JPH062018A

JPH062018A - 溶融金属から片状粒子を製造する方法及び装置

Info

Publication number: JPH062018A
Application number: JP13715692A
Authority: JP
Inventors: Kini Yo; 均蔚葉; Kokuyu Ryu; 国雄劉; Kogen Kyo; 光源許; Eikin Ka; 永鈞何
Original assignee: National Science Council
Current assignee: National Science Council
Priority date: 1992-05-28
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】遠心力霧化を金属基板冷却と組合せ急速に凝
固した片状粒子を製造する方法及び装置を提供すること
を目的とする。【構成】溶融金属の流れは回転ディスクにより遠心的
に飛沫に分離される。溶融飛沫は冷却した回転凹状ディ
スクの環状平面に衝突するや否や片状粒子として凝固さ
れる。凝固した片状粒子は遠心力により環状面から順次
に分離され、室に収集される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は速く凝固した片状粒子を
溶融から直接製造する方法及び装置に係る。特に、本発
明は溶融金属を飛沫に分離するよう溶融金属の流れを回
転部材に注ぎ、次に液体飛沫を冷却回転金属基板上に衝
突させることにより高冷却率で片状粒子として液体飛沫
を凝固させることができる方法及び装置に係る。凝固し
た片状粒子は遠心力により回転する金属基板から分離さ
れ、室に収集される。

【０００２】

【従来の技術】デュウェズ博士が１９６０年にスプラッ
ト冷却処理を発明して以来、急速凝固技術は金属工学で
の新しく開発された分野となり、又異なる種々の合金の
機械的及び物理的特性を促進する新しい路になった。急
速凝固技術は微構造の精製、凝固限の拡大、均一濃度分
布の製造及び非晶相の形成に利点を有する。かかる特徴
は合金設計により大きい自由度を与え、いままでの従来
処理より良い機械的及び物理的特性を達成する。

【０００３】急速凝固粉末冶金の目的は粒状、片状又は
帯状の金属粒子を形成するよう高冷却率（１０²ｋ／秒
以上）で溶融金属を凝固させることである。金属粒子は
圧縮され、焼結され、最終製品を製造するのに熱間加工
される。関連した研究によれば、急速凝固した粉末の品
質は合金製品の機械的特性に大きい影響を有する。従っ
て、急速凝固した粉末の製造処理は全処理中非常に決定
的段階である。

【０００４】急速凝固した粉末を製造する多くの方法が
開発されてきた。本来、最も高い冷却率を達成するた
め、各方法は出来るだけ速く熱を冷却媒体に伝達するよ
う粉末製品の少なくとも１つの直径を出来るだけ小さく
することが必要である。例えば、空気霧化方法は空気霧
化及び空気冷却を用いる。粉末製品は略１０^2- ³ｋ／秒
での冷却率で球状となる。溶融金属を加速するのに機械
的エネルギーが主に用いられるので、霧化に用いられる
エネルギーは非常に低く単に略２％乃至４％である。

【０００５】他の例は空気霧化及び金属基板冷却を用い
るアメリカンアルミニウムカンパニー（ＡＬＣＯ
Ａ）で開発されたアルコアスプレー法である。溶融金
属は空気により霧化され、次に素早く回転する水冷却さ
れたローラの面上にスプレーされる。ローラに付いた金
属片はブラシではがし取られ、収集器に集められる。冷
却率は略１０⁵ｋ／秒までである。片は円盤状である
が、屡々平らでなく、重畳している。同様に、この方法
で用いられる空気霧化の運動量伝達効率は低い。

【０００６】プラットアンドホワイトニーカンパ
ニーにより開発された急速凝固率（ＲＳＲ）技術、米国
特許第４０７８８７３号及び第４３４３７５０号は遠心
霧化及びヘリウム冷却を用いることを示している。溶融
金属は漏斗を通って高速（略２４０００ｒｐｍ）で回転
するディスク上に流れる。遠心力により、半径方向に加
速され、ディスクを離れた後飛沫に霧化される。飛沫は
ヘリウム環境を循環することにより急速に冷却され、球
状粉末を形成して凝固される。ＲＳＲの霧化効率は比較
的高い。しかしＲＳＲの冷却率は略１０⁵ｋ／秒であ
る。ＲＳＲはヘリウム冷却を用いるので高価である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主目的は急速
に凝固した片状金属粉末を製造する方法を提供すること
である。本発明の他の目的は比較的高い霧化の効率を有
する急速凝固した片状金属粉末を製造する方法を提供す
ることである。

【０００８】本発明の他の目的は比較的に高い冷却率を
有する、急速に凝固した片状金属粉末を製造する方法を
提供することである。本発明の他の目的は比較的低いコ
ストで急速に凝固した片状金属粉末を製造する方法を提
供することである。本発明の最後の目的はこの急速に凝
固した片状金属粉末を製造する装置を提供することを目
的とする。

【０００９】本発明は遠心力霧化及び金属基板冷却の組
合せ処理を特徴とする。換言すれば本発明は霧化効率を
改良するよう高速遠心力霧化ディスクと、冷却率を改良
する回転金属基板とを用いる。金属基板は霧化ディスク
の下に同軸的に配置され、１０００ｒｐｍ乃至３０００
ｒｐｍの範囲の速度で回転する。その形状は皿型であ
る。金属基板の上面は凹状であり、金属基板の縁部は溶
融金属飛沫の飛行経路をカバーするよう水平面に対し略
１０°乃至３０°の角度を有する。金属物質は銅のよう
な高熱伝導性を有する材料で作られ、底面への水噴射に
より冷却される。従って、溶融金属飛沫が冷却基板と衝
突する時、それらは薄く、長いフィルムを形成するよう
拡がり、同時に溶融金属飛沫の潜熱は最も高い冷却率を
達成するよう冷却基板に移されうる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による製造方法は
次の段階を含む：（１）凹状上面を有する回転する皿状
金属基板を設け；（２）溶融金属を冷却基板の傾斜面に
向って外方に液体飛沫として分離させ、液体飛沫を金属
粒子に凝固させる。金属粒子は遠心力により該冷却基板
より去る様にされ、（３）凝固した金属粒子を収集す
る。本発明による急速凝固粉末を製造する装置は：
（ａ）金属を溶融する手段と；（ｂ）溶融金属を分離させる第１の回転ディスクと；（ｃ）スプラット冷却する該第１の回転ディスクを囲む
凹状上面を有する第２の回転ディスクと；（ｄ）溶融金属を該第１の回転ディスク上に案内する手
段と；（ｅ）該凝固された粉末を収集する手段とからなる。

【００１１】

【実施例】本発明の適用の更なる範囲は以下に示される
詳細な説明から明らかになろう。しかし、本発明の望ま
しい実施例を示すが、ここに開示した詳細説明及び特定
の例は例示的のみであり、本発明はその特許請求の範囲
及び精神から逸脱することなく、種々の変形及び変更は
当業者には容易になしうるものである。

【００１２】本発明は例示的のみであり限定が課せられ
ない下記の詳細説明及び図面からより充分に理解され
る。図１及び図２を参照するに、抵抗加熱又は誘導加熱
又はアークにより、原合金材料は必要により真空又は保
護環境内の融解炉１で溶融される。電源２は溶融に必要
とされるエネルギーを供給する。溶融炉１は支持手段４
で支持される。支持手段４は回転手段３０を設けてあ
る。溶融炉１は溶融体と漏斗状ルツボ６に注ぐために回
転手段３０により傾斜されうる。溶融体は導管７を通っ
て霧化ディスク９上に流れ、そこで溶融体は遠心力によ
り霧化される。漏斗状ルツボ６は支持手段４により支持
される。霧化ディスク９は合金の種類及び所望の寸法の
粉末により３０００ｒｐｍ乃至２００００ｒｐｍの範囲
の回転速度で伝導モータ又は空気モータであるモータ８
により駆動される。モータ８は架台５上に固定されてい
る。霧化ディスク９は板状かキャップ状のいずれかであ
りえ、その直径は７ｃｍ乃至２０ｃｍの範囲でよい。漏
斗状ルツボ６及びモータ８は耐熱キャップ状管１３で収
集室２０から分離される。スプラット冷却回転基板１４
は霧化ディスク９の下にある。霧化金属粒子はスプラッ
ト冷却基板１４に衝突し、粒子がスプラット冷却基板１
４の傾斜面に拡がる時瞬時に冷却される。スプラット冷
却基板１４はディスク状であり、１０°乃至３０°の範
囲の角度でテーパ付されている。角度が非常に小さい場
合、スプラット効果は減少される。角度が非常に大きい
場合、片状粉末はスプラット冷却基板１４からほとんど
逃げず、次にスプラット冷却基板１４上に堆積する。ス
プラット冷却基板１４は下の円形パイプ１５から噴射さ
れた冷却水で冷却される。スプラット冷却ディスクは５
００ｒｐｍ乃至３０００ｒｐｍの範囲の速度で伝導モー
タ１８により駆動される。電動モータ１８は筐体１７内
に配置される。モータ１８の軸受を水の損傷から防ぐフ
ランジ１６は電動モータ１８の軸に取付けられる。冷却
水は水を合金粉末の汚染から防ぐため、円筒形ケース１
９により隔離される。冷却水は出口２１から出る。更
に、粉末が角部で堆積するのを防ぎ、収集室２０の寸法
を減ずる為、収集室２０のキャップ３は円形ガス管１１
を設けられる。スプラット冷却合金粉末は遠心力により
収集室２０にこぼれ入る。ガスは粉末を偏向させるガス
管１１から噴射され、従って粉末は速く落下する。大き
い方の粉末は第１の収集器２３に落下する。小さい方の
粉末はサイクロン分離器２２に吸込まれ、第２の収集器
２５に収集される。

【００１３】スプラット冷却基板１４は銅のような高い
熱伝達率を有する材料から作られる。霧化ディスク９及
びスプラット冷却基板１４は冷却率を改良する為溶融飛
沫がスプラット冷却ディスク１４に衝突する位置を調整
するため、その中心軸に沿って垂直に移動しうる。通常
の状態下で霧化ディスク９はスプラット冷却ディスク１
４より略１乃至８ｃｍ高い。

【００１４】いくつかの実験例を本発明の効果を示すた
め以下説明する。実験１純アルミニウムは７５０℃で溶融炉で溶融され、１５０
０ｇ／分で漏斗状ルツボに注がれる。溶融体は１５００
０ｒｐｍで回転する霧化ディスク上に流れ、次に飛沫は
２０００ｒｐｍで回転するスプラット冷却基板上でスプ
ラット冷却される。粉末は片状である。片状の寸法は−
１４メッシュ乃至４３２５メッシュの範囲に分布する。
片状の厚さは５μｍ乃至３０μｍの範囲にある。微構造
特徴の特徴的寸法は１μｍ以下である。冷却速度は１０
⁶ｋ／秒より高い。

【００１５】実験２Ａｌ−１２％Ｓｉ合金は７８０℃で溶融され、１２００
ｇ／分で漏斗状ルツボに注がれる。霧化ディスクは１５
０００ｒｐｍで回転する。スプラット冷却基板は２００
０ｒｐｍで回転する。片状Ａｌ−１２％Ｓｉ合金粉末が
得られる。片状の寸法は−１４メッシュ乃至＋３２５メ
ッシュの範囲に分布する。粉末の微構造は、図５に示す
如く、従来の粉末より細かい。冷却速度は１０⁶ｋ／秒
より高い。

【００１６】実験３Ｆｅ−２０％Ｂ合金は略１３５０℃で保護環境下の石英
ルツボで溶融され、圧力で漏斗状ルツボに注がれる。霧
化ディスクは２００００ｒｐｍで回転する。スプラット
冷却基板は２０００ｒｐｍで回転する。片状Ｆｅ−２０
Ｂ合金粉末が得られる。片状の構造は非晶質である。

【００１７】本発明は例示的に説明され、いくつかの望
ましい実施例について記述したが、本発明は開示の実施
例に限定されないことが理解されるべきである。反対
に、本発明の精神及び範囲内に含まれる種々の変更及び
類似の装置を含むことを意図しており、その範囲はかか
る変更及び類似の構造の全て含むよう最も広く解釈され
るべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全装置を示す概略図である。

【図２】霧化ディスクと冷却基板間の関係を示す部分的
拡大概略図である。

【図３】本発明による方法で製造された金属粉末の寸法
分布を示すグラフである。

【図４】本発明による方法により製造された急速に凝固
したアルミニウム片状粒子の顕微鏡写真による図であ
る。

【図５】本発明による方法で作られた急速に凝固された
Ａｌ−１２Ｓｉ合金片の顕微鏡写真による図である。

【符号の説明】

１溶融炉２電源３キャップ４支持手段５架台６漏斗状ルツボ７導管８，１８モータ９霧化ディスク１１ガス管１３管１４回転基板１６フランジ１７筐体１９円筒形ケース２０収集室２１出口２２サイクロン分離器２３，２５収集器３０回転手段

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【手続補正書】

【提出日】平成４年６月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者許光源台湾新竹市光復路２段101号清華大学材料科学工程研究所内 (72)発明者何永鈞台湾新竹市光復路２段101号清華大学材料科学工程研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）溶融金属を準備し；（ｂ）該溶融金属を第１の回転ディスクに注ぎ；（ｃ）該溶融金属を該第１の回転ディスクの外周から別
々の溶融飛沫に分離させ；（ｄ）該溶融飛沫を該第１の回転ディスクを囲む第２の
回転凹状ディスクの環状平面に衝突させ；（ｅ）該溶融飛沫を該環状平面の液体フィルムに変換
し；（ｆ）該環状平面上の該液体フィルムを片状粒子として
凝固させ；（ｇ）遠心力により該片状粒子が該環状平面を去るよう
にし；（ｈ）該片状粒子を収集する各段階からなる溶融金属か
ら片状粒子を製造する方法。
【請求項２】該環状平面は該溶融飛沫が該環状平面上
に拡がりうる１０°乃至３０°の角度で該第１の回転デ
ィスクの外周から該溶融飛沫の通路に傾いている請求項
１記載の片状粒子を製造する方法。
【請求項３】該第２の回転ディスクは高熱伝導性を有
する材料から作られる請求項１記載の片状粒子を製造す
る方法。
【請求項４】底面からの該第２の回転ディスクを冷却
する手段を設けることを更に含む請求項１記載の片状粒
子を製造する方法。
【請求項５】該第１の回転ディスクと該第２の回転デ
ィスクは同軸的に配置される請求項１記載の片状粒子を
製造する方法。
【請求項６】該冷却基板は５００ｒｐｍ乃至３０００
ｒｐｍの範囲の速度で回転する請求項１記載の片状粒子
を製造する方法。
【請求項７】該回転手段は３０００ｒｐｍ乃至２００
００ｒｐｍの範囲の速度で回転する請求項４記載の片状
粒子を製造する方法。
【請求項８】（ａ）金属を溶融する手段と；（ｂ）溶融金属を分離させる第１の回転ディスクと；（ｃ）スプラット冷却する該第１の回転ディスクを囲む
凹状上面を有する第２の回転ディスクと；（ｄ）溶融金属を該第１の回転ディスク上に案内する手
段と；（ｅ）該凝固された粉末を収集する手段とからなる溶融
金属から金属粉末を製造する装置。
【請求項９】該冷却ディスクは高熱伝導性を有する材
料から作られる請求項８記載の金属粉末を製造する装
置。
【請求項１０】冷却ディスクの縁部は水平面と略１０
°乃至３０°角度を有する請求項８記載の金属粉末を製
造する装置。
【請求項１１】該第２の回転ディスクを冷却する冷却
手段を更に有する請求項８記載の金属粉末を製造する装
置。
【請求項１２】該第２の回転ディスクは５００ｒｐｍ
乃至３０００ｒｐｍの範囲の速度で回転する請求項８記
載の金属粉末を製造する装置。
【請求項１３】該第１の回転ディスクは３０００ｒｐ
ｍ乃至２００００ｒｐｍの範囲の速度で回転する請求項
８記載の金属粉末を製造する装置。
【請求項１４】該案内手段は漏斗状ルツボである請求
項８記載の金属粉末を製造する装置。
【請求項１５】該収集手段はサイクロン分離器と組合
される室である請求項８記載の金属粉末を製造する装
置。