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公開番号2025010572
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-22
出願番号2024177327,2020567969
出願日2024-10-09,2019-06-06
発明の名称1つまたは2つのワイヤから高い生産速度で高純度球状金属粉末を製造するための方法および装置
出願人パイロジェネシス・カナダ・インコーポレーテッド
代理人個人,個人,個人
主分類B22F 9/30 20060101AFI20250115BHJP(鋳造;粉末冶金)
要約【課題】1つまたは2つのワイヤから有意な速度で金属粉末を製造するための新規な装置および方法を提供することが望ましい。
【解決手段】本出願は、少なくとも1つのワイヤ/ロッド原料から金属粉末を製造するためのプラズマ噴霧プロセス及び装置に関する。本プロセスでは、電気アークが少なくとも1つのワイヤ/ロッド原料に印加されてそれらを溶融する。プラズマトーチが採用されて、電気アークが少なくとも1つのワイヤ/ロッド原料に伝達される頂点で超音速プラズマ流を生成して、溶融されたワイヤ/ロッド原料を粒子へと噴霧する。下流の冷却チャンバは、粒子を金属運松に固化する。アンチサテライトディフューザが採用されて、サテライト形成を回避するために粉末の再循環を防止する。2つのワイヤが供給される装置では、1つワイヤがアノードとして機能し、他方がカソードとして機能する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
プラズマ噴霧プロセスであって、
・熱プラズマトーチと、
・連続的に供給される１つまたは２つの噴霧対象のワイヤと、
・１つまたは複数の噴霧対象のワイヤに伝達される電気アークと、
・粒子を球状粉末に固化するように適合された冷却プロセスと、
を含むプラズマ噴霧プロセス。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記プラズマトーチが超音速ノズルを備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
電気アークが、前記プラズマトーチの超音速流内の頂点で前記ワイヤに伝達される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
噴霧された金属液滴が、微細粉末の再循環、したがってサテライト形成を防止するように適合されたアンチサテライトディフューザを通過する、請求項１～３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
２つ以上の電源が、前記２つのワイヤ間、または前記単一ワイヤと前記トーチの１つの電極との間の前記アークを制御するために並列に使用される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
ワイヤアーク用の少なくとも１つの電源が電圧制御される、請求項１～５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
ワイヤアーク用の少なくとも１つの電源が電流制御される、請求項１～６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
並列電源が、電圧制御モードと電流制御モードとの組み合わせで同時に使用される、請求項１～７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置であって、プラズマトーチと、前記プラズマトーチに供給されるように適合されたワイヤとを備え、前記プラズマトーチは、溶融ワイヤを粒子に噴霧するように適合され、アークは、カソードとして作用する前記ワイヤと電極との間に形成されるように適合される、装置。
【請求項１０】
前記ワイヤは、前記プラズマトーチの中心に供給される、請求項９に記載の装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年６月６日付けで出願され、現在係属中である、米国仮出願番号第６２／６８１，６２３に対する優先権を主張し、参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,300 文字）【０００２】
本主題は、先進材料に関するものであり、より詳細には、航空宇宙産業および医療産業のための付加製造などの様々な用途のための金属粉末の製造に関する。
【背景技術】
【０００３】
プラズマ噴霧は、典型的には、原料としてのワイヤ、噴霧剤としてプラズマ源（プラズマトーチとも呼ばれる）を使用して、粒子を同時に溶融および分解する。ワイヤを使用することは、狭いプラズマジェットがワイヤに適切に向けられるように要求される安定性を提供する。なぜなら、プラズマジェットは、単一のステップでワイヤを溶融し、それを噴霧する必要があるからである。最もよく知られているように、この技術は現在、最も微細で、最も球状で、最も高密度の粉末を市場で製造している。言い換えれば、０～１０６ミクロン範囲で製造される粉末の収率は非常に高く、真球度はほぼ完全であり、ガスの閉じ込めは最小限に抑えられる。
【０００４】
しかしながら、この技術は、プラズマ噴霧が非常にエネルギー的に非効率的なプロセスであるという事実のために、水及びガス噴霧と比較して比較的低い生産速度を有するという主な欠点を有する。プラズマ噴霧のための報告された生産速度は、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖについて０．６～１３ｋｇ／ｈである。しかしながら、上限付近で動作することが、より粗い粒子サイズ分布をもたらすであろうと仮定すること現実的である。例えば、“ＭｅｔｈｏｄｏｆＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＭｅｔａｌａｎｄＣｅｒａｍｉｃＰｏｗｄｅｒｓｂｙＰｌａｓｍａＡｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ”という題名で、１９９８年１月１３日にＴｓａｎｔｒｉｚｏｓらの名前で発行された米国特許第５，７０７，４１９は、チタンについて１４．７ｇ／分または０．８８２ｋｇ／ｈの供給速度を報告しており、一方、“ＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＰｒｏｄｕｃｉｎｇＰｏｗｄｅｒＰａｒｔｉｃｌｅｓｂｙＡｔｏｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａＦｅｅｄＭａｔｅｒｉａｌｉｎｔｈｅＦｏｒｍｏｆａｎＥｌｏｎｇａｔｅｄＭｅｍｂｅｒ”という題名で、発明者としてＢｏｕｌｏｓらの名前で２０１７年１１月１６日に発行された米国特許出願公開第２０１７／４９－Ａ１は、ステンレス鋼について１．７ｋｇ／ｈの供給速度を報告している。
【０００５】
現在の３つのプラズマ噴霧技術はすべて、単一の中央供給トーチ［参考文献４参照］、または中央の１つのワイヤを目標とする３つのトーチ［参考文献１、２および３参照］のいずれかを使用する。３つのトーチ技術の場合、プラズマプルームからワイヤに伝達される熱は非常に低く、０．４％程度である。低い熱伝達効率は、特定の金属供給速度を維持するために大量のプラズマガスが必要であることを意味し、これは、ガス対金属比に下限を課し、噴霧における標準的なプロセス効率測定基準である。また、３つのトーチを使用することは、多くの電極が時間とともに摩滅することを意味し、これは汚染源となり得、動作コストを増加させ得る。中央供給トーチの場合、誘導結合プラズマトーチが使用され、そのための電源を市場で得ることは困難である。
【０００６】
ワイヤアークスプレーは、表面上にコーティングを塗布するために溶射の分野で使用される成熟した信頼できる技術である。これは、本質的に、１つまたは２つのワイヤに高電流を流し、２つのワイヤ間または単一ワイヤと電極との間に電気アークを有することからなる。品質ワイヤアークシステムは、非常に高いスループット（約２０～５０ｋｇ／ｈ）でほぼ１００％のデューティサイクルで動作することができる。さらに、この技術は、アークがワイヤに直接接触するので、エネルギー効率が高い。しかしながら、この技術の目的は、コーティングを製造することであり、粉末を製造することではない。この技術は、スプレーを噴霧するために低温ガスを使用するので、非常に不規則で角張った形状を生成し、これはほとんどの用途に望ましくない。
【０００７】
したがって、プラズマ噴霧によって提供される品質、すなわち微細な球状で十分に高密度の粉末を維持しながら、有意な生産速度で１つまたは２つのワイヤから金属粉末を製造するための装置および方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、１つまたは２つのワイヤから有意な速度で金属粉末を製造するための新規な装置および方法を提供することが望ましい。
【０００９】
本明細書に記載の実施形態は、一態様において、
熱プラズマトーチと、
連続的に供給される１つまたは２つの噴霧対象のワイヤと、
１つまたは複数の噴霧対象のワイヤに伝達される電気アークと、
粒子を球状粉末に固化するように適合された冷却プロセスと、を含むプラズマ噴霧プロセスを提供する。
【００１０】
また、本明細書に記載の実施形態は、別の態様において、ワイヤ原料から金属粉末を製造するための装置であって、プラズマトーチと、前記プラズマトーチに供給されるように適合されたワイヤとを備え、前記プラズマトーチは、溶融ワイヤを粒子に噴霧するように適合され、アークは、カソードとして作用する前記ワイヤと電極との間に形成されるように適合される、装置を提供する。
（【００１１】以降は省略されています）

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