．０〜１                ％Ｓｒ＝０．０〜１
％Ｋ＝０．０〜１                  ％Ｎａ＝０．０〜１
鉄及び微量元素からなる残部、を持つ遠心力で噴霧化された球状又は略球状の鋼粉末であって、ここで、
％Ｃｅｑ＝％Ｃ＋０．８６・％Ｎ＋１．２・％Ｂであり、
％Ｃｏ＞０．９である場合、％Ｖ＞１．２及び／又は％Ｎｉ＋％Ａｌ＋％Ｔｉ＋％Ｓｉ＞０．３及び／又はＣｒ＜０．８であり、
％Ｃｒ＞９．８である場合、％Ｃｅｑ＞０．１４であり、
％Ｃｒ＞９．８である場合、％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｖ＋％Ｔｉ＞０．５及び／又は％Ｓｉ＋％Ａｌ＋％Ｔｉ＋％Ｎｉ＞０．５であり、
％Ｃｒ＜２である場合、％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｖ＋％Ｔｉ＞０．５であることを特徴とする、鋼粉末。
【請求項３０】
％Ｆｅが少なくとも８９％である、請求項２９に記載の鋼粉末。
【請求項３１】
％Ｃｅｑが０．６２％超である、請求項２９又は３０に記載の鋼粉末。
【請求項３２】
％Ｃが１．４７％超である、請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項３３】
％Ｃｒが０．５％超である、請求項２９〜３２のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項３４】
％Ｍｏが２．１０％超である、請求項２９〜３３のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項３５】
％Ｗが２．３３％超である、請求項２９〜３４のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項３６】
％Ｖが０．４％超である、請求項２９〜３５のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項３７】
％Ｓｉが０．４％超である、請求項２９〜３６のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項３８】
％Ｍｎが１．７５％超である、請求項２９〜３７のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項３９】
％Ｎｉが０．９％超である、請求項２９〜３８のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４０】
％Ｃｏが１．５％超である、請求項２９〜３９のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４１】
合計％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｎｂ＋％Ｔａが０．０９％超である、請求項２９〜４０のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４２】
合計％Ｃｒ＋％Ｖ＋％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｎｂ＋％Ｔａが４．５％超である、請求項２９〜４１のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４３】
合計％Ｃｒ＋％Ｗ＋％Ｍｏ＋％Ｖ＋％Ｎｂ＋％Ｚｒが４％超である、請求項２９〜４２のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４４】
合計％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｎｂ＋％Ｔａが０．１％超である、請求項２９〜４３のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４５】
％Ｃが２％以上であるか又は％Ｃｒが１０％以下であり、合計％Ｃｒ＋％Ｔｉ＋％Ｗ＋％Ｍｏ＋％Ｖ＋％Ｎｂ＋％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｃｏが０．５％超である、請求項２９〜４４のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４６】
％Ｃが２％以上であるか又は％Ｃｒが１０％以下であり、合計％Ｃｒ＋％Ｔｉ＋％Ｗ＋％Ｍｏ＋％Ｖ＋％Ｎｂ＋％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｃｏが０．５５％超である、請求項２９〜４５のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４７】
％Ｃが２％以上であるか又は％Ｃｒが１０％以下であり、合計％Ｃｒ＋％Ｔｉ＋％Ｗ＋％Ｍｏ＋％Ｖ＋％Ｎｂ＋％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｃｏが０．７％超である、請求項２９〜４６のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４８】
合計％Ｍｎ＋％Ｓｉ＋％Ｎｉが０．８％超である請求項２９〜４７のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項４９】
％Ｃｏ＜０．８である請求項２９〜４７のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項５０】
％Ｃｏ＞０．９及び％Ｖ＞１．２である、請求項２９〜４９のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項５１】
％Ｃｏ≧２又は％Ｃｒ≦１０である場合、％Ｃｒ＋％Ｔｉ＋％Ｗ＋％Ｍｏ＋％Ｖ＋％Ｎｂ＋％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｚｒ＋％Ｃｏ≧０．５である、請求項２９〜５０のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【請求項５２】
％Ｎｉ≧０．９及び％Ｃｏ≧０．９である場合は％Ｓｉ＜０．４であるという条件において、％Ｃ＜０．１である、請求項２９〜５１のいずれか１項に記載の鋼粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［本発明の分野］
本発明は、遠心噴霧法によって、主に、噴霧回転部材技術を通じて幾つかの高融点合金粉末、又は粒子状材料を製造するための方法に関連する。本発明は、急冷固化金属粉末を製造するために設計される。
【背景技術】
【０００２】
［要約］
噴霧法は、アルミニウム、鉄、低合金鋼、ステンレス鋼、工具鋼、チタン、及び超合金などから、金属及び予合金（プレアロイ）粉末を製造するための主要な方法である。多種多様な方法が存在するが、噴霧法のプロセス及び技術、特に、水噴霧法及びガス噴霧法は、高融点金属粉末の製造において優位であり続けている。両技術は実行するのは比較的容易であるが、より低いエネルギー効率を伴い、それに加えて、製造した粉末のよく知られた特徴、例えば、凹凸形状、低い表面品質、比較的高い内部気泡率、比較的広い粒子サイズ分布（約２．０〜２．３の高い幾何標準偏差σE）などを伴う。他方では、その他の技術、例えば、遠心噴霧法（ＣＡ）は、幾つかのプロセス条件下で、優れた粉末品質とともにより高いエネルギー効率を示す。しかしながら、そのような種類のプロセスは、しばしば、従来の上述した技術に比べ技術的により複雑である。金属の遠心溶融噴霧法は、液体金属を供給して粉末を製造する物理的な方法であり、溶湯の液流は回転ディスク又はその類似物上に注がれ、それが遠心力の作用の下で破壊かつ分散されて、後にその雰囲気と接触して固化する微細な粉末粒子状材料になる。遠心噴霧技術の可能性は、特に産業上の用途については、噴霧法の物理的プロセスの詳細な科学的な理解が不足していることと、信頼できる設計が不足していることとが原因で、十分に開発されていない。
【０００３】
伝統的に、工具鋼粉末は、ガス噴霧化法又は水噴霧化法によって製造される。一般論では、水噴霧した工具鋼粉末は凹凸形状の粒子を示し、より高い理論密度での金型成形及び焼結に適している。ガス噴霧した工具鋼粉末は、高い見掛け密度を持つ球状又は略球状粒子を示すが、したがって、それは熱間又は冷間静圧プレス成形圧密化を要求することがある。工具鋼の粉末冶金の重要な要素は、鍛造されて従来法で製造された製品と比較して、得ることができる均一微細構造と、その化学組成におけるより高均質性とに主に基づく。例えば、この状況は、優れた靱性値及び熱処理中のより少ない歪みをもたらし、工具寿命の増加をもたらす。
【０００４】
遠心噴霧法は、商業用、準商業用、実験室規模、及び小さいパイロットプラント規模で、様々な金属及び金属合金を製造するために行われるが、驚くべきことに、この技術は鉄系金属の大量生産用に十分かつ広く確立していない。ＣＡは、工業規模に関しては、多くの特異な用途に対して、特に、より低い溶融温度を示す合金に対して適用されて、したがって、回転部材の浸食の問題は、重大な技術的障害を示さない。
【０００５】
Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅなど・・・適切な噴霧回転部材構成の一般的なトラフは、ほとんど全ての噴霧回転部材構成で合金を凝固させることもあれば、その他のパラメーターを考慮することもある。しかしながら、観測されて述べられたこととは反対に、本発明者らは、幾つかの処置をとることで、遠心噴霧回転部材技術は、ある鋼粉末、特に工具鋼粉末、高強度鋼及び類似の性質の他の鉄系合金を製造するのに適していることを発見した。また、本発明者らは、噴霧技術は最も経済的にすることができて、すなわち、鉄系粉末の所望の仕様を達成して、大量のエネルギー及び関連コストを抑えることができることを示す。
【０００６】
［技術水準］
主題に関する優れた包括的な文献報告が［ｍｅｔａｌ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−１８７８９５４１５，１９９２;オクスフォード大学出版局、ＩＳＢＮ−１３：９７８−０１９８５６２５８０，１９９４；ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−０８７１７０３８７３，１９９８；Ｍｅｔａｌ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−０９７６２０５７１５，２００５］に存在するが、以下の段落では、噴霧法の技術水準及びその関連態様を簡単に見直す。金属噴霧法は、バルク液体が周囲の雰囲気中で液滴のスプレーに変化することである。バルク液体は、標準状態の圧力及び温度で固体であり、かつ、最終製品が噴霧の段階及びその後の冷却後に粉末である物質を溶融することによって形成される。金属噴霧法は、広範囲の組成及び粒子サイズにわたり金属粉末を製造することを可能とする最も一般的な方法である。科学文献では、以下の粉末冶金及び噴霧法に関する優れた報告を発見されることがあるが、後者のある関連態様としては、ＣＡが特に強調して記載される。近年、鉄系及び非鉄系粉末は、水噴霧法及びガス噴霧法によって主に製造されていて、それに対し、遠心噴霧技術は第２の技術として存在する［Ｅｄ．Ｍｅｔａｌ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−１８７８９５４１５２，ｐｐ．４１−４３，１９９２；ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−０８７１７０３８７３，ｐｐ．３５−５２，１９９８；Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−１８５６１７４７９４，ｐ．１６１，２００６］。遠心溶融噴霧法（スピンディスク、スピンカップ、又は回転噴霧法としても知られる）は、溶湯の液流がスピンディスク（ＳＤＡ）又はその類似物上に注がれ、回転手段によってもたらされる遠心力の作用の下で分散され、後に雰囲気と接触して固化する液滴、フレーク又はリボンのスプレーとなって粉末を得る、液体金属供給の物理的方法として規定される［ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−０８７１７０３８７３，ｐｐ．３５−５２，１９９８］。遠心噴霧化した金属についての主な市場は、幾つかの十分に確立した高価値な用途、例えば、電子はんだペースト、アルカリ電池用の亜鉛、チタン及び鋼ショット、ある溶射、並びに磁性粉末を示す［Ｐｒｏｃ．ｏｆ  Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｓｐｒａｙ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｅｌｔ  Ｆｏｒｍｉｎｇ，Ｂｒｅｍｅｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ，ｐｐ．１−６，２００６］。
【０００７】
一般に、遠心噴霧方法は、ガス噴霧法及び水噴霧法に比べエネルギー効率がより優れていて、また、一般的に、前者の技術を行うのに比べてより狭い粒子サイズ分布をもたらす[ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−０８７１７０３８７３，ｐｐ．３５−５２，１９９８］。不活性又は真空の雰囲気中で得られる、遠心力で噴霧化した粉末は、適切なプロセスパラメーターを使用した場合、標準的には球状又は略球状であり、幾つかの合金については低い運転コストで非常に良好な製造収率を持ち、滑らかな表面を有する。幾つかの合金について、工業的に許容できるレベルでその技術を使用することが可能でないと考えられていたのは、本発明より前である。
【０００８】
しかしながら、遠心噴霧技術をより高融点の金属に適用する場合、噴霧チャンバーの直径を増加する必要があるため、最高回転速度で運転することが困難である。また、回転部材上での液体の早期の固化（スカル）並びに、材料の不均衡な力、浸食、熱疲労、及び親和性の問題は、スピンディスク組立品の重い保守コストをもたらす。ユナイテッド・テクノロジーズ社のＰｒａｔｔ＆Ｗｈｉｔｎｅｙにより開発された、超合金粉末を製造するための急冷固化速度プロセス（ＲＳＲ）（米国特許第４０７８８７３号明細書Ａ及び米国特許第４３４３７５０号明細書Ａ）は、最も認識されている遠心噴霧法の技術の１つである。高融点及び活動的な（アグレッシブな）合金の取扱上の問題を解決するために、そのプロセスは、高圧ヘリウムガスと一緒に高速水冷の回転ディスクを使用して固化速度を増加させる。最も大きいＲＳＲ施設では、直径約５ｍのスプレーチャンバーと、閉ループのヘリウム再循環システムとを用いて、１回９００ｋｇまでを取り扱うことができる。製造速度は、Ｎｉ系超合金については、１１００ｋｇ・ｈ-1まで達する。この場合においては、高体積のヘリウムを使用することがまた、別の欠点である。これらの欠点の結果として、水噴霧法及びガス噴霧法は、高融点金属粉末の製造において優位であり続けている。米国特許第４３７４０７４号明細書Ａでは、回転ディスクを使用して、ディスク上に境界層の薄膜流を形成して、ディスク外縁から高速でその薄膜流を周辺空間へ飛散させ、その膜流を線状流に分割してファイバーを製造するために線状流を冷却するか、あるいは、線状流に対して並行するガス流又は対向するガス流であるか否かに関わらず、球状粒子を製造するための液滴へ各線状流をさらに分割した後にその液滴を冷却することで、金属、スラグ、又はフラックスの溶融物から、特別に定められたサイズを持つ球状粒子又はファイバーを製造するプロセスを明らかにした。回転噴霧部材は、耐熱鋼から作られる金属性ホルダにより支持される、異なる耐火材料から作られる平坦な耐火表面を有する平坦ディスクブロックにより構成される。その発明者らは、最適な条件は、球状粒子を製造するために、室温以下及び大気圧以上の圧力で回転ディスク外縁から飛散した溶融物の自由な線状流の方向と反対の方向で追加のガスジェット流を形成して得られることを述べる。発明者らによれば、回転ディスクの回転速度は、好ましくは３０００と３００００ｒｍｐの間に調整され、その発明で開示するプロセスで使用されるべき回転ディスクの有効直径は、好ましくは５０〜２００ｍｍの範囲で設定される。
【０００９】
多くの製造プロセスが、回転部材の表面上に溶融物を注ぎ込むことによって、球状、略球状、及び他の非球状な典型的形状の金属粒子（針状、繊維状、フレーク状、中空状、樹枝状、凹凸状、集合体、海綿状など）を製造するために提案されている。非球状粒子の製造に関して、米国特許第４０６３９４２号明細書Ａは、新規の金属製品、すなわち、粉末冶金目的用の金属粉末の製造に適した金属フレーク製品に関連し、それはまた、その金属フレーク製品を製造するためのプロセスを記載する。その発明によれば、この新規の製品は、過半数の、比較的薄く、脆くて容易に破壊され、実質的に樹枝状突起のない、コンパクト粒構造に対して非晶質の金属フレークからなる金属フレーク製品である。粒子は、優れた冷却能力の比較的低温の金属表面（平坦ディスク、カップ）上で、溶鋼が少なくとも１つの離散した比較的薄いフレーク形状の層を形成することで製造され、速やかにかつ実質的に溶鋼の移動方向と交差して動く。優れた冷却能力のため、その層は極めて早く（適切には、１０-6Ｃ・ｓ-1で）固化するように作られる。その発明者らによれば、後に、要求された粒子サイズの粉末に金属フレークを分解することを容易にするために、フレークの寸法を決める製造パラメーターを相互に調整する。したがって、フレークの厚さは、約０．５０ｍｍ以下であり、好ましくは約０．１０ｍｍ以下である。追加的に、そのパラメーターはまた相互に調整されて、フレークの長さ／厚さ比は少なくとも１００、フレークの幅／厚さ比は少なくとも約２０、フレークの長さ／幅比は約５以下である。フレーク状粉末の製造プロセスの別の例は、日本特許出願第Ｈ０２−３４７０６号明細書Ａに記載され、それは、ガラス、金属（ステンレス鋼、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＺｎ）などの溶融材料を噴霧ガスを通じて流して、円錐型又はホーン型の回転冷却部材に接触して固化する前に、形成した液滴を衝突させることによってフレークの粉末を、高い収率で製造するプロセスに関連する。興味深いことに、この場合においては、回転カップ型部材より一般的でない円錐回転部材が使用されるが、しかしながら、これは、処理されるべき材料と接触する表面が任意の突起部又は隆起がなく滑らかであることに関して、同一の基礎特性を共有する。本発明では、球状又は略球状の金属粒子を得るために示され、それは克服すべき他の課題がある全く異なる製造技術である。追加的に、どちらの場合においても、回転部材の回転軸と溶湯流の鍛造の軸は並行して設置され、溶湯流及び／又はガス噴霧化流のいずれかが回転冷却部材上で偏心して衝突することで製造する。
【００１０】
金属粉末の開発及び製造、特に、噴霧法を通じての開発及び製造は、継続的及び持続的方法で成長する分野である。それは、いわゆる粉末冶金（ＰＭ）又は粒子状材料技術、例えば、添加剤、又は層製造（ラピッドマニュファクチャリング／プロトタイピング、３Ｄプリント、レーザー成形など）、熱スプレー、溶接、金属射出成形（ＭＩＭ）、粉末鍛造、押出、熱間静圧プレス成形（ＨＩＰ）などで広く展開される用途のために、特定の性質を持つ粉末形態で原材料を製造する極めて優れた方法として広く認識されるようになった。ＨＩＰ（高圧及び高温）又は同等の技術による、幾つかの合金化金属粉末の圧密化は、細粒微細構造を持ち、混入及び凝離（ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ）のない、高品質及び高性能な部品を生成することができ、高い見掛け密度又は最高密度でさえ達成することができる。
【００１１】
さらに、技術的観点から、遠心噴霧技術は、製造した粉末が高コストであるために、期待されているほど早くは発展せず、高融点材料に適用されるこの種の技術の部分的成功は、得られた粉末の品質及び性質、例えば、形態、表面品質、微細構造（異なるレベルで、例えば、ナノ及びフェムト）、少ない生産数量、産出比（収率）、コストなどに関連する技術的及び経済的な障害に起因する可能性がある。
【００１２】
溶融物の噴霧化は、金属粉末製造について多くの用途及び利点を有し、技術開発における主な障害は、溶湯を取扱うための適切な材料及び方法が不足していることであった。同時に、最も魅力的な利益の幾つかは、予合金化粉末をこの方法によってのみで製造することができることがもたらす、合金化における高い柔軟性、不純物の制御及び化学組成の均一性である。幾つかの噴霧技術は、鉄及び非鉄合金から金属粉末及び予合金化粉末を製造するために開発されてきた。これらの技術の幾つかは広く開発され、大規模な製造（世界の噴霧法生産量の９５％超）に適用されていて、２流体噴霧法、例えば、ガス噴霧法、水噴霧法、及び油噴霧法、真空噴霧法及び回転電極噴霧法を含む。その他の技術は、実験室規模及びパイロットプラント規模で評価されてきたが、回転ディスク噴霧法などのような準商業的技術として考えられることがある。
【００１３】
２流体噴霧法においては、ノズルから流れる溶湯流は、ある角度で下向きに向けられた１つ又は複数の流体（例えば、水、ガス）ジェットの作用によって破壊される。噴霧化ガスから溶融した溶融物への運動量移動の結果として、良好に分散した金属液滴が製造される。流体ジェットは金属流を破壊して液滴にして、その液滴はすぐに焼入れされて噴霧容器の底に落ちる。水噴霧法については、金属粉末／水スラリーは、フィルタリング、乾燥、及び、幾つかの場合では、還元雰囲気内での焼鈍のために除去される。水噴霧法は、鉄金属粉末と容易に還元できる酸化物を有する金属とを噴霧化する主な方法である。銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、工具鋼、ステンレス鋼及び貴金属粉末の商業的製造にも適用されるが、水噴霧法の最大の商業的用途は鉄粉末製造を含む。一般的に、水噴霧法は、低コストの噴霧化メディア（水）と、その加圧に消費される少ないエネルギーと、その方法の高い固有の生産性とのため、他の噴霧技術よりは高価でない。この技術の主要な制限は、広い液滴サイズの正規対数分布（１．８〜３．０の幾何標準偏差）を持つ凹凸形状粒子、粉末純度、及び、反応性金属については、高い酸素含有量である。頻繁に、酸化膜の形成、液滴表面の被覆、及び耐火性酸化物の存在は、前述した液滴の球状化を妨げる。水噴霧法についての冷却速度は、ガス噴霧法（Ｎ又はＡｒ）についてのものよりも１〜２桁大きい［ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−０８７１７０３８７３，ｐｐ．３５−５２，１９９８］。
【００１４】
不活性ガス噴霧法（ＩＧＡ）は、高い酸化傾向を持つ粒子状の金属及び合金か又は酸化物が還元しにくい成分を有する合金を、効率的に製造するための最も長期にわたる方法である。溶融物のガス噴霧法は、その溶融物と噴霧化ガス（Ａｒ、Ｎ、Ｈｅ、空気）の相互作用を伴い、それは、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及びその合金、マグネシウム、亜鉛、チタン、チタン合金、ニッケル系合金、コバルト系合金、スズ、鉛などの粉末の商業的製造に適用される。この技術は、１Ｅ＋０２〜１Ｅ＋０５℃・ｓ-1の範囲の冷却速度で、かつ、低エネルギー効率で運転する。一般に、不活性ガス噴霧化粉末は、２．０に近い幾何標準偏差を持つ、正規対数のサイズ分布を示す。この場合において、平均粒子サイズは、ガス−金属流量比によって制御されて、それに対して水噴霧法については、平均粒子サイズは水ジェットの圧力（速度）で制御される。ガス噴霧化粉末の表面は、一般的に、多孔性か又は樹枝状の微細構造を持ち滑らかであるが、しかしながら、主にアルミニウム系合金、銅及び亜鉛合金については、多様な平坦度及び真球度が実際には一般的である。ガス噴霧法に関連するその他の欠点は、粒子内へ少量の噴霧化不活性ガスを取り込むことであり、それは、特に、アルゴンの場合にかつ粗粒子についての場合において、多孔性を引き起こす場合がある。それにも関わらず、この効果が求められる幾つかの噴霧法の用途が存在する。例えば、米国特許４７６８５７７号明細書Ａでは、有益な水準の閉じ込められたガス（濃度）を、噴霧法プロセスの特定パラメーター下で金属に導入する方法及びそれによって製造された金属粉末について述べる。その発明の一般対象として、米国特許第４７６８５７７号明細書Ａは、金属中の不活性ガスを合金化するための方法を開示することを簡潔に立証することができる。３０４系ステンレス鋼中に予め選択された水準のＨｅを製造するための方法を提供することは、１つの形態においては、この発明のより特別な対象である。それはまた、有益な水準の閉じ込められた不活性ガスを含む金属及び噴霧化金属粉末を製造するための方法を提供することはまた、通常の対象である。さらに、有益な水準の閉じ込められた不活性ガスを含む金属を製造するための方法を提供することは、別の通常の対象である。噴霧化金属粉末を製造するための言及したシステムにおいては、噴霧化されるべき溶湯流は、回転する滑らかなカップ形状の回転部材上に供給される。ガス供給方法は、噴霧化粉末を急冷するためのクエンチガス流（例えば、Ｈｅ）を提供するためのマニホールドからなる。提供された方法は、３０４系ステンレス鋼に対して合理的に思われる。この文書では、用いられたプロセスパラメーターにおける考察をほとんど与えない。噴霧法に用いられる回転部材はセラミックス性であることの指標はない。それは、サイズ値を提供することなく、優れた粉末度を持つように得られた粉末を記載する。高い真球度が入手可能であるという指標はない。
【００１５】
最終的に、遠心噴霧法又は回転噴霧法は、水噴霧法及びガス噴霧法よりも極めて優れたエネルギー効率であり、また、１．２と１．４の間の範囲の幾何標準偏差を持つより狭い粒子サイズ分布をもたらすことに留意すべきである。この技術は、エレクトロニクス用途向けのはんだ粉末、亜鉛、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、ニッケル系超合金、並びに反応性及び耐火性金属（例えば、モリブデン及びチタン）の製造について、１Ｅ＋０５℃・ｓ-1までの高い冷却速度で運転することができる。簡単なモデルでは、液滴の形成は、回転による加速力と液体表面張力の間の力バランスに関わる。したがって、遠心噴霧化した粒子の平均直径（ｄ50）は、重要度が高い順に、角速度、回転部材の直径、金属表面の張力／密度比、溶湯供給速度及び粘度によって主に制御されることが十分に確立される。
【００１６】
上述した利点にもかかわらず、遠心噴霧法、特に遠心ディスク噴霧法は、幾つかの技術的制限が原因で、粉末製造に対し工業的規模で広く使用されていない。複数の研究者は、工業的用途に対して遠心噴霧法の完全な潜在能力を実現することはまた、プロセスの詳細な科学的な理解が不足していることと、信頼できる設計が不足していることとにより妨げられると主張する［Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  Ｓｉｍｕｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．Ｖｏｌ．１２，ｐｐ．９５９−９７１，２００４，ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌ．，Ｖｏｌ．４７，ｐｐ．１６８−１７２，２００４；Ｐｒｏｃ．ｏｆＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｓｐｒａｙ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｅｌｔ  Ｆｏｒｍｉｎｇ，Ｂｒｅｍｅｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ，ｐｐ．１−６，２００６］。これに関して、多くの研究者が、噴霧法のプロセスに伴う現象の開発及び理解に対して非常に力を注いでいた［Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ＆Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．１，ｐｐ．７９−８８，１９９２；Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ．，Ｖｏｌ．４４，ｐｐ．１７１−１７６，２００１；Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ．，Ｖｏｌ．４６，ｐｐ．３４２−３４８，２００３；Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ．，Ｖｏｌ．４７，ｐｐ．１６８−１７２，２００４；Ｍａｔｅｒ．Ｄｅｓｉｇｎ，Ｖｏｌ．２７，ｐｐ．７４５−７５０，２００６；Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａｄｖ．Ｍａｔ．，Ｖｏｌ．８，ｐｐ．２６４−２７０，２００７；Ｐｒｏｃ．Ｒ．Ｓｏｃ．Ａ，Ｖｏｌ．４６７，ｐｐ．３６１−３８０，２０１１］。追加的に、この状況は、この技術の適用を高溶融温度材料に適用する場合に拡大される。
【００１７】
過去数十年間において、遠心噴霧法は、様々な金属材料及び合金、例えば、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｎ及びそれらの合金から粉末を製造するために開発された。以下の段落では、科学文献で報告され、実験室規模又はパイロットプラント規模の用途に主に関連する幾つかの例を述べる。
【００１８】
一部の著者は、噴霧装置の設計の効果と、遠心力で噴霧化された純スズ、純鉛、亜鉛、アルミニウム、及びアルミニウム合金粉末の形態及びサイズ分布に関する処理パラメーターの効果とを調査した［Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ，Ｖｏｌ．４４，ｐｐ．１７１−１７６，２００１；Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ，Ｖｏｌ．４６，ｐｐ．３４２−３４８，２００３；Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ，Ｖｏｌ．４７，ｐｐ．１６８−１７２，２００４；Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ，Ｖｏｌ．４８，ｐｐ．１６３−１７０，２００５］。一部の他の著者は、遠心噴霧技術を使用して、はんだ粉末、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ及びＳｎ−Ｃｕ［Ｒｕｓｓｉａｎ  Ｊ．ｏｆ  Ｎｏｎ−Ｆｅｒｒｏｕｓ  Ｍｅｔａｌｓ，Ｖｏｌ．５１，ｐｐ．２５０−２５４，２０１０］並びに鉛フリーはんだ粉末［Ｐｏｗｄｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌ，Ｖｏｌ．２１４，ｐｐ．５０６−５１２，２０１１］を得た。Ｓｕｎｇｋｈａｐｈａｉｔｏｏｎ［ＩＮＴ．Ｊ．ｏｆ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ．ａｎｄ  Ｍａｔｈ．，Ｖｏｌ．２，Ｎｏ２，２０１２年３月］は、遠心力で噴霧化された亜鉛粉末の平均粒子サイズ、粒子サイズ分布、製造収率、及び形態への運転条件の影響を調査した。Ａｎｇｅｒｓら［Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ．＆Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｅｒ．，Ｖｏｌ．１，ｐｐ．７９−８８，１９９２；Ｉｎｔ．Ｊ．ｏｆ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ，Ｖｏｌ．３０，ｐｐ．４２９−４３４，１９９４，Ｍａｔｅｒ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３３，ｐｐ．１３−１８，１９９７］及びＬａｂｒｅｑｕｅら［Ｃａｎ．Ｍｅｔａｌｌ．Ｑ．，Ｖｏｌ．３，ｐｐ．１６９−１７５，１９９７］は、反転ディスク構成を使用してアルミニウム合金及びマグネシウム合金のそれぞれの遠心噴霧法について研究した。同様にして、Ｓｈｅｉｋｈａｌｉｅｖら［Ｍｅｔａｌ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｒｅｐｏｒｔ，Ｖｏｌ．６３，ｐｐ．２８−３０，２００８］は、アルミニウム粉末粒子の形状及び粒子サイズ分布への酸素含有量の影響について研究した。追加的に、非鉄金属粉末及びそれらの合金の製造における優れた考え方が、Ｎｅｉｋｏｖらによって編集された著書で提供される［Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＩＳＢＮ−１３：９７８−１８５６１７４２２０，２００５］。
【００１９】
ＲＳＲ方法の使用は、ニッケル系超合金（例えば、ＩＮ１００）、鉄系超合金（例えば、ＪＢＫ−７５）、鋼、アルミニウム合金、３０４ステンレス鋼、並びに、チタン及びモリブデンのような微量の反応性金属などの、急冷固化した金属粉末の微細構造及び位相関係を製造して、分析して、かつ特徴付けることを可能とした［Ｍｅｔａｌｌ．Ｔｒａｎｓ．Ａ，Ｖｏｌ．１０，ｐｐ．１９１−１９７，１９７９；Ｍｅｔａｌｌ．Ｔｒａｎｓ．Ａ，Ｖｏｌ．１３，ｐｐ．１５３５−１５４６，１９８２；Ｍｅｔａｌｌ．Ｔｒａｎｓ．Ａ，Ｖｏｌ．１９，ｐｐ．２３９９−２４０５，１９８８］。
【００２０】
Ｋａｔｏｈら［鉄と鋼 /日本鉄鋼協会．日本．，Ｖｏｌ．７１，ｐｐ．７１９−７２６，１９８５；Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．，日本金属学会，Ｖｏｌ．３１，ｐｐ．３６３−３７４，１９９０］は、Ｎｉ基超合金粉末を製造する、液体ヘリウム冷却遠心噴霧技術を開発した。その一方で、ＦｏｌｉｏとＬａｃｏｕｒ［Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ．，Ｖｏｌ．４３，ｐｐ．２４５−２５２，２０００］は、金属粉末、例えば、Ｎｉ基超合金、Ｔｉ合金及び純Ｃｕを製造するための、誘導性プラズマ技術に関連する遠心噴霧プロセスを記述する。例えば、米国特許第４７３１５１７号明細書Ａで開示された発明は、極めて微細な粒子サイズ、高密度、及び、最適な微細粒構造を持つセラミックス粉末及び金属粉末を製造するための噴霧技術に関連する。したがって、その発明の主対象の１つは、プラズマトーチ溶融を衝撃噴霧法及び急冷工程と組み合わせて、０．１０〜２５ミクロンの間の範囲に入る粒子サイズを持つ、所望の極めて微細な金属又はセラミックスの粒子粉末を得ることである。米国特許第４７３１５１７号明細書Ａに記載された装置は、噴霧法の部材として、無端ベルト及び回転する平坦な金属ディスク又はセラミックスディスク（水平な又は直角な平面位置）を含み、回転ブラシ及びワイプスポンジのようなアクセサリを有する。回転ディスクを使用した金属粉末の製造に関して、それが３１６Ｌステンレス鋼及び凝集Ｍｏ粉末を使用して適用された例によって示されるように、比較的低量のおよそ４．５ｋｇ・ｈ-1（１０ｋｇ・ｈ-1）がプラズマガンに運ばれていることがわかる。回転噴霧技術はまた、強化金属マトリクス複合材を製造するために使用されている。Ｅｓｌａｍｉａｎら［Ｐｏｗｄｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌ，Ｖｏｌ．１８４，ｐｐ．１１−２０，２００８］は、実験室規模で、遠心噴霧法の直前に、炭化ケイ素粒子を溶融アルミニウム合金中に注入することによって、金属マトリクス複合材を製造するという技術の開発について記載する。希土類鉄、Ｎｄ、Ｇｄ又はＴｂ合金粉末でさえ、共晶複合材を用いて、Ｈａｌａｄａら［Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．，ＪＩＭ，Ｖｏｌ．３１，ｐｐ．３２２−３２６，１９９０］によって遠心力で噴霧化された。Ｋｉｍら［Ｊ．ｏｆ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｔｅｒ．，Ｖｏｌ．２４５，ｐｐ．１７９−１８４，１９９７］は、Ｕ−Ｓｉ及びＵ−Ｍｏ原子炉燃料合金を得るための遠心噴霧化プロセスを報告した。同じ分野の研究において、Ｐａｒｋら［Ｊ．ｏｆ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｔｅｒ．，Ｖｏｌ．２６５，ｐｐ．３８−４３，１９９９］は、遠心ディスク噴霧化プロセスによって調製されたＵ−Ｎｂ−Ｚｒ分散体燃料合金を特徴付ける。独国特許第１００６４０５６号明細書Ａ１では、同じ鋳鉄の従来の鋳鉄体と比較して、極めて改善された機械的性質を有する高クロム鋳鉄焼結体を調製するための方法を開示する。その方法は、数ある中で、溶融物を急冷固化することによって、例えば、遠心スプレー噴霧法によって鋳鉄合金の粉末を調製する工程を含む。この溶融物の急冷固化処理は、好ましくは遠心スプレー噴霧法によって行われて、その溶融物は、高速で回転する冷却ディスクで放出され、遠心力によって噴霧化されて微細な液滴になり、それは、不活性ガスを吹き込むことで冷やされて固化して微細な粒子を与える。文書では、遠心噴霧プロセスの幾つかの利点と、幾つかの冷却速度値とを強調するという事実が記載されているにもかかわらず、前記文書内においては、例えば、適用された溶湯流速、回転の運転条件、回転部材の寸法などは報告されていない。（欄３、１１〜１５行）から明らかなように、処理されるべき材料は、高いクロム含有量を持つ鋳鉄であるが、本明細書において処理される材料は主に鋼、特殊鋼、工具鋼である。さらに、独国特許第１００６４０５６号明細書Ａ１において、遠心スプレー噴霧法は、３〜４％の炭素が存在する鉄合金について、独国特許第８９９８９３号明細書で以前に出版され確立されたものと類似する、平坦回転部材又は平坦回転ディスクを利用して行われる。
【００２１】
遠心噴霧法は、低融点金属粉末を得るのに広く認識されている方法であり、それが、高融点の金属及び合金、例えば、低合金鋼、ニッケル及びチタン合金の粉末を製造するための第２の方法として残るのを確かめるのは容易である。工具鋼粉末の総生産量のほとんど全ては、水噴霧法又はガス噴霧法を通じて、高水準の粉末清浄度を伴って行われる。前者は、凹凸形状の粒子を有し、高密度又は理論密度での通常の金型成形及び焼結に適しているが、ガス噴霧化した工具鋼粉末は球状の粒子形状を示し、通常、ＨＩＰ、ＭＩＭ、又は押出によって最高密度で圧密される。したがって、異なる方法によって得られた粉末は、粒子形状及び化学組成の両方が異なり、時折、異なる圧密技術を要求することに気付くことができる。
【００２２】
噴霧法におけるある技術から別の技術への変化は、得られた粉末の形態、表面品質、粒子サイズ分布、及び組成さえの明らかな変化をもたらすだけでなく、粉末の微細構造の特性における大きく顕著な差も促進される。噴霧化粉末における微細構造の特徴は、固化速度、温度勾配、及び冷却速度の間の関係によって制御され、また、プロセスの運転条件及び噴霧化する金属の物性によって影響される。得られた微細構造（平面、多孔性、樹枝状、又は樹枝状のような微細構造）の形成は、これらの変数の組み合わせに強く依存する。
【００２３】
上で示したように、遠心噴霧法は、商業的、準商業的、並びに実験室規模及び小さいパイロットプラント規模で、様々な金属及び金属合金を製造するために行われる。本技術は、高溶融温度又はより高融点の合金に、取扱い及び噴霧化するのがより簡単である量で粉末を製造するのに適用されていることがわかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
高溶融温度の金属合金、例えば、鉄系合金及びニッケル系合金の遠心噴霧法は、既に準商業的製造で実施されているが、Ｐ／Ｍ用途に対して正確なサイズを持つ、鉄系粉末合金及び工具鋼粉末を製造するために、より大きな規模でこの技術を適用することはささいなことではなく簡単な仕事ではない、すなわち、全く異なることであり、克服すべき新規の課題があると言うことができる。この技術を魅力的な解決策に変えるのに十分であるより大きな溶湯供給速度を取扱うための適切な設計の要求が、回転部材（ディスク）と、溶湯、冷却などによって生じる材料、浸食に関連する技術的問題とを解決する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
しかしながら、観測され述べられたこととは反対に、本発明者らは、幾つかの処置を取ることで、遠心ディスク噴霧技術はある鉄系粉末を製造するのに適していて、また、最も経済的になることができ、すなわち、鋼粉末の所望の仕様を達成でき、多くのエネルギーを節約することができるのを発見した。
【００２６】
［解決すべき問題］
本発明の主目的は、遠心噴霧法によって実用的な球状又は略球状の金属粉末を製造することである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
（原文記載なし）
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［本発明の詳細な説明］
本発明によれば、鋼粉末、特に、工具鋼粉末及び類似する性質の幾つかの他の鉄系合金が、遠心噴霧法によって、特に、スピン／回転噴霧技術を通じて製造される方法が明らかにされる。
【００２９】
本発明の１つの考えられる解釈では、それは以下の方法で実行することができる。２つの異なるかつ分離したチャンバー又は容器、（ｉ）溶融容器と、（ｉｉ）より低い物理的位置に置かれる噴霧容器とを製作する。明らかに、多くの他の構成が存在して、これは、特に、あり得る多くの例の１つである。
【００３０】
溶融容器に関して、これは、異なる構成の下でシステムが運転することを可能とする適切な骨組構造上に、特別に設計されて設置された真空誘導炉（ＶＩＭ、真空誘導溶融）と、付帯のタンディッシュ及び設備とから構成される。噴霧チャンバーは、ステンレス鋼シートで作られ、温度の監視、酸素含有量の測定、真空レベルの測定、高速カメラを使った噴霧プロセスの監視及び撮影用の観察ビューポートなどの付帯設備が備えられた支持物構造上に設置される。噴霧チャンバーは円筒形の上部を有し、それに対してその底部は逆円錐形状を有する。両チャンバーは、異なるレベルでの真空状態、かつ、不活性ガス雰囲気下、例えば、Ａｒ、Ｎ、Ｈｅ、ガス混合物、又はその類似物の下で運転することが可能である。
【００３１】
垂直回転軸配列上に組み立てられる噴霧回転部材は噴霧容器の中に置かれ、それは特別に設計されたタンディッシュノズルのちょうど数ミリメートル下に置かれる。噴霧装置部材の駆動シャフトは、任意の所望の手段による回転のために設置され、４００００ｒｐｍ未満、好ましくは３３０００ｒｐｍ未満、より好ましくは２２０００ｒｐｍ未満、又はさらにより好ましくは１５０００ｒｍｐ未満の回転速度で電気モータにより駆動する。それにも関わらず、得られた粒子状材料の幾つかの特別な用途については、２５０００ｒｐｍ、好ましくは３００００ｒｐｍ超、より好ましくは４５０００ｒｐｍ超、又はさらに好ましくは６００００ｒｐｍ超の最小回転速度を有することが好ましい。電気モータが言及されたが、任意の公知の駆動方法、例えば、エアタービン又は任意の回転デバイスを使用することができ、より高い速度の回転（１０００００ｒｍｐ以上まで、かつ、２０００００ｒｍｐまでさえ）を使用することができる。電気モータと同時に用いる噴霧回転部材は、支持物の金属構造上に設置されたサーボモータ付多軸システムを使用して、異なる座標で設置することができ調整することができる。多様な材料（高い機械的強度及び異なる熱伝導性）、直径及び形状で構築される噴霧装置部材（例えば、ディスク、カップ・・・）はまた、上表面が被覆された単層又は複数層と、特別に設計された高冷却システムとを組み合わせることができるが、しかしながら、これらは本明細書においては過度の詳細説明は行わない。
【００３２】
本発明の発明者らは、本発明の適切な開発及び運転についての重要な態様の１つは、回転部材（例えば、ディスク、カップ・・・）の設計であることに気付いた。噴霧回転部材は、液体金属の噴霧法の運転又は物理的メカニズムを実行する責任を負う部材として規定される。幾つかの場面において、本発明者らは、回転ディスク又はスピンディスク噴霧装置として噴霧回転部材を言及するが、任意の他の噴霧回転部材形状の使用が含まれ、例えば、平坦ディスク、カップ、円錐、逆円錐、又は任意の他の適切な形状がまた含まれ、一定数の羽根又はフィンの使用も考えられることを述べておくのが有益である。これらの羽根を、ある横断面領域と、後に液体金属を流す流路を形成する所与の押出通路とを持つ回転部材の表面上の突起部として規定することができる。実際に、合金を噴霧化するのは難しいため、（本文書内で規定される他の方法における）羽根又は他の突出部及びそれらの設計が、数ある中でも、作用面でのディスク材料と溶湯の間の濡れ角と無関係に必要な抵抗を与えるため、本発明の重要な態様である。図２では、最も利用されて報告される噴霧ディスク、例えば、平坦ディスク、カップ型ディスク、及び円錐ディスクなどの幾つかの横断面領域を示す。図３〜６では、本発明に係る幾つかの噴霧回転部材を示す。この部材は、本発明に係る他の物質で製作することができる蓋部材と中心部材とを使用して利用することができることを観察することができる。
【００３３】
異なる化学組成及び異なる最適処理パラメーターを持つ合金の噴霧法は、本発明が異なるディスク構成を要求することを促進する。ディスクを受け止める高い量のエネルギーにも関わらず、本発明者らは、驚くべきことに、（その高い溶融温度にも関わらず）比較的低温のディスク条件下で、本発明の幾つかの組成物を用いて運転することができ、したがって、劣化及び浸食を防ぐことができることを発見した。これに関して、本発明者らは、溶湯と反応せず、高い機械的性質、好ましくは高い熱伝導性と高い溶融温度とを持つ金属ディスクを有することが必要であることを発見した。回転中に及ぼされる遠心力に加えて、溶湯により促進される熱負荷のため、ディスクが要求する機械的性質は極めて高いことに留意することが重要である。
【００３４】
回転ディスクの設計及び構成に関して、１２００℃超、好ましくは１４００℃超、及びより好ましくは２２００℃超の所望の融点と、３６Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1超、好ましくは５２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1超、より好ましくは６８Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1超、さらに好ましくは８２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1の所望の高い熱伝導性と、４６０ＭＰａ超、好ましくは６８０ＭＰａ超、より好ましくは８２０ＭＰａ超、又はさらに１２００ＭＰａ超の所望の高い機械的強度とを持つ任意の合金及び材料を使用することができる。回転ディスクはよく冷却されなければならなく、それはガススプレー又は水の利用を通じて達成することができる。それに加えて、ディスクは水−霧防止構成設計を有することが必要である。
【００３５】
発明者らは、本発明の組成物の幾つかの用途については、ディスクを薄い層のセラミックス材料被膜（例えば、単層、複数層・・・）で被膜することが望ましいことがわかった。本発明の合金組成物の幾つかの特別な用途については、最良のディスク構成は高い熱伝導性のセラミックスディスク（例えば、ＡｌＮ、ＢＮ・・・）を用いて起こる。そのディスクは、それが機械的負荷に耐えることができるように製造されなければならなく、それは、しばしば従来の構成ほど厳しくはないが冷却されるべきであり、驚くべきことに、本発明者らは、ディスクは熱衝撃によって破壊されないことを発見した。
【００３６】
全ての従来の構成については、発明者らは、特に過剰でない冷却が要求される場合は、溶湯の質量によって作り出された熱がディスク駆動システムに影響することを避けるために、断熱材としてふるまう高い機械的性質と低い熱伝導性とを持つディスクホルダーアクセサリを使用することが有利な場合があることが分かった。このアクセサリは、高い機械的性質と低い熱伝導性とを示す材料、例えば、完全安定化ジルコニア（ＦＳＺ）、又は部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）又は高強度アルミナ又は多くの他の物で構築されなければならない。低い熱伝導性を持つ材料については、高合金鋼、チタン合金又は多くのその他の物を使用することができる。本発明の組成の幾つかの用途については、濡れ性（固体表面との接触を維持するための液体の能力として定義される）が重要なパラメーターでない場合、本発明者らは、ディスクホルダーアクセサリの場合ように、高い機械的性質及び低い熱伝導性のディスクを使用することが興味深いが、しかしながら、この場合においては、ディスクは冷却されないか又は極めて少ない冷却であることがわかった。
【００３７】
全ての構成について、本発明者らは、溶融材料若しくは回転ディスク上の溶湯の滑りへの同一の良い効果をもたらすことができる材料と類似又は関連する、材料被覆の層で回転部材を被覆することが有利であることを発見した。噴霧化されるべき金属によっては、回転部材をそれの安定した化合物で被覆することができる。被覆化合物は、その溶融温度の基準と、回転部材の材料と高温での溶湯（注湯）との間の反応の程度とに基づいて選択される。噴霧法の間、液体金属は被覆された回転ディスク上に注がれて、噴霧化条件によっては、それがその被覆と結びつくことができて、安定したスカル（通常はドーナツ形状であり、噴霧装置の表面上の早期固化層として規定される）を形成することができ、それは濡れ性を改善する。
【００３８】
上で述べて説明したセラミックス材料は、幾つかの構成下で、例えば、回転ディスクの１つの特定領域のみに、例えば、熱浸食が最も大きい領域であるためその中心部のみに、セラミックスを使用する構成下で使用することができる。
【００３９】
特に、本発明の発明者らはまた、本発明の適切な開発及び運転についての、追加の重要な要因は、滑りの程度を改善するために、回転部材形状の正確な設計であることに気付いた。述べたように、用途に応じて、噴霧化粉末の特性は主に回転部材の回転速度などを増加させて改善することができる。液体と回転部材の間の滑り（すなわち、相対速度の差）は平坦回転噴霧装置に主に関連する問題であり、特に高い回転速度での主な欠点である。滑りの１つの直接の結果は、それが、回転部材の外縁速度より低い速度で、ディスク外縁からの溶湯放出速度を促進する場合があることである。滑りの程度を最小化することは、多くの羽根又はフィン（例えば、直線、曲線・・・）、流路、ガイド、及び液体を外縁に導くことができる他の流れ制御デバイスの提供された回転部材を使用することを含むことができる。羽根の形状は１つ又は２つの湾曲を示すことができ、その形状のレイアウトは半径方向であるか又は噴霧法の目的に適した任意の他の形状であることができる。羽根付噴霧装置は、粘性摩擦にも関わらず、滑りを低減して金属流の速度を増加させ、噴霧の性能及びその均一性を改善する。滑りの程度は、噴霧装置形状、回転速度、溶湯の質量流量及び、溶湯と噴霧装置部材の間の表面濡れ性に依存することが観測されている。上で述べたことに関して、回転部材が、液体金属の質量にわたってより大きな機械的抵抗又は滑りを引き起こす場合があるのは非常に興味深いことであり、したがって、適切な回転部材設計を有することが必要になる。本明細書に開示する発明について、かつ、半径方向に配置されていない羽根（フィンなど）の場合については、本発明者らは、好ましくは、羽根の輪郭の決定は科学文献で報告された幾つかの解析モデルに掲げられるように行われることが特に有利であることがわかり、その科学文献は、遠心噴霧法に先立って回転ディスク上の液体流及び回転ディスク上の液体金属速度の予測を記載する［Ｚｈａｏ，Ｙ．Ｙ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｄｖ．Ｐｏｗｄｅｒ．Ｍｅｔａｌｌ．Ｐａｒｔ．Ｍａｔｅｒ．，Ｖｏｌ．３，ｐ．ｐ．９／７９−９／８９，１９９６；Ｚｈａｏ，Ｙ．Ｙ，ｅｔ  ａｌ．，Ｍｅｔａｌｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．Ｂ，Ｖｏｌ．２９（６），ｐ．ｐ．１３５７−１３６９，１９９８］。開発された数学モデルは、ディスク半径、液体動粘度、体積流量、金属静圧ヘッド、及びディスク回転速度の関数として、液体金属の厚さの輪郭並びに半径方向及び接線方向の速度における変化を予測することができる。速度の予測値を使用することによって、噴霧回転部材上の液体金属の流線を測定及び計算することが可能となる。これらのモデルによれば、液体金属流は、体積流量によって、小さい半径に対する金属静圧ヘッドによって、及び、より大きいディスク半径に対する遠心力によって、主に制御されると言うことができる。特に、本発明者らは、溶湯の予測軌道（示したように計算された流線）に極めて密接に従う、好ましくは羽根長の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２７％、より好ましくは少なくとも５８％、さらにより好ましくは少なくとも８８％であって、明らかに、１００％はまた望ましい場合である、羽根又は突出部を有することが重要であることがわかった。
【００４０】
前の段落において、予測軌道の「極めて密接に」従う羽根について言及した際、それは、意図された最終用途によって、２つの方法のうちの１つで通常定量化できる。１つの方法は、最大偏差を定量化することによって行うことができて、それはＤ／４を超えるべきでなく、好ましくはＤ／６を超えるべきでなく、より好ましくはＤ／８を超えるべきでなく、より好ましくはＤ／１５を超えるべきでなく、又はさらにより好ましくはＤ／５０である予測軌道と直交して測定することができ、Ｄは、（Ｄｍａｘ＋Ｄｍｉｎ）／２として規定されるディスク直径であり、式中、Ｄｍａｘ及びＤｍｉｎは、それぞれ回転部材の最大直径及び最小直径である。偏差を定量化するためのもう１つの好ましい方法は、予測軌道と、その予測軌道に対して羽根の最も近い点で画定される曲線との間の面積によって画定される表面によって画定される面積を評価することに基づいて成り立つ。それは、Ａ／５を超えるべきでなく、好ましくはＡ／１２を超えるべきでなく、より好ましくはＡ／５０を超えるべきでなく、及びさらに好ましくはＡ／１００を超えるべきでなく、Ａは回転部材の総面積である。
【００４１】
この文書では、回転部材の作用面上の任意の隆起又は突起部は突出部の下にあると理解される。本文書内の回転部材の作用面は、溶湯と直接接触する表面である。すなわち、回転部材の作用面が軸に対する母線の回転により作られる面により具現化されるか又は再現されて、軸及び母線が回転部材の作用面の量を最大化するように選ばれる場合、回転部材の作用面は、この作り出された修正表面によって正しく再現されて、次いで、本文書内で規定される突出部は、具現化されたか又は作られた表面（軸に対する母線の回転を通じて得られた表面）に存在しない、回転部材の実際の作用面の任意の部分である。
【００４２】
本文書において、回転部材の中心から端まで半径方向に進行し、この進行と直交する横断面を作る場合、突出部の全横断面によって画定される点の配列は、挿入線として理解される。全横断面に対する挿入線の点は、突出部と作られた表面との全ての点の合致によって横断面中に作られた線又は表面の質量中心である。
【００４３】
発明者は、蓋が回転ディスク上に設置された場合に、極めて特殊な状況が発生することを理解した。次いで、液体金属は流路又は羽根を流れなければならない。その上、回転部材の作用面内のその推進力に関して、原則として、この閉じ込めがその液体の抵抗に役に立つと期待される。この期待とは反対に、幾つかの特別な測定が行われない限り、粉末は球状でなくなり、よりサテライトになる傾向があることがわかる。これは、おそらく、溶湯内に作られた渦巻きが原因である。第１の観測では、溶湯の温度が高い場合は少なくとも３つあるべきである羽根の数を言及する。（ここで、溶湯の高い温度とは８８０℃以上、好ましくは１０４０℃以上、より好ましくは１２６０℃以上、又はさらに１５６０℃以上であると考えることができる。）好ましくは、この高い温度の溶湯のシナリオについては、羽根の数は少なくとも５つ、より好ましくは少なくとも７つ、又はさらに少なくとも９つであるべきである。より低い温度の溶湯の場合においては、羽根の数はさらにより多くあるべきであり、少なくとも５つの羽根、好ましくは少なくとも７つの羽根、より好ましくは少なくとも９つの羽根、又はさらに少なくとも１１つの羽根が使用されるべきである。これについては、研究者は、高融点合金の場合については、適切な金属が使用された際に、真っ直ぐな半径方向の羽根が使用されて、それらの数が好ましくは６つ超、好ましくは９つ超、より好ましくは１１つ超、及びさらに好ましくは１５つ超である場合により良い結果が得られることを発見した。羽根を構成するのに使用される材料に関して言えば、高融点合金を扱う幾つかの用途については、回転噴霧部材は、異なる耐火材料を使用して被覆された耐火材料から作ることができるか、又は、溶融シリコングラファイト、完全安定化ジルコニア（ＦＳＺ）、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコン、アルミナ、マグネシア、例えば、ＡｌＮ、Ｃ（グラファイト）、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＭｇＺｒＯ3、ＣａＯ、Ｓｉ−ＡｌＯＮ、ＡｌＴｉＯ3、ＺｒＯ2、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯなどからなる群からの噴霧化されるべき同じ材料を持つ耐火材料から作ることができることに気付くことは興味深い。
【００４４】
また、液体の閉じ込め（流路又は羽根）の場合において、処理された液体の溶融温度は非常に重要な役割を果たすことが観測された。これは、融点だけでなく液体の性質が、サテライトがほとんどなく狭いサイズ分布を持つ、極めて球状の金属粉末を得るという課題に取り組む上で重要な役割を果たすことは、この文書中でずっと見られるように驚くことでない。そのため、多くのシステム、特に鉄システム、並びにニッケル及びチタンシステムについては、全ての組成が異なる課題を有する。また、溶融物の過熱は、回転部材の設計及び性質並びに必要なプロセスパラメーターへ強く影響するが、本文書内では、過熱は、それ自体がプロセスパラメーターと考えられる。それに加えて、その違いは、回転部材設計の作用面に関して言えば、前の段落で既に指摘していて、低融点合金が、しばしば、より高融点合金に比べ大きな過熱を要求することが観測されている。
【００４５】
この場合において、滑りの程度が制限因子である設計の従来の考えは、未だ当てはまる。本発明者らは、本発明の組成物の幾つかの用途については、高い機械的性質、好ましくは、高い熱伝導性と高い溶融温度とを持つ、溶湯と反応しない金属ディスクを有することが好ましいことがわかった。本発明の合金組成物の幾つかの特別な用途については、最良のディスク構成は、高い熱伝導性のセラミックディスク（例えば、ＢＮ、ＡＩＮ・・・）で起きる。また、本発明者らは、噴霧化されるべき金属によって、かつ、本発明の組成の幾つかの用途については、回転部材を、噴霧化されるべき液体金属の安定した化合物で被覆する（例えば、単層、複層・・・）ことが推奨されることがわかった。
【００４６】
本発明の発明者らはまた、回転部材の形状が、回転部材の基部の表面に対して直角の方向に、液体金属又は液体金属のしずくの分布及び流れを与える場合、溶湯をより高い供給速度で実施して管理することが可能であることがわかった。そのような液体金属の分布は、ある一定数の伸開線又は縮閉線（ｉｎｖｏｌｕｔｅ  ｏｒ  ｅｖｏｌｖｅｎｔ）の可変形状の羽根（流路、ガイド、フィン、突出部・・・）の作用によって促進される。この意味において、本発明者らは、２つ超、より好ましくは３つ超、さらにより好ましくは５つ超、又はさらにそれ以上の、半径方向の形状レイアウト又は噴霧法の目的に適した任意の他のレイアウトで設置された多くの羽根（例えば、１つ又は２つの湾曲・・・）を有することが有利であることがわかった。開示した発明の発明者らによると、真っ直ぐな半径方向の羽根に関して言えば、羽根の数が好ましくは６つ超であり、その羽根の横断面又はトランスバース面が直線の縁又は部分（すなわち、三角形、正方形、台形など）を有さない場合に、よりよい結果が得られる。さらに、この場合では、高い溶融温度の材料に対する多くの用途については、８０ｍｍ超、好ましくは１２０ｍｍ超、さらにより好ましくは２００ｍｍ超又はさらにそれ以上の回転部材の直径を維持することが適切である。回転部材の形状に関係なく、本発明者らは、用途によって、より均一な液滴サイズ分布を助長し、噴霧プロセスの質を向上するために、回転部材の外周状に鋸歯状の先端を使用することが適当かつ適切であると考えている。全ての構成について、本発明者らは、液体と固体表面の間の接触内角により定量化される濡れ性の値が、９０°未満、好ましくは６５°未満、より好ましくは４０°未満、さらにより好ましくは２５°未満、又はさらに５°未満である必要があることが有利であることを発見した。
【００４７】
溶湯がスピンディスク上に注がれた場合、遠心力の作用の下で、粒子はディスクの外縁から放出されて、外向きの方向で噴霧容器自体の中に飛散される。噴霧化粒子は、噴霧チャンバーの雰囲気と接触して固化し始めて、放物線状の飛跡を辿る。固化した後、粒子は室温まで冷却され続ける。噴霧容器のより低い部分の漏斗状形状により、生成された粉末を底から集めることが可能になる。
【００４８】
述べたように、所与の材料については、噴霧部材の角速度比（ｒｐｍ）及び直径を制御することで、所望の粒子サイズ分布を主に制御することができる。
【００４９】
焼結部品（見掛け密度及び焼結密度、流動性、焼結性、圧縮性など）の後処理は、粉末の幾つかの特性、例えば、（ｉ）粒子の形状、サイズ及び分布、（ｉｉ）微細構造、（ｉｉｉ）表面状態、並びに（ｉｖ）純度によって強く影響を受ける。極めて重要なパラメーターは、粒子状材料の見掛け密度（ＡＤ）であり、それは、これが圧縮工程で得られた成型部品の強度に強く影響するためである。ＡＤは、それらの粒子形状及び気孔率の関数である。同様に、粉末の純度及び表面状態は極めて重要である。後の焼結中に還元することがない、安定した酸化膜又は含有酸化物粒子（例えば、ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3）の存在は、完成部品の機械的性質に不利に影響することがある。
【００５０】
本発明の対象の、鉄系合金粉末は８００μｍ未満、好ましくは５００μｍ未満、より好ましくは２００μｍ未満、さらにより好ましくは１００μｍ未満、又はさらに４５μｍ未満の平均粒子サイズ（ｄ50）を持ち得られる。それにもかかわらず、幾つかの特別な用途（例えば、ショット製造）については、２８０μｍ未満、好ましくは４００μｍ超、より好ましくは７００μｍ超、及びさらにより好ましくは１０００μｍ超、又はさらに３０００μｍ超の最小平均粒子サイズを有することが好ましい。
【００５１】
本発明者らは、本発明の組成物を用いて、かつ、噴霧法の最適パラメーターを用いて、１．７以下、好ましくは１．５以下、より好ましくは１．４以下、及びさらに１．３以下の幾何標準偏差分布を持つ金属粒子又は粒子状物を得ることが可能であることがわかった。
【００５２】
粒子の真球度は、粒子と同じ体積を持つ球体の表面積と粒子の表面積との間の比として規定される無次元のパラメーターであり、幾つかの用途については、それは、好ましくは０．５３超、より好ましくは０．７６超、さらにより好ましくは０．８６超、及びさらにより好ましくは０．９２超であることができる。本発明が特別よく適用されて、多くの粉末処理パラメーターが本明細書で説明されたように考慮された場合、金属粉末の高い真球度が、好ましくは０．９２超、より好ましくは０．９４超、さらにより好ましくは０．９８超、及び１でさえ達成することができる。真球度を述べる場合は、著者は、製造された粉末の体積の６０％以上、好ましくは７８％以上、より好ましくは８３％以上、及びさらにより好ましくは９６％以上の平均真球度を言い表す。
【００５３】
本発明の製造プロセスは、１２００ｐｐｍ未満、好ましくは８００ｐｐｍ未満、より好ましくは５００ｐｐｍ未満、及びさらにより好ましくは１００ｐｍ未満の酸素（Ｏ2）濃度（余分な酸素濃度）を持つ滑らかな表面を有する球状金属粒子状材料の大量製造を可能とする。酸素の導入が幾つかの合金の粒子形状を改質することができることを述べるのは重要である。したがって、幾つかの他の用途については、粉末酸素濃度は、６５０ｐｐｍ、好ましくは１０００ｐｐｍ超、より好ましくは１４５０ｐｐｍ超、及びさらにより好ましくは１６００ｐｐｍ超の最小値を示すことができる。
【００５４】
合金に応じて、所与の粒子サイズ及び形態については、本発明の対象の鉄系粉末の見掛け密度は、３ｇ・ｃｍ-3超、好ましくは３．５ｇ・ｃｍ-3超、より好ましくは４ｇ・ｃｍ-3超、及びさらにより好ましくは４．７ｇ・ｃｍ-3超であることができる。本発明の多くの組成物については、幾つかの場合、３．８ｇ・ｃｍ-3未満、好ましくは３．３ｇ・ｃｍ-3未満、より好ましくは２．８ｇ・ｃｍ-3未満、及びさらに２．５ｇ・ｃｍ-3未満の粉末見掛け密度を使用することが有利である。
【００５５】
通常、製品は幾つかの下限許容直径と上限許容直径の間であるべきであり、累積分布は収率か、又は、サイズ制限間の使用可能な製品の質量と製品の総質量との間の比として定規定される収率効率を得るために使用することができる。製造量を最大化して関連コストを最小化するために、収率を最大化することは常に興味深いことである。本技術を通じて、本発明で開示する化学組成で得られた粉末の場合においては、０．５超、好ましくは０．６５超、より好ましくは０．７５超、及びさらにより好ましくは０．９超の収率効率を有することが望ましい。
【００５６】
噴霧チャンバー雰囲気を満たしてかつ作り出すための不活性ガスを使用することは、特にＡｒの場合と粗粒子についての場合に、粒子内の少量のガスの取り込みを促進することがあり、それは内部機構を引き起こす場合がある。本発明の適用の結果として、製造された微細で、球状又は略球状形状で、滑らかで、低い酸素含有量でサテライトの無い金属粉末は、一般的に１０％未満、好ましくは７％未満、より好ましくは３％未満、及びさらに０．５％未満の低い百分率の内部気孔を示すことができる。粉末の内部気孔の過度の制御を要求しない用途については、５％超、好ましくは９％超、より好ましくは１２％超、又はさらに２０％超の内部気孔百分率が受け入れられる場合がある。通常、気孔は望ましくなく、気孔を生成する２つの報告された重要なメカニズム、飛散中の取り込みと溶存ガスとが存在する。取り込みはほとんど常に最大粒子に関連して、それは、分布の粗い端部を仕切ることを通じて有意に最小化することができ、一方で、Ｈのような溶存ガスの存在は、原材料を注意深く取り扱ってかつ注意深く選択することを通じて制御することができる。
【００５７】
粉末を得るための運転条件は、仕様にしたがって、Ａｒ、及び／又はＨｅ、及び／又はＮ、及び／又はそれらの一部若しくは全ての異なる割合での組み合わせの、非酸化雰囲気の使用を含む。噴霧チャンバー及び溶融チャンバーは１種又は複数種の所定のガスの雰囲気を含有する。チャンバー内の圧力は、入口ガス流を規制することで制御され、また、真空ポンプシステムにより及ぼされる真空度によって制御される。通常、噴霧チャンバーの圧力は、溶融チャンバー内の圧力よりも少し低めに設定される。この構成により、圧力勾配で、溶融金属及び合金が所定の量でノズルから流れる。発明者らは、本発明は、所望の粉末の性質によって、真空、制限圧、組み合わせのガスの幾つかの分圧、又は過剰圧のほとんどいずれの組み合わせで使用することができることがわかった。発明者らは、表面酸化に非常に敏感な用途については、１・１０-3ｍｂａｒ以下、好ましくは１・１０-4ｍｂａｒ以下、より好ましくは１・１０-5ｍｂａｒ以下、さらにより好ましくは１・１０-6ｍｂａｒ以下、及びさらに１・１０-7ｍｂａｒ以下の真空度で運転することが可能であることがわかった。明らかに、噴霧チャンバーを特定のガスで充填してその後にパージングすることは、幾つかの用途ついてさらに有利であることができる。本発明者らはまた、高い過冷却速度及び特別な形態的特徴を要求する用途については、１つの可能な好ましい方法は、噴霧チャンバー内を、２．５ｂａｒ以上、好ましくは１．５ｂａｒ以上、より好ましくは０．９ｂａｒ以上、及びより好ましくは０．６ｂａｒ以上のガス過剰圧を保つことであることがわかった。
【００５８】
本発明は、鋼粉末、特に工具鋼粉末、及び類似の性質の幾つかの他の鉄系合金の製造に適している。この実施は、異なる基の合金、再加熱温度、多くのディスク材料及び形状（平坦ディスク、カップなど）、回転部の回転速度、幾つかの不活性雰囲気（Ａｒ、Ｎ、Ｈｅ、又は混合物）を使用して実行され、多様な真空度及び溶融供給速度又は処理量を含む。
【００５９】
遠心噴霧法における科学文献によると、一般に認められた３つの基礎的な液滴形成モード、すなわち、（ｉ）直接液滴形成（ＤＤＦ）モード、（ｉｉ）液柱形成（ＬＦ）モード、及び（ｉｉｉ）分裂形成（ＦＤ）モード又は膜分裂モードが存在する。これらのモデルは、回転電極プロセス用と考えられていたが、それらの分析は、一般に遠心噴霧法に適用されることが望ましい。ＤＤＦモードは、比較的小さい回転速度と小さい液体供給の流量とで起こる。このモードは、大量の膨れが、遠心力と液体金属の表面張力の間のバランスの結果としての形態であると特徴づけられる。遠心力が表面張力値より高い場合、液滴は分離され、膨れから放出される。大部分の膨れは、主滴を形成して、通常その尾部がサテライト状になる。したがって、このモードでの典型的な粉末サイズ分布は、等しい数の大きい液滴と小さい液滴の数の２つのピークを有する。ＬＦモードは、噴霧部材の外縁で溶湯の供給速度が増加した場合に起こる。ここで、膨れは、レイリー不安定性が細長い液柱を分解する前に、ＤＤＦモードよりも大きい振幅に成長する。液滴サイズが増加して、まだ二峰性であるが、小さい液滴及び大きい液滴の質量分率は、液体供給速度が増加すると近くなる。液体流量が極めて高い場合、液柱は不安定になり、分裂モードは分裂形成又は膜分裂（ＦＤ）に徐々に変化する［Ｏ．Ｄ．Ｎｅｉｋｏｖ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ（２００９），１ｓｔ  Ｅｄ．，ＩＳＢＮ−１３：９７８−１８５６１７４２２０］。Ｃｈａｍｐａｇｎｅ及びＡｎｇｅｒｓ［Ｃｈａｍｐａｇｎｅ，Ｂ．，Ａｎｇｅｒｓ，Ｒ．，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ．Ｐｏｗｄｅｒ  Ｔｅｃｈ．，Ｖｏｌ．１６（４），ｐ．ｐ．３５９−３６４，１９８０；Ｃｈａｍｐａｇｎｅ，Ｂ．，Ａｎｇｅｒｓ，Ｒ．，Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ．Ｉｎｔ．Ｖｏｌ．１６（３），ｐ．ｐ．１２５−１２８，１９８４．］は、２つの特定のパラメーターの比がＤＤＦからＬＦモード及びＬＦモードからＦＤモードへの変換式、
【数１】
2017507251.tif 000003
を決定して、式中、ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びｅは数値定数、Ｑは液体供給速度（ｍ3・ｓ-1）、ωは陽極の角速度（ｒａｄ・ｓ-1）、Ｄは陽極直径（ｍ）、σは表面張力（Ｎ・ｍ-1）、ηLは液体金属動粘度（Ｐａ・ｓ）、及びρLは液体の密度（ｋｇ・ｍ3）であることを発見した。気づくことができるように、分子はプロセス変数のみを含み、一方で、分母は材料変数のみを含む。溶融速度及び角速度を増加させ、噴霧回転直径を減らすことで、ＤＤＦからＬＦモード、最終的にはＦＤモードへの変換が促進される。プロセス変数及び材料変数に対してのこのアプローチを使用すると、ＤＤＦモードからＬＦモードへの変化は、Ｘが０．０７に等しい場合に起こる。
【００６０】
上述した定式化の主な欠点は、特に高密度、高粘度及び比較的低い表面張力を持つ材料について、ＤＤＦモードで運転するような液体金属の流量は小さくなる傾向があることである。Ｆｅ及びＮｉのような純材料とともに行う場合、約１２０μｍの平均粒子サイズを得るために、直径１２０ｍｍの平坦ディスクを使用して、液体金属の理論的流量は、それぞれ４２ｋｇ・ｈ-1及び５０ｋｇ・ｈ-1でなければならない。
【００６１】
文献によれば、伝統的に、遠心噴霧法においては、特に、微細な粉末が望ましく、９３０℃超の融点を有する合金についての場合に、小さい供給速度のみが実施可能である。これは、噴霧法に要する低量の特定のエネルギーが与えられるのより、そのプロセスを極めて低いコスト効率にさせる。ＣＡは、より高い処理量を達成することができるが、しかしながら、粒子サイズ分布の質は影響を受ける場合がある。本発明者らは、この制限は、溶融物になる合金組成物の適切な選択と、噴霧回転部材の適切な設計と、プロセスパラメーター（ガスチャンバー雰囲気、ガス圧力、噴霧回転部材形状及びサイズ、回転速度、金属静圧ヘッド、過熱温度、金属液体流速、・・・）の適切な選択と、本発明の組成物とにより克服することができ、溶湯は、５５ｋｇ・ｈ-1以上、好ましくは少なくとも１２０ｋｇ・ｈ-1以上、より好ましくは２３０ｋｇ・ｈ-1以上、及びさらに５６０ｋｇ・ｈ-1以上の供給速度でノズルから流れることができることがわかった。しかしながら、粉末形態の特別な要求を伴う用途については、本発明の組成物を用いて、溶湯が、１８０ｋｇ・ｈ-1、好ましくは９０ｋｇ・ｈ-1未満、より好ましくは４０ｋｇ・ｈ-1未満、及びさらに２２ｋｇ・ｈ-1未満の最大供給速度でノズルから流れることができることは有利である。
【００６２】
幾つかの場合で、本発明の幾つかの組成物については、溶湯の大きい供給速度で機能するには使いにくい。そのような場合においては、予合金化インゴットともに、かつ、異なるエネルギー源（例えば、電気アークプラズマ、電子ビーム、火炎トーチ、・・・）から実行することができる部分溶融若しくは精錬のシステム、又は電気アーク精錬又は再溶融などのようなより良い精錬システムを使用して行うことがより適切である。精錬プロセス段階の間に、異なるエネルギー源、例えば、誘導加熱、抵抗加熱などを含むことができる追加の過熱段階を加えることがまた可能である。
【００６３】
所与の供給速度、金属組成物、ディスク形状及び回転速度などについて、平均粒子サイズはまた、ノズルと金属静圧ヘッドとも知られる回転ディスクとの間の距離によって影響されることもある。多くの本発明の組成について、０．２７ｍ未満、好ましくは０．１８未満の、及びより好ましくは０．０８ｍ以下、又はさらに０．０４ｍ未満のノズルからディスクまでの距離を使用することが有利である。しかし、幾つかの組成物及び特別な用途については、０．１２ｍ以上、好ましくは０．２４ｍ以上、より好ましくは０．２８ｍ以上、及びさらに０．３４ｍ以上の最小距離を有することが好ましい。
【００６４】
遠心噴霧法において、それを幾つかの用途に適したものにする幾つかの特殊性、形態的性質並びに物理的性質及び／又は機械的性質などの両方を持つ金属粉末を得るという成功は、金属又は合金の化学組成及び噴霧プロセスパラメーターに主に依存して、それらの幾つかが本明細書に記述される。所与の化学組成については、選択された噴霧化プロセスパラメーターが、形態的性質、物理的性質及び／又は機械的性質が異なることを決定又は促進する。明らかに、これは、粉末の性質が違う、異なる噴霧技術が適用された場合であり、上で述べきたように、所与の噴霧化技術については、これらの性質が使用される噴霧パラメーター及び材料の化学組成に依存する。
【００６５】
その結果として、類似の又は同等の組成が、理想的な噴霧パラメーターを条件として、異なる粉末性質、例えば、形態的性質、物理的性質、及び／又は機械的性質などを促進することは驚くべきことでない。
【００６６】
本発明者らは、驚くべきことに、噴霧法の異なる技術が使用された場合、所与の化学組成については、圧密製品の上述した幾つかの性質を最大化する最適な粒子サイズは異なり、それは適用された噴霧法技術に依存することがわかった。
【００６７】
頻繁に、遠心力で噴霧化された粉末又は粒子のバルクは、ＦＣＣ段階及びＢＣＣ段階の混合を示す。ＦＣＣ段階の体積分率は、強い粒子サイズ依存を示し、粒子サイズが大きくなるにつれＦＣＣの体積分率が大きくなる。同様に、ｂｃｃ（室温に保たれる）の体積分率は粒子サイズの増加に伴い増加する。最終的に、任意の段階の有無は、粒子サイズの関数として、利用可能な異種核形成部と関連する。一般的に、遠心噴霧技術の固化速度に起因して、微細構造が樹枝状及び／又は多孔性の微細構造を作り出す。幾つかの用途については、粉末に含有する準安定オーステナイトの量は９０％超、好ましくは９２％超、より好ましくは９５％超、及びより好ましくは９９％以上の体積が存在することが必要である。しかしながら、その他の用途については、準安定オーステナイトの量は９０％未満、好ましくは８５％未満、より好ましくは８０％未満、及びさらにより好ましくは６０％未満の体積が存在することが必要である。
【００６８】
得られた金属粉末、又は粒子状材料はまた、コールドスプレー用途に適しており、最も頻繁に要求される粒子サイズ（粒子の直径）は、通常は１５０μｍ未満、好ましくは７５μｍ未満、より好ましくは６３μｍ未満、及びさらに１５μｍ未満である。コールドスプレープロセス効率を制御する主な変数は、粒子速度、個々の粒子の基材との相互作用、粒子の臨界速度及びジェット温度などである。幾つかの用途については、２５μｍ超、好ましくは４５μｍ超、より好ましくは９０μｍ超、さらに好ましくは２００μｍ超、又はさらに４００μｍ超で存在することができる、より大きい粉末サイズを有することが必要である。
【００６９】
チタン合金の場合、特にアルミニウムで合金化された場合、溶融合金を含む回転部材の材料の濡れ性とは無関係に、金属の良好な加速を提供するために正しい回転部材形状を選ぶことが重要であることが観測されている。
【００７０】
また、多くのＮｉ基合金については、この場合では、良好な濡れ性を持つ幾つかのセラミックスが存在して、溶湯が過度の浸食性でないにもかかわらず、同じことが適用されるべきである。
【００７１】
本発明者らは、幾つかの鉄系材料の場合において、溶湯と噴霧チャンバー内のガスとの間で熱力学的に予測される反応がある場合に、極めて球状な粒子を得ることができるが、発生した表面変化が弊害をもたらし、多くの場合で受け入れられないことがあることを観測した。１つのそのように観測された場合は、考えられた量のＣｒ、Ａｌ及びＳｉが十分でない鉄系合金についての場合であり、チャンバー内のガスは、噴霧プロセスの間に反応して十分なＯ2を解放することができる十分に高いＯ2又はガスの分圧を有する。粒子は主に所望の形状を有する傾向があるが、一部は極めて薄い酸化物の外皮が存在し、一部は内部に空間が存在する。これらの粒子は、多くの添加剤製造プロセス、金属堆積プロセス、並びに塗料及びインクなどに受け入れられない。ＨＩＰ又は別の成型方法で処理されるのを意図された粉末についてでさえ、粉末が修復可能でない多くの場合では、場合によっては、粉末がコスト的に低減したプロセスを通じて処理される場合に受け入れられることがあるのみである。この効果は、製造された粉末がより微細になるにつれ、より顕著になるように思われる。この場合においては、粉末が高い％Ｃｒ（通常、９．８％超、好ましくは１０．６％、より好ましくは１２．８％超）を有する場合に、粉末を極めて高い酸素分圧を含む雰囲気内で噴霧化することができるが、この環境において、微細な球状又は略粒状の粉末を得るために、特別な注意を粉末に十分な加速を与えるような回転部材の設計にしなければならないか、あるいは、より良好な幾つかの組成上の規則が観測されなければならなく、それは（特に反応性雰囲気中で、表面エネルギーに影響すると考えられる）％Ｃ、％Ｓｉ、％Ａｌ、％Ｔｉ又は％Ｎｉが存在することである。（これらの元素の合計の少なくとも０．５％、好ましくは１．２％超、より好ましくは２．１％超、及びさらに３．２％超を有することが望ましい。）代替的に炭素（代替的に窒素又はホウ素）は、クロムより高い％Ｃに対する親和性を持つ幾つかの炭化物形成元素、好ましくは％Ｍｏ、％Ｗ、％Ｖ、及び％Ｔｉと一緒に存在しなければならない（これらの元素の合計の少なくとも０．５％、好ましくは１．６％超、より好ましくは２．８％超、及びさらに４．２％超を有することが望ましい）（％Ｃｅｑに関して言えば、少なくとも０．１４％、好ましくは０．１８％超、より好ましくは０．３２％超、及びさらに１．２％超を有することが望ましい）。低い分圧の酸素の雰囲気についてでさえ、金属が特に低いクロム含有量（３．４％未満、好ましくは２％未満、より好ましくは０．８％未満、及びさらに０．３％未満）で処理される場合は、別の観点から、球状又は略球状の微細な粉末が回転部材形状の特別な最適化をしないで得られた場合に、クロムより高い親和性を持つ炭化物形成元素が存在すべきであることが観測された。Ｏ2の低い分圧は０．０５ｂａｒ未満、好ましくは０．００１ｂａｒ未満、より好ましくは０．０００１ｂａｒ未満、及びさらに０．０００００１ｂａｒ未満の任意の圧力である。
【００７２】
鉄系合金においては、特別な配慮が回転部材設計及びプロセスパラメーターになされない限り、幾つかの合金元素は、遠心噴霧法を通じて安定した球状又は略球状粉末を得る可能性を大きく失うような流動性に強く影響することがまた観測された。そのような元素は、大量で存在するが極めて特別な％Ｃｅｑ及び％Ｃｏの場合に、％Ｓｉ、％Ｍｎ、％Ｎｉ並びに％Ｃｒ、％Ｍｏ、％Ｖ及び％Ｃｒである。コバルトの場合では、（表面張力に影響すると考えられる）幾つかの元素が同時に存在することは、％Ｎｉ、％Ａｌ、％Ｔｉ及び％Ｓｉのように極めて重要であることができる。（これらの元素の合計の少なくとも０．３％、好ましくは０．５％超、より好ましくは１．２％超、及びさらに３．２％超を有することが望ましい。）
【００７３】
本発明者らは、Ｔｉ基合金の場合では、考慮されるべき、噴霧化される特定の組成に強く依存する点は、特に軽いガスが噴霧プロセスの間に存在する場合に、粉末内のガスの取り込みに関連することを観測した。
【００７４】
本発明では、これまでに選ばれた組成にとっては、ガスの混合及び圧力の点から、噴霧チャンバー内の雰囲気の性質を適切に保つことが重要である。幾つかの厳しい規則が、表面エネルギーが形態的に安定な粉末を得ることができるように補われることを確かめるように観測されなければならない。また、液体金属の過熱並びに回転部材の作用面の設計及び性質は、特に突出部の観点から、噴霧化される合金組成物及び選択されるチャンバー雰囲気に調整されなければならない。考慮する主な規則は、液体金属の表面エネルギー及びチャンバー雰囲気を最大化することである。拡張されたヤング−ラプラスの微分方程式を本目的に使用することができ、処理された金属組成に依存する液体の適切なモル体積を持つケルビン方程式をまた使用することができる。これは、微細な球状又は略球状の粉末に噴霧化される所与の組成物について、過熱、噴霧チャンバー圧力、及び回転部材形状のような幾つかのプロセスパラメーターを最適化する方法である。
【００７５】
本著者らは、ほとんどいずれの回転部材形状を持つ回転部材を用いた遠心噴霧法を通じて、微細な球状又は略球状の粉末を噴霧化することができるように、以下の組成上の規則に従う必要があることを観測して、全ての百分率は質量パーセント（ｗｔ％）であり、
％Ｃｅｑ＝０．００１〜２．８      ％Ｃ＝０．００１〜２．８
％Ｎ＝０．０〜２．０              ％Ｂ＝０．０〜２
％Ｃｒ＝０．０〜２０．０          ％Ｎｉ＝０．０〜２５．０
％Ｓｉ＝０．０〜３．０            ％Ｍｎ＝０．０〜７．０
％Ａｌ＝０．０〜６．０            ％Ｍｏ＝０．０〜１１．０
％Ｗ＝０．０〜１６．０            ％Ｔｉ＝０．０〜３．０
％Ｔａ＝０．０〜２．０            ％Ｚｒ＝０．０〜１０．０
％Ｈｆ＝０．０〜４．０            ％Ｖ＝０．０〜１５．０
％Ｎｂ＝０．０〜４．０            ％Ｃａ＝０．０〜１
％Ｂｉ＝０．０〜１                ％Ｔｅ＝０．０〜２
％Ｋ＝０．０〜１                  ％Ｃｕ＝０．０〜５．０
％Ｐ＝０．０〜２                  ％Ｐｂ＝０．０〜２
％Ｚｎ＝０．０〜１                ％Ｎａ＝０．０〜１
％Ｃｏ＝０．０〜１５．０          ％Ｓ＝０．０〜２
％Ｓｂ＝０．０〜１                ％Ｃｄ＝０．０〜１
％Ｃｅ＝０．０〜２                ％Ａｓ＝０．０〜２
％Ｌｉ＝０．０〜１                ％Ｓｒ＝０．０〜１
鉄及び微量元素からなる残部、
％Ｃｅｑ＝％Ｃ＋０．８６・％Ｎ＋１．２・％Ｂであることを特徴として、
％Ｃｏ＞０．９の場合、％Ｖ＞１．２及び／又は％Ｎｉ＋％Ａｌ＋％Ｔｉ＋％Ｓｉ＞０．３及び／又はＣｒ＜０．８であり、
％Ｃｒ＞９．８の場合、％Ｃｅｑ＞０．１４であり、
％Ｃｒ＞９．８の場合、％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｖ＋％Ｔｉ＞０．５及び／又は％Ｓｉ＋％Ａｌ＋％Ｔｉ＋％Ｎｉ＞０．５であり、
％Ｃｒ＜２の場合、％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｖ＋％Ｔｉ＞０．５であって、
％Ｃｅｑは、炭素自体又は通常の炭素だけでなく、鋼の立体構造への類似の効果を有する全ての元素（通常はＢ及びＮである）も考慮した構造上の炭素として定義される。
【００７６】
もちろん、有効性は選ばれた回転部材形状によって極めて強く影響される。
【００７７】
本特許の意味においては、微量元素は任意の元素を言い表し、特に指摘が無い限り、２％未満の量である。幾つかの用途については、微量元素は、好ましくは１．４％未満、より好ましくは０．９％未満、及び時折、さらに好ましくは０．７８％未満である。微量元素であると考えられる可能性のある元素としては、Ｈ、Ｈｅ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｏ、Ｆ、Ｎｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ａｒ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｋｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｘｅ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｒｎ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔの単独及び／又は組み合わせである。幾つかの用途では、幾つかの微量元素又は一般の微量元素でさえ、特定の関連性質に対して大きな弊害をもたらすことがある（時折、それが熱伝導性及び靱性についての場合であることがある）。そのような用途については、微量金属を０．４％未満、好ましくは０．２％未満、より好ましくは０．１４％未満、又はさらに０．０６％未満で保つことが望ましい。
【００７８】
この場合においては、各々の上述した個々の微量元素は、異なる含有値を示すことがあることを留意すべきである。今後、化学組成に関しては、明らかに組成の特定値がある数値以下であるとして言及された場合、それはまたゼロの値を取ることができることを意味する。
【００７９】
本発明で開発されたプロセスについては、本発明者らは、遠心噴霧化は以下のように記載される組成に適用されなければならないことがわかった。冶金の用語では、鋼の組成は、しばしば、％Ｃｅｑの言葉で与えられる。本発明は、％Ｃｅｑが０．６２％超、好ましくは０．８６％超、より好ましくは１．５１％超、及びさらにより好ましくは１．９６％超である場合に、特に良好に機能する。
【００８０】
高い耐摩耗性を要する用途については、％Ｃｅｑは２．３１％超、好ましくは３．２１％超、より好ましくは３．５５％超、及びさらに特別な場合については４．２３％超であることが望ましい。
【００８１】
本発明の幾つかの用途については、１．６％未満、好ましくは１．４０％未満、より好ましくは１．２４％未満、及びさらにより好ましくは０．９９％未満の％Ｃｅｑを有することが重要である。他の場合については、この意味での要求はより厳しいものでなければならなく、次いで、０．８８％未満、好ましくは０．７６％未満、より好ましくは０．６４％未満、及びさらによりこの好ましくは０．５５％未満の％Ｃｅｑを有することが望ましい。本発明はまた、中炭素鉄合金又は工具鋼に適用可能であり、０．４８％未満、好ましくは０．３７％未満、より好ましくは０．３４％未満、及びさらに０．２９％未満の％Ｃｅｑを有することが望ましい。それに加えて、本発明はまた、低炭素鉄合金又は工具鋼に適用可能であり、０．２５％未満、好ましくは０．１９％未満、より好ましくは０．１１％未満、及びさらに０．０６％未満の％Ｃｅｑを有することが望ましい。
【００８２】
しかしながら、使用するため又は噴霧法のために材料の機械的性質を決定する場合、炭化物形成元素に対して、％Ｃｅｑ含有量と％Ｃ含有量の間で差を付けるのは効果的である。本発明は、％Ｃが１．４７％超、好ましくは１．６９％超、より好ましくは２．２１％超、及びさらに好ましくは２．７５％超である場合に特に良好に機能する。時折、％Ｃが３．２９％超、好ましくは３．９６％超、より好ましくは４．０３％超、及びさらに特別な場合では４．８８％超であることが望ましい。本発明はまた、１．５７％未満、好ましくは１．０５％未満、より好ましくは０．８９％未満、及びさらにより好ましくは０．７９％未満の％Ｃによく適している。他の場合については、本発明はまた、０．６８％未満、好ましくは０．５７％未満、より好ましくは０．４７％未満、及びさらにより好ましくは０．４１％未満の％Ｃの場合に良好に実行する。本発明はまた、０．３９％未満、好ましくは０．３５％未満、より好ましくは０．３２％未満、及びさらに０．２８％未満の％Ｃに適用することができる。本発明はまた、０．２０％未満、好ましくは０．１１％未満、より好ましくは０．０８％未満、及びさらに０．０４％未満であるが、０．００９％以上の％Ｃが存在する鋼に適用することができる。
【００８３】
本発明については、炭化物形成元素をまた考慮する必要がある。％Ｃｒに関して言えば、０．５％超、好ましくは０．６６％超、より好ましくは０．７３％超、及びさらにより好ましくは０．８７％超を有することが望ましい。本発明はまた、１．９％超、好ましくは３．１１％超、より好ましくは６．３１％超、及びさらにより好ましくは９．６９％超の％Ｃｒが存在する鋼に良く適している。本発明はまた、１１％超、好ましくは１２．８％超、より好ましくは１４．４９％超、より好ましくは１７．８％超、及びさらにより好ましくは２２．７％超の％Ｃｒ含有量の場合に示される。幾つかの場合においては、３２．５％の％Ｃｒでさえある。低いＣｒ含有量を要求する他の用途について、本発明はまた、とりわけ％Ｃｒが０．５１％未満、好ましくは０．４５％未満、より好ましくは０．３３％未満、及びさらにより好ましくは０．２７％未満である場合に示される。本発明は、０．１９％未満、好ましくは０．１５％未満、より好ましくは０．１０％未満、及びさらにより好ましくは０．０６％未満の％Ｃｒについて極めてよく示される。
【００８４】
％Ｍｏに関して言えば、本発明は、少なくとも２．１０％、好ましくは３．０１％超、より好ましくは３．６２％超、及びさらにより好ましくは４．７８％超のＭｏが存在する鋼に適している。本発明はまた、５．６１％超、好ましくは７．５５％超、より好ましくは８．４１％超、さらにより好ましくは９．３４％超、及びさらに１０．９９％超のＭｏが存在する鋼に適している。本発明はまた、２．２％未満、好ましくは１．６６％未満、より好ましくは０．７７％未満、及びさらにより好ましくは０．５４％未満のＭｏが存在する鋼に使用できる。０．４３％未満、好ましくは０．１９％未満、及びさらに０．０４％未満で使用することがまた可能である。
【００８５】
％Ｗに関して言えば、本発明内では、２．３３％超、好ましくは３．６４％超、より好ましくは４．３１％超、及びさらにより好ましくは５．７９％超の％Ｗを使用することが可能である。７．４６％超、好ましくは９．２７％超、及びさらにより好ましくは１０．５８％超の値を使用することがまた可能である。１２．３％超、及びさらに１６％超の値について、それを使用することがまた可能である。本発明はまた、２．４１％未満、好ましくは１．８７％未満、より好ましくは０．２１％未満、さらにより好ましくは０．０８％未満の％Ｗに適していて、さらにそれが無くてもよい。
【００８６】
％Ｖに関して言えば、本発明は、％Ｖが０．４％超、好ましくは０．５９％超、より好ましくは０．８９％超の場合、及びさらにより好ましくはそれが１．０５％超の場合に実行可能である。本発明はまた、％Ｖが２．６４％超の場合、好ましくは４．３５％超の場合、より好ましくは５．３３％超の場合、及びさらにより好ましくは６．０２％超の場合に適用可能である。それは９．１５％超、１０．２２％超、好ましくは１３．５４％超、及びさらにより好ましくは１５％超の値で適用可能である。０．４１％未満、好ましくは０．２７％未満、より好ましくは０．１１％未満、及びさらにより好ましくは０．０４％未満の値で、本発明を使用することがまた可能である。
【００８７】
その他の炭化物形成元素、例えば、％Ｈｆ、％Ｔａ、％Ｚｒ及び／又は％Ｎｂに関して言えば、本発明は、合計％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｎｂ＋％Ｔａが、０．０９％超、好ましくは０．４３％超、より好ましくは１．８７％超、及びさらにより好ましくは３．８９％超である場合に使用することができる。それは５．５５％超、及びさらに１０％超の値について可能である。明らかに、今後及びこれらの種類の条件に付いて述べる場合、その合計が各元素単独から構成されることもあり又はそれらの組み合わせとして構成されることもある。
【００８８】
本発明はまた、％Ｃｒ＋％Ｖ＋％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｎｂ＋％Ｔａが、４．５％超、好ましくは７．８％超の場合、より好ましくは１１．５％超の場合、及びさらにより好ましくは２０％超である場合に適している。
【００８９】
本発明は、０．４％超、好ましくは０．８９％超、より好ましくは１．７３％超、及びさらにより好ましくは２．８％超の％Ｓｉが存在する鋼に使用可能である。％Ｓｉが０．４２％未満、好ましくは０．３８％未満の場合、より好ましくは０．１未満の場合、及びさらにより好ましくは０．０４％未満である場合に、本発明を使用することがまた可能である。
【００９０】
本発明は、１．７５％超、好ましくは３．４７％超、より好ましくは５．０６％超、及びさらにより好ましくは６．９８％超の％Ｍｎが存在する鋼に使用可能である。％Ｍｎが１．８７％未満、好ましくは０．７６％未満の場合、より好ましくは０．４２％未満の場合、及びさらにより好ましくは０．１％未満の場合に、本発明を使用することがまた可能である。
【００９１】
本発明は、０．９％超、好ましくは１．９８％超、より好ましくは３．５％超、及びさらにより好ましくは４．０１％超の％Ｎｉが存在する鋼に使用可能である。％Ｎｉが７．２８％超、好ましくは１１．３４％超の場合、より好ましくは１５．７６％超、及びさらにより好ましくは２８．３１％超の場合に、本発明を使用することがまた可能である。％Ｎｉが０．８％未満、好ましくは０．５２％未満の場合、より好ましくは０．３１％未満の場合、及びさらにより好ましくは０．０８％未満の場合に、本発明を使用することがまた可能である。
【００９２】
本発明は、１．５％超、好ましくは３．８１％超、より好ましくは７．４２％超、さらにより好ましくは１３．８％超、及びさらに１６％超の％Ｃｏが存在する鋼に使用可能である。％Ｃｏが１．６１％未満、好ましくは０．４４％未満の場合、より好ましくは０．１１％未満の場合、及びさらにより好ましくは０．０８％未満の場合に、本発明を使用することがまた可能である。
【００９３】
求められる幾つかの用途又は性質に応じて、組成物を決定するための多くの指針が以下に与えられる。
【００９４】
例えば、％Ｃｅｑ含有量に関して言えば、超高強度を要求する用途については、％Ｃｅｑは０．１％未満、より好ましくは０．０９％未満、及びさらにより好ましくは０．０５％未満であることが望ましい。靱性が改善されるべきである場合、％Ｃｅｑは０．０３％未満、好ましくは０．０１％未満、及びさらにより好ましくは０．００１％未満であるとより良い。優れた機械的性質（強度、硬度、漏れ性、耐消耗性及び耐摩耗性、焼入性、並びに靱性）及び優れた成形性が必要である幾つかの用途について、かつ、８％以上の％Ｎｉを含有して４％以上のＣｏを含有する合金については、Ｓｉの質量含有率は、好ましくは０．４％以下、より好ましくは０．３％以下、さらにより好ましくは０．２％以下、又はさらに０．１％以下であるべきである。高い硬度及び強度は、好ましくは１０％超、好ましくは１８％超、より好ましくは１８．５％超、及びさらにより好ましくは２５％超のＮｉ含有量によって達成され、Ｃｏは、通常８％超、好ましくは９．５％超、及び用途によっては、さらに１２％超であることが好ましく、Ｍｏは、２．５％超、好ましくは４％超、及びさらにより好ましくは５％超であることが好ましい。ある耐食性が求められる場合、追加は、通常は少なくとも４％、好ましくは５％超、及びさらにより好ましくは１０％超の量が好ましい。Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌなどのような幾つかの他の元素は、最終的な性質に応じて５％〜９％の量で存在することが好ましい。Ｃｏはマトリクス内のＭｏの溶解性を減少させるため、時折、Ｃｏは２％未満、１．５％未満、さらにより好ましくは０．５％未満であり、及びそれが含まれないことが要求されるのが好ましい。次いで、％Ｔｉ＋％Ｍｏは、より高いレベルのＮｉで、３．５％超、好ましくは４．５％超、及びさらに６％であるべきである。他の用途については、％Ｃｅｑは、０．２％、好ましくは０．２９％、及びより好ましくは０．３１％超の最小値を有することが好ましい。そのような場合においては、鋼中に存在する％Ｍｏｅｑ（％Ｍｏ＋１／２・％Ｗ）が、しばしば２％超、好ましくは３．１％超、及びさらにより好ましくは３．７％超を有することが高く推奨される。熱伝導性の性質が最大化されるべきである場合、％Ｃｅｑ含有量は、０．２２％又はさらに０．３３％であるが、１．５％未満、より好ましくは１．１％未満、及びより好ましくは０．９％未満の最小値を有することが好ましい。また、％Ｍｏｅｑ（％Ｍｏ＋１／２・％Ｗ）レベルは、最大の熱伝導性に対してより高くあるべきで、通常３％超、しばしば３．５％超、好ましくは４％超、又はさらに４．５％超であるべきである。％Ｃｒは、２．８％未満、好ましくは１．８％未満、及びさらに０．３％未満であることが好ましい。コストが考慮されるべきでない場合では、極めて高い熱伝導性について、％Ｃｒは、さらにより好ましくは０．０６％未満であるべきである。そのような場合では、また、％Ｓｉは可能な限り少なくあるべきであり、好ましくは０．２％未満、より好ましくは０．１１％未満、及びさらにより好ましくは０．０９％未満であるべきである。熱伝導性が、ある耐摩耗性及び靱性を兼ね備えなければならない用途については、％Ｖを、一般的に０．１％超、好ましくは０．３％超、及び最も好ましくは０．５５％超の含有量で使用することができる。極めて高い耐摩耗性の用途については、それを１．２％超又はさらに２．２％超の含有量で使用することができる。成形性を増加させるために、Ｎｉ及び／又はＭｎが使用される。したがって、重い部分については、通常０．８５％超、好ましくは１．５％超、及び特別な場合についてはさらに３．１％超の最小％Ｎｉ含有量を有することがしばしば望ましい。％Ｍｎが使用された場合、それは約２倍の含有量が要求され、好ましくは１．７４％超、より好ましくは３．１％超、及び幾つかの場合では６．２％超である。Ｎｉの存在はまた、製品の耐久性への好影響を有する熱膨張係数を減らすことが好ましく、したがって、０．５％超、好ましくは１．６％超、及びさらに２％の含有量が望ましい。他方では、それは熱伝導性への悪影響を有するため、そのような場合においては、それは０．４％未満、好ましくは０．２％未満、及びさらにより好ましくは０．０９％未満であることが望ましい。鋼が、使用時に４００℃以上の温度に達する用途については、焼戻し抵抗などを増加させる傾向があり、高温に対する熱拡散率に良い影響を与える特異な効果を示す％Ｃｏの存在を有することは、非常に興味深いことがある。幾つかの組成については、０．８％の量で十分であることがあるが、通常、最低１％、好ましくは１．５％、及び幾つかの用途では、さらに３．１％超を有することが望ましい。用途のために特に必要とされない場合、％Ｃｏは、通常、０．６％未満、より好ましくは０．３５％未満、及びさらにより好ましくは０．１％未満である。Ｃｏ含有量が０．９％超である場合においては、Ｖ含有量は好ましくは１．２％であることができることが好ましい。靱性が極めて重要である用途では、より低い％Ｃｅｑ含有量が好ましく、したがって、最大レベルは０．８％未満、好ましくは０．６％未満、及び極めて高い靱性については０．４８％未満のままであるべきである。顕著な周囲抵抗を４％のＣｒで達成することができるが、通常、より高いレベルの％Ｃｒは、通常は８％超又はさらに１０％超を勧めることができる。塩化物の攻撃のような幾つかの特別な攻撃については、鋼中に％Ｍｏの存在を有することが強く勧められ、通常は２％超、及びさらに３．４％が、この意味において有意な効果を与える。耐食性は、１１％のＣｒで達成することができるが、１２％超又はさらに１７％超を有することが好ましい。幾つかの特別な用途については、０．５％未満、好ましくは０．４２％未満、及びより好ましくは０．２９％未満の％Ｃを有するが、０．０２％、好ましくは０．０４％超、及び幾つかの場合では０．０６％超の最低含有量を有することが興味深い場合がある。他の用途については、％Ｃは、０．３％超、及び好ましくは０．４％超であるが、０．１％未満及び好ましくは０．０９％未満であることが望ましい。耐摩耗性が重要である他の場合については、％Ｃｅｑは、０．４９％、好ましくは０．６４％超、より好ましくは０．８２％超、及びさらにより好ましくは１．２２％超の最小値を有することが好ましい。最も強い耐摩耗性については、１．２２％超、より好ましくは１．４６％超、及びさらに１．６４％超を有することが望ましい。マルテンサイト変形が始まる低温のため、極めて高いレベルの％Ｃｅｑはまた興味深く、そのような用途では０．８％、好ましくは１．４％、及びさらに１．８％の％Ｃｅｑ最大レベルが好ましい。同じことが微細なベイナイトが望まれる用途に適用する。そのような場合では、最小０．４％、しばしば０．５％超、及びさらに０．８％超の％Ｃｅｑを有することが望ましい。マルテンサイト変形温度を減少する幾つかの他の元素（例えば、％Ｎｉのような）が存在する場合、同じ効果を、より低い％Ｃｅｑ（前で説明したのと同じレベル）で得ることができる。高い耐摩耗性については、鉄よりも強い炭化物形成元素を使用することが有利であり、一般的に、それは％Ｃｒ＋％Ｗ＋％Ｍｏ＋％Ｖ＋％Ｎｂ＋％Ｚｒであり、それらの含有量は４％超、好ましくは６．２％超、より好ましくは８．３％超、及びさらに１０．３％超であるべきである。鉄より強力な他の興味深い炭化物形成元素は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａであり、％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｎｂ＋％Ｔａは０．１％超、好ましくは０．３％超、及びさらに１．２％超であるべきである。また、％Ｖは、極めて微細に形成する傾向がある良好な炭化物形成元素である。極めて高い耐摩耗性の用途については、それを、３．２％超、好ましくは４．２％超、又は最も強い耐摩耗性レベルについては９．２％超の含有量で使用することができる。極めて高い耐摩耗性の用途については、それは６．２％超又はさらに１０．２％超の含有量で使用することができる。高い溶接性が求められる場合、％Ｖは、０．２％未満又はさらに０．０９％未満であることが望ましく、その代わりにＭｏ及び／又はＷの炭化物が使用される。次いで、Ｗは、好ましくは０．５％超、より好ましくは０．９％超、及びさらに好ましくは１．６％超であるが、４％未満、好ましくは３．２％未満、及びより好ましくは２．９％未満である。％Ｍｏは、好ましくは１．２％超、より好ましくは３％超、及びさらに好ましくは３．７％超であるが、５％未満、より好ましくは４．６％未満、及さらに４．２％未満である。高レベルの硬度並びに高温及び高速での抵抗が要求される極めて厳しい用途については、％Ｃｅｑは０．８９％、好ましくは１．６４％超、より好ましくは１．８９％超、及びさらにより好ましくは２．７％超の最小値を有することが好ましい。幾つかの場合では、他の合金元素はまた、できるだけ高いことが望ましく、例えば、Ｗは３％超、好ましくは５％超、及び幾つかの場合ではさらに７％超であることが好ましく、Ｃｏに関して言えば、約６％、より好ましくは９％超、及びさらに１０％超であることが望ましい。％Ｃｒは特に関心のある２つの範囲を有する、それは０．６％〜１．８％と２．２％〜３．４％である。特定の実施形態ではまた、２％である％Ｃｒが望ましい。時折、２％以上の％Ｃを含有するか又は１０％以下のＣｒ量を含有する合金については、％Ｃｒ＋％Ｔｉ＋％Ｗ＋％Ｍｏ＋％Ｖ＋％Ｎｂ＋％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｃｏは、好ましくは０．５％以上、好ましくは０．５５％超、及びより好ましくは０．７％超であるべきである。
【００９５】
本発明の他の用途については、固溶体の状態で主に残る元素は、最も代表的なものは％Ｍｎ、％Ｓｉ及び％Ｎｉであるが、極めて重要である。０．８％超、好ましくは１．２％超、より好ましくは１．８％超、及びさらに２．６％超の全元素の合計を有することが望ましい。理解できるように、％Ｍｎ及び％Ｓｉの両方が存在する必要がある。％Ｍｎは、しばしば、０．４％超、好ましくは０．６％超、及びさらに１．２％超の量で存在する。特定の用途については、Ｍｎは、さらに１．５％であると興味深い。％Ｓｉの場合では、有意な量が存在する場合に、セメンタイトの粗大化を阻止するのに強く貢献するため、さらにより重要になる。したがって、％Ｓｉは、しばしば、０．４超％、好ましくは０．６％超、及びさらに０．８％超の量で存在する。セメンタイトへの効果を追い求める場合、その含有量はさらにより大きく、しばしば１．２％、好ましくは１．５％、及びさらに１．６５％を超える。理解できるように、そのような用途について、所望の機械的性質を達成するために重要な元素が存在する必要があり、したがって、それは、２％超、好ましくは２．２％超、より好ましくは２．６％超、及びさらに３．２％超の％Ｓｉ＋％Ｍｎ＋％Ｎｉ＋％Ｃｒでなければならない。幾つかの用途については、％Ｃｒを％Ｍｏに置き換えることが興味深く、次いで同じ制限が適用される。％Ｓｉ＋％Ｍｎ＋％Ｎｉ＋％Ｍｏ＞２％である代わりに、％Ｍｏの存在が、１．２％超、好ましくは１．６％超、及びさらに２．２％超の量で存在する場合に、単独で処理することができる。コストが重要である用途については、％Ｓｉ＋％Ｍｎによって置き換えられる表現％Ｓｉ＋％Ｍｎ＋％Ｎｉ＋％Ｃｒを有することが有利であり、同じ好ましい制限を適用することができるが、他の合金元素の存在においては、％Ｓｉ＋％Ｍｎが１．１％超、好ましくは１．４％超又はさらに１．８％超であるような、より低い制限をまた使用することができる。幾つかの用途については、％Ｎｉは少なくとも１％であることが望ましい。主としてベイナイト微細構造が求められる用途については、％Ｃ、％Ｎ、及び％Ｂと合金化するような、鉄よりも高い性質を持つ合金元素が選ばれる。この意味において、最も重要なのは、％Ｍｏｅｑ、％Ｖ、％Ｎｂ、％Ｚｒ、％Ｔａ、％Ｈｆ、度合が少し減って％Ｃｒ、及び全ての他の炭化物形成元素である。しばしば、鉄より炭素への親和性が高い元素の合計において４％超、好ましくは６．２％超、より好ましくは７．２％超、及びさらに８．４％超が存在する。一次炭化物が用途に対して弊害をもたらさず、コストが許される場合、極めて強い炭化物形成元素（％Ｚｒ＋％Ｈｆ＋％Ｎｂ＋％Ｔａ）は、０．１％超、好ましくは０．３％超、及びさらに０．６％超の量で使用される。他の元素、特に求められる最終的な性質への効果がほとんどない元素が存在してもよい。一般に、２％未満の他の元素（明確に述べられていない元素）、好ましくは１％、より好ましくは０．４５％、及びさらに０．２％の他の元素を有することが予測される。
【００９６】
時折、質量百分率の代わりに原子百分率（ａｔ．％）で表現される所与の合金の化学組成を知ることが必要であり、より正確である。これらの環境の下で、幾つかの用途については、鉄及びマンガンの含有量の合計が６５％超（Ｆｅ＋Ｍｎ＞６５％）、好ましくは７５％、より好ましくは９０％、及びさらに９５％であることが必要である。幾つかの他の場合については、炭素、ホウ素及びケイ素の含有量は１０％未満（Ｃ＋Ｓｉ＋Ｂ＜１０％）で存在し、好ましくは９％未満、より好ましくは７％未満、及びさらに５％未満で存在しなければならない。他の用途についてでさえ、この量は、３％未満、より好ましくは２％未満、及びさらに１％未満で存在することが好ましい。極めて厳しい用途については、％Ｎｂは１％未満で、好ましくは０．２％超、より好ましくは０．５％超、及びさらに０．８％超であることが望ましい。さらに、時折、クロム、モリブデン及びタングステンの合計が３％未満（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗ＜３％）、好ましくは１％超、より好ましくは２％超、及びさらに２．５％超で存在することが必要である。全ての上述した値及び増加量は原子百分率（ａｔ．％）である。
【００９７】
多くの用途を％Ｃｅｑ含有量に対して区別することができるが、多くの他の場合では、％Ｃｅｑを形成する元素、すなわち、Ｃ、Ｎ、及びＢの含有量を通じて、これらの用途を区別することは興味深い。
【００９８】
この点については、幾つかの用途については、％Ｃｅｑの１０％、好ましくは５％、より好ましくは３％、及びさらに２％の窒素含有量を有することが望ましい。それにもかかわらず、他の場合において、百分率の代わりに数値を知ることが興味深い。この場合では、０．４５％、好ましくは１％超、より好ましくは１．６％超、又はさらに２．２％超の窒素含有量を有することが望ましい。
【００９９】
Ｂの場合について同様に、％Ｃｅｑの１０％、好ましくは５％、より好ましくは３％、及びさらに２％のホウ素含有量を有することが望ましい。ここでまた、０．２５％未満、好ましくは０．５％未満、より好ましくは０．７％未満、又はさらに２％未満の最大ホウ素含有量を有することが望ましい。
【０１００】
金型建設コストを減らすために、被削性促進剤（ｍａｃｈｉｎａｂｉｌｉｔｙ  ｅｎｈａｎｃｅｒ）の追加がまた可能である。最も一般的に使用される元素は硫黄（Ｓ）であり、好ましくは１％未満、より好ましくは０．７％未満、及びさらにより好ましくは０．５％未満の濃度を持つ。同時に、通常、硫黄が、硫化マンガン（ＭｎＳ）として存在して、靱性に重大な影響を与える硫化鉄（ＦｅＳ）として存在しないことを確実にするために、Ｍｎのレベルが増加される。また、１％未満の濃度のＡｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＣａを、この目的に使用することができる。他の元素、特に求められる最終的な性質への効果がほとんどない元素が存在してもよい。一般に、２％未満の他の元素（明確に述べられていない元素）、好ましくは１％、より好ましくは０．４５％、及びさらに０．２％の他の元素を有することが期待される。特別な場合はＮｂの場合であり、靱性へのその影響が極めて悪く、したがって、その存在は避けることのできない不純物として存在するが、粒子成長の制御が望まれる幾つかの特定の用途については、それは２％までの含有量で使用することができる。
【０１０１】
本発明の鉄系合金粉末は、粉末冶金プロセスを通じて、正確には遠心ディスク噴霧法術を通じて得られる。幾つかの条件下で、前に説明した技術の適用の結果として得られた粉末は、ほぼ完全又は完全な密集プロセスのような粉末成形及び焼結（熱間、温間、及び冷間成形）、すなわち、それの幾つかを挙げると、熱間静圧プレス成形（ＨＩＰ）、粉末鍛造、押出、金属射出成形、熱スプレー、スプレー成形、コールドスプレーの用途の対して適切である。球状又は略球状の粒子形態を要求しない用途については、製造された粉末はまた、冷間静圧プレス成形（ＣＩＰ、室温）又は類似の技術のような技術を通じて冷間成形するために使用するのに適している。
【０１０２】
本発明者らは、具体的に仕様を満たし又は良好な粉末性質を有することは、粉末のプレス加工及び焼結に関して言えば、通常２５０μｍ未満、好ましくは１５０μｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、及びさらに６０μｍ未満の最小粒子サイズを持つ本発明の粉末を使用することが有利であることがわかった。幾つかの用途については、すなわち、大きい形状及びビレット製造については、１２０μｍ以上、好ましくは２８０μｍ以上、より好ましくは４２０μｍ以上、又はさらに６００μｍ超の最小粉末サイズを有することが必要である。
【０１０３】
本発明の合金はまた、層又は添加剤製造、固体自由造形、デジタルマニュファクチャリング、又はイーマニュファクチャリング、例えば、ラピッドマニュファクチャリング／プロトタイピング（ＲＭ／Ｐ）、３−Ｄプリント、レーザー成形、熱溶解積層法、積層物製造、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、選択的レーザー溶解（ＳＬＭ）、及び３−Ｄレーザークラッディング、その他の類似の技術を含む用途に適している。また、レーザー、プラズマ又は電子ビーム溶接は、本発明の合金から作られる粉末又はワイヤを使用して行うことができる。それに加えて、本発明者らは、具体的に仕様を満たし又は良好な粉末性質（例えば、見掛け密度及び焼結密度、流動性、焼結性、圧縮性など）を有することは、添加剤製造技術への粉末の適用に関して言えば、しばしば７５μｍ未満、好ましくは５０μｍ未満、より好ましくは２０μｍ未満、及びさらに１５μｍ未満の最小粒子サイズを持つ本発明の粉末を使用することが有利であることがわかった。この意味では、完成部品の表面粗さは粉末粒子サイズによって主に影響を受け、これにしたがって、より小さいサイズの粒子がより高い表面品質を促進する。幾つかの用途、例えば、表面品質が重要なパラメーターでない用途については、４０μｍ以上、好ましくは５５μｍ以上、より好ましくは８０μｍ以上、又はさらに１００μｍ超の最小粉末サイズを有することが好ましい。
【０１０４】
鉄系合金は、所望の形状とともに直接的に得ることができ、又は、上で述べたように、他の冶金プロセスによって改善することができる。本発明に従った方法によって製造された鉄系粉末を使用することは、熱（ｔｈｅｒｍａｌ）処理又は熱（ｈｅａｔ）処理、例えば、焼戻し及び焼入れを含むことができる。鍛造又は圧延は、靱性、３次元鍛造用ブロックを増加させるのに頻繁に使用される。
【０１０５】
本発明の工具鋼合金によれば、それは任意の形状、例えば、棒、ワイヤ又は粉末（それ以外に、はんだ又は溶接合金として使用される他の物）の形態で得ることができる。本発明の鉄系合金はまた、熱スプレー技術で使用して別の材料の表面の部品に適用することができる。明らかに、本発明の合金は複合材料の一部として、例えば、分相として埋め込まれるか又は多相材料の相の１つとして得られる場合に使用することができる。また、他の相又は粒子が埋め込まれるマトリクスとして使用される場合、混合（例えば、機械的混合、摩耗、２以上のホッパーの異なる材料の放射・・・）を行うどんな方法でも使用することができる。さらに、本発明の鉄系合金は、作業環境への抵抗が、その両方はしばしば共存するが、耐摩耗性よりも防食性又は耐酸化性に着目される用途に適している。そのような場合において、作業温度での耐酸化性又は攻撃的な化学物質に対する耐食性が望ましい。そのような用途については、耐食性工具鋼はその用途に応じて異なる硬度レベルかつ異なる耐摩耗性でしばしば用いられる。本発明の合金はまた、機能傾斜材料の一部であることができ、この意味では、任意の保護層又は局所化された処理を使用することができる。最も典型的なものは層又は表面処理であり、それは、
・トライボロジー性能を改良するためであり、すなわち、表面硬（レーザー、誘導・・・）、表面処理（窒化、浸炭、浸ホウ、浸硫、前記の任意の混合）、被覆（ＣＶＤ（化学気相成長）、ＰＶＤ（物理気相成長）、流動層、熱放射、コールドスプレー、クラッディング・・・）である。
・耐食性を増加するためであり、すなわち、硬質クロム、パラジウム、化学ニッケル処理、耐食性樹脂のゾルゲル、実際は、腐食保護又は酸化保護を提供する任意の電解又は非電解処理である。
・機能が現れた場合の任意の他の機能層である。
【０１０６】
特に、本発明の工具鋼合金はまた、元の鋼形式からのある種の形状変換を要求する、（例えば、高い機械的荷重又は摩耗のための）高い加工硬度を要求する部品を製造するために使用することができる。例としては、鍛造用（自由金型又は密閉金型）、押出用、圧延用の金型である。本発明は、シートのホットスタンプ又は熱間プレス用の金型を製造するために特に示される。同様に、あらゆる形態の熱可塑性及び熱硬化性のプラスチック成形用の金型並びに成形又は切断用金型をも製造するためである。
【０１０７】
上で説明した合金はまた、より高い成形性（時効硬化中の最小の歪み及び脱炭問題の不足）と一緒に優れた機械的性質が重要である工具用途に適用することができ、それは、例えば、優れた機械的抵抗及び靱性を持つ高精度プラスチック射出ツールの製造である。本発明の幾つかの鉄系合金の特別な用途はまた、衝撃疲労に応じて、十分な耐摩耗性、耐食性、並びに、窒化、セラミックス被覆表面処理及び微細な研磨表面を要求する用途を持つ成分の製作を含む。
【０１０８】
本発明の追加の実施形態は独立請求項に記載される。
【０１０９】
本明細書で説明した全ての実施形態の技術的特徴は、任意の組み合わせで互いに組み合わせることができる。
【実施例】
【０１１０】
以下では、幾つかの例は、本発明の幾つかの鉄系合金組成物を、所望の特性の金属粉末を得るために遠心噴霧法を通じて製造することができる方法を示す。全ての実験を、別段の記載がない限り、不活性雰囲気の下で、本明細書に記載される回転噴霧手段を使用して金属粉末を製造するのに使用する装置で行った。溶湯の遠心噴霧法は、溶融流を破壊して小さい液滴にして、液滴はその後に噴霧雰囲気を通じて対流により急冷される。その後、金属粉末を収集して、金属組織学的特性のための標準的な手順の下でふるいにかけた。３つの実験の得られた結果を、用いた噴霧化合金の化学組成及び噴霧パラメーターと一緒に以下に記載する。
【０１１１】
［例１］
表１、ＩＤ１に従う化学組成を持つ鉄系合金を選択し、以下の噴霧パラメーターを使用して、金属粉末の試料を調製した。パラメーターは、１６６０℃の噴霧温度、１２０ｋｇ・ｈ-1の溶湯の供給速度、直径５０ｍｍを持つ平坦ディスク（タングステン）、２００００ｒｐｍ（約２０９５ｒａｄ-1）の回転速度での運動とした。ノズルからディスクまでの距離を０．０６ｍに設定して、噴霧法を空気雰囲気の中で行った。図１は、説明した噴霧化パラメーターの下で得られた遠心力で噴霧化された粉末のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【０１１２】
得られた平均粒子サイズは、正規対数のサイズ分布を持つ１２５μｍであった。
【０１１３】
［例２］
表１、ＩＤ４８に従う化学組成を持つ鉄系合金を選択し、以下の噴霧パラメーターを使用して、金属粉末の試料を調製した。パラメーターは、１６９０℃の噴霧温度、９５ｋｇ・ｈ-1の溶湯の供給速度、直径４０ｍｍを持つカップディスク（タングステン）、１７５００ｒｐｍと１９０００ｒｐｍの間（約１８３０ｒａｄ-1と１９９０ｒａｄ-1の間）の範囲の回転速度での運動とした。この場合においては、ノズルからディスクまでの距離を０．０８ｍに設定した。
【０１１４】
この場合においては、得られた平均粒子サイズは、正規対数のサイズ分布を持つ１８０μｍであった。
【０１１５】
［例３］
以下の表１は、図４に従う回転部材での、Ａｒ雰囲気中における微細な（＜１００μｍ）球状又は略球状粉末の適切な噴霧法について確認した。
【０１１６】
【表１−１】
2017507251.tif 000004
【０１１７】
【表１−２】
2017507251.tif 000005
【０１１８】
組成１５〜２０、２６、３３については、元素Ｈ、Ｈｅ、Ｂｅ、Ｏ、Ｆ、Ｎｅ、Ｍｇ、Ｃｌ、Ａｒ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｋｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｘｅ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｒｎ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔは０．０１％未満である（表中で別段の示唆がない限り）。
【０１１９】
［例４］
以下の表２は、図３に従う回転部材での、Ａｒ雰囲気中における微細な（＜１００μｍ）球状又は略球状粉末の適切な噴霧法について確認した。以下の法則、
％Ｃｒ＜２の場合、％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｖ＋％Ｔｉ＞０．５
であることを観測した。
【０１２０】
【表２−１】
2017507251.tif 000006
【０１２１】
【表２−２】
2017507251.tif 000007
【０１２２】
【表２−３】
2017507251.tif 000008
【０１２３】
【表２−４】
2017507251.tif 000009
【０１２４】
【表２−５】
2017507251.tif 000010
【０１２５】
【表２−６】
2017507251.tif 000011
【０１２６】
組成８０、１０５〜１１０、２００、２１０、２１９〜２２２については、元素Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｔｅ及びＰｂを０．３％であると測定して、元素Ｐ及びＳを０．７％と測定した。
【０１２７】
［例５］
以下の表３は、図５に従う回転部材での、空気雰囲気中における微細な（＜１００μｍ）球状又は略球状粉末（真球度＞９２％）の適切な噴霧法について確認した。以下の法則、
％Ｃｒ＞９．８の場合、％Ｃｅｑ＞０．１４であり、
％Ｃｒ＞９．８の場合、％Ｍｏ＋％Ｗ＋％Ｖ＋％Ｔｉ＞０．５及び／又は％Ｓｉ＋％Ａｌ＋％Ｔｉ＋％Ｎｉ＞０．５
であることを観測した。
【０１２８】
【表３】
2017507251.tif 000012
【０１２９】
［例６］
以下の表４は、図４に従う回転部材での、Ｎ２雰囲気中における微細な（＜１００μｍ）球状又は略球状粉末の適切な噴霧法を確認した。以下の法則、
％Ｃｏ＞０．９の場合、％Ｖ＞１．２及び／又は％Ｎｉ＋％Ａｌ＋％Ｔｉ＋％Ｓｉ＞０．３及び／又はＣｒ＜０．８
であることを観測した。
【０１３０】
【表４−１】
2017507251.tif 000013
【０１３１】
【表４−２】
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【０１３２】
組成２５７、２６１及び２７０については、元素Ｈ、Ｈｅ、Ｂｅ、Ｏ、Ｆ、Ｎｅ、Ｍｇ、Ｃｌ、Ａｒ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｋｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｘｅ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｒｎ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ、Ａｍ、Ｃｍ、Ｂｋ、Ｃｆ、Ｅｓ、Ｆｍ、Ｍｄ、Ｎｏ、Ｌｒ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔが０．０１％未満である（表中で別段の示唆がない限り）。
【０１３３】
［例７］
以下の表５は、図６に従う回転部材での、Ｏ２不足の混合雰囲気中における微細な（＜１００μｍ）球状又は略球状（真球度＞８５％）粉末の適切な噴霧法について確認した。
【０１３４】
【表５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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