水雾化金属粉末的制造方法与流程

本发明涉及使用了水雾化装置的金属粉末(以下，也称为水雾化金属粉末)的制造方法，尤其是涉及水雾化后的金属粉末的冷却速度提高方法。

背景技术：

以往，作为制造金属粉末的方法，存在雾化法。该雾化法存在：向熔融金属的流动喷射高压的喷水而得到金属粉末的水雾化法；取代喷水而喷射惰性气体的气体雾化法。

在水雾化法中，通过从喷嘴喷射的喷水将熔融金属的流动截断，形成为粉末状的金属(金属粉末)，并且也通过喷水进行粉末状的金属(金属粉末)的冷却而得到雾化金属粉末。另一方面，在气体雾化法中，通过从喷嘴喷射出的惰性气体将熔融金属的流动截断，形成为粉末状的金属。然后，通常使粉末状的金属向在雾化装置的下方设置的水槽或流水的桶中落下，进行粉末状的金属(金属粉末)的冷却而得到雾化金属粉末。

近年来，从节能的观点出发，希望例如电动汽车或混合动力车使用的电动机铁心的低铁损化。以往，电动机铁心能够将电磁钢板层叠而制造，但是最近，使用形状设计的自由度高的金属粉末(电磁铁粉)来制造的电动机铁心受到关注。为了实现这样的电动机铁心的低铁损化，而使用的金属粉末的低铁损化成为必要。为了成为低铁损的金属粉末而认为将金属粉末进行非晶质化(非结晶化)的情况有效。然而，在雾化法中，为了得到非晶质化后的金属粉末，需要通过对处于包含熔融状态的高温状态的金属粉末进行超级快速冷却来防止结晶化。

因此，提出了对金属粉末进行急冷的几个方法。

例如，专利文献1记载了在使熔融金属飞散并进行冷却/固化而得到金属粉末时，到固化为止的冷却速度为105k/s以上的金属粉末的制造方法。在专利文献1记载的技术中，飞散的熔融金属与通过使冷却液沿着筒状体的内壁面回旋而产生的冷却液流接触，由此能得到上述的冷却速度。并且，通过使冷却液回旋而产生的冷却液流的流速优选设为5～100m/s。

另外，专利文献2记载了急冷凝固金属粉末的制造方法。在专利文献2记载的技术中，从内周面为圆筒面的冷却容器的圆筒部上端部外周侧，将冷却液从周向供给，并使冷却液沿着圆筒部内周面一边回旋一边流下，在其回旋产生的离心力下，形成在中心部具有空洞的层状的回旋冷却液层，向该回旋冷却液层的内周面供给金属熔液而使其急冷凝固。由此，冷却效率良好，并得到高品质的急冷凝固粉末。

另外，专利文献3记载了一种基于气体雾化法的金属粉末的制造装置，具备：用于向流下的熔融金属喷射气流而截断成熔滴的喷气喷嘴；在内周面具有一边回旋一边流下的冷却液层的冷却用筒体。在专利文献3记载的技术中，熔融金属由喷气喷嘴和回旋的冷却液层而截断成两个等级，得到微细化的急冷凝固金属粉末。

另外，专利文献4记载了一种非结晶金属微粒子的制造方法：将熔融金属供给到液体状的制冷剂中，在制冷剂中形成覆盖熔融金属的蒸气膜，使形成的蒸气膜崩溃而使熔融金属与制冷剂直接接触，产生基于自然成核的沸腾，利用其压力波一边撕碎熔融金属一边急速地冷却并进行非结晶化，形成为非结晶金属微粒子。覆盖熔融金属的蒸气膜的崩溃通过如下方式能够实现：将向制冷剂供给的熔融金属的温度设为在与制冷剂直接接触时界面温度为膜沸腾下限温度以下且自发成核温度以上的温度，或者进行超声波照射。

另外，专利文献5记载了一种微粒子的制造方法：在将熔融的材料作为液滴或喷射流而供给到液体制冷剂之中时，将熔融的材料的温度设定为在与液体制冷剂直接接触时在液体制冷剂的自发成核温度以上为熔融状态，进而，进入到液体制冷剂的流动中时的熔融的材料的速度与液体制冷剂的流动的速度的相对速度差成为10m/s以上，强制地使在熔融的材料的周围形成的蒸气膜崩溃而产生基于自发成核的沸腾，进行微粒化并进行冷却固化。由此，即便是以往困难的材料，也能够进行微粒子化、非晶质化。

另外，专利文献6记载了一种功能构件的制造方法，包括：使在成为母材的材料中添加有功能性添加材料的原料熔融，向液体制冷剂之中供给，由此，在通过蒸气爆炸进行微细化并进行冷却固化时，通过控制冷却速度而得到没有偏析的多结晶或非晶质的均质的功能性微粒子的工序；使用该功能性微粒子和所述母材的微粒子作为原料进行固化而得到功能构件的工序。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-150587号公报

专利文献2：日本特公平7-107167号公报

专利文献3：日本专利3932573号公报

专利文献4：日本专利第3461344号公报

专利文献5：日本专利第4793872号公报

专利文献6：日本专利第4784990号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

通常，为了对高温的熔融金属进行急冷，即便使冷却水与熔融金属接触，也难以使熔融金属表面与冷却水完全接触。这是因为，冷却水在与高温的熔融金属表面(被冷却面)接触的瞬间发生气化，在被冷却面与冷却水之间形成蒸气膜，成为所谓膜沸腾状态。因此，由于蒸气膜的存在而冷却的促进受到妨碍。

专利文献1～3记载的技术向使冷却液回旋而形成的冷却液层中供给熔融金属，要将形成在金属粒子的周围的蒸气膜剥下。然而，截断了的金属粒子的温度高时，在冷却液层中容易成为膜沸腾状态，而且供给到冷却液层中的金属粒子与冷却液层一起移动。因此，存在与冷却液层的相对速度差少，难以避免膜沸腾状态的问题。

另外，在专利文献4～6记载的技术中，利用连锁地从膜沸腾状态成为核沸腾状态的蒸气爆炸，使覆盖熔融金属的蒸气膜崩溃，实现金属粒子的微细化，进而实现非晶质化。利用蒸气爆炸而去除膜沸腾的蒸气膜的方法虽然是有效的方法，但是为了从膜沸腾状态连锁地成为核沸腾状态来产生蒸气爆炸，从图6所示的沸腾曲线可知，至少需要最初将金属粒子的表面温度冷却至mhf(极小热流速；minimumheatflux)点以下。图6称为沸腾曲线，示意性地表示以制冷剂为液体时的冷却能力与被冷却材料的表面温度之间的关系的说明图。根据图6，在金属粒子的表面温度高时，至mhf点温度为止的冷却成为膜沸腾区域的冷却。在膜沸腾区域的冷却中，由于在被冷却面与冷却水之间夹有蒸气膜，因此成为弱冷却。因此，如果以金属粉末的非晶质化为目的而从mhf点以上开始冷却，则存在用于非晶质化的冷却速度不足的问题。

另外，在专利文献1～6记载的技术中，利用气体雾化法来制造金属粉末，但是在气体雾化法中，为了雾化而需要大量的惰性气体，因此存在导致制造成本的高涨的问题。

本发明为了解决上述现有技术的问题而做出，其目的在于提供一种利用作为廉价的金属粉末的制造方法的水雾化法，能够进行金属粉末的急速冷却并能够形成非晶质状态的金属粉末的水雾化金属粉末的制造方法。

用于解决课题的方案

在通常的水雾化法中，例如，利用图7所示那样的水雾化金属粉末制造装置进行熔融金属的粉末化。熔融金属1从中间包3等容器经由熔液引导喷嘴4，作为熔融金属流8向腔室9内流下。需要说明的是，打开惰性气体阀11而预先使腔室9内成为惰性气体气氛的情况不言自明。经由配置于喷嘴头5的喷嘴6将喷射水(喷水)7向流下的熔融金属流8喷射，将该熔融金属流8截断而成为金属粉末8a。截断后的熔融状态的金属粉末8a通过之后的喷水(冷却水)的冷却而凝固。此时，由于熔化显热和凝固潜热而冷却水(喷水)的温度上升。因此，从膜沸腾状态变化为过渡沸腾状态的温度(mhf点)下降，以膜沸腾状态冷却的时间变长。由此，冷却速度下降，无法实现为了使金属粉末成为非晶质状态所需要的冷却速度。

因此，本发明者们为了实现上述的目的，首先，仔细研讨了使用喷射水的冷却中的影响mhf点的各种原因。其结果是，得到了冷却水的温度及喷射压力的影响大的见解。

首先，说明本发明者们进行的基础性的实验结果。

作为原料，使用了sus304钢板(大小：20mm厚×150mm宽×150mm长)。需要说明的是，从背面向原料插入热电偶，能够测定距表面为1mm的位置(宽度中央、长度中央)的温度。并且，将原料向无氧气氛加热炉装入，加热成1200℃以上。将加热后的原料取出，立即从雾化用冷却喷嘴将冷却水以使水量及喷射压力变化的方式向该原料喷射，测定了距表面为1mm的位置的温度变化。根据得到的温度数据，通过计算而推定了冷却时的冷却能力。根据得到的冷却能力来制成沸腾曲线，将冷却能力急剧上升的点判断为从膜沸腾变化为过渡沸腾的点，求出了mhf点。

得到的结果如图1所示。

根据图1，将通常的水雾化法中使用的水温为30℃的冷却水以喷射压力为1mpa喷射时，在喷射冷却水的状态下，mhf点成为700℃左右。另一方面，将水温为10℃以下的冷却水以喷射压力为5mpa以上喷射时，在喷射冷却水的状态下，可知mhf点成为1000℃以上。即，发现了通过将冷却水的温度(水温)降低为10℃以下的情况及将喷射压力升高为5mpa以上的情况而mhf点上升，从膜沸腾变化为过渡沸腾的温度成为1000℃以上的高温。

通常，使熔融金属雾化之后的金属粉末的温度具有1000～1300℃左右的表面温度，如果以具有这样的金属粉末的表面温度以下的mhf点的冷却能力的水喷射冷却开始冷却，则在冷却开始时，成为冷却能力低的膜沸腾区域的冷却。由此，如果以mhf点比包含熔融状态的金属粉末的表面温度高的水喷射冷却开始冷却，则至少能够从过渡沸腾区域开始金属粉末的冷却，与膜沸腾区域相比，冷却被促进，能够显著地提高金属粉末的冷却速度。

然而，在通常的水雾化法中，向熔融金属流喷射的冷却水(喷水)的温度上升，无法实现为了使金属粉末成为非晶质状态所需要的、所希望的急速冷却。因此，本发明者们想到了如下情况：除了向熔融金属流吹附喷水(喷射水)而将熔融金属流截断并冷却的冷却(一次冷却)之外，还向截断后的金属粉末实施二次冷却。

并且，作为二次冷却，本发明者们发现了：对通过一次冷却截断了的包含熔融状态的金属粉末进而实施供给新的冷却水，优选供给喷射压力为5mpa以上且水温为10℃以下的冷却水的冷却的情况有效。此外，得到了二次冷却从包含熔融状态的金属粉末的表面温度为二次冷却的mhf点以下且用于非晶质化的必要冷却开始温度以上的温度范围开始进行的情况是有效的见解。

另外，得到了如下见解：通过将截断且冷却(一次冷却)后的包含熔融状态的金属粉末与冷却水一起收容于容器而进行二次冷却，而二次冷却的mhf点也成为高温，冷却能力提高。关于作为该见解的基础的实验结果，接下来进行说明。

作为原料，使用了sus304钢板(大小：20mm厚×150mm宽×150mm长)。需要说明的是，从背面向原料插入热电偶，能够测定距表面为1mm的位置(宽度中央、长度中央)的温度。并且，将原料向无氧气氛加热炉装入，加热成1200℃以上。将加热后的原料取出，在该原料的上方放置框(宽148mm×长148mm×高50mm)，以通过原料和框来构成积存冷却水的容器。立即从雾化用冷却喷嘴将冷却水以使水温及喷射压力变化的方式向该原料喷射，测定了距表面为1mm的位置的温度变化。根据得到的温度数据，通过计算而推定了冷却时的冷却能力。根据得到的冷却能力而制成沸腾曲线，将冷却能力急剧上升的点判断为从膜沸腾变化为过渡沸腾的点，求出了mhf点。

得到的结果如图2所示。需要说明的是，在图2中，也一并记载了图1的无框的情况。

从图2可知，在原料(钢板)的上方放置框，形成为容器状(有框)，由此与无框的情况相比，mhf点上升。从图2可知，该mhf点的上升在水温为30℃以下时变得显著。这考虑是因为，通过形成为容器状(有框)，在容器内对冷却水进行搅拌，通过沿着被冷却面的表面的流动而水蒸气膜容易剥下，冷却能力提高。而且也可考虑是因为，水高速地与容器内的积水面碰撞时产生的冲击波容易从膜沸腾向过渡沸腾转移，提高了冷却能力。

根据这样的冲击波的影响有效的情况，本发明者们还得到了如下见解：在水雾化法中，在截断成粉末状的熔融金属或金属粉末与冷却水一起落下的路径上如果配置碰撞板作为二次冷却的方法，则同样成为冷却能力高的冷却。

得到了如果利用这样的冷却能力高的冷却方法对金属粉末进行冷却，则金属粉末的非晶质化所必须的结晶化温度区域的急冷能够容易地实现的见解。

本发明是基于上述见解并进一步经过研讨而完成的发明。即，本发明的主旨如下。

(1)一种水雾化金属粉末的制造方法，向熔融金属流喷射水，将该熔融金属流截断而形成为金属粉末，对该金属粉末进行冷却，其中，除了所述冷却之外，对于所述金属粉末还实施具有比所述金属粉末的表面温度高的极小热流速点(mhf点)的冷却能力的二次冷却，所述二次冷却从所述冷却后的所述金属粉末的温度为该二次冷却中的极小热流速点(mhf点)以下且用于非晶质化的必要冷却开始温度以上的温度范围进行。

(2)以(1)记载的水雾化金属粉末的制造方法为基础，其中，所述二次冷却是使用与所述熔融金属流的截断所使用的水不同的水来进行水喷射的冷却。

(3)以(2)记载的水雾化金属粉末的制造方法为基础，其中，进行所述水喷射的冷却是使用水温为10℃以下、喷射压力为5mpa以上的喷射水的冷却。

(4)以(1)记载的水雾化金属粉末的制造方法为基础，其中，所述二次冷却是基于容器的冷却，该容器设置在所述冷却后的冷却水、与该冷却水一起落下的截断后的熔融金属、及金属粉末的落下路径上。

(5)以(1)记载的水雾化金属粉末的制造方法为基础，其中，所述二次冷却是基于碰撞板的冷却，该碰撞板设置在所述冷却后的冷却水、与该冷却水一起落下的截断后的熔融金属、及金属粉末的落下路径上。

(6)以(4)或(5)记载的水雾化金属粉末的制造方法为基础，其中，所述冷却中，喷射所述水温为30℃以下或者进而喷射压力为5mpa以上的水，将所述熔融金属流截断而形成为金属粉末，并对该金属粉末进行冷却。

(7)以(1)～(6)中任一项记载的水雾化金属粉末的制造方法为基础，其中，所述熔融金属由fe-b系合金或fe-si-b系合金构成，所述水雾化金属粉末是含有90％以上的非晶质金属粉末的粉末。

发明效果

根据本发明，能够以简便的方法，进行105k/s以上的金属粉末的急速冷却。由此，对于压粉磁芯的制造有利的非晶质状态的水雾化金属粉末的制造变得容易，能够容易而且廉价地制造低铁损的压粉磁芯用金属粉末，在产业上起到特别的效果。而且，根据本发明，也具有形状复杂的低铁损的压粉磁芯的制造变得容易这样的效果。而且，由于水雾化粉难以成为球形，因此与气体雾化粉相比，还具有作为压粉磁芯的制造用而优选这样的效果。

另外，非晶质化的临界冷却速度在作为代表性的非结晶合金的fe-b系合金(fe83b17)中例示为1.0×106k/s，在fe-si-b系合金(fe79si10b11)中例示为1.8×105k/s，但是根据本发明，也具有这样的非晶质化的临界冷却速度容易确保的效果。

附图说明

图1是表示冷却水的水温及喷射压力对于mhf点造成的影响的坐标图。

图2是表示“框”对于mhf点与冷却水的水温及喷射压力的关系造成的影响的坐标图。

图3是示意性地表示本发明的实施优选的水雾化金属粉末制造装置的概略结构的一例的说明图。

图4是示意性地表示本发明的实施优选的水雾化金属粉末制造装置的概略结构的一例的说明图。

图5是示意性地表示本发明的实施优选的水雾化金属粉末制造装置的概略结构的一例的说明图。

图6是示意性地表示沸腾曲线的概略的说明图。

图7是示意性地表示以往的水雾化金属粉末制造装置的概略结构的说明图。

具体实施方式

在本发明中，首先，使作为原料的金属材料熔化，成为熔融金属。作为使用为原材料的金属材料，以往作为粉末使用的纯金属、合金、生铁等都可以适用。例如，可以例示纯铁、低合金钢、不锈钢等铁基合金、ni、cr等非铁金属、非铁合金、或者作为非结晶合金(非晶质合金)的fe-b系合金、fe-si-b系合金、fe-ni-b合金等。需要说明的是，上述的合金当然有时包含上述的元素以外的元素作为杂质。

需要说明的是，金属材料的熔化方法无需特别限定，电气炉、真空熔化炉等的常用的熔化方法都可以适用。

熔化了的熔融金属从熔化炉向中间包等容器转移，在水雾化金属粉末制造装置内，成为水雾化金属粉。在本发明中使用的优选的水雾化金属粉末制造装置的一例如图3所示。

利用图3，说明利用水雾化法的本发明。图3(a)示出装置整体的结构。图3(b)示出水雾化金属粉末制造装置14的详情。

熔融金属1从中间包3等的容器经由熔液引导喷嘴4，作为熔融金属流8而流下到腔室9内。需要说明的是，打开惰性气体阀11而预先使腔室9内成为惰性气体气氛的情况不言自明。需要说明的是，作为惰性气体，可以例示氮气、氩气。

经由配置于喷嘴头5的喷嘴6，将喷射水(喷水)7向流下的熔融金属流8喷射，将该熔融金属流8截断，进而冷却而成为金属粉末8a。需要说明的是，从通过热放射和惰性气体的冷却作用而使熔融金属流8冷却至熔点附近的观点、及防止喷射水7的飞溅水与熔液引导喷嘴4接触的观点出发，优选熔融金属流8与喷射水(喷水)7接触的位置a成为从熔液引导喷嘴4分离了适当的距离的位置。

在本发明中，为了将熔融金属流8截断而使用的喷射水(喷水)7只要是具有能够将熔融金属流8截断的程度的喷射压力的喷射水即可，其喷射压力、水温不受限定，但是优选水温为30℃以下或者进而喷射压力为5mpa以上。尤其是水温超过20℃而较高时，金属粉末的冷却速度变慢，即便实施二次冷却，也难以确保非晶质状态的金属粉末。需要说明的是，水温优选为10℃以下，更优选为5℃以下。

在本发明的基于水雾化的金属粉末的制造中，如上所述，在位置a，将喷射水7向熔融金属流8喷射，首先进行熔融金属流的截断和截断后的金属粉末(也包括熔融状态的金属粉末)8a的冷却(一次冷却)。此外，在从上述的位置a分离了适当距离的位置b，对金属粉末(也包括熔融状态的金属粉末)8a实施二次冷却。

作为二次冷却，如图3(b)所示，优选为喷射冷却喷射水21的冷却。在二次冷却中使用的冷却喷射水21的水温及喷射压力没有特别限定，但是为了成为至过渡沸腾状态或者进而至核沸腾状态的冷却，优选水温为10℃以下的冷却水，喷射压力为5mpa以上的冷却水，以使mhf点成为超过1000℃的高温。需要说明的是，冷却喷射水21的喷射角度优选为5～45°，以能够向与一次冷却水一起落下的金属粉末均一地喷射，并且进行二次冷却的喷嘴26优选配置2～8个左右而对于落下的金属粉末从大致整周进行冷却。而且，冷却喷射水21也可以使用与用于将熔融金属流8截断的喷射水不同的系统的水。

当二次冷却中的冷却喷射水21的液体温度(水温)超过10℃地升高时，mhf点成为低温，难以确保所希望的冷却速度。因此，二次冷却的冷却喷射水21的液体温度(水温)优选限定为10℃以下。需要说明的是，优选为8℃以下。而且，二次冷却中的冷却喷射水21的喷射压力小于5mpa的话，即使冷却水的水温成为10℃以下，也无法形成为mhf点成为所希望的温度的冷却，难以确保所希望的冷却速度。因此，冷却喷射水21的喷射压力优选限定为5mpa以上。需要说明的是，即使喷射压力超过10mpa地升高，mhf点的上升也饱和，因此喷射压力优选为10mpa以下。

需要说明的是，在此所说的“所希望的冷却速度”是能够实现非晶质化的最低的冷却速度、是用于防止结晶化的必要冷却温度范围内的平均为105～106k/s左右的冷却速度。

在此所说的“用于防止结晶化的必要冷却温度范围”是指从用于非晶质化的必要冷却开始温度至作为冷却结束温度的第一结晶化温度(例如400～600℃)的范围。作为用于非晶质化的必要冷却开始温度，根据熔液的组成而不同，但是可以例示例如900～1100℃。

另外，二次冷却优选从冷却(一次冷却)后的金属粉末的温度为二次冷却的mhf点以下且用于非晶质化的必要冷却开始温度以上的温度范围进行。冷却后的金属粉末的温度超过二次冷却的mhf点的话，无法使二次冷却成为至过渡沸腾状态或者进而至核沸腾状态的冷却，难以确保所希望的冷却速度。而且，冷却后的金属粉末的温度小于用于非晶质化的必要冷却开始温度的话，金属粉末的温度过度降低，难以确保所希望的冷却速度，结晶化容易发展。

喷射水7使用的冷却水优选预先通过将冷却水冷却成低温的冷机16等热交换器作为低水温的冷却水而贮存于在水雾化金属粉末制造装置14的外部设置的冷却水罐15(隔热构造)。需要说明的是，一般性的冷却水制造机的话，难以生成用于使热交换器内冻结的小于3～4℃的冷却水，因此也可以设置通过冰制造机将冰向罐内补给的机构。此外，在冷却水罐15配置将喷射水7使用的冷却水进行升压/送水的高压泵17、从高压泵向喷嘴头5供给冷却水的配管18的情况不言自明。

另外，冷却喷射水21使用的冷却水与喷射水7使用的冷却水同样地优选作为预先贮存于在水雾化金属粉末制造装置14的外部设置的冷却水罐15(隔热构造)的冷却水。在冷却水罐15，以与喷射水7使用的冷却水不同的系统，配置有将冷却喷射水21使用的冷却水进行升压/送水的高压泵27、从高压泵27向二次冷却用喷嘴26供给冷却水的配管28的情况不言自明。需要说明的是，也可以在配管的中途设置稳压罐、切换阀等，容易突发地进行高压水的喷射。

需要说明的是，二次冷却优选为能够对截断的金属粉末8a实施至过渡沸腾状态或者进而至核沸腾状态的冷却这样的冷却。因此，二次冷却的开始位置(位置b：二次冷却用喷嘴的位置)优选设为水雾化后的金属粉末8a的表面温度为二次冷却的mhf点以下且用于防止结晶化的必要冷却开始温度以上的位置。金属粉末8a的表面温度通过变更至雾化了的位置a和二次冷却的冷却开始位置(位置b)的距离而能够调整。因此，二次冷却用喷嘴26优选配置成沿上下方向移动自如。

另外，关于二次冷却，优选取代上述的基于冷却喷射水的冷却而设为基于在位置a的下游侧配置的容器41的冷却。这种情况的水雾化金属粉末制造装置的一例如图4所示。图4(a)示出装置的整体，图4(b)示出水雾化金属粉末制造装置14的详情。

容器41配置在熔融金属流8的截断及之后的金属粉末的冷却所使用的冷却水(雾化冷却水)、截断了的熔融金属、及冷却中途的金属粉末的落下路径上的、位置a的下游侧的所述位置b。位置b是金属粉末8a的表面温度成为mhf点以下且用于防止结晶化的必要冷却开始温度以上的位置，作为二次冷却开始位置。通过在这样的位置b配置容器41(优选使容器的底面位置成为位置b)，从而在容器内收容冷却水来形成积水，并且在容器内对冷却水进行搅拌，通过沿着同时收容的金属粉末的表面的流动而金属粉末表面的水蒸气膜容易剥落。而且，可认为水高速地与形成于容器内的积水面碰撞时产生的冲击波容易产生从膜沸腾向过渡沸腾的过渡。

需要说明的是，所配置的容器41优选设为能够收容熔融金属流8的截断及之后的金属粉末的冷却所使用的冷却水(雾化冷却水)、截断了的熔融金属、及/或金属粉末的程度的大小的容器。如果容器过大，则难以产生冲击波。如果雾化冷却水的量为200l/min左右，则内径为50～150mm，深度为30～100mm左右的容器就足够。容器在强度上优选为金属制，但也可以为陶瓷制。

另外，关于二次冷却，也可以取代上述的基于容器41的配置的冷却，而设为基于碰撞板42的配置的冷却。这种情况的水雾化金属粉末制造装置的一例如图5所示。图5(a)示出碰撞板42为倒圆锥型的情况，图5(b)示出圆盘型的情况，图5(c)示出圆锥型的情况。

碰撞板42与容器41同样地配置在雾化冷却水、截断了的熔融金属、及金属粉末的落下路径上的、位置a的下游侧的二次冷却开始位置(所述位置b)。通过在这样的位置配置碰撞板42，利用雾化冷却水及金属粉末与碰撞板42碰撞时产生的冲击波，金属粉末容易从膜沸腾状态向过渡沸腾状态转移，同样，能够成为冷却能力高的冷却。

碰撞板42只要能够遮挡雾化冷却水、熔融金属及冷却中途的金属粉末的落下路径即可，其形状可考虑圆盘型、圆锥型、倒圆锥型等，无需特别限定。形成为相对于落下路径能够形成垂直面的形状对于冲击波的产生有效，因此优选避免成为倒圆锥型(图5(c))的情况。

以下，基于实施例，进一步地说明本发明。

实施例

(实施例1)

使用图3所示的水雾化金属粉末制造装置制造了金属粉末。

按照以at％计而成为83％fe‐17％b的fe-b系合金(fe83b17)组成、及以at％计而成为79％fe-10％si-11％b的fe-si-b系合金(fe79si10b11)组成的方式，分别将原料混合(一部分，不可避免地含有杂质)，通过熔化炉2以约1550℃熔化，得到了各约50kgf的熔融金属。将得到的熔融金属1在熔化炉2中缓冷至1350℃之后，向中间包3注入。需要说明的是，预先打开惰性气体阀11而使腔室9内成为氮气气氛。而且，在将熔融金属向中间包3注入之前，使高压泵17运转，从冷却水罐15(容量：10m3)将冷却水向喷嘴头5供给，成为从水喷射喷嘴6喷射出喷射水(流体)7的状态。而且，使二次冷却水用高压泵27运转，将二次冷却水用阀22打开，从冷却水罐15(容量：10m3)将冷却水向二次冷却用喷嘴26供给，使冷却喷射水21成为喷射状态。

需要说明的是，熔融金属流8与喷射水7接触的位置a设定为距熔液引导喷嘴4为80mm的位置。而且，二次冷却用喷嘴26设置在位置b。作为位置b，设为距上述的位置a为100～800mm的各位置。而且，喷射水7的喷射压力为1mpa或5mpa，水温为30℃(±2℃)或8℃(±2℃)，而且，二次冷却使用的冷却喷射水21的喷射压力为5mpa，水温为20℃(±2℃)或8℃(±2℃)。需要说明的是，水温由设置在冷却水罐15的外部的冷机16来调整。

注入到中间包3内的熔融金属1经由熔液引导喷嘴4作为熔融金属流8而流下到腔室9内，与如表1所示使水温及喷射压力变化的喷射水(流体)7接触，被截断而成为金属粉末，并一边与冷却水混合一边被冷却，进而由从二次冷却用喷嘴26喷射的冷却喷射水21进行二次冷却，作为金属粉末从回收口13回收。需要说明的是，未进行二次冷却的例子作为比较例。而且，根据另行进行的一次冷却的实验结果，推定了二次冷却前的金属粉末的表面温度。而且，二次冷却的mhf点根据另行进行的实验进行推定并标记。

关于得到的金属粉末，在除去了金属粉末以外的废料之后，通过x射线衍射法，测定从非结晶起的晕峰及从结晶起的衍射峰值，根据两者的衍射x射线的积分强度比来求出结晶化率，根据(1-结晶化率)算出了非结晶的比例(非结晶度：％)。将非结晶度(非晶质化率)为90％以上的情况评价为“○”，将除此以外评价为“×”。

得到的结果如表1所示。

[表1]



本发明例都成为非结晶度为90％以上的水雾化金属粉末。由此，在本发明中，能得到非晶质化的临界冷却速度即1.8×105k/s～1.0×106k/s以上的冷却速度。另一方面，未进行二次冷却的比较例(粉末no.1，no.2)的非结晶度小于90％。

需要说明的是，本发明例中，一部分的非结晶度较低。粉末no.3、no.6的二次冷却的冷却喷射水的水温升高，而且，粉末no.7的熔融金属流的截断用的喷射水的喷射压力较低地脱离优选范围，而且，粉末no.8、no.9的二次冷却的冷却开始位置接近位置a，因此二次冷却的冷却开始温度成为mhf点附近，非结晶度虽然为90％以上，但是较低。而且，粉末no.10的二次冷却的冷却开始位置从位置a分离，因此至二次冷却的冷却开始为止的时间变长，粉体表面温度过低而冷却变慢，非结晶度虽然为90％以上，但是较低。而且，粉末no.11的二次冷却开始位置(位置b)从位置a过度分离，金属粉末的温度小于必要冷却开始温度，可认为结晶化进行了发展。

(实施例2)

使用图4所示的水雾化金属粉末制造装置，制造了金属粉末。

按照以at％计而成为83％fe‐17％b的fe-b系合金(fe83b17)组成、及以at％计而成为79％fe-10％si-11％b的fe-si-b系合金(fe79si10b11)组成的方式，分别将原料混合(一部分，不可避免地包含杂质)，通过熔化炉2以约1550℃熔化，得到了各约50kgf的熔融金属。将得到的熔融金属1在熔化炉2中缓冷至1350℃之后，向中间包3注入。需要说明的是，预先打开惰性气体阀11而使腔室9内成为氮气气氛。而且，在将熔融金属向中间包3注入之前，使高压泵17运转，从冷却水罐15(容量：10m3)将冷却水向喷嘴头5供给，成为从水喷射喷嘴6喷射出喷射水(流体)7的状态。需要说明的是，在位置a的下游侧的冷却水及金属粉末的落下路径上配置金属制的容器41，收容水雾化后的冷却水和截断了的金属粉末。金属制的容器41的大小设为外径100mm×内径90mm×深度40mm。

需要说明的是，熔融金属流8与喷射水7接触的位置a设定为距熔液引导喷嘴4为80mm的位置。而且，二次冷却用的容器41设置在位置b。作为位置b，设为距上述的位置a为100～800mm的各位置(容器底的位置)。而且，喷射水7的喷射压力为3mpa或5mpa，水温为40℃(±2℃)或20℃(±2℃)，需要说明的是，水温由设置在冷却水罐15的外部的冷机16来调整。

注入到中间包3中的熔融金属1经由熔液引导喷嘴4作为熔融金属流8而流下到腔室9内，与如表2所示使水温及喷射压力变化的喷射水7接触，被截断而成为金属粉末。截断后的金属粉末与冷却水混合，一边被冷却一边落下，收容在容器41内，在容器41内，与冷却水一起被搅拌、冷却，从回收口13回收。需要说明的是，收容在容器内的金属粉末也曝露在落下的冷却水以高速与容器内的积水面碰撞时产生的冲击波下。需要说明的是，未进行二次冷却的例子作为比较例。而且，(与实施例1)同样地推定二次冷却前的金属粉末的表面温度、二次冷却的mhf点而一并记载在表中。

对于得到的金属粉末，在除去了金属粉末以外的废料之后，通过x射线衍射法，测定从非结晶起的晕峰及从结晶起的衍射峰值，根据两者的衍射x射线的积分强度比，与实施例1同样地求出结晶化率，根据(1-结晶化率)算出了非结晶的比例(非结晶度：％)。同样，将非结晶度为90％以上的情况评价为“○”，将小于90％评价为“×”。

得到的结果如表2所示。

[表2]



本发明例都成为非结晶度为90％以上的水雾化金属粉末。另一方面，未进行二次冷却的比较例(粉末no.2-1、no.2-7)的非结晶度小于90％。需要说明的是，本发明例中，脱离本发明的优选范围的例子的非结晶度较低。

粉末no.2-3、no.2-9的熔融金属流的截断用的喷射水(一次冷却水)的水温较高地脱离优选范围，二次冷却开始温度升高，膜沸腾区域中的冷却变长，非结晶度小于90％，较低。

另外，粉末no.2-4、no.2-10的容器41的设置位置接近作为熔融金属流的截断位置的位置a，因此二次冷却的冷却开始温度较高，非结晶度虽然为90％以上，但是较低。

另外，粉末no.2-5、no.2-11的容器41的设置位置从作为熔融金属流的截断位置的位置a分离，因此直至二次冷却的冷却开始为止的时间变长，金属粉末表面温度降低，冷却变慢，非结晶度虽然为90％以上，但是较低。粉末no.2-6、no.2-12的二次冷却开始位置(位置b)从位置a过度分离，金属粉末的温度小于必要冷却开始温度，结晶化发展，非结晶度小于90％。

(实施例3)

使用图5所示的水雾化金属粉末制造装置制造了金属粉末。

按照以at％计而成为83％fe‐17％b的fe-b系合金(fe83b17)组成、及以at％计而成为79％fe-10％si-11％b的fe-si-b系合金(fe79si10b11)组成的方式，分别将原料混合(一部分，不可避免地包含杂质)，通过熔化炉2以约1550℃熔化，得到了各约50kgf的熔融金属。将得到的熔融金属1在熔化炉2中缓冷至1350℃之后，向中间包3注入。需要说明的是，预先打开惰性气体阀11而使腔室9内成为氮气气氛。而且，在将熔融金属向中间包3注入之前，使高压泵运转，从冷却水罐(容量：10m3)将冷却水向喷嘴头5供给，成为从水喷射喷嘴6喷射出喷射水(流体)7的状态。需要说明的是，在位置a的下游侧的冷却水及金属粉末的落下路径上配置金属制的碰撞板42，进行使落下的水雾化后的冷却水和截断的金属粉末碰撞的二次冷却。在二次冷却后，从回收口13回收金属粉末。

金属制的碰撞板42的大小设为在与金属粉末的落下方向垂直的面上占据直径100mmφ的面积的大小。该大小是能够与水雾化后的落下的金属粉末的大致全量进行碰撞的大小。

碰撞板42的形状如图5所示设为倒圆锥状(a)、圆盘状(b)、圆锥状(c)中的任一个。都是形成为在与金属粉末的落下方向垂直的面上大致占据上述的面积的情况不言自明。

需要说明的是，熔融金属流8与喷射水7接触的位置a设定为距熔液引导喷嘴4为80mm的位置。而且，二次冷却用的碰撞板42设置在二次冷却开始位置(位置b)。作为位置b，设为距上述的位置a为100～800mm的各位置。而且，喷射水7的喷射压力为3mpa或5mpa，水温为40℃(±2℃)或20℃(±2℃)，需要说明的是，水温由设置在冷却水罐的外部的冷机来调整。需要说明的是，未进行碰撞板42的设置(未进行二次冷却)的例子作为比较例。而且，与实施例1同样地推定二次冷却前的金属粉末的表面温度、二次冷却的mhf点并在表中一并记载。

对于得到的金属粉末，除去了金属粉末以外的废料之后，通过x射线衍射法，测定从非结晶起的晕峰及从结晶起的衍射峰值，根据两者的衍射x射线的积分强度比，与实施例1同样地算出了非结晶的比例(非结晶度：％)。同样，将非结晶度为90％以上的情况评价为“○”，将小于90％的情况评价为“×”。

得到的结果如表3所示。

[表3]



本发明例都成为非结晶度为90％以上的水雾化金属粉末。另一方面，未进行二次冷却的比较例(粉末no.3-1、no.3-9)的非结晶度小于90％。需要说明的是，本发明例中，脱离本发明的优选范围的例子的非结晶度较低。

粉末no.3-3、no.3-11的熔融金属流的截断用的喷射水(一次冷却水)的水温较高地脱离优选范围，二次冷却开始温度比mhf点升高，膜沸腾区域的冷却变长，非结晶度小于90％，较低。

另外，粉末no.3-5、no.3-13的碰撞板42的形状为圆锥状(图5(c))，脱离优选的范围，因此二次冷却的效果少，非结晶度降低。然而，与不进行二次冷却的情况相比，非结晶度升高。

另外，粉末no.3-6、no.3-14的碰撞板42的设置位置接近作为熔融金属流的截断位置的位置a，因此二次冷却的冷却开始温度升高，非结晶度虽然为90％以上，但是较低。

另外，粉末no.3-7、no.3-15的碰撞板42的设置位置从作为熔融金属流的截断位置的位置a分离，因此直至二次冷却的冷却开始为止的时间变长，金属粉末表面温度降低而冷却变慢，非结晶度虽然为90％以上，但是较低。粉末no.3-8、no.3-16的冷却开始温度小于必要冷却开始温度，非结晶度小于90％。

标号说明

1熔融金属(熔液)

2熔化炉

3中间包

4熔液引导喷嘴

5喷嘴头

6水喷射喷嘴

7喷射水

8熔融金属流

8a金属粉末

9腔室

10漏斗

11惰性气体阀

12溢流阀

13金属粉回收阀

14水雾化金属粉末制造装置

15冷却水罐

16冷机(低温冷却水制造装置)

17高压泵

18冷却水配管

21二次冷却水(冷却喷射水)

22二次冷却水用阀

26二次冷却水喷射喷嘴

27二次冷却水用高压泵

28二次冷却水用冷却水配管

41容器

42碰撞板

技术特征：

技术总结

向熔融金属流喷射优选水温为30℃以下的水，将该熔融金属流截断并冷却而成为金属粉末，对该金属粉末进行二次冷却，成为水雾化金属粉末。在二次冷却使用喷射水时，水温优选为10℃以下。在使用了能够将金属粉末与截断熔融金属流的冷却水一起收容、冷却的容器、或者能够使金属粉末与截断熔融金属流的冷却水一起碰撞、冷却的碰撞板的二次冷却时，水温优选为30℃以下。通过进行二次冷却，能够实现从膜沸腾状态的冷却至过渡沸腾状态或核沸腾状态的冷却，能够简便地进行可使金属粉末直至非结晶化为止的急速冷却。需要说明的是，在截断后的金属粉的二次冷却时，在金属粉的温度成为MHF点以下且用于非晶质化的必要冷却开始温度以上之后进行。

技术研发人员：中世古诚;尾崎由纪子;中村尚道

受保护的技术使用者：杰富意钢铁株式会社

技术研发日：2016.03.14

技术公布日：2017.12.01