DE102019106979B4 - METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL ALUMINUM ALLOY PART - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL ALUMINUM ALLOY PART Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019106979B4 DE102019106979B4 DE102019106979.3A DE102019106979A DE102019106979B4 DE 102019106979 B4 DE102019106979 B4 DE 102019106979B4 DE 102019106979 A DE102019106979 A DE 102019106979A DE 102019106979 B4 DE102019106979 B4 DE 102019106979B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- less
- weight
- aluminum alloy
- aluminum
- equal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 200
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 132
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 124
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 122
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 60
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 47
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 claims abstract description 43
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 18
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims abstract description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 84
- 229910018594 Si-Cu Inorganic materials 0.000 description 55
- 229910008465 Si—Cu Inorganic materials 0.000 description 55
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 25
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 14
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 14
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 11
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 10
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 10
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 7
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 229910016570 AlCu Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 229910018575 Al—Ti Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 229910003407 AlSi10Mg Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017818 Cu—Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/0408—Light metal alloys
- C22C1/0416—Aluminium-based alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/0425—Copper-based alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
- B22F2301/05—Light metals
- B22F2301/052—Aluminium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
- C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Aluminiumlegierungsteils (108), wobei das Verfahren Folgendes umfasst:(a) Bereitstellen eines Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110);(b) Verteilen einer Schicht des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) auf einem Substrat (238);(c) Abtasten selektiver Bereiche der Schicht des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) mit einem Hochenergie-Laser oder Elektronenstrahl (130), um einen Pool aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) darin zu bilden, wobei die selektiven Bereiche (128) der Schicht (124) des Pulverzuführungsmaterials (110) einem Querschnitt eines zu bildenden Aluminiumlegierungsteils (108) entsprechen;(d) Beenden des Lasers oder Elektronenstrahls (130), um den Pool aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) abzukühlen und zu verfestigen, in eine feste Schicht aus Aluminiumlegierungsmaterial, worin nach Beendigung des Lasers oder Elektronenstrahls (130) der Pool aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) mit einer Rate im Bereich von 104Kelvin pro Sekunde bis 106Kelvin pro Sekunde abgekühlt wird; und(e) sequentielles Wiederholen der Schritte (b) bis (d) zum Bilden eines Aluminiumlegierungsteils (108), das aus einer Vielzahl von festen Schichten aus Aluminiumlegierungsmaterial (132) besteht,worin sich während der Verfestigung des Pools aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) in einer Lösung aus Flüssigphasenaluminium (344) Festphasenpartikel (342) bilden, bevor Festphasenaluminium-Dendriten (346) gebildet werden,worin die Festphasenpartikel (342) als Kerne zum späteren Bilden der Festphasen-Aluminiumdendriten (346) dienen,worin sich, nachdem sich die Festphasenpartikel (342) innerhalb der Lösung von Flüssigphasenaluminium (344) gebildet haben, die Festphasenaluminiumdendriten (346) in mehreren Richtungen auf den Festphasenpartikeln (342) nukleieren und wachsen, undworin jede der festen Schichten aus Aluminiumlegierungsmaterial im Aluminiumlegierungsteil (108) eine kontinuierliche Aluminium-Matrixphase beinhaltet, die eine polykristalline Struktur aufweist und überwiegend eine Vielzahl von gleichachsigen Körnern (350) beinhaltet, worin während der Verfestigung des Pools aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) das geschmolzene Aluminiumlegierungsmaterial von einer vollständig flüssigen Phase zu einem Mehrphasensystem übergeht, in dem die Festphasenpartikel (342) in der Lösung aus Flüssigphasenaluminium (344) dispergiert sind,worin das Wachstum der Festphasenaluminium-Dendriten (346) gestoppt wird, wenn benachbarte Aluminiumdendriten aufeinandertreffen und Korngrenzen (348) bilden,worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) 13-25 Gew.- % Silizium umfasst, und worin die Festphasenpartikel (342) Partikel aus Silizium umfassen,worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) auch, bezogen auf das Gewicht, Folgendes umfasst:mehr als 0 Gew.-% Eisen und weniger als 9 Gew.-% Eisen, undmehr als 0 Gew.-% Mangan und weniger als 5 Gew.-% Mangan, undworin die Festphasenpartikel (342) die Partikel von Silizium und eisenhaltigen intermetallischen Partikeln umfassen,worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) auch 0,1-10 Gew.-% Kupfer und 0-2 Gew.-% Magnesium umfasst,Erwärmen des Aluminiumlegierungsteils (108) auf eine Temperatur im Bereich von 180 °C bis 210 °C für eine Dauer von 0,5 Stunden bis 7 Stunden, um mindestens eine kupferhaltige Ausfällungsphase innerhalb der Aluminiummatrixphase jeder der festen Schichten aus Aluminiumlegierungsmaterial im Aluminiumlegierungsteil (108) zu bilden, worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110), bezogen auf das Gewicht, Folgendes umfasst:mehr als 0 Gew.-% und weniger als 5 Gew.-% mindestens eines Keimbildners, und Rest Aluminium, und worin der mindestens eine Keimbildner ein Element oder eine Verbindung mit einer festen Löslichkeit in Aluminium von weniger als 0,5 Gew.-% bei Temperaturen unter 530 °C umfasst,worin der mindestens eine Keimbildner mindestens ein Element oder eine Verbindung aus Titan (Ti), Bor (B), Beryllium (Be), Kobalt (Co), Chrom (Cr), Cäsium (Cs), Eisen (Fe), Hafnium (Hf), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Niob (Nb), Blei (Pb), Schwefel (S), Zirkon (Zr), Antimon (Sb), Scandium (Sc), Selen (Se), Strontium (Sr), Tantal (Ta), Vanadium (V) oder Wolfram (W) umfasst,worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110), bezogen auf das Gewicht, mindestens eines von mehr als 0 Gew.-% B und weniger als 5 Gew.-% B, mehr als oder gleich 0,7 Gew.-% Be und weniger als 5 Gew.-% Be, mehr als oder gleich 0,9 Gew.- % Co und weniger als 5 Gew.-% Co, mehr als oder gleich 0,3 Gew.-% Cr und weniger als 5 Gew.-% Cr, mehr als 0 Gew.-% Cs und weniger als 5 Gew.-% Cs, mehr als oder gleich 1,7 Gew.-% Fe und weniger als 5 Gew.-% Fe, mehr als oder gleich 0,4 Gew.-% Hf und weniger als 5 Gew.-% Hf, mehr als oder gleich 1,8 Gew.-% Mn und weniger als 5 Gew.-% Mn, mehr als 0 Gew.-% Mo und weniger als 5 Gew.-% Mo, mehr als 0 Gew.-% Nb und weniger als 5 Gew.-% Nb, mehr als oder gleich 1,4 Gew.-% Pb und weniger als 5 Gew.-% Pb, mehr als 0 Gew.-% S und weniger als 5 Gew.-% S, mehr oder gleich 0,9 Gew.-% Sb und weniger als 5 Gew.-% Sb, mehr als oder gleich 0,4 Gew.-% Sc und weniger als 5 Gew.-% Sc, mehr als 0 Gew.-% Se und weniger als 5 Gew.-% Se, mehr als oder gleich 0,5 Gew.-% Sr und weniger als 5 Gew.-% Sr, mehr als 0 Gew.-% Ta und weniger als 5 Gew.-% Ta, mehr als oder gleich 0,12 Gew.-% Ti und weniger als 5 Gew.-% Ti, mehr als 0 Gew.-% V und weniger als 5 Gew.- % V, mehr als 0 Gew.-% W und weniger als 5 Gew.-% W, oder mehr als 0 Gew.-% Zr und weniger als 5 Gew.-% Zr umfasst.A method of producing a three-dimensional aluminum alloy part (108), the method comprising: (a) providing an aluminum alloy powder feed material (110); (b) distributing a layer of the aluminum alloy powder feed material (110) on a substrate (238); (c ) scanning selective areas of the layer of aluminum alloy powder feed material (110) with a high energy laser or electron beam (130) to form a pool of molten aluminum alloy material (132) therein, the selective areas (128) of the layer (124) of the powder feed material (110) corresponding to a cross section of an aluminum alloy part (108) to be formed; (d) terminating the laser or electron beam (130) to cool and solidify the pool of molten aluminum alloy material (132) into a solid layer of aluminum alloy material, wherein terminating the laser or electron beam (130), cooling the pool of molten aluminum alloy material (132) at a rate in the range of 104 Kelvin per second to 106 Kelvin per second; and (e) sequentially repeating steps (b) through (d) to form an aluminum alloy part (108) consisting of a plurality of solid layers of aluminum alloy material (132), wherein during solidification of the pool of molten aluminum alloy material (132) in a solution of liquid phase aluminum (344) form solid phase particles (342) before solid phase aluminum dendrites (346) are formed, in which the solid phase particles (342) serve as nuclei for later forming the solid phase aluminum dendrites (346), in which after the Solid phase particles (342) have formed within the solution of liquid phase aluminum (344), the solid phase aluminum dendrites (346) nucleate and grow in multiple directions on the solid phase particles (342), and wherein each of the solid layers of aluminum alloy material in the aluminum alloy part (108) is a continuous aluminum matrix phase which has a polycrystalline structure and predominantly includes a plurality of equiaxed grains (350), wherein during solidification of the pool of molten aluminum alloy material (132), the molten aluminum alloy material transitions from a completely liquid phase to a multiphase system in which the solid phase particles (342 ) are dispersed in the solution of liquid phase aluminum (344), wherein the growth of the solid phase aluminum dendrites (346) is stopped when adjacent aluminum dendrites meet and form grain boundaries (348), wherein each particle of the aluminum alloy powder feed material (110) is 13-25 wt .-% silicon, and wherein the solid phase particles (342) comprise particles of silicon, wherein each particle of the aluminum alloy powder feed material (110) also comprises, by weight: more than 0 wt% iron and less than 9 wt% iron, and more than 0 wt% manganese and less than 5 wt% manganese, and wherein the solid phase particles (342) comprise the particles of silicon and iron-containing intermetallic particles, wherein each particle of the aluminum alloy powder feed material (110) also comprising 0.1-10% by weight of copper and 0-2% by weight of magnesium, heating the aluminum alloy part (108) to a temperature in the range of 180 ° C to 210 ° C for a period of 0.5 hours to 7 hours to form at least one copper-containing precipitation phase within the aluminum matrix phase of each of the solid layers of aluminum alloy material in the aluminum alloy part (108), wherein each particle of the aluminum alloy powder feed material (110 comprises, by weight: more than 0 wt. % and less than 5% by weight of at least one nucleating agent, and the balance aluminum, and wherein the at least one nucleating agent is an element or a compound with a solid solubility in aluminum of less than 0.5% by weight at temperatures below 530 ° C comprises, wherein the at least one nucleating agent comprises at least one element or compound of titanium (Ti), boron (B), beryllium (Be), cobalt (Co), chromium (Cr), cesium (Cs), iron (Fe), hafnium (Hf), Manganese (Mn), Molybdenum (Mo), Niobium (Nb), Lead (Pb), Sulfur (S), Zirconium (Zr), Antimony (Sb), Scandium (Sc), Selenium (Se), Strontium (Sr), tantalum (Ta), vanadium (V) or tungsten (W), wherein each particle of the aluminum alloy powder feed material (110) is at least one of more than 0% by weight B and less than 5% by weight B, more than or equal to 0.7% by weight Be and less than 5% by weight Be, more than or equal to 0.9% by weight Co and less than 5% by weight Co , more than or equal to 0.3 wt% Cr and less than 5 wt% Cr, more than 0 wt% Cs and less than 5 wt% Cs, more than or equal to 1.7 wt. -% Fe and less than 5 wt% Fe, more than or equal to 0.4 wt% Hf and less than 5 wt% Hf, more than or equal to 1.8 wt% Mn and less than 5 wt% Mn, more than 0 wt% Mo and less than 5 wt% Mo, more than 0 wt% Nb and less than 5 wt% Nb, more than or equal to 1.4 % by weight of Pb and less than 5% by weight of Pb, more than 0% by weight of S and less than 5% by weight of S, more than or equal to 0.9% by weight of Sb and less than 5% by weight. -% Sb, more than or equal to 0.4% by weight Sc and less than 5% by weight Sc, more than 0% by weight Se and less than 5% by weight Se, more than or equal to 0, 5 wt% Sr and less than 5 wt% Sr, more than 0 wt% Ta and less than 5 wt% Ta, more than or equal to 0.12 wt% Ti and less than 5 wt.% Ti, more than 0 wt.% V and less than 5 wt.% V, more than 0 wt.% W and less than 5 wt.% W, or more than 0 wt.% Zr and less than 5% by weight of Zr.
Description
EINLEITUNGINTRODUCTION
Eine Vielzahl von Metalllegierungszusammensetzungen wurde zur Verwendung bei der Herstellung von dreidimensionalen Aluminiumlegierungsteilen durch Gieß- und/oder Warmumformungsverfahren entwickelt, um den resultierenden Teilen bestimmte wünschenswerte chemische und mechanische Eigenschaften zu verleihen. Es hat sich jedoch erwiesen, dass, wenn diese Aluminiumlegierungszusammensetzungen als Pulverzufuhrmaterial in einem Pulverbett-Schmelzzusatzherstellungsverfahren verwendet werden, die resultierenden Aluminiumlegierungsteile oft eine säulenförmige Kornstruktur aufweisen und daher relativ anfällig für Rissbildung entlang der Korngrenzen zwischen benachbarten säulenförmigen Körnern sind. Daher besteht in der Technik Bedarf an einer Aluminiumlegierungszusammensetzung, die in einem Pulverbett-Schmelzzusatzherstellungsverfahren eingesetzt werden kann, um dreidimensionale Aluminiumlegierungsteile zu bilden, die überwiegend eine gleichachsige Kornstruktur aufweisen und daher relativ widerstandsfähig oder unempfindlich gegen Verfestigungsrisse sind.A variety of metal alloy compositions have been developed for use in producing three-dimensional aluminum alloy parts by casting and/or hot working processes to impart certain desirable chemical and mechanical properties to the resulting parts. However, it has been found that when these aluminum alloy compositions are used as powder feed material in a powder bed smelting additive manufacturing process, the resulting aluminum alloy parts often have a columnar grain structure and are therefore relatively susceptible to cracking along the grain boundaries between adjacent columnar grains. Therefore, there is a need in the art for an aluminum alloy composition that can be used in a powder bed smelting additive manufacturing process to form three-dimensional aluminum alloy parts that have a predominantly equiaxed grain structure and are therefore relatively resistant or insensitive to solidification cracking.
KURZDARSTELLUNGSHORT PRESENTATION
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Aluminiumlegierungszusammensetzung, die in einem Pulverbett-Schmelzzusatzherstellungsverfahren eingesetzt werden kann, um dreidimensionale Aluminiumlegierungsteile zu bilden, die überwiegend eine gleichachsige Kornstruktur aufweisen und daher relativ widerstandsfähig oder unempfindlich gegen Verfestigungsrisse sind.The object of the invention is to provide an aluminum alloy composition that can be used in a powder bed melt additive manufacturing process to form three-dimensional aluminum alloy parts that predominantly have an equiaxed grain structure and are therefore relatively resistant or insensitive to solidification cracking.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Aluminiumlegierungspulver zur Herstellung eines dreidimensionalen hochfesten Aluminiumlegierungsteils durch ein Pulverbett-Schmelzzusatzherstellungsverfahren bereitgestellt. Jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulvers kann eine Aluminiumlegierung umfassen, die 13-25 Gew.-% Silizium, 0,1-10 Gew.-% Kupfer und 0-2 Gew.-% Magnesium beinhaltet. Wenn die Aluminiumlegierung auf eine erste Temperatur erwärmt wird, die höher ist als eine Liquidustemperatur der Aluminiumlegierung, und anschließend auf eine zweite Temperatur abgekühlt wird, die niedriger ist als die Liquidustemperatur der Aluminiumlegierung und höher ist als eine Solidustemperatur der Aluminiumlegierung, kann die Aluminiumlegierung von einem Flüssigphasen- zu einem Mehrphasensystem übergehen. Das Mehrphasensystem kann eine Lösung aus Flüssigphasenaluminium und eine Festphase aus Siliziumpartikeln beinhalten, die über das Flüssigphasenaluminium verteilt sind.According to one aspect of the present disclosure, an aluminum alloy powder for producing a three-dimensional high-strength aluminum alloy part by a powder bed melt additive manufacturing process is provided. Each particle of the aluminum alloy powder may comprise an aluminum alloy containing 13-25 wt% silicon, 0.1-10 wt% copper and 0-2 wt% magnesium. When the aluminum alloy is heated to a first temperature that is higher than a liquidus temperature of the aluminum alloy and then cooled to a second temperature that is lower than the liquidus temperature of the aluminum alloy and higher than a solidus temperature of the aluminum alloy, the aluminum alloy can be of one Liquid phase to a multiphase system. The multiphase system may include a solution of liquid phase aluminum and a solid phase of silicon particles distributed throughout the liquid phase aluminum.
Die Aluminiumlegierung umfasst 15-22 Gew.-% Silizium, 2-5,1 Gew.-% Kupfer und 0,6-0,8 Gew.-% Magnesium. In einer weiteren Form kann das Aluminiumlegierungspulver 19-21 Gew.-% Silizium, 3,5-4,1 Gew.-% Kupfer und als Rest Aluminium umfassen.The aluminum alloy includes 15-22 wt% silicon, 2-5.1 wt% copper and 0.6-0.8 wt% magnesium. In another form, the aluminum alloy powder may comprise 19-21 wt% silicon, 3.5-4.1 wt% copper and the balance aluminum.
Das Aluminium kann auch, bezogen auf das Gewicht: mehr als 0 % Eisen und weniger als 9 % Eisen und mehr als 0 % Mangan und weniger als 5 % Mangan umfassen. In diesem Fall kann das Mehrphasensystem die Lösung von Flüssigphasenaluminium, die Festphase von Siliziumpartikeln und eine weitere Festphase von eisenhaltigen intermetallischen Partikeln beinhalten, die über das Flüssigphasenaluminium verteilt sind.The aluminum can also, by weight: more than 0% iron and less than 9% iron and more than 0% manganese and less than 5 % manganese. In this case, the multiphase system may include the solution of liquid phase aluminum, the solid phase of silicon particles and another solid phase of iron-containing intermetallic particles distributed throughout the liquid phase aluminum.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Aluminiumlegierungspulver zur Herstellung eines dreidimensionalen wärmeleitfähigen Aluminiumlegierungsteils durch ein Pulverbett-Fusionszusatzherstellungsverfahren bereitgestellt. Jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulvers kann eine Aluminiumlegierung umfassen, die, bezogen auf das Gewicht: mehr als 95 % Aluminium und mehr als 0 % und weniger als 5 % mindestens eines Keimbildners beinhaltet. Der mindestens eine Keimbildner kann ein Element oder eine Verbindung mit einer festen Löslichkeit in Aluminium von weniger als 0,5 Gew.-% bei Temperaturen unter 530 Grad Celsius umfassen. Wenn die Aluminiumlegierung auf eine erste Temperatur erwärmt wird, die höher ist als eine Liquidustemperatur der Aluminiumlegierung, und anschließend auf eine zweite Temperatur abgekühlt wird, die niedriger ist als die Liquidustemperatur der Aluminiumlegierung und höher ist als eine Solidustemperatur der Aluminiumlegierung, kann die Aluminiumlegierung von einem Flüssigphasen- zu einem Mehrphasensystem übergehen. Das Mehrphasensystem kann eine Lösung aus Flüssigphasenaluminium und eine Festphase von Partikeln des mindestens einen Keimbildners beinhalten, die über das Flüssigphasenaluminium verteilt sind. In einer Form kann der mindestens eine Keimbildner ein Element oder eine Verbindung mit einer festen Löslichkeit in Aluminium von weniger als oder gleich 2,0 Gew.-% auf die zweite Temperatur umfassen.According to another aspect of the present disclosure, an aluminum alloy powder for producing a three-dimensional thermally conductive aluminum alloy part by a powder bed fusion additive manufacturing method is provided. Each particle of the aluminum alloy powder may comprise an aluminum alloy that includes, by weight: more than 95% aluminum and more than 0% and less than 5% of at least one nucleating agent. The at least one nucleating agent may comprise an element or a compound with a fixed solubility in aluminum of less than 0.5% by weight at temperatures below 530 degrees Celsius. When the aluminum alloy is heated to a first temperature that is higher than a liquidus temperature of the aluminum alloy and then cooled to a second temperature that is lower than the liquidus temperature of the aluminum alloy and higher than a solidus temperature of the aluminum alloy, the aluminum alloy can be of one Liquid phase to a multiphase system. The multiphase system may include a solution of liquid phase aluminum and a solid phase of particles of the at least one nucleating agent distributed throughout the liquid phase aluminum. In one form, the at least one nucleating agent may comprise an element or compound having a fixed solubility in aluminum of less than or equal to 2.0% by weight at the second temperature.
Ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Aluminiumlegierungsteils kann den folgenden Schritt umfassen. In Schritt (a) kann ein Pulverzufuhrmaterial aus einer Aluminiumlegierung bereitgestellt werden. In Schritt (b) kann eine Schicht des Pulverzufuhrmaterials über ein Substrat verteilt werden. In Schritt (c) können selektive Bereiche der Schicht des Pulverzufuhrmaterials mit einem Hochenergielaser oder Elektronenstrahl abgetastet werden, um einen Pool aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial darin zu bilden. Die selektiven Bereiche der Schicht des Pulverzufuhrmaterials können einem Querschnitt eines zu bildenden Aluminiumlegierungsteils entsprechen. In Schritt (d) kann der Laser- oder Elektronenstrahl beendet werden, um den Pool aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial abzukühlen und in eine feste Schicht aus Aluminiumlegierungsmaterial zu verfestigen. Die Schritte (b) bis (d) können nacheinander wiederholt werden, um ein Aluminiumlegierungsteil zu bilden, das aus einer Vielzahl von festen Schichten aus Aluminiumlegierungsmaterial besteht. Während der Verfestigung des Pools aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial können sich in einer Lösung aus Flüssigphasenaluminium Festphasenpartikel bilden, bevor Festphasenaluminium-Dendriten gebildet werden. Jede der festen Schichten aus Aluminiumlegierungsmaterial im Aluminiumlegierungsteil kann eine kontinuierliche Aluminium-Matrixphase beinhalten, die eine polykristalline Struktur aufweist und überwiegend eine Vielzahl von gleichachsigen Körnern beinhaltet.A method for producing a three-dimensional aluminum alloy part may include the following step. In step (a), an aluminum alloy powder feed material may be provided. In step (b), a layer of powder feed material may be spread over a substrate. In step (c), selective areas of the powder feed material layer may be scanned with a high energy laser or electron beam to form a pool of molten aluminum alloy material therein. The selective areas of the layer of powder feed material may correspond to a cross section of an aluminum alloy part to be formed. In step (d), the laser or electron beam may be terminated to cool and solidify the pool of molten aluminum alloy material into a solid layer of aluminum alloy material. Steps (b) to (d) may be repeated sequentially to form an aluminum alloy part consisting of a plurality of solid layers of aluminum alloy material. During solidification of the pool of molten aluminum alloy material, solid phase particles may form in a solution of liquid phase aluminum before solid phase aluminum dendrites are formed. Each of the solid layers of aluminum alloy material in the aluminum alloy part may include a continuous aluminum matrix phase having a polycrystalline structure and predominantly including a plurality of equiaxed grains.
Nach Beendigung des Laser- oder Elektronenstrahls kann der Pool aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial mit einer Rate im Bereich von 104 Kelvin pro Sekunde bis 106 Kelvin pro Sekunde heruntergekühlt werden.Upon termination of the laser or electron beam, the pool of molten aluminum alloy material may be cooled down at a rate ranging from 10 4 Kelvin per second to 10 6 Kelvin per second.
Während der Verfestigung des Pools aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial kann das geschmolzene Aluminiumlegierungsmaterial von einer vollständig flüssigen Phase zu einem Mehrphasensystem übergehen. Im Mehrphasensystem können die Festphasenpartikel in der Lösung aus Flüssigphasenaluminium dispergiert sein.During solidification of the pool of molten aluminum alloy material, the molten aluminum alloy material may transition from a fully liquid phase to a multiphase system. In the multiphase system, the solid phase particles can be dispersed in the solution of liquid phase aluminum.
Die Festphasenpartikel können als Kerne zum späteren Bilden der Festphasen-Aluminiumdendriten dienen. In diesem Fall, nachdem sich die Festphasenpartikel innerhalb der Lösung von Flüssigphasenaluminium gebildet haben, können die Festphasen-Aluminiumdendriten auf den Festphasenpartikeln keimen und in mehrere Richtungen wachsen. Das Wachstum der Festphasen-Aluminiumdendriten kann gestoppt werden, wenn benachbarte Aluminiumdendriten aufeinandertreffen und Korngrenzen bilden.The solid phase particles can serve as nuclei for later forming the solid phase aluminum dendrites. In this case, after the solid phase particles are formed within the solution of liquid phase aluminum, the solid phase aluminum dendrites can nucleate on the solid phase particles and grow in multiple directions. The growth of solid-state aluminum dendrites can be stopped when adjacent aluminum dendrites meet and form grain boundaries.
In einer Form kann jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zufuhrmaterials 13-25 Gew.-% Silizium umfassen. In diesem Fall können die Festphasenpartikel Partikel aus Silizium umfassen.In one form, each particle of the aluminum alloy powder feed material may comprise 13-25% by weight of silicon. In this case, the solid phase particles can include particles made of silicon.
Jedes Partikel des Zuführungsmaterials aus Aluminiumlegierungspulver kann auch, bezogen auf das Gewicht, mehr als 0 Gew.-% Eisen und weniger als 9 Gew.-% Eisen und mehr als 0 Gew.-% Mangan und weniger als 5 Gew.-% Mangan umfassen. In diesem Fall können die Festphasenpartikel die Partikel aus Silizium und eisenhaltigen intermetallischen Partikeln umfassen.Each particle of the aluminum alloy powder feed material may also comprise, by weight, more than 0 wt% iron and less than 9 wt% iron and more than 0 wt% manganese and less than 5 wt% manganese . In this case, the solid phase particles may include the particles of silicon and iron-containing intermetallic particles.
Jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials kann auch 0,1-10 Gew.-% Kupfer und 0-2 Gew.-% Magnesium umfassen. In diesem Fall kann das Aluminiumlegierungsteil für eine Dauer von 0,5 Stunden bis 7 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 180 °C bis 210 °C erhitzt werden, um mindestens eine kupferhaltige Niederschlagsphase innerhalb der Aluminiummatrixphase jeder der festen Schichten aus Aluminiumlegierungsmaterial im Aluminiumlegierungsteil zu bilden.Each particle of the aluminum alloy powder feed material may also include 0.1-10 wt% copper and 0-2 wt% magnesium. In this case, the aluminum alloy part may be heated to a temperature in the range of 180 ° C to 210 ° C for a period of 0.5 hours to 7 hours to form at least one copper-containing precipitate phase within the aluminum matrix phase to form each of the solid layers of aluminum alloy material in the aluminum alloy part.
Jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials umfasst, bezogen auf das Gewicht, mehr als 0 Gew.-% und weniger als 5 Gew.-% von mindestens einem Keimbildner und Rest Aluminium. Der mindestens eine Keimbildner kann ein Element oder eine Verbindung mit einer festen Löslichkeit in Aluminium von weniger als 0,5 Gew.-% bei Temperaturen unter 530 °C umfassen.Each particle of the aluminum alloy powder feed material comprises, by weight, more than 0% by weight and less than 5% by weight of at least one nucleating agent and the balance aluminum. The at least one nucleating agent may comprise an element or a compound with a fixed solubility in aluminum of less than 0.5% by weight at temperatures below 530 ° C.
In einem spezifischen Beispiel kann jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials, bezogen auf das Gewicht, mehr als 98 Gew.-% Aluminium und weniger als 2 Gew.-% des mindestens einen Keimbildners umfassen.In a specific example, each particle of the aluminum alloy powder feed material may comprise, by weight, more than 98% by weight aluminum and less than 2% by weight of the at least one nucleating agent.
Der mindestens eine Keimbildner umfasst mindestens ein Element oder eine Verbindung aus Titan (Ti), Bor (B), Beryllium (Be), Kobalt (Co), Chrom (Cr), Cäsium (Cs), Eisen (Fe), Hafnium (Hf), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Niob (Nb), Blei (Pb), Schwefel (S), Zirkon (Zr), Antimon (Sb), Scandium (Sc), Selen (Se), Strontium (Sr), Tantal (Ta), Vanadium (V) oder Wolfram (W).The at least one nucleating agent comprises at least one element or compound of titanium (Ti), boron (B), beryllium (Be), cobalt (Co), chromium (Cr), cesium (Cs), iron (Fe), hafnium (Hf ), Manganese (Mn), Molybdenum (Mo), Niobium (Nb), Lead (Pb), Sulfur (S), Zirconium (Zr), Antimony (Sb), Scandium (Sc), Selenium (Se), Strontium (Sr ), tantalum (Ta), vanadium (V) or tungsten (W).
In einer Form kann jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials, bezogen auf das Gewicht, mindestens eines von mehr als 0 Gew.-% B und weniger als 5 Gew.-% B, mehr als oder gleich 0,7 Gew.-% Be und weniger als 5 Gew.-% Be, mehr als oder gleich 0,9 Gew.-% Co und weniger als 5 Gew.-% Co, mehr als 0,3 Gew.-% Cr und weniger als 5 Gew.-% Cr, mehr als 0 Gew.-% Cs und weniger als 5 Gew.-% Cs, mehr als oder gleich 1,7 Gew.-% Fe und weniger als 5 Gew.-% Fe, mehr als oder gleich 0,4 Gew.-% Hf und weniger als 5 Gew.-% Hf, mehr als oder gleich 1,8 Gew.-% Mn und weniger als 5 Gew.-% Mn, mehr als 0 Gew.-% Mo und weniger als 5 Gew.-% Mo, mehr als 0 Gew.-% Nb und weniger als 5 Gew.-% Nb, mehr als oder gleich 1,4 Gew.-% Pb und weniger als 5 Gew.% Pb, mehr als 0 Gew.-% S und weniger als 5 Gew.-% S, mehr oder gleich 0,9 Gew.-% Sb und weniger als 5 Gew.-% Sb, mehr als oder gleich 0,4 Gew.-% Sc und weniger als 5 Gew.-% Sc, mehr als 0 Gew.-% Se und weniger als 5 Gew.-% Se, mehr als oder gleich 0,5 Gew.-% Sr und weniger als 5 Gew.-% Sr, mehr als 0 Gew.-% Ta und weniger als 5 Gew.-% Ta, mehr als oder gleich 0,12 Gew.-% Ti und weniger als 5 Gew.-% Ti, mehr als 0 Gew.-% V und weniger als 5 Gew.-% V, mehr als 0 Gew.-% W und weniger als 5 Gew.-% W oder mehr als 0 Gew.-% Zr und weniger als 5 Gew.-% Zr umfassen.In one form, each particle of the aluminum alloy powder feed material may contain, by weight, at least one of more than 0 wt% B and less than 5 wt% B, more than or equal to 0.7 wt% Be, and less than 5 wt% Be, more than or equal to 0.9 wt% Co and less than 5 wt% Co, more than 0.3 wt% Cr and less than 5 wt% Cr , more than 0 wt% Cs and less than 5 wt% Cs, more than or equal to 1.7 wt% Fe and less than 5 wt% Fe, more than or equal to 0.4 wt. -% Hf and less than 5 wt% Hf, more than or equal to 1.8 wt% Mn and less than 5 wt% Mn, more than 0 wt% Mo and less than 5 wt% % Mo, more than 0 wt% Nb and less than 5 wt% Nb, more than or equal to 1.4 wt% Pb and less than 5 wt% Pb, more than 0 wt% S and less than 5 wt% S, more than or equal to 0.9 wt% Sb and less than 5 wt% Sb, more than or equal to 0.4 wt% Sc and less than 5 wt% % Sc, more than 0 wt% Se and less than 5 wt% Se, more than or equal to 0.5 wt% Sr and less than 5 wt% Sr, more than 0 wt% Ta and less than 5 wt% Ta, more than or equal to 0.12 wt% Ti and less than 5 wt% Ti, more than 0 wt% V and less than 5 wt% V , more than 0% by weight of W and less than 5% by weight of W or more than 0% by weight of Zr and less than 5% by weight of Zr.
In einer spezifischen Form kann jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials, bezogen auf das Gewicht, mehr als 0,12 Gew.-% Ti, weniger als 5 Gew.- % Ti und als Rest Aluminium umfassen.In a specific form, each particle of the aluminum alloy powder feed material may comprise, by weight, more than 0.12 wt% Ti, less than 5 wt% Ti, and the balance aluminum.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
-
1 eine Temperatur (°C) vs. zusammengesetztes Gleichgewichtsphasendiagramm eines binären Al-Si-Legierungssystems;1 a temperature (°C) vs. composite equilibrium phase diagram of an Al-Si binary alloy system; -
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von Aluminiumlegierungsteilen über ein Pulverbett-Fusionszusatzherstellungsverfahren unter Verwendung eines Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;2 is a schematic perspective view of an apparatus for producing aluminum alloy parts via a powder bed fusion additive manufacturing method using an aluminum alloy powder feed material according to an embodiment of the present disclosure; -
3 ist eine vergrößerte Ansicht einer Schicht des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials, die über eine zuvor verfestigte Schicht eines Aluminiumlegierungsmaterials auf einer Bauplattform der Vorrichtung von2 verteilt ist;3 is an enlarged view of a layer of aluminum alloy powder feed material over a previously solidified layer of aluminum alloy material on a build platform of the apparatus of2 is distributed; -
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Laserstrahls, der auf die Schicht des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials von3 trifft und diese schmilzt;4 is an enlarged view of a laser beam applied to the aluminum alloy powder feed material layer of3 hits and it melts; -
5 ist eine schematische Darstellung einer Vielzahl von säulenförmigen Aluminiumdendriten, die in der Epitaxie mit einer Oberfläche eines Substrats während der Verfestigung einer herkömmlichen Aluminiumlegierung wachsen;5 is a schematic representation of a plurality of columnar aluminum dendrites growing in epitaxy with a surface of a substrate during solidification of a conventional aluminum alloy; -
6 ist eine schematische Darstellung einer Vielzahl von unidirektional verfestigten säulenförmigen Körnern, die innerhalb der herkömmlichen Aluminiumlegierung von5 nach deren Verfestigung gebildet werden;6 is a schematic representation of a variety of unidirectionally solidified columnar grains found within the conventional aluminum alloy of5 are formed after they solidify; -
7 ist eine schematische Darstellung einer Vielzahl von Festphasenpartikeln, die als Kerne für die nachfolgende Keimbildung und das Wachstum von Aluminiumdendriten während der Verfestigung der gegenwärtig offenbarten Aluminiumlegierungen dienen; und7 is a schematic representation of a plurality of solid phase particles that serve as nuclei for the subsequent nucleation and growth of aluminum dendrites during solidification of the presently disclosed aluminum alloys; and -
8 ist eine schematische Darstellung einer Vielzahl von gleichachsigen Körnern, die innerhalb der Aluminiumlegierung von7 nach deren Verfestigung gebildet wurden.8th is a schematic representation of a variety of equiaxed grains found within the aluminum alloy of7 were formed after their solidification.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die gegenwärtig offenbarten Aluminiumlegierungen können in Pulverform hergestellt und in verschiedenen Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Aluminiumlegierungsteilen verwendet werden, die überwiegend eine gleichachsige Kornstruktur und eine relativ hohe Beständigkeit gegen Verfestigungsrisse aufweisen, im Vergleich zu Aluminiumlegierungsteilen, die überwiegend eine säulenförmige Kornstruktur aufweisen. Um die Bildung von säulenförmigen Körnern innerhalb der Aluminiumlegierungsteile während des Pulverbett-Fusionsverfahrens zu verhindern, beinhalten die Aluminiumlegierungen mindestens ein Element oder eine Verbindung, die während der Verfestigung der Aluminiumlegierungen innerhalb einer Lösung aus Flüssigphasenaluminium nukleiert und als Kerne für die nachfolgende Keimbildung und das Wachstum von Aluminiumdendriten dient. Da die Aluminiumdendriten von ihren jeweiligen Kernen aus in alle Richtungen nach außen wachsen, treffen die Aluminiumdendriten schließlich auf benachbarte Dendriten und bilden Korngrenzen. Da die Keimbildung und das Wachstum der Aluminiumdendriten während der Verfestigung der Aluminiumlegierung statt entlang einer einzelnen Ebene (z. B. auf einem Substrat oder auf einer Schicht aus zuvor verfestigtem Aluminiumlegierungsmaterial) erfolgt, wird die Bildung von säulenförmigen Körnern innerhalb der Verfestigungslegierung vermieden oder verhindert.The presently disclosed aluminum alloys can be prepared in powder form and used in various processes for producing three-dimensional aluminum alloy parts that have a predominantly equiaxed grain structure and a relatively high resistance to solidification cracking, compared to aluminum alloy parts that have a predominantly columnar one have a shaped grain structure. To prevent the formation of columnar grains within the aluminum alloy parts during the powder bed fusion process, the aluminum alloys include at least one element or compound that nucleates within a solution of liquid phase aluminum during solidification of the aluminum alloys and serves as nuclei for the subsequent nucleation and growth of Aluminum dendrites serves. As the aluminum dendrites grow outward in all directions from their respective cores, the aluminum dendrites eventually meet neighboring dendrites and form grain boundaries. Because the nucleation and growth of aluminum dendrites occurs during solidification of the aluminum alloy rather than along a single plane (e.g., on a substrate or on a layer of previously solidified aluminum alloy material), the formation of columnar grains within the solidification alloy is avoided or prevented.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Aluminiumlegierung“ auf ein Material, das, mehr als oder gleich 50 Gew.-% Aluminium (Al) umfasst und ein oder mehrere andere Elemente, die ausgewählt sind, um dem Material bestimmte wünschenswerte Eigenschaften zu verleihen, die nicht durch reines Aluminium dargestellt werden.As used herein, the term "aluminum alloy" refers to a material comprising greater than or equal to 50% by weight aluminum (Al) and one or more other elements selected to impart certain desirable properties to the material , which are not represented by pure aluminum.
In einer Form kann eine Aluminiumlegierungszusammensetzung zur Herstellung eines dreidimensionalen hochfesten Aluminiumlegierungsteils durch ein additives Herstellungsverfahren neben Aluminium auch Legierungselemente aus Silizium (Si) und Kupfer (Cu) umfassen und kann daher hierin als „Al-Si-Cu-Legierung“ bezeichnet werden. Insbesondere kann die Al-Si-Cu-Legierung, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 13 Gew.-%, 15 Gew.-% oder 19 Gew.-% Silizium, weniger als 25 Gew.-%, 22 Gew.-% oder 21 Gew.-% Silizium oder zwischen 13-25 Gew.-%, 15-22 Gew.-% oder 19-21 Gew.-% Silizium umfassen. Zusätzlich kann die Al-Si-Cu-Legierung, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0,1 Gew.-%, 2,0 Gew.-% oder 3,5 Gew.-% Kupfer, weniger als 10 Gew.-%, 5,1 Gew.-% oder 4,1 Gew.-% Kupfer oder zwischen 0,1-10 Gew.-%, 2-5,1 Gew.-% oder 3,5-4,1 Gew.-% Kupfer umfassen.In one form, an aluminum alloy composition for producing a three-dimensional high-strength aluminum alloy part by an additive manufacturing process may include alloying elements of silicon (Si) and copper (Cu) in addition to aluminum and may therefore be referred to herein as an “Al-Si-Cu alloy”. In particular, the Al-Si-Cu alloy may contain, by weight, more than or equal to 13% by weight, 15% by weight or 19% by weight of silicon, less than 25% by weight, 22% by weight. -% or 21% by weight of silicon or between 13-25% by weight, 15-22% by weight or 19-21% by weight of silicon. In addition, the Al-Si-Cu alloy may contain, by weight, more than or equal to 0.1% by weight, 2.0% by weight or 3.5% by weight of copper, less than 10% by weight. -%, 5.1% by weight or 4.1% by weight of copper or between 0.1-10% by weight, 2-5.1% by weight or 3.5-4.1% by weight. -% copper.
Die Siliziummenge in der hierin beschriebenen Al-Si-Cu-Legierung wird so gewählt, dass die Al-Si-Cu-Legierung eine übereutektische Zusammensetzung aufweist und auf eine Temperatur oberhalb einer Liquidustemperatur der Al-Si-Cu-Legierung erwärmt und anschließend auf eine Temperatur unterhalb einer Solidustemperatur der Al-Si-Cu-Legierung abgekühlt werden kann, um eine vollständig feste polykristalline Al-Si-Cu-Legierung herzustellen, die überwiegend eine gleichachsige Kornstruktur aufweist, anstelle einer säulenförmigen Kornstruktur. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird vermutet, dass die gleichachsige Kornstruktur der resultierenden polykristallinen Al-Si-Cu-Legierung zumindest teilweise auf das Verfestigungsverhalten der Al-Si-Cu-Legierung zurückzuführen ist. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass, wenn die übereutektische Al-Si-Cu-Legierung auf eine Temperatur über der Liquidustemperatur der Al-Si-Cu-Legierung erwärmt und anschließend auf eine Temperatur unter der Liquidustemperatur der Al-Si-Cu-Legierung abgekühlt wird, die Al-Si-Cu-Legierung von einer vollständig flüssigen Phase in ein Mehrphasensystem übergeht. Während dieses Übergangs werden Partikel aus FestphasenSilizium in einer Lösung aus Flüssigphasen-Aluminium zu einem Mehrphasensystem nukleiert, das eine Lösung aus Flüssigphasen-Aluminium und eine Festphase aus SiliziumPartikeln beinhaltet, die im gesamten Flüssigphasen-Aluminium verteilt sind. Die Keimbildung der Partikel aus Festphasensilizium kann gleichzeitig in mehreren horizontal und vertikal voneinander beabstandeten Bereichen der Lösung aus Flüssigphasenaluminium und im Allgemeinen homogen in der Lösung aus Flüssigphasenaluminium erfolgen. Danach, wenn die übereutektische Al-Si-Cu-Legierung weiter auf eine Temperatur bei oder unter der Solidustemperatur der Al-Si-Cu-Legierung abgekühlt wird, werden Festphasen-Aluminiumdendriten an den zuvor gebildeten Siliziumpartikeln nukleiert und wachsen in mehrere Richtungen. Das Wachstum der Aluminiumdendriten wird schließlich gestoppt, wenn benachbarte Aluminiumdendriten aufeinandertreffen und Korngrenzen bilden. Nachdem die übereutektische Al-Si-Cu-Legierung vollständig verfestigt ist, weist die Al-Si-Cu-Legierung eine polykristalline Struktur auf, die eine kontinuierliche Aluminiummatrixphase und eine disperse Phase aus Silizium beinhaltet. Darüber hinaus beinhaltet die resultierende übereutektische Al-Si-Cu-Legierung anstelle von säulenförmigen Körnern überwiegend eine Vielzahl von zufällig orientierten gleichachsigen Körnern. Die gleichachsigen Körner können einen mittleren Korndurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 50 µm aufweisen.The amount of silicon in the Al-Si-Cu alloy described herein is selected so that the Al-Si-Cu alloy has a hypereutectic composition and is heated to a temperature above a liquidus temperature of the Al-Si-Cu alloy and then to a Temperature below a solidus temperature of the Al-Si-Cu alloy can be cooled to produce a completely solid polycrystalline Al-Si-Cu alloy, which predominantly has an equiaxed grain structure, instead of a columnar one medium grain structure. Without being bound by theory, it is believed that the equiaxed grain structure of the resulting polycrystalline Al-Si-Cu alloy is at least partially due to the solidification behavior of the Al-Si-Cu alloy. In particular, it is considered that when the hypereutectic Al-Si-Cu alloy is heated to a temperature above the liquidus temperature of the Al-Si-Cu alloy and then cooled to a temperature below the liquidus temperature of the Al-Si-Cu alloy , the Al-Si-Cu alloy changes from a completely liquid phase into a multi-phase system. During this transition, particles of solid phase silicon are nucleated in a solution of liquid phase aluminum to form a multiphase system that includes a solution of liquid phase aluminum and a solid phase of silicon particles distributed throughout the liquid phase aluminum. The nucleation of the solid phase silicon particles can occur simultaneously in several horizontally and vertically spaced areas of the liquid phase aluminum solution and generally homogeneously in the liquid phase aluminum solution. Thereafter, as the Al-Si-Cu hypereutectic alloy is further cooled to a temperature at or below the solidus temperature of the Al-Si-Cu alloy, solid-state aluminum dendrites are nucleated on the previously formed silicon particles and grow in multiple directions. The growth of aluminum dendrites is ultimately stopped when adjacent aluminum dendrites meet and form grain boundaries. After the hypereutectic Al-Si-Cu alloy is fully solidified, the Al-Si-Cu alloy has a polycrystalline structure that includes a continuous aluminum matrix phase and a disperse phase of silicon. Furthermore, the resulting Al-Si-Cu hypereutectic alloy predominantly contains a variety of randomly oriented equiaxed grains instead of columnar grains. The equiaxed grains can have an average grain diameter in the range of 0.1 µm to 50 µm.
Die Al-Si-Cu-Legierung kann eine Liquidustemperatur im Bereich von 570 °C bis 850 °C und eine Solidustemperatur im Bereich von 500 °C bis 540 °C aufweisen. Somit kann die Al-Si-Cu-Legierung bei einer Temperatur im Bereich von 500 °C bis 850 °C ein Mehrphasensystem aus Flüssigphasenaluminium und Festphasensilizium aufweisen.The Al-Si-Cu alloy can have a liquidus temperature in the range of 570 °C to 850 °C and a solidus temperature in the range of 500 °C to 540 °C. Thus, the Al-Si-Cu alloy can have a multi-phase system of liquid-phase aluminum and solid-phase silicon at a temperature in the range from 500 ° C to 850 ° C.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „überwiegend“ etwas, beispielsweise eine Kornstruktur, die in der volumenmäßig größten Menge vorhanden ist, im Vergleich zu anderen ähnlichen Dingen, zum Beispiel im Vergleich zu anderen Kornstrukturen.As used herein, the term "predominantly" means something, for example a grain structure, that is present in the greatest amount by volume compared to other similar things, for example compared to other grain structures.
Die Kupfermenge in der Al-Si-Cu-Legierung ist so ausgewählt, dass sie der Legierung die Fähigkeit verleiht, eine oder mehrere Cu-haltige Ausfällungsphasen innerhalb der Aluminiummatrixphase zu entwickeln, wenn die Al-Si-Cu-Legierung einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen wird. So kann beispielsweise die Kupfermenge in der Al-Si-Cu-Legierung so gewählt werden, dass die Legierung die Fähigkeit erhält, innerhalb der Aluminiummatrixphase eine Ausfällungsphase auf Al- und Cu-Basis (hierin als „AlCu-Präzipitat“ bezeichnet) zu entwickeln, wenn die Al-Si-Cu-Legierung einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen wird, das eine alternde Wärmebehandlungsphase und optional eine Lösungswärmebehandlungsphase beinhaltet. Die AlCu-Ausfällungsphase ist auf Al- und Cu-Basis, d. h. Al und Cu stellen die größten Bestandteile der Ausfällungsphase nach Gewicht dar. Die Bildung der AICu-Ausfällungsphase innerhalb der Aluminiummatrixphase kann der Al-Si-Cu-Legierung eine hohe Festigkeit bei relativ niedrigen Temperaturen, z. B. bei Umgebungstemperatur, verleihen (z. B. 25 °C) und bei Temperaturen bis zu etwa 200 °C.The amount of copper in the Al-Si-Cu alloy is selected to provide the alloy with the ability to develop one or more Cu-containing precipitation phases within the aluminum matrix phase when the Al-Si-Cu alloy is subjected to a heat treatment process. For example, the amount of copper in the Al-Si-Cu alloy can be selected to give the alloy the ability to develop an Al and Cu based precipitation phase (herein referred to as “AlCu precipitate”) within the aluminum matrix phase, when the Al-Si-Cu alloy is subjected to a heat treatment process that includes an aging heat treatment phase and optionally a solution heat treatment phase. The AlCu precipitation phase is based on Al and Cu, i.e. H. Al and Cu represent the largest components of the precipitation phase by weight. The formation of the AlCu precipitation phase within the aluminum matrix phase can give the Al-Si-Cu alloy high strength at relatively low temperatures, e.g. B. at ambient temperature (e.g. 25 °C) and at temperatures up to around 200 °C.
In einigen Ausführungsformen kann die Al-Si-Cu-Legierung auch Legierungselemente aus Magnesium (Mg), Eisen (Fe) und/oder Mangan (Mn) umfassen. Wenn vorhanden, kann die Al-Si-Cu-Legierung, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0 Gew.-%, 0,5 Gew.-% oder 0,6 Gew.-% Magnesium, weniger als 2 Gew.-%, 1,5 Gew.- % oder 0,8 Gew.-% Magnesium, oder zwischen 0-2 Gew.-%, 0,5-1,5 Gew.-% oder 0,6-0,8 Gew.-% Magnesium umfassen. Die Al-Si-Cu-Legierung kann, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0 Gew.-% oder 7 Gew.-% Eisen, weniger als 10 Gew.-% oder 9 Gew.-% Eisen oder zwischen 0-10 Gew.-% oder 7-9 Gew.-% Eisen umfassen. Die Al-Si-Cu-Legierung kann, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0 Gew.-% oder 3 Gew.-% Mangan; weniger als 6 Gew.-% oder 5 Gew.-% Mangan; oder zwischen 0-6 Gew.-% oder 3-5 Gew.-% Mangan umfassen.In some embodiments, the Al-Si-Cu alloy may also include magnesium (Mg), iron (Fe) and/or manganese (Mn) alloying elements. When present, the Al-Si-Cu alloy may contain, by weight, more than or equal to 0% by weight, 0.5% by weight or 0.6% by weight of magnesium, less than 2% by weight. -%, 1.5% by weight or 0.8% by weight of magnesium, or between 0-2% by weight, 0.5-1.5% by weight or 0.6-0.8% by weight .-% magnesium. The Al-Si-Cu alloy may contain, by weight, more than or equal to 0 wt.% or 7 wt.% iron, less than 10 wt.% or 9 wt.% iron, or between 0- 10% by weight or 7-9% by weight of iron. The Al-Si-Cu alloy may contain, by weight, more than or equal to 0% by weight or 3% by weight of manganese; less than 6% by weight or 5% by weight of manganese; or between 0-6% by weight or 3-5% by weight of manganese.
Die Magnesiummenge in der Al-Si-Cu-Legierung kann so gewählt werden, dass die Legierung die Fähigkeit aufweist, innerhalb der Aluminiummatrixphase eine Ausfällungsphase auf Al-, Cu-, Mg- und Si-Basis (hierin als „AlCu-Präzipitat“ bezeichnet) zu entwickeln, wenn die Al-Si-Cu-Legierung einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen wird, das eine alternde Wärmebehandlungsphase und optional eine Lösungswärmebehandlungsphase beinhaltet. Die AlCuMgSi-Ausfällungsphase ist auf Al-, Cu-, Mg- und Si-Basis, was bedeutet, dass Al, Cu, Mg und Si die größten Bestandteile der Ausfällungsphase nach Gewicht darstellen. Die Bildung der AlCuMgSi-Ausfällungsphase innerhalb der Aluminiummatrixphase kann der Al-Si-Cu-Legierung eine hohe Festigkeit bei Umgebungstemperatur und bei erhöhten Temperaturen (z. B. bis ca. 300 °C) verleihen.The amount of magnesium in the Al-Si-Cu alloy can be selected such that the alloy has the ability to form an Al, Cu, Mg and Si based precipitation phase (herein referred to as “AlCu precipitate”) within the aluminum matrix phase ) when the Al-Si-Cu alloy is subjected to a heat treatment process that includes an aging heat treatment phase and optionally a solution heat treatment phase. The AlCuMgSi precipitation phase is Al, Cu, Mg and Si based, meaning that Al, Cu, Mg and Si represent the largest components of the precipitation phase by weight. The formation of the AlCuMgSi precipitation phase within the aluminum matrix phase can give the Al-Si-Cu alloy high strength at ambient temperature and at elevated temperatures (e.g. up to approx. 300 °C).
Die Eisen- und Manganmenge in der Al-Si-Cu-Legierung kann so gewählt werden, dass die Bildung mindestens einer intermetallischen Phase innerhalb der Al-Si-Cu-Legierung während deren Verfestigung gefördert wird. Insbesondere kann die Eisen- und/oder Manganmenge in der Al-Si-Cu-Legierung so gewählt werden, dass mindestens eine intermetallische Phase während der Verfestigung der Al-Si-Cu-Legierung innerhalb des flüssigen Aluminiums keimt und zusätzliche Keimbildungsstellen (zusätzlich zu den Keimbildungsstellen der Siliziumpartikel) für die anschließende Keimbildung und das equiaxierte Wachstum von Aluminiumdendriten bereitstellt. So kann beispielsweise die mindestens eine intermetallische Phase eine Fe-haltige intermetallische Phase und/oder eine Mn-haltige intermetallische Phase umfassen. In einem spezifischen Beispiel kann die Eisenmenge in der Al-Si-Cu-Legierung ausgewählt werden, um die Bildung von festen Partikeln einer intermetallischen Phase auf Al-, Fe- und Si-Basis (hierin als „AlFeSi intermetallisch“ bezeichnet) innerhalb der Aluminium-Flüssigphase während der Verfestigung der Al-Si-Cu-Legierung zu fördern. Die intermetallische AlFeSi-Phase ist Al-, Fe- und Si-basiert, was bedeutet, dass Al, Fe und Si die größten Bestandteile der intermetallischen Phase sind. So können beispielsweise die kombinierten Mengen von Al, Fe und Si in der intermetallischen AlFeSi-Phase mehr als 50 Gew.-% der intermetallischen AlFeSi-Phase und in einigen Fällen mehr als 90 Gew.-% der intermetallischen AlFeSi-Phase ausmachen.The amount of iron and manganese in the Al-Si-Cu alloy can be chosen to promote the formation of at least one intermetallic phase within the Al-Si-Cu alloy during its solidification. In particular, the amount of iron and/or manganese in the Al-Si-Cu alloy can be selected so that at least one intermetallic phase nucleates within the liquid aluminum during the solidification of the Al-Si-Cu alloy and additional nucleation sites (in addition to the Nucleation sites of the silicon particles) for the subsequent nucleation and equiaxed growth of aluminum dendrites. For example, the at least one intermetallic phase can comprise an Fe-containing intermetallic phase and/or an Mn-containing intermetallic phase. In a specific example, the amount of iron in the Al-Si-Cu alloy may be selected to prevent the formation of solid particles of an Al-, Fe-, and Si-based intermetallic phase (herein referred to as “AlFeSi intermetallic”) within the aluminum -To promote liquid phase during the solidification of the Al-Si-Cu alloy. The AlFeSi intermetallic phase is Al, Fe and Si based, which means that Al, Fe and Si are the largest components of the intermetallic phase. For example, the combined amounts of Al, Fe and Si in the AlFeSi intermetallic phase may constitute more than 50% by weight of the AlFeSi intermetallic phase and, in some cases, more than 90% by weight of the AlFeSi intermetallic phase.
In Ausführungsformen, in denen die Al-Si-Cu-Legierung Eisen umfasst, kann die Menge an Mangan in der Al-Si-Cu-Legierung ausgewählt werden, um die Bildung einer Al-, Fe-, Mn- und Si-basierten intermetallischen Phase (hierin als „AlFeMnSi intermetallisch“ bezeichnet) innerhalb der Aluminium-Flüssigphase während der Verfestigung der Al-Si-Cu-Legierung und um die Bildung einer Al-, Fe- und Si-basierten intermetallischen Phase (hierin als „AlFeSi intermetallisch“ bezeichnet) zu verhindern.In embodiments where the Al-Si-Cu alloy includes iron, the amount of manganese in the Al-Si-Cu alloy may be selected to facilitate the formation of an Al, Fe, Mn and Si based intermetallic Phase (herein referred to as “AlFeMnSi intermetallic”) within the aluminum liquid phase during the solidification of the Al-Si-Cu alloy and around the formation of an Al, Fe and Si based intermetallic phase (herein referred to as “AlFeSi intermetallic”) ) to prevent.
Die übereutektische Al-Si-Cu-Legierung erfordert keine Zugabe von Scandium (Sc), um während der Verfestigung eine gleichachsige Kornstruktur zu erreichen. Somit kann die Menge an Sc in der Al-Si-Cu-Legierung weniger als 0,2 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,05 Gew.-% und mehr als 0,01 Gew.-% der Al-Si-Cu-Legierung betragen.The hypereutectic Al-Si-Cu alloy does not require the addition of scandium (Sc) to achieve an equiaxed grain structure during solidification. Thus, the amount of Sc in the Al-Si-Cu alloy may be less than 0.2% by weight, preferably less than 0.05% by weight and more than 0.01% by weight of the Al-Si Cu alloy.
Zusätzliche Elemente, die nicht absichtlich in die Zusammensetzung der Al-Si-Cu-Legierung eingeführt werden, können jedoch inhärent in der Legierung in relativ kleinen Mengen vorhanden sein, zum Beispiel weniger als 0,2 %, vorzugsweise weniger als 0,05 % und noch bevorzugter weniger als 0,01 Gew.-% der Al-Si-Cu-Mg-Legierung. Diese Elemente können beispielsweise als Verunreinigungen in den Rohmaterialien vorliegen, die zur Herstellung der Al-Si-Cu-Legierungszusammensetzung verwendet werden. In Ausführungsformen, in denen die Al-Si-Cu-Legierung als ein oder mehrere Legierungselemente (z.B. eines oder mehrere von Si, Cu, Mg, Fe und Mn) und Aluminium als Ausgleich bezeichnet wird, schließt der Begriff „als Ausgleich“ nicht das Vorhandensein zusätzlicher Elemente aus, die nicht absichtlich in die Zusammensetzung der Al-Si-Cu-Legierung eingebracht wurden, aber dennoch inhärent in der Legierung in relativ geringen Mengen, z. B. als Verunreinigungen, vorhanden sind.However, additional elements that are not intentionally introduced into the composition of the Al-Si-Cu alloy may be inherently present in the alloy in relatively small amounts, for example less than 0.2%, preferably less than 0.05% and more preferably less than 0.01% by weight of the Al-Si-Cu-Mg alloy. For example, these elements may be present as impurities in the raw materials used to produce the Al-Si-Cu alloy composition. In embodiments in which the Al-Si-Cu alloy is referred to as one or more alloying elements (e.g. one or more of Si, Cu, Mg, Fe and Mn) and aluminum as a balance, the term "as a balance" does not exclude that Presence of additional elements that were not intentionally introduced into the composition of the Al-Si-Cu alloy, but are nevertheless inherent in the alloy in relatively small amounts, e.g. B. as impurities are present.
In einer weiteren Form kann eine Aluminiumlegierungszusammensetzung zur Herstellung eines dreidimensionalen Teils aus einer Aluminiumlegierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit durch ein additives Herstellungsverfahren, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 95 Gew.-% Aluminium und weniger als 5 Gew.-% mindestens eines Keimbildners umfassen und kann daher als „hochreine Al-Legierung“ bezeichnet werden. In einem spezifischen Beispiel kann die hochreine Al-Legierung, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 98 Gew.-% Aluminium und weniger als 2 Gew.-% mindestens eines Keimbildners umfassen.In another form, an aluminum alloy composition for producing a three-dimensional part from an aluminum alloy with high thermal conductivity by an additive manufacturing process may comprise, by weight, greater than or equal to 95% by weight of aluminum and less than 5% by weight of at least one nucleating agent and can therefore be described as a “high-purity Al alloy”. In a specific example, the high purity Al alloy may comprise, by weight, greater than or equal to 98% by weight aluminum and less than 2% by weight of at least one nucleating agent.
Der mindestens eine Keimbildner, der in der hochreinen Al-Legierung enthalten ist, kann ein Element oder eine Verbindung umfassen, die bei Temperaturen unter 530 °C eine relativ geringe Feststofflöslichkeit (z. B. weniger als 1 Gew.-% oder, bevorzugter, weniger als 0,5 Gew.-%) in Aluminium aufweist. Die Zusammensetzung und Menge des mindestens einen Keimbildners, der in der hochreinen Al-Legierung enthalten ist, kann so gewählt werden, dass die hochreine Al-Legierung auf eine Temperatur oberhalb einer Liquidustemperatur der hochreinen Al-Legierung erwärmt und anschließend auf eine Temperatur unterhalb einer Solidustemperatur der hochreinen Al-Legierung abgekühlt werden kann, um eine vollständig feste polykristalline hochreine Al-Legierung herzustellen, die überwiegend eine gleichachsige Kornstruktur aufweist, anstatt einer säulenförmigen Kornstruktur.The at least one nucleating agent contained in the high-purity Al alloy may comprise an element or compound which has a relatively low solid solubility (e.g. less than 1% by weight or, more preferably, at temperatures below 530° C. less than 0.5% by weight in aluminum. The composition and amount of the at least one nucleating agent contained in the high-purity Al alloy can be selected so that the high-purity Al alloy is heated to a temperature above a liquidus temperature of the high-purity Al alloy and then to a temperature below a solidus temperature the high-purity Al alloy can be cooled to produce a fully solid polycrystalline high-purity Al alloy which predominantly has an equiaxed grain structure rather than a columnar grain structure.
Insbesondere können die Zusammensetzung und Menge des mindestens einen Keimbildners in der hochreinen Al-Legierung so gewählt werden, dass sich beim Schmelzen der hochreinen Al-Legierung und anschließendem Abkühlen von einer vollständig flüssigen Phase zu einer vollständig festen Phase Partikel des mindestens einen Keimbildners innerhalb einer Lösung aus Flüssigphasenaluminium bilden, bevor eine feste Aluminiummatrixphase gebildet wird. Liquidustemperatur der hochreinen Al-Legierung erwärmt und anschließend auf eine Temperatur unter der Liquidustemperatur der hochreinen Al-Legierung abgekühlt wird, geht die hochreine Al-Legierung von einer vollständig flüssigen Phase zu einem Mehrphasensystem über. Während dieses Übergangs nukleieren feste Partikel des mindestens einen Keimbildners durch eine Lösung von Flüssigphasenaluminium, um ein Mehrphasensystem zu erzeugen, das eine Lösung von Flüssigphasenaluminium und eine Festphase von Partikeln des mindestens einen Keimbildners beinhaltet, die über das Flüssigphasenaluminium verteilt sind. Im Mehrphasensystem können die festen Partikel des mindestens einen Keimbildners eine Löslichkeit in flüssigem Aluminium von weniger als oder gleich 2 Gew.-% aufweisen, was dazu beitragen kann, die Anzahl der festen Partikel in dem flüssigen Aluminium zu maximieren. Die Keimbildung der festen Partikel des mindestens einen Keimbildners kann gleichzeitig in mehreren horizontal und vertikal voneinander beabstandeten Bereichen der Lösung von Flüssigphasenaluminium und im Allgemeinen homogen in der Lösung von Flüssigphasenaluminium erfolgen. Danach, wenn die hochreine Al-Legierung weiter abkühlt, werden Festphasen-Aluminiumdendriten auf den zuvor gebildeten Kernen (d. h. auf den festen Partikeln des mindestens einen Keimbildners) nukleieren und in mehrere Richtungen wachsen. Das Wachstum dieser Aluminiumdendriten innerhalb der verfestigenden hochreinen Al-Legierung wird schließlich gestoppt, wenn benachbarte Aluminiumdendriten aufeinandertreffen und Korngrenzen bilden. Nachdem die hochreine Al-Legierung auf eine Temperatur unterhalb der Solidustemperatur der hochreinen Al-Legierung abgekühlt und vollständig verfestigt wurde, weist die hochreine Al-Legierung eine polykristalline Struktur auf, die eine kontinuierliche Aluminiummatrixphase und eine dispergierte Phase von Partikeln des mindestens einen Keimbildners beinhaltet. Darüber hinaus wird die resultierende hochreine Al-Legierung anstelle von säulenförmigen Körnern überwiegend eine Vielzahl von zufällig ausgerichteten gleichachsigen Körnern beinhalten. Die gleichachsigen Körner können einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 50 µm aufweisen.In particular, the composition and amount of the at least one nucleating agent in the high-purity Al alloy can be selected so that when the high-purity Al alloy melts and subsequent cooling from a completely liquid phase to a completely solid phase, particles of the at least one nucleating agent form within a solution from liquid phase aluminum before a solid aluminum matrix phase is formed. Liquidus temperature of the high-purity aluminum Alloy is heated and then cooled to a temperature below the liquidus temperature of the high-purity Al alloy, the high-purity Al alloy changes from a completely liquid phase to a multi-phase system. During this transition, solid particles of the at least one nucleating agent nucleate through a solution of liquid phase aluminum to produce a multiphase system that includes a solution of liquid phase aluminum and a solid phase of particles of the at least one nucleating agent distributed throughout the liquid phase aluminum. In the multiphase system, the solid particles of the at least one nucleating agent may have a solubility in liquid aluminum of less than or equal to 2% by weight, which may help maximize the number of solid particles in the liquid aluminum. The nucleation of the solid particles of the at least one nucleating agent can take place simultaneously in several horizontally and vertically spaced areas of the solution of liquid-phase aluminum and generally homogeneously in the solution of liquid-phase aluminum. Thereafter, as the high-purity Al alloy cools further, solid-phase aluminum dendrites will nucleate on the previously formed cores (ie, on the solid particles of the at least one nucleating agent) and grow in multiple directions. The growth of these aluminum dendrites within the solidifying high-purity Al alloy is ultimately stopped when adjacent aluminum dendrites meet and form grain boundaries. After the high-purity Al alloy has been cooled to a temperature below the solidus temperature of the high-purity Al alloy and completely solidified, the high-purity Al alloy has a polycrystalline structure that includes a continuous aluminum matrix phase and a dispersed phase of particles of the at least one nucleating agent. Furthermore, the resulting high-purity Al alloy will predominantly contain a plurality of randomly oriented equiaxed grains instead of columnar grains. The equiaxed grains can have an average diameter in the range of 0.1 µm to 50 µm.
Die hochreine Al-Legierung kann eine Liquidustemperatur im Bereich von 660 °C bis 1300 °C und eine Solidustemperatur im Bereich von 650 ° bis 680 °C aufweisen. Somit kann die hochreine Al-Legierung bei einer Temperatur im Bereich von 650 °C bis 1300 °C ein Mehrphasensystem aus Flüssigphasenaluminium und festen Partikeln des mindestens einen Keimbildners aufweisen.The high-purity Al alloy can have a liquidus temperature in the range of 660°C to 1300°C and a solidus temperature in the range of 650° to 680°C. The high-purity Al alloy can therefore have a multiphase system of liquid-phase aluminum and solid particles of the at least one nucleating agent at a temperature in the range from 650 ° C to 1300 ° C.
Aufgrund der relativ geringen Löslichkeit des mindestens einen Keimbildners in festem Aluminium sind nach vollständiger Verfestigung der hochreinen Aluminiumlegierung begrenzte Mengen des mindestens einen Keimbildners in fester Lösung in der Aluminiummatrixphase vorhanden. Daher weist die Aufnahme des mindestens einen Keimbildners in die hochreine Al-Legierung wenig bis gar keinen negativen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit der hochreinen Al-Legierung auf. So kann beispielsweise die hochreine Al-Legierung nach vollständiger Verfestigung eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 120 Watt pro Meter-Kelvin (W/(m·K)) bis 220 W/(m·K) aufweisen.Due to the relatively low solubility of the at least one nucleating agent in solid aluminum, limited amounts of the at least one nucleating agent are present in solid solution in the aluminum matrix phase after the high-purity aluminum alloy has completely solidified. Therefore, the inclusion of the at least one nucleating agent in the high-purity Al alloy has little to no negative influence on the thermal conductivity of the high-purity Al alloy. For example, after complete solidification, the high-purity Al alloy can have a thermal conductivity in the range of 120 watts per meter-Kelvin (W/(m K)) to 220 W/(m K).
In einigen Ausführungsformen kann der mindestens eine Keimbildner ein Element umfassen, das, wenn es in der hochreinen Aluminiumlegierung vorhanden ist, einen eutektischen Punkt oder einen peritektischen Punkt in einer Konzentration von weniger als 5 Gew.-% der hochreinen Aluminiumlegierung aufweist. In diesem Fall kann das Element in der hochreinen Aluminiumlegierung in einer Menge vorhanden sein, die größer ist als die Menge des gleichen Elements in der eutektischen oder peritektischen Zusammensetzung der Aluminiumlegierung.In some embodiments, the at least one nucleating agent may comprise an element that, when present in the high purity aluminum alloy, has a eutectic point or a peritectic point in a concentration of less than 5% by weight of the high purity aluminum alloy. In this case, the element may be present in the high-purity aluminum alloy in an amount greater than the amount of the same element in the eutectic or peritectic composition of the aluminum alloy.
So kann beispielsweise in einer Form der mindestens eine Keimbildner Titan (Ti) umfassen. Eine binäre Al-Ti-Legierung weist einen peritektischen Punkt bei einer Zusammensetzung von etwa 0,12 Gew.-% Ti und einer Temperatur von etwa 665 °C auf. Daher kann die hochreine Al-Legierung in einer Form eine hochreine Al-Ti-Legierung umfassen, die, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 95 Gew.-% Aluminium, mehr als 0,12 Gew.-% Titan und weniger als 5 Gew.-% Titan beinhaltet. In diesem Fall, wenn diese hochreine Al-Ti-Legierung geschmolzen und anschließend von einer vollständig flüssigen Phase auf eine vollständig feste Phase abgekühlt wird, werden feste Partikel von Al3Ti innerhalb einer Lösung von Flüssigphasenaluminium bei der Liquidustemperatur der Legierung nukleiert. Danach werden Aluminiumdendriten auf den zuvor gebildeten Al3Ti-Partikeln in alle Richtungen nukleiert und wachsen, was zur Bildung einer polykristallinen Struktur führt, die überwiegend eine Vielzahl von zufällig ausgerichteten gleichachsigen Körnern anstelle von säulenförmigen Körnern beinhaltet.For example, in one form the at least one nucleating agent can comprise titanium (Ti). A binary Al-Ti alloy has a peritectic point at a composition of about 0.12 wt% Ti and a temperature of about 665 °C. Therefore, the high purity Al alloy in a mold may include a high purity Al-Ti alloy containing, by weight, more than or equal to 95 wt% aluminum, more than 0.12 wt% titanium, and less than Contains 5% by weight of titanium. In this case, when this high purity Al-Ti alloy is melted and subsequently cooled from a fully liquid phase to a fully solid phase, solid particles of Al 3 Ti are nucleated within a solution of liquid phase aluminum at the liquidus temperature of the alloy. Thereafter, aluminum dendrites on the previously formed Al 3 Ti particles are nucleated and grown in all directions, resulting in the formation of a polycrystalline structure that predominantly includes a variety of randomly aligned equiaxed grains instead of columnar grains.
Einige Beispiele für Elemente (zusätzlich zu Ti), die als mindestens ein Keimbildner in der hochreinen Al-Legierung verwendet werden können, sind Bor (B), Beryllium (Be), Kobalt (Co), Chrom (Cr), Caesium (Cs), Eisen (Fe), Hafnium (Hf), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Niob (Nb), Blei (Pb), Schwefel (S), Zirkonium (Zr), Antimon (Sb), Scandium (Sc), Selen (Se), Strontium (Sr), Tantal (Ta), Vanadium (V), Wolfram (W) und Kombinationen derselben. So kann beispielsweise die hochreine Al-Legierung bezogen auf das Gewicht gleich oder mehr als 0 Gew.-% B bis 5 Gew.-% B, 0,7-5 Gew.-% Be, 0,9-5 Gew.-% Co, 0,3-5 Gew.- % Cr, gleich oder mehr als 0 Gew.-% Cs bis 5 Gew.-% Cs, 1,7-5 Gew.-% Fe, 0,4-5 Gew.-% Hf, 1,8-5 Gew.-% Mn, gleich oder mehr als 0 Gew.-% Mo bis 5 Gew.-% Mo, gleich oder mehr als 0 Gew.-% Nb bis 5 Gew.-% Nb, 1,4-5 Gew.-% Pb, gleich oder mehr als 0 Gew.-% S bis 5 Gew.-% S, 0,9-5 Gew.-% Sb, 0,4-5 Gew.-% Sc, gleich oder mehr als 0 Gew.-% Se bis 5 Gew.- % Se, 0,5-5 Gew.-% Sr, gleich oder mehr als 0 Gew.-% Ta bis 5 Gew.-% Ta, 0,12-5 Gew.-% Ti, gleich oder mehr als 0 Gew.-% V bis 5 Gew.-% V, gleich oder mehr als 0 Gew.-% W bis 5 Gew.-% W, und/oder gleich oder mehr als 0 Gew.-% Zr bis 5 Gew.-% Zr, und der Rest Al beinhalten.Some examples of elements (in addition to Ti) that can be used as at least one nucleating agent in the high purity Al alloy are boron (B), beryllium (Be), cobalt (Co), chromium (Cr), cesium (Cs) , Iron (Fe), Hafnium (Hf), Manganese (Mn), Molybdenum (Mo), Niobium (Nb), Lead (Pb), Sulfur (S), Zirconium (Zr), Antimony (Sb), Scandium (Sc) , Selenium (Se), Strontium (Sr), Tantalum (Ta), Vanadium (V), Tungsten (W) and combinations thereof. For example, the high-purity Al alloy can contain, based on weight, equal to or more than 0% by weight of B to 5% by weight of B, 0.7-5% by weight of Be, 0.9-5% by weight of Co, 0.3-5% by weight Cr, equal to or more than 0 Wt% Cs to 5 wt% Cs, 1.7-5 wt% Fe, 0.4-5 wt% Hf, 1.8-5 wt% Mn, equal to or more than 0 wt.% Mo to 5 wt.% Mo, equal to or more than 0 wt.% Nb to 5 wt.% Nb, 1.4-5 wt.% Pb, equal to or more than 0 wt. -% S to 5 wt.% S, 0.9-5 wt.% Sb, 0.4-5 wt.% Sc, equal to or more than 0 wt.% Se to 5 wt.% Se , 0.5-5% by weight Sr, equal to or more than 0% by weight Ta to 5% by weight Ta, 0.12-5% by weight Ti, equal to or more than 0% by weight V to 5% by weight V, equal to or more than 0% by weight W to 5% by weight W, and / or equal to or more than 0% by weight Zr to 5% by weight Zr, and the Include remainder Al.
Die hochreine Al-Legierung kann ein oder mehrere zusätzliche Elemente beinhalten, die vorsätzlich oder nicht vorsätzlich in die Zusammensetzung der hochreinen Al-Legierung eingebracht werden können, wobei diese zusätzlichen Elemente in der hochreinen Al-Legierung in Mengen von weniger als 0,2 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,05 Gew.-% und noch bevorzugter weniger als 0,01 Gew.-% der hochreinen Al-Legierung vorhanden sind. Zusätzliche Elemente, die nicht vorsätzlich in die Zusammensetzung der hochreinen Al-Legierung eingebracht werden, können beispielsweise als Verunreinigungen in den Rohstoffen zur Herstellung der hochreinen Al-Legierungszusammensetzung vorhanden sein. In Ausführungsformen, in denen die hochreine Al-Legierung als mindestens ein Keimbildner umfassend bezeichnet wird (z. B. mindestens ein Element oder eine Verbindung aus Ti, B, Be, Co, Cr, Cs, Fe, Hf, Mn, Mo, Nb, Pb, S, Zr, Sb, Sc, Se, Sr, Ta, V oder W) und dem Rest Aluminium, wobei der Begriff „als Rest“ das Vorhandensein zusätzlicher Elemente nicht ausschließt, die nicht vorsätzlich in die Zusammensetzung der hochreinen Aluminiumlegierung eingebracht wurden, aber dennoch inhärent in der Legierung in relativ kleinen Mengen, z. B. als Verunreinigungen, vorhanden sind.The high purity Al alloy may include one or more additional elements that may be intentionally or unintentionally introduced into the composition of the high purity Al alloy, these additional elements being present in the high purity Al alloy in amounts of less than 0.2 wt. -%, preferably less than 0.05% by weight and more preferably less than 0.01% by weight of the high-purity Al alloy are present. Additional elements that are not intentionally introduced into the high-purity Al alloy composition may be present, for example, as impurities in the raw materials for producing the high-purity Al alloy composition. In embodiments in which the high-purity Al alloy is referred to as comprising at least one nucleating agent (e.g. at least one element or compound of Ti, B, Be, Co, Cr, Cs, Fe, Hf, Mn, Mo, Nb , Pb, S, Zr, Sb, Sc, Se, Sr, Ta, V or W) and the balance aluminum, whereby the term “as a balance” does not exclude the presence of additional elements that are not intentionally introduced into the composition of the high-purity aluminum alloy were, but still inherent in the alloy in relatively small amounts, e.g. B. as impurities are present.
Ein Volumen des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials 110 kann über eine Oberfläche der Konstruktionsplattform 114 verteilt werden, beispielsweise durch eine Schaufel 122, um eine Schicht 124 aus Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterial 110 zu bilden. In einer Form kann das Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterial 110 einen mittleren Partikeldurchmesser im Bereich von 5 Mikrometern bis 100 Mikrometern aufweisen und die Schicht 124 des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials 110 kann eine Dicke im Bereich von 20 Mikrometern bis 100 Mikrometern aufweisen. In
Bezugnehmend auf
In Ausführungsformen, in denen das Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterial 110 die Al-Si-Cu-Legierung umfasst, kann das resultierende Legierungsteil 108 wärmebehandelt werden, um alle groben intermetallischen Phasen, die sich während der Verfestigung gebildet haben, in fester Lösung aufzulösen und/oder die Bildung einer oder mehrerer Cu-haltiger Ausfällungsphasen (z. B. eine AlCu-Ausfällungsphase und/oder AlCuMgSi-Ausfällungsphase) innerhalb der Aluminiummatrixphase zu fördern. Das Wärmebehandlungsverfahren kann eine alternde Wärmebehandlungsstufe und optional eine Lösungswärmebehandlungsstufe beinhalten. Wenn sie durchgeführt wird, kann die Lösungswärmebehandlungsstufe vor der Alterungswärmebehandlungsstufe durchgeführt werden. Während der optionalen Lösungswärmebehandlungsstufe kann das Legierungsteil 108 für eine Dauer von 10 Minuten bis 10 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 490 °C bis 550 °C erwärmt werden. In einer Form kann das Legierungsteil 108 während der Lösungswärmebehandlungsstufe für eine Dauer von 3 Stunden bis 10 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 490 °C bis 550 °C erwärmt werden. In einer weiteren Form kann das Legierungsteil 108 während der Lösungswärmebehandlungsstufe für eine Dauer von weniger als 1 Stunde auf eine Temperatur im Bereich von 490 °C bis 550 °C erwärmt werden, beispielsweise für eine Dauer von 10 Minuten bis 30 Minuten. Nach der optionalen Lösungswärmebehandlungsstufe kann das Legierungsteil 108 auf eine Temperatur von weniger als 100 °C, z. B. Umgebungstemperatur, mit einer Abkühlrate gekühlt oder abgeschreckt werden, die ausreichend ist, um die Diffusion und Ausfällung von in fester Lösung gelösten Legierungselementen während der Lösungswärmebehandlungsstufe zu verhindern. In der Alterungswärmebehandlungsstufe kann das Legierungsteil 108 für eine Dauer von 0,5 Stunden bis 7 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 180 °C bis 210 °C erwärmt werden. Nach der Alterungswärmebehandlungsstufe kann das Legierungsteil 108 auf eine Temperatur von weniger als 100 °C, z. B. Umgebungstemperatur, abgekühlt oder abgeschreckt werden.In embodiments where the aluminum alloy
Wie vorstehend näher beschrieben, beinhalten die Al-Si-Cu-Legierung und die hochreine Al-Legierung jeweils mindestens ein Element oder eine Verbindung, die während der Verfestigung der Legierung innerhalb einer Lösung aus Flüssigphasenaluminium nukleiert und die Stellen für die nachfolgende Keimbildung und das Wachstum von Aluminiumdendriten bereitstellt. Unter Bezugnahme auf die
Wie in den
Die obige Beschreibung der bevorzugten exemplarischen Ausführungsformen, Aspekte und speziellen Beispiele weisen lediglich einen beschreibenden Charakter auf; sie sind nicht dazu gedacht, den Umfang der folgenden Ansprüche zu begrenzen. Jeder der in den beigefügten Patentansprüchen verwendeten Begriffe sollte in seiner gewöhnlichen und allgemeinen Bedeutung verstanden werden, soweit nicht ausdrücklich und eindeutig in der Spezifikation anders angegeben.The above description of the preferred exemplary embodiments, aspects and specific examples are merely descriptive in nature; they are not intended to limit the scope of the following claims. Each of the terms used in the appended claims should be understood in their ordinary and general meaning, unless expressly and clearly stated otherwise in the specification.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/934,342 | 2018-03-23 | ||
| US15/934,342 US20190291182A1 (en) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | Aluminum alloy powders for powder bed fusion additive manufacturing processes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102019106979A1 DE102019106979A1 (en) | 2019-09-26 |
| DE102019106979B4 true DE102019106979B4 (en) | 2024-01-11 |
Family
ID=67848475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102019106979.3A Active DE102019106979B4 (en) | 2018-03-23 | 2019-03-19 | METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL ALUMINUM ALLOY PART |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20190291182A1 (en) |
| CN (1) | CN110293225B (en) |
| DE (1) | DE102019106979B4 (en) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11578389B2 (en) | 2017-02-01 | 2023-02-14 | Hrl Laboratories, Llc | Aluminum alloy feedstocks for additive manufacturing |
| US11674204B2 (en) | 2017-02-01 | 2023-06-13 | Hrl Laboratories, Llc | Aluminum alloy feedstocks for additive manufacturing |
| US11286543B2 (en) | 2017-02-01 | 2022-03-29 | Hrl Laboratories, Llc | Aluminum alloy components from additive manufacturing |
| DE102019003187A1 (en) * | 2019-05-06 | 2020-11-12 | Daimler Ag | Component, in particular for a vehicle, and a method for producing such a component |
| JP7467062B2 (en) * | 2019-10-15 | 2024-04-15 | 東京エレクトロン株式会社 | Method and apparatus for manufacturing silicon parts |
| CN114729424B (en) * | 2019-11-18 | 2024-02-20 | Eos有限公司电镀光纤*** | Weldable aluminium alloy containing Zn as main alloying element for direct metal laser sintering |
| FR3103123B1 (en) * | 2019-11-19 | 2022-07-01 | C Tec Constellium Tech Center | Method of manufacturing an aluminum alloy part |
| DE102019132440A1 (en) * | 2019-11-29 | 2021-06-02 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Process for the additive manufacturing of a three-dimensional object |
| DE102019219133A1 (en) * | 2019-12-09 | 2021-06-10 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Additive manufacturing process |
| DE102019134748A1 (en) * | 2019-12-17 | 2021-06-17 | Getek GmbH | Process for the production of a component from an aluminum material and powder for this production |
| CA3164133A1 (en) * | 2020-01-21 | 2021-07-29 | Novelis Inc. | Techniques for producing aluminum alloy products having improved formability and recyclability |
| CN111748814A (en) * | 2020-06-24 | 2020-10-09 | 安徽震祥精工科技有限公司 | Titanium alloy coating treatment method for surface of die-casting aluminum material |
| DE102020004084A1 (en) | 2020-07-07 | 2022-01-13 | Daimler Ag | Process for post-treating a component that is at least partially additively manufactured and component |
| CN112045189A (en) * | 2020-08-13 | 2020-12-08 | 北京新能源汽车股份有限公司 | Automobile part manufacturing method, automobile part and automobile |
| DE102020006481A1 (en) | 2020-10-21 | 2022-04-21 | Daimler Ag | Component, in particular for a vehicle, and method for producing such a component |
| CN113600812B (en) * | 2021-08-26 | 2022-08-19 | 上海交通大学 | Metal powder and preparation method thereof, metal alloy and preparation method thereof |
| CN114226736A (en) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 北京航空航天大学 | Method for inhibiting crack formation and promoting grain refinement of additive manufacturing aluminum alloy |
| CN114713842B (en) * | 2022-03-09 | 2023-02-14 | 西北工业大学 | Heat conduction reinforced Al-Si alloy material and laser additive forming method thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015221643A1 (en) | 2015-11-04 | 2017-05-04 | Airbus Defence and Space GmbH | Al-Mg-Si alloy with scandium for the integral assembly of ALM structures |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2797454B1 (en) * | 1999-08-12 | 2001-08-31 | Pechiney Rhenalu | ALUMINUM ALLOY STRIP OR TUBE FOR THE MANUFACTURE OF ARMED HEAT EXCHANGERS |
| CN102181642B (en) * | 2011-03-30 | 2012-10-03 | 江阴新仁科技有限公司 | PCB (Printed Circuit Board) base material produced by mixed waste and preparation method thereof |
| CN102660693B (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-26 | 贵州华科铝材料工程技术研究有限公司 | Aluminum alloy treated by using TiN powder and BeH2 powder, and preparation method thereof |
| CN103498065B (en) * | 2013-09-05 | 2015-11-18 | 西北工业大学 | A kind of TiAl alloy crystal grain refinement method |
| CN105220025B (en) * | 2014-06-06 | 2018-03-16 | 华为技术有限公司 | A kind of pack alloy and preparation method thereof and communication product |
| CN107429332A (en) * | 2014-11-17 | 2017-12-01 | 奥科宁克公司 | Aluminium alloy containing iron, silicon, vanadium and copper |
| EP3268155A4 (en) * | 2015-03-12 | 2018-12-19 | Arconic Inc. | Aluminum alloy products, and methods of making the same |
| US10682699B2 (en) * | 2015-07-15 | 2020-06-16 | Hrl Laboratories, Llc | Semi-passive control of solidification in powdered materials |
| CN105195909A (en) * | 2015-10-22 | 2015-12-30 | 哈尔滨工业大学 | Ultrasound arc hybrid welding method capable of refining welded joint grains |
| CN105798299B (en) * | 2016-03-29 | 2018-05-01 | 上海大学 | The method and device of non-contact control increasing material manufacturing metal parts solidified structure |
| CN107812941B (en) * | 2017-10-20 | 2020-08-18 | 华中科技大学 | In-situ preparation method for laser additive manufacturing aluminum alloy and product thereof |
-
2018
- 2018-03-23 US US15/934,342 patent/US20190291182A1/en not_active Abandoned
-
2019
- 2019-03-13 CN CN201910192657.5A patent/CN110293225B/en active Active
- 2019-03-19 DE DE102019106979.3A patent/DE102019106979B4/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015221643A1 (en) | 2015-11-04 | 2017-05-04 | Airbus Defence and Space GmbH | Al-Mg-Si alloy with scandium for the integral assembly of ALM structures |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| CHOU, R. [et al.]: Additive manufacturing of Al-12Si alloy via pulsed selective laser melting. In: JOM, Vol. 67, 2015, No. 3, S. 590-596 |
| CHOU, R. [et al.]: Additive manufacturing of Al-12Si alloy via pulsed selective laser melting. In: JOM, Vol. 67, 2015, No. 3, S. 590-596. – ISSN 1047-4838 |
| JAVIDANI, M. [et al.]: Additive manufacturing of AlSi10Mg alloy using direct energy deposition: microstructure and hardness characterization. In: Journal of thermal spray technology, Vol. 26, 2017, No. 4, S. 587-597 |
| JAVIDANI, M. [et al.]: Additive manufacturing of AlSi10Mg alloy using direct energy deposition: microstructure and hardness characterization. In: Journal of thermal spray technology, Vol. 26, 2017, No. 4, S. 587-597. – ISSN 1059-9630 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102019106979A1 (en) | 2019-09-26 |
| CN110293225A (en) | 2019-10-01 |
| CN110293225B (en) | 2022-03-01 |
| US20190291182A1 (en) | 2019-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102019106979B4 (en) | METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL ALUMINUM ALLOY PART | |
| EP3181711B1 (en) | Aluminium alloy containing scandium for powder metallurgy technologies | |
| DE102016103261B4 (en) | Method of forming a cast automotive component | |
| EP2145967B1 (en) | Titanium aluminide alloys | |
| DE4436481C2 (en) | Process for producing an aluminum alloy forging | |
| DE602004004028T2 (en) | Aluminum casting alloy, aluminum casting alloys and their manufacturing processes | |
| DE19727096A1 (en) | Aluminium alloy with excellent machinability | |
| DE2133103A1 (en) | Ligature recovering in the heat | |
| DE102009012073A1 (en) | Aluminum alloy, useful for producing casting a component of motor vehicle e.g. cylinder heads for internal combustion engines of automobiles, comprises e.g. silicon, magnesium, copper, zirconium, titanium, strontium, sodium and iron | |
| DE102019100250A1 (en) | ALUMINUM ALLOYING AND METHOD OF MANUFACTURING | |
| DE2348248A1 (en) | METHOD OF TREATING A NICKEL BASE ALLOY | |
| DE102020108781A1 (en) | High-strength aluminum alloys for structural applications that can be processed using additive manufacturing | |
| EP3328574B1 (en) | Method for producing a monotectic alloy | |
| DE60114281T2 (en) | Cast and forged product using a copper-based alloy | |
| DE102018107859A1 (en) | Method for increasing a zirconium mixed crystal in aluminum alloys | |
| DE102018126719A1 (en) | ADDITIVE MANUFACTURING METHOD AND POWDER MATERIAL THEREFOR | |
| DE19829047A1 (en) | New aluminium-silicon-copper-magnesium alloy | |
| CH651071A5 (en) | METHOD FOR EPITAXIAL SOLIDIFICATION. | |
| DE2041476A1 (en) | Process for producing a solid from a liquid mass by solidifying in one direction | |
| DE4327227A1 (en) | Grain refining agent, its manufacture and use | |
| DE102019110793A1 (en) | PROCESS FOR INCREASING TITANIUM IN ALUMINUM ALLOYS | |
| EP0587960B1 (en) | Production of iron aluminide materials | |
| DE2217897A1 (en) | Master alloys for aluminum alloys and processes for their manufacture | |
| DE102019111382A1 (en) | PROCESS FOR PREPARING A CRYSTALLINE ALUMINUM IRON / SILICON ALLOY | |
| EP2830806B1 (en) | Method for producing an aluminum piston |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: LKGLOBAL LORENZ UND KOPF PATENTANWALT, ATTORNE, DE Representative=s name: LKGLOBAL | LORENZ & KOPF PARTG MBB PATENTANWAE, DE Representative=s name: LKGLOBAL ] LORENZ & KOPF PARTG MBB PATENTANWAE, DE |
|
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B22F0003105000 Ipc: B22F0010500000 |
|
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division |