JP7427919B2 - Manufacturing method of powder material - Google Patents

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Description

本発明は、粉末材料の製造方法に関し、さらに詳しくは、積層造形法において原料として用いることができる粉末材料を製造するための方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a powder material, and more particularly, to a method for producing a powder material that can be used as a raw material in an additive manufacturing method.

三次元造形物を製造する新しい技術として、付加製造技術(Additive Manufacturing;AM)の発展が近年著しい。付加製造技術の一種として、粉末材料のエネルギー線照射による固化を利用した積層造形法がある。金属粉末材料を用いた積層造形法としては、粉末積層溶融法と、粉末堆積法の2種が代表的である。 As a new technology for manufacturing three-dimensional objects, additive manufacturing technology (AM) has made remarkable progress in recent years. One type of additive manufacturing technology is an additive manufacturing method that utilizes solidification of powdered materials by irradiation with energy rays. There are two typical additive manufacturing methods using metal powder materials: a powder lamination melting method and a powder deposition method.

粉末積層溶融法の具体例として、選択的レーザー溶融法(Selective Laser Melting;SLM)、電子線溶融法(Electron Beam Melting;EBM)等の方法を挙げることができる。これらの方法においては、金属よりなる粉末材料を、ベースとなる基材上に供給して粉末床を形成し、三次元設計データをもとに、粉末床の所定の位置に、レーザービーム、電子線等のエネルギー線を照射する。すると、照射を受けた部位の粉末材料が、溶融と再凝固によって固化し、造形物が形成される。粉末床への粉末材料の供給とエネルギー線照射による造形を繰り返し、造形物を層状に順次積層して形成していくことで、三次元造形物が得られる。 Specific examples of the powder layered melting method include selective laser melting (SLM), electron beam melting (EBM), and the like. In these methods, a powder material made of metal is supplied onto a base material to form a powder bed, and based on three-dimensional design data, a laser beam or electron Irradiates energy rays such as rays. Then, the powder material in the irradiated area is melted and solidified, forming a modeled object. A three-dimensional object is obtained by repeatedly supplying powder material to a powder bed and modeling by irradiating energy rays, and sequentially stacking the objects in layers.

一方、粉末堆積法の具体例としては、レーザー金属堆積法(Laser Metal Deposition;LMD)を挙げることができる。この方法においては、三次元造形物を形成したい位置に、ノズルを用いて金属粉末を噴射しながら、同時に、レーザービームの照射を行い、所望の形状を有する三次元造形物を形成する。 On the other hand, a specific example of the powder deposition method includes laser metal deposition (LMD). In this method, a nozzle is used to inject metal powder into a position where a three-dimensional object is to be formed, and at the same time a laser beam is irradiated to form a three-dimensional object having a desired shape.

上記のような積層造形法を用いて、金属材料よりなる三次元造形物を製造する際に、得られる三次元造形物に、空隙や欠陥等、構成材料の分布が不均一になった構造が生じる場合がある。そのような不均一構造の生成は、極力抑制することが望ましい。金属材料を用いた積層造形法において、製造される三次元造形物の内部に、構成材料の不均一な分布が生じる原因は、複数考えられるが、要因の1つとして、エネルギー線照射前の粉末材料の状態が、得られる三次元造形物の状態に、大きな影響を与えうる。 When manufacturing three-dimensional objects made of metal materials using the above-mentioned additive manufacturing method, the resulting three-dimensional object may have a structure in which the distribution of constituent materials is uneven, such as voids or defects. may occur. It is desirable to suppress the generation of such non-uniform structures as much as possible. In the additive manufacturing method using metal materials, there are several possible causes of uneven distribution of constituent materials inside the manufactured three-dimensional model, but one of the reasons is that the powder before energy ray irradiation The condition of the material can have a large effect on the condition of the resulting three-dimensional structure.

例えば、粉末積層溶融法において、粉末床に粉末材料を円滑に供給し、粉末材料が均一に敷き詰められた粉末床を安定に形成することができれば、また、粉末床において、粉末材料を高密度で充填することができれば、粉末床へのエネルギー線の照射を経て、均質性の高い三次元造形物が得られやすい。粉末堆積法においても、ノズルを閉塞させることなく粉末材料を円滑に供給することで、三次元造形物を安定に形成することができる。このように、積層造形法によって三次元造形物を製造する際に、原料として用いる粉末材料が高い流動性を有するほど、粉末材料の円滑な供給や、高密度での充填を促進することができ、エネルギー線の照射を経て、均一性の高い造形物を得ることができる。 For example, in the powder lamination melting method, if it is possible to smoothly supply powder material to a powder bed and stably form a powder bed in which the powder material is evenly spread, it is also possible to If it can be filled, a highly homogeneous three-dimensional structure can be easily obtained by irradiating the powder bed with energy rays. Also in the powder deposition method, a three-dimensional structure can be stably formed by smoothly supplying the powder material without clogging the nozzle. In this way, when manufacturing three-dimensional objects using additive manufacturing, the higher the fluidity of the powder material used as a raw material, the more smoothly the powder material can be supplied and the more densely packed it can be. Through irradiation with energy rays, a highly uniform shaped object can be obtained.

発明者らは、そのように、積層造形の原料として用いるのに適した、高い流動性を有する粉末材料についての検討を行っている。例えば、特許文献1に、ミクロンオーダーの粒径を有する金属粒子と、その金属粒子に付着または混合された金属または金属化合物よりなるナノ粒子と、を含む金属粉末材料が開示されている。ナノ粒子が金属粒子の間に介在されることで、金属粒子同士の間に、距離が保たれる。すると、金属粒子間に働くファンデルワールス力を主とした引力を低減することができる。 The inventors are thus conducting studies on powder materials with high fluidity that are suitable for use as raw materials for additive manufacturing. For example, Patent Document 1 discloses a metal powder material that includes metal particles having a particle size on the micron order and nanoparticles made of a metal or a metal compound attached to or mixed with the metal particles. By interposing the nanoparticles between the metal particles, a distance is maintained between the metal particles. This makes it possible to reduce the attractive force, mainly Van der Waals force, that acts between metal particles.

特開2019-112699号公報JP 2019-112699 Publication

特許文献1に記載されるように、金属粒子の表面にナノ粒子を付着させることで、金属粒子の流動性を高めることができる。この際、ナノ粒子の分散性が高いほど、流動性の向上に高い効果を発揮することができる。しかし、発明者らの研究によると、ナノ粒子の種類や、金属粒子とナノ粒子の混合方法によっては、ナノ粒子が凝集を起こしてしまい、その凝集構造を解消してナノ粒子を分散させるのが、困難な場合がある。すると、金属粒子の流動性を十分に高めることが難しくなる。また、ナノ粒子の凝集体を含んだままの粉末材料を積層造形に用いると、得られた三次元造形物において、その凝集体が、破壊起点となる欠陥を生じる可能性がある。一方、生じてしまったナノ粒子の凝集体を粉末材料から事後的に除去しようとすれば、粉末材料の準備に要する工程が、煩雑になってしまう。 As described in Patent Document 1, the fluidity of metal particles can be increased by attaching nanoparticles to the surfaces of metal particles. At this time, the higher the dispersibility of the nanoparticles, the more effective the improvement in fluidity can be exhibited. However, according to the inventors' research, nanoparticles may aggregate depending on the type of nanoparticles and the method of mixing metal particles and nanoparticles, and it is difficult to dissolve the agglomerated structure and disperse the nanoparticles. , which can be difficult. This makes it difficult to sufficiently increase the fluidity of the metal particles. Furthermore, if a powder material that still contains nanoparticle aggregates is used for additive manufacturing, the aggregates may cause defects that become fracture starting points in the obtained three-dimensionally constructed object. On the other hand, if an attempt is made to remove the generated nanoparticle aggregates from the powder material after the fact, the steps required to prepare the powder material will become complicated.

本発明が解決しようとする課題は、金属粒子とナノ粒子を用いて、流動性の高い粉末材料を簡便に製造することができる粉末材料の製造方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a powder material that can easily produce a highly fluid powder material using metal particles and nanoparticles.

上記課題を解決するため、本発明にかかる粉末材料の製造方法は、平均粒径10μm以上、500μm以下の金属粒子と、金属または金属化合物よりなるナノ粒子と、を含む原料粉末を準備する原料準備工程と、凝集した粉体を分散させる分散装置に前記原料粉末を導入し、前記ナノ粒子の凝集を解消する分散工程と、前記分散装置から放出された粉体を、分級装置に導入して、前記粉体を分級し、分散された前記ナノ粒子が前記金属粒子に付着してなる粒子を分取する分級工程と、を実施するものである。 In order to solve the above problems, the method for producing a powder material according to the present invention involves preparing a raw material powder containing metal particles with an average particle size of 10 μm or more and 500 μm or less, and nanoparticles made of a metal or a metal compound. a dispersion step in which the raw material powder is introduced into a dispersion device that disperses the aggregated powder, a dispersion step in which the agglomeration of the nanoparticles is resolved, and the powder released from the dispersion device is introduced into a classification device, A classification step is performed in which the powder is classified and particles formed by the dispersed nanoparticles adhering to the metal particles are separated.

ここで、前記ナノ粒子は、有機物による表面処理が施されていないとよい。 Here, it is preferable that the nanoparticles are not surface-treated with an organic substance.

前記分散装置は、気流分散装置であるとよい。この場合に、前記分級装置は、気流分級装置であり、前記分散工程が完了した後に、前記気流分散装置から気流とともに放出された前記粉体を、前記気流分級装置に直接導入して、前記分級工程を実施するとよい。 The dispersion device may be an airflow dispersion device. In this case, the classification device is an airflow classification device, and after the dispersion step is completed, the powder released from the airflow dispersion device along with the airflow is directly introduced into the airflow classification device to classify the powder. It is a good idea to carry out the process.

前記金属粒子は、チタン合金、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金のいずれかよりなるとよい。前記ナノ粒子は、前記金属粒子に含有される金属元素の少なくとも一部を含有する金属化合物、またはSi、Al、Tiより選択される少なくとも1種の軽金属元素を含有する金属化合物よりなるとよい。 The metal particles are preferably made of titanium alloy, nickel alloy, cobalt alloy, or iron alloy. The nanoparticles are preferably made of a metal compound containing at least a part of the metal elements contained in the metal particles, or a metal compound containing at least one light metal element selected from Si, Al, and Ti.

上記発明にかかる粉末材料の製造方法によると、ミクロンオーダーの粒径を有する金属粒子の表面に、ナノ粒子が付着した粉末材料を製造することができる。ナノ粒子が金属粒子の間に介在されることで、金属粒子同士の間に、距離が確保されることになる。すると、金属粒子間に働く引力が低減され、粉末材料の流動性を高めることができる。 According to the method for producing a powder material according to the above invention, it is possible to produce a powder material in which nanoparticles are attached to the surface of metal particles having a particle size on the order of microns. By interposing the nanoparticles between the metal particles, a distance is ensured between the metal particles. Then, the attractive force acting between the metal particles is reduced, and the fluidity of the powder material can be improved.

また、分散工程において、金属粒子とナノ粒子を含む原料粉末を、分散装置に導入し、粉末の分散を行うことで、原料粉末中にナノ粒子の凝集体が含まれていても、その凝集体におけるナノ粒子間の凝集を解消し、ナノ粒子の分散性を高めることができる。さらに、分級工程において、分散工程を経た粉体を分級装置に導入し、ナノ粒子が金属粒子に付着してなる粒子を分取することにより、金属粒子に付着していないナノ粒子や、残存しているナノ粒子の凝集体の除去等、目的外の粒子の除去と、粉末材料の粒度の調整とを、一度に行うことができる。このようにして、所望の粒度を有するナノ粒子付着金属粒子の集合体よりなり、ナノ粒子の凝集体の含有が低減された、流動性の高い粉末材料を、簡便に製造することができる。得られた粉末材料は、流動性の高さを利用して、積層造形の原料等として、好適に用いることができる。 In addition, in the dispersion process, raw material powder containing metal particles and nanoparticles is introduced into a dispersion device and the powder is dispersed. It is possible to eliminate aggregation between nanoparticles and improve the dispersibility of nanoparticles. Furthermore, in the classification process, the powder that has undergone the dispersion process is introduced into a classifier, and particles formed by nanoparticles attached to metal particles are separated, thereby eliminating nanoparticles that are not attached to metal particles and remaining particles. The removal of unintended particles, such as the removal of aggregates of nanoparticles, and the adjustment of the particle size of the powder material can be performed at the same time. In this way, it is possible to easily produce a powder material with high fluidity, which is composed of an aggregate of nanoparticle-attached metal particles having a desired particle size, and has a reduced content of nanoparticle aggregates. The obtained powder material can be suitably used as a raw material for additive manufacturing by taking advantage of its high fluidity.

ここで、ナノ粒子が、有機物による表面処理が施されていないものである場合には、ナノ粒子間での凝集が起こりやすくなるが、分散工程を実施することにより、ナノ粒子間での凝集を効果的に解消することができ、製造される粉末材料の流動性を、十分に高められる。ナノ粒子として、有機物による表面処理が施されていないものを用いることで、粉末材料を積層造形に用いた際に、有機物による積層造形工程への影響、また製造される積層造形物への影響を、低減することができる。 Here, if the nanoparticles have not been surface-treated with an organic substance, aggregation between the nanoparticles is likely to occur, but by performing the dispersion process, aggregation between the nanoparticles can be prevented. This can be effectively eliminated, and the fluidity of the produced powder material can be sufficiently improved. By using nanoparticles that have not been surface-treated with organic substances, when using powder materials for additive manufacturing, it is possible to reduce the influence of organic substances on the additive manufacturing process and on the manufactured additively manufactured objects. , can be reduced.

分散装置が、気流分散装置である場合には、気流によって、ナノ粒子の凝集体を効果的に分散させ、分散したナノ粒子が金属粒子の表面に付着した状態の粉末材料を、得やすくなる。 When the dispersion device is an airflow dispersion device, the airflow effectively disperses nanoparticle aggregates, making it easier to obtain a powder material in which the dispersed nanoparticles are attached to the surfaces of metal particles.

この場合に、分級装置が、気流分級装置であり、分散工程が完了した後に、気流分散装置から気流とともに放出された粉体を、気流分級装置に直接導入して、分級工程を実施する形態によれば、分級装置として気流分級装置を用いることにより、所望の粒径を有するナノ粒子付着金属粒子の選別と、金属粒子に付着していないナノ粒子等、目的外の粒子の除去の両方を、高い効率で行うことができる。さらに、分散工程に気流分散装置を、分級工程に気流分級装置を用い、気流分散装置から気流とともに放出された粉体が、気流分級装置に直接導入される構成とすることで、分散工程と分級工程を、連続して実施することが可能となる。これにより、流動性の高い粉末材料の製造を、一層簡便に、また簡素な装置構成によって、行うことができる。 In this case, the classification device is an airflow classification device, and after the dispersion process is completed, the powder released from the airflow dispersion device along with the airflow is directly introduced into the airflow classification device to carry out the classification process. According to the above, by using an air classifier as a classification device, it is possible to both sort metal particles with a desired particle size attached to nanoparticles and remove unintended particles such as nanoparticles not attached to metal particles. This can be done with high efficiency. Furthermore, by using an air flow dispersion device in the dispersion process and an air flow classifier in the classification process, the powder released from the air flow dispersion device along with the air flow is directly introduced into the air flow classification device. It becomes possible to perform the steps continuously. Thereby, a highly fluid powder material can be manufactured more easily and with a simple device configuration.

金属粒子が、チタン合金、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金のいずれかよりなる場合には、製造される粉末材料を、積層造形法を利用した製造の需要が大きいそれらの合金よりなる三次元造形物の原料として、好適に用いることができる。 When the metal particles are made of titanium alloy, nickel alloy, cobalt alloy, or iron alloy, the powder material to be produced can be three-dimensionally made of these alloys, which are in high demand for production using additive manufacturing. It can be suitably used as a raw material for products.

ナノ粒子が、金属粒子に含有される金属元素の少なくとも一部を含有する金属化合物、またはSi、Al、Tiより選択される少なくとも1種の軽金属元素を含有する金属化合物よりなる場合には、ナノ粒子を金属粒子に付着させることで、粉末材料の流動性を効果的に高めることができる。特に、ナノ粒子が、金属粒子に含有される金属元素の少なくとも一部を含有する金属化合物よりなる場合には、得られた粉末材料を積層造形の原料として用いた際に、ナノ粒子の存在が、積層造形工程において、また得られる積層造形物において、影響を与えにくくなる。 When the nanoparticles are made of a metal compound containing at least a part of the metal elements contained in the metal particles, or a metal compound containing at least one light metal element selected from Si, Al, and Ti, the nanoparticles are nanoparticles. By attaching the particles to the metal particles, the fluidity of the powder material can be effectively increased. In particular, when the nanoparticles are made of a metal compound containing at least a part of the metal elements contained in the metal particles, the presence of the nanoparticles can be detected when the obtained powder material is used as a raw material for additive manufacturing. , in the layered manufacturing process and the resulting layered product.

本発明の一実施形態にかかる粉末材料の製造方法を実施することができる粉末材料製造装置の一例を、処理される粉体の模式図とともに示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an example of a powder material manufacturing apparatus capable of implementing a powder material manufacturing method according to an embodiment of the present invention, together with a schematic diagram of powder to be processed. 上記製造方法によって得られる粉末材料を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a powder material obtained by the above manufacturing method. 粉末材料の状態を撮影した写真である。(a)はナノ粒子を添加した材料に対して分散・分級を行った試料#2を示し、(b)はナノ粒子を添加した材料に対して混合のみを行った試料#3を示している。This is a photograph taken of the state of the powder material. (a) shows sample #2 in which the material to which nanoparticles were added was subjected to dispersion and classification, and (b) shows sample #3 in which only mixing was performed to the material to which nanoparticles were added. . 粉末材料の粒度分布および円形度を示す図である。図には、ナノ粒子を含まない試料#1と、ナノ粒子を添加した材料に対して分散・分級を行った試料#2に対する計測結果を示している。It is a figure which shows the particle size distribution and circularity of a powder material. The figure shows the measurement results for sample #1 which does not contain nanoparticles and sample #2 in which the material to which nanoparticles are added is dispersed and classified. 試料#1および試料#2について、粒径20±2μmの範囲で、粒子形状の評価に用いた粒子画像を示している。Particle images used for particle shape evaluation are shown for sample #1 and sample #2 in a particle size range of 20±2 μm. 試料#2について、SEM観察像を示している。(a),(b),(c)の順に、高倍率像となっている。A SEM observation image of sample #2 is shown. High-magnification images are shown in the order of (a), (b), and (c). 上記図6(c)中の位置P1および位置P2について、それぞれ、EDXによる元素分析の結果を示している。The results of elemental analysis by EDX are shown for positions P1 and P2 in FIG. 6(c), respectively. 試料#1~#3について、嵩密度規格化せん断付着力を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the bulk density normalized shear adhesion force for samples #1 to #3.

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態にかかる粉末材料の製造方法について、詳細に説明する。本製造方法によって製造される粉末材料は、図2に示すように、ミクロンオーダーの粒径を有する金属粒子P1と、金属または金属化合物よりなるナノ粒子P2とを含むものである。ナノ粒子P2は、金属粒子P1の表面に付着している。そのような粉末材料は、積層造形法において、エネルギー線の照射によって三次元造形物を製造するための原料等として、好適に用いることができる。 Hereinafter, a method for manufacturing a powder material according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 2, the powder material produced by this production method includes metal particles P1 having a particle size on the micron order and nanoparticles P2 made of a metal or a metal compound. Nanoparticles P2 are attached to the surface of metal particles P1. Such a powder material can be suitably used as a raw material for manufacturing a three-dimensional structure by irradiation with energy rays in the additive manufacturing method.

[金属粒子およびナノ粒子]
粉末材料の製造方法について説明する前に、粉末材料の製造原料として用いられ、粉末材料を構成する、金属粒子P1およびナノ粒子P2について説明する。金属粒子P1は、ミクロンオーダーの粒径を有する金属よりなる粒子であり、粉末材料を積層造形に用いる場合には、三次元造形物を構成する主材料となる。ナノ粒子P2は、金属または金属化合物よりなる、ナノメートルオーダーの粒径を有する粒子であり、粉末材料中で、金属粒子P1の粒子間の引力を低減し、粉末材料の流動性を高める役割を果たす。
[Metal particles and nanoparticles]
Before explaining the method for producing the powder material, the metal particles P1 and nanoparticles P2, which are used as raw materials for producing the powder material and constitute the powder material, will be explained. The metal particles P1 are particles made of metal having a particle size on the micron order, and when a powder material is used for additive manufacturing, they become the main material constituting the three-dimensionally shaped object. The nanoparticles P2 are particles made of a metal or a metal compound and have a particle size on the order of nanometers, and play the role of reducing the interparticle attraction of the metal particles P1 in the powder material and increasing the fluidity of the powder material. Fulfill.

(1)金属粒子
金属粒子P1は、ミクロンオーダーの粒径を有しており、その粒径は、平均粒径(d50)で、10μm以上、500μm以下とすることができる。積層造形の原料として好適に用いる観点からは、平均粒径で、10μm以上、また100μm以下であれば、特に好ましい。製造される粉末材料において、高い流動性を得る観点から、金属粒子P1は、球形とみなせる形状をとっていることが好ましい。例えば、金属粒子P1の円形度が、平均粒径において、つまり、粒径が平均粒径に等しい粒子について、0.90以上、さらには0.95以上であることが好ましい。
(1) Metal particles The metal particles P1 have a particle size on the micron order, and the average particle size (d50) can be 10 μm or more and 500 μm or less. From the viewpoint of suitably using it as a raw material for additive manufacturing, it is particularly preferable that the average particle size is 10 μm or more and 100 μm or less. In the powder material to be manufactured, from the viewpoint of obtaining high fluidity, it is preferable that the metal particles P1 have a shape that can be regarded as spherical. For example, it is preferable that the circularity of the metal particles P1 is 0.90 or more, more preferably 0.95 or more in terms of the average particle size, that is, for particles whose particle size is equal to the average particle size.

金属粒子P1を構成する金属種は、特に限定されるものではなく、チタン合金、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金等を例示することができる。これらの合金よりなる三次元造形物は、積層造形法を利用した製造の需要が大きいため、これらの合金よりなる金属粒子P1を用いた粉末材料を、三次元造形物の原料として、好適に用いることができる。 The metal species constituting the metal particles P1 is not particularly limited, and examples thereof include titanium alloys, nickel alloys, cobalt alloys, iron alloys, and the like. Three-dimensional objects made of these alloys are in high demand for production using additive manufacturing, so powder materials using metal particles P1 made of these alloys are preferably used as raw materials for three-dimensional objects. be able to.

金属粒子P1を製造する方法は、特に限定されるものではないが、アトマイズ法によって、好適に製造することができる。ガスアトマイズ法、ディスクアトマイズ法等、種々の方法が適用可能であるが、特に、ガスアトマイズ法が、金属粒子P1の製造効率等の観点から、好適である。 Although the method for manufacturing the metal particles P1 is not particularly limited, they can be suitably manufactured by an atomization method. Although various methods such as a gas atomization method and a disk atomization method can be applied, the gas atomization method is particularly suitable from the viewpoint of manufacturing efficiency of the metal particles P1.

(2)ナノ粒子
ナノ粒子P2の粒径は、ナノメートルオーダーであれば、特に限定されるものではないが、1nm以上、また、100nm以下である場合を、好適なものとして例示することができる。ナノ粒子P2の形状も特に限定されず、略球形、多面体形状、不規則形状等、どのような形状をとっていてもよい。好ましくは、略球形であるとよい。
(2) Nanoparticles The particle size of the nanoparticles P2 is not particularly limited as long as it is on the order of nanometers, but preferred examples include cases where the particle size is 1 nm or more and 100 nm or less. . The shape of the nanoparticles P2 is also not particularly limited, and may have any shape such as a substantially spherical shape, a polyhedral shape, an irregular shape, or the like. Preferably, it is approximately spherical.

ナノ粒子P2は、金属よりなっていても、金属化合物よりなっていてもよいが、製造される粉末材料において、金属粒子P1間の引力を効果的に低減する観点から、金属化合物よりなっていることが好ましい。金属化合物としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等を例示することができる。中でも、活性の低さやナノ粒子の入手の容易性等の観点から、金属酸化物であることが好ましい。金属化合物を構成する金属種は、特に限定されないが、SiやAl,Ti等の軽金属元素を用いる形態が、好適である。これらの元素の酸化物(SiO,Al,TiO等)のナノ粒子は、製造方法が確立されており、容易に入手することができるうえ、金属よりなる三次元造形物中に含まれても、深刻な影響を与えにくい。 The nanoparticles P2 may be made of a metal or a metal compound, but from the viewpoint of effectively reducing the attractive force between the metal particles P1 in the powder material to be produced, the nanoparticles P2 are made of a metal compound. It is preferable. Examples of the metal compound include metal oxides, metal nitrides, metal carbides, and the like. Among these, metal oxides are preferred from the viewpoint of low activity and ease of obtaining nanoparticles. The metal species constituting the metal compound is not particularly limited, but it is preferable to use a light metal element such as Si, Al, or Ti. Nanoparticles of oxides of these elements (SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , etc.) have established manufacturing methods, are easily available, and can be incorporated into three-dimensional objects made of metal. Even if it is included, it is unlikely to cause serious effects.

また、金属粒子P1に含有される金属元素の少なくとも一部を含有する金属化合物よりなるナノ粒子P2を用いれば、積層造形物等、粉末材料を用いて製造される製品、またその製品の製造工程において、ナノ粒子P2が与える影響を、小さく抑えることができる。中でも、金属粒子P1の主成分たる金属元素が、ナノ粒子を構成する金属元素の主成分となっているとよい。例えば、チタン合金よりなる金属粒子P1を用いる場合に、ナノ粒子P2として、チタン酸化物よりなるものを用いる形態を例示することができる。 Furthermore, if the nanoparticles P2 made of a metal compound containing at least a part of the metal elements contained in the metal particles P1 are used, products manufactured using powder materials such as additively manufactured objects, and the manufacturing process of the products can be used. In this case, the influence of the nanoparticles P2 can be suppressed to a small level. Among these, it is preferable that the metal element that is the main component of the metal particles P1 be the main component of the metal elements that constitute the nanoparticles. For example, when metal particles P1 made of a titanium alloy are used, nanoparticles P2 made of titanium oxide can be used.

ナノ粒子P2は、主成分たる金属または金属化合物以外の成分を含むものであってもよく、また、有機物等による表面処理が施されたものであってもよい。有機物等によって表面処理を行うことで、ナノ粒子P2の表面を疎水化し、水分子を介したナノ粒子P2間の引力相互作用を低減することができる。その結果、ナノ粒子P2同士の凝集や、ナノ粒子P2が付着した金属粒子P1間の凝集を、抑制しやすくなる。しかし、本製造方法においては、後に説明するように、分散工程および分級工程を経ることで、原料粉末中にナノ粒子P2の凝集体が含有されていても、そのような凝集体の解消および除去を効果的に達成することができる。それらの工程による凝集体の解消および除去について、高い効果を享受する観点から、ナノ粒子P2は、有機物等による表面処理を施されていないものであることが好ましい。ナノ粒子P2が、有機物を含有しないことで、積層造形物等、粉末材料を用いて製造される製品、またその製品の製造工程において、有機物が与える影響を、小さく抑えることができる。 The nanoparticles P2 may contain components other than the main component metal or metal compound, or may be surface-treated with an organic substance or the like. By performing surface treatment with an organic substance or the like, the surface of the nanoparticles P2 can be made hydrophobic and the attractive interaction between the nanoparticles P2 via water molecules can be reduced. As a result, aggregation of nanoparticles P2 and aggregation of metal particles P1 to which nanoparticles P2 are attached can be easily suppressed. However, in this manufacturing method, even if aggregates of nanoparticles P2 are contained in the raw material powder, such aggregates can be dissolved and removed through a dispersion process and a classification process, as will be explained later. can be achieved effectively. From the viewpoint of enjoying high effects in dissolving and removing aggregates through these steps, it is preferable that the nanoparticles P2 are not surface-treated with an organic substance or the like. Since the nanoparticles P2 do not contain organic substances, it is possible to suppress the influence of organic substances on products manufactured using powder materials, such as layered products, and on the manufacturing process of the products.

[粉末材料製造装置]
ここで、本発明の一実施形態にかかる粉末材料の製造方法を実施することができる粉末材料製造装置について、説明する。図1に、一例にかかる粉末材料製造装置1を示す。
[Powder material manufacturing equipment]
Here, a powder material manufacturing apparatus capable of implementing a powder material manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a powder material manufacturing apparatus 1 according to an example.

粉末材料製造装置1は、分散装置10と、分級装置20を含んでいる。分散装置10は、凝集した粉体を分散させることができる装置である。分級装置20は、粉体に対して、分級、つまり粒径の選別を行うことができる装置である。粉体の流れに対して、分散装置10が上流に、分級装置20が下流に設けられており、分散装置10から放出された粉体が、分級装置20に導入される。 The powder material manufacturing apparatus 1 includes a dispersion device 10 and a classification device 20. The dispersion device 10 is a device capable of dispersing aggregated powder. The classifier 20 is a device that can classify powder, that is, sort the particle size. A dispersion device 10 is provided upstream and a classifier 20 is provided downstream with respect to the flow of powder, and the powder released from the dispersion device 10 is introduced into the classifier 20.

分散装置10、分級装置20とも、どのような形態で、それぞれ、粉体の分散および分級を行うものであってもよく、分散装置10と分級装置20の間の接続形態も特に限定されるものではない。しかし、分散装置10として気流分散装置を用い、分級装置20として気流分級装置を用いることが好ましい。そして、分散装置10の放出口13を、分級装置20の供給口21に直接接続し、分散装置10の放出口13から、気流とともに放出される粉体を、直接、つまり外部の環境に接触させることなく、分級装置20の供給口21に導入する形態とすることが好ましい。 Both the dispersion device 10 and the classification device 20 may have any form for dispersing and classifying powder, respectively, and the connection form between the dispersion device 10 and the classification device 20 is also particularly limited. isn't it. However, it is preferable to use an airflow dispersion device as the dispersion device 10 and to use an airflow classification device as the classification device 20. Then, the discharge port 13 of the dispersion device 10 is directly connected to the supply port 21 of the classifier 20, and the powder released from the discharge port 13 of the dispersion device 10 along with the airflow is brought into direct contact with the external environment. It is preferable that the liquid be introduced into the supply port 21 of the classifier 20 without any separation.

分散装置10としては、気流式の他、インペラ式、オリフィス式等、種々の原理に基づいて粉体を分散させるものが公知であり、それらのいずれを適用してもよいが、本粉末材料製造装置1においては、上記のように、気流式の分散装置10を用いることが好ましい。気流分散装置10としては、例えば、特開平4-330957号公報に開示されるものを用いることができる。この種の気流分散装置10においては、リングノズル12から高速気流を噴出させる。そして、供給口11から供給した粉体を、気流によって生じる負圧によって吸引し、吸引された粉体に、高速気流を衝突させる。粉体は、気流による加速を受け、粒子間衝突、装置壁面との衝突、またせん断力の印加により、粒子間の凝集状態を解消され、分散される。分散を受けた粉体は、気流とともに、放出口13から放出される。 As the dispersion device 10, there are known devices that disperse powder based on various principles, such as an airflow type, an impeller type, or an orifice type, and any of them may be applied, but the present powder material manufacturing method In the apparatus 1, as mentioned above, it is preferable to use the airflow type dispersion apparatus 10. As the airflow dispersion device 10, for example, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-330957 can be used. In this type of airflow distribution device 10, a high-speed airflow is ejected from a ring nozzle 12. Then, the powder supplied from the supply port 11 is suctioned by the negative pressure generated by the airflow, and the suctioned powder is caused to collide with the high-speed airflow. The powder is accelerated by the airflow, collided with the particles, collided with the wall surface of the device, and applied shear force, whereby the agglomeration state between the particles is resolved and the powder is dispersed. The dispersed powder is discharged from the discharge port 13 along with the airflow.

分級装置20も、どのような原理に基づくものを用いてもよいが、気流を用いた乾式分級装置を用いることが好ましい。例えば、特開2003-145052号公報に開示されるもののように、強制渦式気流分級機を用いることが好ましい。この種の気流分級装置20においては、分散羽根22を回転させて、気流を発生させ、供給口21から投入された粉体が、その気流のせん断力によって分散された状態で、分級羽根25を備えた分級ゾーン23に供給される。分級ゾーン23において、粉体は、高速回転する分級ロータ24による遠心力と、気流による抗力を受ける。この際、粒子に、粒径に応じた遠心力および抗力が働くことにより、分級が行われる。遠心力が大きく働く大径の粒子は、粗粉領域26に移動する一方、抗力が大きく働く小径の粒子は、微粉領域27に移動する。分級装置20の運転条件の選択により、粗粉領域26において、所望の粒径を有する粒子を分取することができる。 Although the classification device 20 may be based on any principle, it is preferable to use a dry classification device using air current. For example, it is preferable to use a forced vortex air classifier, such as the one disclosed in JP-A No. 2003-145052. In this type of air classifier 20, the dispersing blades 22 are rotated to generate an air current, and the powder introduced from the supply port 21 is dispersed by the shear force of the air current before passing through the classification blades 25. It is supplied to a classification zone 23 equipped with the same. In the classification zone 23, the powder is subjected to centrifugal force from the classification rotor 24 rotating at high speed and drag from the airflow. At this time, classification is performed by applying centrifugal force and drag force to the particles depending on the particle size. Large diameter particles, on which a large centrifugal force acts, move to the coarse powder region 26, while small diameter particles, on which a large drag force acts, move to the fine powder region 27. By selecting the operating conditions of the classifier 20, it is possible to separate particles having a desired particle size in the coarse powder region 26.

分散装置10および分級装置20として、ともに気流式のものを用いることにより、適宜、配管部材30を用いて、分散装置10の放出口13と、分級装置20の供給口21を、直接接続することができる。すると、分散装置10から気流とともに放出された粉体が、直接、分級装置20に導入されることになる。これにより、分散装置10によって粉体を分散させる工程と、分級装置20によって粉体を分級する工程を、連続して実施することができる。 By using airflow type devices as both the dispersion device 10 and the classification device 20, the discharge port 13 of the dispersion device 10 and the supply port 21 of the classification device 20 can be directly connected using the piping member 30 as appropriate. Can be done. Then, the powder released from the dispersion device 10 along with the airflow is directly introduced into the classification device 20. Thereby, the process of dispersing the powder using the dispersion device 10 and the process of classifying the powder using the classifier 20 can be performed continuously.

[粉末材料の製造方法]
次に、本発明の一実施形態にかかる粉末材料の製造方法について説明する。本製造方法は、上記で説明した粉末材料製造装置1を用いて、好適に実施することができる。本製造方法においては、原料準備工程、分散工程、分級工程を、この順に実施する。以下、各工程について順に説明する。
[Method for producing powder material]
Next, a method for manufacturing a powder material according to an embodiment of the present invention will be described. This manufacturing method can be suitably implemented using the powder material manufacturing apparatus 1 described above. In this manufacturing method, a raw material preparation step, a dispersion step, and a classification step are performed in this order. Each step will be explained in order below.

(1)原料準備工程
原料準備工程においては、粉末材料を製造するための原料粉末を準備する。原料粉末は、ミクロンオーダーの粒径を有する金属粒子P1と、金属または金属化合物よりなるナノ粒子P2を含有するものである。金属粒子P1およびナノ粒子P2としては、上記で説明したような粒子を、それぞれ準備すればよい。この際、金属粒子P1およびナノ粒子P2の粒度分布を、適宜調整しておけばよい。特に、金属粒子P1に対しては、分級を行い、積層造形等、粉末材料の用途に応じた所望の粒径を有する金属粒子P1を選別しておくことが好ましい。分級の方法は特に限定されず、例えば、上記粉末材料製造装置1を構成する分級装置20を利用してもよい。
(1) Raw material preparation process In the raw material preparation process, raw material powder for manufacturing the powder material is prepared. The raw material powder contains metal particles P1 having a particle size on the micron order and nanoparticles P2 made of a metal or a metal compound. As the metal particles P1 and the nanoparticles P2, particles as described above may be prepared respectively. At this time, the particle size distribution of the metal particles P1 and nanoparticles P2 may be adjusted as appropriate. In particular, it is preferable to classify the metal particles P1 to select metal particles P1 having a desired particle size according to the application of the powder material such as additive manufacturing. The classification method is not particularly limited, and for example, the classification device 20 that constitutes the powder material manufacturing device 1 may be used.

原料準備工程においては、それぞれ準備した金属粒子P1と、ナノ粒子P2とを混合し、原料粉末を調製する。後述する分散工程において、ナノ粒子P2が高分散し、金属粒子P1に対して、均一性高く混合、付着されるため、この原料準備工程において、金属粒子P1とナノ粒子P2を混合するに際しては、混合の均一性をそれほど高めなくてもよい。例えば、手作業で撹拌する程度でもよい。 In the raw material preparation step, the metal particles P1 and nanoparticles P2 that have been prepared are mixed to prepare a raw material powder. In the dispersion step described below, the nanoparticles P2 are highly dispersed and are mixed and attached to the metal particles P1 with high uniformity, so in this raw material preparation step, when mixing the metal particles P1 and the nanoparticles P2, It is not necessary to increase the uniformity of the mixing very much. For example, manual stirring may be sufficient.

混合により、ナノ粒子P2の少なくとも一部が、金属粒子P1の表面に付着し、ナノ粒子付着金属粒子Pを構成する。一方で、ナノ粒子P2の別の一部が、金属粒子P1と混合する前から相互に凝集して凝集体を形成しており、金属粒子P1との混合を経ても、その凝集状態を維持する場合がある。さらに、金属粒子P1との混合中に、新たに、ナノ粒子P2同士で凝集体を形成する場合もある。 By mixing, at least a portion of the nanoparticles P2 adhere to the surfaces of the metal particles P1, forming nanoparticle-attached metal particles P. On the other hand, another part of the nanoparticles P2 aggregates with each other to form an aggregate before mixing with the metal particles P1, and maintains the aggregated state even after mixing with the metal particles P1. There are cases. Furthermore, during mixing with the metal particles P1, new aggregates may be formed between the nanoparticles P2.

原料粉末におけるナノ粒子P2の添加量は、製造される粉末材料において求められる流動性向上の程度等に応じて、適宜選択すればよいが、流動性向上の効果を十分に得る観点から、金属粒子P1の質量を基準として、0.001質量%以上とする形態を、好ましいものとして例示することができる。一方、過剰量のナノ粒子P2による凝集体の形成を抑制する観点から、その含有量は、例えば、0.5質量%以下に抑えておくとよい。 The amount of nanoparticles P2 added to the raw material powder may be appropriately selected depending on the degree of fluidity improvement required for the powder material to be manufactured. A preferred example is a configuration in which the amount is 0.001% by mass or more based on the mass of P1. On the other hand, from the viewpoint of suppressing the formation of aggregates due to an excessive amount of nanoparticles P2, the content is preferably suppressed to, for example, 0.5% by mass or less.

(2)分散工程
分散工程においては、上記の原料準備工程において準備した原料粉末を、分散装置10に導入し、原料粉末中のナノ粒子P2の凝集を解消する。
(2) Dispersion process In the dispersion process, the raw material powder prepared in the raw material preparation process described above is introduced into the dispersion device 10 to eliminate aggregation of nanoparticles P2 in the raw material powder.

上記粉末材料製造装置1を用いる場合には、気流分散装置10の供給口11に、原料粉末を投入すればよい(図中矢印a1)。分散装置10において、原料粉末に気流が噴射されることにより、原料粉末の構成粒子が、相互に分散して混合される。同時に、粒子間衝突や装置壁面との衝突、また気流によるせん断力の印加によって、原料粉末中に含有されるナノ粒子P2の凝集体の凝集状態が、解消される。これにより、ナノ粒子P2が高分散された状態となり、その少なくとも一部が、金属粒子P1と相互に分散・混合され、さらに金属粒子P1の表面に付着する。 When using the powder material manufacturing apparatus 1 described above, raw material powder may be introduced into the supply port 11 of the air flow dispersion apparatus 10 (arrow a1 in the figure). In the dispersion device 10, the constituent particles of the raw material powder are mutually dispersed and mixed by injecting an air stream onto the raw material powder. At the same time, the agglomerated state of the nanoparticles P2 contained in the raw material powder is dissolved by interparticle collisions, collisions with the device wall surface, and application of shear force by airflow. As a result, the nanoparticles P2 are in a highly dispersed state, and at least a portion thereof is mutually dispersed and mixed with the metal particles P1, and further adheres to the surface of the metal particles P1.

(3)分級工程
分級工程においては、上記の分散工程を経て分散装置10から放出された粉体を、分級装置20に導入し、粉体を分級する。分級により、ナノ粒子P2が金属粒子P1に付着してなるナノ粒子付着金属粒子Pを選別し、分取する。
(3) Classification process In the classification process, the powder released from the dispersion device 10 through the above-mentioned dispersion process is introduced into the classification device 20, and the powder is classified. By classification, nanoparticle-adhered metal particles P, which are formed by adhering nanoparticles P2 to metal particles P1, are sorted out and fractionated.

上記粉末材料製造装置1を用いる場合には、気流分散装置10の放出口13と気流分級装置20の供給口21が接続されており、分散工程を完了した粉体が、気流とともに、分級装置20に直接導入され(図中矢印a2)、分級装置20による分級を受ける。分散工程を完了して、分散装置10から分級装置20に導入される粉体には、金属粒子P1の表面にナノ粒子P2が付着したナノ粒子付着金属粒子Pに加え、金属粒子P1の表面に付着していないナノ粒子P2の分散体、つまり凝集を解消されたナノ粒子P2が、不可避的に含まれうる。しかし、分級工程を経ることで、金属粒子P1の表面に付着していないナノ粒子P2の分散体は、微粉領域27に移動し、ナノ粒子付着金属粒子Pと分離される。さらに、分散工程を経ても、凝集状態を解消しきれなかったナノ粒子P2の凝集体が、粉体中に混在している場合でも、そのような凝集体も、ナノ粒子付着金属粒子Pから分離することができる。このように、ナノ粒子P2の分散体や凝集体等、粒径の異なる成分から、ナノ粒子付着金属粒子Pを分離し、粗粉領域26から分取することができる。 When using the powder material manufacturing apparatus 1 described above, the discharge port 13 of the airflow dispersion device 10 and the supply port 21 of the airflow classification device 20 are connected, and the powder that has completed the dispersion process is transferred to the classification device 20 along with the airflow. (arrow a2 in the figure), and is classified by the classifier 20. After the dispersion process is completed, the powder introduced from the dispersion device 10 to the classifier 20 includes, in addition to the nanoparticle-attached metal particles P having the nanoparticles P2 attached to the surface of the metal particles P1, A dispersion of unattached nanoparticles P2, ie, deagglomerated nanoparticles P2, may inevitably be included. However, through the classification process, the dispersion of nanoparticles P2 that is not attached to the surface of the metal particles P1 moves to the fine powder region 27 and is separated from the metal particles P to which the nanoparticles are attached. Furthermore, even if aggregates of nanoparticles P2 whose agglomerated state could not be completely resolved even after the dispersion process are mixed in the powder, such aggregates can also be separated from the metal particles P attached to the nanoparticles. can do. In this way, the nanoparticle-attached metal particles P can be separated from components having different particle sizes, such as dispersions and aggregates of the nanoparticles P2, and fractionated from the coarse powder region 26.

以上のように、原料粉末中に、ナノ粒子P2の凝集体が含まれていたとしても、分散工程と分級工程を順に経ることで、ナノ粒子P2の凝集構造を解消し、微分散したナノ粒子P2が金属粒子P1の表面に付着したナノ粒子付着金属粒子Pを高純度で含む粉末材料を、製造することができる。製造された粉末材料に対して、ナノ粒子P2の凝集体を除去するために、ふるい分け等の操作を、事後的に行う必要はない。よって、ナノ粒子付着金属粒子Pよりなる粉末材料を、簡便に製造することができる。特に、分散装置10および分級装置20として、ともに気流式のものを用い、分散工程と分級工程を連続的に実施することにより、製造工程の簡便性および製造装置の簡素性を、一層高めることができる。 As described above, even if the raw material powder contains aggregates of nanoparticles P2, by going through the dispersion process and the classification process in order, the agglomerated structure of nanoparticles P2 is dissolved, and the nanoparticles are finely dispersed. A powder material containing highly purified nanoparticle-attached metal particles P in which P2 is attached to the surface of the metal particle P1 can be produced. There is no need to perform subsequent operations such as sieving on the manufactured powder material in order to remove aggregates of nanoparticles P2. Therefore, a powder material made of nanoparticle-attached metal particles P can be easily produced. In particular, by using airflow type devices as both the dispersion device 10 and the classification device 20, and by continuously performing the dispersion step and the classification step, it is possible to further improve the simplicity of the manufacturing process and the manufacturing device. can.

[製造される粉末材料]
本製造方法によって製造される粉末材料においては、図2に示すように、金属粒子P1の表面に、ナノ粒子P2が分散して付着し、ナノ粒子付着金属粒子Pとなっている。ここで、ナノ粒子P2が金属粒子P1に付着しているとは、ナノ粒子P2と金属粒子P1の間に働く引力が、少なくとも、ナノ粒子P2を含まない場合に金属粒子P1相互間に働く引力よりも大きい状態を指す。
[Produced powder material]
In the powder material manufactured by this manufacturing method, as shown in FIG. 2, nanoparticles P2 are dispersed and adhered to the surfaces of metal particles P1, forming nanoparticle-attached metal particles P. Here, the fact that the nanoparticle P2 is attached to the metal particle P1 means that the attractive force acting between the nanoparticle P2 and the metal particle P1 is at least the attractive force acting between the metal particles P1 when the nanoparticle P2 is not included. It refers to a state that is larger than.

金属粒子P1の表面にナノ粒子P2が付着していることにより、ナノ粒子P2が金属粒子P1間に介在され、金属粒子P1間に、ナノ粒子P2の粒径以上の距離が保たれることになる。ファンデルワールス力、静電引力等、金属粒子P1間に働く引力は、金属粒子P1間の距離が大きくなると、小さくなる。つまり、ナノ粒子P2の存在によって、金属粒子P1間の距離を確保することにより、金属粒子P1の相互間における引力が低減される。これにより、金属粒子P1間に働くせん断付着力(τ)を低減し、その結果として、粉末材料の流動性を高めることができる。例えば、ナノ粒子P2の付着により、金属粒子P1間のせん断付着力を、ナノ粒子P2を含有しない場合の50%以下、さらには40%以下とすることができる。 Since the nanoparticles P2 are attached to the surface of the metal particles P1, the nanoparticles P2 are interposed between the metal particles P1, and a distance equal to or larger than the particle size of the nanoparticles P2 is maintained between the metal particles P1. Become. The attractive force acting between the metal particles P1, such as van der Waals force and electrostatic attraction, becomes smaller as the distance between the metal particles P1 becomes larger. In other words, the presence of the nanoparticles P2 ensures a distance between the metal particles P1, thereby reducing the attractive force between the metal particles P1. Thereby, the shear adhesion force (τ s ) acting between the metal particles P1 can be reduced, and as a result, the fluidity of the powder material can be improved. For example, by adhering the nanoparticles P2, the shear adhesion force between the metal particles P1 can be made 50% or less, or even 40% or less, of the case where the nanoparticles P2 are not included.

本製造方法によって製造される粉末材料は、実質的に、ナノ粒子付着金属粒子P以外に、ナノ粒子P2同士の凝集体や、金属粒子P1に付着していないナノ粒子P2を含有していないことが好ましく、少なくとも目視で認識される水準では、ナノ粒子P2の凝集体を含有していないものであるとよい。粉末材料中に、ナノ粒子P2の凝集体が含有されるとすれば、そのような凝集体を構成しているナノ粒子P2は、金属粒子1つ1つの間に介在して、金属粒子P1間の引力を低減し、流動性を高めるのには寄与できない。むしろ、凝集体の形成にナノ粒子P2が費やされる分だけ、金属粒子P1の表面に付着できるナノ粒子P2の量が少なくなるため、金属粒子P1間の引力を低減し、流動性を高める効果が低くなってしまう。ナノ粒子P2の凝集をなるべく低減することで、製造される粉末材料の流動性を高めることができる。分散工程および分級工程を経て、ナノ粒子P2の凝集体の解消と除去を行うことで、それらの工程を経ない場合と比較して、金属粒子P1間のせん断付着力を、例えば、80%以下とすることができる。 The powder material produced by this production method does not substantially contain aggregates of nanoparticles P2 or nanoparticles P2 not attached to metal particles P1, other than nanoparticle-attached metal particles P. is preferable, and preferably does not contain aggregates of nanoparticles P2, at least at a level that can be visually recognized. If aggregates of nanoparticles P2 are contained in the powder material, the nanoparticles P2 constituting such aggregates are interposed between individual metal particles and are separated between metal particles P1. It cannot contribute to reducing the attractive force and increasing fluidity. Rather, the amount of nanoparticles P2 that can be attached to the surface of metal particles P1 decreases by the amount of nanoparticles P2 spent forming aggregates, which reduces the attractive force between metal particles P1 and increases fluidity. It becomes low. By reducing the aggregation of the nanoparticles P2 as much as possible, the fluidity of the manufactured powder material can be improved. By dissolving and removing aggregates of nanoparticles P2 through a dispersion process and a classification process, the shear adhesion force between metal particles P1 can be reduced to, for example, 80% or less compared to the case without these processes. It can be done.

粉末材料が高い流動性を有することにより、積層造形の原料として、粉末材料を好適に用いることができる。例えば、積層造形法のうち、SLM法やEBM法等の粉末積層溶融法を実施する場合には、ホッパーから粉末材料を供給し、基材の上に敷き詰めて、粉末床を形成する。この際、粉末材料が高い流動性を有することにより、ホッパーから安定して粉末材料を流出させることができる。また、リコーター等を用いて、粉末材料を敷き詰めて、粉末床とする際に、粉末材料の敷き詰めを、高密度に、また均質に行いやすくなる。このように、粉末材料が高い流動性を有することは、均一性および密度の高い粉末床を安定して形成するうえで、重要である。そして、均一性および密度の高い粉末床に対して、エネルギー線を照射し、積層造形を行うことにより、均質で欠陥の少ない三次元造形物を形成しやすくなる。LMD法をはじめとする粉末堆積法による積層造形においても、流動性に優れた粉末材料を用いることで、ノズルに粉末材料を安定して供給することができる。また、ノズルから造形を行う箇所に向かって、気流とともに粉末材料を噴射する際に、ノズルの閉塞を抑制し、造形を安定して進めることができる。 Since the powder material has high fluidity, the powder material can be suitably used as a raw material for additive manufacturing. For example, when implementing a powder lamination melting method such as an SLM method or an EBM method among additive manufacturing methods, powder material is supplied from a hopper and spread over a base material to form a powder bed. At this time, since the powder material has high fluidity, the powder material can be stably flowed out from the hopper. Further, when spreading the powder material to form a powder bed using a recoater or the like, it becomes easier to spread the powder material densely and uniformly. Thus, it is important that the powder material has high fluidity in order to stably form a powder bed with high uniformity and density. Then, by irradiating the powder bed with high uniformity and density with energy rays and performing additive manufacturing, it becomes easier to form a homogeneous three-dimensional structure with fewer defects. Even in additive manufacturing using a powder deposition method such as the LMD method, by using a powder material with excellent fluidity, the powder material can be stably supplied to the nozzle. Moreover, when the powder material is injected along with the airflow from the nozzle toward the location where modeling is performed, clogging of the nozzle can be suppressed, and modeling can proceed stably.

このように、粉末材料において、金属粒子P1の表面にナノ粒子P2が分散して付着しており、かつナノ粒子P2の凝集体の含有が低減されていることにより、粉末材料の流動性を高めることができる。その結果として、粉末材料を積層造形の原料として用いた際に、積層造形工程を円滑に進め、均一性の高い組織を有する三次元造形物を得ることができる。また、粉末材料中にナノ粒子P2の凝集体が含有されているとすれば、そのような凝集体は、粉末材料の流動性を下げるのみならず、積層造形物において、破壊起点として作用する欠陥を形成しやすい。つまり、粉末材料において、ナノ粒子P2の凝集構造が解消されていることは、粉末材料の流動性の確保と、破壊起点の排除の両方の点から、粉末材料を積層造形の原料として用いる際の好適性を高めるものとなる。 In this way, in the powder material, the nanoparticles P2 are dispersed and attached to the surface of the metal particles P1, and the content of aggregates of the nanoparticles P2 is reduced, thereby increasing the fluidity of the powder material. be able to. As a result, when the powder material is used as a raw material for additive manufacturing, the additive manufacturing process can proceed smoothly and a three-dimensionally shaped object having a highly uniform structure can be obtained. Furthermore, if aggregates of nanoparticles P2 are contained in the powder material, such aggregates not only reduce the fluidity of the powder material but also cause defects that act as fracture starting points in the additively manufactured product. easy to form. In other words, eliminating the agglomerated structure of the nanoparticles P2 in the powder material is important when using the powder material as a raw material for additive manufacturing, both from the viewpoint of ensuring the fluidity of the powder material and eliminating the origin of fracture. This increases suitability.

製造される粉末材料において、ナノ粒子付着金属粒子Pの粒径や形状としては、実質的に、原料粉末として用いた金属粒子P1の粒径や形状を維持する。粉末材料を積層造形の原料として用いる場合には、ナノ粒子付着金属粒子Pの平均粒径は、10~100μm程度であることが好ましい。また、円形度は、平均粒径において、0.90以上、さらには0.95以上であることが好ましい。 In the manufactured powder material, the particle size and shape of the nanoparticle-attached metal particles P are substantially the same as those of the metal particles P1 used as the raw material powder. When a powder material is used as a raw material for additive manufacturing, the average particle size of the nanoparticle-attached metal particles P is preferably about 10 to 100 μm. Further, the circularity is preferably 0.90 or more, more preferably 0.95 or more in terms of average particle size.

以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。ここでは、上記で説明した製造工程を経ることで、粉末材料の状態や特性がどのように変化するかを調べた。 Hereinafter, the present invention will be explained more specifically using Examples. Here, we investigated how the state and properties of the powder material change through the manufacturing process described above.

(試料の作製)
Ti-6Al-4V合金(6質量%のAlと4質量%のVを含有し、残部がTiと不可避的不純物よりなる合金)よりなる金属粒子を、ガスアトマイズ法にて作成した。そして、15/45μmにて分級を行った。得られた金属粉末を、試料#1とした。
(Preparation of sample)
Metal particles made of a Ti-6Al-4V alloy (an alloy containing 6% by mass of Al and 4% by mass of V, with the remainder consisting of Ti and unavoidable impurities) were produced by a gas atomization method. Then, classification was performed at 15/45 μm. The obtained metal powder was designated as sample #1.

試料#1の金属粉末に、表面処理されていないTiOナノ粒子(TECNAN社製「TECNAPOW-TIO2」 平均粒径10~15nm)を混合し、原料粉末とした。ナノ粒子の添加量は、金属粒子の質量に対して、0.02質量%とした。得られた原料粉末を、図1に示すのと同様の、気流分散装置(日清エンジニアリング社製 リングノズルジェット式分散器「DN-155」)と気流分級装置(同社製 ターボクラシファイアー「TC-15」)を接続した粉末材料製造装置に供給して、分散および分級を行った。ナノ粒子が付着した金属粒子を分取して、試料#2とした。 TiO 2 nanoparticles (“TECNAPOW-TIO2” manufactured by TECNAN, average particle size 10 to 15 nm) without surface treatment were mixed with the metal powder of sample #1 to obtain a raw material powder. The amount of nanoparticles added was 0.02% by mass based on the mass of metal particles. The obtained raw material powder was passed through an air flow dispersion device (ring nozzle jet disperser "DN-155" manufactured by Nisshin Engineering Co., Ltd.) and an air flow classification device (turbo classifier "TC-" manufactured by Nisshin Engineering Co., Ltd.) similar to those shown in Fig. 1. 15'') was supplied to a powder material manufacturing apparatus connected to the powder material manufacturing apparatus for dispersion and classification. The metal particles to which the nanoparticles were attached were separated and designated as sample #2.

また、比較用に、試料#1の金属粉末に、試料#2と同種、同量のTiOナノ粒子を添加し、混合のみ行ったものを、試料#3とした。混合は、振とう式粉末混合機によって行った。 For comparison, a sample #3 was obtained by adding the same type and amount of TiO 2 nanoparticles as those of sample #2 to the metal powder of sample #1 and only mixing them. Mixing was performed using a shaking powder mixer.

(粉末材料の評価)
まず、金属粒子とナノ粒子の分散状態を確認するために、試料#2および試料#3に対して、粉末材料の状態を、目視にて観察した。試料の状態は、写真撮影によって記録した。
(Evaluation of powder materials)
First, in order to confirm the dispersion state of metal particles and nanoparticles, the state of the powder material was visually observed for sample #2 and sample #3. The condition of the sample was recorded by photography.

また、ナノ粒子を添加した金属粒子の状態を確認するために、試料#1および試料#2に対して、粒度分布を評価した。この際、粒子画像分析装置を用いて、粒子形状の評価を行った。粒子形状に基づいて、粒度分布を評価するとともに、粒子の円形度を計測した。 In addition, in order to confirm the state of the metal particles to which nanoparticles were added, the particle size distribution of Sample #1 and Sample #2 was evaluated. At this time, the particle shape was evaluated using a particle image analyzer. Based on the particle shape, the particle size distribution was evaluated and the circularity of the particles was measured.

さらに、試料#2については、粒子の状態を、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて、観察した。また、SEMを用いたエネルギー分散型X線分光法(EDX)によって、金属粒子の表面の狭い領域に対して、元素分析を行った。 Furthermore, regarding sample #2, the state of the particles was observed using a scanning electron microscope (SEM). Further, elemental analysis was performed on a narrow region on the surface of the metal particles by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) using SEM.

最後に、ナノ粒子の添加の有無および添加方法による粉末材料の流動性の変化について、調査した。具体的には、試料#1~#3のそれぞれに対して、嵩密度規格化せん断付着力(τ/ρ)を計測した。計測に際しては、JIS Z 8835に準拠し、回転セル型のせん断試験装置を用いて、粉末材料に圧力(σ)を印加した際に発生するせん断応力(τ)を計測した。そして、σを横軸に、τを縦軸にプロットした際の縦軸切片として、せん断付着力(τ)を求めた。また、嵩密度(ρ)は、JIS Z 2504に準拠し、金属粉末用嵩比重測定器を用いて、計測した。各計測は、気温24℃、相対湿度RH23%の条件で行った。 Finally, we investigated changes in the fluidity of the powder material depending on whether nanoparticles were added or not and how they were added. Specifically, the bulk density normalized shear adhesion force (τ s /ρ) was measured for each of samples #1 to #3. For measurement, shear stress (τ) generated when pressure (σ) was applied to the powder material was measured using a rotating cell type shear test device in accordance with JIS Z 8835. Then, the shear adhesion force (τ s ) was determined as the vertical axis intercept when σ was plotted on the horizontal axis and τ was plotted on the vertical axis. Moreover, the bulk density (ρ) was measured using a bulk specific gravity meter for metal powders in accordance with JIS Z 2504. Each measurement was performed under conditions of an air temperature of 24° C. and a relative humidity of 23%.

(評価結果)
(1)ナノ粒子の分散性
図3(a),(b)に、それぞれ、試料#2および#3の粉末材料の状態を撮影した写真を示す。まず、図3(b)の粉末混合機による混合のみを経た粉末材料については、暗く観察される微細な粉末の集合体の中に、明るく撮影される粒状体が点在している。この粒状体の直径は、1mm程度であり、色の比較等から、TiOナノ粒子の凝集体に対応付けることができる。原料として用いたTiOナノ粒子が、金属粒子と混合する前から凝集構造を形成しており、粉末混合機による混合を経るのみでは、その凝集構造が完全には解消されなかったものと考えられる。
(Evaluation results)
(1) Dispersibility of nanoparticles Figures 3(a) and 3(b) show photographs of the state of the powder materials of samples #2 and #3, respectively. First, regarding the powder material that has been mixed only by the powder mixer shown in FIG. 3(b), granules that are photographed brightly are scattered among the aggregates of fine powder that are observed darkly. The diameter of this granule is approximately 1 mm, and can be associated with an aggregate of TiO 2 nanoparticles based on color comparison. It is thought that the TiO2 nanoparticles used as a raw material had formed an agglomerated structure before being mixed with the metal particles, and that the agglomerated structure was not completely eliminated only by mixing with a powder mixer. .

一方、粉末材料に対して分散・分級を行った試料#2については、図3(a)に示されるように、画像全体に一様に、暗い色の微細な粉末が観察されており、図3(b)で見られたような明るく撮影される粒状体は確認されない。つまり、試料#2においては、均一性の高い粉末材料が生成している。このことは、分散・分級工程を経ることで、原料粉末中に含有されたTiOナノ粒子の凝集体の凝集状態が解消され、ナノ粒子の分散性が高められたことを示している。 On the other hand, for sample #2, in which the powder material was dispersed and classified, dark-colored fine powder was uniformly observed over the entire image, as shown in Figure 3(a). The brightly photographed granules seen in 3(b) are not observed. In other words, in sample #2, a highly uniform powder material was produced. This indicates that through the dispersion/classification step, the agglomerated state of the TiO 2 nanoparticle aggregates contained in the raw material powder was resolved, and the dispersibility of the nanoparticles was improved.

(2)粒度分布および円形度
図4に、ナノ粒子を添加していない金属粒子よりなる試料#1、および金属粒子にナノ粒子を添加して分散・分級工程を経た試料#2について、粒度分布、および粒径ごとの円形度の評価結果を示す。また、表1に、粒度分布にかかるパラメータを示す。さらに、図5に、図4に示した円形度を得る際に用いた粒子画像の例として、平均粒径に対応する粒径20μm±2μmにおける粒子画像を、試料#1,#2について示す。これらの粒子画像から得られた円形度の平均値は、試料#1,#2ともに、0.96であった。図4に示した粒径ごとの円形度は、同様に、±2μmの粒径範囲における平均値を算出したものである。
(2) Particle size distribution and circularity Figure 4 shows the particle size distribution of sample #1 made of metal particles without added nanoparticles and sample #2 made of metal particles with nanoparticles added and subjected to a dispersion/classification process. , and evaluation results of circularity for each particle size. Table 1 also shows parameters related to particle size distribution. Further, FIG. 5 shows particle images for samples #1 and #2 at a particle size of 20 μm±2 μm corresponding to the average particle size, as an example of the particle image used to obtain the circularity shown in FIG. 4. The average value of circularity obtained from these particle images was 0.96 for both samples #1 and #2. The circularity for each particle size shown in FIG. 4 is similarly calculated as an average value in the particle size range of ±2 μm.

Figure 0007427919000001
Figure 0007427919000001

図4によると、ナノ粒子を添加していない試料#1と、ナノ粒子を添加した試料#2で、粒度分布は、中央値や幅において、非常に類似したものとなっている。表1に示す代表値も、ほぼ両者で同じ値となっている。つまり、試料#1と試料#2は、ほぼ同様の粒度分布を有しており、ナノ粒子の添加、および分散・分級工程を経て、試料粒子の粒度分布は、実質的に変化していないことが確認される。 According to FIG. 4, the particle size distributions of sample #1 to which no nanoparticles were added and sample #2 to which nanoparticles were added were very similar in terms of median value and width. The representative values shown in Table 1 are also almost the same for both. In other words, sample #1 and sample #2 have almost the same particle size distribution, and the particle size distribution of the sample particles has not changed substantially through the addition of nanoparticles and the dispersion/classification process. is confirmed.

そして、図5の粒子画像を試料#1と試料#2で比較すると、多くの粒子において、粒子形状に、両試料で大きな違いは見られない。上記のように、円形度の平均値も、0.96と、両試料で同じになっている。さらに、図4によると、全粒径領域において、ほぼ同程度の円形度が得られている。つまり、円形度も、ナノ粒子の添加、および分散・分級工程を経て、実質的に変化していないことが確認される。 When the particle images in FIG. 5 are compared between sample #1 and sample #2, there is no significant difference in particle shape between the two samples for many of the particles. As mentioned above, the average value of circularity is also 0.96, which is the same for both samples. Furthermore, according to FIG. 4, approximately the same degree of circularity is obtained in the entire grain size region. In other words, it is confirmed that the circularity does not change substantially through the addition of nanoparticles and the dispersion/classification process.

以上のように、ナノ粒子の添加、および分散・分級工程を経ても、粉末材料を構成する粒子の粒径および円形度は、実質的に変化しておらず、分散・分級工程が、金属粒子の粒子形状や粒子サイズに影響を与えるものではないことが、確認される。また、後に評価結果を示すせん断付着力等、粉末材料の特性において、ナノ粒子を添加した際に生じる変化は、粒子形状や粒子サイズの変化によるものではなく、ナノ粒子の添加そのものによる結果であることが、確認される。 As described above, even after the addition of nanoparticles and the dispersion/classification process, the particle size and circularity of the particles constituting the powder material do not substantially change, and the dispersion/classification process It is confirmed that this does not affect the particle shape or size of the particles. Furthermore, the changes that occur when nanoparticles are added in properties of powder materials, such as shear adhesion, which will be evaluated later, are not due to changes in particle shape or particle size, but are the result of the addition of nanoparticles themselves. This is confirmed.

(3)ナノ粒子が付着した金属粒子の構造
図6に、試料#2の粒子に対するSEM観察の結果を示す。図6(a)の低倍率像(スケールバー:20μm)によると、直径20μm程度の球体に近い形状の粒子が、観測されている。つまり、球体に近い形状を有する金属粒子の多くが、相互に凝集を起こすことなく、分散していることが確認される。
(3) Structure of metal particles to which nanoparticles are attached Figure 6 shows the results of SEM observation of the particles of sample #2. According to the low magnification image (scale bar: 20 μm) in FIG. 6(a), particles having a shape close to a sphere with a diameter of about 20 μm are observed. In other words, it is confirmed that most of the metal particles having a shape close to a sphere are dispersed without causing mutual aggregation.

図6(b)の高倍率像(スケールバー:1μm)によると、球形の粒子の表面に、ナノオーダーのサイズの粒子が多数分散して付着している。図6(c)にさらに高倍率の像(スケールバー:200nm)を示すが、100nm以下の寸法の粒子が、金属粒子の表面に、多数分散していることが分かる。 According to the high magnification image (scale bar: 1 μm) in FIG. 6(b), a large number of particles of nano-order size are dispersed and attached to the surface of the spherical particles. FIG. 6(c) shows a higher magnification image (scale bar: 200 nm), and it can be seen that a large number of particles with dimensions of 100 nm or less are dispersed on the surface of the metal particles.

さらに、図6(c)中で、ナノサイズの粒子が存在していない位置P1、およびナノサイズの粒子が存在している位置P2について、EDXによる元素分析結果を、図7に示す。これによると、ナノ粒子が付着しておらず、Ti-6Al-4V合金よりなる金属粒子の表面を観察していると考えられる位置P1においては、C,O,Al,Tiが検出されている。これらの元素のうち、Al,Tiは、金属粒子の成分に対応する。Cは、SEM観察時に試料粉末を分散させたカーボンテープに由来すると推定される。Oは、金属粒子の表面に不可避的に形成された酸化膜に由来すると考えられる。 Furthermore, in FIG. 6(c), the elemental analysis results by EDX are shown in FIG. 7 for the position P1 where no nano-sized particles are present and the position P2 where nano-sized particles are present. According to this, C, O, Al, and Ti are detected at position P1, where no nanoparticles are attached and it is thought that the surface of metal particles made of Ti-6Al-4V alloy is observed. . Among these elements, Al and Ti correspond to the components of the metal particles. It is presumed that C originates from the carbon tape in which the sample powder was dispersed during SEM observation. It is thought that O originates from an oxide film inevitably formed on the surface of the metal particles.

ナノ粒子が付着した位置P2においても、位置P1と同様、C,O,Al,Tiが検出されているが、Oの濃度が、位置P1と比較して、顕著に高くなっている。これは、TiOナノ粒子に由来するものであると考えられる。つまり、SEM像において観察されたナノサイズの粒子は、金属粒子の表面に付着したTiOナノ粒子に帰属することができる。図6(b),(c)のSEM像に確認されるように、そのTiOナノ粒子は、高度に分散された状態で、金属粒子の表面全体に分布して付着している。このことから、ナノ粒子を金属粒子に添加し、分散・分級工程を実施することで、ナノ粒子を分散させて金属粒子の表面に付着させた粉末材料を製造できることが、確認される。 Similarly to the position P1, C, O, Al, and Ti are detected at the position P2 where the nanoparticles are attached, but the concentration of O is significantly higher than that at the position P1. This is considered to be derived from TiO2 nanoparticles. In other words, the nano-sized particles observed in the SEM image can be attributed to TiO 2 nanoparticles attached to the surface of the metal particles. As confirmed in the SEM images of FIGS. 6(b) and 6(c), the TiO 2 nanoparticles are highly dispersed and are distributed and attached to the entire surface of the metal particles. This confirms that by adding nanoparticles to metal particles and performing a dispersion/classification process, it is possible to produce a powder material in which the nanoparticles are dispersed and adhered to the surface of the metal particles.

(5)粉末材料の流動性
図8に、試料#1~#3について、嵩密度規格化せん断付着力(τ/ρ)の計測結果を示す。単位は、(m/s)である。これによると、ナノ粒子を添加していない試料#1と比較して、ナノ粒子を添加し、粉末混合機による混合のみを行った試料#3においては、値が48%程度に小さくなっている。これは、ナノ粒子の少なくとも一部が金属粒子の間に介在して、金属粒子間の引力を下げ、流動性を向上させていることによると、考えられる。
(5) Fluidity of powder materials FIG. 8 shows the measurement results of bulk density normalized shear adhesion (τ s /ρ) for samples #1 to #3. The unit is (m/s) 2 . According to this, the value is about 48% smaller in sample #3, in which nanoparticles were added and only mixed using a powder mixer, compared to sample #1 to which nanoparticles were not added. . This is thought to be because at least some of the nanoparticles are interposed between the metal particles, reducing the attractive force between the metal particles and improving fluidity.

さらに、ナノ粒子を添加し、分散・分級工程を実施した試料#2においては、試料#1と比較して、嵩密度規格化せん断付着力が、38%にまで低下している。試料#3と比較しても、その値は、80%程度に小さくなっている。このことから、ナノ粒子を金属粒子に添加して、混合するだけでなく、分散・分級工程を実施することにより、ナノ粒子が、金属粒子の粒子間の引力を低減し、流動性を向上させるのに、一層高い効果を発揮することが分かる。 Furthermore, in sample #2 to which nanoparticles were added and the dispersion/classification process was performed, the bulk density normalized shear adhesion was reduced to 38% compared to sample #1. Even when compared with sample #3, the value is about 80% smaller. Therefore, by adding nanoparticles to metal particles and performing a dispersion/classification process in addition to mixing them, nanoparticles can reduce the attractive force between metal particles and improve fluidity. However, it can be seen that the effect is even higher.

以上の試験結果を総合して、ミクロンオーダーの粒径を有する金属粒子に、ナノ粒子を添加し、分散・分級工程を実施することにより、ナノ粒子の分散性を高めた状態で、ナノ粒子を金属粒子の表面に付着させられることが確認された。そして、金属粒子の表面に分散して付着したナノ粒子は、金属粒子間に介在することで、金属粒子間の引力を低下させ、粉末材料の流動性を向上させるものとなる。分散・分級工程を経て、ナノ粒子が分散されることで、多数のナノ粒子が金属粒子の表面に付着することができ、金属粒子間の引力の低減に効果的に寄与するものと考えられる。 Combining the above test results, we believe that by adding nanoparticles to metal particles with a particle size on the micron order and performing a dispersion/classification process, we can improve the dispersibility of the nanoparticles. It was confirmed that it could be attached to the surface of metal particles. The nanoparticles dispersed and attached to the surface of the metal particles are interposed between the metal particles, thereby reducing the attractive force between the metal particles and improving the fluidity of the powder material. By dispersing the nanoparticles through the dispersion/classification process, a large number of nanoparticles can adhere to the surface of the metal particles, which is considered to effectively contribute to reducing the attractive force between the metal particles.

以上、本発明の実施形態および実施例について説明した。本発明は、これらの実施形態および実施例に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。 The embodiments and examples of the present invention have been described above. The present invention is not particularly limited to these embodiments and examples, and various modifications can be made.

1 粉末材料製造装置
10 (気流)分散装置
11 供給口
13 放出口
20 (気流)分級装置
21 供給口
26 粗粉領域
27 微粉領域
P ナノ粒子付着金属粒子
P1 金属粒子
P2 ナノ粒子

1 Powder material manufacturing device 10 (airflow) dispersion device 11 Supply port 13 Discharge port 20 (airflow) classification device 21 Supply port 26 Coarse powder region 27 Fine powder region P Nanoparticle-attached metal particles P1 Metal particles P2 Nanoparticles

Claims (5)

平均粒径10μm以上、500μm以下の金属粒子と、金属酸化物よりなり、有機物による表面処理が施されていないナノ粒子と、を含む原料粉末を準備する原料準備工程と、
凝集した粉体を分散させる気流分散装置に前記原料粉末を導入し、前記ナノ粒子の凝集を解消する分散工程と、
前記気流分散装置から気流とともに放出された粉末材料を、気流分級装置に直接導入して、前記粉末材料を分級し、分散された前記ナノ粒子が前記金属粒子に付着してなる粒子を分取する分級工程と、を実施し、
目視で認識される水準では、前記ナノ粒子の凝集体よりなる粒状体が確認されず、かつ、
前記ナノ粒子が、100nm以下の寸法の粒子の形をとって、前記金属粒子の表面に分散した粉末材料を得る、粉末材料の製造方法。
A raw material preparation step of preparing a raw material powder containing metal particles with an average particle size of 10 μm or more and 500 μm or less, and nanoparticles made of a metal oxide and not surface-treated with an organic substance ;
a dispersion step of introducing the raw material powder into an air flow dispersion device that disperses the agglomerated powder to eliminate agglomeration of the nanoparticles;
The powder material discharged with the air flow from the air flow dispersion device is directly introduced into an air flow classification device to classify the powder material and separate particles formed by the dispersed nanoparticles adhering to the metal particles. carrying out a classification process,
At a level that can be recognized visually, no granules consisting of aggregates of the nanoparticles are observed, and
A method for producing a powder material, wherein the nanoparticles are dispersed on the surface of the metal particles in the form of particles having a size of 100 nm or less .
前記金属粒子は、チタン合金、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金のいずれかよりなる、請求項1に記載の粉末材料の製造方法。 The method for producing a powder material according to claim 1 , wherein the metal particles are made of any one of a titanium alloy, a nickel alloy, a cobalt alloy, and an iron alloy. 前記ナノ粒子は、前記金属粒子に含有される金属元素の少なくとも一部を含有する金属酸化物、またはSi、Al、Tiより選択される少なくとも1種の軽金属元素を含有する金属酸化物よりなる、請求項1または請求項2に記載の粉末材料の製造方法。 The nanoparticles are made of a metal oxide containing at least a part of the metal elements contained in the metal particles, or a metal oxide containing at least one light metal element selected from Si, Al, and Ti. A method for producing a powder material according to claim 1 or 2 . 前記ナノ粒子は、前記金属粒子の主成分たる金属元素を主成分としてなる、請求項3に記載の粉末材料の製造方法。4. The method for producing a powder material according to claim 3, wherein the nanoparticles are mainly composed of a metal element that is the main component of the metal particles. 前記原料粉末において、前記ナノ粒子の含有量が、前記金属粒子の質量を基準として、0.001質量%以上、0.5質量%以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の粉末材料の製造方法。Any one of claims 1 to 4, wherein the content of the nanoparticles in the raw material powder is 0.001% by mass or more and 0.5% by mass or less based on the mass of the metal particles. The method for producing the powder material described in .
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