CN109420765B - 在加成制造中使用的金属合金进行改性的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及在加成制造中使用的金属合金进行改性的方法，具体地，涉及使用晶粒细化剂对用于加成制造的高强度铝合金进行改性。具体地，提供了一种对在加成制造中使用的金属合金进行改性的方法。该方法包括以下步骤：提供金属合金；提供至少一种晶粒细化剂；形成熔体池，该熔体池包括至少一种金属合金和至少一种晶粒细化剂；以及使熔体池的至少一部分固化，以形成改性合金。

Description

在加成制造中使用的金属合金进行改性的方法
技术领域
本公开总体涉及金属材料的生产，更具体地，涉及通过在加成制造(additivemanufacturing)期间为了晶粒细化和裂缝抑制将晶粒细化剂(grain refiner)添加到金属合金，来生产高强度金属合金，诸如铝合金。
背景技术
加成制造用于通过添加一层叠一层(layer-upon-layer)的材料来制造3维(3D)零件或产品。加成制造系统使用3D建模(计算机辅助设计或CAD)软件，计算机控制的加成制造设备，以及为粉末、线或液体形式的原材料(原料(feed stock))。加成制造包含多种多样的技术，并且并入多种多样的工艺，诸如例如，激光自由制造(LFM)、激光沉积(LD)、直接金属沉积(DMD)、激光金属沉积、激光加成制造、激光工程化净成形(LENS)、立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积建模(FDM)、多喷嘴建模(MJM)、3D打印、快速原型化、直接数字制造、分层制造以及添加建造。而且，加成制造中可以使用各种原材料来产生产品。这种材料的示例包括塑料、金属、混凝土以及玻璃。
加成制造系统的一个示例是激光加成制造系统。激光加成制造包括：在受控大气条件下将粉末或液体喷射，或以其他方式注入到高功率激光的聚焦束或多个高功率激光的会聚焦点中，从而产生焊池。产生的沉积物然后可以用于建造或修改用于种种应用的物品。
加成制造是依赖与焊接点和铸件类似的固化动力学的过程。然而，高强度铝合金(例如，2000和7000系列铝合金)的加成制造之前已经导致固化开裂。例如，由于固化期间的裂缝敏感性，用于锻造产品的传统铝合金不适于加成制造过程，特别是不适于基于激光引导能量的过程。铸造铝合金相当更佳地分等级，但通常具有低强度，由此不可用于需要高强度的许多应用。对于低强度合金，硅的添加防止开裂，但这不是用于航空航天HS铝的合适方法。因此，用于加成制造中的改进高强度合金将是领域中受欢迎的添加物。
发明内容
在示例中，存在一种对在加成制造中使用的金属合金进行改性的方法，该方法包括以下步骤：提供金属合金；提供至少一种晶粒细化剂；形成熔体池，该熔体池包括至少一种金属合金和至少一种晶粒细化剂；以及使熔体池的至少一部分固化，以形成改性合金。
在另一个示例中，存在一种包括改性合金的物品，其中，改性合金根据对在加成制造中使用的金属合金进行改性的方法来形成。该方法包括以下步骤：提供金属合金；提供至少一种晶粒细化剂；形成熔体池，该熔体池包括至少一种金属合金和至少一种晶粒细化剂；以及使熔体池的至少一部分固化，以形成改性合金。
在另一个示例中，存在一种加成制造中使用的粉末，该粉末包括多种颗粒。所述多种颗粒包括：金属合金颗粒，该金属合金颗粒包括至少一种金属合金；和晶粒细化剂颗粒，该晶粒细化剂颗粒包括至少一种晶粒细化剂。所述多种颗粒包括多达大约5％重量百分比的晶粒细化剂颗粒。
示例的优点将部分在以下的描述中阐述，并且部分将从该描述理解，或者可以通过实践示例来学习。优点将借助于在所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现并获得。
应理解，前面一般描述和以下详细描述如所要求保护的仅是示例性和说明性的，并且不限制示例。
附图说明
被包含在本规范中且构成本规范一部分的附图例示了本示教的示例，并且连同描述一起用来说明本公开的原理。
图1A是根据以下示例的方法的流程图表示：在该示例中，至少一种晶粒细化剂和至少一种金属合金作为单独的原料提供给用于形成改性合金的加成制造系统。
图1B是根据以下示例的方法的流程图表示：在该示例中，单独提供至少一种晶粒细化剂和至少一种金属合金并将其混合在一起，以形成混合粉末原料，该混合粉末原料提供给用于形成改性合金的加成制造系统。
图1C是根据以下示例的方法的流程图表示：在该示例中，提供改性合金(例如，根据图1A或图1B所描绘的方法形成的改性合金)，以便用作用于加成制造系统的原料。
图2是可以用于执行由图1A至图1C的流程图表示描述的方法的加成制造系统的示意表示。
图3A是根据示例的飞行器生产和保养方法的流程图。
图3B是根据示例的飞行器的框图。
图3C是包括可以经由加成制造方法或可用于如这里所描述的加成制造中的材料(例如，改性合金)形成、组装或接合的结构的飞行器的示意图。
具体实施方式
现在将详细参照本示例，附图中例示了其示例。在任何可能情况下，相同的附图标记将贯穿附图用于提及相同或类似的零件。
尽管阐述宽范围的示例的数值范围和参数是近似值，但尽可能精确地报告在具体示例中阐述的数值。然而，任意数值固有地包含必定因在它们相应的测试测量中发现的标准偏差而产生的特性误差。而且，这里所公开的所有范围应被理解为，包含这里所纳入的任意和所有子范围。例如，范围“小于10”可以包括在最小值零与最大值10之间(包括它们)的任意和所有子范围，即，具有等于或大于零的最小值和等于或小于10的最大值的任意和所有子范围，例如，1至5。在特定情况下，如对于参数陈述的数值可以采用负值。在这种情况下，被陈述为“小于10”的范围的示例值可以假定负值，例如，-1、-2、-3、-10、-20、-30等。
以下示例仅为了例示目的而参照附图描述。本领域技术人员将理解，以下描述在性质上是示例性的，并且可以在不偏离本示例的范围的情况下进行对这里所阐述的参数的各种修改。预期的是规范和示例被认为仅是示例性的。各种示例不是必须为互相排斥的，因为一些示例可以与一个或更多个其他示例组合来形成新示例。将理解，附图所描绘的结构可以包括为了简单起见而未描绘的另外特征，而所描绘的结构可以去除或修改。
高强度合金可以用于形成可以被并入在更大结构(诸如陆基交通工具、飞行器、太空交通工具或水上交通工具)中的结构部件。高强度合金可以通过加成制造来形成。然而，如上所述，许多传统合金由于在固化时开裂而无法用于加成制造过程。如这里所描述的，金属间化合物(intermetallic)和/或陶瓷颗粒(例如，晶粒细化剂)添加到金属合金熔体可以引起主要固化晶粒结构的细化。由此，例如，如用于有人或无人交通工具(包括飞行器)的制造和保养方法中的，晶粒细化剂添加到金属合金允许具有差固化特性的这种合金适于可用于加成制造过程中。
通常，本公开的方面包括用于加成制造中的金属合金的改性，该金属合金包括传统或“现成(off-the-shelf)”合金。因此，可以根据各种实施方案形成改性合金成分(下文中为“改性合金”)。
在实施方案中，金属合金的改性由于包括原料原材料(例如，至少一种金属合金和至少一种晶粒细化剂)的熔体池与熔体池的至少一部分以预定模式进行的沉积和改性合金的形成同时形成，而在原地执行。例如，改性合金可以经由由加成制造系统(诸如图2的加成制造系统200)执行的方法来形成。这种方法包括以下步骤：提供原材料(例如，至少一种合金和至少一种晶粒细化剂)，作为原料；形成包括原材料的熔体池；以及以预定模式沉积熔体池的至少一部分。随着熔体池冷却，产生的改性合金形成。产生的改性合金将包含比在形成改进合金的传统原料合金在缺乏至少一种晶粒细化剂时融化时更小的晶粒尺寸，从而产生更强的固化耐开裂合金。根据这里所描述的方法形成的改性合金本身可以用作同一或不同加成制造系统中的原材料原料。例如，改性合金可以被形成为改性合金锭，该改性合金锭可以被处理为可用于加成制造的形式(例如，它可以被气体雾化为形成改性合金粉末)。另选地，根据这种方法形成的改性合金可以被形成为物品(诸如空中、陆地、海洋或太空交通工具的部件)、或表面之间的焊接点状接合点。
图1A的流程图100描绘了用于原地改性金属合金的方法的实施方案。如流程图100所示，该方法包括以下步骤：在101处提供至少一种金属合金；在103处提供至少一种晶粒细化剂；在105处形成包括至少一种金属合金和至少一种晶粒细化剂的熔体池；在107处例如以预定模式沉积熔体池的至少一部分；以及在109处使熔体池固化。这里，在103处提供的至少一种晶粒细化剂和在101处提供的至少一种金属合金被单独引入到用于处理的加成制造系统，诸如图2的加成制造系统200。至少一种晶粒细化剂、至少一种金属合金或这两者可以以粉末、线或液体的形式作为单独原料来提供。加成制造系统可以被构造为例如按预设比例组合晶粒细化剂和金属合金。
在实施方案中，晶粒细化剂和金属合金被提供作为由加成制造系统组合以形成混合原料的单独粉末原料。混合原料可以包括少于或等于大约5％重量百分比的晶粒细化剂。在混合原料的示例中，提供包括多种颗粒的粉末。所述多种颗粒包括金属合金颗粒和晶粒细化剂颗粒。晶粒细化剂颗粒包括多达大约5％重量百分比的为粉末的多种颗粒。混合原料中的其他量的晶粒细化剂颗粒可以包括在从大约1.5％至大约3.5％的范围的多种颗粒(包括从大约2％重量百分比至大约3％重量百分比的多种颗粒)。加成制造系统形成包括晶粒细化剂和金属合金的熔体池，并且以预定模式沉积熔体池的至少一部分，作为加成制造过程102的一部分。例如，加成制造系统可以在105处使组合的晶粒细化剂和金属合金原料暴露到能源，该能源至少使金属合金融化，以形成包括至少一种晶粒细化剂和至少一种金属合金的金属合金熔体池。在示例中，与金属合金组合的晶粒细化剂中的至少一些在105处混合在金属合金熔体中。然后在107处经由例如加成制造以预定模式沉积熔体池。在示例中，加成制造系统以预定模式(一层一层地，以形成3维(3D)物品，在表面之间，以形成焊接点状接合点，或形成为锭)沉积熔体池。随着所沉积的熔体池冷却，它例如由混合晶体粒细化剂构成元素与金属合金熔体之间的界面处的共晶或包晶(eutectic or peritectic)反应固化，这形成改性合金。产生的改性合金含有数量等于或小于改性合金的5％重量百分比的晶粒细化剂。
虽然流程图100的方法示出了至少一种晶粒细化剂和至少一种金属合金被单独提供给加成制造系统，例如作为单独原料，但不这样限制其他实施方案。例如，图1B的流程图110中描绘的用于使金属合金原位改性的方法包括以下步骤：在101处提供至少一种金属合金；在103处提供至少一种晶粒细化剂；在105处形成包括至少一种金属合金和至少一种晶粒细化剂的熔体池；在107处例如以预定模式沉积熔体池的至少一部分；以及在109处使熔体池固化。这里，通过组合在101处提供的至少一种金属合金和在103处提供的至少一种晶粒细化剂来形成混合原料。该组合可以包括粉末的物理混合、或预制合金粉末的形成。在示例中，粉末形式的至少一种晶粒细化剂与粉末形式的至少一种金属合金混合。在示例中，粉末形式的至少一种晶粒细化剂与包括至少一种金属合金的锭混合，并且它们可以磨碎在一起。混合原料被引入到加成制造系统，以便处理。至少一种晶粒细化剂、至少一种金属合金或这两者可以以粉末、线或液体的形式来提供。因此，可以将晶粒细化剂和金属合金提供给加成制造系统，作为预混合原料。
在实施方式中，晶粒细化剂和金属合金可用作单独粉末原料，这些原料在被引入到加成制造系统之前组合为混合原料。因此，混合原料可以为包括多种颗粒的、用于加成制造中的粉末。所述多种颗粒包括：金属合金颗粒，该金属合金颗粒包括至少一种金属合金；和晶粒细化剂颗粒，该晶粒细化剂颗粒包括至少一种晶粒细化剂。多种颗粒可以包括少于或等于大约5％重量百分比的晶粒细化剂颗粒。加成制造系统形成包括晶粒细化剂和金属合金的熔体池，同时以预定模式沉积熔体池的至少一部分，并且形成改性合金，作为如上所述的加成制造过程102的一部分。包括例如数量等于或小于改性合金的5％重量百分比的晶粒细化剂的改性合金，可以经由如上所述的加成制造过程102在原地形成。
如上所述，许多传统合金由于开裂敏感性以及其他原因而不可用于加成制造中。因此，这里所描述的方法可以用于形成可用于加成制造应用中的改性合金。例如，包括晶粒细化剂的改性合金可以用作，用于经由加成制造形成3D物品或表面间的焊接点状接合点的原材料原料。在实施方案中，根据分别在图1A和图1B的流程图100和110中描绘的方法形成的改性合金，本身可以用作用于加成制造过程的改性合金原料。在用于将改性合金用作原料的加成制造的这种方法中，如图1C的流程图120例示，在111’处提供至少一种改性合金，其中，所述至少一种改性合金含有至少一种金属合金基体和至少一种晶粒细化剂。该方法由以下步骤继续：可选地在113处形成改性合金原料；在105’处形成包括至少一种改性合金的熔体池；在107’处例如以预定模式沉积熔体池的至少一部分；以及在109’处使熔体池固化。
在实施方案中，在111’处提供的改性合金被提供为材料的锭，即，改性合金锭。改性合金锭可以在104处在适当系统中经受可选处理，以在被引入到加成制造系统之前在113处形成改性合金原料。例如，包括在111’处提供的改性合金的锭可以经受由气体雾化器进行的处理，成为粉末的形式。然而，加成制造系统可能需要：要被处理成适于选择的加成制造系统的需要的另一种形式的原料。
与分别在图1A和图1B的流程图100和110中描绘的方法类似，执行在流程图120中描绘的方法的加成制造系统使原料材料(这里为改性合金)暴露到能源，该能源使原料(改性合金)融化，以在105’处形成包括改性合金的熔体池。存在于改性合金中的晶粒细化剂混合在改性合金熔体中。然后在107’处经由加成制造过程102’以预定模式沉积熔体池。随着所沉积的熔体冷却，它在109’处重新固化成第二改性合金。在109’处形成的第二改性合金可以或可以不具有与在111’处提供为原料的改性合金的微结构相同的微结构。在示例中，107’处的沉积态改性合金可以固化成具有与在111’处提供为原料的改性合金的微结构不同的微结构的第二改性合金，但可以暴露到后处理热处理，以便使合金改性为具有原料改性合金的微结构的大致类似微结构。在实施方案中，在107’处形成的沉积态熔体池为了固化为第二改性合金而暴露的冷却率，可以与固化在111’处提供的改性合金的冷却率相同或不同。在实施方式中，可以向改性合金原料添加另外晶粒细化剂。例如，可以将改性合金原料处理成粉末，粉末形式的另外晶粒细化剂(例如，晶粒细化剂颗粒)添加到该粉末。
加成制造可以由粉末床系统、送粉系统、送线系统以及粘合剂喷射系统来执行。加成制造方法可以包括激光自由制造(LFM)、引导能量沉积、激光熔覆、激光沉积(LD)、直接金属沉积(DMD)、包括激光熔融沉积粉末(LMD-p)和激光熔融沉积线(LMD-w)的激光金属沉积(LMD)、激光加成制造、激光工程化净成形(LENS)、立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、选择性层熔融(SLM)、熔融沉积建模(FDM)、电子束熔融(EBM)、激光粉末床熔融(L-PBF)以及粘合剂喷射印刷。
现在转到图2，示意性呈现了加成制造系统200的例示性非穷尽示例，系统200可选地被构造为执行和/或促进根据本公开的方法100、110、120。系统200通常包括具有沉积装置201的加成制造机。沉积装置201可选地包括库存材料供应203(例如，诸如送粉系统或送线系统)。库存材料供应203向沉积装置的加成制造头提供原料(例如，至少一种金属合金和至少一种晶粒细化剂)。例如，从在加成制造头中提供的一个或更多个材料输出部喷射材料。所述一个或更多个材料输出部可以包括各种构造，诸如例如，缝隙、喷嘴等。制造头的一个或更多个材料输出部可以由与一个或更多个激光输出的会聚焦点或集中点对齐的缝隙组成。基底托盘209可以可选地承载库存材料供应203’(例如，诸如粉末床系统)。
在一个实施方案中，根据这里所描述的方法的熔体池的形成包括：使金属合金的至少一部分暴露到聚焦能量束。聚焦能量的示例包括电子束、激光束以及热辐射。例如，激光源生成激光束，并将其传输到用于发射的加成制造头的一个或更多个激光输出。从一个或更多个激光输出发射的激光束集中到会聚焦点或集中点。因此，沉积装置201可以包括用于发射到由材料供应提供的原料的能源(未示出)。在示例中，沉积装置201提供来自能源的能量的聚焦束，以从由材料供应203、203’提供的原料形成熔体池。在实施方案中，原材料从以上所描述的一个或更多个材料输出部释放，并进入一个或更多个激光输出的会聚焦点或集中点，其中，融化材料的至少一部分，以形成熔体池。
熔体池一层接一层地沉积。即，所沉积的层205形成在基底托盘209上。所沉积的层205以预定模式沉积并冷却为物品207形式的改性合金。换言之，随着加成制造头相对于被形成的产品前进，一旦材料离开熔体池，例如在沉积到基板上或之前沉积的熔体池材料的层上时，熔体池的熔融材料开始冷却并硬化(即，固化)。
为了辅助在基底托盘209上形成层205，沉积装置201可以沿着侧向级211平移，并且基底托盘209可以沿着轴向或纵向级213平移。系统200可选地包括制造室215，该制造室围绕沉积装置201、基底托盘209以及如所形成的层205。
沉积装置201可以被构造为远离基底托盘209和处理中的零件207，这留下用于非接触的畅通路径。另外或另选地，沉积装置201可以向处理中的物品207的一部分提供畅通路径，并且可以相对于处理中物品207移动，以随后使处理中物品207的所有部分暴露。整个加成制造系统200受控制器217控制，该控制器217可选地为计算机219。控制器217协调沉积装置201的操作，并且可以被编程为执行之前描述的制造方法100、110、120中的任意一个。
加成制造装置可用于或可改造为在与加成制造相同的室中完成晶粒细化。晶粒细化可以在向金属合金基体的熔体池添加晶粒细化剂的同时发生。一些加成制造过程涉及熔融原料，以添加材料。熔融可以包括：暴露到电子束、等离子体、电弧、激光能量、接触火焰等。
所述至少一种金属合金的类型和化学性质可以变化。例如，金属合金的组成可以包括可商购的微晶元素和/或预制合金和/或部分合金粉末。金属合金的示例包括铝、铝合金、铁、铁合金、钢、钢合金、镍、镍基合金、铜、铜基合金、铍、铍基合金、钴、钴基合金、钼、钼基合金、多元富集合金、钛、钛合金、钨和钨基合金以及任意其他合金或其组合。
铝合金的示例包括为2XXX、5XXX、6XXX、7XXX或8XXX系列的合金。在实施方案中，金属合金包括铝合金。铝合金可以从铸造级铝合金(例如，A201)来选择。铝合金可以包括Al、Cu、Si、Mg以及Zn中的一个或更多个。例如，铝合金可以从2000系列铝合金(诸如2014、2024和/或2099铝合金)、或7000系列铝合金(诸如7007、7047、7050、7055和/或7150铝合金)来选择。
所述至少一种金属合金可以包括多于一种金属合金，例如，第一金属合金、第二金属合金、第三金属合金一直到第n金属合金。在多种金属合金的情况下，可以一起或彼此单独地提供不同金属合金。多种金属合金可以包括不同金属合金。在示例中，可以为了经由加成制造形成功能上分等级的物品而提供多种不同金属合金。在示例中，将多种不同金属合金作为粉末形式的原料提供给送粉系统，并且根据对形成功能上分等级的物品的预定处理要求来处理这些合金。在示例中，将多种不同金属合金作为线形式的原料提供给送线系统，并且根据对形成功能上分等级的物品的预定处理要求来处理这些合金。
可以以包括金属合金的线、粉末或液体或其组合的形式来提供金属合金。可以没有限制地以任何尺寸或尺寸的组合来提供金属合金线。在示例中，可以以达到1/8英寸的尺寸来提供金属合金线。粉末可以包括金属合金颗粒。可以没有限制地以任何尺寸或尺寸的组合来提供金属合金颗粒。例如，原始金属合金可以为粉末形式，该粉末形式包括在从大约10微米到大约250微米(诸如从大约45微米到大约105微米，包括从大约10微米到大约45微米)的尺寸的颗粒。然而，可以以小于10微米或大于250微米的尺寸来提供原始金属合金粉末。可以没有限制地以任何形状或形状的组合来提供金属合金颗粒。例如，原始金属合金颗粒可以为包括球形、海绵、薄片等的颗粒的粉末形式。
如上所述，晶粒细化剂的添加可以提高金属合金的裂缝敏感性。因此，晶粒细化剂的添加可以使传统金属合金适于加成制造过程。因为可以在原地形成产生的改性合金，所以这允许按需快速改造传统金属合金。
所述至少一种晶粒细化剂的类型和化学性质可以变化。例如，所述至少一种晶粒细化剂的组成可以包括：不变成通过热处理基体合金形成的固溶体的一部分的、任何一种或更多种晶粒细化剂。所述至少一种晶粒细化剂可以从金属间化合物和/或陶瓷晶粒细化剂(例如，包括钛、铝、碳、硼或其混合物中的一种或更多种的晶粒细化剂)来选择。晶粒细化剂的示例包括但不限于TiB2、TiC、TiAl、AlB2及其混合物。包括钛的其他晶粒细化剂可以取决于最终合金的期望特性而使用。
在示例中，晶粒细化剂包括多达大约5％重量百分比的改性合金。改性合金中的晶粒细化剂的其他数量是可以的，诸如在从大约1.5％重量百分比至大约3.5％重量百分比范围的改性合金，包括从根据以上所描述的方法形成的大约2％重量百分比至大约3％重量百分比的改性合金。在示例中，取决于所用的晶粒细化剂，改性合金中的晶粒细化剂的数量不小于0.1％，因为如此更小的数量无法允许晶粒细化剂在用于形成改性合金的加成制造过程中起到成核的作用。在示例中，改性合金中的晶粒细化剂的数量不超过改性合金的5％重量百分比，因为如此更大的数量可能引起由加成制造形成的改性合金中的有害影响，诸如从易碎/坚硬金属间相到差机械性能。
在实施方案中，取决于形成改性金属合金的加成制造系统而以粉末形式、线形式或这两者来提供所述至少一种晶粒细化剂。在示例中，粉末形式的混合原料包括多种颗粒。所述多种颗粒包括金属合金颗粒和晶粒细化剂颗粒。晶粒细化剂颗粒包括多达大约5％重量百分比的多种颗粒。多种颗粒中的晶粒细化剂的其他数量是可以的，诸如在从大约1.5％重量百分比至大约3.5％重量百分比范围的多种颗粒，包括从根据以上所描述的方法形成的大约2％重量百分比至大约3％重量百分比的多种颗粒。在示例中，取决于所用的晶粒细化剂，多种颗粒中的晶粒细化剂的数量不小于0.1％重量百分比的多种颗粒，因为如此更小的数量无法在用于由粉末原料形成改性合金的加成制造过程中起到成核的作用。在示例中，多种颗粒中的晶粒细化剂的数量不超过5％重量百分比的多种颗粒，因为如此更大的数量可能引起由加成制造形成的改性合金中的有害影响，诸如从易碎/坚硬金属间相到差机械性能。
包括如这里所描述的晶粒细化剂的改性合金可以相对于未改性金属合金的晶粒尺寸具有大幅细化的晶粒尺寸。例如，改性合金可以包括比金属合金的平均晶粒尺寸更小(诸如大约更小数量级)的平均晶粒尺寸。
进一步地，本公开兼顾如在以下列举的段落中描述的示例：
条款1.一种对在加成制造中使用的金属合金进行改性的方法(100)，该方法包括以下步骤：提供至少一种金属合金(101)；提供至少一种晶粒细化剂(103)；形成熔体池，该熔体池包括至少一种金属合金和至少一种晶粒细化剂(105)；以及使熔体池的至少一部分固化，以形成改性合金(109)。
条款2.根据条款1的方法(100)，其中，改性合金含有多达大约5％重量百分比的至少一种晶粒细化剂。
条款3.根据条款1的方法(100)，其中，以粉末形式来提供所述至少一种金属合金。
条款4.根据条款1的方法(100)，其中，以粉末形式来提供所述至少一种晶粒细化剂。
条款5.根据条款1的方法(100)，其中，所述至少一种晶粒细化剂包括多个金属间化合物颗粒。
条款6.根据条款1的方法(100)，其中，所述至少一种晶粒细化剂包括多个陶瓷颗粒。
条款7.根据条款1的方法(100)，其中，所述至少一种晶粒细化剂包括TiB2、TiC、TiAl、AlB2及其混合物中的一种或更多种。
条款8.根据条款1的方法(100)，其中，所述至少一种金属合金包括铝合金。
条款9.根据条款1的方法(100)，所述方法还包括以下步骤：在形成熔体池之前组合所述至少一种金属合金和所述至少一种晶粒细化剂。
条款10.根据条款1的方法(100)，所述方法还包括以下步骤：以预定模式沉积熔体池的一部分。
条款11.根据条款1的方法(100)，其中，改性合金的平均晶粒尺寸小于金属合金的平均晶粒尺寸。
条款12.根据条款1的方法(100)，其中，所述至少一种晶粒细化剂和所述至少一种金属合金被提供给送粉系统。
条款13.根据条款1的方法(100)，其中，所述至少一种晶粒细化剂和所述至少一种金属合金被提供给粉末床系统。
条款14.根据条款1的方法(100)，其中，金属合金包括铸造级铝合金。
条款15.根据条款1的方法(100)，其中，熔体池的形成包括使金属合金的至少一部分暴露到聚焦能量束。
条款16.一种包括改性金属合金的物品(207)，其中，改性金属合金根据条款1的方法来形成。
条款17.一种加成制造中使用的粉末(203)，该粉末包括多种颗粒，所述多种颗粒包括：金属合金颗粒，该金属合金颗粒包括至少一种金属合金(101)；和晶粒细化剂颗粒，该晶粒细化剂颗粒包括至少一种晶粒细化剂(103)。
条款18.根据条款17的粉末(203)，其中，所述多种颗粒包括多达大约5％重量百分比的晶粒细化剂颗粒。
条款19.根据条款17的粉末(203)，其中，晶粒细化剂颗粒包括多个金属间化合物颗粒。
条款20.根据条款17的粉末(203)，其中，晶粒细化剂颗粒包括多个陶瓷颗粒。
条款21.根据条款17的粉末(203)，其中，晶粒细化剂颗粒包括TiB2、TiC、TiAl、AlB2及其混合物中的一种或更多种。
条款22.根据条款17的粉末(203)，其中，金属合金颗粒包括铸造级铝合金。
本公开的示例可以在如图3A所示的飞行器制造和保养方法300和如图3B所示的飞行器302的语境中来描述。转到图3A，在预备生产期间，示例性方法300可以包括飞行器302的规范和设计304以及材料采购306。在生产期间，飞行器302的部件和子组件制造308以及系统集成310发生。其后，飞行器302可以为了投入运行314而经受认证和交付312。在由客户服务的同时，可以为了日常维护和保养316(日常维护和保养还可以包括改装、重构、翻新等)而调度飞行器302。
方法300的各个过程可以由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)来执行或进行。为了本说明书的目的，系统集成商可以不限制地包括：任意数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可以不限制地包括：任意数量的销售商、分包商以及供应商；并且运营商可以为航空公司、租赁公司、军事实体、保养组织等。
如图3B所示，可以根据示例性方法300制造并保养的飞行器302可以包括具有多个系统320的机身和内饰322。系统320中的高级系统的示例包括推进系统324、电气系统326、液压系统328以及环境系统330中的一个或更多个。可以包括任意数量的其他系统。虽然示出了航空航天示例，但本发明的原理可以应用于其他行业，诸如汽车行业。
图3C是包括根据本公开的另一个示例的一个或更多个金属合金结构的飞行器302的侧视图。本领域普通技术人员将理解，可以在广泛种类的部件中采用金属合金，包括飞行器的机身、机翼、尾翼、主体以及壁。在另选示例中，金属合金可以用于其他类型的结构、交通工具以及平台上，诸如机动车辆、飞行器、海上船舶、或航天器、或其他合适的应用。
在该示例中，飞行器302包括机身301，该机身301包括机翼组件303、尾翼组件305以及着陆组件307。飞行器302还包括一个或更多个推进单元309、控制系统311(不可见)以及启用飞行器302的合适操作的其他系统和子系统(诸如以上被描述为高级系统的系统和子系统)的主机。通常，飞行器302的各种部件和子系统可以具有已知构造，并且为了简洁起见，这里将不详细描述。
虽然图3C所示的飞行器302通常表示商业客机(包括例如可从伊利诺斯州芝加哥的波音(Boeing)公司商购的737、747、757、767、777以及787型号)，但这里所公开的本发明改性合金和方法还可以在事实上任意其他类型的飞行器的组件中采用。更具体地，本公开的示教可以应用于其他客机、战斗机、运输机、旋翼飞行器以及任意其他类型的有人或无人机的制造和组装。
这里所描述的改性合金和用于改性合金的方法可以在方法300的阶段中的任意一个或更多个期间采用。例如，对应于部件和子组件制造(块308)的部件或子组件可以以与在飞行器302投入运行(块314)时生产的部件或子组件类似的方式来制造。同样，改性合金、用于改性合金的方法或其组合的一个或更多个示例例如可以通过大幅加快飞行器的组装或降低飞行器302的成本来在生产阶段(块308和块310)期间使用。类似地，例如且没有限制地，可以在飞行器302在运行中(块314)和/或在维护和保养(块316)期间的同时使用用于使合金改性的方法的一个或更多个示例。
虽然已经关于一个或更多个实施方案例示了示例，但可以在不偏离所附权利要求的精神和范围的情况下对所例示示例进行变更和/或修改。另外，虽然可以仅关于若干实施方案中的一个来公开示例的特定特征，但这种特征可以如可以期望且对于任意给定或特定功能有利地与其他实施方案的一个或更多个其他特征组合。例如，将理解的是，虽然该过程被描述为一系列动作或事件，但本示教不受这种动作或事件的排序限制。一些动作可以按不同顺序发生和/或与除了这里所描述的动作或事件之外的其他动作或事件同时发生。同样，实施根据本示教的一个或更多个方面或实施方式的方法可以不是需要所有过程阶段。将理解，可以添加结构部件和/或处理阶段，或者可以去除或修改现有结构部件和/或处理阶段。
进一步地，在这里的讨论和权利要求中，关于两种材料使用的术语“在……上”(一种在另一种“上”)意指材料之间至少一些接触，而“在……上方”意指材料接近，但可能具有一种或更多个另外介入材料，使得接触可能但不需要。“在……上”和“在……上方”都不暗示如这里所用的任何方向性。术语“保角(conformal)”描述内部由保角材料维持基础材料的角度的涂层材料。术语“大约”指示可以稍微改变所列的值，只要改变不引起过程或结果与所例示实施方式的不一致即可。最后，“示例性的”指示描述用作示例，而不是暗示它是理想的。
此外，就术语“包括”、“具有”或其变体用于详细描述和权利要求二者之一中来说，这种术语旨在以与术语“包括”类似的方式为包括的。如这里所用的，短语例如A、B以及C“中的一个或更多个”意指以下内容中的任意一个：A、B或C单独；或两个的组合，诸如A和B、B和C、以及A和C；或三个A、B以及C的组合。
其他示例将从这里所公开的说明书的规范和实践的考虑对本领域技术人员显而易见。本发明的意图在于规范和示例被认为仅是示例性的，示例的真实范围和精神由所附权利要求来指示。

Claims (9)

1.一种对在加成制造中使用的金属合金进行改性的方法（100），该方法包括以下步骤：
按预设比例组合包括至少一种金属合金（101）的粉末原料和包括至少一种晶粒细化剂（103）的单独粉末原料，并使该粉末原料和该单独粉末原料暴露于能量源以形成熔体池（105），该熔体池（105）包括所述至少一种金属合金（101）和所述至少一种晶粒细化剂（103）；
使所述熔体池的至少一部分固化，以形成第一改性合金（109）；
重新形成经由加成制造制成的所述第一改性合金（109）的粉末原料，以进一步重新形成第二熔体池；以及
使所述第二熔体池的至少一部分重新固化，以重新形成第二改性合金。
2.根据权利要求1所述的方法（100），其中，所述第二改性合金和所述第一改性合金（109）具有相同的微结构。
3.根据权利要求1所述的方法（100），其中，所述第二改性合金和所述第一改性合金（109）具有不同的微结构。
4.根据权利要求1所述的方法（100），其中，所述第一改性合金含有多达5%重量百分比的所述至少一种晶粒细化剂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法（100），其中，以粉末形式来提供所述至少一种金属合金。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法（100），其中，以粉末形式来提供所述至少一种晶粒细化剂。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法（100），其中，所述至少一种晶粒细化剂包括多个金属间化合物颗粒。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法（100），其中，所述至少一种晶粒细化剂包括多个陶瓷颗粒。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法（100），其中，所述至少一种晶粒细化剂包括TiB2、TiC、TiAl、AlB2及其混合物中的一种或更多种。
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