TWI692382B - 高熵合金絲及多主元合金絲，及其預形成物、製造方法和應用 - Google Patents

高熵合金絲及多主元合金絲，及其預形成物、製造方法和應用 Download PDF

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Abstract

在各個實施例中，藉由在一或多個可選金屬管內組合一或多種實質上球形金屬顆粒之粉末與一或多種非球形顆粒之粉末來製備用於積層製造(additive manufacturing)之絲。該等粉末(及該一或多個管，若存在)內之金屬元素共同定義五種或更多種金屬元素之高熵合金或四種或更多種金屬元素之多主元合金。

Description

高熵合金絲及多主元合金絲，及其預形成物、製造方法和應用
在各個實施例中，本發明係關於由高熵合金及/或多主元合金構成之絲之形成及處理。
高熵合金(HEA)通常定義為含有5種或更多種組成元素之合金，每一元素之濃度介於5原子%與35原子%之間。HEA不同於其他複合合金之定義特徵在於，因其高混合熵，其基本上由簡單固體溶液相組成，而非形成一或多個金屬間相。各種HEA展現一或多種優越機械性質，例如屈服強度、斷裂韌性及抗疲勞性。多主元合金(MPEA)類似於HEA，但可包含少至四種組成元素。然而，許多HEA及MPEA、尤其包含一或多種耐火金屬(例如Nb、Mo等)之彼等因其高強度及有限延展性極而難以製備及利用。因HEA及MPEA中之擴散往往極其緩慢，故大部分量之該等材料亦通常極難以均質化。該等及類似問題已限制了之許多HEA及MPEA之廣泛採用。
積層製造(additive manufacturing)或三維(3D)印刷係用於快速製造及快速原型設計之廣泛利用技術。一般而言，積層製造使得需要藉由電腦控制來逐層沈積材料以形成三維物體。迄今為止之大部分積層製造技術利用聚合或塑膠材料作為原材料，此乃因該等材料易於在低溫下處置及熔化。因積層製造涉及一次性僅熔化少量材料，故該製程可為用於製備由HEA或MPEA構成之大型複合結構之有用技術。具體而言，在積層製造製程期間之任一時間點所利用材料之小熔池可產生小熔融體積之實質上均質合金材料，該材料以足以穩定合金之均質化組合物之速率發生冷卻。亦即，熔池之較小尺寸應促進合金組份之混合，且高冷卻速率應限制分離，從而促進實質上均質合金之形成。 不幸的是，金屬材料之積層製造並非沒有難題。在用於積層製造之金屬前體材料擁有大量氧或其他揮發性物質(例如鈣、鈉、銻、磷、硫等)時，該等材料之熔化可引起發火花、起泡及飛濺(亦即小塊材料本身之噴射)。另外，即使利用該等材料製得三維部件，該部件亦可展現過度孔隙率、破裂、材料飛濺及不充分之密度及可加工性。 鑒於前述問題，需要用於金屬部件及尤其由HEA及MPEA構成之部件之積層製造之經改良前體材料。
根據本發明之各個實施例，自合金之各種組成元素之粉末來製備用作用於HEA或MPEA之積層製造製程之原料的絲。該等粉末係利用一或多種最小化或實質上減少粉末內之氧及其他揮發性元素之量之技術來形成。以此方式，最小化或減少絲內之該等揮發性物質之量。舉例而言，可經由氫化/去氫製程、電漿緻密化及/或電漿霧化來形成及/或處理各種粉末，且該等粉末可具有低濃度之揮發性物質(例如氧) (舉例而言，氧含量低於300 ppm或甚至低於100 ppm)。各種粉末或粉末前體可甚至與一或多種對氧具有較高親和力之材料(例如金屬) (例如鈣、鎂等)進行組合，在高溫下去氧化，且然後經由(例如)化學浸出與高氧親和力材料分離，如1999年8月19日提出申請之美國專利第6,261,337號(‘337專利) (其全部揭示內容以引用方式併入本文中)中所詳述。 另外，本發明之各個實施例描述具有不同粒度及/或體積形狀(或形態)以最小化絲內之顆粒間空間量之使用合金組成元素(或其二元或三元混合物或合金)之粉末製得的HEA或MPEA原料絲。因該空間可包含或捕集絲內之氧或其他揮發性物質，故最小化該空間通常會實質性減少絲內之該等物質。隨後可熔化(例如經由施加電子束或雷射)該絲以利用積層製造技術製備三維部件。舉例而言，在本發明之各個實施例中，對鎢及/或鉬粉末實施電漿緻密化且由此由實質上球形顆粒構成。將該等粉末與利用氫化/去氫製程形成之多種其他粉末混合以形成一或多種HEA或一或多種MPEA。如業內已知，氫化/去氫製程涉及經由氫引入(由此形成氫化物相)來脆化金屬，隨後進行機械碾磨(例如球磨)及去氫(例如在真空中加熱)；所得顆粒往往因碾磨製程而具有高度角樣及片樣。在本發明之各個實施例中，將該等非球形粉末顆粒與其他組成金屬之實質上球形電漿緻密化顆粒進行混合，由此最大化顆粒堆積效率且最小化最終絲內之所捕集揮發性物質之量。 根據本發明之各個實施例，藉由(例如)具有(例如)桿或棒形狀之預形成物之抽拉及/或其他機械變形(例如鍛造、軋製、擠出等)來形成HEA或MPEA原料絲。所得絲可用於積層製造製程中以形成由絲合金構成之三維部件。在實例性實施例中，朝向可移動平臺供給絲，且藉由(例如)電子束或雷射熔化絲之尖端。平臺發生移動，從而熔融絲描畫出最終部件之實質上二維薄片之圖案；以此方式，以逐層方式經由熔化絲且快速固化來製備最終部件。 本發明實施例之絲亦可用於各種不同給絲焊接應用(例如MIG焊接、焊接修理)中，其中在絲與工件之間點燃電弧，從而使得絲部件與工件發生熔合。 本發明之各個實施例製備及利用包含五種或更多種元素(例如Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及/或Cr中之五者或更多者)、基本上由其組成或由其組成之HEA。本發明實施例之實例性HEA包含MoTaTiZrHf、MoTaNbTiZrHf、MoTaNbWTiV、NbTiHfZrCr、NbTiHfZrV及NbTaMoWX，其中X係V、Cr、Ti、Zr、Hf及Al中之一或多者。本發明之各個實施例製備及利用包含四種或更多種元素(例如Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及/或Cr中之四者或更多者)、基本上由其組成或由其組成之多主元合金(MPEA)。除非另外指示，否則本文所提及之HEA及/或含有五種或更多種元素之HEA之製備及用途亦涵蓋且適用於具有四種或更多種元素的MPEA及其製備及用途。對於本發明實施例之每一合金而言，各種元素組份可以等原子或實質上等原子比例存在於合金內。在其他實施例中，一或多種或甚至每一元素組份以介於5%與35%之間之原子濃度存在於合金內。在各個實施例中，兩種或更多種元素組份以大致相等之濃度存在於合金中，且彼等濃度不同於合金中之一或多種其他元素組份之濃度。舉例而言，兩種元素組份可以大約40% (原子)存在於合金中，而其他20%之合金係由兩種或更多種其他組份構成，該等組份可或可不以彼此大致相等之濃度存在。 如本文中所利用，術語「實質上球形」意指在任一方向上在±10%及在一些實施例中±5%內之球形，亦即，在任一方向上之偏心率不超過5%或10%。如本文中所利用，「非球形」意指狹長(縱橫比至少為2:1)、針狀、具有至少一個平坦表面(例如具有兩個相對平坦表面之小片)、具有至少一個角或頂點或多面體。 在一態樣中，本發明實施例描述製備金屬絲之方法。組合一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末以形成預形成物之至少一部分。第一金屬粉末中之每一者包含實質上球形顆粒、基本上由其組成或由其組成。第二金屬粉末中之每一者包含非球形顆粒、基本上由其組成或由其組成。將一或多種第一金屬粉末與一或多種第二金屬顆粒混合，從而預形成物之組成沿預形成物之至少一部分長度實質上均勻。經由一或多種機械變形方法減小預形成物之直徑(或另一尺寸，例如寬度)以形成金屬絲。金屬絲包含含有五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之高熵合金、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。五種或更多種金屬元素可包含Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al或Cr中之至少五者、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末之至少一些非球形顆粒可為角形小片。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或絲本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。一或多種機械變形方法可包含抽拉、軋製、鍛造、擠出及/或輥壓、基本上由其組成或由其組成。 預形成物可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末可組合於一或多個犧牲管內。可在預形成物之直徑(或另一側向尺寸)減小之前、期間及/或之後去除一或多個(或甚至所有)犧牲管。一或多個犧牲管之去除可包含熔化及/或蝕刻(例如濕式化學(例如酸)蝕刻及/或乾式(例如電漿)蝕刻)、基本上由其組成或由其組成。 可藉由包含以下步驟、基本上由其組成或由其組成之製程來提供至少一種第一金屬粉末：(a)提供複數個金屬微粒及/或金屬絲，(b)將金屬微粒及/或絲供給至電漿中，由此至少部分地熔化(及/或霧化及/或破裂)金屬微粒及/或絲，及(c)冷卻至少部分地熔化之金屬微粒及/或絲部分以形成實質上球形顆粒。可藉由包含以下步驟、基本上由其組成或由其組成之製程來提供至少一種第二金屬粉末：(a)對金屬實施氫化以形成金屬氫化物，(b)以機械方式將金屬氫化物碾磨成複數個非球形顆粒，及(c)對非球形金屬氫化物顆粒實施去氫。至少一種第一金屬粉末之平均粒度可介於大約15 µm至大約45 µm之間。至少一種第二金屬粉末之平均粒度可大於大約50 µm。至少一種第二金屬粉末之平均粒度可介於大約50 µm至大約100 µm或大約200 µm之間。一或多種(或甚至所有)第一金屬粉末之平均粒度可小於一或多種(或甚至所有)第二金屬粉末之平均粒度。本發明實施例可包含藉由一或多種上述方法形成之絲。 絲可用於積層製造製程中以形成三維部件(例如以逐層方式)。可相對於平臺來平移絲之尖端(亦即，可平移絲，可平移平臺，或可平移二者)。在相對平移期間，可使用能量源熔化絲之尖端以形成包含五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之熔融珠粒。珠粒可冷卻形成三維部件層之至少一部分。可重複該等步驟一或多次以產生三維部件之至少一部分。三維部件可包含高熵合金、基本上由其組成或由其組成。本發明實施例可包含根據任一上述方法形成之三維部件。 在另一態樣中，本發明實施例描述製備包含高熵合金、基本上由其組成或由其組成之金屬絲或絲預形成物之方法，該高熵合金包含五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。提供金屬管。金屬管包含高熵合金之至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末組合於金屬管內。第一金屬粉末中之每一者包含實質上球形顆粒、基本上由其組成或由其組成。第二金屬粉末中之每一者包含非球形顆粒、基本上由其組成或由其組成。將一或多種第一金屬粉末與一或多種第二金屬顆粒混合，從而組合粉末之組成沿金屬管之至少一部分長度實質上均勻，由此形成金屬絲或絲預形成物。每一第一金屬粉末包含高熵合金之至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含高熵合金之至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。可經由一或多種機械變形方法來減小金屬絲或絲預形成物之直徑(或另一側向尺寸，例如寬度)。一或多種機械變形方法可包含抽拉、軋製、鍛造、擠出及/或輥壓、基本上由其組成或由其組成。五種或更多種金屬元素可包含Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及/或Cr中之至少五者、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末之至少一些非球形顆粒可為角形小片。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或金屬管及/或絲或絲預形成物本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。金屬管可包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。金屬管可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金管。 可藉由包含以下步驟、基本上由其組成或由其組成之製程來提供至少一種第一金屬粉末：(a)提供複數個金屬微粒及/或金屬絲，(b)將金屬微粒及/或絲供給至電漿中，由此至少部分地熔化(及/或霧化及/或破裂)金屬微粒及/或絲，及(c)冷卻至少部分地熔化之金屬微粒及/或絲部分以形成實質上球形顆粒。可藉由包含以下步驟、基本上由其組成或由其組成之製程來提供至少一種第二金屬粉末：(a)對金屬實施氫化以形成金屬氫化物，(b)以機械方式將金屬氫化物碾磨成複數個非球形顆粒，及(c)對非球形金屬氫化物顆粒實施去氫。至少一種第一金屬粉末之平均粒度可介於大約15 µm至大約45 µm之間。至少一種第二金屬粉末之平均粒度可大於大約50 µm。至少一種第二金屬粉末之平均粒度可介於大約50 µm至大約100 µm或大約200 µm之間。一或多種(或甚至所有)第一金屬粉末之平均粒度可小於一或多種(或甚至所有)第二金屬粉末之平均粒度。本發明實施例可包含藉由一或多種上述方法形成之絲或絲預形成物。 絲可用於積層製造製程中以形成三維部件(例如以逐層方式)。可相對於平臺來平移絲之尖端(亦即，可平移絲，可平移平臺，或可平移二者)。在相對平移期間，可使用能量源熔化絲之尖端以形成包含五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之熔融珠粒。珠粒可冷卻形成三維部件層之至少一部分。可重複該等步驟一或多次以產生三維部件之至少一部分。三維部件可包含高熵合金、基本上由其組成或由其組成。本發明實施例可包含根據任一上述方法形成之三維部件。 在又一態樣中，本發明實施例描述藉由積層製造形成包含高熵合金、基本上由其組成或由其組成之三維部件之方法。高熵合金包含五種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素、基本上由其組成或由其組成：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr。在步驟(a)中，提供絲。絲包含一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之實質上均質集合體、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末之顆粒實質上係球形。每一第二金屬粉末之顆粒係非球形。在步驟(b)中，相對於平臺來平移絲之尖端(亦即，可平移絲，可平移平臺，或可平移二者)。在步驟(c)中，在相對平移期間，使用能量源熔化絲之尖端以形成包含五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之熔融珠粒。珠粒冷卻形成三維部件層之至少一部分。可重複步驟(b)及(c)一或多次以產生三維部件之至少一部分。三維部件包含高熵合金、基本上由其組成或由其組成。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末之至少一些非球形顆粒可為角形小片。絲可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或至少一個金屬管及/或絲本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。本發明實施例可包含根據任一上述方法形成之三維部件。 在另一態樣中，本發明實施例描述包含五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之高熵合金絲或絲預形成物。絲或絲預形成物包含一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之集合體、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末之顆粒實質上係球形。每一第二金屬粉末之顆粒係非球形。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。五種或更多種金屬元素可包含Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及/或Cr中之至少五者、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末之至少一些非球形顆粒可為角形小片。絲或絲預形成物可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或金屬管及/或絲或絲預形成物本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。 在一態樣中，本發明實施例描述製備金屬絲之方法。組合一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末以形成預形成物之至少一部分。第一金屬粉末中之每一者包含實質上球形顆粒、基本上由其組成或由其組成。第二金屬粉末中之每一者包含非球形顆粒、基本上由其組成或由其組成。將一或多種第一金屬粉末與一或多種第二金屬顆粒混合，從而預形成物之組成沿預形成物之至少一部分長度實質上均勻。經由一或多種機械變形方法減小預形成物之直徑(或另一側向尺寸，例如寬度)以形成金屬絲。金屬絲包含以下部分、基本上由其組成或由其組成：(1)高熵合金，其包含五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成；或(2)多主元合金，其包含四種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。金屬元素可包含Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al或Cr中之至少四者或至少五者、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末之至少一些非球形顆粒可為角形小片。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或絲本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。一或多種機械變形方法可包含抽拉、軋製、鍛造、擠出及/或輥壓、基本上由其組成或由其組成。 預形成物可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末可組合於一或多個犧牲管內。可在預形成物之直徑(或另一側向尺寸)減小之前、期間及/或之後去除一或多個(或甚至所有)犧牲管。一或多個犧牲管之去除可包含熔化及/或蝕刻(例如濕式化學(例如酸)蝕刻及/或乾式(例如電漿)蝕刻)、基本上由其組成或由其組成。 可藉由包含以下步驟、基本上由其組成或由其組成之製程來提供至少一種第一金屬粉末：(a)提供複數個金屬微粒及/或金屬絲，(b)將金屬微粒及/或絲供給至電漿中，由此至少部分地熔化(及/或霧化及/或破裂)金屬微粒及/或絲，及(c)冷卻至少部分地熔化之金屬微粒及/或絲部分以形成實質上球形顆粒。可藉由包含以下步驟、基本上由其組成或由其組成之製程來提供至少一種第二金屬粉末：(a)對金屬實施氫化以形成金屬氫化物，(b)以機械方式將金屬氫化物碾磨成複數個非球形顆粒，及(c)對非球形金屬氫化物顆粒實施去氫。至少一種第一金屬粉末之平均粒度可介於大約15 µm至大約45 µm之間。至少一種第二金屬粉末之平均粒度可大於大約50 µm。至少一種第二金屬粉末之平均粒度可介於大約50 µm至大約100 µm或大約200 µm之間。一或多種(或甚至所有)第一金屬粉末之平均粒度可小於一或多種(或甚至所有)第二金屬粉末之平均粒度。本發明實施例可包含藉由一或多種上述方法形成之絲。 絲可用於積層製造製程中以形成三維部件(例如以逐層方式)。可相對於平臺來平移絲之尖端(亦即，可平移絲，可平移平臺，或可平移二者)。在相對平移期間，可使用能量源熔化絲之尖端以形成包含四種或五種金屬元素或五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之熔融珠粒。珠粒可冷卻形成三維部件層之至少一部分。可重複該等步驟一或多次以產生三維部件之至少一部分。三維部件可包含高熵合金或多主元合金、基本上由其組成或由其組成。本發明實施例可包含根據任一上述方法形成之三維部件。 在另一態樣中，本發明實施例描述製備包含以下部分、基本上由其組成或由其組成之金屬絲或絲預形成物之方法：(1)高熵合金，其包含五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成；或(2)多主元合金，其包含四種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。提供金屬管。金屬管包含高熵合金或多主元合金之至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末組合於金屬管內。第一金屬粉末中之每一者包含實質上球形顆粒、基本上由其組成或由其組成。第二金屬粉末中之每一者包含非球形顆粒、基本上由其組成或由其組成。將一或多種第一金屬粉末與一或多種第二金屬顆粒混合，從而組合粉末之組成沿金屬管之至少一部分長度實質上均勻，由此形成金屬絲或絲預形成物。每一第一金屬粉末包含高熵合金或多主元合金之至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含高熵合金或多主元合金之至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。可經由一或多種機械變形方法來減小金屬絲或絲預形成物之直徑(或另一側向尺寸，例如寬度)。一或多種機械變形方法可包含抽拉、軋製、鍛造、擠出及/或輥壓、基本上由其組成或由其組成。金屬元素可包含Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及/或Cr中之至少四者或至少五者、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末之至少一些非球形顆粒可為角形小片。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或金屬管及/或絲本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。金屬管可包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。金屬管可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金管。 可藉由包含以下步驟、基本上由其組成或由其組成之製程來提供至少一種第一金屬粉末：(a)提供複數個金屬微粒及/或金屬絲，(b)將金屬微粒及/或絲供給至電漿中，由此至少部分地熔化(及/或霧化及/或破裂)金屬微粒及/或絲，及(c)冷卻至少部分地熔化之金屬微粒及/或絲部分以形成實質上球形顆粒。可藉由包含以下步驟、基本上由其組成或由其組成之製程來提供至少一種第二金屬粉末：(a)對金屬實施氫化以形成金屬氫化物，(b)以機械方式將金屬氫化物碾磨成複數個非球形顆粒，及(c)對非球形金屬氫化物顆粒實施去氫。至少一種第一金屬粉末之平均粒度可介於大約15 µm至大約45 µm之間。至少一種第二金屬粉末之平均粒度可大於大約50 µm。至少一種第二金屬粉末之平均粒度可介於大約50 µm至大約100 µm或大約200 µm之間。一或多種(或甚至所有)第一金屬粉末之平均粒度可小於一或多種(或甚至所有)第二金屬粉末之平均粒度。本發明實施例可包含藉由一或多種上述方法形成之絲或絲預形成物。 絲可用於積層製造製程中以形成三維部件(例如以逐層方式)。可相對於平臺來平移絲之尖端(亦即，可平移絲，可平移平臺，或可平移二者)。在相對平移期間，可使用能量源熔化絲之尖端以形成包含四種或五種金屬元素或五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之熔融珠粒。珠粒可冷卻形成三維部件層之至少一部分。可重複該等步驟一或多次以產生三維部件之至少一部分。三維部件可包含高熵合金或多主元合金、基本上由其組成或由其組成。本發明實施例可包含根據任一上述方法形成之三維部件。 在又一態樣中，本發明實施例描述藉由積層製造形成包含高熵合金或多主元合金、基本上由其組成或由其組成之三維部件之方法。高熵合金包含五種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素、基本上由其組成或由其組成：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr。多主元合金包含四種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素、基本上由其組成或由其組成：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr。在步驟(a)中，提供絲。絲包含一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之實質上均質集合體、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末之顆粒實質上係球形。每一第二金屬粉末之顆粒係非球形。在步驟(b)中，相對於平臺來平移絲之尖端(亦即，可平移絲，可平移平臺，或可平移二者)。在步驟(c)中，在相對平移期間，使用能量源熔化絲之尖端以形成包含四種或更多種金屬元素或五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之熔融珠粒。珠粒冷卻形成三維部件層之至少一部分。可重複步驟(b)及(c)一或多次以產生三維部件之至少一部分。三維部件包含高熵合金或多主元合金、基本上由其組成或由其組成。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末之至少一些非球形顆粒可為角形小片。絲可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或至少一個金屬管及/或絲本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。本發明實施例可包含根據任一上述方法形成之三維部件。 在另一態樣中，本發明實施例描述包含四種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之多主元合金絲或絲預形成物。絲或絲預形成物包含一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之集合體、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末之顆粒實質上係球形。每一第二金屬粉末之顆粒係非球形。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。四種或更多種金屬元素可包含Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及/或Cr中之至少四者、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末之至少一些非球形顆粒可為角形小片。絲可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或金屬管及/或絲或絲預形成物本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。 在又一態樣中，本發明實施例描述藉由積層製造形成包含高熵合金或多主元合金、基本上由其組成或由其組成之三維部件之方法。高熵合金包含五種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素、基本上由其組成或由其組成：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr。多主元合金包含四種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素、基本上由其組成或由其組成：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr。在步驟(a)中，提供絲預形成物。絲預形成物包含一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之實質上均質集合體、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末之顆粒實質上係球形。每一第二金屬粉末之顆粒係非球形。在步驟(b)中，經由一或多種機械變形方法減小絲預形成物之直徑(或另一側向尺寸，例如寬度)，由此形成金屬絲。在步驟(c)中，相對於平臺來平移絲之尖端(亦即，可平移絲，可平移平臺，或可平移二者)。在步驟(d)中，在相對平移期間，使用能量源熔化絲之尖端以形成包含四種或更多種金屬元素或五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之熔融珠粒。珠粒冷卻形成三維部件層之至少一部分。可重複步驟(c)及(d)一或多次以產生三維部件之至少一部分。三維部件包含高熵合金或多主元合金、基本上由其組成或由其組成。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。一或多種機械變形方法可包含抽拉、軋製、鍛造、擠出及/或輥壓、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末之至少一些非球形顆粒可為角形小片。絲預形成物可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或至少一個金屬管及/或絲預形成物及/或絲本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。本發明實施例可包含根據任一上述方法形成之三維部件。 在一態樣中，本發明實施例描述包含五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之高熵合金絲。絲包含一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之集合體、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒實質上係球形。至少一種第二金屬粉末之至少一些顆粒在軸向方向上延長且至少部分地圍繞一或多種第一金屬粉末之顆粒延伸。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。每一第一金屬粉末之至少一些顆粒可實質上係球形。至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒可在軸向方向上延長。每一第一金屬粉末之至少一些顆粒可在軸向方向上延長。至少一種第一金屬粉末之顆粒之延展性可小於至少一種第二金屬粉末之顆粒。所有第一金屬粉末之顆粒之延展性可小於所有第二金屬粉末之顆粒。一或多種第一金屬粉末可包含Mo及/或W、基本上由其組成或由其組成。一或多種第二金屬粉末可包含Ta及/或Nb、基本上由其組成或由其組成。 五種或更多種金屬元素可包含Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及/或Cr中之至少五者、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。絲可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或金屬管及/或絲本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。 在另一態樣中，本發明實施例描述包含四種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之多主元合金絲或絲預形成物。絲包含一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之集合體、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒實質上係球形。至少一種第二金屬粉末之至少一些顆粒在軸向方向上延長且至少部分地圍繞一或多種第一金屬粉末之顆粒延伸。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。每一第一金屬粉末之至少一些顆粒可實質上係球形。至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒可在軸向方向上延長。每一第一金屬粉末之至少一些顆粒可在軸向方向上延長。至少一種第一金屬粉末之顆粒之延展性可小於至少一種第二金屬粉末之顆粒。所有第一金屬粉末之顆粒之延展性可小於所有第二金屬粉末之顆粒。一或多種第一金屬粉末可包含Mo及/或W、基本上由其組成或由其組成。一或多種第二金屬粉末可包含Ta及/或Nb、基本上由其組成或由其組成。 四種或更多種金屬元素可包含Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及/或Cr中之至少四者、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。絲可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或金屬管及/或絲本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。 在又一態樣中，本發明實施例描述藉由積層製造形成包含高熵合金或多主元合金、基本上由其組成或由其組成之三維部件之方法。高熵合金包含五種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素、基本上由其組成或由其組成：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr。多主元合金包含四種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素、基本上由其組成或由其組成：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr。在步驟(a)中，提供在軸向方向上延伸之絲。絲包含一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之實質上均質集合體、基本上由其組成或由其組成。每一第一金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。每一第二金屬粉末包含一或多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒實質上係球形。至少一種第二金屬粉末之至少一些顆粒在軸向方向上延長且至少部分地圍繞至少一種第一金屬粉末之顆粒發生延伸。在步驟(b)中，相對於平臺來平移絲之尖端(亦即，可平移絲，可平移平臺，或可平移二者)。在步驟(c)中，在相對平移期間，使用能量源熔化絲之尖端以形成包含四種或更多種金屬元素或五種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之熔融珠粒。珠粒冷卻形成三維部件層之至少一部分。可重複步驟(b)及(c)一或多次以產生三維部件之至少一部分。三維部件包含高熵合金或多主元合金、基本上由其組成或由其組成。 本發明實施例可以各種組合中之任一者包含下列情形中之一或多者。每一第一金屬粉末之至少一些顆粒可實質上係球形。至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒可在軸向方向上延長。每一第一金屬粉末之至少一些顆粒可在軸向方向上延長。至少一種第一金屬粉末之顆粒之延展性可小於至少一種第二金屬粉末之顆粒。所有第一金屬粉末之顆粒之延展性可小於所有第二金屬粉末之顆粒。一或多種第一金屬粉末可包含Mo及/或W、基本上由其組成或由其組成。一或多種第二金屬粉末可包含Ta及/或Nb、基本上由其組成或由其組成。 至少一種第一金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第一金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之元素粉末。至少一種第二金屬粉末可為包含兩種或更多種金屬元素、基本上由其組成或由其組成之合金粉末。絲可包含一或多個環繞一或多種第一金屬粉末及一或多種第二金屬粉末之金屬管。每一金屬管可包含至少一種金屬元素、基本上由其組成或由其組成。至少一種第一金屬粉末及/或至少一種第二金屬粉末及/或至少一個金屬管及/或絲本身之氧、碳、鈣、鈉、銻、磷、硫及/或氮之濃度可為300 ppm或更小、200 ppm或更小、100 ppm或更小、50 ppm或更小、25 ppm或更小或10 ppm或更小。本發明實施例可包含根據任一上述方法形成之三維部件。 經由參照下列說明、附圖及申請專利範圍，該等及其他目標以及本文所揭示之本發明優點及特徵將變得更加顯而易見。另外，應理解，本文所闡述之各個實施例之特徵並不彼此排斥，且可以各種組合及排列存在。如本文中所使用，術語「大約」及「實質上」意指±10%及在一些實施例中±5%。除非本文另外定義，否則術語「基本上由……組成」意指排除其他有助於功能之材料。然而，該等其他材料可共同地或個別地以痕量存在。舉例而言，基本上由多種金屬組成之結構通常包含僅彼等金屬及僅可經由化學分析檢測到但不有助於功能之無意雜質(其可為金屬或非金屬)。如本文中所使用，「基本上由至少一種金屬組成」係指一種金屬或兩種或更多種金屬之混合物，但並不係指金屬與非金屬元素或化學物質(例如氧、矽或氮)之間之化合物(例如金屬氮化物、金屬矽化物或金屬氧化物)；該等非金屬元素或化學物質可共同地或個別地以痕量存在(例如雜質)。
相關申請案 本申請案主張2016年1月27日提出申請之美國臨時專利申請案第62/287,690號之權利及優先權，該臨時專利申請案之全部內容以引用方式併入本文中。 在本發明之各個實施例中，藉由壓製及/或燒結粉末集合體來提供呈(例如)桿或棒形狀之預形成物。共同地，粉末含有期望HEA或MPEA之所有元素。舉例而言，一或多種或甚至所有粉末可各自由包含一種合金組成元素、基本上由其組成或由其組成之顆粒構成。在其他實施例中，一或多種粉末可各自由包含兩種或更多種合金組成元素之混合物或合金、基本上由其組成或由其組成之團聚物顆粒構成。 根據本發明之各個實施例，預形成物含有一或多種實質上由球形顆粒構成之粉末及一或多種由非球形(例如鱗狀、角形、不規則等)顆粒構成之粉末。舉例而言，可對鎢及/或鉬之粉末顆粒(例如最初經由氫化/去氫製程或其他製程製得之顆粒)實施電漿緻密化且可由此實質上係球形。用於電漿緻密化之實例性裝置100示意性展示於圖1中。如所展示，可將粉末顆粒110裝載至粉末進料機120中，進料機將顆粒110供給穿過藉由(例如)施加至感應線圈140之時變電流(其使自電漿氣體160供給至線圈140之電漿150發火花)形成之電漿噴流130。電漿噴流130至少部分地熔化顆粒110，顆粒隨後再固化成收集於電漿150下方之較高密度顆粒170。電漿緻密化顆粒170通常因電漿誘導之熔化及在再固化期間得到之表面積最小化而實質上係球形。顆粒表面積之最小化亦最小化或實質上減小氧或其他揮發性物質之攝取，且電漿緻密化製程本身亦揮發該等物質，由此減小粉末170內之該等污染物之濃度。電漿緻密化粉末顆粒170可具有(例如) 15 µm至45 µm或甚至更小之平均粒度。 圖2A繪示根據本發明實施例來製備絲預形成物200。將一或多種類型之實質上球形粉末顆粒170與一或多種非球形粉末顆粒210混合(例如在管220內或在圓柱形模具中)，從而期望合金之所有元素皆包含於預形成物200內。非球形粉末顆粒210可藉由(例如)氫化/去氫製程形成。在本發明之各個實施例中，非球形粉末顆粒係非圓形、長方形、橢圓形，及/或沿其表面積之任一部分不具有平滑圓形表面。非球形粉末顆粒210可具有(例如)小於或等於50 µm至250 µm或甚至更大之平均粒度。如上文所提及，實質上球形顆粒170或非球形粉末顆粒210中之任一者或二者可個別地由期望合金之兩種或更多種元素之合金或混合物構成。可經由(例如)預合金化鑄錠之氫化/去氫及自其產生之粉末之可選電漿緻密化來形成該等合金粉末。 在各個實施例中，一或多種類型之實質上球形顆粒170之熔點高於一或多種類型之非球形顆粒210之熔點。在各個實施例中，一或多種類型之實質上球形顆粒170之延展性低於一或多種類型之非球形顆粒210之延展性。在各個實施例中，實質上球形顆粒170內之金屬元素不存在於非球形顆粒210內且反之亦然。在各個實施例中，期望HEA之一或多種金屬元素係呈現於實質上球形顆粒170及非球形顆粒210中。在一些實施例中，實質上球形顆粒170及非球形顆粒210含有呈元素粉末顆粒及/或合金粉末顆粒形式之期望合金之所有金屬元素。 預形成物200內之實質上球形顆粒170及非球形粉末顆粒210之所得混合物有利地減小或最小化預形成物200內之空空隙空間的量。顆粒170、210較佳地分佈於預形成物200內，從而預形成物200之組成沿其長度實質上均勻。在各個實施例中，在進一步處理成絲之前，可另外對預形成物200及/或其中之粉末混合物之至少一部分實施緻密化。舉例而言，可藉由(例如)熱等靜壓或冷等靜壓來壓製預形成物200及/或粉末混合物。可在納入犧牲管之前及/或之後對粉末或預形成物實施緻密化(如下文所詳述)。在形成預形成物200之後，將預形成物200處理成絲230。在圖2B中之實例性實施例中，經由使用一或多個拉模240進行抽拉直至絲230之直徑減小至期望尺寸為止來使預形成物200形成為絲230。在各個實施例中，預形成物200之各種類型顆粒、尤其具有相對較低延展性者(例如鉬、鎢等)之形態可在將預形成物200處理成絲230期間發生變形。舉例而言，鉬及/或鎢之實質上球形顆粒170可延長為長方形形狀或長條(例如沿絲軸)，及/或其可在最終絲230中保持實質上球形。具有較高延展性之其他類型顆粒(例如鉭、鈮等)可圍繞其他顆粒延長且形成佈置於最終絲中之較硬顆粒周圍之基質。在各個實施例中，藉由一或多種減小預形成物200之直徑(或另一側向尺寸)之其他機械變形方法來補充或代替抽拉，例如軋製、輥壓、鍛造、擠出等。可在直徑減小(例如抽拉)期間及/或之後使預形成物200及/或絲230退火。 在各個實施例中，經由在包含期望HEA或MPEA之一或多種元素、基本上由其組成或由其組成之管220內組合一或多種實質上球形粉末170與一或多種非球形粉末210來形成預形成物200。管220可本身共軸佈置於一或多個包含HEA之一或多種其他元素、基本上由其組成或由其組成之其他管250內，如圖2C中所展示。在該等實施例中，佈置於管內之粉末無需包含管內所呈現之元素。在將含有一或多個管之預形成物200抽拉成絲230時，絲230之橫截面由此包含期望合金之所有元素組份。在各個實施例中，在置於管220中之前，可進一步對至少一部分粉末混合物實施緻密化。舉例而言，可藉由(例如)熱等靜壓或冷等靜壓來壓製粉末混合物。 在各個實施例中，一或多個管可包含一或多種延展性大於一或多種以粉末形式存在之元素的元素、基本上由其組成或由其組成。舉例而言，一或多個管可包含Nb、Ta、Ti及/或Zr、基本上由其組成或由其組成。在各個實施例中，一或多個管具有足夠小之直徑，從而預形成物200本身無需進一步處理或直徑減小(例如拉絲)即可用作最終絲230。在各個實施例中，在直徑減小製程之前(或多個步驟之間)，可將一或多個管與其內之粉末退火及/或壓製(例如熱等靜壓)。該等處理可有利地減小內部空隙空間且增加最終絲230之密度。 在各個實施例中，一或多種類型實質上球形顆粒170及/或一或多種類型非球形顆粒210之熔點高於管220、250中之一或多者之一或多種金屬元素之熔點。在各個實施例中，一或多種類型實質上球形顆粒170及/或一或多種類型非球形顆粒210之延展性低於管220、250中之一或多者之一或多種金屬元素之延展性。在各個實施例中，實質上球形顆粒170及/或非球形顆粒210內之金屬元素不存在於管220、250內且反之亦然。在各個實施例中，期望合金之一或多種金屬元素呈現於至少一類實質上球形顆粒170及/或至少一類非球形顆粒210以及管220、250中之一或多者中。 在其他實施例中，預形成物200可包含犧牲管220、基本上由其組成或由其組成，在犧牲管中佈置有各種粉末170、210。在將預形成物200處理成絲230之後，可蝕刻或熔化掉犧牲管220，且最終絲230包含僅源自原始粉末170、210之期望合金之元素、基本上由其組成或由其組成。在各個實施例中，一或多個擬處理為絲部分之管可佈置於犧牲管220內；該等管之至少一部分通常在去除犧牲管220之後保留作為絲之部分。犧牲管220可包含(例如)塑膠、橡膠、一或多種聚合材料、熔點低於粉末170、210內之一或多種(或甚至所有)金屬元素之金屬材料、可選擇性蝕刻之金屬材料(亦即在粉末170、210及其他管內之金屬元素上方)等、基本上由其組成或由其組成。 在根據本發明實施例製得包含期望HEA或MPEA之元素組份、基本上由其組成或由其組成之絲230後，可利用絲230使用積層製造總成300來製備三維部件。舉例而言，如圖3中所展示，可使用進絲機310將絲230增量供給至高能量源320 (例如由雷射或電子束源330發射之電子束或雷射束)之路徑中，此會熔化絲230之尖端以形成小熔池(或「珠粒」或「膠泥」) 340。整個總成300可佈置於真空室內以防止或實質上減小來自周圍環境之污染。 支撐沈積物之基板350 (其可如所展示佈置於平臺360上)與絲/槍總成之間之相對移動使得以逐層方式製得部件。該等相對運動使得自在絲230之尖端連續形成之熔池340連續形成三維物體之層370。如圖3中所展示，層370之全部或一部分可形成於一或多個先前形成層380上。可藉由基於電腦之控制器380基於擬製備部件之電子儲存表示來控制相對移動(亦即平臺360、絲/槍總成或二者之移動)。舉例而言，可自記憶體390中儲存之最終部件之儲存三維表示來提取由熔融絲描畫出之二維層。 本發明實施例之基於電腦之控制系統(或「控制器」) 380可包含以下部分或基本上由其組成：呈電腦形式且包含處理單元(或「電腦處理器」) 392之通用計算器件、系統記憶體390及系統匯流排394 (其使包含系統記憶體390之各種系統組件耦合至處理單元392)。電腦通常包含各種可形成系統記憶體390之一部分且由處理單元392讀取之電腦可讀取媒體。舉例而言且並不加以限制，電腦可讀取媒體可包含電腦儲存媒體/或通信媒體。系統記憶體390可包含呈揮發性及/或非揮發性記憶體之形式之電腦儲存媒體，例如唯讀記憶體(ROM)及隨機存取記憶體(RAM)。含有幫助在元件之間轉移資訊(例如在啟動期間)之基本例程之基本輸入/輸出系統(BIOS)通常儲存於ROM中。RAM通常含有可立即由處理單元392存取及/或目前由處理單元392操作之資料及/或程式模組。資料或程式模組可包含操作系統、應用程式、其他程式模組及程式資料。操作系統可為或包含各種操作系統，例如Microsoft WINDOWS操作系統、Unix操作系統、Linux操作系統、Xenix操作系統、IBM AIX操作系統、Hewlett Packard UX操作系統、Novell NETWARE操作系統、Sun Microsystems SOLARIS操作系統、OS/2操作系統、BeOS操作系統、MACINTOSH操作系統、APACHE操作系統、OPENSTEP操作系統或平臺之另一操作系統。 可使用任一適宜程式語言且無需過多實驗即可實施本文所闡述之功能。以闡釋方式，所用程式語言可包含(例如)組合語言、Ada、APL、Basic、C、C++、C*、COBOL、dBase、Forth、FORTRAN、Java、Modula-2、Pascal、Prolog、Python、REXX、及/或JavaScript。另外，無需聯合本發明之系統及技術之操作利用單一類型之指令或程式語言。而是，可視需要或視期望利用任一數量之不同程式語言。 計算環境亦可包含其他可抽換式/非可抽換式、揮發性/非揮發性電腦儲存媒體。舉例而言，硬碟驅動機可讀取或寫入非可抽換式、非揮發性磁性媒體。磁碟驅動機可讀取或寫入可抽換式、非揮發性磁碟，且光碟驅動機可讀取或寫入可抽換式、非揮發性光碟(例如CD-ROM或其他光學媒體)。其他可用於實例性操作環境中之可抽換式/非可抽換式、揮發性/非揮發性電腦儲存媒體包含(但不限於)磁帶盒、快閃記憶卡、數位通用碟、數位視訊帶、固態RAM、固態ROM及諸如此類。儲存媒體通常經由可抽換式或非可抽換式記憶體介面連結至系統匯流排。 執行命令及指令之處理單元392可為通用電腦處理器，但可利用包含以下之眾多種其他技術中之任一者：專用硬體、微電腦、迷你電腦、主機電腦、程式化微處理器、微控制器、周邊積體電路元件、CSIC (用戶專用積體電路)、ASIC (應用專用積體電路)、邏輯電路、數位信號處理器、可程式化邏輯器件(例如FPGA (場可程式化閘極陣列))、PLD (可程式化邏輯器件)、PLA (可程式化邏輯陣列)、RFID處理器、智能晶片或能夠實施本發明實施例之製程步驟之任一其他器件或器件配置。 有利的是，本發明實施例之絲之組成實質上均勻。因此，在製備期間之任一特定瞬間，期望HEA或MPEA之所有元素皆存在於材料之每一小熔池340中。因其尺寸較小，故池340冷卻迅速，從而鎖定期望合金組成。另外，因根據本發明實施例製得之絲230內之空空隙空間經由堆積具有多種不同形狀及/或大小之粉末顆粒而得以實質上消除，故絲230在積層製造期間發生熔化並具有極小(若存在)火花，且並不在印刷部件中引入多孔性、破裂或其他缺陷。在完成積層製造製程之後，可自平臺取出部件並實施最終機械加工及/或拋光。實例 將具有0.648英吋外徑及0.524英吋內徑之實質上純Cu管纏繞於具有0.500英吋外徑及0.470英吋內徑之Ta-3W (亦即含有大約3% W之Ta-W合金)焊接管上。利用4重量% Ta非球形粉末顆粒、32重量% Nb非球形粉末顆粒、32重量% Mo實質上球形粉末顆粒及32重量% W實質上球形粉末顆粒之粉末摻合物以大約51%之表觀填充密度填充Ta-3W管。Ta及Nb粉末顆粒係藉由氫化-去氫製程形成之低氧粉末顆粒且由此具有角形小片形式。經由電漿緻密化製程形成Mo及W粉末顆粒。計及Ta-3W管，Cu管內之預形成物含有24.3原子% Ta、25.7原子% W、25.0原子% Mo及25.0原子% Nb。總共利用390克粉末。 使用Cu塞密封Cu管之兩端，且 在每道次5%至25%面積縮減之範圍內(此端視每一道次之可用鍛造直徑而定)在約20個步驟中將總成冷鍛造至0.069英吋直徑。為最小化管內之粉末滑動，將桿沿其長度之一半進行鍛造，倒轉，且然後自相對端進行鍛造直至整個總成具有實質上均勻之直徑為止。包含Cu管及塞在內，起始重量約為935克，且總成產生大於600線性英吋之絲(大約100:1之縮面率)。圖4A及4B分別係直徑為0.084英吋之絲之軸向及縱向橫截面顯微照片。如所展示，一些起始實質上球形粉末顆粒保持實質上係球形，而其他顆粒因機械變形而沿絲之長軸延長。一般而言，較軟Ta及Nb粉末顆粒圍繞較硬Mo及W粉末顆粒延長。 Cu鞘絲係連續的且可捲繞至直徑為13英吋而不斷裂。在測試之前去除Cu鞘。對於測試而言，切割各自長3英吋之絲且在25%硝酸及75%蒸餾水之混合物中進行酸式蝕刻直至去除所有Cu為止。為模擬積層製造製程之高速熔融及再固化，將總重32克之絲段置於冷Cu爐床中，且來自W電極之電弧供應足夠能量以熔化絲。Cu爐床快速冷卻金屬，由此高度接近積層製造中之高冷卻速率。第二組試樣包含添加至爐床中之足夠純V以產生V-Nb-Ta-Mo-W之20%-20%-20%-20%-20% (原子百分比) HEA。亦可經由在起始Ta-3W管內納入適當量之實質上球形或非球形V粉末顆粒來產生此第二組試樣。根據此實例產生之所有試樣易於熔化成其組成元素之實質上均質混合物且再固化為單一固體溶液相。此外，所有試樣皆極輕微且平穩地發生熔化(亦即具有最少或並無飛濺、噴濺等)，不論其粉末摻合物之起源如何；因此，本發明實施例具有足夠高密度及足夠低濃度揮發性污染物以確保與積層製造、焊接及其他快速熔化及固化製程之相容性。 對第二組試樣中之一者實施掃描電子顯微術(SEM)能量色散X射線光譜(EDS)，且五元素HEA之平均組成為(22.6% – 26.1%) W、(18.8% – 20.6%) Ta、(18.8% – 19.3%) Mo、(14.8% – 16.0%) Nb及(19.7% – 23.3%) V，其中所有組成皆係以原子%計。經由SEM分析，試樣經測定為具有預期樹突狀微結構之單相，樹突間之間隔介於大約10 µm至大約20 µm之間。圖5係第一組試樣中之一者在熔融及再固化之後之橫截面顯微照片。以化學方式蝕刻試樣以揭示內部結構。如所展示，在一些晶粒結構中可觀察到內部樹突狀結構。使用自5 ml乳酸、5 ml過氧化氫、2 ml氫氟酸及2 ml硝酸製得之蝕刻劑將試樣擦拭蝕刻(與完全浸泡相反)。圖6及7係第二組試樣中之一者在熔融及再固化之後之橫截面顯微照片。亦以化學方式蝕刻圖6中之試樣(使用與上文參照圖5所詳述相同之蝕刻劑)以揭示內部結構，且拋光圖7中之試樣，但並不以化學方式蝕刻。試樣之樹突狀微結構極其明顯。 最後，對第一組及第二組試樣實施多個使用1 kg載量之維氏硬度(Vickers hardness)測試，且所獲得結果包含於下表中。
Figure 106103320-A0304-0001
 如所預計，因向合金中添加V，第二組試樣展現較大硬度值。二組試樣之硬度值極高且暗示根據本發明實施例製得之絲具有高拉伸強度。 本文所採用之術語及表達係作為說明之術語及表達使用且並非具有限制性，且在該等術語及表達之使用中並非意欲排除所展示及所闡述特徵之任何等效物或其部分。另外，在已闡述某些本發明實施例下，熟習此項技術者應明瞭，可使用納入本文所揭示之概念之其他實施例，此並不背離本發明之精神及範圍。因此，在所有態樣中，所闡述實施例可視為僅具有闡釋性且並不具有限制性。
100‧‧‧裝置110‧‧‧粉末顆粒120‧‧‧粉末進料機130‧‧‧電漿噴流140‧‧‧感應線圈150‧‧‧電漿160‧‧‧電漿氣體170‧‧‧較高密度顆粒/電漿緻密化粉末顆粒/實質上球形粉末顆粒200‧‧‧絲預形成物210‧‧‧非球形粉末顆粒220‧‧‧管/犧牲管230‧‧‧絲240‧‧‧拉模250‧‧‧管300‧‧‧積層製造總成310‧‧‧進絲機320‧‧‧高能量源330‧‧‧雷射或電子束源340‧‧‧小熔池350‧‧‧基板360‧‧‧平臺370‧‧‧層380‧‧‧先前形成層/基於電腦之控制系統(或「控制器」)390‧‧‧系統記憶體392‧‧‧處理單元(或「電腦處理器」)394‧‧‧系統匯流排
在圖式中，在所有不同視圖中，相似參考字符一般係指相同部件。另外，圖式未必按比例繪製，替代地，重點通常放在圖解說明本發明之原理上。在下列說明中，參照下列圖式闡述本發明之各個實施例，其中： 圖1係用於根據本發明之各個實施例形成球形粉末顆粒之電漿緻密化裝置之示意性剖面圖； 圖2A係本發明之各個實施例之絲預形成物之示意性橫截面； 圖2B係自本發明之各個實施例之絲預形成物所製得絲之示意性視圖； 圖2C係本發明之各個實施例之含有多個共軸管之絲預形成物的示意性橫截面； 圖3係用於製備本發明之各個實施例之三維金屬部分之積層製造裝置的示意圖； 圖4A係根據本發明之各個實施例製得之絲之軸向橫截面； 圖4B係圖4A之絲之縱向橫截面； 圖5係根據本發明之各個實施例製得之熔化及再固化多主元合金絲之橫截面顯微照片；且 圖6及7係根據本發明之各個實施例製得之熔化及再固化高熵合金之橫截面顯微照片。
170‧‧‧實質上球形粉末顆粒
200‧‧‧絲預形成物
210‧‧‧非球形粉末顆粒

Claims (124)

  1. 一種製造金屬絲之方法，該方法包括：組合以下各項以形成預形成物之至少一部分：(i)一或多種第一金屬粉末，其各自包括複數個實質上球形顆粒；及(ii)一或多種第二金屬粉末，其各自包括複數個非球形顆粒，混合該一或多種第二金屬粉末與該一或多種第一金屬粉末以便該預形成物之組成沿該預形成物之長度實質上均勻；及經由一或多種機械變形方法減小該預形成物之直徑，由此形成金屬絲，其中(i)該金屬絲包括含有五種或更多種金屬元素之高熵合金或含有四種或更多種金屬元素之多主元合金，(ii)每一第一金屬粉末包括該等金屬元素中之至少一者，且(iii)每一第二金屬粉末包括該等金屬元素中之至少一者。
  2. 如請求項1之方法，其中該等金屬元素包括Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al或Cr中之至少四者。
  3. 如請求項1之方法，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  4. 如請求項1之方法，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  5. 如請求項1之方法，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  6. 如請求項1之方法，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  7. 如請求項1之方法，其中至少一種第二金屬粉末之該等非球形顆粒係角形小片。
  8. 如請求項1之方法，其中該一或多種第一金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  9. 如請求項1之方法，其中該一或多種第二金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  10. 如請求項1之方法，其中該一或多種機械變形方法包括抽拉、軋製、鍛造、擠出或輥壓中之至少一者。
  11. 如請求項1之方法，其中該預形成物包括一或多個環繞該一或多種第一金屬粉末及該一或多種第二金屬粉末之金屬管，每一金屬管包括該等金屬元素中之至少一者。
  12. 如請求項1之方法，其中將該一或多種第一金屬粉末及該一或多種第二金屬粉末組合於一或多個犧牲管內，且進一步包括在減小該預形成物之該直徑之後去除該一或多個犧牲管。
  13. 如請求項12之方法，其中去除該一或多個犧牲管包括熔化或蝕刻中之至少一者。
  14. 如請求項1之方法，其中至少一種該第一金屬粉末係藉由包括以下之方法提供：提供複數個金屬微粒；將該等金屬微粒供給至電漿中，由此至少部分地熔化該等金屬微粒；及冷卻該等至少部分地熔化之金屬微粒以形成實質上球形顆粒。
  15. 如請求項1之方法，其中至少一種該第二金屬粉末係藉由包括以下之方法提供：對金屬實施氫化以形成金屬氫化物；以機械方式將該金屬氫化物碾磨成複數個非球形顆粒；及對該等非球形金屬氫化物顆粒實施去氫。
  16. 如請求項1之方法，其中該等第一金屬粉末中之至少一者之平均粒度介於大約15μm至大約45μm之間。
  17. 如請求項1之方法，其中該等第二金屬粉末中之至少一者之平均粒度大於大約50μm。
  18. 如請求項1之方法，其進一步包括：相對於平臺平移該絲之尖端；在此期間，使用能量源熔化該絲之尖端以形成包括該等金屬元素之熔融珠粒，藉此該珠粒冷卻以形成三維部件之層之至少一部分；及重複上述步驟一或多次以產生該三維部件，其中該三維部件包括該高熵合金或該多主元合金。
  19. 一種三維部件，其係根據如請求項18之方法所形成。
  20. 一種絲，其係根據如請求項1之方法所形成。
  21. 一種製備包括含有五種或更多種金屬元素之高熵合金或含有四種或更多種金屬元素之多主元合金之金屬絲的方法，該方法包括：提供包括該高熵合金或該多主元合金之該等金屬元素中之至少一者之金屬管；及在該金屬管內組合以下各項：(i)一或多種第一金屬粉末，其各自包括複數個實質上球形顆粒；及(ii)一或多種第二金屬粉末，其各自包括複數個非球形顆粒，混合該一或多種第二金屬粉末與該一或多種第一金屬粉末，從而該等組合粉末之組成沿該金屬管之長度實質 上均勻，由此形成絲預形成物，其中(i)每一第一金屬粉末包括該高熵合金或該多主元合金之該等金屬元素中之至少一者，且(ii)每一第二金屬粉末包括該高熵合金或該多主元合金之該等金屬元素中之至少一者。
  22. 如請求項21之方法，其進一步包括經由一或多種機械變形方法減小該絲預形成物之直徑。
  23. 如請求項22之方法，其中該一或多種機械變形方法包括抽拉、軋製、鍛造、擠出或輥壓中之至少一者。
  24. 如請求項21之方法，其中該等金屬元素包括Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al或Cr中之至少四者。
  25. 如請求項21之方法，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  26. 如請求項21之方法，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  27. 如請求項21之方法，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  28. 如請求項21之方法，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  29. 如請求項21之方法，其中該金屬管基本上由該等金屬元素中之一者組成。
  30. 如請求項21之方法，其中該金屬管係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金管。
  31. 如請求項21之方法，其中至少一種第二金屬粉末之該等非球形顆粒係角形小片。
  32. 如請求項21之方法，其中該一或多種第一金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  33. 如請求項21之方法，其中該一或多種第二金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  34. 如請求項21之方法，其中至少一種該第一金屬粉末係藉由包括以下之方法提供：提供複數個金屬微粒；將該等金屬微粒供給至電漿中，由此至少部分地熔化該等金屬微粒；及 冷卻該等至少部分地熔化之金屬微粒以形成實質上球形顆粒。
  35. 如請求項21之方法，其中至少一種該第二金屬粉末係藉由包括以下之方法提供：對金屬實施氫化以形成金屬氫化物；以機械方式將該金屬氫化物碾磨成複數個非球形顆粒；及對該等非球形金屬氫化物顆粒實施去氫。
  36. 如請求項21之方法，其中該等第一金屬粉末中之至少一者之平均粒度介於大約15μm至大約45μm之間。
  37. 如請求項21之方法，其中該等第二金屬粉末中之至少一者之平均粒度大於大約50μm。
  38. 如請求項21之方法，其進一步包括：相對於平臺平移該絲之尖端；在此期間，使用能量源熔化該絲之尖端以形成包括該等金屬元素之熔融珠粒，藉此該珠粒冷卻以形成三維部件之層之至少一部分；及重複上述步驟一或多次以產生該三維部件，其中該三維部件包括該高熵合金或該多主元合金。
  39. 一種三維部件，其係根據如請求項38之方法所形成。
  40. 一種絲，其係根據如請求項21之方法所形成。
  41. 一種藉由積層製造(additive manufacturing)形成包括高熵合金或多主元合金之三維部件之方法，其中該等高熵合金或多主元合金包括四種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr，該方法包括：(a)提供包括以下各項之實質上均質集合體之絲：(i)一或多種第一金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中每一第一金屬粉末之顆粒實質上係球形；及(ii)一或多種第二金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中每一第二金屬粉末之顆粒係非球形；(b)相對於平臺平移該絲之尖端；(c)在此期間，使用能量源熔化該絲之尖端以形成包括該四種或更多種金屬元素之熔融珠粒，藉此該珠粒冷卻以形成三維部件之層之至少一部分；及(d)重複步驟(b)及(c)一或多次以產生該三維部件，其中該三維部件包括該高熵合金或該多主元合金。
  42. 如請求項41之方法，其中該等第一金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  43. 如請求項41之方法，其中該等第一金屬粉末中之至少一者係基本上 由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  44. 如請求項41之方法，該等第二金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  45. 如請求項41之方法，其中該等第二金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  46. 如請求項41之方法，其中該等第二金屬粉末中之至少一者之該等非球形顆粒係角形小片。
  47. 如請求項41之方法，其中該絲包括一或多個環繞該一或多種第一金屬粉末及該一或多種第二金屬粉末之金屬管，每一金屬管包括該等金屬元素中之至少一者。
  48. 如請求項41之方法，其中該絲之氧濃度為300ppm或更小。
  49. 一種三維部件，其係藉由如請求項41之方法所製備。
  50. 一種基本上由五種或更多種金屬元素組成之高熵合金絲預形成物，該絲預形成物包括以下各項之集合體：(i)一或多種第一金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中每一第一金屬粉末之顆粒實質上係球形；及(ii)一或多種第二金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或 多者，其中每一第二金屬粉末之顆粒係非球形。
  51. 如請求項50之絲預形成物，其中該五種或更多種金屬元素包括Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al或Cr中之至少五者。
  52. 如請求項50之絲預形成物，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  53. 如請求項50之絲預形成物，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  54. 如請求項50之絲預形成物，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  55. 如請求項50之絲預形成物，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  56. 如請求項50之絲預形成物，其中至少一種第二金屬粉末之該等非球形顆粒係角形小片。
  57. 如請求項50之絲預形成物，其中該一或多種第一金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  58. 如請求項50之絲預形成物，其中該一或多種第二金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  59. 如請求項50之絲預形成物，其中該絲預形成物之氧濃度為300ppm或更小。
  60. 如請求項50之絲預形成物，其進一步包括一或多個環繞該一或多種第一金屬粉末及該一或多種第二金屬粉末之金屬管，每一金屬管包括該等金屬元素中之至少一者。
  61. 一種基本上由四種或更多種金屬元素組成之多主元合金絲預形成物，該絲預形成物包括以下各項之集合體：(i)一或多種第一金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中每一第一金屬粉末之顆粒實質上係球形；及(ii)一或多種第二金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中每一第二金屬粉末之顆粒係非球形。
  62. 如請求項61之絲預形成物，其中該四種或更多種金屬元素包括Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al或Cr中之至少四者。
  63. 如請求項61之絲預形成物，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  64. 如請求項61之絲預形成物，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由 該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  65. 如請求項61之絲預形成物，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  66. 如請求項61之絲預形成物，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  67. 如請求項61之絲預形成物，其中至少一種第二金屬粉末之該等非球形顆粒係角形小片。
  68. 如請求項61之絲預形成物，其中該一或多種第一金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  69. 如請求項61之絲預形成物，其中該一或多種第二金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  70. 如請求項61之絲預形成物，其中該絲預形成物之氧濃度為300ppm或更小。
  71. 如請求項61之絲預形成物，其進一步包括一或多個環繞該一或多種第一金屬粉末及該一或多種第二金屬粉末之金屬管，每一金屬管包括該等金屬元素中之至少一者。
  72. 一種藉由積層製造形成包括高熵合金或多主元合金之三維部件之方法，其中該等高熵合金或多主元合金包括四種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr，該方法包括：(a)提供包括以下各項之實質上均質集合體之絲預形成物：(i)一或多種第一金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中每一第一金屬粉末之顆粒實質上係球形；及(ii)一或多種第二金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中每一第二金屬粉末之顆粒係非球形；(b)經由一或多種機械變形方法減小該絲預形成物之直徑，由此形成金屬絲；(c)相對於平臺平移該絲之尖端；(d)在此期間，使用能量源熔化該絲之尖端以形成包括該四種或更多種金屬元素之熔融珠粒，藉此該珠粒冷卻以形成三維部件之層之至少一部分；及(e)重複步驟(c)及(d)一或多次以產生該三維部件，其中該三維部件包括該高熵合金或該多主元合金。
  73. 如請求項72之方法，其中該等第一金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  74. 如請求項72之方法，其中該等第一金屬粉末中之至少一者係基本上 由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  75. 如請求項72之方法，該等第二金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  76. 如請求項72之方法，其中該等第二金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  77. 如請求項72之方法，其中該等第二金屬粉末中之至少一者之該等非球形顆粒係角形小片。
  78. 如請求項72之方法，其中該絲預形成物包括一或多個環繞該一或多種第一金屬粉末及該一或多種第二金屬粉末之金屬管，每一金屬管包括該等金屬元素中之至少一者。
  79. 如請求項72之方法，其中該絲之氧濃度為300ppm或更小。
  80. 如請求項72之方法，其中該一或多種機械變形方法包括抽拉、軋製、鍛造、擠出或輥壓中之至少一者。
  81. 一種三維部件，其係藉由如請求項72之方法所製備。
  82. 一種包括五種或更多種金屬元素且沿軸向方向延伸之高熵合金絲， 該絲包括以下各項之集合體：(i)一或多種第一金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒實質上係球形；及(ii)一或多種第二金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中至少一種第二金屬粉末之至少一些顆粒在該軸向方向上延長且至少部分地圍繞該一或多種第一金屬粉末之顆粒延伸。
  83. 如請求項82之絲，其中至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒在該軸向方向上延長。
  84. 如請求項82之絲，其中至少一種第一金屬粉末之顆粒之延展性小於至少一種第二金屬粉末之顆粒。
  85. 如請求項82之絲，其中所有該等第一金屬粉末之顆粒之延展性皆小於所有該等第二金屬粉末之顆粒。
  86. 如請求項82之絲，其中該一或多種第一金屬粉末包括Mo或W中之至少一者。
  87. 如請求項82之絲，其中該一或多種第二金屬粉末包括Ta或Nb中之至少一者。
  88. 如請求項82之絲，其中該五種或更多種金屬元素包括Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al或Cr中之至少五者。
  89. 如請求項82之絲，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  90. 如請求項82之絲，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  91. 如請求項82之絲，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  92. 如請求項82之絲，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  93. 如請求項82之絲，其中該一或多種第一金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  94. 如請求項82之絲，其中該一或多種第二金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  95. 如請求項82之絲，其中該絲之氧濃度為300ppm或更小。
  96. 如請求項82之絲，其進一步包括一或多個環繞該一或多種第一金屬粉末及該一或多種第二金屬粉末之金屬管，每一金屬管包括該等金屬元素 中之至少一者。
  97. 一種包括四種或更多種金屬元素且沿軸向方向延伸之多主元合金絲，該絲包括以下各項之集合體：(i)一或多種第一金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒實質上係球形；及(ii)一或多種第二金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中至少一種第二金屬粉末之至少一些顆粒在該軸向方向上延長且至少部分地圍繞該一或多種第一金屬粉末之顆粒延伸。
  98. 如請求項97之絲，其中至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒在該軸向方向上延長。
  99. 如請求項97之絲，其中至少一種第一金屬粉末之顆粒之延展性小於至少一種第二金屬粉末之顆粒。
  100. 如請求項97之絲，其中所有該等第一金屬粉末之顆粒之延展性皆小於所有該等第二金屬粉末之顆粒。
  101. 如請求項97之絲，其中該一或多種第一金屬粉末包括Mo或W中之至少一者。
  102. 如請求項97之絲，其中該一或多種第二金屬粉末包括Ta或Nb中之至少一者。
  103. 如請求項97之絲，其中該四種或更多種金屬元素包括Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al或Cr中之至少四者。
  104. 如請求項97之絲，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  105. 如請求項97之絲，其中至少一種第一金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  106. 如請求項97之絲，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  107. 如請求項97之絲，其中至少一種第二金屬粉末係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  108. 如請求項97之絲，其中該一或多種第一金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  109. 如請求項97之絲，其中該一或多種第二金屬粉末之氧濃度為300ppm或更小。
  110. 如請求項97之絲，其中該絲之氧濃度為300ppm或更小。
  111. 如請求項97之絲，其進一步包括一或多個環繞該一或多種第一金屬粉末及該一或多種第二金屬粉末之金屬管，每一金屬管包括該等金屬元素中之至少一者。
  112. 一種藉由積層製造形成包括高熵合金或多主元合金之三維部件之方法，其中該等高熵合金或多主元合金包括四種或更多種選自由以下組成之群之金屬元素：Nb、Ta、Mo、W、Ti、Hf、V、Zr、Al及Cr，該方法包括：(a)提供在軸向方向上延伸且包括以下各項之實質上均質集合體之絲：(i)一或多種第一金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒實質上係球形；及(ii)一或多種第二金屬粉末，其各自包括該等金屬元素中之一或多者，其中至少一種第二金屬粉末之至少一些顆粒在該軸向方向上延長且至少部分地圍繞該一或多種第一金屬粉末之顆粒延伸；(b)相對於平臺平移該絲之尖端；(c)在此期間，使用能量源熔化該絲之尖端以形成包括該四種或更多種金屬元素之熔融珠粒，藉此該珠粒冷卻以形成三維部件之層之至少一部分；及(d)重複步驟(b)及(c)一或多次以產生該三維部件，其中該三維部件包括該高熵合金或該多主元合金。
  113. 如請求項112之方法，其中至少一種第一金屬粉末之至少一些顆粒在 該軸向方向上延長。
  114. 如請求項112之方法，其中至少一種第一金屬粉末之顆粒之延展性小於至少一種第二金屬粉末之顆粒。
  115. 如請求項112之方法，其中所有該等第一金屬粉末之顆粒之延展性皆小於所有該等第二金屬粉末之顆粒。
  116. 如請求項112之方法，其中該一或多種第一金屬粉末包括Mo或W中之至少一者。
  117. 如請求項112之方法，其中該一或多種第二金屬粉末包括Ta或Nb中之至少一者。
  118. 如請求項112之方法，其中該等第一金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  119. 如請求項112之方法，其中該等第一金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  120. 如請求項112之方法，該等第二金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之一者組成之元素粉末。
  121. 如請求項112之方法，其中該等第二金屬粉末中之至少一者係基本上由該等金屬元素中之兩者或更多者組成之合金粉末。
  122. 如請求項112之方法，其中該絲包括一或多個環繞該一或多種第一金屬粉末及該一或多種第二金屬粉末之金屬管，每一金屬管包括該等金屬元素中之至少一者。
  123. 如請求項112之方法，其中該絲之氧濃度為300ppm或更小。
  124. 一種三維部件，其係藉由如請求項112之方法所製備。
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