JP2022527425A - アルミニウム合金製部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第一の対象は、互いに重ね合わされた連続的な金属層の形成を含む、部品の製造方法であって、各層は、溶加材の堆積によって形成され、溶加材は、エネルギー供給を受けて溶融しそれから凝固することによって前記層となり、該方法は、溶加材が以下の合金元素(重量%)、
- Zr:0.5%~2.5%、第一の変形例によると好ましくは0.8~2.5%、より好ましくは1~2.5%、さらにより好ましくは1.3~2.5%、または第二の変形例によると好ましくは0.5~2%、より好ましくは0.6~1.8%、より好ましくは0.6~1.6%、より好ましくは0.7~1.5%、より好ましくは0.8~1.5%、より好ましくは0.9~1.5%、さらにより好ましくは1~1.4%、
- Fe:0%~3%、好ましくは0.5%~2.5%、第一の変形例によると好ましくは0.8~2.5%、好ましくは0.8~2%、より好ましくは0.8~1.2%、または第二の変形例によると好ましくは1.5~2.5%、好ましくは1.6~2.4%、より好ましくは1.7~2.3%、
- 場合によってはSi:0.3%以下、好ましくは0.2%以下、より好ましくは0.1%以下、
- 場合によってはCu:0.5%以下、好ましくは0.05~0.5%、好ましくは0.1~0.4%、
- 場合によってはMg:0.2%以下、好ましくは0.1%以下、好ましくは0.05%未満、
- 各々0.1%未満でかつ合計0.5%未満である他の合金元素、
- 不純物:各々0.05%未満でかつ合計0.15%未満、
残りはアルミニウム、
を含むアルミニウム合金であることを特徴とする。
- Zr:0.8~2.5%、または好ましくは1%~2.5%、またはさらに好ましくは1.2%~2.5%、またはさらに好ましくは1.3%~2.5%またはさらに好ましくは1.5%~2.5%、
- Zr:0.5~2%、より好ましくは0.6~1.8%、より好ましくは0.6~1.6%、より好ましくは0.7~1.5%、より好ましくは0.8~1.5%より好ましくは0.9~1.5%、さらにより好ましくは1~1.4%、
- Fe:0.5%~2.5%または0.5%~2%、好ましくは0.8~2.5%、好ましくは0.8~2%、より好ましくは0.8~1.2%、
- Fe:0.5%~2.5%または0.5%~2%、好ましくは1.5~2.5%、好ましくは1.6~2.4%、より好ましくは1.7~2.3%、
- Si:0.2未満また好ましくは0.1%未満、
- Si:0.01%以上さらには0.05%以上、
- Cu:0.05%~0.5%、好ましくは0.1~0.4%、
- Zr:0.5%~2.5%かつFeは1%以上、
- Zr:0.5%~2.5%かつFeは1%未満、
- 他の合金元素のそれぞれの質量分率は、500ppm、300ppm、200ppm、さらには100ppmを完全に下回る、
- 不純物のそれぞれの質量分率は、300ppm、200ppm、さらには100ppmを完全に下回る、
- 合金は、Cr、V、Mn、Ti、Moを含まないか、または500ppm、300ppm、200ppm、さらには100ppmを下回る質量分率により含む。
- 400℃を超える温度で行われることができ、その場合、熱処理の継続時間は、0.1h~10hに含まれ、
- または300℃~400℃に含まれる温度で行われることができ、その場合、熱処理の継続時間は、0.5h~100hに含まれる。
- Zr:0.5%~2.5%、第一の変形例によると好ましくは0.8~2.5%、より好ましくは1~2.5%、さらにより好ましくは1.3~2.5%、または第二の変形例によると好ましくは0.5~2%、より好ましくは0.6~1.8%、より好ましくは0.6~1.6%、より好ましくは0.7~1.5%、より好ましくは0.8~1.5%、より好ましくは0.9~1.5%、さらにより好ましくは1~1.4%、
- Fe:0%~3%、好ましくは0.5%~2.5%、第一の変形例によると好ましくは0.8~2.5%、好ましくは0.8~2%、より好ましくは0.8~1.2%、または第二の変形例によると好ましくは1.5~2.5%、好ましくは1.6~2.4%、より好ましくは1.7~2.3%、
- 場合によってはSi:0.3%以下、好ましくは0.2%以下、より好ましくは0.1%以下、
- 場合によってはCu:0.5%以下、好ましくは0.05~0.5%、好ましくは0.1~0.4%、
- 場合によってはMg:0.2%以下、好ましくは0.1%以下、好ましくは0.05%未満、
- 各々0.1%未満でかつ合計0.5%未満である他の合金元素、
- 不純物:各々0.05%未満でかつ合計0.15%未満、
残りはアルミニウム、
を含むアルミニウム合金から成ることを特徴とする。
説明において、相反する指示がない限り、
- アルミニウム合金の呼称は、The Aluminum Associationの学術用語に従っており、
- 化学元素の含有量は、%で示され、また質量分率を示す。x%~y%の記号表記は、x%以上でありかつy%以下であることを示す。
- 5~100μm、好ましくは5~25μmまたは20~60μmの平均粒径。所定値は、粒子の少なくとも80%が、特定範囲における平均サイズを有していることを示すものである。
- 球形の形状。粉末の球形は例えば、モルフォグラニュロメーターを利用することによって決定されることができる。
- 良好な流動性。粉末の流動性は例えば、規格ASTM B213または規格ISO 4490:2018に準じて決定されることができる。規格ISO 4490:2018によると、流動時間は、好ましくは50未満である。
- 好ましくは0~5体積%、より好ましくは0~2体積%、さらにより好ましくは0~1体積%の低気孔率。気孔率はとりわけ、光学顕微鏡写真からの画像分析によってまたはヘリウムピクノメーター(規格ASTM B923を参照)によって決定されることができる。
- より大きい粒子に密着する、サテライト粒子と呼ばれる小さな粒子(粉末の平均サイズの1~20%)の量が少ないことまたはないこと(10体積%未満、好ましくは5体積%未満)。
- Zrのみであって、その場合、合金は主として2つの元素(AlおよびZr)によって構成される。例えばZr:0.5%~2.5%かつFeは1%未満、
- またはZrおよびFeであって、その場合、合金は主として3つの元素(Al、ZrおよびFe)によって構成される。合金中のFeの存在は、機械的性質を改善することを可能にし、それは高温引張および低温引張による機械的性質または硬度である。例えばZr:0.5%~2.5%かつFeは1%以上。
を伴う付加製造法に特有である。急速に凝固した薄帯からまたは粉末からの部品の圧密加工および押出加工を伴う急冷凝固法と呼ばれる従来の方法のような付加式でない方法の場合において、Zr含有量が0.5%未満の合金製部品は、割れなしで製造されることができる。実際に、これらの方法は、成形段階中の溶融を必要とせず、またしたがって凝固割れしない。
- Zrが1.52%、Feが213ppm、Siが183ppm、不純物が各々0.05%未満で不純物の累積が0.15%未満、
- Zrが1.23%、Feが0.94%、不純物が各々0.05%未満でその累積が0.15%未満、
- Zrが.81%、Feが1.83%、不純物が各々0.05%未満でその累積が0.15%未満、または
- Zrが1.39%、Cuが0.32%、不純物が各々0.05%未満でその累積が0.15%未満。
第一の試験が、合金1を利用して行われ、ICPによって測定されるその質量組成は、Zrを1.52%、Feを213ppm、Siを183ppm、不純物を各々0.05%未満で不純物の累積が0.15%未満含んでいた。
- 400℃で、継続時間は1h~10hに含まれる、
- 350℃で、継続時間は10h~100hに含まれるが、10h~20hに含まれる継続時間で十分であるらしいことが分かっている。
- 上に記述されたような合金1、
- 合金2であって、ICPによって測定されるその質量組成は、Al、Zrを1.78%、Feを1.04%、Siを1812ppm、Cuを503ppm、不純物を各々0.05%未満で不純物の累積が0.15%未満含んでいた。
- Feの存在は、機械的性質を有意に改善する、
- 熱処理の適用は、機械的性質および電気伝導特性を改善する。
実施例1の試験に類似した第二の試験が、実施例1との関連において上に前述されたような合金2を利用することによって行われた。
実施例2の試験に類似した第三の試験が、合金3を利用して行われ、ICPによって測定されるその質量組成は、Al、Zrを1.23%、Feを0.94%、不純物を各々0.05%未満で不純物の累積が0.15%未満含んでいた。
実施例2の試験に類似した第四の試験が、合金4を利用して行われ、ICPによって測定されるその質量組成は、Al、Zrを0.81%、Feを1.83%、不純物を各々0.05%未満で不純物の累積が0.15%未満含んでいた。
実施例2の試験に類似した第五の試験が、合金5を利用して行われ、ICPによって測定されるその質量組成は、Al、Zrを1.39%、Cuを0.32%、不純物を各々0.05%未満で不純物の累積が0.15%未満含んでいた。
追加の高温引張試験が、それぞれ実施例3中と実施例4中とに記述されている合金3と合金4とに行われた。
セット1:
・レーザーの出力:370W
・スキャン速度:1250mm/s
・散乱ベクトル:0.111mm
・層の厚み:60μm。
セット2:
・レーザーの出力:370W
・スキャン速度:1307mm/s
・散乱ベクトル:0.177mm
・層の厚み:60μm。
- 選択的レーザー焼結(Selective Laser SinteringまたはSLS)、
- 直接金属レーザー焼結(Direct Metal Laser SinteringまたはDMLS)、
- 選択的加熱焼結(Selective Heat SinteringまたはSHS)、
- 電子ビーム溶融(Electron Beam MeltingまたはEBM)、
- レーザー溶融堆積(Laser Melting Deposition)、
- 指向性エネルギー堆積(Direct Energy DepositionまたはDED)、
- 直接金属堆積(Direct Metal DepositionまたはDMD)、
- 直接レーザー堆積(Direct Laser DepositionまたはDLD)、
- レーザー堆積技術(Laser Deposition Technology)、
- レーザー操作型ネットシェイピング(Laser Engineering Net Shaping)、
- レーザークラッディング技術(Laser Cladding Technology)、
- レーザーフリーフォーム製造技術(Laser Freeform Manufacturing TechnologyまたはLFMT)、
- レーザー金属堆積(Laser Metal DepositionまたはLMD)、
- コールドスプレーコンソリデーション(Cold Spray ConsolidationまたはCSC)、
- 摩擦による付加製造(Additive Friction StirまたはAFS)、
- 通電焼結法(Field Assisted Sintering Technology,FAST)または放電プラズマ焼結(spark plasma sintering)、または
- 慣性回転摩擦溶接(Inertia Rotary Friction WeldingまたはIRFW)。
11 エネルギー源
12 レーザービーム
15 溶加材
20 層
31 エネルギー源
32 アーク
33 溶接ロボット
35 フィラーワイヤー
Claims (16)
- 互いに重ね合わされた連続的な金属層(201・・・20n)の形成を含む、部品(20)の製造方法であって、各層が、溶加材(15、25)の堆積によって形成され、前記溶加材が、エネルギー供給を受けて溶融しそれから凝固することによって前記層となり、該方法が、溶加材(15、25)が以下の合金元素(重量%)、
- Zrが、0.5%~2.5%、第一の変形例によると好ましくは0.8~2.5%、より好ましくは1~2.5%、さらにより好ましくは1.3~2.5%、または第二の変形例によると好ましくは0.5~2%、より好ましくは0.6~1.8%、より好ましくは0.6~1.6%、より好ましくは0.7~1.5%、より好ましくは0.8~1.5%、より好ましくは0.9~1.5%、さらにより好ましくは1~1.4%、
- Feが、0%~3%、好ましくは0.5%~2.5%、第一の変形例によると好ましくは0.8~2.5%、好ましくは0.8~2%、より好ましくは0.8~1.2%、または第二の変形例によると好ましくは1.5~2.5%、好ましくは1.6~2.4%、より好ましくは1.7~2.3%、
- 場合によっては、Siが、0.3%以下、好ましくは0.2%以下、より好ましくは0.1%以下、
- 場合によっては、Cuが、0.5%以下、好ましくは0.05~0.5%、好ましくは0.1~0.4%、
- 場合によっては、Mgが、0.2%以下、好ましくは0.1%以下、好ましくは0.05%未満、
- 他の合金元素が、各々0.1%未満でかつ合計0.5%未満、
- 不純物が、各々0.05%未満で合計0.15%未満、
残りはアルミニウム、
を含むアルミニウム合金であることを特徴とする製造方法。 - 他の合金元素が、Cr、V、Ti、Mn、Mo、W、Nb、Ta、Sc、Ni、Zn、Hf、Nd、Ce、Co、La、Ag、Li、Y、Yb、Er、Sn、In、Sb、Sr、Ba、Bi、Ca、P、Bおよび/またはミッシュメタルの中で選択される、請求項1に記載の方法。
- 他の合金元素のそれぞれの質量分率が、300ppm未満、さらには200ppm未満、さらには100ppm未満である、請求項1または2に記載の方法。
- - Zrが、0.5%~2.5%、
- Feが、1%以上、
である、請求項1から3のいずれか一つに記載の方法。 - - Zrが、0.5%~2.5%、
- Feが、1%未満、
である、請求項1から3のいずれか一つに記載の方法。 - 層(201...20n)の形成後すなわち最終部品の形成後に、熱処理の適用を含む、請求項1から5のいずれか一つに記載の方法。
- 熱処理が、焼き戻しまたは焼きなましである、請求項6に記載の方法。
- 熱処理が、
- 400℃を超える温度で行われ、その場合、熱処理の継続時間が、0.1h~10hに含まれ、
- または300℃~400℃に含まれる温度で行われ、その場合、熱処理の継続時間が、0.5h~100hに含まれる、
請求項6または7に記載の方法。 - 熱処理が、最適な熱伝導率または電気伝導率を得るように、350℃以上さらには400℃以上の温度で、または90~200hの継続時間で行われる、請求項6または7に記載の方法。
- 層の形成後すなわち最終部品の形成後、または熱処理後に、焼入れを含まない、請求項1から9のいずれか一つに記載の方法。
- 前記方法が、350℃まで至る温度で実現される、請求項1から10のいずれか一つに記載の方法。
- 溶加材が粉末(15)の形態をなし、光ビーム(12)や荷電粒子ビームへのその曝露が、局所溶融とそれに続く凝固を生じさせて固体層(201・・・20n)を形成する、請求項1から11のいずれか一つに記載の方法。
- 溶加材がフィラーワイヤー(25)に由来し、熱源(22)へのその曝露が、局所溶融とそれに続く凝固を生じさせて固体層(201・・・20n)を形成する、請求項1から11のいずれか一つに記載の方法。
- 請求項1から13のいずれか一つの対象になる方法によって得られる金属部品。
- 付加製造法のフィラー材として利用されることを目的とした、粉末であって、該粉末が以下の合金元素(重量%)、
- Zrが、0.5%~2.5%、第一の変形例によると好ましくは0.8~2.5%、より好ましくは1~2.5%、さらにより好ましくは1.3~2.5%、または第二の変形例によると好ましくは0.5~2%、より好ましくは0.6~1.8%、より好ましくは0.6~1.6%、より好ましくは0.7~1.5%、より好ましくは0.8~1.5%、より好ましくは0.9~1.5%、さらにより好ましくは1~1.4%、
- Feが、0%~3%、好ましくは0.5%~2.5%、第一の変形例によると好ましくは0.8~2.5%、好ましくは0.8~2%、より好ましくは0.8~1.2%、または第二の変形例によると好ましくは1.5~2.5%、好ましくは1.6~2.4%、より好ましくは1.7~2.3%、
- 場合によっては、Siが、0.3%以下、好ましくは0.2%以下、より好ましくは0.1%以下、
- 場合によっては、Cuが、0.5%以下、好ましくは0.05~0.5%、好ましくは0.1~0.4%、
- 場合によっては、Mgが、0.2%以下、好ましくは0.1%以下、好ましくは0.05%未満、
- 他の合金元素が、各々0.1%未満でかつ合計0.5%未満、
- 不純物が、各々0.05%未満でかつ合計0.15%未満、
残りはアルミニウム、
を含むアルミニウム合金から成ることを特徴とする粉末。 - コールドスプレーコンソリデーション(CSC)、レーザー金属堆積(LMD)、摩擦による付加製造(AFS)、通電焼結法(FAST)、または慣性回転摩擦溶接(IRFW)の中で選択される製造法、好ましくはコールドスプレーコンソリデーション(CSC)における、請求項15に記載の粉末の利用。
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