【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
本発明は粒度巾の狭い金属粉末を容易に、しか
も収率よく製造する方法に関するものである。
〔従来の技術〕
金属粉末の用途の中で特に限られた狭い粒度巾
のものが要求されるものとして、フイルター用、
クラツチ用、キヤリヤー用、溶射用、磁性材用に
用いるものがある。
従来、この粒席巾の狭い金属粉末はインゴツト
鋳造片を粉砕する方法や、噴霧法により粉末を製
造し、これを篩分けして製造していた。しかしな
がら、インゴツト鋳造片を粉砕して金属粉末を製
造する場合、200μm以上のものはこの方法で容易
に製造することができるが、粒度巾の狭い金属粉
末の収率は非常に悪い。これは結晶粒が200μm以
上となつているため、200μm以下の金属粉末を製
造する場合、結晶粒そのものの粉砕を必要とする
ためである、すなわち、結晶粒自体に塑性加工、
加工硬化等の変形を与えながら破壊に至らせる過
程を経るため、得られた粉末は粒度巾の広い不ぞ
ろいのものとなる。噴霧法により粉末を製造する
場合は、50μm以下のものは比較的収率良く製造
できるが、50μm以上で粒度巾の狭い粉末では収
率が10％以下の時もあり、好ましい方法ではな
い。
〔本発明が解決しようとする問題点〕
本発明は前記従来の技術の問題点に留意してな
されたものであり、粒度巾の狭い金属粉末を容易
にかつ簡単に製造することを種々検討し、一定の
大きさの結晶粒を有する粉粒体を結晶粒界で粉砕
すれば、粒度巾の狭い金属粉末を収率良く製造し
得るとの知見に基ずき本発明を完成したものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
即ち、本発明は金属の溶滴の大きさが１〜10mm
のものを気体または液体により冷却する際に、得
られる粉粒体の結晶粒の大きさが50〜200μmとな
るように10〜104℃／secの凝固速度で冷却し、次
いで得られた粉粒体を機械的に結晶粒界で破壊す
ることを特徴とする粒度巾の狭い金属粉末の製造
方法である。
〔作用〕
本発明において、粉砕前の粉粒体の結晶粒を調
節することは重要なことである。この粉粒体の結
晶粒の大小は、その材質、凝固速度、添加剤等に
より影響されていることは知られている。中でも
特に凝固速度は重要な要因である。
本発明では、50〜200μmの結晶粒を有する粉末
を得ることが目的であることから溶滴の凝固速度
を10〜104℃／secとした。
10℃／secより遅い凝固速度では結晶粒の大き
さを200μm以下とするのが困難で、また104℃／
secより速い凝固速度では結晶粒の大きさが50μm
以下となりこれを粉砕したとしても、50μm以上
の粒度巾の狭い粉末が得られないためである。た
とえば、40μmの結晶粒を有する粉粒体をその結
晶粒界で粉砕した場合、40μmの粉末は容易に得
られるが、80μmの粉末を得ようとすると結晶粒
を２ケ有する様に粉砕する必要があり、この様な
粉砕は実際には困難である。通常、結晶粒が１ケ
もしくは２〜３ケの粉末が混在することになり、
このため50μm以上の粒度巾の狭い粉末は得られ
ない。
なお、この凝固速度は溶滴の大きさ、冷媒の材
質によつてかなり影響される。
溶滴は溶解炉にて目的とする材料の組成を溶解
して、例えば耐火物容器の底に設けた孔から溶湯
を流出して溶滴を作る方法、同様に耐火物容器の
底に設けた孔から溶湯を流出して底圧の冷媒を用
いて溶湯を粉砕させる方法。金属線または棒を加
熱源、例えばガスバナー等を用いて溶滴を作る方
法等がある。
溶滴の大きさは１〜10mmになるよう調節する。
溶滴の大きさが１mm以下となると、凝固速度が速
くなり過ぎることがあり、目的とする50μm以上
の粒度巾の狭い金属粉末が得られない。一方溶滴
の大きさが10mm以上になると溶滴の外表面と中心
の凝固速度の差が大きくなり、このため結晶粒の
大きさにバラツキを生じ、結果として得られる粉
末の粒度巾が大きくなるため好ましくない。
冷媒は、水、不活性ガス、溶融塩等の溶滴の材
質と、目的とする結晶粒の大きさによつて適当に
選択し、使用すればよい。
Si−Al−Fe（９％−６％−Bal）合金のような
比較的、結晶粒の大きくなりやすい合金は速く凝
固させて結晶粒を細かくすることが必要であり、
この場合、水を冷媒として用いることが適当であ
る。
逆に、Fe−Ni（18％−Bal）合金の場合のよう
に比較的結晶粒が細かくなるものは凝固速度が速
いので溶融塩のような冷却能の低い冷媒を用いて
凝固させればよい。なお、それぞれの冷媒に添加
剤を添加し、その冷却能を調整すること。また、
溶融塩の場合には、その温度を調節して溶滴の凝
固速度を調節することも可能である。
本発明では結晶粒の大きさ50〜200μmの粉粒体
の結晶粒界で破壊するが、この場合の粉砕は通常
のボールミル、ロツドミル、搗砕機、アトライタ
ー、ジエツトミル等が使用できる。
例えばSi−Al−Fe合金では通常、搗砕機によ
る場合、粒界での破壊を発生できるが、Fe−Ni
合金では同じ搗砕機を用いても粉砕されない。こ
の合金にはボールミルを使用すれば結晶粒界での
破壊が容易である。しかし、あまり大きな粉砕能
力を有する粉砕機を用いると粒界破壊のみでな
く、結晶粒内でも破壊するので粉粒体の材質に応
じて粉砕機を選択する必要がある。
なお、粉粒体の材質により結晶粒界の強度と結
晶粒の強度に大差のない場合、もしくは結晶粒界
の強度が強い場合には結晶粒界に脆い析出物を析
出させる添加材、例えばＳ、Ｐ、Si等を添加し、
それらの基材との化合物を析出させるとにより結
晶粒界での破壊を容易にすることができる。単に
溶湯から粉粒体を製造したとしても、結晶粒界に
前記脆い析出物が析出しない場合は、得られた粉
粒体を熱処理して結晶粒界に前記、脆い析出物を
析出させればよい。
以下、本発明の代表的な実施例を示す。
〔実施例〕
実施例 (1)
Si9wt％、Al6wt％、残部Fe合金を溶解し、
1550℃の溶湯を耐火物容器の底の孔の径10mmから
流出させ、溶滴の凝固速度が103℃／secとなるよ
うに噴霧圧力７Kg／cm2、噴霧水量５／secで溶
湯流を粉砕、水中に落下させて冷却し、粉粒体を
製造した。得られた粉粒体は粒径が１〜５mm、平
均粒径３mmであり、結晶粒の大きさは70〜110μm
であつた。
次に、上記のようにして得られた粉粒体を搗砕
機で６時間粉砕し、63〜149μmの巾の粉末を採取
したところその収率は80％であつた。
実施例 (2)
Cr13wt％、Al0.3wt％、残部Feからなる直径
20mmの合金棒をガスバーナーで溶解し、溶滴の温
度が1600℃、溶滴の大きさが約２mmとなるように
ガスバーナーを調節し、えられた溶滴を水中に落
下させ、約103℃／secで冷却、凝固させた。
得られた粉粒体の粒径は１〜４mm、平均粒径は
２mmであつた。また結晶粒の大きさは80〜120μm
であつた。
次に、上記のようにして得られた粉粒体をボー
ルミルで５時間粉砕し、74〜149μmの粉末を採取
したところその収率は65％であつた。
実施例 (3)
Fe18wt％、S0.1wt％、残部Niの合金を溶解
し、1500℃の溶湯を耐火物容器の底の孔の径15mm
から流出させ、溶滴の凝固速度が102℃／secとな
るように噴霧圧力５Kg／cm2、噴霧水量３／sec
で溶湯流を粉砕、水中に落下させて冷却し、粉粒
体を製造した。得られた粉粒体は粒径が２〜７
mm、平均粒径４mmであり、結晶粒の大きさは110
〜150μmであつた。
次に、上記のようにして得られた粉粒体をアト
ライターで10時間粉砕して後、88〜177μmの粉末
を採取したところその収率は80％であつた。
実施例 (4)
SUS316LにS0.1％添加した1550℃の溶湯を耐
火物容器の底の穴の径10mmから流出させ、溶滴の
凝固速度が10℃／secとなるように、NaCl50wt
％−KCL50wt％の750℃の溶融塩中に滴下した。
溶融塩中より回収した粉粒体は水で充分に洗浄
し、乾燥したところ、得られた粉粒体の粒径は１
〜５mm、平均粒径３mmであつた。また、粉粒体の
結晶粒の大きさは150〜190μmであつた。
次に、上記のようにして得られた粉粒体を搗砕
機で８時間粉砕し、125〜210μmの粉末を採取し
たところその収率は70％であつた。
比較例 (1)
実施例１〜４で用いた合金と同一組成の合金を
通常の水噴霧法、即ち噴霧圧力10Kg／cm2、噴霧水
量20／secで噴霧し、得られた粉末の粒径を、
それぞれ実施例１〜４の粒径に合わせて篩分けし
た場合の収率を第１表に示す。
なお、第１表には実施例１〜４の収率も同時に
示す。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for easily producing metal powder having a narrow particle size range with good yield. [Prior Art] Among the uses of metal powder, those that require a particularly narrow particle size range are those for filters,
There are those used for clutches, carriers, thermal spraying, and magnetic materials. Conventionally, metal powder with a narrow particle width has been produced by pulverizing an ingot cast piece or by a spraying method to produce a powder, which is then sieved. However, when producing metal powder by crushing ingot cast pieces, powders of 200 μm or more can be easily produced using this method, but the yield of metal powders with a narrow particle size range is very poor. This is because the crystal grains are 200 μm or more, so when producing metal powder of 200 μm or less, it is necessary to crush the crystal grains themselves.
Since the powder undergoes a process of deformation such as work hardening that leads to destruction, the resulting powder has a wide particle size range and is irregular. When producing powder by the spraying method, powders of 50 μm or less can be produced with a relatively good yield, but for powders of 50 μm or more with a narrow particle size width, the yield may be less than 10%, which is not a preferred method. [Problems to be Solved by the Present Invention] The present invention has been made with the above-mentioned problems of the prior art in mind, and various studies have been carried out to easily and simply produce metal powder with a narrow particle size range. The present invention was completed based on the knowledge that metal powder with a narrow particle size width can be produced with good yield by crushing a powder material having crystal grains of a certain size at the grain boundaries. . [Means for solving the problem] That is, the present invention has a method in which the size of metal droplets is 1 to 10 mm.
When cooling the material with gas or liquid, it is cooled at a solidification rate of 10 to 10 4 °C/sec so that the crystal grain size of the obtained powder becomes 50 to 200 μm, and then the obtained powder is This is a method for producing metal powder with a narrow particle size range, which is characterized by mechanically destroying grains at grain boundaries. [Function] In the present invention, it is important to control the crystal grains of the granular material before pulverization. It is known that the size of the crystal grains of this granular material is influenced by its material, solidification rate, additives, etc. Among these, the solidification rate is an especially important factor. In the present invention, since the purpose is to obtain a powder having crystal grains of 50 to 200 μm, the solidification rate of the droplets was set to 10 to 10 4 °C/sec. If the solidification rate is slower than 10℃/sec, it is difficult to reduce the crystal grain size to 200μm or less;
When the solidification rate is faster than sec, the grain size is 50 μm.
This is because even if it is crushed, powder with a narrow particle size width of 50 μm or more cannot be obtained. For example, if a powder material with crystal grains of 40 μm is crushed at its grain boundaries, a powder of 40 μm can be easily obtained, but if you want to obtain a powder of 80 μm, it is necessary to crush it so that it has two crystal grains. However, such pulverization is actually difficult. Usually, there will be a mixture of powders with one or two to three crystal grains,
For this reason, powder with a narrow particle size width of 50 μm or more cannot be obtained. Note that this solidification rate is considerably influenced by the size of the droplets and the material of the refrigerant. Droplets can be created by melting the desired material composition in a melting furnace, and then flowing the molten metal through a hole provided at the bottom of a refractory container. A method in which molten metal flows out of a hole and is crushed using a refrigerant under bottom pressure. There is a method of forming droplets using a metal wire or rod as a heating source, such as a gas banner. Adjust the droplet size to 1 to 10 mm.
If the size of the droplets is less than 1 mm, the solidification rate may become too fast, making it impossible to obtain the desired metal powder with a narrow particle size width of 50 μm or more. On the other hand, when the size of the droplet exceeds 10 mm, the difference in solidification rate between the outer surface and the center of the droplet becomes large, which causes variations in the size of crystal grains, and the resulting powder has a large particle size range. Therefore, it is undesirable. The refrigerant may be appropriately selected and used depending on the material of the droplets, such as water, inert gas, or molten salt, and the desired size of crystal grains. Alloys such as Si-Al-Fe (9%-6%-Bal) alloy, which tend to have large crystal grains, need to be solidified quickly to make the crystal grains fine.
In this case, it is appropriate to use water as a coolant. Conversely, materials with relatively fine crystal grains, such as Fe-Ni (18%-Bal) alloy, have a fast solidification rate, so they can be solidified using a coolant with low cooling capacity, such as molten salt. . Additionally, add additives to each refrigerant to adjust its cooling capacity. Also,
In the case of a molten salt, it is also possible to control the solidification rate of the droplets by adjusting its temperature. In the present invention, the powder particles having a crystal grain size of 50 to 200 μm are broken at the grain boundaries, and in this case, a conventional ball mill, rod mill, crusher, attritor, jet mill, etc. can be used for pulverization. For example, Si-Al-Fe alloys can usually be fractured at grain boundaries using a crusher, but Fe-Ni
Alloys will not be crushed even if the same crusher is used. This alloy can be easily fractured at grain boundaries by using a ball mill. However, if a pulverizer with too large a pulverizing capacity is used, not only the grain boundary fracture but also the intracrystalline fracture occurs, so it is necessary to select the pulverizer according to the material of the granular material. In addition, if there is no significant difference between the strength of the grain boundaries and the strength of the grains depending on the material of the powder or grains, or if the strength of the grain boundaries is strong, additives that precipitate brittle precipitates at the grain boundaries, such as S, may be added. , P, Si, etc. are added,
By precipitating compounds with these base materials, fracture at grain boundaries can be facilitated. If the brittle precipitates do not precipitate at the grain boundaries even if powder is simply produced from molten metal, the brittle precipitates may be precipitated at the grain boundaries by heat-treating the obtained powder or granules. good. Hereinafter, typical examples of the present invention will be shown. [Example] Example (1) Si9wt%, Al6wt%, balance Fe alloy was melted,
Molten metal at 1550°C was flowed out from a hole with a diameter of 10 mm at the bottom of a refractory container, and the molten metal was flowed at a spray pressure of 7 Kg/cm 2 and a spray water rate of 5/sec so that the solidification rate of the droplets was 10 3 °C/sec. The mixture was pulverized, dropped into water, and cooled to produce powder. The obtained powder has a particle size of 1 to 5 mm, an average particle size of 3 mm, and a crystal grain size of 70 to 110 μm.
It was hot. Next, the powder obtained as described above was crushed in a crusher for 6 hours, and powder having a width of 63 to 149 μm was collected, and the yield was 80%. Example (2) Diameter consisting of 13wt% Cr, 0.3wt% Al, balance Fe
Melt a 20mm alloy rod with a gas burner, adjust the gas burner so that the temperature of the droplet is 1600℃ and the size of the droplet is about 2mm, and drop the resulting droplet into water. It was cooled and solidified at 3 °C/sec. The particle size of the obtained powder was 1 to 4 mm, and the average particle size was 2 mm. In addition, the crystal grain size is 80 to 120 μm.
It was hot. Next, the powder obtained as described above was pulverized in a ball mill for 5 hours, and powder with a diameter of 74 to 149 μm was collected, and the yield was 65%. Example (3) An alloy of 18wt% Fe, 0.1wt% S, and the balance Ni is melted and the molten metal at 1500°C is poured into a hole with a diameter of 15mm at the bottom of a refractory container.
The spray pressure was 5 Kg/cm 2 and the spray water amount was 3/sec so that the solidification rate of the droplets was 10 2 °C/sec.
The molten metal stream was pulverized and cooled by dropping it into water to produce powder and granules. The obtained powder has a particle size of 2 to 7.
mm, the average grain size is 4 mm, and the crystal grain size is 110 mm.
It was ~150 μm. Next, the powder obtained as described above was pulverized with an attritor for 10 hours, and then powder with a diameter of 88 to 177 μm was collected, and the yield was 80%. Example (4) Molten metal at 1550°C made by adding 0.1% S to SUS316L is flowed out from a 10 mm diameter hole at the bottom of a refractory container, and 50wt NaCl is added so that the solidification rate of droplets is 10°C/sec.
%-KCL was dropped into a molten salt of 50 wt% at 750°C.
When the powder and granules recovered from the molten salt were thoroughly washed with water and dried, the particle size of the obtained powder and granules was 1.
~5 mm, with an average particle size of 3 mm. Moreover, the size of the crystal grains of the powder was 150 to 190 μm. Next, the powder obtained as described above was pulverized for 8 hours using a crusher, and a powder having a diameter of 125 to 210 μm was collected, and the yield was 70%. Comparative Example (1) An alloy having the same composition as the alloy used in Examples 1 to 4 was sprayed using a normal water spray method, that is, at a spray pressure of 10 Kg/cm 2 and a spray water amount of 20/sec, and the particle size of the powder obtained was of,
Table 1 shows the yield when sieving was performed according to the particle size of Examples 1 to 4, respectively. Note that Table 1 also shows the yields of Examples 1 to 4.
【表】
所定の粒度の粉末の重量
＊収率＝[Table] Weight of powder with specified particle size *Yield=