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JP2002339006A - チタン粉末及びチタン合金粉末の製造方法 - Google Patents

チタン粉末及びチタン合金粉末の製造方法

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JP2002339006A
JP2002339006A JP2001144470A JP2001144470A JP2002339006A JP 2002339006 A JP2002339006 A JP 2002339006A JP 2001144470 A JP2001144470 A JP 2001144470A JP 2001144470 A JP2001144470 A JP 2001144470A JP 2002339006 A JP2002339006 A JP 2002339006A
Authority
JP
Japan
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titanium
powder
raw material
alloy powder
titanium alloy
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001144470A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuhiro Arimoto
伸弘 有本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Titanium Technologies Co Ltd
Original Assignee
Osaka Titanium Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Titanium Technologies Co Ltd filed Critical Osaka Titanium Technologies Co Ltd
Priority to JP2001144470A priority Critical patent/JP2002339006A/ja
Publication of JP2002339006A publication Critical patent/JP2002339006A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling
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    • Y02P10/25Process efficiency

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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、汚染の少ない細粒のチタン粉末及
びチタン合金粉末を、ガスアトマイズ法により製造する
方法を提供する。 【解決手段】 コンパクトで構成された棒状原料を高周
波誘導溶解するガスアトマイズ法によりチタン粉末及び
チタン合金粉末を製造する方法である。上記棒状原料と
して、塩素濃度を300〜1500ppmの範囲に調整して溶解す
ることにより、細粒のチタン粉末及びチタン合金粉末を
製造する。また、塩化マグネシウムや塩化ナトリウムの
塩、またはそれらの塩を高濃度に含有するチタンを原料
中に添加・混合することにより、棒状原料の塩素濃度を
上記範囲に調整して溶解する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、粉末冶金や射出成
形、溶射などの粉体加工に用いられる細粒以下のチタン
粉末及びチタン合金粉末の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】粉体加工に用いられる金属粉末は、組織
が均質で微細であることが要求されるので、一般に金属
溶湯を噴霧し、急冷微細化するアトマイズ法が用いられ
る。この中で、球状で流動性のよい金属粉末が得られる
ガスアトマイズ法が多く用いられている。
【0003】上記ガスアトマイズ法は、原料金属を溶解
した溶湯を、高速噴射される気体流れ中に供給して粉化
する方法であり、原料金属を溶解する手段として、従来
から耐火物製溶解るつぼや水冷式の銅製溶解るつぼなど
が使用されている。また、本発明者らは、先に高周波誘
導溶解を利用した溶解方法(特開平6−116609号
公報)を提案している。この高周波誘導溶解した原料を
使用してガスアトマイズした粉体は、汚染が少ないの
で、他のるつぼ溶解などに比べ有利である。
【0004】ガスアトマイズ法の諸条件と粉末粒径との
関係について多くの経験式などが報告されている。その
1例として、下記に示すルバンスカの式について見る
と、溶湯金属の溶湯密度、表面張力、粘性率などの基本
物性が影響していることがわかる。
【0005】
【数1】
【0006】従って、ガスアトマイズ法によりチタン粉
末及びチタン合金粉末を製造する場合には、製造される
粉末粒径に影響を及ぼす溶湯の粘性、表面張力が大きい
ため、細粒化されにくい性質がある。更に、チタンは高
融点金属である等の条件が重なり、一般には、ガスアト
マイズ法でチタン及びチタン合金を粉末化しても粗粒し
か得られない。
【0007】しかるに、近年チタン及びチタン合金の優
れた特性を生かして各種の機械部品や時計バンドなどに
使用されるようになり、用途の拡大とともに緻密な焼結
体を作るため、チタン及びチタン合金の粉末としては、
細粒のものが要求されるようになり、具体的には80μ
m以下のものが望まれている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のガスアトマイズ
法では、原料として溶製材が使用されている。これは密
度のばらつきがないために安定して溶解できるためであ
る。しかし、この場合、チタン及びチタン合金の粉末粒
径を粗粒化することはできなかった。また、スポンジチ
タンやスポンジチタンとチタンスクラップ片をプレスで
圧縮してコンパクトを作製し、これを複数個溶接により
接合して棒状原料として使用することもある。この場合
でもチタン及びチタン合金の粉末粒径を細粒化すること
はできなかった。
【0009】本発明は、上記従来法に見られる問題点を
排除し、汚染の少ない細粒のチタン粉末及びチタン合金
粉末を、ガスアトマイズ法により製造する方法を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため、ガスアトマイズ法により製造されるチタ
ン粉末及びチタン合金粉末の製造条件による細粒化への
影響について検討した。すなわち、ガスアトマイズ法に
よりチタン及びチタン合金粉末を製造する場合、前記ル
バンスカの式に示されるガス噴射能力(ガス圧力、ガス
流量、ガス流速)と溶湯径が同じであれば、粉末粒径は
溶融チタン及び溶融チタン合金の粘性、表面張力、密度
の基本物性によって決定される。
【0011】例えば、チタン及びチタン合金は、アルミ
ニウムに比べると密度は大きく細粒化方向であるが、粘
性や表面張力といった物性値は大きくなり粗粒化方向と
なる。そこで、これらの現象をとらえて種々検討の結
果、溶解原料中の塩素濃度を制御することにより細粒化
の効果があることを見いだした。この知見に基づいて、
次のとおり発明を完成した。
【0012】本発明のチタン粉末及びチタン合金粉末の
製造方法は、コンパクトで構成された棒状原料を高周波
誘導溶解するガスアトマイズ法によりチタン粉末及びチ
タン合金粉末を製造する方法において、棒状原料の塩素
濃度を300〜1500ppmの範囲に調整して溶解す
ることにある。
【0013】また、上記チタン及びチタン合金粉末の製
造方法において、塩化マグネシウムや塩化ナトリウムの
塩、またはそれらの塩を高濃度に含有するチタンを原料
中に添加・混合することにより、棒状原料の塩素濃度を
調整することにある。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明は、棒状原料を高周波誘導
溶解するガスアトマイズ法によりチタン粉末及びチタン
合金粉末を製造する方法において、棒状原料の塩素濃度
を300〜1500ppmの範囲に調整して溶解するこ
とにある。このように、棒状原料中の塩素濃度を規制す
ることにより、粉末の細粒化が促進される。その理由は
つまびらかではないが、次のように推測される。すなわ
ち、塩化マグネシウムや塩化ナトリウムといった塩は、
溶解時に蒸気となって揮発するが、その蒸発する際に、
溶融チタン及び溶融チタン合金の粘性や表面張力を小さ
くする。または、塩化マグネシウム蒸気や塩化ナトリウ
ム蒸気が溶湯の雰囲気を包み、見かけ上の粘性や表面張
力が小さくなるような現象が発生するのではないかと推
定される。
【0015】従って、粉末原料となる溶解前のチタン及
びチタン合金、あるいは目標のチタン合金組成に配合さ
れたチタンと合金元素との混合物に塩化マグネシウムや
塩化ナトリウムの塩、またはこれらの塩を高濃度に含有
するチタンを添加・混合することにより、細粒化したチ
タン粉末及びチタン合金粉末を得ることができる。
【0016】上記塩は、粉末原料の塩素濃度が300〜
1500ppmの範囲となるように添加する必要があ
る。その理由は、粉末原料の塩素濃度が300ppm未
満では、アトマイズされた粉末は細粒化されず、また1
500ppmを超えると溶解時のスプラッシュの発生が
激しくなり、安定した溶解が困難となるからである。な
お、ガスアトマイズ法における溶解上のトラブルを避
け、効率良く経済的に細粒化粉末を製造するには、塩素
濃度を更に狭めて500〜1200ppmの範囲とする
ことが望ましい。
【0017】粉末原料の塩素濃度を調整するには、原料
コンパクトを製作する際、塩化マグネシウムや塩化ナト
リウムの塩を添加するか、あるいはこれらの塩を高濃度
に含有するスポンジチタンを使用する。
【0018】
【実施例】実施例1 塩素濃度の異なるスポンジチタン及びチタンスクラップ
原料を、目標とする塩素濃度に配合した後にプレスで圧
縮してコンパクト(直径40mm、長さ40mm)を各
種塩素濃度ごとに複数個ずつ作製し、次に、このコンパ
クトを溶接により接合することにより各種塩素濃度ごと
の棒状原料を作製した。この棒状原料を高周波非接触誘
導溶解ガスアトマイズ法によって粉末化し、純チタン粉
末を製造した。この際の高周波誘導溶解は周波数100
kHz,溶解電力50kwの条件で溶解し、噴霧媒体と
して40kg/cm2、15Nm2/minのアルゴンガ
スを使用した。得られた純チタン粉末の平均粒径、溶解
状況を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】上記表1の結果より、本発明の実施により
塩素濃度を300〜1500ppmの範囲に規制した実
施例1〜6は、いずれも粉末粒径が80μm以下の細粒
が得られており、また安定操業性もよいことがわかる。
これに対し、塩素濃度が300〜1500ppmの範囲
を外れた比較例1〜3は、いずれも粉末粒径が80μm
を超えており、細粒化していないことがわかる。比較例
3では安定操業ができなかった。具体的には、棒状原料
の下端部の溶解部分から発生するスプラッシュが激しか
ったためか、棒状原料の下端から流下する溶湯流が乱れ
ていた。そのため、噴霧ガスの集中部分に安定して溶湯
流を供給することができなかったために、細粒化が阻害
されたものと考えられる。
【0021】実施例2 塩素濃度の異なるスポンジチタン及びチタンスクラップ
原料をアルミ・バナジウム母合金と共に、目標とする合
金組成と塩素濃度に配合して実施例1と同様に各種塩素
濃度の直径40mmの棒状原料を作り、高周波誘導溶解
ガスアトマイズ法によりTi−6Al−4V合金粉末を
製造した。この際、噴霧媒体として40kg/cm2
15Nm2/minのアルゴンガスを使用した。得られ
たTi−6Al−4V合金粉末の平均粒径、溶解状況を
表2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】上記表2の結果より、本発明の実施により
塩素濃度を300〜1500ppmの範囲に規制した実
施例7〜9は、いずれも粉末粒径が80μm以下の細粒
が得られており、また安定操業性もよいことがわかる。
これに対し、塩素濃度が300〜1500ppmの範囲
を外れた比較例4〜6は、いずれも粉末粒径が80μm
を超えており、細粒化していないことがわかる。
【0024】
【発明の効果】本発明の実施によれば、ガスアトマイズ
法において、塩素濃度を300〜1500ppmの範囲
に規制した原料を使ってアトマイズすることにより、効
率良くチタン及びチタン合金の細粒粉末を製造すること
ができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンパクトで構成された棒状原料を高周
    波誘導溶解するガスアトマイズ法によりチタン粉末及び
    チタン合金粉末を製造する方法において、棒状原料の塩
    素濃度を300〜1500ppmの範囲に調整して溶解
    するチタン粉末及びチタン合金粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】 塩化マグネシウムや塩化ナトリウムの
    塩、またはそれらの塩を高濃度に含有するチタンを原料
    中に添加・混合することにより、棒状原料の塩素濃度を
    調整する請求項1記載のチタン粉末及びチタン合金粉末
    の製造方法。
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