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JP7678686B2 - Shaped body made of Cu-based alloy - Google Patents
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Description

本発明は、Cu基合金からなる造形体に関する。とりわけ、Cu基合金粉末を用いて積層造形法により造形したCu基合金からなる造形体に関する。 The present invention relates to a shaped body made of a Cu-based alloy. In particular, the present invention relates to a shaped body made of a Cu-based alloy produced by an additive manufacturing method using a Cu-based alloy powder.

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

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

レーザービーム等の照射による溶融・凝固が順次繰り返されていくことにより、結合層の集合体が徐々に成長する。この成長により、三次元形状を有する造形体が得られる。こうした積層造形法を用いると、複雑な形状の造形体が、容易に得られる。 By repeatedly melting and solidifying the material by irradiation with a laser beam or the like, the aggregate of bonding layers gradually grows. This growth results in a three-dimensional object. By using this type of additive manufacturing method, objects with complex shapes can be easily obtained.

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

従来の金属粉末を用いた積層造形法においては、マルエージング鋼、ステンレス鋼、Ti(チタン)等が用いられている。近年、積層造形用材料として、Cu(銅)、Al(アルミニウム)等の適用が求められている。特に、得られる造形体において、高い電気伝導度が要求される用途には、Cu及びCu基合金が適している。 In conventional additive manufacturing methods using metal powders, maraging steel, stainless steel, Ti (titanium), etc. are used. In recent years, there has been a demand for Cu (copper), Al (aluminum), etc. as materials for additive manufacturing. In particular, Cu and Cu-based alloys are suitable for applications where high electrical conductivity is required in the resulting molded body.

積層造形法では、通常、近赤外波長領域(波長1000nm近傍)のファイバーレーザー又はYAGレーザーを用いて、金属材料が急速に溶融され、かつ急冷されて凝固することとなる。もっとも、Cu及びCu基合金は、熱伝導性が高く、エネルギー拡散が大きい。例えば、波長1064nmであるYAGレーザーを照射した場合の、純Cuのレーザー光吸収率は10%程度と低い。このレーザー光吸収率の低さに起因して、Cu及びCu基合金では、レーザー照射により溶融させることが困難、もしくは溶融させることができてもそのエネルギー効率が著しく低いという問題があった。 In additive manufacturing, a fiber laser or YAG laser in the near-infrared wavelength range (near 1000 nm wavelength) is usually used to rapidly melt the metal material, and then rapidly cool it to solidify it. However, Cu and Cu-based alloys have high thermal conductivity and large energy diffusion. For example, when irradiated with a YAG laser with a wavelength of 1064 nm, the laser light absorption rate of pure Cu is low at about 10%. Due to this low laser light absorption rate, there is a problem that it is difficult to melt Cu and Cu-based alloys by laser irradiation, or even if it can be melted, the energy efficiency is extremely low.

また、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。積層造形法のような、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体の内部に、未溶融の粒子が残存する。すると、この造形体の相対密度は低いものとなる。 Furthermore, pure Cu has a high laser reflectance compared to Fe-based alloys, Ni-based alloys, Co-based alloys, etc. When pure Cu powder is used in a process involving rapid melting, rapid cooling, and solidification, such as additive manufacturing, a lot of heat is released into the atmosphere due to the high laser reflectance. Therefore, the powder is not given enough heat to melt. The lack of heat leads to poor bonding between the particles. Due to the lack of heat, unmelted particles remain inside the molded body obtained from this powder. As a result, the relative density of this molded body is low.

たしかに、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を照射すると、溶融金属の突沸を招来する。この突沸は、造形体の内部の空隙の原因の1つとなる。空隙を有する造形体の相対密度は低いものとなるので、エネルギー密度の高いレーザーを照射すればよいということでもない。 It is true that if a laser with a high energy density is irradiated onto pure Cu powder, the remaining unmelted particles are suppressed. However, irradiating a laser with a high energy density leads to bumping of the molten metal. This bumping is one of the causes of voids inside the molded object. The relative density of a molded object with voids will be low, so it is not enough to just irradiate it with a laser with a high energy density.

特許文献2では、造形光ビームと異なる波長の支援光ビームを金属末に照射して、この金属粉末の表面に酸化膜を形成することにより、造形光ビームの吸収率を向上させる技術が提案されている(特許文献2参照。)。 Patent Document 2 proposes a technology for improving the absorption rate of the shaping light beam by irradiating metal powder with an assist light beam having a different wavelength from the shaping light beam and forming an oxide film on the surface of the metal powder (see Patent Document 2).

また、積層造形用原料として、銅もしくは銅合金からなる銅粉末本体と、この銅粉末本体の表面に、酸素存在下での加熱処理により形成された酸化被膜を具備する銅粉末が提案されている(特許文献3参照。)。 In addition, as a raw material for additive manufacturing, a copper powder body made of copper or a copper alloy and a copper powder having an oxide film formed on the surface of the copper powder body by heat treatment in the presence of oxygen have been proposed (see Patent Document 3).

特開2008-81840号公報JP 2008-81840 A 特開2017-141505号公報JP 2017-141505 A 特開2019-123920号公報JP 2019-123920 A

特許文献2及び3に開示された積層造形用粉末は表面に酸化膜が形成されているものであるから、それらの製造には、特定の酸化処理が必要となるなど、製造に手間がかかる。
また、Cu基合金は、添加元素が銅のマトリックスに固溶していると、熱伝導を妨げるので、積層造形後に造形体を時効熱処理することによって、銅のマトリックスから添加元素を析出物として排出させて、銅の熱伝導率を回復させることができる。とはいえ、排出させた析出物(添加元素単体、または、銅と添加元素の金属間化合物)が大き過ぎると熱伝導のパスを塞いでしまうこととなる。
そこで、本発明の目的は、特段の酸化処理を要することなく得られた粉末であって、しかもレーザー光吸収率が高くかつ高密度の造形体を製造できるCu基合金粉末を用いて、積層造形法で造形された造形体であって、相対密度が高く、熱伝導度の高い、析出物サイズが20μm以下のCu基合金からなる造形体を得ることである。
The powders for additive manufacturing disclosed in Patent Documents 2 and 3 have an oxide film formed on the surface, and therefore their production requires a specific oxidation treatment, which makes their production time-consuming.
In addition, in a Cu-based alloy, if an additive element is dissolved in the copper matrix, it impedes thermal conduction, so by subjecting the molded body to an aging heat treatment after additive manufacturing, the additive element is expelled from the copper matrix as a precipitate, and the thermal conductivity of copper can be restored. However, if the precipitate that is expelled (the additive element alone, or an intermetallic compound of copper and the additive element) is too large, it will block the path of thermal conduction.
Therefore, the object of the present invention is to obtain a shaped body made of a Cu-based alloy having a high relative density, high thermal conductivity, and a precipitate size of 20 μm or less, which is produced by an additive manufacturing method using a Cu-based alloy powder that is obtained without the need for any special oxidation treatment and that has a high laser light absorption rate and can produce high-density shaped bodies.

本発明者は、鋭意検討の結果、Cr(クロム)と、Crよりも酸化物の標準生成エネルギーが低い特定の元素を添加したCu基合金では、積層造形時のレーザー照射によって、酸化物の生成が促進されてレーザー光吸収率が顕著に向上することを見出し、このCu基合金粉末を用いて、相対密度の高く、熱伝導度に優れるCu基合金からなる造形体を得るに至った。 After extensive research, the inventors discovered that in a Cu-based alloy containing Cr (chromium) and a specific element with a lower standard energy of oxide formation than Cr, laser irradiation during additive manufacturing promotes oxide formation and significantly improves laser light absorption. Using this Cu-based alloy powder, they were able to obtain a shaped body made of a Cu-based alloy with high relative density and excellent thermal conductivity.

まず、本発明に係る造形体に用いるCu基合金粉末は、「Cr」と、「Nd,Gd,Dy及びYからなる群から選択される1種又は2種以上」とを含むCu基合金である。
このCu基合金における、Nd(ネオジム)、Gd(ガドリニウム)、Dy(ジスプロシウム)及びY(イットリウム)の合計含有率は、質量%で0.10%以上5.00%以下である。
そこで、本発明の課題を解決するための第1の手段は、質量%で、Cr:0.10~1.00%と、Nd、Gd、Dy及びYのいずれか1種または2種以上を合計で0.10~5.00%とを含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなるCu基合金粉末を用いた、析出物サイズが20μm以下のCu基合金からなる造形体である。
First, the Cu-based alloy powder used for the shaped body according to the present invention is a Cu-based alloy containing "Cr" and "one or more elements selected from the group consisting of Nd, Gd, Dy, and Y."
The total content of Nd (neodymium), Gd (gadolinium), Dy (dysprosium) and Y (yttrium) in this Cu-based alloy is, in mass%, 0.10% to 5.00%.
Therefore, the first means for solving the problems of the present invention is a shaped body made of a Cu-based alloy having a precipitate size of 20 μm or less, using a Cu-based alloy powder containing, in mass%, 0.10 to 1.00% Cr, and 0.10 to 5.00% in total of one or more of Nd, Gd, Dy, and Y, with the remainder being Cu and unavoidable impurities.

その第2の手段は、不可避的不純物中のSi,P,SがSi:0.20%以下、P:0.100%以下、S:0.100%以下である第1の手段に記載のCu基合金粉末を用いて積層造形された、析出物サイズが20μm以下のCu基合金からなる造形体である。
すなわち、第2の手段に記載のCu基合金粉末とは、第1の手段に記載のCu基合金粉末であって、かつ、そのCu基合金粉末の不可避的不純物のうち、Si:0.20%以下、P:0.10%以下、S:0.10%以下であることを特徴とした粉末であるから、本発明の第2の手段は、それらCu基合金粉末を用いて積層造形された、析出物サイズが20μm以下のCu基合金からなる造形体である。
The second means is a shaped body made of a Cu-based alloy having a precipitate size of 20 μm or less, which is produced by additive manufacturing using the Cu-based alloy powder described in the first means, in which the Si, P, and S in the unavoidable impurities are Si: 0.20% or less, P: 0.100% or less, and S: 0.100% or less.
In other words, the Cu-based alloy powder described in the second means is the Cu-based alloy powder described in the first means, and is characterized in that, among the unavoidable impurities of the Cu-based alloy powder, the Si content is 0.20% or less, the P content is 0.10% or less, and the S content is 0.10% or less. Therefore, the second means of the present invention is a shaped body made of a Cu-based alloy having a precipitate size of 20 μm or less, which is produced by additive manufacturing using the Cu-based alloy powder.

本発明にかかるCu基合金粉末中のSiは、積極的に添加されたものではなく、不可避的不純物である。そこで、本発明におけるCu基合金粉末中のSiの含有量は0%でもよく、その上限は0.20%である。また、Cu基合金粉末中のPとSも不可避的不純物であるから、いずれも0%でもよく、P、Sの上限はそれぞれ0.10%である。 The Si in the Cu-based alloy powder of the present invention is not intentionally added, but is an unavoidable impurity. Therefore, the Si content in the Cu-based alloy powder of the present invention may be 0%, with the upper limit being 0.20%. In addition, since P and S in the Cu-based alloy powder are also unavoidable impurities, they may both be 0%, with the upper limits for P and S each being 0.10%.

また、好ましくは、Cu基合金粉末は、平均粒子径D50(μm)とタップ密度TD(Mg/m3)との比であるD50/TDの値が、0.2×10-5・m4/Mg以上20×10-5・m4/Mg以下である。 Preferably, the Cu-based alloy powder has a ratio of average particle diameter D 50 (μm) to tap density TD (Mg/m 3 ), D 50 /TD, of 0.2×10 -5 ·m 4 /Mg or more and 20×10 -5 ·m 4 /Mg or less.

そこで、その第3の手段は、平均粒子径D50(μm)とタップ密度TD(Mg/m3)との比であるD50/TDの値が、0.2×10-5~20×10-5・m4/Mgであり、かつ、球形度が0.80~0.95である、第1又は第2の手段に記載のCu基合金粉末を用いて積層造形された、析出物サイズが20μm以下のCu基合金からなる造形体である。 Therefore, the third means is a shaped body made of a Cu-based alloy having a precipitate size of 20 μm or less , which is produced by additive manufacturing using the Cu - based alloy powder described in the first or second means, and in which the ratio of average particle diameter D 50 (μm) to tap density TD (Mg/m 3 ), D 50 /TD, is 0.2 x 10 -5 to 20 x 10 -5 ·m 4 /Mg and the sphericity is 0.80 to 0.95.

また、好ましくはCu基合金粉末中の酸素(O)の含有量は、0.1%(1000ppm)以下である。 In addition, the oxygen (O) content in the Cu-based alloy powder is preferably 0.1% (1000 ppm) or less.

また、好ましくは、Cu基合金粉末の球形度は0.80~0.95以下である。 In addition, the sphericity of the Cu-based alloy powder is preferably 0.80 to 0.95 or less.

好ましくは、このCu基合金粉末の、波長1064nmにおけるレーザー光吸収率は30%以上である。 Preferably, the Cu-based alloy powder has a laser light absorption rate of 30% or more at a wavelength of 1064 nm.

本発明に係るCu基合金粉末はレーザー光吸収率が高いので、このCu基粉末を積層造形法に適用することによって、高密度の造形体を得ることができる。照射時にエネルギー密度を過度に高めずともよいので、突沸などを避けて造形物を得ることできるからである。さらに、造形体中の析出物サイズを20μm以下とすることで、時効処理後も析出物によって熱伝導のパスが塞がれにくいので、熱伝導度に優れた造形体を得ることができる。 The Cu-based alloy powder according to the present invention has a high laser light absorption rate, so by applying this Cu-based powder to additive manufacturing, a high-density molded body can be obtained. This is because there is no need to excessively increase the energy density during irradiation, and molded objects can be obtained while avoiding bumping and the like. Furthermore, by making the precipitate size in the molded object 20 μm or less, the heat conduction path is less likely to be blocked by the precipitates even after aging treatment, so a molded object with excellent thermal conductivity can be obtained.

本発明の実施の形態についての説明に先立ち、本発明の造形体を積層造形するために用いられるCu基合金粉末の成分組成を規定する理由について説明する。
なお、本願明細書において、特に記載がない限り、「平均粒子径」は、レーザー回折散乱法により得られる体積基準の累積カーブにおいて、累積体積が50%である点の粒子径D50(メジアン径)である。範囲を示す「X~Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、Cu基合金粉末の成分組成の%は質量%、ppmは質量ppmを意味する。
Prior to describing the embodiments of the present invention, the reasons for specifying the component composition of the Cu-based alloy powder used for additive manufacturing of the shaped body of the present invention will be described.
In this specification, unless otherwise specified, the "average particle size" refers to the particle size D50 (median size) at the point where the cumulative volume is 50% in a volume-based cumulative curve obtained by a laser diffraction scattering method. The range "X to Y" means "X or more and Y or less." In addition, % in the composition of the Cu-based alloy powder means mass %, and ppm means mass ppm.

本発明の造形体の積層造形に用いられるCu基合金粉末(以下、「合金粉末」と称する場合がある。)は、多数の粒子の集合である。それぞれの粒子の材質は、Cu基合金である。 The Cu-based alloy powder (hereinafter sometimes referred to as "alloy powder") used in the additive manufacturing of the shaped body of the present invention is an aggregate of many particles. The material of each particle is a Cu-based alloy.

[Cu基合金]
本発明の造形体の積層造形に用いられるCu基合金粉末は、Crと、Nd,Gd,Dy及びYからなる群から選択される1種又は2種以上と、を含み、残部はCu及び不可避的不純物である。このCu基合金における、Nd、Gd、Dy及びYの合計含有率は、0.10~5.00%である。
なお、Cu基合金は、不可避的不純物としてSi,P,Sを含有する場合には、その含有量がSi:0.20%以下、P:0.10%以下、S:0.10%以下であることが好ましい。
[Cu-based alloy]
The Cu-based alloy powder used in the additive manufacturing of a shaped body of the present invention contains Cr and one or more elements selected from the group consisting of Nd, Gd, Dy, and Y, with the balance being Cu and unavoidable impurities. The total content of Nd, Gd, Dy, and Y in this Cu-based alloy is 0.10 to 5.00%.
When the Cu-based alloy contains Si, P, and S as unavoidable impurities, the contents are preferably Si: 0.20% or less, P: 0.10% or less, and S: 0.10% or less.

このCu基合金粉末では、別途、酸化物被膜を形成するための特段の酸化処理を要せずとも、高いレーザー光吸収率を達成することができる。そこで、このCu基合金からなる粉体粒子は、エネルギー密度が低いレーザー照射によっても、急速に溶融されうる。そこで、このCu基合金粉末によれば、溶融金属の突沸を招来することなく、積層造形法により高密度の造形体が得られる。さらに、このCu基合金粉末によれば、保管時の経時変化による酸化が抑制されるという効果も得られる。そこで、このCu基合金粉末を積層造形法の材料とすることにより、所望の特性を有する造形体を安定して高密度に製造することができる。
Cu基合金粉末の各成分を規定する理由は以下のとおりである。
This Cu-based alloy powder can achieve high laser light absorption without requiring a special oxidation treatment to form an oxide film. Therefore, the powder particles made of this Cu-based alloy can be rapidly melted even by laser irradiation with a low energy density. Therefore, this Cu-based alloy powder can obtain a high-density shaped body by the additive manufacturing method without causing bumping of the molten metal. Furthermore, this Cu-based alloy powder can also have the effect of suppressing oxidation due to changes over time during storage. Therefore, by using this Cu-based alloy powder as a material for the additive manufacturing method, a shaped body having desired characteristics can be stably manufactured at a high density.
The reasons for defining each component of the Cu-based alloy powder are as follows.

[Cr:0.10~1.00%]
Crを含むCu基合金では、CrがCuに固溶して固溶体を形成する。この固溶体では、レーザー反射率が抑制される。Crを含むCu基合金からなる粒子にレーザーが照射されると、その熱が効率的に吸収され、Crを含む酸化物が生成する。そこで、このCu基合金におけるCrの含有率は、0.10~1.00%とする。酸化物層が形成されやすいとの観点から、好ましいCrの含有率は0.15%以上である。得られる造形体の電気伝導度を阻害しないとの観点から、好ましいCrの含有率は0.50%以下である。
[Cr:0.10-1.00%]
In a Cu-based alloy containing Cr, Cr dissolves in Cu to form a solid solution. In this solid solution, the laser reflectance is suppressed. When a particle made of a Cu-based alloy containing Cr is irradiated with a laser, the heat is efficiently absorbed and an oxide containing Cr is generated. Therefore, the Cr content in this Cu-based alloy is set to 0.10 to 1.00%. From the viewpoint of facilitating the formation of an oxide layer, the preferred Cr content is 0.15% or more. From the viewpoint of not impeding the electrical conductivity of the resulting shaped body, the preferred Cr content is 0.50% or less.

[Nd、Gd、Dy及びYのいずれか1種または2種以上を合計で0.10~5.00%]
Nd、Gd、Dy及びYの酸化物の標準生成エネルギーは、Crと比較して低い。Crを含有するとともに、Nd、Gd、Dy及びYからなる群から選択される1種又は2種以上を含むCu基合金からなる粒子は、レーザー照射によって酸化物の生成が促進され、特段の別な処理工程を要せずとも、その表面に、酸化物層の被膜が速やかに形成される。その際、Nd、Gd、Dy及びYの酸化物層は、Cr酸化物と相俟ってレーザー光吸収率のさらなる向上に寄与する。Nd、Gd、Dy及びYは、形成された酸化物層の密着性及び安定性の向上にも寄与する。そこで、このCu基合金におけるNd、Gd、Dy及びYの合計含有率は、0.10~5.00%とする。酸化物層の形成及び密着性の観点から、好ましい合計含有率は0.15%以上である。製造時の取扱性及び安全性の観点から、好ましい合計含有率は、3.0%以下である。
[0.10 to 5.00% in total of one or more of Nd, Gd, Dy and Y]
The standard energy of formation of oxides of Nd, Gd, Dy and Y is lower than that of Cr. In the particles made of a Cu-based alloy containing Cr and one or more selected from the group consisting of Nd, Gd, Dy and Y, the generation of oxides is promoted by laser irradiation, and an oxide layer coating is quickly formed on the surface without the need for a special separate processing step. At that time, the oxide layers of Nd, Gd, Dy and Y contribute to further improvement of the laser light absorption rate in combination with the Cr oxide. Nd, Gd, Dy and Y also contribute to improvement of the adhesion and stability of the formed oxide layer. Therefore, the total content of Nd, Gd, Dy and Y in this Cu-based alloy is 0.10 to 5.00%. From the viewpoint of the formation and adhesion of the oxide layer, the preferred total content is 0.15% or more. From the viewpoint of handling and safety during production, the preferred total content is 3.0% or less.

[Si(ケイ素)、P(リン)及びS(硫黄)]
本発明に用いられるCu基合金粉末において、Si、P、Sはいずれも不可避的不純物である。その含有率は、次の範囲以下とすることが好ましい。なお、Si、P、SはいずれもCu基合金粉末中に全く含有されていなくてもよい。
Si:0~0.20%以下
P:0~0.100%以下
S:0~0.100%以下
[Si (silicon), P (phosphorus) and S (sulfur)]
In the Cu-based alloy powder used in the present invention, Si, P, and S are all unavoidable impurities. The content of each of these impurities is preferably within the following ranges. Note that none of Si, P, or S may be contained at all in the Cu-based alloy powder.
Si: 0 to 0.20% or less P: 0 to 0.100% or less S: 0 to 0.100% or less

Siは不可避的不純物である。SiはCuに固溶し、Cu基合金の電気伝導及び熱伝導を阻害する。そこで、不可避的不純物としてのSiの含有率は0.20%以下が好ましく、0.10%以下がより好ましく、0.05%以下がさらに好ましい。さらに、Siの含有率は、0であってもよい。 Si is an inevitable impurity. Si dissolves in Cu and inhibits electrical and thermal conduction of Cu-based alloys. Therefore, the content of Si as an inevitable impurity is preferably 0.20% or less, more preferably 0.10% or less, and even more preferably 0.05% or less. Furthermore, the content of Si may be 0.

Pは不可避的不純物である。PはCuに固溶し、Cu基合金の電気伝導及び熱伝導を阻害する。そこで、不可避的不純物としてのPの含有率は0.100%以下が好ましく、0.010%以下がより好ましく、0.005%以下がさらに好ましい。さらに、Pの含有率は0であってもよい。 P is an inevitable impurity. P dissolves in Cu and inhibits the electrical and thermal conduction of Cu-based alloys. Therefore, the content of P as an inevitable impurity is preferably 0.100% or less, more preferably 0.010% or less, and even more preferably 0.005% or less. Furthermore, the content of P may be 0.

Sは不可避的不純物である。SはCuに固溶し、Cu基合金の電気伝導及び熱伝導を阻害する。そこで、不可避的不純物としてのSの含有率は0.100%以下が好ましく、0.010質量%以下がより好ましく、0.005%以下が特に好ましい。さらにSの含有率が、0であってもよい。 S is an inevitable impurity. S dissolves in Cu and inhibits electrical and thermal conduction of Cu-based alloys. Therefore, the content of S as an inevitable impurity is preferably 0.100% or less, more preferably 0.010% or less by mass, and particularly preferably 0.005% or less. Furthermore, the content of S may be 0.

[O(酸素)]
なお、Cu基合金粉末は、不可避的不純物として、Oを含みうる。Oは、合金粉末製造時及び保管中に、前述した各元素の酸化物を生成しうる。特に保管中に生成された酸化物により、レーザーの吸収率が変化することで積層造形時の製造安定性が低下する場合がある。そこで、Cu基合金粉末中の酸素含有量は、1000ppm以下が好ましく、500ppm以下がより好ましい。酸素含有量は少ないほど好ましく、その下限値は特に限定されない。
[O (oxygen)]
The Cu-based alloy powder may contain O as an inevitable impurity. O may generate oxides of the above-mentioned elements during the production and storage of the alloy powder. In particular, the oxides generated during storage may change the laser absorption rate, thereby reducing the manufacturing stability during additive manufacturing. Therefore, the oxygen content in the Cu-based alloy powder is preferably 1000 ppm or less, more preferably 500 ppm or less. The lower the oxygen content, the more preferable it is, and the lower limit is not particularly limited.

[D50/TD:0.2×10-5~20×10-5・m4/Mg]
このCu基合金粉末では、その平均粒子径D50(μm)と、そのタップ密度TD(Mg/m3)との比である「D50/TD」が、0.2×10-5~20×10-5・m4/Mgであることが好ましい。
この比「D50/TD」が0.2×10-5・m4/Mg以上である合金粉末は、流動性に優れる。そして、より好ましくは、比「D50/TD」は0.5×10-5・m4/Mg以上であり、さらに好ましい比は5.0×10-5・m4/Mg以上である。
比「D50/TD」が20×10-5・m4/Mgを上回ると、相対密度が低い造形体となりやすい。そこで、対密度が大きい造形体を得るためには、比「D50/TD」が20×10-5・m4/Mg以下とすることが好ましい。より好ましくは、比D50/TDは18×10-5・m4/Mg以下である。さらに好ましくは、15×10-5・m4/Mg以下である。
[D 50 /TD: 0.2×10 -5 ~20×10 -5・m 4 /Mg]
In this Cu-based alloy powder, the ratio "D 50 /TD" of its average particle diameter D 50 (μm) to its tap density TD (Mg/m 3 ) is preferably 0.2×10 -5 to 20×10 -5 ·m 4 /Mg.
An alloy powder having a ratio " D50 /TD" of 0.2 x 10-5m4 /Mg or more has excellent fluidity. More preferably, the ratio " D50 /TD" is 0.5 x 10-5m4 / Mg or more, and even more preferably, the ratio is 5.0 x 10-5m4 / Mg or more.
If the ratio " D50 /TD" exceeds 20x10-5 · m4 /Mg, the shaped body tends to have a low relative density. Therefore, in order to obtain a shaped body with a high relative density, it is preferable that the ratio " D50 /TD" is 20x10-5 · m4 /Mg or less. More preferably, the ratio D50 /TD is 18x10-5 · m4 /Mg or less. Even more preferably, it is 15x10-5 · m4 /Mg or less.

[Cu基合金粉末の平均粒子径D50
前述した比D50/TDの所定の値を満足する限りは、合金粉末の平均粒子径D50自体の数値範囲は特段限定されるものではないが、さらに、流動性の観点から、この合金粉末の平均粒子径D50は、15μm以上であることが好ましい。より好もしくは、20μm以上であり、さらに好ましくは、25μm以上である。
他方、造形体の高密度化の観点から、合金粉末の平均粒子径D50は、50μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下が特に好ましい。
[Average particle size D50 of Cu-based alloy powder]
As long as the above-mentioned ratio D50 /TD satisfies the predetermined value, the numerical range of the average particle diameter D50 of the alloy powder itself is not particularly limited, but from the viewpoint of flowability, the average particle diameter D50 of the alloy powder is preferably 15 μm or more, more preferably 20 μm or more, and even more preferably 25 μm or more.
On the other hand, from the viewpoint of increasing the density of the shaped body, the average particle size D 50 of the alloy powder is preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, and particularly preferably 30 μm or less.

平均粒子径D50の測定では、合金粉末の全体積を100%として、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(メジアン径)が、平均粒子径D50である。平均粒子径D50は、レーザー回折散乱法によって測定することができる。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。この装置では、装置のセル内に、合金粉末が純水とともに流し込まれ、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 diameter D50 , a cumulative curve is obtained with the total volume of the alloy powder taken as 100%. The particle diameter (median diameter) at the point on this curve where the cumulative volume is 50% is the average particle diameter D50 . The average particle diameter D50 can be measured by a laser diffraction scattering method. An example of a device suitable for this measurement is the Microtrac MT3000 laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device manufactured by Nikkiso Co., Ltd. In this device, the alloy powder is poured into the cell of the device together with pure water, and the particle diameter is detected based on the light scattering information of the particles.

[Cu基合金粉末のタップ密度TD]
前述した比D50/TDが所定の値を満足する限り、合金粉末のタップ密度TD自体の値は特に限定されるものではない。とはいえ、造形体の製造容易の観点からは、この合金粉末のタップ密度TDは、0.10Mg/m3以上0.40Mg/m3以下が好ましく、0.15Mg/m3以上0.35Mg/m3以下が特に好ましい。
[Tap density TD of Cu-based alloy powder]
As long as the above-mentioned ratio D50 /TD satisfies a predetermined value, the tap density TD of the alloy powder itself is not particularly limited. However, from the viewpoint of ease of manufacturing a shaped body, the tap density TD of the alloy powder is preferably 0.10 Mg/m3 or more and 0.40 Mg/m3 or less , and particularly preferably 0.15 Mg/m3 or more and 0.35 Mg/ m3 or less.

タップ密度TDは、「JIS Z2512」の規定に準拠して測定される。測定では、約50gの合金粉末が容積100cm3のシリンダーに充填され、タップ密度が測定される。測定条件は、以下の通りである。
落下高さ:10mm
タップ回数:200
The tap density TD is measured in accordance with the standard of "JIS Z2512". In the measurement, about 50 g of alloy powder is filled into a cylinder having a volume of 100 cm3, and the tap density is measured. The measurement conditions are as follows:
Drop height: 10mm
Number of taps: 200

[Cu基合金粉末の球形度:0.80~0.95]
このCu基合金粉末の球形度は、0.80以上0.95以下が好ましい。球形度が0.80以上である合金粉末は、流動性に優れる。この観点から、球形度は0.83以上がより好ましく、0.85以上が特に好ましい。球形度が0.95以下である合金粉末では、レーザーの反射が抑制されうる。この観点から、球形度は0.93以下がより好ましく、0.90以下が特に好ましい。
[Sphericity of Cu-based alloy powder: 0.80 to 0.95]
The sphericity of this Cu-based alloy powder is preferably 0.80 or more and 0.95 or less. An alloy powder having a sphericity of 0.80 or more has excellent flowability. From this viewpoint, the sphericity is more preferably 0.83 or more, and particularly preferably 0.85 or more. In an alloy powder having a sphericity of 0.95 or less, reflection of a laser can be suppressed. From this viewpoint, the sphericity is more preferably 0.93 or less, and particularly preferably 0.90 or less.

球形度の測定では、Cu基合金粉末が樹脂に埋め込まれた試験片が準備される。この試験片が鏡面研磨に供され、研磨面が光学顕微鏡で観察される。顕微鏡の倍率は、100倍である。無作為に抽出された20個の合金粒子について画像解析がなされ、この合金粒子の球形度が測定される。合金粒子の球形度は、この合金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。20個の測定値の平均が、合金粉末の球形度である。 In measuring sphericity, a test piece is prepared in which Cu-based alloy powder is embedded in resin. The test piece is mirror-polished, and the polished surface is observed under an optical microscope. The magnification of the microscope is 100x. Image analysis is performed on 20 randomly selected alloy particles, and the sphericity of the alloy particles is measured. The sphericity of an alloy particle is the ratio of the length in the direction perpendicular to the longest line segment that can be drawn within the outline of the alloy particle to the length of the longest line segment. The average of the 20 measured values is the sphericity of the alloy powder.

[Cu基合金粉末のレーザー光吸収率]
前述した通り、本発明に係るCu基合金粉末は、レーザー光吸収率が高い。レーザー式金属積層造形機では、波長1064nmのYAGレーザーや、1000~1100nm付近のファイバーレーザーが広く用いられている。積層造形により造形体を得る観点からは、このCu基合金粉末のレーザー光吸収率が高いことが好ましい。そこで、Cu基合金粉末の波長1064nmのレーザー光吸収率は、30%以上が好ましい。より好ましくは波長1064nmのレーザー光吸収率は50%以上である。レーザー光吸収率の測定方法については、実施例にて後述する。
[Laser light absorptivity of Cu-based alloy powder]
As described above, the Cu-based alloy powder according to the present invention has a high laser light absorption rate. In a laser-type metal additive manufacturing machine, a YAG laser with a wavelength of 1064 nm or a fiber laser with a wavelength of about 1000 to 1100 nm is widely used. From the viewpoint of obtaining a shaped body by additive manufacturing, it is preferable that the Cu-based alloy powder has a high laser light absorption rate. Therefore, the Cu-based alloy powder preferably has a laser light absorption rate of 30% or more at a wavelength of 1064 nm. More preferably, the laser light absorption rate of 50% or more at a wavelength of 1064 nm is described below in the examples.

[析出物サイズ:20μm以下]
Cu基合金粉末を用いて積層造形されたCu基合金からなる造形体の特性として、Cu基合金中の析出物のサイズは、20μm以下とする。
Cu基合金は、添加元素が銅のマトリックスに固溶していると、熱伝導を妨げる。Cu基合金粉末を用いて積層造形により造形されたCu基合金は、造形体を時効熱処理することによって、銅のマトリックスから添加元素を析出物として排出させることから、銅の熱伝導率を回復させることができる。
ただし、排出させた析出物(添加元素単体、または、銅と添加元素の金属間化合物)が大き過ぎると熱伝導のパスを塞いでしまうため、Cu基合金からなる造形体における、Cu基合金中の析出物サイズは20μm以下とする。
[Precipitate size: 20 μm or less]
As a characteristic of a shaped body made of a Cu-based alloy produced by additive manufacturing using a Cu-based alloy powder, the size of precipitates in the Cu-based alloy is set to 20 μm or less.
In a Cu-based alloy, when an additive element is dissolved in a copper matrix, the additive element impedes thermal conduction. When a Cu-based alloy is manufactured by additive manufacturing using a Cu-based alloy powder, the additive element is discharged as a precipitate from the copper matrix by subjecting the manufactured body to an aging heat treatment, thereby recovering the thermal conductivity of the copper.
However, if the discharged precipitates (the added element alone or the intermetallic compound of copper and the added element) are too large, they will block the thermal conduction path, so the size of the precipitates in the Cu-based alloy in the shaped body made of the Cu-based alloy is set to 20 μm or less.

[Cu基合金粉末の製造方法]
Cu基合金粉末の製造方法は特に限定されず、水アトマイズ法、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、ガスアトマイズ法及びディスクアトマイズ法である。Cu基合金粉末にメカニカルミリング等が施されてもよい。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。
[Method of producing Cu-based alloy powder]
The method for producing the Cu-based alloy powder is not particularly limited, and examples thereof include water atomization, gas atomization, disk atomization, and centrifugal atomization. Preferred production methods are gas atomization and disk atomization. The Cu-based alloy powder may be subjected to mechanical milling or the like. Examples of milling methods include ball milling, bead milling, planetary ball milling, attritor method, and vibration ball milling.

[造形]
本発明に係るCu基合金粉末は、積層造形法によって、多様な形状の造形体を得ることができる。
積層造形法による造形には、3Dプリンターを用いることができる。この積層造形法では、例えば、パウダーベッド方式であれば、Cu基合金粉末を敷き詰めたところに、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、照射された部位の合金粒子が急速に加熱され、急速に溶融する。合金粒子はその後、急速に凝固する。この溶融と凝固とにより、照射された部位の合金粒子同士が結合する。照射は、合金粉末の一部に、選択的になされる。合金粉末の、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、Cu基合金からなる結合層が形成される。
[molding]
The Cu-based alloy powder according to the present invention can be used to obtain shaped bodies of various shapes by an additive manufacturing method.
A 3D printer can be used for the additive manufacturing method. In this additive manufacturing method, for example, in the powder bed method, a laser beam or an electron beam is irradiated onto a Cu-based alloy powder that has been spread out. The alloy particles in the irradiated area are rapidly heated and melted by the irradiation. The alloy particles then rapidly solidify. This melting and solidification bonds the alloy particles in the irradiated area. The irradiation is selectively performed on a part of the alloy powder. The parts of the alloy powder that are not irradiated do not melt. A bonding layer made of a Cu-based alloy is formed only in the irradiated area.

結合層の上に、さらにCu基合金粉末が敷き詰められる。この合金粉末に、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、Cu基合金粒子が急速に溶融する。合金粒子はその後、急速に凝固する。この溶融と凝固とにより、Cu基合金粉末中のCu基合金粒子同士が結合され、新たなCu基合金の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。 Cu-based alloy powder is further spread on top of the bonding layer. This alloy powder is irradiated with a laser beam or electron beam. The irradiation causes the Cu-based alloy particles to melt rapidly. The alloy particles then rapidly solidify. This melting and solidification bonds the Cu-based alloy particles in the Cu-based alloy powder together, forming a new Cu-based alloy bonding layer. The new bonding layer also bonds with the existing bonding layer.

照射による結合が繰り返されることにより、Cu基合金からなる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Cu基合金からなる造形体が得られる。すなわち、あらかじめ照射する位置を設定しておき、積層造形を繰り返す積層造形法を用いることにより、複雑な形状の造形体を、容易に得ることができる。 By repeating the bonding by irradiation, an aggregate of bonding layers made of Cu-based alloy gradually grows. This growth results in a shaped body made of Cu-based alloy with a three-dimensional shape. In other words, by using an additive manufacturing method in which the irradiation position is set in advance and additive manufacturing is repeated, it is possible to easily obtain a shaped body with a complex shape.

[造形の条件]
造形条件は、Cu基合金粉末の物性、Cu基合金の組成等に応じて、適宜選択されるが、好ましいエネルギー密度E.D.は100~350J/mm3である。エネルギー密度E.D.が100J/mm3以上である場合であれば、十分な熱が合金粉末に与えられるので、造形体内部における未溶融の合金粉末の残存が抑制される。また、この造形体の相対密度は大きいことが望ましいので、より好ましくはエネルギー密度E.D.は120J/mm3以上である。さらに好ましくは、エネルギー密度E.D.は140J/mm3以上である。
他方、エネルギー密度E.D.は350J/mm3を超えると、Cu基合金粉末に過剰な熱が付与されることとなる。そこで、エネルギー密度E.D.は350J/mm3以下とすることが好ましい。溶融金属の突沸を抑制することで、造形体の内部における空孔が抑制される。そこで、より好ましくは、エネルギー密度E.D.は300J/mm3以下である。さらに好ましくは、エネルギー密度E.D.は250J/mm3以下である。
[Modeling conditions]
The shaping conditions are appropriately selected depending on the physical properties of the Cu-based alloy powder, the composition of the Cu-based alloy, etc., but the preferred energy density E.D. is 100 to 350 J/ mm3 . When the energy density E.D. is 100 J/ mm3 or more, sufficient heat is applied to the alloy powder, so that the remaining unmelted alloy powder inside the shaped body is suppressed. In addition, since it is desirable for the relative density of this shaped body to be large, the energy density E.D. is more preferably 120 J/mm3 or more . Even more preferably, the energy density E.D. is 140 J/ mm3 or more.
On the other hand, if the energy density E.D. exceeds 350 J/mm 3 , excessive heat is applied to the Cu-based alloy powder. Therefore, it is preferable that the energy density E.D. is 350 J/mm 3 or less. By suppressing bumping of the molten metal, voids inside the shaped body are suppressed. Therefore, it is more preferable that the energy density E.D. is 300 J/mm 3 or less. Even more preferable that the energy density E.D. is 250 J/mm 3 or less.

[相対密度]
積層造形法で得られたCu基合金からなる造形体(即ち、後述される熱処理が施される前の造形体)の相対密度は、90%以上が好ましい。この未熱処理の造形体は、相体密度が高いと、寸法精度及び導電性に優れる。そこで、相対密度は93%以上がより好ましく、95%以上が特に好ましい。
[Relative density]
The relative density of the Cu-based alloy shaped body obtained by the additive manufacturing method (i.e., the shaped body before the heat treatment described below) is preferably 90% or more. If the relative density of this unheat-treated shaped body is high, it will have excellent dimensional accuracy and electrical conductivity. Therefore, the relative density is more preferably 93% or more, and particularly preferably 95% or more.

なお、造形体の相対密度は、積層造形法で作製した10mm角試験片の密度と、原料である合金粉末の理論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。合金粉末の理論密度は、この合金を構成する各元素の理論密度から算出される。例えば、99質量%のCuと1質量%のCrとからなるCu基合金の場合、下記数式に基づいて、合金粉末の理論密度が算出される。
合金粉末の理論密度(g/cm3)=Cuの理論密度(g/cm3)×0.99+Crの理論密度(g/cm3)×0.01
The relative density of the molded body is calculated based on the ratio of the density of a 10 mm square test piece produced by the additive manufacturing method to the theoretical density of the alloy powder, which is the raw material. The density of the 10 mm square test piece is measured by the Archimedes method. The theoretical density of the alloy powder is calculated from the theoretical density of each element constituting the alloy. For example, in the case of a Cu-based alloy consisting of 99% by mass of Cu and 1% by mass of Cr, the theoretical density of the alloy powder is calculated based on the following formula.
Theoretical density of alloy powder (g/cm 3 )=Theoretical density of Cu (g/cm 3 )×0.99+Theoretical density of Cr (g/cm 3 )×0.01

[造形体の電気伝導度]
造形体の電気伝導度(即ち、後述される熱処理が施される前の造形体)は、50IACS%以上が好ましく、80IACS%以上がより好ましい。電気伝導度の測定方法及び測定条件については、実施例にて後述する。
[Electrical conductivity of the molded object]
The electrical conductivity of the shaped body (i.e., the shaped body before being subjected to the heat treatment described below) is preferably 50 IACS% or more, and more preferably 80 IACS% or more. The method and conditions for measuring the electrical conductivity will be described later in the Examples.

[熱処理]
積層造形法で得られた造形体には、必要に応じて、熱処理が施される。好ましい熱処理は、時効処理である。時効処理により、造形体の導電性が向上する。
[Heat treatment]
The molded body obtained by the additive manufacturing method is subjected to a heat treatment as necessary. A preferred heat treatment is an aging treatment. The aging treatment improves the electrical conductivity of the molded body.

[熱処理の条件]
時効処理では、未処理造形体が、所定温度下に所定時間保持される。導電性向上の観点から、時効温度は350℃以上が好ましく、400℃以上がより好ましく、450℃以上が特に好ましい。同様に導電性に鑑みて、時効温度は1000℃以下が好ましく、950℃以下がより好ましく、900℃以下が特に好ましい。
[Heat treatment conditions]
In the aging treatment, the untreated shaped body is held at a predetermined temperature for a predetermined time. From the viewpoint of improving electrical conductivity, the aging temperature is preferably 350° C. or higher, more preferably 400° C. or higher, and particularly preferably 450° C. or higher. Similarly, from the viewpoint of electrical conductivity, the aging temperature is preferably 1000° C. or lower, more preferably 950° C. or lower, and particularly preferably 900° C. or lower.

時効処理の時間は、導電性向上の観点からは、1時間以上が好ましく、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。他方、エネルギーコストの観点から、時効時間は10時間以下が好ましく、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。 From the viewpoint of improving electrical conductivity, the aging treatment time is preferably 1 hour or more, more preferably 1.3 hours or more, and particularly preferably 1.5 hours or more. On the other hand, from the viewpoint of energy costs, the aging time is preferably 10 hours or less, more preferably 9.7 hours or less, and particularly preferably 9.5 hours or less.

以下、Cu基合金粉末を用いて積層造形で形成されたCu基合金からなる造形体について、実施の形態を実施例によって説明し、本発明の効果を示す。もっとも、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ことを付言する。 Below, an embodiment of a shaped body made of a Cu-based alloy formed by additive manufacturing using Cu-based alloy powder is explained using examples, and the effects of the present invention are demonstrated. However, it should be noted that the present invention should not be interpreted in a limited manner based on the description of the examples.

[Cu基合金粉末の製造]
真空中にて、アルミナ製坩堝で、表1及び2に示される実施例No.1~22、比較例No.1~10の各組成の原料を高周波誘導加熱で加熱し、溶解した。溶湯は、坩堝の底に設けられた直径5mmのノズルから取り出した。この溶湯に、アルゴンガスを噴霧し、ガスアトマイズ法により多数の粒子を得た。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することにより、実施例No.1~22及び比較例No.1~10のCu基合金粉末を得た。
表1及び2に、各合金粉末における、前述した方法により求めた比「D50/TD」及び球形度を示す。
[Production of Cu-based alloy powder]
In a vacuum, raw materials of each composition of Examples No. 1 to 22 and Comparative Examples No. 1 to 10 shown in Tables 1 and 2 were heated by high-frequency induction heating in an alumina crucible and melted. The molten metal was taken out from a nozzle with a diameter of 5 mm provided at the bottom of the crucible. Argon gas was sprayed into the molten metal, and a large number of particles were obtained by a gas atomization method. These particles were classified to remove particles with a diameter of more than 63 μm, thereby obtaining the Cu-based alloy powders of Examples No. 1 to 22 and Comparative Examples No. 1 to 10.
Tables 1 and 2 show the ratio "D 50 /TD" and sphericity of each alloy powder, determined by the above-mentioned method.

[酸素含有量]
JIS Z2613の「金属材料の酸素定量方法通則」の規定に準拠して、燃焼法により、実施例及び比較例のCu基合金粉末の酸素含有量(質量ppm)を定量した。燃焼法でとは、試料を黒鉛坩堝で加熱し生成したCOガス量を非分散性赤外線吸収法により測定して試料に含まれる酸素量を測定する方法である。実施例及び比較例のCu基合金粉末の酸素含有量(質量ppm)を測定した。測定には、酸素窒素分析装置(株式会社堀場製作所の商品名「EMGA-620W」)を使用した。測定結果を表1及び2に示す。
[Oxygen content]
In accordance with the provisions of JIS Z2613 "General Rules for the Quantitative Method of Oxygen in Metallic Materials", the oxygen content (ppm by mass) of the Cu-based alloy powders of the Examples and Comparative Examples was quantified by a combustion method. The combustion method is a method in which a sample is heated in a graphite crucible, the amount of CO gas generated is measured by a non-dispersive infrared absorption method, and the amount of oxygen contained in the sample is measured. The oxygen content (ppm by mass) of the Cu-based alloy powders of the Examples and Comparative Examples was measured. For the measurement, an oxygen/nitrogen analyzer (trade name "EMGA-620W" by Horiba, Ltd.) was used. The measurement results are shown in Tables 1 and 2.

[レーザー光吸収率の測定]
実施例及び比較例のCu基合金粉末について、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光株式会社製の商品名「V-770DS」)を用いて、波長1064nmにおける全反射率(%)を測定し、下記数式により、レーザー光吸収率(%)を求めた。
レーザー光吸収率(%)=100-全反射率(%)
得られた結果を、表1及び2に示す。
[Measurement of laser light absorptance]
For the Cu-based alloy powders of the examples and comparative examples, the total reflectance (%) at a wavelength of 1064 nm was measured using an ultraviolet-visible-near infrared spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation under the trade name "V-770DS"), and the laser light absorptance (%) was calculated using the following formula.
Laser light absorptance (%) = 100 - total reflectance (%)
The results obtained are shown in Tables 1 and 2.

[造形]
実施例及び比較例のCu基合金粉末を原料として、それぞれ、3次元積層造形装置(EOS社の商品名「EOS-M280」)による積層造形法を実施し、造形体(未熱処理造形体)を得た。積層造形法におけるエネルギー密度E.D.(J/mm3)を表1及び2に示す。造形体の形状は、いずれも一辺の長さが10mmの立方体であった。得られた造形体について、前述の方法にて測定した相対密度(%)を表1、表2に示す。
[molding]
The Cu-based alloy powders of the examples and comparative examples were used as raw materials, and an additive manufacturing method was carried out using a three-dimensional additive manufacturing device (EOS Corporation's product name "EOS-M280") to obtain shaped bodies (unheat-treated shaped bodies). The energy density E.D. (J/mm3) in the additive manufacturing method is shown in Tables 1 and 2. The shapes of the shaped bodies were all cubes with sides of 10 mm. The relative densities (%) of the obtained shaped bodies measured by the above-mentioned method are shown in Tables 1 and 2.

[電気伝導度の測定]
実施例及び比較例のCu基合金粉末を、それぞれ、アーク溶解してインゴットを得た。得られたインゴットを切断して、板状の試験片(3×2×60mm)を作製し、「JIS C 2525」に準拠した4端子法により、電気抵抗値(Ω)を測定した。測定には、アルバック理工社の装置「TER-2000RH型」を用いた。測定条件は、以下の通りである。
温度:25℃
電流:4A
電圧降下間距離:40mm
下記数式に基づき、電気抵抗率ρ(Ωm)を算出した。
ρ=R/I×S
この数式において、Rは試験片の電気抵抗値(Ω)であり、Iは電流(A)であり、Sは試験片の料断面積(m2)である。電気伝導度(S/m)は、電気抵抗率ρの逆数から算出した。また、5.9×107(S/m)を100%IACSとして、各試験片の電気伝導度(%IACS)を算出した。結果を表1及び2に示す。
[Measurement of Electrical Conductivity]
The Cu-based alloy powders of the examples and comparative examples were each arc-melted to obtain an ingot. The obtained ingot was cut to prepare a plate-shaped test piece (3×2×60 mm), and the electrical resistance value (Ω) was measured by a four-terminal method in accordance with "JIS C 2525." For the measurement, an apparatus "TER-2000RH type" manufactured by ULVAC-RIKO was used. The measurement conditions were as follows.
Temperature: 25℃
Current: 4A
Voltage drop distance: 40 mm
The electrical 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 (m2) of the test piece. The electrical conductivity (S/m) was calculated from the reciprocal of the electrical resistivity ρ. In addition, the electrical conductivity (%IACS) of each test piece was calculated by taking 5.9×107 (S/m) as 100% IACS. The results are shown in Tables 1 and 2.

[評価1]
各合金粉末を測定して得たレーザー光吸収率に基づいて、下記基準により合金粉末の格付けを行った。
評価値1:レーザー光吸収率が50%以上である。
評価値2:レーザー光吸収率が30%以上50%未満である。
評価値3:レーザー光吸収率が30%未満である。
結果を表1及び2に示す。評価値1が最も優れており、評価値3は、劣っている。
[Evaluation 1]
Based on the laser light absorptance obtained by measuring each alloy powder, the alloy powders were ranked according to the following criteria.
Evaluation value 1: Laser light absorptance is 50% or more.
Evaluation value 2: Laser light absorptance is 30% or more and less than 50%.
Evaluation value 3: Laser light absorptance is less than 30%.
The results are shown in Tables 1 and 2. A rating of 1 is the best, and a rating of 3 is poor.

[評価2]
本発明者らの知見によれば、前述したインゴットを用いて得られる電気伝導度は、積層造形法により得られる造形体の電気伝導度と相関する。また、ウィーデマン・フランツの法則によると、金属の熱伝導度は電気伝導度と比例する。そこで、測定が簡便な電気伝導度を確認することによって、熱伝導度の特性もあわせて評価することができる。
よって、上記測定方法にて求めた電気伝導度に基づいて、下記基準により、造形体の格付けを行った。
評価値1:電気伝導度が80%IACS以上である。
評価値2:電気伝導度が50%IACS以上80%IACS未満である。
評価値3:電気伝導度が50%IACS未満である。
結果を表1及び2に示す。評価値1が最も優れており、評価値3は、劣っている。
[Evaluation 2]
According to the findings of the present inventors, the electrical conductivity obtained by using the above-mentioned ingot correlates with the electrical conductivity of the shaped body obtained by the additive manufacturing method. In addition, according to the Wiedemann-Franz law, the thermal conductivity of a metal is proportional to its electrical conductivity. Therefore, by confirming the electrical conductivity, which is easy to measure, the thermal conductivity characteristics can also be evaluated.
Therefore, based on the electrical conductivity determined by the above measurement method, the shaped bodies were graded according to the following criteria.
Evaluation value 1: Electrical conductivity is 80% IACS or more.
Evaluation value 2: Electrical conductivity is 50% IACS or more and less than 80% IACS.
Evaluation value 3: Electrical conductivity is less than 50% IACS.
The results are shown in Tables 1 and 2. A rating of 1 is the best, and a rating of 3 is poor.

Figure 0007678686000001
Figure 0007678686000001

Figure 0007678686000002
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表1及び2のCu基合金粉末の成分組成における「-」の表記は、該当成分が検出されなかったことを意味する。 The notation "-" in the composition of the Cu-based alloy powder in Tables 1 and 2 means that the corresponding component was not detected.

表1及び2に示されるように、実施例のCu基合金粉末は、比較例の合金粉末に比べて評価が高く、実施例の粉末を用いて積層造形された造形物は、電気伝導率も高いなど、本発明の実施例に基づく造形物の優位性は明らかである。 As shown in Tables 1 and 2, the Cu-based alloy powder of the examples was rated higher than the alloy powder of the comparative example, and the object produced by additive manufacturing using the powder of the examples also had high electrical conductivity, clearly demonstrating the superiority of the object produced by the examples of the present invention.

比較例1~4は、Crが過少であり、レーザー光の吸収率が悪く劣ったものとなり、また、造形体の相対密度も低めとなった。
比較例5~8は、Nd、Gd、Dy、Yの合計量が過少であり、レーザー光吸収率が悪く劣ったものとなったり、もしくは伝導度が劣るものとなった。
比較例9、10は、Nd、Gd、Dy、Yの合計量が過多であり、析出物サイズが過大であるため、伝導率が劣るものとなった。
In Comparative Examples 1 to 4, the amount of Cr was insufficient, resulting in poor laser light absorption and a relatively low relative density of the shaped body.
In Comparative Examples 5 to 8, the total amount of Nd, Gd, Dy, and Y was too small, resulting in poor laser light absorptivity or poor conductivity.
In Comparative Examples 9 and 10, the total amount of Nd, Gd, Dy, and Y was excessive, and the precipitate size was excessively large, resulting in poor conductivity.

Claims (3)

質量%で、
Cr:0.10~1.00%と、
Nd、Gd、Dy及びYのいずれか1種または2種以上を合計で0.10~5.00%とを含有し、
残部がCu及び不可避的不純物からなり、波長1064nmにおけるレーザー光吸収率が35~53%であるCu基合金粉末を用いて積層造形された、
電気伝導度が50~86%IACSで、析出物サイズが20μm以下のCu基合金からなる造形体。
In mass percent,
Cr: 0.10 to 1.00%;
Contains one or more of Nd, Gd, Dy and Y in total in an amount of 0.10 to 5.00%;
The remainder is made of Cu and unavoidable impurities, and the layered manufacturing is performed using a Cu-based alloy powder having a laser light absorption rate of 35 to 53% at a wavelength of 1064 nm .
A shaped body made of a Cu-based alloy having an electrical conductivity of 50 to 86% IACS and a precipitate size of 20 μm or less.
不可避的不純物中のSi,P,SがSi:0.20%以下、P:0.100%以下、S:0.100%以下である請求項1記載のCu基合金粉末を用いて積層造形された、析出物サイズが20μm以下のCu基合金からなる造形体。 A shaped body made of a Cu-based alloy with a precipitate size of 20 μm or less, produced by additive manufacturing using the Cu-based alloy powder according to claim 1, in which the unavoidable impurities Si, P, and S are Si: 0.20% or less, P: 0.100% or less, and S: 0.100% or less. 平均粒子径D50(μm)とタップ密度TD(Mg/m3)との比であるD50/TDの値が、0.2×10-5~20×10-5・m4/Mgであり、かつ、球形度が0.80~0.95である、請求項1又は請求項2に記載のCu基合金粉末を用いて積層造形された、析出物サイズが20μm以下のCu基合金からなる造形体。 A shaped body made of a Cu-based alloy having a precipitate size of 20 μm or less, which is produced by additive manufacturing using the Cu-based alloy powder according to claim 1 or 2 , wherein the value of D 50 /TD, which is the ratio of the average particle size D 50 (μm) to the tap density TD ( Mg /m 3 ) , is 0.2×10 -5 to 20×10 -5 ·m 4 /Mg and the sphericity is 0.80 to 0.95.
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