JP2020105593A - Method for producing atomized metal powder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アトマイズ金属粉末の製造方法に関するものである。本発明は、特に、鉄系成分(Fe、Ni、Co)の合計含有量が原子分率で76%以上であるアトマイズ金属粉末の製造に関する。 The present invention relates to a method for producing atomized metal powder. The present invention particularly relates to the production of atomized metal powder in which the total content of iron-based components (Fe, Ni, Co) is 76% or more in atomic fraction.
ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)および燃料電池自動車(FCV)の生産台数が増加しており、それら車に使用されるリアクトルやモーターコアの低鉄損化、高効率化及び小型化が要望されている。 The production volume of hybrid vehicles (HV), electric vehicles (EV) and fuel cell vehicles (FCV) is increasing, and it is expected that reactors and motor cores used in these vehicles will have lower iron loss, higher efficiency, and smaller size. Is requested.
これらリアクトルやモーターコアは、電磁鋼板を薄くして積層させて製作されてきた。最近では、形状設計の自由度が高い金属粉末を圧縮成形によって作製したモーターコアが注目されている。 These reactors and motor cores have been manufactured by thinning and stacking electromagnetic steel sheets. Recently, attention has been focused on a motor core produced by compression molding a metal powder having a high degree of freedom in shape design.
リアクトルやモーターコアの低鉄損化のためには、使用する金属粉末を非晶質化(アモルファス化)することが有効であると考えられている。 In order to reduce the iron loss of the reactor and the motor core, it is considered effective to amorphize the metal powder used.
また小型化・高出力化のためには、金属粉末の磁束密度を増大させる必要があり、そのためにはNi、Coを含むFe系元素の濃度を高くすることが重要である。そのため、Fe系元素(Fe、Ni、Co)の濃度が原子分量で76〜90%程度の非晶質化軟磁性の金属粉末の要求が高まっている。 Further, in order to reduce the size and increase the output, it is necessary to increase the magnetic flux density of the metal powder, and for that purpose, it is important to increase the concentration of the Fe-based element containing Ni and Co. Therefore, there is an increasing demand for an amorphized soft magnetic metal powder in which the concentration of the Fe-based element (Fe, Ni, Co) is about 76 to 90% in atomic content.
金属粉末の1つである鉄粉を非晶質化する際は、アトマイズ後の溶融状態から急速冷却をして非晶質化する。磁束密度を増大させる為には、Fe系元素の濃度が高いほど急速冷却する必要があり、特にFe系元素が原子分量で82%程度になると、冷却速度は106K/s以上が必要とされる。そのため、金属粉末の鉄損低減と磁束密度増大を両立させることは非常に困難である。 When iron powder, which is one of the metal powders, is made amorphous, the molten state after atomization is rapidly cooled to make it amorphous. In order to increase the magnetic flux density, it is necessary to cool rapidly as the concentration of the Fe-based element increases, and especially when the Fe-based element reaches an atomic content of about 82%, a cooling rate of 106 K/s or more is required. .. Therefore, it is very difficult to reduce the iron loss of the metal powder and increase the magnetic flux density at the same time.
特に高温溶融状態の金属粉末の冷却速度が低下する原因として、水が溶融金属に接触した際、一瞬で蒸発して溶融金属の周囲に蒸気膜を形成し、被冷却面と水との直接接触を妨げる膜沸騰の状態になることが挙げられる。 In particular, when water comes into contact with molten metal, water vaporizes instantly to form a vapor film around the molten metal, which causes a decrease in the cooling rate of metal powder in a high-temperature molten state. It can be mentioned that a film boiling state that prevents
また、アトマイズ金属粉末を圧縮成形してリアクトルやモーターコアとして使用する際には、低鉄損化・高効率のためにコアロスが低いことが求められる。コアロスを低減するためには、アトマイズ金属粉末が非晶質であることが重要であるとともに、アトマイズ金属粉末の形状をより球形化することが重要となる。これは、アトマイズ金属粉末の形状が球形化しているほどコアロスが低減する傾向にあるためである。球形化と見掛密度には密接な関係があり、見掛密度が高い程、粉末の形状は球形化する。近年は、アトマイズ金属粉末に求められる性能として、見掛密度3.0g/cm3以上が求められる。 Further, when the atomized metal powder is compression-molded and used as a reactor or a motor core, it is required that the core loss be low in order to reduce iron loss and increase efficiency. In order to reduce the core loss, it is important that the atomized metal powder is amorphous and that the atomized metal powder has a more spherical shape. This is because the core loss tends to decrease as the atomized metal powder has a spherical shape. There is a close relationship between spheroidization and apparent density. The higher the apparent density, the more spherical the shape of the powder. In recent years, an apparent density of 3.0 g/cm 3 or more is required as the performance required for atomized metal powder.
特に、見掛密度が高い粉末(たとえば3.0g/cm3以上)は球形化しているために、見掛密度が低い粉末(たとえば約1.0g/cm3)に比べて、冷却能力を高くすることが重要である。見掛密度が低い粉末は、図1のように扁平化しているため、粉末の表面から中心までの距離が短いので、冷却が作用する粉末表面での熱伝達率が10000W/m2K〜20000W/m2K程度でも冷却が可能である。一方、見掛密度が高い粉末では、図2のように球形であるため、粉末の表面から中心までの距離が長く常に一定なので、粉末表面での熱伝達率が50000W/m2K〜200000W/m2K程度までが必要となる。 In particular, the powder having a high apparent density (for example, 3.0 g/cm 3 or more) has a spherical shape, and therefore has a higher cooling capacity than the powder having a low apparent density (for example, about 1.0 g/cm 3 ). It is important to. Since the powder having a low apparent density is flattened as shown in FIG. 1, the distance from the surface to the center of the powder is short, so that the heat transfer coefficient on the surface of the powder on which cooling acts is 10,000 W/m 2 K to 20000 W. Cooling is possible even at about /m 2 K. On the other hand, in the powder having a high apparent density, since it has a spherical shape as shown in FIG. 2, the distance from the surface to the center of the powder is long and always constant, so that the heat transfer coefficient on the powder surface is 50,000 W/m 2 K to 200,000 W/ Up to about m 2 K is required.
以上から、リアクトルやモーターコアとして用いるアトマイズ金属粉末に用いられる性能として1)、2)が求められる。
1)モーターの小型化・高出力化のため、Fe系元素を高濃度にできること。
2)低損失・高効率のため、金属粉末が非晶質であり、見掛密度が高いこと。
さらに、その製造方法としては、3)が求められる。
3)見掛密度が3.0g/cm3以上の球形粉で、かつFe系元素が原子分量で76%以上の高濃度である粉末を非晶質化するために、溶融状態の分断された溶融金属表面を十分に冷却できること。
From the above, 1) and 2) are required as the performance used for the atomized metal powder used as the reactor and the motor core.
1) Fe-based elements can be highly concentrated in order to reduce the size and increase the output of the motor.
2) Due to low loss and high efficiency, the metal powder is amorphous and has a high apparent density.
Furthermore, 3) is required as the manufacturing method.
3) In order to amorphize a spherical powder having an apparent density of 3.0 g/cm 3 or more and a high concentration of Fe-based elements of 76% or more in atomic content, the powder was fragmented in a molten state. The molten metal surface can be cooled sufficiently.
非晶質鉄粉を製造する上で、高い冷却能力を得るために、特に蒸気膜・膜沸騰による冷却抑制の問題を解決するために、特許文献1〜11にあげる検討がなされてきた。 In producing amorphous iron powder, in order to obtain a high cooling capacity, in particular, in order to solve the problem of cooling suppression due to a vapor film/film boiling, studies described in Patent Documents 1 to 11 have been made.
例えば、特許文献1には、溶融金属を飛散させつつ冷却・固化させ金属粉末を得る際に、固化するまでの冷却速度が105K/s以上とする金属粉末の製造方法が記載されている。
特許文献1に記載された技術では、飛散させた溶融金属を、筒状体の内壁面に沿って冷却液を旋回させることにより生じた冷却液流に接触させることにより、上記した冷却速度が得られるとしている。そして、冷却液を旋回させることにより生じた冷却液流の流速は5〜100m/sとすることが好ましいとしている。
For example, Patent Document 1 describes a method for producing a metal powder in which a cooling rate until solidification is 105 K/s or more when a metal powder is obtained by cooling and solidifying while scattering molten metal.
In the technique described in Patent Document 1, the scattered metal is brought into contact with the cooling liquid flow generated by swirling the cooling liquid along the inner wall surface of the tubular body, whereby the above cooling rate is obtained. It is supposed to be. The flow velocity of the cooling liquid flow generated by swirling the cooling liquid is preferably 5 to 100 m/s.
特許文献2には、急冷凝固金属粉末の製造方法が記載されている。特許文献2に記載された技術では、内周面が円筒面である冷却容器の円筒部上端部外周側より、冷却液を周方向より供給し円筒部内周面に沿って旋回させながら落下させ、その旋回による遠心力で、中心部に空洞を有する層状の旋回冷却液層を形成し、その旋回冷却液層の内周面に金属溶湯を供給して急冷凝固させる。これにより、冷却効率がよく、高品質の急冷凝固粉末が得られるとしている。 Patent Document 2 describes a method for producing a rapidly solidified metal powder. In the technique described in Patent Document 2, the cooling liquid is supplied from the outer peripheral side of the upper end of the cylindrical portion of the cooling container whose inner peripheral surface is a cylindrical surface, and the cooling liquid is dropped while swirling along the inner peripheral surface of the cylindrical portion, By the centrifugal force generated by the swirling, a layered swirling cooling liquid layer having a cavity at the center is formed, and the molten metal is supplied to the inner peripheral surface of the swirling cooling liquid layer to rapidly solidify. As a result, it is said that a high-quality rapidly solidified powder can be obtained with good cooling efficiency.
特許文献3には、流下する溶融金属にガスジェットを噴射して溶滴に分断するためのガスジェットノズルと、内周面に旋回しながら流下する冷却液層を有する冷却用筒体とを備える、ガスアトマイズ法による金属粉末の製造装置が記載されている。特許文献3に記載された技術では、溶融金属が、ガスジェットノズルと旋回する冷却液層とにより、二段階に分断され、微細化された急冷凝固金属粉末が得られるとしている。 Patent Document 3 includes a gas jet nozzle for injecting a gas jet into a flowing molten metal to divide it into droplets, and a cooling cylinder having a cooling liquid layer flowing down while rotating on an inner peripheral surface. , An apparatus for producing metal powder by a gas atomizing method is described. In the technique described in Patent Document 3, the molten metal is divided into two stages by the gas jet nozzle and the swirling cooling liquid layer, and finely cooled rapidly solidified metal powder is obtained.
特許文献4には、溶融金属を液状の冷媒中に供給し、冷媒中で溶融金属を覆う蒸気膜を形成し、できた蒸気膜を崩壊させて溶融金属と冷媒とを直接接触させて自然核生成による沸騰を起こさせその圧力波を利用し溶融金属を引きちぎりながら急速に冷却しアモルファス化して、アモルファス金属微粒子とする、アモルファス金属微粒子の製造方法が記載されている。溶融金属を覆う蒸気膜の崩壊は、冷媒へ供給する溶融金属の温度を冷媒に直接接触した場合に界面温度が膜沸騰下限温度以下で自発核生成温度以上の温度とするか、超音波照射するか、により可能であるとしている。 In Patent Document 4, molten metal is supplied into a liquid coolant, a vapor film covering the molten metal is formed in the coolant, and the vapor film thus formed is collapsed to bring the molten metal and the coolant into direct contact with each other to form a natural nucleus. A method for producing amorphous metal fine particles is described, in which boiling caused by generation is caused and the pressure wave is used to tear off the molten metal to rapidly cool it to become amorphous, thereby forming amorphous metal fine particles. Disintegration of the vapor film covering the molten metal is such that when the temperature of the molten metal supplied to the refrigerant is directly in contact with the refrigerant, the interface temperature is below the film boiling lower limit temperature and above the spontaneous nucleation temperature, or ultrasonic irradiation is performed. It is said that it is possible by
特許文献5には、溶融した材料を、液体冷媒の中に液滴又はジェット流として供給する際に、溶融した材料の温度を、液体冷媒の自発核生成温度以上で溶融状態であるように設定し、さらに、液体冷媒の流れに入ったときの溶融した材料の速度と液体冷媒の流れの速度との相対速度差を10m/s以上となるようにして、溶融した材料の周囲に形成された蒸気膜を強制的に崩壊させて自発核生成による沸騰を生じさせ、微粒化すると共に冷却固化する微粒子の製造方法が記載されている。これにより、従来は困難であった材料でも、微粒子化、非晶質化することができるとしている。 In Patent Document 5, when the molten material is supplied into the liquid refrigerant as a droplet or a jet stream, the temperature of the molten material is set to be in a molten state at a temperature higher than the spontaneous nucleation temperature of the liquid refrigerant. Further, the relative velocity difference between the velocity of the molten material when entering the flow of the liquid coolant and the velocity of the flow of the liquid coolant is set to 10 m/s or more so that it is formed around the molten material. There is described a method for producing fine particles in which a vapor film is forcibly collapsed to cause boiling due to spontaneous nucleation, atomized and cooled and solidified. As a result, it is said that even a material that was difficult in the past can be made into fine particles and made amorphous.
特許文献6には、母材となる材料に機能性添加材を添加した原料を溶融し、液体冷媒の中に供給することにより、蒸気爆発により微細化するとともに冷却固化する際に冷却速度を制御することにより偏析のない多結晶又は非晶質である均質な機能性微粒子を得る工程と、この機能性微粒子と前記母材の微粒子とを原料として用いて固化して機能部材を得る工程とを具備する機能部材の製造方法が記載されている。 In Patent Document 6, by melting a raw material obtained by adding a functional additive to a base material and supplying the raw material into a liquid refrigerant, the cooling rate is controlled during atomization and solidification by cooling due to vapor explosion. To obtain homogeneous functional fine particles that are polycrystal or amorphous without segregation, and a step of solidifying the functional fine particles and the fine particles of the base material to obtain a functional member. A method of manufacturing the functional member included therein is described.
特許文献7、8には、水アトマイズの下方に吸引管を設置し、溶融粉化後の粉末が吸引されることにより粉末周囲の蒸気膜を破壊できることが記載されている。 Patent Documents 7 and 8 describe that a suction pipe is installed below the water atomizer, and the vapor film around the powder can be destroyed by sucking the powder after the melt pulverization.
特許文献9では水アトマイズの下方に冷却ブロックを設置し、80kgf/cm2以上の液体を噴射して、溶融粉化後の粉末を冷却ブロックに当て、粉末周囲の蒸気膜を破壊することが記載されている。 Patent Document 9 describes that a cooling block is installed below a water atomizer, a liquid of 80 kgf/cm 2 or more is sprayed, and the powder after melt pulverization is applied to the cooling block to destroy the vapor film around the powder. Has been done.
特許文献10には、アトマイズの下方に第2の液体を噴射する装置を設置して、液体の噴射圧力は5MPa〜20MPaで、溶融金属を含む分散液の進行方向を強制的に変化させることにより、覆われている蒸気膜を除去することが記載されている。 In Patent Document 10, a device for injecting the second liquid is installed below the atomizing device, and the injection pressure of the liquid is 5 MPa to 20 MPa, by forcibly changing the traveling direction of the dispersion liquid containing the molten metal. , Removing the vapor film that is covered is described.
特許文献11には、希土類を含む鉄ボロン系の強磁性材料(永久磁石)の特許であるが、水アトマイズにより微粉、非晶質化するにあたり水圧を750kgf/cm2〜1200kgf/cm2とすること、水温を20℃以下とすること、鉄1kgあたりの水量(kg)を25〜45[−]にすることが望ましいとされている。 Patent Document 11 is a patented-iron-boron-based ferromagnetic material (permanent magnet) containing a rare earth, pulverized by water atomization, the water pressure and 750kgf / cm 2 ~1200kgf / cm 2 Upon made amorphous It is said that it is desirable to set the water temperature to 20° C. or lower and to set the water amount (kg) per 1 kg of iron to 25 to 45 [−].
特許文献1〜3に記載された技術は、分断された金属粒子を、冷却液を旋回させて形成した冷却液層中に溶融金属を供給して、金属粒子の周りに形成された蒸気膜を剥がそうとする技術である。しかしながら、分断された金属粒子の温度が高いと、冷却液層中では膜沸騰状態になりやすく、しかも冷却液層中に供給された金属粒子は冷却液層とともに移動するため、冷却液層との相対速度差が少なく、膜沸騰状態を回避することは難しいという問題がある。 The techniques described in Patent Documents 1 to 3 supply the molten metal to the separated metal particles in a cooling liquid layer formed by swirling the cooling liquid to form a vapor film formed around the metal particles. It is a technique to peel off. However, when the temperature of the separated metal particles is high, a film boiling state is likely to occur in the cooling liquid layer, and further, the metal particles supplied into the cooling liquid layer move together with the cooling liquid layer, so that the cooling liquid layer There is a problem that the relative speed difference is small and it is difficult to avoid the film boiling state.
特許文献4〜6に記載された技術は、蒸気爆発を利用して圧力伝搬により溶融金属を分断して、さらに蒸気膜を破壊して急冷を行っている。溶融金属を分断した直後急冷を行うために、溶融金属が引きちぎられた状態で急冷凝固するため、粉末の形状が球形でない不定形状になる問題がある。不定形状な粉末は見掛密度が低くなる。 The techniques disclosed in Patent Documents 4 to 6 utilize steam explosion to divide the molten metal by pressure propagation, and further destroy the steam film to perform rapid cooling. Since the molten metal is rapidly cooled immediately after the molten metal is divided, the molten metal is rapidly cooled and solidified in a state where the molten metal is torn off, so that there is a problem that the powder has an indefinite shape other than a spherical shape. The irregularly shaped powder has a low apparent density.
特許文献7〜10に記載されている技術は、水アトマイズ法に関する。特許文献7および8に記載されている技術は、粉末を吸引することにより蒸気膜を除去できるとあるが、高温物体の周囲に水があれば、物体内部からの熱により水が連続的に気化されて蒸気膜を形成するので、水と溶融金属が一緒に吸引されるだけで蒸気膜を除去することは難しい。 The techniques described in Patent Documents 7 to 10 relate to a water atomizing method. The techniques described in Patent Documents 7 and 8 are said to be able to remove the vapor film by suctioning the powder, but if there is water around the high temperature object, the water from inside the object continuously vaporizes the water. Since water and molten metal are sucked together, it is difficult to remove the vapor film.
特許文献9では、アトマイズ下方に冷却ブロックを設置して、蒸気膜に覆われた溶湯を冷却ブロックに当てることにより、蒸気膜を破壊することが可能とされているが、液体を分断に用いた場合、液体の温度が上がること、それに伴い蒸気膜の形成がされやすくなり、また分断に液体がもつ噴射圧(圧力エネルギー)を使用するため、冷却ブロックにあたるときには蒸気膜を破壊するためのエネルギー量が不足する。仮に、蒸気膜を崩壊させたとしても、溶融金属(粉末)が高温である限り、またすぐに蒸気膜が復活する。そのため常に蒸気膜を取り続ける必要がある。 In Patent Document 9, it is possible to destroy the vapor film by installing a cooling block below the atomizer and applying the molten metal covered with the vapor film to the cooling block, but a liquid was used for the division. In this case, since the temperature of the liquid rises, the formation of a vapor film becomes easier with it, and the injection pressure (pressure energy) of the liquid is used for division, so the amount of energy to destroy the vapor film when hitting the cooling block. Run out. Even if the vapor film is destroyed, as long as the molten metal (powder) is at a high temperature, the vapor film is immediately restored. Therefore, it is necessary to keep taking the vapor film.
特許文献10でも、アトマイズ後に液滴になった溶融金属を含む分散液を、液体ジェットスプレーにより進行方向を変えることにより、蒸気膜が除去できるとあるが、進行方向を変える際に、蒸気膜をまとっている溶融金属温度が高すぎると、再び周囲にある冷却水のために蒸気膜を覆ってしまう可能性があり、逆に冷却ブロックに当たったときの温度が低すぎると、溶融金属が凝固して結晶化が進む可能性がある。特に鉄系元素(Fe+Co+Ni)の含有量が多いと融点が高くなるため冷却開始温度が高く、冷却開始当初から膜沸騰となりやすく、液体噴射圧力が5MPa〜20MPa程度では十分とは言えない。 In Patent Document 10 as well, it is said that the vapor film can be removed by changing the traveling direction of the dispersion liquid containing the molten metal that has become droplets after atomization by a liquid jet spray. However, when changing the traveling direction, the vapor film is removed. If the temperature of the molten metal is too high, it may cover the vapor film again due to the surrounding cooling water, and conversely, if the temperature when it hits the cooling block is too low, the molten metal solidifies. Then, crystallization may proceed. In particular, when the content of the iron-based element (Fe+Co+Ni) is large, the melting point becomes high, so that the cooling start temperature is high and film boiling tends to occur from the beginning of cooling, and it cannot be said that the liquid injection pressure of about 5 MPa to 20 MPa is sufficient.
特許文献11では永久磁石用粉末ではあるが、粉末を微粉化、非晶質化するために750kgf/cm2〜1200kgf/cm2とすること、水温を20℃以下とすること、鉄1kgあたりの水量を25L〜45L(リットル)にすることが記載されており、これらにより膜沸騰や蒸気膜をとることは示されていないが、噴射圧を60MPa以上の高圧にすることは高圧ポンプ及び高圧配管にコストがかかり、これは製品価格が高くなることを意味する。また鉄1kgあたりの水量を25L〜45Lとしているが、鉄系元素が高い軟磁性材料にはこれでも十分とは言えない。 There is a Patent Document 11, powder for permanent magnets, but finely divided powder, be 750kgf / cm 2 ~1200kgf / cm 2 to amorphization, that the water temperature and 20 ° C. or less, per iron 1kg It is described that the amount of water is 25 L to 45 L (liter), and it is not shown that a film boiling or a vapor film is taken by these, but it is a high-pressure pump and a high-pressure pipe to make the injection pressure a high pressure of 60 MPa or more. Costly, which means higher product prices. Further, the amount of water per kg of iron is set to 25 L to 45 L, but this is not sufficient for a soft magnetic material having a high iron-based element.
生産性や粒同士の接着性の観点からは水アトマイズ法が有利である。水アトマイズの場合は、アトマイズ後に分断された溶融金属の周囲にアトマイズを行なった冷却水により蒸気膜で覆われる為、特許技術7〜11のように、さらに別の手段(アトマイズの噴射方向や噴射水量・噴射圧等、アトマイズ水の噴射条件)を加えることが必要である。
一方、非晶質化するために急冷却する際には、特許技術1〜6のようにガスアトマイズ後に水による急冷却を行なうことが有利である。しかしながら、特に鉄系元素が原子分量で76%以上と高濃度の軟磁性材料の非晶質化には、特許文献1〜6の冷却能力は不十分であり、より高い冷却能力が必要となる。
The water atomizing method is advantageous from the viewpoint of productivity and adhesiveness between particles. In the case of water atomization, since the steam is covered with the cooling water that has been atomized around the molten metal that has been divided after atomization, another means (such as the atomizing direction or the atomizing direction of the atomizing) is used as in Patent Technologies 7 to 11. It is necessary to add atomized water injection conditions such as water volume and injection pressure.
On the other hand, when performing rapid cooling for amorphization, it is advantageous to perform rapid cooling with water after gas atomizing, as in Patent Documents 1 to 6. However, in particular, in order to amorphize a soft magnetic material having a high concentration of iron-based elements of 76% or more in atomic content, the cooling capacities of Patent Documents 1 to 6 are insufficient, and higher cooling capacities are required. ..
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、鉄系元素が原子分量で76.0%〜86.0%の金属粉末をアトマイズで製造するにあたり、粉末を球形化して高見掛密度化するとともに、その粉末を非晶質化させることができる、高い冷却能力をもつアトマイズ金属粉末の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and in producing a metal powder in which an iron-based element has an atomic content of 76.0% to 86.0% by atomization, the powder has a spherical shape and a high apparent appearance. It is an object of the present invention to provide a method for producing an atomized metal powder having a high cooling capacity, which is capable of densifying and making the powder amorphous.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。
高密度化あるいは高見掛密度化のためには、溶融金属の分断はガスアトマイズや水アトマイズで行い、その後分断した溶融金属は自然落下させながら、0.0004秒以上時間をかけて、溶融金属自身が持つ表面張力により球形化させる。分断された溶融金属が表面張力により球形化させる時間を球形化時間と呼ぶ。球形化時間が0.0004秒未満だと球形化が不十分である。球形化時間は0.0004秒より長くても問題ないが、溶融金属の温度が凝固温度以下に低下すると結晶化が始まってしまうため、球形化時間は最大0.01秒以内とすることが望ましい。
ガスアトマイズについては、0.5MP以上の噴射圧で噴射しないと溶融金属のアトマイズが難しい。またガスアトマイズについては溶鋼の酸化防止・発火防止のために窒素(N2)やアルゴン(Ar)等の不活性ガスを用いる。
水アトマイズについては5MPa以上の噴射圧で溶融金属を分断することが好ましい。5MPa未満では、溶融金属を細かく分断することが難しい。
球形化時間経過後、溶融金属が凝固する直前から2次冷却を行い急冷凝固させる。この2次冷却に、本発明では、ナノ流体を用いて急冷凝固を行う。なお、ここで言うナノ流体は、ナノ粒子を含有している液体のことを言う。ここでいう、ナノ粒子は、平均粒径5〜100nmの粒子を示す。
ナノ粒子を用いると冷却特性が改善する要因については、正確には把握できていないが、以下のような検証を行った。極細熱電対をガスバーナーで1300℃以上に加熱し、約1200℃から、シリカ、アルミナ、チタニアの各ナノ粒子を1重量%混ぜた各冷却媒体(ナノ流体)を入れたビーカー内に熱電対を漬けて冷却した。冷却実験では、図3に示すように、純水よりもナノ流体において冷却速度が高くなっている。ナノ流体では、特に高温部分で冷却が促進されており、ナノ流体により、高温部分で発生する膜沸騰が発生しにくくなっていると予想される。ナノ流体により、膜沸騰の発生を抑制する要因としては、以下の理由が考えられる。
1)冷却面と冷却媒体との濡れ性が変わる(濡れやすくなる)
2)冷却面にできた微細な凹凸により冷却面積が拡大する
3)冷却面表面にナノ粒子のコーティング層ができて温度勾配が大きくなる
ナノ粒子を冷却水に混合させるときの濃度は、1重量%前後が望ましいが、シリカやアルミナでは0.05重量%でも効果がある。また、2.0重量%以上でも効果があるが、水の粘性・動粘性が上がるので冷却水を噴射するための高圧ポンプに負荷がかかる。また、コスト面からナノ粒子は、最大2.0重量%以下までとすることが望ましい。
The present inventors have conducted extensive studies to solve the above problems.
In order to increase the density or increase the apparent density, the molten metal is divided by gas atomization or water atomization, and then the divided molten metal is allowed to fall for 0.0004 seconds or more while allowing the molten metal to fall by itself. It is made spherical by the surface tension that it has. The time required for the divided molten metal to spheroidize due to surface tension is called spheronization time. If the spheroidizing time is less than 0.0004 seconds, the spheroidizing is insufficient. There is no problem if the spheroidizing time is longer than 0.0004 seconds, but since the crystallization starts when the temperature of the molten metal falls below the solidification temperature, it is desirable that the spheronizing time is 0.01 seconds at maximum. ..
Regarding gas atomization, atomization of molten metal is difficult unless it is injected at an injection pressure of 0.5 MP or more. For gas atomization, an inert gas such as nitrogen (N2) or argon (Ar) is used to prevent oxidation and ignition of molten steel.
For water atomization, it is preferable to divide the molten metal with a jet pressure of 5 MPa or more. If it is less than 5 MPa, it is difficult to finely divide the molten metal.
After the spheroidizing time has elapsed, secondary cooling is performed immediately before the molten metal solidifies, and rapid solidification is performed. In the present invention, a nanofluid is used for this secondary cooling to perform rapid solidification. The nanofluid referred to here is a liquid containing nanoparticles. The nanoparticles referred to here are particles having an average particle size of 5 to 100 nm.
Although the factors that improve the cooling characteristics by using nanoparticles have not been accurately grasped, the following verifications were performed. An ultrafine thermocouple is heated to 1300°C or higher with a gas burner, and from about 1200°C, the thermocouple is placed in a beaker containing each cooling medium (nanofluid) containing 1% by weight of silica, alumina, and titania nanoparticles. Pickled and cooled. In the cooling experiment, as shown in FIG. 3, the cooling rate of the nanofluid was higher than that of pure water. In the nanofluid, cooling is promoted particularly in the high temperature portion, and it is expected that the nanofluid makes it difficult for the film boiling to occur in the high temperature portion. The following reasons are considered as factors that suppress the occurrence of film boiling due to the nanofluid.
1) The wettability between the cooling surface and the cooling medium changes (becomes easier)
2) The cooling area expands due to the fine irregularities formed on the cooling surface. 3) The coating layer of nanoparticles forms on the surface of the cooling surface and the temperature gradient increases. When the nanoparticles are mixed with cooling water, the concentration is 1 weight. % Is desirable, but 0.05% by weight of silica or alumina is effective. Further, although 2.0% by weight or more is effective, the viscosity and kinematic viscosity of water increase, so that a load is applied to the high pressure pump for injecting the cooling water. From the viewpoint of cost, it is desirable that the maximum content of nanoparticles is 2.0% by weight or less.
ナノ粒子の平均粒径については5nm〜100nmが好ましい。5nm未満だと本効果が表れにくい。また100nm以上だと冷却水中に沈殿しやすくなるので、運用が難しく、また(プランジャー式)高圧ポンプなどのピストンに大きな摩耗が生じやすくなり、メンテナンス費用が高くなったり、メンテナンスのために工場の稼働時間が短くなったりする。平均粒径は、例えばガス吸着法による比表面積測定から求めることができる。冷却水の噴射方法としては、分断した溶融金属の周囲をから分断した溶融金属のスプレーノズルなどによって高圧で噴射し、あるいは板状の上を高圧水が沿うように流す様にしてその上から分断した溶融金属を吹き付けても良い。 The average particle size of the nanoparticles is preferably 5 nm to 100 nm. If it is less than 5 nm, this effect is difficult to appear. Also, if it is 100 nm or more, it easily precipitates in the cooling water, making it difficult to operate, and the piston of the (plunger type) high-pressure pump is likely to be greatly worn, resulting in high maintenance costs and maintenance of the factory. The operating time is shortened. The average particle diameter can be obtained by measuring the specific surface area by a gas adsorption method, for example. Cooling water can be jetted at a high pressure by using a spray nozzle of molten metal that has been divided from the periphery of the molten metal that has been divided, or by dividing the molten metal so that high-pressure water flows along the plate. The molten metal may be sprayed.
よって、本発明は、以下を要旨とする。
[1] 鉛直方向に落下する溶融金属の周囲から冷却水を噴射して溶融金属を分断し、分断してから0.0004秒以上溶融金属を落下させ、
落下させた後、溶融金属の周囲から平均粒径5nm〜100nmの粒子であるナノ粒子を0.05重量%〜2.0重量%含む冷却水を噴射して、溶融金属を冷却し、
Fe、NiおよびCoの合計含有量が原子分率で76.0%〜86.0%である金属粉末を製造するアトマイズ金属粉末の製造方法。
[2] 鉛直方向に落下する溶融金属の周囲から噴射圧0.5MPa以上の高圧不活性ガスを噴射して溶融金属を分断し、分断してから0.0004秒以上溶融金属を落下させ、
落下させた後、溶融金属の周囲から、平均粒径5nm〜100nmの粒子であるナノ粒子を0.05重量%〜2.0重量%含む冷却水を噴射して、溶融金属を冷却し、
Fe、NiおよびCoの合計含有量が原子分率で76.0%〜86.0%である金属粉末を製造するアトマイズ金属粉末の製造方法。
[3] ナノ粒子は、
純金属系粒子、金属酸化物系粒子、金属窒化物系粒子、金属炭化物系粒子の少なくとも1つを含む[1]または[2]に記載のアトマイズ金属粉末の製造方法。
[4] 金属酸化物系粒子は、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、チタニア(TiO2)のいずれかである[3]に記載のアトマイズ金属粉末の製造方法。
[5] 製造されるアトマイズ金属粉末は、Si、P及びBから選ばれる少なくとも2種とCuを含有する[1]ないし[4]のいずれかに記載のアトマイズ金属粉末の製造方法。
Therefore, the gist of the present invention is as follows.
[1] Cooling water is sprayed from around the molten metal falling in the vertical direction to divide the molten metal, and after the division, the molten metal is dropped for 0.0004 seconds or more,
After being dropped, cooling water containing 0.05% by weight to 2.0% by weight of nanoparticles, which are particles having an average particle size of 5 nm to 100 nm, is jetted from around the molten metal to cool the molten metal,
A method for producing an atomized metal powder, which comprises producing a metal powder having a total content of Fe, Ni, and Co of 76.0% to 86.0% in atomic fraction.
[2] A high-pressure inert gas having an injection pressure of 0.5 MPa or more is injected from the periphery of the molten metal falling in the vertical direction to divide the molten metal, and after the division, the molten metal is dropped for 0.0004 seconds or more,
After being dropped, cooling water containing 0.05% by weight to 2.0% by weight of nanoparticles, which are particles having an average particle size of 5 nm to 100 nm, is jetted from around the molten metal to cool the molten metal,
A method for producing an atomized metal powder, which comprises producing a metal powder having a total content of Fe, Ni, and Co of 76.0% to 86.0% in atomic fraction.
[3] The nanoparticles are
The method for producing atomized metal powder according to [1] or [2], containing at least one of pure metal particles, metal oxide particles, metal nitride particles, and metal carbide particles.
[4] The method for producing atomized metal powder according to [3], wherein the metal oxide-based particles are any one of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and titania (TiO 2 ).
[5] The method for producing atomized metal powder according to any one of [1] to [4], wherein the atomized metal powder produced contains at least two kinds selected from Si, P and B and Cu.
本発明により鉄系成分(Fe、Ni、Co)の合計含有量が原子分率で76.0%〜86.0%であるアトマイズ金属粉末の見掛密度を3.0g/cm3以上とし、アトマイズ金属粉末の非晶質化率90%以上にすることが可能となる。また、本発明で得られたアトマイズ金属粉末を成形後に適切な熱処理を施せば、ナノサイズの結晶を析出させることができる。これにより、Fe系元素を高濃度化でき、モーターの小型化・高出力化を実現することができる。 According to the present invention, the atomized metal powder having a total content of iron-based components (Fe, Ni, Co) of 76.0% to 86.0% in atomic fraction has an apparent density of 3.0 g/cm 3 or more, It is possible to make the atomization rate of the atomized metal powder 90% or more. Further, by subjecting the atomized metal powder obtained in the present invention to an appropriate heat treatment after molding, nano-sized crystals can be precipitated. As a result, the Fe-based element can be highly concentrated, and the motor can be downsized and the output can be increased.
以下、添付した図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない限り種々の設計変更を行うことが可能である。アトマイズ法については水アトマイズとガスアトマイズに分けて説明する。
本発明の水アトマイズ法は、鉛直方向に落下する溶融金属の周囲から冷却水を噴射して溶融金属を分断し、分断してから0.0004秒以上溶融金属を落下させ、落下させた後、溶融金属の周囲から平均粒径5nm〜100nmの粒子であるナノ粒子を0.05重量%〜2.0重量%含む冷却水を噴射して、溶融金属を冷却する。これにより、Fe、NiおよびCoの合計含有量が原子分率で76.0%〜86.0%である金属粉末を製造する。水アトマイズについては、5MPa以上の噴射圧で溶融金属を分断することが好ましい。5MPa未満では、溶融金属を細かく分断することが容易でないためである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and various design changes can be made without departing from the gist of the present invention. The atomizing method will be described separately for water atomizing and gas atomizing.
Water atomizing method of the present invention, the molten metal is sprayed from the periphery of the molten metal falling in the vertical direction to divide the molten metal, and after the split, the molten metal is dropped for 0.0004 seconds or more, and after being dropped, Cooling water containing 0.05% to 2.0% by weight of nanoparticles, which are particles having an average particle size of 5 nm to 100 nm, is jetted from around the molten metal to cool the molten metal. This produces a metal powder having a total content of Fe, Ni, and Co of 76.0% to 86.0% in atomic fraction. For water atomization, it is preferable to divide the molten metal with a jet pressure of 5 MPa or more. This is because if it is less than 5 MPa, it is not easy to divide the molten metal into fine pieces.
本発明のガスアトマイズ法は、鉛直方向に落下する溶融金属の周囲から噴射圧0.5MPa以上の高圧不活性ガスを噴射して溶融金属を分断し、分断してから0.0004秒以上溶融金属を落下させ、落下させた後、溶融金属の周囲から、平均粒径5nm〜100nmの粒子であるナノ粒子を0.05重量%〜2.0重量%含む冷却水を噴射して、溶融金属を冷却し、Fe、NiおよびCoの合計含有量が原子分率で76.0〜86.0%である金属粉末を製造する方法である。ガスアトマイズについては、0.5MP以上の噴射圧で噴射すると溶融金属を細かく分断することができる。ガスアトマイズについては溶鋼の酸化防止・発火防止のために窒素(N2)やアルゴン(Ar)等の不活性ガスを用いることが好ましい。 The gas atomizing method of the present invention divides the molten metal by injecting a high-pressure inert gas with an injection pressure of 0.5 MPa or more from the periphery of the molten metal falling in the vertical direction to divide the molten metal for 0.0004 seconds or more. After being dropped, the molten metal is cooled by injecting cooling water containing 0.05% by weight to 2.0% by weight of nanoparticles, which are particles having an average particle size of 5 nm to 100 nm, around the molten metal. However, the total content of Fe, Ni and Co is 76.0 to 86.0% in terms of atomic fraction. Regarding gas atomization, the molten metal can be finely divided by injecting at an injection pressure of 0.5 MP or more. For gas atomization, it is preferable to use an inert gas such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) for preventing oxidation and ignition of molten steel.
水アトマイズ法およびガスアトマイズ法において、分断した溶融金属を落下させて球形化させる球形化時間を0.0004秒以上としたのは、球状化のために必要であるからである。球形化時間が0.0004秒未満の場合は球形化が不十分であるためである。球形化時間は0.0004秒より長くても問題ないが、溶融金属の温度が凝固温度以下に低下すると結晶化が始まってしまうため、球形化時間は最大0.01秒以内とすることが望ましい。 In the water atomizing method and the gas atomizing method, the spheroidizing time for dropping the divided molten metal to make it spherical is not less than 0.0004 seconds because it is necessary for spheroidizing. This is because if the spheroidizing time is less than 0.0004 seconds, the spheroidizing is insufficient. There is no problem if the spheroidizing time is longer than 0.0004 seconds, but since the crystallization starts when the temperature of the molten metal falls below the solidification temperature, it is desirable that the spheronizing time is 0.01 seconds at maximum. ..
ナノ粒子については、純金属系粒子、金属酸化物系粒子、金属窒化物系粒子、金属炭化物系粒子の少なくとも1つを含むものを用いることが望ましい。また、金属酸化物系粒子としては、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、チタニア(TiO2)のいずれかを用いることができる。 It is desirable to use nanoparticles containing at least one of pure metal particles, metal oxide particles, metal nitride particles, and metal carbide particles. As the metal oxide particles, any of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ) and titania (TiO 2 ) can be used.
製造されるアトマイズ金属粉末は、Si、P及びBから選ばれる少なくとも2種とCuを含有するものを対象とすることが好ましい。 It is preferable that the atomized metal powder to be produced is one containing at least two kinds selected from Si, P and B and Cu.
図4は、本発明の実施の形態の製造方法に用いる水アトマイズ金属粉末の製造装置を模式的に示す図である。図5は、図4に示す製造装置のアトマイズ部分を模式的に示す図である。図6は、別途説明するコーンガイド部分を示した模式図である。 FIG. 4 is a diagram schematically showing an apparatus for producing water atomized metal powder used in the production method according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram schematically showing an atomized portion of the manufacturing apparatus shown in FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a cone guide portion described separately.
図4、5に示すように、水アトマイズ金属粉末の製造装置は、原料を溶解した溶融金属2をタンディッシュ1で受けて溶融金属ノズル3により溶融金属2を注ぐ部分と、溶融金属2を分断する1次分断用水噴射装置40と、2次冷却噴射ノズル37とに分かれている。1次分断用水噴射装置40は、1次冷却水ノズルヘッダー4と1次冷却水噴射ノズル5を有している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the apparatus for producing water atomized metal powder divides the molten metal 2 from the portion where the molten metal 2 in which the raw material is melted is received by the tundish 1 and the molten metal 2 is poured by the molten metal nozzle 3. It is divided into a primary water splitting injection device 40 and a secondary cooling injection nozzle 37. The water jetting device 40 for primary cutting has a primary cooling water nozzle header 4 and a primary cooling water jetting nozzle 5.
タンディッシュ1は、一回の金属粉末の製造量にあわせて容量が選択される。1回の製造量が100kgであれば、歩留まりを見据えて、それよりも大きめのタンディッシュ容量を選択する。
溶融金属ノズル3は、先端が細いものを選んでも良い。溶融金属2の落下量を調整する場合、溶融金属ノズル3の先端径が重要になる。毎分7kg程度であればφ2mm、毎分15kg程度であればφ3mm、毎分30kg程度であればφ4mm等を選択する。またタンディッシュ1を密封(図示しない)して不活性ガスによる背圧(与圧)をかけることにより溶融金属の落下量を調整しても良い。タンディッシュ1および溶融金属ノズル3は、溶融金属2を注いだときの温度差による割れ、ヒートショックを防ぐために、溶融金属2を注ぐ前にガスバーナーや電気ヒーター等(図示しない)による予熱を行う。
The capacity of the tundish 1 is selected in accordance with the amount of metal powder produced once. If the production amount per batch is 100 kg, the yield is taken into consideration and a tundish capacity larger than that is selected.
The molten metal nozzle 3 may have a thin tip. When adjusting the falling amount of the molten metal 2, the tip diameter of the molten metal nozzle 3 becomes important. If it is about 7 kg per minute, φ2 mm, if it is about 15 kg per minute, φ3 mm, if it is about 30 kg per minute, φ4 mm or the like is selected. Alternatively, the amount of molten metal dropped may be adjusted by sealing (not shown) the tundish 1 and applying back pressure (pressurization) with an inert gas. The tundish 1 and the molten metal nozzle 3 perform preheating with a gas burner, an electric heater or the like (not shown) before pouring the molten metal 2 in order to prevent cracking and heat shock due to a temperature difference when the molten metal 2 is poured. ..
水アトマイズの場合、1次分断は1次冷却水噴射ノズル5より、溶融金属2の周囲から冷却水を噴射しておこなう。冷却水は、冷却水タンク15に一旦水をためて、必要によって冷却水温を温度調節機16により調整する。1次分断は、溶融金属2を分断する機能を果たせばよく、水温を低くする必要がないので、20〜50℃に調整する。冷却水は、1次冷却用高圧ポンプ17により高圧水となって1次冷却用配管18を通って1次冷却水噴射ノズル5が取り付けられている1次冷却水ノズルヘッダー4に送水される。1次冷却水ノズルヘッダー4の中央部には孔4aが開いている。孔4aには、溶融金属ノズル3が挿入されて、溶融金属ノズル3を溶融金属2が通る。
1次冷却水噴射ノズル5は、円筒状の1次冷却水ノズルヘッダー4の円周上に複数本取り付けられている。1次冷却水噴射ノズル5の数は、4〜24本程度が望ましい。1次冷却水噴射ノズル5は、溶融金属2が鉛直下方へ落下するように、互いに斜め下方中心に向かい合って伸びている。
図5および図6に示すように、1次冷却水噴射ノズル5より噴射された冷却水は、コーンガイド8に衝突して集束角度が変更され、お互いの冷却水が衝突する。コーンガイド8による集束角度αは25〜15°程度が望ましい。集束角度αが大きいと冷却作用が働いて溶融金属2の温度が下がり、逆に、角度が小さいと溶融金属ノズル3から冷却水に接するまでの距離が増加して、これによっても溶融金属2の温度が下がる。なお、1次分断での溶融金属2の平均温度は、その溶融金属2の凝固温度よりも100℃以上高い温度で分断することが望ましい。溶融金属2の平均温度が低いと、分断されたあと2次冷却が始まるまでに凝固が始まって非晶質化率が下がるためである。
本実施の形態では、1次分断した溶融金属2を自然落下させながら、0.0004秒以上溶融金属を落下させて、溶融金属2自身が持つ表面張力により溶融金属2を球形化させる。これを実現させるために、溶融金属を分断した位置(以下、アトマイズポイントまたはAP点ともいう)から2次冷却開始までの間に、球形化距離LSを設けている。
図11は、LS開始点を示す図である。図11(a)は、アトマイズ装置にコーンガイド8が設けられている場合のLS開始点を示す図である。この場合には、断面図におけるコーンガイド8の側面の延長線と溶融金属ノズル3の中心軸の交差点がLS開始点となる。図11(b)は、アトマイズ装置にコーンガイド8が設けられていない場合のLS開始点を示す図である。この場合には、1次冷却水噴射ノズル5の中心軸(噴射方向)の延長線と溶融金属ノズル3の中心軸の交差点がLS開始点となる。
In the case of water atomization, the primary division is performed by injecting cooling water from around the molten metal 2 from the primary cooling water injection nozzle 5. The cooling water is temporarily stored in the cooling water tank 15, and the cooling water temperature is adjusted by the temperature controller 16 if necessary. The primary cutting has only to fulfill the function of cutting the molten metal 2, and it is not necessary to lower the water temperature, so the temperature is adjusted to 20 to 50°C. The cooling water becomes high-pressure water by the primary cooling high-pressure pump 17 and is sent to the primary cooling water nozzle header 4 to which the primary cooling water injection nozzle 5 is attached through the primary cooling pipe 18. A hole 4a is formed in the center of the primary cooling water nozzle header 4. The molten metal nozzle 3 is inserted into the hole 4 a, and the molten metal 2 passes through the molten metal nozzle 3.
A plurality of primary cooling water injection nozzles 5 are mounted on the circumference of the cylindrical primary cooling water nozzle header 4. The number of primary cooling water injection nozzles 5 is preferably about 4 to 24. The primary cooling water injection nozzles 5 extend diagonally downward facing each other so that the molten metal 2 drops vertically downward.
As shown in FIGS. 5 and 6, the cooling water sprayed from the primary cooling water spray nozzle 5 collides with the cone guide 8 to change the focusing angle, and the cooling waters collide with each other. The focusing angle α by the cone guide 8 is preferably about 25 to 15°. If the focusing angle α is large, the cooling action works to lower the temperature of the molten metal 2, and conversely, if the angle is small, the distance from the molten metal nozzle 3 to the contact with the cooling water increases, which also causes the molten metal 2 to come into contact with the cooling water. The temperature drops. It is desirable that the average temperature of the molten metal 2 in the primary cutting be 100° C. or more higher than the solidification temperature of the molten metal 2. This is because when the average temperature of the molten metal 2 is low, solidification starts and the amorphization rate decreases by the time when secondary cooling starts after being divided.
In the present embodiment, while the molten metal 2 that has been divided into the primary parts is naturally dropped, the molten metal 2 is dropped for 0.0004 seconds or more, and the molten metal 2 is spherical due to the surface tension of the molten metal 2 itself. In order to realize this, a spheroidizing distance LS is provided from the position where the molten metal is divided (hereinafter, also referred to as atomizing point or AP point) to the start of secondary cooling.
FIG. 11 is a diagram showing the LS start point. FIG. 11A is a diagram showing the LS starting point when the cone guide 8 is provided in the atomizing device. In this case, the intersection of the extension line of the side surface of the cone guide 8 and the central axis of the molten metal nozzle 3 in the sectional view is the LS start point. FIG. 11B is a diagram showing the LS starting point in the case where the cone guide 8 is not provided in the atomizing device. In this case, the intersection of the extension line of the central axis of the primary cooling water injection nozzle 5 (injection direction) and the central axis of the molten metal nozzle 3 becomes the LS start point.
図12は、LS終了点を示す図である。図12(a)は、2次冷却噴射ノズル37がソリッドスプレータイプ(冷却水が直進するタイプ)である場合のLS終了点を示す図である。この場合には、2次冷却噴射ノズル37の中心軸(噴射方向)の延長線と、溶融金属ノズル3の中心軸(噴射方向)の交差点がLS終了点となる。図12(b)は、2次冷却噴射ノズル37がフラットスプレータイプ(冷却水の噴射角度に幅があるタイプ)である場合のLS終了点を示す図である。この場合には、冷却水の噴射領域の上面と溶融金属ノズル3の中心軸(噴射方向)の交差点がLS終了点となる。
LS[m]は、必要な球形化時間(Ts[s:秒])と分断された溶融金属の落下速度(Vd[m/s])によって決定される。
LS>Vd×Ts ・・式(1)
とすることが必要である。
FIG. 12 is a diagram showing the LS end point. FIG. 12A is a diagram showing the LS end point when the secondary cooling injection nozzle 37 is a solid spray type (type in which cooling water goes straight). In this case, the intersection of the extension line of the central axis (injection direction) of the secondary cooling injection nozzle 37 and the central axis (injection direction) of the molten metal nozzle 3 becomes the LS end point. FIG. 12B is a diagram showing the LS end point in the case where the secondary cooling injection nozzle 37 is a flat spray type (type in which the cooling water has a wide spray angle). In this case, the intersection of the upper surface of the cooling water spraying region and the central axis (spraying direction) of the molten metal nozzle 3 becomes the LS end point.
LS [m] is determined by the required sphering time (Ts [s: seconds]) and the falling velocity (Vd [m/s]) of the molten metal that has been divided.
LS>Vd×Ts ··· Formula (1)
It is necessary to
2次冷却には、ナノ粒子を含む冷却水(以下、ナノ流体という)を用いる。図4および図5に示すように、ナノ流体は、2次冷却用タンク32に溜めた冷却水に、ナノ粒子投入機34からナノ粒子を所定量投入し、攪拌機33によって混合したものである。ナノ流体では、ナノ粒子の含有量が0.05重量%〜2.0重量%に調製される。冷却水は必要によって冷却水温を温調機によって調整する。2次冷却側の水温は低めにすることが望ましく4〜15℃程度に調製する。ナノ粒子を混合したナノ流体は、2次冷却用高圧ポンプ36によって所定圧力に加圧され、2次冷却水用配管35によって送水、2次冷却噴射ノズル37に供給される。2次冷却噴射ノズル37はチャンバー19内に円周上に複数本設置される。2次冷却噴射ノズル37は、4本以上32本以下程度の本数が望ましい。2次冷却の総冷却水量(Q2kg/min)は、落下溶融金属量(Mkg/min)に対して45倍(=Q2/M)程度にすることが望ましい。2次冷却を開始する溶融金属平均温度は凝固温度よりも100℃以内、さらに望ましくは50℃以内である。ナノ流体の冷却水は回収して再び2次冷却用タンク32に送り再使用しても構わない。なお水アトマイズの場合は、1次分断ではナノ粒子を混ぜていない冷却水を使用するので、ナノ粒子の濃度が下がるので、ナノ粒子投入機34により濃度を調整する必要がある。
図7は、本実施形態(比較方法を含む)の製造方法に用いるガスアトマイズ金属粉末の製造装置を模式的に示す図である。図8は、ガスアトマイズ部分を詳細に示した模式図である。
For the secondary cooling, cooling water containing nanoparticles (hereinafter referred to as nanofluid) is used. As shown in FIGS. 4 and 5, the nanofluid is a mixture of the cooling water stored in the secondary cooling tank 32 with a predetermined amount of nanoparticles from the nanoparticle feeder 34 and mixed by the stirrer 33. In the nanofluid, the content of nanoparticles is adjusted to 0.05 wt% to 2.0 wt %. If necessary, the cooling water temperature is adjusted by a temperature controller. The water temperature on the secondary cooling side is preferably low and is adjusted to about 4 to 15°C. The nanofluid mixed with nanoparticles is pressurized to a predetermined pressure by the high-pressure secondary cooling pump 36, and is supplied to the secondary cooling jet nozzle 37 by the secondary cooling water pipe 35. A plurality of secondary cooling jet nozzles 37 are installed on the circumference of the chamber 19. The number of the secondary cooling injection nozzles 37 is preferably about 4 or more and 32 or less. It is desirable that the total cooling water amount (Q2 kg/min) of the secondary cooling be about 45 times (=Q2/M) with respect to the falling molten metal amount (Mkg/min). The average temperature of the molten metal at which the secondary cooling is started is 100°C or less, more preferably 50°C or less than the solidification temperature. The nanofluid cooling water may be collected and sent to the secondary cooling tank 32 again for reuse. In the case of water atomization, the cooling water not mixed with the nanoparticles is used in the primary division, so that the concentration of the nanoparticles decreases, so it is necessary to adjust the concentration by the nanoparticle feeder 34.
FIG. 7: is a figure which shows typically the manufacturing apparatus of the gas atomized metal powder used for the manufacturing method of this embodiment (a comparative method is included). FIG. 8 is a schematic diagram showing the gas atomized portion in detail.
図7、8のガスアトマイズ金属粉末の製造装置は、原料を溶解した溶融金属2をタンディッシュ1で受け溶融金属ノズル3により溶融金属2を注ぐ部分と、溶融金属2を分断する1次分断用ガス噴射装置26と2次冷却噴射ノズル37とに分かれている。 The gas atomized metal powder manufacturing apparatus of FIGS. 7 and 8 is a primary cutting gas for cutting the molten metal 2 from the portion where the molten metal 2 in which the raw material is melted is received by the tundish 1 and the molten metal 2 is poured by the molten metal nozzle 3. It is divided into an injection device 26 and a secondary cooling injection nozzle 37.
タンディッシュ1は、一回の金属粉末の製造量にあわせて容量を選択する。ガスアトマイズは、水アトマイズに比べ1回の製造量は少なくなる。1回の製造量が50kgであれば、歩留まりを見据えて大きめのタンディッシュ容量を選択する。溶融金属ノズル3は先端が細いものを選んでも良い。溶融金属2の落下量を調整する場合、溶融金属ノズル3の先端径が重要になる。毎分7kg程度であればφ2mm、毎分15kg程度であればφ3mm、毎分30kg程度であればφ4mm等を選択する。また、タンディッシュ1を密封(図示しない)して不活性ガスによる背圧(与圧)をかけることにより溶融金属2の落下量を調整しても良い。タンディッシュ1および溶融金属ノズル3は、溶融金属2を注いだときの温度差による割れ、ヒートショックを防ぐために、溶融金属2を注ぐ前にガスバーナーや電気ヒーター等(図示しない)による予熱を行う。
1次分断はガスアトマイズの場合、1次分断用ガス噴射装置26より不活性ガス27を噴射して分断をおこなう。不活性ガスは、窒素(N2)やアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)等で、コンプレッサー24によって不活性ガスを加圧してガスホルダー25に貯める。あるいは高圧ガスボンベ(図示しない)によって不活性ガスを供給してもよい。加圧された不活性ガスは、高圧ガス配管23によって供給される。円筒状の1次分断用ガス噴射装置26には、円周上に複数のノズル噴射孔が空いている。1次分断用ガス噴射装置26の噴射孔からは、溶融金属2に向かって斜め下方向に不活性ガスが噴射され、これにより溶融金属2が分断される。尚、1次分断用ガス噴射装置26の中央部は穴が開いており、溶融金属ノズル3が入って溶融金属2が通る。
水を噴射する冷却水噴射ノズルに比べてガスは噴射圧や噴射速度の減衰が大きいので、1次分断用ガス噴射装置26のノズル噴射孔と溶融金属2との距離は5〜30mm程度と短い場合が多い。1次分断用ガス噴射装置26のノズル噴射孔はφ0.05〜φ0.3mm程度、噴射孔数は8〜72個程度が望ましい。所定の噴射圧や噴射量になるように調整する必要がある。不活性ガスによって溶融金属2が分断されたポイントをAP(アトマイズポイント)と呼ぶ。尚、1次分断での溶融金属2の平均温度は、その溶融金属2の凝固温度よりも100℃以上で分断することが望ましい。溶融金属2の平均温度が低いと、分断されたあと2次冷却が始まるまでに凝固が始まって非晶質化率が下がるためである。ガスアトマイズは水アトマイズに比べて温度低下が小さいので、1次分断での溶融金属2の平均温度は低くても良い。
The capacity of the tundish 1 is selected according to the amount of metal powder produced at one time. The amount of gas atomized produced once is smaller than that of water atomized. If the production amount per batch is 50 kg, a large tundish capacity is selected with a view to yield. The molten metal nozzle 3 may have a thin tip. When adjusting the falling amount of the molten metal 2, the tip diameter of the molten metal nozzle 3 becomes important. If it is about 7 kg per minute, φ2 mm, if it is about 15 kg per minute, φ3 mm, if it is about 30 kg per minute, φ4 mm or the like is selected. Alternatively, the falling amount of the molten metal 2 may be adjusted by sealing (not shown) the tundish 1 and applying back pressure (pressurization) with an inert gas. The tundish 1 and the molten metal nozzle 3 perform preheating with a gas burner, an electric heater or the like (not shown) before pouring the molten metal 2 in order to prevent cracking and heat shock due to a temperature difference when the molten metal 2 is poured. ..
In the case of gas atomization for the primary division, the inert gas 27 is injected from the primary injection gas injection device 26 to perform the division. The inert gas is nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He) or the like, and the inert gas is pressurized by the compressor 24 and stored in the gas holder 25. Alternatively, the inert gas may be supplied by a high pressure gas cylinder (not shown). The pressurized inert gas is supplied through the high pressure gas pipe 23. A plurality of nozzle injection holes are formed on the circumference of the cylindrical primary dividing gas injection device 26. An inert gas is injected obliquely downward toward the molten metal 2 from the injection hole of the primary cutting gas injection device 26, whereby the molten metal 2 is cut. In addition, a hole is opened in the central portion of the primary dividing gas injection device 26, and the molten metal nozzle 3 enters and the molten metal 2 passes through.
Since the gas has a larger attenuation of the injection pressure and the injection speed than the cooling water injection nozzle for injecting water, the distance between the nozzle injection hole of the primary dividing gas injection device 26 and the molten metal 2 is as short as about 5 to 30 mm. In many cases. It is desirable that the nozzle injection holes of the primary cutting gas injection device 26 be about φ0.05 to φ0.3 mm, and the number of injection holes be about 8 to 72. It is necessary to adjust the injection pressure and the injection amount so that the injection pressure and injection amount become predetermined. The point at which the molten metal 2 is divided by the inert gas is called AP (atomize point). The average temperature of the molten metal 2 in the primary cutting is preferably 100° C. or higher than the solidification temperature of the molten metal 2. This is because when the average temperature of the molten metal 2 is low, solidification starts and the amorphization rate decreases by the time when secondary cooling starts after being divided. Since the gas atomization has a smaller temperature drop than the water atomization, the average temperature of the molten metal 2 in the primary cutting may be low.
AP点から2次冷却開始までの間に球形化距離LSが設けられている。LS[m]は、式(1)に示すように、必要な球形化時間(Ts[s:秒])と分断された溶融金属の落下速度(Vd[m/s])によって決定される。 A spheroidizing distance LS is provided from the AP point to the start of secondary cooling. LS[m] is determined by the required sphering time (Ts[s:seconds) and the falling velocity (Vd[m/s]) of the molten metal that has been divided, as shown in equation (1).
2次冷却は2次冷却用タンク32に冷却水をためて、ナノ粒子投入機34からナノ粒子を所定量投入し、攪拌機33によって混合される。これは0.05重量%〜2.0重量%に調製する。また冷却水は必要によって冷却水温を2次冷却水用温度調節器31によって調整する。2次冷却側の水温は低めにすることが望ましく4〜15℃程度に調製する。ナノ粒子を混合したナノ流体は2次冷却用高圧ポンプ36によって所定圧力に加圧され、2次冷却水用配管35によって送水、2次冷却噴射ノズル37に供給される。2次冷却噴射ノズル37はチャンバー19内に円周上に複数本設置される。4本以上32本以下程度の本数が望ましい。2次冷却の総冷却水量(Q2kg/min)は落下溶融金属量(Mkg/min)に対して45倍(=Q2/M)程度にすることが望ましい。2次冷却を開始する溶融金属2の平均温度は、凝固温度よりも100℃以内、さらに望ましくは50℃以内である。ナノ流体の冷却水は回収して再び2次冷却用タンク32に送り再使用しても構わない。ガスアトマイズの場合、水アトマイズに比べて再使用時のナノ粒子の濃度は下がりにくいが、溶融金属などに付着して消耗するのでナノ粒子投入機34により濃度を調整する必要がある。 In the secondary cooling, the cooling water is accumulated in the secondary cooling tank 32, a predetermined amount of nanoparticles is charged from the nanoparticle charging device 34, and the nanoparticles are mixed by the stirrer 33. This is adjusted to 0.05% to 2.0% by weight. If necessary, the cooling water temperature is adjusted by the secondary cooling water temperature controller 31. The water temperature on the secondary cooling side is preferably low and is adjusted to about 4 to 15°C. The nanofluid mixed with nanoparticles is pressurized to a predetermined pressure by the secondary cooling high-pressure pump 36, and is supplied to the secondary cooling jet nozzle 37 by the secondary cooling water pipe 35. A plurality of secondary cooling jet nozzles 37 are installed on the circumference of the chamber 19. It is desirable that the number is 4 or more and 32 or less. It is desirable that the total amount of cooling water (Q2 kg/min) for the secondary cooling be about 45 times (=Q2/M) with respect to the amount of falling molten metal (Mkg/min). The average temperature of the molten metal 2 at which the secondary cooling is started is 100° C. or less, more preferably 50° C. or less than the solidification temperature. The nanofluid cooling water may be collected and sent again to the secondary cooling tank 32 for reuse. In the case of gas atomization, the concentration of nanoparticles when reused is less likely to decrease as compared with water atomization, but since it adheres to molten metal and is consumed, it is necessary to adjust the concentration by the nanoparticle feeder 34.
図9は、本発明の他のガスアトマイズ方法を示す図である。この例では、図9に示すように、斜め衝突板39を用いて2次冷却を行う。2次冷却噴射ノズル38から、ナノ粒子が混入した高圧のナノ流体を斜め衝突板39上に沿うように流し、その上に1次分断した溶融金属2を落下させて2次冷却を行う。
AP点から2次冷却開始までの間に球形化距離LSを設けている。LSは上記の式(1)に定義される。
FIG. 9 is a diagram showing another gas atomizing method of the present invention. In this example, as shown in FIG. 9, the secondary cooling is performed using the oblique collision plate 39. A high-pressure nanofluid mixed with nanoparticles is caused to flow along the oblique collision plate 39 from the secondary cooling injection nozzle 38, and the molten metal 2 that has been primary-divided is dropped on the oblique collision plate 39 to perform secondary cooling.
A spheroidizing distance LS is provided between the AP point and the start of secondary cooling. LS is defined in equation (1) above.
2次冷却の総冷却水量(Q2kg/min)は、落下する溶融金属量(Mkg/min)に対して45倍(=Q2/M)程度にすることが望ましい。2次冷却を開始する溶融金属2の平均温度は、凝固温度+100℃以内、さらに望ましくは凝固温度+50℃以内である。ナノ流体は、回収して再び2次冷却用タンク32に送り再使用してもよい。ガスアトマイズの場合、水アトマイズに比べて再使用時のナノ粒子の濃度は下がりにくいが、溶融金属2などに付着してナノ粒子が減少するので、ナノ粒子投入機34によりナノ粒子の濃度を調整する必要がある。 It is desirable that the total cooling water amount (Q2 kg/min) of the secondary cooling be about 45 times (=Q2/M) with respect to the amount of molten metal that falls (Mkg/min). The average temperature of the molten metal 2 at which the secondary cooling is started is within the solidification temperature +100°C, more preferably within the solidification temperature +50°C. The nanofluid may be collected and sent again to the secondary cooling tank 32 for reuse. In the case of gas atomization, the concentration of nanoparticles upon reuse is less likely to decrease than in water atomization, but since nanoparticles adhere to molten metal 2 etc. and the nanoparticles decrease, the concentration of nanoparticles is adjusted by the nanoparticle feeder 34. There is a need.
図9に示すような斜め衝突板39を用いた2次冷却方法は、図1の水アトマイズに適用しても構わない。 The secondary cooling method using the oblique collision plate 39 as shown in FIG. 9 may be applied to the water atomizing shown in FIG.
本発明の水アトマイズ法およびガスアトマイズ法を用いたアトマイズ金属粉末の製造方法では、溶融金属2、溶融金属6、金属粉末9の温度を確認しながらアトマイズ金属粉末を製造する。以下に、温度の確認の具体的な方法について説明する。 In the method for producing atomized metal powder using the water atomizing method and the gas atomizing method of the present invention, the atomized metal powder is produced while confirming the temperatures of the molten metal 2, the molten metal 6 and the metal powder 9. Hereinafter, a specific method of checking the temperature will be described.
本実施の形態の水アトマイズ金属粉末の製造において、1次冷却水7による溶融金属6の分断時の平均温度、2次冷却水10による金属粉末9の冷却時の平均温度は、数値シミュレーションにより見積もり、決定する。図10に、水アトマイズの場合の数値シミュレーションで用いた領域区分を示し、表1に計算条件および境界条件を示す。また溶融金属と他の物質(大気、水等)との境界でのエネルギー交換は、下記(2)式により行った。なお、(2)式の右辺の1項は熱伝達、2項はふく射である。
Q/A=h(θ0−θ∞)+εσ(θ0 4−θ∞ 4) ・・・(2)
Q:熱量(W)
A:断面積(m2)
h:接触熱伝達率(W/m2・K)
θ0:初期温度(K)
θ∞:大気温度または水温等(K) (溶融金属と大気が接触している場合は大気温度、溶融金属が水と接触しているときは水温を用いる)
ε:放射率(−)
σ:ステファン−ボルツマン係数(W/m2・K4)
図10の(i)の領域は、溶融金属ノズル3内とし、円筒座標系で計算を行った。また溶融金属ノズル3の中は、溶融金属ノズル3の長さと溶融金属2の移動速度に応じて計算値が発散しないように時間間隔を変える。溶融金属ノズル3への熱の移動は、接触熱伝達率によって計算する。接触熱伝達率は2000〜10000W/m2・K程度とし、放射率は0でふく射は計算を行わないとした。また、溶融金属温度は、原料溶解時の温度を放射温度計または熱電対で測定した。
In the production of the water atomized metal powder of the present embodiment, the average temperature when the molten metal 6 is divided by the primary cooling water 7 and the average temperature when the metal powder 9 is cooled by the secondary cooling water 10 are estimated by numerical simulation. ,decide. FIG. 10 shows the area classification used in the numerical simulation in the case of water atomization, and Table 1 shows the calculation conditions and boundary conditions. Energy exchange at the boundary between the molten metal and other substances (air, water, etc.) was performed by the following equation (2). The first term on the right side of the equation (2) is heat transfer and the second term is radiation.
Q/A=h(θ 0 −θ ∞ )+εσ(θ 0 4 −θ ∞ 4 )... (2)
Q: Calorie (W)
A: Cross-sectional area (m 2 )
h: Contact heat transfer coefficient (W/m 2 ·K)
θ0: Initial temperature (K)
θ∞: Atmospheric temperature or water temperature, etc. (K) (when the molten metal is in contact with the atmosphere, the atmospheric temperature is used, and when the molten metal is in contact with water, the water temperature is used)
ε: Emissivity (-)
σ: Stefan-Boltzmann coefficient (W/m 2 ·K 4 ).
The region (i) in FIG. 10 is set in the molten metal nozzle 3 and calculation is performed in a cylindrical coordinate system. In the molten metal nozzle 3, the time interval is changed according to the length of the molten metal nozzle 3 and the moving speed of the molten metal 2 so that the calculated value does not diverge. The heat transfer to the molten metal nozzle 3 is calculated by the contact heat transfer coefficient. The contact heat transfer coefficient is about 2000 to 10000 W/m 2 ·K, the emissivity is 0, and the radiation is not calculated. The molten metal temperature was measured by measuring the temperature at the time of melting the raw materials with a radiation thermometer or a thermocouple.
図10の(ii)の領域では、溶融金属ノズル3の出口から1次冷却水による1次分断開始点(図5、8、9のAP点に相当)の前までとし、円筒座標系で計算を行う。溶融金属の熱は空間中へ放冷で逃げ、熱伝達率としては18〜50W/m2・K程度、放射率(=0.8〜0.95程度)を与えてふく射も計算した。この計算が終わった時点での溶融金属の平均温度を1次分断開始温度とした。 In the region (ii) of FIG. 10, the calculation is performed in the cylindrical coordinate system from the outlet of the molten metal nozzle 3 to the point before the primary cutting start point (corresponding to the AP point in FIGS. 5, 8 and 9) by the primary cooling water. I do. The heat of the molten metal escapes into the space by allowing it to cool, and the radiation is calculated by giving a heat transfer coefficient of about 18 to 50 W/m 2 ·K and an emissivity (about 0.8 to 0.95). The average temperature of the molten metal at the time when this calculation was finished was taken as the primary cutting start temperature.
図10の(iii)の領域は、1次分断開始点から1次分断終了点までであり、1次分断内(溶融金属が分断されて金属粉末になる領域内)とし、ここから球座標系で計算した。球座標の直径は平均粒径(製造目標平均粒径)を用いて計算した。溶融金属の熱は冷却水へ強制対流で伝わるが膜沸騰条件を入れた。熱伝達率は200〜1000W/m2・K程度である。またふく射も計算した。ガスアトマイズの場合は100〜400W/m2・K程度とした。 The region (iii) in FIG. 10 is from the first division start point to the first division end point, and is within the first division (in the region where the molten metal is divided into metal powder), and from here the spherical coordinate system Calculated by. The diameter of the spherical coordinates was calculated using the average particle size (production target average particle size). The heat of the molten metal is transferred to the cooling water by forced convection, but film boiling conditions were included. The heat transfer coefficient is about 200 to 1000 W/m 2 ·K. Radiation was also calculated. In the case of gas atomization, it was set to about 100 to 400 W/m 2 ·K.
図10の領域(iv)は、1次分断終了点から2次冷却開始点までの球形化を行う領域であり、1次分断終了点から2次冷却開始点までの距離を球形化距離(LS)とした。溶融金属の周りには水がある状態なので、領域(ii)よりも大きい熱伝達率を与えた(100〜200W/m2・K程度)。ガスアトマイズの場合は30〜100W/m2・K程度とした。ふく射も計算し、この時点の金属粉末の平均温度を2次冷却開始温度とした。 The area (iv) in FIG. 10 is an area for performing spheroidization from the primary cutting end point to the secondary cooling start point, and the distance from the primary cutting end point to the secondary cooling start point is the spheroidizing distance (LS). ). Since there is water around the molten metal, a larger heat transfer coefficient than that in the region (ii) was given (about 100 to 200 W/m 2 ·K). In the case of gas atomization, it was set to about 30 to 100 W/m 2 ·K. Radiation was also calculated, and the average temperature of the metal powder at this time was taken as the secondary cooling start temperature.
図10の領域(v)は2次冷却の領域とし、表1に示す条件と(1)式から金属粉末の温度を前進差分計算により算出した。 The region (v) in FIG. 10 is the region of secondary cooling, and the temperature of the metal powder was calculated by the forward difference calculation from the conditions shown in Table 1 and the equation (1).
鉄系元素(Fe+Co+Ni)の含有量が多いと、融点が高くなるため、冷却開始温度が高く、冷却開始当初から膜沸騰となりやすく、従来の方法では非晶質化率を90%以上に高めることは困難である。具体的には、鉄系成分(Fe、Ni、Co)の合計含有量が原子分率で76%以上であり、Cuの含有量が原子分率で0.1%以上2.0%以下であると非晶質化率を高めにくい。しかし、本発明によれば、金属粉末の組成がこのような組成であっても、非晶質化率を高められるので、高磁束密度化できる。その結果、本発明の製造方法は、モーターの小型化、高出力化に寄与する。 When the content of iron-based elements (Fe+Co+Ni) is high, the melting point becomes high, so the cooling start temperature is high, and film boiling tends to occur from the beginning of cooling, and the amorphization ratio should be increased to 90% or more by the conventional method. It is difficult. Specifically, the total content of iron-based components (Fe, Ni, Co) is 76% or more in atomic fraction, and the content of Cu is 0.1% or more and 2.0% or less in atomic fraction. If so, it is difficult to increase the amorphization rate. However, according to the present invention, even if the composition of the metal powder is such a composition, the amorphization rate can be increased, so that the magnetic flux density can be increased. As a result, the manufacturing method of the present invention contributes to downsizing and high output of the motor.
また、鉄系成分(Fe、Ni、Co)の合計含有量が原子分率で82.9%を超え86.0%未満であり、Si、P、B及びCuから選ばれる少なくとも3種を含有する組成において、製造する金属粉末の平均粒径を5μm以上にしようとすると、非晶質化率を90%以上に高めることは、従来では極めて困難であった。しかし、本発明によれば、鉄系成分(Fe、Ni、Co)の合計含有量が原子分率で82.9%超え86.0%未満であり、Si、P及びBから選ばれる少なくとも2種とCuを含有の場合に、平均粒径が5μm以上にしても、非晶質化率を90%以上にすることができる。ここで、本発明で非晶質化率を90%以上にできる平均粒径の上限の目安は75μmである。なお、粒径は篩方法により分級して測定し、積算法によって平均粒径(D50)を算出する。また、レーザー回折/散乱式粒度分布測定を用いることもある。 Further, the total content of the iron-based components (Fe, Ni, Co) is more than 82.9% and less than 86.0% in atomic fraction, and contains at least three kinds selected from Si, P, B and Cu. In the composition described above, if the average particle size of the metal powder to be produced is set to 5 μm or more, it has been extremely difficult to increase the amorphization rate to 90% or more. However, according to the present invention, the total content of iron-based components (Fe, Ni, Co) is more than 82.9% and less than 86.0% in atomic fraction, and at least 2 selected from Si, P and B is used. When the seed and Cu are contained, the amorphization rate can be 90% or more even if the average particle diameter is 5 μm or more. Here, in the present invention, the upper limit of the average particle diameter that can make the amorphization rate 90% or more is 75 μm. The particle diameter is measured by classifying by a sieving method, and the average particle diameter (D50) is calculated by an integrating method. Laser diffraction/scattering particle size distribution measurement may also be used.
鉄系元素の含有量が多いアトマイズ金属粉末であれば、本金属粉末を成形後に適切な熱処理を施すことで、低損失性と高磁束密度の両立が可能となる。 If the atomized metal powder contains a large amount of iron-based elements, it is possible to achieve both low loss and high magnetic flux density by subjecting the present metal powder to an appropriate heat treatment.
加えて近年では、まてりあVol.41 No.6 P.392, Journal of Applied Physics 105, 013922(2009)、特許第4288687号公報、特許第4310480号公報、特許第4815014号公報、WO2010/084900号、特開2008−231534号公報、特開2008−231533号公報、特許第2710938号公報などに示されるように磁束密度の大きなヘテロアモルファス材料や、ナノ結晶材料が開発されている。これらの鉄系元素の含有量が多い金属粉末を水アトマイズ法により製造するに際して、本発明はきわめて有利に適合する。特に原子分量(%)でFe系成分濃度が80%台になると、従来技術では非晶質化率を高めることが困難であった。しかし、本発明の製造方法を適用すれば、水アトマイズ後の非晶質化率を90%以上にすることができるとともに、見掛密度を3.5g/cm3以上にできる。 In addition, in recent years, Materia Vol. 41 No. 6 P. 392, Journal of Applied Physics 105, 013922 (2009), Japanese Patent No. 4288687, Japanese Patent No. 4310480, Japanese Patent No. 4815014, WO2010/084900, Japanese Patent Publication No. 2008-231534, Japanese Patent Publication No. 2008-231533. Hetero-amorphous materials having high magnetic flux density and nano-crystalline materials have been developed as disclosed in Japanese Patent Publication No. 2710938 and Japanese Patent Publication No. 2710938. The present invention is very advantageously applicable to the production of the metal powder containing a large amount of these iron-based elements by the water atomizing method. In particular, when the Fe-based component concentration in the atomic content (%) is in the range of 80%, it was difficult to increase the amorphization rate by the conventional technique. However, when the production method of the present invention is applied, the amorphization rate after water atomization can be set to 90% or more, and the apparent density can be set to 3.5 g/cm 3 or more.
さらに、従来技術では、非晶質化率を90%以上かつ鉄粉粒子の平均粒径を5μm以上とすることは、極めて困難であった。粒径が大きい場合には、表面よりも遅れて冷却される粒内部が徐冷となることで大きな非晶質化率が安定して得られない傾向にある。しかし、本発明の製造方法を適用すれば、平均粒径を大きくしても、非晶質化率を90%以上にできる。非晶質化率を90%以上かつ5μm以上の平均粒径にできることで、成形後に適切な熱処理を施せば、飽和磁束密度値が高くなる。 Furthermore, in the prior art, it was extremely difficult to set the amorphization rate to 90% or more and the average particle diameter of iron powder particles to 5 μm or more. When the particle size is large, the inside of the particles, which is cooled later than the surface, is gradually cooled, so that a large amorphization rate tends not to be stably obtained. However, if the manufacturing method of the present invention is applied, the amorphization rate can be 90% or more even if the average particle size is increased. Since the amorphization ratio can be set to 90% or more and the average particle size of 5 μm or more, the saturation magnetic flux density value becomes high if an appropriate heat treatment is performed after molding.
本実施の形態に係るアトマイズ金属粉末の製造方法の実施例と比較例について説明する。水アトマイズについては図4、5、6に模式的に示す製造設備を用い、ガスアトマイズについては図7、8、9に模式的に示す製造設備を用いて本発明による効果を検証した。なお、図4ないし9においては、一部の構成要素(例えば圧力計、温度計、流量計など)は図示を省略している。
実施例および比較例の製造方法を実施するにあたり、以下の組成の軟磁性材料を準備した。「%」は「at(原子分量)%」を意味する。(i)〜(v)はFe系軟磁性原料の組成である。(vi)はFe+Co系軟磁性材料の組成である。(vii)はFe+Co+Ni系軟磁性材料の組成である。
(i) Fe76%−Si9%−B10%−P5%
(ii) Fe78%−Si9%−B9%−P4%
(iii)Fe80%−Si8%−B8%−P4%
(iv) Fe82.8%−B11%−P5%−Cu1.2%
(v) Fe84.8%−Si4%−B10%−Cu1.2%
(vi) Fe69.8%−Co15%−B10%−P4%−Cu1.2%
(vii)Fe69.8%−Ni1.2%−Co15%−B9.4%−P3.4%−Cu1.2%
上記の配合となるように組成成分を調整したが、実際の組成については、溶解してアトマイズが終了した時点で、原子分量で±0.3%程度の誤差や、その他不純物が含まれる場合がある。また、溶解中、アトマイズ中、アトマイズ後において酸化やナノ粒子の混入等により多少の組成の変化が現れることもあった。
Examples and comparative examples of the method for producing atomized metal powder according to the present embodiment will be described. The effects of the present invention were verified by using the manufacturing equipment schematically shown in FIGS. 4, 5 and 6 for water atomization and the manufacturing equipment schematically shown in FIGS. 7, 8 and 9 for gas atomization. 4 to 9, some components (eg, pressure gauge, thermometer, flow meter, etc.) are not shown.
In carrying out the manufacturing methods of Examples and Comparative Examples, soft magnetic materials having the following compositions were prepared. "%" means "at (atomic content)%". (I) to (v) are compositions of the Fe-based soft magnetic raw material. (Vi) is the composition of the Fe+Co based soft magnetic material. (Vii) is the composition of the Fe+Co+Ni soft magnetic material.
(I) Fe76%-Si9%-B10%-P5%
(Ii) Fe 78%-Si 9%-B 9%-P 4%
(Iii) Fe 80%-Si 8%-B 8%-P 4%
(Iv) Fe82.8%-B11%-P5%-Cu1.2%
(V) Fe84.8%-Si4%-B10%-Cu1.2%
(Vi) Fe69.8%-Co15%-B10%-P4%-Cu1.2%
(Vii) Fe69.8%-Ni1.2%-Co15%-B9.4%-P3.4%-Cu1.2%
Although the composition components were adjusted so as to have the above composition, the actual composition may contain an error of about ±0.3% in atomic content or other impurities at the time of melting and atomizing. is there. In addition, during composition, during atomization, and after atomization, some compositional changes may occur due to oxidation, mixing of nanoparticles, and the like.
なお本実施例では、ナノ粒子の平均粒径は、ガス吸着法による比表面積測定より求めた。 In this example, the average particle size of the nanoparticles was determined by measuring the specific surface area by the gas adsorption method.
<実施例1>
実施例1は図4および5の設備によるもので、1次分断が水アトマイズである。溶融金属落下量を8〜10kg/minになるように調整した。1次分断の条件は、コーンガイド8の集束角αが23°、1次分断時の溶融金属平均温度は各原料の凝固温度より100℃以上とした。1次分断の冷却水噴射ノズルはソリッドノズルを12本使用し、円周上に30°毎に配置した。冷却水の噴射圧は10MPa、冷却水量は180L/minとした。溶融金属の落下速度は110m/sで、LSを0.22mとすることにより、球形化時間を0.002秒とした。
<Example 1>
Example 1 is based on the equipment of FIGS. 4 and 5, and the primary division is water atomization. The amount of molten metal dropped was adjusted to 8 to 10 kg/min. The conditions for the primary cutting were that the focusing angle α of the cone guide 8 was 23°, and the average temperature of the molten metal at the primary cutting was 100° C. or higher than the solidification temperature of each raw material. Twelve solid nozzles were used as the cooling water injection nozzles for the primary division, and they were arranged at intervals of 30° on the circumference. The injection pressure of cooling water was 10 MPa, and the amount of cooling water was 180 L/min. The falling speed of the molten metal was 110 m/s, and the spheroidization time was 0.002 seconds by setting LS to 0.22 m.
2次冷却は冷却開始時の溶融金属平均温度を凝固温度より50℃以内とした。ノズルはフラットスプレーで噴射角度は30°とし、取付角度を下方15°として斜め射方方向に噴射される。ノズルの本数は12本で円周方向に30°間隔で配置、ナノ粒子は平均粒径25nmのナノシリカを冷却水に1.0重量%混入し、冷却水は温調機により10℃(±2℃)とし、冷却水噴射量は480L/min、噴射圧は10MPaとした。
<実施例2>
実施例2は、2次冷却に平均粒径31nmのアルミナ粒子を冷却水に1重量%混入させて実施した。それ以外は実施例1と同じである。
<実施例3>
実施例3は、2次冷却に平均粒径36nmのチタニア粒子を冷却水に1重量%混入させて実施した。それ以外は実施例1と同じである。
<実施例4>
実施例4は図7および8の設備を用い、1次分断がガスアトマイズによるものである。溶融金属落下量を4〜5kg/minになるように調整した。1次分断の条件はノズルの集束角αが40°、1次分断時の溶融金属平均温度は、各原料の凝固温度より100℃以上とした。1次分断のガス噴射圧は1.0MPa、噴射ノズルの孔径は0.15mmで円周方向に36個等間隔で10°毎に配置した。溶融金属の落下速度は約45m/sで、LSを0.09mとすることにより、球形化時間を0.002秒とした。2次冷却は冷却開始時の溶融金属平均温度を凝固温度より50℃以内とした。ノズルはフラットスプレーで噴射角度は30°とし、取付角度を下方15°として斜め射方方向に噴射される。ノズルの本数は12本で円周方向に30°間隔で配置、ナノ粒子は平均粒径25nmのナノシリカを冷却水に1.0重量%混入、冷却水は温調機により10℃(±2℃)とし、冷却水噴射量は240L/min、噴射圧は10MPaとした。
<実施例5>
実施例5は図9による1次分断がガスアトマイズによるものである。溶融金属落下量を4〜5kg/minになるように調整した。1次分断の条件はノズルの集束角αが40°、1次分断時の溶融金属平均温度は各原料の凝固温度より100℃以上とした。1次分断のガス噴射圧は1.0MPa、噴射ノズルの孔径は0.15mmで円周方向に36個等間隔で10°毎に配置した。溶融金属の落下速度は約45m/sで、LSを0.09mとすることにより、球形化時間を0.002秒とした。
2次冷却は冷却開始時の溶融金属平均温度を凝固温度より50℃以内とした。噴射中心部のLSが0.09mになるように幅250mm、長さ300mmの斜め板を45°の角度で設置し、その上部からソリッドタイプの水噴射ノズルを4本配置し、斜め板上を沿うようにナノ流体冷却水を噴射した。ナノ粒子は平均粒径25nmのシリカを冷却水に1.0重量%混入、冷却水は温調機により10℃(±2℃)とし、冷却水噴射量は240L/min、噴射圧は10MPaとした。
<比較例1>
比較例1は、2次冷却水にナノ粒子を混入させないで冷却した。それ以外は実施例1と同条件である。
<比較例2>
比較例2は、2次冷却水にナノ粒子を混入させないで冷却した。それ以外は実施例4と同条件である。
<比較例3>
比較例3は、2次冷却水にナノ粒子を混入させないで冷却した。それ以外は実施例5と同条件である。
<比較例4>
比較例4は、LS距離を0mmとし、1次分断後にすぐに2次冷却水を実施した。それ以外は実施例1と同条件である。
<比較例5>
比較例5は、LS距離を0mmとし、1次分断後にすぐに2次冷却水を実施した。それ以外は実施例4と同条件である。
<比較例6>
比較例6は、LS距離を135mmとし、1次分断から0.0003秒後に2次冷却水を実施した。それ以外は実施例4と同条件である。
<比較例7>
比較例7は、2次冷却水にナノ粒子であるシリカを0.01重量%混入させて冷却した。それ以外は実施例4と同条件である。
In the secondary cooling, the average temperature of the molten metal at the start of cooling was set within 50° C. from the solidification temperature. The nozzle is a flat spray, the spray angle is 30°, and the mounting angle is 15° downward, and the spray is performed in a diagonal direction. The number of nozzles is 12, and they are arranged at intervals of 30° in the circumferential direction. Nanoparticles are mixed with 1.0% by weight of nano silica having an average particle size of 25 nm in cooling water. C.), the cooling water injection amount was 480 L/min, and the injection pressure was 10 MPa.
<Example 2>
Example 2 was carried out by mixing 1% by weight of cooling water with alumina particles having an average particle diameter of 31 nm for secondary cooling. The other points are the same as in Example 1.
<Example 3>
Example 3 was carried out by mixing 1% by weight of cooling water with titania particles having an average particle size of 36 nm in the secondary cooling. The other points are the same as in Example 1.
<Example 4>
Example 4 uses the equipment of FIGS. 7 and 8, and the primary division is by gas atomization. The amount of molten metal dropped was adjusted to be 4 to 5 kg/min. The condition of the primary cutting was that the focusing angle α of the nozzle was 40°, and the average temperature of the molten metal at the time of the primary cutting was 100° C. or higher than the solidification temperature of each raw material. The gas injection pressure for the primary division was 1.0 MPa, the hole diameter of the injection nozzle was 0.15 mm, and 36 holes were arranged at equal intervals in the circumferential direction at intervals of 10°. The dropping speed of the molten metal was about 45 m/s, and the spheroidizing time was 0.002 seconds by setting LS to 0.09 m. In the secondary cooling, the average temperature of the molten metal at the start of cooling was set within 50° C. from the solidification temperature. The nozzle is a flat spray, the spray angle is 30°, and the mounting angle is 15° downward, and the spray is performed in a diagonal direction. The number of nozzles is 12, and they are arranged at intervals of 30° in the circumferential direction. Nanoparticles are mixed with 1.0% by weight of nano silica having an average particle size of 25 nm in cooling water. ), the cooling water injection amount was 240 L/min, and the injection pressure was 10 MPa.
<Example 5>
In Example 5, the primary division according to FIG. 9 is due to gas atomization. The amount of molten metal dropped was adjusted to be 4 to 5 kg/min. The conditions for the primary cutting were that the focusing angle α of the nozzle was 40°, and the average temperature of the molten metal at the time of the primary cutting was 100° C. or higher than the solidification temperature of each raw material. The gas injection pressure for the primary division was 1.0 MPa, the hole diameter of the injection nozzle was 0.15 mm, and 36 holes were arranged at equal intervals in the circumferential direction at intervals of 10°. The dropping speed of the molten metal was about 45 m/s, and the spheroidizing time was 0.002 seconds by setting LS to 0.09 m.
In the secondary cooling, the average temperature of the molten metal at the start of cooling was set within 50° C. from the solidification temperature. A diagonal plate having a width of 250 mm and a length of 300 mm is installed at an angle of 45° so that the LS of the jet center is 0.09 m, and four solid type water jet nozzles are arranged from the upper part of the diagonal plate. Nanofluidic cooling water was jetted along. For nanoparticles, silica with an average particle size of 25 nm was mixed in cooling water at 1.0% by weight, the cooling water was adjusted to 10° C. (±2° C.) by a temperature controller, the cooling water injection amount was 240 L/min, and the injection pressure was 10 MPa. did.
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, the secondary cooling water was cooled without mixing the nanoparticles. The other conditions are the same as in Example 1.
<Comparative example 2>
In Comparative Example 2, the secondary cooling water was cooled without mixing the nanoparticles. The other conditions are the same as in Example 4.
<Comparative example 3>
In Comparative Example 3, the secondary cooling water was cooled without mixing the nanoparticles. The other conditions are the same as those in Example 5.
<Comparative example 4>
In Comparative Example 4, the LS distance was set to 0 mm, and secondary cooling water was carried out immediately after the primary division. The other conditions are the same as in Example 1.
<Comparative Example 5>
In Comparative Example 5, the LS distance was set to 0 mm, and secondary cooling water was carried out immediately after the primary division. The other conditions are the same as in Example 4.
<Comparative example 6>
In Comparative Example 6, the LS distance was set to 135 mm, and the secondary cooling water was implemented 0.0003 seconds after the primary disconnection. The other conditions are the same as in Example 4.
<Comparative Example 7>
In Comparative Example 7, 0.01% by weight of silica, which is nanoparticles, was mixed in the secondary cooling water and cooled. The other conditions are the same as in Example 4.
各実施例、比較例においては、1次の分断時の溶融金属の平均温度および2次の冷却時の分断された溶融金属の平均温度は図10に示す方法で見積もった。 In each of the examples and comparative examples, the average temperature of the molten metal during the primary cutting and the average temperature of the divided molten metal during the secondary cooling were estimated by the method shown in FIG.
本実施例・比較例の条件及び実施後に平均粒径、非晶質化率、見掛密度を測定した結果を表2および表3に示す。 Tables 2 and 3 show the results of measuring the average particle size, the amorphization ratio, and the apparent density after the conditions of this example and comparative example and after the execution.
平均粒径はレーザー回折散乱法の湿式による測定で求めた。見掛密度はJIS Z 2504:2012に準拠して測定した。非晶質化度は、得られた金属粉末について、金属粉末以外のゴミを除去したのち、X線回折法により、アモルファス(非晶質)からのハローピークおよび結晶からの回折ピークを測定し、WPPD法により算出した。ここでいう「WPPD法」とは、Whole―powder−pattern decomposition methodの略である。WPPD法については、虎谷秀穂:日本結晶学会誌, vol.30(1988), No.4, P253〜258に詳しい説明がある。
表2および3においては、見掛密度が3.0g/cm3以上、かつ非晶質化率も90%以上となったものは「〇」とした。見掛密度が3.0g/cm3以上、かつ、非晶質化率が98%以上となったものは「◎」とした。見掛密度が3.0g/cm3以上および非晶質化率が90%以上の少なくとも一方を満たさない場合を「×」とした。
The average particle size was determined by a wet measurement using a laser diffraction scattering method. The apparent density was measured according to JIS Z 2504:2012. The degree of amorphization is obtained by removing dust other than the metal powder from the obtained metal powder, and then measuring a halo peak from the amorphous (amorphous) and a diffraction peak from the crystal by an X-ray diffraction method. It was calculated by the WPPD method. The “WPPD method” here is an abbreviation for Whole-powder-pattern decomposition method. For the WPPD method, refer to Hideho Toraya: Journal of the Crystallographic Society of Japan, vol. 30 (1988), No. 4, P253-258 for detailed explanation.
In Tables 2 and 3, those having an apparent density of 3.0 g/cm 3 or more and an amorphization rate of 90% or more were rated as “◯”. A sample having an apparent density of 3.0 g/cm 3 or more and an amorphization rate of 98% or more was marked with “⊚”. The case where the apparent density was 3.0 g/cm 3 or more and the amorphization rate was 90% or more and at least one of them was not satisfied was defined as “x”.
実施例1〜5は、本発明の範囲内で、いずれにおいても見掛密度が3.0g/cm3以上、非晶質化率も90%以上となった。また、実施例の金属粉末を成形後に適切な熱処理を施したところ、ナノサイズの結晶が析出した。尚、析出したナノ析出物のサイズ(結晶サイズ)はXRD(X線回折装置)で測定後、シェラーの式を用いて求めた。このシェラーの式においてKは形状因子(一般的に0.9を用いる)、βはピーク半値全幅(ただしラジアン値)、θは2θ=52.505°(Fe110面)、τが結晶サイズとなる。
τ=Kλ/βcooθ (シェラーの式)
比較例1〜3はナノ粒子を混入しなかったため、見掛密度は3.0g/cm3となったが、冷却不足となり非晶質化率が向上しなかった。
In each of Examples 1 to 5, the apparent density was 3.0 g/cm 3 or more and the amorphization rate was 90% or more within the scope of the present invention. Further, when the metal powder of the example was subjected to an appropriate heat treatment after molding, nano-sized crystals were precipitated. The size (crystal size) of the deposited nano-precipitates was measured by XRD (X-ray diffractometer) and then determined by using Scherrer's formula. In this Scherrer's formula, K is a form factor (generally 0.9 is used), β is a peak full width at half maximum (but radian value), θ is 2θ=52.505° (Fe110 plane), and τ is a crystal size. ..
τ=Kλ/βcooθ (Scherrer's formula)
In Comparative Examples 1 to 3, the nanoparticles were not mixed, so the apparent density was 3.0 g/cm 3 , but the cooling rate was insufficient and the amorphization rate was not improved.
比較例4、5では、LS距離を設けなかったために、球形化時間が不足し、非晶質化度は達成したが、見掛密度は1.2g/cm3未満となった。比較例6は、LS距離が短く、球形化時間が不足し、見掛密度は3.0g/cm3未満となった。 In Comparative Examples 4 and 5, since the LS distance was not provided, the spheronization time was insufficient and the degree of amorphization was achieved, but the apparent density was less than 1.2 g/cm 3 . In Comparative Example 6, the LS distance was short, the spheronization time was insufficient, and the apparent density was less than 3.0 g/cm 3 .
比較例7はナノ粒子を混入したが、濃度が低すぎため、非晶質化率が一部向上したものの、90%以上とはならなかった。
上記の結果、0.0004秒以上の球形化時間を確保すると見掛密度が3.0g/cm3以上となることが分かった。
In Comparative Example 7, nanoparticles were mixed, but the concentration was too low, so the amorphization ratio was partially improved, but it was not 90% or more.
As a result, it was found that the apparent density was 3.0 g/cm 3 or more when the spheroidizing time of 0.0004 seconds or more was secured.
1 タンディッシュ
2 溶融金属
3 溶融金属ノズル
4 1次冷却水ノズルヘッダー
5 1次冷却水噴射ノズル
6 溶融金属
7 1次冷却水
8 コーンガイド
9 分断された金属粉末
10 2次冷却水
14 水アトマイズ装置
15 冷却水タンク
16 温度調節機
17 1次冷却用高圧ポンプ
18 1次冷却用配管
19 チャンバー
23 高圧ガス配管
24 コンプレッサー
25 ガスホルダー
26 1次分断用ガス噴射装置
27 不活性ガス
28 ガスアトマイズ装置
31 2次冷却水用温度調節器
32 2次冷却用タンク
33 攪拌機
34 ナノ粒子投入機
35 2次冷却水用配管
36 2次冷却用高圧ポンプ
37 2次冷却噴射ノズル
38 2次冷却噴射ノズル
39 斜め衝突板
AP 1次冷却(分断)のアトマイズポイント
LS 球形化距離
1 Tundish 2 Molten metal 3 Molten metal nozzle 4 Primary cooling water nozzle header 5 Primary cooling water injection nozzle 6 Molten metal 7 Primary cooling water 8 Cone guide 9 Separated metal powder 10 Secondary cooling water 14 Water atomizing device 15 Cooling Water Tank 16 Temperature Controller 17 High Pressure Pump for Primary Cooling 18 Primary Cooling Pipe 19 Chamber 23 High Pressure Gas Pipe 24 Compressor 25 Gas Holder 26 Primary Gas Injection Device 27 Inert Gas 28 Gas Atomizing Device 31 Secondary Cooling water temperature controller 32 Secondary cooling tank 33 Stirrer 34 Nanoparticle charging machine 35 Secondary cooling water piping 36 Secondary cooling high pressure pump 37 Secondary cooling injection nozzle 38 Secondary cooling injection nozzle 39 Oblique collision plate AP Atomization point of primary cooling (division) LS Sphericalization distance
Claims (5)
落下させた後、溶融金属の周囲から、平均粒径5nm〜100nmの粒子であるナノ粒子を0.05重量%〜2.0重量%含む冷却水を噴射して、溶融金属を冷却し、
Fe、NiおよびCoの合計含有量が原子分率で76.0%〜86.0%である金属粉末を製造するアトマイズ金属粉末の製造方法。 Cooling water is sprayed from the periphery of the molten metal falling in the vertical direction to divide the molten metal, and after the division, the molten metal is dropped for 0.0004 seconds or more,
After being dropped, cooling water containing 0.05% by weight to 2.0% by weight of nanoparticles, which are particles having an average particle size of 5 nm to 100 nm, is jetted from around the molten metal to cool the molten metal,
A method for producing an atomized metal powder, which comprises producing a metal powder having a total content of Fe, Ni, and Co of 76.0% to 86.0% in atomic fraction.
落下させた後、溶融金属の周囲から、平均粒径5nm〜100nmの粒子であるナノ粒子を0.05重量%〜2.0重量%含む冷却水を噴射して、溶融金属を冷却し、
Fe、NiおよびCoの合計含有量が原子分率で76.0%〜86.0%である金属粉末を製造するアトマイズ金属粉末の製造方法。 A high-pressure inert gas with an injection pressure of 0.5 MPa or more is jetted from the periphery of the molten metal falling in the vertical direction to divide the molten metal, and after the division, the molten metal is dropped for 0.0004 seconds or more,
After being dropped, cooling water containing 0.05% by weight to 2.0% by weight of nanoparticles, which are particles having an average particle size of 5 nm to 100 nm, is jetted from around the molten metal to cool the molten metal,
A method for producing an atomized metal powder, which comprises producing a metal powder having a total content of Fe, Ni, and Co of 76.0% to 86.0% in atomic fraction.
純金属系粒子、金属酸化物系粒子、金属窒化物系粒子、金属炭化物系粒子の少なくとも1つを含む請求項1または2に記載のアトマイズ金属粉末の製造方法。 Nanoparticles are
The method for producing atomized metal powder according to claim 1, comprising at least one of pure metal particles, metal oxide particles, metal nitride particles, and metal carbide particles.
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