JP2021031691A - Cu合金粉末 - Google Patents
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Abstract
Description
(1−1)Cr、Fe、Ni、Zr及びNbからなる群から選択された1種又は2種以上:0.20質量%以上10.0質量%以下
並びに
(1−2)不可避的不純物
を含むCu合金である。第二粉末P2の材質は、
(2−1)Cr、Fe、Ni、Zr及びNbからなる群から選択された1種又は2種以上:0.20質量%未満(0.00質量%である場合を含む)
及び
(2−2)不可避的不純物
を含む純Cu又はCu合金である。第一粉末P1の平均粒子径D501に対する第二粉末P2の平均粒子径D502の比(D502/D501)は、1.05以上6.00以下である。第一粉末P1と第二粉末P2との体積混合比は、1.05以上9.00以下である。
第一粉末P1の材質は、Cu合金である。このCu合金は、
(1−1)合金元素
及び
(1−2)不可避的不純物
を含む。好ましくは、残部はCuである。
第二粉末P2の材質は、純Cu又はCu合金である。この金属は、
(2−1)合金元素
及び
(2−2)不可避的不純物
を含む。好ましくは、残部はCuである。
Cu合金粉末Pにおける、第一粉末P1の体積含有率V1と第二粉末P2の体積含有率V2との比(V1/V2)は、1.05以上9.00以下が好ましい。この比(V1/V2)が1.05以上である粉末Pから、密度の大きい造形物が得られうる。この観点から、体積混合比は1.50以上がより好ましく、2.00以上が特に好ましい。この比(V1/V2)が9.00以下である粉末Pから、導電性に優れた造形物が得られうる。この観点から、体積混合比は7.00以下がより好ましく、4.00以下が特に好ましい。
第一粉末P1の平均粒子径D501に対する第二粉末P2の平均粒子径D502の比(D502/D501)は、1.05以上6.00以下が好ましい。比(D502/D501)が1.05以上であるCu合金粉末Pでは、レーザーの照射時に第一粉末P1が溶融しやすい。この観点から、比(D502/D501)は1.10以上がより好ましく、1.20以上が特に好ましい。比(D502/D501)が6.00以下であるCu合金粉末Pでは、レーザーの照射によって生じる第一粉末P1の溶解熱により、第二粉末P2が溶解しやすい。この観点から、比(D502/D501)は4.00以下がより好ましく、3.00以下が特に好ましい。
Cu合金粉末Pの球形度は、0.80以上0.95以下が好ましい。球形度が0.80以上である粉末Pは、流動性に優れる。この観点から、球形度は0.83以上がより好ましく、0.85以上が特に好ましい。球形度が0.95以下である粉末Pでは、レーザーの反射が抑制されうる。この観点から、球形度は0.93以下がより好ましく、0.90以下が特に好ましい。
第一粉末P1及び第二粉末P2のそれぞれの製造方法として、水アトマイズ法、単ロール急冷法、双ロール急冷法、ガスアトマイズ法、ディスクアトマイズ法及び遠心アトマイズ法が例示される。好ましい製造方法は、単ロール冷却法、ガスアトマイズ法及びディスクアトマイズ法である。粉末に、メカニカルミリング等が施されてもよい。メカニカルミリング方法として、ボールミル法、ビーズミル法、遊星ボールミル法、アトライタ法及び振動ボールミル法が例示される。第一粉末P1及び第二粉末P2が既知の方法で混合されて、Cu合金粉末Pが得られる。
本発明に係るCu合金粉末Pから、種々の造形物が製造されうる。この造形物の製造方法は、
(1)第一粉末P1及び第二粉末P2を製作する工程、
(2)上記第一粉末P1及び第二粉末P2を混合し、Cu合金粉末Pを得る工程、
及び
(3)このCu合金粉末Pを溶融及び凝固し、未熱処理の造形物を得る工程
を含む。Cu合金粉末Pを溶融及び凝固する工程として、急速溶融急冷凝固プロセスが挙げられる。このプロセスの具体例として、三次元積層造形法、溶射法、レーザーコーティング法及び肉盛法が挙げられる。特に、三次元積層造形法に、この金属粉末は適している。
積層造形法などの急速溶融急冷凝固プロセスで焼結をおこなう時のエネルギー密度E.D.は、100J/mm3以上220J/mm3以下が好ましい。エネルギー密度E.D.が100J/mm3以上である場合、十分な熱がCu合金粉末Pに与えられる。従って、造形物内部における未溶融粉末の残存が抑制される。この造形物の相対密度は、大きい。この観点から、エネルギー密度E.D.は120J/mm3以上がより好ましく、140J/mm3以上が特に好ましい。エネルギー密度E.D.が220J/mm3以下である場合、過剰な熱が粉末に与えられない。従って、溶融金属の突沸が抑制され、スパッタの発生も抑制される。この観点から、エネルギー密度E.D.は210J/mm3以下がより好ましく、205J/mm3以下が特に好ましい。
急速溶融急冷凝固プロセスで得られた造形物(すなわち、後述される熱処理が施される前の造形物)の相対密度は、90%以上が好ましい。この未熱処理の造形物は、寸法精度及び導電性に優れる。この観点から、相対密度は93%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましい。
好ましくは、造形物の製造方法は、
(4)上記工程(3)で得られた未熱処理造形物に熱処理を施して造形物を得る工程
をさらに含む。好ましい熱処理は、時効処理である。時効処理により、合金元素の単相又はCuと合金元素との化合物が、粒界に析出する。この析出により、結晶粒内におけるCuの純度が高められる。この結晶粒は、造形物の導電性に寄与しうる。
時効では、未処理造形物が、所定温度下に所定時間保持される。時効温度は、350℃以上1000℃以下が好ましい。温度が350℃以上である時効により、合金元素の単相又はCuと合金元素との化合物が十分に析出した組織が得られる。この観点から、時効温度は400℃以上がより好ましく、450℃以上が特に好ましい。温度が1000℃以下である時効では、合金元素の結晶粒内への固溶が抑制される。この観点から、時効温度は950℃以下がより好ましく、900℃以下が特に好ましい。
熱処理後の造形物の電気伝導度は、30IACS%以上が好ましい。電気伝導度が30IACS%以上である造形物は、導電性に優れる。この観点から、電気伝導度は40IACS%以上がより好ましく、50IACS%以上が特に好ましい。
真空中にて、アルミナ製坩堝で、原料を高周波誘導加熱で加熱し、溶解した。坩堝の底に形成されておりその直径が5mmであるノズルから、溶湯を落下させた。この溶湯に、アルゴンガスを噴霧し、多数の粒子を得た。これらの粒子に分級を施して直径が63μmを超える粒子を除去し、第一粉末P1を得た。この第一粉末P1の材質は、0.2質量%のCrを含有するCu合金である。第一粉末P1とは異なる原料から、第一粉末P1と同様の方法にて、第二粉末P2を得た。この第二粉末P2の材質は、0.10質量%のCrを含有するCu合金である。第一粉末P1と第二粉末P2とを混合し、実施例1の粉末Pを得た。この粉末Pにおける、体積混合比(V1/V2)は、3.00であった。
仕様を下記の表1及び2に示される通りとした他は実施例1と同様にして、実施例2−18及び比較例1−18の粉末Pを得た。
この粉末Pを原料として、3次元積層造形装置(EOS−M280)による積層造形法を実施し、未熱処理造形物を得た。積層造形法におけるエネルギー密度E.D.が、下記の表1及び2に示されている。造形物の形状は立方体であり、一辺の長さは10mmであった。
未熱処理造形物に、熱処理(時効処理)を施した。時効温度及び時効時間が、下記の表1及び2に示されている。
試験片(3×2×60mm)を作製し、「JIS C 2525」に準拠した4端子法で、電気抵抗値(Ω)を測定した。測定には、アルバック理工社の装置「TER−2000RH型」を用いた。測定条件は、以下の通りである。
温度:25℃
電流:4A
電圧降下間距離:40mm
下記数式に基づき、電気抵抗率ρ(Ωm)を算出した。
ρ = R / I × S
この数式において、Rは試験片の電気抵抗値(Ω)であり、Iは電流(A)であり、Sは試験片の料断面積(m2)である。電気伝導度(S/m)は、電気抵抗率ρの逆数から算出した。また、5.9×107(S/m)を100%IACSとして、各試験片の電気伝導度(%IACS)を算出した。この結果が、下記の表1及び2に示されている。
造形物の電気伝導度に関する下記の基準に基づき、各金末を格付けした。
評価1:電気伝導度が90%IACS以上である。
評価2:電気伝導度が70%IACS以上90%IACS未満である。
評価3:電気伝導度が50%IACS以上70%IACS未満である。
評価4:電気伝導度が40%IACS以上50%IACS未満である。
評価5:電気伝導度が40%IACS未満である。
この結果が、下記の表1及び2に示されている。
Claims (4)
- 第一粉末P1と第二粉末P2との混合物であり、
上記第一粉末P1の材質が、
(1−1)Cr、Fe、Ni、Zr及びNbからなる群から選択された1種又は2種以上:0.20質量%以上10.0質量%以下
並びに
(1−2)不可避的不純物
を含むCu合金であり、
上記第二粉末P2の材質が、
(2−1)Cr、Fe、Ni、Zr及びNbからなる群から選択された1種又は2種以上:0.20質量%未満(0.00質量%である場合を含む)
並びに
(2−2)不可避的不純物
を含む純Cu又はCu合金であり、
上記第一粉末P1の平均粒子径D501に対する上記第二粉末P2の平均粒子径D502の比(D502/D501)が、1.05以上6.00以下であり、
上記第一粉末P1と上記第二粉末P2との体積混合比が1.05以上9.00以下である、Cu合金粉末。 - 上記比(D502/D501)が1.05以上3.00以下である請求項1に記載のCu合金粉末。
- 上記体積混合比が1.05以上4.00以下である請求項1又は2に記載のCu合金粉末。
- その球形度が0.80以上0.95以下である請求項1から3のいずれかに記載のCu合金粉末。
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