JP4264873B2 - Method for producing fine metal powder by gas atomization method - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属粉末は、電池用電極材料、水素吸蔵合金、導電性ペースト用金属粉、金属粉末フィラー、圧縮成形用や射出成形用金属粉などに幅広く使用されている。
近年、これらの用途に用いられる金属粉末の特性は、各種応用分野での高性能化のために、充填性、成形性、反応性の向上などが要求されている。これらの金属粉末の高性能化の要求を粉体特性的に見た場合には、粉末の微細化、あるいは球形化であり、しかも、その低コスト化が要求されている。
金属粉末の代表的な製造方法としては、極性溶媒中撹拌法,機械的粉砕法,還元法,電解法,熱分解法,気相凝縮法,アトマイズ法などが知られている。
【0003】
従来の極性溶媒中撹拌法は、極性溶媒中で低融点金属をその融点以上の条件下で撹拌することにより、InまたはIn合金を微粒化する方法である(特許文献1参照)。極性溶媒中撹拌法は、アトマイズ法に比べて単位時間当たりの生産性が低く、また、250℃以上の融点の金属には適当な極性溶媒がない。
【0004】
従来の機械的粉砕法は、金属材料のブロックを、ジョークラッシャーやブロックミルやアトライターなどの粉砕機を使用して、機械的に粉砕して粉末とする方法である。この方法では、金属粉末の粒子形状が不定形となることと、低融点金属は、粉砕工程で発生する熱で凝集するために微細金属粉末が得られない。
【0005】
これらの方法の中でアトマイズ法は、金属粉末の平均粒径が数μmから数百μmの金属粉末の製造が可能で、また製造コストにおいても、上記の従来法である極性溶媒中撹拌法、機械的粉砕法、還元法、電解法、熱分解法、気相凝縮法などの方法に比較して有利なため、工業的に広く用いられている。代表的なアトマイズ方式としては、ディスクアトマイズ法、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法などがある。
【0006】
従来のディスクアトマイズ法においては、金属溶湯を冷却した円盤、円筒、車輪などの回転体、即ち、ディスクに直接注ぎ、この注がれた金属溶湯をディスクの上で跳ね飛ばして粉末化する方法である。ディスクの回転速度は、通常400回転/分〜2万回転/分である。微細な金属粉末を得るには、ディスクの回転数として、数万回転/分を必要とするため、ディスクの回転軸の材質などの制限があり、微細な金属粉末を得ることが困難であった。
【0007】
また、従来の水アトマイズ法は、金属溶湯流に水を吹き付けて金属粉末を得る方法である(特許文献2参照)。水アトマイズ法は、金属粉末の製造に水を冷却媒体に使用するために、金属と水の反応による酸化を伴い、また、水の冷却能力が大きいために角張った不定形の形状の粉末しか得られない。また、水アトマイズ法では、金属粉末を水中で回収するために、金属粉末の表面が酸化するという点と、金属粉末の表面に付着した水の乾燥工程が必要となりコストが増大する課題もあり、ガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法には適さないものであった。
【0008】
上記の方法に対して、ガスアトマイズ法は、原料金属の溶湯流に不活性なアトマイズガスを高速で噴射して金属溶湯を噴霧し、分散させ、さらに凝固させることで、金属粉末を直接生成する方法である。ガスアトマイズ法を用いて製造した金属粉末は、その形状が球形で、かつ、その表面に金属酸化物層が少ないという優れた特徴がある。このため、ガスアトマイズ法は、上記のディスクアトマイズ法や水アトマイズ法などに比べて、品質の高い微細金属粉末が得られるので有利である。
【0009】
次に、従来のガスアトマイズ法の製造方法について説明する。
従来のガスアトマイズ法による金属粉末の製造方法の一例では、アトマイズガスとして室温のAr(アルゴン)ガスを使用して、400kgf/cm2 (40MPa/cm2 )のArガス圧力で、平均粒径が10μm程度、また、20kgf/cm2 〜55kgf/cm2 のArガス圧力で、平均粒径が44μm〜74μm程度のNi基超合金の粉末を得ている(特許文献3参照)。
【0010】
また他の例として、アトマイズガスとして室温のArガスを使用し、Arガス圧力として、15kgf/cm2 以上の高いArガス圧力の条件で、平均粒径が27〜185μm程度の水素吸蔵合金の粉末を得ている(特許文献4参照)。
【0011】
また他の例として、同様にアトマイズガスとして室温Arガスを使用し、20kgf/cm2 のArガス圧力で、平均粒が径35μm〜100μm程度の水素吸蔵合金の粉末を得ている(特許文献5参照)。
【0012】
ガスアトマイズ法で得られる金属粉末の平均粒径は、種々の経験式が報告されているが、例えばLubanskaによれば下記(1)式で表される(非特許文献1参照)。
d=K・D・[(1+Qm/Qg)・νm/(νg・We)]0.5 (1)
ここで、dは金属粉末の平均粒径,Kは定数項,Dは金属溶湯の直径,Qmは金属溶湯の質量流量,Qgはアトマイズガスの質量流量,νmは金属溶湯の動粘度係数,νgはアトマイズガスの動粘度係数である。
上式において、Weは、ウエーバー数で下記(2)式で表わされる。
We=ρm・Vg2 ・D/γm (2)
ここで、ρmは金属溶湯の密度,Vgはアトマイズガスの線速度,γmは金属溶湯の表面張力である。
【0013】
上記(1)式と(2)式から、ガスアトマイズ法によって得られる金属粉末の平均粒径を決める主要因は、金属溶湯の流量を決める金属溶湯の直径Dとアトマイズガスの衝突エネルギーであることが分かる。金属溶湯の直径Dを細くすると微細金属粉末は得られやすいが、単位時間当たりの微細金属粉末の生産量が低下する。
従って、金属粉末の微細化は、単位時間当たりの微細金属粉末の生産量が低下しないように、ある程度金属溶湯の直径Dを大きくして金属溶湯流を確保して、さらに、アトマイズガスの衝突エネルギーを上げるために、アトマイズガスの圧力を上げることで、アトマイズガスの流速を速くすることで実施されていた。
上記の従来のガスアトマイズ法による金属粉末の製造方法においては、もっぱら、アトマイズガス圧力を高める方法が採用され、10kgf/cm2 〜数10kgf/cm2 以上の圧力が必要となっていた。
【0014】
【特許文献1】
特開平6−346118号公報(第2〜3頁)
【特許文献2】
特開平11−323411号公報(第2〜4頁、図2)
【特許文献3】
特開昭61−266506号公報(第3〜5頁、表1及び表2)
【特許文献4】
特開平6−192712号公報(第5頁)
【特許文献5】
特開平10−204507号公報(第6〜8頁、表7)
【非特許文献1】
M. Randall 著、三浦秀士、高木研一共訳、「 粉末冶金の科学」 、内田老鶴圃、1996年6月25日発行、p.108
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガスアトマイズ法は、ガスアトマイズ法以外の従来の方法に比較して、微細金属粉末がより得られ易く、かつ、金属溶湯とアトマイズガスであるArとの反応性が低いので、酸化のない清浄な金属粉末表面が得られ易いという利点がある。
【0016】
しかしながら、従来のガスアトマイズ法において微細金属粉末を得るためには、アトマイズガス圧力が低いと金属溶湯に与えるせん断力が弱いので、アトマイズガス圧力を数10kgf/cm2 〜数百kgf/cm2 以上というような極端に高い圧力を加える必要があった。このために、アトマイズガス圧力を高くするための圧縮機の能力は、強力なものが必要であった。
従って、微細金属粉末を得るためのガスアトマイズ法の製造に際しては、Arガス圧力の仕様に合わせた圧縮器と配管などの設備に要するコストと、高価なArガスを大量に消費するための運転コストとが高く、製造コストが高いという課題がある。
【0017】
また、Arガス圧力により微細金属粉末の平均粒径を制御する場合には、Arガス圧力の増加に伴い、金属溶湯流とArガスの衝突時に、ガスアトマイズ装置のアトマイズガス容器内に噴霧される金属溶湯のアトマイズ容器内への広がり、即ち、分散面積が広くなってしまう。このために、金属溶湯の噴出口である注湯ノズルやアトマイズ容器内の広い面積に分散した溶融金属が、飛散し易いものであった。このために、アトマイズ容器内部への金属の固着と不定形状粒子の増大とが発生して、微細金属粉末の収率が低下するために、コストが高くなるという課題がある。
【0018】
上記のように、低コストで微細金属粉末を製造できるガスアトマイズ法の実現が望まれているが、微細金属粉末を低コストで製造することが上記技術ではできないのが実情である。
【0019】
本発明は上記の点に鑑み、アトマイズガスの圧力を低くして低コストで微細金属粉末を製造できる、ガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法を提供することを目的としている。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは種々検討の結果、ガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法において、アトマイズガスを金属の融点以上に加熱することにより、アトマイズガス圧力とアトマイズガス流量を小さくして、微細な金属粉末を製造する方法を見出し、本発明を完成するに至った。
【0021】
上記課題を解決するために、本発明のガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法は、金属の融点以上に加熱したアトマイズガスを金属溶湯流に対して噴射して微細金属粉末を製造する方法であって、3kgf/cm2 〜10kgf/cm2 の範囲の一定圧力で0.6Nm3 /分〜1.5Nm3 /分の範囲で流量を制御して供給したアトマイズガスを加熱し、1kg/分〜2kg/分の金属溶湯流に対して衝突角が15°以上30°以下となるよう噴射して、平均粒径が30μm〜100μmに制御された微細金属粉末を製造することを特徴とする。
ここで、微細金属粉末は冷却手段により冷却されることが好ましい。
金属としては、Bi,Cd,Ga,In,Sn,Znの何れか1つの金属、または、これらの金属から選択された2種類以上の金属からなる合金であればよい。また、金属は、Inに、Ag,Bi,Cd,Cu,Ga,Hg,Sb,Sn,Znから選択された1つ以上の金属を添加したIn合金であってもよい。
【0022】
この構成によれば、金属の融点以上の温度に加熱したアトマイズガスを金属の溶湯に噴射することにより、加熱しない場合に比べて、アトマイズガスの圧力を低くした状態でも、実質的にアトマイズガスの流速を増大させることができ、アトマイズガスの流量を少なくして、平均粒径の小さい微細金属粉末を製造することができる。
また、アトマイズ容器の内部が冷却されているので、アトマイズ容器内に噴射された熱をもった溶融金属粒子の分散、球形化、凝固、回収を効率よく行うことができ、回収容器内における微細金属粉末の凝集を防止することができる。
これにより、低アトマイズガス圧力で、分散された溶融金属粒子を、回収容器内で凝集させずに微細金属粉末として収率よく回収することができる。従って、種々の工業材料の使用目的に適した微細金属粉末を低コストで製造できる。
【0023】
さらに、本発明は、金属溶湯を収容するルツボと、ルツボに接続したアトマイズ容器と、アトマイズ容器の内部に嵌入して設けられ、ルツボから金属溶湯を導入する注湯ノズルと、アトマイズガス配管を介して供給したアトマイズガスを噴射するアトマイズガス噴射手段と、を備えた微細金属粉末製造装置であって、アトマイズガス噴射手段として、注湯ノズルの周縁から注湯ノズルの先端部における金属溶湯出口に向かって注湯ノズルとのなす角度が15°以上30°以下となるようにアトマイズガス噴射口が設けられ、アトマイズガス配管にはルツボ内に収容する金属材料の融点以上にアトマイズガスを加熱する加熱手段が設けられ、注湯ノズル内を通過して金属溶湯出口から流下する溶湯金属に、加熱したアトマイズガスを噴射して微細粉末状の金属を製造することを特徴とする。上記微細金属粉末の製造装置には、好ましくは、アトマイズ容器の内部を冷却する冷却手段をさらに備える。さらに好ましくは、アトマイズ容器に微細金属粉末を回収する回収容器が接続されている。
【0026】
上記構成により、平均粒径の小さい微細金属粉末を、ガスアトマイズ法に使用する高価なアトマイズガスの圧力と流量を小さくして、収率よく製造することができる。従って、種々の工業材料の使用目的に適した微細金属粉末を低コストで製造することができ、ガスアトマイズによる微細金属粉末の優れた製造装置を提供することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図面により詳細に説明する。
図1は、ガスアトマイズ法を用いた微細金属粉末の製造方法に用いる微細金属粉末の製造装置の構成を示す断面図である。
図1において、微細金属粉末製造装置1は、金属溶湯2を収容するためのルツボ3と、ルツボ3の下方に設けられたアトマイズ容器4と、アトマイズ容器4の下方に設けられた回収容器5と、これらの構成物を保持する架台6と、から構成されている。
【0028】
微細金属粉末製造装置1は、ルツボ3内に収容した金属材料を金属溶湯2とするために、金属材料をその融点以上の温度まで加熱するための金属加熱手段を備えている。この金属加熱手段としては、ルツボ3の周囲を取り囲むルツボ加熱用ヒーター8から構成されている。
さらに、ルツボ3は、底面に貫通孔3aを備えており、この貫通孔3aには、注湯ノズル9が接続されている。この注湯ノズル9は、後述するアトマイズ容器4の流路部4b内(図2に示す)に隙間無く挿入されて、注湯ノズル9の先端部の金属溶湯出口9aがアトマイズ容器4の上端において、その下方に向かって開口して配設されている。
【0029】
なお、金属加熱手段として、図示を省略するが、融点の高い金属の場合には、ルツボ3とルツボ加熱用ヒーター8とを、高周波などの誘導加熱装置とその加熱用コイルと加熱用コイルへ金属材料を挿入し下方へ移動させる移動装置などによる他の加熱装置に置き換えてもよい。この場合には、加熱用コイルにより金属の下部を溶融して金属の溶湯とするので、この金属の下部がアトマイズ容器4の上端に保持されて、アトマイズ容器内部に配設されることになる。
【0030】
本発明の微細金属粉末製造装置1の第1の特徴は、アトマイズガス10を溶融する金属の融点以上に加熱する点にある。
図示するように、アトマイズガス10は、アトマイズ容器4のアトマイズガスの流路4dに接続する2本のアトマイズガス配管11により室温で供給される。アトマイズガス配管11に供給されるアトマイズガス10は、図示しない加圧装置である圧縮器などにより加圧されている。
そして、アトマイズガス10は、アトマイズガス配管11の周囲に配設したアトマイズガス加熱用ヒーター12などの加熱手段により溶融する金属の融点以上の温度に加熱され、加熱されたアトマイズガス13となる。加熱されたアトマイズガス13の温度は、金属材料の融点以上とするが、この温度は金属溶湯2の温度程度でよい。
ここで、アトマイズガス10は、分散媒体とも呼ばれ、不活性ガスである窒素ガスが使用できる。また、Arガス、ヘリウム(He)ガスなども使用できる。コスト的には、窒素ガスが最も安価で有利である。
【0031】
図2は、図1の微細金属粉末の製造装置1において、アトマイズガス噴射手段の噴射口部分の構成を示す拡大断面図である。
図示するように、アトマイズ容器4の上部には、注湯ノズル9が挿入される流路部4bが備えられている。注湯ノズル9はこの流路部4bを貫通してアトマイズ容器4の内部に嵌入され、注湯ノズル9の先端部の金属溶湯出口9aがアトマイズ容器4の下方に向かって開口している。
さらに、アトマイズ容器4は、注湯ノズル9の周縁にアトマイズガス噴射口4cを備え、アトマイズガス噴射口4cに連通してアトマイズガス配管11が配設されていて、この配管11に上記加熱手段としてのアトマイズガス加熱用ヒーター12が配設されている。上記アトマイズガス噴射口4cは、注湯ノズル9の周縁からその先端部の金属溶湯出口9aに向かって円形スリット状に成形され、注湯ノズル9内の孔部を通過して金属溶湯出口9aから流下する溶湯金属2に対して、金属の融点以上に加熱したアトマイズガス13が噴射される。
【0032】
アトマイズガス噴射口4cは、加熱されたアトマイズガス13が金属溶湯2へ衝突するまでの距離が短いほど、加熱されたアトマイズガス13の流速の損失が小さくなり、金属溶湯のせん断力が増すので、溶湯ノズル9の直近に配設する構造としている。
ここで、アトマイズガス噴射口4cと注湯ノズル9とのなす角度を、衝突角θとして、図2に示す。衝突角θを15°以上で30°以下とすることにより、金属溶湯に対して効果的に噴霧することができ、微細金属粉末を効率よく得ることができる。
【0033】
図3は、図2のアトマイズガス噴射口部分を下方から見た拡大平面図である。図示するように、注湯ノズル9の開口先端部の内側が金属溶湯出口9aであり、注湯ノズル9の外周部がアトマイズガス噴射口4cとなっている。
金属溶湯出口9aの直径,注湯ノズル9の直径,アトマイズガス噴射口4cの外周部の直径を、それぞれ、D1,D2,D3とすると、D1,D2,D3の寸法は、例えば、2mm,4mm,6mmとすることができる。
【0034】
次に、アトマイズ容器4の内部について説明する。
図1に示すように、アトマイズ容器4の上部側面は円筒形状で、その下部が円錐台形状のコーン部4aとなっている。そして、コーン部4aの最下部に設けられた開口部が、回収容器5と接続している。アトマイズ容器4と回収容器5は、金属溶湯の酸化を防止するために気密に構成されており、前もって窒素ガスが封入されることにより、所定の酸素濃度以下に維持される。ここで、アトマイズ容器4は、金属の融点以上に加熱されたアトマイズガス13が噴射されることで、微細粒化された溶融金属粒子14がアトマイズ容器4内を落下し、コーン部4aにおいて適宜に冷却されるために十分な高さを有している。なお、回収容器5はアトマイズ容器4の外部にこれと別体に配置されていてもよいが、アトマイズ容器4の内部にこれと一体に設けられていてもよい。
【0035】
図1に示すように、本発明の微細金属粉末製造装置1には、アトマイズ容器4のコーン部4aを冷却するための冷却手段7が配設されている。冷却手段7として、冷却水を循環させることによって冷却を行う水冷ジャッケットなどが使用できる。
【0036】
微細金属粉末の金属材料としては、Bi,Cd,Ga,In,Sn,Znなどが適用可能である。または、これらの金属から選択された2種類以上の金属からなる合金でもよい。
また、上記金属の、例えば、InやSnに、Ag,Bi,Cd,Cu,Ga,Hg,Sb,Sn,Znなどから選択された一つ以上の金属を添加したIn合金やSn合金などにも適用可能である。
【0037】
次に、図1乃至図3を参照して、本発明のガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法について説明する。
最初に、原料の金属材料がルツボ3内に投入され、ルツボ加熱用ヒーター8によりこの金属の融点以上に加熱されて金属溶湯2が形成される。
次に、ルツボ3内の金属溶湯2が、注湯ノズル9を介して下方に流下されると共に、アトマイズガス噴射口4cから金属材料の融点以上の温度に加熱されたアトマイズガス13が金属溶湯流に対して吹き付けられる。
図1では、加熱されたアトマイズガス13によって吹き付けられ噴霧されて微細粒化された溶融金属粒子14が、アトマイズ容器4内において、下方に向かって円錐状に広がる様子を模式的に示している。
【0038】
このようにして、微細粒化された溶融金属粒子流14は、アトマイズ容器4内で噴霧されて、十分な滞留時間で流動して空中に浮遊し、舞い上がりと降下を繰り返し徐々に落下していく。この十分な滞留時間で流動落下することで、アトマイズ容器4内で、溶融金属粒子流14が凝固する。さらに、この凝固した微細金属粉末の有している熱は、水冷ジャケット7で冷却されているコーン部4aに衝突し、回収容器5に落下するまでに冷却されることで、除去される。図1では、コーン部4aに衝突する微細金属粉末15を模式的に示している。これにより、微細金属粉末14,15の粒子同士が回収容器5内で凝集しないので、微細金属粉末16が回収容器5に効率よく回収される。
【0039】
本発明のガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法によれば、金属溶湯流の流速を1kg/分〜2kg/分とした場合に、アトマイズガス10を加熱する前のアトマイズガス10の圧力として3kgf/cm2 〜10kgf/cm2 で、かつ、流量として0.6Nm3 /分〜1.5Nm3 /分の条件で供給し、アトマイズガス10を金属材料の融点以上に加熱して噴射することにより、金属の種類によらず、平均粒径が30μmから100μmの微細金属粉末16を、効率よく製造することができる。
ここで、平均粒径は、d50粒径である。d50粒径とは、ふるい分けにより分級した各粒径区分の微細金属粉末重量を測定し、累積重量が50%になる粒径である。
アトマイズガス10の圧力は、従来のガスアトマイズ法の1/3〜1/2以下のアトマイズガス圧力で済むので、製造装置も低コストで実現できる。またアトマイズガス10の消費量も少なくなるので、低コストで微細金属粉末を製造することができる。
【0040】
次に、本発明に従い、金属溶湯の流速を1kg/分〜2kg/分として微細金属粉末を製造する際に、金属材料の融点以上の温度に加熱したアトマイズガス13を用いて、その時のアトマイズガス10の圧力を3kgf/cm2 〜10kgf/cm2 の範囲する理由について説明する。
最初に、アトマイズガスを加熱する理由を説明する。アトマイズガス加熱用ヒーター12を用いてアトマイズガス10を加熱することにより、加熱されたアトマイズガス13の体積は、加熱前後のアトマイズガス(10,13)の圧力は一定であるので、ボイル−シャルルの法則から、加熱される温度T2(絶対温度:K)と加熱する前の室温T1(K)の比、即ち、T2/T1で増大する。例えば、アトマイズガス10を室温25℃から500℃及び1000℃に加熱すると、加熱されたアトマイズガス13の体積の増加は、それぞれ、2.6倍、4.2倍となる。加熱によりアトマイズガス10の体積が増加すると、アトマイズガスの噴射口4cから噴射される加熱されたアトマイズガス13の流速が速くなる。従って、室温25℃で7kgf/cm2 のアトマイズガス10を500℃に加熱したときの流速は、室温のアトマイズガス10を加熱しないで18kgf/cm2 と増加させたときに得られる流速に相当する。これから、アトマイズガス10の圧力を低くした状態でも、アトマイズガス10の温度を上昇させることで、アトマイズガスの噴射口4cにおいて噴射される加熱されたアトマイズガス13の流速が増大する。
【0041】
また、加熱されたアトマイズガス13と衝突した金属溶湯流は、薄板→ひも状→分断→球形化という段階を経る。金属溶湯流が球形化される段階で、冷却が早すぎると、球形化に必要な凝固時間がとれずに不定形の粒子になってしまうが、加熱されたアトマイズガス13を用いることで、金属溶湯流の球形化に十分な時間をとることが可能になる。
従って、アトマイズガス10を金属の融解温度以上に加熱することで、加熱されたアトマイズガス13の流速が速くなり、金属の粒子径は小さくなる方向に進むので、金属の粉砕効率が向上し、かつ、球形化が十分に進み、微細金属粉末16を効率よく製造することができる。
【0042】
次に、アトマイズガス10の圧力の範囲を、3kgf/cm2 〜10kgf/cm2 として微細金属粉末を製造するようにしている。アトマイズガス10の圧力が10kgf/cm2 以上になると、圧縮アトマイズガスを製造する圧縮機、配管などの設備コストがかかってしまう。一方、アトマイズガス10の圧力が3kgf/cm2 以下では、金属の微粒子化のためのアトマイズガス10の流量を増大させる必要があり、コストが増大してしまうので、好ましくない。
なお、本発明に用いた微細金属粉末の製造装置1においては、加熱前のアトマイズガス10は、0.6Nm3 /分〜1.5Nm3 /分程度の流量としている。ここで、1Nm3 /分は、0℃、1atm(気圧)における1m3 /分の流量である。
本発明の微細金属粉末の製造装置においては、アトマイズガス10が低圧で済むので、アトマイズガス加熱用ヒーター12の設備費を加えても、従来のガスアトマイズ法で使用する高圧なアトマイズガス圧縮機の設備費よりも低コストである。
【0043】
次に、衝突角を、15°から30°の範囲として微細金属粉末を製造する理由を説明する。衝突角θが30°以上では、加熱されたアトマイズガス13が溶湯ノズル9から逆流する、所謂、吹き上げが発生して、金属溶湯2の噴霧ができない。一方、衝突角θが15°以下では、微細金属粉末16の平均粒径が大きくなり好ましくない。これは、衝突角θが15°以下では、加熱されたアトマイズガス13と金属溶湯流との衝突距離が長くなって、加熱されたアトマイズガス13の流速が遅くなり、金属溶湯流をひきちぎる力が弱くなり、金属溶湯2の噴霧化が効率よくできないためと推測される。
【0044】
次に、アトマイズ容器4のコーン部4aに設置する冷却手段について説明する。金属の溶湯流に、加熱されたアトマイズガス13を噴射し分散させ、凝固させた後で微細金属粉末16を回収容器5中に回収するが、回収段階の熱をもった微細金属粉末は、コーン部4aに水冷ジャケット7を設置して、コーン部4aのみを冷却することにより、これに付着する微細金属粉末が十分に冷却され、回収容器5の内部における微細金属粒子同士の凝集を効果的に防止することができる。さらに金属材料が低融点金属の場合においても、コーン部4aを大きくすることにより、さらに、放熱効果を高め、かつアトマイズ容器4内の滞留時間を適性化することで、凝固速度の遅い低融点金属でも十分に分散と凝固ができるので、低融点金属の微細金属粉末16が収率よく回収できることになる。これにより、回収時に、分散された溶融金属流14から、微細金属粉末16をアトマイズ容器4内や回収容器5内で凝集させることなく、回収容器5に効率よく回収することができる。
【0045】
以上、説明してきたガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法についての実施例を述べる。
(実施例1)
微細金属粉末製造装置1を用い、亜鉛(Zn)の微細金属粉末を製造した。金属溶湯出口9aの直径を2mmφ、アトマイズガス噴射口4cの断面積を35mm2 とした。亜鉛の溶湯温度は500℃とした。また、アトマイズガス10として窒素ガスを用い、そして窒素ガスを亜鉛溶湯温度と同じ500℃に加温した。
亜鉛の溶湯流量の流速を1.2kg/分、加熱前の窒素ガス圧力を3kgf/cm2 として、窒素ガス流量を0.6,0.8,1.4Nm3 /分の範囲で変化させ微細亜鉛粉末を作製した。このようにして得られた亜鉛の微細金属粉末を、乾式レーザー粒度分布測定装置(HELOS)で粒径を測定してd50粒径を求めた。
【0046】
図4は、窒素ガス流量を変化させたときの微細亜鉛粉末のd50粒径を示す表である。窒素ガス流量が0.6,0.8,1.4Nm3 /分のときのd50粒径は、それぞれ、96μm,67μm,59μmであった。d50粒径は、窒素ガス流量の増加に対して反比例して減少する。これにより、加熱前の窒素ガス圧力を、例えば、3kgf/cm2 と一定にして窒素ガス流量を変化させることで、微細亜鉛粉末の平均粒径であるd50粒径を制御できることが分かる。
【0047】
図5は、本発明のガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法を用いて製作した微細亜鉛粉末の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。電子の加速電圧は30kVで、倍率は150倍である。このSEM写真から、球状の微細亜鉛粉末が得られていることが分かる。
これにより、亜鉛の溶湯と同じ温度に加熱した窒素ガスを加熱されたアトマイズガス13として用いたので、加熱前の窒素ガス圧力が3kgf/cm2 という低圧力において、d50粒径が、約60μmから100μmの微細亜鉛粉末を製造することができた。
【0048】
(実施例2)
微細金属粉末製造装置1を用い、インジウム(In)の微細金属粉末を製造した。金属溶湯出口9aの直径を1.5mmφ、アトマイズガス噴射口4cの断面積を35mm2 とした。インジウムの溶湯温度は200℃とした。また、アトマイズガス10として窒素ガスを用い、そして窒素ガスをインジウム溶湯温度と同じ200℃に加温した。インジウムの溶湯流量の流速を1.1kg/分として、窒素ガス圧力を3kgf/cm2 または5kgf/cm2 として、窒素ガス流量を0.6〜1.2Nm3 /分の範囲で変化させ微細インジウム粉末を作製した。このようにして得られた微細インジウム粉末を、実施例1で述べた方法と同様にしてd50粒径を測定した。
【0049】
図6は、窒素ガス流量を変化させたときの微細インジウム粉末のd50粒径を示す表である。加熱前の窒素ガス圧力が3kgf/cm2 で、窒素ガス流量が0.6,1.0.0,1.2Nm3 /分のときの微細インジウム粉末のd50粒径は、それぞれ、90μm,54μm,31μmであった。
この場合も上記亜鉛の実施例と同様に、微細インジウム粉末のd50粒径は、窒素ガス流量の増加に対して反比例して減少することがわかる。これにより、加熱前の窒素ガス圧力を、例えば、3kgf/cm2 と一定にして、窒素ガス流量を変化させることで、微細インジウム粉末の平均粒径であるd50粒径を制御できることが分かる。
【0050】
加熱前の窒素ガス圧力が5kgf/cm2 で、窒素ガス流量が0.6Nm3 /分のときの微細インジウム粉末のd50粒径は、33μmであった。このd50粒径は、加熱前の窒素ガス圧力が3kgf/cm2 で、窒素ガス流量が1.2Nm3 /分のときのd50粒径とほぼ同じである。
従って、同じd50粒径であれば、加熱前の窒素ガス圧力を高めれば、窒素ガス流量を減らすことができ、窒素ガスの消費量を減らすことができる。このようにすれば、製造コストをさらに削減することができる。これにより、インジウムの溶湯と同じ温度に加熱した窒素ガスを、加熱されたアトマイズガス13として用いたので、加熱前の窒素ガス圧力が3kgf/cm2 または5kgf/cm2 という低圧力において、d50粒径が約60μmから100μmの微細インジウム粉末を製造することができた。
【0051】
(実施例3)
微細金属粉末製造装置1を用い、ビスマス(Bi)の微細金属粉末を製造した。金属溶湯出口9aの直径を1.5mmφ、アトマイズガス噴射口4cの断面積を35mm2 とした。ビスマスの溶湯温度は300℃とした。また、アトマイズガス10として窒素ガスを用い、そして窒素ガスをビスマス溶湯温度と同じ300℃に加温した。ビスマスの溶湯流量速を1kg/分として、加熱前の窒素ガス圧力を3kgf/cm2 として、窒素ガス流量を0.6,1.4Nm3 /分の範囲で変化させ、微細ビスマス粉末を作製した。このようにして得られた微細ビスマス粉末を、実施例1で述べた方法と同様にしてd50粒径を測定した。
【0052】
図7は、窒素ガス流量を変化させたときの微細ビスマス粉末のd50粒径を示す表である。加熱前の窒素ガス流量が0.6,1.4Nm3 /分のときの微細ビスマス粉末のd50粒径は、それぞれ、65μm,30μmであった。
この場合も上記亜鉛とインジウムの実施例と同様に、微細ビスマス粉末のd50粒径は、窒素ガス流量の増加に対して反比例し、窒素ガス圧力を、例えば、3kgf/cm2 と一定にして、窒素ガス流量を変化させることで、微細ビスマス粉末の平均粒径であるd50粒径を制御できることが分かる。これにより、ビスマスの溶湯と同じ温度に加熱した窒素ガスを、加熱されたアトマイズガス13として用いたので、加熱前の窒素ガス圧力が3kgf/cm2 という低圧力において、d50粒径が約30μmから65μmの微細ビスマス粉末を製造することができた。
【0053】
(実施例4)
微細金属粉末製造装置1を用い、スズ(Sn)の微細金属粉末を製造した。金属溶湯出口9aの直径を1.5mmφ、アトマイズガス噴射口4cの断面積を35mm2 とした。スズの溶湯温度は300℃とした。また、アトマイズガス10として窒素ガスを用い、そして窒素ガスをスズ溶湯温度と同じ300℃に加温した。スズの溶湯流量速を1kg/分、加熱前の窒素ガス圧力を3kgf/cm2 、窒素ガス流量を1Nm3 /分として、微細スズ粉末を作製した。このようにして得られた微細スズ粉末を、実施例1で述べた方法と同様にしてd50粒径を測定した。
【0054】
図8は、微細スズ粉末のd50粒径を示す表である。窒素ガス流量が1Nm3 /分のときの微細スズ粉末のd50粒径は、44μmであった。
これにより、スズの溶湯と同じ温度に加熱した窒素ガスを加熱されたアトマイズガス13として用いたので、加熱前の窒素ガス圧力が3kgf/cm2 という低圧力においてd50粒径が44μmの微細スズ粉末を製造することができた。
【0055】
本発明は、上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、上記実施の形態で、金属溶湯流量、アトマイズガスの圧力と流量と加熱温度などの例を示したが、これらのパラメータはアトマイズガス噴射口の断面積などに依存して変化するので、最適な値に適宜変更できることはいうまでもない。また、金属材料も上記実施例に限らず、他の金属や金属間合金にも適用できる。
【0056】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、ガスアトマイズ法において、低圧力、低流量のアトマイズガスを加熱して金属融点以上の温度にしたアトマイズガスを金属溶湯に噴射することで、微細金属粉末を収率よく製造することができる。この際、アトマイズガスの消費量が少ないので、微細金属粉末を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法に好適な微細金属粉末の製造装置の構成を示す断面図である。
【図2】図1の微細金属粉末の製造装置においてアトマイズガス噴射口部分の構成を示す拡大断面図である。
【図3】図2のアトマイズガス噴射口部分の下方から見た拡大平面図である。
【図4】窒素ガス流量を変化させたときの微細亜鉛粉末のd50粒径を示す表である。
【図5】本発明のガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法を用いて製作した微細亜鉛粉末の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。
【図6】窒素ガス流量を変化させたときの微細インジウム粉末のd50粒径を示す表である。
【図7】窒素ガス流量を変化させたときの微細ビスマス粉末のd50粒径を示す表である。
【図8】微細スズ粉末のd50粒径を示す表である。
【符号の説明】
1 微細金属粉末製造装置
2 金属溶湯
3 ルツボ
3a 貫通孔
4 アトマイズ容器
4a コーン部
4b 流路部
4c アトマイズガス噴射口
4d アトマイズガス流路
5 回収容器
6 架台
7 冷却手段
8 ルツボ加熱用ヒーター
9 注湯ノズル
9a 金属溶湯出口
10 アトマイズガス
11 アトマイズガス配管
12 アトマイズガス加熱用ヒーター
13 加熱されたアトマイズガス
14 溶融金属粒子流
15 コーン部に衝突する微細金属粉末
16 微細金属粉末[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for producing a fine metal powder by a gas atomizing method.InRelated.
[0002]
[Prior art]
Metal powders are widely used for battery electrode materials, hydrogen storage alloys, metal powders for conductive pastes, metal powder fillers, metal powders for compression molding and injection molding, and the like.
In recent years, the characteristics of metal powders used in these applications have been required to improve filling properties, moldability, and reactivity in order to improve performance in various application fields. When the demand for higher performance of these metal powders is seen from the viewpoint of powder characteristics, the powder is made finer or spherical, and the cost reduction is required.
As typical methods for producing metal powders, a stirring method in a polar solvent, a mechanical pulverization method, a reduction method, an electrolysis method, a thermal decomposition method, a gas phase condensation method, an atomization method, and the like are known.
[0003]
The conventional stirring method in a polar solvent is a method of atomizing In or an In alloy by stirring a low melting point metal in a polar solvent under a condition higher than the melting point (see Patent Document 1). The stirring method in a polar solvent has lower productivity per unit time than the atomizing method, and a metal having a melting point of 250 ° C. or higher does not have a suitable polar solvent.
[0004]
The conventional mechanical pulverization method is a method in which a block of a metal material is mechanically pulverized into a powder using a pulverizer such as a jaw crusher, a block mill, or an attritor. In this method, since the particle shape of the metal powder becomes indefinite and the low melting point metal aggregates due to heat generated in the pulverization process, a fine metal powder cannot be obtained.
[0005]
Among these methods, the atomizing method is capable of producing metal powder having an average particle diameter of several μm to several hundred μm, and also in terms of production cost, the stirring method in the above-mentioned conventional method in a polar solvent, It is widely used industrially because it is more advantageous than mechanical pulverization, reduction, electrolysis, thermal decomposition, gas phase condensation, and the like. Typical atomization methods include a disk atomization method, a water atomization method, and a gas atomization method.
[0006]
In the conventional disk atomization method, a molten body of a molten metal such as a disk, a cylinder, or a wheel is poured directly onto a disk, that is, a method in which the poured molten metal is pulverized on the disk and powdered. is there. The rotational speed of the disk is usually 400 revolutions / minute to 20,000 revolutions / minute. In order to obtain a fine metal powder, tens of thousands of revolutions / minute are required as the number of revolutions of the disk. Therefore, there are limitations on the material of the disk rotation shaft, and it is difficult to obtain a fine metal powder. .
[0007]
Moreover, the conventional water atomization method is a method of obtaining metal powder by spraying water on a molten metal stream (see Patent Document 2). The water atomization method involves the use of water as a cooling medium in the production of metal powder, which involves oxidation due to the reaction between metal and water, and because of the large cooling capacity of water, only powder with an irregularly shaped irregular shape can be obtained. I can't. In addition, in the water atomization method, in order to recover the metal powder in water, there is a problem that the surface of the metal powder is oxidized, and a drying process of water attached to the surface of the metal powder is required, which increases costs. It was unsuitable for the manufacturing method of the fine metal powder by a gas atomizing method.
[0008]
In contrast to the above method, the gas atomization method is a method in which a metal powder is directly generated by spraying, dispersing, and solidifying a molten metal by injecting an inert gas at a high speed into the molten metal stream. It is. The metal powder produced using the gas atomization method has an excellent feature that the shape thereof is spherical and the surface thereof has few metal oxide layers. For this reason, the gas atomizing method is advantageous because a fine metal powder with high quality can be obtained as compared with the above-described disk atomizing method and water atomizing method.
[0009]
Next, the manufacturing method of the conventional gas atomizing method is demonstrated.
In an example of a conventional method for producing metal powder by gas atomization, room temperature Ar (argon) gas is used as the atomization gas, and 400 kgf / cm.2(40 MPa / cm2), The average particle size is about 10 μm, and 20 kgf / cm2~ 55kgf / cm2Ni-based superalloy powder having an average particle size of about 44 μm to 74 μm is obtained at an Ar gas pressure (see Patent Document 3).
[0010]
As another example, Ar gas at room temperature is used as atomizing gas, and Ar gas pressure is 15 kgf / cm.2Under the above high Ar gas pressure conditions, a hydrogen storage alloy powder having an average particle size of about 27 to 185 μm is obtained (see Patent Document 4).
[0011]
As another example, similarly, room temperature Ar gas is used as the atomizing gas, and 20 kgf /
[0012]
Various empirical formulas have been reported for the average particle diameter of the metal powder obtained by the gas atomization method. For example, according to Lubanska, it is represented by the following formula (1) (see Non-Patent Document 1).
d = K · D · [(1 + Qm / Qg) · νm / (νg · We)]0.5 (1)
Here, d is the average particle diameter of the metal powder, K is a constant term, D is the diameter of the molten metal, Qm is the mass flow rate of the molten metal, Qg is the mass flow rate of the atomized gas, νm is the kinematic viscosity coefficient of the molten metal, νg Is the kinematic viscosity coefficient of atomized gas.
In the above equation, We is the Weber number and is represented by the following equation (2).
We = ρm · Vg2・ D / γm (2)
Here, ρm is the density of the molten metal, Vg is the linear velocity of the atomized gas, and γm is the surface tension of the molten metal.
[0013]
From the above formulas (1) and (2), the main factors that determine the average particle size of the metal powder obtained by the gas atomization method are the diameter D of the molten metal that determines the flow rate of the molten metal and the collision energy of the atomized gas. I understand. If the diameter D of the molten metal is reduced, fine metal powder can be easily obtained, but the production amount of fine metal powder per unit time decreases.
Therefore, the refinement of the metal powder is to increase the diameter D of the molten metal to some extent so as to prevent the production amount of the fine metal powder per unit time from decreasing, and to secure the molten metal flow. In order to increase the pressure, the atomizing gas pressure is increased to increase the flow velocity of the atomizing gas.
In the above-described conventional method for producing metal powder by the gas atomizing method, a method of increasing the atomizing gas pressure is adopted exclusively, and 10 kgf / cm.2~ Several tens kgf / cm2The above pressure was necessary.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-6-346118 (
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-323411 (
[Patent Document 3]
JP 61-266506 A (
[Patent Document 4]
JP-A-6-192712 (Page 5)
[Patent Document 5]
JP-A-10-204507 (pages 6-8, Table 7)
[Non-Patent Document 1]
M. Randall, translated by Hideshi Miura and Kenichi Takagi, “Science of Powder Metallurgy”, Uchida Otsukaku, June 25, 1996, p. 108
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
Compared with conventional methods other than the gas atomization method, the conventional gas atomization method is more easily obtained, and the reactivity between the molten metal and the atomized gas Ar is low, so that it is clean without oxidation. There is an advantage that a metal powder surface is easily obtained.
[0016]
However, in order to obtain fine metal powder in the conventional gas atomization method, if the atomizing gas pressure is low, the shearing force applied to the molten metal is weak, so the atomizing gas pressure is set to several tens kgf / cm.2~ Several hundred kgf / cm2It was necessary to apply an extremely high pressure as described above. For this reason, the ability of the compressor to increase the atomizing gas pressure needs to be strong.
Therefore, in the production of the gas atomization method for obtaining fine metal powder, the cost required for equipment such as a compressor and piping that match the specifications of Ar gas pressure, and the operating cost for consuming a large amount of expensive Ar gas There is a problem that the manufacturing cost is high.
[0017]
In addition, when the average particle size of the fine metal powder is controlled by the Ar gas pressure, the metal sprayed into the atomizing gas container of the gas atomizing device at the time of collision between the molten metal flow and the Ar gas as the Ar gas pressure increases. The spread of the molten metal into the atomizing container, that is, the dispersion area becomes wide. For this reason, the molten metal disperse | distributed to the wide area in the pouring nozzle which is a jet nozzle of a molten metal, or an atomization container was easy to fly. For this reason, the fixation of the metal to the inside of the atomization container and the increase of the irregularly shaped particles are generated, and the yield of the fine metal powder is lowered, so that there is a problem that the cost is increased.
[0018]
As described above, realization of a gas atomizing method capable of producing a fine metal powder at a low cost is desired. However, in reality, it is impossible to produce a fine metal powder at a low cost.
[0019]
In view of the above points, the present invention can produce a fine metal powder at a low cost by reducing the pressure of the atomizing gas, and a method for producing a fine metal powder by a gas atomization methodTheIt is intended to provide.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various studies, the inventors of the present invention have made it possible to reduce the atomizing gas pressure and the atomizing gas flow rate by heating the atomizing gas to a temperature higher than the melting point of the metal in the gas atomizing method. As a result, the present inventors have completed the present invention.
[0021]
In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing a fine metal powder by the gas atomization method of the present invention is a method for producing a fine metal powder by injecting an atomized gas heated to a melting point or higher of a metal to a molten metal flow. 3kgf / cm2 -10kgf / cm2 At a constant pressure in the range of0.6 Nm3 /Min~1.5Nm3 / MinControl the flow rate in the range ofThe supplied atomizing gas is heated and injected so that the collision angle is 15 ° or more and 30 ° or less with respect to the molten metal flow of 1 kg / min to 2 kg / min.The average particle size was controlled to 30 μm to 100 μmIt is characterized by producing fine metal powder.
Here, the fine metal powder is preferably cooled by a cooling means.
MoneyAs the genus, any one metal of Bi, Cd, Ga, In, Sn, and Zn, or an alloy made of two or more kinds of metals selected from these metals may be used. The metal may be an In alloy obtained by adding one or more metals selected from Ag, Bi, Cd, Cu, Ga, Hg, Sb, Sn, and Zn to In.
[0022]
According to this configuration, by atomizing the atomized gas heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the metal to the molten metal, the atomized gas is substantially reduced even in a state where the pressure of the atomized gas is lower than when not heated. The flow rate can be increased, and the atomized gas flow rate can be reduced to produce fine metal powder with a small average particle size.
In addition, since the inside of the atomizing container is cooled, it is possible to efficiently disperse, spheroidize, solidify, and collect the molten metal particles with heat injected into the atomizing container. Aggregation of the powder can be prevented.
As a result, the dispersed molten metal particles can be recovered with high yield as a fine metal powder without agglomerating in the recovery container at a low atomizing gas pressure. Accordingly, it is possible to produce fine metal powder suitable for the purpose of using various industrial materials at a low cost.
[0023]
Furthermore, the present inventionIsA crucible containing molten metal, an atomizing container connected to the crucible,It is installed inside the atomized container,A pouring nozzle to introduce molten metal from the crucibleAn atomizing gas injection means for injecting atomized gas supplied via an atomizing gas pipe, and the atomizing gas injection means as the atomizing gas injection means from the periphery of the pouring nozzle to the tip of the pouring nozzle An atomizing gas injection port is provided so that the angle formed with the pouring nozzle toward the molten metal outlet at 15 ° to 30 ° is less than the melting point of the metal material accommodated in the crucible. A heating means for heating the gas is provided, and a fine atomized metal is produced by injecting a heated atomizing gas onto the molten metal that passes through the pouring nozzle and flows down from the molten metal outlet.It is characterized by that.Preferably, the apparatus for producing fine metal powder further includes a cooling means for cooling the inside of the atomizing container. More preferably, a collection container for collecting the fine metal powder is connected to the atomization container.
[0026]
With the above configuration, a fine metal powder having a small average particle size can be produced with high yield by reducing the pressure and flow rate of an expensive atomizing gas used in the gas atomizing method. Therefore, fine metal powder suitable for the purpose of using various industrial materials can be produced at low cost, and an excellent production apparatus for fine metal powder by gas atomization can be provided.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fine metal powder production apparatus used in a fine metal powder production method using a gas atomization method.
In FIG. 1, the fine metal
[0028]
The fine metal
Furthermore, the
[0029]
In addition, although illustration is abbreviate | omitted as a metal heating means, in the case of a metal with high melting | fusing point, the
[0030]
The first feature of the fine metal
As illustrated, the atomizing
The atomizing
Here, the atomizing
[0031]
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the injection port portion of the atomizing gas injection means in the fine metal
As shown in the drawing, a
Further, the
[0032]
Since the atomized
Here, an angle formed by the atomizing
[0033]
FIG. 3 is an enlarged plan view of the atomized gas injection port portion of FIG. 2 viewed from below. As shown in the drawing, the inside of the opening tip of the pouring
If the diameter of the
[0034]
Next, the inside of the
As shown in FIG. 1, the upper side surface of the
[0035]
As shown in FIG. 1, the fine metal
[0036]
Bi, Cd, Ga, In, Sn, Zn, etc. are applicable as the metal material of the fine metal powder. Or the alloy which consists of two or more types of metals selected from these metals may be sufficient.
Further, for example, an In alloy or Sn alloy in which one or more metals selected from Ag, Bi, Cd, Cu, Ga, Hg, Sb, Sn, Zn, etc. are added to In or Sn. Is also applicable.
[0037]
Next, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 3, the manufacturing method of the fine metal powder by the gas atomizing method of this invention is demonstrated.
First, a raw metal material is put into the
Next, the
FIG. 1 schematically shows a state in which the
[0038]
In this way, the atomized molten
[0039]
According to the method for producing fine metal powder by the gas atomizing method of the present invention, when the flow rate of the molten metal flow is 1 kg / min to 2 kg / min, the pressure of the atomizing
Here, the average particle diameter is d50 particle diameter. The d50 particle size is a particle size at which the cumulative weight is 50% by measuring the weight of fine metal powder in each particle size classification classified by sieving.
The pressure of the atomizing
[0040]
Next, according to the present invention, when the fine metal powder is produced at a flow rate of the molten metal of 1 kg / min to 2 kg / min, the atomizing
First, the reason for heating the atomized gas will be described. By heating the
[0041]
Moreover, the molten metal flow colliding with the
Therefore, by heating the
[0042]
Next, the pressure range of the atomizing
In addition, in the
In the apparatus for producing fine metal powder according to the present invention, since the atomizing
[0043]
Next, the reason why the fine metal powder is manufactured with the collision angle in the range of 15 ° to 30 ° will be described. When the collision angle θ is 30 ° or more, the
[0044]
Next, the cooling means installed in the
[0045]
Examples of the method for producing fine metal powder by the gas atomizing method described above will be described.
Example 1
Using the fine metal
The flow rate of the molten zinc flow rate is 1.2 kg / min, the nitrogen gas pressure before heating is 3 kgf / cm2Assuming that the flow rate of nitrogen gas is 0.6, 0.8, 1.4 NmThreeThe fine zinc powder was prepared by changing the temperature within a range of / min. The fine metal powder of zinc thus obtained was measured for particle size with a dry laser particle size distribution analyzer (HELOS) to determine the d50 particle size.
[0046]
FIG. 4 is a table showing the d50 particle size of the fine zinc powder when the nitrogen gas flow rate is changed. Nitrogen gas flow is 0.6, 0.8, 1.4 NmThreeThe d50 particle size at / min was 96 μm, 67 μm, and 59 μm, respectively. The d50 particle size decreases inversely with increasing nitrogen gas flow rate. Thereby, the nitrogen gas pressure before heating is, for example, 3 kgf / cm.2It can be seen that the d50 particle size, which is the average particle size of the fine zinc powder, can be controlled by changing the flow rate of the nitrogen gas at a constant value.
[0047]
FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of fine zinc powder produced using the method for producing fine metal powder by the gas atomization method of the present invention. The electron acceleration voltage is 30 kV and the magnification is 150 times. From this SEM photograph, it can be seen that spherical fine zinc powder is obtained.
Thereby, since the nitrogen gas heated to the same temperature as the zinc melt was used as the
[0048]
(Example 2)
Using the fine metal
[0049]
FIG. 6 is a table showing the d50 particle size of the fine indium powder when the nitrogen gas flow rate is changed. Nitrogen gas pressure before heating is 3 kgf / cm2And the nitrogen gas flow rate is 0.6, 1.0.0, 1.2 NmThreeThe d50 particle size of the fine indium powder at / min was 90 μm, 54 μm, and 31 μm, respectively.
In this case as well, it can be seen that the d50 particle size of the fine indium powder decreases in inverse proportion to the increase in the nitrogen gas flow rate, as in the above zinc example. Thereby, the nitrogen gas pressure before heating is, for example, 3 kgf / cm.2It can be seen that the d50 particle size, which is the average particle size of the fine indium powder, can be controlled by changing the nitrogen gas flow rate at a constant value.
[0050]
Nitrogen gas pressure before heating is 5 kgf / cm2And the nitrogen gas flow rate is 0.6 NmThreeThe d50 particle size of the fine indium powder at / min was 33 μm. The d50 particle size is such that the nitrogen gas pressure before heating is 3 kgf / cm.2And the nitrogen gas flow rate is 1.2 NmThreeIt is almost the same as the d50 particle size at / min.
Therefore, if the d50 particle size is the same, increasing the nitrogen gas pressure before heating can reduce the nitrogen gas flow rate and reduce the consumption of nitrogen gas. In this way, the manufacturing cost can be further reduced. Thereby, since the nitrogen gas heated to the same temperature as the molten indium was used as the
[0051]
(Example 3)
Using the fine metal
[0052]
FIG. 7 is a table showing the d50 particle size of the fine bismuth powder when the nitrogen gas flow rate is changed. Nitrogen gas flow before heating is 0.6, 1.4 NmThreeThe d50 particle size of the fine bismuth powder at / min was 65 μm and 30 μm, respectively.
Also in this case, as in the examples of zinc and indium, the d50 particle size of the fine bismuth powder is inversely proportional to the increase in the nitrogen gas flow rate, and the nitrogen gas pressure is set to 3 kgf / cm, for example.2It can be seen that the d50 particle size, which is the average particle size of the fine bismuth powder, can be controlled by changing the nitrogen gas flow rate while keeping the flow rate constant. Thereby, since the nitrogen gas heated to the same temperature as the molten bismuth was used as the
[0053]
(Example 4)
Using the fine metal
[0054]
FIG. 8 is a table showing the d50 particle size of the fine tin powder. Nitrogen gas flow rate is 1 NmThreeThe d50 particle size of the fine tin powder at / min was 44 μm.
Thereby, since the nitrogen gas heated to the same temperature as the molten tin was used as the
[0055]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention. . For example, in the above embodiment, examples of the molten metal flow rate, the pressure and flow rate of the atomized gas, the heating temperature, etc. have been shown, but these parameters change depending on the cross-sectional area of the atomized gas injection port, etc. Needless to say, the value can be appropriately changed. Further, the metal material is not limited to the above embodiment, but can be applied to other metals and intermetallic alloys.
[0056]
【The invention's effect】
As understood from the above description, according to the present invention, in the gas atomization method, by atomizing the atomized gas heated to a temperature equal to or higher than the metal melting point by heating the atomized gas at a low pressure and a low flow rate, Fine metal powder can be produced with good yield. At this time, since the consumption amount of the atomizing gas is small, the fine metal powder can be produced at a low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fine metal powder production apparatus suitable for a fine metal powder production method by a gas atomization method of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of an atomizing gas injection port portion in the fine metal powder manufacturing apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is an enlarged plan view of the atomized gas injection port portion of FIG. 2 as viewed from below.
FIG. 4 is a table showing the d50 particle size of fine zinc powder when the nitrogen gas flow rate is changed.
FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of fine zinc powder produced using the method for producing fine metal powder by the gas atomization method of the present invention.
FIG. 6 is a table showing the d50 particle size of fine indium powder when the nitrogen gas flow rate is changed.
FIG. 7 is a table showing the d50 particle size of fine bismuth powder when the nitrogen gas flow rate is changed.
FIG. 8 is a table showing the d50 particle size of fine tin powder.
[Explanation of symbols]
1 Fine metal powder production equipment
2 Molten metal
3 crucible
3a Through hole
4 Atomized containers
4a Cone part
4b Channel part
4c Atomizing gas injection port
4d atomizing gas flow path
5 collection containers
6 frame
7 Cooling means
8 Heater for crucible heating
9 Pouring nozzle
9a Metal melt outlet
10 Atomized gas
11 Atomized gas piping
12 Heater for atomizing gas heating
13 Heated atomized gas
14 Molten metal particle flow
15 Fine metal powder colliding with cone
16 Fine metal powder
Claims (4)
3kgf/cm2 〜10kgf/cm2 の範囲の一定圧力で0.6Nm3 /分〜1.5Nm3 /分の範囲で流量を制御して供給したアトマイズガスを加熱し、1kg/分〜2kg/分の上記金属溶湯流に対して衝突角が15°以上30°以下となるよう噴射して、平均粒径が30μm〜100μmに制御された微細金属粉末を製造することを特徴とする、ガスアトマイズ法による微細金属粉末の製造方法。 A method for producing a fine metal powder by injecting an atomized gas heated above the melting point of a metal against a molten metal flow,
3kgf / cm2 -10kgf / cm2 At a constant pressure in the range of0.6 Nm3 /Min~1.5Nm3 / MinControl the flow rate in the range ofThe supplied atomizing gas is heated and injected so that the collision angle is 15 ° or more and 30 ° or less with respect to the molten metal flow of 1 kg / min to 2 kg / min.The average particle size was controlled to 30 μm to 100 μmA method for producing a fine metal powder by a gas atomizing method, comprising producing a fine metal powder.
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