CN110241373A - 金属成形品的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属成形品的制造方法，其能够抑制因金属部件的热处理而产生的熔液从金属部件中渗出。金属成形品的制造方法包括：对金属部件涂布陶瓷涂层的步骤、以及将涂布有陶瓷涂层的金属部件进行热处理的步骤。

Description

金属成形品的制造方法
技术领域
本申请涉及金属成形品的制造方法。
背景技术
为了使金属成形品的特性发生变化，有时对金属成形品进行热处理。例如，专利文献1涉及通过三维层叠造形(金属层叠造形)而成形的金属成形品，以降低水平方向与上下方向的各向异性特性作为目的，公开了在金属材料的重结晶化温度以上的温度对金属成形品进行热处理的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5901585号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，为了使金属成形品的特性发生变化，会有对金属成形品实施基于金属成形品的组成的固相线温度附近的温度或该温度以上的高温的热处理的情况。对金属成形品实施这种热处理的情况下，会有熔点低的晶界局部熔融的情况。如图4所示，若熔点低的晶界发生局部熔融，则存在熔液102从金属部件100的表面101渗出，由此在金属部件100的内部产生缺陷103的问题点。
鉴于上述情况，本申请的至少1个实施方式的目的在于，提供能够抑制因金属部件的热处理而产生的熔液从金属部件渗出的金属成形品的制造方法。
用于解决问题的方案
(1)本发明的至少1个实施方式所述的金属成形品的制造方法包括：
准备的步骤，准备金属部件；
涂布的步骤，对上述金属部件涂布陶瓷涂层；以及
热处理的步骤，将涂布有上述陶瓷涂层的金属部件进行热处理，
将上述金属部件的组成的固相线温度记作Ts[℃]时，上述热处理的步骤的温度T1[℃]为(Ts-70)≤T1≤Ts+30。
根据上述(1)的制造方法，通过对金属部件涂布在热处理时的温度难以熔融或剥落的陶瓷涂层，并对金属部件进行热处理，从而即使在金属部件内产生熔液，也能够利用陶瓷涂层来抑制熔液从金属部件渗出。
(2)在若干个实施方式中，在上述(1)的制造方法中，
将上述金属部件的组成的固相线温度记作Ts[℃]时，上述热处理的步骤的温度T1[℃]为(Ts-30)≤T1≤Ts+20。
若在金属部件的组成的熔点附近对金属部件进行热处理，则在金属部件内容易产生熔液。根据上述(2)的制造方法，能够利用陶瓷涂层来抑制熔液从金属部件渗出。
(3)在若干个实施方式中，在上述(1)或(2)的制造方法中，
上述金属部件为Ni基耐热合金、Co基耐热合金或Fe基耐热合金中的任意者。
根据上述(3)的构成，能够利用陶瓷涂层来抑制熔液从金属部件渗出。
(4)在若干个实施方式中，在上述(1)～(3)中任一者的制造方法中，
上述涂布的步骤中，通过喷涂(溶射)而对上述金属部件涂布上述陶瓷涂层。
根据上述(4)的制造方法，通过喷涂而对金属部件涂布陶瓷涂层，因此，与使用其它方法的情况相比，能够加快成膜，能够抑制由热的影响导致的金属部件的变形、应变。
(5)在若干个实施方式中，在上述(4)的制造方法中，
用于上述喷涂的喷涂材料为氧化钇稳定化氧化锆。
根据上述(5)的制造方法，氧化钇稳定化氧化锆的线膨胀系数大，因此与金属部件的线膨胀系数差异变小，因此，热处理时的金属部件的变形量与陶瓷涂层的变形量的差异变小。其结果，能够抑制所涂布的陶瓷涂层的剥落。
(6)在若干个实施方式中，在上述(4)或(5)的制造方法中，
上述陶瓷涂层为致密纵裂纹膜。
致密纵裂纹膜能够吸收由金属部件伸缩时的线膨胀系数差异引起的热变形，因此，根据上述(6)的制造方法，能够抑制所涂布的陶瓷涂层的剥落。
(7)在若干个实施方式中，在上述(4)～(6)中任一者的制造方法中，
上述陶瓷涂层包含2个以上的层。
涂布陶瓷涂层时，若呈现在陶瓷粒子彼此的边界存在晶界的状态，则陶瓷涂层抑制熔液渗出的效果降低。但是，根据上述(7)的制造方法，通过将陶瓷涂层多层涂布(反复涂布)至2层以上，即使第一层呈现上述那样的状态，也能够利用在第一层上涂布的陶瓷涂层来抑制熔液的渗出。
(8)在若干个实施方式中，在上述(7)的制造方法中，
上述陶瓷涂层包含作为致密纵裂纹膜的第一层和作为致密无纵裂纹膜的第二层。
根据上述(8)的构成，能够得到上述(6)和(7)这两者的作用效果。
(9)在若干个实施方式中，在上述(4)～(8)中任一者的制造方法中，
上述陶瓷涂层具有150μm～1000μm的厚度。
根据上述(9)的制造方法，能够缓和陶瓷涂层内的应力。
(10)在若干个实施方式中，在上述(1)～(3)中任一者的制造方法中，
上述涂布的步骤中，通过浆料涂布而对上述金属部件涂布上述陶瓷涂层。
根据上述(10)的制造方法，通过利用浆料涂布而对金属部件涂布陶瓷涂层，从而对于具有内部结构那样的金属部件的复杂表面也能够涂布陶瓷涂层。此外，浆料涂布中不需要对于喷涂而言必需的喷砂作业，因此能够提高作业性。
(11)在若干个实施方式中，在上述(10)的制造方法中，
上述浆料涂布通过利用高压喷射吹送浆料来进行，
在上述浆料涂布之前对上述金属部件进行喷砂，在上述浆料涂布之后进行干燥。
与喷涂法相比，浆料涂布的密合性差，因此还存在热处理工艺中的工作管理严苛之类的若干个缺点。但是，根据上述(11)的制造方法，能够提高密合性。
(12)在若干个实施方式中，在上述(1)～(11)中任一者的制造方法中，
上述准备的步骤包括：通过三维层叠造形而对上述金属部件进行造形。
通过三维层叠造形而造形的金属部件与通过铸造、锻造而形成的金属部件相比强度低的情况下，需要在熔点附近的温度进行热处理来提高强度，但容易发生熔液从金属部件的渗出，因此，通过如上述(12)的制造方法那样地在热处理前对经三维层叠造形的金属部件涂布陶瓷涂层，能够抑制熔液从金属部件渗出。
发明效果
根据本申请的至少1个实施方式，通过对金属部件涂布在热处理时的温度难以熔融或剥落的陶瓷涂层，并对金属部件进行热处理，从而即使在金属部件内产生熔液，也能够利用陶瓷涂层来抑制熔液从金属部件渗出。
附图说明
图1是表示本申请的实施方式1所述的金属成形品的制造方法的流程图。
图2是表示温度(℃)与液相比例(mol％)的关系的图。
图3是表示在本申请的实施方式1所述的金属成形品的制造方法中对金属部件进行热处理的状态的示意图。
图4是示意性地表示熔液从金属部件的表面渗出的情况的图。
附图标记说明
10 金属部件
10a (金属部件的)表面
20 承烧装置(setter)
20a (承烧装置的)表面
21 陶瓷涂层
具体实施方式
以下，参照附图针对本发明的若干个实施方式进行说明。但是，本发明的范围不限定于以下的实施方式。以下的实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不是指本发明的范围仅限定于此，其只不过是单纯的说明例。
(实施方式1)
基于图1的流程图，说明本申请的实施方式1所述的金属成形品的制造方法。
首先，在步骤S1中，准备金属部件(准备步骤)。该准备步骤例如包括：利用铸造、锻造和三维层叠造形等来制造金属部件；从进行本制造方法的场所之外的场所获取金属部件等。需要说明的是，金属部件利用例如Ni基耐热合金、Co基耐热合金、Fe基耐热合金或其它的金属进行制造。
接着，在步骤S2中，对金属部件的表面涂布陶瓷涂层(涂布步骤)。陶瓷涂层可利用喷涂法、例如大气等离子体喷涂法对金属部件的表面涂布。与其它方法相比，喷涂法能够加快成膜，能够抑制由热的影响导致的金属部件的变形、应变。在紧接着步骤S2的步骤S3中，在金属部件的组成的熔点附近对金属部件进行热处理(热处理步骤)。涂布于金属部件表面的陶瓷涂层由于在热处理时暴露于高温，因此，优选具有(a)从必须能够在高温环境下使用的观点出发的若干个特性、以及(b)从用于抑制热处理时产生的熔液从金属部件渗出的致密性的观点出发的若干个特性。
关于上述(a)的特性，若陶瓷涂层和金属部件的组成各自的线膨胀系数存在明显差异，则存在由热处理时的热导致的两者的变形量差异变大，陶瓷涂层从金属部件剥落的担心。因而，为了减小两者的线膨胀系数差异，优选使用线膨胀系数大的喷涂材料在步骤S2中涂布陶瓷涂层。两者的线膨胀系数的差异越小，则热处理时的金属部件的变形量与陶瓷涂层的变形量的差异变得越小，因此能够在热处理时抑制陶瓷涂层的剥落。作为这样的喷涂材料，可以使用例如氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)。
此外，陶瓷涂层优选为致密纵裂纹(Dense Vertical Crack：DVC)膜。若陶瓷涂层为DVC膜，则陶瓷涂层能够吸收由金属部件伸缩时的线膨胀系数差异引起的热变形，因此，能够抑制所涂布的陶瓷涂层的剥落。
进而，陶瓷涂层的厚度优选为5～1000μm的范围。通过将陶瓷涂层的厚度设为该范围内，能够缓和陶瓷涂层内的应力。关于厚度的下限，由于造形物的表面粗糙度Ra为5μm以上，因此优选为5μm以上的厚度。另一方面，关于厚度的上限，若利用喷涂成膜、浆料涂布而能够调整的膜厚变大，则由喷涂成膜时的残留应力、线膨胀系数的差异导致的热应力的影响变大，陶瓷涂层的耐剥离性降低。因此，厚度优选在满足耐渗出性和耐剥离性这两种特性的范围内进行管理。厚度为1000μm为止时，耐剥离性的降低在允许范围内，但若考虑到成膜成本，则期望厚度为150μm以下。
关于上述(b)的特性，喷涂粒子的粒径需要为金属部件的组成的晶界的尺寸以上，这种粒径的范围为10～125μm。此外，陶瓷涂层的气孔率优选为3％以下。为了实现3％以下的气孔率，例如，从相对于金属部件的表面为70mm以下的距离喷涂完全熔融的喷涂粒子而对金属部件涂布陶瓷涂层即可。
若喷涂粒子的粒径为晶界的尺寸以上，则基本上陶瓷涂层能够抑制熔液的渗出。但是，在涂布陶瓷涂层时，若呈现粒子彼此的边界存在晶界的状态，则利用陶瓷涂层来抑制熔液渗出的效果降低。与此相对，通过将陶瓷涂层设为2层以上的多层涂布(反复涂布)，从而即使第一层呈现上述那样的状态，通过在第一层上进一步涂布陶瓷涂层，也能够维持利用陶瓷涂层来抑制熔液渗出的效果。需要说明的是，针对除了第一层之外的至少1个层的材料、厚度、气孔率等，可以与第一层相同，也可以不同。例如，可以将第一层制成致密纵裂纹膜，并将第二层制成致密无纵裂纹膜。由于膜应力施加在基材与第一层的界面，因此，该部分应用致密纵裂纹膜能够确保耐剥离性。由于第二层的膜应力小，因此，应用致密无纵裂纹膜能够提高耐渗出性。
如上所述在步骤S3中对金属部件进行热处理，若将金属部件的组成的固相线温度记作Ts[℃]，则该热处理的温度T1[℃]为(Ts-70)≤T1≤Ts+30，优选为(Ts-30)≤T1≤Ts+20。在热处理的期间，可以使温度T1在这样的范围内随着时间而变化，也可以是无论时间如何温度T1均固定至恒定值。需要说明的是，固相线是在多成分体系的温度-组成图中表示固体与液体相平衡的区域、与固体稳定存在的区域之间的界限的线，固相线温度Ts是指：如图2所示，固体开始熔化的温度(液相比例从0开始上升的点的温度)。图2是表示温度(℃)与液相比例(mol％)的关系的图。
由于热处理在金属部件的组成的熔点附近进行，因此，熔点低的晶界局部熔融而产生熔液。若熔液从金属部件渗出，则容易在金属部件的内部产生缺陷。该缺陷是从金属部件的表面连结的开口缺陷，因此，在后述的后处理步骤中也无法解决，金属部件的强度降低。但是，在实施方式1的步骤S2中，在金属部件的表面涂布有在热处理时难以熔融或剥落的陶瓷涂层，因此，即使在热处理时产生熔液，也能够抑制熔液从金属部件渗出。其结果，能够降低金属部件所产生的缺陷，减轻强度的降低。
如图1所示，在紧接着步骤S3的步骤S4中，进行金属部件的后续热处理(后续热处理步骤)。作为金属部件的后续热处理，可以进行金属部件的真空热处理，也可以进行一边将金属部件加压一边进行热处理的热等静压(HIP：hot isostatic pressing)处理，还可以进行这两者。
接着，在步骤S5中，基于是否需要去除陶瓷涂层来判断是否进行金属部件的表面加工。在步骤S5中，若判断需要进行表面加工，则在步骤S6中进行包括通过喷砂等来去除陶瓷涂层在内的金属部件的表面加工(表面加工步骤)，由此完成金属成形品。在步骤S5中，若判断不需要进行表面加工，则完成金属成形品而不进行表面加工。需要说明的是，陶瓷不耐受冲击，因此能够利用喷砂等而轻易地去除陶瓷涂层。
像这样，通过对金属部件涂布在热处理时的温度难以熔融或剥落的陶瓷涂层，并将金属部件进行热处理，从而即使在金属部件内产生熔液，也能够利用陶瓷涂层来抑制熔液从金属部件渗出。其结果，能够降低金属部件所产生的缺陷，减轻强度的降低。
(实施方式2)
接着，针对实施方式2所述的金属成形品的制造方法进行说明。实施方式2所述的金属成形品的制造方法与实施方式1相比，变更了陶瓷涂层的涂布方法。需要说明的是，在实施方式2中，省略与实施方式1的构成要件相同的构成要件的详细说明。
本申请的实施方式2所述的金属成形品的制造方法中，在步骤S1之后的步骤S2(参照图1)中，通过浆料涂布而对金属部件涂布陶瓷涂层。其它的步骤与实施方式1相同。因此，以下针对步骤S2中的浆料涂布进行详细说明。
作为浆料涂布的一例，可以将在步骤S1中准备的金属部件浸镀(どぶ漬け)于成为陶瓷涂层原材料的陶瓷粒子的浆料中。由此，能够对金属部件的表面涂布陶瓷涂层。
包括这种浸镀在内的浆料涂布在对具有内部结构那样的金属部件的复杂表面涂布陶瓷涂层时是有效的方法。喷涂法对于喷涂材料的喷射而言具有方向性，因此有时无法在内部结构的内表面进行成膜。然而，浆料涂布中，浆料能够渗入至内部结构的内部，因此，在内部结构的内表面也能够涂布陶瓷涂层。
此外，浆料涂布通常不需要对于喷涂法而言必需的喷砂作业，因此还能够提高作业性。进而，若将喷涂法与例如浸镀相比，则前者需要喷涂成膜装置，作业量庞大，而后者能够利用简单的备品来容易地进行作业。
但是，与喷涂法相比，浆料涂布的密合性差，因此，还存在热处理工艺中的工作管理严苛之类的若干个缺点。为了提高密合性，也可以采取在较高的温度进行涂布后的干燥、在涂布前对金属部件进行喷砂、不利用浸镀而是利用高压喷射来吹送陶瓷粒子的浆料等对策。
作为浆料涂布的涂布剂，可以使用氧化锆系涂布剂(例如ZIRCOAT Y-11、Y-12(大阪锆石工业公司)、二氧化硅系涂布剂(例如SNOWTEX(注册商标)30或SNOWTEX(注册商标)40、SNOWTEX(注册商标)和锆石、SNOWTEX(注册商标)和氧化铝、MP-4540M、ナノユース(注册商标)ZR-40BL(日产化学公司))等。
在步骤S2中通过浆料涂布而对金属部件的表面涂布陶瓷涂层后，与实施方式1同样地进行步骤S3～步骤S5(若有必要则进行步骤S6)，由此完成金属成形品。实施方式2中，与实施方式1同样地，即使在热处理时产生熔液，也能够通过涂布于金属部件表面的陶瓷涂层来抑制熔液从金属部件渗出。其结果，能够降低金属部件所产生的缺陷，减轻强度的降低。
实施方式1和2各自的步骤S3的热处理如图3所示，将金属部件10载置在承烧装置20的表面20a上来进行。如果在表面20a上涂布陶瓷涂层21，则即使在金属部件10的表面之中的与表面20a上的陶瓷涂层21相接的部分10a未涂布陶瓷涂层，也能够利用陶瓷涂层21来抑制熔液从金属部件10渗出。需要说明的是，即使在金属部件10的表面的一部分10a涂布有陶瓷涂层，通过在表面20a上进一步涂布陶瓷涂层21，也能够进一步抑制熔液从金属部件10渗出。
在实施方式1和2各自的步骤S1(准备步骤)中，作为制造金属部件的方法，例示出铸造、锻造和三维层叠造形，但本申请的制造方法在将金属部件进行三维层叠造形时特别有效。一般来说，通过三维层叠造形而造形的金属部件的强度低，需要在熔点附近的温度进行热处理。因此，容易发生熔液从金属部件的渗出，因此，通过涂布金属部件表面的陶瓷涂层，能够抑制熔液的渗出。
在实施方式1和2各自的步骤S2中，陶瓷涂层仅利用喷涂法或仅利用浆料涂布来进行，但也可以将喷涂法和浆料涂布组合来进行。例如，将陶瓷涂层制成两层结构时，可以是第一层通过喷涂法来涂布，且第二层通过浆料涂布来进行。当然也可以相反，将陶瓷涂层制成三层以上的结构时，可以通过喷涂法或浆料涂布中的任意方法来涂布各层。

Claims (13)

1.一种金属成形品的制造方法，其包括：
准备的步骤，准备金属部件；
涂布的步骤，对所述金属部件涂布陶瓷涂层；以及
热处理的步骤，将涂布有所述陶瓷涂层的金属部件进行热处理，
将所述金属部件的组成的固相线温度记作Ts时，所述热处理的步骤的温度T1为(Ts-70)≤T1≤Ts+30，
所述Ts和所述T1的单位为℃。
2.根据权利要求1所述的金属成形品的制造方法，其中，将所述金属部件的组成的固相线温度记作Ts时，所述热处理的步骤的温度T1为(Ts-30)≤T1≤Ts+20，
所述Ts和所述T1的单位为℃。
3.根据权利要求1所述的金属成形品的制造方法，其中，所述金属部件为Ni基耐热合金、Co基耐热合金或Fe基耐热合金中的任意者。
4.根据权利要求1所述的金属成形品的制造方法，其中，所述涂布的步骤中，通过喷涂而对所述金属部件涂布所述陶瓷涂层。
5.根据权利要求4所述的金属成形品的制造方法，其中，用于所述喷涂的喷涂材料为氧化钇稳定化氧化锆。
6.根据权利要求4所述的金属成形品的制造方法，其中，所述陶瓷涂层为致密纵裂纹膜。
7.根据权利要求4所述的金属成形品的制造方法，其中，所述陶瓷涂层包含2个以上的层。
8.根据权利要求7所述的金属成形品的制造方法，其中，所述陶瓷涂层包含作为致密纵裂纹膜的第一层和作为致密无纵裂纹膜的第二层。
9.根据权利要求4所述的金属成形品的制造方法，其中，所述陶瓷涂层具有150μm～1000μm的厚度。
10.根据权利要求1所述的金属成形品的制造方法，其中，所述涂布的步骤中，通过浆料涂布而对所述金属部件涂布所述陶瓷涂层。
11.根据权利要求10所述的金属成形品的制造方法，其中，所述浆料涂布通过利用高压喷射吹送浆料来进行，
在所述浆料涂布之前对所述金属部件进行喷砂，在所述浆料涂布之后进行干燥。
12.根据权利要求1所述的金属成形品的制造方法，其中，所述准备的步骤包括：通过三维层叠造形而对所述金属部件进行造形。
13.一种金属成形品，其利用权利要求1～12中任一项所述的金属成形品的制造方法制造。
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