层叠造形用粉末材料和使用该粉末材料的造形物的制造方法与流程

本发明涉及用于层叠造形的粉末材料。另外，本发明涉及造形物的制造方法，其特征在于，使用该粉末材料进行层叠造形。本申请要求基于2021年3月31日申请的日本国专利申请第2021-059464号的优先权，该申请的全部内容作为参照被引入本说明书中。

背景技术：

1、基于三维形状的数据(例如三维cad数据)制作作为制造目标的造形物的所谓三维造形技术正在普及。作为该造形技术之一，可举出将粉末材料较薄地铺成层状之后，将其接合或烧结成与作为造形对象的造形物的截面相对应的形状，依次将该薄层一体地层叠的层叠造形法。

2、作为用于该层叠造形的粉末的造形材料，以往经常使用树脂材料，但近年来，一直在研发由可用于粉末床熔融结合法(pbf)、激光粉末堆焊法(lmd)等的层叠造形的金属、陶瓷构成的层叠造形用粉末材料(参照专利文献1～4)。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：国际公开第2015/194678号

6、专利文献2:日本特开2017-113952号公报

7、专利文献3:日本特开2017-114716号公报

8、专利文献4:日本特开2017-115194号公报

技术实现思路

1、作为由金属、陶瓷等无机材料构成的层叠造形用粉末材料的研发目标之一，可举出可得到无裂纹、缺口且具有高机械强度的造形物的粉末材料的研发。作为符合该目标的材料，一直在进行以碳化钨(wc)和钴(co)为主成分的粉末材料的研发。碳化钨和钴是硬质合金(wc-co合金)的原料，适合作为通过层叠造形制造高硬度的造形物的材料。

2、但是，对于迄今为止研发的以碳化钨和钴为主成分的粉末材料，为了进一步提高层叠造形物的机械强度，还有改善的余地。

3、鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种可形成机械强度更优异的层叠造形物的以碳化钨和钴为主成分的层叠造形用粉末材料(以下也称为“含wc/co粉末材料”)。另外，本发明的另一目的在于提供一种造型物的制造方法，其特征在于，使用该粉末材料进行层叠造形。

4、为了实现上述目的，本发明人对由以碳化钨和钴为主成分的粉末材料构成的层叠造形物的合金组织进行了详细研究。其结果发现，造形物中存在η相时，其存在比例越高，机械强度越低，但通过有意提高用于层叠造形的含wc/co粉末材料中所含的碳(c)的含有率，可以抑制作为脆性相的η相的形成，可以提高造形物的机械强度，从而完成了本发明。

5、此处公开的层叠造形用粉末材料是包含碳化钨(wc)、钴(co)、含有碳(c)作为主要构成元素的碳添加材料的层叠造形用粉末材料。

6、且其是将由下式所示的值设为碳含有率a(质量％)时，该碳含有率a(质量％)具备6.4≤a≤7.2的条件的含wc/co粉末材料：

7、(源自wc的c的质量+源自碳添加材料的c的质量)/(wc的质量)×100。

8、根据本发明人获得的技术认知，到目前为止，在使用含wc/co粉末材料实施粉末床熔融结合法(pbf)、激光粉末堆焊法(lmd)等粉末层叠造形时，由于该造形时的激光、电子束的照射能量，碳成分的存在量低于理论值，由此可能成为容易在造形物的组织内产生作为脆性层的η相的状态。进一步，本发明人通过预先在含wc/co粉末材料中添加含有规定量的碳的材料(碳添加材料)，不使实施粉末层叠造形时的碳成分的存在量下降，结果抑制了在造形物的组织内形成作为脆性层的η相，且抑制了由于由含wc/co粉末材料构成的造形物中的η相的存在所导致的机械强度的下降。

9、因此，根据此处公开的层叠造形用含wc/co粉末材料，能够防止层叠造形时的碳成分的下降并抑制造形物组织内的η相的形成，能够防止该造形物的机械强度下降。

10、因此，根据此处公开的技术，能够制造由以wc-co为构成要素的硬质合金构成的机械特性优异的层叠造形物。

11、此处公开的粉末材料的一个优选方式为上述碳含有率a的值具备6.6≤a≤6.9的条件。

12、根据该结构的层叠造形用粉末材料，能够更好地抑制η相的形成，并能够维持造形物的更好的机械特性。

13、另外，在此处公开的粉末材料的另一个优选方式中，作为上述碳添加材料，包含选自由石墨、炭黑、活性碳、碳纤维和纳米碳组成的组中的至少1种固体碳材料。

14、根据该结构的层叠造形用粉末材料，由于碳添加材料由固体的碳构成的材料构成，因此能够实现有效的碳成分的补充。

15、另外，在此处公开的粉末材料的另一个优选方式中，作为上述碳添加材料，包含选自由钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、铌(nb)和钼(mo)组成的组中的至少1种金属的碳化物。

16、根据该结构的层叠造形用粉末材料，由于作为碳添加材料，包含上述任一种金属碳化物，因此除了补充碳成分之外，还能够制造由因wc和co以外的异种金属元素的存在而机械强度优异的合金材料构成的造形物。

17、另外，在此处公开的粉末材料的另一个优选方式中，该粉末材料由上述碳化钨、上述钴和上述碳添加材料混合存在的造粒烧结颗粒构成。

18、根据由上述3种成分混合存在的造粒烧结颗粒、例如上述由碳化钨构成的颗粒(可以称为一次颗粒，下同)、上述由钴构成的颗粒与上述构成碳添加材料的颗粒混合存在的造粒烧结颗粒(可以称为二次颗粒，下同)构成的粉末材料，能够实现碳成分的有效补充，能够更有效地抑制η相的形成。

19、上述造粒烧结颗粒的平均粒径优选为10μm以上且30μm以下，这里，作为构成该造粒烧结颗粒的颗粒(一次颗粒)，包括平均粒径小于1μm的由上述碳化钨构成的颗粒、平均粒径为2μm以上且10μm以下的由上述钴构成的颗粒和平均粒径为1μm以上且5μm以下的构成上述碳添加材料的颗粒。

20、根据这样规定的粒径的造粒烧结颗粒，能够更有效地抑制η相的形成。

21、另外，本公开提供一种造形物的制造方法，其特征在于，使用此处公开的任一种粉末材料进行层叠造形。如上所述，根据此处公开的技术，能够制造由以wc-co为构成要素的硬质合金构成的机械特性优异的层叠造形物。

技术特征：

1.一种层叠造形用粉末材料，其包含：

2.根据权利要求1所述的粉末材料，其中，所述碳含有率a(质量％)的值具备6.6≤a≤6.9的条件。

3.根据权利要求1或2所述的粉末材料，其中，作为所述碳添加材料，包含选自由石墨、炭黑、活性碳、碳纤维和纳米碳组成的组中的至少1种固体碳材料。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的粉末材料，其中，作为所述碳添加材料，包含选自由钛(ti)、钒(v)、铬(cr)、铌(nb)和钼(mo)组成的组中的至少1种金属的碳化物。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的粉末材料，其由所述碳化钨、所述钴和所述碳添加材料混合存在的造粒烧结颗粒构成。

6.根据权利要求5所述的粉末材料，其中，所述造粒烧结颗粒的平均粒径为10μm以上且30μm以下，

7.一种造形物的制造方法，其特征在于，使用权利要求1～6中任一项所述的粉末材料进行层叠造形。

技术总结
此处公开的层叠造形用粉末材料包含碳化钨(WC)、钴(Co)和含有碳(C)作为主要构成元素的碳添加材料，且是碳含有率A(质量％)的值具备6.4≤A≤7.2的条件的粉末材料，所述碳含有率A由下式所示：(源自WC的C的质量+源自碳添加材料的C的质量)/(WC的质量)×100。

技术研发人员：山田纯也,伊部博之,加藤雄太
受保护的技术使用者：福吉米株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16