[发明专利]雾化金属粉末的制造方法

说明书

本发明提供利用水雾化法来制造具有高非晶化率的雾化金属粉末的方法。一种雾化金属粉末的制造方法，是喷射与沿铅直方向落下的熔态金属冲撞的高压水而切断该熔态金属而制成金属粉末，并且将该金属粉末冷却，从而制造非晶化率为90％以上的雾化金属粉末的方法，其中，使上述高压水与上述熔态金属冲撞时的冲撞压力为20MPa以上，调整上述熔态金属的温度和/或上述高压水的温度，使上述高压水在与上述熔态金属的冲撞面处于亚临界状态或者超临界状态。

技术领域

本发明涉及雾化金属粉末的制造方法。本发明特别适合于制造铁基成分(Fe，Ni，Co)的合计含量以原子分数计为76at％以上的雾化金属粉末。

背景技术

一直以来，作为制造金属粉末的方法，有雾化法。该雾化法中有向熔态金属流喷射高压的水射流(高压水)而得到金属粉末的水雾化法以及代替水射流喷射非活性气体的气体雾化法等。

水雾化法中，利用从喷嘴等喷射的水射流将熔态金属流切断，制成粉末状的金属(金属粉末)，并且也利用水射流进行粉末状的金属(金属粉末)的冷却而得到雾化金属粉末。另一方面，气体雾化法中，利用从喷嘴喷射的非活性气体将熔态金属流切断，制成粉末状的金属后，通常使粉末状的金属落下到设置在雾化装置下的水槽或流水的鼓中，进行粉末状的金属(金属粉末)的冷却而得到雾化金属粉末。

在制造金属粉末方面，与气体雾化法相比，水雾化法的生产能力高，成本低。气体雾化法中，雾化时必须使用非活性气体，并且进行雾化时的能量功率比水雾化法差。另外，利用气体雾化法制造的金属粉末为大致球形，而利用水雾化法制造的金属粉末为不规则的形状，为了制造马达芯等而将该金属粉末压缩成型时，与气体雾化法的球形金属粉末相比，水雾化法的不规则形状的金属粉末具有粉末容易彼此交织，压缩后的强度高这样的优点。

近年，从节能的观点考虑，迫切期望例如电动汽车、混合动力车中使用的马达芯的低铁损化和小型化。以往，这些马达芯是减薄电磁钢板并进行层叠而制成的。最近，使用形状设计的自由度高的金属粉末制成的马达芯受到关注。为了实现这样的马达芯的低铁损化，认为有效的是使用的金属粉末的非晶化(无定形化)。为了得到非晶化的金属粉末，通过从熔融状态的高温开始雾化，利用冷却介质将雾化的金属粉末迅速冷却而防止结晶化。另外，为了实现低铁损化、马达的小型化、高输出化，必须提高磁通密度，为了高磁通密度化，重要的是提高Fe系(包括Ni，Co)浓度，要求Fe系浓度为76～90at％左右的马达芯用非晶化软磁性金属粉末。Fe浓度为80at％等级时，为了进行非晶化而需要使冷却速度为10⁶K/s以上，很难兼得金属粉末的低铁损化和磁通密度的提高。

特别是作为妨碍冷却速度的上升的原因，可举出如果利用水对高温的熔态金属进行冷却，则水与熔态金属接触时，水瞬间蒸发，在熔态金属的周围形成蒸气膜，成为妨碍被冷却面与水的直接接触的状态(膜状沸腾的产生)，冷却速度无法提高。

在制造非晶铁粉方面，为了解决由该蒸气膜、膜状沸腾引起的抑制冷却的问题，进行有专利文献1～11中提到的研究。

例如，专利文献1中记载了一种在使熔态金属飞散并进行冷却、固化而得到金属粉末时，使到固化为止的冷却速度为10⁵K/s以上的金属粉末的制造方法。专利文献1中记载的技术中，通过使飞散的熔态金属与使冷却液沿筒状体的内壁面旋转而产生的冷却液流接触，得到上述的冷却速度。而且，优选通过使冷却液旋转而产生的冷却液流的流速为5～100m/s。

另外，专利文献2中记载了一种快速冷却凝固金属粉末的制造方法。专利文献2中记载的技术中，从内周面为圆筒面的冷却容器的圆筒部上端部外圆周侧，将从周方向供给冷却液，沿圆筒部内周面使其旋转而落下，在由该旋转产生的离心力下，形成中心部具有空洞的层状的旋转冷却液层，向该旋转冷却液层的内周面供给熔态金属进行快速冷却凝固。由此，得到了冷却效率高、高品质的快速冷却凝固粉末。