TW202333875A - 鋁粉末混合物、金屬積層造形用粉末及金屬積層造形物 - Google Patents

鋁粉末混合物、金屬積層造形用粉末及金屬積層造形物 Download PDF

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Abstract

一種鋁粉末混合物，其係將2種以上含有鋁之粉末混合而成之鋁粉末混合物，前述鋁粉末混合物之氧含量為0.3質量%以下，且前述鋁粉末混合物中所含之選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素的合計含量為0.4質量%以上且5.0質量%以下。

Description

鋁粉末混合物、金屬積層造形用粉末及金屬積層造形物
本發明有關鋁粉末混合物、金屬積層造形用粉末及金屬積層造形物。 本申請案主張基於2021年10月14日向日本提出之特願2021-168725號之優先權，其內容併入本文加以援用。
鋁由於有輕量、高導熱性等之特性，已廣泛用作散熱器等之熱交換器用途的材料，但為了進而提高散熱性能，而謀求可更有效率熱交換之複雜形狀的銷及鰭片設計、製造。 作為複雜形狀之零件的製造方法所使用之粉末冶金法，由於可利用模具成為近網形狀，故可廉價地賦予形狀，但於對鋁之應用時，過去有因氧化皮膜而難以燒結的問題。 因此，提案有如專利文獻1所記載之將預鑄件進行加壓成形之方法，如專利文獻2所記載之使用燒結性優異之數μm微細粉末之方法等，用以改善燒結性之方法。
另一方面，近年來，作為使用金屬粉末之積層造形技術之一，黏合劑噴射方式備受矚目。例如，專利文獻3揭示一種使用黏合劑噴射方式之金屬積層造形方法及造形裝置。該方式係自列印頭將含有熱硬化性樹脂、熱塑性樹脂或光硬化性樹脂之黏合劑對金屬粉末層選擇性噴霧，藉由重複積層，形成成為所需三維形狀的金屬粉末成形體。隨後，經過黏合劑固化、去除不需要的粉末、脫脂及燒結步驟獲得三維形狀之金屬造形物。與既有的PBF(Powder Bed Fusion：粉末床融合)方式或DED (Directed Energy Deposition：經指向之能量沉積)方式相比，黏合劑噴射方式具有高精度、高生產性及原料粉末之高回收性等之優點。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平01-294833號公報 [專利文獻2]日本特開2004-308004號公報 [專利文獻3]日本特表2020-511593號公報
[發明欲解決之課題]
在專利文獻1中記載之方法，由於對模具填充需要加壓，故就生產性方面有問題。且，專利文獻2中記載之微粉末之利用中，比重較輕的鋁認為填充時有因飛散所致之品質降低及安全性的問題。
專利文獻3中揭示之黏合劑噴射方式中，由於在粉末積層時難以附加伴隨塑性變形般的高壓力，故很難直接適用以往模具成形及金屬射出成形所用之燒結手法。且，黏合劑噴射方式中，由於重複進行粉末積層，由於對原料粉末要求穩定的流動性及填充性，故亦難以應用凝集及飛散的影響較大的微細粉末。
本發明係鑒於上述問題而完成者，目的在於提供可製造高密度鋁燒結體之鋁粉末混合物、金屬積層造形用粉末及金屬積層造形物。 [用以解決課題之手段]
本發明人等發現藉由使用具有不同熔點的純鋁粉末或鋁合金粉末的混合物作為粉末原料，可改善燒結性，即使在無加壓下，亦可達成相對密度85%以上的高密度化。其原因認為係藉由將上述純鋁粉末或鋁合金粉末的混合物作為原料，在加熱燒結時可局部產生微量熔液，藉由液相燒結而提高燒結性之故。
本發明包含如下態樣。 (1)本發明之一態樣的鋁粉末混合物，係將含有鋁之熔點不同的2種以上的粉末混合而成之鋁粉末混合物，其中前述鋁粉末混合物之氧含量為0.3質量%以下，且前述鋁粉末混合物中所含之選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素的合計含量為0.4質量%以上且5.0質量%以下。
根據態樣(1)之鋁粉末混合物，藉由燒結，可自熔點低的鋁粉末生成適量的液相。因此，可提供藉由於熔點高的鋁粉末粒子間產生的液相將熔點高的鋁粉末一體化，可製造高密度鋁燒結體的鋁粉末混合物。又藉由使氧含量如上述般減少，可抑制於粉末粒子表面生成的氧化皮膜的影響，可提供液相對粉末粒子間之濡濕性優異的鋁粉末混合物。
(2)如態樣(1)之鋁粉末混合物，其中構成前述鋁粉末混合物之粉末中之至少1種可為純度99%以上之純鋁粉末(高純度鋁粉末)。
構成前述鋁粉末混合物之粉末中之至少1種為純鋁粉末時，作成金屬積層造形物時，可以高程度確保導電率及導熱率。
(3)如態樣(1)或(2)之鋁粉末混合物，其中構成前述鋁粉末混合物之粉末中之至少1種係以合計含量為2.0質量%以上且25.0質量%以下含有選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素作為合金成分之鋁合金粉末。前述範圍亦可為2.0質量%以上且20.0質量%以下。
構成鋁粉末混合物之粉末中之至少1種以2.0質量%以上且25.0質量%以下含有選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素時，可成為熔點低的鋁粉末，可為含有熔點高的鋁粉末與熔點低的鋁粉末之鋁粉末混合物。鋁粉末混合物全體中所含之上述元素的合計含量為0.4質量%以上且5.0質量%以下，其中，含有以2.0質量%以上25.0質量%以下含有上述元素之上述熔點低的鋁粉末之情況下，藉由相對於鋁粉末混合物之全體質量適量含有熔點低的鋁合金粉末，成為在燒結時可生成適量液相之鋁粉末混合物。因此，可提供藉由生成適量的液相而可生成高密度鋁燒結體或金屬積層造形物之鋁粉末混合物。且，藉由將使熔點降低的元素的添加量限制在上述範圍內，可提供優異的導熱性、導電性之鋁燒結體。
(4)如態樣(1)至(3)中任一項之鋁粉末混合物，其中構成前述鋁粉末混合物之純鋁粉末或前述鋁合金粉末中，熔點最低之純鋁粉末或鋁合金粉末之熔點ML(℃)與熔點最高之純鋁粉末或鋁合金粉末之熔點MH(℃)之差MH-ML(℃)為10℃以上、100℃以下。
熔點最低之純鋁粉末或鋁合金粉末之熔點ML與熔點最高之純鋁粉末或鋁合金粉末之熔點MH之差為10℃以上、100℃以下時，以燒結時確實生成適量液相的方式，可提供可藉由適量液相之生成而生成高密度鋁燒結體之鋁粉末混合物。
(5)如態樣(1)至(4)中任一項之鋁粉末混合物，其中以雷射繞射‧散射法測定之體積基準的50%累積粒徑為10μm以上、100μm以下。
若具有上述粒徑，可提供具有穩定流動性、燒結性優異、適用於鋁燒結體用途或金屬積層造形物用途之鋁粉末混合物。
(6)如態樣(1)至(5)中任一項之鋁粉末混合物，其中以雷射繞射‧散射法測定之自體積基準的10%累積粒徑(D10)、體積基準的50%累積粒徑(D50)、體積基準的90%累積粒徑(D90)所算出之Y=(D90-D10)/D50可於0.5＜Y＜2.0之範圍內。
設為Y=(D90-D10)/D50為0.5＜Y＜2.0之範圍時，於形成由鋁粉末混合物所成之粉末層時，可以高程度穩定地獲得容積密度。Y的值小於前述範圍時，粉末粒子間之間隙變大，難以獲得高的容積密度。Y的值大於前述範圍時，大的粉末粒子的燒結性降低，於利用燒結獲得造形物時，成為產生密度不均的要因。
(7)本發明之一態樣之金屬積層造形用粉末，其係由如態樣(1)至(6)中任一項之鋁粉末混合物所成。
上述鋁粉末混合物作為金屬積層造形用粉末優異。
(8)本發明之一態樣之金屬積層造形物係由如態樣(1)至(6)中任一項之鋁粉末混合物所成。具體而言，藉由粉末床方式、指向性能量堆積法、FDM方式、黏合劑噴射方式等，將鋁粉末混合物以成為所需三維形狀之方式予以積層，與積層同時或於積層完成後進行燒結，獲得金屬積層造形物。特別是，藉由黏合劑噴射方式之積層造形適用於本發明。
若為由上述鋁粉末混合物形成之金屬積層造形物，則可提供相對密度高、導電性與導熱性優異之金屬積層造形物。 [發明效果]
根據本發明之一態樣之鋁粉末混合物，相對於以往的粉末，可更促進熔點不同的2種以上的粉末間之燒結，結果，可獲得所得鋁燒結體的高密度化及高導電性、導熱性。藉此，可使例如使用鋁粉末混合物製作之熱交換構件或導電性構件、強度構件等之金屬積層造形物的進一步高性能化。
下文將詳細說明本發明，但本發明不限於以下說明之實施形態。 本實施形態之鋁粉末混合物係(1)純鋁粉末與至少1種以上之鋁合金粉末以合計2種以上混合而成之鋁粉末混合物，或(2)熔點彼此不同之2種以上的鋁合金粉末混合而成之鋁粉末混合物。 前述(1)及(2)之任一者中，前述鋁合金粉末中含有選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素作為合金成分，其餘部分由不可避免的雜質與鋁組成。
構成前述鋁混合粉末之至少1種鋁粉末中所含之前述元素(合金成分)的合計含量，於前述各鋁合金粉末中較佳為2.0質量%以上，25.0質量%以下。 且，相對於本實施形態之鋁粉末混合物之全體質量，鋁粉末混合物中所含之選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上的元素之合計含量為0.4質量%以上，5.0質量%以下。
本實施形態中，為了方便起見，可將鋁粉末混合物定義為第1粉末與第2粉末之混合物。 第1粉末係由鋁合金所成之粉末，該鋁合金包含作為合金成分之選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素，其餘部分由不可避免的雜質與鋁所成。 第2粉末作為第1例係由純鋁粉末(高純度鋁粉末)所成。鋁粉末混合物中包含純鋁粉末時，相對於鋁粉末混合物之總質量，較佳含有70質量%以上之純鋁粉末。 第2粉末作為第2例係由鋁合金粉末所成，可定義為熔點高於第1粉末的粉末。 本實施形態之鋁粉末混合物，如下述，可使用作為金屬積層造形用粉末。
「作為鋁合金粉末中的合金成分，以2.0質量%以上，25.0質量%以下含有選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素」之較佳理由如下。 前述元素均係可能對鋁生成共晶的元素，藉由於鋁中作為合金元素予以添加，以降低鋁合金粉末的熔點，部分係可發生液相之元素。
選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素未達2.0質量%時，加熱至構成鋁粉末混合物之鋁合金粉末的熔點以上時產生的液相量不足，經由液相之緻密化變不足，使作為燒結體時之相對密度降低。 選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素超過25.0質量%時，由於於共晶組成以上存在添加元素，故同樣加熱至構成鋁粉末混合物之鋁合金粉末的熔點以上時產生的液相量不足，經由液相之緻密化變不足，使作為燒結體時之相對密度降低。
「鋁粉末混合物中選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素的合計含量為0.4質量%以上，5.0質量%以下」之較佳理由如下。 前述元素如上述均係可能對鋁生成共晶的元素，藉由於鋁合金粉末中作為合金元素含有，可降低熔點，部分可發生液相。 所發生之液相藉由擴展至未熔融狀態的周圍純鋁粉末或熔點高的鋁合金粉末的晶界，而可促進燒結。 由於該等元素於鋁粉末混合物中未達0.4質量%時無法引起充分的液相，故作為鋁粉末混合物，未預測到燒結性提高。另一方面，添加元素的增加，由於最終造成所得之造形物的導熱率、導電率降低，故添加5.0質量%以上欠佳。
對於構成鋁粉末混合物之純鋁粉末或鋁合金粉末，較佳體積基準的50%累積粒徑(D50)為10μm以上100μm以下。 關於純鋁粉末或鋁合金粉末，體積基準的50%累積粒徑為10μm以上100μm以下時，可獲得穩定流動性及燒結性優異之粉末混合物。粉末粒徑(D50)為10μm以下時，有因流動性降低或粉末飛散導致粉塵爆炸的風險。粉末粒徑(D50)超過100μm時，由於粉末粒子之比表面積降低，故鋁粉末混合物的燒結性降低，無法獲得作為燒結體之充分到達密度。
由體積基準的10%累積粒徑(D10)、體積基準的50%累積粒徑(D50)、體積基準的90%累積粒徑(D90)算出之Y=(D90-D10)/D50較佳為0.5＜Y＜2.0的範圍內。
若Y=(D90-D10)/D50於0.5＜Y＜2.0的範圍內，則可以高程度穩定地獲得鋁粉末混合物之容積密度。 Y為0.5以下時，由於粒度分佈範圍極狹窄，故作為粉末混合物之穩定性優異，但粒子間之間隙變大，難以獲得高的容積密度。 Y為2.0以上時，因於大的粒子之間隙進入小的粒子，故有容易獲得高的容積密度之優點。然而，因微細粒子之飛散及較大粒子的燒結性較低等問題，有於造形物內成為密度偏差的要因之虞。
「含氧量：0.3質量%以下」之較佳理由如下。 若鋁粉末混合物之氧含量為0.3質量%以下之範圍內，則可穩定地提高加熱鋁粉末混合物時產生的液相對粉末粒子間之濡濕性，可抑制液相偏析及凝集。 氧含量為超過0.3質量%之值時，固相與液相的濡濕性降低，液相發生偏析，有因該等直接凝固而發生外觀不良及燒結體密度不均一之虞。 為了將鋁粉末混合物的氧含量抑制在0.3質量%以下，作為一例可藉由事先以酸性或鹼性溶液洗淨構成鋁混合粉末之鋁粉末或鋁合金粉末，並實施乾燥處理而抑制。且，為了抑制步驟內與大氣中水分之反應，期望在乾燥室或手套箱等之低濕度環境下儲存鋁粉末，進行混合處理。 鋁粉末混合物之氧含量更佳為0.25質量%以下，又更佳為0.20質量%以下。
「鋁粉末燒結體之製造方法」 使用上述鋁粉末混合物製造鋁粉末燒結體時，首先，可使用前述鋁粉末混合物作為原料粉末(金屬積層造形用粉末)，並使用填充至具有特定形狀的模具中的方法、粉末床方式、指向性能量堆積法、FDM方式、黏合劑噴射方式等之積層造形法，特佳為黏合劑噴射方式的積層造形法。以黏合劑噴射方式之積層造形法中，對該原料粉末重複選擇性噴霧、積層含有熱硬化性樹脂、熱塑性樹脂或光硬化性樹脂之黏合劑之方法等。 用以構成鋁粉末混合物之純鋁粉末作為一例可藉由氮氣霧化法等方法製造。用以構成鋁粉末混合物之鋁合金粉末作為一例可藉由氮氣霧化法製造。
積層粉末混合物獲得形狀時，可使用原料粉末進行選擇性黏合劑噴霧，藉由重複積層而實現。藉由重複積層，使原料粉末固著成為與期望三維形狀一致的形狀。具體而言，首先，塗敷機將原料粉末薄薄地鋪在底板上，形成床。其次，邊使噴墨噴嘴通過床上方邊根據模型的剖面形狀選擇性噴射液體黏合劑。完成一層後，將底板下降一階，塗敷機鋪上新的床。根據模型的剖面形狀將黏合劑噴射至新鋪的床上。重複該製程直到造形物完成。完成造形物使原料粉末固著後，根據需要進行不需要粉末之去除及脫脂，獲得例如圖1(a)所示之立方體形狀的坯體1。
若獲得坯體1，則如圖1(b)所示，將坯體1收容於加熱爐2內，無加壓下在真空環境中、還原環境中或惰性氣體中以560~650℃左右的溫度加熱必要時間及燒結。藉由加熱至該範圍之溫度，自添加混合於原料粉末中之低熔點鋁合金粉末生成液相，液相濡濕擴展以埋填熔點高的原料粉末間的間隙，獲得等向性收縮，可高密度化。 此時，關於升溫速度，為了抑制液相的急遽生成，期望在液相開始生成的500℃以上之溫度範圍內以10℃/min以下的升溫速度進行加熱。 又，為了使液相對粉末粒子間的濡濕擴展更穩定化，藉由在液相的生成溫度以下的溫度保持而促進固相燒結，可實施2階段以上的加熱步驟，以使粒子間的間隙穩定。
圖2係作為將鋁粉末混合物3模型化之一例，描繪具有純鋁粉末4與熔點低於純鋁粉末4之第1鋁合金粉末5的粉末混合物。圖2中為了模型化顯示，顯示具備4個純鋁粉末4與1個第1鋁合金粉末5的鋁粉末混合物3，但純鋁粉末4的個數與第1鋁合金粉末5的個數只要為前述質量%之比例則可為任意數。
圖2係用以顯示將鋁粉末混合物3加熱到560~650℃左右的溫度時進行模型化之說明圖。圖2所示之例中，可將鋁合金粉末5稱為第1粉末，將純鋁粉末4稱為第2粉末。 純鋁的熔點約為660℃。且，於純鋁中添加上述共晶合金元素(選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上)時，獲得熔點為低於純鋁熔點的約660°C的溫度之鋁合金粉末。且使熔點比純鋁熔點更降低的比例係隨添加至鋁中的共晶元素之添加量而異，隨欲添加之共晶元素的種類而異。
鋁粉末混合物3中，純鋁粉末(第2粉末)4與第1鋁合金粉末(第1粉末)5中熔點最低之純鋁粉末或熔點最低的鋁合金粉末5的熔點ML(℃)與熔點最高的純鋁粉末或熔點最高的鋁合金粉末的熔點MH(℃)之差MH-ML(℃)較佳為10℃以上，100℃以下。
鋁粉末混合物3中，使用純鋁粉末作為第2粉末時，其純度較佳為99%以上。藉此，可抑制純鋁粉末之雜質元素引起的熔點變化，可穩定地確保對於鋁合金粉末(第1粉末)的熔點差，可期待燒結體的穩定緻密化。
又，作為鋁粉末混合物3之另一例，亦可選擇純鋁粉末4、熔點低於前述純鋁粉末4之第1鋁合金粉末5與熔點更低於第1鋁合金粉末5之第2鋁合金粉末10的粉末混合物。圖2(a)中以上述4個純鋁粉末4中的一個以符號(10)表示之方式，一併顯示置換第2鋁合金粉末10時的鋁粉末混合物3之一例。 此處，例如可以使用相對於純鋁粉末4之熔點的660℃而具有560℃~640℃之範圍的熔點之鋁合金粉末5、10。 此例中，將鋁合金粉末5、10稱為第1粉末，純鋁粉末4稱為第2粉末。
圖2(a)中，為了簡化圖示，顯示純鋁粉末4、第1鋁合金粉末5與第2鋁合金粉末10以3：1：1調配構成鋁粉末混合物3時之模型構成。 又，亦可將圖2(a)所示之純鋁粉末4全部略去，而由第1鋁合金粉末5與第2鋁合金粉末10，構成鋁粉末混合物3。或者，亦可進而準備熔點不同之複數種鋁合金粉末，將該等根據需要予以混合。
如以上說明，鋁粉末混合物3，可選擇對於純鋁粉末4混合合計2種以上之組成不同的1種以上之鋁合金粉末，或混合2種以上組成不同之鋁合金粉末的鋁粉末混合物之任一者。
略去純鋁粉末4，而由第1鋁合金粉末5與第2鋁合金粉末10構成鋁粉末混合物3時，第1鋁合金粉末5可稱為第1粉末，第2鋁合金粉末10可稱為第2粉末。 又，第1粉末可為以具備複數個熔點之方式使組成不同之複數種鋁合金粉末的混合粉末，第2粉末亦可為以具備複數個熔點之方式使組成不同之複數種鋁合金粉末的混合粉末。
使用複數種鋁合金粉末作為第1粉末，使用複數種鋁合金粉末作為第2粉末時，該等中熔點最低的鋁合金粉末的熔點ML(℃)與熔點最高的鋁合金粉末的熔點MH(℃)之差MH-ML(℃)較佳為10℃以上，100℃以下。
將圖2(a)所示之鋁粉末混合物3加熱至上述溫度時，自熔點較低的鋁合金粉末5生成液相，液相6如圖2(b)所示濡濕擴展到存在於其周圍的純鋁粉末4間之間隙中。 由於純鋁粉末4熔點為約660℃，故藉由前述溫度範圍之加熱，不會使純鋁粉末4整體完全熔融，但純鋁粉末4彼此的界面部分，經液相6濡濕擴展之部分一部分相互熔融而熔接，故加熱特定時間後冷卻時，最終可獲得如圖2(c)所示之全體熔融一體化之緻密燒結體7。燒結體7在加熱爐2中生成的狀態示於圖1(c)。
所得燒結體7，根據需要，可如圖1(d)所示，藉由切削工具8之加工或表面研磨等之修飾可獲得製品燒結體(積層造形物)9。 又，於鋁粉末混合物3中亦包含鋁合金粉末10時，自鋁合金粉末5與鋁合金粉末10之兩者生成液相6，液相6濡濕擴展至存在於其周圍的純鋁粉末4間之間隙中。
燒結體7或製品燒結體9係將鋁粉末混合物3燒結而製造者，故具有自鋁合金粉末5發生之液相有效埋入熔點高的純鋁粉末4間的間隙之緻密構造，鋁粉末混合物中之氧含量為0.3質量%以下，鋁粉末混合物中之上述特定元素含量為0.4質量%以上5.0質量%以下，且包含純鋁粉末4與上述特定元素之含量為2.0質量%以上20.0質量%以下之鋁合金粉末3。 因此，可獲得接近目的形狀，形的整體密度高的燒結體7或製品燒結體9。例如可獲得相對密度85%以上，且具有導電率40%IACS以上之特性的鋁製燒結體7或製品燒結體9。
依據對於純鋁粉末4，以上述範圍含有鋁合金粉末5的鋁粉末混合物3，由於對於純鋁降低適當範圍熔點，故加熱至上述溫度範圍燒結時可有效產生期望量之液相6。且，由於鋁合金粉末中所含之氧氣量設為0.3質量%以下，故可充分確保液相6的濡濕擴展，可獲得並無因液相偏析及凝集引起的外觀不良或密度不均一的燒結體7或製品燒結體9。
依據上述鋁粉末混合物3，對於純鋁粉末4，可更促進純鋁粉末4間的燒結，結果，可獲得所得鋁燒結體之高密度化及高導電性、高導熱性。 藉此，例如使用上述鋁粉末混合物作成之熱交換構件或導電性構件、強度構件可更高性能化。 又，鋁製之燒結體7或製品燒結體9，亦可根據目的實施研磨或陽極氧化、鍍敷等之表面處理。 [實施例]
其次，例舉實施例證明本發明之效果。 添加根據目的組成之必要量的純鋁及鋁母合金並投入熔煉爐中，分別製作純鋁及鋁合金的熔液，藉由惰性氣體霧化法自該等熔液製作純鋁粉末及鋁合金粉末。
所得之純鋁粉末及鋁合金粉末，係藉由以篩分或洗滌去除由粗大粉末與煙塵等所成之微細粉末後，實施與根據需要之目的粒度相應之篩分後，以成為以下表1所示之混合比率之方式混合純鋁粉末(純度99%以上)及鋁合金粉末，獲得鋁粉末混合物。表1所示之鋁粉末混合物中之合金粉末混合比率為10%之情況，意指其餘部分90%為純鋁粉末。表2顯示鋁粉末混合物全體的組成。
又，混合以下表4所示之組成的低熔點鋁合金粉末與高熔點鋁合金粉末(Al-3質量%Si粉末)獲得鋁粉末混合物。表4所示之鋁粉末混合物中低熔點合金粉末混合比率為10%之情況，意指其餘部分90%為高熔點鋁合金粉末。
使用表1~表4中記載之鋁混合粉末，使用金屬黏合劑噴射方式之積層造形裝置(DigitalMetal公司製 商品名：DM-P2500)，造形為長度50mm×寬度20mm×厚度1.5mm的形狀後，在惰性環境或大氣環境下，使樹脂硬化，進行加熱脫脂去除黏合劑。隨後，於真空環境或惰性環境下將所得脫脂體加熱至565~650℃，作成燒結體。
各物性值之測定方法如下所示。 [粒度分佈之測定] 純鋁粉末與鋁合金粉末之粒度分佈測定，係使用MICROTRAC公司製 商品名：MT3300EXII(雷射繞射‧散射法粒徑分佈測定裝置)，進行利用濕式之粒徑分佈測定，自所得結果算出10%體積基準頻度累積徑D10、50%體積基準頻度累積徑D50、90%體積基準頻度累積徑D90。
「造形物密度」 所得造形物之容積密度係根據JIS Z 8807規定之固體密度及比重的測定方法進行測定，藉由比重瓶法測定造形物的真密度。自所得之容積密度及真密度，算出造形物之相對密度(=容積密度/真密度)。
「合金元素質量比率」 使用感應耦合電漿發光分析裝置，測定鋁粉末、鋁合金粉末、鋁粉末混合物中所含的Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn的質量比率。 「氧濃度」 使用惰性氣體熔解-紅外線吸收法測定鋁粉末混合物中之氧濃度。
「導電率」 自所得燒結體切出寬10mm×長30mm的試驗片，藉由4端子法求出電阻。且，使用測微器進行試驗片之尺寸測定，算出試驗片之剖面積。然後，自所測定之電阻值與剖面積，算出導電率。
「熔點差」 使用示差掃描熱量計(DSC)，將鋁粉末混合物於氬氣環境下自室溫加熱到700℃時的熔解產生的吸熱峰之頂點作為熔點，算出熔點最低的鋁粉末或鋁合金粉末之熔點ML(℃)與熔點最高的鋁粉末或鋁合金粉末之熔點MH(℃)之差MH-ML(℃)。
圖3顯示Al-10%Al10Si0.5Mg混合粉末(90%純Al-10%(Al-10Si-0.5Mg)混合粉末)之DSC測定結果。Al-10%Al10Si0.5Mg混合粉末係於90質量%的純鋁粉末中混合10質量%之Al-10Si-0.5Mg粉末的粉末混合物。 如圖3所示，於579.3℃見到AlSi10Mg0.5粉末的熔解峰，於654.9℃可觀察到純鋁的熔解峰。基於比較該等熔解峰溫度，可算出MH-ML(℃)的值。 以上之測定結果彙總記載於以下表1~表6。
實施例1~21之試料係鋁合金粉末(第1粉末)的合金成分在0.3~5.0質量%之範圍內，混合純鋁粉末(第2粉末)之鋁粉末混合物。該等試料如表2、表6所示，相對於鋁粉末混合物之全體質量，合金元素的合計含量為0.3~5.0質量%。 實施例1~21之試料，如表3、表6所示，顯示高的相對密度(89~97%)，顯示高的導電率(41~56%IACS)。 實施例1~21之試料，如表3、表6所示，(D90-D10)/D50之值為0.8以上且未達2.0。 又，實施例1~21之試料，如表2、表5所示，氧含量為0.30%以下，例如0.10~0.23%。
比較例1之試料，如表1所示，添加元素合計含量較少，比較例2之試料係添加元素合計含量較多的試料，但如表3所示，係相對密度較低，導電率較低之試料。 比較例4之試料如表4、表5所示係添加元素合計含量較多的試料，如表6所示，係相對密度較低、導電率較低之試料。
又表2與表5所示之實施例與比較例中，有Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之各欄之合計量與添加元素合計含量之欄的數值不一致之試料。該等係於構成鋁粉末混合物之各粉末中所含之雜質元素的影響所致。例如純鋁粉末中，含有一定量之Fe、Si及Mg作為雜質。由於該等雜質含量的影響，使Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之各欄的合計量與鋁粉末混合物全體中所含之元素的全體量不完全一致，起因於雜質含量，使值略有不同。然而，作為包含該等雜質，選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素的合計含量較佳為前述範圍。 [產業上之可利用性]
根據本發明之鋁粉末混合物，可更促進熔點不同之2種以上粉末間之燒結，可獲得鋁燒結體之高密度化及高的導電性、導熱性。藉此，可使例如使用鋁粉末混合物製作之熱交換構件或導電性構件、強度構件等之金屬積層造形物更高性能化。因此，本發明具有產業上之可利用性。
1:坯體 2:加熱爐 3:鋁粉末混合物 4:純鋁粉末(第2粉末) 5:第1鋁合金粉末(第1粉末) 6:液相 7:燒結體 9:製品燒結體(積層造形物) 10:第2鋁合金粉末
[圖1]係顯示第1實施形態之鋁粉末混合物與其燒結過程之一例，(a)係顯示鋁粉末混合物之積層物的部分放大剖面圖，(b)係顯示同積層物於加熱爐中燒結的狀態之說明圖，(c)係顯示所得燒結體之概要的說明圖，(d)係顯示燒結體進行最終加工之狀態的說明圖。 [圖2]係顯示燒結鋁粉末混合物之過程之一例，(a)係顯示燒結前之鋁粉末混合物之說明圖，(b)係顯示燒結途中液相潤濕擴展狀態之說明圖，(c)係顯示燒結後各粉末一體化成燒結體之狀態的說明圖。 [圖3]係顯示Al-10%Al10Si0.5Mg混合粉末的DSC測定結果的圖表。
3:鋁粉末混合物
4:純鋁粉末(第2粉末)
5:第1鋁合金粉末(第1粉末)
6:液相
7:燒結體
10:第2鋁合金粉末

Claims (8)

  1. 一種鋁粉末混合物，其係將2種以上含有鋁之粉末混合而成之鋁粉末混合物，其特徵係 前述鋁粉末混合物之氧含量為0.3質量%以下，且 前述鋁粉末混合物中所含之選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素的合計含量為0.4質量%以上且5.0質量%以下。
  2. 如請求項1之鋁粉末混合物，其中構成前述鋁粉末混合物之粉末中之至少1種係純度99%以上之純鋁粉末。
  3. 如請求項1或2之鋁合金粉末，其中構成前述鋁粉末混合物之粉末中之至少1種係以合計含量為2.0質量%以上且25.0質量%以下含有選自Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Si、Zn之1種或2種以上之元素作為合金成分之鋁合金粉末。
  4. 如請求項1或2之鋁粉末混合物，其中構成前述鋁粉末混合物之純鋁粉末或前述鋁合金粉末中，熔點最低之純鋁粉末或鋁合金粉末之熔點ML(℃)與熔點最高之純鋁粉末或鋁合金粉末之熔點MH(℃)之差MH-ML(℃)為10℃以上、100℃以下。
  5. 如請求項1或2之鋁粉末混合物，其中以雷射繞射‧散射法測定之體積基準的50%累積粒徑為10μm以上、100μm以下。
  6. 如請求項1或2之鋁粉末混合物，其中以雷射繞射‧散射法測定之自體積基準的10%累積粒徑(D10)、體積基準的50%累積粒徑(D50)、體積基準的90%累積粒徑(D90)所算出之Y=(D90-D10)/D50係於0.5＜Y＜2.0之範圍內。
  7. 一種金屬積層造形用粉末，其特徵係由如請求項1或2之鋁粉末混合物所成。
  8. 一種金屬積層造形物，其特徵係使用如請求項1或2之鋁粉末混合物作為原料予以造形而成。
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