| 【発明の名称】 |
ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを原料とするＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】屋代 利明
【氏名】加藤 靖正
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップから溶解又は化合物にすることなくＴｉまたはＴｉ合金粉末を製造する方法を提供すること。
【解決手段】ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを振動ミルなどによる機械的粉砕方法によって粉砕するＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを機械的粉砕方法によって粉砕することを特徴とするＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法。
【請求項２】 上記機械的粉砕方法が、振動ミルによる粉砕方法であることを特徴とする請求項１記載のＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法。
【請求項３】 上記振動ミルによる粉砕方法が振動ミルにより溶液中で粉砕する湿式法の粉砕方法または振動ミルにより真空中若しくは非酸化性雰囲気中で粉砕する乾式法の粉砕方法であることを特徴とする請求項２記載のＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法。
【請求項４】 ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを、振動ミルにロット形状の破砕媒体を用いる粉砕方法で一次粉砕をした後、振動ミルにボール状の破砕媒体を用いる粉砕方法で二次粉砕をすることを特徴とするＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法。
【請求項５】 上記振動ミルにロット形状の破砕媒体を用いる粉砕方法または上記振動ミルにボール状の破砕媒体を用いる粉砕方法が、振動ミルにより溶液中で粉砕する湿式法の粉砕方法または振動ミルにより真空中若しくは非酸化性雰囲気中で破砕する乾式法の粉砕方法であることを特徴とする請求項４記載のＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法。
【請求項６】 上記乾式法の粉砕方法または湿式法の粉砕方法が、粉砕助剤を用いる粉砕方法であることを特徴とする請求項３または請求項５記載のＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを原料とし、機械的粉砕方法により粉砕するＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法、詳細にはＴｉまたはＴｉ合金スクラップを粉砕原料とし、振動ミルなどを用いる機械的粉砕方法により粉砕するＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＴｉおよびＴｉ合金は、比重が小さく、強度が高く、靱性が高いとともに耐食性に優れているため、宇宙航空機、海水の淡水化装置、化学装置、自動車部品、生体材料、ゴルクラブヘッドなどのスポーツ用品などの素材として幅広く使用されるようになってきている。そのため、製造工程で多量の打ち抜き残材、機械加工屑（ダライ粉）、塑性加工残材などの加工残材が発生し、また上記製品を廃棄することによっても多量の廃棄物が発生するようになってきた。
【０００３】従来、上記加工残材、製品の廃棄物などのＴｉまたはＴｉスクラップは、大きなものは機械的手段によって破砕又は切断し、または水素化処理して脆弱化した後破砕し、その後脱水素して溶解原料とし、プラズマ溶解炉、アーク炉などで真空中または非酸化性雰囲気中で溶解して再使用していたが、ＴｉまたはＴｉスクラップを直接粉末にし、この粉末を焼結合金などに使用することは行われていなかった。
【０００４】一方、ＴｉまたはＴｉ合金を粉末にする方法として、四塩化チタンをナトリウムで還元してＴｉ粉末にするハンター法、水素化した後粉砕し、その後真空下で脱水素して粉末にする水素化脱水素法、溶解し、滴下流にＡｒガスを吹きつけるガスアトマイズ法、原料を高速回転させておき、プラズマトーチにより先端から溶解し、溶融金属を飛散凝固させて粉末にするプラズマ回転電極法が用いられているが、ＴｉまたはＴｉ合金材から振動ミルなどを用いる機械的粉砕法により粉砕することは行われていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップから溶解又は化合物にすることなくＴｉまたはＴｉ合金粉末を製造する方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップからＴｉまたはＴｉ合金粉末を製造する方法について調査、研究していたところ、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップは、強度および靱性が高いため機械的粉砕方法で粉砕して粉末にすることが困難であるとされていたが、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップの厚さが薄くなれば、例えば約５ｍｍ以下、好ましくは厚さ約０．５ｍｍ以下、幅２０ｍｍ以下、長さ５０ｍｍ以下ならば振動ミルなどの機械的粉砕方法により粉砕して粉末にすることができること、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを粉砕するに際し、ロット形状の破砕媒体を用いて一次粉砕をした後、ボール状の破砕媒体を用いて二次粉砕をすることによって効率よく平均粒子径で１５μｍ程度まで粉砕できることなどの知見を得た。本発明は、これらの知見に基づいて発明されたものである。
【０００７】すなわち、本発明のＴｉまたはＴｉ合金スクラップからＴｉまたはＴｉ合金粉末を製造する方法においては、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを振動ミルなどを用いる機械的粉砕方法によって粉砕することである。さらに、本発明のＴｉまたはＴｉ合金スクラップからＴｉまたはＴｉ合金粉末を製造する方法においては、上記振動ミルによる粉砕方法を振動ミルにより、すなわち振動ミルの粉砕筒（ミルポット、粉砕筒ドラム、ドラムなどと言う場合がある。）に粉砕原料、粉砕助剤、粉砕媒体を入れるなどし、さらにヘキサンなどを入れて溶液中で粉砕する湿式法の粉砕方法または振動ミルにより、すなわち振動ミルの粉砕筒に粉砕原料、粉砕助剤、破砕媒体を入れるなどし、真空中または非酸化性雰囲気中で破砕する乾式法の破砕方法とすることである。
【０００８】また、本発明のＴｉまたはＴｉ合金スクラップからＴｉまたはＴｉ合金粉末を製造する方法においては、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを振動ミルにロット状の破砕媒体を用いる粉砕方法で一次粉砕をした後、振動ミルにボール状の破砕媒体を用いる粉砕方法で二次粉砕をすることである。また、本発明のＴｉまたはＴｉ合金スクラップからＴｉまたはＴｉ合金粉末を製造する方法においては、上記振動ミルにロット状の破砕媒体を用いる粉砕方法または上記振動ミルにボール状の破砕媒体を用いる粉砕方法が、振動ミルにより、すなわち振動ミルの粉砕筒に粉砕原料、粉砕助剤、破砕媒体を入れるなどし、さらにヘキサンなどを入れて溶液中で粉砕する湿式法の粉砕方法または振動ミルにより、すなわち振動ミルの粉砕筒に粉砕原料、粉砕助剤、破砕媒体を入れるなどし、真空中若しくは非酸化性雰囲気中で粉砕する乾式法の粉砕方法とすることである。なお、これらの粉砕後、分級、必要に応じて洗浄および乾燥を行うのが一般的である。
【０００９】
【作用】本発明のＴｉまたはＴｉ合金スクラップからＴｉまたはＴｉ合金粉末を製造する方法は、ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを機械的粉砕方法により粉末にするので、溶解又は化合物にすることなく粉末を製造することができ、また粉砕作業を長時間無人運転ができるため、粉末の製造コストを低くすることがでる。また、振動ミルによりロット状の破砕媒体を用いて一次粉砕をした後、ボール状の破砕媒体を用いて二次粉砕をすることにより、厚さが約５ｍｍ程度の大きさのものでも平均粒子径で１５μｍ程度のものにするまで粉砕することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明のＴｉまたはＴｉ合金スクラップは、Ｔｉ含有量が５０％以上のスクラップで、宇宙航空機、海水の淡水化装置、化学装置、電子機器、ＯＡ機器、カメラ、生体材料、自動車部品（バルブ、結合品）、ゴルフクラブヘッド、釣り具などのスポーツ用品などの加工残材および上記製品の廃棄物である。これらのＴｉまたはＴｉ合金スクラップは、厚さが約５ｍｍ以下であり、振動ミルの粉砕筒の中に余裕をもって入るものであればそのままでよいが、厚さが約５ｍｍより厚く、振動ミルの粉砕筒の中に余裕をもって入れることができないものは、粉砕が困難になるので、機械的方法で厚さが約５ｍｍ以下、好ましくは厚さが約０．５ｍｍ以下、幅が２０ｍｍ以下、長さが５０ｍｍ以下になるように加工、破砕または切断しておくことが必要である。
【００１１】ＴｉまたはＴｉ合金スクラップを原料とするＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法における機械的粉砕方法は、振動ミルなどを用いる粉砕方法である。本発明において振動ミルを用いるのは、運動エネルギーが高く、重力加速度Ｇ（衝撃力）がＴｉまたはＴｉ合金スクラップを粉砕するに必要な４以上になるからであり、原理的には衝撃と摩擦が同時に作用するメカニズムから、粉砕原料に対して展伸と剪断が効果的に働き、また破砕媒体を自由に選択することができるからである。この振動ミルに用いる破砕媒体は、材質が鉄、特殊鋼、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックであり、また形状はロット状またはボール状のものである。
【００１２】本発明の振動ミルによる粉砕方法には、振動ミルにより溶液中で粉砕する湿式法の粉砕方法と振動ミルにより真空中若しくは非酸化性雰囲気中で粉砕する乾式法の粉砕方法がある。いずれの方法も利用できるが、Ｔｉの酸化または発火を防止するし易さおよび確実性から湿式法の粉砕方法が好ましい。また、本発明の振動ミルによる粉砕方法を使用する破砕媒体の形態で分けると、ロット状のものを用いる方法とボール状のものを用いる方法がある。
【００１３】本発明の振動ミルを用いる湿式法は、振動ミルの粉砕筒の中に通常粉砕原料、ロット状またはボール状の破砕媒体、粉砕助剤および振動ミルの粉砕筒に空隙がなくなるまでの溶媒を入れて粉砕する方法である。通常粉砕後、分級、洗浄および乾燥を行っている。この方法に用いる粉砕助剤は、ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシュウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛、クロリドプチルアミン、α−テルビネオール、ドデシルアンモニウムトリエタノールアミン、エチレングリコーゲン、炭酸ナトリウムなどをシクロヘキサンなどであり、溶媒中で使用される。
【００１４】この粉砕助剤の使用量は、通常被粉砕原料の５〜２０重量％である。Ｔｉは反応性が強い材料であるため、凝集状態から凝固状態に短時間で進行し、微粉化が停止することになるので、５重量％以上添加する必要があるが、多過ぎても添加効果が飽和し、また除去が難しくなるので、２０重量％以下が好ましい。また、この方法に用いる溶媒は、シクロヘキサン、ナフテゾールなどである。
【００１５】上記振動ミルを用いる真空中または非酸化性雰囲気中で粉砕する乾式法は、振動ミルの粉砕筒に通常粉砕原料、ロット状またはボール状の破砕媒体および粉砕助剤を入れ、粉砕筒の中を真空または非酸化性雰囲気にして粉砕する方法である。通常粉砕後、分級、必要に応じて洗浄および乾燥を行っている。
【００１６】この方法に用いる粉砕助剤は、粉砕において粉末の凝集を防ぐためのもので、ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシュウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛、アクリルアミド、ε−カプロラクタム、コロイダルシリカなどであるが、後工程に影響が少ないステアリン酸系のものが好ましい。この粉砕助剤の使用量は、粉砕原料の５〜２０重量％である。５〜２０重量％にする理由は、湿式法の場合と同じである。
【００１７】本発明においてＴｉまたはＴｉ合金スクラップを振動ミルにロット状の破砕媒体を用いる粉砕方法で一次粉砕をした後、振動ミルにボール状の破砕媒体を用いる粉砕方法で二次粉砕をする場合、一次粉砕および二次粉砕を乾式法で行うこともできるし、一次粉砕および二次粉砕を湿式法で行うこともできるし、また一次粉砕または二次粉砕を乾式法で行い、二次粉砕または一次粉砕を湿式法で行こともできる。
【００１８】以下、本発明を実施例により説明する。
【実施例】実施例１一次粉砕として、純Ｔｉ（Ｔｉ９９重量％）の寸法が厚さ０．２〜０．４×幅４．８〜１１×長さ３５〜４５（ｍｍ）からなる粉砕原料（機械加工残材）の４００ｇを振動ミルの粉砕筒の中に入れた。次いで粉砕媒体としてφ２５×長さ２００（ｍｍ）のロッドを充填率が６０％になるように入れ、粉砕助剤としてステアリン酸を粉砕原料の５重量％添加し、その後溶媒としてシクロヘキサンを粉砕筒の空隙がなくなるまで注入した。その後、振動数：１２００ｃｐｍ、振幅：６．５ｍｍ、粉砕時間：１５Ｈｒの条件で粉砕した。
【００１９】二次粉砕として、粉砕筒にφ１２ｍｍの球状の破砕媒体を充填率８０％になるように装入し、この粉砕筒に一次粉砕で得られた３５メッシュ以下の粉砕粉末（３５メッシュ以下の粉砕粉末は、粉砕原料の８０重量％であった。）と一次粉砕で用いた粉砕助剤のステアリン酸および溶媒のシクロヘキサンを空隙がなくなるまで粉砕筒に注入した。
【００２０】その後、振動数：１２００ｃｐｍ、振幅：６．５ｍｍ、粉砕時間：３０Ｈｒの条件で粉砕した。得られた粉末について洗浄し、乾燥して粒度を測定した結果、平均粒子径で４０μｍの粉末が得られた。粒度分布などは下記表１に記載したとおりであった。また、粉砕して得られた粉末を３５０メッシュ（４４μｍ）の篩で分級することによって平均粒子径で１４μｍの微粉末が得られた。
【００２１】実施例２一次粉砕として、純Ｔｉ（Ｔｉ９９重量％）の寸法が厚さ０．２〜０．４×幅４．８〜１１×長さ３５〜４５（ｍｍ）と、Ｔｉ合金（６Ａｌ−４Ｖ─Ｔｉ）の寸法が厚さ０．２〜０．４×幅３．１〜６．１×長さ２６〜３５（ｍｍ）とからなる粉砕原料（機械加工残材）の４００ｇを振動ミルの粉砕筒の中に入れた。次いで粉砕媒体としてφ２５×長さ２００（ｍｍ）のロッドを充填率が６０％になるように入れ、粉砕助剤としてステアリン酸を粉砕原料の５重量％添加し、その後ロータリーポンプで粉砕筒内の空気を排気した後Ａｒガスを導入して粉砕筒内の雰囲気を非酸化性雰囲気とした。その後、振動数：１２００ｃｐｍ、振幅：８ｍｍ、粉砕時間：１０Ｈｒの条件で粉砕し、粉砕後粉体を非酸化性雰囲気の容器に排出した。
【００２２】二次粉砕として、粉砕筒にφ１２ｍｍの球状の破砕媒体を充填率８０％になるように装入し、この粉砕筒に一次粉砕で得られた６０メッシュ以下の粉砕粉末（６０メッシュ以下の粉砕粉末は、粉砕原料の９５重量％であった。）と一次粉砕で用いた粉砕助剤のステアリン酸を挿入し、その後ロータリーポンプで粉砕筒内の空気を排気した後Ａｒガスを導入して粉砕筒内の雰囲気を非酸化性雰囲気とした。
【００２３】その後、振動数：１２００ｃｐｍ、振幅：７．５ｍｍ、粉砕時間：２０Ｈｒの条件で粉砕した。得られた粉末について洗浄し、乾燥して粒度を測定した結果、平均粒子径で、純Ｔｉは４８μｍ、Ｔｉ合金は４０μｍの粉末が得られた。粒度分布などは下記表１に記載したとおりであった。また、粉砕して得られた粉末を３５０メッシュ（４４μｍ）の篩で分級することによって平均粒子径で、純Ｔｉは１７μｍ、Ｔｉ合金は１２μｍの微粉末が得られた。
【００２４】
【表１】
【００２５】表１などの結果によると、本発明の実施例１の湿式法では、粉砕原料の約７１重量％のもの（純Ｔｉ）を平均粒子径１４μｍになるように粉砕することができた。この平均粒子径１４μｍの粉末は、焼結合金の原料として使用できるものであった。また、本発明の実施例２の乾式法では、粉砕原料の約８６重量％のものを純Ｔｉで平均粒子径１７μｍ、Ｔｉ合金で平均粒子径１２μｍになるように粉砕することができた。この平均粒子径１７μｍおよび１２μｍの粉末は、焼結合金の原料として使用できるものであった。
【００２６】
【発明の効果】本発明のＴｉまたはＴｉ合金スクラップを原料とするＴｉまたはＴｉ合金粉末の製造方法は、溶解又は化合物にすることなく焼結合金に使用することができるＴｉまたはＴｉ合金粉末を製造することができるという優れた効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３７１３
【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１０月５日（２０００．１０．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０４１２３
【弁理士】
【氏名又は名称】荒崎 勝美
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１１５００５（Ｐ２００２−１１５００５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年４月１９日（２００２．４．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３０５９７８（Ｐ２０００−３０５９７８） |
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