粉末燒結層疊用金屬粉末、使用了其的三維形狀造型物的制造方法以及所得三維形狀造型物技術

本發明專利技術提供一種金屬粉末，其為用于得到三維形狀造型物的粉末燒結層疊法的金屬粉末，所述金屬粉末是由含有沉淀硬化型金屬成分的粉末而成的混合粉末形成的。特別地，本發明專利技術的金屬粉末以分開的粉末的形式含有Fe系成分粉末和Ni系成分粉末，而不含Fe系成分與Ni系成分相互合金化而成的粉末作為主成分。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于粉末燒結層疊法的金屬粉末、使用了該金屬粉末的三維形狀造型物的制造方法以及三維形狀造型物。更詳細而言，本專利技術涉及能夠用于通過利用照射光束進行粉末燒結得到三維形狀造型物的金屬光造型的金屬粉末，并且還涉及使用了所述金屬粉末的三維形狀造型物的制造方法以及通過該方法得到的三維形狀造型物。
技術介紹
迄今為止，已知對粉末材料照射光束來制造三維形狀造型物的方法(通常稱為“粉末燒結層疊法”或者“金屬光造型”)。在所述方法中，通過重復如下工序來制造三維形狀造型物“(i)通過對粉末層的規定部位照射光束，使該規定部位的粉末燒結或熔融固化，從而形成固化層；(ii)在所得固化層上敷設新的粉末層并同樣地照射光束而進一步形成固化層”(參照日本特表平1-502890號公報或日本特開2000-73108號公報)。在使用了金屬粉末作為粉末材料的情況下，能夠將所得三維形狀造型物用作模具等，在使用了樹脂粉末作為粉末材料的情況下，能夠將所得三維形狀造型物用作塑料模型。通過這樣的制造技術，可以短時間地制造復雜的三維形狀造型物。尤其通過照射能量密度高的光束使金屬粉末完全熔融，然后使其固化，由此能夠形成燒結密度為幾乎100%的狀態。該高密度的造型物通過對其表面進行精加工而形成光滑的表面，從而能夠應用于塑料成形用模具等。然而，對于用于粉末燒結層疊法的金屬粉末之類的粉末來說，需要與用于壓縮成型后燒結的其他粉末燒結的金屬粉末不同的特性。例如，金屬粉末的粒徑需要比照射光束的粉末層的厚度小。如果粒徑小，則粉末的填充密度變高，造型時的光束吸收率也良好，故能夠提高燒結密度，并且能夠減小所得造型物的表面粗糙度。另一方面，如果粒徑過小，則會引起金屬粉末凝聚，從而粉末的填充密度變小。其結果是，變得無法薄且均勻地敷設粉末層。為了提高造型物的強度，需要形成的新的燒結層與位于其下層的固化了的燒結層的接合面積大并且其密合強度高，并且，需要與鄰接的固化了的燒結層的接合面積也大、密合強度高。在粉末燒結層疊法中，新的燒結層的上表面不能過于凸起。這是由于如果凸起量為粉末層的厚度以上，則在敷設下一粉末層時會成為障礙，形成所述下一粉末層這一過程會變難。照射光束后的金屬粉末的一部分或全部暫時熔融，然后驟冷凝固形成燒結層，但如果該熔融時的浸潤性大，則與鄰接的燒結層的接合面積變大，如果流動性變大，則凸起變小。因此，對于粉末燒結層疊法而言，期望熔融時的流動性大并且浸潤性也大的金屬粉末。
技術實現思路
本專利技術者們開發出了各種混合粉末作為用于上述的粉末燒結層疊法的金屬粉末。例如，開發出了由鉻鑰鋼粉末、鎳和/或鎳系合金的粉末、銅和/或銅系合金的粉末與石墨粉末形成的混合粉末。鉻鑰鋼是從其強度、韌性的方面考慮而采用的，銅和/或銅系合金粉末是從浸潤性以及流動性的方面考慮而采用的，鎳和/或鎳系合金粉末是從強度以及加工性的方面考慮而采用的，石墨粉末是從激光的吸收率以及減少微小裂紋(micix) crack)的方面考慮而采用的。然而，通過這樣的混合粉末，所得燒結品即通過粉末燒結層疊法而得到的造型物的硬度過高，以維氏硬度Hv計為260左右。因此，在使含有玻璃纖維的塑料材料成型的情況下，將所述造型物用作塑料成形用模具在耐久性的方 面存在疑慮。關于金屬粉末材料，還進行了例如使用馬氏體時效鋼的金屬粉末進行燒結的研究等(例如參照“粉末及粉末冶金”第42卷(1995年)，第353頁 第356頁(Fabricationof Maraging Steels by Metal Injection MoldingProcess))。馬氏體時效鋼是International Nickel Co.社(加拿大)在1960年研發出的碳極低(< 0. 03%)的高Ni(16^18%)系超高強度鋼。由于是在形成馬氏體組織后實施時效處理而獲得高強度的鋼，因此將“馬氏體(Martensite)”與“時效處理(Aging)”合并而稱為“馬氏體時效鋼(Maragingsteel )”。在馬氏體時效鋼的金屬粉末的情況下,將由該馬氏體時效鋼成分得到的合金粉末的全部一邊通過照射高能量密度的光束使其熔融一邊以高密度進行層疊造型時，沒有特別的問題，但對該粉末的一部分以照射低能量密度的光束來使其燒結成低密度方面較為困難。推測其主要原因之一為在馬氏體時效鋼成分中含有較多的鎳成分。通過含有鎳成分來實現高硬度、高強度，另一方面，由于含有鎳成分，因此無法實現粉末燒結層疊法的特征即低密度燒結。無法實現低密度燒結會導致不僅無法發揮由低密度燒結部帶來的“排氣效果”，而且在照射光束時需要過大的電力從而使制造成本升高，同時由于無法提高激光的掃描速度因而制造效率也降低。進一步來說，即使在通過照射高能量密度的光束使其一邊熔融一邊以高密度進行層疊造型的情況下，也有造型物由于熱應力而產生翹曲、變形的擔心。本專利技術是鑒于所述情況而進行的。即，本專利技術的課題在于提供一種能夠將馬氏體時效鋼適宜地用作利用光束進行的粉末燒結層疊用的金屬粉末的方法。為了解決上述課題，在本專利技術中，作為用作得到三維形狀造型物的粉末燒結層疊法的原料的金屬粉末，提供了如下混合金屬粉末所述金屬粉末是由含有沉淀硬化型金屬成分的粉末而成的混合粉末形成的，其以分開的粉末的形式含有Fe系成分粉末和Ni系成分粉末,而不含Fe系成分與Ni系成分相互合金化而成的粉末作為主成分。本專利技術的金屬粉末的特征之一在于，粉末燒結層疊法(所謂“金屬光造型”)的光束燒結用的金屬粉末是由沉淀硬化型金屬成分的粉末形成的混合粉末，特別是將Fe系成分和Ni系成分分開地混合而成的混合粉末。使用具有所述特征的金屬粉末時，即使在使用了馬氏體時效鋼等沉淀硬化型金屬的成分粉末的情況下，也可以在粉末燒結層疊法中進行低能量燒結，結果能夠得到高硬度、高強度的造型物。在本說明書中“由沉淀硬化型金屬成分的粉末形成的混合粉末”是指含有構成沉淀硬化型金屬的各金屬成分作為粉末而成的混合粉末。只要沒有特別說明，其可以包括各金屬成分中的任意成分彼此組合形成粉末顆粒的粉末，或者也可以是各金屬成分中的至少I種單獨地形成了粉末顆粒的粉末。另外，在本說明書中“不含Fe系成分與Ni系成分相互合金化而成的粉末作為主成分”是指實質上有意地不含Fe系成分與Ni系成分相互合金化而成的粉末，但可以微量(作為副成分)地含有。更具體而言，可以以為金屬粉末的總重量的I重量％以下左右的微量含有“Fe系成分與Ni系成分相互合金化而成的粉末”。在一個優選的方案中，Ni系成分的粉末與沉淀硬化型金屬成分中的任意其他成分均不合金化，另外，與其他雜質成分也不合金化，而以單獨的Ni成分粉末顆粒的形式存在。即，本專利技術的混合金屬粉末不含Ni合金的粉末顆粒。沉淀硬化型金屬成分可以為馬氏體時效鋼成分或沉淀硬化型不銹鋼成分。也就是說，本專利技術的金屬粉末可以為由馬氏體時效鋼成分或沉淀硬化型不銹鋼成分的粉末形成的混合粉末。在由馬氏體時效鋼成分形成的混合粉末的情況下，優選是含有17 19重量％的Ni成分(鎳成分)、7 8. 5重量％的Co成分(鈷成分)、4. 6 5. I重量％的Mo成分(鑰成分)、O. 3^0. 5重量％的Ti成分(鈦成分)、0. 05、. 15重量％的Al成分(鋁成分)、以及作為殘余部分的Fe成分(鐵成分本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：不破勲，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：
國別省市：