KR102301256B1

KR102301256B1 - 금속 적층 조형용 금속분 및 그 금속분을 사용하여 제조한 조형물

Info

Publication number: KR102301256B1
Application number: KR1020197008023A
Authority: KR
Inventors: 요시타카 시부야; 겐지 사토
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2038-06-21
Also published as: CA3039936C; EP3566797A4; US11260451B2; TWI700137B; CN109843479B; JP6650531B2; US20200188995A1; KR20190043568A; EP3566797B1; CN109843479A; CA3039936A1; EP3566797A1; WO2019064745A1; JPWO2019064745A1; TW201914712A

Abstract

구리 또는 구리 합금분의 표면에, Gd, Ho, Lu, Mo, Nb, Os, Re, Ru, Tb, Tc, Th, Tm, U, V, W, Y, Zr, Cr, Rh, Hf, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Ti 중 어느 1 종 이상으로 이루어지는 피막이 형성되고, 상기 피막의 막두께가 5 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 금속분. 본 발명은, 레이저 방식에 의한 금속 적층 조형용 금속분으로서, 구리 또는 구리 합금의 높은 도전성을 유지하면서, 효율적으로 레이저에 의한 용융을 할 수 있는, 금속분 및 그 금속분을 사용하여 제조한 조형물을 제공하는 것을 과제로 한다.

Description

금속 적층 조형용 금속분 및 그 금속분을 사용하여 제조한 조형물

본 발명은, 금속 적층 조형에 적합한 금속분 및 그 금속분을 사용하여 제조한 조형물에 관한 것이다.

최근, 금속 3D 프린터 기술을 사용하여, 복잡 형상으로, 조형이 어려운 것으로 여겨지는 입체 구조의 금속 부품을 제조하는 시도가 실시되고 있다. 3D 프린터는 적층 조형법 (AM) 으로도 불리고, 플레이트 상에 금속분을 얇게 깔아 금속 분말층을 형성하고, 이 금속 분말층에 전자빔이나 레이저광을 주사시켜 용융, 응고시키고, 그 위에, 또 새로운 분말을 얇게 깔고, 마찬가지로 소정의 부분을 레이저광으로 용융, 응고시키고, 이 공정을 반복 실시해 감으로써, 복잡 형상의 금속 조형물을 제조해 가는 방법이다.

금속 적층 조형에 사용하는 금속분으로서, 특허문헌 1 에는, 표면 처리를 실시한 금속분이 개시되어 있다. 이 기술은, 구리분 (粉) 등의 금속분의 표면에 실란 커플링제 등을 사용하여 유기 피막을 형성함으로써, 예비 가열에 의해 부분 소결되는 경우가 없고, 퇴적한 상태에서 금속분에 직접, 전자빔 (EB) 을 조사하는 것을 가능하게 하는 것이다. EB 방식에 사용하는 분말로서, 상기와 같은 표면 처리를 실시하여 금속분의 표면에 피막을 형성하는 것은, 분체의 특성을 향상시키기 위하여 유효하다.

일본 공개특허공보 2017-25392호

한편, 레이저 방식의 경우, 열원으로서 레이저광을 사용하고, 또 EB 방식과 같은 예비 가열은 필요없기 때문에, 전자빔을 사용한 EB 방식과는, 금속분에 요구되는 특성이 상이하다. 레이저 방식의 금속 적층 조형에 있어서도, 금속분에 표면 처리를 실시하여, 특성을 개선하는 것이 고려되지만, EB 와는 상이한 레이저 특유의 문제를 고려할 필요가 있다.

이와 같은 점에서, 본 발명은, 레이저 방식에 의한 금속 적층 조형용 금속 분으로서, 구리 또는 구리 합금의 높은 도전성을 유지하면서, 효율적으로 레이저에 의한 용융을 할 수 있는, 금속분 및 그 금속분을 사용하여 제조한 조형물을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 예의 연구를 실시한 결과, 레이저광의 흡수율이 높고, 또한 구리에 고용되지 않거나, 혹은 고용되기 어려운, 금속 재료에 의해 구리 또는 구리 합금분의 표면에 피막을 형성함으로써, 상기의 과제, 즉, 구리 또는 구리 합금의 높은 도전성을 유지하면서, 효율적으로 레이저에 의한 용융이 가능해진다는 지견이 얻어졌다. 본원은, 이 지견에 기초하여, 이하의 발명을 제공하는 것이다.

1) 구리 또는 구리 합금분의 표면에, Gd, Ho, Lu, Mo, Nb, Os, Re, Ru, Tb, Tc, Th, Tm, U, V, W, Y, Zr, Cr, Rh, Hf, La, Ce, Pr, Nd, Pr, Nd, Pm, Sm, Ti 중 어느 1 종 이상으로 이루어지는 피막이 형성되고, 상기 피막의 막두께가 5 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 금속분.

2) 구리 또는 구리 합금분의 입자경 d₅₀ 이 20 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 금속분.

3) 구리 또는 구리 합금분의 산소 농도가 1000 wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2) 에 기재된 금속분.

4) 상기 1) ∼ 3) 중 어느 하나에 기재된 금속분을 사용한 금속 조형물로서, 도전율이 90 ％IACS 이상인 것을 특징으로 하는 금속 적층 조형물.

5) 상대 밀도가 97 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 4) 에 기재된 금속 적층 조형물.

구리 또는 구리 합금의 표면에 형성된 피막 (금속 재료) 은, 구리 또는 구리 합금 내에 거의 고용되지 않기 때문에, 구리 또는 구리 합금의 높은 도전성을 유지할 수 있음과 함께, 금속 적층 조형에 사용되는 레이저광의 흡수율이 높은 점에서, 효율적으로 레이저에 의한 용융이 가능해져, 작업 효율을 높일 수 있다. 또한 구리 또는 구리 합금의 표면에 형성하는 피막의 조성은 구리보다 열전도도가 작기 때문에, 레이저광의 열을 보다 효율적으로 사용할 수 있다. 또, 부차적인 효과로서, 피막을 구성하는 상기 금속 재료는 구리 또는 구리 합금보다 융점이 높기 때문에, 레이저광의 열에 의한 변질이 잘 일어나지 않아, 조형에 기여하지 않고, 회수하여, 재이용하는 경우여도, 분말의 성상을 유지할 수 있다.

구리는, 높은 도전성 (도전율 : 95 ％IACS) 을 갖는 것이지만, 피막을 구성하는 금속 재료가 구리 또는 구리 합금 중에 고용되면, 그 우수한 도전성을 유지할 수 없다는 문제가 발생한다. 따라서, 피막에 사용하는 금속 재료로서, 구리 또는 구리 합금에 고용되지 않거나, 혹은 고용되기 어려운 재료를 선택한다. 여기서, 구리에 대한 고용량은, 금속 원소의 고유의 성질로서, 일반적으로 상도 (相圖) 로 불리는 두 개의 원소의 온도에 대한 상관계를 나타내는 도면으로부터 재료를 추출할 수 있다. 본 발명은, 상도에 있어서 구리측의 고용량을 참조하여 액상 이하의 온도에서 최대의 고용량이 0.2 at％ 이하인 금속 재료를 사용한다.

구리에 대한 고용량이 0.2 at％ 이하인 금속 재료로서, Gd, Ho, Lu, Mo, Nb, Os, Re, Ru, Tb, Tc, Th, Tm, U, V, W, Y, Zr, Cr, Rh, Hf, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Ti 중 어느 1 종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 이 금속 재료는, 레이저 방식의 금속 적층 조형에 통상적으로 사용되는 Nd : YAG 레이저 (파장 : 1064 ㎚) 에 대해 높은 흡수율을 나타낸다. 구체적으로는, 구리 단체의 흡수율이 13 ％ 정도인 데 반하여, 이들 금속 재료로 피막을 형성한 경우에는, 낮은 것이어도 20 ％ 이상, 높은 경우에는 30 ％ 이상, 더욱 높은 경우에는 40 ％ 이상의 흡수율을 나타낸다. 이와 같은 금속 재료에 의해, 구리 또는 구리 합금분의 표면을 피복함으로써 구리의 높은 도전율을 유지하면서, 효율적으로 레이저에 의한 용융을 가능하게 할 수 있다.

금속 적층 조형에 사용되는 구리 또는 구리 합금분은, 통상적으로, 수 미크론으로부터 수백 미크론의 것이 사용된다. 이와 같은 구리 또는 구리 합금분에 대해, 상기 피막의 막두께를 5 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 피막의 막두께가 5 ㎚ 미만이면, 표면 피막으로서의 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 막두께가 500 ㎚ 인 경우, 표면 처리한 구리 또는 구리 합금분에 있어서, 표면 피막의 비율이 10 wt％ 정도가 되지만, 이 정도이면, 구리에 대한 고용량을 낮게 유지할 수 있어, 조형물에 있어서 구리의 높은 도전성이 유지된다.

구리분에 형성된 표면 피막의 막두께는, AES (오제 전자 분광법) 에 의해 깊이 방향의 분석에 의해 측정할 수 있다.

[AES 분석]

분석 장치 : AES (니혼 전자 주식회사 제조, 형식 JAMP-7800F)

·진공 도달도 : 2.0 × 10^-8 ㎩

·시료 경사각 : 30 도

·필라멘트 전류 : 2.22 A

·프로브 전압 : 10 ㎸

·프로브 전류 : 2.8 × 10^-8 A

·프로브 직경 : 약 500 ㎚

·스퍼터링 레이트 : 1.9 ㎚/min (SiO₂ 환산)

구리 또는 구리 합금분로서, 평균 입자경 d₅₀ 이 20 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 평균 입자경 d₅₀ 을 20 ㎛ 이상으로 함으로써, 조형시에 분말이 잘 흩날리지 않게 되어, 분말의 취급이 용이해진다. 또, 평균 입자경 d₅₀ 을 100 ㎛ 이하로 함으로써, 고정밀 적층 조형물을 제조하는 것이 용이해진다. 또한, 평균 입자경 d₅₀ 이란, 화상 분석 측정된 입도 분포에 있어서, 적산치 50 ％ 에서의 입경을 말한다.

구리 또는 구리 합금분 중의 산소 농도는 1000 wtppm 이하인 것이 바람직하고, 500 wtppm 이하인 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직하게는 250 wtppm 이하이다. 이것은, 구리 또는 구리 합금분의 내부에 산소가 적으면, 산소가 내포된 채로 조형물이 되는 것을 회피할 수 있고, 조형물의 도전성에 악영향을 줄 가능성을 작게 할 수 있기 때문이다. 산소 농도는, LECO 사 제조의 TCH600 로, 불활성 가스 융해법으로 측정할 수 있다.

본 발명에서는, 금속 적층 조형용 금속분의 베이스의 금속으로서, 구리 또는 구리 합금을 사용하는 것이지만, 구리 합금으로는, 합금 성분으로서 Cr, Bi, W, Y, Zr, Nd 중 어느 1 종 이상을, 12 at％ 이하 함유하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 이들의 금속은 구리에 대해 고용량이 0.2 at％ 미만으로, 상기 서술한 바와 같이, 구리의 도전성을 저해하는 경우가 없는 성분이다. 또 이들 원소의 첨가에 의해 레이저의 흡수율이 높아져 보다 효율적으로 레이저에 의한 용융을 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 구리 또는 구리 합금분의 표면 처리 방법에 대해 설명한다.

먼저, 필요량의 구리 또는 구리 합금분을 준비한다. 분말은, 평균 입자경 d₅₀ 이 20 ∼ 100 ㎛ 인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 입자경은, 체질함으로써 목표로 하는 입도를 얻을 수 있다. 또, 구리 또는 구리 합금분은 아토마이즈법을 이용하여 제조할 수 있고, 또 아토마이즈분 (粉) 을 제조할 때의 분위기의 산소 농도를 조정함으로써, 구리 또는 구리 합금분에 함유되는 산소 농도를 1000 wtppm 이하로 할 수 있다.

다음으로, 구리 또는 구리 합금분에 표면 처리를 실시한다. 표면 처리는, 도금법 또는 배럴 스퍼터법을 이용하여 실시할 수 있다. 도금법에서는, 도금액에 구리 또는 구리 합금분을 침지시켜, 구리 또는 구리 합금분의 표면에 금속 도금층을 형성한다. 이 때, 피막을 형성하는 금속의 종류에 따라, 도금액을 선택할 수 있고, 또 도금 시간을 조정함으로써 피막의 두께를 적절히 조정할 수 있다.

배럴 스퍼터법에서는, 다각 배럴 중에 구리 또는 구리 합금분을 투입하고, 배럴을 회전시키면서, 금속 재료 (타깃) 를 스퍼터하여 구리분의 표면에 그 금속 피막을 형성한다. 이 때, 피막하는 금속 또는 합금의 종류에 따라, 스퍼터링 타깃의 종류를 선택한다. 또한, 합금의 경우에는, 합금 타깃을 사용하거나, 혹은 동시 스퍼터를 사용함으로써, 합금 피막을 형성할 수 있다. 표면 피막의 막두께는 스퍼터의 출력과 시간, 배럴의 회전 속도 등을 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 이로써, 구리 또는 구리 합금분에 소정의 금속 피막이 형성된 금속 분*을 얻을 수 있다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 설명한다. 또한, 본 실시예는 어디까지나 일례로, 이 예에 의해 전혀 제한되지 않는다. 즉, 본 발명은 특허 청구의 범위에 의해서만 제한되는 것으로, 본 발명에 포함되는 실시예 이외의 여러 가지의 변형을 포함하는 것이다.

(실시예 1 - 5 : 표면 피막의 막두께)

입자경 d₅₀ : 25 ㎛, 산소 농도 : 750 wt％ 의 구리 아토마이즈분을 준비하고, 이 구리분의 표면에, 배럴 스퍼터 장치를 사용하여, 지르코늄 피막을 형성하였다. 이 때, 스퍼터 출력을 100 W, 배럴의 회전 속도를 4 rpm 으로 하고, 스퍼터 시간을 조정함으로써 피막의 막두께를 변화시켰다. 실시예 1 - 5 는, 각각 막두께를 5 ㎚, 50 ㎚, 100 ㎚, 300 ㎚, 500 ㎚ 로 변화시킨 것이다.

피막이 형성된 구리분에 대해, 분광 광도계 (히타치 제작소 제조, U-4100) 를 사용하여, 파장 1064 ㎚ 의 레이저광의 흡수율을 측정하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 실시예 1 - 5 중 어느 것에 있어서도 피막을 형성하지 않은 구리분 (비교예 1) 에 비하여, 흡수율은 높아져 있는 것을 확인하였다. 또, 막두께가 두꺼워짐에 따라, 흡수율이 증가하고 있는 것을 알 수 있다.

다음으로, 금속 적층 조형기 (Concept Laser 제조) 를 사용하여, 조형물 (90 ㎜ × 40 ㎜ × 20 ㎜) 을 제조하고, 이 조형물에 대해, 시판되는 와류식 도전율계를 사용하여 도전율을 측정하였다. 그 결과, 모두 도전율은 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다. 또한, IACS (International annealed copper standard) 란, 전기 저항 (또는 전기 전도도) 의 기준으로서, 국제적으로 채택된 어닐링 표준 연동 (軟銅) (체적 저항률 : 1.7241 × 10^-2 μΩ㎝) 의 도전율을, 100 ％IACS 로 하여 규정된 것이다.

또, 각각의 조형물의 상대 밀도에 대해서도 측정을 실시하였다. 조형물의 측정 밀도에는, 아르키메데스법을 이용하여,「JIS Z 2501 : 소결 금속 재료-밀도, 함유율 및 개방 기공률 시험 방법」에 준거하여 실시하였다. 또한, 액체로는, 물을 사용하였다. 이론 밀도를 8.94 로 하여, 상대 밀도 (＝ 이론 밀도/측정 밀도 × 100) 를 계산한 결과, 모두 97 ％ 이상으로 고밀도인 것이 얻어졌다.

또, 4 회 이상의, 조형에 제공되기는 했지만 조형에 기여하지 않고 회수된 분말 (미조형분) 을 사용하여 조형물 (90 ㎜ × 40 ㎜ × 20 ㎜) 을 제조하였다. 이 조형물에 대해, 상기와 마찬가지로 상대 밀도와 도전율을 측정한 결과, 밀도에 저하가 보이기는 했지만, 도전율에 대해서는, 모두 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다.

(실시예 6 - 31 : 표면 피막의 금속의 종류)

입자경 d₅₀ : 25 ㎛, 산소 농도 : 750 wt％ 의 구리 아토마이즈분을 준비하고, 이 구리분의 표면에 배럴 스퍼터 장치를 사용하여, 금속의 종류 (Gd, Ho, Lu, Mo, Nb, Os, Re, Ru, Tb, Tc, Th, Tm, U, V, W, Y, Zr, Cr, Rh, Hf, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm) 를 변경하여, 피막을 형성하였다. 또한, 피막의 막두께가 100 ㎚ 가 되도록 스퍼터 조건이나 배럴의 회전 속도를 조정하였다.

피막이 형성된 구리분에 대해, 실시예 1 과 마찬가지로, 파장 1064 ㎚ 의 레이저광의 흡수율을 측정하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 실시예 6 - 31 의 어느 것에 있어서도 피막을 형성하지 않은 구리분 (비교예 1) 에 비하여, 흡수율은 높아져 있는 것을 확인하였다. 또, 각각의 금속분을 사용하여, 실시예 1 과 마찬가지로 조형물을 제조하고, 그 상대 밀도와 도전율을 측정하였다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 어느 경우도 상대 밀도가 97 ％ 이상으로 고밀도인 것이 얻어지고, 또 도전율도 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다. 또, 미조형분을 사용하여 제조한 조형물에 대해서는, 밀도에 저하가 보이기는 했지만, 도전율에 대해서는 모두 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다.

(실시예 32 - 37 : 도금 처리 또는 화성 처리에 의한 피막 형성)

입자경 d₅₀ : 25 ㎛, 산소 농도 : 750 wt％ 의 구리 아토마이즈분을 준비하고, 이 구리분의 표면에, 도금 처리 또는 화성 처리 (크로메이트 처리, 티타네이트 처리) 를 사용하여, 금속 (Cr, Ru, Rh, Os, Ti) 의 피막을 형성하였다. 또한, 피막의 막두께가 100 ㎚ 가 되도록, 각종 처리 조건을 조정하였다.

피막이 형성된 구리분에 대해, 실시예 1 과 마찬가지로, 파장 1064 ㎚ 의 레이저광의 흡수율을 측정하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 실시예 32 - 37 중 어느 것에 있어서도 피막을 형성하지 않은 구리분 (비교예 1) 에 비하여, 흡수율은 높아져 있는 것을 확인하였다. 또, 각각의 금속분을 사용하여, 실시예 1 과 마찬가지로 조형물을 제조하고, 그 상대 밀도와 도전율을 측정하였다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 어느 경우도 상대 밀도가 97 ％ 이상으로 고밀도인 것이 얻어지고, 또 도전율도 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다. 또, 미조형분을 사용하여 제조한 조형물에 대해서는, 밀도에 저하가 보이기는 했지만, 도전율에 대해서는 모두 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다.

(실시예 38 - 39 : 구리분의 입자경)

구리 아토마이즈분의 입자경 d₅₀ 을 각각 50 ㎛, 80 ㎛ 로 한 것 이외에는, 실시예 2 와 마찬가지로 하여, 이 구리분의 표면에, 배럴 스퍼터 장치를 사용하여, 지르코늄 피막을 형성하였다. 스퍼터 조건이나 배럴의 회전 속도는, 막두께가 50 ㎚ 가 되도록 적절히 조정하였다.

피막이 형성된 구리분에 대해, 실시예 1 과 마찬가지로, 파장 1064 ㎚ 의 레이저광의 흡수율을 측정하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 실시예 38, 39 중 어느 것에 있어서도 피막을 형성하지 않은 구리분 (비교예 1) 에 비하여, 흡수율은 높아져 있는 것을 확인하였다. 또, 각각의 금속분을 사용하여, 실시예 1 과 마찬가지로 조형물을 제조하고, 그 상대 밀도와 도전율을 측정하였다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 어느 경우도 상대 밀도가 97 ％ 이상으로 고밀도인 것이 얻어지고, 또 도전율도 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다. 또, 미조형분을 사용하여, 제작한 조형물에 대해서는, 밀도에 저하가 보이기는 했지만, 도전율에 대해서는 모두 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다.

(실시예 40 - 41 : 구리분의 산소 농도)

구리 아토마이즈분의 산소 농도를 각각 450 wtppm, 200 wtppm 으로 한 것 이외에는, 실시예 2 와 마찬가지로 하여, 이 구리분의 표면에, 배럴 스퍼터 장치를 사용하여 지르코늄 피막을 형성하였다. 스퍼터 조건이나 배럴의 회전 속도는, 막두께가 50 ㎚ 가 되도록 적절히 조정하였다.

피막이 형성된 구리분에 대해, 실시예 1 과 마찬가지로, 파장 1064 ㎚ 의 레이저광의 흡수율을 측정하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 실시예 40, 41 중 어느 것에 있어서도 피막을 형성하지 않은 구리분 (비교예 1) 에 비하여, 흡수율은 높아져 있는 것을 확인하였다. 또, 각각의 금속분을 사용하여, 실시예 1 과 마찬가지로 조형물을 제조하고, 그 상대 밀도와 도전율을 측정하였다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 어느 경우도 상대 밀도가 97 ％ 이상으로 고밀도인 것이 얻어지고, 또 도전율도 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다. 또, 미조형분을 사용하여 제조한 조형물에 대해서는, 밀도에 저하가 보이기는 했지만, 도전율에 대해서는 모두 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다.

(실시예 42 - 61 : 구리 합금분의 경우)

입자경 d₅₀ : 25 ㎛, 산소 농도 : 750 wt％ 의 구리 합금 아토마이즈분 (Cu-Cr, Cu-Bi, Cu-W, Cu-Y, Cu-Zr, Cu-Nd) 을 준비하고, 이 구리 합금분의 표면에, 배럴 스퍼터 장치를 사용하여, 지르코늄 피막을 형성하였다. 스퍼터 조건이나 배럴의 회전 속도는, 막두께가 100 ㎚ 가 되도록 적절히 조정하였다.

피막이 형성된 구리 합금분에 대해, 실시예 1 과 마찬가지로, 파장 1064 ㎚ 의 레이저광의 흡수율을 측정하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 실시예 42 - 61 중 어느 것에 있어서도, 피막을 형성하지 않은 구리 합금분 (비교예 2 - 7) 에 비하여, 흡수율은 높아져 있는 것을 확인하였다. 또, 각각의 금속분을 사용하여, 실시예 1 과 마찬가지로 조형물을 제조하고, 그 상대 밀도와 도전율을 측정하였다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 어느 경우도 상대 밀도가 97 ％ 이상으로 고밀도인 것이 얻어지고, 또 도전율도 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다. 또, 미조형분을 사용하여, 제작한 조형물에 대해서는, 밀도에 저하가 보이기는 했지만, 도전율에 대해서는 모두 90 ％IACS 이상으로 양호한 값을 나타냈다.

(비교예 1 - 7 : 피막이 없는 구리분 또는 구리 합금분)

입자경 d₅₀ : 25 ㎛, 산소 농도 : 750 wt％ 의 구리 또는 구리 합금 (Cu-Cr, Cu-Bi, Cu-W, Cu-Y, Cu-Zr, Cu-Nd) 아토마이즈분을 준비하였다.

이 구리 또는 구리 합금분에 대해, 실시예 1 과 마찬가지로, 파장 1064 ㎚ 의 레이저광의 흡수율을 측정하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다. 비교예 1 - 7 모두 흡수율은 13 ∼ 27 ％ 정도였다. 또, 각각의 금속분을 사용하여, 실시예 1 과 마찬가지로 조형물을 제조하고, 그 상대 밀도와 도전율을 측정하였다. 표 2 에 나타내는 바와 같이, 어느 경우도 상대 밀도가 83 ∼ 95 ％ 정도로, 피막을 형성한 경우에 비하여 저밀도였다. 또, 도전율도 85 ％IACS 정도로 피막을 형성한 경우에 비하여, 도전율은 낮았다.

(비교예 8 - 12 : 표면 피막의 금속의 종류)

입자경 d₅₀ : 25 ㎛, 산소 농도 : 750 wt％ 의 구리 아토마이즈분을 준비하고, 이 구리분의 표면에, 배럴 스퍼터 장치를 사용하여, 각각의 금속 (Ni, Co, Zn, Au, Ag) 피막을 형성하였다. 또한, 피막의 막두께가 100 ㎚ 가 되도록, 각 스퍼터 조건이나 배럴의 회전 속도를 조정하였다.

또, 각각의 금속분을 사용하여, 실시예 1 과 마찬가지로 조형물을 제조하고, 그 상대 밀도와 도전율을 측정하였다. 표 2 에 나타내는 바와 같이, 도전율도 85 ％IACS 정도로 실시예 6 - 31 의 피막을 형성한 경우에 비하여 도전율이 저하되어 있었다.

(비교예 13 - 14 : 표면 피막의 막두께)

입자경 d₅₀ : 25 ㎛, 산소 농도 : 750 wt％ 의 구리 아토마이즈분을 준비하고, 이 구리분의 표면에, 배럴 스퍼터 장치를 사용하여, 지르코늄 피막을 형성하였다. 이 때, 스퍼터 조건과 배럴의 회전 속도를 조정하여, 각각 막두께를 2 ㎚, 700 ㎚ 로 변화시켰다. 이 금속분에 대해, 실시예 1 과 마찬가지로, 파장 1064 ㎚ 의 레이저광의 흡수율을 측정하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다. 막두께를 2 ㎚ 로 한 비교예 13 의 흡수율은 17 ％ 정도였다. 또, 각각의 금속 분*을 사용하여, 실시예 1 과 마찬가지로 조형물을 제조하고, 그 상대 밀도와 도전율을 측정하였다. 표 2 에 나타내는 바와 같이, 막두께를 700 ㎚ 로 한 비교예 14 의 도전율은, 88 ％IACS 정도로 도전율은 저하되어 있었다.

산업상 이용가능성

본 발명의 금속분은, 구리 또는 구리 합금분의 표면에 특정한 금속 피막이 형성됨으로써, 레이저광의 흡수율이 상승하여, 효율적으로 레이저에 의한 용융이 가능함과 함께, 구리 또는 구리 합금의 높은 도전성을 유지할 수 있는 것이다. 본 발명의 금속분은, 복잡 형상으로, 특히 고전도율이나 고밀도가 요구되는 금속 부품 (방열을 목적으로 한 히트 싱크나 열교환기, 전자 부품용 커넥터재 등) 을 제조하기 위한 레이저식 금속 적층 조형용 금속분으로서 유용하다.

Claims

구리 또는 구리 합금분의 표면에, Gd, Ho, Lu, Mo, Nb, Os, Re, Ru, Tb, Tc, Th, Tm, U, V, W, Y, Zr, Cr, Rh, Hf, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Ti 중 어느 1 종 이상으로 이루어지는 피막이 형성되고, 상기 피막의 막두께가 5 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하이고,
구리 또는 구리 합금분의 입자경 d₅₀ 이 20 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 금속분.
삭제
제 1 항에 있어서,
구리 또는 구리 합금분의 산소 농도가 1000 wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 금속분.
삭제
제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 금속분을 사용한 금속 조형물로서, 도전율이 90 ％IACS 이상인 것을 특징으로 하는 금속 적층 조형물.
제 5 항에 있어서,
상대 밀도가 97 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 금속 적층 조형물.