制造三維制品的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于制造三維制品(11)的方法，包括以下步驟：a)通過(guò)增量制造工藝由金屬基體材料(12)連續(xù)堆積所述制品(11)，從而產(chǎn)生其性能具有實(shí)質(zhì)上的各向異性的制品；和b)在足夠高的溫度下熱處理所述制造的制品(11)以通過(guò)重結(jié)晶和／或顆粒粗化顯著降低所述各向異性。
【專利說(shuō)明】制造三維制品的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及耐高溫部件的技術(shù)，尤其是用于燃?xì)廨啓C(jī)的部件。其指的是制造三維制品的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過(guò)例如選擇性激光熔化(SLM)的基于粉末的增量制造工藝(additivemanufacturing process)制造的制品或部件,例如用于燃?xì)廨啓C(jī)的高溫環(huán)境的制品或部件，其機(jī)械性能在“剛堆積(as-built) ”狀態(tài)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的各向異性行為。
[0003]圖5示出了基本的SLM配置10，其中三維制品11通過(guò)具有預(yù)設(shè)層厚d、面積和輪廓的粉末層12的連續(xù)增加來(lái)制造，其隨后通過(guò)來(lái)自激光裝置13并由控制單元15控制的掃描激光束14熔化。
[0004]如圖5所示，當(dāng)粉末層12在z方向上增加時(shí)，在z方向上延伸的第一試樣16a(參見(jiàn)附圖1)表現(xiàn)出與在xy平面內(nèi)延伸的第二試樣16b不同的性能。
[0005]圖2示出了在室溫下相同標(biāo)稱組成的三組試樣的楊氏模量E，S卩，A1-3、B1_3、C1-3。第一組A1-3涉及通過(guò)非增量制造工藝制得的參照板。第二組B1-3涉及在z軸上延伸的SLM加工試樣(如同圖1中試樣16a)。第三組C1-3涉及在xy平面內(nèi)延伸的SLM加工試樣(如同圖1中試樣16b)。
[0006]現(xiàn)在，每組的第一試樣(Al、BI和Cl)已經(jīng)通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的程序制造。
[0007]可容易地看出，楊氏模量E表現(xiàn)出實(shí)質(zhì)上的各向異性，z軸試樣BI和xy平面試樣Cl之間的差超過(guò)20GPa，并且兩個(gè)試樣均大大低于(超過(guò)50GPa)參照試樣Al。
[0008]本發(fā)明認(rèn)為可能需要額外的處理來(lái)降低通過(guò)增量制造工藝生產(chǎn)的制品的性能的這種各向異性。
[0009]文獻(xiàn)US2012 / 000890A1公開(kāi)了使用激光金屬成型(LMF)修復(fù)燃?xì)廨啓C(jī)葉片的方法，其中修復(fù)燃?xì)廨啓C(jī)葉片的葉項(xiàng)的厚度減少部分。所述方法包括通過(guò)去除葉頂?shù)暮穸葴p少部分將葉項(xiàng)表面加工成平坦表面的去除厚度減少部分的步驟，通過(guò)用激光束熔化延展性比形成燃?xì)廨啓C(jī)葉片的基體材料更高的堆積材料的粉末以形成具有預(yù)定厚度的堆積部分并且在其表面被加工成平坦表面的葉頂上以多個(gè)層堆積熔化的粉末的堆焊步驟，將該堆積部分加工成與葉頂在經(jīng)受厚度損失之前原來(lái)所具有的形狀相同的形狀的成型步驟；和去除由在堆焊步驟中激光焊接導(dǎo)致的殘余應(yīng)變的熱處理步驟。
[0010]文獻(xiàn)W02012 / 016836A1教導(dǎo)了一種用于通過(guò)選擇性激光熔化(SLM)制造部件的方法，所述方法包括:構(gòu)建適用于為部件提供熱處理的作為用于制造部件的相同選擇性激光熔化的一部分的熱處理裝置；并且通過(guò)熱處理裝置為部件提供熱處理。所述熱處理用于使部件避免不需要的材料性能，例如，像延展性而不是脆性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的一個(gè)目的是公開(kāi)一種通過(guò)增量制造方法制造三維制品的方法，該方法沒(méi)有具有顯著各向異性的缺點(diǎn)。
[0012]該目的和其他目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的方法實(shí)現(xiàn)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的用于制造三維制品的方法，包括以下步驟
[0014]a)通過(guò)增量制造工藝由金屬基體材料連續(xù)堆積所述制品，從而產(chǎn)生其性能具有實(shí)質(zhì)上各向異性的制品；和
[0015]b)在足夠高的溫度下熱處理所述制造的制品以通過(guò)重結(jié)晶和/或顆粒粗化顯著降低所述各向異性。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述增量制造工藝是激光金屬成型(LMF)、激光工程化近凈成型(LENS)或直接金屬沉積(DMD)中的一種，并且使用線材形式的金屬基體材料。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述增量制造工藝是選擇性激光熔化(SLM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)或電子束熔化(EBM)中的一種，并且使用粉末形式的金屬基體材料。
[0018]特別是，所述方法包括以下步驟:
[0019]a)生成所述制品的三維模型，然后通過(guò)切片法計(jì)算截面；
[0020]b)隨后將所述計(jì)算的截面?zhèn)魉偷綑C(jī)器控制單元(15)；
[0021]c)提供處理所需要的所述基體材料的粉末；
[0022]d)在基材板或先前處理過(guò)的粉末層上制備具有規(guī)則和均勻厚度的粉末層(12)；
[0023]e)根據(jù)存儲(chǔ)在控制單元(15)中的三維模型通過(guò)用能束(14)掃描對(duì)應(yīng)于所述制品截面的區(qū)域來(lái)進(jìn)行熔化；
[0024]f)將先前形成的截面的上表面降低一層的厚度(d)；
[0025]g)重復(fù)所述步驟c)到f)直至達(dá)到根據(jù)三維模型的最終截面；和
[0026]h)熱處理所述三維制品(11)。
[0027]更特別是，使所述粉末的顆粒尺寸分布與所述粉末層的層厚度相適應(yīng)以產(chǎn)生較好的流動(dòng)性，這對(duì)于制備具有規(guī)則和均勻厚度的粉末層是必需的。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方案，所述粉末顆粒具有球形形狀。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述粉末的精確顆粒尺寸分布通過(guò)篩分和/或風(fēng)選(空氣分離)獲得。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述粉末通過(guò)粉末冶金工藝提供，特別是氣體或水霧化、等離子旋轉(zhuǎn)電極工藝或機(jī)械研磨中的一種。
[0031]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案，所述增量制造工藝使用懸浮液而不是粉末。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述金屬基體材料是高溫Ni基合金。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述金屬集體材料是高溫Co基合金。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述金屬集體材料是高溫Fe基合金。
[0035]特別是，所述合金可包含細(xì)分散的氧化物，特別是Y203、A103、ThO2, HfO2, ZrO2中的一種。
[0036]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案，所述熱處理用于降低楊氏模量的各向異性。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述熱處理是不同的各個(gè)熱處理的組合。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述熱處理由多個(gè)步驟組成，每個(gè)步驟代表加熱速率、保溫溫度、保溫時(shí)間和冷卻速率的特定組合。
[0039]特別是，至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以在所述制造的制品的微觀結(jié)構(gòu)中部分或完全溶解各組分，特別是金屬間化合物相、碳化物或氮化物。
[0040]特別是，至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以沉淀金屬碳化物、金屬氮化物或金屬碳氮化物，特別是M(C，N)、M6C, M7C3或M23C6中的一種。
[0041]特別是，至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以沉淀金屬間化合物相，特別是公知是Y ’相的Ni3(Al，Ti)、或公知是Y ”相的Ni3(Nb，Al，Ti)或 6 相的 Ni3Nb。
[0042]特別是，至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以沉淀金屬硼化物，特別是M3B2,以提高晶界強(qiáng)度。
[0043]特別是，至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以改變所述沉淀的體積分?jǐn)?shù)、尺寸、形狀和分布。
[0044]特別是，至少一個(gè)所述熱處理步驟可另外在熱等靜壓(HIP)條件下進(jìn)行以進(jìn)一步改善微觀結(jié)構(gòu)。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，僅一部分所述制造的制品經(jīng)受所述熱處理。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，分別在所述熱處理、各個(gè)熱處理或熱處理步驟之前和/或之后，所述 制造的制品經(jīng)受另外的處理步驟，特別是機(jī)械加工、焊接或釬焊中的一種。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0047]通過(guò)不同的實(shí)施方案并且參考附圖來(lái)更貼切地闡述本發(fā)明。
[0048]圖1示出了通過(guò)例如SLM的增量制造工藝制成的兩個(gè)試樣的不同取向；
[0049]圖2示出了經(jīng)過(guò)和未經(jīng)過(guò)熱處理的由Hastelloy?X制成的三組試樣在室溫下的楊氏模量值；
[0050]圖3示出了經(jīng)過(guò)和未經(jīng)過(guò)熱處理的由Hastelloy?X制成的三組試樣在750°C下的楊氏模量值；
[0051]圖4示出了經(jīng)過(guò)和未經(jīng)過(guò)熱處理的由Hastelloy?欠制成的三個(gè)不同試樣在兩個(gè)不同放大率(100 μ m和50 μ m)下的微觀結(jié)構(gòu)的照片；和
[0052]圖5示出了可用于本發(fā)明的用于SLM制造的基本配置。
【具體實(shí)施方式】
[0053]基于粉末的增量制造技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)可為由逐層方式堆積工藝導(dǎo)致的材料性能的強(qiáng)各向異性。
[0054]例如，相比于xy試樣(圖2中的C1-C3和圖3中的Cl’ _C3’)，楊氏模量(圖2和3中的E)沿著z軸(z試樣，圖2中的B1-B3和圖3中的Β1-Β3’)顯著降低。z軸平行于堆積方向(參見(jiàn)圖1和5)。
[0055]然而，適當(dāng)?shù)摹岸逊e后”熱處理可以顯著降低各向異性，這點(diǎn)已經(jīng)由Hastelloy?X合金制成的SLM試樣的機(jī)械測(cè)試所表明。重要的是，請(qǐng)注意，通常對(duì)于由相同合金制成的相應(yīng)的鍛造產(chǎn)品，各向異性的降低已經(jīng)在熱處理溫度下發(fā)生(圖2中，試樣A2、B2和C2已經(jīng)在1125°C下熱處理0.5h，試樣A3、B3和C3在1190°C下熱處理2h，而試樣A1、B1和Cl根本沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱處理；圖3中，試樣Al’、Β2’和Cl’沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱處理，而試樣B2’和C2’在1125°C下保持0.5h，并且試樣B3’和C3’在1190°C下保持2h)。
[0056] 特別是，本發(fā)明涉及通過(guò)基于粉末的增量制造技術(shù)生產(chǎn)的由Ni / Co / Fe基超合金制成的制品/部件的熱處理，所述基于粉末的增量制造技術(shù)例如選擇性激光熔化SLM或激光金屬成型LMF。例如，與相同合金的常規(guī)鑄造材料或鍛造產(chǎn)品(圖2中試樣A1-A3和圖3中Al’)相比，這些制品具有不同的微觀結(jié)構(gòu)。
[0057]這主要由于在這些工藝中基于粉末的制品生產(chǎn)和能束材料相互作用的固有高冷卻速率。因此，對(duì)于化學(xué)組成而言，材料是非常均勻的并且基本上沒(méi)有析出。此外，材料在“剛堆積”狀態(tài)下具有非常細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)(例如沉淀物和顆粒尺寸)，比常規(guī)鑄造或鍛造超合金要細(xì)得多。
[0058]之前已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的，由基于粉末的增量制造技術(shù)生產(chǎn)的Ni / Co / Fe基超合金通常沒(méi)有殘余的共晶內(nèi)容物，并且與相同組成的常規(guī)鑄造部件相比，可在更高溫度下實(shí)現(xiàn)熱處理。這使微觀結(jié)構(gòu)在很大的范圍內(nèi)調(diào)整，包括顆粒尺寸和沉淀最優(yōu)化，導(dǎo)致材料性能的提高。
[0059]本發(fā)明公開(kāi)特別涉及對(duì)由基于粉末的增量制造技術(shù)生產(chǎn)的Ni / Co / Fe基超合金的調(diào)整的熱處理，以降低這種技術(shù)的固有各向異性。
[0060]本發(fā)明公開(kāi)基于這樣一個(gè)發(fā)現(xiàn):各向異性材料行為可通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚斫档汀?br> [0061]這些特定的小顆粒各向異性微觀結(jié)構(gòu)主要由基于粉末和逐層制品生產(chǎn)以及在能束材料相互作用下發(fā)生的特有的高熱梯度所導(dǎo)致。此外，高熱梯度導(dǎo)致殘余應(yīng)力，這可有助于熱處理期間的重結(jié)晶和/或顆粒粗化。
[0062]因此，本發(fā)明公開(kāi)包括三維制品特別是由Ni / Co / Fe基超級(jí)合金制成的三維制品的制造，做法是通過(guò)基于粉末的增量制造技術(shù)，接著進(jìn)行經(jīng)專門調(diào)整的熱處理來(lái)導(dǎo)致材料行為的各向異性的降低。
[0063]所述基于粉末的增量制造技術(shù)特別是選擇性激光熔化(SLM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)或電子束熔化(EBM)、激光金屬成型(LMF)、激光工程化近凈成型(LENS)或直接金屬沉積(DMD)工藝或類似的工藝。
[0064]所述基于粉末的增量制造技術(shù)可以用于堆積制品，例如燃?xì)廨啓C(jī)的葉片或動(dòng)葉，整個(gè)或部分，例如葉冠堆積。
[0065]當(dāng)選擇性激光熔化SLM、選擇性激光燒結(jié)SLS或電子束熔化EBM用作增量制造技術(shù)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的制造三維制品的方法包括以下步驟:
[0066]a)生成三維模型，通過(guò)切片法計(jì)算截面，隨后將其傳送到機(jī)器控制單元(圖5中的15)；
[0067]b)制備處理所需要的所述Ni / Co / Fe基合金的粉末；
[0068]c)在基材板或先前處理過(guò)的粉末層上制備具有規(guī)則和均勻厚度的粉末層12 ；
[0069]d)根據(jù)存儲(chǔ)在控制單元中的三維模型通過(guò)用能束(例如激光束14)掃描對(duì)應(yīng)于所述制品截面的區(qū)域來(lái)進(jìn)行熔化；
[0070]e)使先前形成的截面的上表面降低一層的厚度d(參見(jiàn)圖5中的豎直箭頭)；[0071]f)重復(fù)所述步驟c)到e)直至達(dá)到根據(jù)三維模型的最終截面；和
[0072]g)熱處理所述三維制品11。
[0073]優(yōu)選地，使用于本方法的粉末的顆粒尺寸分布與層厚度d相適應(yīng)以產(chǎn)生較好的流動(dòng)性，這對(duì)于制備具有規(guī)則和均勻厚度d的粉末層是必需的。
[0074]優(yōu)選地，用于本方法的粉末的粉末顆粒具有球形形狀。粉末的精確顆粒尺寸分布可通過(guò)篩分和/或風(fēng)選(空氣分離)獲得。此外，粉末可以通過(guò)氣體或水霧化、等離子旋轉(zhuǎn)電極工藝、機(jī)械研磨和類似的粉末冶金工藝獲得。
[0075]當(dāng)使用像激光金屬成型LMF、激光工程化近凈成型LENS或直接金屬沉積DMD的特定增量制造工藝時(shí)，可使用線材形式的材料而不是粉末。
[0076]在其他情況中，可使用懸浮液而不是粉末。
[0077]當(dāng)所述高溫材料是Ni基合金時(shí)，可使用多種市售合金，像"Waspaloy?、Hastelloy?X、腿17?、In718?、ΙΝ625?、Mar-M247?、IN100?、In738?、IN792?、Mar-M200?>B 1900?^REN 80?、Alloy713?、Haynes230?、Haynes282?、或其他衍生物。
[0078]當(dāng)所述高溫材料是Co基合金時(shí)，可使用多種市售合金，像FSX414?、X40?、X-45?、MAR-M509? 或 MAR-M302?。
[0079]當(dāng)所述高溫材料是Fe基合金時(shí)，可使用多種市售合金，像A286?、Alloy800H?、 N155?、S590?、Alloy802?、Incoloy MA 956?、Incoloy MA 957?或PM2000?。
[0080]特別是，這些合金可包含細(xì)分散的氧化物，例如Y203、A103、ThO2, HfO2, Zr02。
[0081]根據(jù)本發(fā)明的熱處理有利地降低了材料行為的各向異性，特別是楊氏模量E(參見(jiàn)圖2和3)。對(duì)于由Hastelloy?X制成的試樣，對(duì)于在z方向上延伸的試樣(圖2中B1、B2、B3)從BI(沒(méi)有熱處理HT)到B2(1125°C下0.5h)到B3 (1190°C下2h)，室溫下的楊氏模量E (圖2)增加。對(duì)在xy平面內(nèi)延伸的試樣(圖2中C1、C2、C3)，從Cl (沒(méi)有熱處理HT)到C2(1125°C下0.5h)到C3(1190°C下2h)，有相似的增加。對(duì)于三個(gè)程序(沒(méi)有HT、1125°C下0.5h、1190°C下2h)中的每一個(gè)，z向試樣的楊氏模量E最低，xy平面試樣稍高,參照試樣(A1-A3)最高。然而，對(duì)于在190°C下2h的最強(qiáng)熱處理(圖2中A3、B3、C3)，各個(gè)試樣之間E的不同最小。對(duì)于在750°C下楊氏模量的等同值也是一樣，如圖3中所示。
[0082]根據(jù)本發(fā)明的熱處理通過(guò)獨(dú)立設(shè)備完成。熱處理通過(guò)最優(yōu)化制品的微觀結(jié)構(gòu)提高特定材料性能。圖4示出了由Hastelloy?X制成的經(jīng)過(guò)和未經(jīng)過(guò)熱處理的三個(gè)不同的z向試樣B4、B5和B6在拉伸測(cè)試之后在兩個(gè)不同放大率(100 μ m和50 μ m)下的微觀結(jié)構(gòu)的照片，其中試樣B4未經(jīng)過(guò)熱處理，在750°C進(jìn)行拉伸測(cè)試；試樣B5在1125°C下經(jīng)過(guò)0.5h的熱處理，在室溫下進(jìn)行拉伸測(cè)試；試樣B6在1190°C下經(jīng)過(guò)2h熱處理，在室溫下進(jìn)行拉伸測(cè)試。
[0083]在某些情況中，整個(gè)制品可經(jīng)受所述熱處理。在其他情況中，僅其一部分經(jīng)受所述熱處理。
[0084]所述熱處理可為單次處理。然而，它也可以是不同的各個(gè)熱處理的組合。
[0085]此外，所述熱處理可由多個(gè)步驟組成，每個(gè)步驟代表加熱速率、保溫溫度、保溫時(shí)間和冷卻速率的特定組合。在這種情況下，在每個(gè)熱處理步驟之前和/或之后，三維制品可經(jīng)受不同的處理步驟，例如但不限制于，機(jī)械加工、焊接或釬焊，特別是為了使用特定微觀結(jié)構(gòu)的特定優(yōu)點(diǎn)，例如，對(duì)焊接有利的小顆粒。
[0086]優(yōu)選地，至少一個(gè)所述熱處理步驟應(yīng)當(dāng)在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以在所述微觀結(jié)構(gòu)中部分或完全溶解各組分，例如金屬間化合物相、碳化物或氮化物。此外，顯然至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保溫足夠長(zhǎng)的時(shí)間以重結(jié)晶和/或粗化顆粒。
[0087]從圖2和3(將A3、B3與C3相比，或?qū)l’、B3’與C3’相比)可以看出，通過(guò)所述熱處理引發(fā)的所述重結(jié)晶和/或顆粒粗化導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)可媲美鍛造或常規(guī)鑄造的產(chǎn)品。
[0088]此外，至少一個(gè)所述熱處理步驟可在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以沉淀金屬碳化物、金屬氮化物或金屬碳氮化物，例如但不限制于，M(C, N)、M6C> M7C3或
M23C6。
[0089]此外，至少一個(gè)所述熱處理步驟可在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以沉淀金屬間化合物相，例如但不限制于，公知是Y相的Ni3(Al，Ti)、或公知是Y”相的Ni3(Nb, Al, Ti)或 δ 相的 Ni3Nb。
[0090]此外，至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以沉淀金屬硼化物，例如但不限制于M3B2,以提高晶界強(qiáng)度。
[0091]此外，至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以改變前面提及的所述沉淀的體積分?jǐn)?shù)、尺寸、形狀和分布。
[0092]最后，至少一個(gè)所述熱處理步驟可另外在等靜壓條件下進(jìn)行，公知的是熱等靜壓HIP,以進(jìn)一步改善微觀結(jié)構(gòu)。
[0093]總結(jié)
[0094]機(jī)械測(cè)試和微觀結(jié)構(gòu)評(píng)定已經(jīng)表明，通過(guò)SLM工藝或通過(guò)其他增量制造工藝堆積的試樣具有強(qiáng)各向異性行為。通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，各向異性材料行為，例如楊氏模量，可顯著降低，導(dǎo)致更各向同性的材料性能。
[0095]附圖標(biāo)記列表
[0096]10 SLM 配置
[0097]11 制品(3D)
[0098]12粉末層
[0099]13激光裝置
[0100]14激光束
[0101]15控制單元
[0102]16a z 試樣
[0103]16b xy 試樣
[0104]A1-3, Ar 參照板
[0105]Β1-3，Β1，-3’ ζ 試樣
[0106]Cl-3，Cl，-3’ xy 試樣
[0107]d層厚(粉末層)
【權(quán)利要求】
1.用于制造三維制品(11)的方法，包括以下步驟 a)通過(guò)增量制造工藝由金屬基體材料(12)連續(xù)堆積所述制品(11)，從而產(chǎn)生其性能具有實(shí)質(zhì)上各向異性的制品；和 b)在足夠高的溫度下熱處理所述制造的制品(11)以通過(guò)重結(jié)晶和/或顆粒粗化顯著降低所述各向異性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述增量制造工藝是激光金屬成型(LMF)、激光工程化近凈成型(LENS)或直接金屬沉積(DMD)中的一種，并且使用線材形式的金屬基體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述增量制造工藝是選擇性激光熔化(SLM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)或電子束熔化(EBM)中的一種，并且使用粉末形式的金屬基體材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: a)生成所述制品的三維模型，然后通過(guò)切片法計(jì)算截面； b)隨后將所述計(jì)算的截面?zhèn)魉偷綑C(jī)器控制單元(15)； c)提供處理所需要的所述基體材料的粉末； d)在基材板或先前處理過(guò)的粉末層上制備具有規(guī)則和均勻厚度的粉末層(12)； e)根據(jù)存儲(chǔ)在控制單元(15)中的三維模型通過(guò)用能束(14)掃描對(duì)應(yīng)于所述制品截面的區(qū)域來(lái)進(jìn)行熔化； f)將先前形成的截面的上表面降低一層的厚度(d)； g)重復(fù)所述步驟c)到f)直至達(dá)到根據(jù)三維模型的最終截面；和 h)熱處理所述三維制品(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于使所述粉末的顆粒尺寸分布與所述粉末層(12)的層厚度(d)相適應(yīng)以產(chǎn)生較好的流動(dòng)性，這對(duì)于制備具有規(guī)則和均勻厚度(d)的粉末層(12)是必需的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述粉末顆粒具有球形形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于粉末的精確顆粒尺寸分布通過(guò)篩分和/或風(fēng)選(空氣分離)獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于所述粉末通過(guò)粉末冶金工藝提供，特別是氣體或水霧化、等離子旋轉(zhuǎn)電極工藝或機(jī)械研磨中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述增量制造工藝使用懸浮液而不是粉末。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述金屬基體材料是高溫Ni基合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述金屬基體材料是高溫Co基合金。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述金屬基體材料是高溫Fe基合金。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述合金包含細(xì)分散的氧化物，特別是 Y2O3> AlO3' Th02、HfO2, ZrO2 中的一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述熱處理用于降低楊氏模量的各向異性。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述熱處理是不同的各個(gè)熱處理的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述熱處理由多個(gè)步驟組成，每個(gè)步驟代表加熱速率、保溫溫度、保溫時(shí)間和冷卻速率的特定組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以在所述制造的制品(11)的微觀結(jié)構(gòu)中部分或完全溶解各組分，特別是金屬間化合物相、碳化物或氮化物。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的方法，其特征在于至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以沉淀金屬碳化物、金屬氮化物或金屬碳氮化物，特別是M (C，N)、M6C、M7C3 或 M23C6 中的一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18中任一項(xiàng)的方法，其特征在于至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以沉淀金屬間化合物相，特別是Ni3(Al，Ti)、或Ni3(Nb，Al，Ti)或 Ni3Nb 中的一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求16-19中任一項(xiàng)的方法，其特征在于至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以沉淀金屬硼化物，特別是M3B2，以提高晶界強(qiáng)度。
21.根據(jù)權(quán)利要求18-20中任一項(xiàng)的方法，其特征在于至少一個(gè)所述熱處理步驟在足夠高的溫度下進(jìn)行并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以改變所述沉淀的體積分?jǐn)?shù)、尺寸、形狀和分布。
22.根據(jù)權(quán)利要求16-21中任一項(xiàng)的方法，其特征在于至少一個(gè)所述熱處理步驟可另外在熱等靜壓(HIP)條件下進(jìn)行以進(jìn)一步改善微觀結(jié)構(gòu)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一項(xiàng)的方法，其特征在于僅一部分所述制造的制品(11)經(jīng)受所述熱處理。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-23中任一項(xiàng)的方法，其特征在于分別在所述熱處理、各個(gè)熱處理或熱處理步驟之前和/或之后，所述制造的制品(11)經(jīng)受另外的處理步驟，特別是機(jī)械加工、焊接或釬焊中的一種。
【文檔編號(hào)】B22F3/105GK103624257SQ201310469479
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月21日
【發(fā)明者】T·埃特, J·舒爾布, L·E·里肯巴徹爾, A·庫(kù)恩滋勒 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司