実用情報 | 金属粉末の製造プロセスの包括的なレビュー

中国機械協会粉末冶金支部の統計によると、2016年の粉末冶金部品の出荷量は48万トン、売上高は64億元に達し、そのうち自動車産業の売上高は40億元に達し、総売上高の62％を占めた。 2017年には粉末冶金市場規模は69億ドルに達し、安定した成長を遂げると予想されています。

2016年の中国における粉末冶金部品の販売

出典：中国機械工業協会粉末冶金部門

自動車のエンジンとギアボックスは、粉末冶金部品が最も広く使用され、最大の市場スペースを持つ 2 つの分野です。国内の自動車用粉末冶金市場の潜在価値は200億元である。また、2018年は金属3Dプリント用粉末の爆発的な成長の元年であり、金属粉末市場はさらに拡大すると予想されています。

金属粉末の調製 巨大な市場の潜在力も技術の進歩を促進しています。粉末冶金製品の応用が拡大するにつれて、金属粉末粒子のサイズ、形状、性能に対する要求はますます高くなっています。金属粉末の性能、サイズ、形状は、粉末の製造方法と調製プロセスに大きく依存します。そのため、粉末調製技術も絶えず発展し、革新を続けています。

異なる方法で製造された金属粉末の形状現在、金属粉末の製造方法には多くの方法が開発されており、製造原理に応じて主に物理的および化学的方法と機械的方法に分けられます。最も重要な機械的方法は、霧化と機械的粉砕です。最も重要な物理的および化学的方法は、還元法、電気分解法、および水酸化法です。

金属粉末製造方法の特徴と適用範囲

1 機械的方法 機械的方法は、機械的な外力を利用して金属を所望の粒子サイズの粉末に砕く加工方法であり、この方法の製造プロセス中、材料の化学組成は基本的に変化しません。現在一般的に使用されている方法は、噴霧法と機械的粉砕法です。プロセスが簡単で生産量が多いのが利点であり、従来の方法では入手が困難な高融点金属や合金の超微粉末を製造できます。

機械粉砕 機械的粉砕は、独立した粉末製造方法であるだけでなく、他の粉末製造方法に不可欠な補助プロセスとして機能することもよくあります。固体金属は主に破砕、粉砕、研削によって粉末に分解されます。粉砕装置は 2 つのカテゴリに分けられます。

主に粉砕に使用される粗粉砕設備：破砕機、ローラーミル、ジョークラッシャー、その他の粗粉砕設備。
主に破砕と粉砕の役割を果たす微粉砕装置：ハンマークラッシャー、ロッドミル、ボールミル、振動ボールミル、撹拌ボールミルなど。

高エネルギーボールミルによる金属粉末の製造

機械的破砕は、主に、スズ、マンガン、クロム、高炭素鉄、鉄合金などの脆くて加工硬化しやすい金属や合金の破砕に適しています。この方法は効率が低く、エネルギー消費量が多いため、他の粉末製造方法の補足として、または異なる特性の粉末を混合するために使用されます。

ネブライザー法 液体金属や合金を直接粉砕して粉末を得る方法をアトマイズ法といい、還元法に次いで生産規模が大きく、金属粉末を製造する最も普及している方法です。アトマイズ粉末は、球形度が高く、粉末粒子サイズを制御でき、酸素含有量が低く、生産コストが低く、さまざまな金属粉末の生産に適応できるなどの利点があり、高性能および特殊合金粉末製造技術の主な開発方向となっています。しかし、生産効率が低い、超微粉の収率が低い、エネルギー消費が比較的大きいなどの欠点により、アトマイズ法の適用が制限されています。

噴霧法による金属粉末の製造

2物理的および化学的方法 物理化学的方法とは、粉末製造工程において原料の化学組成や凝集状態を変化させることで超微粉末を製造する方法を指します。異なる化学原理に応じて、還元法、電気分解法、カルボニル法、化学置換法に分けられます。

削減方法 金属酸化物と金属塩を還元して金属粉末を製造する方法は、最も広く使用されている粉末製造方法の 1 つです。還元法は、特に鉱石や製鉄所スケールなどの冶金産業廃棄物を原料として直接使用する場合に最も経済的です。還元法の利点は、操作が簡単で、プロセスパラメータの制御が容易で、生産効率が高く、コストが低く、工業生産に適していることです。欠点は、水素と反応しやすく、水素を吸収すると脆くなり壊れやすくなる金属材料にしか適していないことです。

電気分解 電気分解法は、溶融塩または塩水溶液を電気分解して陰極に金属粉末を析出させる方法です。粉末生産において重要な位置を占めており、その生産規模は物理化学法の中で還元法に次ぐものです。また、粉末の粒子サイズを制御することもできます。生産される粉末は純度が高く、純粋な粉末は99.7％以上に達することができます。しかし、電気分解法は、還元粉やアトマイズ粉に比べて消費電力が多く、コストも高くなります。したがって、電解粉末は粉末総出力の比較的小さな割合を占めます。

超音波電解による鉄粉の製造
カルボニル法 金属カルボニルは低温で容易に金属と CO ガスに分解されるため、金属カルボニルを合成する逆反応を利用して金属カルボニル粉末を調製することができます。カルボニル法は、ミクロンレベルの粉末だけでなく、ナノレベルの粉末も製造でき、単一の純金属や合金の粉末だけでなく、コーティングされた粉末も製造できます。カルボニル粉末自体の表面の発達は他の製法で製造された粉末とは比べものにならないほどで、化学動力源板や触媒に最適な材料です。

化学置換法 化学置換とは、金属塩溶液中の活性の低い金属をより活性の高い金属に置換し、置換により得られた金属（金属粉末）をさらに他の方法を用いて処理し、金属粉末に精製するプロセスです。この方法は主にCu、Ag、Auなどの不活性金属粉末の製造に使用されます。

概要 技術の進歩により、金属粉末は冶金、化学工業、電子機器、磁性材料、ファインセラミックス、センサーなどの分野で優れた応用の見通しを示しています。しかし、従来の製造技術の限界により、金属粉末の応用は制限されています。多くの新しい生産プロセスや方法が適用されていますが、小規模と高コストの問題はまだ十分に解決されていません。金属粉末材料の開発を促進するためには、イノベーションの努力を強化し、互いの長所を学び、弱点を克服し、生産量を増やしコストを削減する生産プロセスを開発する必要があります。

出典: パウダーネットワーク

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