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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024066625
(43)【公開日】2024-05-16
(54)【発明の名称】銅合金粉末、積層造形物の製造方法、および積層造形物
(51)【国際特許分類】
B22F 1/00 20220101AFI20240509BHJP
C22C 9/00 20060101ALI20240509BHJP
C22F 1/08 20060101ALI20240509BHJP
B22F 10/34 20210101ALI20240509BHJP
B22F 12/41 20210101ALI20240509BHJP
B22F 10/64 20210101ALI20240509BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20240509BHJP
【ＦＩ】
B22F1/00 L
C22C9/00
C22F1/08 A
B22F10/34
B22F12/41
B22F10/64
C22F1/00 621
C22F1/00 628
C22F1/00 630A
C22F1/00 661A
C22F1/00 687
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
C22F1/00 691Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022176135
(22)【出願日】2022-11-02
(71)【出願人】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(71)【出願人】
【識別番号】517132810
【氏名又は名称】地方独立行政法人大阪産業技術研究所
(71)【出願人】
【識別番号】000006183
【氏名又は名称】三井金属鉱業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岡 陽平
(72)【発明者】
【氏名】今増 啓介
(72)【発明者】
【氏名】中本 貴之
(72)【発明者】
【氏名】菅原 貴広
(72)【発明者】
【氏名】内田 壮平
(72)【発明者】
【氏名】大村 淳
【テーマコード（参考）】
4K018
【Ｆターム（参考）】
4K018AA04
4K018CA44
4K018EA51
4K018EA60
4K018FA08
4K018KA33
4K018KA63
(57)【要約】
【課題】銅合金製の積層造形物の導電率を改善する。
【解決手段】銅合金粉末は、エネルギービームの照射によって原料粉末が固化される積層造形法において、原料粉末として使用される。銅合金粉末は、質量分率で０．１％～２０％のクロムと、不可避不純物と、残部の銅とからなる。不可避不純物は鉄を含む。鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。
【選択図】なし
【解決手段】銅合金粉末は、エネルギービームの照射によって原料粉末が固化される積層造形法において、原料粉末として使用される。銅合金粉末は、質量分率で０．１％～２０％のクロムと、不可避不純物と、残部の銅とからなる。不可避不純物は鉄を含む。鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エネルギービームの照射によって原料粉末が固化される積層造形法において、前記原料粉末として使用される銅合金粉末であって、
質量分率で０．１％～２０％のクロムと、
不可避不純物と、
残部の銅と、
からなり、
前記不可避不純物は鉄を含み、
鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である、
銅合金粉末。
質量分率で０．１％～２０％のクロムと、
不可避不純物と、
残部の銅と、
からなり、
前記不可避不純物は鉄を含み、
鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である、
銅合金粉末。
【請求項2】
鉄の質量分率は１００ｐｐｍ未満である、
請求項１に記載の銅合金粉末。
請求項１に記載の銅合金粉末。
【請求項3】
鉄の質量分率は６０ｐｐｍ未満である、
請求項２に記載の銅合金粉末。
請求項２に記載の銅合金粉末。
【請求項4】
鉄の質量分率は１０ｐｐｍ未満である、
請求項３に記載の銅合金粉末。
請求項３に記載の銅合金粉末。
【請求項5】
前記エネルギービームは、レーザ、電子ビームおよびプラズマからなる群より選択される少なくとも１種を含む、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の銅合金粉末。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の銅合金粉末。
【請求項6】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の銅合金粉末を準備すること、
前記銅合金粉末を固化することにより、造形層を形成すること、
および、
前記造形層を複数積層することにより、積層造形物を製造すること、
を含む、
積層造形物の製造方法。
前記銅合金粉末を固化することにより、造形層を形成すること、
および、
前記造形層を複数積層することにより、積層造形物を製造すること、
を含む、
積層造形物の製造方法。
【請求項7】
前記積層造形物に熱処理を施すこと、
をさらに含む、
請求項６に記載の積層造形物の製造方法。
をさらに含む、
請求項６に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項8】
前記熱処理における加熱温度は５００℃以上である、
請求項７に記載の積層造形物の製造方法。
請求項７に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項9】
前記加熱温度は７００℃以下である、
請求項８に記載の積層造形物の製造方法。
請求項８に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項10】
質量分率で０．１％～２０％のクロムと、
不可避不純物と、
残部の銅と、
からなり、
前記不可避不純物は鉄を含み、
鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である、
積層造形物。
不可避不純物と、
残部の銅と、
からなり、
前記不可避不純物は鉄を含み、
鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である、
積層造形物。
【請求項11】
鉄の質量分率は１００ｐｐｍ未満である、
請求項１０に記載の積層造形物。
請求項１０に記載の積層造形物。
【請求項12】
鉄の質量分率は６０ｐｐｍ未満である、
請求項１１に記載の積層造形物。
請求項１１に記載の積層造形物。
【請求項13】
鉄の質量分率は１０ｐｐｍ未満である、
請求項１２に記載の積層造形物。
請求項１２に記載の積層造形物。
【請求項14】
理論密度に対して９７％～１００％の相対密度を有する、
請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の積層造形物。
請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の積層造形物。
【請求項15】
９０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有する、
請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の積層造形物。
請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の積層造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、銅合金粉末、積層造形物の製造方法、および積層造形物に関する。
【背景技術】
【0002】
特開２０１９－０７０１６９号公報（特許文献１）は銅合金粉末を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－０７０１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
銅合金製の積層造形物が開発されている。積層造形物は、造形層が複数積層されることにより製造され得る。各造形層は、銅合金粉末にエネルギービームが照射されることにより形成され得る。エネルギービームの照射により、銅合金粉末が溶融し、急冷凝固する。エネルギービームの走査パターンに応じて、造形層が形成され得る。
【0005】
銅合金は、エネルギービームの吸収率が低く、かつ熱伝導率が高い傾向がある。すなわち入熱が増大し難く、かつ熱が逃げやすい傾向がある。そのため、銅合金の組成によっては、銅合金粉末の溶融、凝固を制御し難い場合がある。狙い通りの溶融、凝固が起こらないために、例えば積層造形物の導電率および機械的強度が低下し得る。
【0006】
従来、特定量のクロムを含有する銅合金によれば、高い導電率および機械的強度を有する積層造形物が製造され得ることが報告されている。ただし、積層造形物の導電率に、なお改善の余地がある。
【0007】
本技術の目的は、銅合金製の積層造形物の導電率を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
１．銅合金粉末は、エネルギービームの照射によって原料粉末が固化される積層造形法において、原料粉末として使用される。銅合金粉末は、質量分率で０．１％～２０％のクロムと、不可避不純物と、残部の銅とからなる。不可避不純物は鉄を含む。鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。
【0009】
２．銅合金粉末において、例えば、鉄の質量分率は１００ｐｐｍ未満であってもよい。
【0010】
３．銅合金粉末において、例えば、鉄の質量分率は６０ｐｐｍ未満であってもよい。
【0011】
４．銅合金粉末において、例えば、鉄の質量分率は１０ｐｐｍ未満であってもよい。
【0012】
５．エネルギービームは、例えば、レーザ、電子ビームおよびプラズマからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
【0013】
６．積層造形物の製造方法は、下記（Ａ）～（Ｃ）を含む。
（Ａ）銅合金粉末を準備する。
（Ｂ）銅合金粉末を固化することにより、造形層を形成する。
（Ｃ）造形層を複数積層することにより、積層造形物を製造する。
（Ａ）銅合金粉末を準備する。
（Ｂ）銅合金粉末を固化することにより、造形層を形成する。
（Ｃ）造形層を複数積層することにより、積層造形物を製造する。
【0014】
７．積層造形物の製造方法は、例えば、下記（Ｄ）をさらに含んでいてもよい。
（Ｄ）積層造形物に熱処理を施す。
（Ｄ）積層造形物に熱処理を施す。
【0015】
８．熱処理における加熱温度は、例えば、５００℃以上であってもよい。
【0016】
９．熱処理における加熱温度は、例えば、７００℃以下であってもよい。
【0017】
１０．積層造形物は、質量分率で０．１％～２０％のクロムと、不可避不純物と、残部の銅とからなる。不可避不純物は鉄を含む。鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。
【0018】
１１．積層造形物において、例えば、鉄の質量分率は１００ｐｐｍ未満であってもよい。
【0019】
１２．積層造形物において、例えば、鉄の質量分率は６０ｐｐｍ未満であってもよい。
【0020】
１３．積層造形物において、例えば、鉄の質量分率は１０ｐｐｍ未満であってもよい。
【0021】
１４．積層造形物は、例えば、理論密度に対して９７％～１００％の相対密度を有していてもよい。
【0022】
１５．積層造形物は、例えば、９０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
＜用語の定義等＞
以下、本技術の実施形態（本明細書においては「本実施形態」とも記される。）が説明される。ただし以下の説明は、本技術の範囲を限定しない。例えば本明細書中の作用効果に関する記載は、当該作用効果が全て奏される範囲内に、本技術の範囲を限定しない。また、本明細書の作用メカニズムは推定を含む。作用メカニズムは本技術の範囲を限定しない。
以下、本技術の実施形態（本明細書においては「本実施形態」とも記される。）が説明される。ただし以下の説明は、本技術の範囲を限定しない。例えば本明細書中の作用効果に関する記載は、当該作用効果が全て奏される範囲内に、本技術の範囲を限定しない。また、本明細書の作用メカニズムは推定を含む。作用メカニズムは本技術の範囲を限定しない。
【0025】
本明細書において、「備える」、「含む」、「有する」およびこれらの変形〔例えば「から構成される」、「包含する」、「含有する」、「担持する」、「保持する」等〕の記載は、オープンエンド形式である。オープンエンド形式は必須要素に加えて、追加要素をさらに含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。「からなる」との記載はクローズド形式である。ただしクローズド形式であっても、通常において付随する不純物であったり、本技術に無関係であったりする付加的な要素は排除されない。「実質的に…からなる」との記載はセミクローズド形式である。セミクローズド形式においては、本技術の基本的かつ新規な特性に実質的に影響を与えない要素の付加が許容される。
【0026】
本明細書において、「…してもよい」、「…し得る」等の表現は、義務的な意味「…しなければならない」という意味ではなく、許容的な意味「…する可能性を有する」という意味で使用されている。
【0027】
本明細書において、単数形で表現される要素は、特に断りの無い限り、複数形で表現される要素も含み得る。例えば、粒子が粒子群（粉末）を意味することもある。
【0028】
本明細書において、方法に含まれる２個以上のステップ、動作および操作等は、特に断りのない限り、その記載された順序に実行されるとは限らない。例えば、２個以上のステップが同時進行することもあり得る。
【0029】
本明細書における幾何学的な用語（例えば「平行」、「垂直」等）は、厳密な意味に解されるべきではない。例えば「平行」は、厳密な意味での「平行」から多少ずれていてもよい。本明細書における幾何学的な用語は、例えば、設計上、作業上、製造上等の公差、誤差等を含み得る。各図中の寸法関係は、実際の寸法関係と一致しない場合がある。本技術の理解を助けるために、各図中の寸法関係（長さ、幅、厚さ等）が変更されている場合がある。さらに一部の構成が省略されている場合もある。
【0030】
本明細書において、例えば「１％から２．８％」、「１％～２．８％」および「１～２．８％」等の数値範囲は、特に断りのない限り、上限値および下限値を含む。すなわち「１％から２．８％」、「１％～２．８％」および「１～２．８％」は、いずれも「１％以上２．８％以下」の数値範囲を示す。また、数値範囲内から任意に選択された数値が、新たな上限値および下限値とされてもよい。例えば、数値範囲内の数値と、本明細書中の別の部分、表中、図中等に記載された数値とが任意に組み合わされることにより、新たな数値範囲が設定されてもよい。
【0031】
本明細書において、全ての数値は用語「約」によって修飾されている。用語「約」は、例えば±５％、±３％、±１％等を意味し得る。全ての数値は、本技術の利用形態によって変化し得る近似値である。全ての数値は有効数字で表示される。全ての測定値等は有効数字の桁数に基づいて、四捨五入により処理され得る。全ての数値は、例えば測定装置の検出限界等に伴う誤差を含み得る。
【0032】
本明細書において、銅合金の組成、および微量成分は、ＩＣＰ発光分光分析法（高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法）またはＩＣＰ質量分析法によって測定される。測定試料は、次の手順で調製される。銅合金のアルカリ溶融処理により融成物が調製される。該融成物の酸溶解処理により、溶液が調製される。該溶液が希釈されることにより、測定試料が調製される。あるいは、銅合金の酸溶解処理により、直接、溶液が調製されてもよい。該溶液が希釈されることにより、測定試料が調製される。
【0033】
銅合金粉末の酸素含有量は不活性ガス融解・赤外線吸収法により測定される。
【0034】
本明細書において、「質量分率」は、対象成分（例えばＦｅ）の質量が、全体（例えば銅合金粉末）の質量で除されることにより求まる。
【0035】
本明細書において、「導電率」はＩＡＣＳ導電率である。すなわち、焼鈍標準軟銅（International Annealed Copper Standard，ＩＡＣＳ）の導電率が１００％ＩＡＣＳと定義される。導電率は渦流式導電率計によって測定される。測定温度は常温（１５～２５℃）である。１つの測定対象（積層造形物）について、導電率は３回以上測定される。３回以上の測定結果の算術平均が、測定対象の導電率とみなされる。
【0036】
本明細書において、粉末の「ｄ５０」は、体積基準の粒度分布において、粒子径が小さい方からの頻度の累積が５０％になる粒子径と定義される。体積基準の粒度分布は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定され得る。
【0037】
本明細書において、「理論密度」は、測定対象（積層造形物）の合金組成と、実質的に同一の合金組成を有する溶製材の密度と定義される。「相対密度」は、理論密度に対する、実測密度の百分率と定義される。実測密度は「JIS Z 2501 焼結金属材料－密度、含油率および開放気孔率試験方法」に準拠して測定され得る。実測密度の測定にあたり、水が置換液として使用される。１つの測定対象について、実測密度は３回以上測定される。３回以上の測定結果の算術平均が、測定対象の実測密度とみなされる。
【0038】
本明細書において、「引張強さ」は、引張試験により測定される。図１は、引張試験用のダンベル状試験片の平面図である。ダンベル状試験片２０は積層造形法により調製される。ダンベル状試験片２０は、平行部２１、つかみ部２２、および肩部２３を備える。各部は下記寸法を有する。
【0039】
ダンベル状試験片２０の全長（Ｌ0）：３６ｍｍ
平行部２１の長さ（Ｌ1）：１８±０．５ｍｍ
平行部２１の直径（Φ1）：３．５±０．０５ｍｍ
肩部２３の半径（ｒ）：１０ｍｍ
つかみ部２２の長さ（Ｌ2）：４．０ｍｍ
つかみ部２２の直径（Φ2）：６．０ｍｍ
平行部２１の長さ（Ｌ1）：１８±０．５ｍｍ
平行部２１の直径（Φ1）：３．５±０．０５ｍｍ
肩部２３の半径（ｒ）：１０ｍｍ
つかみ部２２の長さ（Ｌ2）：４．０ｍｍ
つかみ部２２の直径（Φ2）：６．０ｍｍ
【0040】
引張試験機（不図示）は、１級以上の等級を有する。試験機の等級は「JIS B 7721 引張試験機・圧縮試験機－力計測系の校正方法および検証方法」に従う。ダンベル状試験片２０が引張試験機のつかみ具に装着される。ダンベル状試験片２０は、その軸方向に引張応力が加わるように装着される。ダンベル状試験片２０が破断するまで、ダンベル状試験片２０が引っ張られる。試験速度は２ｍｍ／ｍｉｎである。試験開始から、ダンベル状試験片２０が破断するまでの間、引張応力が測定される。引張応力の最大値（最大引張応力）が特定される。最大引張応力が平行部２１の断面積で除されることにより、引張強さが求まる。平行部２１の断面積は、９．６１６ｍｍ2（＝π×３．５ｍｍ×３．５ｍｍ÷４）である。実質的に同一組成を有する３個以上のダンベル状試験片において、引張強さが測定される。３回以上の測定結果の算術平均が、対象組成を有する積層造形物の引張強さとみなされる。
【0041】
＜銅合金粉末＞
銅合金粉末は、積層造形法において、原料粉末として使用される。積層造形法においては、原料粉末にエネルギービームが照射されることにより、原料粉末が溶融し、急冷凝固する。すなわちエネルギービームの照射により、原料粉末が固化する。積層造形法の詳細は「積層造形物の製造方法」において後述される。
銅合金粉末は、積層造形法において、原料粉末として使用される。積層造形法においては、原料粉末にエネルギービームが照射されることにより、原料粉末が溶融し、急冷凝固する。すなわちエネルギービームの照射により、原料粉末が固化する。積層造形法の詳細は「積層造形物の製造方法」において後述される。
【0042】
《合金組成》
銅合金粉末は、質量分率で０．１～２０％のＣｒと、不可避不純物と、残部のＣｕとからなる。不可避不純物はＦｅを含む。銅合金粉末中、Ｆｅの質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。Ｆｅの質量分率が１５０ｐｐｍ未満であることにより、導電率の改善が期待される。
銅合金粉末は、質量分率で０．１～２０％のＣｒと、不可避不純物と、残部のＣｕとからなる。不可避不純物はＦｅを含む。銅合金粉末中、Ｆｅの質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。Ｆｅの質量分率が１５０ｐｐｍ未満であることにより、導電率の改善が期待される。
【0043】
銅合金粉末は、アトマイズ粉末であり得る。すなわち銅合金粉末は、アトマイズ法により製造され得る。アトマイズ法においては、次の手順で金属粉末が製造され得る。溶解炉において、所定の金属材料が溶解されることにより、溶湯が調製される。溶湯がタンディッシュに注入される。タンディッシュの底部から溶湯が落下する。落下する溶湯流に、ガスまたは水が噴射されることにより、液滴が形成される。液滴群が急冷凝固することにより、金属粒子群（金属粉末）が形成される。さらに気流分級機等により、金属粉末の粒度分布が調製され得る。
【0044】
アトマイズ粉末は、不可避不純物としてＦｅを含み得る。例えば溶解炉、タンディッシュ等に含まれるＦｅが、アトマイズ粉末に混入すると考えられる。アトマイズ粉末に含まれるＦｅは微量である。そのため、従来、銅合金の積層造形技術の分野において、Ｆｅの影響は注目されてこなかった。本技術の新知見によると、Ｃｕ-Ｃｒ合金（Ｃｒ：０．１～２０％）においては、微量のＦｅが積層造形物の導電率に影響を及ぼし得る。
【0045】
図２は、銅合金粉末中のＦｅの質量分率と、積層造形物（熱処理材）の導電率との関係を示すグラフである。「熱処理材」は、造形後、熱処理が施された製品を示す。図２の試料には、７００℃で３時間の熱処理が施されている。図２中、Ｆｅの質量分率が低下する程、熱処理材の導電率が上昇する傾向がみられる。Ｆｅの質量分率が１５０ｐｐｍ未満である時、９０％ＩＡＣＳ以上の導電率が期待される。
【0046】
図３は、積層造形物の導電率と、熱処理条件との関係を示す第１グラフである。図４は、積層造形物の導電率と、熱処理条件との関係を示す第２グラフである。図３と図４とでは、銅合金粉末中のＣｒの質量分率の範囲が異なる。図３、４中「造形まま材」は、造形後、熱処理が施されていない製品を示す。図３、４中、例えば「５００℃×３ｈ」は、加熱温度が５００℃であり、熱処理時間が３時間であることを示す。図３、４中、加熱温度が５００℃以上である時、Ｆｅの影響が顕著になる傾向がみられる。
【0047】
Ｆｅの質量分率は、例えば、１２３ｐｐｍ以下であってもよいし、１００ｐｐｍ未満であってもよいし、９５ｐｐｍ以下であってもよいし、６０ｐｐｍ未満であってもよいし、１０ｐｐｍ未満であってもよいし、７ｐｐｍ以下であってもよいし、６ｐｐｍ以下であってもよい。Ｆｅの質量分率は、例えば０．１ｐｐｍ以上であってもよいし、１ｐｐｍ以上であってもよいし、６ｐｐｍ以上であってもよい。
【0048】
Ｆｅの低減方法は任意である。例えば、溶解炉、タンディッシュ等において、溶湯、粉末との接触部が被覆されてもよい。被覆材料としては、Ｆｅを含まない材料が選択される。また、溶湯との接触部の構成材料が、Ｆｅを含まない材料に変更されてもよい。例えば、溶解炉において溶湯と接触する坩堝が、セラミック坩堝に変更されてもよい。セラミック坩堝は、例えば、実質的にセラミック材料からなっていてもよい。セラミック材料は、例えばアルミナ等を含んでいてもよい。
【0049】
なお、不可避不純物は、Ｆｅ以外の成分をさらに含んでいてもよい。例えば、不可避不純物は、酸素（Ｏ）、リン（Ｐ）等をさらに含んでいてもよい。銅合金粉末中、不可避不純物の合計質量分率は、例えば、３０００ｐｐｍ以下であってもよいし、１０００ｐｐｍ以下であってもよい。
【0050】
Ｃｒは合金元素（意図的添加物）である。銅合金粉末中、Ｃｒの質量分率は、０．１～２０％である。Ｃｒの質量分率は、例えば、１．０％以上であってもよいし、１．２％以上であってもよいし、１．３％以上であってもよいし、１．４％以上であってもよい。Ｃｒの質量分率は、例えば、２．８％以下であってもよいし、２．５％以下であってもよいし、２．４％以下であってもよいし、２．３％以下であってもよい。Ｃｒの質量分率は、例えば、１．０～２．８％であってもよい。
【0051】
《粒度分布》
銅合金粉末は、任意のｄ５０を有し得る。ｄ５０の範囲は、例えば、積層造形法の条件等に応じて選択され得る。銅合金粉末のｄ５０は、例えば、１μｍ以上であってもよいし、５μｍ以上であってもよいし、１０μｍ以上であってもよいし、５０μｍ以上であってもよい。銅合金粉末のｄ５０は、例えば、５００μｍ以下であってもよいし、２００μｍ以下であってもよいし、１００μｍ以下であってもよい。
銅合金粉末は、任意のｄ５０を有し得る。ｄ５０の範囲は、例えば、積層造形法の条件等に応じて選択され得る。銅合金粉末のｄ５０は、例えば、１μｍ以上であってもよいし、５μｍ以上であってもよいし、１０μｍ以上であってもよいし、５０μｍ以上であってもよい。銅合金粉末のｄ５０は、例えば、５００μｍ以下であってもよいし、２００μｍ以下であってもよいし、１００μｍ以下であってもよい。
【0052】
《粒子形状》
銅合金粉末において、粒子は任意の形状を有し得る。粒子は、例えば球状等であってもよい。
銅合金粉末において、粒子は任意の形状を有し得る。粒子は、例えば球状等であってもよい。
【0053】
＜積層造形物の製造方法＞
積層造形法は、粉末床溶融結合法（Powder Bed Fusion，ＰＢＦ）、および指向性エネルギー堆積法（Directed Energy Deposition，ＤＥＤ）を含む。ここでは、一例としてＰＢＦにおいて銅合金粉末が使用される。もちろん、ＤＥＤにおいて銅合金粉末が使用されてもよい。積層造形物は直接法により製造され得る。すなわち、バインダ（樹脂材料、セラミックス材料等）を介さず、金属粒子同士が直接融合し得る。
積層造形法は、粉末床溶融結合法（Powder Bed Fusion，ＰＢＦ）、および指向性エネルギー堆積法（Directed Energy Deposition，ＤＥＤ）を含む。ここでは、一例としてＰＢＦにおいて銅合金粉末が使用される。もちろん、ＤＥＤにおいて銅合金粉末が使用されてもよい。積層造形物は直接法により製造され得る。すなわち、バインダ（樹脂材料、セラミックス材料等）を介さず、金属粒子同士が直接融合し得る。
【0054】
図６は、本実施形態における積層造形物の製造方法を示す概略フローチャートである。積層造形物の製造方法は、「（Ａ）銅合金粉末の準備」、「（Ｂ）造形層の形成」および「（Ｃ）積層」を含む。積層造形物の製造方法は、例えば「（Ｄ）熱処理」等をさらに含んでいてもよい。
【0055】
《（Ａ）銅合金粉末の準備》
積層造形物の製造方法は、銅合金粉末を準備することを含む。銅合金粉末の詳細は前述のとおりである。
積層造形物の製造方法は、銅合金粉末を準備することを含む。銅合金粉末の詳細は前述のとおりである。
【0056】
積層造形物の製造方法は、例えば、銅合金粉末中のＦｅの質量分率を測定することを含んでいてもよい。積層造形物の製造方法は、例えば、Ｆｅの質量分率に基づいて、銅合金粉末を選別することを含んでいてもよい。積層造形物の製造方法は、Ｆｅの質量分率が１５０ｐｐｍ未満になるように、２以上の銅合金粉末を調合することを含んでいてもよい。
【0057】
《（Ｂ）造形層の形成》
積層造形物の製造方法は、銅合金粉末を固化することにより、造形層を形成することを含む。
積層造形物の製造方法は、銅合金粉末を固化することにより、造形層を形成することを含む。
【0058】
図７は、３次元形状データの一例である。例えば３Ｄスキャナ等により、３次元形状データが作成され得る。３次元形状データは、いわば、積層造形物の設計図である。
【0059】
図８は、スライスデータの一例である。３次元形状データが、所定の間隔（ｔ）でスライスされることにより、スライスデータが作成される。スライス間隔は、スライス厚さとも称され得る。スライスデータは、いわば、造形層の設計図である。
【0060】
図９は、積層造形物の製造過程を示す第１概略図である。積層造形装置１００が準備される。積層造形装置１００は「３Ｄプリンタ」等とも称され得る。積層造形装置１００は、ピストン１０１、テーブル１０２、および出力部１０３を備える。ピストン１０１は、テーブル１０２を支持している。ピストン１０１は上下に移動し得る。
【0061】
ピストン１０１は、テーブル１０２を降下させる。降下量は、スライスデータの１層分に相当する。テーブル１０２上に銅合金粉末が敷設される。これにより粉末床１が形成される。例えばスキージ（不図示）により、粉末床１の表面が平滑化されてもよい。粉末床１は銅合金粉末を含む。例えば、粉末床１は、実質的に銅合金粉末からなっていてもよい。
【0062】
図１０は、積層造形物の製造過程を示す第２概略図である。出力部１０３は、粉末床１（銅合金粉末）にエネルギービームを照射する。エネルギービームは、粉末床１内を所定のパターンで走査される。走査パターンはスライスデータに従う。エネルギービームの照射を受けた銅合金粉末は、溶融し、急冷凝固する。すなわちエネルギービームの照射を受けた銅合金粉末が固化する。エネルギービームの走査パターンに応じて、造形層２が形成される。造形層２は、固化層、凝固層、焼結層、単位層等とも称され得る。なお「固化」は、金属粒子群が融合し、一体になることにより、金属粒子群の流動性が失われることを示す。
【0063】
エネルギービームは、例えば、レーザ、電子ビームおよびプラズマからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。エネルギービームは、例えば、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、半導体レーザ、およびグリーンレーザからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。エネルギービームの仕事率は、例えば２０～１０００Ｗであってもよい。エネルギービームの走査速度は、例えば、５０～２０００ｍｍ／ｓであってもよい。エネルギービームのエネルギー密度は、例えば、１０～２０００Ｊ／ｍｍ3であってもよい。
【0064】
《（Ｃ）積層》
積層造形物の製造方法は、造形層を複数積層することにより、積層造形物を製造することを含む。
積層造形物の製造方法は、造形層を複数積層することにより、積層造形物を製造することを含む。
【0065】
図１１は、積層造形物の製造過程を示す第３概略図である。造形層２（１層目）の形成後、ピストン１０１は、再度、テーブル１０２を降下させる。降下量は、スライスデータの１層分に相当する。上記と同様に、造形層２（２層目）がさらに形成される。
【0066】
図１２は、積層造形物の製造過程を示す第４概略図である。造形層２の形成が繰り返されることにより、積層造形物１０が構築され得る。すなわち、造形層２が複数積層されることにより、積層造形物１０が製造され得る。
【0067】
例えば、不活性ガス雰囲気中で積層造形物が製造されてもよい。不活性ガス雰囲気中で積層造形物が製造されることにより、積層造形物の酸化が抑えられることが期待される。不活性ガスは、例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）、およびヘリウム（Ｈｅ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。例えば、還元性ガス雰囲気中で積層造形物が製造されてもよい。還元性ガスは、例えば水素（Ｈ2）等を含んでいてもよい。例えば、減圧雰囲気中で積層造形物が製造されてもよい。
【0068】
《（Ｄ）熱処理》
積層造形物の製造方法は、積層造形物に熱処理を施すことをさらに含んでいてもよい。熱処理は「焼鈍」とも称され得る。
積層造形物の製造方法は、積層造形物に熱処理を施すことをさらに含んでいてもよい。熱処理は「焼鈍」とも称され得る。
【0069】
熱処理炉により、積層造形物に熱処理が施され得る。加熱温度（焼鈍温度）は、熱処理炉に付帯する温度センサ等により測定され得る。例えば、熱処理炉の設定温度が３００℃であれば、加熱温度が３００℃であるとみなされ得る。
【0070】
加熱温度は、例えば、５００℃以上であってもよい。加熱温度が５００℃以上であることにより、導電率の向上が期待される。加熱温度は、例えば、６００℃以上であってもよい。
【0071】
加熱温度は、例えば、７００℃以下であってもよい。加熱温度が７００℃以下であることにより、機械的強度の向上が期待される。加熱温度は、例えば、６００℃以下であってもよい。
【0072】
熱処理時間は、例えば、０．１～１０時間であってもよいし、１～５時間であってもよいし、２～４時間であってもよい。熱処理炉内の雰囲気は、例えば、大気雰囲気、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、水素雰囲気、減圧雰囲気等であってもよい。
【0073】
＜積層造形物＞
積層造形物は、例えば、造形まま材（未熱処理材）であってもよいし、熱処理材（焼鈍材）であってもよい。積層造形物は、任意の形状を有し得る。積層造形物は、例えば、継ぎ目なしに、複雑な内部構造を有し得る。例えば、切削加工によって、継ぎ目なしに、複雑な内部構造を形成することは困難であると考えられる。
積層造形物は、例えば、造形まま材（未熱処理材）であってもよいし、熱処理材（焼鈍材）であってもよい。積層造形物は、任意の形状を有し得る。積層造形物は、例えば、継ぎ目なしに、複雑な内部構造を有し得る。例えば、切削加工によって、継ぎ目なしに、複雑な内部構造を形成することは困難であると考えられる。
【0074】
積層造形物は銅合金製である。銅合金は、高い導電率と、高い熱伝導率とを有し得る。積層造形物は、銅合金の性質が活きる用途に適用されてもよい。積層造形物は、例えば、アーク溶接用の水冷トーチ等に適用されてもよい。積層造形物においては、継ぎ目なしに複雑な水冷経路（内部構造）等が実現され得る。
【0075】
《合金組成》
積層造形物は、前述の銅合金粉末と実質的に同一の合金組成を有し得る。すなわち、積層造形物は、質量分率で０．１～２０％のＣｒと、不可避不純物と、残部のＣｕとからなる。不可避不純物はＦｅを含む。Ｆｅの質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。
積層造形物は、前述の銅合金粉末と実質的に同一の合金組成を有し得る。すなわち、積層造形物は、質量分率で０．１～２０％のＣｒと、不可避不純物と、残部のＣｕとからなる。不可避不純物はＦｅを含む。Ｆｅの質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。
【0076】
Ｆｅの質量分率は、例えば、１２３ｐｐｍ以下であってもよいし、１００ｐｐｍ未満であってもよいし、９５ｐｐｍ以下であってもよいし、６０ｐｐｍ未満であってもよいし、１０ｐｐｍ未満であってもよいし、７ｐｐｍ以下であってもよいし、６ｐｐｍ以下であってもよい。Ｆｅの質量分率は、例えば０．１ｐｐｍ以上であってもよいし、１ｐｐｍ以上であってもよいし、６ｐｐｍ以上であってもよい。
【0077】
Ｃｒの質量分率は、０．１～２０％である。Ｃｒの質量分率は、例えば、１．０％以上であってもよいし、１．２％以上であってもよいし、１．３％以上であってもよいし、１．４％以上であってもよい。Ｃｒの質量分率は、例えば、２．８％以下であってもよいし、２．５％以下であってもよいし、２．４％以下であってもよいし、２．３％以下であってもよい。Ｃｒの質量分率は、例えば１．０～２．８％であってもよい。
【0078】
積層造形物の金属組織は、銅合金の熱履歴を反映し得る。積層造形物は、例えば、押出材、鋳造材等に比して、微細な急冷凝固組織を有し得る。積層造形物の製造過程においては、エネルギービームの使用により、銅合金粉末が瞬時に溶融し、急冷凝固するためと考えられる。
【0079】
《相対密度》
積層造形物は、例えば、９７～１００％の相対密度を有していてもよい。積層造形物は、例えば、９９％以上の相対密度を有していてもよい。なお、熱処理材の相対密度は、造形まま材の相対密度と実質的に同一であり得る。
積層造形物は、例えば、９７～１００％の相対密度を有していてもよい。積層造形物は、例えば、９９％以上の相対密度を有していてもよい。なお、熱処理材の相対密度は、造形まま材の相対密度と実質的に同一であり得る。
【0080】
《導電率》
熱処理材は、例えば、９０～１００％ＩＡＣＳの導電率を有し得る。すなわち積層造形物は、９０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していてもよい。積層造形物は、例えば、９１．８％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していてもよいし、９３．０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していてもよいし、９４．５％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していてもよい。
熱処理材は、例えば、９０～１００％ＩＡＣＳの導電率を有し得る。すなわち積層造形物は、９０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していてもよい。積層造形物は、例えば、９１．８％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していてもよいし、９３．０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していてもよいし、９４．５％ＩＡＣＳ以上の導電率を有していてもよい。
【0081】
造形まま材は、例えば、１４～２０％ＩＡＣＳの導電率を有し得る。すなわち積層造形物は、例えば、１４～９４．５％ＩＡＣＳの導電率を有していてもよい。
【0082】
積層造形物において、Ｆｅの質量分率と、導電率との間で特定の関係が満たされていてもよい。積層造形物は、例えば、下記式（α）の関係を満たしていてもよい（図２参照）。
Ｙ＞９２－１．１４×１０-2Ｘ …（α）
上記式（α）中、「Ｘ」は、Ｆｅの質量分率［ｐｐｍ］を示す。「Ｘ」は「０＜Ｘ＜１５０」の関係を満たす。「Ｙ」は、積層造形物の導電率［％ＩＡＣＳ］を示す。
Ｙ＞９２－１．１４×１０-2Ｘ …（α）
上記式（α）中、「Ｘ」は、Ｆｅの質量分率［ｐｐｍ］を示す。「Ｘ」は「０＜Ｘ＜１５０」の関係を満たす。「Ｙ」は、積層造形物の導電率［％ＩＡＣＳ］を示す。
【0083】
積層造形物は、例えば、下記式（β）の関係を満たしていてもよい。
９２－１．１４×１０-2Ｘ＜Ｙ＜９６－１．１４×１０-2Ｘ …（β）
９２－１．１４×１０-2Ｘ＜Ｙ＜９６－１．１４×１０-2Ｘ …（β）
【0084】
《引張強さ》
機械的強度は、例えば、引張強さによって評価され得る。熱処理材は、例えば、３００～８００ＭＰａの引張強さを有していてもよい。造形まま材は、例えば、２００～４００ＭＰａの引張強さを有していてもよい。すなわち積層造形物は、２００～８００ＭＰａの引張強さを有していてもよい。積層造形物は、例えば、６００～８００ＭＰａの引張強さを有していてもよいし、７００～８００ＭＰａの引張強さを有していてもよい。
機械的強度は、例えば、引張強さによって評価され得る。熱処理材は、例えば、３００～８００ＭＰａの引張強さを有していてもよい。造形まま材は、例えば、２００～４００ＭＰａの引張強さを有していてもよい。すなわち積層造形物は、２００～８００ＭＰａの引張強さを有していてもよい。積層造形物は、例えば、６００～８００ＭＰａの引張強さを有していてもよいし、７００～８００ＭＰａの引張強さを有していてもよい。
【実施例0085】
以下、本技術の実施例（本明細書においては「本実施例」とも記される。）が説明される。ただし以下の説明は、本技術の範囲を限定しない。
【0086】
＜積層造形物の製造＞
《（Ａ）銅合金粉末の準備》
アトマイズ法により、Ｎｏ．１～７に係る銅合金粉末が調製された。各試料の合金組成は下記表１に示される。各試料において、合金元素および不可避不純物を除いた残部は、Ｃｕであった。各試料は、２０～３０μｍのｄ５０を有していた。
《（Ａ）銅合金粉末の準備》
アトマイズ法により、Ｎｏ．１～７に係る銅合金粉末が調製された。各試料の合金組成は下記表１に示される。各試料において、合金元素および不可避不純物を除いた残部は、Ｃｕであった。各試料は、２０～３０μｍのｄ５０を有していた。
【0087】
《（Ｂ）造形層の形成、（Ｃ）積層》
積層造形装置として「金属３Ｄプリンタ（コンセプトレーザー社製）」が準備された。下記条件により積層造形物が製造された。
積層造形装置として「金属３Ｄプリンタ（コンセプトレーザー社製）」が準備された。下記条件により積層造形物が製造された。
【0088】
エネルギービーム：ファイバレーザ、最大出力 ４００Ｗ
スポット径：０．０５～０．２０ｍｍ
走査速度：４００～１０００ｍｍ／ｓ
積層ピッチ：０．０２～０．０８ｍｍ
造形サイズ：２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×２８０ｍｍ
スポット径：０．０５～０．２０ｍｍ
走査速度：４００～１０００ｍｍ／ｓ
積層ピッチ：０．０２～０．０８ｍｍ
造形サイズ：２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×２８０ｍｍ
【0089】
積層造形物として、円柱材（直径 １４ｍｍ×高さ １５ｍｍ）と、ダンベル状試験片（図１参照）とが製造された。円柱材（造形まま材）において、導電率、相対密度が測定された。ダンベル状試験片（造形まま材）において、引張強さが測定された。測定結果は、下記表１、２に示される。
【0090】
《（Ｄ）熱処理》
熱処理炉において、造形まま材に対して、熱処理が施されることにより、熱処理材が製造された。熱処理炉内の雰囲気は、窒素雰囲気であった。下記表１、２中、例えば「５００℃×３ｈ」は、加熱温度が５００℃であり、熱処理時間が３時間であることを示す。熱処理材において、導電率、引張強さが測定された。測定結果は下記表１、２に示される。
熱処理炉において、造形まま材に対して、熱処理が施されることにより、熱処理材が製造された。熱処理炉内の雰囲気は、窒素雰囲気であった。下記表１、２中、例えば「５００℃×３ｈ」は、加熱温度が５００℃であり、熱処理時間が３時間であることを示す。熱処理材において、導電率、引張強さが測定された。測定結果は下記表１、２に示される。
【0091】
【表1】
【0092】
【表2】
【0093】
＜結果＞
Ｆｅの質量分率が低減する程、熱処理材の導電率が改善する傾向がみられる（例えば、上記表１の「熱処理 ７００℃×３ｈ」の欄、図２参照）。
Ｆｅの質量分率が低減する程、熱処理材の導電率が改善する傾向がみられる（例えば、上記表１の「熱処理 ７００℃×３ｈ」の欄、図２参照）。
【0094】
熱処理時の加熱温度が５００℃以上である時、導電率の改善幅が大きくなる傾向がみられる。加熱温度が７００℃である時、導電率が顕著に改善している（図３、４参照）。
【0095】
図５は、銅合金粉末中のＦｅの質量分率と、積層造形物（熱処理材）の引張強さとの関係を示すグラフである。Ｆｅの質量分率と引張強さとの間には、明確な相関がみられない。
【0096】
加熱温度が５００℃である時、引張強さが特に良好である（上記表２参照）。
【0097】
＜付記＞
１．本技術は、銅合金粉末の使用も提供する。
銅合金粉末の使用は、エネルギービームの照射によって原料粉末が固化される積層造形法における、銅合金粉末の使用である。銅合金粉末は原料粉末として使用される。銅合金粉末は、質量分率で０．１％～２０％のクロムと、不可避不純物と、残部の銅とからなる。不可避不純物は鉄を含む。鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。銅合金粉末は、質量分率で、例えば１％～２．８％のクロムを含んでいてもよい。
１．本技術は、銅合金粉末の使用も提供する。
銅合金粉末の使用は、エネルギービームの照射によって原料粉末が固化される積層造形法における、銅合金粉末の使用である。銅合金粉末は原料粉末として使用される。銅合金粉末は、質量分率で０．１％～２０％のクロムと、不可避不純物と、残部の銅とからなる。不可避不純物は鉄を含む。鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。銅合金粉末は、質量分率で、例えば１％～２．８％のクロムを含んでいてもよい。
【0098】
２．本技術は、銅合金粉末の使用方法も提供する。
銅合金粉末の使用方法は、下記ステップを含む。
・銅合金粉末を準備する。
・エネルギービームの照射によって原料粉末が固化される積層造形法において、積層造形物の原料粉末として銅合金粉末を使用する。
銅合金粉末は、質量分率で０．１％～２０％のクロムと、不可避不純物と、残部の銅とからなる。不可避不純物は鉄を含む。鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。銅合金粉末は、質量分率で、例えば１％～２．８％のクロムを含んでいてもよい。
銅合金粉末の使用方法は、下記ステップを含む。
・銅合金粉末を準備する。
・エネルギービームの照射によって原料粉末が固化される積層造形法において、積層造形物の原料粉末として銅合金粉末を使用する。
銅合金粉末は、質量分率で０．１％～２０％のクロムと、不可避不純物と、残部の銅とからなる。不可避不純物は鉄を含む。鉄の質量分率は１５０ｐｐｍ未満である。銅合金粉末は、質量分率で、例えば１％～２．８％のクロムを含んでいてもよい。
【0099】
３．例えば、下記式（α）の関係を満たす積層造形物を製造するために、銅合金粉末が使用されてもよい。
Ｙ＞９２－１．１４×１０-2Ｘ …（α）
上記式（α）中、「Ｘ」は、Ｆｅの質量分率［ｐｐｍ］を示す。「Ｘ」は「０＜Ｘ＜１５０」の関係を満たす。「Ｙ」は、積層造形物の導電率［％ＩＡＣＳ］を示す。
Ｙ＞９２－１．１４×１０-2Ｘ …（α）
上記式（α）中、「Ｘ」は、Ｆｅの質量分率［ｐｐｍ］を示す。「Ｘ」は「０＜Ｘ＜１５０」の関係を満たす。「Ｙ」は、積層造形物の導電率［％ＩＡＣＳ］を示す。
【0100】
４．例えば、下記式（β）の関係を満たす積層造形物を製造するために、銅合金粉末が使用されてもよい。
９２－１．１４×１０-2Ｘ＜Ｙ＜９６－１．１４×１０-2Ｘ …（β）
上記式（β）中、「Ｘ」は、Ｆｅの質量分率［ｐｐｍ］を示す。「Ｘ」は「０＜Ｘ＜１５０」の関係を満たす。「Ｙ」は、積層造形物の導電率［％ＩＡＣＳ］を示す。
９２－１．１４×１０-2Ｘ＜Ｙ＜９６－１．１４×１０-2Ｘ …（β）
上記式（β）中、「Ｘ」は、Ｆｅの質量分率［ｐｐｍ］を示す。「Ｘ」は「０＜Ｘ＜１５０」の関係を満たす。「Ｙ」は、積層造形物の導電率［％ＩＡＣＳ］を示す。
【0101】
５．積層造形物の製造方法は、例えば、上記式（α）または（β）の関係が満たされるように、積層造形物を製造することを含んでいてもよい。
【0102】
本実施形態および本実施例は、全ての点で例示である。本実施形態および本実施例は、制限的ではない。本技術の範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内における全ての変更を包含する。例えば、本実施形態および本実施例から、任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも当初から予定されている。
【符号の説明】
【0103】
１ 粉末床、２ 造形層、１０ 積層造形物、２０ ダンベル状試験片、２１ 平行部、２２ つかみ部、２３ 肩部、１００ 積層造形装置、１０１ ピストン、１０２ テーブル、１０３ 出力部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】