用于制造组件的方法技术

本发明专利技术涉及一种由耐火金属或耐火金属含量>50at％的耐火金属合金制造组件的方法，该方法包含提供由粒子形成的粉末及在激光束或电子束作用下固化该粉末的步骤，该粉末的粒度d50如激光光学测量>10μm且平均表面积如通过BET方法测量>0.08m2/g。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由耐火金属或耐火金属含量>50at％的耐火金属合金制造组件的方法，该方法包含提供由粒子形成的粉末及在激光束或电子束作用下固化该粉末的步骤。
技术介绍
基于数字3D构造数据，通过分层施用粉末及固化粉末来构建组件的方法称为添加制造法。同义使用的术语的实例为生产制造、3D印刷或数字光子制造。添加制造法具有以下优势：˙对于组件设计的高度自由度；˙无需工具；及˙高资源效率。除实现具有功能性设计的组件之外，也存在开发新颖材料的极大潜能，诸如具有功能上分级式构造的材料、混合复合材料、具有优化微观结构的材料或仿生学材料。出于此目的，例如通过选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔融(SLM)、激光金属沉积(LMD)、电子束熔融(EBM)或粉末床以及喷墨头3D印刷，以金属粉末为起始物质具有适合性。在选择性激光烧结/熔融的情况下，施用厚度典型地在20μm至100μm范围内的粉末层。如今，激光功率典型地为200W至1000W；未来也将可获得具有更高功率的激光。随后，激光束以高达7m/s的速率，例如在惰性气体例如氩气或氮气的氛围下扫描粉末层。在能量作用下，粉末层经固化。典型地，此也伴随有压实。激光束的焦点直径典型地在20μm至200μm范围内，在某些情况下高达1000μm。构建速率典型地在5cm3/h至15cm3/h范围内。该方法使得组件能够具有典型地在20μm至100μm范围内的表面质量Rz及典型地在50μm至100μm范围内的精确度。为了增加构建速率，有可能构建具有小焦点直径(例如约200μm)的边缘区域以达成良好表面质量及精确度。在核心区域中，粉末层经固化/压实具有例如1000μm的较大焦点直径，以获得高构建速率。在LMD的情况下，不与SLS/SLM一样分层施用粉末，而实际上将粉末直接引入激光束区域中。此制造的融合珠粒典型地具有0.3mm至3mm的宽度。在电子束熔融的情况下，施用厚度典型地在约50μm至100μm范围内的粉末层。当前可获得的电子束熔融单元的典型功率为3kW至4kW。由于粉末层曝露至电子束时出现的带电现象，通过电子束熔融，必需在粉末粒子自身之间和/或粉末粒子与预先施用且已经固化的粉末层之间的第一通道中制造导电连接件，否则，在第一粉末层的情况下，制造粉末粒子与底板之间的导电连接件。此可例如借助于散焦电子束来进行，该散焦电子束借助于固相烧结操作而使粉末粒子彼此连接。由于电子束熔融的高达8000m/s的极高扫描速率以及相对厚粉末层的可能性，构建速率也比选择性激光烧结或熔融的情况下的构建速率高得多。在Ti6Al4V的情况下，举例而言，构建速率为55cm3/h至80cm3/h。电子束的焦点直径可典型在0.1mm至1mm范围内变化，且又具有小焦点直径，有可能改良精确度及粗糙度，其分别典型地为130μm至200μm且Rz>100μm。为了实现基于粉末的添加制造法的广泛应用，除改良表面粗糙度及精确度之外，仍必须解决以下技术挑战：进一步增加构建速率减小可行的壁厚度(当前限于约100μm)增加操作恒定性拓宽材料的托盘(palette)增加组件尺寸(目前限值630×500×400mm3)减少内部应力/变形。该挑战/特性受固化/压实方法高度影响。该方法又将物理粉末特性校准至较高程度。固化/压实工序可通过固相烧结、液相烧结或熔融/固化进行。在固相烧结的情况下，固化/压实典型地在0.7×至仅低于固相线温度范围内的温度下进行。在此，驱动力为表面能中的减小，同时最重要的运输机制为扩散。扩散又可通过表面(表面扩散)、经由晶界(晶界扩散)或经由粒子体积(体积或晶格扩散)进行。在两个粒子之间的接触点区域中，内切半径较小，而在粒子表面区域中，半径相对较大。倘若空位密度视半径而定且随半径减小而增加，则存在自两个粒子之间的接触面积的区域至具有较大半径的区域的空位扩散，否则同义地，存在自具有较大半径的区域至粒子之间的接触面积的原子扩散。在接触面积区域中，所谓的烧结颈形成于粒子之间。在液相烧结的情况下，也出现(至少暂时)液相以及固相。在借助于熔融法固化/压实的情况下，伴随固化的收缩为均匀为必需的。另外，若粉末床经均匀加热，则其为有利的，这又需要粉末层中充分高的热导性。此外，对于压实，有效形成的液相润湿仍存在的固体粒子为必需的。这一方面受毛细管力(其又视粉末床的密度而定)影响，并且另一方面受表面化学作用影响。待避免的其他现象为马兰哥尼对流(Marangoniconvection)及球状化或蒸发情况。目前，耐火金属尚未以工业规模经由添加制造法固化/压实。在本专利技术的情形中，耐火金属涵盖金属铌、钽、铬、钼、钨及铼。添加制造法尚未针对该材料广泛建立的原因之一为适用于该制造法的粉末的有限可用性。通过目前使用的粉末，所得材料特性及操作特性对于该制造方法的广泛应用具有不充分质量。尤其需要粉末具有极佳填充特性，因此确保每一粉末层中均匀且充分高的密度。粉末层的低密度或不均匀密度导致不均匀收缩和/或形成相对较大孔或孔群。若粒子之间的距离较小且若烧结活性较高，则固化/压实仅可经由固相烧结过程在给定较短能量曝露时间下达成。举例而言，当粉末经由电子束熔融操作经压实时，经由固相烧结的充分固化/压实为必需的，因为在如已提及的这种情况下，在第一通道(预加热)中，粉末层中的粒子必须在一定程度上彼此接合，以便使借助于电子束引入的电荷载流子在第二通道(熔融操作)中借助于预先构建的层和/或借助于底板转向。若粒子在第一通道中未彼此接合至充分高程度，则结果为带电影响，及随后粉末粒子的排斥及所施用粉末层的毁坏。所施用粉末层的均匀及高密度在选择性激光烧结及熔融的情形下也是有利的。特定言之，在激光烧结的情况下，固相中的高烧结活性具有有益结果。在激光熔融及通过液相的激光烧结的情况下，若所得熔融物具有较低表面张力，则其为有利的。若可在固相中达成充分高固化/压实或若关于待达成的密度的要求较低，则SLS优选历经SLM，因为其允许在组件中达成更好表面质量和/或较高精确度。因此，例如有可能减少或完全消除下游加工操作。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标为提供一种允许由耐火金属制造具有以下特性中的至少一个的组件的方法：高表面质量高精确度低壁厚度高密度，或低误差密度，例如孔/孔群高静态及动态强度高延展性细粒结构低固有应力。此外，该方法还准许高构建速率。此目标通过独立权利要求达成。特定具体实例展示于从属权利要求中。本专利技术方法允许由耐火金属或耐火金属含量>50at％的耐火金属合金制造组件。如已提及，术语耐火金属涵盖基于铌、钽、铬、钼、钨及铼的金属。本专利技术的耐火金属合金的耐火金属含量>50at％，优选>70at％或>80at％。特别优选地，耐火金属含量>90at％、>95at％或99at％。根据本专利技术，随后使用由粒子形成且粒度d50如激光光学测量>10μm的粉末。此d50数字借助于激光绕射测定法测量。测量结果报导为分布曲线。d50表示平均粒度。d50意谓50vol％粒子小于所报导的数字。此外，粉末的平均表面积如通过BET方法测量>0.08m2/g。BET测量根据标准(ISO9277:1995，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由耐火金属或耐火金属含量>50at％的耐火金属合金制造组件的方法，所述方法包含提供由粒子形成的粉末以及在激光束或电子束作用下固化所述粉末的步骤，其特征在于，所述粉末的激光光学测量的粒度d50>10μm并且通过BET方法测量的平均表面积>0.08m2/g。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.09 AT GM277/20141.一种由耐火金属或耐火金属含量>50at％的耐火金属合金制造组件的方法，所述方法包含提供由粒子形成的粉末以及在激光束或电子束作用下固化所述粉末的步骤，其特征在于，所述粉末的激光光学测量的粒度d50>10μm并且通过BET方法测量的平均表面积>0.08m2/g。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒子的表面至少部分具有孔。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粒子至少部分具有球形形状。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粉末具有双峰或多峰粒度分布。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粉末包含呈由初级粒子形成的聚结物形式和/或聚集物形式的粉末粒子。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粉末包含0.005at％至5at％的至少一种来自由Ni、Co、Fe及Pd组成的组的元素。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粉末至少部分地以复合粉末的形式存在。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粉末至少部分以涂布粉末的形式存在。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述粒子在靠近表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：海因里希·凯斯特勒，格哈德·莱希特弗雷德，迈克尔·奥沙利文，伯恩哈德·塔贝尼，
申请(专利权)人：攀时奥地利公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT