JP6987884B2

JP6987884B2 - チタン粉末およびその製造方法

Info

Publication number: JP6987884B2
Application number: JP2019561082A
Authority: JP
Inventors: 竹中茂久; 平嶋謙治
Original assignee: Toho Technical Service Co Ltd
Current assignee: Toho Technical Service Co Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2038-12-17
Also published as: JPWO2019124325A1; WO2019124325A1

Description

本発明は、水素化脱水素法により得られるチタン粉末およびその製造方法に関する。

粉末冶金用チタン粉末は、原料であるスポンジチタン、チタンスクラップやチタンの切粉を水素化して脆化させた後に粉砕しその後に脱水素する、いわゆる水素化脱水素法により製造される。

従来、水素化脱水素法により製造したチタン粉末中に水素が数百ｐｐｍ程度含有されていても特に問題はないと考えられていた。このため、水素化脱水素法によるチタン粉末中の水素濃度に対する低減要求はこれまで殆どなかった。実際、市販製品での水素濃度の最低値は２００ｐｐｍ程度である。ここで、水素濃度は質量分率を意味し、１ｐｐｍは１ｍｇ／ｋｇとする。

従来の先行文献における脱水素工程の条件について、例えば、特許文献１では、水素化チタン粉末を容器に充填して、真空加熱型の脱水素炉に装入し、例えば１０^-3Ｔｏｒｒ（１．３２×１０^-1Ｐａ）以下の真空中で、５００℃以上９００℃以下程度の温度に加熱して脱水素することが開示されている。なお、先行文献１の明細書中に記載の圧力（＝真空度）の意味は、加熱停止時の圧力を意味する。

また、特許文献２では、脱水素工程は、水素化チタン系粉末を容器に充填して真空加熱型の脱水素炉にセットし、必要な減圧下（例えば１０^-2Ｔｏｒｒ）に真空引きしながら加熱する操作で行われるが、この際の加熱温度は５００℃以上５８０℃以下の範囲に設定する必要があることが開示されている。また実施例では、系内圧力が１０^-2Ｔｏｒｒになった時点で加熱を停止したとの記載がある。

特開平１０−１９５５０４号公報特開平７−２７８６０１号公報

近年、水素化脱水素法によるチタン粉末を用いた焼結体の密度向上の要求により、水素化脱水素法により製造したチタン粉末中の水素濃度低減要求が高まってきている。水素化脱水素法によるチタン粉の水素濃度の低減策についての技術思想を開示した先行文献はない。

本発明者らが実験を行ったところ、特許文献１及び特許文献２の製造条件で作製されたチタン粉の水素濃度は十分に低減されておらず改善の余地がある。さらに言えば、特許文献１及び特許文献２の製造条件は、いずれも脱水素時間が長くなることによる生産性の低下と粉末相互の焼結の進行による塊状化による解砕困難を回避することを目的として設定された条件であり、チタン粉中の水素濃度に着目していないし、ましてや水素濃度を低減させることの課題も全く認識されていない。

本発明は上記の問題を解決することを目的とするものであり、すなわち、水素濃度が低減されたチタン粉およびその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明では、脱水素工程の終了時の真空度に着目し、その真空度を５×１０^-2Ｐａ以下とすることで、水素化脱水素法によるチタン粉の水素濃度を低減できることを見出し、本発明を完成させた。

本開示の一実施形態は、水素化脱水素法により得られるチタン粉末であって、チタン粉末に含有される水素濃度が１５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。水素化脱水素法により得られるチタン粉末に含有される水素濃度は５０ｐｐｍ以下であってもよい。

本開示の一実施形態は、水素化脱水素法によるチタン粉末の製造方法であって、脱水素工程の終了時の真空度を５×１０^-2Ｐａ以下とすることを特徴とする。脱水素工程の終了時の真空度は５×１０^-3Ｐａ以下であってもよい。脱水素工程での加熱温度が４５０℃以上９００℃以下、加熱保持時間が５時間以上３０時間以下であってもよい。脱水素工程での加熱温度は５９０℃以上であってもよい。

水素化脱水素法によるチタン粉の製造方法において、脱水素工程の終了時の真空度に着目し、その真空度を従来よりも低くすることで、チタン粉の水素濃度を低減できることができる。

＜水素化脱水素法の説明＞
水素化脱水素法とは水素化、粉砕、脱水素、解砕の工程によりチタン粉を製造する方法である。この際、水素化の工程で真空置換可能な水素化炉に装入し、１００℃以上１０００℃以下の高温下で、水素ガス雰囲気中で水素脆化させて水素化処理としてもよい。これにより、水素化チタンの塊状体を得ることができる。

粉砕の工程では、機械粉砕したのち、分級および／または篩別して微粉を除去し、平均粒径が１００μｍ以下、粒径５μｍ以下の粉末割合を１０重量％以下となるよう粒度調整するのが好ましい。機械的粉砕には、ボールミル、振動ミルなどの粉砕装置が使用でき、粒度調整には円形振動篩、気流分級機などの篩別分級装置を用いてもよい。なお、本発明において平均粒径は、レーザー回折・散乱法により求められる粒度分布測定において、体積基準の累積分布が５０％となる粒径を指す。すなわち、ＪＩＳＺ８８２５：２０１３に基づき測定する。

脱水素の工程は、上記粉砕後の水素化チタン粉末を容器に充填して、真空加熱型の脱水素炉に装入し、例えば０．１Ｐａ未満の真空度中で、４５０℃以上９００℃以下程度の温度に加熱して、５時間以上３０時間以下の間、脱水素をしてもよい。脱水素の工程は、例えば５×１０^-2Ｐａ以下の真空度中であることが好ましい。脱水素の工程は、例えば５×１０^-3Ｐａ以下の真空度中であることがより好ましい。脱水素の工程は、例えば５９０℃以上の温度に加熱して脱水素をすることがより好ましい。脱水素の工程は、例えば加熱保持時間が１５時間以上であることが好ましい。脱水素の工程は、例えば５９０℃以上の温度に加熱して、加熱保持時間が１５時間以上であることがより好ましい。脱水素の工程は、例えば加熱保持時間が２５時間以上であることがより好ましい。

得られたチタンの塊状体は、解砕の工程で、機械的に解砕処理してもよい。その結果として得られるチタン粉末は、平均粒径１００μｍ以下、粒径５μｍ以下の粉体割合は１０重量％以下とするのが好ましい。

脱水素工程において、上述する範囲に限定した温度、時間、真空度を組み合わせることで、水素濃度が１５０ｐｐｍ以下のチタン粉末を得ることができる。本実施形態に係る水素化脱水素法により得られるチタン粉末は、水素濃度が５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、３０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、２０ｐｐｍ以下であることがより好ましい。なお、水素濃度は質量分率を意味し、１ｐｐｍは１ｍｇ／ｋｇとする。

＜水素濃度の分析方法の説明＞
チタン粉中の水素濃度はガスクロマトグラフ法という分析方法で分析する。具体的には、試料を真空または不活性気体中で融解するか、あるいは融点以下の温度で加熱し、水素をＨ₂として抽出する。抽出された水素（Ｈ₂）をガスクロマトグラフにより定量する。

［実施例１］
インゴットの切削片を炉に投入し、炉圧（真空度）を５Ｐａ以下に真空引きした後、雰囲気を６５０℃に加熱し３０分間保持した後、炉内に水素を導入し水素吸蔵反応で水素化した。その後、粉砕ミルで粉砕し１０μｍ以下の微粉を除去した水素化粉２６．４ｋｇを炉に投入し、真空引きし６２０℃で加熱し（脱水素工程での加熱開始時。以下同じ。）、炉圧（真空度）が１０Ｐａに到達した段階で油拡散ポンプを使用し炉圧（真空度）が５×１０^-3Ｐａに到達するまで合計６．０時間脱水素を行った。得られたチタン粉の水素濃度は０．００３％（３０ｐｐｍ，ｎ＝２１）であった。また、得られた粉体の平均粒径は２５μｍであった。

［実施例２］
インゴットの切削片を炉に投入し、炉圧（真空度）を５Ｐａ以下に真空引きした後、雰囲気を６５０℃に加熱し３０分間保持した後、炉内に水素を導入し水素吸蔵反応で水素化した。その後、粉砕ミルで粉砕し１０μｍ以下の微粉を除去した水素化粉２６．４ｋｇを炉に投入し、真空引きし６４０℃で加熱し、炉圧（真空度）が１０Ｐａに到達した段階で油拡散ポンプを使用し炉圧（真空度）が４×１０^-3Ｐａに到達するまで合計５．５時間脱水素を行った。得られたチタン粉の水素濃度は０．００３％（３０ｐｐｍ，ｎ＝１）であった。また、得られた粉体の平均粒径は２５μｍであった。

［実施例３］
インゴットの切削片を炉に投入し、炉圧（真空度）を５Ｐａ以下に真空引きした後、雰囲気を６５０℃に加熱し３０分間保持した後、炉内に水素を導入し水素吸蔵反応で水素化した。その後、粉砕ミルで粉砕し１０μｍ以下の微粉を除去した水素化粉６９．６ｋｇを炉に投入し、真空引きし５９５℃で加熱し、炉圧（真空度）が１０Ｐａに到達した段階で油拡散ポンプを使用し炉圧（真空度）が５×１０^-3Ｐａに到達するまで合計１８時間脱水素を行った。得られたチタン粉の水素濃度は２６．５ｐｐｍ（ｎ＝９）であった。また、得られた粉体の平均粒径は２５μｍであった。

［実施例４］
インゴットの切削片を炉に投入し、炉圧（真空度）を５Ｐａ以下に真空引きした後、雰囲気を６５０℃に加熱し３０分間保持した後、炉内に水素を導入し水素吸蔵反応で水素化した。その後、粉砕ミルで粉砕し１０μｍ以下の微粉を除去した水素化粉６３．８ｋｇを炉に投入し、真空引きし５９０℃で加熱し、炉圧（真空度）が１０Ｐａに到達した段階で油拡散ポンプを使用し炉圧（真空度）が５×１０^-3Ｐａに到達するまで合計３０時間脱水素を行った。得られたチタン粉の水素濃度は１９ｐｐｍ（ｎ＝２１）であった。また、得られた粉体の平均粒径は２５μｍであった。

［実施例５］
インゴットの切削片を炉に投入し、炉圧（真空度）を５Ｐａ以下に真空引きした後、雰囲気を６５０℃に加熱し３０分間保持した後、炉内に水素を導入し水素吸蔵反応で水素化した。その後、粉砕ミルで粉砕し１０μｍ以下の微粉を除去した水素化粉２６．４ｋｇを炉に投入し、真空引きし５６０℃で加熱し、炉圧（真空度）が１０Ｐａに到達した段階で油拡散ポンプを使用し炉圧（真空度）が５×１０^-3Ｐａに到達するまで合計８．０時間脱水素を行った。得られたチタン粉の水素濃度は０．０１４５％（１４５ｐｐｍ，ｎ＝１）であった。また、得られた粉体の平均粒径は７０μｍであった。

［比較例１］
インゴットの切削片を炉に投入し、炉圧（真空度）を５Ｐａ以下に真空引きした後、雰囲気を６５０℃に加熱し３０分間保持した後、炉内に水素を導入し水素吸蔵反応で水素化した。その後、粉砕ミルで粉砕し１０μｍ以下の微粉を除去した水素化粉９２．４ｋｇを炉に投入し、真空引きし５８０℃で１７時間加熱し、炉圧（真空度）が１５Ｐａに到達するまで脱水素を行った。得られたチタン粉の水素濃度は３８０ｐｐｍ（ｎ＝９１）であった。また、得られた粉体の平均粒径は２５μｍであった。

［比較例２］
インゴットの切削片を炉に投入し、炉圧（真空度）を５Ｐａ以下に真空引きした後、雰囲気を６５０℃に加熱し３０分間保持した後、炉内に水素を導入し水素吸蔵反応で水素化した。その後、粉砕ミルで粉砕し１０μｍ以下の微粉を除去した水素化粉２６．４ｋｇを炉に投入し、真空引きし５８０℃で加熱し、炉圧（真空度）が１０Ｐａに到達した段階で油拡散ポンプを使用し炉圧（真空度）が１×１０^-1Ｐａに到達するまで合計６．０時間脱水素を行った。得られたチタン粉の水素濃度は０．０７１９％（７１９ｐｐｍ，ｎ＝１）であった。また、得られた粉体の平均粒径は２５μｍであった。

上記表にまとめた通り、本発明によれば、水素化脱水素法により得られるチタン粉末であって、水素濃度が１５０ｐｐｍ以下のチタン粉末を得ることができる。

Claims

水素化脱水素法によるチタン粉末の製造方法であって、水素化チタンを粉砕し、得られた水素化チタン粉末から１０μｍ以下の微粉を除去し、微粉を除去した水素化チタン粉末を加熱温度が４５０℃以上９００℃以下、加熱保持時間が５時間以上３０時間以下で脱水素し、前記脱水素の工程の終了時の真空度を５×１０^-2Ｐａ以下とすることを特徴とするチタン粉末の製造方法。
水素化脱水素法によるチタン粉末の製造方法であって、脱水素工程の終了時の真空度を５×１０^-3Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のチタン粉末の製造方法。
脱水素工程での加熱温度が５９０℃以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のチタン粉末の製造方法。