JP2023126111A - 3d造形用混合粉末の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、この方法では、M粉末の分布が不均一な3D造形用混合粉末しか得られなかった。
CuM合金は、Cuに固溶しにくいMとCuからなる二相分離型の複相合金のことである。Mはメタルの略であり、融点が1700℃以上の高融点メタルが含まれる。Mは、例えば、V、Cr、Nb、W、Zr、Mo、Taのうち1種又は2種以上の金属元素であってもよい。
第1の金属粉末は、アトマイズ法によって製造することができる。アトマイズ法として、例えば、ガスアトマイズ法、ディスクアトマイズ法を用いることができる。ガスアトマイズ法は、真空中で溶解した溶湯を、ノズルから鉛直下方に落下させ、周囲から不活性ガス(アルゴンガス、窒素ガス等)を吹き付けることで、小さな液滴に分断する方法であり、分断された溶融金属は、噴霧チャンバ内で落下する間に表面張力により球形化しながら凝固し、球状の粉末が得られる。ディスクアトマイズ法は、ノズルから溶湯を高速で回転するディスク上に連続的に流下し、ディスク上面に形成させた溶融膜を高速回転により液滴状に飛散させて粉末を製造する方法である。溶湯は高速回転の中心に流れ落ち、ディスク表面に広がるとともに遠心力で外周に引張られ薄い溶融膜を形成する。溶融膜はディスクの周端で支持を失い滴状となり、遠心力によりその融滴が分離・飛散され、微粒化が起こる。微粒化された溶湯は溶湯自らの持つ表面張力により球状化されながら雰囲気ガスもしくは放射冷却により冷却され、球状の粉末が得られる。CuM合金粉末等を、Cu粉末とCuM合金粉末との混合粉末とする場合には、それぞれの粉末をガスアトマイズ法で製造し、これらを混合すればよい。
第2の金属粉末は、球形ではない不定形状のM粉末を原材料(以下、原料M粉末ともいう)とした球状化処理を行うことによって製造される球形の粒子である。第2の金属粉末を球形度で規定すると、好ましくは0.80以上である。球形度の技術的意義については、上述したから説明を省略する。原料M粉末の製造には、機械的粉砕法、噴霧法、還元法、電解法などを用いることができる。機械的粉砕法において、M塊が比較的大きい場合には、ジョークラッシャー、ハンマーミル、スタンプミル等を用いてM塊を粉砕することによって、原料M粉末を得ることができる。機械的粉砕法において、M塊が比較的小さい場合には、ボールミル、振動ミルなどを用いてM塊を粉砕することによって、原料M粉末を得ることができる。
球状のCuM合金粉末等(第1の金属粉末)と、球状のM粉末(第2の金属粉末)とを混合する。この混合ステップは、混合比決定ステップ、計量ステップ及び狭義の混合ステップからなる。
混合比決定ステップでは、3D造形用混合粉末のM濃度が目標M濃度となるように、第1の金属粉末及び第2の金属粉末の混合比を決定する。
計量ステップでは、混合比決定ステップで決定した混合比となるように、第1の金属粉末及び第2の金属粉末をそれぞれ計量する。計量器には、例えば、電子天秤を用いることができる。
狭義の混合ステップでは、計量ステップで計量した第1の金属粉末及び第2の金属粉末を混合する。混合方法は、混合粉末が入った混合容器を作業者が揺らす手混合方式、混合粉末が入った混合容器を機械的に回転させる回転混合方式、攪拌翼を備えた撹拌機により混合粉末を攪拌させる攪拌混合方式など公知の方法を用いることができる。M粉末が均一に分散する理由は、M粉末が球状に成形されているため、流動性が高まるからである。
また、CuM合金粉末等とM粉末とでは金属色が異なるため、混合粉末の画像データから得られる色情報に基づきM粉末の分散性を評価してもよい。具体的には、MがCrである場合、混合粉末全体を観察し、赤銅色が支配的で、かつ、Crを表す青色の粉末群が看取されない場合には、Cr粉末が均一に混合されているものと評価できる。他方、混合粉末中にCrが偏在した青色の粉末群が看取された場合には、Cr粉末が不均一に混合されていると評価できる。勿論、ソフトウェアによる画像解析によって、M粉末が均一に混合されているか否かを判別してもよい。
次に、実施例を示しながら、本発明についてより具体的に説明する。
Cr塊を解砕した解砕粉(純Cr解砕粉)をCuCrアトマイズ粉に混合してCr濃度が25質量%の混合粉末(以下、比較例粉末ともいう)を得た。解砕粉には市販品を使用した。CuCrアトマイズ粉の組成は、Crが15質量%、残部がCuとした(Cu15Cr合金)。混合粉末のCr濃度を25質量%にするために、Cu15Cr合金粉末と純Cr粉末の混合比を15対2に決定した。混合比を決定した後、Cu15Cr合金粉末と純Cr粉末をそれぞれ計量し、1765gのCu15Cr合金粉末と235gの純Cr粉末を混合した。図1は、解砕粉のSEM(Scanning Electron Microscope)画像である。図1に示すように、球状とは異なる不定形状のCr粒子が確認された。
試料A~Eを準備して、それぞれの吸光率(%)を測定した。吸光率(%)は、日本分光株式会社製 紫外可視近赤外分光光度計V-770DSにより測定した。一般的にレーザー式金属積層造形機に広く用いられるファイバーレーザーの波長である1064nmにおけるレーザー光吸収率を比較した。なお、レーザー光吸収率は、測定によって求められる全反射を用いて、「吸収率=1-全反射率」にて算出した。
試料A:ガスアトマイズ法により製造した球状のCu15Cr合金粉末に、球状のCr粉末を混合したCu25Cr混合粉末
なお、試料AにおけるCrの体積率は、13.7%であった。
試料B:ガスアトマイズ法により製造した球状のCu15Cr合金粉末に、Crの解砕粉(不定形状)を混合したCu25Cr混合粉末
試料C:ガスアトマイズ法により製造した球状のCu15Cr合金粉末
試料D:ガスアトマイズ法により製造した球状のCu粉末
試料E:ガスアトマイズ法により製造した球状の純Cu粉末に、球状のCr粉末を混合したCu25Cr混合粉末
なお、試料EにおけるCrの体積率は、29.4%であった。
試料A,EのCr粉末(第2の金属粉末)は、純Crの解砕粉に対して球状化処理を施すことにより製造した。球状化処理には、ニイミ産業製のプラズマ球状化処理装置(型番:N-Plasma Melting)を使用した。
同図に示すように、切断面における残存Cr粉の面積比は0.5%以下であり、混合粉末におけるCrの体積率(13.7%)より遥かに小さかった。これにより、高融点のCr粉末が溶融していることが確認された。
第1実施例及び第2実施例の試験を、他の試料についても行った。その結果を表3に示す。
Claims (6)
- 球状に成形されたCu粉末及び/又はCuM(ただし、Mは1種以上または2種以上の金属元素である)合金粉末からなる第1の金属粉末と、球状に成形されたM粉末からなる第2の金属粉末と、を混合する混合ステップを有する3D造形用混合粉末の製造方法。
- 前記混合ステップは、3D造形用混合粉末のM濃度が目標濃度となるように、第1の金属粉末及び第2の金属粉末の混合比を決定する混合比決定ステップと、
前記決定ステップで決定した混合比に応じて第1の金属粉末及び第2の金属粉末を計量する計量ステップと、
前記計量ステップで計量した第1の金属粉末及び第2の金属粉末を混合する狭義の混合ステップとからなることを特徴とする請求項1に記載の3D造形用混合粉末の製造方法。 - 前記第1の金属粉末を製造する第1の金属粉末製造ステップを有し、
前記第1の金属粉末製造ステップは、溶解されたCuからなる溶湯及び/又はM濃度が15質量%以下であるCuM合金からなる溶湯を得るステップと、この溶湯からアトマイズ法により前記第1の金属粉末を製造するステップと、を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の3D造形用混合粉末の製造方法。 - 前記第2の金属粉末を製造する第2の金属粉末製造ステップを有し、
前記第2の金属粉末製造ステップは、M粉末をプラズマ溶融処理によって製造するステップであることを特徴とする請求項1又は2に記載の3D造形用混合粉末の製造方法。 - 前記第2の金属粉末を製造する第2の金属粉末製造ステップを有し、
前記第2の金属粉末製造ステップは、M粉末をプラズマ溶融処理によって製造するステップであることを特徴とする請求項3に記載の3D造形用混合粉末の製造方法。 - 前記狭義の混合ステップにおいて、混合された混合粉末の球形度は、0.80以上であることを特徴とする請求項2に記載の3D造形用混合粉末の製造方法。
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DONG, S. ET AL.: "Microstructure and properties of Cu-Cr powder metallurgical alloy induced by high-current pulsed ele", J. ALLOYS AND COMPOUNDS, vol. 755, JPN6023024430, 27 April 2018 (2018-04-27), NL, pages 251 - 256, ISSN: 0005139523 * |
WANG, G. ET AL.: "Characterization of laser-powder interaction and particle transport phenomena during laser direct de", ADIDITIVE MANUFACTURING, vol. Vol.37, 101722, JPN6023024431, 18 November 2020 (2020-11-18), NL, pages 1 - 13, ISSN: 0005139522 * |
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Publication number | Publication date |
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JP7378907B2 (ja) | 2023-11-14 |
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