JP2023024164A - Copper alloy molding having excellent electrical conductivity - Google Patents

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将啓 坂田
Masahiro Sakata
裕樹 池田
Hiroki Ikeda
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Abstract

To provide a copper alloy molding having excellent electrical conductivity.SOLUTION: A copper alloy molding comprises, in mass%, C: 0.01-3.00% and, as an optional additional component, an element M: 0.0-5.0% or less (where the element M is one or more selected from Zr, Hf, Ti, Nb, V, Mo, Mn, Cr, W, and Al) with the balance being Cu and inevitable impurities.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、三次元積層造形法、溶射法、レーザーコーティング法、肉盛法等の、急速溶融急冷凝固を伴うプロセスに適した銅合金粉末を用いて形成される銅合金造形物に関する。とりわけ、パウダーベッド方式(粉末床溶融結合方式)による積層造形法に好適な銅合金粉末を用いて形成した電気伝導性に優れる銅合金造形物に関する。 The present invention relates to a copper alloy shaped article formed using a copper alloy powder suitable for processes involving rapid melting, rapid cooling and solidification, such as three-dimensional additive manufacturing, thermal spraying, laser coating, and build-up. In particular, the present invention relates to a copper alloy molded article having excellent electrical conductivity, which is formed using a copper alloy powder suitable for lamination molding by a powder bed method (powder bed fusion bonding method).

金属からなる造形物の製作に、3Dプリンターが使用されはじめている。この3Dプリンターとは、積層造形法によって造形物を製作するものであり、金属積層造形法の代表的な方式にはパウダーベッド方式(粉末床溶融結合方式)やメタルデポジション方式(指向性エネルギー堆積方式)などがある。パウダーベッド方式では、レーザービームまたは電子ビームの照射によって、敷き詰められた粉末のうち照射された部位が溶融し凝固する。この溶融と凝固により、粉末粒子同士が結合する。照射は、金属粉末の一部に選択的になされ、照射がなされなかった部分は、溶融せず、照射がなされた部分のみにおいて、結合層が形成される。 3D printers are beginning to be used to create objects made of metal. This 3D printer is a device that manufactures a modeled object by the additive manufacturing method. Typical methods of the metal additive manufacturing method include the powder bed method (powder bed fusion method) and the metal deposition method (directed energy deposition). method), etc. In the powder bed method, irradiated portions of the spread powder are melted and solidified by irradiation with a laser beam or an electron beam. This melting and solidification binds the powder particles together. The irradiation is selectively applied to a portion of the metal powder, the non-irradiated portion does not melt, and a bonding layer is formed only on the irradiated portion.

形成された結合層の上に、さらに新しい金属粉末が敷き詰められ、それらの金属粉末にレーザービームまたは電子ビームの照射が行われる。すると、照射により、金属粒子が溶融、凝固し、新たな結合層が形成される。また、新たな結合層は、既存の結合層とも結合される。 New metal powder is spread over the formed bonding layer, and the metal powder is irradiated with a laser beam or an electron beam. The irradiation then melts and solidifies the metal particles to form a new bonding layer. The new tie layer is also bonded to the existing tie layer.

照射による溶融・凝固が順次繰り返されていくことにより、結合層の集合体が徐々に成長する。この成長により、三次元形状を有する造形物が得られる。こうした積層造形法を用いると、複雑な形状の造形物が、容易に得られる。 By successively repeating melting and solidification by irradiation, an aggregate of the bonding layer gradually grows. Through this growth, a model having a three-dimensional shape is obtained. Using such a layered manufacturing method makes it possible to easily obtain a modeled object having a complicated shape.

パウダーベッド方式の積層造形法としては、「鉄系粉末」と、「ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金、及び黒鉛から成る群から選ばれる1種類以上の粉末」が混合されたものを金属光造形用金属粉末として用い、これらの金属粉末を敷く粉末層形成ステップと、粉末層にビームを照射して焼結層を形成する焼結層形成ステップと、造形物の表面を切削する除去ステップを繰り返して焼結層を形成して、三次元形状造形物を製造するといった手順が開示されている(特許文献1参照。)。 As a powder bed type additive manufacturing method, a mixture of "iron-based powder" and "one or more powders selected from the group consisting of nickel, nickel-based alloys, copper, copper-based alloys, and graphite" is used. Used as a metal powder for metal stereolithography, a powder layer forming step of spreading these metal powders, a sintered layer forming step of irradiating the powder layer with a beam to form a sintered layer, and a removal by cutting the surface of the modeled object A procedure of forming a sintered layer by repeating steps to manufacture a three-dimensional shaped product is disclosed (see Patent Document 1).

高周波誘導加熱装置やモーター冷却用ヒートシンク等の合金には、高伝導度が要求される。このような用途には、Cu基合金が適している。これらの用途に用いられる部品は複雑形状であることから、積層造形法による手法が注目されており、積層造形法のメリットを活かすことができる。 High conductivity is required for alloys such as high-frequency induction heating devices and heat sinks for cooling motors. Cu-based alloys are suitable for such applications. Since the parts used for these applications have complicated shapes, methods using the additive manufacturing method are attracting attention, and the merits of the additive manufacturing method can be utilized.

しかし、銅は、汎用的なレーザー積層造形に用いられるレーザー波長1064nmにおける光吸収率が低いことから、溶融凝固に必要なエネルギーが十分に得られず、造形物の作製が困難である。そのため光吸収率を向上し、造形性に優れる銅合金の開発が行われている。
例えば、主成分が銅であり、銅に対する固溶量が0.2at%未満である銅合金が提案されている(特許文献2参照。)。この提案は、銅に対する固溶量の低い添加元素を用いることで銅への固溶による導電率の低下を低減させつつ、機械強度を得ることを意図したものであって、二元状態図などで銅に固溶しにくい元素を非固溶に添加するものである。
However, since copper has a low light absorptivity at a laser wavelength of 1064 nm, which is used for general-purpose laser lamination molding, sufficient energy required for melting and solidification cannot be obtained, making it difficult to produce a modeled object. Therefore, development of copper alloys with improved light absorptance and excellent formability is underway.
For example, a copper alloy containing copper as a main component and having a solid solution amount in copper of less than 0.2 at % has been proposed (see Patent Document 2). This proposal is intended to obtain mechanical strength while reducing the decrease in electrical conductivity due to solid solubility in copper by using an additive element with a low solid solubility in copper. In this method, an element that is difficult to form a solid solution with copper is added in a non-solubilized form.

特開2008-81840号公報JP-A-2008-81840 国際公開第2019/039058号公報International Publication No. 2019/039058

積層造形法は、電子ビームやレーザーを照射することで造形物を形成するプロセスであって、金属粉末に対するエネルギー吸収は、造形における重要な因子である。例えば、レーザー積層造形法の場合、照射するレーザー波長に対するレーザー光反射率が低いほど、エネルギー吸収がしやすくなり、高効率に造形を行うことができる。 Laminated manufacturing is a process of forming a modeled object by irradiating it with an electron beam or laser, and energy absorption with respect to metal powder is an important factor in modeling. For example, in the case of the laser lamination molding method, the lower the laser light reflectance with respect to the laser wavelength to be irradiated, the easier the energy absorption becomes, and the more efficient the molding can be performed.

しかしながら、銅はレーザー光反射率が高いため、エネルギーが吸収されづらく、効率を高めることが難しいので、高密度な造形が困難である。添加元素を添加すると、レーザー光を吸収しやすくなり高密度の造形が容易になるが、銅合金母相への固溶量が大きくなるため、導電性は低下する。 However, since copper has a high reflectance of laser light, it is difficult to absorb energy and it is difficult to improve the efficiency, so high-density modeling is difficult. Addition of additional elements makes it easier to absorb laser light and facilitate high-density modeling, but the amount of solid solution in the copper alloy matrix increases, so the electrical conductivity decreases.

本発明の目的は、積層造形などの急速溶融急冷凝固を伴うプロセスに適しており、高密度な造形物の作製が可能であり、かつ高い導電率を有する造形物が得られる銅合金粉末を用いて形成された、電気伝導性に優れた造形物の提供である。 The object of the present invention is to use a copper alloy powder that is suitable for processes involving rapid melting and rapid solidification such as additive manufacturing, enables the production of high-density molded objects, and provides molded objects with high electrical conductivity. To provide a shaped article having excellent electrical conductivity, formed by

本発明者らは、鋭意検討の結果、光吸収率に優れる炭素(カーボンブラック、活性炭、グラファイトを含む)に着目し、この炭素層を非化学的に粉末表面に固着させた銅合金粉末を用いて作製された電気伝導性に優れた銅合金造形物を発明するに至った。銅合金粉末の表層には炭素層を固着させることで、レーザー光吸収率を高めているので、高密度の造形物を得ることができる。 As a result of intensive studies, the present inventors focused on carbon (including carbon black, activated carbon, and graphite) with excellent light absorption rate, and used a copper alloy powder in which this carbon layer was non-chemically fixed to the powder surface. The inventors have invented a copper alloy molded article having excellent electrical conductivity produced by A carbon layer is fixed to the surface layer of the copper alloy powder to increase the laser light absorption rate, so that a high-density model can be obtained.

そして、粉末表面炭化層のC成分は、造形物の作製の際に、銅合金粉末に固溶している元素M成分と反応し炭化物となるので、造形物中に純Cuに近い母相組織を得ることができるので、電気伝導性にも優れる造形物となる。すなわち、添加元素を炭化物として粒界に排出させることで、母相内の固溶量が小さくなるため、純Cuに近い電気伝導率が得られる。さらに、これらの炭化物は微細であるため、強度向上に寄与しており、造形性、電気伝導性、強度に優れた銅合金造形物を実現している。 The C component of the powder surface carbonized layer reacts with the element M component dissolved in the copper alloy powder to form a carbide during the production of the molded product. can be obtained, it becomes a modeled article that is also excellent in electrical conductivity. That is, by discharging the additive element to the grain boundary as a carbide, the amount of solid solution in the matrix becomes small, so that electrical conductivity close to that of pure Cu can be obtained. Furthermore, since these carbides are fine, they contribute to the improvement of strength, realizing a copper alloy shaped article excellent in formability, electrical conductivity, and strength.

そこで、本発明の課題を解決するための第1の手段は、質量%で、C:0.01~3.00%、任意的添加成分として元素M:0.0~5.0%以下の(ただし元素Mは、Zr、Hf、Ti、Nb、V、Mo、Mn、Cr、W、Alから1種、もしくは2種以上の成分である。)、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅合金造形物である。 Therefore, the first means for solving the problems of the present invention is mass %, C: 0.01 to 3.00%, element M as an optional additive component: 0.0 to 5.0% or less (However, the element M is one or more of Zr, Hf, Ti, Nb, V, Mo, Mn, Cr, W, and Al.), and copper with the balance being Cu and unavoidable impurities It is an alloy molding.

その第2の手段は、銅合金造形物は、元素Mの炭化物の析出物および炭素単体の少なくともいずれかを含有している第1の手段に記載の銅合金造形物である。 A second means is the copper alloy shaped article according to the first means, wherein the copper alloy shaped article contains at least one of a carbide precipitate of the element M and a simple substance of carbon.

その第3の手段は、析出物および炭素単体は粒径が1000nm以下であること、を特徴とする第2の手段に記載の銅合金造形物である。 The third means is the copper alloy shaped article according to the second means, characterized in that the grain size of the precipitates and simple carbon is 1000 nm or less.

これらの銅合金造形物は、任意的添加成分として質量%で0.0~5.0%以下の元素M(M:Zr、Hf、Ti、Nb、V、Mo、Mn、Cr、W、Alから1種、もしくは2種以上)、残部がCu及び不可避的不純物からなるCu基粉末の表面に、さらに0.01~3.00%の炭素が被覆された非化学的反応層である炭素層粉末を備えたCu基粉末を用いて形成された銅合金造形物であってもよい。 These copper alloy shaped objects contain 0.0 to 5.0% by mass of element M (M: Zr, Hf, Ti, Nb, V, Mo, Mn, Cr, W, Al from 1, or 2 or more), the surface of the Cu-based powder, the balance of which consists of Cu and unavoidable impurities, is further coated with 0.01 to 3.00% carbon, which is a carbon layer that is a non-chemical reaction layer It may be a copper alloy shaped article formed using a Cu-based powder with a powder.

これらの銅合金造形物は、これらのCu基粉末を用いて積層造形法で積層形成された銅合金造形物であってもよい。
積層造形に用いる粉末表面に炭素層が固着されていると、積層造形の際のエネルギー効率に優れるため、高密度の銅合金造形物を得ることができる。また、電気伝導度にも優れる。
These copper alloy shaped articles may be copper alloy shaped articles that are layered and formed by a layered manufacturing method using these Cu-based powders.
When a carbon layer is adhered to the surface of the powder used for layered manufacturing, the energy efficiency during layered manufacturing is excellent, so a high-density copper alloy shaped article can be obtained. Moreover, it is excellent also in electrical conductivity.

好ましくは、相対密度97%以上の銅合金造形物である。 Preferably, it is a copper alloy shaped article having a relative density of 97% or more.

好ましくは、電気伝導率70%IACS以上を満たす、銅合金造形物である。 Preferably, it is a copper alloy shaped article that satisfies an electrical conductivity of 70% IACS or higher.

本発明の銅合金造形物は、元素Mの炭化物の析出物や炭素が含有されることで、電気伝導性に優れた銅合金造形物となっている。時効熱処理により、元素群Mの元素成分や化合物が粒界に析出することにより、銅合金造形物の母相におけるCuの純度を高めることができるからである。
Cu基粉末に対して非化学的反応層である炭素層を粉末表面に固着させた粉末を用いて作製された銅合金造形物は、Cu基粉末の母相に固溶している添加元素が銅合金造形物においては1000nm以下の炭化物として排出されるため、銅合金造形物は純Cuに近い母相組織となっており、電気伝導率に優れたものとなっている。
また、銅合金造形物の析出物あるいは炭素単体の粒径が1000nm以下であると、母相に固溶していた元素Mが炭化物として母相から排出されており、造形物は電気伝導率に優れたものとなる。
The copper alloy shaped article of the present invention contains precipitates of carbide of the element M and carbon, so that the copper alloy shaped article has excellent electrical conductivity. This is because the aging heat treatment causes the elemental components and compounds of the element group M to precipitate at the grain boundaries, thereby increasing the purity of Cu in the matrix phase of the copper alloy shaped product.
A copper alloy shaped article produced using a powder in which a carbon layer, which is a non-chemically reactive layer, is adhered to the powder surface of the Cu-based powder has additive elements dissolved in the matrix of the Cu-based powder. Since the copper alloy shaped article is discharged as carbides of 1000 nm or less, the copper alloy shaped article has a matrix structure close to that of pure Cu and has excellent electrical conductivity.
In addition, when the grain size of the precipitates or simple carbon of the copper alloy model is 1000 nm or less, the element M dissolved in the matrix is discharged from the matrix as a carbide, and the electrical conductivity of the model is reduced. will be excellent.

本発明の造形物の実施の形態の説明に先立って、銅合金造形物の成分、およびカーボン固着Cu基粉末に用いられている成分および形状、特性を規定した理由について以下に説明する。 Prior to the description of the embodiments of the shaped article of the present invention, the reasons for defining the components of the copper alloy shaped article, the components used in the carbon-adhered Cu-based powder, the shape, and the characteristics will be described below.

[カーボンについて]
C:0.01~3.00%
本発明の銅合金造形物を得るのに好適なカーボン固着Cu基粉末は、Cu基粉末の表面に非化学的反応層である炭素層を固着させたものである。銅合金造形物の造形時のレーザー光を吸収しやすくするためである。Cは固溶しにくく銅合金では不純物的な物質といえるが、Cをあえて粉末表面に固着させて造形させることで、造形時にレーザー光吸収率が向上するメリットがこれを上回る。そこで、銅合金造形物中には、Cを0.01%以上含有させる。他方、3.00%を超えると、不純物としてのデメリットが上回る。そこで、Cは0.01~3.00質量%とする。
また、カーボンを化学的に固着するのではなく、物理的に固着することで、カーボン固着に要する時間を短時間に抑えることができる。これらの観点から、Cu基粉末に対して、物理的な方法を用いて、カーボン固着を行うことが好適である。
なお、ここでいう「カーボン」とは、カーボンブラック、活性炭、及びグラファイト、およびこれらの組み合わせをいう。カーボンブラックは、レーザー光のエネルギー吸収に優れていることから、本発明には好ましく、以下の実施例の説明においては、カーボンブラックを代表例として説明するが、もちろん他のカーボン素材を排除するものではない。
[About carbon]
C: 0.01-3.00%
The carbon-adhered Cu-based powder suitable for obtaining the copper alloy shaped article of the present invention is obtained by adhering a carbon layer, which is a non-chemical reaction layer, to the surface of the Cu-based powder. This is for facilitating absorption of laser light during modeling of a copper alloy modeled object. C is difficult to dissolve in a solid state and can be said to be an impurity in copper alloys. Therefore, 0.01% or more of C is contained in the copper alloy shaped article. On the other hand, if it exceeds 3.00%, the demerit as an impurity exceeds. Therefore, C should be 0.01 to 3.00% by mass.
In addition, the time required for carbon adhesion can be shortened by physically fixing the carbon instead of chemically fixing it. From these points of view, it is preferable to use a physical method to fix the carbon to the Cu-based powder.
As used herein, "carbon" refers to carbon black, activated carbon, graphite, and combinations thereof. Carbon black is preferable for the present invention because it is excellent in laser light energy absorption, and in the description of the following examples, carbon black will be described as a representative example, but of course other carbon materials are excluded. isn't it.

[造形物の成分について]
[元素M]
任意的選択成分の元素Mは、Zr(ジルコニウム)、Hf(ハフニウム)、Ti(チタン),Nb(ニオブ)、V(バナジウム)、Mo(モリブデン)、Mn(マンガン)、Cr(クロム)、W(タングステン)、Al(アルミニウム)からなる群から選択される。2種以上選択することもできる。
これらの元素Mは、平衡状態図からCと炭化物を形成する元素である。造形時にレーザーが照射されるまでは、元素Mは母相に固溶していることに加えて、炭素層が粉末表面に固着しているため、レーザー光吸収率が高くなり、欠陥の少ない高密度の造形物が得られる。溶融凝固が完了し、母相に固溶していた元素Mが炭化物として母相から排出されることで、純Cuに近い組織となり、高い電気伝導率を有する造形物が得られる。
[元素Mの含有率]
元素Mは、Cu基粉末の母相のCu成分に固溶することで、レーザー光吸収率が向上するため、Cu基粉末には、元素Mを添加することが好ましい。
しかし、必要以上に添加量を増加すると、銅合金造形物を形成したときに、炭化物として固溶元素Mを母相から排出しても、元素Mは母相に一部固溶した状態となり、電気伝導率の低下につながってしまう。そこで、銅合金造形物における選択的に添加する元素Mの含有率は、5.0質量%以下であることが好ましい。
[About the components of the model]
[Element M]
Elements M as optional components are Zr (zirconium), Hf (hafnium), Ti (titanium), Nb (niobium), V (vanadium), Mo (molybdenum), Mn (manganese), Cr (chromium), W (tungsten) and Al (aluminum). Two or more kinds can also be selected.
These elements M are elements that form carbides with C from the equilibrium diagram. Until the laser is irradiated during molding, the element M is dissolved in the mother phase and the carbon layer adheres to the powder surface. A dense model is obtained. When the melting and solidification is completed, the element M solid-dissolved in the matrix is discharged from the matrix as carbide, resulting in a structure close to that of pure Cu and a model having high electrical conductivity.
[Content of element M]
The element M dissolves in the Cu component of the mother phase of the Cu-based powder, thereby improving the laser light absorptance. Therefore, it is preferable to add the element M to the Cu-based powder.
However, if the addition amount is increased more than necessary, even if the solid-solution element M is discharged from the matrix as carbides when the copper alloy shaped article is formed, the element M will be in a state of being partially solid-dissolved in the matrix. This leads to a decrease in electrical conductivity. Therefore, the content of the selectively added element M in the copper alloy shaped article is preferably 5.0% by mass or less.

元素M以外にも、下記の元素を不可避不純物として含んでもよい。
Si:0.10質量%以下
P:0.10質量%以下
S:0.10質量%以下
不可避的不純物の中でも、Si、P、Sは、銅合金の電気伝導及び熱伝導を阻害する。さらには、造形時の割れ発生に敏感な元素であることから、多く含有しないようにする必要がある。
In addition to the element M, the following elements may be included as inevitable impurities.
Si: 0.10% by mass or less P: 0.10% by mass or less S: 0.10% by mass or less Among the unavoidable impurities, Si, P, and S inhibit the electrical and thermal conduction of the copper alloy. Furthermore, since it is an element sensitive to crack generation during molding, it is necessary not to contain it in a large amount.

[Si(ケイ素)]
SiはCuに固溶し、銅合金の電気伝導及び熱伝導を阻害する。この観点から、Siの含有率は0.10質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましい。
[Si (silicon)]
Si dissolves in Cu and inhibits the electrical and thermal conductivity of the copper alloy. From this point of view, the Si content is preferably 0.10% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less.

[P(リン)]
PはCuに固溶し、銅合金の電気伝導及び熱伝導を阻害する。この観点から、Pの含有率は0.10質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましい。
[P (phosphorus)]
P dissolves in Cu and inhibits electrical and thermal conduction of the copper alloy. From this point of view, the P content is preferably 0.10% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less.

[S(硫黄)]
SはCuに固溶し、銅合金の電気伝導及び熱伝導を阻害する。この観点から、Sの含有率は0.10質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましい。
[S (sulfur)]
S dissolves in Cu and inhibits the electrical and thermal conduction of the copper alloy. From this point of view, the S content is preferably 0.10% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less.

[酸素量]
不可避的不純物のうち、酸素含有量が多くなると、銅合金造形物内に酸化物が形成されるため、導電性は低くなる。したがって、酸素量は500ppm以下であることが好ましい。なお、通常、積層造形は不活性ガス雰囲気中で造形するため、造形後の酸素含有量は、造形前の粉末の酸素含有量と概ね同じである。
[Oxygen content]
Of the unavoidable impurities, when the oxygen content increases, oxides are formed in the copper alloy shaped article, resulting in lower electrical conductivity. Therefore, the oxygen content is preferably 500 ppm or less. In addition, since lamination modeling is usually carried out in an inert gas atmosphere, the oxygen content after modeling is approximately the same as the oxygen content of the powder before modeling.

[波長1064nmにおける粉末のレーザー光吸収率]
波長1064nmにおけるレーザーの吸収率が高いと合金粉末は完全に溶融するが、吸収率が低いと部分的に溶融し未溶融な粉末が残る。この未溶融な粉末が造形物内部に取り残された場合、低密度かつ強度が劣る造形物が形成される。なお、波長1064nmとは、レーザー積層造形装置の汎用的なエネルギー源であるYbファイバレーザー光の波長である。レーザー光吸収率は50%以上であることが好ましい。
[Laser light absorption rate of powder at wavelength 1064 nm]
If the absorptivity of the laser at a wavelength of 1064 nm is high, the alloy powder will be completely melted, but if the absorptivity is low, it will be partially melted and unmelted powder will remain. If this unmelted powder is left behind inside the model, a model with low density and poor strength is formed. Note that the wavelength of 1064 nm is the wavelength of Yb fiber laser light, which is a general-purpose energy source for laser lamination molding apparatuses. The laser light absorptance is preferably 50% or more.

[Cu基粉末の粒子径]
本発明の銅合金造形物の造形に用いるCu基粉末の平均粒子径D50は、10μm~100μmが好ましい。微細な粒子は凝集しやすくなるため、積層造形のようにパウダーを敷き詰める際にスムーズに粉体を敷き詰めることができなくなる。そこで、本発明のCu基粉末の平均粒子径が10μm以上であれば、流動性に優れる。他方、100μmを超えると、得られる造形物の相対密度が下がってしまうこととなる。そこで、Cu基粉末の平均粒子径D50は、10μm~100μmが好ましい。より好ましくは、平均粒子径D50の下限は20μm以上であり、さらに好ましくは、30μm以上である。また、平均粒子径D50の上限は、より好ましくは80μm以下であり、さらに好ましくは、60μm以下である。
[Particle size of Cu-based powder]
The average particle diameter D 50 of the Cu-based powder used for molding the copper alloy molded article of the present invention is preferably 10 μm to 100 μm. Since fine particles tend to agglomerate, it becomes impossible to spread the powder smoothly as in layered manufacturing. Therefore, when the average particle size of the Cu-based powder of the present invention is 10 μm or more, the fluidity is excellent. On the other hand, if it exceeds 100 μm, the relative density of the resulting shaped article will decrease. Therefore, the average particle diameter D 50 of the Cu-based powder is preferably 10 μm to 100 μm. More preferably, the lower limit of the average particle diameter D50 is 20 µm or more, and still more preferably 30 µm or more. Also, the upper limit of the average particle diameter D50 is more preferably 80 μm or less, and still more preferably 60 μm or less.

平均粒子径D50の測定では、粉末の全体積が100%とされて、累積カーブが求められる。このカーブ上の、累積体積が50%である点の粒子径が、平均粒子D50である。平均粒子径D50は、レーザー回折散乱法によって測定することができる。たとえば、この測定に適した装置として、日機装社のレーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置「マイクロトラックMT3000」が挙げられる。この装置のセル内に、粉末が純水と共に流し込まれ、粒子の光散乱情報に基づいて、粒子径が検出される。 In the measurement of the average particle size D50 , the total volume of the powder is taken as 100% and the cumulative curve is obtained. The particle size at the point on this curve where the cumulative volume is 50% is the average particle D50 . The average particle size D50 can be measured by a laser diffraction scattering method. For example, as an apparatus suitable for this measurement, Nikkiso Co., Ltd.'s laser diffraction/scattering particle size distribution measuring apparatus "Microtrac MT3000" can be mentioned. Powder is poured into the cell of this device together with pure water, and the particle size is detected based on the light scattering information of the particles.

[粉末のタップ密度]
造形物の製造容易の観点から、この粉末のタップ密度TDは、0.10Mg/m3以上0.40Mg/m3以下が好ましく、0.15Mg/m3以上0.35Mg/m3以下が特に好ましい。
[Powder tap density]
The tap density TD of the powder is preferably 0.10 Mg/m3 or more and 0.40 Mg/m3 or less, and particularly preferably 0.15 Mg/m3 or more and 0.35 Mg/m3 or less, from the viewpoint of facilitating the production of shaped objects.

タップ密度は、「JIS Z 2512」の規定に準拠して測定される。測定では、約50gの粉末が容積100cm3のシリンダーに充填され、密度が測定される。測定条件は、以下の通りである。
落下高さ:10mm
タップ回数:200
The tap density is measured in accordance with "JIS Z 2512". For the measurements, about 50 g of powder are packed into a cylinder with a volume of 100 cm 3 and the density is measured. The measurement conditions are as follows.
Drop height: 10mm
Number of taps: 200

[粉末の球形度]
粉末の球形度は、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。
[Powder sphericity]
The sphericity of the powder is preferably 0.80 or more and 0.95 or less. A powder having a sphericity of 0.80 or more has excellent fluidity. From this point of view, the sphericity is more preferably 0.83 or more, and particularly preferably 0.85 or more. A powder having a sphericity of 0.95 or less can suppress laser reflection. From this point of view, the sphericity is more preferably 0.93 or less, particularly preferably 0.90 or less.

球形度の測定では、粉末が樹脂に埋め込まれた試験片が準備される。この試験片が鏡面研磨に供され、研磨面が光学顕微鏡で観察される。顕微鏡の倍率は、100倍である。無作為に抽出された20個の粒子について画像解析がなされ、この粒子の球形度が測定される。20個の測定値の平均が、粉末の球形度である。球形度は、粉末1粒子の最大長と、最大長に対して垂直方向における長さの割合を意味している。 In the measurement of sphericity, a specimen with powder embedded in resin is prepared. This test piece is subjected to mirror polishing, and the polished surface is observed with an optical microscope. The magnification of the microscope is 100x. Image analysis is performed on 20 randomly selected particles to measure the sphericity of the particles. The average of 20 measurements is the sphericity of the powder. The sphericity means the maximum length of one powder particle and the ratio of the length in the direction perpendicular to the maximum length.

[Cu基粉末について]
以下、本発明のCu基粉末の製造について説明する。
Cu基粉末の製造方法としては、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。このうち、Cu基粉末の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。
また、Cu基粉末の作製のために、メカニカルミリング等が施されて粉砕して粉体を得ることもできる。ミリング方法としては、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。
本発明における積層造形に用いるCu基粉末は、添加成分の過飽和固溶および球状化の観点からは、とりわけガスアトマイズ法が好ましい。そこで、以下の実施の形態では、ガスアトマイズによる製造で得られたCu基粉末を用いて説明する。
[About Cu-based powder]
The production of the Cu-based powder of the present invention is described below.
Examples of methods for producing Cu-based powder include water atomization, single roll quenching, twin roll quenching, gas atomization, disk atomization and centrifugal atomization. Among these, preferred methods for producing a Cu-based powder are the single roll cooling method, the gas atomization method and the disc atomization method.
Further, in order to prepare the Cu-based powder, mechanical milling or the like can be performed to pulverize the powder to obtain powder. Examples of milling methods include a ball mill method, a bead mill method, a planetary ball mill method, an attritor method and a vibrating ball mill method.
The gas atomization method is particularly preferable for the Cu-based powder used for layered manufacturing in the present invention, from the viewpoint of supersaturated solid solution of additive components and spheroidization. Therefore, in the following embodiments, a Cu-based powder obtained by gas atomization will be used for explanation.

[カーボンの粒子径:平均粒子径D50が体積平均で0.25μm以上10μm以下]
Cu基合金粉末の表面に固着させるカーボンとしては、粉体のカーボンが好適であり、そのカーボンの平均粒子径D50は、0.25μm~10μmであることが好ましい。平均粒子径D50が0.25μm以上である粉末は、凝集しにくいので、Cu基合金粉末の表面に偏らずに固着しうる。そこでより好ましくは平均粒子径D50は0.30μm以上である。他方、平均粒子径D50が10μmを超えるカーボンの粉末を固着に用いると、この粉末を用いて形成された造形物の相対密度が低下、および導電率が低下することとなる。そこで高い相対密度かつ電気伝導率に優れる造形物を得る観点からは、より好ましくは、カーボンの平均粒子径D50は7μm以下であり、さらに好ましくは、5μm以下が特に好ましい。
[Carbon particle size: average particle size D 50 is 0.25 μm or more and 10 μm or less in volume average]
Powdered carbon is suitable as the carbon to be adhered to the surface of the Cu-based alloy powder, and the average particle diameter D 50 of the carbon is preferably 0.25 μm to 10 μm. A powder having an average particle diameter D 50 of 0.25 μm or more is less likely to agglomerate, so that it can be uniformly adhered to the surface of the Cu-based alloy powder. Therefore, the average particle diameter D50 is more preferably 0.30 μm or more. On the other hand, if a carbon powder having an average particle diameter D50 exceeding 10 μm is used for bonding, the relative density and electrical conductivity of a model formed using this powder will decrease. Therefore, from the viewpoint of obtaining a shaped article having a high relative density and excellent electrical conductivity, the average particle diameter D50 of carbon is more preferably 7 μm or less, and particularly preferably 5 μm or less.

[カーボンブラックのレーザー光吸収率について]
カーボン、特にカーボンブラックは、波長1064nmにおいて、5%以下のレーザー光反射率を示すことから、レーザー光を効率よく吸収する物質といえる。そこで、Cu基粉末の表面に固着させることで、波長1064nmにおけるレーザー光反射率を減少させることができる。よって、Cu基粉末の表面に固着させるカーボンとしては、カーボンブラック以外にも、活性炭やグラファイトも使用できる。
いずれのカーボンであっても、レーザー波長1064nmにおいて、カーボンを固着した粉末のレーザー光反射率は50%以下であることが好ましい。本発明の銅合金造形物用のCu基粉末に用いるカーボンとしては、カーボンブラックが好適に適用しうる。
[Laser light absorption rate of carbon black]
Carbon, particularly carbon black, exhibits a laser beam reflectance of 5% or less at a wavelength of 1064 nm, and can be said to be a substance that efficiently absorbs laser beams. Therefore, the laser light reflectance at a wavelength of 1064 nm can be reduced by adhering to the surface of the Cu-based powder. Therefore, as the carbon to be adhered to the surface of the Cu-based powder, activated carbon and graphite can be used in addition to carbon black.
Regardless of the type of carbon, the laser light reflectance of the carbon-fixed powder is preferably 50% or less at a laser wavelength of 1064 nm. Carbon black can be suitably applied as the carbon used in the Cu-based powder for the copper alloy molded article of the present invention.

[カーボンの固着量]
Cu基合金粉末の表面に固着させるカーボンの固着量は、Cu基粉末に対して3.00質量%以下であることが好ましい。カーボンの固着量が3.00質量%を上回ると、かえって造形物の相対密度が下がってしまうこととなる。さらに、電気伝導率が低下する。そこで、カーボンの固着量はCu基粉末に対して3.00質量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは、カーボンが2.00質量%以下である。
[Amount of carbon adhered]
The amount of carbon adhered to the surface of the Cu-based alloy powder is preferably 3.00% by mass or less with respect to the Cu-based powder. If the amount of carbon adhered exceeds 3.00% by mass, the relative density of the modeled object rather decreases. Furthermore, electrical conductivity is reduced. Therefore, the amount of carbon adhering to the Cu-based powder is preferably 3.00% by mass or less, more preferably 2.00% by mass or less.

なお、Cu基合金粉末に固着するカーボンの固着状態は、Cu基合金粉末の表面に均一に固着されている場合でも、均一に固着されていない場合であってもよい。
Cu基合金粉末にカーボンが均一に固着されていると、固着されている表面積全体でレーザー光が吸収されるため、低いエネルギー密度で造形した場合においても、高密度な造形物が得られる。
In addition, the carbon adhered to the Cu-based alloy powder may be adhered uniformly to the surface of the Cu-based alloy powder or not uniformly adhered to the surface of the Cu-based alloy powder.
When carbon is uniformly adhered to the Cu-based alloy powder, laser light is absorbed over the entire surface area where the carbon is adhered, so even when the object is formed with a low energy density, a high-density model can be obtained.

他方、Cu基合金粉末の表面に部分的に固着されている粉末では、点在して固着されている箇所が優先的に溶融するも、その溶融熱によって固着されていない箇所をも迅速に溶融させていくことができる。そこで、低エネルギー密度で造形した場合においても、高密度な造形物を得ることができる。そこで、カーボンはCu基合金粉末の表面を均一に覆う必要はなく、点在するように固着していてもよい。 On the other hand, in the case of the powder that is partially adhered to the surface of the Cu-based alloy powder, the scattered and adhered portions are preferentially melted, but the non-fixed portions are quickly melted by the heat of fusion. I can let you. Therefore, a high-density modeled object can be obtained even when it is modeled with a low energy density. Therefore, the carbon does not need to cover the surface of the Cu-based alloy powder uniformly, and may adhere to the surface in a scattered manner.

[Cu基合金粉末の製造について]
カーボンを固着させる前の原材料の1つであるCu基粉末の製造方法としては、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。このうち、Cu基粉末の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。また、Cu基粉末の作製のために、メカニカルミリング等が施されて粉砕して粉体を得ることもできる。ミリング方法としては、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。
[Production of Cu-based alloy powder]
Examples of the method for producing the Cu-based powder, which is one of the raw materials before carbon is fixed, include water atomization, single roll quenching, twin roll quenching, gas atomization, disc atomization, and centrifugal atomization. Among these, preferred methods for producing a Cu-based powder are the single roll cooling method, the gas atomization method and the disc atomization method. Further, in order to prepare the Cu-based powder, mechanical milling or the like can be performed to pulverize the powder to obtain powder. Examples of milling methods include a ball mill method, a bead mill method, a planetary ball mill method, an attritor method and a vibrating ball mill method.

本発明における積層造形に用いるCu基合金粉末は、球状化の観点からは、とりわけガスアトマイズ法が好ましい。そこで、以下の実施の形態では、ガスアトマイズによる製造で得られたCu基合金粉末を用いて説明する。 From the viewpoint of spheroidizing the Cu-based alloy powder used for additive manufacturing in the present invention, the gas atomization method is particularly preferable. Therefore, in the following embodiments, Cu-based alloy powder obtained by gas atomization will be used for explanation.

[Cu基合金粉末の表面にカーボンを固着させる手順について]
Cu基合金粉末の表面へのカーボンの固着方法としては、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等が例示される。微細なカーボンは凝集しやすいので、対流、せん断、拡散を強い力で付与することが可能な固着方法が好ましい。また、酸化を防止するため、固着する際には乾式処理であることが好ましい。Cu基合金粉末とカーボンブラックを投入して所定の時間ミリングすることで、カーボンがCu基合金粉末の表面に固着する。このようにして、Cを固着させることにより、Cで被覆されたCu基粉末を得ることができる。
[Procedure for fixing carbon to the surface of Cu-based alloy powder]
Examples of methods for fixing carbon to the surface of the Cu-based alloy powder include a ball mill method, a bead mill method, a planetary ball mill method, an attritor method, and a vibrating ball mill method. Since fine carbon tends to aggregate, a fixing method capable of imparting convection, shear, and diffusion with a strong force is preferable. Moreover, in order to prevent oxidation, it is preferable to use a dry treatment when fixing. The Cu-based alloy powder and carbon black are added and milled for a predetermined time, whereby the carbon adheres to the surface of the Cu-based alloy powder. By fixing C in this manner, a Cu-based powder coated with C can be obtained.

カーボンを化学的に固着するのではなく、物理的に固着させることにすると、カーボン固着に要する時間を短時間に抑えることができる。そこで、実施例では、Cu基合金粉末に対して、物理的な方法を用いて、カーボン固着を行うこととしている。 By physically fixing the carbon instead of chemically fixing it, the time required for the carbon fixing can be shortened. Therefore, in the embodiments, a physical method is used to fix the carbon to the Cu-based alloy powder.

[造形物の作製について]
カーボン固着Cu基合金粉末を用いて、本発明の造形物を作製する方法としては、金属粉末を溶融及び凝固する工程である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は、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、カーボン固着Cu基合金粉末は、レーザー光を吸収して低エネルギー密度で溶融凝固させることに好適であることから、パウダーベッド方式(粉末床溶融結合方式)の三次元積層造形法で造形物を積層しながら作製していくことに適している。
[About production of modeled objects]
As a method for producing the shaped article of the present invention using the carbon-adhered Cu-based alloy powder, there is a rapid melting, rapid cooling and solidification process, which is a process of melting and solidifying the metal powder. Specific examples of this process include three-dimensional additive manufacturing, thermal spraying, laser coating and overlaying. In particular, the carbon-adhered Cu-based alloy powder is suitable for melting and solidifying at a low energy density by absorbing laser light. It is suitable for making while laminating.

パウダーベッド方式では、レーザービームまたは電子ビームの照射によって、敷き詰められた粉末のうち照射された部位が溶融し凝固する。この溶融と凝固により、粉末粒子同士が結合する。照射は、金属粉末の一部に選択的になされ、照射がなされなかった部分は、溶融せず、照射がなされた部分のみにおいて、結合層が形成される。 In the powder bed method, irradiated portions of the spread powder are melted and solidified by irradiation with a laser beam or an electron beam. This melting and solidification binds the powder particles together. The irradiation is selectively applied to a portion of the metal powder, the non-irradiated portion does not melt, and a bonding layer is formed only on the irradiated portion.

形成された結合層の上に、さらに新しい金属粉末が敷き詰められ、それらの金属粉末にレーザービームまたは電子ビームの照射が行われる。すると、照射により、金属粒子が溶融、凝固し、新たな結合層が形成される。また、新たな結合層は、既存の結合層とも結合される。 New metal powder is spread over the formed bonding layer, and the metal powder is irradiated with a laser beam or an electron beam. The irradiation then melts and solidifies the metal particles to form a new bonding layer. The new tie layer is also bonded to the existing tie layer.

照射による溶融・凝固が順次繰り返されていくことにより、結合層の集合体が徐々に成長する。この成長により、三次元形状を有する造形物が得られる。こうした積層造形法を用いると、複雑な形状の銅合金造形物が、容易に得られる。 By successively repeating melting and solidification by irradiation, an aggregate of the bonding layer gradually grows. Through this growth, a model having a three-dimensional shape is obtained. Using such an additive manufacturing method, a copper alloy shaped article having a complicated shape can be easily obtained.

なお、積層造形法などの急速溶融急冷凝固プロセスで焼結を行うときのエネルギー密度は、80~320J/mm3であることが好ましい。エネルギー密度が80J/mm3以上である場合、十分な熱が粉末に与えられるので、造形物内部における未溶融粉末の残存が抑制され、相対密度の大きな造形物が得られやすい。より好ましくは、エネルギー密度は100J/mm3以上である。他方、エネルギー密度が320J/mm3以下である場合、加熱、冷却に伴う熱応力を低減することができる。さらに、溶融に必要以上の過剰な熱を防ぐため、溶融金属の突沸が抑制され、造形物の内部における欠陥が抑制される。そこで、より好ましくは、エネルギー密度は280J/mm3以下である。 The energy density for sintering in a rapid melting, rapid cooling and solidification process such as the additive manufacturing method is preferably 80 to 320 J/mm 3 . When the energy density is 80 J/mm 3 or more, sufficient heat is applied to the powder, so that unmelted powder is suppressed from remaining inside the model, and a model with a high relative density can be easily obtained. More preferably, the energy density is 100 J/mm 3 or higher. On the other hand, when the energy density is 320 J/mm 3 or less, the thermal stress associated with heating and cooling can be reduced. Furthermore, in order to prevent excessive heat more than necessary for melting, bumping of the molten metal is suppressed, and defects inside the model are suppressed. Therefore, more preferably, the energy density is 280 J/mm 3 or less.

[造形物の相対密度]
急速溶融急冷凝固プロセスで得られた銅合金造形物の相対密度は、97%以上であることが好ましい。積層造形による銅合金造形物の相対密度が97%以上であれば、造形物内部の欠陥が少なく電気伝導率に優れる銅合金造形物が得られる。相対密度はより好ましくは98%以上である。
[Relative Density of Molded Object]
The relative density of the copper alloy shaped article obtained by the rapid melting, rapid cooling and solidification process is preferably 97% or more. If the relative density of the copper alloy shaped article by additive manufacturing is 97% or more, the copper alloy shaped article having few defects inside the shaped article and excellent electrical conductivity can be obtained. Relative density is more preferably 98% or more.

相対密度は、積層造形法等で作製した10mm角試験片の密度と、原料である粉末のかさ密度との比に基づいて算出される。
まず、10mm角試験片の密度は、アルキメデス法によって測定することができる。
粉末のかさ密度は、乾式密度測定器によって測定できる。たとえばHeガス置換を利用した定容積膨張法によってかさ密度を測定することができる。この測定に適した装置として、島津製作所の乾式自動密度計「AccuPyc1330」が挙げられる。この装置のセル内に、粉末を充填させて密度を測定する。
The relative density is calculated based on the ratio between the density of a 10 mm square test piece prepared by lamination molding or the like and the bulk density of the raw material powder.
First, the density of a 10 mm square test piece can be measured by the Archimedes method.
The bulk density of powder can be measured by a dry density measuring instrument. For example, the bulk density can be measured by a constant volume expansion method using He gas replacement. An apparatus suitable for this measurement includes a dry automatic density meter "AccuPyc1330" manufactured by Shimadzu Corporation. The powder is filled into the cell of this device and the density is measured.

[熱処理]
銅合金造形物の熱処理では、未熱処理造形物に時効熱処理を施す工程を行う。時効熱処理により、元素群Mの元素成分単相および/またはCuと元素群Mの元素成分との化合物が、粒界に析出する。この析出により、銅合金造形物の母相におけるCuの純度を高めることができる。この母相は、炭化物形成と同様に、銅合金造形物の導電性に寄与する。
[Heat treatment]
In the heat treatment of the copper alloy shaped article, a step of subjecting the unheated shaped article to aging heat treatment is performed. Due to the aging heat treatment, a single phase of the elemental component of the element group M and/or a compound of Cu and the elemental component of the element group M are precipitated at the grain boundary. This precipitation can increase the purity of Cu in the parent phase of the copper alloy shaped article. This matrix contributes to the electrical conductivity of the copper alloy shape as well as to carbide formation.

時効熱処理の温度が、350℃以上である場合、元素群Mの元素成分単相および/またはCuと元素群Mの元素成分との化合物が、十分に析出した組織が得られる。そこで、時効熱処理の温度は、400℃以上がより好ましい。時効熱処理の温度が、1000℃以下である場合、銅合金造形物における元素群Mの母相への固溶が抑制される。そこで、時効熱処理の温度は、900℃以下がより好ましい。 When the temperature of the aging heat treatment is 350° C. or higher, a structure in which a single phase of elemental components of element group M and/or compounds of Cu and elemental components of element group M are sufficiently precipitated is obtained. Therefore, the temperature of the aging heat treatment is more preferably 400° C. or higher. When the temperature of the aging heat treatment is 1000° C. or less, solid solution of the element group M in the mother phase in the copper alloy shaped article is suppressed. Therefore, the temperature of the aging heat treatment is more preferably 900° C. or less.

時効熱処理の時間が1時間以上である場合、元素群Mの元素成分単相および/またはCuと元素群Mの元素成分との化合物が、十分に析出した組織が得られる。一方で、時効熱処理の時間が10時間以下である場合、過時効による析出物粗大化に起因した導電率低下および強度低下を抑制することができる。そこで、時効熱処理の時間は、1時間以上、10時間以下が好ましい。 When the time of the aging heat treatment is 1 hour or longer, a structure in which a single phase of elemental components of the element group M and/or a compound of Cu and the elemental components of the element group M are sufficiently precipitated is obtained. On the other hand, when the aging heat treatment time is 10 hours or less, it is possible to suppress the reduction in electrical conductivity and strength due to the coarsening of precipitates due to overaging. Therefore, the time for the aging heat treatment is preferably 1 hour or more and 10 hours or less.

[析出物(炭化物)]
元素Mを含む炭化物は、銅合金造形物内部に存在する。この炭化物が析出することは、Cu母相に固溶していた元素Mが排出されることを意味し、電気伝導率の向上に寄与する。析出物の大きさが1000nmを上回ると、導電パスの妨げや強度の低下をもたらす。この観点から、元素Mを含む炭化物のサイズは、1000nm以下であることが好ましい。
[Precipitates (carbides)]
Carbides containing the element M are present inside the copper alloy shaped article. Precipitation of this carbide means that the element M solid-dissolved in the Cu matrix is discharged, and contributes to the improvement of electrical conductivity. If the size of the precipitate exceeds 1000 nm, it will hinder the conductive path and reduce the strength. From this point of view, the size of the carbide containing the element M is preferably 1000 nm or less.

[銅合金造形物の電気伝導度]
熱処理後の銅合金造形物の電気伝導度は、70%IACS以上が好ましい。電気伝導度が70%IACS以上である造形物は、導電性に優れる。より好ましくは、電気伝導度は80%IACS以上である。
[Electrical conductivity of copper alloy model]
The electrical conductivity of the copper alloy shaped article after heat treatment is preferably 70% IACS or more. A model having an electrical conductivity of 70% IACS or more has excellent electrical conductivity. More preferably, the electrical conductivity is 80% IACS or higher.

[電気伝導度の測定]
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。
[Measurement of electrical conductivity]
A test piece (3×2×60 mm) was prepared, and the electric resistance value (Ω) was measured by the four-probe method based on "JIS C 2525". For the measurement, an apparatus "TER-2000RH" manufactured by ULVAC-RIKO was used. The measurement conditions are as follows.
Temperature: 25°C
Current: 4A
Distance between voltage drops: 40mm
The electric resistivity ρ (Ωm) was calculated based on the following formula.
ρ=R/I×S
In this formula, R is the electrical resistance value (Ω) of the test piece, I is the current (A), and S is the cross-sectional area (m 2 ) of the test piece. The electrical conductivity (S/m) was calculated from the reciprocal of the electrical resistivity ρ. Also, the electrical conductivity (%IACS) of each test piece was calculated with 5.9×10 7 (S/m) as 100%IACS.

[実施例]
実施例によって本発明の効果が確認されることを示す。以下では、本発明の銅合金造形物を、粒子表面がCで被覆されたCu基粉末を用いて積層造形法にて作製する例で説明する。なお、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
[Example]
Examples show that the effects of the present invention are confirmed. In the following, an example in which the copper alloy modeled article of the present invention is produced by an additive manufacturing method using a Cu-based powder whose particle surfaces are coated with C will be described. It should be noted that the present invention is not limitedly interpreted based on the description of this example.

まず、造形に用いた粉末は、概略、ガスアトマイズすることによってCu基粉末を得て、次いでその表面に乾式攪拌機によりCを被覆し、C被覆Cu基粉末として得ることができる。造形前のC被覆Cu基粉末の組成を表1に示す。なお、表1の成分の残部は、Cu及び不可避的不純物である。
すなわち、表1の化学成分は、造形前のC被覆Cu基粉末の成分であって、例えば実施例1では、Cu基粉末の表面に固着させたCの量が0.10%であるから、被覆される側のCu基粉末部分は銅および不可避的不純物であり、その量は、99.90%である。
また、造形の前後で、表1に記載の成分組成には変化はなく、表1に記載の成分は銅合金造形物の成分組成と合致している。
First, the powder used for modeling is roughly gas-atomized to obtain a Cu-based powder, and then the surface thereof is coated with C using a dry stirrer to obtain a C-coated Cu-based powder. Table 1 shows the composition of the C-coated Cu-based powder before shaping. The remainder of the components in Table 1 are Cu and unavoidable impurities.
That is, the chemical components in Table 1 are the components of the C-coated Cu-based powder before shaping. For example, in Example 1, the amount of C fixed to the surface of the Cu-based powder is 0.10%. The Cu-based powder portion on the side to be coated is copper and unavoidable impurities, the amount of which is 99.90%.
In addition, before and after molding, there is no change in the composition shown in Table 1, and the composition shown in Table 1 matches the composition of the copper alloy shaped article.

実施例におけるガスアトマイズは、真空中にて、アルミナ製坩堝で、表1の成分からCを除いた所定の組成を有する原料を高周波誘導加熱で加熱し、溶解した後、坩堝下にある直径が5mmのノズルから、溶湯を落下させた。次いで、この溶湯に向けて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、Cu基粉末を得た。 Gas atomization in the examples was carried out by heating a raw material having a predetermined composition excluding C from the components shown in Table 1 by high-frequency induction heating in a vacuum in an alumina crucible, melting it, and then dissolving the material under the crucible with a diameter of 5 mm. The molten metal was dropped from the nozzle of. Next, argon gas was sprayed toward this molten metal to obtain a large number of particles. These particles were classified to remove particles with a diameter greater than 63 μm to obtain a Cu-based powder.

これらのCu基粉末と、炭素粉末(サーマルブラック)を乾式攪拌機(ホソカワミクロン社製)に投入して、攪拌することにより、表1の実施例記載のC被覆Cu基粉末を得た。 These Cu-based powders and carbon powder (thermal black) were placed in a dry stirrer (manufactured by Hosokawa Micron Corporation) and stirred to obtain C-coated Cu-based powders described in Table 1.

[レーザー光吸収率の測定]
得られたC被覆Cu基粉末について、分光光度計を用いて、レーザー波長1064nmにおけるレーザー光反射率を測定した。レーザー光吸収率は、100-「レーザー光反射率(%)」%として算出した。結果は、表1に示す。
[Measurement of laser light absorption rate]
The resulting C-coated Cu-based powder was measured for laser light reflectance at a laser wavelength of 1064 nm using a spectrophotometer. The laser light absorptivity was calculated as 100-“laser light reflectance (%)”%. Results are shown in Table 1.

Figure 2023024164000001
Figure 2023024164000001

[造形]
得られたC被覆Cu基粉末を原料として、それぞれ、3次元積層造形装置(EOS-M280)による積層造形法を実施し、銅合金造形物(未熱処理造形物)を得た。
[molding]
Using the obtained C-coated Cu-based powder as a raw material, the additive manufacturing method was carried out using a three-dimensional additive manufacturing apparatus (EOS-M280) to obtain a copper alloy model (unheat-treated model).

[熱処理]
未熱処理造形物に、350~1000℃、1~10時間の範囲内で熱処理(時効処理)を施した。これらの熱処理条件は各組成に応じて、適切と考えられる熱処理を施している。
[Heat treatment]
A heat treatment (aging treatment) was applied to the non-heat-treated molded article at 350 to 1000° C. for 1 to 10 hours. These heat treatment conditions are heat treatments that are considered appropriate according to each composition.

[相対密度測定]
熱処理後の造形物について、それぞれ、試験片(10×10×10mm)を作製し、相対密度(%)を測定した。結果を表2に示す。
[Relative density measurement]
A test piece (10×10×10 mm) was prepared for each shaped article after the heat treatment, and the relative density (%) was measured. Table 2 shows the results.

[電気伝導率測定]
熱処理後の銅合金造形物について、それぞれ、試験片(3×2×60mm)を作製し、「JIS C 2525」に準拠した4端子法で、電気伝導率(%IACS)を測定した。結果を表2に示す。
[Electrical conductivity measurement]
A test piece (3×2×60 mm) was prepared for each of the heat-treated copper alloy shaped objects, and the electrical conductivity (%IACS) was measured by the four-probe method according to "JIS C 2525". Table 2 shows the results.

Figure 2023024164000002
Figure 2023024164000002

[析出物の大きさ測定]
実施例のCu基粉末を原料として得た銅合金造形物から、それぞれ、FIB(集束イオンビーム)加工にて、薄膜状の試験片を作製した。各試験片を透過電子顕微鏡(TEM)で観察し、析出物及び炭素単体の大きさ(最大径)を確認した。析出物や炭素単体の粒径はTEMで100μm2を観察し、認められる介在物や炭素単体の粒子のうちの最大径を求めた。なお、炭素単体は、炭化物の析出物に比べて小径であるため、双方が存在する場合には、炭化物の析出物の径がここでいう最大径である。
結果を表3に示す。なお、実施例10は炭素単体のみであることから、表3の実施例10は、炭素単体の最大径(nm)である。
[Measurement of precipitate size]
A thin-film test piece was prepared by FIB (focused ion beam) processing from each copper alloy model obtained using the Cu-based powder of the example as a raw material. Each test piece was observed with a transmission electron microscope (TEM) to confirm the size (maximum diameter) of precipitates and simple carbon. The grain size of the precipitates and simple carbon particles was observed with a TEM at 100 μm 2 , and the maximum diameter among the particles of inclusions and simple carbon particles observed was determined. Since the carbon alone has a smaller diameter than the precipitates of carbides, when both are present, the diameter of the precipitates of carbides is the maximum diameter referred to herein.
Table 3 shows the results. Since Example 10 contains only carbon alone, Example 10 in Table 3 is the maximum diameter (nm) of carbon alone.

[評価格付け]
銅合金造形物の特性に関する下記の基準に基づき、3段階の格付けを実施した結果を表3に示した。
評価◎:相対密度98%以上かつ電気伝導率80%IACS以上。
評価○:相対密度97%以上かつ電気伝導率70%IACS以上。
評価×:相対密度97%未満または電気伝導率70%IACS未満。
[Rating]
Table 3 shows the results of three-level grading based on the following criteria regarding the properties of copper alloy shaped articles.
Evaluation ⊚: Relative density of 98% or more and electric conductivity of 80% IACS or more.
Evaluation ◯: Relative density of 97% or more and electric conductivity of 70% IACS or more.
Evaluation x: Relative density less than 97% or electrical conductivity less than 70% IACS.

Figure 2023024164000003
Figure 2023024164000003

表2より、本発明の銅合金造形物は高密度であり、添加元素Mを加えた場合においても、電気伝導率に十分に優れた造形物が得られる。 From Table 2, the copper alloy molded article of the present invention has a high density, and even when the additive element M is added, a molded article having sufficiently excellent electrical conductivity can be obtained.

[比較例]
比較例は、表4~6に示した。いずれもCu基粉末を積層造形した銅合金造形物を同様に評価したものである。
比較例2、3は、Cの量が過多な例であり、電気伝導率が低下した。比較例4~13は、元素成分Mが過多であり、電気伝導率が低下した。また比較例1はCを含有しておらず、レーザー光の吸収率が不良のため、相対密度が低いものとなった。
[Comparative example]
Comparative examples are shown in Tables 4-6. In both cases, a copper alloy modeled product obtained by laminate-molding a Cu-based powder was evaluated in the same manner.
Comparative Examples 2 and 3 were examples in which the amount of C was excessive, and the electric conductivity was lowered. In Comparative Examples 4 to 13, the elemental component M was excessive and the electric conductivity was lowered. Comparative Example 1 did not contain C and had poor laser light absorptance, resulting in a low relative density.

Figure 2023024164000004
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Figure 2023024164000005
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Figure 2023024164000006
Figure 2023024164000006

Claims (3)

質量%で、C:0.01~3.00%、任意的添加成分として元素M:0.0~5.0%以下の(ただし元素Mは、Zr、Hf、Ti、Nb、V、Mo、Mn、Cr、W、Alから1種、もしくは2種以上の成分である。)、残部がCu及び不可避的不純物からなる銅合金造形物。 % by mass, C: 0.01 to 3.00%, element M as an optional additive component: 0.0 to 5.0% or less (where element M is Zr, Hf, Ti, Nb, V, Mo , Mn, Cr, W, and Al), and the balance is Cu and unavoidable impurities. 元素Mの炭化物の析出物ならびに炭素単体の少なくともいずれかを含有する請求項1に記載の銅合金造形物。 2. The copper alloy shaped article according to claim 1, containing at least one of carbide precipitates of the element M and elemental carbon. 析出物および炭素単体は粒径が1000nm以下であること、を特徴とする請求項2に記載の造形物。 3. The shaped article according to claim 2, wherein the particle size of the precipitates and the simple carbon is 1000 nm or less.
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