JP2021085063A - 三次元造形用合金粉末 - Google Patents
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【課題】鉄合金粒子を含み、酸化物を容易に除去可能な三次元造形用合金粉末を提供すること。【解決手段】鉄合金粒子１１を含む三次元造形用合金粉末１であって、鉄合金粒子１１の表面には、炭素材料１２を含む被覆層１３が形成され、鉄合金粒子１１は、鉄合金粒子１１の全量に対して０．１質量％以上０．７質量％以下の濃度の酸素原子を含み、三次元造形用合金粉末１の１００グラムあたりに含まれる、炭素材料１２の質量ｙグラムは、酸素原子の質量ｘグラムと、補正質量ｚグラムとの間に式ｙ＝０．７５×ｘ−ｚの関係を有し、補正質量ｚは、０．０グラムを超え、０．４グラムより小さい。【選択図】図１
Description
本発明は、三次元造形用合金粉末に関する。
従来、水アトマイズ法によって製造された合金粉末が知られていた。水アトマイズ法では、例えばガスアトマイズ法などと比べて、製造される粉末が微細化される反面、溶湯と噴霧媒体である水との反応により粉末の粒子表面に酸化物が生成しやすい。そのため、粉末を三次元造形に用いると、該酸化物によって造形物における密度や表面の平滑性、および機械特性や疲労強度が低下する場合があった。
例えば、特許文献１には、原料粉体表面の酸化物などを低減するために、原料粉体にプラズマ処理を施す原料粉体処理方法が提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載の原料粉体処理方法では、粉末粒子表面の酸化物を除去することが難しいという課題があった。詳しくは、粉体にて薄層を形成した後にプラズマ処理を行うため、薄層の表面に露出していな粉体表面の酸化物が除去されにくかった。
三次元造形用合金粉末は、鉄合金粒子を含む三次元造形用合金粉末であって、前記鉄合金粒子の表面には、炭素材料を含む被覆層が形成され、前記鉄合金粒子は、前記鉄合金粒子の全量に対して０．１質量％以上０．７質量％以下の濃度の酸素原子を含み、前記三次元造形用合金粉末の１００グラムあたりに含まれる、前記炭素材料の質量ｙグラムは、前記酸素原子の質量ｘグラムと、補正質量ｚグラムとの間に式ｙ＝０．７５×ｘ−ｚの関係を有し、前記補正質量ｚは、０．０グラムを超え、０．４グラムより小さい。
１．第１実施形態
１．１．三次元造形用合金粉末
第１実施形態に係る三次元造形用合金粉末の構成について、図１を参照して説明する。なお、以下の各図においては、図示の便宜上、粒子の形状や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
１．１．三次元造形用合金粉末
第１実施形態に係る三次元造形用合金粉末の構成について、図１を参照して説明する。なお、以下の各図においては、図示の便宜上、粒子の形状や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
図１に示すように、本実施形態の三次元造形用合金粉末１は、鉄合金粒子１１を含む。鉄合金粒子１１は、後述する水アトマイズ法によって形成される。鉄合金粒子１１の表面には、炭素材料１２を含む被覆層１３が形成されている。つまり、鉄合金粒子１１の表面には複数の炭素材料１２が付着し、該表面は被覆層１３で被覆されている。ここで、以降の説明において、三次元造形用合金粉末１を単に合金粉末１ということもある。
合金粉末１は三次元造形物の形成材料に用いられる。三次元造形物の製造方法としては、特に限定されないが、バインダージェット（ＢＪ）方式、熱溶解積層（ＦＤＭ）方式、レーザーデポジション（ＬＭＤ）方式、およびレーザー溶融（ＳＬＭ）方式などの公知の方法が挙げられる。特に、本発明の三次元造形用合金粉末は、これらのうちのＢＪ方式およびＦＤＭ方式に好適である。
１．１．１．鉄合金粒子
鉄合金粒子１１は、鉄を含む合金であって、焼結性を有していれば特に限定されない。鉄合金粒子１１の形成材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼などのステンレス鋼、低炭素鋼、炭素鋼、耐熱鋼、ダイス鋼、高速度工具鋼、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などが挙げられる。
鉄合金粒子１１は、鉄を含む合金であって、焼結性を有していれば特に限定されない。鉄合金粒子１１の形成材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼などのステンレス鋼、低炭素鋼、炭素鋼、耐熱鋼、ダイス鋼、高速度工具鋼、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などが挙げられる。
また、鉄合金粒子１１の形成材料として、純鉄、ケイ素鋼のようなＦｅ−Ｓｉ系合金、パーマロイのようなＦｅ−Ｎｉ系合金、パーメンジュールのようなＦｅ−Ｃｏ系合金、センダストのようなＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金、およびＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金などの磁性合金を用いてもよい。
鉄合金粒子１１は水アトマイズ法によって製造される。鉄合金粒子１１の製造に水アトマイズ法を採用することによって、ガスアトマイズ法などと比べて、平均粒子径が小さな粉末を低コストで製造することができる。水アトマイズ法では、鉄合金粒子１１の形成材料の溶湯と噴霧媒体の水との反応によって、鉄合金粒子１１の表面に図示しない酸化膜が生成している。また、鉄合金粒子１１含有成分の不純物や、製造工程などで混入した不純物から、水アトマイズ法によって酸化物が生成する場合がある。例えば、鉄合金粒子１１の形成材料にケイ素が含まれる場合には、酸化ケイ素が生成することがある。鉄合金粒子１１の製造方法は、水アトマイズ法に限定されず、例えば高速回転させた水流に溶湯をガス噴霧する高速回転水流アトマイズ法などであってもよい。
本実施形態の鉄合金粒子１１は、上記酸化膜と鉄合金粒子１１に含まれる不純物由来の酸化物と、を含む酸化物を有している。鉄合金粒子１１に含まれる上記酸化物の含有量は、鉄合金粒子１１の平均粒子径の大小や形成材料などに依存する。具体的には、鉄合金粒子１１は、鉄合金粒子１１の全量に対して０．１質量％以上０．７質量％以下の濃度の、主に酸化物由来の酸素原子を含む。
従来は、上記酸化物によって、三次元造形物における密度や表面の平滑性が低下することがあった。本発明では、三次元造形物製造の焼成工程において、炭素材料１２などの炭素材料で該酸化物を還元して除去することができる。そのため、従来よりも三次元造形物の密度や表面の平滑性が向上する。すなわち、水アトマイズ法にて製造された鉄合金粒子１１に好適である。
鉄合金粒子１１の形状は、略球形であることに限定されず、例えば表面に複数の突起を有する不規則な形状であってもよい。鉄合金粒子１１の平均粒子径は、０．１μｍ以上２０．０μｍ以下であり、好ましくは０．５μｍ以上１５．０μｍ以下である。鉄合金粒子１１の平均粒子径は、鉄合金粒子１１の製造工程における溶湯の単位時間あたりの滴下量、噴霧媒体の水の圧力や流量などによって調節することが可能である。また、鉄合金粒子１１の平均粒子径を調節するために分級を行ってもよい。
本明細書における平均粒子径とは、体積基準粒度分布（５０％）を指していう。平均粒子径は、ＪＩＳ Ｚ８８２５に記載の動的光散乱法やレーザー回折光法で測定される。具体的には、例えば動的光散乱法を測定原理とする粒度分布計が採用可能である。
鉄合金粒子１１には、上述した形成材料や不純物の他に添加物が含まれていてもよい。該添加物としては、例えば、各種金属、各種非金属、各種金属酸化物などが挙げられる。
１．１．２．炭素材料
炭素材料１２は、鉄合金粒子１１の表面に付着して被覆層１３を形成する。炭素材料１２の形成材料としては、例えば、グラファイト、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子などが挙げられ、炭素材料１２の形成材料として、これらのうちの１種類以上を用いる。炭素材料１２には市販品を用いてもよい。鉄合金粒子１１に対する被覆層１３の形成方法、すなわち合金粉末１の製造方法は後述する。
炭素材料１２は、鉄合金粒子１１の表面に付着して被覆層１３を形成する。炭素材料１２の形成材料としては、例えば、グラファイト、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子などが挙げられ、炭素材料１２の形成材料として、これらのうちの１種類以上を用いる。炭素材料１２には市販品を用いてもよい。鉄合金粒子１１に対する被覆層１３の形成方法、すなわち合金粉末１の製造方法は後述する。
炭素材料１２の形状は、特に限定されないが、鉄合金粒子１１の表面に対する被覆性を向上させる観点から、粒子状であることが好ましい。炭素材料１２の平均粒子径は、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。これによれば、炭素材料１２の平均粒子径が比較的に微細であるため、合金粉末１の製造工程において、鉄合金粒子１１に対する炭素材料１２の分散性および被覆性が向上する。そのため、鉄合金粒子１１の表面に対して、比較的に均等に炭素材料１２を付着または固着させることができる。炭素材料１２の平均粒子径は、上述した鉄合金粒子１１の平均粒子径と同様な方法で測定可能である。
合金粉末１の１００グラムあたりに含まれる、炭素材料１２の質量ｙグラムは、酸素原子の質量ｘグラムと、補正質量ｚグラムとの間に式ｙ＝０．７５×ｘ−ｚの関係を有する。
三次元造形物の製造にＦＤＭ方式やＢＪ方式などを採用する場合にはバインダーを用いる。ＦＤＭ方式においては、合金粉末１とバインダーとを含む混合物をノズルから押し出して成形を行う。ＢＪ方式では、合金粉末１の層を形成した後、バインダーを含む溶液を該層に含侵させ、合金粉末１の粒子を結着させる。この操作を繰り返し行うことで、三次元の成形体が得られる。このような用途から、バインダーには樹脂や接着剤などの有機化合物が好適である。
バインダーの形成材料としては、特に限定されないが、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤などが挙げられる。
上記式におけるｘの係数０．７５は、炭素の原子量を酸素の原子量で除した値である。補正質量ｚとは、合金粉末１に添加されるバインダー由来の炭素分である。すなわち、鉄合金粒子１１が有する上記酸化物は、三次元造形物を製造する際の焼成工程において、被覆層１３中の炭素材料１２とバインダー由来の炭素分とによって還元される。詳しくは、上記酸化物に含まれる酸素原子は、炭素材料１２などの炭素原子と等モルで結合して一酸化炭素となって除去される。すなわち、上記式によれば、鉄合金粒子１１が有する上記酸化物を還元するに足る炭素が確保される。
三次元造形物の製造において、成形体の作製に用いられたバインダーは、焼成工程の前に行われる脱脂処理などの加熱によって大部分が熱分解されて放出される。特に限定されないが、上記成形体に含まれるバインダーの含有量に対して、脱脂処理などの加熱処理の後に残留するバインダー由来の炭素分は、約５質量％程度となる。
ＦＤＭ方式などの三次元造形物の製造では、例えば、成形体の作製に用いられるバインダーは、合金粉末１の全量に対して８質量％未満である。したがって、合金粉末１の全量を１００グラムとすると、上記残留するバインダー由来の炭素分は、０．４グラム未満となる。すなわち、補正質量ｚは、０．０グラムを超え、０．４グラムより小さい。
ＢＪ方式の三次元造形物の製造では、例えば、成形体の作製に用いられるバインダーは、合金粉末１の全量に対して１質量％未満である。したがって、合金粉末１の全量を１００グラムとすると、上記残留するバインダー由来の炭素分は、０．０５グラム未満となる。すなわち、ＢＪ方式を用いる場合には、補正質量ｚは０．００グラムを超え、０．０５グラムより小さいことが好ましい。
合金粉末１は、上述した成分の他に、セラミックス粉末、ガラス粉末などの無機粉末、可塑剤、滑剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、および界面活性剤などの添加剤を含んでいてもよい。
１．２．合金粉末の製造方法
合金粉末１の製造方法について、図２を参照して説明する。図２に示すように、本実施形態の合金粉末１の製造方法は、工程Ｓ１および工程Ｓ２を有している。なお、図２に示した工程フローは一例であって、これに限定されるものではない。
合金粉末１の製造方法について、図２を参照して説明する。図２に示すように、本実施形態の合金粉末１の製造方法は、工程Ｓ１および工程Ｓ２を有している。なお、図２に示した工程フローは一例であって、これに限定されるものではない。
工程Ｓ１では、水アトマイズ法により鉄合金粒子１１を作製する。鉄合金粒子１１の作製には公知のアトマイザーを用いてもよい。該アトマイザーは、特に限定されないが、例えば溶湯の供給部であるタンディッシュ、タンディッシュの下方に配置されたノズル、およびタンディッシュとノズルとの間に配置された筒状部材を有している。
まず、高周波誘導炉などを用いて、鉄合金粒子１１の形成材料を加熱して溶融させ溶湯とする。次いで、溶湯をアトマイザーのタンディッシュに供給する。溶湯は、タンディッシュに一時的に貯留された後、タンディッシュ底部の吐出口から、下方のノズルに向けて筒状部材を介して重力によって滴下される。滴下された溶湯に対して、ノズルから噴霧媒体である高圧水が吹き付けられる。これにより、溶湯は飛散して微小な溶湯の滴となると共に、水の吸熱により凝固して固体の粒子となる。このとき、上述した酸化物が該粒子に生成する。該粒子は重力によってノズル下方に落下して集積される。得られた該粒子に適宜分級を施して鉄合金粒子１１とする。
工程Ｓ２では、鉄合金粒子１１に被覆層１３を形成する。本実施形態では、被覆層１３の形成に、鉄合金粒子１１と炭素材料１２とに混合処理を実施する。ここでいう混合処理とは、混合される鉄合金粒子１１および炭素材料１２に物理的な応力がかかりにくい処理方法を指す。混合処理用の装置としては、例えば、Ｖ型混合機およびＷ型混合機などの容器回転型混合機、撹拌羽を有する混合機、超音波ホモジナイザーなどの振動機構を有する混合機などが挙げられる。
上記装置を用いて、鉄合金粒子１１と炭素材料１２とを撹拌しながら混合する。混合処理の際に、鉄合金粒子１１および炭素材料１２の粒子間の摩擦によって発熱する場合がある。そのため、混合処理は不活性ガスの雰囲気下で行うことが好ましい。
鉄合金粒子１１と炭素材料１２との混合比率は、上述した合金粉末１の１００グラムあたりに含まれる炭素材料の質量ｙの式によって決められる。具体的には、例えば酸素原子の質量ｘは、波長分散型Ｘ線分析装置を用いた元素分析などによって知ることが可能である。補正質量ｚは、合金粉末１を適用する三次元造形物の製造方法に応じて、用いるバインダーの使用量から算出可能である。
混合処理によって、鉄合金粒子１１の表面に炭素材料１２が付着して被覆層１３が形成され、合金粉末１が得られる。なお、鉄合金粒子１１に付着しなかった炭素材料１２を、分級などによって除去してもよく、合金粉末１に含ませておいてもよい。
合金粉末１における被覆層１３は、電子顕微鏡などによる観察に加えて、熱重量示差熱分析装置を用いた炭素分の定量によって確認することが可能である。具体的には、窒素雰囲気下で約６００℃まで合金粉末１を加熱した後、一旦４００℃まで温度を下げる。次いで、空気雰囲気下に切り替えて約８００℃まで加熱する。この空気雰囲気下での質量減少分が被覆層１３の炭素分である。なお、鉄合金粒子１１に炭素が含まれる場合には、被覆層１３形成前の鉄合金粒子１１単体で炭素分の定量分析を行い、該炭素分を差し引いてもよい。
本実施形態では、被覆層１３の形成方法として混合処理を例示したが、これに限定されない。被覆層１３の形成には、物理的な応力によって炭素材料１２を鉄合金粒子１１に固着させる機械的手法を用いてもよい。
１．３．三次元造形物の製造方法
合金粉末１を用いた三次元造形物の製造方法には、上述した公知の方法が採用可能である。三次元造形物の製造方法は、例えば、三次元造形によって成形体を作製する成形工程、成形体に焼成処理を施して焼結体とする焼成工程、および焼結体の表面を研磨する研磨工程を有している。本実施形態では、三次元造形物の製造方法のうちの焼成工程について述べる。
合金粉末１を用いた三次元造形物の製造方法には、上述した公知の方法が採用可能である。三次元造形物の製造方法は、例えば、三次元造形によって成形体を作製する成形工程、成形体に焼成処理を施して焼結体とする焼成工程、および焼結体の表面を研磨する研磨工程を有している。本実施形態では、三次元造形物の製造方法のうちの焼成工程について述べる。
焼成工程に先立ち、上述の脱脂処理を行って、成形体に含まれるバインダーの一部を除去する。具体的には、例えば成形体を、１００℃以上７５０℃以下の温度にて、約０．１時間から約２０時間の範囲で加熱する。脱脂処理時の雰囲気は、大気雰囲気、不活性ガス雰囲気、あるいは減圧雰囲気などとする。脱脂処理は、焼成パターンの１ステップとして焼成工程に組み込まれてもよい。なお、合金粉末１に含まれる酸化物は、上述した鉄合金粒子１１の酸化膜および成分由来のものの他に、成形工程や脱脂工程などで混入したものも含まれる。
焼成工程では多段の加熱温度パターンによって、合金粉末１の酸化物の還元と、成形体の焼成による焼結とを行う。まず、上記酸化物を還元するために、例えば、成形体を１０００℃以上１０５０℃以下の温度にて、約１時間から約３時間の範囲で加熱する。この際に成形体が暴露される雰囲気は、例えば、空気や不活性ガスなどを減圧した減圧雰囲気、あるいは水素ガスやアンモニア分解ガスなどの還元性ガス雰囲気とする。
これらの雰囲気のうち、成形体が暴露される雰囲気には減圧雰囲気を採用することが好ましい。減圧雰囲気は、減圧によって雰囲気中の酸素濃度が低減されていることから平衡酸素濃度が低い。そのため、上記酸化物の還元が促進される。また、減圧雰囲気に空気を用いる場合には、減圧前の雰囲気を特に制御せずに、排気ポンプなどによって容易に雰囲気を準備することができる。さらに、減圧されているため、酸化還元反応による一酸化炭素などの生成物が排気によって除去されやすく、一酸化炭素などによる三次元造形物への悪影響が抑えられる。
減圧雰囲気の真空度は、特に限定されないが、例えば０．００１Ｐａ以上１．０ｋＰａ以下であることが好ましく、０．００１Ｐａ以上１００Ｐａ以下であることがより好ましい。これによれば、減圧雰囲気による上記酸化物の還元が促進される。
合金粉末１に含まれる酸化物は、上記の加熱において炭素材料１２によって還元され、少なくとも一部が一酸化炭素となって除去される。被覆層１３の炭素材料１２は、成形体を構成する鉄合金粒子１１の表面を覆っている。そのため、炭素材料１２と鉄合金粒子１１が有する酸化物とは近しい位置にあり、該酸化物と炭素材料１２との酸化還元反応が速やかに進行する。これにより、該酸化物を容易に除去することができる。
鉄合金粒子１１の形成材料には、金属元素やケイ素などの非金属元素が不純物として含まれている。特に、ケイ素が不純物として含まれる場合には、水アトマイズ法によって酸化ケイ素が生じて析出することがある。酸化ケイ素は、三次元造形物の金属光沢を低下させる要因となっていた。本発明では、斯かる酸化ケイ素も還元されるため、三次元造形物の光沢を向上させることができる。
次いで、成形体を焼成して焼結体とするために、例えば、成形体を９８０℃以上１６００℃以下の温度にて、約０．２時間以上約７時間の範囲で加熱する。この際に成形体が暴露される雰囲気は、例えば、大気雰囲気、不活性ガス雰囲気、あるいは減圧雰囲気などとする。これにより成形体が焼成されて焼結体となる。脱脂処理および焼成工程では、成形体の加熱にマッフル炉などの高温炉を用いる。
次に、焼結体に研磨工程などを実施して三次元造形物とする。三次元造形物の用途には、例えば、胴、裏蓋、胴と裏蓋とが一体化されたワンピースケースのような時計ケース用部品、バンド中留、バンド・バングル着脱機構のような時計バンド用部品、回転ベゼルのようなベゼル、ねじロック式りゅうずのようなりゅうず用部品、ボタン、ガラス縁、ダイヤルリング、見切板、パッキンのような時計用外装部品、眼鏡フレームのような眼鏡用部品、ベルトのバックル、ネクタイピン、カフスボタン、指輪、ネックレス、ブレスレット、アンクレット、ブローチ、ペンダント、イヤリング、ピアスのような装身具、スプーン、フォーク、箸、ナイフ、バターナイフ、栓抜きのような食器類、ライターまたはそのケース、ゴルフクラブのようなスポーツ用品、銘板、パネル、賞杯、金型、機械部品、磁気回路部品、その他のハウジングなどが挙げられる。その他のハウジングとしては、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、モバイル型コンピューター、音楽プレーヤー、カメラ、シェーバーなどのハウジングが挙げられる。
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
合金粉末１に含まれる酸化物を容易に除去することができる。詳しくは、上記酸化物には、水アトマイズ法によって生成された、酸化膜と鉄合金粒子１１成分由来のケイ素などの酸化物が含まれる。これに対して、合金粉末１から三次元造形物を製造する焼成工程において、上記酸化物が炭素材料１２によって還元され、酸素は炭素と結びついて一酸化炭素となって排除される。特に、炭素材料１２は被覆層１３に含まれて鉄合金粒子１１の表面を覆っている。そのため、従来の処理方法と比べて、上記酸化物に対してくまなく還元反応を発現させることができる。
鉄合金粒子１１中にケイ素が含まれる場合には、水アトマイズ法によって生成された酸化ケイ素が還元されて、鉄とケイ素との固溶体として残留する。これによって、合金粉末１の焼結が促進され、三次元造形物の密度が増加し、三次元造形物において強度や表面を研磨した際の平滑性を向上させることができる。
補正質量ｚが０．００グラムを超え、０．０５グラムより小さいことから、例えば、ＢＪ方式のように、合金粉末１に対するバインダーの使用量が１質量％未満であり、バインダー由来の炭素分が５質量％未満である場合に、上記酸化物を還元するに足る炭素を確保することができる。
鉄合金粒子１１の平均粒子径が０．１μｍ以上２０．０μｍ以下であり、該平均粒子径が比較的に小さいために、合金粉末１の焼結がさらに促進される。これにより、三次元造形物において、密度がさらに増加すると共に、面粗度や寸法精度を向上させることができる。
炭素材料１２の粉末は平均粒子径が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることから、炭素材料１２は鉄合金粒子１１と比べて微細となる。そのため、鉄合金粒子１１に対する炭素材料１２の分散性が向上する。これにより、鉄合金粒子１１の表面に対して、比較的に均等に炭素材料１２を固着または付着させることができる。
２．第２実施形態
２．１．三次元造形用合金粉末
第２実施形態に係る三次元造形用合金粉末の構成について、図３を参照して説明する。本実施形態の三次元造形用合金粉末は、第１実施形態の三次元造形用合金粉末１に対して、被覆層の形成方法を異ならせたものである。そのため、第１実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
２．１．三次元造形用合金粉末
第２実施形態に係る三次元造形用合金粉末の構成について、図３を参照して説明する。本実施形態の三次元造形用合金粉末は、第１実施形態の三次元造形用合金粉末１に対して、被覆層の形成方法を異ならせたものである。そのため、第１実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図３に示すように、本実施形態の三次元造形用合金粉末２は、鉄合金粒子１１を含む。鉄合金粒子１１の表面には、炭素材料１２を含む被覆層２３が形成されている。つまり、鉄合金粒子１１の表面には複数の炭素材料１２が固着し、該表面は被覆層２３で被覆されている。三次元造形用合金粉末２では、第１実施形態の被覆層１３と同じ炭素材料１２を用いながらも、被覆層２３の形成方法が第１実施形態とは異なっている。そのため、炭素材料１２は、鉄合金粒子１１の表面に固着して、第１実施形態の被覆層１３よりも緻密な被覆層２３を形成している。なお、以降の説明において、三次元造形用合金粉末２を単に合金粉末２ということもある。
２．２．被覆層の形成方法
合金粉末２の製造方法は、第１実施形態の図２と同様に工程Ｓ１および工程Ｓ２を有している。合金粉末２の製造方法のうち、工程Ｓ２に相当する被覆層２３の形成方法について説明する。合金粉末２の製造方法のうち、工程Ｓ１に相当する鉄合金粒子１１の作製は第１実施形態と同様にして行う。
合金粉末２の製造方法は、第１実施形態の図２と同様に工程Ｓ１および工程Ｓ２を有している。合金粉末２の製造方法のうち、工程Ｓ２に相当する被覆層２３の形成方法について説明する。合金粉末２の製造方法のうち、工程Ｓ１に相当する鉄合金粒子１１の作製は第１実施形態と同様にして行う。
被覆層２３は、炭素材料１２の粉末を機械的手法にて、鉄合金粒子１１の表面に固着させることにより形成される。機械的手法とは、炭素材料１２と鉄合金粒子１１とに物理的な応力として圧縮力、摩擦力またはせん断力を作用させる手法をいう。該機械的手法に用いる装置としては、例えば、ハンマーミル、ディスクミル、ローラーミル、ボールミル、遊星ミル、ジェットミルなどの各種粉砕機、オングミル（登録商標）、高速楕円混合機、ミックスマラー（登録商標）、ヤコブソンミル、メカノフュージョン（登録商標）、およびハイブリダイゼーション（登録商標）などが挙げられる。
被覆層２３を形成する際に、鉄合金粒子１１および炭素材料１２の粒子間の摩擦によって発熱する場合がある。そのため、被覆層２３の形成は不活性ガスの雰囲気下で行うことが好ましい。
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
機械的手法による物理的な応力によって、炭素材料１２が鉄合金粒子１１の表面に固着して、より緻密で強固な被覆層２３が形成される。そのため、鉄合金粒子１１の表面からの炭素材料１２の脱落の発生が抑えられ、炭素材料１２による還元作用をより促進させることができる。
１，２…三次元造形用合金粉末（合金粉末）、１１…鉄合金粒子、１２…炭素材料、１３，２３…被覆層。
Claims (5)
- 鉄合金粒子を含む三次元造形用合金粉末であって、
前記鉄合金粒子の表面には、炭素材料を含む被覆層が形成され、
前記鉄合金粒子は、前記鉄合金粒子の全量に対して０．１質量％以上０．７質量％以下の濃度の酸素原子を含み、
前記三次元造形用合金粉末の１００グラムあたりに含まれる、前記炭素材料の質量ｙグラムは、前記酸素原子の質量ｘグラムと、補正質量ｚグラムとの間に式ｙ＝０．７５×ｘ−ｚの関係を有し、
前記補正質量ｚは、０．０グラムを超え、０．４グラムより小さいことを特徴とする三次元造形用合金粉末。 - 前記補正質量ｚは、０．００グラムを超え、０．０５グラムより小さいことを特徴とする、請求項１に記載の三次元造形用合金粉末。
- 前記鉄合金粒子の平均粒子径は、０．１μｍ以上２０．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元造形用合金粉末。
- 前記被覆層は、前記炭素材料の粉末を機械的手法にて、前記鉄合金粒子の表面に固着させることにより形成されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の三次元造形用合金粉末。
- 前記炭素材料の粉末は、平均粒子径が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の三次元造形用合金粉末。
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