アドマイズ処法（Atomization Process）は、溶融した金属に高圧のガスや液体を噴射することで、微細な金属粉末を製造する技術です。この技術は「atomize（粉末化する）」という英語に由来し、溶けた金属を粉末化することを意味します。
参考）https://www.sugino.com/products/water-atomization-equipment/
現代の金属加工において、アドマイズ処法は高品質な金属粉末を効率的に製造する中核技術として位置づけられています。特に3Dプリンター用材料、粉末冶金、表面改質など、多岐にわたる分野で重要な役割を果たしています。
参考）https://www.tokushuko.or.jp/publication/magazine/pdf/2016/magazine1607.pdf
アドマイズ処法の基本原理は、高温で溶解した金属を細かく分散させ、急速に冷却・凝固させることで微細な粉末粒子を得る点にあります。この過程では、冷却媒体として水、不活性ガス、または機械的な力を利用し、それぞれ異なる特性を持つ金属粉末を製造することが可能です。
水アトマイズ法は、アドマイズ処法の中で最も代表的な技術の一つです。この方法では、約50～150MPaという極めて高い水圧を利用して溶融金属を微細化します。
具体的なプロセスとしては、タンディッシュの底部ノズルから流出する溶融金属に、高圧水ジェットを衝突させることで粉末化を行います。このとき、ウォータージェットで造った逆円錐状の内壁に溶融金属をぶつけることで、ミクロンレベルの細かな金属粉が製造されます。
参考）日曜MIM知るhref="https://mimsen83.blogspot.com/2017/12/blog-post_25.html" target="_blank">https://mimsen83.blogspot.com/2017/12/blog-post_25.htmlamp;#65288;金属粉末射出成形href="https://mimsen83.blogspot.com/2017/12/blog-post_25.html" target="_blank">https://mimsen83.blogspot.com/2017/12/blog-post_25.htmlamp;#65289…
製造工程では小さな水蒸気爆発が連続して発生するため、相当な騒音を伴う装置となります。水と混合された金属粉末は、その後の脱水、還元、粉砕、分級などの工程を経て、最終的なMIM用金属粉末として完成します。
水アトマイズ法の最大の特徴は、その高い生産性にあります。凝固速度が最も速く、大量生産に適していることから、工業的に優れた合金粉末の製造方法として広く採用されています。一方で、水との反応によって酸素含有量が多くなるという課題も存在し、この点は焼結性や残留炭素に影響を与える重要な要素となります。
参考）金属3Dプリンターで用いられる金属粉末の種類について解説！
ガスアトマイズ法は、水の代わりに不活性ガス（主にアルゴンガス）を使用するアドマイズ処法の一種です。この方法では、3～10MPaの高圧ガスを吹き付けることで溶融金属を球状の数十μm程度の粉末に加工します。
参考）ガスアトマイズ装置 href="https://www.nissin-giken.co.jp/2020/06/30/nev-gp/" target="_blank">https://www.nissin-giken.co.jp/2020/06/30/nev-gp/amp;#8211; 日新技研株式会社
製造工程では、溶解室および噴射室を真空排気することで材料の酸化を防ぎ、高品質な金属粉末の製造を実現しています。溶解は高周波誘導加熱により行われ、真空排気後の不活性ガス雰囲気中または大気中において1600℃までの高温処理が可能です。
ガスアトマイズ法の最大の優位性は、酸素含有量の低減にあります。水アトマイズ法と比較して酸素が少なく、より美しい球形の粉末を製造することができます。この特性により、酸素が焼結性や焼結後の残留炭素に与える影響を最小限に抑えることが可能となります。
ただし、製造コストは水アトマイズ法よりも高くなる傾向があります。高純度な不活性ガスの使用や、より複雑な製造設備が必要となるためです。それでも、高品質な金属粉末が要求される航空宇宙分野や精密機械分野では、このコスト増は許容される範囲として扱われています。
ディスクアトマイズ法は、従来の水やガスを使用するアドマイズ処法とは根本的に異なるアプローチを採用した革新的技術です。この方法では、回転するディスク（円盤）の遠心力を利用して溶融金属を粉末化します。
参考）高品質な粉末を製造可能にするディスクアトマイズ法 href="https://www.hikarisozai.co.jp/disc-atomization-method/" target="_blank">https://www.hikarisozai.co.jp/disc-atomization-method/amp;#821…
製造プロセスにおいては、溶湯を回転するディスクに滴下し、ディスクの遠心力で噴霧された溶湯が製造装置内壁に到達する前に固化して粉末となります。この方法により製造された粉末は、非常に美しい球状を呈し、優れた流動性を示します。
最も注目すべき特徴は、酸素の巻き込みがほとんどないことです。ガスや水を吹き付ける他のアドマイズ法と比較して、大幅に低酸素量の粉末製造が実現されています。これにより、後工程での還元処理の負荷を軽減し、最終製品の品質向上に大きく貢献します。
現在の技術的制約として、円盤の耐熱性などの課題から、主に融点約1100℃までの低融点材料の製粉に限定されています。特にアルミニウム合金や銅などの低融点材料では、真球度と流動性の観点から金属3Dプリンター用粉末として高い評価を受けています。
プラズマアトマイズ法は、最新のアドマイズ処法として注目を集めている先進技術です。この方法では、金属ワイヤーに高エネルギーのプラズマトーチを使用して溶融させ、高速ガス流によって微細な液滴に分散させます。
参考）プラズマアトマイズを理解する｜3Dプリンティング金属粉末丨T…
技術的な特徴として、球形度が極めて高く、微細なサテライト粉末の付着も少ないため、優れた流動性を実現しています。プラズマガスとしてアルゴンが使用されますが、ガスアトマイズ法よりも低圧力で運転されるため、ガスの巻き込みによる粉末内部の空孔発生も大幅に低減されています。
製造工程上の制約として、原料となる金属を直径20mm以下のワイヤー状に成形する必要があります。このため、事前の成形工程が必要となり、成形が困難な特殊合金については製粉できない場合があります。
現在、主に海外の粉末メーカーがこの製法による金属粉末を金属3Dプリンター用として提供しています。AP&C社などが代表的な企業として挙げられ、高精度が要求される航空宇宙分野や医療機器分野での応用が拡大しています。
アドマイズ処法によって製造される金属粉末は、現代の製造業において極めて重要な役割を果たしています。特に自動車関連産業向けの粉末冶金用途が主要な市場を形成し、日本国内の粉末出荷量の大部分を占めています。
3Dプリンティング分野では、アドマイズ粉末の品質が最終製品の性能を直接左右します。レーザー焼結やelectron beam meltingなどの積層造形技術において、粉末の流動性、球形度、粒度分布が重要なパラメータとなります。特に航空宇宙部品や医療用インプラントなど、高い信頼性が要求される分野では、厳格な品質管理が実施されています。
表面改質技術においても、アドマイズ粉末は肉盛溶接や溶射といった用途で広く活用されています。これらの技術では、基材の表面に高機能な合金層を形成することで、耐摩耗性や耐腐食性の向上を図ります。アドマイズ粉末の均一な粒度分布と球形状が、安定した溶射パターンと高品質な皮膜形成に貢献します。
品質管理システムでは、粒度分布測定、成分分析、形状観察、流動性評価などの多角的な検査が実施されます。これらの検査により、顧客の要求仕様を満たす高品質な製品が確実に供給されています。特に雰囲気対応により、希土類のような反応性の高い金属においても安定した品質での製造が可能となっています。