JP7288368B2 - Cu alloy powder - Google Patents

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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金属粉末に関する。詳細には、本発明は、その材質がCu合金である粉末に関する。 The present invention relates to a metal 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 powder whose material is a Cu alloy.

金属からなる造形物の製作に、3Dプリンターが使用されている。この3Dプリンターでは、積層造形法によって造形物が製作される。積層造形法では、敷き詰められた金属粉末に、レーザービーム又は電子ビームが照射される。照射により、粉末の金属粒子が溶融する。粒子はその後、凝固する。この溶融と凝固とにより、粒子同士が結合する。照射は、金属粉末の一部に、選択的になされる。粉末の、照射がなされなかった部分は、溶融しない。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 used to manufacture objects made of metal. With this 3D printer, a modeled object is manufactured by the layered manufacturing method. In the layered manufacturing method, the spread metal powder is irradiated with a laser beam or an electron beam. The irradiation melts the metal particles of the powder. The particles are then solidified. This melting and solidification bonds the particles together. Irradiation is selectively applied to a portion of the metal powder. The parts of the powder that were not irradiated do not melt. A bonding layer is formed only in the irradiated portions.

結合層の上に、さらに金属粉末が敷き詰められる。この金属粉末に、レーザービーム又は電子ビームが照射される。照射により、金属粒子が溶融する。金属はその後、凝固する。この溶融と凝固とにより、粉末中の粒子同士が結合され、新たな結合層が形成される。新たな結合層は、既存の結合層とも結合される。 A metal powder is further spread over the bonding layer. This metal powder is irradiated with a laser beam or an electron beam. The irradiation melts the metal particles. The metal then solidifies. This melting and solidification causes the particles in the powder to bond together to form a new bonding layer. The new tie layer is also bonded to the existing tie layer.

照射による結合が繰り返されることにより、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。積層造形法により、複雑な形状の造形物が、容易に得られる。積層造形法の一例が、特許第4661842号公報に開示されている。 As a result of repeated bonding by irradiation, aggregates of bonding layers gradually grow. Through this growth, a model having a three-dimensional shape is obtained. A modeled object having a complicated shape can be easily obtained by the layered manufacturing method. An example of the additive manufacturing method is disclosed in Japanese Patent No. 4661842.

高周波誘導加熱装置、モーター冷却用ヒートシンク等に使用される合金には、高伝導度が要求される。このような用途には、Cu合金が適している。 High conductivity is required for alloys used in high-frequency induction heating devices, heat sinks for cooling motors, and the like. Cu alloys are suitable for such applications.

特願2014-544456公報には、主成分がCuであり、Zrを含むCu基合金が開示されている。このCu基合金におけるZrの含有率は、5at%から8at%である。 Japanese Patent Application No. 2014-544456 discloses a Cu-based alloy whose main component is Cu and which contains Zr. The content of Zr in this Cu-based alloy is 5 at % to 8 at %.

特願2005-090521公報には、主成分がCuであり、Zrを含むナノ結晶粉末が開示されている。この粉末の材質であるCu合金におけるZrの含有率は、0.05質量%から45質量%である。この粉末の粒子サイズは、2nmから1000nmである。 Japanese Patent Application No. 2005-090521 discloses a nanocrystalline powder whose main component is Cu and which contains Zr. The content of Zr in the Cu alloy, which is the material of this powder, is 0.05% by mass to 45% by mass. The particle size of this powder is from 2 nm to 1000 nm.

特許第4661842号公報Japanese Patent No. 4661842 特願2014-544456公報Japanese Patent Application No. 2014-544456 特願2005-090521公報Japanese Patent Application No. 2005-090521

積層造形法では、金属材料が急速に溶融され、かつ急冷されて凝固する。このような急速溶融急冷凝固を伴うプロセスに用いられる粉末には、従来のCu合金は不向きである。従来のCu合金粉末からは、高密度な造形物は得られにくい。溶射法、レーザーコーティング法、肉盛法等の、他の急速溶融急冷凝固プロセスにも、従来のCu合金は不向きである。 In additive manufacturing, metallic materials are rapidly melted and quenched to solidify. Conventional Cu alloys are unsuitable for powders used in processes involving such rapid melting, rapid cooling, and solidification. It is difficult to obtain high-density molded objects from conventional Cu alloy powders. Conventional Cu alloys are also unsuitable for other rapid melting, rapid cooling and solidification processes such as thermal spraying, laser coating, and overlaying.

本発明の目的は、急速溶融急冷凝固を伴うプロセスによって優れた特性を有する造形物が得られ得る、Cu合金粉末の提供にある。 It is an object of the present invention to provide a Cu alloy powder from which shaped objects with excellent properties can be obtained by a process involving rapid melting, rapid cooling and solidification.

本発明に係るCu合金粉末は、第一粉末P1と第二粉末P2との混合物である。この第一粉末P1の材質は、
(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。
A Cu alloy powder according to the present invention is a mixture of a first powder P1 and a second powder P2. The material of this first powder P1 is
(1-1) One or more selected from the group consisting of Cr, Fe, Ni, Zr and Nb: 0.20% by mass or more and 10.0% by mass or less and (1-2) inevitable impurities Cu alloy containing The material of the second powder P2 is
(2-1) One or more selected from the group consisting of Cr, Fe, Ni, Zr and Nb: less than 0.20% by mass (including cases where it is 0.00% by mass)
and (2-2) pure Cu or Cu alloy containing unavoidable impurities. The ratio of the average particle diameter D502 of the second powder P2 to the average particle diameter D501 of the first powder P1 ( D502 / D501 ) is 1.05 or more and 6.00 or less. The volume mixing ratio of the first powder P1 and the second powder P2 is 1.05 or more and 9.00 or less.

好ましくは、比(D502/D501)は、1.05以上3.00以下である。 Preferably, the ratio (D 50 2/D 50 1) is 1.05 or more and 3.00 or less.

好ましくは、体積混合比は、1.05以上4.00以下である。 Preferably, the volume mixing ratio is 1.05 or more and 4.00 or less.

好ましくは、Cu合金粉末の球形度は、0.80以上0.95以下である。 Preferably, the sphericity of the Cu alloy powder is 0.80 or more and 0.95 or less.

本発明に係るCu合金粉末から、急速溶融急冷凝固を伴うプロセスにより、優れた特性を有する造形物が得られる。 Shaped objects with excellent properties are obtained from the Cu alloy powder according to the present invention by a process involving rapid melting and rapid solidification.

本発明に係るCu合金粉末Pは、多数の粒子の集合である。この粉末Pは、第一粉末P1と第二粉末P2との混合物である。 The Cu alloy powder P according to the present invention is an aggregate of many particles. This powder P is a mixture of a first powder P1 and a second powder P2.

Fe基合金、Ni基合金、Co基合金等のレーザー反射率と比較すると、純Cuのレーザー反射率は高い。急速溶融急冷凝固を伴うプロセスに純Cuの粉末が用いられると、高いレーザー反射率に起因して、多くの熱が大気へ放出される。従って、粉末が溶融するための十分な熱が、この粉末に与えられない。熱の不足は、粒子同士の結合の不良を招来する。熱の不足に起因して、この粉末から得られた造形物の内部に、未溶融の粒子が残存する。この造形物の相対密度は、低い。 The laser reflectance of pure Cu is higher than that of Fe-based alloys, Ni-based alloys, Co-based alloys, and the like. When pure Cu powder is used in processes involving rapid melting and rapid solidification, much heat is released to the atmosphere due to the high laser reflectivity. Therefore, sufficient heat is not provided to the powder to melt it. Lack of heat leads to poor bonding between particles. Due to the lack of heat, unmelted particles remain inside the shape obtained from this powder. The relative density of this model is low.

エネルギー密度が高いレーザーが純Cu粉末に照射されれば、未溶融の粒子の残存は抑制される。しかし、エネルギー密度が高いレーザーの照射により、スパッタが多く発生する。このスパッタは、既に形成されている結合層に付着する。この結合層の上にさらに粉末が敷き詰められるとき、高密度な充填がスパッタによって阻害される。スパッタは、造形物の内部欠陥を招来する。 If the pure Cu powder is irradiated with a laser with a high energy density, the remaining unmelted particles are suppressed. However, a large amount of spatter occurs due to irradiation with a laser having a high energy density. This sputter adheres to the previously formed bonding layer. When more powder is laid down on top of this bonding layer, dense packing is inhibited by spatter. Spatter causes internal defects in the build.

本発明に係るCu合金粉末Pにレーザーが照射されると、合金元素の含有率が大きい第一粉末P1が、まず溶融する。この第一粉末P1の溶融熱により、第二粉末P2も溶融する。このCu合金粉末Pの溶融には、エネルギー密度が高いレーザーは不要である。この粉末Pが用いられたプロセスでは、スパッタの発生が抑制される。合金元素の含有率が小さい第二粉末P2は、造形物の導電性に寄与しうる。このCu合金粉末Pから、高密度でありかつ導電性に優れる造形物が得られうる。 When the Cu alloy powder P according to the present invention is irradiated with a laser, the first powder P1 having a high alloying element content is melted first. The heat of fusion of the first powder P1 also melts the second powder P2. The melting of the Cu alloy powder P does not require a high energy density laser. In the process using this powder P, the generation of spatter is suppressed. The second powder P2, which has a low content of alloying elements, can contribute to the electrical conductivity of the shaped article. From this Cu alloy powder P, a shaped article having high density and excellent electrical conductivity can be obtained.

[第一粉末P1]
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。
[First powder P1]
The material of the first powder P1 is a Cu alloy. This Cu alloy is
(1-1) alloying elements and (1-2) unavoidable impurities. Preferably, the balance is Cu.

合金元素(1-1)は、Cr(クロム)、Fe(鉄)、Ni(ニッケル)、Zr(ジルコニウム)又はNb(ニオブ)である。第一粉末P1が、2種以上の合金元素(1-1)を含有してもよい。 The alloy element (1-1) is Cr (chromium), Fe (iron), Ni (nickel), Zr (zirconium) or Nb (niobium). The first powder P1 may contain two or more alloying elements (1-1).

それぞれの合金元素(1-1)の、平衡状態図上のCuへの固溶限は、小さい。しかし、粉末がアトマイズ法のような急冷凝固を伴う方法で得られると、合金元素(1-1)がCuに過飽和に固溶しうる。この過飽和固溶体では、レーザー反射率が抑制される。Cu合金粉末Pが急速溶融急冷凝固を伴うプロセスに供されると、第一粉末P1は容易に溶融する。 The solubility limit of each alloying element (1-1) in Cu on the equilibrium diagram is small. However, when the powder is obtained by a method involving rapid solidification such as the atomization method, the alloying element (1-1) can form a supersaturated solid solution in Cu. This supersaturated solid solution suppresses the laser reflectivity. When the Cu alloy powder P is subjected to a process involving rapid melting and rapid solidification, the first powder P1 melts easily.

合金元素(1-1)の含有率は、0.20質量%以上10.0質量%以下である。この含有率が0.20質量%以上である第一粉末P1は、容易に溶融する。この観点から、0.30質量%以上がより好ましく、0.50質量%以上が特に好ましい。この含有率が10.0質量%以下である第一粉末P1は、造形物の導電性を大きくは阻害しない。この観点から、含有率は5.0質量%以下がより好ましく、3.0質量%以下が特に好ましい。 The content of the alloy element (1-1) is 0.20% by mass or more and 10.0% by mass or less. The first powder P1 having a content of 0.20% by mass or more melts easily. From this viewpoint, 0.30% by mass or more is more preferable, and 0.50% by mass or more is particularly preferable. The first powder P1 having a content of 10.0% by mass or less does not significantly impede the conductivity of the shaped article. From this point of view, the content is more preferably 5.0% by mass or less, and particularly preferably 3.0% by mass or less.

典型的な不可避的不純物(1-2)は、Si、P及びSである。 Typical unavoidable impurities (1-2) are Si, P and S.

[第二粉末P2]
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。
[Second powder P2]
The material of the second powder P2 is pure Cu or a Cu alloy. This metal
It contains (2-1) alloying elements and (2-2) unavoidable impurities. Preferably, the remainder is Cu.

合金元素(2-1)は、第一粉末P1の合金元素(1-1)と同様、Cr(クロム)、Fe(鉄)、Ni(ニッケル)、Zr(ジルコニウム)又はNb(ニオブ)である。第二粉末P2が、2種以上の合金元素(2-1)を含有してもよい。 The alloy element (2-1) is Cr (chromium), Fe (iron), Ni (nickel), Zr (zirconium), or Nb (niobium), like the alloy element (1-1) of the first powder P1. . The second powder P2 may contain two or more alloying elements (2-1).

合金元素(2-1)の含有率は、0.20質量%未満である。含有率が0.20質量%未満である第二粉末P2は、造形物の導電性に寄与しうる。この観点から、この含有率は0.15質量%以下がより好ましく、0.10質量%以下が特に好ましい。この含有率が、ゼロであってもよい。換言すれば、第二粉末P2において、合金元素(2-1)は、必須の成分ではない。第二粉末P2が合金元素(2-1)を含有する場合、この第二粉末P2の材質はCu合金である。第二粉末P2が合金元素(2-1)を含有しない場合(つまり含有率が0.00質量%である場合)、この第二粉末P2の材質は純Cu(Cuと不可避不純物とのみを含む金属)である。 The content of alloying element (2-1) is less than 0.20% by mass. The second powder P2 having a content of less than 0.20% by mass can contribute to the electrical conductivity of the shaped article. From this point of view, the content is more preferably 0.15% by mass or less, particularly preferably 0.10% by mass or less. This content may be zero. In other words, the alloy element (2-1) is not an essential component in the second powder P2. When the second powder P2 contains the alloy element (2-1), the material of the second powder P2 is a Cu alloy. When the second powder P2 does not contain the alloying element (2-1) (that is, when the content is 0.00% by mass), the material of the second powder P2 is pure Cu (containing only Cu and unavoidable impurities metal).

典型的な不可避的不純物(2-2)は、Si、P及びSである。 Typical unavoidable impurities (2-2) are Si, P and S.

[体積混合比(V1/V2)]
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。
[Volume mixing ratio (V1/V2)]
The ratio (V1/V2) between the volume content V1 of the first powder P1 and the volume content V2 of the second powder P2 in the Cu alloy powder P is preferably 1.05 or more and 9.00 or less. A powder P having a ratio (V1/V2) of 1.05 or more can provide a high-density model. From this point of view, the volume mixing ratio is more preferably 1.50 or more, and particularly preferably 2.00 or more. A powder P having a ratio (V1/V2) of 9.00 or less can provide a modeled article with excellent conductivity. From this point of view, the volume mixing ratio is more preferably 7.00 or less, particularly preferably 4.00 or less.

[平均粒子径]
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。
[Average particle size]
The ratio of the average particle diameter D502 of the second powder P2 to the average particle diameter D501 of the first powder P1 ( D502 / D501 ) is preferably 1.05 or more and 6.00 or less. In the Cu alloy powder P having a ratio (D 50 2/D 50 1) of 1.05 or more, the first powder P1 is likely to melt during laser irradiation. From this point of view, the ratio (D 50 2/D 50 1) is more preferably 1.10 or more, particularly preferably 1.20 or more. In the Cu alloy powder P having a ratio (D 50 2/D 50 1) of 6.00 or less, the heat of melting of the first powder P1 generated by laser irradiation easily melts the second powder P2. From this point of view, the ratio (D 50 2/D 50 1) is more preferably 4.00 or less, particularly preferably 3.00 or less.

第一粉末P1の平均粒子径D501は、5μm以上40μm以下が好ましく、10μm以上20μm以下が特に好ましい。第二粉末P2の平均粒子径D502は、15μm以上50μm以下が好ましく、20μm以上30μm以下が特に好ましい。 The average particle diameter D 501 of the first powder P1 is preferably 5 μm or more and 40 μm or less, particularly preferably 10 μm or more and 20 μm or less. The average particle diameter D 502 of the second powder P2 is preferably 15 μm or more and 50 μm or less, and particularly preferably 20 μm or more and 30 μm or less.

平均粒子径の測定では、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、平均粒子径である。平均粒子径は、レーザー回折散乱法によって測定される。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 measuring the average particle size, the total volume of the powder is taken as 100% and the cumulative curve is obtained. The particle size at the point where the cumulative volume is 50% on this curve is the average particle size. The average particle size is measured by a laser diffraction scattering method. As an apparatus suitable for this measurement, Nikkiso'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.

[球形度]
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。
[Sphericality]
The sphericity of the Cu alloy powder P is preferably 0.80 or more and 0.95 or less. The powder P 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. The powder P 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P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Pの球形度である。粒子の球形度は、この粒子の輪郭内に画かれうる最長線分の長さに対する、この最長線分に対して垂直な方向における長さの比である。 For measurement of sphericity, a test piece in which powder P is 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 P. The sphericity of a particle is the ratio of the length in the direction perpendicular to the longest line segment that can be drawn within the contour of the particle to the length of the longest line segment.

[粉末の製造方法]
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。
[Method for producing powder]
Examples of methods for producing the first powder P1 and the second powder P2 include a water atomization method, a single roll quenching method, a twin roll quenching method, a gas atomization method, a disc atomization method, and a centrifugal atomization method. Preferred manufacturing methods are the single roll cooling method, the gas atomization method and the disc atomization method. The powder may be subjected to mechanical milling or the like. Examples of mechanical milling methods include a ball mill method, a bead mill method, a planetary ball mill method, an attritor method and a vibration ball mill method. A Cu alloy powder P is obtained by mixing the first powder P1 and the second powder P2 by a known method.

[造形]
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。
[molding]
Various shaped objects can be manufactured from the Cu alloy powder P according to the present invention. The manufacturing method of this molding is
(1) a step of producing a first powder P1 and a second powder P2;
(2) mixing the first powder P1 and the second powder P2 to obtain a Cu alloy powder P;
and (3) a step of melting and solidifying the Cu alloy powder P to obtain an unheated shaped article. A process of melting and solidifying the Cu alloy powder P includes a rapid melting, rapid cooling and solidification process. Specific examples of this process include three-dimensional additive manufacturing, thermal spraying, laser coating and overlaying. In particular, this metal powder is suitable for three-dimensional additive manufacturing.

この積層造形法には、3Dプリンターが使用されうる。この積層造形法では、敷き詰められたCu合金粉末Pに、レーザービーム又は電子ビームが照射される。照射により、粒子が急速に加熱され、急速に溶融する。粒子はその後、急速に凝固する。この溶融と凝固とにより、粒子同士が結合する。照射は、Cu合金粉末Pの一部に、選択的になされる。粉末Pの、照射がなされなかった部分は、溶融しない。照射がなされた部分のみにおいて、結合層が形成される。 A 3D printer can be used for this additive manufacturing method. In this layered manufacturing method, the spread Cu alloy powder P is irradiated with a laser beam or an electron beam. The irradiation causes the particles to heat up rapidly and melt rapidly. The particles then rapidly solidify. This melting and solidification bonds the particles together. Part of the Cu alloy powder P is selectively irradiated. The parts of the powder P that were not irradiated do not melt. A bonding layer is formed only in the irradiated portions.

結合層の上に、さらにCu合金粉末Pが敷き詰められる。この粉末Pに、レーザービーム又は電子ビームが照射される。照射により、粒子が急速に溶融する。粒子はその後、急速に凝固する。この溶融と凝固とにより、粉末中の粒子同士が結合され、新たな結合層が形成される。新たな結合層は、既存の結合層とも結合される。 A Cu alloy powder P is further spread over the bonding layer. This powder P is irradiated with a laser beam or an electron beam. The irradiation causes the particles to melt rapidly. The particles then rapidly solidify. This melting and solidification causes the particles in the powder to bond together to form a new bonding layer. The new tie layer is also bonded to the existing tie layer.

照射による結合が繰り返されることにより、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。この積層造形法により、複雑な形状の造形物が、容易に得られる。 As a result of repeated bonding by irradiation, aggregates of bonding layers gradually grow. Through this growth, a model having a three-dimensional shape is obtained. By this layered manufacturing method, a complicated shaped object can be easily obtained.

[造形の条件]
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/mm以上220J/mm以下が好ましい。エネルギー密度E.D.が100J/mm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/mm以上がより好ましく、140J/mm以上が特に好ましい。エネルギー密度E.D.が220J/mm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/mm以下がより好ましく、205J/mm以下が特に好ましい。
[Conditions for modeling]
Energy density when sintering in a rapid melting, rapid cooling and solidification process such as additive manufacturing E. D. is preferably 100 J/mm 3 or more and 220 J/mm 3 or less. energy densityE. D. is 100 J/mm 3 or more, sufficient heat is given to the Cu alloy powder P. Therefore, the remaining unmelted powder inside the model is suppressed. The relative density of this shaped object is high. From this point of view, the energy density E. D. is more preferably 120 J/mm 3 or more, particularly preferably 140 J/mm 3 or more. energy densityE. D. is less than or equal to 220 J/mm 3 , no excessive heat is applied to the powder. Therefore, the bumping of the molten metal is suppressed, and the generation of spatter is also suppressed. From this point of view, the energy density E. D. is more preferably 210 J/mm 3 or less, and particularly preferably 205 J/mm 3 or less.

[相対密度]
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。
[Relative density]
The relative density of the shaped article obtained by the rapid melting, rapid cooling and solidification process (that is, the shaped article before heat treatment to be described later) is preferably 90% or more. This non-heat-treated shaped article is excellent in dimensional accuracy and electrical conductivity. From this point of view, the relative density is more preferably 93% or higher, more preferably 95% or higher.

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Cu合金粉末Pのかさ密度との比に基づいて算出される。10mm角試験片の密度は、アルキメデス法によって測定される。Cu合金粉末Pのかさ密度は、乾式密度測定器によって測定される。 The relative density is calculated based on the ratio between the density of a 10 mm square test piece produced by lamination molding or the like and the bulk density of Cu alloy powder P as a raw material. The density of a 10 mm square test piece is measured by the Archimedes method. The bulk density of Cu alloy powder P is measured by a dry density measuring instrument.

[熱処理]
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。
[Heat treatment]
Preferably, the method for manufacturing a shaped article includes:
(4) It further includes a step of heat-treating the unheated molded article obtained in step (3) to obtain a molded article. A preferred heat treatment is aging treatment. Due to the aging treatment, a single phase of the alloying element or a compound of Cu and the alloying element precipitates at the grain boundaries. This precipitation increases the purity of Cu in the crystal grains. This grain can contribute to the electrical conductivity of the shaped article.

[熱処理の条件]
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。
[Conditions for heat treatment]
In aging, an untreated shaped article is held at a predetermined temperature for a predetermined period of time. The aging temperature is preferably 350°C or higher and 1000°C or lower. By aging at a temperature of 350° C. or higher, a single phase of alloy elements or a structure in which compounds of Cu and alloy elements are sufficiently precipitated is obtained. From this point of view, the aging temperature is more preferably 400° C. or higher, particularly preferably 450° C. or higher. Aging at a temperature of 1000° C. or less suppresses solid solution of the alloying elements into the crystal grains. From this point of view, the aging temperature is more preferably 950° C. or lower, particularly preferably 900° C. or lower.

時効時間は、1時間以上10時間以下が好ましい。時間が1時間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、時効時間は1.3時間以上がより好ましく、1.5時間以上が特に好ましい。時間が10時間以下である時効では、エネルギーコストが抑制される。この観点から、時間は9.7時間以下がより好ましく、9.5時間以下が特に好ましい。 The aging time is preferably 1 hour or more and 10 hours or less. By aging for 1 hour or more, a single phase of the alloy element or a structure in which the compound of Cu and the alloy element is sufficiently precipitated can be obtained. From this point of view, the aging time is more preferably 1.3 hours or longer, and particularly preferably 1.5 hours or longer. Aging times of 10 hours or less reduce energy costs. From this point of view, the time is more preferably 9.7 hours or less, particularly preferably 9.5 hours or less.

[造形物の電気伝導度]
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。
[Electrical conductivity of model]
The electrical conductivity of the shaped article after heat treatment is preferably 30 IACS% or more. A shaped article having an electrical conductivity of 30 IACS% or more has excellent electrical conductivity. From this point of view, the electrical conductivity is more preferably 40IACS% or more, and particularly preferably 50IACS% or more.

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、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べきではない。 The effects of the present invention will be clarified by examples below, but the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of these examples.

[実施例1]
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。
[Example 1]
In a vacuum, the raw material was heated by high-frequency induction heating in an alumina crucible and melted. The molten metal was dropped from a nozzle formed at the bottom of the crucible and having a diameter of 5 mm. This molten metal was sprayed with argon gas to obtain a large number of particles. These particles were classified to remove particles with a diameter exceeding 63 μm to obtain a first powder P1. The material of the first powder P1 is a Cu alloy containing 0.2% by mass of Cr. A second powder P2 was obtained from a raw material different from that of the first powder P1 in the same manner as the first powder P1. The material of the second powder P2 is a Cu alloy containing 0.10% by mass of Cr. The powder P of Example 1 was obtained by mixing the first powder P1 and the second powder P2. The volume mixing ratio (V1/V2) of this powder P was 3.00.

[実施例2-18及び比較例1-18]
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。
[Example 2-18 and Comparative Example 1-18]
Powders P of Examples 2-18 and Comparative Examples 1-18 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the specifications were as shown in Tables 1 and 2 below.

[成形]
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。
[Molding]
Using this powder P as a raw material, the layered manufacturing method was performed by a three-dimensional layered manufacturing apparatus (EOS-M280) to obtain a non-heat-treated model. Energy Density in Additive Manufacturing E. D. are shown in Tables 1 and 2 below. The shape of the modeled object was a cube, and the length of one side was 10 mm.

[熱処理]
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。
[Heat treatment]
A heat treatment (aging treatment) was applied to the non-heat-treated molded article. Aging temperatures and aging times are shown in Tables 1 and 2 below.

[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(m)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、5.9×10(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。
[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. The results are shown in Tables 1 and 2 below.

[格付け]
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。
[rating]
Each gold powder was graded based on the following criteria regarding the electrical conductivity of the shaped article.
Evaluation 1: Electric conductivity is 90% IACS or more.
Evaluation 2: Electric conductivity is 70%IACS or more and less than 90%IACS.
Evaluation 3: Electric conductivity is 50%IACS or more and less than 70%IACS.
Evaluation 4: Electric conductivity is 40%IACS or more and less than 50%IACS.
Rating 5: Electrical conductivity is less than 40% IACS.
The results are shown in Tables 1 and 2 below.

Figure 0007288368000001
Figure 0007288368000001

Figure 0007288368000002
Figure 0007288368000002

表1及び2の評価結果から、本発明の優位性は明かである。 From the evaluation results in Tables 1 and 2, the superiority of the present invention is clear.

本発明に係る粉末は、ノズルから粉末が噴射されるタイプの3Dプリンターにも適している。この粉末は、ノズルから粉末が噴射されるタイプのレーザーコーティング法にも適している。 The powder according to the invention is also suitable for 3D printers in which the powder is ejected from a nozzle. This powder is also suitable for laser coating methods in which the powder is ejected from a nozzle.

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。
A mixture of the first powder P1 and the second powder P2,
The material of the first powder P1 is
(1-1) One or more selected from the group consisting of Cr, Fe, Ni, Zr and Nb: 0.20% by mass or more and 10.0% by mass or less and (1-2) inevitable impurities A Cu alloy containing
The material of the second powder P2 is
(2-1) One or more selected from the group consisting of Cr, Fe, Ni, Zr and Nb: less than 0.20% by mass (including cases where it is 0.00% by mass)
and (2-2) pure Cu or Cu alloy containing unavoidable impurities,
The ratio of the average particle diameter D502 of the second powder P2 to the average particle diameter D501 of the first powder P1 ( D502 / D501 ) is 1.05 or more and 6.00 or less,
Cu alloy powder, wherein the volume mixing ratio of the first powder P1 and the second powder P2 is 1.05 or more and 9.00 or less.
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。 The Cu alloy powder according to claim 1, wherein the ratio ( D502 / D501 ) is 1.05 or more and 3.00 or less. 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。 The Cu alloy powder according to claim 1 or 2, wherein the volume mixing ratio is 1.05 or more and 4.00 or less. 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。 The Cu alloy powder according to any one of claims 1 to 3, having a sphericity of 0.80 or more and 0.95 or less.
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