DE102015113826A1

DE102015113826A1 - Verfahren zur Ausbildung von dispersionsverfestigten Legierungen

Info

Publication number: DE102015113826A1
Application number: DE102015113826.3A
Authority: DE
Inventors: Gerald J. Bruck; Ahmed Kamel
Original assignee: Siemens Energy Inc
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2016-03-03
Also published as: US10293434B2; US20160214209A1

Abstract

Verfahren zur Ausbildung einer dispersionsverfestigten Legierung. Ein Legierungsmaterial (8) wird mit einer Wärmequelle (28) unter Ausbildung einer Schmelze (30) in Gegenwart eines Flussmittels (26) geschmolzen, und Verfestigungsteilchen (36) werden in die Schmelze geleitet, so dass die Teilchen in der Schmelze dispergiert sind. Beim Erstarren wird eine dispersionsverfestigte Legierung als eine Schicht oder eine Schweißnaht, die mit einem zugrunde liegenden Substrat verbunden ist, oder als ein in einem entfernbaren Träger enthaltenes Objekt ausgebildet.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortführung der am 1. August 2013 eingereichten schwebenden US-Patentanmeldung mit der Nr. 13/956,521 (Anwaltsaktenzeichen 2013P08810US), deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Metallkomponentenherstellung und -reparatur und insbesondere die Ausbildung von dispersionsverfestigten Legierungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Oberflächenhärtung ist ein Prozess, bei dem die Oberfläche eines Metallobjekts gehärtet wird, während das darunter liegende Metall relativ weich gelassen wird, und umfasst allgemein die Ausbildung einer dünnen Schicht aus einem härteren Metall an der Oberfläche des Metallobjekts. Dies kann mittels Dispergieren von Verfestigungsteilchen wie Metallcarbiden, Metallnitriden, Metalloxiden oder Hartmetallen in eine metallische Matrix unter Ausbildung einer sogenannten dispersionsverfestigten Legierung, die härter als die Basismatrix ist und verbesserte Verschleißbeständigkeit aufweist, erreicht werden. In einigen Fällen können diese Verfestigungsteilchen in einem gesamten Substrat oder Metallobjekt dispergiert werden, um die Oberflächenhärte und Gesamtfestigkeit zu verbessern.
Ein Beispiel für eine dispersionsverfestigte Legierung ist NS-163^TM, wobei es sich dabei um eine auf Kobalt basierende Legierung handelt, die durch Wärmebehandlung der Basislegierung (Co-28Cr-21Fe-9Ni-1.25Ti-1Nb) unter einer Atmosphäre von Stickstoff unter Ausbildung einer Dispersion von Metallnitridteilchen in der gesamten resultierenden Legierung handelt. Obwohl die resultierende dispersionsverfestigte Legierung hervorragende Zeitstandfestigkeit bei Temperaturen von bis zu 1204°C aufweist, zieht sie auch bestimmte Nachteile in Bezug auf ihre Formung und Bearbeitbarkeit nach. Beispielsweise ist der Wärmebehandlungsverfestigungsprozess auf relativ dünne Substrate, zum Beispiel höchstens ungefähr 2,5 mm, beschränkt. Auch kann nach der Herstellung und der Wärmebehandlung die Legierung nicht durch Formen oder Schweißen effektiv verarbeitet werden, da derartige Erhitzungs-/Schmelzprozesse zu einer Reduzierung oder Eliminierung des ursprünglichen Verfestigungseffekts führt. Es wird angenommen, dass diese Degradierung stattfindet, wenn Wärme vom folgenden Metallbearbeitungsprozess die Nitriddispersion, die sich während des ursprünglichen Wärmebehandlungsprozesses gebildet hat, verringert, verändert oder eliminiert. Somit können die Nitriddispersionen in diesem Teil der zuvor verfestigten Legierung, die der folgenden Metallbearbeitung unterzogen wird, gestört werden – wodurch der betroffene Teil der Legierung schwächer als der Rest der Legierung wird.
1 und 2 veranschaulichen dieses Problem. 1 zeigt einen Schweißprozess des Stands der Technik zur Kante-an-Kante-Verbindung von zwei dispersionsverfestigten Metallsubstraten, wie zum Beispiel NS-163, die eine Dispersion von Verfestigungsteilchen enthalten. In einem typischen, nicht einschränkenden Beispiel werden sich zwei dispersionsverfestigte Metallsubstrate 2a, b derart gegenübergestellt, dass ihre jeweiligen Kanten eine Verbindungsnaht 6 ausbilden (beispielhaft in 1 eine Einfach-V-Furche). Ein ein Legierungsmaterial 10 enthaltendes Füllmittel 8 kann daraufhin in der Furche 6 abgeschieden werden und daraufhin durch Überstreichen der Oberfläche des Füllmittels 8 mit einem Energiestrahl 12 geschmolzen werden, wodurch sich eine Schmelze (zum Beispiel Schweißbad) 14 innerhalb der Furche 6 ausbildet. Beim Kühlen und Erstarren bildet die Schmelze 14 eine Schweißnaht 16, die die zwei Enden der Metallsubstrate 2a, b zusammen verschmelzt.
Wie oben erklärt führt der Prozess nach 1 Schwachstellen in die resultierende Schweißstruktur ein, indem eine Störung der Teilchendispersionen in dem zuvor gehärteten Substratmaterial verursacht wird. 2 zeigt eine Querschnittsansicht der Schweißstruktur nach 1, in der die Schweißnaht 16 einen Bereich 22 mit reduzierten und/oder entmischten Dispersionen 4 enthält. Die Entmischung von Nitriden in der Schmelzzone liegt wahrscheinlich teilweise an Unterschieden in Dichte zwischen Nitridteilchen (z. B. 5,22 g/cm³ für TiN und 8,4 g/cm³ für NbN gegenüber 7,95 g/cm³ für Legierung NS-163). Derartige Nitride weisen eine höhere Schmelztemperatur als die allgemeine Legierung auf (z. B. 2930°C für TiN und 2573°C für NbN gegenüber 1288 bis 1400°C für das Substrat NS-163). Somit können sich nach Erstarren der Nitride einige Nitridteilchen an einer oberen Oberfläche entmischen, und einige können während der Schweißerstarrung in Richtung einer Bodenoberfläche sinken. Ferner weisen Bereiche 20 innerhalb der Wärmeeinflusszone der ursprünglichen Matrix der dispersionsverfestigten Substrate 2a, b außerdem keine Nitriddispersionen auf oder enthalten Nitride mit veränderter Form und Größe. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich an einer Diffusion von Stickstoff bei erhöhter Temperatur, was zur Auflösung und Agglomeration von Nitriden und/oder Veränderungen ihrer Form führt. Als Resultat von Entmischung und Veränderungen von Nitriden in der Schweißnaht 16 und benachbarten Wärmeeinflusszonen bildet sich ein Schwachteil 24 innerhalb und in der Umgebung der Schweißnaht 16.
Kurz gefasst ist Schweißen von dispersionsverfestigten Legierungen wie zum Beispiel NS-163 problematisch, da die Wärme vom Schweißen (zum Beispiel Lichtbogen-, Laser-, Plasmaschweißen usw.) durch Auflösen und Entmischung der Verfestigungsteilchen und/oder durch Veränderung ihrer Größe und Form zu einer Fehlverteilung der Verfestigungsteilchen führen kann. Diese Kombinationseffekte führen zu einer Schweißzone 24 mit minderwertigen Eigenschaften relativ zur ursprünglichen dispersionsverfestigten Legierung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung in Hinblick auf die Zeichnungen erklärt, in denen:
1 eine Darstellung eines Schweißprozesses des Stands der Technik zum Verbinden von zwei dispersionsverfestigten Metallsubstraten ist;
2 eine Querschnittsansicht einer Schweißstruktur, die durch den in 1 gezeigten Prozess erhalten wird, ist;
3 Laserschmelzprozesse zum Erzeugen von dispersionsverfestigten Legierungen aus einem pulverförmigen Füllmittel in Gegenwart eines Flussmittels zeigt und
4 eine Querschnittsansicht einer Schweißstruktur ist, die durch einen Prozess der vorliegenden Offenbarung erhalten wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Vorliegend wurde erkannt, dass ein Bedarf daran besteht, Verfahren zur Ausbildung von dispersionsverfestigten Legierungen zu entdecken, die die oben erwähnten Nachteile vermeiden. Ein optimales Verfahren würde es gestatten, dispersionsverfestigte Legierungen zu verbinden und zu verschweißen, ohne Bereiche mit mechanischer Schwäche, die durch Störung der ursprünglichen Teilchendispersionen verursacht werden, einzuführen. Ein optimales Verfahren würde außerdem kleinmaßstäbige und großmaßstäbige Ausbildungen von dispersionsverfestigten Legierungen mit einer verbesserten Fähigkeit, die Verteilung und Charakteristika der Verfestigungsteilchen, die in den resultierenden Legierungen enthalten sind, sowie die Körnerform und Struktur der Legierungsmatrix zu steuern, gestatten.
Vorliegend offenbart sind Verfahren zum Ausbilden von dispersionsverfestigten Legierungen, in denen Verfestigungsteilchen in ein geschmolzenes Bad von metallischem Material, das mit einer Wärmequelle, gegebenenfalls in Gegenwart eines Flussmittels, erzeugt wird, geleitet oder eingespritzt werden. Die Größe und Verteilung von in der resultierenden dispersionsverfestigten Legierungen enthaltenen Verfestigungsteilchen kann durch Steuern einer Anzahl von Faktoren variiert werden, darunter dem Schmelzpunkt, der Dichte, der Größe und Trajektorie der Verfestigungsteilchen, sowie der Form, Dauer und Intensität der durch die Hitzequelle bereitgestellten Wärme. Verwendung von Flussmitteln kann die Notwendigkeit vermeiden, diese Verfahren unter streng luftfreien Bedingungen durchzuführen, und kann unerwartet dispersionsverfestigte Legierungen mit verbesserten mechanischen Charakteristika bereitstellen, ohne dass eine zusätzliche Wärmebehandlung nötig ist. Die Kornstruktur der resultierenden Legierungen kann außerdem durch gerichtete Erstarrung mit feuerfesten Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten gebildet werden. Derartige Verfahren können auf die Herstellung und Reparatur von dispersionsverfestigten Legierungen in verschiedenen Kontexten angewendet werden, und können außerdem auf die Massenproduktion von dispersionsverfestigten Legierungen, dessen mechanische Eigenschaften präzise gesteuert werden können, angewendet werden.
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren der vorliegenden Offenbarung, das auf verschiedene Ausführungsformen anwendbar ist. In der vorliegenden Darstellung wird ein Füllmittel 8, das Legierungsteilchen 10 enthält, auf eine Oberfläche eines Trägermaterials 2 abgeschieden. Das Trägermaterial 2 kann eine Vielfalt von Materialien sein, darunter eine dispersionsverfestigte Legierung wie zum Beispiel NS-163. Die von dem Trägermaterial 2 bereitgestellte Trageigenschaft kann auf verschiedene Kontexte angewendet werden – wie zum Beispiel die Trageigenschaft, die von der Furche 6 bereitgestellt wird, die durch die Anordnung der in 1 gezeigten Metallsubstrate gebildet wird. Somit kann im Kontext eines Metallverbindungsprozesses das Trägermaterial 2 durch mindestens zwei gegenübergestellte Metallsubstrate bereitgestellt werden, deren benachbarte Kanten die Form einer resultierenden Schweißnaht beeinflussen. In anderen auf die vorliegende Offenbarung anwendbaren Kontexten kann das Trägermaterial 2 durch die Oberfläche eines einzigen Metallsubstrats (wie in einem Vermantelungsprozess) oder durch die Oberfläche einer feuerfesten Oberfläche oder eines feuerfesten Behälters (wie in einem Masselegierungherstellungsprozess) bereitgestellt werden.
Eine Wärmequelle 28 wird daraufhin über die Oberfläche des Füllmittels 8 zu seiner Schmelzung und somit zur Ausbildung einer Schmelze 30, die eine geschmolzene Matrix der Legierung enthält, gestrichen (in 3 als Bewegung von links nach rechts gezeigt). Nichteinschränkende Beispiele für die Wärmequelle 28 beinhalten einen Lichtbogen, ein Plasma, einen Elektronenstrahl und einen Laserstrahl. In der nichteinschränkenden Ausführungsform von 3 ist die Wärmequelle 28 ein Laserstrahl. Wie in 3 gezeigt umfasst die Schmelze 30 einen erwärmenden Teil 34, der sich unter dem Brennpunkt des Laserstrahls 28 befindet, und einen nicht erwärmenden Teil 32, der sich hinter dem Brennpunkt des Laserstrahls 28 befindet. Es versteht sich, dass eine Temperatur der Schmelze 30 in dem erwärmenden Teil 34 allgemein höher ist als eine Temperatur der Schmelze 30 in dem nicht erwärmenden Teil 32.
In der Ausführungsform von 3 wird eine Einspritzdüse 42a dazu verwendet, Verfestigungsteilchen 36a, die in einem Treibgas 40a enthalten sind, in den nicht erwärmenden Teil 32 der Schmelze 30 derart einzuspritzen, dass die Verfestigungsteilchen 36a nicht von dem Laserstrahl 28 berührt werden. Die Verfestigungsteilchen 36a können auch in den erwärmenden Teil 34 der Schmelze 30 oder sowohl in den erwärmenden Teil 34 als auch den nicht erwärmenden Teil 32 geleitet werden – so dass die Verfestigungsteilchen 36b von dem Laserstrahl 28 berührt werden. Der Auslass der Einspritzdüse 42a kann wie in 3 gezeigt innerhalb der Schmelze 30 eingetaucht sein. Bei manchen Ausführungsformen verbessert die Verwendung einer direkten Einspritzung die Gleichförmigkeit der geschmolzenen Dispersion, was zu verbesserten mechanischen und/oder Wärmeeigenschaften in der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung 44 führt.
Einspritzdüsen 42a, die dazu verwendet werden, Teilchen direkt in die Schmelze 30 einzuspritzen, können in Form von Hohldüsen, hergestellt aus feuerfesten Materialien wie Keramiken (z. B. ZrO₂), Carbiden (z. B. WC), Nitriden (z. B. BN) und Graphit, vorliegen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Direkteinspritzdüse 42a in Form eines verbrauchbaren kernhaltigen Injektors vorliegen. Ein nicht einschränkendes Beispiel verwendet einen verbrauchbaren kernhaltigen Injektor, der aus einem Draht aus einem Nickel oder einem Nickellegierungsmantel, der ein pulverförmiges Kernmaterial umgibt, das mindestens die Verfestigungsteilchen 36a enthält, aufgebaut ist. Bei derartigen Ausführungsformen wird der verbrauchbare kernhaltige Injektor in die Schmelze 30 eingeführt, was dazu führt, dass der metallische Mantel aufgrund seines relativ niedrigen Schmelzpunktes schmilzt. Das pulverförmige Kernmaterial wird daraufhin in der Schmelze 30 verteilt, um die dispergierten Verfestigungsteilchen 46a, b auszubilden. Bei manchen Ausführungsformen, die einen verbrauchbaren kernhaltigen Injektor verwenden, kann der kernhaltige Injektor 42a vorgeheizt und/oder in der Schmelze 30 oszilliert werden, was die Schmelze 30 weiter erwärmt und/oder die Teilchen verteilt. Der verbrauchbare kernhaltige Injektor kann in den nicht erwärmenden Teil 32 oder den erwärmten Teil 34 der Schmelze 30 eingeführt werden. In manchen Fällen kann das pulverförmige Kernmaterial sowohl die Verfestigungsteilchen 36a als auch ein Flussmittel enthalten.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann, wie in 3 dargestellt, der Auslass einer Einspritzdüse 42b über der Schmelze positioniert werden, so dass ein Strom 38 aus in einem Treibgas 40b enthaltenen Verfestigungsteilchen 36b in die Schmelze 30 geleitet wird, indem die Oberfläche des erwärmenden und/oder nicht erwärmenden Teils 32, 34 durchstoßen wird. Werden mehr als eine Düse (Injektor) 42a, b verwendet, können die Verfestigungsteilchen 36a und 36b gleich oder unterschiedlich sein (in Bezug auf ihren Inhalt und/oder ihre Größen), und die Treibgase 40a und 40b können ebenfalls gleich oder unterschiedlich sein.
In der Darstellung von 3 kann ein Flussmittel 26 auf die Oberfläche des Füllmittels 8 abgeschieden werden und bildet beim Schmelzen durch den Laserstrahl 28 allgemein eine resultierende Schlackenschicht 50, die die Oberfläche der dispersionsverfestigten Legierung 44 beschichtet. Das Flussmittel 26 kann wie in 3 gezeigt als eine separate Schicht abgeschieden werden, oder es kann kontinuierlich auf das Füllmittel 8 stromaufwärts der Schmelze 30 geführt werden, oder es kann in dem Füllmaterial 8 gemischt sein. Das Flussmittel 26 kann auch unter Verwendung einer oder mehrerer Düsen 42a, b in die Schmelze 30 geleitet werden, bei denen das Flussmittel entweder direkt eingespritzt werden kann (wie bei der Düse 42a gezeigt) oder unter Durchstoßen der Oberfläche der Schmelze 30 geleitet werden kann (wie bei der Düse 42b gezeigt). Alternativ dazu kann das Flussmittel in einem verbrauchbaren kernhaltigen Injektor enthalten sein, wie oben erklärt. In derartigen Fällen kann das Flussmaterial in den nicht erwärmenden und/oder erwärmenden Teil 32, 34 der Schmelze geleitet, gespritzt oder geführt werden.
Nach Kühlen und Erstarren der Schmelze 40 bildet sich eine dispersionsverfestigte Legierung 44, die dispergierte Verfestigungsteilchen 46a (und ggf. 46b) enthält.
Der Inhalt, die Größe und Verteilung der Verfestigungsteilchen 46a, b, die in der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung 44 enthalten sind, können durch Einstellen verschieder Parameter gesteuert werden, wie unter anderem der Folgenden:

(i) dem Inhalt, der Größe, der Konzentration und die Trajektorie der Verfestigungsteilchen 36a, b, die in die Schmelze 30 gespritzt oder geleitet werden; und
(ii) der Intensität, Dauer und Form der Erwärmung durch die Wärmequelle 28. Die Kornstruktur der dispersionsverfestigten Legierung 44 kann auch durch Einstellen verschiedener Parameter gesteuert werden, wie unter anderem der Folgenden: (iii) dem Metallgehalt der Legierung; (iv) dem Inhalt, der Menge und der Trajektorie des Flussmittels; und (v) der Anordnung und Wärmecharakteristika des Trägermaterials 2.

Die Verfestigungsteilchen 36a, b bestehen allgemein aus mindestens einem metallischen oder keramischen Teilchen mit einem höheren Schmelzpunkt als die metallische Basislegierung der dispersionsverfestigten Legierung 44. Zu geeigneten Verfestigungsteilchen zählen unter anderem Metallnitride, Metallcarbide, Metalloxide, Metalcyanide und Hartmetalle. Metallnitride, die als Verfestigungsteilchen 36a, b verwendet werden können, umfassen Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Titannitrid, Vanadiumnitrid, Chromnitrid, Zirconnitrid, Niobnitrid, Hafniumnitrid, Tantalnitrid und andere Metallnitride, die auf dem einschlägigen Gebiet bekannt sind. Metallcarbide, die als Verfestigungsteilchen 36a, b verwendet werden können, umfassen Borcarbid, Aluminiumcarbid, Siliciumcarbid, Calciumcarbid, Titancarbid, Vanadiumcarbid, Chromcarbid, Zirconcarbid, Nickelcarbid, Hafniumcarbid, Wolframcarbid und andere Metallcarbide, die in auf dem einschlägigen Gebiet bekannt sind. Geeignete Metalloxide umfassen Oxide von Elementen wie zum Beispiel Aluminium, Calcium, Hafnium, Silicium, Titan, Thorium, Yttrium und Zircon, sowie andere Metalloxide, die bekanntlich oxiddispersionsverfestigte Legierungen bilden. Es können Mischungen aus verschiedenen Verfestigungsteilchen 36a, b und/oder Teilchen mit unterschiedlichen Teilchengrößen verwendet werden. Vorgeformte dispersionsverfestigte Legierungen können auch als Verfestigungsteilchen 36a, b verwendet werden.
Wie oben erklärt, können die Verfestigungsteilchen 36a, b direkt in die Schmelze 30 gespritzt werden (mittels einer feuerfesten Düse und/oder mittels eines verbrauchbaren kernhaltigen Injektors, wie bei der Düse 42a gezeigt), wobei Kontakt mit der Atmosphäre vermieden wird, oder sie können von oben in die Schmelze 30 geleitet werden (wie bei Düse 42b gezeigt).
Die Größe der resultierenden dispergierten Teilchen 46a, b (die häufig als „Dispersoide” bezeichnet werden), die in der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung 44 eingebettet sind, ist mit drei Faktoren verwandt.
Erstens ist die Größe der Dispersoide 46a, b direkt mit dem Schmelzpunkt der Verfestigungsteilchen 36a, b verwandt – so dass die Verwendung eines Verfestigungsteilchens 36a, b mit einem relativ höheren Schmelzpunkt relativ größere Dispersoide 46a, b für eine bestimmte Teilchengröße erzeugt. Laut Darstellung enthält, wenn eine Mischung aus Bornitrid- und Chromnitridteilchen gleichwertiger Größe in den wärmenden Teil 34 der Schmelze 30 eingespritzt wird, die resultierende dispersionsverfestigte Legierung 44 allgemein eine Mischung aus relativ größeren Bornitriddispersoiden und relativ kleineren Chromnitriddispersoiden. Diese Größenschwankung der resultierenden Dispersoiden tritt auf, da Chromnitrid einen signifikant niedrigeren Schmelzpunkt (1770°C) im Vergleich zu Bornitrid (2973°C) aufweist – wodurch ein größerer Anteil der Chromnitridteilchen schmilzt und sich in die Matrix der dispersionsverfestigten Legierung auflösen (oder zersetzen) kann. Dieser Effekt gestattet eine Modulation der Dispersoidengröße durch Veränderung des Schmelzpunktes eines Verfestigungsmaterials, das in den Verfestigungsteilchen 36a, b enthalten ist.
Zweitens ist die Größe der resultierenden Dispersoiden 46a, b direkt mit der Größe der Vorläuferverfestigungsteilchen 36a, b verwandt. Wenn beispielsweise eine Mischung aus relativ kleinen und großen Bornitridteilchen in den erwärmenden Teil 34 der Schmelze 30 gespritzt wird, enthält die resultierende dispersionsverfestigte Legierung 44 allgemein eine Mischung aus relativ großen Bornitriddispersoiden (entsprechend den größeren Verfestigungsteilchen) und relativ kleinen Bornitriddispersoiden (entsprechend den kleineren Verfestigungsteilchen). Dieser Effekt gestattet die Modulation der Größe von Dispersoiden 46a, b in der dispersionsverfestigten Legierung 44 durch Veränderung der Größe der Vorläuferverfestigungsteilchen 36a, b.
Drittens ist die Größe der resultierenden Dispersoiden 46a, b direkt mit der Intensität und Dauer von auf die Verfestigungsteilchen 36a, b und/oder die Schmelze 30 angewandte Wärme durch die Wärmequelle 28 verwandt. Wenn beispielsweise Verfestigungsteilchen 36a einer bestimmten Größe und mit einem bestimmten Schmelzpunkt in den nicht erwärmenden Teil 32 der Schmelze 30 gespritzt werden, ist die Größe der resultierenden Dispersoide 46a in der dispersionsverfestigten Legierung 44 allgemein größer als die Dispersoide 46b, die resultieren, wenn die gleichen Verfestigungsteilchen 36b in den erwärmenden Teil 34 der Schmelze 30 geleitet werden. Diese Größenschwankung kann auftreten, da Verfestigungsteilchen 36b, die in den erwärmenden Teil 34 der Schmelze 30 geleitet werden, mehr Wärme in Form von: (i) direktem Kontakt mit der Wärmequelle 28, wenn der Strom 38 durch (zum Beispiel) einen Laserstrahl im Flug tritt; und/oder (II) relativ höheren Temperaturen, die in dem wärmenden Teil 34 der Schmelze 30 im Vergleich zum nicht erwärmenden Teil 32 auftreten, erhalten.
Dieser Effekt gestattet die Modulation der Dispersoidengröße durch Veränderung der Trajektorie der entsprechenden Verfestigungsteilchen 36a, b (zum Beispiel Leiten oder Einspritzen von Verfestigungsteilchen in relativ heißere oder kühlere Teile der Schmelze 30) mit oder ohne direktem Kontakt mit der Wärmequelle 28). Dieser Effekt gestattet außerdem die Veränderung oder Normalisierung (zum Beispiel in enge Übereinstimmung gebracht) der Größe der Dispersoide, die aus unterschiedlichen Verfestigungsteilchen resultiert, indem verschiedene Trajektorien in Abhängigkeit von den jeweiligen Schmelzpunkten und/oder Größen der Verfestigungsteilchen verwendet werden. Beispielsweise kann eine dispersionsverfestigte Legierung 44, die Dispersoide 46a, b aus Bornitrid und Chromnitrid mit ähnlichen Größen enthält, trotz der unterschiedlichen Schmelzpunkte der entsprechenden Teilchen erhalten werden, indem die CrN enthaltenden Teilchen 36a in den nicht erwärmenden Teil 32 gespritzt oder geleitet werden, während die BN enthaltenden Teilchen 36b in den wärmenden Teil 34 gespritzt oder geleitet werden. Die Winkel 48a, b der Düsen 42a, b stellen einen weiteren Faktor dar, der zur Modulation der Erwärmung für die Verfestigungsteilchen 36a, b in der Schmelze 30 verwendet werden kann. Veränderung des Winkels 48a kann zum Beispiel bewirken, dass die Verfestigungsteilchen 36a in ansteigend heißere Gebiete der Schmelze 30 geleitet werden, wie in 3 gezeigt.
Die Größe, Form und Verteilung der Verfestigungsteilchen 36a, b kann auch durch Modulieren der Intensität, Dauer und Form der Wärmequelle 28 verändert werden. Wie oben erwähnt, bewirkt eine Anwendung von mehr Wärme auf die Verfestigungsteilchen 36a, b einen höheren Schmelzanteil, was die Größe der resultierenden Dispersoide 46a, b reduzieren kann und ihre Form in der resultierenden metallischen Matrix möglicherweise beeinflussen kann. Übermäßige Erwärmung kann auch zur Koalleszenz oder Schlackenbildung von Dispersoiden 46a, b führen, was die Verteilung von Verfestigungsteilchen in der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung 44 beeinträchtigt. Somit können die optimale Größe, Form und Verteilung der Dispersoiden 46a, b zum Teil durch Einstellen der durch die Wärmequelle aufgewendeten Wärmeenergie (Intensität und Dauer) sowie der Größe des erwärmten Bereichs (Form) erreicht werden.
Der Begriff „Wärmequelle”, wie er vorliegend verwendet wird, beschreibt in einem allgemeinen Sinne einen Photonenstrahl, einen Elektronenstrahl, einen Ionenstrahl und einen Plasmastrahl. Der Begriff „Energiestrahl”, wie er vorliegend verwendet wird, beschreibt in einem allgemeinen Sinn einen relativ engen sich ausbreitenden Strom von Teilchen oder Energiepaketen. Einen Energiestrahl als Wärmequelle 28 verwendende Ausführungsformen können die Verwendung eines Lichtstrahls, eines Laserstrahls, eines Teilchenstrahls, eines Ladeteilchenstrahls, eines Molekularstrahls usw. umfassen – der bei Kontakt mit einem Material dem Material kinetische (Wärme-)Energie verleiht.
Bei manchen Ausführungsformen ist die Wärmequelle 28 ein Energiestrahl in Form eines Diodenlaserstrahls mit einer allgemein rechteckigen Querschnittsform – obwohl andere bekannte Typen von Energiestrahlen verwendet werden können, wie zum Beispiel Elektronenstahl, Plasmastrahl, ein oder mehrere kreisförmige Laserstrahlen, ein Scanning-Laserstrahl (eindimensional, zweidimensional oder dreidimensional scannend), ein integrierter Laserstrahl, ein Pulslaserstrahl (im Gegensatz zum Dauerstrichlaserstrahl), usw. Die rechteckige Form kann für Ausführungsformen mit einem relativ großen zu schmelzenden Bereich besonders vorteilhaft sein. Bei manchen Ausführungsformen werden die Intensität und Form des Energiestrahls 28 durch Verwenden von Laserscanning(Raster)-Optiken präzise zur Ausbildung einer Schmelze 30 mit einer präzise definierten Größe und Form zur Eingung für die Trajektorie der ankommenden Verfestigungsteilchen 36a, b gesteuert. Beispielsweise gestattet derartiges Laserscannen, dass ein Perimeter der Verfestigungsteilchen 36b, die in die Schmelze 30 geleitet werden, in einen Perimeter der Schmelze 30 passt.
Bei bestimmten Ausführungsformen werden die oben beschriebenen Faktoren derart eingestellt, dass nur die Oberflächen der Verfestigungsteilchen 36a, b geschmolzen werden. Derartiges Oberflächenschmelzen (im Gegenteil zum völligen Schmelzen) der Verfestigungsteilchen stellt allgemein sicher, dass sich die resultierenden Dispersoiden 46a, b ausreichend mit der Matrixstruktur der dispersionsverstärkten Legierung 44 verbinden – während gleichzeitig die optimale Form und mechanische Integrität der ursprünglichen Verstärkungsteilchens 36a, b beibehalten werden, um die Festigkeits- und Wärmecharakteristika der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung zu optimieren.
Die Verteilung der Dispersoiden 46a, b in der dispersionsverfestigten Legierung 44 kann auch durch Verändern sowohl der Geschwindigkeit als auch der Konzentration von Verfestigungsteilchen 36a, b, die in die Schmelze 30 eingespritzt und/oder eingeleitet werden, und durch Rastern des Energiestrahls 28 zum Erzeugen von Strömen aus geschmolzenem Material und effektivem Mischen in der Schmelze 30 gesteuert werden. Erhöhen entweder der Geschwindigkeit oder der Konzentration der Verstärkungsteilchen 36a, b, die in die Schmelze 30 geschossen werden, erhöht allgemein den Anteil von Dispersoiden 46a, b, die in der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung 44 enthalten sind. Erhöhen der Geschwindigkeit kann auch eine gleichförmigere Verteilung bereitstellen, wenn die Schmelze 30 besonders viskos ist. Bei manchen Ausführungsformen wird Laserscanning (Rastern) auch dazu verwendet, Ströme aus geschmolzenem Material innerhalb der Schmelze 30 zu erzeugen (zum Beispiel durch Induzieren des Marangoni-Effekts), was die Verfestigungsteilchen 36a, b weiter in der gesamten Schmelze verteilen kann.
Wie oben erklärt, kann die Kornstruktur der dispersionsverfestigten Legierung 44 durch Einstellen verschiedener Parameter, darunter dem Metallgehalt der Legierung, verändert werden. Das Füllmittel 8 wird oft in Pulverform verwendet und enthält Legierungsteilchen 10, die zumindest teilweise die Zusammensetzung der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung 44 definieren. Die dispersionsverfestigte Legierung 44 kann eine Hochtemperaturmetallmatrix enthalten, wie zum Beispiel Eisenaluminid, Eisen-Chrom, Eisen-Chrom-Aluminium, Nickel-Chrom und Nickelaluminid, sowie andere Legierungssysteme auf der Basis von Eisen, Vanadium und Niob, darunter rostfreie Stähle. In bestimmten Anwendungen enthält die dispersionsverfestigte Legierung 44 eine Superlegierungsmetallmatrix mit einem Basislegierungselement aus Nickel, Kobalt oder Nickel-Eisen, sowie anderen Superlegierungsmaterialien.
Der Begriff „Superlegierung” wird vorliegend so verwendet, wie es allgemein auf dem Gebiet gängig ist, d. h. eine hoch korrosions- und oxidationsbeständige Legierung, die hervorragende mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegenüber Kriechen bei hohen Temperaturen aufweist. Zu Beispielen von Superlegierungen gehören Legierungen, die vertrieben werden unter den Handelszeichen und Markennamen Hastelloy, Inconel-Legierungen (z. B. IN 738, IN 792, IN 939), Rene-Legierungen (z. B. Rene N5, Rene 80, Rene 142), Haynes-Legierungen (z. B. NS-163), Mar M, CM 247, CM 247 LC, C263, 718, X-750, ECY 768, X45, PWA 1483 und CMSX (z. B. CMSX-4) Einkristalllegierungen.
Bei manchen Ausführungsformen ist die metallische Zusammensetzung der dispersionsverfestigten Legierung 44 durch sowohl die Legierungsteilchen 10 und durch zusätzliche metallische Komponenten, die entweder separat in dem Füllmittel 8 enthalten sind oder separat in die Schmelze 30 geführt oder geleitet werden, bereitgestellt. Beispielsweise können zusätzliche metallische Komponenten direkt in die Schmelze gespritzt (zum Beispiel über die Düse 42a) und/oder geströmt (zum Beispiel über die Düse 42b) werden, um die metallische Zusammensetzung des Füllmittels 8 zu ergänzen. In anderen Fällen können kann die metallische Zusammensetzung durch Metalle ergänzt werden, die in den Verfestigungsteilchen 36a, b enthalten sind (zum Beispiel über Schmelzen von Oxiden mit niedrigem Schmelzpunkt). In anderen Beispielen kann die metallische Zusammensetzung durch Metalle ergänzt werden, die in mindestens einem Flussmittel enthalten sind. In noch anderen Ausführungsformen kann die metallische Zusammensetzung durch Metall ergänzt werden, das in einer verbrauchbaren kernhaltigen Injektion enthalten ist (zum Beispiel in einer metallischen Umhüllung).
Bei manchen Ausführungsformen kann die Zusammensetzung einer dispersionsverfestigten Legierungsschicht 44 dazu ausgelegt sein, als Bindungsbelag oder als Wärmedämmschicht zu funktionieren. Die Begriffe „Bindungsbelag” und „Wärmedämmschicht” werden vorliegend so verwendet, wie sie auf dem Gebiet gängig sind. Beispielsweise können das Füllmittel 8 und die Verfestigungsteilchen 36a, b derart ausgewählt werden, dass die resultierende dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 eine MCrAlY-Legierung enthält (wo M ausgewählt ist aus Ni, Co, Fe und Mischungen daraus, und Y ausgewählt ist aus Y, La und Hf), die zur Verwendung als Bindungsbelag geeignet ist. Alternativ dazu können das Füllmittel 8 und die Verfestigungsteilchen 36a, b derart gewählt werden, dass die resultierende dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 Keramikmaterialien enthält, wie zum Beispiel Zirconiumoxid und Yttriumoxid, und zur Verwendung als Wärmedämmschicht geeignet ist.
Das Flussmittel 26 und die resultierende Schlackenschicht 50 stellen eine Anzahl von Funktionen bereit, die für dispersionsverfestigte Legierungen der vorliegenden Offenbarung günstig sind.
Zuerst einmal funktionieren sie zur Abschirmung sowohl der Schmelze 30 als auch der erstarrten (und noch immer heißen) dispersionsverfestigten Legierung 44 gegenüber der Atmosphäre. Das Flussmittel 26 kann in manchen Ausführungsformen so formuliert sein, dass ein Schutzgas erzeugt wird, wodurch die Verwendung von Vakuumbedingungen oder Inertgas vermieden oder auf ein Minimum reduziert wird. Das Schutzgas kann ein Reduktionsgas, wie zum Beispiel Wasserstoff, sein, das die Oxidation des geschmolzenen oder abkühlenden Metalls reduziert. Die Schlacke 50 schwimmt an die Oberfläche der Schmelze 30, um das geschmolzene oder heiße Metall weiter von der Atmosphäre zu trennen. Aufgrund der Abschirmungseffekte des Flussmittels 26 und der resultierenden Schlacke 50 kann in bestimmten Ausführungsformen das Verfahren unter einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt werden – im Gegensatz zur Verwendung von Inertgas und/oder Vakuumbedingungen. In dieser Hinsicht kann das Treibgas 40a, b ausgewählt sein aus Inertgasen, wie zum Beispiel Stickstoff, Argon und Helium, oder aus sauerstoffhaltigen Gasen, darunter Luft und gasförmigen Mischungen (zum Beispiel Inertgase mit niedrigerem Grad), die signifikante Mengen (zum Beispiel mehr als 5 Volumen-%) von Sauerstoff enthalten. Bei manchen Ausführungsformen ist das Treibgas 40a, b ein Inertgas (zum Beispiel Argon, Helium, Stickstoff), doch das Schmelz-/Erstarrungsverfahren kann unter einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt werden.
Zweitens wirkt die Schlackenschicht 50 als Decke, durch die die erstarrte dispersionsverfestigte Legierung langsam und gleichförmig abkühlen kann – wodurch Restspannungen reduziert werden, die zur Rissbildung bei Wiedererwärmung nach dem Schweißen und Reckalterungsrissbildung beisteuern können. Der Deckeneffekt verbessert außerdem die mechanischen Eigenschaften der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung, indem mehr Zeit zum Kühlen zur Verfügung steht, wodurch Körner bestimmter Größen und Formen ausgebildet werden. Verwendung von Flussmitteln, die zur Schlackenschicht 50 führen, kann in manchen Ausführungsformen auch unerwartet die mechanische Festigkeit der dispersionsverfestigten Legierung 44 erhöhen, ohne dass eine darauf folgende Wärmebehandlung durchgeführt werden muss – wahrscheinlich aufgrund des Isolierungseffekts der Schlackenschicht 50.
Bei manchen Ausführungsformen kann die Kornstruktur der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung 44 durch Steuern des Gehalts, der Form und der Menge des Flussmittels 26 eingestellt werden. Auswählen von Flussmitteln, die zu einer Schlackenschicht 50 führen, mit relativ niedrigerer Wärmeleitfähigkeit reduziert die Kühlungsrate der dispersionsverfestigten Legierung 44, was zusätzliche Zeit zur Kornbildung bietet, was zu erhöhter Festigkeit führt. Flussmittel, die zum Beispiel höhere Anteile an feuerfesten Substanzen enthalten, wie zum Beispiel Zirconiumoxid, können zu einer Schlackenschicht 50 mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit führen, was die erhöhte Festigkeit der resultierenden dispersionsverfestigten Legierungen verbessert.
Drittens hilft die Schlackenschicht 50 dabei, die Schmelze 30 zu formen, um sie nahe an einem gewünschten Verhältnis von Höhe zu Breite zu halten. In manchen Fällen liegt das gewünschte Verhältnis von Höhe zu Breite im Bereich von 1:2 bis 1:4. Bei anderen Ausführungsformen beträgt das gewünschte Verhältnis von Höhe zu Breite ungefähr 1:3.
Viertens stellt das Flussmittel 26 einen Reinigungseffekt dar zur Entfernung von Verunreinigungsspuren wie Schwefel und Phosphor, die zur Schweißerstarrungsrissbildung beitragen. Derartiges Reinigen umfasst Desoxidation der Legierungsteilchen 10 in dem Füllmittel 8 sowie Desoxidation von metallischen Komponenten der Schmelze 30.
Fünftens kann das Flussmittel 26 eine Energieabsorptions- und -einfangfunktion bereitstellen, um einen Energiestrahl 28 effektiver in Wärmeenergie umzuwandeln, wodurch eine präzisere Steuerung von Wärmeeinfuhr und eine resultierende Feinsteuerung von Temperaturen sowohl in dem nicht erwärmenden als auch dem erwärmenden Teil 32, 34 der Schmelze 30 erleichtert werden.
Schließlich kann das Flussmittel 26 formuliert sein, um für einen Verlust von verflüchtigten Elementen (z. B. Ti, das als TiO₂ verdampft) während der Verarbeitung zu kompensieren, oder um aktiv Elemente zur Schmelze 30 beizusteuern, die anderweitig nicht im Füllmittel 8 enthalten sind.
Flussmittel können dazu ausgewählt werden, eine beliebige Anzahl der oben beschriebenen Funktionen sowie andere Funktionen, die im Folgenden beschrieben werden, zu bieten. Zu geeigneten Flussmitteln zählen individuelle organische oder anorganische Verbindungen sowie Mischungen aus Verbindungen. Derartige Mischungen umfassen im Handel erhältliche Flussmittel, die manchmal an die verwendete Wärmequelle 28 angepasst sind (zum Beispiel im Handel erhältliche Flussmittel, die in Laserschweißanwendungen verwendet werden).
Zu Beispielen im Handel erhältlicher Flussmittel, die mindestens eine der oben beschriebenen Funktionen erfüllen können, gehören Lincolnweld P2007, Bohler Soudokay NiCrW-412, ESAB OK 10.16 oder 10.90, Special Metals NT100, Oerlikon OP76, Sandvik 50SW or SAS1.
Beispiele für organische Flussmittel umfassen hochmolekulargewichtige Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel Bienenwachs, Paraffin), Kohlenhydrate (z. B. Cellulose), natürliche und synthetische Öle (z. B. Palmöl), organische Reduktionsmittel (z. B. Kohle, Koks), Carbonsäuren und Dicarbonsäuren (z. B. Abietinsäure, Isopimarsäure, Neoabietinsäure, Dehydroabietinsäure, Kolophonium), Carbonsäuresalze (z. B. Kolophoniumsalze), Carbonsäurederivate (z. B. Dehydroabietylamin), Amine (z. B. Triethanolamin), Alkohole (z. B. Hohe Polyglykole, Glycerine), Natur- und Kunstharze (z. B. Polyolester von Fettsäuren), Mischungen derartiger Verbindungen und andere organische Verbindungen, die mindestens eine oben beschriebene Funktion erfüllen.
Beispiele für anorganische Flussmittel umfassen reaktive Metalle (z. B. Eisenerz), Metalloxide (z. B. Magnesiumoxid, Manganoxid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Calciumoxid, Titanoxid, Yttriumoxid, Zirconiumoxid, Hafniumoxid, Kupferoxid, Ceroxid), Metallhalogenide (z. B. Lithiumchlorid, Zinkchlorid, Bariumchlorid, Magnesiumchlorid, Zinnchlorid, Calciumfluorid), Halogenidsalze (z. B. Ammoniumchlorid), Borate (z. B. Borax), Metallfluorborate (z. B. Kaliumfluorborat), Metalsulfide (z. B. Bleisulfid), Metallcarbonate (z. B. Calciumcarbonat, Natriumcarbonat), Metallaluminate (z. B. Kryolith), Mineralsäuren (z. B. Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Phosphorsäure), Metallsilicate (z. B. Natriumsilicat), Mischungen derartiger Verbindungen und andere anorganische Verbindungen, die mindestens eine oben beschriebene Funktion erfüllen können.
Die Form des Flussmittels kann auch zum Beispiel durch Zermahlen des Flussmittels zu kleineren Teilchengrößen zur Erhöhung der Dichte des resultierenden Flusspulvers gesteuert werden. Bei manchen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, die Flussmittel zu Pulvern mit durchschnittlichen Teilchengrößen im Bereich von 0,02 mm bis 0,08 mm (22–88 μm) zu zermahlen.
Die Menge an Flussmittel, die auf das Füllmittel 8 und/oder die Schmelze 30 angewandt wird, beeinflusst auch die Kornstruktur. Erhöhen der Menge an Flussmittel erhöht die Dicke der resultierenden Schlackenschicht 50. Bei manchen Ausführungsformen, in denen ein pulverförmiges Flussmittel 26 auf die Oberfläche des Füllmittels 8 abgeschieden ist, liegt eine Dicke des pulverförmigen Flussmittels 26 im Bereich von 1 mm bis 7 mm. In anderen Ausführungsformen liegt die Dicke im Bereich von 5 mm bis 13 mm. Die Menge an Flussmitteln kann auch auf der Basis der Dicke der resultierenden Schlackenschicht 50 moduliert werden. Beispielsweise wird in manchen Fällen die Menge des Flussmittels derart eingestellt, dass eine Dicke der resultierenden Schlackenschicht 50 im Bereich von 1 mm bis 10 mm liegt. Bei anderen Ausführungsformen wird die Dicke der Schlackenschicht 50 auf einen Bereich von 2 mm bis 5 mm eingestellt.
Nach dem Kühlen und dem Erstarren der Schmelze 30 kann die resultierende Schlackenschicht 50 mittels auf dem einschlägigen Gebiet bekannter physikalischer und/oder chemischer Verfahren entfernt werden.

Verfahren der vorliegenden Offenbarung ziehen außerdem Nutzen aus einer Fähigkeit, das Ergebnis des Schmelz-/Erstarrungsprozesses auf der Basis des Schmelzpunktes und der Dichte der Verfestigungsteilchen und/oder des Flussmittels zu steuern. Die folgende Tabelle zeigt Daten für eine beispielhafte Menge an möglichen Schmelzbestandteilen.

Bestandteil	MP (°C)	Dichte (g/cm³)	Bestandteil	MP (°C)	Dichte (g/cm³)
NS-163	1288–1400	7,9
Metallnitride
BN	2973	2,1–3,5	CrN	1770	5,9
TiN	2930	5,2	ZrN	2952	7,1
NbN	2573	8,5	VN	2050	6,1
AlN	2200	3,3	HfN	3305	13,8
SiN	1900	3,2	TaN	3090	14,3
Metallcarbide
BC	2763	2,5	CrC	1895	6,7
AlC	2200	2,4	ZrC	3532–3540	6,7
SiC	2730	3,2	NiC	3490	7,8
CaC	2160	2,2	HfC	3900	12,2
TiC	3140	4,9	WC	2785–2830	15,6
VC	2810	5,8
Flussmittel
Al₂O₃	2072	3,9–4,1	CaF₂	1418	3,2
SiO₂	1600–1725	2,6	CaCO₃	1339	2,7

Teilchengröße und -form können zu einem gewissen Grad durch Einstellen des Schmelzpunktes der Verfestigungsteilchen relativ zu dem der Basismetalllegierung gesteuert werden. Laut Darstellung liegt wie in der obigen Tabelle gezeigt der Schmelzpunkt für die Basislegierung von NS-163 im Bereich von 1288°C bis 1400°C.
Die häufigsten Metallnitride und Metallcarbide weisen Schmelzpunkte auf, die die Schmelzpunkte der Basislegierung NS-163 überschreiten, was zum Teil für die Verfestigungsfähigkeit von Dispersionen, die diese Materialien enthalten, verantwortlich ist. Wenn die Temperaturen der Schmelze sich jedoch den Schmelzpunkten von bestimmten Mitteln mit niedrigeren Schmelzpunkten (z. B. CrN, SiN, CrC, CaC, AlC) nähern oder diese überschreiten, schmilzt ein höherer Anteil der Verfestigungsteilchen und löst sich in die Legierungsmatrix auf. Derartiges verbessertes teilweises Schmelzen verringert die Größe der resultierenden Dispersoide 46a, b und kann außerdem ihre Form verändern. Somit können die Teilchengröße und -form durch Auswählen von Verfestigungsteilchen mit relativ niedrigeren Schmelzpunkten oder durch Erhöhen der Erhitzung der Schmelze und/oder durch direktes Inkontaktbringen der Verfestigungsteilchen und der Wärmequelle verändert werden.
Teilchendispersion kann auch zu einem gewissen Grad durch Einstellen der Dichte der Verfestigungsteilchen relativ zu der der Basismetalllegierung gesteuert werden. Laut Darstellung liegt wie in der obigen Tabelle gezeigt die Dichte der Basislegierung von NS-163 bei ungefähr 7,9 g/cm³. Optimales Mischen der Verfestigungsteilchen in der Schmelze kann durch Auswählen von Verfestigungsmaterialien (z. B. NbN, ZrN, NbN, NiC) mit einer ähnlichen Dichte wie die der Basislegierung erleichtert werden. Dahingegen kann, falls eine höhere Konzentration von Verfestigungsdispersionen in dem oberen Teil der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung gewünscht wird, ein derartiger Teilchenkonzentrationsgradient durch Auswählen von Verfestigungsmaterialien (z. B. BN, TiN, AlN, SiN, BC, AlC, SiC, CaC) mit einer niedrigeren Dichte als die der Basislegierung gefördert werden. Eine höhere Konzentration an Verfestigungsdispersionen kann auch im unteren Teil der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung durch Auswählen von Verfestigungsmaterialien (z. B. HfN, TaN, HfC, WC) mit einer höheren Dichte als die der Basislegierung gefördert werden.
Die Schutz- und Wärmefunktionen der Schlackenschicht 50 können auch zu einem gewissen Grad durch Einstellen des Schmelzpunktes und der Dichte des Flussmittels relativ zu denen der Basismetalllegierung gesteuert werden. Es ist häufig am günstigsten, ein Flussmittel mit einer niedrigeren Schmelztemperatur als die der Verfestigungsteilchen auszuwählen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schmelztemperatur des Flussmittels jedoch die der Verfestigungsteilchen überschreiten. Eine relativ niedrigere Schmelztemperatur des Flussmittels (z. B. CaF₂, CaCO₃) kann schnelleres Schmelzen und schnellere Ausbildung der Schutzschlackenschicht 50 fördern – wodurch einige Verfahren der vorliegenden Offenbarung unter einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt werden können. Eine schnelle Ausbildung der Schlackenschicht 50 kann auch durch Auswählen von Flussmitteln mit einer niedrigeren Dichte (z. B. SiO₂, CaCO₃) relativ zu der der Basislegierung gefördert werden.
Das dargestellte Verfahren, das in 3 gezeigt ist, kann dazu ausgelegt sein, verschiedenste Prozesse, bei denen dispersionsverfestigte Legierungsmaterialien ausgebildet werden, durchzuführen. Dazu gehören die Ausbildung und Reparatur von dispersionsverfestigten Legierungsbeschichtungen auf metallischen Substraten, die Verbindung von dispersionsverfestigten (und nicht dispersionsverfestigten) Legierungsmaterialien, wie in 1 gezeigt) und die kleinmaßstäbige und großmäßstäbige Herstellung von dispersionsverfestigten Legierungen (die nicht an einem metallischen Substrat befestigt sind), die zu verschiedenen Formen wie zum Beispiel Blechen, Barren und Pulvern verarbeitet werden können.
Reparaturprozesse können die Verbindung von Strukturen, die dispersionsverfestigte Legierungen enthalten, oder die Reparatur von beschädigten oder verschlissenen dispersionsverfestigten Legierungen, umfassen. Derartige Verfahren können auch auf nicht dispersionsverfestigte Legierungen angewendet werden – so dass die resultierende Schicht oder Schweißnaht eine dispersionsverfestigte Legierung ist. Bei derartigen Reparaturen kann die Oberfläche des Trägermaterials 2 (oder Werkstücks) abgeschliffen werden, um Defekte zu entfernen, und daraufhin mittels auf dem Gebiet bekannter Verfahren gereinigt werden, bevor die dispersionsverfestigte Legierung 44 gemäß der vorliegenden Offenbarung abgeschieden wird.
Durch Anwenden von Verfahren der vorliegenden Offenbarung (wie zum Beispiel in 3 gezeigt), um Kante-an-Kante-Verbindung von mindestens zwei dispersionsverfestigten Metallsubstraten (wie in 1 gezeigt) durchzuführen, kann man vorteilhaft ein geschweißtes Objekt erhalten, das frei von den in 2 gezeigten Defekten ist. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Schweißstruktur, die in der in 1 gezeigten Art ausgebildet ist, jedoch ein Verfahren wie in 3 verwendet. Bei diesem Verfahren wird ein Laserstrahl 28 verwendet, um ein Füllmittel 8, das durch eine Schicht aus einem Flussmittel 26 bedeckt ist, zu schmelzen, um eine Schmelze 30 auszubilden, in der Metallnitridteilchen 36a in den nicht erwärmten Teil 32 der Schmelze 30 eingespritzt werden. Nach Kühlen und Erstarren der Schmelze 30 bildet sich eine Schweißnaht 16 mit denen von 2 überlegenen Eigenschaften. Im Gegensatz zum geschweißten Objekt von 2 enthält die resultierende Schweißnaht 16 in 4 eine normale Dispersion 80 der Nitridteilchen 4, und die benachbarten Teile der dispersionsverfestigten Metallsubstrate 2a, b enthalten ebenfalls normale Dispersionen 82. Somit enthält die resultierende Schweißstruktur von 4 nicht die Schwachstellen 24, die bei der Schweißstruktur von 2 beobachtet wurden.
Der gleiche Vorteil begleitet andere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, bei denen dispersionsverfestigte Legierungen ausgebildet werden. Somit bietet die vorliegende Offenbarung bei Verfahren, bei denen Mantelschichten oder massendispersionsverfestigte Legierungen ausgebildet werden, eine verbesserte Fähigkeit, die Größe und Verteilung der resultierenden Dispersoide 46a, b zu steuern – was zu konsistent verbesserten mechanischen Eigenschaften führt.
Bei manchen Ausführungsformen ist das Trägermaterial 2 ein metallisches Substrat, so dass die resultierende dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 unter Ausbildung einer dispersionsverfestigten Mantelschicht auf die Oberfläche des metallischen Substrats abgeschieden wird. Zu geeigneten metallischen Substraten gehören alle metallischen Materialien, von denen es auf dem Gebiet bekannt ist, dass sie mit dispersionsverfestigten Legierungen kompatibel sind, darunter Legierungen, bei denen die Matrix allgemein auf Eisen, Vanadium, Niob, Nickel, Kobalt, Chrom, Platin oder Rhodium basiert, sowie rostfreie Stähle. In einigen Fällen können das Trägermaterial 2 und/oder die dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 ein Superlegierungsmaterial auf der Basis von Nickel, Kobalt oder Nickel-Eisen enthalten. Die Oberfläche des Trägermaterials 2 (auf die die resultierende dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 aufgebracht wird) kann auch in Form einer schon existierenden dispersionsverfestigten Legierungsschicht unter Ausbildung von mehrschichtigen ODS-Legierungsmaterialien vorliegen. In solchen Fällen wird mindestens ein Teil der schon existierenden dispersionsverfestigten Legierungsschicht geschmolzen, so dass die resultierende dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 mit der schon existierenden dispersionsverfestigten Legierungsschicht verbunden wird.
Massendispersionsverfestigte Legierungen können auch mittels der vorliegenden Verfahren (wie dem in 3 gezeigten) unter Verwendung eines flüchtigen Trägers als Trägermaterial 2 hergestellt werden. Der Begriff „flüchtig” bedeutet nach Ausbildung der dispersionsverfestigten Legierungsschicht 44 entfernbar. Derartige Entfernung kann zum Beispiel mittels direkter (physikalischer) Entfernung, mechanischer Prozesse, Fluidwaschen, chemischer Auslaugung und/oder mittels eines beliebigen anderen bekannten Prozesses, bei dem zutreffende flüchtige Trägermaterialien entfernt werden können, stattfinden. Das flüchtige Trägermaterial 2 kann ein feuerfestes Material enthalten, so dass die resultierende dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 nach Erstarren und Kühlen leicht von dem Trägermaterial entfernt werden kann. Ein nicht einschränkendes Beispiel für ein geeignetes feuerfestes Trägermaterial 2 ist ein Schmelztiegel und laut Darstellung ein aus Zirconium hergestellter Schmelztiegel.
Bei diesen Ausführungsformen wird das Füllmittel 8 auf die Oberfläche des flüchtigen Trägermaterials 2 abgeschieden oder ihm zugeführt, und daraufhin wird ein Metallabscheidungsverfahren der vorliegenden Offenbarung durchgeführt, gegebenenfalls in Gegenwart eines Flussmittels, um eine dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 herzustellen, die sich auf dem flüchtigen Trägermaterial 2 befindet. Nach der Abscheidung einer oder mehrerer Schichten 44 kann das flüchtige Trägermaterial 2 entfernt werden, wodurch ein Objekt offenbart wird, das die dispersionsverfestigte Legierung enthält, dessen Form und Kornstruktur teilweise durch die Form und Zusammensetzung des flüchtigen Trägermaterials 2 bestimmt wird.
Viele Formen des flüchtigen Trägermaterials 2 können verwendet werden, solange das Material das Füllmittel 8, die Schmelze 30 sowie auch die dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 tragen kann und es daraufhin von der dispersionsverfestigten Legierungsschicht 44 entfernt werden kann. Bei manchen Ausführungsformen liegt das flüchtige Trägermaterial in Form eines Bettes aus einem oxidhaltigen Material (zum Beispiel Zirconiumoxid) oder in Form eines Flussmittels vor. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, ein Bett aus einem pulverförmigen oxidhaltigen Material oder einem pulverförmigen Flussmittel zu verwenden – so dass Teilchengrößen in dem flüchtigen Trägermaterial 2 kleiner als Teilchengrößen in dem Füllmittel 8 sind. Eine derartige Anordnung kann das Eintreten der Schmelze 30 in das Bett des flüchtigen Trägermaterials 2 reduzieren oder auf ein Minimum bringen. In anderen Fällen liegt das flüchtige Trägermaterial 2 in Form eines feuerfesten Behälters (z. B. eines Tiegels oder einer Form) vor, der dazu ausgelegt ist, die Form und gegebenenfalls die Kornstruktur der resultierenden dispersionsverfestigten Legierung 44 zu steuern.
Massendispersionsverfestigte Legierungen, die durch Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden, ziehen Nutzen aus einer Fähigkeit, den Gehalt, die Größe, die Form und die Verteilung der Verfestigungsdispersoide 46a, b, wie oben erklärt, präzise zu steuern. Ferner gestattet die Verwendung mindestens eines Flussmittels die Erzeugung von einigen massendispersionsverfestigten Legierungen, ohne dass Vakuumbedingungen benötigt werden oder inerte atmosphärische Bedingungen verwendet werden müssen. Bei manchen Ausführungsformen können massendispersionsverfestigte Legierungen in Gegenwart signifikanter Mengen von atmosphärischem Sauerstoff hergestellt werden. In einigen Fällen können massendispersionsverfestigte Legierungen derart hergestellt werden, dass mindestens eines der Treibgase 40a, b einen gewissen Anteil von Sauerstoff enthält oder aus Luft besteht. Überraschend kann die Gegenwart eines Flussmittels in der Schmelze 30 (und der resultierenden Schlackenschicht 50) massendispersionsverfestigte Legierungen mit optimaler (verfestigender) Kornstruktur erzeugen, ohne dass eine darauf folgende Wärmebehandlung der massendispersionsverfestigten Legierung nötig ist. Zusätzliche Wärmebehandlung kann gegebenenfalls durchgeführt werden, um die mechanischen Eigenschaften von massendispersionsverfestigten Legierungen, die durch Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurden, weiter zu verbessern.
Massendispersionsverfestigte Legierungen, die durch Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurden, ziehen außerdem Nutzen aus einer Fähigkeit, die Kornstruktur der resultierenden dispersionsverfestigten Legierungsschicht 44 durch gerichtete Erstarrung zu steuern. 3 zeigt außerdem die fakultative Verwendung einer Erstarrungsform 52 (linker Teil in der Darstellung), die einen Formbodenteil 54 und einen Formseitenteil 56 enthält. Auswählen von feuerfesten Materialien mit relativ niedriger oder hoher Wärmeleitfähigkeit gestattet eine gerichtete Steuerung der Wärmeübertragung während des Kühlens der gebildeten dispersionsverfestigten Legierungsschicht – so dass die resultierende dispersionsverfestigte Legierungsschicht 44 entweder uniaxiale (säulenförmige) oder gleichaxige Kornstrukturen enthalten kann. Beispielsweise kann in der nicht einschränkenden Darstellung von 3 der Formbodenteil 54 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (zum Beispiel Graphit) hergestellt sein, und der Formseitenteil 56 kann aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit (zum Beispiel Zirconiumoxid) hergestellt sein, was eine gerichtete Erstarrung bewirkt, um uniaxiale (säulenförmige) Körner 58 herzustellen, die senkrecht zur Ebene des Formbodenteils 54 orientiert sind. Durch Steuern der Wärmeleitfähigkeit des Boden- und Seitenteils 54, 56 der feuerfesten Erstarrungsform 52 kann die Kornstruktur der resultierenden dispersionsverfestigten Legierungsschicht 44 angepasst und variiert werden. Gerichtete Erstarrung kann auch durch Verwendung mindestens einer Kühlplatte (in 3 nicht gezeigt), die derart angeordnet ist, dass sie mit dem Formbodenteil 54 in Kontakt steht, und/oder einer Wärmeplatte, die derart angeordnet ist, dass sie mit dem Formseitenteil 56 in Kontakt steht, beeinflusst werden.
Bei manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Verwendung von Füllmittel ausgeschlossen, und stattdessen wird eine Wärmequelle verwendet, um die Oberfläche eines metallischen Substrats unter Ausbildung der Schmelze direkt zu schmelzen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schmelze in Gegenwart eines Flussmittels ausgebildet werden, das entweder auf der Oberfläche des metallischen Substrats abgeschieden oder mittels mindestens einer Düse in die Schmelze geleitet wird. In derartigen Fällen stellt eine resultierende Schlackenschicht die gleichen oben beschriebenen Vorteile bereit. Die resultierende dispersionsverfestigte Legierungsschicht wird somit an das metallische Substrat gebunden.
Während verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorliegend gezeigt und beschrieben wurden, ist es offensichtlich, dass derartige Ausführungsformen lediglich beispielhaft bereitgestellt worden sind. Verschiedene Variationen, Änderungen und Substitutionen können durchgeführt werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nur durch den Gedanken und den Schutzumfang der angehängten Ansprüche begrenzt wird.
Ausführungsformen:

1. Verfahren, umfassend: Schmelzen eines Legierungsmaterials mit einer Wärmequelle unter Ausbildung einer Schmelze in Gegenwart eines Flussmittels; Leiten von Verfestigungsteilchen in die Schmelze, so dass die Verfestigungsteilchen in der Schmelze dispergiert sind; und Abkühlen- und Erstarrenlassen der Schmelze unter Ausbildung einer dispersionsverfestigten Legierung, die zumindest teilweise von einer Schlackenschicht bedeckt wird.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, ferner umfassend Abscheiden eines pulverförmigen Füllmittels, das das Legierungsmaterial umfasst, auf benachbarte Oberflächen mindestens zweier gegenübergestellter Metallsubstrate, so dass die dispersionsverfestigte Legierung eine dispersionsverfestigte Schweißnaht ausbildet, die die mindestens zwei gegenübergestellten Metallsubstrate miteinander verschmelzt.
3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei die mindestens zwei gegenübergestellten Metallsubstrate dispersionsverfestigte Legierungssubstrate sind.
4. Verfahren nach Ausführungsform 1, ferner umfassend Abscheiden eines pulverförmigen Füllmittels, das das Legierungsmaterial umfasst, auf eine Oberfläche eines metallischen Substrats, so dass sich beim Kühlen der Schmelze die dispersionsverfestigte Legierung mit der Oberfläche des metallischen Substrats verbindet.
5. Verfahren nach Ausführungsform 4, wobei: das pulverförmige Füllmittel ferner das Flussmittel umfasst oder das pulverförmige Füllmittel von einer Schicht des Flussmittels bedeckt wird.
6. Verfahren nach Ausführungsform 1, ferner umfassend: Abscheiden eines pulverförmigen Füllmittels, das das Legierungsmaterial umfasst, auf ein flüchtiges Trägermaterial, so dass beim Kühlen der Schmelze die dispersionsverfestigte Legierung auf dem flüchtigen Trägermaterial erstarrt; und Entfernen des flüchtigen Trägermaterials unter Erhaltung eines Objekts, welches die dispersionsverfestigte Legierung umfasst.
7. Verfahren nach Ausführungsform 6, wobei: das pulverförmige Füllmittel ferner das Flussmittel umfasst oder das pulverförmige Füllmittel von einer Schicht des Flussmittels bedeckt wird.
8. Verfahren nach Ausführungsform 6, wobei das flüchtige Trägermaterial ein Bett ist, das ein Oxid enthaltendes Material oder ein Flussmittel umfasst.
9. Verfahren nach Ausführungsform 6, wobei das flüchtige Trägermaterial ein feuerfester Behälter ist, so dass eine Form des Objekts durch eine Innengestalt des feuerfesten Behälters gesteuert wird.
10. Verfahren nach Ausführungsform 9, wobei feuerfeste Materialien des feuerfesten Behälters so ausgewählt werden, dass sie die Richtungskühlung der Schmelze derart beeinflussen, dass die dispersionsverfestigte Legierung uniaxiale Körner umfasst.
11. Verfahren nach Ausführungsform 1, umfassend Schmelzen einer Oberfläche eines metallischen Substrats, das das Legierungsmaterial umfasst, mit der Wärmequelle unter Ausbildung der Schmelze, so dass beim Kühlen der Schmelze die dispersionsverfestigte Legierung mit dem metallischen Substrat verbunden wird.
12. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Verfestigungsteilchen ein Metallnitrid, ein Metallcarbid oder beides umfassen.
13. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Verfestigungsteilchen mindestens eines der aus der Gruppe bestehend aus Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Titannitrid, Vanadiumnitrit, Chromnitrid, Zirconnitrid, Niobnitrid, Hafniumnitrid, Tantalnitrid, Borcarbid, Aluminiumcarbid, Siliciumcarbid, Calciumcarbid, Titancarbid, Vanadiumcarbid, Chromcarbid, Zirconcarbid, Nickelcarbid, Hafniumcarbid und Wolframcarbid ausgewählten umfassen.
14. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Wärmequelle aus der Gruppe bestehend aus einem Photonenstrahl, einem Elektronenstrahl und einem Plasmastrahl ausgewählt ist.
15. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei: die Wärmequelle ein Energiestrahl ist und die Verfestigungsteilchen in einen nicht erwärmenden Teil von Schmelze geleitet werden, so dass die Verfestigungsteilchen nicht von dem Energiestrahl berührt werden.
16. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Verfestigungsteilchen durch eine durch die Schlackenschicht hindurchtretende feuerfeste Einspritzdüse oder durch einen durch die Schlackenschicht hindurchtretenden verbrauchbaren kernhaltigen Injektor in die Schmelze geleitet werden.
17. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei mindestens eines der Folgenden erfüllt wird: die Verfestigungsteilchen werden mit mindestens einem Treibgas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Argon, Stickstoff und Helium in die Schmelze geleitet und Schmelzen des Legierungsmaterials und Ausbildung der dispersionsverfestigten Legierung finden unter einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre statt.
18. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei das Schmelzen durch Rastern eines Laserstrahls über eine Oberfläche eines pulverförmigen Füllmittels, das das Legierungsmaterial umfasst, stattfindet, so dass mindestens eines der Folgenden erfüllt wird: ein Perimeter der Verfestigungsteilchen, die in die Schmelze geleitet werden, passt in einen Perimeter der Schmelze; und das Rastern des Laserstrahls erzeugt Ströme von geschmolzenem Material innerhalb der Schmelze, was die Verfestigungsteilchen in der Schmelze verteilt.
19. Verfahren, umfassend: Abscheiden eines pulverförmigen Füllmittels, das das Legierungsmaterial umfasst, auf benachbarte Oberflächen mindestens zweier gegenübergestellter dispersionsverfestigter Legierungssubstrate; Laserschmelzen des pulverförmigen Füllmittels in Gegenwart eines Flussmittels unter Ausbildung einer Schmelze, die von einer Schlackenschicht bedeckt wird; Einspritzen von Teilchen, die Metallnitrid, ein Metallcarbid oder beides umfassen, in die Schmelze, so dass die Teilchen in der Schmelze dispergiert sind; und Abkühlen- und Erstarrenlassen der Schmelze unter Ausbildung einer dispersionsverfestigten Schweißnaht, die die mindestens zwei dispersionsverfestigten Legierungssubstrate miteinander verschmelzt.
20. Verfahren nach Ausführungsform 19, umfassend: Einspritzen der Teilchen in einen nicht erwärmenden Teil der Schmelze durch eine durch die Schlackenschicht hindurchtretende Einspritzdüse, wobei die Einspritzdüse mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus einem Metalloxid, einem Metallcarbid, einem Metallnitrid und einem Graphit ausgewähltes feuerfestes Material umfasst; oder Leiten der Teilchen in den nicht erwärmenden Teil der Schmelze durch einen durch die Schlackenschicht hindurchtretenden verbrauchbaren kernhaltigen Injektor, wobei der verbrauchbare kernhaltige Injektor einen Nickel enthaltende Mantel umfasst, der ein pulverförmiges Kernmaterial, das die Teilchen umfasst, umgibt.

Claims

Verfahren, umfassend: Schmelzen eines Legierungsmaterials mit einer Wärmequelle unter Ausbildung einer Schmelze in Gegenwart eines Flussmittels; Leiten von Verfestigungsteilchen in die Schmelze, so dass die Verfestigungsteilchen in der Schmelze dispergiert sind; und Abkühlen- und Erstarrenlassen der Schmelze unter Ausbildung einer dispersionsverfestigten Legierung, die zumindest teilweise von einer Schlackenschicht bedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Abscheiden eines pulverförmigen Füllmittels, das das Legierungsmaterial umfasst, auf benachbarte Oberflächen mindestens zweier gegenübergestellter Metallsubstrate, so dass die dispersionsverfestigte Legierung eine dispersionsverfestigte Schweißnaht ausbildet, die die mindestens zwei gegenübergestellten Metallsubstrate miteinander verschmelzt, oder ferner umfassend Abscheiden eines pulverförmigen Füllmittels, das das Legierungsmaterial umfasst, auf eine Oberfläche eines metallischen Substrats, so dass beim Kühlen der Schmelze die dispersionsverfestigte Legierung mit der Oberfläche des metallischen Substrats verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Abscheiden eines pulverförmigen Füllmittels, das das Legierungsmaterial umfasst, auf ein flüchtiges Trägermaterial, so dass beim Kühlen der Schmelze die dispersionsverfestigte Legierung auf dem flüchtigen Trägermaterial erstarrt; und Entfernen des flüchtigen Trägermaterials unter Erhaltung eines Objekts, welches die dispersionsverfestigte Legierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend Schmelzen einer Oberfläche eines metallischen Substrats, das das Legierungsmaterial umfasst, mit der Wärmequelle unter Ausbildung der Schmelze, so dass beim Kühlen der Schmelze die dispersionsverfestigte Legierung mit dem metallischen Substrat verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verfestigungsteilchen ein Metallnitrid, ein Metallcarbid oder beides umfassen, oder die Verfestigungsteilchen mindestens eines der aus der Gruppe bestehend aus Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Titannitrid, Vanadiumnitrit, Chromnitrid, Zirconnitrid, Niobnitrid, Hafniumnitrid, Tantalnitrid, Borcarbid, Aluminiumcarbid, Siliciumcarbid, Calciumcarbid, Titancarbid, Vanadiumcarbid, Chromcarbid, Zirconcarbid, Nickelcarbid, Hafniumcarbid und Wolframcarbid ausgewählten umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle aus der Gruppe bestehend aus einem Photonenstrahl, einem Elektronenstrahl und einem Plasmastrahl ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Wärmequelle ein Energiestrahl ist und die Verfestigungsteilchen in einen nicht erwärmenden Teil von Schmelze geleitet werden, so dass die Verfestigungsteilchen nicht von dem Energiestrahl berührt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verfestigungsteilchen durch eine durch die Schlackenschicht hindurchtretende feuerfeste Einspritzdüse oder durch einen durch die Schlackenschicht hindurchtretenden verbrauchbaren kernhaltigen Injektor in die Schmelze geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der Folgenden erfüllt wird: die Verfestigungsteilchen werden mit mindestens einem Treibgas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Argon, Stickstoff und Helium in die Schmelze geleitet und Schmelzen des Legierungsmaterials und Ausbildung der dispersionsverfestigten Legierung finden unter einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre statt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schmelzen durch Rastern eines Laserstrahls über eine Oberfläche eines pulverförmigen Füllmittels, das das Legierungsmaterial umfasst, stattfindet, so dass mindestens eines der Folgenden erfüllt wird: ein Perimeter der Verfestigungsteilchen, die in die Schmelze geleitet werden, passt in einen Perimeter der Schmelze; und das Rastern des Laserstrahls erzeugt Ströme von geschmolzenem Material innerhalb der Schmelze, was die Verfestigungsteilchen in der Schmelze verteilt.