CN112828293A - 通过增材制造的结合的钢和钛 - Google Patents

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丹尼尔·埃利奥特·西弗斯
埃里克·欧文·托马斯
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Boeing Co
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Abstract

本申请涉及通过增材制造的结合的钢和钛。一种用于包括结合的第一金属和第二金属的制品的增材制造的工艺，其中，第一金属包括钢和钛中的一种，并且第二金属包括钢和钛的另一种。该工艺包括在第一金属的基底上布置第三金属的界面层，其中，第三金属能够与第一金属形成合金并且能够与第二金属形成合金。该工艺还包括将耗材形式的第二金属供应到界面层的部位并且在非反应性环境中加热界面层的部位。在这个过程中，加热使耗材形式的第二金属熔化，以呈现熔化形式的第二金属并且将熔化形式的第二金属结合到界面层。

Description

通过增材制造的结合的钢和钛
技术领域
本公开总体上涉及工业制品的增材制造领域，更具体地涉及包括结合的钢和钛(conjoined steel and titanium)的制品的增材制造领域。
背景技术
增材制造或“3D打印”已用于制作复杂拓扑结构的制品。在该技术中，基于定义制品的期望拓扑结构的合适的数字模型来逐层构建立体的、真实的制品。所得制品是数字模型的高保真实现，其通过最少的人为干预或专用工具获得。当应用于制造含金属制品时，增材制造通常涉及由聚焦的高能束局部熔化耗材金属(consumable metal)。通过相对于束移动制品和/或在使束在制品上光栅化来实时控制制品的待添加材料的部位。该耗材金属可提供为施加在正在形成的整个制品上的颗粒的薄涂层或可经由喷嘴直接传导至该部位。
近年来，已开发了将增材制造的范围扩展到具有工业意义的金属的技术。然而，仍然存在各种挑战。一个具体的挑战涉及包括相异结合金属(如钢和钛)的制品的增材制造。
发明内容
本文所公开的一些实例涉及用于包括结合的第一金属和第二金属的制品的增材制造的工艺，第一金属包括钢和钛中的一种，第二金属包括钢和钛中的另一种。该工艺包括在第一金属的基底上布置第三金属的界面层，其中，第三金属能够与第一金属形成合金并且能够与第二金属形成合金。该工艺还包括将耗材形式的第二金属供应到界面层的部位，并且在非反应性环境中加热界面层的部位。在这个过程中，加热使耗材形式的第二金属熔化，以呈现熔化形式的第二金属并且将熔化形式的第二金属结合到界面层。
其他实例涉及包括第一金属的基底和第二金属的打印结构的制品。第二金属的打印结构通过使耗材形式的第二金属熔化来呈现并且经由第三金属的部分溶解层同时结合到基底。第一金属包括钢和钛中的一种，并且第二金属包括钢和钛中的另一种。在如此形成的制品中，第三金属至少渗入第一金属的基底。
又一实例涉及一种用于包括结合的第一金属和第二金属的制品的增材制造的工艺，该第一金属包括钢和钛中的一种，并且该第二金属包括该钢和钛中的另一种。该工艺包括在第一金属的基底上布置铌层并且将耗材形式的第二金属供应至铌层的部位。该工艺还包括在非反应性环境中加热铌层的部位，其中，加热使耗材形式的第二金属熔化，以呈现熔化形式的第二金属并且将熔化形式的第二金属结合到铌层。
本概述并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征。相反，所要求保护的主题的范围既不限于本概述的内容，也不限于解决可以在本公开的任何部分中指出的任何问题或缺点的实现方式。本公开中所描述的特征、功能及优点可在一些实现方式中独立地实现且可在其他实现方式中组合。
附图说明
通过参照附图阅读以下具体实施方式将更好地理解本公开，其中：
图1是示出了跨越形成合金的金属A和B的接合处的示例性期望成分的曲线图；
图2A示出了包括制品的示例性制造产品的方面，该制品包括结合的钢和钛；
图2B是图2A的制品的另一视图；
图3示出了构造成通过耗材金属颗粒进行制品的增材制造的示例性设备的方面；
图4示出了构造成通过耗材金属线进行制品的增材制造的示例性设备的方面；
图5示出了用于包括结合的第一金属和第二金属的制品的增材制造的示例性工艺的方面；
图6示出了可根据图5的工艺形成的示例性制品的方面；
图7示出了根据图5的工艺形成的示例性制品的解理面的区域的一系列能量弥散X射线(EDX)发射图像；
图8示出了沿着延伸穿过图7中所示的区域的两条路径提取的EDX线扫描数据；
图9示出了对根据图5的工艺形成的制品的解理面的另一区域进行的纳米压痕线扫描实验的结果；以及
图10示出了根据图5的工艺形成的制品的解理面的另一区域的扫描电子显微镜(SEM)图像。
具体实施方式
如上所述，现有技术的增材制造可能不适于包括相异结合金属的制品。为了提供高强度制品，熔化的耗材金属的每个部位必须可靠地粘结到其下方的层。在熔化的金属和下方层包含不同金属的情形中，金属之间的接合处应呈现成分梯度，其中熔化的金属的原子已扩散到下方层中，反之亦然。理想地，接合处包括分级成分的合金，如图1的成分分布曲线图所示。
然而，相异金属的一些组合将不形成这种合金。在许多情况下，纯金属和假定合金的晶格能使得合金的自由能大于相分离系统的自由能。例如，当试图结合的金属的晶格间距有很大不同时，这可能发生。在其他情况下，与图1所示的分级合金成分相反，相异金属可形成具有固定成分(例如，1:1、2:1等)的稳定的金属间化合物。在不将本公开束缚于任何特定理论的情况下，相信这两种效应都导致观察到难以通过直接增材制造来直接结合钢和钛。
本发明人在此发现了上述困难的解决方案。在该解决方案中，将相互兼容的第三金属的相对薄的界面层以增材方式结合在第一金属的基底上方和相异的熔化形式的第二金属下方。界面层的成分基于其与待接合的第一金属和第二金属中的每一种形成分级合金的能力来选择。
在详细描述解决方案之前，将呈现以这种方式形成的以增材方式制造的制品的一个示例性应用背景。图2A示出了飞机形式的示例性制造产品200的方面。飞机尤其包括机身202、机翼部分204和包括控制表面208的尾部部分206。如图中的切口部分所示，控制表面由控制控制表面的偏转的液压驱动的可旋转齿轮210致动。齿轮包括轴212，链轮214连接至该轴。在图2B中也示出该构造。
实际上，飞机的所有结构和/或功能部件可以针对机械强度进行优化。此外，为了减轻重量，进一步优化了许多相同的部件。为此，链轮214可以包括针对强度、硬度和耐久性而选择的钢。具有显著长度的轴212可包括针对高强度和低重量而选择的钛或钛合金。因为大多数钢的密度在7.75至8.05克/立方厘米(g/cm3)之间，而钛的密度为4.51g/cm3，所以将钛结合到显著尺寸的部件中是特别有利的。在一些实现方式中，可能希望通过增材制造工艺将链轮214直接打印到先前机加工的钛或钛合金轴212上。
将理解，本公开所示的实例决不限制基础技术的适用性。确实，在此描述的工艺可应用于包括结合的钢和钛的广泛范围的制品的增材制造。这样的制品可以被或可以不被具体构造以便相对于重量优化机械强度。此外，因为同样设想了相反的构造，不一定是以增材方式制造的制品的基底包括钛或打印部分包括钢的情况。
图3示出了构造成用于制品310的增材制造的示例性设备300的方面。设备300包括在增材制造工艺期间围封制品310的腔室316。该腔室包括旋转卡盘320，在增材制造工艺期间制品被固定到该旋转卡盘。在图3所示的特定的非限制性实例中，制品310的基底312固定到旋转卡盘。例如，旋转安装可以用于具有旋转对称性的制品的增材制造。在其他实例中，制品可通过钳子、夹具或砧固定。
如本文所使用的，“基底”是通过增材制造形成的制品的基础部件。在一些实例中，基底是具有相对简单的拓扑结构的部件，其可以通过常规机加工来形成。在一些实例中，基底可包括钛；在其他实例中，该基底可包括钢。
在图3中继续，包括第三金属的薄箔的界面层322布置在基底312之上。在一些实例中，界面层可以预焊接至基底。在其他实例中，界面层最初可布置在基底上，但并未牢固地粘结到基底。在制品310的增材制造过程中(见下文)，界面层322可焊接至基底312。
在设备300中，以基底312开始，或者在包括界面层的实现方式中以界面层322开始，通过将熔化形式的第二金属314在空间上选择性地添加到制品的下方层而按层形成制品310。因此，设备300包括金属颗粒储存器324，该金属颗粒储存器构造成储存体现为金属颗粒326的耗材形式的第二金属的供应。金属颗粒可包括例如粗金属粉末或细金属粉末。在基底包含钛或钛合金的实例中，金属颗粒可包含钢；在基底包含钢的实例中，金属颗粒可包含钛或钛合金。
设备300包括金属颗粒泵328，该金属颗粒泵构造成从金属颗粒储存器324泵送金属颗粒326并将泵送的金属颗粒输送到喷嘴330。在所示实例中，喷嘴布置在将熔化的金属颗粒添加到制品310的部位332之上。其他实现方式可包括多个喷嘴，这些喷嘴被构造成用于将金属颗粒的薄层分散在待形成的制品的整个表面上方。在任何情况下，腔室316可构造成使得未熔化的金属颗粒物返回到金属颗粒储存器324以供以后使用。
设备300包括能量束源334，该能量束源构造成将能量束336输送到部位332，以使金属颗粒在该部位熔化，从而将熔化的金属颗粒添加到制品310。在一些实现方式中，能量束源可包括激光器，诸如脉冲调制的、高功率红外激光器。激光器可构造成将1500至2000瓦(W)的功率输送到约四平方毫米(mm2)的聚焦区域。在其他实现方式中，可使用电子束源、等离子弧、气体金属电弧源或类似功率和聚焦区域的几乎任何能量源来代替激光器。
设备300构造成至少在金属颗粒的熔化期间维持腔室316中的非反应性环境340。例如，非反应性环境可包括耗尽氧和氮的环境。在一些实例中，非反应性环境可包括真空。在其他实例中，非反应性环境可包括诸如氩或氦之类的惰性气体的环境。在一些具体实例中，非反应性环境可包括氮。在一些实例中，惰性气体可流过腔室316。在其他实例中，环境可以是名义上静态的，以避免熔化的金属颗粒的过度冷却。
设备300包括与旋转卡盘320机械耦接的平移台342。当在设备300中逐层形成制品时，平移台可构造成随着制品的连续层构建而逐渐降低旋转卡盘的高度。平移台还可构造成横向地移动旋转卡盘，以可控地改变部位332相对于旋转卡盘以及相应地制品310的参照系的相对位置。该平移台可包括两个以上部件平移台(例如，线性致动器)，这些部件平移台构造为在两个以上对应方向上移动卡盘，该对应方向可包括例如笛卡尔X轴、Y轴和Z轴。在一些实例中，代替该一个或多个部件平移台或除了该一个或多个部件平移台之外，可使用一个或多个部件旋转台。在与本公开等同一致的其他实例中，平移台或旋转台可机械地耦接到能量束源334和/或喷嘴330，并且旋转卡盘320可以是静止的。在其他实例中，旋转卡盘以及能量束源和/或喷嘴可以是可移动的。当应用于激光器形式的能量束源时，旋转台可包括具有受控偏转的镜子，从而构造成将聚焦的激光束反射到任何需要的部位332。
设备300包括计算机344。计算机344可操作地耦接至平移台342并构造成通过一系列致动器控制信号实时控制部位332相对于旋转卡盘320的参考系的相对位置。此外，该计算机可操作地耦接至能量束源334并构造成通过一个或多个能量束控制信号实时地控制输送至该部位的功率。计算机344还配置成接收表示待形成的制品的拓扑结构的数字模型346。数字模型的性质和/或数字数据结构不受特别限制。在一些实例中，数字模型可包括CAD文件。计算机配置成基于数字模型来改变致动器控制信号输出和能量束控制信号输出，以便实现如由该数字模型所定义的制品的增材制造。
设备300的方面不应以限制性意义来解释，因为可替代地使用各种其他增材制造设备。图4示出了构造成用于制品410的增材制造的另一个设备400。在设备400中，腔室416围封固定到旋转卡盘420的制品。如在先前的构造中指出的，界面层422包括布置在基底412之上的第三金属的薄箔。
在设备400中，以基底412开始，或者在包括界面层的实现方式中以界面层422开始，通过将熔化形式414的第二金属在空间上选择性地添加到制品的下方层而按层形成制品410。因此，设备400包括金属线卷轴492，该金属线卷轴构造为储存体现为金属线490的耗材形式的第二金属的供应。金属线可包括任何形状、尺寸和/或规格的线，例如，14、16、18或20规格。在基底包含钛或钛合金的实例中，金属线可包含钢；在基底包括钢的实例中，金属线可包括钛或钛合金。
设备400包括送线器494，该送线器构造成引导来自金属线卷轴492的金属线490并将金属线输送到喷嘴430。在所示实例中，喷嘴邻近部位432布置，在该部位将熔化形式的金属线添加到制品410。
在设备400中，能量束源434采取电子束发射器的形式，该电子束发射器发射电子束436。在一些实例中，电子束发射器可构造为将1500瓦到2000瓦(W)的功率输送到约一平方毫米到五平方毫米(mm2)的区域。在其他实现方式中，可使用激光器、等离子弧、气体金属电弧源或实际上任何能量源来代替电子束发射器。
与前述构造一样，设备400构造成至少在金属线490的熔化期间维持腔室416中的非反应性环境440。非反应性环境可包括真空，或者在一些实例中，诸如氩或氦的惰性气体的环境。在其中非反应性环境为排空环境的实现方式中，能量束源434可包括构造为促进电子的热离子发射的电加热丝。在其中非反应性环境包括惰性气体的实现方式中，可通过惰性气体的离子化来促进电子发射。在这些和其他实现方式中，能量束源434可以在将旋转卡盘420、基底412和制品410保持在地电位的同时被偏置为负电压。以此方式，来自能量束源的电子朝向制品的希望材料沉积的部位432加速。
在设备400中，送线器494将金属线490直接馈送到电子束436中或馈送到被电子束加热的部位432中。在该实例中，能量束源434包括难熔金属(如钨)，该难熔金属将不在增材制造工艺中被消耗。在其他实例中，能量束源可采取等离子体电弧或气体-金属电弧的形式。在一些变型中，耗材金属线本身可以是加热电路的一部分、可以承载电流并且可以被偏置为与制品410不同的电压。
如在先前的构造中，设备400包括机械地耦接到旋转卡盘420的平移台442。在与本公开等同一致的其他实例中，平移台或旋转台可以机械地耦接到能量束源434和/或喷嘴430，并且旋转卡盘420可以是静止的。在其他实例中，旋转卡盘以及能量束源和/或喷嘴可以是可移动的。
在设备400中，计算机444操作地耦接到平移台442、能量束源434和送线器494。如上所述，计算机配置成接收待形成的制品的数字模型446。
图5示出了用于增材制造包括结合的第一金属和第二金属的制品的示例性工艺500的方面，第一金属包括钢和钛中的一种，并且第二金属包括钢和钛中的另一种。在一些示例中，本文中引用的“钢”可包括碳钢。在其他实例中，钢可包括合金钢。可用于工艺500中的合金钢的一个非限制性实例是马氏体时效(Maraging)M300钢，其包含按质量计67％的铁、18.5％的镍、9％的钴、4.8％的钼、0.6％的钛、0.1％的铝、0.10％的硅、0.10％的锰、0.030％的碳、0.01％的锆、0.01％的硫和0.0030％的硼。同样，本文中引用的“钛”可包括基本上纯的钛或任何合适的钛合金。可用于工艺500的钛合金的一个非限制性实例是Ti-6AL-4V，其包含按质量计约6％的铝和4％的钒。
工艺500可使用上文描述的图3的设备300来实现。然而，将理解的是，工艺500可使用任何其他合适的设备来实现，在一些实现方式中，该设备可以明显不同于设备300。
在工艺500的548处，对第一金属(钢或钛)的基底进行蚀刻，以促进制品的增材制造。蚀刻可包括化学蚀刻、电化学蚀刻、机械蚀刻(例如，磨蚀，如砂磨)或上述内容的任何期望的组合。可以使用蚀刻来为该基底的外表面作准备并且由此增强另外的金属与该基底的粘附性。在550处，将基底固定到增材制造设备。基底可通过例如卡盘、钳子、夹具或砧固定。
在552处，将第三金属的界面(或所谓的“涂敷(buttering)”)层布置在第一金属的基底上。第三金属可以是能够与第一金属形成合金并且能够与第二金属形成合金的任何金属。在一些实例中，第三金属可呈现介于钢的晶格间距与钛的晶格间距之间的晶格间距。通常，第三金属不与钢或钛形成金属间化合物。在一些实例中，界面层可包括钒、铌和钽中的一种或多种。在一些示例中，界面层可包括箔。例如，厚度为约0.01至0.10英寸的铌箔可用作界面层。
在554处，将耗材形式的第二金属供应至界面层的部位。在其中基底包括钛或钛合金的实例中，耗材形式的第二金属可包括钢；在其中基底包括钢的实例中，耗材形式的第二金属可包括钛或钛合金。在一些实例中，耗材形式的第二金属可包括金属颗粒。在一些实现方式中，可将金属颗粒选择性地供应到界面层的待添加第二金属的部位。在其他实现方式中，可在整个界面层上方以薄层的形式供应金属颗粒。在其他实例中，耗材形式的第二金属可包括金属线，如上所述。
在556处，在增材制造设备的非反应性环境中加热界面层的部位。如上所述，非反应性环境是耗尽氧和氮的环境。在一些实例中，非反应性环境可包括真空或静态的或流动的氩或氦的气氛。界面层的部位可使用激光束(例如，将约1500至约2000瓦的功率输送到聚焦区域的激光束)来加热。在其他实施方式中，可通过具有类似功率和聚焦区域的电子束来加热部位。
在556处进行的加热可使耗材形式的第二金属熔化以呈现熔化形式的第二金属并且可以将熔化形式的第二金属结合到界面层。熔化形式的第二金属可包括例如熔化的金属颗粒或熔化的金属线。以这种方式，加热可导致界面层的一部分溶解成熔化形式的第二金属。同样地，加热可导致熔化形式的第二金属的一部分溶解到界面层中。应注意的是，在一些实现方式中，术语“熔化(fuse)”’、“熔化的(fused)”、“熔化(fusion)”等可指耗材形式的第二金属的局部熔融(即，转变为液态)。在其他实现方式中，相同的术语可指本身不形成液体但仍然促进从一个金属层到另一个金属层的质量传递的软化或烧结作用。
在一些实现方式中，在556处进行的加热还可用以将界面层接合到基底并且借此致使界面层的一部分溶解到基底中和/或基底的一部分溶解到界面层中。这个特征是有用的，因为它简化了增材制造工艺。然而，基底、界面层和熔化形式的第二金属的同时接合并非总是必需的或期望的。因此，在其他实例中，可在添加熔化形式的第二金属之前将界面层接合至基底。
因此，在任选步骤558处，可以将界面层在增材制造设备的非反应性环境中预焊接到基底上。这个任选步骤可在将耗材形式的第二金属供应至该部位之前进行。在包括步骤558的实现方式中，预焊接可使界面层的一部分溶解到基底中。同样，预焊接可导致基底的一部分溶解到界面层中。
在560处，将熔化形式的第二金属的后续层添加到已经形成的第二金属的熔化层。基于如在数字模型中定义的制品的拓扑结构，这个步骤可重复任何次数，直到构建成期望的制品。
在562处，将该制品从增材制造设备移除并且在受控温度条件下在适当的时间段内进行退火。退火可用于降低以增材方式制造的制品中的缺陷部位的密度，从而增加制品的强度。该退火工艺还可以减小由于相异金属的接合而赋予该制品的残余应力。
图6示出了可根据图5的工艺500形成的示例性制品610的方面。制品610包括结合到第二金属的打印结构614的第一金属的基底612。如上所述，第一金属可包括钢和钛中的一种，并且第二金属可以包括钢和钛中的另一种。第二金属的打印结构通过使耗材形式的第二金属熔化而形成并且通过第三金属622的部分溶解层同时接合到基底。第三金属可包括能够与第一金属形成合金并且能够与第二金属形成合金的任何金属。在一些实例中，第三金属可呈现介于钢的晶格间距与钛的晶格间距之间的晶格间距。在一些实例中，第三金属不与钢或钛形成稳定的金属间化合物。在一些实例中，第三金属可包括钒、铌和钽中的一种或多种。
如图6所示，第三金属622至少渗入基底612。在一些实例中，第三金属还可渗入打印结构614。同样，来自基底的第一金属和来自熔化金属颗粒的第二金属两者可以渗入第三金属的边界层中。在一些实例中，该基底可包括齿轮轴，并且该打印结构可以包括链轮。
图5的工艺以及图6的制品的方面都不应以限制的意义进行解释，因为还设想了许多变化、延伸和省略。例如，在图5的增材制造工艺中用作基底的物体本身可以是先前增材制造的产品。在一些实例中，这种物体可包含单一金属。在其他实例中，物体可包括通过界面层结合的相异金属，如本文所描述的。因此，根据图5的工艺形成的制品的每个部分在一些实例中可以衍生自增材制造。
图6至图9呈现了在根据图5的工艺以增材方式制造的制品上收集的分析数据。更具体地，通过将马氏体时效M300合金钢金属颗粒添加到“被涂敷的”Ti-6AL-4V基底上来形成制品。施加至基底的界面层是厚度为0.012英寸的铌箔。使用类似于图3的设备300的增材制造设备将铌箔预焊接到基底(图5中的步骤558)，在预焊接期间暂停金属颗粒输送。将1500W的激光辐照聚焦到约4mm2的光斑大小并且在120升每分钟(L/M)的氩气流下以39.4英寸每分钟的速率在1.0英寸的线长度上平移。沿着这条线的单通道用于预焊接。
在预焊接之后，将激光功率增加至1800W，并且以25克每分钟的流速输送马氏体时效M300合金钢金属颗粒。激光光斑在相同的1.0英寸线长度上以39.4英寸每分钟的速率也在120L/M的氩气流下平移两次。
使用金刚石锯在平行于材料添加方向并且还平行于激光光斑的行进方向的平面中分开以此方式形成的制品。将分开的表面密封在电木中，使用320粒度的砂纸研磨，并使用金刚石研磨膏抛光。本文报告的所有分析均在抛光的解理面(cleaved surface)上进行。
图7示出了解理面的同一区域的一系列图像。图像764是供参考的高放大倍率光学显微图像；其示出了钛层766、铌层768和钢层770。图7中的其他图像是在暴露于Mo Kα辐射期间在解理面的同一区域上记录的能量弥散X射线(EDX)发射图。在图像772中，每一像素处的亮度对应于Ti Kα发射强度，因此报告该解理面处的钛原子的相对浓度。同样，图像774的亮度对应于Nb Lα发射强度并且报告铌浓度，而图像776的亮度对应于Fe Kα发射强度并且报告铁浓度。这些结果表明铌显著渗入到钛层766和钢层770中。参考图8的EDX线扫描数据更易于看到该特征。
图8呈现了沿着延伸穿过图7中的成像区域的两个路径提取的EDX线数据。这些路径基本上平行于材料添加的方向并且相对于彼此偏移几毫米。在这些曲线图中，实线对应于Nb Lα发射强度，短划线对应于Ti Kα发射强度，虚线对应于Fe Kα发射强度。如上所述，铌明显渗入钛层766和钢层770两者。
图9呈现同样沿着基本上平行于材料添加方向的路径在解理面的另一区域上进行的纳米压痕线扫描实验的结果。对于该研究，以CSM测试模式操作MTS纳米压痕仪，压痕深度设为700纳米，压痕间距设为50微米。数据显示从纯钛相766到纯钢相770的相对分级的过渡。
图10是图6、7和8中检查的解理面的另一部分的扫描电子显微镜(SEM)图像。在SEM检查之前，使用Kroll试剂对解理面进行化学蚀刻。除了显示钢层770的晶粒形态之外，SEM图像示出了初始光滑的铌层768的显著破坏，这与铌进入钛层766和钢层770的显著质量传输一致。
使用稍微不同的条件，根据图5的工艺制备另外的制品。如上所述，还通过电子显微镜、EDX光谱和纳米压痕分析这些制品。相对于图10所示的结果，预焊接使用2000W的较高激光功率且颗粒熔化使用1200W的较低激光功率如上所述制备的制品导致钢层和钛层之间的更异质的接合。该制品的EDX分析显示铌显著渗入到钛层和钢层中。预焊接和颗粒熔化使用1500W的激光功率和0.007英寸的较薄铌箔如上所述制备的另一种制品在接合处显示出较少的金属混合。特别地，该制品的EDX分析显示铌显著渗入到钛层中，但很少或没有铌渗入到钢层中。
另外，本公开包括根据以下条款的实例：
条款1.一种用于包括结合的第一金属和第二金属的制品310、410、610的增材制造的工艺，第一金属包括钢和钛中的一种，并且第二金属包括钢和钛中的另一种，该工艺包括：在第一金属的基底312、412、612上布置第三金属622的界面层322、422，其中，第三金属622能够与第一金属形成合金并且能够与第二金属形成合金；将耗材形式的第二金属供应至界面层322、422的部位332、432；以及在非反应性环境340、440中加热界面层322、422的部位332、432，其中，加热使耗材形式的第二金属熔化，以呈现熔化形式的第二金属314、414并且将熔化形式的第二金属314、414接合到界面层322、422。
条款2.根据条款1所述的工艺，其中，界面层322、422包括钒、铌和钽中的一种或多种。
条款3.根据条款1所述的工艺，其中，加热界面层322、422的部位332、432使得界面层322、422的一部分溶解到熔化形式的第二金属314、414中。
条款4.根据条款1所述的工艺，其中，加热界面层322、422的部位332、432将界面层322、422接合至基底312、412、612并且导致界面层322、422的一部分溶解到基底312、412、612中。
条款5.根据条款1所述的工艺，还包括在将耗材形式的第二金属供应至部位332、432之前在非反应性环境340、440中将界面层322、422预焊接至基底312、412、612，其中，预焊接使得界面层322、422的一部分溶解到基底312、412、612中。
条款6.根据条款1所述的工艺，其中，非反应性环境440包括流动氩的环境。
条款7.根据条款1所述的工艺，其中，加热界面层322、422的部位332、432包括用激光束加热。
条款8.根据条款7所述的工艺，其中，激光束将1.5至2.0千瓦的功率输送至激光束的焦点。
条款9.根据条款1所述的工艺，其中，加热界面层322、422的部位332、432包括用电子束加热。
条款10.根据条款1所述的工艺，其中，界面层422包括箔。
条款11.根据条款1所述的工艺，其中，钢包括合金钢，并且其中，钛包括按质量计约6％的铝和4％的钒。
条款12.根据条款1所述的工艺，其中，耗材形式的第二金属包括颗粒326，并且其中，熔化形式的第二金属414包括熔化的颗粒。
条款13.根据条款1所述的工艺，其中，耗材形式的第二金属包括线490。
条款14.根据条款1所述的工艺，还包括对制品310、410、610进行退火。
条款15.一种制品310、410、610，包括：第一金属的基底312、412、612；以及第二金属的打印结构614，通过使耗材形式的第二金属熔化而形成并且通过第三金属622的部分溶解层同时接合到基底612，其中，第三金属622至少渗入基底612，其中，第一金属包括钢和钛中的一种，并且其中，第二金属包括钢和钛中的另一种。
条款16.根据条款15所述的制品310、410、610，其中，第三金属622包括钒、铌和钽中的一种或多种。
条款17.根据条款15所述的制品310、410、610，其中，第三金属622也渗入打印结构。
条款18.根据条款15所述的制品310、410、610，其中，基底612包括齿轮轴212，打印结构包括链轮214。
条款19.一种用于包括结合的第一金属和第二金属的制品310、410、610的增材制造的工艺500，第一金属包括钢和钛中的一种，并且第二金属包括钢和钛中的另一种，该工艺包括：将铌层768布置在第一金属的基底312、412、612上；将耗材形式的第二金属供应至铌层768的部位332、432；以及在非反应性环境340、440中加热铌层768的部位332、432，其中，加热使耗材形式的第二金属熔化，以呈现熔化形式的第二金属314、414并且将熔化形式的第二金属314、414接合到铌层768。
条款20.根据条款19所述的工艺500，其中，加热铌层768的部位332、432使得铌层768的一部分溶解到熔化形式的第二金属314、414中。
条款21.根据条款19所述的工艺500，其中，加热铌层768的部位332、432使铌层768结合到基底312、412、612并且致使铌层768的一部分溶解到基底312、412、612中。
条款22.根据条款19所述的工艺500，还包括在将耗材形式的第二金属供应至部位332、432之前在非反应性环境340、440中将铌层768预焊接至基底312、412、612，其中，预焊接使得铌层768的一部分溶解到基底312、412、612中。
条款23.根据条款19所述的工艺500，其中，加热铌层768_的部位332、432包括用激光束和电子束中的一种或多种进行加热。
条款24.根据条款19所述的工艺500，其中，耗材形式的第二金属包括颗粒326，并且其中，熔化形式的第二金属314、414包括熔化的颗粒。
条款25.根据条款19所述的工艺500，其中，耗材形式的第二金属包括线490。
条款26.根据条款19所述的工艺500，其中，铌层768包括厚度为0.01至0.10英寸的箔。
通过举例并且参考附图来呈现本公开。在一个或多个附图中可能基本相同的部件、工艺步骤和其他元件被同等地标识并且以最小的重复被描述。然而，应注意的是，被同等地标识的元件也可以在某种程度上不同。还应注意的是，这些图是示意性的并且总体上不是按比例绘制的。准确地说，图中所示的部件的不同绘图比例、长宽比和数量可有意地失真以使得某些特征或关系更容易看到。
应理解，本文描述的构造和/或方法本质上是示范性的，并且这些具体实施方式或实例不应被视为是限制性的，因为许多变型是可能的。本文所述的特定例程或工艺可表示任何数量的处理策略中的一个或多个。照此，所图示和/或描述的不同动作可以按所图示和/或描述的顺序、按其他顺序并行地或省略地来执行。同样，可以改变上述工艺的顺序。
本公开的主题包括不同工艺、系统和构造以及本文公开的其他特征、功能、动作和/或特性以及其任何和所有等同物的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

Claims (10)

1.一种用于包括结合的第一金属和第二金属的制品(310、410、610)的增材制造的工艺，所述第一金属包括钢和钛中的一种，并且所述第二金属包括钢和钛中的另一种，所述工艺包括：
在所述第一金属的基底(312、412、612)上布置第三金属(622)的界面层(322、422)，其中，所述第三金属(622)能够与所述第一金属形成合金并且能够与所述第二金属形成合金；
将耗材形式的第二金属供应至所述界面层(322、422)的部位(332、432)；以及
在非反应性环境(340，440)中加热所述界面层(322，422)的所述部位(332，432)，其中，加热使所述耗材形式的第二金属熔化，以呈现熔化形式的第二金属(314、414)并且将所述熔化形式的第二金属(314、414)接合到所述界面层(322、422)。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中，加热所述界面层(322、422)的所述部位(332、432)导致所述界面层(322、422)的一部分溶解到所述熔化形式的第二金属(314、414)中。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中，加热所述界面层(322、422)的所述部位(332、432)将所述界面层(322、422)接合至所述基底(312、412、612)并且导致所述界面层(322、422)的一部分溶解到所述基底(312、412、612)中。
4.根据权利要求1所述的工艺，还包括在将所述耗材形式的第二金属供应至所述部位(332、432)之前在所述非反应性环境(340、440)中将所述界面层(322、422)预焊接至所述基底(312、412、612)，其中，预焊接使得所述界面层(322、422)的一部分溶解到所述基底(312、412、612)中。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中，加热所述界面层(322、422)的所述部位(332、432)包括用激光束和电子束中的一种进行加热。
6.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述界面层(422)包括箔。
7.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述耗材形式的第二金属包括颗粒(326)，并且其中，所述熔化形式的第二金属(414)包括熔化的颗粒。
8.一种制品(310、410、610)，包括：
第一金属的基底(312、412、612)；以及
第二金属的打印结构(614)，通过使耗材形式的第二金属熔化而形成并且通过第三金属(622)的部分溶解层同时接合到所述基底(612)，其中，所述第三金属(622)至少渗入所述基底(612)，其中，所述第一金属包括钢和钛中的一种，并且其中，所述第二金属包括钢和钛中的另一种。
9.根据权利要求8所述的制品(310、410、610)，其中，所述第三金属(622)包括钒、铌和钽中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的制品(310、410、610)，其中，所述第三金属(622)还渗入所述打印结构。
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