CN115943047A - 用于增材制造部分的金属材料成分 - Google Patents

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CN115943047A CN202080018105.3A CN202080018105A CN115943047A CN 115943047 A CN115943047 A CN 115943047A CN 202080018105 A CN202080018105 A CN 202080018105A CN 115943047 A CN115943047 A CN 115943047A
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马克西米利安·布朗纳
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Abstract

一种精密部件的生产方法，主要是通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术生产切削工具、冷压加工工具、冷挤压冲头和模具，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成，这些粉末元素单独或通过任意组合形式以以下数量被添加到其中，遵照DIN EN 10027‑2 No.1.33XX或者DIN EN 10027‑2 No.1.27XX标准，特别是遵照DIN EN 10027‑2 No.1.3343(缩写为HS6‑5‑2C)或DIN EN 10027‑2 No.1.2709要求，在激光烧结过程中由这些粉末元素形成合金粉末，其中下列以单质、合金或预合金形式存在的粉末元素被单独或以任意组合形式额外添加到合金中：钨在35、10和0.7M.‑％之间，优选10M.‑％，钛在0.2、3.2至10.7M.‑％之间，优选3.2M.‑％，碳在0.08、1.23至4.1M.‑％之间，优选1.23M.‑％，氧在0.00至0.02M.‑％之间，氮在0.00至0.02M.‑％之间，未定义残基小于0.1M.‑％。

Description

用于增材制造部分的金属材料成分
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的金属材料成分。
背景技术
本发明的金属材料成分已经为人所知，例如DE 10039 144C1或W02002/11928A1的制品，其中描述了一种通过对粉末材料进行激光熔化、激光烧结来生产精密部件的方法。其中的建议是，生产含有3种成分的金属粉末混合物。其目的在于提高成品构件的熔点。
为了实现上述目标，该引证的公开出版物规定，金属粉末成分的主要成分由铁和其他粉末成分构成，以单质、预合金或部分预合金的形式存在。粉末混合物中的主要成分铁由其他单独或以任意组合形式被添加到其中的粉末成分进行补充，，例如发明涉及根据主权利要求中的总前序部分生产精密部件的方法。
应认识到，在规定的混合范围内掺入这些材料一定会导致成品构件熔点的升高。但是掺入上述成分不一定会提高所生产工件的硬度。
因此本发明的任务是，进一步制成一种金属材料成分，用于增材3D选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、激光堆焊、粘合剂喷射成型技术或熔融沉积成型方法(FDM)，从而改善其生产出的工件的硬度和耐磨性。
发明内容
为了完成上述任务，本发明的特征在于，对于单独权利要求的技术教导。
下列描述中涉及选择性激光熔化(SLM)的应用实施例，对其理解不应有限制性，这只是为了简化描述。所有关于选择性激光熔化(SLM)方法应用的描述也同样适用于选择性激光烧结(SLS)、激光堆焊、粘合剂喷射成型技术或熔融沉积成型方法(FDM/熔化分层)，这些并没有明确指出。
粘合剂喷射成型技术(也被称作3D打印)是一种增材制造方法，粉末状原始材料在选定的位置上和粘合剂黏在一起，从而进行工件的生产。
熔融沉积成型方法(FDM)或者熔丝制造技术(FFF)描述的是3D打印领域的一种制造方法，借助这种方法，工件由可熔的塑料逐层构建起来，新技术中也可以由熔化的金属进行构建。
上述五种方法可以单独或者以任意组合形式来生产金属工件。
一种已知用于钢的增材制造的金属材料成分是符合DIN1.3343标准的成分，其中根据本发明，在优选的实施方案中使用粉状的基本材料。但迄今为止在选择性激光熔化(SLM)技术中，所有根据DIN标准定义的金属材料都以粉末状在3D打印机中进行加工，这造成了工件质量的不足。
因此，本发明利用了选择性激光熔化方法(SLM)的优势或者选择性激光烧结(SLS)、激光堆焊以及熔融沉积成型方法(FDM)，通过添加传统方式如挤压机中无法添加的特殊颗粒来改善传统的粉末配置。在优选的实施方案中，这是一种以XW0625命名的陶瓷粉末成分。
如果在传统的熔炉中加入钢和陶瓷，并且将二者的混合物加热至熔点，那么陶瓷将会浮在上面，钢则会沉到底部，这样浇铸出的工件无法拥有均匀的结构。
因此本发明涉及到下列所有应用领域，即选择性激光熔化(SLM)和/或选择性激光烧结(SLS)和/或激光堆焊和/或熔融沉积成型方法(FDM)和/或熔融沉积成型方法。
在优选的实施方案中，将不超过15％M-％的陶瓷粉末和钢粉末进行混合，然后在选择性激光熔化(SLM)和/或选择性激光烧结(SLS)和/或激光堆焊和/或熔融沉积成型方法(FDM)和/或熔融沉积成型方法中进行加工。
这样可以形成一个钢中陶瓷颗粒结构均匀分布的结构。陶瓷颗粒不会被激光熔化而只有金属颗粒能够被熔化，因此未熔化的陶瓷颗粒可以均匀嵌入熔化了的金属结构中。由此可以得到一种用于这种方式生产的新型陶瓷金属基体。
但是在基体材料中添加15M％只是一种优选的实施方案。也可以规定在金属基体中嵌入30％或32M.-％的陶瓷材料。
此处使用的概念“陶瓷”和“碳化物”同义。特别是粉末成分XW0625既可以被描述为陶瓷粉末成分也可以被描述为碳化物粉末成分。
因此本发明的技术教导是，将根据不同DIN标准(后文说明)制定的钢粉末和不同成分的陶瓷粉末进行混合，从而获得与原始材料相比优异的材料性能。
优选的是，选择性激光熔化技术(SLM)中的陶瓷制品没有熔化，而只有钢和陶瓷被嵌入到钢基体中。
本发明的优势在于，由于熔融工件中的材料成分，现在存在一个熔融钢的基体，其中嵌入了未熔化的陶瓷颗粒。
优选的是，六分之一的熔融钢同时均匀地穿插着陶瓷颗粒。
使用本发明提供的方法还有以下优点：
陶瓷的硬度较高而韧性较差，这种特性和易碎的玻璃板相似。
与之相比，钢的情况则完全相反，因为钢的硬度低但韧性好。硬质合金的高硬度来自于嵌入其中的陶瓷颗粒。钢的韧性来自金属，本发明在混合物中利用了硬质合金的优点，即陶瓷的硬度和钢的韧性，从而使两种特性结合在一种材料中。
硬质合金是一种由钴和碳化物组成的金属基复合材料，同时碳化物也被视作陶瓷材料。硬质合金中钴的含量大约为15％，陶瓷或碳化物的含量为85％。
与硬质合金的比较只是一种模拟，这意味着在本发明中没有添加硬质合金，也没有添加硬质合金颗粒，而只是进行了一种比较。也意味着用硬质合金精炼的钢也具有所需要的积极性能，就像在本发明中钢粉末和陶瓷粉末在混合过程中也获得了优越的性能。
在优选的实施方案中，本发明要求以单独或任意组合的形式保护下列物品：
本发明要求不同的材料类别，在总述XX中分别对应下列DIN标准类别，其中字母序列XX代表每个DIN标准最后一位数字的两位数字组合：
DIN 1.33XX,优选但不限于DIN 1.3343
DIN 3.71XX优选但不限于DIN 3.7165
DIN 1.23XX优选但不限于DIN 1.2379
DIN 1.44XX优选但不限于DIN 1.4404
DIN 1.45XX优选但不限于DIN 1,4562
DIN 1.27XX优选但不限于DIN 1.2709
DIN 3.23XX优选但不限于DIN 1.2383
DIN 2.08XX优选但不限于DIN 2.0855
INCONEL XXX优选但不限于INGONEL 718
在各个类别中规定了一种优选材料，尽管本发明并不局限于这种特定的材料。
在概括性实施例中，阐述了对于硬质合金材料的首选加工，其中字母组合是两位数自然数的占位符，但本发明并不局限于此。
1.选择性激光熔化(SLM)和/或选择性激光烧结(SLS)和/或激光堆焊和/或熔融沉积成型方法(FDM)和/或粘合剂喷射成型技术对于材料1.33XX、3.71XX、1.23XX、1.44XX、1.45XX或1.27XX的加工。
2.将材料1.33XX、3.71XX、1.23XX、1.44XX、1.45XX或1.27XX和碳化物进行混合。
3.特别是材料1.33XX、3.71XX、1.23XX、1.44XX、1.45XX或1.27XX和1％—50％碳化物的混合。
4.基本材料和碳化物根据选择性激光熔化(SLM)方法中的第3款进行混合。
5.将此处提到的精选材料和碳化物进行混合
6.根据权利要求2-5项将粉末成分与氮化硼进行混合。
7.用于增材制造(FDM、LAS……)的基本材料和碳化物进行一般混合来
8.在根据权利要求1至7项的所有粉末制剂中掺入金刚石粉末。
在优选具体的实施例中介绍了对硬质合金类别中具体优选材料的加工，但本发明并不局限于此。
1.用选择性激光熔化(SLM)和/或选择性激光烧结(SLS)方法对材料1.3343、3.7165、1.2379、1.4404、1.4562或1.2709进行加工
2.将材料1.3343-、3.7165-、1.2379-、1.4404-、1.4562-或1.2709-和碳化物进行混合
3.将1.3343-、3.7165-、1.2379-、1,4404-、1.4562-或1.2709-和1％-50％的碳化物进行特别混合
4.根据选择性激光熔化(SLM)方法中的第3款将基本材料和碳化物进行混合。
5.将此处提到的精选材料和碳化物进行混合
6.根据第2-5款将粉末成分与氮化硼进行混合。
7.将基本材料和碳化物进行一般混合来用于增材制造。(FDM,LAS……)
8.在根据第1至7项的所有粉末制剂中掺入金刚石粉末。
实施例1
第一个优选的实施例涉及权利要求1的技术教导，要求一种生产精密部件的方法，优选地，
通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术生产切削工具、冷压加工工具、冷挤压冲头和模具的方法。其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成。这些粉末元素单独或通过任意组合形式以以下数量被添加到其中，符合DIN EN10027-2No.1.3343标准(缩写为HS6-5-2C)或DIN EN 10027-2No.1.2709标准。
1.1铁：不超过79.50M.-％
1.2碳：在0.86-0.94M.-％之间
1.3铬：在3.80-4.50M.-％之间
1.4锰：小于0.40M.-％
1.5磷：小于0.03M.-％
1.6硫：不超过0.03M.-％
1.7硅：小于0.45M.-％
1.8钒：在1.70-2.00M.-％之间
1.9钨：在5.9-6.7M.-％之间
1.10钼：在4.7-5.2M.-％之间
在激光熔化的过程中，由这些粉末元素形成一种粉末合金，其中下列以单质、合金或预合金形式存在的粉末元素被单独或以任意合金组合形式额外添加到合金中：
1.11钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
1.12钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
1.13碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
1.14氧：在0.00和0.02M.-％之间，
1.15氮：在0.00和0.02M.-％之间，
1.16未定义残留物：小于0.05M.-％
[表3,3A]
实施例2
第二个优选的实施例涉及权利要求2的技术教导，要求一种生产精密部件的方法，优选用于生产航空航天的高强度部件，达到在密度低、热成型性和焊接性良好的情况下拥有较高强度和高韧性。通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成，这些粉末元素单独或通过任意组合形式以以下数量按照DIN EN 10027-2No.3.7165标准(缩写为Titan Grade 5)被添加到其中。
2.1钛：在88.74-91M.-％之间
2.2铝：在5.50-6.75M.-％之间
2.3钒：在3.50-4.50M.-％之间
2.4氢：少于0.02M.-％
在激光熔化的过程中，由这些粉末元素形成一种粉末合金，其中下列以单质、合金或预合金形式存在的粉末元素被单独或以任意合金组合形式添加到合金中：
2.5钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
2.6钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
2.7碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
2.8氧：在0.00和0.02M.-％之间，
2.9氮：在0.00和0.02M.-％之间，
2.10未定义残留物：小于0.05M.-％
[表4,4A]
实施例3：
第三个优选的实施例涉及权利要求3的技术教导，要求一种精密部件的生产方法，优选切削工具或冷压加工工具，特别是高性能切削工具(模型和冲头)；铣刀、拉刀；切割、冲孔和冲裁工具；搓丝和轧制工具；木工工具；机用切刀；塑料模具、测量工具、冲压技术工具；拉丝、深拉和挤压工具。
用于陶瓷和制药行业的冲压工具；用于多辊支架的冷轧；通过激光熔化或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末激光烧结技术形成的成型和弯曲工具，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加其中，符合DIN EN 10027-2No.1.2379标准(缩写为X155CrVMo12-1)，以及化学成分C1,55/Si 0,4/Mn 0,3/Cr 11,8/Mo 0,75/V 0,82，或者其他铬镍钢被添加到其中，特别是当化学成分具有下列代码时：
3.1铁：不超过84.05M.-％，
3.2碳：不超过1.55M.-％
3.3铬：不超过12.00M.-％
3.4钼：不超过0.80M.-％
3.5钒：不超过0.90M.-％
3.6硅：不超过0.40M.-％
3.7锰：不超过0.30M.-％
其中下列以单质、合金或预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到合金中：
3.8钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
3.9钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
3.10碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
3.11氧：在0.00和0.02M.-％之间，
3.12氮：在0.00和0.02M.-％之间，
3.13未定义残留物：小于0.05M.-％
[表5,5A]
实施例4
第四个优选的实施例涉及权利要求4的技术教导，要求一种用耐酸性良好的奥氏体不锈钢1.4404(316L)制造精密部件的方法，优选用于化学仪器制造、污水处理设备和造纸行业，以及对耐腐蚀性有较高要求的机械部件，特别是在含氯的介质和氢气中，通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末元素构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加到其中，符合DIN EN 10027-2No.1.4404标准(缩写为X2CrNiMo17-12-2)：
4.1铁：不超过62.80M.-％
4.2碳：不超过0.03M.-％
4.3硅：不超过1.00M.-％
4.4锰：不超过2.00M.-％
4.5磷：不超过0.05M.-％
4.6硫：不超过0.02M.-％
4.7铬：在16.50-18.50M.-％之间
4.8钼：在2.00-2.50之间M.-％
4.9镍：在10.00-13.00M.-％之间
4.10氮：不超过0.11M.-％
下列以单质、合金和预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到合金中。
4.11钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
4.12钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
4.13碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
4.14氧：在0.00和0.02M.-％之间，
4.15氮：在0.00和0.02M.-％之间，
4.16未定义残留物：小于0.05M.-％。
[表6,6A]
实施例5：
第五个优选的实施例涉及权利要求5的技术教导，要求用铁镍铬钼合金和氮附加物生产精密部件的方法，优选用于化学和石油化学行业、矿石开采厂、环境和海洋工程以及石油天然气的开采，通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末元素构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加到其中，符合DIN EN 10027-2No.1.4562标准，(EN材料缩写为X1NiCrMoCu32-28-7)。
5.1铁：不超过60.92M.-％
5.2碳：不超过0.02M.-％
5.3硅：不超过0.30M.-％
5.4锰：不超过2.00M.-％
5.5磷：不超过0.02M.-％
5.6硫：不超过0.10M.-％
5.7铬：在26.00-28.00M.-％之间
5.8铜：在1.00-1.40M.-％之间
5.9镍：在30-32M.-％之间
5.10钼：在6.00-7.00M.-％之间
5.11氮：不超过0.15-0.25M.-％
下列以单质、合金和预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到合金中。
5.12钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
5.13钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
5.14碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
5.15氧：在0.00和0.02M.-％之间，
5.16氮：在0.00和0.02M.-％之间，
5.17未定义残留物：小于0.05M.-％。
[表7,7A]
实施例6
第六个优选的实施例涉及权利要求6的技术教导，要求生产精密部件的方法，主要是作为韧性高、切割性能好的高速钢的切削工具或冷压加工工具，特别是高性能切削工具(模具和冲头)；铣刀、拉刀；切割、冲孔和冲裁工具；搓丝和轧制工具；木工工具；机用切刀；塑料模具、测量工具、冲压技术工具；拉丝、深拉和挤压工具；
用于陶瓷和制药行业的冲压工具；用于多辊支架的冷轧；通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术形成的成型和弯曲工具，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加其中，符合DIN EN 10027-2Nr.1.3343标准(缩写为HS6-5-2C)，或其他铬镍钢被添加到其中，特别是当化学成分的参数如下时：
6.1铁：不超过79.75M.-％
6.2碳：在0.86-0.94M.-％之间
6.3铬：在3.80-4.50M.-％之间
6.4锰：小于0.40M.-％
6.5磷：小于0.03M.-％
6.6硫：不超过0.03M.-％
6.7硅：小于0.45M.-％
6.8钒：在1.70-2.00M.-％之间
6.9钨：在5.9-6.7M.-％之间
6.10钼：在4.7-5.2M.-％之间
下列以单质、合金和预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到合金中：
6.11金刚石粉的形式的碳：在1.15-50M.-％之间，优选是15M.-％。
[表8,8A]
实施例7
第七个优选的实施例涉及权利要求7的技术教导，要求一种精密部件的生产方法，优选作为韧性高、切割性能好的高速钢的切削工具或冷压加工工具，特别是高性能切削工具(模型和冲头)；铣刀、拉刀；切割、冲孔和冲裁工具；搓丝和轧制工具；木工工具；机用切刀；塑料模具、测量工具、冲压技术工具；拉丝、深拉和挤压工具。
用于陶瓷和制药行业的冲压工具；用于多辊支架的冷轧；通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术形成的成型和弯曲工具，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加其中，符合DIN EN 10027-2Nr.1.3343标准(缩写为HS6-5-2C)，或其他铬镍钢被添加到其中，特别是当化学成分的参数如下时：
7.1铁：不超过79.75M.-％
7.2碳：在0.86-0.94M.-％之间
7.3铬：在3.80-4.50M.-％之间
7.4锰：小于0.40M.-％
7.5磷：小于0.03M.-％
7.6硫：不超过0.03M.-％
7.7硅：小于0.45M.-％
7.8钒：在1.70-2.00M.-％之间
7.9钨：在5.9-6.7M.-％之间
7.10钼：在4.7-5.2M.-％之间
下列以单质、合金和预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到合金中：
7.11硼：不超过56.18M.-％
7.12氮：不超过43.53M.-％
[表9]
在上述所有情况中，通过添加碳化物可以改善选择性激光熔化方法(SLM)产生的物体在硬化过程中的尺寸稳定性。另一个重要优势是耐磨性的改善。但与未处理的原始材料相比，抗压强度和可延展性没有发生变化。
根据本发明优选的一种实施例(实施例6)，金属材料成分的原始材料是根据DIN1.3343标准按照下表所示选用的。
性能
锻造1100-900℃
球化退火780-820℃2-4小时
退火硬度最大300HB
消除应力退火
预热至450℃一级预热至850℃
硬度
硬度1190-1230℃气流干燥或盐浴淬火500-550℃(64-66HRC＝一般加工硬度)
回火540-560℃最小2x1h或n回火板
Figure BDA0003240921240000131
表1
在本发明的一种优选方案中，规定表1中所示材料现在以粉状混合物形式存在，重量占比为85％，并且在此混合物中掺入主要为陶瓷粉末形式的材料成分，在10％-15％的范围内，混合值优选为15％。
这些掺入的金属粉末材料分布如表2所示：
筛析
Figure BDA0003240921240000132
                      
Figure BDA0003240921240000141
Figure BDA0003240921240000142
表2
本发明的优选特征在于，将表2所示的陶瓷粉末材料以上述优选的掺入范围(以重量百分比为单位)掺入到根据表1的金属粉末混合物中，最终得到一种复合粉末材料，从而显示出选择性激光熔化(SLM)或激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或粘结剂喷射成型技术在所得到的材料质量方面的优势。
其中优选的是，根据权利要求1-7中的一种将粉末形式的氮化硼和/或金刚石粉和/或碳化物粉末加入到粉末合成物中。
此外，使用的氮化硼和/或碳化物和/或金刚石粉末体颗粒尺寸在1-40mm时呈现立体形状(CBN)或断裂形状。
此外，所用陶瓷和/或碳化物粉末成分的熔点远高于金属粉末成分的熔点，并且在选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或粘合剂喷射成型技术中只有金属粉末成分被熔化。
本发明的发明物品不仅来自于单独的专利权利要求，也来自于各个专利权利要求的结合。
文件中披露的所有说明和特征，包括摘要，特别是在附图中展现的空间构造，只要单独或以组合形式和现有技术相比是新的，都可以作为本发明的必要条件提出。术语“重要的”或“根据本发明”或“对本发明至关重要”的使用是主观的，并不意味着如此指定的特征必须构成一种或多种专利要求的一部分。
所用的粉末和粉末成分的粒度优选在1-45mm之间。
附图说明
下文将仅通过多个实施例的表格来进一步阐释本发明。本发明的其他重要特征和优点会在附图和说明中显示。
其中：
图1：激光熔化方法的流程示意图。
图2：选择性激光熔化技术(SLM)制造的工件的剖面示意图。
图3：所示与图2大致相似。
表3：1.3343材料的粉末成分与陶瓷粉末添加剂混合物结合的图示。
表3A：从表3中得到的粉末成分，说明了掺合物的范围，其中掺合物的最小值和最大值分别在子表中标出。
表4:3.7165材料的粉末成分与陶瓷粉末添加剂混合物结合的图示。
表4A：从表4中得到的粉末成分，说明了掺合物的范围，其中掺合物的最小值和最大值分别在两个子表中标出。
表5:1.2379材料的粉末成分与陶瓷粉末添加剂混合物结合的图示。
表5A：从表5中得到的粉末成分，说明了掺合物的范围，其中掺合物的最小值和最大值分别在两个子表中标出。
表6：1.4404材料的粉末成分与陶瓷粉末添加剂混合物结合的图示。
表6A：从表6中得到的粉末成分，说明了掺合物的范围，其中掺合物的最小值和最大值分别在两个子表中标出。
表7：1.4562材料的粉末成分与陶瓷粉末添加剂混合物结合的图示。
表7A：从表7中得到的粉末成分，说明了掺合物的范围，其中掺合物的最小值和最大值分别在两个子表中标出。
表8：1.3343材料的粉末成分与陶瓷粉末添加剂混合物结合的图示。
表8A：从表8中得到的粉末成分，说明了掺合物的范围，其中掺合物的最小值和最大值分别在两个子表中标出。
表9：1.3343材料的粉末成分与氮化硼粉末添加剂混合物结合的图示。
具体实施方式
图1示出了一种粉末成分，由储存在容器1中的金属粉末成分2组成。为了制作这种金属粉末成分还需要在另一个容器3中放入根据本发明的陶瓷粉末成分4，将金属粉末和陶瓷粉末在均质机6中进行混合和均质，从而形成粉末混合物5。
制作好的粉末混合物5会通过传送带7运至3D激光熔化机器20，并倒入储存罐8中。
为了制造新型工件14，现在将材料束10从储存罐8引向建筑木板13，同时用激光枪9借助激光束11照射这种材料成分，这样就产生了一个垂直的建筑层结构12。
每一层都可以达到40mm厚度，但本发明并不局限于此。也可以使用其他层厚度，优选的是每一层能和其它层均质熔化并且构建一个统一的均质工件。
图2示出了在层结构中生产出的工件14，根据本发明，其主要部分由基体材料15组成，它相当于是金属粉末成分2的金属原材料。陶瓷粉末成分4的陶瓷颗粒16均匀地熔化到基体材料的材料复合结构中。
因此，它是一种组合材料，其内部结构通过掺入或嵌入陶瓷粉末成分而得到了实质性的改善，陶瓷颗粒的粒径在1至45mm之间。
基体材料15中陶瓷颗粒的厚度在1.0-5.0g/cm3之间，但优选是3,80g/cm3。
颗粒既可以以球体、圆锥体或其他类似球体的形状嵌入，但也可以以破碎颗粒形式嵌入，这样还可以在金属材料中有更好的拍打和粘合作用。
显而易见的是，取决于球形或破碎的形状，随后用它生产的工件14的机械性能也可以改变。
这样的工件14在图3中示出，它形成了工件章17。
除了这样的工件章17之外，可以生产出其他任意性能优越的金属工件14，例如工具的部件，钻头的部件，食品工业中的磨损件，特别是搅拌器、混合器、喷嘴等。石油和管道行业中也会用到喷嘴，其磨损部位是由工件14的优质材料生产的。
新型工件14的生产使得本发明可以用于所有需要使用特别坚硬和耐磨的金属零件的领域，但这些零件还是可以很容易地进行加工。
特别有利的是，根据本发明的方法不会从本质上改变基本性能(硬度、韧性、刚度、弯曲疲劳极限)。这样带来的优点是在加工和使用过程中只需考虑到不明显改变的使用条件。但产生了一种类似于硬金属的材料，其磨损性得到了显著提高。
附图标记：
1.容器
2.金属粉末成分
3.容器
4.陶瓷粉末成分
5.粉末混合物
6.均质机
7.路径
8.储存器
9.激光枪
10.材料束
11.激光束
12.建筑层结构
13.建筑木板
14.工件
15.基体材料
16.陶瓷材料
17.工件章
18.剖面图
19.-20.3D激光熔化机

Claims (17)

1.一种通过激光熔化、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术生产精密部件的方法，所述精密部件优选为生产切削工具、冷压加工工具、冷挤压冲头和模具，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末元素构成，这些粉末元素单独或通过任意组合形式以以下数量存在，符合DIN EN 10027-2 No.1.33XX或者DIN EN 10027-2 No.1.27XX标准，其中组合XX为两位数，特别依据DIN EN 10027-2 No.1.3343(简称HS6-5-2C)或DIN EN 10027-2No.1.2709标准(缩写为X3NiCoMoTi18-9-5)来添加粉末元素：
1.1.铁：不超过79.75M.-％，
1.2.碳：0.86-0.94M.-％，
1.3.铬：3.80-4.50M.-％，
1.4.锰：小于0.40M.-％，
1.5.磷：不超过0,03M.-％，
1.6.硫磺：不超过0,03M.-％，
1.7.硅：小于0.45M.-％，
1.8.钒：1.70％-2.00M.-％，
1.9.钨：5.9-6.7M.-％，
1.10.钼：4.7-5.2M.-％
其中在激光烧结过程中由这些粉末元素形成合金粉末，其特征在于，下列以单质、合金或预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到合金中：
1.11.钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
1.12.钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
1.13.碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
1.14.氧：在0.00和0.02M.-％之间，
1.15.氮：在0.00和0.02M.-％之间，
1.16.未定义残留物：小于0.05M.-％。
[表3,3A]
2.一种精密部件的生产方法，优选用于生产航空航天的高强度部件，达到在低密度下具有良好韧性，良好热成型性和可焊接性的高强度，通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成。这些粉末元素根据DIN EN 10027-2 No.3.71XX标准，特别是根据DIN EN 10027-2 No3,7165标准(缩写为Titan Grade 5)单独或通过任意组合形式按照以下数量添加：
2.1.钛：在88.74-91M.-％之间，
2.2.铝：在5.50-6.75M.-％之间，
2.3.钒：在3.50-4.50M.-％之间，
2.4.氢(H)：小于0.02M.-％，
其中，在激光烧结过程中由这些粉末元素形成合金粉末，其特征在于，下列以单质、合金或预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到合金中：
2.5.钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
2.6.钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
2.7.碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
2.8.氧：在0.00和0.02M.-％之间，
2.9.氮：在0.00和0.02M.-％之间，
2.10.未定义残留物：小于0.05M.-％。
[表4,4A]
3.一种精密部件的生产方法，优选切削工具或冷压加工工具，特别是高性能切削工具(模具和冲头)的方法；铣刀、拉刀；切割、冲孔和冲裁工具；搓丝和轧制工具；木工工具；机用切刀；塑料模具、测量工具、冲压技术工具；拉丝、深拉和挤压工具；用于陶瓷和制药行业的冲压工具；用于多辊支架的冷轧；通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术形成的成型和弯曲工具，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加到其中，符合DSN EN10027-2 No.1.23XX，特别是符合DIN EN10027-2 No.1.2379(缩写为X155CrVMo12-1)，以及化学成分C 1,55/Si 0,4/Mn 0,3/Cr 11,8/Mo 0,75/V 0,82，或其他铬溴钢添加到合金中，特别是如果化学成分具有以下参数：
3.1.铁：不超过84.05M.-％，
3.2.碳：不超过1.55M.-％，
3.3.铬：不超过12.00M.-％，
3.4.钼：不超过0.80M.-％，
3.5.钒：不超过0.90M.-％，
3.6.硅：不超过0.40M.-％，
3.7.锰：不超过0.30M.-％，
其特征在于,
下列以单质、合金或预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被添加到合金中：
3.8.钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
3.9.钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
3.10.碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
3.11.氧：在0.00和0.02M.-％之间。
[表5,5A]
4.一种用耐酸性良好的奥氏体不锈钢1.4404(316L)生产制造精密部件的方法，优选用于化学仪器、污水处理设备和造纸行业，以及对耐腐蚀性有较高要求的机械部件，特别是在含氯的介质和氢气中，通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末元素构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加到其中，符合DIN EN 10027-2 No.1.44XX标准，特别是符合DIN EN 10027-2 No.1.4404标准(缩写为X2CrNiMo17-12-2)：
4.1.铁：不超过62.80M.-％，
4.2.碳：不超过0.03M.-％，
4.3.硅：不超过1.00M.-％，
4.4.锰：不超过2.00M.-％，
4.5.磷：不超过0.05M.-％，
4.6.硫：不超过0.02M.-％，
4.7.铬：在16.50-18.50M.-％之间，
4.8.钼：在2.00-2.50之间M.-％，
4.9.镍：在10.00-13.00M.-％之间，
4.10.氮：不超过0.11M.-％，
其特征在于，下列以单质、合金和预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到合金中：
4.11.钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
4.12.钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
4.13.碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
4.14.氧：在0.00和0.02M.-％之间，
4.15.氮：在0.00和0.02M.-％之间，
4.16.未定义残留物：小于0.05M.-％。
[表6,6A]
5.一种用铁镍铬钼合金和氮附加物生产精密部件的方法，优选用于化学和石油化学行业、矿石开采厂、环境和海洋工程以及石油天然气的开采，所述精密部件通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术来生产，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末元素构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加到其中，符合DIN EN 10027-2 No.1.45XX标准，特别符合DIN EN 10027-2 Nr.1.4562标准(EN材料缩写为X1NiCrMoCu32-28-7)：
5.1.铁：不超过60.92M.-％，
5.2.碳：不超过0.02M.-％，
5.3.硅：不超过0.30M.-％，
5.4.锰：不超过2.00M.-％，
5.5.磷：不超过0.02M.-％，
5.6.硫：不超过0.10M.-％，
5.7.铬：在26.00-28.00M.-％之间，
5.8.铜：在1.00-1.40M.-％之间，
5.9.镍：在30-32M.-％之间，
5.10.钼：在6.00-7.00M.-％之间，
5.11.氮：在0.15-0.25M.-％之间，
其特征在于，
下列以单质、合金和预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到合金中：
5.12.钨：在0.7，10和35M.-％之间，优选是10M.-％，
5.13.钛：在0.2、3.2和10.7M.-％之间，优选是3.2M.-％，
5.14.碳：在0.08、1.23和4.1M.-％之间，优选是1.23M.-％，
5.15.氧：在0.00和0.02M.-％之间，
5.16.氮：在0.00和0.02M.-％之间，
5.17.未定义残留物：小于0.05M.-％。
[表7,7A]
6.一种精密部件的生产方法，主要是作为韧性高、切割性能好的高速钢的切削工具或冷压加工工具，特别是高性能切削工具(模具和冲头)；铣刀、拉刀；切割、冲孔和冲裁工具；搓丝和轧制工具；木工工具；机用切刀；塑料模具、测量工具、冲压技术工具；拉丝、深拉和挤压工具；
用于陶瓷和制药行业的冲压工具；用于多辊支架的冷轧；通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术制作的成型和弯曲工具，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加其中，符合DIN EN 10027-2 No.1.33XX标准,特别是符合DIN EN 10027-2No.1.3343标准(缩写为HS6-5-2C)，或者其他铬镍钢被添加到其中，特别是当化学成分的参数如下时：
6.1.铁：不超过79.75M.-％，
6.2.碳：在0.86-0.94M.-％之间，
6.3.铬：在3.80-4.50M.-％之间，
6.4.锰：小于0.40M.-％，
6.5.磷：小于0.03M.-％，
6.6.硫：不超过0.03M.-％，
6.7.硅：小于0.45M.-％，
6.8.钒：在1.70-2.00M.-％之间，
6.9.钨：在5.9-6.7M.-％之间，
6.10.钼：在4.7-5.2M.-％之间，
其特征在于，
下列以单质、合金或预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到其中：
6.11.金刚石粉形式存在的碳：在1,15-50M.-％之间，优选是15M.-％。
[表8,8A]
7.一种精密部件的生产方法，优选韧性高、切割性能好的高速钢的切削工具或冷压加工工具，特别是高性能切削工具(模具和冲头)；铣刀、拉刀；切割、冲孔和冲裁工具；搓丝和轧制工具；木工工具；机刀；塑料模具、测量工具、冲压技术工具；拉丝、深拉和挤压工具；
用于陶瓷和制药行业的冲压工具；用于多辊支架的冷轧；通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术制作的成型和弯曲工具，其中粉末混合物由主要成分铁粉和其他以单质、预合金、部分预合金形式存在的合金粉末构成，粉末元素单独或以任意合金组合形式按照以下数量被添加其中，符合DIN EN 10027-2 No.1.33XX标准,特别是符合DIN EN 10027-2No.1.3343标准(缩写为HS6-5-2C)，或者其他铬镍钢被添加到其中，特别是当化学成分的参数如下时：
7.1.铁：不超过79.75M.-％，
7.2.碳：在0.86-0.94M.-％之间，
7.3.铬：在3.80-4.50M.-％之间，
7.4.锰：小于0.40M.-％，
7.5.磷：小于0.03M.-％，
7.6.硫：不超过0.03M.-％，
7.7.硅：小于0.45M.-％，
7.8.钒：在1.70-2.00M.-％之间，
7.9.钨：在5.9-6.7M.-％之间，
7.10.钼：在4.7-5.2M.-％之间，
其特征在于，
下列以单质、合金和预合金形式存在的粉末元素单独或以任意合金组合形式被额外添加到其中：
7.11.硼：不超过56.18M.-％，
7.12.氮：不超过43.53M.-％。
[表9]
8.根据权利要求1至7任一项的方法，其特征在于，在根据权利要求1至7任意一项的粉末组合物中加入了氮化硼粉末和/或金刚石粉末和/或碳化物粉末。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所用的氮化硼和/或碳化物粉末体和/或金刚石粉末体颗粒尺寸在1-40mm之间，具有立方体(CBN)形式和/或断裂形状。
10.根据权利要求1-9任一项的方法，其特征在于，所用陶瓷和/或碳化物粉末成分的熔点远高于金属粉末成分的熔点，并且在选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者粘合剂喷射成型技术中只有金属粉末成分熔化。
11.生产精密部件的方法，主要是通过激光熔化、激光烧结、激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)或者由至少两种粉末元素混合物组成的粉末粘合剂喷射成型技术生产切削工具、冷压加工工具、冷挤压冲头和模具，其特征在于具有以下方法流程步骤：
1.通过选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)技术对材料1.33XX、3.71XX、1.23XX、1.44XX、1.45XX、1.27XX进行加工
2.将材料1.33XX-、3.71XX-、1.23XX-、1.44XX-、1.45XX-或1.27XX和碳化物进行混合
3.特别是将材料1.33XX-、3.71XX-、1.23XX-、1.44XX-、1.45XX-或1.27XX和1-50％的碳化物进行混合
4.根据选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)技术中的第3项将基本材料和碳化物进行混合
5.将本文提到的精选材料和碳化物进行混合
12.根据权利要求2-5将粉末成分与氮化硼进行混合
7.用于增材制造(FDM,LAS……)的基本材料和碳化物的一般混合
8.在根据权利要求1至7的所有粉末制剂中掺入金刚石粉末。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于具有以下方法流程步骤
1.用选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)技术对材料1.3343、3.7165、1.2379、1.4404、1.4562或1.2709进行加工
2.将材料1.3343、3.7165、1.2379、1.4404、1.4562或1.2709和碳化物进行混合
3.特别是将1.3343、3.7165、1.2379-、1,4404-、1.4562-或1.2709和1％-50％的碳化物进行混合
4.根据选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)或激光堆焊、熔融沉积成型方法(FDM)中的第三项将基本材料和碳化物进行混合
5.将此处提到的精选材料和碳化物进行混合
14.根据权利要求2-5将粉末成分与氮化硼进行混合
7.用于增材制造(FDM、LAS……)的基本材料与碳化物的一般混合。
8.在根据权利要求1至7的所有粉末制剂中掺入金刚石粉末。
15.金属粉末合金，其中至少一种金属粉末成分是由根据下列材料类别的粉末组成的，其中总述XX对应下列DIN标准类别，字母序列XX代表各自DIN标准末位数的两位数组合，粉末成分通过以下材料类别单独或、任意组合形式或者由根据下列材料类别的任何组合来表征：
DIN 1.33XX,优选但不限于DIN 1.3343
DIN 3.71XX优选但不限于DIN 3.7165
DIN 1.23XX优选但不限于DIN 1.2379
DIN 1.44XX优选但不限于DIN 1.4404
DIN 1.45XX优选但不限于DIN 1,4582
DIN 1.27XX优选但不限于DIN 1.2709
DIN 3.23XX优选但不限于DIN 1.2383
DIN 2.08XX优选但不限于DIN 2.0855
INCONEL XXX优选但不限于INGONEL 718。
16.根据权利要求13的金属粉末合金用于制造金属工件的用途。
17.根据权利要求1-14中的一项或多项生产的金属工件的用途。
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