CN116583369A - 层叠造形用铜合金粉末及其评价方法、铜合金层叠造形体的制造方法及铜合金层叠造形体 - Google Patents

层叠造形用铜合金粉末及其评价方法、铜合金层叠造形体的制造方法及铜合金层叠造形体 Download PDF

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Abstract

根据本发明，能够获得具有高强度及高电导率的铜合金层叠造形体。本发明提供一种层叠造形用铜合金粉末，含有大于等于0.40重量％且小于等于1.5重量％的铬以及大于等于0.10重量％且小于等于1.0重量％的银，剩余部分由铜及不可避免的杂质构成。本发明还提供层叠造形用铜合金粉末的评价方法，其包括：使用作为评价对象的层叠造形用铜合金粉末对铜合金层叠造形体进行层叠造形；测定铜合金层叠造形体的电导率X(％IACS)及维氏硬度Y(Hv)；以及在将电导率X(％IACS)及维氏硬度Y(Hv)描绘到由X轴和Y轴构成的二维图表的情况下，通过点(X，Y)是否位于比以(Y＝‑6X+680)表示的边界线靠高强度侧及高电导率侧的位置来评价层叠造形用铜合金粉末的工序。

Description

层叠造形用铜合金粉末及其评价方法、铜合金层叠造形体的 制造方法及铜合金层叠造形体
技术领域
本发明涉及层叠造形用铜合金粉末、层叠造形用铜合金粉末的评价方法、铜合金层叠造形体的制造方法及铜合金层叠造形体。
背景技术
在上述技术领域中，在专利文献1中公开有利用雾化法制造并含有比1.00质量％多且为2.80质量％以下的铬、及剩余部分的铜的层叠造形用的铜合金粉末。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6389557号公报
发明内容
然而，一般而言，铜合金的强度(硬度)与电导率存在权衡(tradeoff)的关系，在上述文献所记载的技术中，无法获得具有高强度及高电导率的铜合金层叠造形体。
本发明的目的在于提供一种解决上述问题的技术。
本发明的例示性的一个方面提供一种层叠造形用铜合金粉末，其含有大于等于0.40重量％且小于等于1.5重量％的铬以及大于等于0.10重量％且小于等于1.0重量％的银，剩余部分由铜及不可避免的杂质构成。
本发明的另一个方面提供一种铜合金层叠造形体，其是使用上述层叠造形用铜合金粉末并利用层叠造形装置进行层叠造形而成的，含有大于等于0.40重量％且小于等于1.5重量％的铬以及大于等于0.10重量％且小于等于1.0重量％的银，剩余部分由铜及不可避免的杂质构成。
本发明的再一个方面提供一种铜合金层叠造形体的制造方法，其包括：
使用上述层叠造形用铜合金粉末并利用层叠造形装置对铜合金层叠造形体进行层叠造形；以及
以450～700℃保持所述铜合金层叠造形体。
本发明的再一个方面提供一种层叠造形用铜合金粉末的评价方法，其包括：
使用作为评价对象的层叠造形用铜合金粉末对铜合金层叠造形体进行层叠造形；
测定所述铜合金层叠造形体的电导率X(％IACS)及维氏硬度Y(Hv)；以及
在将电导率X(％IACS)及维氏硬度Y(Hv)描绘到由X轴和Y轴构成的二维图表的情况下，通过点(X，Y)是否位于比以(Y＝-6X+680)表示的边界线靠高强度侧及高电导率侧的位置来评价所述层叠造形用铜合金粉末。
发明效果
根据本发明，能够获得具有高强度及高电导率的铜合金层叠造形体。
附图说明
图1是表示专利文献1中的层叠造形体的维氏硬度与电导率之间的关系及边界线的图表。
图2是表示本实施方式中的层叠造形用铜合金粉末的评价方法的顺序的流程图。
图3是在本实施方式中使用的层叠造形用铜合金粉末中的铜和银的2元系合金相图以及铬和银的2元系合金相图。
图4是表示在本实施例和比较例中所获得的铜合金层叠造形体的维氏硬度与电导率之间的关系及边界线的图表。
具体实施方式
以下，参照附图例示性地详细说明本发明的实施方式。不过，以下的实施方式所记载的构成要素仅仅是例示，主旨并不在于将本发明的技术范围仅限定于这些。
[第1实施方式]
在本实施方式中，对层叠造形用铜合金粉末的新的评价方法进行说明。在此之前，首先对层叠造形用铜合金粉末的现状进行说明。
＜层叠造形用铜合金粉末的现状＞
层叠造形技术能够制作通过以往的加工技术存在困难的复杂形状的产品，期待在各种领域中的应用。尤其是期望机械特性等优异的金属材料的应用。
即使是在金属材料中，铜也具有优异的电导率、热导率，因此，期待层叠造形法向散热装置、换热器等具有复杂形状的产品等的应用。不过，此前用作层叠造形用金属粉末的材料主要是铁、镍、铝、钛等及其合金，铜及铜合金的应用例还较少。其原因在于，铜具有高电导率及高热导率，因此，在层叠造形时以激光等施加的热能快速地散热扩散，从而无法使铜充分地熔融，难以获得高密度的层叠造形体。
相对于此，在专利文献1中公开有利用雾化法制造且含有比1.00质量％多且为2.80质量％以下的铬、以及剩余部分的铜的层叠造形用的铜合金粉末。该铜合金粉末在制造之际从熔融状态骤冷凝固，从而过饱和地固溶有铬，因此，热扩散和散热性降低，热导率降低，因此，即使使用低功率的造形装置，也能够容易地使该铜合金粉末熔融而进行造形。并且，在层叠造形时，造形区域在暂且熔融后骤冷凝固，由此成为过饱和地固溶有铬的状态。因此，在对层叠造形体进行时效处理时，铬从作为基质的铜中析出，与此相伴，铜基质的纯度上升，电导率提高，并且能够同时谋求基于析出强化实现的强度提高。
根据专利文献1的实施例，在强度成为最大的450～500℃时效中，能够获得具有电导率47.64～73.96％IACS、维氏硬度213.3～259.8Hv这样的硬度和电导率的铜合金层叠造形体。
＜层叠造形用铜合金粉末的评价方法＞
然而，一般而言，铜合金的强度、硬度与电导率存在权衡的关系，若在例如专利文献1所记载的层叠造形体的情况下整理维氏硬度与电导率之间的关系，则成为图1这样。图1是表示专利文献1中的层叠造形体的维氏硬度与电导率之间的关系及边界线的图表。
如图1所示，维氏硬度Y(Hv)与电导率X(％IACS)之间的关系限于相对于以下述(1)式表示的边界线位于下部的区域、即低强度侧且低电导率侧的区域。包括专利文献1的情况在内，一般而言，通过提高时效处理温度或者延长时效处理时间而能够使电导率提高，但成为过时效而析出的铬粒子粗大化，强度大幅度地降低。即，这表示在强度成为最大的时效处理条件下，铬无法从铜基质中完全析出，在基质中残留有固溶度以上的铬。
[数式1]
Y＝-6X+680 (1)
在实用的层叠造形用铜合金方面期望的是，不仅实现高密度化并使铜本来的优异的电导率显现，还以更高的水平兼顾(同时实现)电导率和机械强度。不过，如上所述，由于在电导率与强度之间存在权衡的关系，所以使两特性兼顾并不容易，例如在专利文献1中，无法获得相对于以上述(1)式表示的边界线位于上部的区域、即高强度侧且高电导率侧的区域这样的层叠造形用铜合金。
在本实施方式中，在将以更高的水平兼顾电导率和机械强度作为目标方面，使用式(1)作为具体地表示是高强度且高电导率这一情况的基准。通过将特性描绘到将电导率(％IACS)置于X轴并将维氏硬度(Hv)置于Y轴的图表上，从而能够根据X-Y图表上的一次函数评价强度与电导率的平衡。由于强度与电导率之间存在权衡的关系，电导率越提高则维氏硬度越降低，所以在X-Y图表上能够表示为具有负斜率的一次函数。
在金属中，作为威德曼-弗朗兹定律而公知电导率与热导率具有大致正比关系。因而，使用本发明的层叠造形用铜合金粉末并利用层叠造形装置进行层叠造形而成的铜合金层叠造形体具有优异的电导率，因此，也能够用作具有高热导率的铜合金层叠造形体。
(层叠造形用铜合金粉末的评价方法的顺序)
图2是表示本实施方式中的层叠造形用铜合金粉末的评价方法的顺序的流程图。
在图2的步骤S201中，利用作为评价对象的层叠造形用铜合金粉末进行用于层叠造形的粉末层的形成处理。在步骤S202中，判定是否能够利用作为评价对象的层叠造形用铜合金粉末形成能够层叠造形的粉末层。在涂刷性(squeegeeing property)差且无法形成能够层叠造形的粉末层的情况下，在步骤S209中，评价为不足以作为层叠造形用铜合金粉末。
另一方面，在涂刷性充分且能够形成能够层叠造形的粉末层的情况下，在步骤S203中，使用作为评价对象的层叠造形用铜合金粉末并使用层叠造形装置等而制造层叠造形体。在步骤S204中，测定所制造出的层叠造形体的电导率X(％IACS)及维氏硬度Y(Hv)。在步骤S205中，判定以所测定出的电导率X(％IACS)及维氏硬度Y(Hv)为轴的二维图表(参照图1)上的描绘点(X，Y)是否处于边界线(Y＝-6X+680)的上侧区域(Y≥-6X+680)。
若描绘点处于上侧区域(Y≥-6X+680)，则在步骤S207中，评价为该粉末足以作为层叠造形用铜合金粉末。另一方面，若描绘点处于下侧区域(Y＜-6X+680)，则在步骤S209中评价为该粉末不足以作为层叠造形用铜合金粉末。
根据本实施方式的层叠造形用铜合金粉末的评价方法，能够评价可获得具有高强度及高电导率的铜合金层叠造形体的层叠造形用铜合金粉末。
[第2实施方式]
在本实施方式中，对在第1实施方式的层叠造形用铜合金粉末的评价方法中获得了充分满足的结果的层叠造形用铜合金粉末进行说明。
＜为高评价的材料＞
在本实施方式中，提供能够实现比以上述(1)式表示的边界线靠上部的区域、即高强度侧且高电导率侧的区域中的特性的原料粉末的制造方法、以及该原料粉末和使用该原料粉末获得的层叠造形体。
本申请发明人将比以上述(1)式表示的边界线靠上部的区域、即高强度侧且高电导率侧的区域作为目标，其结果，通过设为向铜-铬合金中添加了银的三元系合金，发现了具有比以上述(1)式表示的边界线靠上部的区域、即高强度侧且高电导率侧的区域中的特性的合金。
即，为了平衡良好地以高水平兼顾高电导率和高机械强度，需要即使在比较低的时效处理温度下也使铬充分地完全析出。为了促进溶质元素从作为基质的溶剂元素中析出，使溶质元素的化学势上升的做法是有效的。因此，考虑如果向铜-铬合金中添加使基质中的铬的化学势上升这样的元素，则元素彼此的互相推斥作用提高，铬的化学势提升，能够促进铬的析出。因此，研究了向铜-铬合金中作为第三元素而添加使铬的化学势上升的元素。从各种元素中搜寻具有高互相推斥作用的第三元素的候选，发现了银。从图3的相图可以类推出，存在银与铬及作为基质的铜这双方都具有高的互相推斥作用的可能性，因此，认为即使是少量的银，对铬的化学势上升也能够有效地起作用。另外，银即使在相对于铜的合金元素中也是使基质的电阻率增加的效果最少的元素之一，能够期待即使作为第三元素向铜-铬合金中添加银，也可将对电导率的影响抑制在最小限度。根据以上内容，本申请发明人想到向铜-铬合金中添加银作为第三元素，并进行了深入研究而以至于完成了本发明。
基于上述的研究，在本实施方式中，能够提供能够以高水平兼顾高电导率和高强度的层叠造形用铜合金粉末及其层叠造形体。
更具体而言，本实施方式的层叠造形用铜合金粉末是含有大于等于0.40重量％且小于等于1.5重量％的铬以及大于等于0.10重量％且小于等于1.0重量％的银、剩余部分由铜及不可避免的杂质构成的铜合金粉末。
另外，本实施方式的层叠造形用铜合金粉末中，50％粒径大于等于3μm且小于等于200μm。
另外，本实施方式的层叠造形用铜合金粉末中，利用JIS Z 2504的测定法进行了测定时的、粉末的表观密度是3.5g/cm3以上。
另外，本实施方式的层叠造形用铜合金粉末中，根据通过剪切试验获得的破坏包络线而求出的铜合金粉末的附着力是0.600kPa以下。
另外，本实施方式的层叠造形用铜合金粉末还能够含有大于0重量％且小于等于0.20重量％的锆。
本实施方式的铜合金层叠造形体是使用本实施方式的层叠造形用铜合金粉末并利用层叠造形装置进行层叠造形而成的，含有大于等于0.40重量％且小于等于1.5重量％的铬以及大于等于0.10重量％且小于等于1.0重量％的银，剩余部分由铜及不可避免的杂质构成。
另外，本实施方式的铜合金层叠造形体是使用本实施方式的层叠造形用铜合金粉末并利用层叠造形装置进行层叠造形而成的，含有大于等于0.40重量％且小于等于1.5重量％的铬、大于等于0.10重量％且小于等于1.0重量％的银、以及大于0重量％且小于等于0.20重量％的锆，剩余部分由铜及不可避免的杂质构成。
本实施方式的铜合金层叠造形体具有70％IACS以上的电导率。
本实施方式的铜合金层叠造形体的制造方法还包括以450～700℃保持本实施方式的铜合金层叠造形体的时效处理工序。
通过向铜-铬合金添加银作为第三元素，本实施方式的层叠造形用铜合金粉末能够制造相对于以上述(1)式表示的边界线位于上部的区域即高强度侧且高电导率侧的区域的、电导率和机械强度优异的铜合金层叠造形体。
(本实施方式的层叠造形用铜合金粉末)
本实施方式的层叠造形用铜合金粉末的制造方法并没有特别限定，优选如气体雾化法、水雾化法、离心雾化法、等离子体雾化法、等离子体旋转电极法等这样粉末粒子从熔融状态骤冷凝固的方式。出于量产性这点考虑，特别优选气体雾化法。制造出的粉末能够利用公知的分级方法以规定的分级条件进行分级，并调整成恰当粒度的层叠造形用铜合金粉末。作为用于实施分级的分级装置，能够恰当地使用气流分级机。
在作为析出强化型铜合金的铜-铬合金中，过饱和固溶到作为基质的铜中的铬通过时效处理而析出，铜合金的强度提高。为了获得具有高机械强度的铜合金层叠造形体，铬的含量优选为0.40重量％以上。在含量不足0.40重量％的情况下，在时效处理中析出量变得不充分，无法充分地获得强度提高的效果。铬相对于铜的固溶度在约1076℃的共晶温度下可以说是0.7～0.8重量％，虽然其量较小，但在使用了雾化法等使金属熔化并快速凝固的制造方法作为粉末制造方法的情况下，能够使铜基质中含有高于固溶度的铬。另外，在使用了粉末床熔融法的层叠造形法的情况下，在其工序中，进行利用激光或者电子束的熔融和快速凝固，因此，能够在保持使铜基质中含有高于固溶度的铬的状态下制作层叠造形体。不过，在铬的含量超过1.5重量％的情况下，虽然可获得进一步的机械强度提高的效果，但会导致电导率的大幅度降低。因此，铬的含量优选为1.5重量％以下。
如上所述，银是被认为使铬的化学势上升、提高元素彼此的互相推斥作用而促进铬的析出的重要元素。在银的含量不足0.10重量％的情况下，铬的析出变得不充分，无法平衡良好地同时满足本发明的高强度且高电导率。在银的含量超过1.0重量％的情况下，银的比率提高，但即使使银的含量增多，在特性方面也无法获得大的效果。另外，由于过剩地含有昂贵的银，导致成本的增加。因此，银的含量优选设为0.10重量％以上、1.0重量％以下，更优选设为0.20重量％以上、0.50重量％以下。
以提高本实施方式的层叠造形用铜合金粉末的制造中的品质及提高层叠造形体的品质稳定性为目的，能够进一步含有锆。锆作为脱氧剂起作用，通过与使品质降低的氧结合形成化合物，从而能够抑制氧的影响。不过，锆与银之间的亲和性高，会使之前提到的银的效果降低，因此，锆的含量优选设为0.20重量％以下。
此外，本实施方式的层叠造形用铜合金粉末有时除了铬、银以外还含有不可避免的杂质。不可避免的杂质是在层叠造形用铜合金粉末的制造工序中不可避免地混入的物质，例如，可列举出氧、磷、铁、铝、硅、钛等。这些不可避免的杂质有可能使电导率降低，因此，它们的含量优选设为0.10重量％以下，更优选设为0.05重量％以下，更进一步优选设为0.01重量％以下。
对用作层叠造形用的粉末要求适于从料斗向造形台上供给粉末的工序、形成以恒定的厚度均匀地铺满的粉末层的工序、熔融凝固的工序等层叠造形的各工艺。因此，需要以下的条件。该条件是指调整到恰当范围内的粒径、恰当范围内的表观密度、使得能够从供给料斗进行供给且能够形成恰当的粉末层的粉末的流动性。
层叠造形用铜合金粉末的50％粒径是利用激光衍射法进行了测定时的体积基准的累计粒度分布中的、粉末的累计值50％粒径(所谓的中值粒径、D50)，优选包含于3～200μm的范围。在50％粒径不足3μm的情况下，粉末的流动性不存在，即使在使用激光方式粉末床熔融法的层叠造形装置中也无法形成粉末床。另外，粉末激烈地飞散而再附着于层叠造形体等，导致产生表面缺陷。在利用激光方式粉末床熔融法进行层叠造形时50％粒径比100μm大的情况下、以及在利用电子束方式粉末床熔融法进行层叠造形时50％粒径比200μm大的情况下，粉末床的表面粗糙而无法形成适于造形的粉末床。另外，层叠造形体的表面变得粗糙，产生外观不良，在射束照射时在粉末层产生的熔池未达到正下方的凝固层，成为不充分的熔融凝固，引起造形不良。在激光方式粉末床熔融法中，50％粒径优选是3～100μm，更优选是5～75μm，进一步优选是10～45μm。在电子束方式粉末床熔融法中，50％粒径优选是10～200μm，更优选是25～150μm，进一步优选是45～105μm。
对于层叠造形用铜合金粉末的表观密度，优选利用JIS Z 2504的测定法进行了测定时的粉末的表观密度是3.5g/cm3以上。在表观密度不足3.5g/cm3的情况下，通过涂刷而铺满的粉末层的粉末填充率降低而无法形成恰当的粉末层。另外，由于粉末的填充性降低，从而在层叠造形体产生空孔并且层叠造形体的密度降低。
在层叠造形法中，流动性是特别重要的粉末特性。尤其是在粉末床熔融法中，流动性是与从供给料斗进行的粉末供给以及从涂布器进行的粉末供给、造形台上的粉末层的形成、层叠造形体的品质直接相关的最重要的粉末特性。在粉末床熔融法中，需要在造形台上以恒定的厚度均匀地铺满粉末。该铺满粉末的工序被称为涂刷，将粉末的铺满性的好坏称为涂刷性。在层叠造形法中使用的粉末需要具有充分的涂刷性，因此，粉末需要恰当的流动性。作为测定金属粉末的流动性的指标，使用JIS Z 2502“金属粉-流动度测定方法”所规定的流动度(FR：Flow Rate)，但在作为主要面向激光方式粉末床熔融法使用的50％粒径是50μm以下的微粉中，存在粉末未从测定容器流出而无法测定、无法评价流动性的情况。因此，作为评价微粉的流动性的指标，使用通过日本粉体工业技术协会标准(SAP15-13：2013)“粉体直剪试验方法”中规定的、粉体的直剪试验方法(以下，称为剪切试验)获得的粉末的附着力的做法是有效的。对于附着力，在剪切试验中，测定在沿着垂直方向对在垂直方向上压密而形成的粉体层进行了加压的状态下使粉体层在水平方向上横向滑动时产生的剪切应力，由此能够从所获得的粉体层的破坏包络线求出附着力。在剪切试验中，能够通过使用例如Freeman Technology Ltd.制的粉体流变仪FT4来测定。对于层叠造形用铜合金粉末，如果其附着力是0.600kPa以下，则能够判断为具有能够铺满均匀的粉末层的充分的流动性和良好的涂刷性。由此，可以获得高密度且均匀的层叠造形体。在附着力比0.600kPa大的情况下，层叠造形用铜合金粉末的流动性不充分，涂刷性变得不良而无法形成恰当的粉体层。因而，在层叠造形用铜合金粉末中，期望的是根据通过剪切试验获得的破坏包络线而求出的铜合金粉末的附着力是0.600kPa以下。
(本实施方式的铜合金层叠造形体)
铜合金层叠造形体的制作能够采用各种公知的金属层叠造形技术。例如在粉末床熔融法中，一边反复进行如下工序一边进行层叠造形体的制作，该工序为，利用刮板或者辊等将金属粉末在造形台上平整并铺满而形成粉末层，向所形成的粉末层的规定位置照射激光或者电子束而使金属粉末烧结/熔融。在金属层叠造形的造形工艺中，为了获得高品质的层叠造形体，需要控制非常多的工艺参数。在激光方式粉末床熔融法中，存在激光输出功率、激光的扫描速度等许多扫描条件。因此，在设定最佳的扫描条件时，使用作为概括了主要的参数的指标的能量密度而进行主要参数的调整。若将激光的功率设为P[W]、将激光的扫描速度设为v[mm/s]、将激光扫描间距设为s[mm]、将粉末层的厚度设为t[mm]，则能量密度E[J/mm3]由E＝P/(v×s×t)决定。在激光方式粉末床熔融法中，能量密度优选为150J/mm3以上且450J/mm3以下。在能量密度不足150J/mm3的情况下，会在粉末层产生未熔融、融合不良，在层叠造形体产生空隙等缺陷。在能量密度超过450J/mm3的情况下，会产生溅射而导致粉末层的表面变得不稳定，在层叠造形体产生空隙等缺陷。在电子束方式粉末床熔融法中，在向粉末层照射了电子束之际，若负电荷蓄积于粉末层而充电(charge up)，则会引起粉末呈雾状飞舞的烟雾现象，导致熔融不良。因此，为了防止充电，需要对粉末层进行预备加热而使其临时烧结的预备工序。不过，在预备加热温度过高的情况下，烧结发展而引起颈缩(necking)，在造形后难以从层叠造形体内部去除所残留的粉末。因此，在层叠造形用铜合金粉末中，预备加热温度优选设定为400～800℃。此外，在此例示了基于粉末床熔融法的金属层叠造形技术，但作为使用本发明的层叠造形用铜合金粉末制作层叠造形体的一般的层叠造形方法，并不限定于此，例如，也可以采用基于指向性能量堆积法的层叠造形方法。
(时效处理)
通过对层叠造形体实施时效处理，过饱和地固溶的铬析出，层叠造形体的强度提高，电导率提高。因此，时效处理工序是为了获得本发明的高强度且高电导率的特性而必须的工序。能够通过将层叠造形体加热至规定温度并保持规定时间，从而实施时效处理。时效处理优选在还原性气氛或者非活性气体中、真空中进行。时效处理的效果由时效处理温度与时效处理时间的组合决定，因此，在作为目标的特性与效率之间的兼顾方面，重要的是设定恰当的条件。时效处理温度优选为450℃以上、700℃以下。更优选为500℃以上、700℃以下。在想要使机械强度特别提高的情况下，时效处理温度优选设为500℃。在想要获得特别高的电导率的情况下，时效处理温度能够设为700℃。在时效处理温度不足500℃的情况下，时效处理时间优选设定成0.5小时以上、10小时以下，在时效处理温度是500℃以上的情况下，时效处理时间优选设定成0.5小时以上、3小时以下。在时效处理时间不足上述的设定时间的情况下，铬的析出变得不充分。另外，在时效处理时间超过上述的设定时间的情况下，成为过时效而析出的铬粗大化，导致硬度的降低。在时效处理温度不足450℃的情况下，直到获得时效效果为止需要长时间，并不实用。另外，在时效处理温度超过700℃的情况下，成为过时效，铬的析出相粗大化而导致强度降低。在使用本发明的层叠造形用铜合金粉末制作出的层叠造形体中，通过铬与银之间的互相推斥作用，即使是时效处理温度500℃且1小时左右的时效处理时间，也能够充分地使电导率及机械强度提高。
(铜合金层叠造形体的评价)
维氏硬度通过依照“JIS Z 2244：维氏硬度试验-试验方法”的方法测定。维氏硬度例如能够利用株式会社岛津制作所制的显微硬度计HMV-G21-DT等测定。
层叠造形体具有70％IACS以上的电导率。电导率能够通过例如涡流电导率仪等测定。作为涡流电导率仪，例如，能列举出NIHON MATECH CORPORATION制的高性能涡流电导率仪SigmaCheck等。此外，IACS(国际退火铜标准：International Annealed CopperStandard)是指，作为电导率的基准，将国际上被采纳的退火标准软铜(体积电阻率：1.7241×10-2μΩm)的电导率规定为100％IACS。电导率能够利用时效处理进行调整，优选根据与所期望的维氏硬度之间的平衡而适当调整。电导率优选是80％IACS以上，更优选是90％IACS以上。
根据本实施方式，能够提供可获得具有高强度及高电导率的铜合金层叠造形体的层叠造形用铜合金粉末、及铜合金层叠造形体。
[其他实施方式]
以上，参照实施方式说明了本申请发明，但本申请发明并不限定于上述实施方式。能够在本申请发明的技术范围内对本申请发明的构成、详细情况进行本领域技术人员能理解的各种改变。
实施例
以下，基于实施例、比较例而具体地说明本发明。以下的实施例、比较例的记载始终是用于容易理解本发明的技术内容的具体例，本发明的技术范围并不由这些具体例限制。
利用气体雾化法制造了以下的表1所示的各种组成的层叠造形用铜合金粉末，将所获得的各种铜合金粉末分级成了面向激光方式粉末床熔融法而成为粒径10μm以上且45μm以下，面向电子束方式粉末床熔融法而成为粒径45μm以上且105μm以下。
利用ICP发光分光分析法测定了所获得的层叠造形用铜合金粉末中的各成分元素的含量。另外，依据JIS Z 2504测定了所获得的层叠造形用铜合金粉末的表观密度(AD)(g/cm3)。另外，依据JIS Z 2502测定了所获得的层叠造形用铜合金粉末的流动度(FR)(sec/50g)。另外，利用激光衍射法测定了50％粒径(D50)(μm)(Microtrac MT3300：MicrotracBELCorp.制)。
使用粉体流变仪FT4(Freeman Technology Ltd.制)实施了剪切试验，测定了所获得的层叠造形用铜合金粉末的附着力(kPa)。在3D粉末层叠造形机(粉末床熔融法/激光方式或者电子束方式)的造形台上实际铺满供造形试验的粉末而形成了粉末层，从而评价了所获得的层叠造形用铜合金粉末的涂刷性。对于在实施例1～11及比较例1～12中使用的层叠造形用铜合金粉末，将各种粉末特性的测定结果示出在表1中。比较例1的铜合金粉末的涂刷性不良，因此无法涂刷，未能实施层叠造形。
[表1]
使用上述实施例1～7、11及比较例2～12中的各层叠造形用铜合金粉末，利用搭载有波长1064nm的Yb光纤激光器的3D粉末层叠造形机(SLM Solutions GmbH制、SLM280HL)制作了供试验的层叠造形体。以层叠厚度25～50μm、激光功率300～700W、扫描速度900～1500mm/sec、能量密度150～450J/mm3的条件进行了层叠造形。使用上述实施例8～10中的各层叠造形用铜合金粉末，利用搭载有电子束的3D粉末层叠造形机(ArcamAB制、EBM A2X)制作了供试验的层叠造形体。以层叠厚度50～100μm、电子束电压60kV、预备加热温度600～700℃的条件进行了层叠造形。
使用上述的3D粉末层叠造形机制作了直径高度10mm的圆柱状的层叠造形体。通过使用了氦气作为置换介质的阿基米德法测定了所制作的层叠造形体的密度(AccuPyc1330：株式会社岛津制作所制)，将理论密度(具有与层叠造形体相同的组成的熔炼材的密度)设为100％而算出了相对密度(％)。测定结果示于表1中。在使用比较例2～4的层叠造形用铜合金粉末获得的层叠造形体中，表面缺陷、空隙多，未能进行可靠性高的密度测定。因而，将其从以下的层叠造形体的特性评价除外。
为了比较使用与层叠造形法不同的熔炼方法制作了造形体的情况下的、对造形体的特性造成的影响，利用公知的熔炼方法制作了作为造形体的熔炼材，并进行了评价。使用了电弧熔炼法作为熔炼方法。使用本发明的层叠造形用铜合金粉末进行电弧熔炼，制作了电弧熔炼材。如以下所示这样制作了电弧熔炼材。首先，对实施例1中使用的层叠造形用铜合金粉末进行加压成形，制作了压粉体。使用NISSIN GIKEN Co.，LTD制的真空电弧熔炼炉在氩气氛中对所制作的压粉体进行电弧熔炼，制作了电弧熔炼材。将该电弧熔炼材设为比较例13。
对于利用3D粉末层叠造形机所制造的实施例1～11及比较例5～12的层叠造形体、以及利用电弧熔炼所制作的比较例13的电弧熔炼材，利用涡流电导率仪(高性能涡流电导率仪SigmaCheck：NIHON MATECH CORPORATION制)测定了电导率(％IACS)。另外，利用显微硬度计测定了各层叠造形体及电弧熔炼材的维氏硬度(Hv)(显微硬度计HMV-G21-DT：株式会社岛津制作所制)。
在非活性气氛中，将温度设定成400℃、450℃而对所制作的层叠造形体及电弧熔炼材实施了8小时的时效处理，并将温度设定成500℃、600℃、700℃而对所制作的层叠造形体及电弧熔炼材实施了1小时的时效处理。利用涡流电导率仪测定了实施了时效处理的各层叠造形体及电弧熔炼材的电导率。另外，利用显微硬度计测定了维氏硬度。对于利用3D粉末层叠造形机所制造的实施例1～11及比较例5～12的层叠造形体以及比较例13的电弧熔炼材，将各种特性的评价结果示于表2。
[表2]
并且，根据表2的各种特性的评价结果生成了与图1同样的图4。图4是表示在实施例和比较例中所获得的各铜合金层叠造形体的维氏硬度与电导率之间的关系及边界线的图表。
(实施例及比较例的评价)
在比较例5及6中，由于使用了不含有银的铜-铬合金，因此，无法平衡良好地同时满足本发明的高强度且高电导率。同样地在比较例11中，由于使用了不含有银的铜-铬-锆合金，因此，无法平衡良好地同时满足本发明的高强度且高电导率。在比较例7中，由于银的含量低于本发明的含量，因此，无法平衡良好地同时满足本发明的高强度且高电导率。在比较例8中，由于不满足本发明的铬的含量，所以强度、电导率都未获得较高的值。在比较例9中，虽然充分地含有铬，但银的含量过少，因此，无法平衡良好地同时满足本发明的高强度且高电导率。在比较例10中，虽然含有充分量的银，但由于含有1.76重量％的铬，所以虽然呈现高的维氏硬度，但电导率低，无法平衡良好地同时满足本发明的高强度且高电导率。在比较例12中，含有充分量的铬及银，但由于锆量过剩，所以电导率降低，无法平衡良好地同时满足本发明的高强度且高电导率。
在利用电弧熔炼制作的比较例13中，使用了与实施例1相同的原料粉末，虽然获得了高电导率，但维氏硬度低于利用层叠造形制作了层叠造形体的实施例1的值，维氏硬度无法超过式(1)。
相对于此，在实施例1～11中，平衡良好地同时实现了高强度且高电导率。
根据以上的内容确认到，根据本实施例，能提供能够实现优异的电导率和强度的层叠造形用铜合金粉末及电导率和强度优异的铜合金层叠造形体。另外，根据与上述的比较例13中的电弧熔炼材之间的比较，确认到层叠造形法的使用具有提高强度等特性的优点，认为该方法具有作为制造方法的优越性。
本申请主张以2020年12月25日提出申请的日本专利申请特愿2020-216764号为基础的优先权，将其公开内容全部引用于此。

Claims (10)

1.一种层叠造形用铜合金粉末，其含有大于等于0.40重量％且小于等于1.5重量％的铬以及大于等于0.10重量％且小于等于1.0重量％的银，剩余部分由铜及不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1所述的层叠造形用铜合金粉末，其中，
50％粒径大于等于3μm且小于等于200μm。
3.根据权利要求1或2所述的层叠造形用铜合金粉末，其中，
利用JIS Z 2504的测定法进行了测定时的粉末的表观密度是3.5g/cm3以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠造形用铜合金粉末，其中，
根据通过剪切试验获得的破坏包络线而求出的铜合金粉末的附着力小于等于0.600kPa。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的层叠造形用铜合金粉末，其中，
还含有大于0重量％且小于等于0.20重量％的锆。
6.一种铜合金层叠造形体，其是使用权利要求1至4中任一项所述的层叠造形用铜合金粉末并利用层叠造形装置进行层叠造形而成的，含有大于等于0.40重量％且小于等于1.5重量％的铬以及大于等于0.10重量％且小于等于1.0重量％的银，剩余部分由铜及不可避免的杂质构成。
7.一种铜合金层叠造形体，其是使用权利要求5所述的层叠造形用铜合金粉末并利用层叠造形装置进行层叠造形而成的，含有大于等于0.40重量％且小于等于1.5重量％的铬、大于等于0.10重量％且小于等于1.0重量％的银、以及大于0重量％且小于等于0.20重量％的锆，剩余部分由铜及不可避免的杂质构成。
8.根据权利要求6或7所述的铜合金层叠造形体，其中，
所述铜合金层叠造形体具有70％IACS以上的电导率。
9.一种铜合金层叠造形体的制造方法，其包括：
使用权利要求1至5中任一项所述的层叠造形用铜合金粉末并利用层叠造形装置对铜合金层叠造形体进行层叠造形；以及
以450～700℃保持所述铜合金层叠造形体。
10.一种层叠造形用铜合金粉末的评价方法，其包括：
使用作为评价对象的层叠造形用铜合金粉末对铜合金层叠造形体进行层叠造形；
测定所述铜合金层叠造形体的电导率X(％IACS)及维氏硬度Y(Hv)；以及
在将电导率X(％IACS)及维氏硬度Y(Hv)描绘到由X轴和Y轴构成的二维图表的情况下，通过点(X，Y)是否位于比以(Y＝-6X+680)表示的边界线靠高强度侧及高电导率侧的位置来评价所述层叠造形用铜合金粉末。
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