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特表2022-520489球形非晶質合金粉末調製装置および方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-30
(54)【発明の名称】球形非晶質合金粉末調製装置および方法
(51)【国際特許分類】
   B22F 9/02 20060101AFI20220323BHJP
   B22F 9/08 20060101ALI20220323BHJP
   B22F 1/08 20220101ALI20220323BHJP
   B22F 1/00 20220101ALI20220323BHJP
   B02C 19/06 20060101ALI20220323BHJP
   C22C 45/02 20060101ALI20220323BHJP
【FI】
B22F9/02 B
B22F9/08 A
B22F1/08
B22F1/00 T
B02C19/06 A
B02C19/06 B
C22C45/02 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021548216
(86)(22)【出願日】2020-12-28
(85)【翻訳文提出日】2021-08-16
(86)【国際出願番号】 CN2020140078
(87)【国際公開番号】W WO2021139553
(87)【国際公開日】2021-07-15
(31)【優先権主張番号】202010463311.7
(32)【優先日】2020-05-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521362151
【氏名又は名称】安泰(霸州)特▲種▼粉▲業▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ADVANCED TECHNOLOGY (BAZHOU) SPECIAL POWDER CO., LTD.
【住所又は居所原語表記】North of Wupingdongdao, Shengfang Town, Bazhou City,Langfang City, Hebei Province, 065701, China
(74)【代理人】
【識別番号】100169904
【弁理士】
【氏名又は名称】村井 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100159916
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 貴之
(72)【発明者】
【氏名】孟令兵
(72)【発明者】
【氏名】江忠民
(72)【発明者】
【氏名】趙同春
(72)【発明者】
【氏名】麻洪秋
(72)【発明者】
【氏名】于海▲ちぇん▼
【テーマコード(参考)】
4D067
4K017
4K018
【Fターム(参考)】
4D067CA01
4D067CA02
4D067CA07
4D067GA10
4K017AA04
4K017BA06
4K017BB05
4K017BB13
4K017BB16
4K017CA01
4K017CA07
4K017DA05
4K017EB05
4K017EB07
4K017EB22
4K017FA05
4K017FA11
4K017FA15
4K017FA21
4K018BA16
4K018BB03
4K018BB04
4K018BB07
4K018KA61
(57)【要約】
本発明は、霧化ガスを用いて合金溶融液を破砕するガスネブライザと、ガスネブライザの下方に位置し、ガスネブライザの気流ノズルの周辺に設けられ、ガスネブライザによって破砕した後の合金粉末中間体を冷却して球形非晶質合金粉末を形成する液冷装置と、を含む球形非晶質合金粉末調製装置が開示された。本発明は、原料を溶融し、合金溶融液を得るステップS1と、真空あるいは不活性雰囲気下で、不活性霧化ガスを用いて、合金溶融液に対して霧化処理を行い、合金粉末中間体を得るステップS2と、合金粉末中間体を冷却区に入れて冷却し、球形非晶質合金粉末を得るステップS3と、を含む球形非晶質合金粉末の調製方法がさらに開示された。以上のような調製装置あるいは調製方法により、粒度がより均一で、球形がより規則的で、酸素含有量がより小さい球形非晶質粉末を得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
霧化ガスを用いて合金溶融液を破砕するガスネブライザと、
前記ガスネブライザの下方に位置し、前記ガスネブライザの気流ノズルの外周囲に設けられ、前記ガスネブライザによって破砕した後の合金粉末中間体を冷却して球形非晶質合金粉末を形成する液冷装置と、
を含むことを特徴とする球形非晶質合金粉末調製装置。
【請求項2】
前記合金溶融液を貯蔵するタンディッシュと前記ガスネブライザを接続する導液管をさらに含み、
好ましくは、前記導液管の上端は前記タンディッシュと連通し、
好ましくは、前記導液管の下端部が前記ガスネブライザの対応ソケットに設けられ、
好ましくは、前記導液管の内腔が上から下へ逆テーパ形を呈し、テーパ角が0°~15°であり、
好ましくは、前記導液管の内腔が上から下へ、逆テーパ形から円筒状に移行し、テーパ角が1°~15°であることを特徴とする請求項1に記載の調製装置。
【請求項3】
前記ガスネブライザの側壁に前記ガスネブライザへ前記霧化ガスを通すための供気管が設けられ、
好ましくは、前記ガスネブライザの下部に合金溶融液出口を取り囲んで前記合金溶融液を破砕する気流ノズルが設けられ、
好ましくは、前記気流ノズルが環状に設けられ、
好ましくは、前記気流ノズルの気流を噴出する方向が垂直方向と40°~50°の角度をなすことを特徴とする請求項1に記載の調製装置。
【請求項4】
前記液冷装置が環状を呈し、前記気流ノズルの外周囲に設けられ、前記合金粉末中間体を冷却する環状冷却区を形成し、
好ましくは、前記液冷装置が二重壁を有する筒形構造であって、前記液冷装置の下底面が冷却液を下へ流して冷却液カーテンを形成する冷却液出口が設けられ、前記冷却液カーテンは、前記合金粉末中間体を冷却する環状冷却区を形成し、より好ましくは、前記冷却液が水であり、あるいは前記液冷装置が二重壁を有する筒形構造であり、前記二重壁の間の空間に冷却液が填充され、筒形構造の中空領域は、前記合金粉末中間体を冷却する環状冷却区であり、より好ましくは、前記冷却液が液体窒素であり、
好ましくは、前記液冷装置が前記ガスネブライザの下底面に固定され、
好ましくは、前記液冷装置の側壁に前記液冷装置へ冷却液を注入する供液管が設けられることを特徴とする請求項1に記載の調製装置。
【請求項5】
前記非晶質合金粉末はFeSiB系非晶質合金粉末であり、好ましくは、質量%で、前記非晶質合金粉末が、Si:1%~14%、B:7%~15%、C:≦4%、Cu:≦3%、Nb:≦4%、P:≦2%、残量がFeおよび不可避の不純物である組成成分を含み、
より好ましくは、前記FeSiB系非晶質合金粉末は、AP01、AP02あるいはAP03合金粉末であり、
前記AP01合金粉末の化学成分は、質量%で、Cu:1%、Nb:3%、Si:13.5%、B:9%、Fe:残量および不可避の不純物であり、
前記AP02合金の化学成分は、質量%で、Cu:1%、Nb:1%、Si:4%、B:9%、C:0.3%、Fe:残量および不可避の不純物であり、
前記AP03合金の化学成分は、質量%で、Cu:1.2%、Si:2%、B:12%、P:2%、Fe:残量および不可避の不純物であることを特徴とする請求項1に記載の調製装置。
【請求項6】
原料を溶融し、合金溶融液を得るステップS1と、
真空あるいは不活性雰囲気で、不活性霧化ガスを用いて、前記合金溶融液に対して霧化処理を行い、合金粉末中間体を得るステップS2と、
前記合金粉末中間体を冷却区に入れて冷却し、球形非晶質合金粉末を得るステップS3と、
を含む球形非晶質合金粉末の調製方法。
【請求項7】
ステップS1において、前記原料の融点より50℃~250℃高い条件下で前記原料を溶融し、前記合金溶融液を得、
好ましくは、ステップS1において、前記原料の融点より150℃~200℃高い条件で前記原料を溶融し、前記合金溶融液を得ることを特徴とする請求項6に記載の調製方法。
【請求項8】
ステップS2において、前記霧化処理の時、霧化ガスの圧力は、2MPa~6MPaであり、
前記霧化処理の時の真空度が10MPa以下に制御され、
好ましくは、ステップS2において、前記不活性霧化ガスは、窒素ガスあるいはアルゴンガスであり、
好ましくは、ステップS3において、前記冷却のレートは10K/s以上であり、
好ましくは、前記冷却のレートは10K/s~10K/sであることを特徴とする請求項6に記載の調製方法。
【請求項9】
前記球形非晶質合金粉末の調製方法は、請求項1から5のいずれか一項に記載の球形非晶質合金粉末調製装置を用いて行うことを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の調製方法。
【請求項10】
請求項1から5のいずれか一項に記載の球形非晶質合金粉末調製装置、あるいは請求項6から8のいずれか一項に記載の球形非晶質合金粉末の調製方法により調製した球形非晶質合金粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、霧化粉末調製技術分野に属し、特に、気霧化(エアロゾル化)水冷プロセスを用いて球形非晶質合金粉末を調製する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
霧化粉末調製は、高速運動の霧化媒体(通常、高圧の水あるいはガス)で打撃破砕して、金属あるいは合金液体を微細液滴に破砕してから、固体粉末に冷凝する粉末調製方法である。粉末を作製する方法が異なるため、得られた粉末の形状も大きく異なる。
【0003】
非晶質合金製品は、高飽和磁気誘導強度及び高透磁率を有するため、結晶粒、粒界、転位、格子間原子、結晶磁気異方性などの欠陥が軟磁性能への悪影響を解決し、優れた磁気特性、耐食性、耐摩耗性、高強度、高硬度、高比抵抗及び電気結合性能を有する変圧器、変流器及びインダクタンス素子等を作製するために用いられるものであって、現在、米国、日本、ドイツ等の国では、既に一定の生産規模を有し、大量の非晶質合金がパーマロイ及びフェライトの代わりに市場に流した。電子部品の高周波化及び小型化の進展に伴い、市場は、高周波で、高透磁率、低損失軟磁粉末の要求も日一日と厳しくなっていく。このため、球形の、低酸素の非晶質粉末を製造することは、課題を解決するための鍵となる。
【0004】
従来、非晶質軟磁粉体を調製する方式は、主に、(1)ストリップ破砕法と(2)霧化法と二種類がある。非晶質ストリップ破砕法を用いて調製された非晶質粉は、粉末の角が多くて粉末表面に被覆の絶縁層を突き破りやすいため、その市場の拡大が制限された。ストリップ破砕法により調製された非晶質粉写真は、図1を参照する。従来の霧化法による非晶質粉末の調製装置は、図2を参照し、霧化器1と、供気管2と、気流ノズル3と、導液管4と、溶湯ノズル5と、を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、球形非晶質合金粉末調製装置を提供することを第1の目的とし、該装置は、合金非晶質形成能力が強く、また形成された粉末が良好な球形度及び低酸素量を確保できる。
【0006】
本発明は、球形非晶質合金粉末の調製方法を提供することを第2の目的とし、該方法により調製された球形非晶質合金粉末の球形度が良く、酸素量が低い。調製された非晶質粉末は、電子部品が高周波で、高透磁率、低損失軟磁粉末の要求を解決することができる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明は以下の技術案を用いた。
本発明の第1方面は、
霧化ガスを用いて合金溶融液を破砕するガスネブライザと、
前記ガスネブライザの下方に位置し、前記ガスネブライザの気流ノズルの外周囲に設けられる液冷装置であって、前記ガスネブライザによって破砕した後の合金粉末中間体を冷却して球形非晶質合金粉末を形成する液冷装置と、を含む球形非晶質合金粉末調製装置を提供する。
【0008】
ある実施形態において、前記調製装置は、前記合金溶融液を貯蔵するタンディッシュと前記ガスネブライザを接続する導液管をさらに含む。
ある実施形態において、前記導液管の上端は前記タンディッシュと連通する。
【0009】
ある実施形態において、前記導液管の下端部が前記ガスネブライザの対応ソケットに設けられる。
ある実施形態において、前記導液管の内腔が上から下へ逆テーパ形を呈し、テーパ角が0°~15°である。
【0010】
ある実施形態において、前記導液管の内腔が上から下へ、逆テーパ形から円筒状に移行し、テーパ角が1°~15°である。
ある実施形態において、前記ガスネブライザの側壁に前記ガスネブライザへ前記霧化ガスを通すための供気管が設けられる。
【0011】
ある実施形態において、前記ガスネブライザの下部に合金溶融液出口を取り囲んで前記合金溶融液を破砕する気流ノズルが設けられる。
ある実施形態において、前記気流ノズルが環状に設けられる。
【0012】
ある実施形態において、前記気流ノズルの気流を噴出する方向が垂直方向と40°~50°の角度をなす。
ある実施形態において、前記液冷装置が環状を呈し、前記気流ノズルの外周囲に設けられ、前記合金粉末中間体を冷却する環状冷却区を形成する。
【0013】
ある実施形態において、前記液冷装置が二重壁を有する筒形構造であって、前記液冷装置の下底面に冷却液を下へ流して冷却液カーテンを形成する冷却液出口が設けられ、前記冷却液カーテンは、前記合金粉末中間体を冷却する環状冷却区を形成する。
【0014】
ある実施形態において、前記冷却液が水である。
ある実施形態において、前記液冷装置が二重壁を有する筒形構造であり、前記二重壁の間の空間に冷却液が填充され、筒形構造の中空領域は、前記合金粉末中間体を冷却する環状冷却区である。
【0015】
ある実施形態において、前記冷却液が液体窒素である。
ある実施形態において、前記液冷装置が前記ガスネブライザの下底面に固定される。
ある実施形態において、前記液冷装置の側壁に前記液冷装置へ冷却液を注入する供液管が設けられる。
【0016】
ある実施形態において、前記非晶質合金粉末はFeSiB系非晶質合金粉末であり、好ましくは、質量%で、前記非晶質合金粉末が、Si:1%~14%、B:7%~15%、C:≦4%、Cu:≦3%、Nb:≦4%、P:≦2%、残量がFeおよび不可避の不純物である組成成分を含む。
【0017】
ある実施形態において、前記FeSiB系非晶質合金粉末は、AP01、AP02あるいはAP03合金粉末である。
前記AP01合金粉末の化学成分は、質量%で、Cu:1%、Nb:3%、Si:13.5%、B:9%、Fe:残量および不可避の不純物である。
【0018】
前記AP02合金の化学成分は、質量%で、Cu:1%、Nb:1%、Si:4%、B:9%、C:0.3%、Fe:残量および不可避の不純物である。
前記AP03合金の化学成分は、質量%で、Cu:1.2%、Si:2%、B:12%、P:2%、Fe:残量および不可避の不純物である。
【0019】
本発明の第2方面は、
原料を溶融し、合金溶融液を得るステップS1と、
真空あるいは不活性雰囲気下で、不活性霧化ガスを用いて、前記合金溶融液に対して霧化処理を行い、合金粉末中間体を得るステップS2と、
前記合金粉末中間体を冷却区に入れて冷却し、球形非晶質合金粉末を得るステップS3と、
を含む球形非晶質合金粉末の調製方法を提供する。
【0020】
ある実施形態において、ステップS1において、前記原料の融点より50℃~250℃高い条件で前記原料を溶融し、前記合金溶融液を得る。
ある実施形態において、ステップS1において、前記原料の融点より150℃~200℃高い条件で前記原料を溶融し、前記合金溶融液を得る。
【0021】
ある実施形態において、ステップS2において、前記霧化処理の時、霧化ガスの圧力は、2MPa~6MPaであり、前記霧化処理の時の真空度が10MPa以下に制御される。
【0022】
ある実施形態において、ステップS2において、前記不活性霧化ガスは、窒素ガスあるいはアルゴンガスである。
ある実施形態において、ステップS3において、前記冷却のレートは10K/s以上である。
【0023】
ある実施形態において、前記冷却のレートは10K/s~10K/sである。
ある実施形態において、前記球形非晶質合金粉末の調製方法は、本発明の第1方面に記載の球形非晶質合金粉末調製装置を用いて行う。
【0024】
本発明の第3方面は、本発明の第1方面に記載の球形非晶質合金粉末調製装置あるいは本発明の第2方面に記載の球形非晶質合金粉末の調製方法により調製した球形非晶質合金粉末を提供する。
【0025】
本発明の調製装置の技術的特徴は任意の可能な形態で組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明の利点は、霧化器の構造を改善することにより、球形の、低酸素の非晶質粉末を調製する方法を見つけ、該方法は簡単で実行しやすく、且つ従来の霧化器を基に構造を改造することができ、コストが低く、効率が高い。球形の、低酸素の非晶質粉末は高周波、小型化の電子部品分野に広く応用でき、良好な市場の将来性を有している。本発明方法により調製された球形非晶質粉末の粒度範囲D50が、5μm~30μmであり、酸素含有量が600ppm以下である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
図1】従来技術においてストリップ破砕法により調製された非晶質粉の写真である。
図2】従来技術の球形非晶質合金粉末調製装置の構造模式図である。
図3】本発明のある実施例の球形非晶質合金粉末調製装置の構造模式図である。
図4図3に示す球形非晶質合金粉末調製装置の構造及び使用状態の模式図である。
図5】本発明の実施例1により調製された非晶質合金粉末のSEM走査型電子顕微鏡写真である。
図6】本発明の実施例1により調製された非晶質合金粉末のXRDスペクトル図である。
図7】比較例1により調製された合金粉末のSEM走査型電子顕微鏡写真である。
図8】比較例1により調製された合金粉末のXRDスペクトル図である。
図9】本発明の実施例2により調製された非晶質合金粉末のSEM走査型電子顕微鏡写真である。
図10】本発明の実施例2により調製された非晶質合金粉末のXRDスペクトル図である。
図11】比較例2により調製された合金粉末のSEM走査型電子顕微鏡写真である。
図12】比較例2により調製された合金粉末のXRDスペクトル図である。
図13】本発明の実施例3により調製された非晶質合金粉末のSEM走査型電子顕微鏡写真である。
図14】本発明の実施例3により調製された非晶質合金粉末のXRDスペクトル図である。
図15】比較例3により調製された合金粉末のSEM走査型電子顕微鏡写真である。
図16】比較例3により調製された合金粉末のXRDスペクトル図である。
【0028】
図6、8、10、12、14、16のXRDスペクトル図において横軸は2θ(x線の入射角の2倍)であり、縦軸は回折強度である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
本発明の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下、図面を合わせて本発明の装置及び方法をより詳細に説明する。
現在、水霧化により調製された非晶質粉末の球形度は比較的に良くなく、酸素含有量が高く、通常、酸素含有量が2000ppm程度に達する。気霧化プロセスを用いて、粉末の球形度及び酸素含有量のいずれも改善されたが、気霧化プロセスを用いるのは、非晶質の形成が困難である問題を存在し、特に、ある寸法の比較的に大きい粉末粒子は、非晶質の形成がより困難である。本発明は、霧化粉末調製装置及び方法を見つけ、球形の、低酸素の非晶質粉末を得ることができる。本発明は、気霧化及び気霧化した後の冷却を合わせて、低酸素の、球形度の良好な非晶質粉末を得ることができ、調製された球形非晶質粉末の粒度範囲D50が、5μm~30μmであり、酸素含有量が600ppm以下である。
【0030】
本発明に提供された球形非晶質合金粉末調製装置は、従来の気霧化装置に対して簡単で実施しやすい構造改造を行うことにより、合金溶融液を高圧ガスで打撃して破砕することができ、金属液滴が、表面張力の作用下で球形粒子に形成し、粒子を冷却液(水)カーテンが形成された冷却区を通して急冷することにより、球形の、低酸素の非晶質粉末を得る。図2~4を参照し、本発明の調製装置は、ガスネブライザ1と、ガスネブライザ1の下方に位置し、前記ガスネブライザの気流ノズルの周辺に設けられる液冷装置と、を含み、当然、本発明の調製装置は、合金を溶融する溶解炉、合金溶融液を収容するタンディッシュ、真空ポンプ、霧化ガスを提供する装置、粉末を収集する集約装置などの霧化粉末調製を実現するための装置をさらに含んでもよく、これらの装置は、いずれも霧化粉末調製の慣用装置に属するため、ここでは説明を省略し、以下、本発明の目的に密接に関連する部分のみ詳細に説明する。
【0031】
ガスネブライザ1は、霧化ガスを用いてタンディッシュからの合金溶融液を破砕する。本発明に用いたガスネブライザ1は、霧化粉末調製分野に用いた慣用装置であってもよく、本発明の実施形態では、ガスネブライザ1は、本体と、導液管4に差込む対応ソケットと、霧化ガスを入れる供気管2と、霧化ガスを噴出する気流ノズル3と、を含み、導液管4は、合金溶融液を貯蔵するタンディッシュとガスネブライザ1を接続し、導液管4の内腔が上から下へ逆テーパ形を呈し、テーパ角が0°~15°であり、好ましくは、導液管4の内腔が上から下へ、逆テーパ形から円筒状に移行し、逆テーパ形のテーパ角が1°~15°(例えば、2°、5°、7°、10°、12°、14°)であり、該テーパ構造は、合金溶融液液流8が十分な流量及び圧力を有することを保証でき、気霧化を促進する。気流ノズル3の気流を噴出する方向が垂直方向(即ち導液管の軸方向)と40°~50°(例えば、41°、43°、45°、47°、49°)の角度を呈し、霧化粉末調製の効果及び粒度を保証する。
【0032】
本発明の好ましい実施例において、導液管4の上端はタンディッシュと連通し、導液管4の下端部がガスネブライザ1の対応ソケットに設けられることにより、合金溶融液は、導液管4の底部噴出口から噴出し、下向きの合金溶融液液流8を形成することができ、導液管4の内腔が上から下へ、逆テーパ形から円筒状に移行し、逆テーパ形のテーパ角が10°であり、該テーパ構造は、合金溶融液液流8が十分な流量及び圧力を有することを保証でき、気霧化を促進する。ガスネブライザ1の側壁にガスネブライザ1へ霧化ガスを通すための供気管2が設けられたが、ガスネブライザ1の下部に合金溶融液出口(即ち、導液管4の底部噴出口)を取り囲んで合金溶融液液流8を破砕する気流ノズル3が設けられ、すなわち、複数の気流ノズル3は、均一的にガスネブライザ1の下底面に設けられてかつ導液管4の底部噴出口を取り囲み、複数の気流ノズル3が環状に設けられ、気流ノズル3の気流を噴出する方向が垂直方向(即ち、導液管の軸方向)と45°の角度を呈し、供気管2から入った霧化ガスは気流ノズル3に達し、該ノズルから噴出された霧化ガス9は、合金溶融液液流を破砕する。
【0033】
液冷装置は、ガスネブライザ1の下方に位置し、ガスネブライザ1の気流ノズル3の周辺に設けられ、ガスネブライザ1で破砕した後の合金粉末中間体を冷却して球形非晶質合金粉末を形成する。本発明の液冷装置は、破砕した後の合金粉末中間体に対して十分な冷却速度を提供する任意の冷却装置であってもよく、例えば、冷却液出口から噴出された冷却液体で取り囲んだ冷却区を形成でき、合金粉末中間体が、ぴったり該冷却区を通過し、冷却液が水であってもよい冷却装置であってもよく、あってもよく、この形態の冷却装置は、下底面周方向に冷却液出口を設ける二重壁筒形構造であってもよく、あるいは、良好な伝熱材質からなる冷却装置であり、該冷却装置は、円筒形あるいは四角筒形あるいは六角筒形等の筒形構造であってもよく、筒壁は、二重中空であり、二重壁の間の空間内に冷却液(例えば液体窒素など)が充填され、この形態の冷却装置は、下底面に冷却液出口が設けられず、該円筒形冷却装置の筒中間の領域は、合金粉末中間体を冷却するための冷却区である。第1種の冷却水カーテンを形成する冷却装置の縦方向の高さは第2種の冷却装置より小さい。液冷装置は、環状を呈し、気流ノズル3の外周囲に設置され、上端がガスネブライザ1の下底面に固定されてもよく、ガスネブライザ1と独立して設置されてもよい。好ましくは、粉末粒子が筒壁に付着しないように、筒壁表面は平滑で或いは潤滑性コーティングが設けられる。
【0034】
本発明のある好ましい実施例において、液冷装置は、環状を呈し、気流ノズル3の外周囲に設置され、上端がガスネブライザ1の下底面に固定され、該液冷装置の下底面には、冷却液出口を有し、冷却液が水を用いるため、該冷却装置が水冷装置6とも呼ばれ、該水冷装置6は、入水するための入水管7を更に含み、入水管7は、水冷装置6の側壁に設置され、水冷装置内部に冷却水を供給し、冷却水は、再び冷却液出口から下向きに流出して環状冷却水カーテン10を形成し、冷却水カーテン10内部が冷却区であり、合金粉末中間体を冷却して非晶質合金粉末11を形成させるものである。本発明はガスネブライザの下方に1つの環状水冷装置6を追加し、環状水冷装置6は気流ノズル3の外側に位置し、該水冷装置6は、環状水カーテンで取り囲んだ冷却区が適当な温度を有することを保証するように、下方に冷却水を流出しあるいは噴出し、これにより該冷却区を通過した合金小液滴を冷却して非晶質粉末を形成する。合金溶融液は、導液管4の底部の噴出口を介して噴出され、合金溶融液が高圧ガスで破砕されて小金属液滴となった後、気体冷却速度は水の冷却速度よりもはるかに遅いため、金属液滴は表面張力の作用で球形粉末粒子を形成し、粉末粒子は、落下過程において霧化器の下方の環状水冷装置から噴射された冷却水カーテン10を通過し、球形粒子は急冷されて非晶質合金粉末11を得る。
【0035】
本発明の調製装置は、各種の非晶質合金粉末を製造するのに適し、特にFeSiB系非晶質合金粉末を製造するのに適し、好ましくは、質量%で、前記非晶質合金粉末が、Si:1%~14%、B:7%~15%、C:≦4%、Cu:≦3%、Nb:≦4%、P:≦2%、残量がFeおよび不可避の不純物である組成成分を含み、例えば、前記FeSiB系非晶質合金粉末は、AP01、AP02あるいはAP03合金粉末であり、前記AP01合金粉末の化学成分は、質量%で、Cu:1%、Nb:3%、Si:13.5%、B:9%、Fe:残量および不可避の不純物であり、前記AP02合金の化学成分は、質量%で、Cu:1%、Nb:1%、Si:4%、B:9%、C:0.3%、Fe:残量および不可避の不純物であり、前記AP03合金の化学成分は、質量%で、Cu:1.2%、Si:2%、B:12%、P:2%、Fe:残量および不可避の不純物である。
【0036】
本発明は、
金属原料を真空中間周波数誘導炉に入れて加熱溶融し、溶鋼温度は、材料の異なりに応じて選択し、一般的には、1300℃~1600℃に加熱し、好ましくは、前記原料の融点より50℃~250℃より高い、より好ましくは、150℃~200℃高い条件下で前記原料を溶融し、真空度は、10Pa以下(例えば9Pa、7Pa、6Pa、1Pa、0.1Pa)に制御し、前記合金溶融液を得るステップS1と、
真空あるいは不活性雰囲気で、不活性霧化ガスを用いて前記合金溶融液に対して霧化処理を行い、合金粉末中間体を得、好ましくは、前記霧化処理時、粒度要求に応じて適切な霧化圧力を選択し、霧化ガスの圧力(即ち霧化のための気体の噴出圧力)が2MPa~6MPa(例えば2.5Pa、3Pa、4Pa、5Pa、5.5Pa)であり、前記霧化処理時の真空度が10Pa以下(例えば9Pa、7Pa、6Pa、1Pa、0.1Pa)に制御され、前記不活性霧化ガスは、窒素ガスあるいはアルゴンガスであるステップS2と、
前記合金粉末中間体を冷却区に入れて冷却し、前記球形非晶質合金粉末を得、好ましくは、前記冷却のレートは10K/s以上(例えば2×10K/s、4×10K/s、6×10K/s、8×10K/s、9×10K/s、2×10K/s、4×10K/s、6×10K/s、8×10K/s、9×10K/s)であり、より好ましくは、前記冷却のレートは10K/s~10K/sであるステップS3と、
を含む球形非晶質合金粉末の調製方法を更に提供する。
【0037】
以下実施例により本発明の調製方法をさらに説明し、以下の調製方法の実施例はいずれも本発明の調製装置を用いて、ただし、気流ノズル3の気流を噴出する方向が垂直方向(即ち、導液管の軸方向)と45°の角度になり、導液管4の内腔が上から下へ、逆テーパ形を円筒状に移行し、逆テーパ形のテーパ角が10°であり、冷却液が水であり、液冷装置は、冷却水カーテンを形成することができる。
<実施例1>
本実施例はAP01非晶質粉末を調製し、その化学成分(質量%で)は、Cu:1%、Nb:3%、Si:13.5%、B:9%、Fe:残量。言及していない元素は不可避の不純物である。
【0038】
調製方法は以下のとおりである。
(1)真空度が5Paの雰囲気下で原料を1325℃に加熱して溶融し、合金溶融液を得、
(2)真空度が5Paの雰囲気下でアルゴンガスを霧化ガスとして霧化処理を行い、破砕した、球化の合金粉末中間体を得、ただし、霧化温度(即ちタンディッシュにおける合金溶融液の温度)は1320℃であり、霧化ガスの圧力は2.2MPaであり、
(3)合金粉末中間体は、下向きに冷却水カーテンが形成された冷却区に入って冷却し、冷却速度は、2×10K/s以上であり、最後に非晶質合金粉末を収集する。
【0039】
走査型電子顕微鏡(SEM)により合金粉末を観察し、写真は図5を参照し、図から分かるように、本発明の方法により調製された合金粉末は、球形度が非常によく、粒度D50が28μmである。合金粉末の酸素含有量が319ppmである。
【0040】
X線回折分析によりXRDパターンを得、図6を参照し、図から分かるように、検測された粉末は明らかな回折ピークがなく、非晶質合金粉末である。
<比較例1>
該比較例1は、従来の気霧化装置を用いて粉末調製し、原料及び前の二段階のプロセスは、いずれも実施例1と同様であり、本比較例は、ステップ(3)の冷却ステップを省略する。走査型電子顕微鏡(SEM)により、該比較例で得た合金粉末を観察し、図7を参照し、図から分かるように、冷却速度が低下することによって、粉末の球形度が悪くなる。粒度D50が23μmである。合金粉末の酸素含有量が613ppmである。
【0041】
X線回折分析によりXRDパターンを得、図8を参照し、図から分かるように、該比較例により調製された合金粉末は、回折ピークを既に出現し、粉末が結晶化し始める。
<実施例2>
本実施例はAP02非晶質粉末を調製し、その化学成分(質量%で)は、Cu:1%、Nb:1%、Si:4%、B:9%、C:0.3%、Fe:残量。言及していない元素は不可避の不純物である。
【0042】
調製方法は以下のとおりである。
(1)真空度が8Paの雰囲気下で原料を1425℃に加熱して溶融し、合金溶融液を得、
(2)真空度が8Paの雰囲気でアルゴンガスを霧化ガスとして霧化処理を行い、破砕した、球化の合金粉末中間体を得、ただし、霧化温度(即ちタンディッシュにおける合金溶融液の温度)は1420℃であり、霧化ガスの圧力は6MPaであり、
(3)合金粉末中間体は、下向きに冷却水カーテンが形成された冷却区に入って冷却し、冷却速度は、2*10K/s以上であり、最後に非晶質合金粉末を収集する。
【0043】
走査型電子顕微鏡(SEM)により合金粉末を観察し、写真は図9を参照し、図から分かるように、本発明の方法により調製された合金粉末は、球形度が非常によく、粒度D50が10μmである。合金粉末の酸素含有量が503ppmである。
【0044】
X線回折分析によりXRDパターンを得、図10を参照し、図から分かるように、検測された粉末は明らかな回折ピークがなく、非晶質合金粉末である。
<比較例2>
該比較例1は、従来の気霧化装置(即ち液冷装置無し)を用いて粉末調製し、原料及び前の二段階のプロセスは、いずれも実施例2と同様であり、本比較例は、ステップ(3)の冷却ステップを省略する。走査型電子顕微鏡(SEM)により、該比較例で得た合金粉末を観察し、図11を参照し、図から分かるように、冷却速度が低下することによって、粉末における不規則な粒子が明らかに多くなり、球形度が悪くなる。粒度D50が11μmであり、合金粉末の酸素含有量が762ppmである。
【0045】
X線回折分析によりXRDパターンを得、図12を参照し、図から分かるように、該比較例により調製された合金粉末は、回折ピークを既に出現し、粉末が結晶化し始める。
<実施例3>
本実施例はAP03非晶質粉末を調製し、その化学成分(質量%で)は、Cu:1.2%、Si:2%、B:12%、P:2%、Fe:残量。言及していない元素は不可避の不純物である。
【0046】
調製方法は以下のとおりである。
(1)真空度が3Paの雰囲気下で原料を1385℃に加熱して溶融し、合金溶融液を得、
(2)真空度が3Paの雰囲気下でアルゴンガスを霧化ガスとして霧化処理を行い、破砕した、球化の合金粉末中間体を得、ただし、霧化温度(即ちタンディッシュにおける合金溶融液の温度)は1380℃であり、霧化ガスの圧力は3.6MPaであり、
(3)合金粉末中間体は、下向きに冷却水カーテンが形成された冷却区に入って冷却し、冷却速度は、2*10K/s以上であり、最後に非晶質合金粉末を収集する。
【0047】
走査型電子顕微鏡(SEM)により合金粉末を観察し、写真は図13を参照し、図から分かるように、本発明の方法により調製された合金粉末は、球形度が非常によく、粒度D50が17μmである。合金粉末の酸素含有量が361ppmである。
【0048】
X線回折分析によりXRDパターンを得、図14を参照し、図から分かるように、検測された粉末は明らかな回折ピークがなく、非晶質合金粉末である。
<比較例3>
該比較例3は、従来の気霧化装置を用いて粉末調製し、原料及び前の二段階のプロセスは、いずれも実施例3と同様であり、本比較例は、ステップ(3)の冷却ステップを省略する。走査型電子顕微鏡(SEM)により、該比較例で得た合金粉末を観察し、図15を参照し、図から分かるように、冷却速度が低下することによって、粉末における不規則な粒子が明らかに多くなり、球形度が悪くなる。粒度D50が18μmであり、合金粉末の酸素含有量が537ppmである。
【0049】
X線回折分析によりXRDパターンを得、図16を参照し、図から分かるように、該比較例により調製された合金粉末は、回折ピークを既に出現し、粉末が結晶化し始める。
<まとめ>
実施例1~3により得られた粉末は明らかな回折ピークがなく、非晶質合金粉末であり、比較例1~3により得られた粉末は明らかな回折ピークがあり、粉末の結晶化を出現し、これにより、本発明の霧化粉末調製装置は粒度がより均一で、球形がより規則的で、酸素含有量がより小さい非晶質粉末を得ることができる。また、本発明の方法及び装置は、相対的に寸法の大きい球形非晶質粉末を得ることができ、透磁率を向上させることができ、特にFeSiB系非晶質合金粉末の調製に適用する。
【0050】
技術常識により、本発明は、他のその主旨または必要的特徴を逸脱しない実施方案により実現できる。したがって、上記開示された実施方案は、すべての点で、いずれも例示的な説明だけであり、わずかなものではない。全ての本発明範囲内にある、或いは本発明に相当する範囲にある変更は、いずれも本発明に含まれる。
【符号の説明】
【0051】
1 ガスネブライザ
2 供気管
3 気流ノズル
4 導液管
5 溶湯ノズル
6 水冷装置
7 入水管
8 合金溶融液液流
9 噴出した霧化ガス
10 冷却水カーテン
11 非晶質合金粉末
図1
図2
図3
図4
図5
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【国際調査報告】