金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置
【課題】金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置において、脱酸素された金属粉末を効率的に製造することができるようにする。
【解決手段】金属粉末製造装置１により、粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させ、混合溶融物を形成する混合溶融物形成工程と、金属溶融工程で溶融された金属を流下ノズル４から流下させ、混合溶融物形成工程によって形成された混合溶融物を加圧して、流下された金属に吹き付けて、粒子化された金属２０Ａを形成する混合溶融物吹き付け工程と、混合溶融物吹き付け工程によって金属に吹き付けられた混合溶融物を、金属の表面から除去する除去工程とを備える金属粉末の製造方法を行って、金属粉末を製造する。
【解決手段】金属粉末製造装置１により、粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させ、混合溶融物を形成する混合溶融物形成工程と、金属溶融工程で溶融された金属を流下ノズル４から流下させ、混合溶融物形成工程によって形成された混合溶融物を加圧して、流下された金属に吹き付けて、粒子化された金属２０Ａを形成する混合溶融物吹き付け工程と、混合溶融物吹き付け工程によって金属に吹き付けられた混合溶融物を、金属の表面から除去する除去工程とを備える金属粉末の製造方法を行って、金属粉末を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属粉末の製造方法の一つに、アトマイズ法と呼ばれる技術が知られている。このアトマイズ法は、金属溶湯に空気や水、不活性ガスのジェット流を吹きつけて溶湯を粉砕、液滴として凝固させることで粉末を作るという方法である。
例えば、特許文献１には、このような金属粉末の製造方法として水を用いた水アトマイズ法およびそれを用いた金属粉末製造装置が記載されている。この水アトマイズ法は、工業的によく利用されている方法であり、溶融金属流体の流路に噴射された水に溶融金属を接触させることにより、溶融金属を分裂させると同時に冷却・固化させて金属粉末を製造する方法である。
また、特許文献２には、水アトマイズ法によって金属粉末を製造する際に、アミン系の酸化抑制剤を添加したアトマイズ水を使用することで、粒子化と同時に粒子の酸化を抑制する方法が開示されている。
また、他の脱酸素方法としては、例えば、特許文献３に、金属チタンまたはチタン合金から脱酸素を実施するために、金属カルシウムと溶融塩化カルシウムの混合溶融物を使用するチタン材料の脱酸素方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９１４５４号公報
【特許文献２】特開平６−３３０１１０号公報
【特許文献３】特開２０００−３４５２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置には、以下のような問題があった。
高純度の金属粉末を低コストで製造するには、不純物の混入を防ぐとともに、金属材料に含まれる酸素を効率よく除去することが必要である。
従来のアトマイズ法は、例えば、特許文献１に記載の技術のように、金属溶湯に空気や水のジェット流を吹きつけて溶湯を粉砕、液滴として固化させることで金属粉末を得る。このように空気や水を用いると金属の酸化が生じてしまい、金属粉末の純度低下を引き起こすという問題がある。
一方、特許文献２に記載の技術では、酸化抑制剤として芳香族アミンを添加したアトマイズ水を用いることにより脱酸素を行って金属粉末を製造するので、高温の金属とアトマイズ水の反応による酸化は軽減できるものの、元々金属材料に含まれている酸素を除去することはできないという問題がある。
また、ジェット流の噴射による酸化を防止するため、不活性ガスを用いたガスアトマイズ法を採用することも考えられるが、この場合にも元々金属材料に含まれている酸素は除去できないという問題がある。
また、特許文献３には、金属合金を作製する際に含有酸素を取り除き、合金純度を高める方法の一つとして、カルシウム溶融塩等を使用した脱酸素法が開示されている。これは、合金表面に溶融カルシウムをコート後に高温に保つことで合金内部の酸素を表面カルシウムと反応させて取り除く方法であるが、微細形状の合金以外では内部酸素の表面への移動に時間を要するため、脱酸素効率が低く十分な効果が得られないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、脱酸素された金属粉末を効率的に製造することができる金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の金属粉末の製造方法は、粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させ、混合溶融物を形成する混合溶融物形成工程と、前記金属溶融工程で溶融された前記金属をノズルから流下させ、前記混合溶融物形成工程によって形成された前記混合溶融物を加圧して、流下された前記金属に吹き付けて、前記金属を粒子化する混合溶融物吹き付け工程と、該混合溶融物吹き付け工程によって前記金属に吹き付けられた前記混合溶融物を、前記金属の表面から除去する除去工程とを備える方法とする。
この発明によれば、金属溶融工程で粉末化する金属を溶融し、混合溶融物形成工程でカルシウムとハロゲン化カルシウムを加熱、溶解させて混合溶融物を形成する。そして、混合溶融物吹き付け工程では、溶融された金属をノズルから流下させ、この金属に加圧された混合溶融物を吹き付けて、金属を粒子化するとともに、金属の表面に混合溶融物を付着させる。粒子化された金属の表面に付着した混合溶融物のカルシウムは、金属表面に現れる酸素と反応して酸化カルシウムを形成する。
このとき、混合溶融物は、混合溶融物の吹き付けにより粒子化された状態の金属の表面を覆うように層状に付着する。そのため、金属を粒子化しない状態で混合溶融物を付着させる場合に比べて、金属の体積当たりに対する接触面積が増大する。また、付着時に金属および混合溶融物は溶融状態のため、金属内部に含まれる酸素とカルシウムが反応しやすくなり、また高温状態を保っているためカルシウムの反応が促進される。そして、発生した酸化カルシウムはフラックス層であるハロゲン化カルシウムの層部分に溶融拡散していく。この結果、金属の表面および内部から酸素が除去され、混合溶融物の層部分に移動される。
次に、除去工程によって、金属の粒子表面から、酸化カルシウムを内部に含む混合溶融物を除去することにより、酸素が除去された高純度の金属粉末が得られる。
なお、本明細書における金属とは、単一元素からなる純金属と、または複数の元素からなる合金を意味するものとする。
また、本明細書におけるハロゲン化カルシウムは、すべてのハロゲン化物を採用することができるが、価格や扱いやすさの点で、塩化カルシウムを採用することがより好ましい。
また、金属溶融工程および混合溶融物形成工程は、混合溶融物吹き付け工程に先立ってさえいれば、特に順序関係はなく、どちらを先に開始してもよいし、同時並行的に行ってもよい。
【０００７】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記混合溶融物吹き付け工程は、前記混合溶融物を、不活性ガスと混合された状態で吹きつけることが好ましい。
この場合、混合溶融物吹き付け工程で、混合溶融物を不活性ガスと混合した状態で吹き付けるので、不活性ガスのガス圧を制御することによって、粒子化される金属の粒子径の制御が容易となり、粒子径をより微小化していくことで、脱酸素反応の速度をより向上することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記除去工程は、前記混合溶融物吹き付け工程によって粒子化された前記金属の粒子表面の前記混合溶融物の層を極性溶剤により洗浄することで、前記混合溶融物を除去する工程であることが好ましい。
この場合、カルシウム、ハロゲン化カルシウムは、極性溶剤に容易に溶解するので、金属の表面から、カルシウム、および金属から除去された酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを容易に除去することができる。
極性溶剤としては、酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを除去できる極性溶剤であれば、水や適宜の水溶液などを採用することができる。ただし、洗浄後に金属粒子の表面に残留したりしないように、乾燥除去が容易な極性溶剤、例えば、アセトンなどの極性溶剤を用いることがより好ましい。
【０００９】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記混合溶融物吹き付け工程と前記除去工程との間に、前記混合溶融物吹き付け工程によって粒子化された前記金属を、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温工程を備えることが好ましい。
この場合、保温工程によって、混合溶融物吹き付け工程と除去工程との間で、表面に混合溶融物が付着した状態で粒子化された金属を、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温することができる。
この保温工程では、金属の粒子は金属の融点以下であるため、固体状態の金属になっていて、この中で酸化カルシウムが表面に向って拡散していく。
一方、金属粒子表面の混合溶融物はその融点以上に保温されるので液体状態となっている。このため、金属の表面まで拡散した酸化カルシウムはすばやく混合溶融物の層に拡散するので、効率よく酸素が除去される。
なお、保温温度を金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
【００１０】
本発明の金属粉末の製造方法は、粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、カルシウムを加熱し溶融状態に保持するカルシウム溶融工程と、ハロゲン化カルシウムを加熱し溶融状態に保持するハロゲン化カルシウム溶融工程と、前記金属溶融工程で溶融された前記金属をノズルから流下させ、前記カルシウム溶融工程によって溶融された前記カルシウムを加圧して、流下された前記金属に吹き付けて、前記金属を粒子化するカルシウム吹き付け工程と、該カルシウム吹き付け工程によって粒子表面に前記カルシウムが吹き付けられた金属を、前記ハロゲン化カルシウム溶融工程で溶融されたハロゲン化カルシウムによって被覆するハロゲン化カルシウム被覆工程と、該ハロゲン化カルシウム被覆工程後に、前記粒子化された金属の表面から、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する除去工程を備える方法とする。
この発明によれば、金属溶融工程で粉末化する金属を溶融し、カルシウム溶融工程でカルシウムを加熱し溶融させ、ハロゲン化カルシウム溶融工程でハロゲン化カルシウムを加熱し溶融させる。そして、カルシウム吹き付け工程では、溶融された金属をノズルから流下させ、この金属に溶融されたカルシウムを加圧して吹き付けて、金属を粒子化するとともに、金属の表面に溶融されたカルシウムを付着させる。粒子化された金属の表面に付着したカルシウムは、金属の酸素と反応して酸化カルシウムを形成する。
このとき、カルシウムは、カルシウムの吹き付けにより粒子化された状態の金属の表面を覆うように層状に付着する。そのため、金属を粒子化しない状態でカルシウムを付着させる場合に比べて、金属の体積当たりに対する接触面積が増大する。また、付着時に金属およびカルシウムが溶融状態のため、金属内部に含まれる酸素とカルシウムが反応しやすくなり、また高温状態を保っているためカルシウムの反応が促進される。また、金属にカルシウムが直に吹き付けられるので、カルシウムとの混合物を吹き付ける場合に比べて、カルシウムと金属との接触量が大きくなり、より効率的に反応が進行する。
次に、ハロゲン化カルシウム被覆工程を行うことにより、粒子表面にカルシウムが付着された状態で粒子化された金属を、ハロゲン化カルシウム溶融工程で加熱し溶融されたハロゲン化カルシウムによって被覆する。
これにより、カルシウムの層部分に形成された酸化カルシウムは、ハロゲン化カルシウムの層部分に溶融拡散していく。この結果、金属の表面および内部から酸素が除去され、ハロゲン化カルシウムの層部分に移動される。
次に、除去工程によって、金属の粒子表面から、酸化カルシウムを内部に含むカルシウムおよびハロゲン化カルシウムの混合溶融物を除去することにより、酸素が除去された高純度の金属粉末が得られる。
なお、金属溶融工程、カルシウム溶融工程、およびハロゲン化カルシウム溶融工程は、金属溶融工程およびカルシウム溶融工程はカルシウム吹き付け工程に、また、ハロゲン化カルシウム溶融工程はハロゲン化カルシウム被覆工程に、それぞれ先立ってさえいれば、特に順序関係はなく、例えば、いずれも同時並行的に行ってもよい。
【００１１】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記カルシウム吹き付け工程は、前記溶融されたカルシウムを、不活性ガスと混合された状態で吹き付けることが好ましい。
この場合、カルシウム吹き付け工程で、カルシウムを不活性ガスと混合した状態で吹き付けるので、不活性ガスのガス圧を制御することによって、金属の粒子の径の制御が容易となり、粒子径を微小化していくことで、脱酸素反応の速度をより向上することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記除去工程は、前記カルシウム吹き付け工程および前記ハロゲン化カルシウム被覆工程によって、前記金属の表面に付着した前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを極性溶剤により洗浄することで、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する工程であることが好ましい。
この場合、カルシウム、ハロゲン化カルシウムは、極性溶剤に容易に溶解するので、金属の表面から、カルシウム、および金属から除去された酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを容易に除去することができる。
極性溶剤としては、酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを除去できる極性溶剤であれば、水や適宜の水溶液などを採用することができる。ただし、洗浄後に金属粒子の表面に残留したりしないように、乾燥除去が容易な極性溶剤、例えば、アセトンなどの極性溶剤を用いることがより好ましい。
【００１３】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記ハロゲン化カルシウム被覆工程と前記除去工程との間に、前記ハロゲン化カルシウム被覆工程によって前記ハロゲン化カルシウムが吹き付けられた状態で粒子化された前記金属を、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温工程を備えることが好ましい。
この場合、保温工程によって、ハロゲン化カルシウム被覆工程と除去工程との間に、ハロゲン化カルシウム被覆工程によってハロゲン化カルシウムが吹き付けられた状態で粒子化された金属を、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温することができる。
この保温工程では、金属の粒子は金属の融点以下であるため、固体状態の金属になっていて、この中で酸化カルシウムが表面に向って拡散していく。
一方、金属粒子表面のカルシウムおよびハロゲン化カルシウムの混合溶融物はその融点以上に保温されるので液体状態となっている。このため、金属の表面まで拡散した酸化カルシウムはすばやく混合溶融物の層に拡散するので、効率よく酸素が除去される。
なお、保温温度を金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
【００１４】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記保温工程では、前記粒子化された金属に振動を与える加振工程をさらに含むことが好ましい。
この場合、加振工程により、粒子化された金属が加振されて攪拌作用を受け、これにより、ハロゲン化カルシウムの層部分への酸化カルシウムの溶出拡散を促進させることができる。
【００１５】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記加振工程は、超音波により振動を与えることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記加振工程は、振動ふるいにより振動を与えることが好ましい。
【００１７】
本発明の金属粉末は、本発明の金属粉末の製造方法で製造された金属粉末とする。
この発明によれば、本発明の金属粉末の製造方法と同様の作用効果を奏する。
【００１８】
また、本発明の金属粉末は、前記金属は、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうちから選択された一つの元素からなる純金属、または、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうち少なくとも２種類以上の元素を含む合金からなること
が好ましい。
【００１９】
本発明の金属粉末製造装置は、粉末化する金属を加熱し溶融状態に保持する金属加熱槽と、該金属加熱槽と接続され、該金属加熱槽で溶融された金属を流下させるノズルと、カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させて混合溶融物を形成する混合溶融物形成加熱槽と、該混合溶融物形成加熱槽で形成された前記混合溶融物を加圧して噴射させ、前記ノズルから流下された前記金属に吹き付けて、該金属を粒子化する第１の吹き付け機構と、該第１の吹き付け機構により前記混合溶融物が吹き付けられた前記金属から前記混合溶融物を除去する混合溶融物除去部とを備える構成とする。
この発明によれば、金属加熱槽で粉末化する金属を溶融し、混合溶融物形成加熱槽でカルシウムとハロゲン化カルシウムを加熱、溶解させて混合溶融物を形成する。そして、溶融された金属をノズルから流下させる。そして、この金属に、第１の吹き付け機構により加圧された混合溶融物を噴射させて吹き付けて、金属を粒子化するとともに、金属の表面に混合溶融物を付着させる。粒子化された金属の表面に付着した混合溶融物のカルシウムは、金属表面に現れる酸素と反応して酸化カルシウムを形成する。
このとき、混合溶融物は、混合溶融物の吹き付けにより粒子化された状態の金属の表面を覆うように層状に付着する。そのため、金属を粒子化しない状態で混合溶融物を付着させる場合に比べて、金属の体積当たりに対する接触面積が増大する。また、付着時に金属および混合溶融物が溶融状態のため、金属内部に含まれる酸素とカルシウムが反応しやすくなり、また高温状態を保っているためカルシウムの反応が促進される。そして、発生した酸化カルシウムはフラックス層であるハロゲン化カルシウムの層部分に溶融拡散していく。この結果、金属の表面および内部から酸素が除去され、混合溶融物の層部分に移動される。
次に、混合溶融物除去部によって、金属の粒子表面から、酸化カルシウムを内部に含む混合溶融物を除去することにより、酸素が除去された高純度の金属粉末が得られる。
本発明の金属粉末製造装置は、本発明の金属溶融工程、混合溶融物形成工程、混合溶融物吹き付け工程、および除去工程を備える金属粉末の製造方法に用いることができる装置となっている。
【００２０】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記第１の吹き付け機構は、前記溶解加熱槽によって形成された前記混合溶融物に不活性ガスを混合する不活性ガス混合部を備えることが好ましい。
この場合、第１の吹き付け機構は、不活性ガス混合部によって、混合溶融物を不活性ガスと混合した状態で吹き付けることができるので、不活性ガスのガス圧を制御することによって、金属の粒子の径の制御が容易となり、粒子径をより微小化していくことで、脱酸素反応の速度をより向上することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記混合溶融物除去部は、前記混合溶融物が吹き付けられた金属を極性溶剤で洗浄を行うものであることが好ましい。
この場合、カルシウム、ハロゲン化カルシウムは、極性溶剤に容易に溶解するので、金属の表面から、カルシウム、および金属から除去された酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを容易に除去することができる。
【００２２】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記ノズルの下方で、前記第１の吹き付け機構から前記混合溶融物を吹き付けられて粒子化された金属を収容し、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温収容部が設けられた構成とすることが好ましい。
この場合、保温収容部によって、ノズルの下方で、表面に混合溶融物が吹き付けられて粒子化された金属を収容し、混合溶融物の融点以上であり金属の融点以下である温度に保温することができる。
この保温収容部内では、金属の粒子は金属の融点以下であるため、固体状態の金属になっていて、この中で酸化カルシウムが表面に向って拡散していく。
一方、金属粒子表面の混合溶融物はその融点以上に保温されるので液体状態となっている。このため、金属の表面まで拡散した酸化カルシウムはすばやく混合溶融物の層に拡散するので、効率よく酸素が除去される。
なお、保温温度を金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
【００２３】
本発明の金属粉末製造装置は、粉末化する金属を加熱し溶融状態に保持する金属加熟槽と、該金属加熱槽と接続され、該金属加熱槽で溶融された金属を流下させるノズルと、カルシウムを加熱し溶融状態に保持するカルシウム加熱槽と、該カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムを加圧して噴射させ、前記ノズルから流下された金属に吹き付けて、該金属を粒子化する第２の吹き付け機構と、前記ノズルの下方に配置され、ハロゲン化カルシウムを溶融してハロゲン化カルシウム溶湯を内部に保持するとともに、前記第２の吹き付け機構によって粒子表面に前記カルシウムが付着された状態で粒子化された前記金属を、前記ハロゲン化カルシウム溶湯内に収容するハロゲン化カルシウム被覆収容部と、該ハロゲン化カルシウム被覆収容部内に収容された前記粒子化された金属から、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する吹き付け物除去部とを備える構成とする。
この発明によれば、金属加熱槽で粉末化する金属を溶融し、カルシウム加熱槽でカルシウム加熱し溶融させる。そして溶融された金属をノズルから流下させ、第２の吹き付け機構によって加圧されたカルシウムの溶融物を噴射させ、流下された金属に吹き付けて、金属を粒子化するとともに、金属の表面にカルシウムを付着させる。粒子化された金属の表面に付着したカルシウムは、金属の酸素と反応して酸化カルシウムを形成する。
このとき、カルシウムは、カルシウムの吹き付けにより粒子化された状態の金属の表面を覆うように層状に付着する。そのため、金属を粒子化しない状態でカルシウムを付着させる場合に比べて、金属の体積当たりに対する接触面積が増大する。また、付着時に金属およびカルシウムが溶融状態のため、金属内部に含まれる酸素とカルシウムが反応しやすくなり、また高温状態を保っているためカルシウムの反応が促進される。また、金属にカルシウムが直に吹き付けられるので、カルシウムとの混合物を吹き付ける場合に比べて、カルシウムと金属との接触量が大きくなり、より効率的に反応が進行する。
この粒子化された金属は、ノズルの下方に配置された、ハロゲン化カルシウム溶湯を内部に保持したハロゲン化カルシウム被覆収容部内に落下して、ハロゲン化カルシウム溶湯に浸かった状態で収容される。これにより、粒子化された金属のカルシウムが、ハロゲン化カルシウムによって被覆される。
このため、カルシウムの層部分に形成された酸化カルシウムは、ハロゲン化カルシウム溶融塩の層部分に溶融拡散していく。この結果、金属の表面および内部から酸素が除去され、ハロゲン化カルシウムの層部分に移動される。
次に、吹き付け物除去部によって、金属の粒子表面から、酸化カルシウムを内部に含むカルシウムおよびハロゲン化カルシウムを除去することにより、酸素が除去された高純度の金属粉末が得られる。
本発明の金属粉末製造装置は、本発明の金属溶融工程、カルシウム溶融工程、カルシウム吹き付け工程、ハロゲン化カルシウム溶融工程、ハロゲン化カルシウム被覆工程、および除去工程を備える金属粉末の製造方法に用いることができる装置となっている。
【００２４】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記第２の吹き付け機構は、前記カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムに不活性ガスを吹き付けて混合する不活性ガス吹き付け部を備えることが好ましい。
この場合、第２の吹き付け機構の不活性ガス吹き付け部で、カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムに不活性ガスを吹き付けて、カルシウムと混合した状態として、流下された金属に吹き付けるので、不活性ガスのガス圧を制御することによって、金属の粒子の径の制御がより容易となり、粒子径をより微小化することで、より脱酸素反応の速度が向上することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記吹き付け物除去部は、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムが吹き付けられた金属を極性溶剤で洗浄を行うものであることが好ましい。
この場合、カルシウム、ハロゲン化カルシウムは、極性溶剤に容易に溶解するので、金属の表面から、カルシウム、および金属から除去された酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを容易に除去することができる。
【００２６】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記ハロゲン化カルシウム被覆収容部は、前記粒子化された金属を、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する加熱機構が設けられた構成とすることが好ましい。
この場合、ハロゲン化カルシウム被覆収容部に収容された、金属表面にカルシウムが付着し、カルシウムがハロゲン化カルシウムによって被覆された状態の粒子化された金属を、加熱機構によってカルシウムおよびハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温することができる。
このハロゲン化カルシウム被覆収容部では、金属の粒子は金属の融点以下であるため、固体状態の金属になっていて、この中で酸化カルシウムが表面に向って拡散していく。
一方、金属粒子表面のカルシウムおよびハロゲン化カルシウムの混合溶融物はその融点以上に保温されるので液体状態となっている。このため、金属の表面まで拡散した酸化カルシウムはすばやく混合溶融物の層に拡散するので、効率よく酸素が除去される。
なお、保温温度を金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
【００２７】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記ハロゲン化カルシウム被覆収容部内の前記粒子化された金属に振動を与える加振機構をさらに備えることが好ましい。
この場合、加振機構により、粒子化された金属が加振されて攪拌作用を受け、これにより、ハロゲン化カルシウムの層部分への酸化カルシウムの溶出拡散を促進させることができる。
【００２８】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記加振機構は、超音波加振機構であることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記加振機構は、振動ふるいであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置によれば、少なくとも溶融されたカルシウムを吹き付けて溶融された金属を粒子化するとともに、金属に含まれる酸素と化合した酸化カルシウムをハロゲン化カルシウムに溶出拡散させて脱酸素を行うので、脱酸素された金属粉末を効率的に製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置１のノズルの近傍の模式的な拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の混合溶融物吹き付け工程で粒子化された金属、その反応進行後の様子、および除去工程で得られる金属粉末を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の変形例に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置のノズル近傍の模式的な拡大図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態のカルシウム吹き付け工程で粒子化された金属の様子、およびハロゲン化カルシウム被覆工程における粒子化された金属の一例および他例の反応進行後の様子を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００３３】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置１のノズルの近傍の模式的な拡大図である。
【００３４】
本実施形態の金属粉末製造装置１は、本発明の第１の実施形態の金属粉末の製造方法を用いて、純金属または合金からなる金属粉末を、脱酸素した状態で製造するための装置である。
金属粉末製造装置１の概略構成は、図１に示すように、金属加熱槽２、流下ノズル４（ノズル）、混合溶融物形成加熱槽３、混合溶融物吹き付けノズル５、ガス加圧機構６、粒子回収機構８、加熱機構９、および極性溶剤供給部１２からなる。
ここで、金属加熱槽２、流下ノズル４、混合溶融物形成加熱槽３、混合溶融物吹き付けノズル５、粒子回収機構８、加熱機構９は、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスなど、粉末化する金属に対して不純物成分とならない不活性ガスに満たされた装置筐体１ａの内部に設けられ、ガス加圧機構６、極性溶剤供給部１２は、装置筐体１ａの外部に設置されている。
【００３５】
金属加熱槽２は、粉末化する金属２０を加熱し溶融状態に保持するものであり、金属加熱槽２内部に金属２０を収容する溶融空間２ｂが形成され、この溶融空間２ｂの外周側に金属加熱槽２を加熱するヒータ２ａが埋設されてなる。
粉末化する金属２０は、必要に応じて、単一元素からなる適宜の純金属、または複数の元素からなる適宜の合金を採用することができ、ヒータ２ａの温度は、それぞれの溶湯状態を維持できる温度に設定可能となっている。
金属２０として好ましい純金属としては、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｂ（ニオブ）のうちから選択された一つの元素からなるものを挙げることができる。
また、合金としては、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうち少なくとも２種類以上の元素を含む合金を挙げることができる。
【００３６】
合金の具体例としては、例えば、Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５（ａｔｍ％）の組成比を有する合金（以下、合金Ａと称する）、Ｔｉ５０Ｃｕ２５Ｎｉ１５Ｚｒ５Ｓｎ５（ａｔｍ％）の組成比を有する合金（以下、合金Ｂと称する）、Ｎｉ５３Ｎｂ２０Ｔｉ１０Ｚｒ８Ｃｏ６Ｃｕ６（ａｔｍ％）の組成比を有する合金（以下、合金Ｃと称する）などを挙げることができる。
これらの合金Ａ、Ｂ、Ｃを金属２０として用いる場合には、ヒータ２ａを温度制御して、溶融空間内の金属２０の温度を、それぞれ９５０℃、１０００℃、１１００℃に保持すればよい。
【００３７】
流下ノズル４は、金属加熱槽２で溶融状態に保持された金属溶湯である金属２０を流下させるもので、金属加熱槽２の溶融空間２ｂの下部に接続されて鉛直下向きに延ばされ、下端部に流下口４ａを有する筒状部材である。金属加熱槽２と流下ノズル４との間には不図示の開閉弁が設けられ、金属２０の流下の開始を制御できるようになっている。
【００３８】
混合溶融物形成加熱槽３は、カルシウム（Ｃａ）とハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２、Ｘは、任意のハロゲン元素を表す）とを加熱し溶解させて混合溶融物２１（図２参照）を形成するものであり、外周部にヒータ３ａが設けられ、混合溶融物形成加熱槽３内部に投入されたＣａおよびＣａＸ２の混合物をそれぞれ溶融する温度以上に加熱できるようになっている。また、本実施形態の混合溶融物形成加熱槽３は、金属加熱槽２を挟んで略対向する位置に１対設けられている。
ハロゲン化カルシウムは、すべてのハロゲン化物を採用することができるが、本実施形態では、価格や扱いやすさの点で有利な塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）を採用している。このような混合溶融物２１の一例として、ＣａとＣａＣｌ２を質量比で、１：６０に混合した試料を挙げることができる。
この混合溶融物２１を溶融状態に保つため、本実施形態では、ヒータ３ａを温度制御して、混合溶融物形成加熱槽３の内壁温度を、混合溶融物２１の融点以上であり金属２０の融点以下の温度、例えば８５０℃に保持している。
【００３９】
混合溶融物吹き付けノズル５は、各混合溶融物形成加熱槽３で溶融状態に保持された混合溶融物２１を、それぞれ流下ノズル４の流下口４ａから流下される金属２０に向けて噴射するためのものである。混合溶融物吹き付けノズル５は、混合溶融物形成加熱槽３の下端部から流下ノズル４の流下口４ａ近傍に向けて延ばされ、延在方向の下端部に混合溶融物２１を噴射する噴射口５ａを有する筒状部材からなる。
各噴射口５ａは、流下ノズル４の中心軸に対して対称の位置に配置され、これにより、流下口４ａから流下する金属２０に対して、混合溶融物２１を対称に吹き付けられるようになっている。
【００４０】
ガス加圧機構６は、不図示の不活性ガス供給源から供給される不活性ガスＧを加圧源として、混合溶融物吹き付けノズル５内の混合溶融物２１を加圧し、噴射口５ａから混合溶融物を噴射させる機構である。
本実施形態では、不活性ガスＧとして、装置筐体１ａ内のガス雰囲気と同様のＡｒガスを採用している。
【００４１】
ガス加圧機構６および混合溶融物吹き付けノズル５は、混合溶融物形成加熱槽３で形成された混合溶融物を加圧して噴射させ、流下ノズル４から流下された金属２０に吹き付けて、表面に混合溶融物２１が層状に付着された状態で粒子化された金属２０Ａを形成する第１の吹き付け機構を構成している。
【００４２】
粒子回収機構８は、この粒子化された金属２０Ａを収容する粒子収容空間８ａが内部に設けられた耐熱性容器であり、流下ノズル４の下方において金属粉末製造装置１の装置本体に着脱可能に設けられている。
流下ノズル４および各混合溶融物吹き付けノズル５と、粒子回収機構８の粒子収容空間８ａとの間には、粒子化された金属２０を粒子収容空間８ａに導く粒子ガイド７が設けられている。
【００４３】
加熱機構９は、温度制御可能なヒータ９ａを備え、粒子回収機構８の外周部と当接して取り囲むことができるように設けられており、これにより、粒子回収機構８の粒子収容空間８ａ内に収容された粒子化された金属２０Ａを、混合溶融物２１の融点以上であり金属２０の融点以下の温度、例えば、７００℃〜８５０℃の高温状態に保温することができるようになっている。
したがって、本実施形態の粒子回収機構８、加熱機構９は、本実施形態の保温収容部を構成している。
【００４４】
極性溶剤供給部１２は、粒子回収機構８の粒子収容空間８ａ内に連通された極性溶剤供給路１２ａを介して、粒子収容空間８ａ内に極性溶剤１３を供給するものである。
極性溶剤１３としては、酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを除去できる極性溶剤であれば、水や適宜の水溶液などを採用することができる。ただし、洗浄後に金属粒子の表面に残留したりしないように、乾燥除去が容易な極性溶剤、例えば、アセトンなどの極性溶剤であることがより好ましい。
これにより、粒子収容空間８ａ内に粒子化された金属２０Ａが収容された状態で、極性溶剤供給部１２から極性溶剤１３を供給し、粒子化された金属２０Ａの表面に付着した混合溶融物２１を洗浄することが可能となっている。
したがって、粒子回収機構８、極性溶剤供給部１２は、本実施形態の混合溶融物除去部を構成している。
【００４５】
次に、本実施形態に係る金属粉末の製造方法について、金属粉末製造装置１の動作とともに説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の混合溶融物吹き付け工程で粒子化された金属、およびその反応進行後の様子を示す模式的な断面図である。図３（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の除去工程で得られる金属粉末を示す模式的な断面図である。
本実施形態の金属粉末の製造方法の概略工程は、金属溶融工程、混合溶融物形成工程をそれぞれ行った後、混合溶融物吹き付け工程、保温工程、および除去工程をこの順に行うものである。
【００４６】
金属溶融工程は、粉末化する金属を溶融する工程である。
例えば、金属２０として、上記合金Ａを用いる場合、Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５（ａｔｍ％）の組成比となるように、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉの各金属材料を秤量し、不活性ガス雰囲気中でアーク溶解法にて加熱して金属溶湯とした後、温度を低下させて、９５０℃の金属溶湯である金属２０を形成する。
そして金属２０を金属加熱槽２内に投入し、ヒータ２ａで加熱制御して、９５０℃の温度を保つ。
金属材料は、一般には表面に酸化膜が形成されていたり、酸素が付着したりしているため、溶融状態の金属２０には、これらに由来する酸素原子が不純物として混合されることになる。
【００４７】
混合溶融物形成工程は、ＣａとＣａＸ２とを加熱し溶解させ、これらの混合溶融物を形成する工程である。
本実施形態では、Ｃａ、ＣａＣｌ２を、質量比で、例えば、１：６０となるように混ぜ合わせた試料を、各混合溶融物形成加熱槽３内で８５０℃まで加熱して混合溶融物２１（図２参照）を作製する。ここで、Ｃａ、ＣａＣｌ２の質量比は、一例であり、除去する酸素量などの必要に応じて適宜の質量比を設定することができる。
なお、金属溶融工程および混合溶融物形成工程は、混合溶融物吹き付け工程までの間に行っておけばよく、どちらを先に行ってもよいし、同時並行的に行ってもよい。
【００４８】
次に、混合溶融物吹き付け工程を行う。本工程は、金属溶融工程で溶融された金属２０を流下ノズル４から流下させ、混合溶融物形成工程によって形成された混合溶融物２１を加圧して、流下ノズル４から流下された金属２０に吹き付けて、金属２０を粒子化する工程である。
まず、金属加熱槽２と流下ノズル４との間の不図示の開閉弁を開いて、図２に示すように、流下ノズル４の流下口４ａから溶湯状態の金属２０を流下させる。
これと同時に、ガス加圧機構６によって、Ａｒガスのガス圧を調整して、混合溶融物形成加熱槽３内に形成された混合溶融物２１を加圧して、各混合溶融物吹き付けノズル５に押し出し、各噴射口５ａから混合溶融物２１を噴射させる。
各噴射口５ａから噴射された混合溶融物２１は、流下する金属２０に吹き付けられ、金属２０は混合溶融物２１の噴射圧によって粒子化され、表面に混合溶融物２１が層状に付着した状態で、粒子化された金属２０Ａとして落下していく。
このとき、各噴射口５ａは対称に配置されているため、混合溶融物２１は、流下する金属２０を挟むように噴射され、粒子化された金属２０Ａの表面にまんべんなく混合溶融物２１が付着される。また、流下する金属２０に対称に噴射圧が作用するため、粒子化された金属２０Ａが、流下方向である鉛直軸を中心として形成され、斜め方向に大きく飛び散ることなく、流下方向を中心とする下方領域に落下する。
これら粒子化された金属２０Ａは、粒子ガイド７を介して、流下ノズル４の下方に設けられた粒子回収機構８内に順次収容される。
【００４９】
次に、保温工程を行う。本工程は、混合溶融物吹き付け工程による粒子化された金属２０Ａを７００℃以上８５０℃以下の温度で保温する工程である。
本実施形態では、加熱機構９によって、粒子回収機構８に収容された粒子化された金属２０Ａが、一例として８５０℃に保温されるようにしている。そして、粒子回収機構８に収容された、粒子化された金属２０Ａの温度を、１０分間８５０℃に保持した後、加熱機構９による加熱を停止して、保温工程を終了し、室温まで冷却する。
【００５０】
ここで、混合溶融物吹き付け工程から保温工程までの間に、金属２０が受ける作用について説明する。
混合溶融物吹き付け工程において、各粒子化された金属２０Ａは、図３（ａ）に模式的に示すように、粒子状の金属２０の表面に混合溶融物２１の層が形成された粒子となっている。
上述したように、金属２０には、一般に表面および内部に、例えば金属酸化物などの形で酸素が含まれている。このため、例えば、混合溶融物２１に含まれるＣａが、金属２０に含まれる金属酸化物に接触すると、Ｃａによってこの金属酸化物が還元され、図３（ｂ）に示すように、粒子化された金属２０Ａ内に酸化カルシウム２２が発生する。
溶融物吹き付け工程では、溶融された金属２０に溶融された混合溶融物２１が吹き付けられるため、粒子化される過程での接触となり、混合溶融物２１中のＣａと金属２０との接触面積が、同体積の粒子化されていない固体の金属２０に比べて著しく大きくなり、かつ高運動エネルギーを有する状態での動的な接触となる。そのため、金属２０の酸素とＣａとの反応が効率的に促進される。
酸化カルシウム２２は、例えば、図３（ｂ）に示す酸化カルシウム２２ａのように金属２０の表面で形成されると、例えば、酸化カルシウム２２ｃのように、混合溶融物２１内のＣａＣｌ２の層部分に溶融拡散していく。また、金属２０内に拡散した酸化カルシウム２２ｂも、金属２０が溶融状態または高温状態に保持される間は、拡散移動を続け、金属２０の表面に到達すると混合溶融物２１のＣａＣｌ２の層部分に溶融拡散していく。
【００５１】
保温工程では、粒子化された金属２０Ａを、混合溶融物２１が溶融状態を保つ温度である８５０℃に保温するため、金属２０の酸素とＣａとの反応速度が高められ、さらに酸化カルシウム２２の形成し継続させることができる。また、このような高温に保温することにより、酸化カルシウム２２のＣａＣｌ２の層部分への溶融拡散も促進される。
このため、保温工程中に、金属２０内の脱酸素が促進される。
【００５２】
粒子化された金属２０Ａが室温に冷却されたら、次に除去工程を行う。本工程は、混合溶融物吹き付け工程によって金属２０に吹き付けられ、固化された混合溶融物２１を、金属２０から除去する工程である。
粒子化された金属２０Ａを、粒子回収機構８に収容した状態で、極性溶剤供給部１２から極性溶剤１３を供給し、粒子収容空間８ａ内に満たす。これにより、金属２０Ａが極性溶剤１３に浸漬させて、洗浄を行う。
混合溶融物２１は、極性溶剤１３に容易に溶解するため、このような洗浄により、金属２０の表面から除去される。これにより、脱酸素された高純度の金属粒子として、金属２０が取り出される。
そこで、Ａｒガス雰囲気において、粒子回収機構８を金属粉末製造装置１から取り出し、真空乾燥を行うことで、図３（ｃ）に示すように、粒子化され脱酸素化された金属２０からなる金属粉末２３が得られる。
【００５３】
このように、金属粉末製造装置１を用いた本実施形態の金属粉末の製造方法によれば、混合溶融物吹き付け工程によって、少なくとも溶融されたカルシウムを含む混合溶融物２１を金属２０に吹き付けることで、金属２０を粒子化するとともに、金属２０に含まれる酸素と化合した酸化カルシウム２２を混合溶融物２１中の塩化カルシウム（ハロゲン化カルシウム）に溶融拡散させて脱酸素を行って、除去工程によってこの混合溶融物を除去するので、脱酸素された金属粉末２３を効率的に製造することができる。
【００５４】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００５５】
本変形例の金属粉末製造装置１Ａは、上記第１の実施形態の金属粉末製造装置１に、加振機構１１を追加したものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
加振機構１１は、粒子回収機構８の粒子収容空間８ａ内に収容された粒子化された金属２０Ａに振動を与えるもので、粒子回収機構８の底面に耐熱部材１０を介して当接される超音波振動機構からなる。
なお、加振機構１１は、粒子化された金属２０Ａに振動を与えることができれば、他の振動源を用いてもよく、例えば、振動ふるいを採用してもよい。
【００５７】
金属粉末製造装置１Ａを用いた金属粉末の製造方法は、上記第１の実施形態の保温工程の間、加振機構１１の超音波振動機構によって、粒子回収機構８を加振し、振動を粒子回収機構８内の粒子化された金属２０Ａに伝播させて、粒子化された金属２０Ａに振動を与える加振工程を並行して行うようにした方法である。
本変形例では、保温工程において、加振機構１１によって粒子化された金属２０Ａに振動を与えることにより、金属２０の表面で発生した酸化カルシウム２２が移動しやすくなり、混合溶融物２１のＣａＣｌ２の層部分と接触しやすくなるため、ＣａＣｌ２の層部分への溶出拡散を促進することができる。
これにより、金属２０から、酸化カルシウム２２が効率的に除去され、未反応のＣａと未反応の酸素との反応が促進される。
【００５８】
加振機構１１が振動ふるいの場合には、粒子化された金属２０Ａがふるわれることによって、各粒子化された金属２０Ａの間およびふるいに対して衝突が繰り返されることによって、混合溶融物２１内の酸化カルシウム２２が機械的に衝突移動され、ＣａＣｌ２の層部分への溶出拡散が促進される。
これにより、金属２０から、酸化カルシウム２２が効率的に除去され、未反応のＣａと未反応の酸素との反応が促進される。
【００５９】
このように、金属粉末製造装置１Ａによれば、加振工程を行わない場合に比べて、より効率的に脱酸素を行うことができる。
なお、除去工程の洗浄の際に、加振機構１１を起動して、粒子化された金属２０Ａを加振しながら洗浄を行うと、洗浄の効率的をより向上することができる。
【００６０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置のノズル近傍の模式的な拡大図である。
【００６１】
本実施形態の金属粉末製造装置１Ｂは、本発明の第２の実施形態の金属粉末の製造方法を用いて、純金属または合金からなる金属粉末を、脱酸素した状態で製造するための装置である。
金属粉末製造装置１Ｂは、上記第１の実施形態の変形例の金属粉末製造装置１Ａからガス加圧機構６を削除し、不活性ガス吹き付け部１５を追加したものである。以下、上記第１の実施形態およびその変形例と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
本実施形態では、ガス加圧機構６が削除されており、混合溶融物形成加熱槽３と混合溶融物吹き付けノズル５との間に設けられた不図示の開閉弁を開くと、混合溶融物吹き付けノズル５からは、混合溶融物形成加熱槽３で溶融された混合溶融物２１が第１の実施形態に係るに比べて低圧で吐出あるいは噴出（以下、単に噴出という）されるようになっている。
不活性ガス吹き付け部１５は、各混合溶融物吹き付けノズル５の噴射口５ａから噴出される混合溶融物２１に、不活性ガスＧを吹き付けて混合溶融物２１を混合した状態のガス流を形成し、このガス流を、流下ノズル４から流下される金属２０に吹き付けるものである。不活性ガスＧの供給源（不図示）は、不活性ガスの加圧機構（不図示）とともに、金属粉末製造装置１Ｂの外部に配置され、この加圧機構によって噴射速度、噴射量などが調整して、不活性ガス吹き付け部１５の先端に設けられた噴射口１５ａから不活性ガスＧを噴射できるようになっている。
不活性ガス吹き付け部１５のノズル先端１５ａは、図６に示すように、各混合溶融物吹き付けノズル５の噴射口５ａの下方近傍で、混合溶融物２１の噴出方向および金属２０の流下方向に交差する斜め下方に向けて噴射方向が設定されている。
また、各ノズル先端１５ａは、流下ノズル４の中心軸に対して対称の位置に配置され、これにより、流下口４ａから流下する金属２０に対して、各ノズル先端１５ａから混合溶融物２１を対称に吹き付けられるようになっている。
【００６３】
なお、本実施形態では、混合溶融物吹き付けノズル５および不活性ガス吹き付け部１５が、第１の吹き付け機構を構成している。
【００６４】
金属粉末製造装置１Ｂを用いた本実施形態の金属粉末の製造方法は、上記第１の実施形態の変形例において混合溶融物吹き付け工程のみが異なる。
本実施形態の混合溶融物吹き付け工程は、流下ノズル４から流下された金属２０に対して、混合溶融物２１を不活性ガスＧと混合された状態で吹きつける工程である。
【００６５】
まず、金属加熱槽２と流下ノズル４との間の不図示の開閉弁を開いて、図６に示すように、流下ノズル４の流下口４ａから溶湯状態の金属２０を流下させる。
これと同時に、各混合溶融物吹き付けノズル５の噴射口５ａから、金属２０に向けて混合溶融物２１を斜め下方に噴出させるとともに、各不活性ガス吹き付け部１５のノズル先端１５ａから、不活性ガスＧを噴射する。
これにより、各噴射口５ａから噴出される混合溶融物２１が、不活性ガスＧのガス流により霧状に微細化されて、ガス流中に混合された状態で、流下する金属２０に吹き付けられる。
金属２０は、混合溶融物２１が混合された不活性ガスＧのガス流の噴射圧によって、粒子化されるとともに、表面に混合溶融物２１が層状に付着し、粒子化された金属２０Ａとして落下していき、粒子ガイド７を介して、流下ノズル４の下方に設けられた粒子回収機構８内に収容される。このとき、不活性ガス吹き付け部１５は、金属２０の流下方向に対して対称に配置されているので、第１の実施形態と同様、また、流下する金属２０に対称に噴射圧が作用するため、粒子化された金属２０Ａが、流下方向である鉛直軸を中心として形成され、斜め方向に大きく飛び散ることなく、流下方向を中心とする下方領域に落下する。
粒子回収機構８内に収容された粒子化された金属２０Ａに対して、上記第１の実施形態またはその変形例に記載されたのと同様の各工程を行うことにより、脱酸素された高純度の金属粉末が得られる。
【００６６】
金属粉末製造装置１Ｂによれば、混合溶融物吹き付け工程で、混合溶融物２１を不活性ガスＧと混合した状態で吹き付けるので、不活性ガスＧのガス圧を制御することによって、混合溶融物２１のみを噴射して吹き付ける場合に比べて、粒子化された金属２０Ａの粒子径の制御がより容易となる。そのため、粒子径をより微小化することで、より脱酸素反応の速度が向上することが可能となる。
【００６７】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００６８】
本実施形態の金属粉末製造装置１Ｃは、本発明の第３の実施形態の金属粉末の製造方法を用いて、純金属または合金からなる金属粉末を、脱酸素した状態で製造するための装置である。
金属粉末製造装置１Ｃは、上記第２の実施形態の金属粉末製造装置１Ｂの各混合溶融物形成加熱槽３、混合溶融物吹き付けノズル５に代えて、それぞれ同様な装置構成を有するカルシウム加熱槽３Ｃ、カルシウム吹き付けノズル５Ｃを備える。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
カルシウム加熱槽３Ｃは、それぞれカルシウム２１Ａを加熱して溶融し、カルシウム２１Ａを溶融状態に保持するものである。本実施形態では、ヒータ３ａによって、カルシウム２１Ａの温度を９００℃に保持できるようになっている。
カルシウム加熱槽３Ｃで溶融されたカルシウム２１Ａは、カルシウム吹き付けノズル５Ｃの噴射口５ａから、上記第２の実施形態の混合溶融物２１と同様に噴出できるようになっている。
このため、カルシウム吹き付けノズル５Ｃと不活性ガス吹き付け部１５とは、カルシウム加熱槽３Ｃで溶融されたカルシウム２１Ａを加圧して噴射させ、流下ノズル４から流下された金属２０に吹き付けて、金属２０を粒子化する第２の吹き付け機構を構成している。
【００６９】
また、本実施形態の粒子回収機構８および加熱機構９は、上記第２の実施形態に説明した動作に加えて、塩化カルシウム２１Ｂを加熱し溶融させて、塩化カルシウム２１Ｂの溶湯を粒子収容空間８ａ内に満たすことができるようになっている。このため、本実施形態のハロゲン化カルシウム被覆収容部を兼ねている。
【００７０】
次に、本発明の第３の実施形態に係る金属粉末の製造方法について、金属粉末製造装置１Ｃの動作とともに説明する。
図８（ａ）は、本発明の第３の実施形態のカルシウム吹き付け工程で粒子化された金属の様子を示す模式的な断面図である。図８（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第３の実施形態のハロゲン化カルシウム被覆工程における粒子化された金属の一例および他例の反応進行後の様子を示す模式的な断面図である。
本実施形態の金属粉末の製造方法の概略工程は、金属溶融工程、カルシウム溶融工程をそれぞれ行った後、カルシウム吹き付け工程を行い、ハロゲン化カルシウム溶融工程およびカルシウム吹き付け工程を行った後、ハロゲン化カルシウム被覆工程、保温工程、および除去工程をこの順に行うものである。
【００７１】
金属溶融工程は、上記第２の実施形態の金属溶融工程と同様の工程である。
カルシウム溶融工程は、Ｃａを加熱し溶融状態に保持する工程である。本実施形態では、図７に示すように、カルシウム加熱槽３Ｃによって、カルシウム２１Ａを９００℃に加熱して溶融させ、溶融状態に保持する。
ハロゲン化カルシウム溶融工程は、ＣａＸ２を加熱し溶融状態に保持する工程である。本実施形態では、図７に示すように、塩化カルシウム２１Ｂを粒子回収機構８内に投入し、加熱機構９によって粒子回収機構８内の塩化カルシウム２１Ｂを８５０℃に加熱し、溶融状態に保持する
【００７２】
カルシウム吹き付け工程は、金属溶融工程で溶融された金属２０を流下ノズル４から流下させ、カルシウム溶融工程によって溶融されたカルシウム２１Ａを加圧して、流下された金属２０に吹き付けて、金属２０を粒子化する工程である。
まず、金属加熱槽２と流下ノズル４との間の不図示の開閉弁を開いて、図６に示すように、流下ノズル４の流下口４ａから溶湯状態の金属２０を流下させる。
これと同時に、各カルシウム吹き付けノズル５Ｃの噴射口５ａから、金属２０に向けてカルシウム２１Ａを斜め下方に噴出させるとともに、各不活性ガス吹き付け部１５のノズル先端１５ａから、不活性ガスＧを噴射する。
これにより、各噴射口５ａから噴出されるカルシウム２１Ａが、不活性ガスＧのガス流により霧状に微細化されて、ガス流中に混合された状態で、流下する金属２０に吹き付けられる。
金属２０はカルシウム２１Ａが混合された不活性ガスＧのガス流の噴射圧によって、粒子化されるとともに、表面にカルシウム２１Ａが層状に付着し、粒子化された金属２０Ｂ（図８（ａ）参照）として落下していき、粒子ガイド７を介して、流下ノズル４の下方に設けられた粒子回収機構８内に収容される。このとき、流下する金属２０に対称に噴射圧が作用するため、粒子化された金属２０Ａが、流下方向である鉛直軸を中心として形成され、斜め方向に大きく飛び散ることなく、流下方向を中心とする下方領域に落下することは、上記第２の実施形態と同様である。
【００７３】
ハロゲン化カルシウム被覆工程は、カルシウム吹き付け工程によって粒子表面にカルシウムが吹き付けられた金属である粒子化された金属２０Ｂを、ハロゲン化カルシウム溶融工程で溶融されたハロゲン化カルシウムによって被覆する工程である。
本実施形態では、粒子回収機構８内に溶融状態に保持された塩化カルシウム２１Ｂが配置されているため、図８（ｂ）に示すように、粒子回収機構８内に粒子化された金属２０Ｂが落下すると、塩化カルシウム２１Ｂに浸漬され、各粒子化された金属２０Ｂは、粒子表面が塩化カルシウム２１Ｂによって被覆される。
【００７４】
次に、上記第１の実施形態の変形例と同様に、保温工程、加振工程を行う。本実施形態では、塩化カルシウム２１Ｂを８５０℃の保持しているため、その温度状態を保つことで、粒子化された金属２０Ｂの保温が達成される。本実施形態では、この状態を１０分間保ち、この間に加振機構１１による加振を続ける。
加振工程を設けることで、粒子化された金属２０Ｂが塩化カルシウム２１Ｂ内を移動する。例えば、落下した粒子化された金属２０Ｂが山状となっても塩化カルシウム２１Ｂの表面から突出しても、塩化カルシウム２１Ｂの山は振動により徐々に崩され、各粒子化された金属２０Ｂは塩化カルシウム２１Ｂによってまんべんなく被覆される。このため、塩化カルシウム２１Ｂの量は、例えば、図８（ｃ）に示すように、少なくとも各粒子化された金属２０Ｂの表面に塩化カルシウム２１Ｂの被膜が形成される程度の量があればよい。このように、塩化カルシウム２１Ｂの被膜が形成された状態では、塩化カルシウム２１Ｂの液面から飛び出していてもよい。
保温終了後、加熱機構９による加熱を停止して、保温工程を終了し、室温まで冷却する。このとき、粒子回収機構８内に、洗浄の負荷を増大させる液状の塩化カルシウム２１Ｂが多く残留している場合には、粒子回収機構８から液状の塩化カルシウム２１Ｂを排出した後、冷却しておくことが好ましい。
【００７５】
次に除去工程を行う。本工程は、ハロゲン化カルシウム被覆工程後に、粒子化された金属２０Ｂの表面から、固化されたカルシウム２１Ａ、塩化カルシウム２１Ｂの混合物を除去する工程である。
本実施形態では、上記第１の実施形態の除去工程と同様、粒子化された金属２０Ｂを、粒子回収機構８に収容した状態で、粒子収容空間８ａ内に、極性溶剤供給部１２から極性溶剤１３を導入し、粒子化された金属２０Ｂを極性溶剤１３に浸漬して洗浄を行う。
カルシウム２１Ａ、塩化カルシウム２１Ｂの混合物は、極性溶剤１３に容易に溶解するため、このような洗浄により、いずれも金属２０の表面から除去される。これにより、脱酸素された高純度の金属粒子として、金属２０が取り出される。
そこで、Ａｒガス雰囲気において、粒子回収機構８を金属粉末製造装置１から取り出し、真空乾燥を行うことで、粒子化された状態の金属２０からなる金属粉末２３（図３（ｃ９参照）が得られる。
【００７６】
カルシウム吹き付け工程から保温工程までの間に、金属２０が受ける作用については、第１の実施形態の混合溶融物吹き付け工程から保温工程における作用と略同様なので、第１の実施形態と異なる点のみを説明する。
本実施形態では、カルシウム吹き付け工程において、金属２０の粒子表面全体にカルシウム２１Ａが層状に付着するので、金属２０とカルシウム２１Ａとの間で、酸化カルシウム２２が発生する反応が進行する。このため、カルシウム２１Ａが一部に含まれる混合溶融物２１が表面に吹き付けられる場合に比べて、より多くの反応が進行し、より効率的に脱酸素が進行する。
次に、ハロゲン化カルシウム被覆工程では、金属２０の粒子表面のカルシウム２１Ａの層を塩化カルシウム２１Ｂが全周にわたって被覆するので、図８（ｂ）に示すように、酸化カルシウム２２は、酸化カルシウム２２ｃとして、溶融状態の塩化カルシウム２１Ｂへカルシウム２１Ａの層部分の全体から効率的に溶融拡散する。また、金属２０の表面のカルシウム２１Ａも塩化カルシウム２１Ｂに溶解するので、結果としてカルシウム２１Ａ内および金属２０の表面の酸化カルシウム２２ａも、塩化カルシウム２１Ｂ内に溶融拡散していく。
また、金属２０の内に拡散した酸化カルシウム２２ｂも、第１の実施形態同様、金属２０が溶融状態または高温状態に保持される間は拡散移動を続けるので、金属２０の表面に到達すると塩化カルシウム２１Ｂ内に溶融拡散していく。
【００７７】
このように、金属粉末製造装置１Ｃを用いた本実施形態の金属粉末の製造方法によれば、カルシウム吹き付け工程によって、金属２０を粒子化するとともに、カルシウム２１Ａにより金属２０の酸素から酸化カルシウム２２を形成し、ハロゲン化カルシウム被覆工程を行うことにより、酸化カルシウム２２を塩化カルシウム２１Ｂに溶融拡散させることで、金属２０からの脱酸素を行い、除去工程によってカルシウム２１Ａ、塩化カルシウム２１Ｂを除去するので、脱酸素された金属粉末２３を効率的に製造することができる。
【実施例】
【００７８】
上記各実施形態、変形例に対応する実施例について説明する。各実施例の条件と、それぞれの実施例で得られた金属粉末中の酸素濃度（ｐｐｍ）、および金属粉末の平均粒径（μｍ）の測定結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】
【００８０】
［実施例１〜５］
実施例１〜４では、金属２０として上記合金Ａを採用し、上記第１の実施形態の製造方法によって金属粉末２３を製造した。また実施例５では、金属２０として上記合金Ａを採用し、上記第１の実施形態の製造方法において、保温工程を削除した場合の製造方法によって金属粉末２３を製造した。
実施例１〜５に共通な条件は以下の通りである。
製造に用いた合金Ａに含まれる酸素濃度は６００ｐｐｍであった。これは、Ａｒ雰囲気の下で合金Ａを９５０℃に加熱して金属溶湯を作製し、そのまま冷却固化した金属合金の酸素濃度をヘリウム搬送融解赤外線吸収法によって測定して得たものである。
金属溶融工程では、合金Ａの組成比が得られるように、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉの各金属材料を秤量し、合計の質量を２００ｇとして、不活性ガス雰囲気中でアーク溶解法にて加熱して金属溶湯とした後、温度を低下させて、９５０℃の金属溶湯を得て、金属加熱槽２でこの温度を保持した。混合溶融物形成工程では、混合溶融物２１は、ＣａとＣａＣｌ２との質量比が１：６０の混合物を溶融させ８５０℃に保持している。混合溶融物吹き付け工程では、Ａｒガスによって混合溶融物２１を加圧して吹き付けている。なお、混合溶融物吹き付け工程以後には、加振工程を行っていない。また、除去工程では、極性溶剤１３としてアセトンを用いて洗浄を行っている。
【００８１】
実施例１〜５で異なる条件は以下の通りである。
実施例１〜４では、それぞれ、保温温度をそれぞれ８５０℃、８００℃、７００℃、６００℃に変え、それぞれの保温時間を１０分として、保温工程を行っている。
実施例５では、保温工程を行わず、混合溶融物吹き付け工程後、粒子回収機構８に粒子化された金属２０Ａを収容し、自然放冷してから除去工程を行っている。
【００８２】
これら実施例で得られた金属粉末２３中の酸素濃度をヘリウム搬送融解赤外線吸収法により、また金属粉末の平均粒径をレーザー散乱式粒子径分布測定装置により、それぞれ測定したところ（以下の実施例の測定も同様）、表１に示すように、以下の測定結果を得た。
金属粉末中の酸素濃度は、実施例１〜５の順に、それぞれ、９０ｐｐｍ、９２ｐｐｍ、９８ｐｐｍ、１１６ｐｐｍ、１２０ｐｐｍであった。
また、金属粉末２３の平均粒子径は、いずれも３１μｍであった。
【００８３】
［実施例６］
実施例６では、金属２０として上記合金Ｂを採用し、上記第２の実施形態の製造方法によって金属粉末２３を製造した。
製造に用いた合金Ｂに含まれる酸素濃度は、実施例１〜５と同様の測定を行ったところ、８００ｐｐｍであった。
また、金属溶融工程における金属溶湯の温度は１０００℃であり、混合溶融物２１は、実施例１〜５と同様のものを溶融させ８５０℃に保持している。また、混合溶融物吹き付け工程では、混合溶融物２１を２ＭＰａで加圧された不活性ガスＧであるＡｒガスと混合された状態で吹き付けている。
保温工程では、保温温度を８５０℃、保温時間を１０分とし、保温工程に並行して超音波振動機構により加振工程を行っている。また、除去工程では、極性溶剤１３としてアセトンを用いて洗浄を行っている。
【００８４】
実施例６の金属粉末２３中の酸素濃度は、４５ｐｐｍ、金属粉末２３の平均粒子径は、９μｍであった。
【００８５】
［実施例７］
実施例７では、金属２０として上記合金Ｃを採用し、上記第３の実施形態の製造方法によって金属粉末２３を製造した。
製造に用いた合金Ｃに含まれる酸素濃度は、実施例１〜５と同様の測定を行ったところ、７５０ｐｐｍであった。
また、金属溶融工程における金属溶湯の温度は１１００℃であり、カルシウム溶融工程でのカルシウム２１Ａは９００℃に保持している。ハロゲン化カルシウム溶融工程では８５０℃で塩化カルシウム２１Ｂを溶融し、同温度を保持してハロゲン化カルシウム被覆工程を行い、さらに同温度で保温時間を１０分として、保温工程を行い、この保温工程に並行して超音波振動機構により加振工程を行っている。また、除去工程では、極性溶剤１３としてアセトンを用いて洗浄を行っている。
【００８６】
実施例７の金属粉末２３中の酸素濃度は、測定限界の３０ｐｐｍ以下、金属粉末２３の平均粒子径は、１１μｍであった。
【００８７】
これらの実施例によれば、金属粉末２３中の酸素濃度は、初期の金属２０中の酸素濃度に比べて１．５％（実施例７）〜２０％（実施例５）に低減されているため、いずれも良好に脱酸素されていることが分かる。
実施例１〜５を比較すると、保温工程を備える方が、より脱酸素効果が高くなっている。また、実施例４のように７００℃より低温の６００℃では、保温工程なしの実施例５との酸素濃度の差が少なく、実施例１〜３では、より低酸素濃度となりかつそれぞれの間の酸素濃度差が少ないため、７００℃〜８５０℃の温度範囲で、特に良好な脱酸素効果が得られていることが分かる。
また、特に測定結果を示していないが、８５０℃より高温で金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
ただし、保温工程では、金属粒子が融けない範囲で、できるだけ高い方が、カルシウムの脱酸素反応と反応により生成した塩化カルシウムの溶融拡散が早く進むため、脱酸素効果が大きくなる。
【００８８】
保温温度が同一条件の実施例１と、実施例６、７とを比較すると、実施例６、７では、初期の酸素濃度が高いにもかかわらず、格段に高い脱酸素効果が得られていることが分かる。すなわち、不活性ガスの混合した吹き付けおよび加振工程を行うことによって、脱酸素効果が向上されている。
実施例７が特に良好な脱酸素効果が得られているのは、粒子化とともにＣａを吹き付けてから、ＣａＣｌ２を被覆したことで、脱酸素効果が向上されたためである。
【００８９】
また、平均粒径を比較すると、不活性ガスを混合した吹き付けの有無が、平均粒子の大きさに寄与しており、２ＭＰａに加圧した不活性ガスを混合して吹き付けた実施例６、７の方が、実施例１〜５に比べて、平均粒子径を小さくする事ができる。
【００９０】
なお、上記の各実施形態の説明では、いずれも保温工程を備える場合の例で説明したが、実施例４、５に示したように、保温温度範囲が７００℃より低い場合や、自然放冷した場合でも、約８０％程度の脱酸素効果が得られるので、酸素濃度が許容範囲であれば、保温温度を低減したり、自然放冷させたりしてもよい。
【００９１】
また、上記の説明では、保温工程に並行して加振工程を行った場合の例で説明したが、ハロゲン化カルシウムが高温状態にあり、酸化カルシウムの溶融拡散が促進される間は、加振工程によって脱酸素化が促進されるため、保温工程を行わず自然放冷される間、加振工程を行うようにしてもよい。
【００９２】
また、上記の説明では、いずれも、粒子回収機構８を装置本体に設置した状態で、除去工程を行うようにした場合の例で説明したが、例えば、粒子回収機構８に粒子化された金属を収容した後、もしくは、保温工程が終了した後に、粒子回収機構８を装置本体から外して除去工程を行ってもよい。
【００９３】
また、上記の説明では、除去工程として洗浄を行う場合の例で説明したが、除去工程は洗浄のみには限定されない。
例えば、除去工程は、次のようにして行うこともできる。
ハロゲン化カルシウム等が被覆された金属微粒子を不活性（アルゴン）ガス雰囲気の下、十分な量のアセトンによる洗浄をおこない、ろ過して金属微粒子のケーキを回収する。ケーキ状金属微粒子の上方からさらにアセトン１００ｍｌを金属微粒子１００ｇに対する割合で加えてろ過した後、室温にて真空乾燥を３時間実施して、金属微粒子表面のアセトンを除去する。これにより被覆が除去された金属微粒子を得ることができた。
【００９４】
また、上記第２（第３）の実施形態の説明では、金属粉末製造装置１Ｂ（１Ｃ）において、ガス加圧機構６を削除し、混合溶融物２１（カルシウム２１Ａ）が混合溶融物吹き付けノズル５（カルシウム吹き付けノズル５Ｃ）の噴射口５ａから噴出される場合の例で説明した。これは、金属粉末製造装置１Ｂ（１Ｃ）は、不活性ガスＧを加圧して吹き付ける不活性ガス吹き付け部１５を備えるため、混合溶融物２１（カルシウム２１Ａ）は、噴射口５ａから高圧に噴射されなくても、不活性ガスＧと混合された状態で、金属２０に高圧に吹き付けられるためである。
ただし、ガス加圧機構６を設けて、混合溶融物吹き付けノズル５（カルシウム吹き付けノズル５Ｃ）内の混合溶融物２１（カルシウム２１Ａ）を適宜加圧して、噴射口５ａから高速に噴射し、この噴射流を不活性ガスＧのガス流と混合してもよい。
【００９５】
また、上記第３の実施形態の説明では、カルシウムが表面に被覆された金属粉末を、ハロゲン化カルシウム溶湯に落下させて、ハロゲン化カルシウムを被覆する場合の例で説明したが、ハロゲン化カルシウムを被覆するには、カルシウムが表面に被覆された金属粉末にハロゲン化カルシウムを吹き付けて被覆してもよい。
【００９６】
また、上記の各実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第２、第３の実施形態において、保温工程や加振工程を適宜削除してもよい。
また、例えば、上記第３の実施形態において、不活性ガス吹き付け部１５を削除して、カルシウム吹き付けノズル５Ｃとガス加圧機構６とからなる機構を第２の吹き付け機構として用いてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 金属粉末製造装置
２ 金属加熱槽
３ 混合溶融物形成加熱槽
３Ｃ カルシウム加熱槽
４ 流下ノズル（ノズル）
５ 混合溶融物吹き付けノズル（第１の吹き付け機構）
５Ｃ カルシウム吹き付けノズル（第２の吹き付け機構）
６ ガス加圧機構（第１の吹き付け機構）
８ 粒子回収機構（保温収容部、混合溶融物除去部、ハロゲン化カルシウム被覆収容部）
９ 加熱機構（保温収容部、ハロゲン化カルシウム被覆収容部）
１１ 加振機構
１２ 極性溶剤供給部（混合溶融物除去部）
１３ 極性溶剤
１５ 不活性ガス吹き付け部（第１の吹き付け機構、第２の吹き付け機構）
２０ 金属（粉末化する金属）
２０Ａ、２０Ｂ 粒子化された金属
２１ 混合溶融物
２１Ａ カルシウム
２１Ｂ 塩化カルシウム（ハロゲン化カルシウム）
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 酸化カルシウム
２３ 金属粉末
Ａ、Ｂ、Ｃ 合金（粉末化する金属）
Ｇ 不活性ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属粉末の製造方法の一つに、アトマイズ法と呼ばれる技術が知られている。このアトマイズ法は、金属溶湯に空気や水、不活性ガスのジェット流を吹きつけて溶湯を粉砕、液滴として凝固させることで粉末を作るという方法である。
例えば、特許文献１には、このような金属粉末の製造方法として水を用いた水アトマイズ法およびそれを用いた金属粉末製造装置が記載されている。この水アトマイズ法は、工業的によく利用されている方法であり、溶融金属流体の流路に噴射された水に溶融金属を接触させることにより、溶融金属を分裂させると同時に冷却・固化させて金属粉末を製造する方法である。
また、特許文献２には、水アトマイズ法によって金属粉末を製造する際に、アミン系の酸化抑制剤を添加したアトマイズ水を使用することで、粒子化と同時に粒子の酸化を抑制する方法が開示されている。
また、他の脱酸素方法としては、例えば、特許文献３に、金属チタンまたはチタン合金から脱酸素を実施するために、金属カルシウムと溶融塩化カルシウムの混合溶融物を使用するチタン材料の脱酸素方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９１４５４号公報
【特許文献２】特開平６−３３０１１０号公報
【特許文献３】特開２０００−３４５２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置には、以下のような問題があった。
高純度の金属粉末を低コストで製造するには、不純物の混入を防ぐとともに、金属材料に含まれる酸素を効率よく除去することが必要である。
従来のアトマイズ法は、例えば、特許文献１に記載の技術のように、金属溶湯に空気や水のジェット流を吹きつけて溶湯を粉砕、液滴として固化させることで金属粉末を得る。このように空気や水を用いると金属の酸化が生じてしまい、金属粉末の純度低下を引き起こすという問題がある。
一方、特許文献２に記載の技術では、酸化抑制剤として芳香族アミンを添加したアトマイズ水を用いることにより脱酸素を行って金属粉末を製造するので、高温の金属とアトマイズ水の反応による酸化は軽減できるものの、元々金属材料に含まれている酸素を除去することはできないという問題がある。
また、ジェット流の噴射による酸化を防止するため、不活性ガスを用いたガスアトマイズ法を採用することも考えられるが、この場合にも元々金属材料に含まれている酸素は除去できないという問題がある。
また、特許文献３には、金属合金を作製する際に含有酸素を取り除き、合金純度を高める方法の一つとして、カルシウム溶融塩等を使用した脱酸素法が開示されている。これは、合金表面に溶融カルシウムをコート後に高温に保つことで合金内部の酸素を表面カルシウムと反応させて取り除く方法であるが、微細形状の合金以外では内部酸素の表面への移動に時間を要するため、脱酸素効率が低く十分な効果が得られないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、脱酸素された金属粉末を効率的に製造することができる金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の金属粉末の製造方法は、粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させ、混合溶融物を形成する混合溶融物形成工程と、前記金属溶融工程で溶融された前記金属をノズルから流下させ、前記混合溶融物形成工程によって形成された前記混合溶融物を加圧して、流下された前記金属に吹き付けて、前記金属を粒子化する混合溶融物吹き付け工程と、該混合溶融物吹き付け工程によって前記金属に吹き付けられた前記混合溶融物を、前記金属の表面から除去する除去工程とを備える方法とする。
この発明によれば、金属溶融工程で粉末化する金属を溶融し、混合溶融物形成工程でカルシウムとハロゲン化カルシウムを加熱、溶解させて混合溶融物を形成する。そして、混合溶融物吹き付け工程では、溶融された金属をノズルから流下させ、この金属に加圧された混合溶融物を吹き付けて、金属を粒子化するとともに、金属の表面に混合溶融物を付着させる。粒子化された金属の表面に付着した混合溶融物のカルシウムは、金属表面に現れる酸素と反応して酸化カルシウムを形成する。
このとき、混合溶融物は、混合溶融物の吹き付けにより粒子化された状態の金属の表面を覆うように層状に付着する。そのため、金属を粒子化しない状態で混合溶融物を付着させる場合に比べて、金属の体積当たりに対する接触面積が増大する。また、付着時に金属および混合溶融物は溶融状態のため、金属内部に含まれる酸素とカルシウムが反応しやすくなり、また高温状態を保っているためカルシウムの反応が促進される。そして、発生した酸化カルシウムはフラックス層であるハロゲン化カルシウムの層部分に溶融拡散していく。この結果、金属の表面および内部から酸素が除去され、混合溶融物の層部分に移動される。
次に、除去工程によって、金属の粒子表面から、酸化カルシウムを内部に含む混合溶融物を除去することにより、酸素が除去された高純度の金属粉末が得られる。
なお、本明細書における金属とは、単一元素からなる純金属と、または複数の元素からなる合金を意味するものとする。
また、本明細書におけるハロゲン化カルシウムは、すべてのハロゲン化物を採用することができるが、価格や扱いやすさの点で、塩化カルシウムを採用することがより好ましい。
また、金属溶融工程および混合溶融物形成工程は、混合溶融物吹き付け工程に先立ってさえいれば、特に順序関係はなく、どちらを先に開始してもよいし、同時並行的に行ってもよい。
【０００７】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記混合溶融物吹き付け工程は、前記混合溶融物を、不活性ガスと混合された状態で吹きつけることが好ましい。
この場合、混合溶融物吹き付け工程で、混合溶融物を不活性ガスと混合した状態で吹き付けるので、不活性ガスのガス圧を制御することによって、粒子化される金属の粒子径の制御が容易となり、粒子径をより微小化していくことで、脱酸素反応の速度をより向上することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記除去工程は、前記混合溶融物吹き付け工程によって粒子化された前記金属の粒子表面の前記混合溶融物の層を極性溶剤により洗浄することで、前記混合溶融物を除去する工程であることが好ましい。
この場合、カルシウム、ハロゲン化カルシウムは、極性溶剤に容易に溶解するので、金属の表面から、カルシウム、および金属から除去された酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを容易に除去することができる。
極性溶剤としては、酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを除去できる極性溶剤であれば、水や適宜の水溶液などを採用することができる。ただし、洗浄後に金属粒子の表面に残留したりしないように、乾燥除去が容易な極性溶剤、例えば、アセトンなどの極性溶剤を用いることがより好ましい。
【０００９】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記混合溶融物吹き付け工程と前記除去工程との間に、前記混合溶融物吹き付け工程によって粒子化された前記金属を、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温工程を備えることが好ましい。
この場合、保温工程によって、混合溶融物吹き付け工程と除去工程との間で、表面に混合溶融物が付着した状態で粒子化された金属を、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温することができる。
この保温工程では、金属の粒子は金属の融点以下であるため、固体状態の金属になっていて、この中で酸化カルシウムが表面に向って拡散していく。
一方、金属粒子表面の混合溶融物はその融点以上に保温されるので液体状態となっている。このため、金属の表面まで拡散した酸化カルシウムはすばやく混合溶融物の層に拡散するので、効率よく酸素が除去される。
なお、保温温度を金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
【００１０】
本発明の金属粉末の製造方法は、粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、カルシウムを加熱し溶融状態に保持するカルシウム溶融工程と、ハロゲン化カルシウムを加熱し溶融状態に保持するハロゲン化カルシウム溶融工程と、前記金属溶融工程で溶融された前記金属をノズルから流下させ、前記カルシウム溶融工程によって溶融された前記カルシウムを加圧して、流下された前記金属に吹き付けて、前記金属を粒子化するカルシウム吹き付け工程と、該カルシウム吹き付け工程によって粒子表面に前記カルシウムが吹き付けられた金属を、前記ハロゲン化カルシウム溶融工程で溶融されたハロゲン化カルシウムによって被覆するハロゲン化カルシウム被覆工程と、該ハロゲン化カルシウム被覆工程後に、前記粒子化された金属の表面から、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する除去工程を備える方法とする。
この発明によれば、金属溶融工程で粉末化する金属を溶融し、カルシウム溶融工程でカルシウムを加熱し溶融させ、ハロゲン化カルシウム溶融工程でハロゲン化カルシウムを加熱し溶融させる。そして、カルシウム吹き付け工程では、溶融された金属をノズルから流下させ、この金属に溶融されたカルシウムを加圧して吹き付けて、金属を粒子化するとともに、金属の表面に溶融されたカルシウムを付着させる。粒子化された金属の表面に付着したカルシウムは、金属の酸素と反応して酸化カルシウムを形成する。
このとき、カルシウムは、カルシウムの吹き付けにより粒子化された状態の金属の表面を覆うように層状に付着する。そのため、金属を粒子化しない状態でカルシウムを付着させる場合に比べて、金属の体積当たりに対する接触面積が増大する。また、付着時に金属およびカルシウムが溶融状態のため、金属内部に含まれる酸素とカルシウムが反応しやすくなり、また高温状態を保っているためカルシウムの反応が促進される。また、金属にカルシウムが直に吹き付けられるので、カルシウムとの混合物を吹き付ける場合に比べて、カルシウムと金属との接触量が大きくなり、より効率的に反応が進行する。
次に、ハロゲン化カルシウム被覆工程を行うことにより、粒子表面にカルシウムが付着された状態で粒子化された金属を、ハロゲン化カルシウム溶融工程で加熱し溶融されたハロゲン化カルシウムによって被覆する。
これにより、カルシウムの層部分に形成された酸化カルシウムは、ハロゲン化カルシウムの層部分に溶融拡散していく。この結果、金属の表面および内部から酸素が除去され、ハロゲン化カルシウムの層部分に移動される。
次に、除去工程によって、金属の粒子表面から、酸化カルシウムを内部に含むカルシウムおよびハロゲン化カルシウムの混合溶融物を除去することにより、酸素が除去された高純度の金属粉末が得られる。
なお、金属溶融工程、カルシウム溶融工程、およびハロゲン化カルシウム溶融工程は、金属溶融工程およびカルシウム溶融工程はカルシウム吹き付け工程に、また、ハロゲン化カルシウム溶融工程はハロゲン化カルシウム被覆工程に、それぞれ先立ってさえいれば、特に順序関係はなく、例えば、いずれも同時並行的に行ってもよい。
【００１１】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記カルシウム吹き付け工程は、前記溶融されたカルシウムを、不活性ガスと混合された状態で吹き付けることが好ましい。
この場合、カルシウム吹き付け工程で、カルシウムを不活性ガスと混合した状態で吹き付けるので、不活性ガスのガス圧を制御することによって、金属の粒子の径の制御が容易となり、粒子径を微小化していくことで、脱酸素反応の速度をより向上することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記除去工程は、前記カルシウム吹き付け工程および前記ハロゲン化カルシウム被覆工程によって、前記金属の表面に付着した前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを極性溶剤により洗浄することで、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する工程であることが好ましい。
この場合、カルシウム、ハロゲン化カルシウムは、極性溶剤に容易に溶解するので、金属の表面から、カルシウム、および金属から除去された酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを容易に除去することができる。
極性溶剤としては、酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを除去できる極性溶剤であれば、水や適宜の水溶液などを採用することができる。ただし、洗浄後に金属粒子の表面に残留したりしないように、乾燥除去が容易な極性溶剤、例えば、アセトンなどの極性溶剤を用いることがより好ましい。
【００１３】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記ハロゲン化カルシウム被覆工程と前記除去工程との間に、前記ハロゲン化カルシウム被覆工程によって前記ハロゲン化カルシウムが吹き付けられた状態で粒子化された前記金属を、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温工程を備えることが好ましい。
この場合、保温工程によって、ハロゲン化カルシウム被覆工程と除去工程との間に、ハロゲン化カルシウム被覆工程によってハロゲン化カルシウムが吹き付けられた状態で粒子化された金属を、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温することができる。
この保温工程では、金属の粒子は金属の融点以下であるため、固体状態の金属になっていて、この中で酸化カルシウムが表面に向って拡散していく。
一方、金属粒子表面のカルシウムおよびハロゲン化カルシウムの混合溶融物はその融点以上に保温されるので液体状態となっている。このため、金属の表面まで拡散した酸化カルシウムはすばやく混合溶融物の層に拡散するので、効率よく酸素が除去される。
なお、保温温度を金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
【００１４】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記保温工程では、前記粒子化された金属に振動を与える加振工程をさらに含むことが好ましい。
この場合、加振工程により、粒子化された金属が加振されて攪拌作用を受け、これにより、ハロゲン化カルシウムの層部分への酸化カルシウムの溶出拡散を促進させることができる。
【００１５】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記加振工程は、超音波により振動を与えることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の金属粉末の製造方法では、前記加振工程は、振動ふるいにより振動を与えることが好ましい。
【００１７】
本発明の金属粉末は、本発明の金属粉末の製造方法で製造された金属粉末とする。
この発明によれば、本発明の金属粉末の製造方法と同様の作用効果を奏する。
【００１８】
また、本発明の金属粉末は、前記金属は、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうちから選択された一つの元素からなる純金属、または、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうち少なくとも２種類以上の元素を含む合金からなること
が好ましい。
【００１９】
本発明の金属粉末製造装置は、粉末化する金属を加熱し溶融状態に保持する金属加熱槽と、該金属加熱槽と接続され、該金属加熱槽で溶融された金属を流下させるノズルと、カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させて混合溶融物を形成する混合溶融物形成加熱槽と、該混合溶融物形成加熱槽で形成された前記混合溶融物を加圧して噴射させ、前記ノズルから流下された前記金属に吹き付けて、該金属を粒子化する第１の吹き付け機構と、該第１の吹き付け機構により前記混合溶融物が吹き付けられた前記金属から前記混合溶融物を除去する混合溶融物除去部とを備える構成とする。
この発明によれば、金属加熱槽で粉末化する金属を溶融し、混合溶融物形成加熱槽でカルシウムとハロゲン化カルシウムを加熱、溶解させて混合溶融物を形成する。そして、溶融された金属をノズルから流下させる。そして、この金属に、第１の吹き付け機構により加圧された混合溶融物を噴射させて吹き付けて、金属を粒子化するとともに、金属の表面に混合溶融物を付着させる。粒子化された金属の表面に付着した混合溶融物のカルシウムは、金属表面に現れる酸素と反応して酸化カルシウムを形成する。
このとき、混合溶融物は、混合溶融物の吹き付けにより粒子化された状態の金属の表面を覆うように層状に付着する。そのため、金属を粒子化しない状態で混合溶融物を付着させる場合に比べて、金属の体積当たりに対する接触面積が増大する。また、付着時に金属および混合溶融物が溶融状態のため、金属内部に含まれる酸素とカルシウムが反応しやすくなり、また高温状態を保っているためカルシウムの反応が促進される。そして、発生した酸化カルシウムはフラックス層であるハロゲン化カルシウムの層部分に溶融拡散していく。この結果、金属の表面および内部から酸素が除去され、混合溶融物の層部分に移動される。
次に、混合溶融物除去部によって、金属の粒子表面から、酸化カルシウムを内部に含む混合溶融物を除去することにより、酸素が除去された高純度の金属粉末が得られる。
本発明の金属粉末製造装置は、本発明の金属溶融工程、混合溶融物形成工程、混合溶融物吹き付け工程、および除去工程を備える金属粉末の製造方法に用いることができる装置となっている。
【００２０】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記第１の吹き付け機構は、前記溶解加熱槽によって形成された前記混合溶融物に不活性ガスを混合する不活性ガス混合部を備えることが好ましい。
この場合、第１の吹き付け機構は、不活性ガス混合部によって、混合溶融物を不活性ガスと混合した状態で吹き付けることができるので、不活性ガスのガス圧を制御することによって、金属の粒子の径の制御が容易となり、粒子径をより微小化していくことで、脱酸素反応の速度をより向上することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記混合溶融物除去部は、前記混合溶融物が吹き付けられた金属を極性溶剤で洗浄を行うものであることが好ましい。
この場合、カルシウム、ハロゲン化カルシウムは、極性溶剤に容易に溶解するので、金属の表面から、カルシウム、および金属から除去された酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを容易に除去することができる。
【００２２】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記ノズルの下方で、前記第１の吹き付け機構から前記混合溶融物を吹き付けられて粒子化された金属を収容し、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温収容部が設けられた構成とすることが好ましい。
この場合、保温収容部によって、ノズルの下方で、表面に混合溶融物が吹き付けられて粒子化された金属を収容し、混合溶融物の融点以上であり金属の融点以下である温度に保温することができる。
この保温収容部内では、金属の粒子は金属の融点以下であるため、固体状態の金属になっていて、この中で酸化カルシウムが表面に向って拡散していく。
一方、金属粒子表面の混合溶融物はその融点以上に保温されるので液体状態となっている。このため、金属の表面まで拡散した酸化カルシウムはすばやく混合溶融物の層に拡散するので、効率よく酸素が除去される。
なお、保温温度を金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
【００２３】
本発明の金属粉末製造装置は、粉末化する金属を加熱し溶融状態に保持する金属加熟槽と、該金属加熱槽と接続され、該金属加熱槽で溶融された金属を流下させるノズルと、カルシウムを加熱し溶融状態に保持するカルシウム加熱槽と、該カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムを加圧して噴射させ、前記ノズルから流下された金属に吹き付けて、該金属を粒子化する第２の吹き付け機構と、前記ノズルの下方に配置され、ハロゲン化カルシウムを溶融してハロゲン化カルシウム溶湯を内部に保持するとともに、前記第２の吹き付け機構によって粒子表面に前記カルシウムが付着された状態で粒子化された前記金属を、前記ハロゲン化カルシウム溶湯内に収容するハロゲン化カルシウム被覆収容部と、該ハロゲン化カルシウム被覆収容部内に収容された前記粒子化された金属から、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する吹き付け物除去部とを備える構成とする。
この発明によれば、金属加熱槽で粉末化する金属を溶融し、カルシウム加熱槽でカルシウム加熱し溶融させる。そして溶融された金属をノズルから流下させ、第２の吹き付け機構によって加圧されたカルシウムの溶融物を噴射させ、流下された金属に吹き付けて、金属を粒子化するとともに、金属の表面にカルシウムを付着させる。粒子化された金属の表面に付着したカルシウムは、金属の酸素と反応して酸化カルシウムを形成する。
このとき、カルシウムは、カルシウムの吹き付けにより粒子化された状態の金属の表面を覆うように層状に付着する。そのため、金属を粒子化しない状態でカルシウムを付着させる場合に比べて、金属の体積当たりに対する接触面積が増大する。また、付着時に金属およびカルシウムが溶融状態のため、金属内部に含まれる酸素とカルシウムが反応しやすくなり、また高温状態を保っているためカルシウムの反応が促進される。また、金属にカルシウムが直に吹き付けられるので、カルシウムとの混合物を吹き付ける場合に比べて、カルシウムと金属との接触量が大きくなり、より効率的に反応が進行する。
この粒子化された金属は、ノズルの下方に配置された、ハロゲン化カルシウム溶湯を内部に保持したハロゲン化カルシウム被覆収容部内に落下して、ハロゲン化カルシウム溶湯に浸かった状態で収容される。これにより、粒子化された金属のカルシウムが、ハロゲン化カルシウムによって被覆される。
このため、カルシウムの層部分に形成された酸化カルシウムは、ハロゲン化カルシウム溶融塩の層部分に溶融拡散していく。この結果、金属の表面および内部から酸素が除去され、ハロゲン化カルシウムの層部分に移動される。
次に、吹き付け物除去部によって、金属の粒子表面から、酸化カルシウムを内部に含むカルシウムおよびハロゲン化カルシウムを除去することにより、酸素が除去された高純度の金属粉末が得られる。
本発明の金属粉末製造装置は、本発明の金属溶融工程、カルシウム溶融工程、カルシウム吹き付け工程、ハロゲン化カルシウム溶融工程、ハロゲン化カルシウム被覆工程、および除去工程を備える金属粉末の製造方法に用いることができる装置となっている。
【００２４】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記第２の吹き付け機構は、前記カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムに不活性ガスを吹き付けて混合する不活性ガス吹き付け部を備えることが好ましい。
この場合、第２の吹き付け機構の不活性ガス吹き付け部で、カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムに不活性ガスを吹き付けて、カルシウムと混合した状態として、流下された金属に吹き付けるので、不活性ガスのガス圧を制御することによって、金属の粒子の径の制御がより容易となり、粒子径をより微小化することで、より脱酸素反応の速度が向上することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記吹き付け物除去部は、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムが吹き付けられた金属を極性溶剤で洗浄を行うものであることが好ましい。
この場合、カルシウム、ハロゲン化カルシウムは、極性溶剤に容易に溶解するので、金属の表面から、カルシウム、および金属から除去された酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを容易に除去することができる。
【００２６】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記ハロゲン化カルシウム被覆収容部は、前記粒子化された金属を、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する加熱機構が設けられた構成とすることが好ましい。
この場合、ハロゲン化カルシウム被覆収容部に収容された、金属表面にカルシウムが付着し、カルシウムがハロゲン化カルシウムによって被覆された状態の粒子化された金属を、加熱機構によってカルシウムおよびハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温することができる。
このハロゲン化カルシウム被覆収容部では、金属の粒子は金属の融点以下であるため、固体状態の金属になっていて、この中で酸化カルシウムが表面に向って拡散していく。
一方、金属粒子表面のカルシウムおよびハロゲン化カルシウムの混合溶融物はその融点以上に保温されるので液体状態となっている。このため、金属の表面まで拡散した酸化カルシウムはすばやく混合溶融物の層に拡散するので、効率よく酸素が除去される。
なお、保温温度を金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
【００２７】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記ハロゲン化カルシウム被覆収容部内の前記粒子化された金属に振動を与える加振機構をさらに備えることが好ましい。
この場合、加振機構により、粒子化された金属が加振されて攪拌作用を受け、これにより、ハロゲン化カルシウムの層部分への酸化カルシウムの溶出拡散を促進させることができる。
【００２８】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記加振機構は、超音波加振機構であることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の金属粉末製造装置では、前記加振機構は、振動ふるいであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の金属粉末の製造方法、それにより製造された金属粉末、および金属粉末製造装置によれば、少なくとも溶融されたカルシウムを吹き付けて溶融された金属を粒子化するとともに、金属に含まれる酸素と化合した酸化カルシウムをハロゲン化カルシウムに溶出拡散させて脱酸素を行うので、脱酸素された金属粉末を効率的に製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置１のノズルの近傍の模式的な拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の混合溶融物吹き付け工程で粒子化された金属、その反応進行後の様子、および除去工程で得られる金属粉末を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の変形例に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置のノズル近傍の模式的な拡大図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態のカルシウム吹き付け工程で粒子化された金属の様子、およびハロゲン化カルシウム被覆工程における粒子化された金属の一例および他例の反応進行後の様子を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００３３】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る金属粉末製造装置１のノズルの近傍の模式的な拡大図である。
【００３４】
本実施形態の金属粉末製造装置１は、本発明の第１の実施形態の金属粉末の製造方法を用いて、純金属または合金からなる金属粉末を、脱酸素した状態で製造するための装置である。
金属粉末製造装置１の概略構成は、図１に示すように、金属加熱槽２、流下ノズル４（ノズル）、混合溶融物形成加熱槽３、混合溶融物吹き付けノズル５、ガス加圧機構６、粒子回収機構８、加熱機構９、および極性溶剤供給部１２からなる。
ここで、金属加熱槽２、流下ノズル４、混合溶融物形成加熱槽３、混合溶融物吹き付けノズル５、粒子回収機構８、加熱機構９は、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスなど、粉末化する金属に対して不純物成分とならない不活性ガスに満たされた装置筐体１ａの内部に設けられ、ガス加圧機構６、極性溶剤供給部１２は、装置筐体１ａの外部に設置されている。
【００３５】
金属加熱槽２は、粉末化する金属２０を加熱し溶融状態に保持するものであり、金属加熱槽２内部に金属２０を収容する溶融空間２ｂが形成され、この溶融空間２ｂの外周側に金属加熱槽２を加熱するヒータ２ａが埋設されてなる。
粉末化する金属２０は、必要に応じて、単一元素からなる適宜の純金属、または複数の元素からなる適宜の合金を採用することができ、ヒータ２ａの温度は、それぞれの溶湯状態を維持できる温度に設定可能となっている。
金属２０として好ましい純金属としては、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｂ（ニオブ）のうちから選択された一つの元素からなるものを挙げることができる。
また、合金としては、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうち少なくとも２種類以上の元素を含む合金を挙げることができる。
【００３６】
合金の具体例としては、例えば、Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５（ａｔｍ％）の組成比を有する合金（以下、合金Ａと称する）、Ｔｉ５０Ｃｕ２５Ｎｉ１５Ｚｒ５Ｓｎ５（ａｔｍ％）の組成比を有する合金（以下、合金Ｂと称する）、Ｎｉ５３Ｎｂ２０Ｔｉ１０Ｚｒ８Ｃｏ６Ｃｕ６（ａｔｍ％）の組成比を有する合金（以下、合金Ｃと称する）などを挙げることができる。
これらの合金Ａ、Ｂ、Ｃを金属２０として用いる場合には、ヒータ２ａを温度制御して、溶融空間内の金属２０の温度を、それぞれ９５０℃、１０００℃、１１００℃に保持すればよい。
【００３７】
流下ノズル４は、金属加熱槽２で溶融状態に保持された金属溶湯である金属２０を流下させるもので、金属加熱槽２の溶融空間２ｂの下部に接続されて鉛直下向きに延ばされ、下端部に流下口４ａを有する筒状部材である。金属加熱槽２と流下ノズル４との間には不図示の開閉弁が設けられ、金属２０の流下の開始を制御できるようになっている。
【００３８】
混合溶融物形成加熱槽３は、カルシウム（Ｃａ）とハロゲン化カルシウム（ＣａＸ２、Ｘは、任意のハロゲン元素を表す）とを加熱し溶解させて混合溶融物２１（図２参照）を形成するものであり、外周部にヒータ３ａが設けられ、混合溶融物形成加熱槽３内部に投入されたＣａおよびＣａＸ２の混合物をそれぞれ溶融する温度以上に加熱できるようになっている。また、本実施形態の混合溶融物形成加熱槽３は、金属加熱槽２を挟んで略対向する位置に１対設けられている。
ハロゲン化カルシウムは、すべてのハロゲン化物を採用することができるが、本実施形態では、価格や扱いやすさの点で有利な塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）を採用している。このような混合溶融物２１の一例として、ＣａとＣａＣｌ２を質量比で、１：６０に混合した試料を挙げることができる。
この混合溶融物２１を溶融状態に保つため、本実施形態では、ヒータ３ａを温度制御して、混合溶融物形成加熱槽３の内壁温度を、混合溶融物２１の融点以上であり金属２０の融点以下の温度、例えば８５０℃に保持している。
【００３９】
混合溶融物吹き付けノズル５は、各混合溶融物形成加熱槽３で溶融状態に保持された混合溶融物２１を、それぞれ流下ノズル４の流下口４ａから流下される金属２０に向けて噴射するためのものである。混合溶融物吹き付けノズル５は、混合溶融物形成加熱槽３の下端部から流下ノズル４の流下口４ａ近傍に向けて延ばされ、延在方向の下端部に混合溶融物２１を噴射する噴射口５ａを有する筒状部材からなる。
各噴射口５ａは、流下ノズル４の中心軸に対して対称の位置に配置され、これにより、流下口４ａから流下する金属２０に対して、混合溶融物２１を対称に吹き付けられるようになっている。
【００４０】
ガス加圧機構６は、不図示の不活性ガス供給源から供給される不活性ガスＧを加圧源として、混合溶融物吹き付けノズル５内の混合溶融物２１を加圧し、噴射口５ａから混合溶融物を噴射させる機構である。
本実施形態では、不活性ガスＧとして、装置筐体１ａ内のガス雰囲気と同様のＡｒガスを採用している。
【００４１】
ガス加圧機構６および混合溶融物吹き付けノズル５は、混合溶融物形成加熱槽３で形成された混合溶融物を加圧して噴射させ、流下ノズル４から流下された金属２０に吹き付けて、表面に混合溶融物２１が層状に付着された状態で粒子化された金属２０Ａを形成する第１の吹き付け機構を構成している。
【００４２】
粒子回収機構８は、この粒子化された金属２０Ａを収容する粒子収容空間８ａが内部に設けられた耐熱性容器であり、流下ノズル４の下方において金属粉末製造装置１の装置本体に着脱可能に設けられている。
流下ノズル４および各混合溶融物吹き付けノズル５と、粒子回収機構８の粒子収容空間８ａとの間には、粒子化された金属２０を粒子収容空間８ａに導く粒子ガイド７が設けられている。
【００４３】
加熱機構９は、温度制御可能なヒータ９ａを備え、粒子回収機構８の外周部と当接して取り囲むことができるように設けられており、これにより、粒子回収機構８の粒子収容空間８ａ内に収容された粒子化された金属２０Ａを、混合溶融物２１の融点以上であり金属２０の融点以下の温度、例えば、７００℃〜８５０℃の高温状態に保温することができるようになっている。
したがって、本実施形態の粒子回収機構８、加熱機構９は、本実施形態の保温収容部を構成している。
【００４４】
極性溶剤供給部１２は、粒子回収機構８の粒子収容空間８ａ内に連通された極性溶剤供給路１２ａを介して、粒子収容空間８ａ内に極性溶剤１３を供給するものである。
極性溶剤１３としては、酸化カルシウムを含むハロゲン化カルシウムを除去できる極性溶剤であれば、水や適宜の水溶液などを採用することができる。ただし、洗浄後に金属粒子の表面に残留したりしないように、乾燥除去が容易な極性溶剤、例えば、アセトンなどの極性溶剤であることがより好ましい。
これにより、粒子収容空間８ａ内に粒子化された金属２０Ａが収容された状態で、極性溶剤供給部１２から極性溶剤１３を供給し、粒子化された金属２０Ａの表面に付着した混合溶融物２１を洗浄することが可能となっている。
したがって、粒子回収機構８、極性溶剤供給部１２は、本実施形態の混合溶融物除去部を構成している。
【００４５】
次に、本実施形態に係る金属粉末の製造方法について、金属粉末製造装置１の動作とともに説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の混合溶融物吹き付け工程で粒子化された金属、およびその反応進行後の様子を示す模式的な断面図である。図３（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の除去工程で得られる金属粉末を示す模式的な断面図である。
本実施形態の金属粉末の製造方法の概略工程は、金属溶融工程、混合溶融物形成工程をそれぞれ行った後、混合溶融物吹き付け工程、保温工程、および除去工程をこの順に行うものである。
【００４６】
金属溶融工程は、粉末化する金属を溶融する工程である。
例えば、金属２０として、上記合金Ａを用いる場合、Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５（ａｔｍ％）の組成比となるように、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉの各金属材料を秤量し、不活性ガス雰囲気中でアーク溶解法にて加熱して金属溶湯とした後、温度を低下させて、９５０℃の金属溶湯である金属２０を形成する。
そして金属２０を金属加熱槽２内に投入し、ヒータ２ａで加熱制御して、９５０℃の温度を保つ。
金属材料は、一般には表面に酸化膜が形成されていたり、酸素が付着したりしているため、溶融状態の金属２０には、これらに由来する酸素原子が不純物として混合されることになる。
【００４７】
混合溶融物形成工程は、ＣａとＣａＸ２とを加熱し溶解させ、これらの混合溶融物を形成する工程である。
本実施形態では、Ｃａ、ＣａＣｌ２を、質量比で、例えば、１：６０となるように混ぜ合わせた試料を、各混合溶融物形成加熱槽３内で８５０℃まで加熱して混合溶融物２１（図２参照）を作製する。ここで、Ｃａ、ＣａＣｌ２の質量比は、一例であり、除去する酸素量などの必要に応じて適宜の質量比を設定することができる。
なお、金属溶融工程および混合溶融物形成工程は、混合溶融物吹き付け工程までの間に行っておけばよく、どちらを先に行ってもよいし、同時並行的に行ってもよい。
【００４８】
次に、混合溶融物吹き付け工程を行う。本工程は、金属溶融工程で溶融された金属２０を流下ノズル４から流下させ、混合溶融物形成工程によって形成された混合溶融物２１を加圧して、流下ノズル４から流下された金属２０に吹き付けて、金属２０を粒子化する工程である。
まず、金属加熱槽２と流下ノズル４との間の不図示の開閉弁を開いて、図２に示すように、流下ノズル４の流下口４ａから溶湯状態の金属２０を流下させる。
これと同時に、ガス加圧機構６によって、Ａｒガスのガス圧を調整して、混合溶融物形成加熱槽３内に形成された混合溶融物２１を加圧して、各混合溶融物吹き付けノズル５に押し出し、各噴射口５ａから混合溶融物２１を噴射させる。
各噴射口５ａから噴射された混合溶融物２１は、流下する金属２０に吹き付けられ、金属２０は混合溶融物２１の噴射圧によって粒子化され、表面に混合溶融物２１が層状に付着した状態で、粒子化された金属２０Ａとして落下していく。
このとき、各噴射口５ａは対称に配置されているため、混合溶融物２１は、流下する金属２０を挟むように噴射され、粒子化された金属２０Ａの表面にまんべんなく混合溶融物２１が付着される。また、流下する金属２０に対称に噴射圧が作用するため、粒子化された金属２０Ａが、流下方向である鉛直軸を中心として形成され、斜め方向に大きく飛び散ることなく、流下方向を中心とする下方領域に落下する。
これら粒子化された金属２０Ａは、粒子ガイド７を介して、流下ノズル４の下方に設けられた粒子回収機構８内に順次収容される。
【００４９】
次に、保温工程を行う。本工程は、混合溶融物吹き付け工程による粒子化された金属２０Ａを７００℃以上８５０℃以下の温度で保温する工程である。
本実施形態では、加熱機構９によって、粒子回収機構８に収容された粒子化された金属２０Ａが、一例として８５０℃に保温されるようにしている。そして、粒子回収機構８に収容された、粒子化された金属２０Ａの温度を、１０分間８５０℃に保持した後、加熱機構９による加熱を停止して、保温工程を終了し、室温まで冷却する。
【００５０】
ここで、混合溶融物吹き付け工程から保温工程までの間に、金属２０が受ける作用について説明する。
混合溶融物吹き付け工程において、各粒子化された金属２０Ａは、図３（ａ）に模式的に示すように、粒子状の金属２０の表面に混合溶融物２１の層が形成された粒子となっている。
上述したように、金属２０には、一般に表面および内部に、例えば金属酸化物などの形で酸素が含まれている。このため、例えば、混合溶融物２１に含まれるＣａが、金属２０に含まれる金属酸化物に接触すると、Ｃａによってこの金属酸化物が還元され、図３（ｂ）に示すように、粒子化された金属２０Ａ内に酸化カルシウム２２が発生する。
溶融物吹き付け工程では、溶融された金属２０に溶融された混合溶融物２１が吹き付けられるため、粒子化される過程での接触となり、混合溶融物２１中のＣａと金属２０との接触面積が、同体積の粒子化されていない固体の金属２０に比べて著しく大きくなり、かつ高運動エネルギーを有する状態での動的な接触となる。そのため、金属２０の酸素とＣａとの反応が効率的に促進される。
酸化カルシウム２２は、例えば、図３（ｂ）に示す酸化カルシウム２２ａのように金属２０の表面で形成されると、例えば、酸化カルシウム２２ｃのように、混合溶融物２１内のＣａＣｌ２の層部分に溶融拡散していく。また、金属２０内に拡散した酸化カルシウム２２ｂも、金属２０が溶融状態または高温状態に保持される間は、拡散移動を続け、金属２０の表面に到達すると混合溶融物２１のＣａＣｌ２の層部分に溶融拡散していく。
【００５１】
保温工程では、粒子化された金属２０Ａを、混合溶融物２１が溶融状態を保つ温度である８５０℃に保温するため、金属２０の酸素とＣａとの反応速度が高められ、さらに酸化カルシウム２２の形成し継続させることができる。また、このような高温に保温することにより、酸化カルシウム２２のＣａＣｌ２の層部分への溶融拡散も促進される。
このため、保温工程中に、金属２０内の脱酸素が促進される。
【００５２】
粒子化された金属２０Ａが室温に冷却されたら、次に除去工程を行う。本工程は、混合溶融物吹き付け工程によって金属２０に吹き付けられ、固化された混合溶融物２１を、金属２０から除去する工程である。
粒子化された金属２０Ａを、粒子回収機構８に収容した状態で、極性溶剤供給部１２から極性溶剤１３を供給し、粒子収容空間８ａ内に満たす。これにより、金属２０Ａが極性溶剤１３に浸漬させて、洗浄を行う。
混合溶融物２１は、極性溶剤１３に容易に溶解するため、このような洗浄により、金属２０の表面から除去される。これにより、脱酸素された高純度の金属粒子として、金属２０が取り出される。
そこで、Ａｒガス雰囲気において、粒子回収機構８を金属粉末製造装置１から取り出し、真空乾燥を行うことで、図３（ｃ）に示すように、粒子化され脱酸素化された金属２０からなる金属粉末２３が得られる。
【００５３】
このように、金属粉末製造装置１を用いた本実施形態の金属粉末の製造方法によれば、混合溶融物吹き付け工程によって、少なくとも溶融されたカルシウムを含む混合溶融物２１を金属２０に吹き付けることで、金属２０を粒子化するとともに、金属２０に含まれる酸素と化合した酸化カルシウム２２を混合溶融物２１中の塩化カルシウム（ハロゲン化カルシウム）に溶融拡散させて脱酸素を行って、除去工程によってこの混合溶融物を除去するので、脱酸素された金属粉末２３を効率的に製造することができる。
【００５４】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００５５】
本変形例の金属粉末製造装置１Ａは、上記第１の実施形態の金属粉末製造装置１に、加振機構１１を追加したものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
加振機構１１は、粒子回収機構８の粒子収容空間８ａ内に収容された粒子化された金属２０Ａに振動を与えるもので、粒子回収機構８の底面に耐熱部材１０を介して当接される超音波振動機構からなる。
なお、加振機構１１は、粒子化された金属２０Ａに振動を与えることができれば、他の振動源を用いてもよく、例えば、振動ふるいを採用してもよい。
【００５７】
金属粉末製造装置１Ａを用いた金属粉末の製造方法は、上記第１の実施形態の保温工程の間、加振機構１１の超音波振動機構によって、粒子回収機構８を加振し、振動を粒子回収機構８内の粒子化された金属２０Ａに伝播させて、粒子化された金属２０Ａに振動を与える加振工程を並行して行うようにした方法である。
本変形例では、保温工程において、加振機構１１によって粒子化された金属２０Ａに振動を与えることにより、金属２０の表面で発生した酸化カルシウム２２が移動しやすくなり、混合溶融物２１のＣａＣｌ２の層部分と接触しやすくなるため、ＣａＣｌ２の層部分への溶出拡散を促進することができる。
これにより、金属２０から、酸化カルシウム２２が効率的に除去され、未反応のＣａと未反応の酸素との反応が促進される。
【００５８】
加振機構１１が振動ふるいの場合には、粒子化された金属２０Ａがふるわれることによって、各粒子化された金属２０Ａの間およびふるいに対して衝突が繰り返されることによって、混合溶融物２１内の酸化カルシウム２２が機械的に衝突移動され、ＣａＣｌ２の層部分への溶出拡散が促進される。
これにより、金属２０から、酸化カルシウム２２が効率的に除去され、未反応のＣａと未反応の酸素との反応が促進される。
【００５９】
このように、金属粉末製造装置１Ａによれば、加振工程を行わない場合に比べて、より効率的に脱酸素を行うことができる。
なお、除去工程の洗浄の際に、加振機構１１を起動して、粒子化された金属２０Ａを加振しながら洗浄を行うと、洗浄の効率的をより向上することができる。
【００６０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係る金属粉末製造装置のノズル近傍の模式的な拡大図である。
【００６１】
本実施形態の金属粉末製造装置１Ｂは、本発明の第２の実施形態の金属粉末の製造方法を用いて、純金属または合金からなる金属粉末を、脱酸素した状態で製造するための装置である。
金属粉末製造装置１Ｂは、上記第１の実施形態の変形例の金属粉末製造装置１Ａからガス加圧機構６を削除し、不活性ガス吹き付け部１５を追加したものである。以下、上記第１の実施形態およびその変形例と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
本実施形態では、ガス加圧機構６が削除されており、混合溶融物形成加熱槽３と混合溶融物吹き付けノズル５との間に設けられた不図示の開閉弁を開くと、混合溶融物吹き付けノズル５からは、混合溶融物形成加熱槽３で溶融された混合溶融物２１が第１の実施形態に係るに比べて低圧で吐出あるいは噴出（以下、単に噴出という）されるようになっている。
不活性ガス吹き付け部１５は、各混合溶融物吹き付けノズル５の噴射口５ａから噴出される混合溶融物２１に、不活性ガスＧを吹き付けて混合溶融物２１を混合した状態のガス流を形成し、このガス流を、流下ノズル４から流下される金属２０に吹き付けるものである。不活性ガスＧの供給源（不図示）は、不活性ガスの加圧機構（不図示）とともに、金属粉末製造装置１Ｂの外部に配置され、この加圧機構によって噴射速度、噴射量などが調整して、不活性ガス吹き付け部１５の先端に設けられた噴射口１５ａから不活性ガスＧを噴射できるようになっている。
不活性ガス吹き付け部１５のノズル先端１５ａは、図６に示すように、各混合溶融物吹き付けノズル５の噴射口５ａの下方近傍で、混合溶融物２１の噴出方向および金属２０の流下方向に交差する斜め下方に向けて噴射方向が設定されている。
また、各ノズル先端１５ａは、流下ノズル４の中心軸に対して対称の位置に配置され、これにより、流下口４ａから流下する金属２０に対して、各ノズル先端１５ａから混合溶融物２１を対称に吹き付けられるようになっている。
【００６３】
なお、本実施形態では、混合溶融物吹き付けノズル５および不活性ガス吹き付け部１５が、第１の吹き付け機構を構成している。
【００６４】
金属粉末製造装置１Ｂを用いた本実施形態の金属粉末の製造方法は、上記第１の実施形態の変形例において混合溶融物吹き付け工程のみが異なる。
本実施形態の混合溶融物吹き付け工程は、流下ノズル４から流下された金属２０に対して、混合溶融物２１を不活性ガスＧと混合された状態で吹きつける工程である。
【００６５】
まず、金属加熱槽２と流下ノズル４との間の不図示の開閉弁を開いて、図６に示すように、流下ノズル４の流下口４ａから溶湯状態の金属２０を流下させる。
これと同時に、各混合溶融物吹き付けノズル５の噴射口５ａから、金属２０に向けて混合溶融物２１を斜め下方に噴出させるとともに、各不活性ガス吹き付け部１５のノズル先端１５ａから、不活性ガスＧを噴射する。
これにより、各噴射口５ａから噴出される混合溶融物２１が、不活性ガスＧのガス流により霧状に微細化されて、ガス流中に混合された状態で、流下する金属２０に吹き付けられる。
金属２０は、混合溶融物２１が混合された不活性ガスＧのガス流の噴射圧によって、粒子化されるとともに、表面に混合溶融物２１が層状に付着し、粒子化された金属２０Ａとして落下していき、粒子ガイド７を介して、流下ノズル４の下方に設けられた粒子回収機構８内に収容される。このとき、不活性ガス吹き付け部１５は、金属２０の流下方向に対して対称に配置されているので、第１の実施形態と同様、また、流下する金属２０に対称に噴射圧が作用するため、粒子化された金属２０Ａが、流下方向である鉛直軸を中心として形成され、斜め方向に大きく飛び散ることなく、流下方向を中心とする下方領域に落下する。
粒子回収機構８内に収容された粒子化された金属２０Ａに対して、上記第１の実施形態またはその変形例に記載されたのと同様の各工程を行うことにより、脱酸素された高純度の金属粉末が得られる。
【００６６】
金属粉末製造装置１Ｂによれば、混合溶融物吹き付け工程で、混合溶融物２１を不活性ガスＧと混合した状態で吹き付けるので、不活性ガスＧのガス圧を制御することによって、混合溶融物２１のみを噴射して吹き付ける場合に比べて、粒子化された金属２０Ａの粒子径の制御がより容易となる。そのため、粒子径をより微小化することで、より脱酸素反応の速度が向上することが可能となる。
【００６７】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る金属粉末製造装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００６８】
本実施形態の金属粉末製造装置１Ｃは、本発明の第３の実施形態の金属粉末の製造方法を用いて、純金属または合金からなる金属粉末を、脱酸素した状態で製造するための装置である。
金属粉末製造装置１Ｃは、上記第２の実施形態の金属粉末製造装置１Ｂの各混合溶融物形成加熱槽３、混合溶融物吹き付けノズル５に代えて、それぞれ同様な装置構成を有するカルシウム加熱槽３Ｃ、カルシウム吹き付けノズル５Ｃを備える。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
カルシウム加熱槽３Ｃは、それぞれカルシウム２１Ａを加熱して溶融し、カルシウム２１Ａを溶融状態に保持するものである。本実施形態では、ヒータ３ａによって、カルシウム２１Ａの温度を９００℃に保持できるようになっている。
カルシウム加熱槽３Ｃで溶融されたカルシウム２１Ａは、カルシウム吹き付けノズル５Ｃの噴射口５ａから、上記第２の実施形態の混合溶融物２１と同様に噴出できるようになっている。
このため、カルシウム吹き付けノズル５Ｃと不活性ガス吹き付け部１５とは、カルシウム加熱槽３Ｃで溶融されたカルシウム２１Ａを加圧して噴射させ、流下ノズル４から流下された金属２０に吹き付けて、金属２０を粒子化する第２の吹き付け機構を構成している。
【００６９】
また、本実施形態の粒子回収機構８および加熱機構９は、上記第２の実施形態に説明した動作に加えて、塩化カルシウム２１Ｂを加熱し溶融させて、塩化カルシウム２１Ｂの溶湯を粒子収容空間８ａ内に満たすことができるようになっている。このため、本実施形態のハロゲン化カルシウム被覆収容部を兼ねている。
【００７０】
次に、本発明の第３の実施形態に係る金属粉末の製造方法について、金属粉末製造装置１Ｃの動作とともに説明する。
図８（ａ）は、本発明の第３の実施形態のカルシウム吹き付け工程で粒子化された金属の様子を示す模式的な断面図である。図８（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第３の実施形態のハロゲン化カルシウム被覆工程における粒子化された金属の一例および他例の反応進行後の様子を示す模式的な断面図である。
本実施形態の金属粉末の製造方法の概略工程は、金属溶融工程、カルシウム溶融工程をそれぞれ行った後、カルシウム吹き付け工程を行い、ハロゲン化カルシウム溶融工程およびカルシウム吹き付け工程を行った後、ハロゲン化カルシウム被覆工程、保温工程、および除去工程をこの順に行うものである。
【００７１】
金属溶融工程は、上記第２の実施形態の金属溶融工程と同様の工程である。
カルシウム溶融工程は、Ｃａを加熱し溶融状態に保持する工程である。本実施形態では、図７に示すように、カルシウム加熱槽３Ｃによって、カルシウム２１Ａを９００℃に加熱して溶融させ、溶融状態に保持する。
ハロゲン化カルシウム溶融工程は、ＣａＸ２を加熱し溶融状態に保持する工程である。本実施形態では、図７に示すように、塩化カルシウム２１Ｂを粒子回収機構８内に投入し、加熱機構９によって粒子回収機構８内の塩化カルシウム２１Ｂを８５０℃に加熱し、溶融状態に保持する
【００７２】
カルシウム吹き付け工程は、金属溶融工程で溶融された金属２０を流下ノズル４から流下させ、カルシウム溶融工程によって溶融されたカルシウム２１Ａを加圧して、流下された金属２０に吹き付けて、金属２０を粒子化する工程である。
まず、金属加熱槽２と流下ノズル４との間の不図示の開閉弁を開いて、図６に示すように、流下ノズル４の流下口４ａから溶湯状態の金属２０を流下させる。
これと同時に、各カルシウム吹き付けノズル５Ｃの噴射口５ａから、金属２０に向けてカルシウム２１Ａを斜め下方に噴出させるとともに、各不活性ガス吹き付け部１５のノズル先端１５ａから、不活性ガスＧを噴射する。
これにより、各噴射口５ａから噴出されるカルシウム２１Ａが、不活性ガスＧのガス流により霧状に微細化されて、ガス流中に混合された状態で、流下する金属２０に吹き付けられる。
金属２０はカルシウム２１Ａが混合された不活性ガスＧのガス流の噴射圧によって、粒子化されるとともに、表面にカルシウム２１Ａが層状に付着し、粒子化された金属２０Ｂ（図８（ａ）参照）として落下していき、粒子ガイド７を介して、流下ノズル４の下方に設けられた粒子回収機構８内に収容される。このとき、流下する金属２０に対称に噴射圧が作用するため、粒子化された金属２０Ａが、流下方向である鉛直軸を中心として形成され、斜め方向に大きく飛び散ることなく、流下方向を中心とする下方領域に落下することは、上記第２の実施形態と同様である。
【００７３】
ハロゲン化カルシウム被覆工程は、カルシウム吹き付け工程によって粒子表面にカルシウムが吹き付けられた金属である粒子化された金属２０Ｂを、ハロゲン化カルシウム溶融工程で溶融されたハロゲン化カルシウムによって被覆する工程である。
本実施形態では、粒子回収機構８内に溶融状態に保持された塩化カルシウム２１Ｂが配置されているため、図８（ｂ）に示すように、粒子回収機構８内に粒子化された金属２０Ｂが落下すると、塩化カルシウム２１Ｂに浸漬され、各粒子化された金属２０Ｂは、粒子表面が塩化カルシウム２１Ｂによって被覆される。
【００７４】
次に、上記第１の実施形態の変形例と同様に、保温工程、加振工程を行う。本実施形態では、塩化カルシウム２１Ｂを８５０℃の保持しているため、その温度状態を保つことで、粒子化された金属２０Ｂの保温が達成される。本実施形態では、この状態を１０分間保ち、この間に加振機構１１による加振を続ける。
加振工程を設けることで、粒子化された金属２０Ｂが塩化カルシウム２１Ｂ内を移動する。例えば、落下した粒子化された金属２０Ｂが山状となっても塩化カルシウム２１Ｂの表面から突出しても、塩化カルシウム２１Ｂの山は振動により徐々に崩され、各粒子化された金属２０Ｂは塩化カルシウム２１Ｂによってまんべんなく被覆される。このため、塩化カルシウム２１Ｂの量は、例えば、図８（ｃ）に示すように、少なくとも各粒子化された金属２０Ｂの表面に塩化カルシウム２１Ｂの被膜が形成される程度の量があればよい。このように、塩化カルシウム２１Ｂの被膜が形成された状態では、塩化カルシウム２１Ｂの液面から飛び出していてもよい。
保温終了後、加熱機構９による加熱を停止して、保温工程を終了し、室温まで冷却する。このとき、粒子回収機構８内に、洗浄の負荷を増大させる液状の塩化カルシウム２１Ｂが多く残留している場合には、粒子回収機構８から液状の塩化カルシウム２１Ｂを排出した後、冷却しておくことが好ましい。
【００７５】
次に除去工程を行う。本工程は、ハロゲン化カルシウム被覆工程後に、粒子化された金属２０Ｂの表面から、固化されたカルシウム２１Ａ、塩化カルシウム２１Ｂの混合物を除去する工程である。
本実施形態では、上記第１の実施形態の除去工程と同様、粒子化された金属２０Ｂを、粒子回収機構８に収容した状態で、粒子収容空間８ａ内に、極性溶剤供給部１２から極性溶剤１３を導入し、粒子化された金属２０Ｂを極性溶剤１３に浸漬して洗浄を行う。
カルシウム２１Ａ、塩化カルシウム２１Ｂの混合物は、極性溶剤１３に容易に溶解するため、このような洗浄により、いずれも金属２０の表面から除去される。これにより、脱酸素された高純度の金属粒子として、金属２０が取り出される。
そこで、Ａｒガス雰囲気において、粒子回収機構８を金属粉末製造装置１から取り出し、真空乾燥を行うことで、粒子化された状態の金属２０からなる金属粉末２３（図３（ｃ９参照）が得られる。
【００７６】
カルシウム吹き付け工程から保温工程までの間に、金属２０が受ける作用については、第１の実施形態の混合溶融物吹き付け工程から保温工程における作用と略同様なので、第１の実施形態と異なる点のみを説明する。
本実施形態では、カルシウム吹き付け工程において、金属２０の粒子表面全体にカルシウム２１Ａが層状に付着するので、金属２０とカルシウム２１Ａとの間で、酸化カルシウム２２が発生する反応が進行する。このため、カルシウム２１Ａが一部に含まれる混合溶融物２１が表面に吹き付けられる場合に比べて、より多くの反応が進行し、より効率的に脱酸素が進行する。
次に、ハロゲン化カルシウム被覆工程では、金属２０の粒子表面のカルシウム２１Ａの層を塩化カルシウム２１Ｂが全周にわたって被覆するので、図８（ｂ）に示すように、酸化カルシウム２２は、酸化カルシウム２２ｃとして、溶融状態の塩化カルシウム２１Ｂへカルシウム２１Ａの層部分の全体から効率的に溶融拡散する。また、金属２０の表面のカルシウム２１Ａも塩化カルシウム２１Ｂに溶解するので、結果としてカルシウム２１Ａ内および金属２０の表面の酸化カルシウム２２ａも、塩化カルシウム２１Ｂ内に溶融拡散していく。
また、金属２０の内に拡散した酸化カルシウム２２ｂも、第１の実施形態同様、金属２０が溶融状態または高温状態に保持される間は拡散移動を続けるので、金属２０の表面に到達すると塩化カルシウム２１Ｂ内に溶融拡散していく。
【００７７】
このように、金属粉末製造装置１Ｃを用いた本実施形態の金属粉末の製造方法によれば、カルシウム吹き付け工程によって、金属２０を粒子化するとともに、カルシウム２１Ａにより金属２０の酸素から酸化カルシウム２２を形成し、ハロゲン化カルシウム被覆工程を行うことにより、酸化カルシウム２２を塩化カルシウム２１Ｂに溶融拡散させることで、金属２０からの脱酸素を行い、除去工程によってカルシウム２１Ａ、塩化カルシウム２１Ｂを除去するので、脱酸素された金属粉末２３を効率的に製造することができる。
【実施例】
【００７８】
上記各実施形態、変形例に対応する実施例について説明する。各実施例の条件と、それぞれの実施例で得られた金属粉末中の酸素濃度（ｐｐｍ）、および金属粉末の平均粒径（μｍ）の測定結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】
【００８０】
［実施例１〜５］
実施例１〜４では、金属２０として上記合金Ａを採用し、上記第１の実施形態の製造方法によって金属粉末２３を製造した。また実施例５では、金属２０として上記合金Ａを採用し、上記第１の実施形態の製造方法において、保温工程を削除した場合の製造方法によって金属粉末２３を製造した。
実施例１〜５に共通な条件は以下の通りである。
製造に用いた合金Ａに含まれる酸素濃度は６００ｐｐｍであった。これは、Ａｒ雰囲気の下で合金Ａを９５０℃に加熱して金属溶湯を作製し、そのまま冷却固化した金属合金の酸素濃度をヘリウム搬送融解赤外線吸収法によって測定して得たものである。
金属溶融工程では、合金Ａの組成比が得られるように、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉの各金属材料を秤量し、合計の質量を２００ｇとして、不活性ガス雰囲気中でアーク溶解法にて加熱して金属溶湯とした後、温度を低下させて、９５０℃の金属溶湯を得て、金属加熱槽２でこの温度を保持した。混合溶融物形成工程では、混合溶融物２１は、ＣａとＣａＣｌ２との質量比が１：６０の混合物を溶融させ８５０℃に保持している。混合溶融物吹き付け工程では、Ａｒガスによって混合溶融物２１を加圧して吹き付けている。なお、混合溶融物吹き付け工程以後には、加振工程を行っていない。また、除去工程では、極性溶剤１３としてアセトンを用いて洗浄を行っている。
【００８１】
実施例１〜５で異なる条件は以下の通りである。
実施例１〜４では、それぞれ、保温温度をそれぞれ８５０℃、８００℃、７００℃、６００℃に変え、それぞれの保温時間を１０分として、保温工程を行っている。
実施例５では、保温工程を行わず、混合溶融物吹き付け工程後、粒子回収機構８に粒子化された金属２０Ａを収容し、自然放冷してから除去工程を行っている。
【００８２】
これら実施例で得られた金属粉末２３中の酸素濃度をヘリウム搬送融解赤外線吸収法により、また金属粉末の平均粒径をレーザー散乱式粒子径分布測定装置により、それぞれ測定したところ（以下の実施例の測定も同様）、表１に示すように、以下の測定結果を得た。
金属粉末中の酸素濃度は、実施例１〜５の順に、それぞれ、９０ｐｐｍ、９２ｐｐｍ、９８ｐｐｍ、１１６ｐｐｍ、１２０ｐｐｍであった。
また、金属粉末２３の平均粒子径は、いずれも３１μｍであった。
【００８３】
［実施例６］
実施例６では、金属２０として上記合金Ｂを採用し、上記第２の実施形態の製造方法によって金属粉末２３を製造した。
製造に用いた合金Ｂに含まれる酸素濃度は、実施例１〜５と同様の測定を行ったところ、８００ｐｐｍであった。
また、金属溶融工程における金属溶湯の温度は１０００℃であり、混合溶融物２１は、実施例１〜５と同様のものを溶融させ８５０℃に保持している。また、混合溶融物吹き付け工程では、混合溶融物２１を２ＭＰａで加圧された不活性ガスＧであるＡｒガスと混合された状態で吹き付けている。
保温工程では、保温温度を８５０℃、保温時間を１０分とし、保温工程に並行して超音波振動機構により加振工程を行っている。また、除去工程では、極性溶剤１３としてアセトンを用いて洗浄を行っている。
【００８４】
実施例６の金属粉末２３中の酸素濃度は、４５ｐｐｍ、金属粉末２３の平均粒子径は、９μｍであった。
【００８５】
［実施例７］
実施例７では、金属２０として上記合金Ｃを採用し、上記第３の実施形態の製造方法によって金属粉末２３を製造した。
製造に用いた合金Ｃに含まれる酸素濃度は、実施例１〜５と同様の測定を行ったところ、７５０ｐｐｍであった。
また、金属溶融工程における金属溶湯の温度は１１００℃であり、カルシウム溶融工程でのカルシウム２１Ａは９００℃に保持している。ハロゲン化カルシウム溶融工程では８５０℃で塩化カルシウム２１Ｂを溶融し、同温度を保持してハロゲン化カルシウム被覆工程を行い、さらに同温度で保温時間を１０分として、保温工程を行い、この保温工程に並行して超音波振動機構により加振工程を行っている。また、除去工程では、極性溶剤１３としてアセトンを用いて洗浄を行っている。
【００８６】
実施例７の金属粉末２３中の酸素濃度は、測定限界の３０ｐｐｍ以下、金属粉末２３の平均粒子径は、１１μｍであった。
【００８７】
これらの実施例によれば、金属粉末２３中の酸素濃度は、初期の金属２０中の酸素濃度に比べて１．５％（実施例７）〜２０％（実施例５）に低減されているため、いずれも良好に脱酸素されていることが分かる。
実施例１〜５を比較すると、保温工程を備える方が、より脱酸素効果が高くなっている。また、実施例４のように７００℃より低温の６００℃では、保温工程なしの実施例５との酸素濃度の差が少なく、実施例１〜３では、より低酸素濃度となりかつそれぞれの間の酸素濃度差が少ないため、７００℃〜８５０℃の温度範囲で、特に良好な脱酸素効果が得られていることが分かる。
また、特に測定結果を示していないが、８５０℃より高温で金属の融点以上に上げると、金属粒子が融けるため、混合溶融物と混じってしまい、金属粉末が得られない。
ただし、保温工程では、金属粒子が融けない範囲で、できるだけ高い方が、カルシウムの脱酸素反応と反応により生成した塩化カルシウムの溶融拡散が早く進むため、脱酸素効果が大きくなる。
【００８８】
保温温度が同一条件の実施例１と、実施例６、７とを比較すると、実施例６、７では、初期の酸素濃度が高いにもかかわらず、格段に高い脱酸素効果が得られていることが分かる。すなわち、不活性ガスの混合した吹き付けおよび加振工程を行うことによって、脱酸素効果が向上されている。
実施例７が特に良好な脱酸素効果が得られているのは、粒子化とともにＣａを吹き付けてから、ＣａＣｌ２を被覆したことで、脱酸素効果が向上されたためである。
【００８９】
また、平均粒径を比較すると、不活性ガスを混合した吹き付けの有無が、平均粒子の大きさに寄与しており、２ＭＰａに加圧した不活性ガスを混合して吹き付けた実施例６、７の方が、実施例１〜５に比べて、平均粒子径を小さくする事ができる。
【００９０】
なお、上記の各実施形態の説明では、いずれも保温工程を備える場合の例で説明したが、実施例４、５に示したように、保温温度範囲が７００℃より低い場合や、自然放冷した場合でも、約８０％程度の脱酸素効果が得られるので、酸素濃度が許容範囲であれば、保温温度を低減したり、自然放冷させたりしてもよい。
【００９１】
また、上記の説明では、保温工程に並行して加振工程を行った場合の例で説明したが、ハロゲン化カルシウムが高温状態にあり、酸化カルシウムの溶融拡散が促進される間は、加振工程によって脱酸素化が促進されるため、保温工程を行わず自然放冷される間、加振工程を行うようにしてもよい。
【００９２】
また、上記の説明では、いずれも、粒子回収機構８を装置本体に設置した状態で、除去工程を行うようにした場合の例で説明したが、例えば、粒子回収機構８に粒子化された金属を収容した後、もしくは、保温工程が終了した後に、粒子回収機構８を装置本体から外して除去工程を行ってもよい。
【００９３】
また、上記の説明では、除去工程として洗浄を行う場合の例で説明したが、除去工程は洗浄のみには限定されない。
例えば、除去工程は、次のようにして行うこともできる。
ハロゲン化カルシウム等が被覆された金属微粒子を不活性（アルゴン）ガス雰囲気の下、十分な量のアセトンによる洗浄をおこない、ろ過して金属微粒子のケーキを回収する。ケーキ状金属微粒子の上方からさらにアセトン１００ｍｌを金属微粒子１００ｇに対する割合で加えてろ過した後、室温にて真空乾燥を３時間実施して、金属微粒子表面のアセトンを除去する。これにより被覆が除去された金属微粒子を得ることができた。
【００９４】
また、上記第２（第３）の実施形態の説明では、金属粉末製造装置１Ｂ（１Ｃ）において、ガス加圧機構６を削除し、混合溶融物２１（カルシウム２１Ａ）が混合溶融物吹き付けノズル５（カルシウム吹き付けノズル５Ｃ）の噴射口５ａから噴出される場合の例で説明した。これは、金属粉末製造装置１Ｂ（１Ｃ）は、不活性ガスＧを加圧して吹き付ける不活性ガス吹き付け部１５を備えるため、混合溶融物２１（カルシウム２１Ａ）は、噴射口５ａから高圧に噴射されなくても、不活性ガスＧと混合された状態で、金属２０に高圧に吹き付けられるためである。
ただし、ガス加圧機構６を設けて、混合溶融物吹き付けノズル５（カルシウム吹き付けノズル５Ｃ）内の混合溶融物２１（カルシウム２１Ａ）を適宜加圧して、噴射口５ａから高速に噴射し、この噴射流を不活性ガスＧのガス流と混合してもよい。
【００９５】
また、上記第３の実施形態の説明では、カルシウムが表面に被覆された金属粉末を、ハロゲン化カルシウム溶湯に落下させて、ハロゲン化カルシウムを被覆する場合の例で説明したが、ハロゲン化カルシウムを被覆するには、カルシウムが表面に被覆された金属粉末にハロゲン化カルシウムを吹き付けて被覆してもよい。
【００９６】
また、上記の各実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第２、第３の実施形態において、保温工程や加振工程を適宜削除してもよい。
また、例えば、上記第３の実施形態において、不活性ガス吹き付け部１５を削除して、カルシウム吹き付けノズル５Ｃとガス加圧機構６とからなる機構を第２の吹き付け機構として用いてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 金属粉末製造装置
２ 金属加熱槽
３ 混合溶融物形成加熱槽
３Ｃ カルシウム加熱槽
４ 流下ノズル（ノズル）
５ 混合溶融物吹き付けノズル（第１の吹き付け機構）
５Ｃ カルシウム吹き付けノズル（第２の吹き付け機構）
６ ガス加圧機構（第１の吹き付け機構）
８ 粒子回収機構（保温収容部、混合溶融物除去部、ハロゲン化カルシウム被覆収容部）
９ 加熱機構（保温収容部、ハロゲン化カルシウム被覆収容部）
１１ 加振機構
１２ 極性溶剤供給部（混合溶融物除去部）
１３ 極性溶剤
１５ 不活性ガス吹き付け部（第１の吹き付け機構、第２の吹き付け機構）
２０ 金属（粉末化する金属）
２０Ａ、２０Ｂ 粒子化された金属
２１ 混合溶融物
２１Ａ カルシウム
２１Ｂ 塩化カルシウム（ハロゲン化カルシウム）
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 酸化カルシウム
２３ 金属粉末
Ａ、Ｂ、Ｃ 合金（粉末化する金属）
Ｇ 不活性ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、
カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させ、混合溶融物を形成する混合溶融物形成工程と、
前記金属溶融工程で溶融された前記金属をノズルから流下させ、前記混合溶融物形成工程によって形成された前記混合溶融物を加圧して、流下された前記金属に吹き付けて、前記金属を粒子化する混合溶融物吹き付け工程と、
該混合溶融物吹き付け工程によって前記金属に吹き付けられた前記混合溶融物を、前記金属の表面から除去する除去工程とを備える金属粉末の製造方法。
【請求項２】
前記混合溶融物吹き付け工程は、
前記混合溶融物を、不活性ガスと混合された状態で吹きつけることを特徴とする請求項１に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項３】
前記除去工程は、
前記混合溶融物吹き付け工程によって粒子化された前記金属の粒子表面の前記混合溶融物の層を極性溶剤により洗浄することで、前記混合溶融物を除去する工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項４】
前記混合溶融物吹き付け工程と前記除去工程との間に、前記混合溶融物吹き付け工程によって粒子化された前記金属を、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温工程を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の金属粉末の製造方法。
【請求項５】
前記保温工程では、
前記粒子化された金属に振動を与える加振工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項６】
前記加振工程は、
超音波により振動を与えることを特徴とする請求項５に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項７】
前記加振工程は、振動ふるいにより振動を与えることを特徴とする請求項５に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項８】
粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、
カルシウムを加熱し溶融状態に保持するカルシウム溶融工程と、
ハロゲン化カルシウムを加熱し溶融状態に保持するハロゲン化カルシウム溶融工程と、
前記金属溶融工程で溶融された前記金属をノズルから流下させ、前記カルシウム溶融工程によって溶融された前記カルシウムを加圧して、流下された前記金属に吹き付けて、前記金属を粒子化するカルシウム吹き付け工程と、
該カルシウム吹き付け工程によって粒子表面に前記カルシウムが吹き付けられた金属を、前記ハロゲン化カルシウム溶融工程で溶融されたハロゲン化カルシウムによって被覆するハロゲン化カルシウム被覆工程と、
該ハロゲン化カルシウム被覆工程後に、前記粒子化された金属の表面から、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する除去工程を備える金属粉末の製造方法。
【請求項９】
前記カルシウム吹き付け工程は、
前記溶融されたカルシウムを、不活性ガスと混合された状態で吹き付けることを特徴とする請求項８に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記除去工程は、
前記カルシウム吹き付け工程および前記ハロゲン化カルシウム被覆工程によって、前記金属の表面に付着した前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを極性溶剤により洗浄することで、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する工程であることを特徴とする請求項８または９に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１１】
前記ハロゲン化カルシウム被覆工程と前記除去工程との間に、前記ハロゲン化カルシウム被覆工程によって前記ハロゲン化カルシウムが吹き付けられた状態で粒子化された前記金属を、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温工程を備えることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１２】
前記保温工程では、
前記粒子化された金属に振動を与える加振工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１３】
前記加振工程は、
超音波により振動を与えることを特徴とする請求項１２に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１４】
前記加振工程は、
振動ふるいにより振動を与えることを特徴とする請求項１２に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の金属粉末の製造方法によって製造された金属粉末。
【請求項１６】
前記金属は、
Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうちから選択された一つの元素からなる純金属、
または、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうち少なくとも２種類以上の元素を含む合金からなることを特徴とする請求項１５に記載の金属粉末。
【請求項１７】
粉末化する金属を加熱し溶融状態に保持する金属加熱槽と、
該金属加熱槽と接続され、該金属加熱槽で溶融された金属を流下させるノズルと、
カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させて混合溶融物を形成する混合溶融物形成加熱槽と、
該混合溶融物形成加熱槽で形成された前記混合溶融物を加圧して噴射させ、前記ノズルから流下された前記金属に吹き付けて、該金属を粒子化する第１の吹き付け機構と、
該第１の吹き付け機構により前記混合溶融物が吹き付けられた前記金属から前記混合溶融物を除去する混合溶融物除去部とを備えることを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項１８】
前記第１の吹き付け機構は、前記混合溶融物形成加熱槽によって形成された前記混合溶融物に不活性ガスを混合する不活性ガス混合部を備えることを特徴とする請求項１７に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１９】
前記混合溶融物除去部は、前記混合溶融物が吹き付けられた金属を極性溶剤で洗浄を行うものであることを特徴とする請求項１７または１８に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２０】
前記ノズルの下方で、前記第１の吹き付け機構から前記混合溶融物を吹き付けられて粒子化された金属を収容し、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温収容部が設けられたことを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項２１】
前記保温収容部内の前記粒子化された金属に振動を与える加振機構をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２２】
前記加振機構は、超音波加振機構であることを特徴とする請求項２１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２３】
前記加振機構は、振動ふるいであることを特徴とする請求項２１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２４】
粉末化する金属を加熱し溶融状態に保持する金属加熟槽と、
該金属加熱槽と接続され、該金属加熱槽で溶融された金属を流下させるノズルと、
カルシウムを加熱し溶融状態に保持するカルシウム加熱槽と、
該カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムを加圧して噴射させ、前記ノズルから流下された金属に吹き付けて、該金属を粒子化する第２の吹き付け機構と、
前記ノズルの下方に配置され、ハロゲン化カルシウムを溶融してハロゲン化カルシウム溶湯を内部に保持するとともに、前記第２の吹き付け機構によって粒子表面に前記カルシウムが付着された状態で粒子化された前記金属を、前記ハロゲン化カルシウム溶湯内に収容するハロゲン化カルシウム被覆収容部と、
該ハロゲン化カルシウム被覆収容部内に収容された前記粒子化された金属から、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する吹き付け物除去部とを備えることを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項２５】
前記第２の吹き付け機構は、前記カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムに不活性ガスを吹き付けて混合する不活性ガス吹き付け部を備えることを特徴とする請求項２４に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２６】
前記吹き付け物除去部は、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムが被覆された前記粒子化された金属を極性溶剤で洗浄を行うものであることを特徴とする請求項２４または２５に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２７】
前記ハロゲン化カルシウム被覆収容部は、前記粒子化された金属を、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する加熱機構が設けられたことを特徴とする請求項２４から２６のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項２８】
前記ハロゲン化カルシウム被覆収容部内の前記粒子化された金属に振動を与える加振機構をさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２９】
前記加振機構は、超音波加振機構であることを特徴とする請求項２８に記載の金属粉末製造装置。
【請求項３０】
前記加振機構は、振動ふるいであることを特徴とする請求項２８に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１】
粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、
カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させ、混合溶融物を形成する混合溶融物形成工程と、
前記金属溶融工程で溶融された前記金属をノズルから流下させ、前記混合溶融物形成工程によって形成された前記混合溶融物を加圧して、流下された前記金属に吹き付けて、前記金属を粒子化する混合溶融物吹き付け工程と、
該混合溶融物吹き付け工程によって前記金属に吹き付けられた前記混合溶融物を、前記金属の表面から除去する除去工程とを備える金属粉末の製造方法。
【請求項２】
前記混合溶融物吹き付け工程は、
前記混合溶融物を、不活性ガスと混合された状態で吹きつけることを特徴とする請求項１に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項３】
前記除去工程は、
前記混合溶融物吹き付け工程によって粒子化された前記金属の粒子表面の前記混合溶融物の層を極性溶剤により洗浄することで、前記混合溶融物を除去する工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項４】
前記混合溶融物吹き付け工程と前記除去工程との間に、前記混合溶融物吹き付け工程によって粒子化された前記金属を、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温工程を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の金属粉末の製造方法。
【請求項５】
前記保温工程では、
前記粒子化された金属に振動を与える加振工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項６】
前記加振工程は、
超音波により振動を与えることを特徴とする請求項５に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項７】
前記加振工程は、振動ふるいにより振動を与えることを特徴とする請求項５に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項８】
粉末化する金属を溶融する金属溶融工程と、
カルシウムを加熱し溶融状態に保持するカルシウム溶融工程と、
ハロゲン化カルシウムを加熱し溶融状態に保持するハロゲン化カルシウム溶融工程と、
前記金属溶融工程で溶融された前記金属をノズルから流下させ、前記カルシウム溶融工程によって溶融された前記カルシウムを加圧して、流下された前記金属に吹き付けて、前記金属を粒子化するカルシウム吹き付け工程と、
該カルシウム吹き付け工程によって粒子表面に前記カルシウムが吹き付けられた金属を、前記ハロゲン化カルシウム溶融工程で溶融されたハロゲン化カルシウムによって被覆するハロゲン化カルシウム被覆工程と、
該ハロゲン化カルシウム被覆工程後に、前記粒子化された金属の表面から、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する除去工程を備える金属粉末の製造方法。
【請求項９】
前記カルシウム吹き付け工程は、
前記溶融されたカルシウムを、不活性ガスと混合された状態で吹き付けることを特徴とする請求項８に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記除去工程は、
前記カルシウム吹き付け工程および前記ハロゲン化カルシウム被覆工程によって、前記金属の表面に付着した前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを極性溶剤により洗浄することで、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する工程であることを特徴とする請求項８または９に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１１】
前記ハロゲン化カルシウム被覆工程と前記除去工程との間に、前記ハロゲン化カルシウム被覆工程によって前記ハロゲン化カルシウムが吹き付けられた状態で粒子化された前記金属を、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温工程を備えることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１２】
前記保温工程では、
前記粒子化された金属に振動を与える加振工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１３】
前記加振工程は、
超音波により振動を与えることを特徴とする請求項１２に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１４】
前記加振工程は、
振動ふるいにより振動を与えることを特徴とする請求項１２に記載の金属粉末の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の金属粉末の製造方法によって製造された金属粉末。
【請求項１６】
前記金属は、
Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうちから選択された一つの元素からなる純金属、
または、Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂのうち少なくとも２種類以上の元素を含む合金からなることを特徴とする請求項１５に記載の金属粉末。
【請求項１７】
粉末化する金属を加熱し溶融状態に保持する金属加熱槽と、
該金属加熱槽と接続され、該金属加熱槽で溶融された金属を流下させるノズルと、
カルシウムとハロゲン化カルシウムとを加熱し溶解させて混合溶融物を形成する混合溶融物形成加熱槽と、
該混合溶融物形成加熱槽で形成された前記混合溶融物を加圧して噴射させ、前記ノズルから流下された前記金属に吹き付けて、該金属を粒子化する第１の吹き付け機構と、
該第１の吹き付け機構により前記混合溶融物が吹き付けられた前記金属から前記混合溶融物を除去する混合溶融物除去部とを備えることを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項１８】
前記第１の吹き付け機構は、前記混合溶融物形成加熱槽によって形成された前記混合溶融物に不活性ガスを混合する不活性ガス混合部を備えることを特徴とする請求項１７に記載の金属粉末製造装置。
【請求項１９】
前記混合溶融物除去部は、前記混合溶融物が吹き付けられた金属を極性溶剤で洗浄を行うものであることを特徴とする請求項１７または１８に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２０】
前記ノズルの下方で、前記第１の吹き付け機構から前記混合溶融物を吹き付けられて粒子化された金属を収容し、前記混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する保温収容部が設けられたことを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項２１】
前記保温収容部内の前記粒子化された金属に振動を与える加振機構をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２２】
前記加振機構は、超音波加振機構であることを特徴とする請求項２１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２３】
前記加振機構は、振動ふるいであることを特徴とする請求項２１に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２４】
粉末化する金属を加熱し溶融状態に保持する金属加熟槽と、
該金属加熱槽と接続され、該金属加熱槽で溶融された金属を流下させるノズルと、
カルシウムを加熱し溶融状態に保持するカルシウム加熱槽と、
該カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムを加圧して噴射させ、前記ノズルから流下された金属に吹き付けて、該金属を粒子化する第２の吹き付け機構と、
前記ノズルの下方に配置され、ハロゲン化カルシウムを溶融してハロゲン化カルシウム溶湯を内部に保持するとともに、前記第２の吹き付け機構によって粒子表面に前記カルシウムが付着された状態で粒子化された前記金属を、前記ハロゲン化カルシウム溶湯内に収容するハロゲン化カルシウム被覆収容部と、
該ハロゲン化カルシウム被覆収容部内に収容された前記粒子化された金属から、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムを除去する吹き付け物除去部とを備えることを特徴とする金属粉末製造装置。
【請求項２５】
前記第２の吹き付け機構は、前記カルシウム加熱槽で溶融されたカルシウムに不活性ガスを吹き付けて混合する不活性ガス吹き付け部を備えることを特徴とする請求項２４に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２６】
前記吹き付け物除去部は、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムが被覆された前記粒子化された金属を極性溶剤で洗浄を行うものであることを特徴とする請求項２４または２５に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２７】
前記ハロゲン化カルシウム被覆収容部は、前記粒子化された金属を、前記カルシウムおよび前記ハロゲン化カルシウムの混合溶融物の融点以上であり前記金属の融点以下である温度に保温する加熱機構が設けられたことを特徴とする請求項２４から２６のいずれかに記載の金属粉末製造装置。
【請求項２８】
前記ハロゲン化カルシウム被覆収容部内の前記粒子化された金属に振動を与える加振機構をさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載の金属粉末製造装置。
【請求項２９】
前記加振機構は、超音波加振機構であることを特徴とする請求項２８に記載の金属粉末製造装置。
【請求項３０】
前記加振機構は、振動ふるいであることを特徴とする請求項２８に記載の金属粉末製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２４８５４６（Ｐ２０１０−２４８５４６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９６８８１（Ｐ２００９−９６８８１）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]