DE102015118441A1 - Composite materials and processes for the laser production and repair of metals - Google Patents
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Abstract
Vorliegend offenbarte Verbundmaterialien (2, 8) beinhalten eine Metalllegierung (4, 10) und eine Flussmittelzusammensetzung (6, 12). Die Metalllegierung kann eine Superlegierung sein, und ein Volumenverhältnis der Flussmittelzusammensetzung zur Metalllegierung kann im Bereich von ungefähr 30:70 bis ungefähr 70:30 liegen. Die Verbundmaterialien können in Form von Teilchen (2) vorliegen, die einen Kern (6) umfassen, der von einer metallischen Schicht (4) umgeben ist, wobei der Kern die Flussmittelzusammensetzung umfasst und die metallische Schicht die Metalllegierung umfasst. Die Verbundmaterialien können auch in Form von verschmolzenen Materialien (8) vorliegen, wobei die Metalllegierung (10) und die Flussmittelzusammensetzung (12) zufällig verteilt und zufällig orientiert sind. Ebenfalls offenbart sind Prozesse, umfassend Schmelzen von Verbundmaterialien unter Ausbildung von Metallabscheidungen (32).Composite materials (2, 8) disclosed herein include a metal alloy (4, 10) and a flux composition (6, 12). The metal alloy may be a superalloy, and a volume ratio of the flux composition to the metal alloy may be in the range of about 30:70 to about 70:30. The composite materials may be in the form of particles (2) comprising a core (6) surrounded by a metallic layer (4), the core comprising the flux composition and the metallic layer comprising the metal alloy. The composites may also be in the form of fused materials (8) wherein the metal alloy (10) and flux composition (12) are randomly distributed and randomly oriented. Also disclosed are processes comprising melting composites to form metal deposits (32).
Description
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der US-Anmeldung mit der Nummer 13/755,098 (Anwaltsaktenzeichen Nummer 2012P28301 US), eingereicht am 31. Januar 2013 und am 30. Mai 2013 veröffentlicht als US-Dokument 2013/0136868 A1, die eine Teilfortsetzung der US-Anmeldung mit der Nummer 13/005,656 (Anwaltsaktenzeichen Nummer 2010P13119US), eingereicht am 13. Januar 2011 und am 19. Juli 2012 veröffentlicht als US-Dokument 2012/0181255 Al, ist, deren gesamte Inhalte hiermit durch Bezug einbezogen sind.The present application is a continuation-in-part of US Application No. 13 / 755,098 (Attorney Docket No. 2012P28301 US), filed January 31, 2013 and published May 30, 2013, as US-A document 2013/0136868 A1, which is a continuation-in-part of US Pat Application No. 13 / 005,656 (Attorney Docket No. 2010P13119US), filed January 13, 2011 and published July 19, 2012 as US Patent 2012/0181255 A1, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.
ERFINDUNGSGEBIETFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Materialtechnologie und insbesondere Verbundmaterialien und Verfahren, die sich zur Fertigung und Reparatur von metallischen Materialien, darunter Superlegierungen, eignen.The present application relates generally to materials technology, and more particularly to composites and methods useful in the manufacture and repair of metallic materials, including superalloys.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Laserpulverabscheidung (bzw. Laserauftragschweißen mit pulverförmigem Füllstoff) ist ein Prozess, bei dem mit einem Energiestrahl eine dünne Schicht aus metallischem Pulver geschmolzen wird, wobei sich eine Metallabscheidung ausbildet. Aufgrund ihrer möglichen Verwendung bei der Herstellung und Reparatur von komplexen Objekten, die aus verschiedenen metallischen Materialien und Legierungen gebildet sind, hat dieser Ansatz der Metallverarbeitung jüngst Interesse geweckt. Beispielsweise handelt es sich beim selektiven Laserschmelzen (SLM) um einen Pulverbettprozess, bei dem eine dünne Schicht aus einem Metallpulver auf einem Substrat abgeschieden wird, woraufhin die Pulveroberfläche mit einem leistungsstarken Laserstrahl gescannt wird, der zur Erzeugung von Wärme, die die Pulverteilchen zum Schmelzen bringt und eine Schmelze ausbildet, die zu einer Metallabscheidungsschicht erstarrt, gerastert wird. Nach Abscheidung der Schicht kann daraufhin eine weitere Schicht aus Pulver hinzugefügt werden, die erneut mittels des Lasers geschmolzen wird. Auf diese Weise können aufeinanderfolgende Schichten aufeinander abgeschieden werden, um dreidimensionale Objekte in einem Prozess zu erzeugen, der als Additive Laserfertigung (LAM – Laser Additive Manufacturing) bekannt ist. Obgleich SLM allgemein auf flache Arbeitsoberflächen begrenzt ist, handelt es sich beim Lasermikroauftragschweißen um einen 3D-befähigten Prozess, bei dem durch Verwendung eines Laserstrahls zum Schmelzen eines Flusses von Pulver, das durch einen Gasstrahl in Richtung der Oberfläche getrieben wird, eine kleine, dünne Schicht aus Material auf eine Oberfläche abgeschieden wird.Laser powder deposition (or laser deposition welding with powdered filler) is a process in which a thin layer of metallic powder is melted with an energy beam, forming a metal deposit. Because of their potential use in the manufacture and repair of complex objects formed of various metallic materials and alloys, this approach to metalworking has recently attracted interest. For example, Selective Laser Melting (SLM) is a powder bed process in which a thin layer of metal powder is deposited on a substrate, whereupon the powder surface is scanned with a powerful laser beam that generates heat that melts the powder particles and forming a melt which solidifies into a metal deposition layer, is rasterized. After deposition of the layer can then be added to another layer of powder, which is melted again by means of the laser. In this way, successive layers can be sequentially deposited to produce three-dimensional objects in a process known as LAM (Laser Additive Manufacturing). Although SLM is generally limited to flat work surfaces, laser micro-deposition welding is a 3D-enabled process in which a small, thin layer is created by using a laser beam to melt a flow of powder that is propelled toward the surface by a gas jet made of material deposited on a surface.
Obwohl verschiedene Formen von Laserpulverabscheidung hohes Potential für die Fertigung und Reparatur von komplexen Objekten bieten, sind sie durch gewisse Nachteile, die oft mit der Verwendung von metallischen Pulvern einhergehen, eingeschränkt. Ein Nachteil betrifft die Reaktivität von metallischen Pulvern mit Komponenten in Luft, wie zum Beispiel mit Sauerstoff und Stickstoff. Reaktive Metalle, wie zum Beispiel Eisen, Aluminium und Titan, können unter Ausbildung von Verunreinigungen, die Metalloxide sowie Metallnitride enthalten, mit Luft reagieren – wobei die Rate derart ungewollter Reaktionen allgemein mit größer werdender Oberfläche des metallischen Pulvers ansteigt. Metallische Pulver tendieren außerdem dazu, leicht Feuchtigkeit zu adsorbieren, die außerdem unter Ausbildung von Metalloxiden reagieren und auch zu ungewollter Porosität in unter Verwendung von Laserpulverabscheidung gebildeten metallischen Objekten führen kann. Für hochfeste Stähle dient die Feuchtigkeit auch als Quelle von Wasserstoff, was bekannterweise zu verspäteter Rissbildung führt.Although various forms of laser powder deposition offer high potential for the fabrication and repair of complex objects, they are limited by certain disadvantages often associated with the use of metallic powders. One drawback relates to the reactivity of metallic powders with components in air, such as with oxygen and nitrogen. Reactive metals, such as iron, aluminum and titanium, may react with air to form impurities containing metal oxides as well as metal nitrides - the rate of such unwanted reactions generally increasing with increasing surface area of the metallic powder. Metallic powders also tend to readily adsorb moisture which, in addition, can react to form metal oxides and also result in unwanted porosity in metallic objects formed using laser powder deposition. For high strength steels, moisture also serves as a source of hydrogen, which is known to result in late cracking.
Diese Probleme in Bezug auf Luft und Feuchtigkeit können sich für Hochtemperaturmaterialien, die rigorosere Prozessbedingungen benötigen, um Leserpulverabscheidung zu beeinflussen, besonders problematisch auswirken. Superlegierungen, zum Beispiel, gehören anerkanntermaßen zu den Materialien, die aufgrund ihrer relativ hohen Schmelzpunkte, relativ niedriger Duktilität sowie ihrer Anfälligkeit zur Schweißerstarrungsrissbildung und Reckalterungsrissbildung am schwierigsten mit Laser zu bearbeiten sind. Diese mechanischen Defekte können durch das Vorliegen von Luft und/oder Wasser bei der Laserbearbeitung verursacht oder verschlimmert werden.These problems with air and moisture can be particularly problematic for high temperature materials that require more rigorous process conditions to affect reader powder deposition. Superalloys, for example, are recognized to be the most difficult to machine with lasers because of their relatively high melting points, relatively low ductility, and susceptibility to weld set cracking and strain age cracking. These mechanical defects can be caused or exacerbated by the presence of air and / or water in laser processing.
Der Begriff „Superlegierung” wird vorliegend wie allgemein im Stand der Technik verwendet, d. h. eine Legierung mit hoher Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, die bei hohen Temperaturen hervorragende mechanische und Kriechfestigkeit aufweist. Superlegierungen weisen in der Regel einen hohen Nickel- oder Kobaltgehalt auf. Beispiele für Superlegierungen sind unter anderem Legierungen, die vertrieben werden unter den Handelszeichen und Markennamen Hastelloy, Inconel-Legierungen (z. B. IN 100, IN 700, IN 713, IN 738, IN 792, IN 939), Rene-Legierungen (z. B. Rene N5, Rene 41, Rene 80, Rene 108, Rene 142, Rene 220), Haynes-Legierungen (282), Mar M, CM 247, CM 247 LC, C263, 718, X-750, ECY 768, 282, X45, PWA 1480, PWA 1483, PWA 1484, CMSX-Einkristalllegierungen (z. B. CMSX-4, CMSX-8, CMSX-10), GTD 111, GTD 222, MGA 1400, MGA 2400, PSM 116, Mar-M-200, Udimet 600, Udimet 500 und Titanaluminid. Die Begriffe „Metall”, „metallisches Material”, „Legierung” und „Metalllegierung” werden hier in einem allgemeinen Sinn verwendet, um reine Metalle, halbreine Metalle und Metalllegierungen zu beschreiben.As used herein, the term "superalloy" is used as is commonly used in the art, ie, an alloy having high corrosion and oxidation resistance exhibiting excellent mechanical and creep resistance at high temperatures. Superalloys usually have a high nickel or cobalt content. Examples of superalloys include alloys sold under the trademarks and trade names Hastelloy, Inconel alloys (e.g., IN 100, IN 700, IN 713, IN 738, IN 792, IN 939), Rene alloys (e.g. B. Rene N5, Rene 41, Rene 80, Rene 108, Rene 142, Rene 220), Haynes alloys (282), Mar M, CM 247, CM 247 LC, C263, 718, X-750, ECY 768, 282, X45, PWA 1480, PWA 1483, PWA 1484, CMSX single crystal alloys (eg CMSX-4, CMSX-8, CMSX-10), GTD 111, GTD 222, MGA 1400, MGA 2400, PSM 116, Mar -M-200, Udimet 600, Udimet 500 and Titanium Aluminide. The terms "metal", "metallic material", "alloy" and "metal alloy" are used herein in general Sense used to describe pure metals, semi-pure metals and metal alloys.
Um die schädlichen Effekte von Luft abzumildern, wird die aus der Laserpulverabscheidung resultierende Schmelze oft durch Anwenden eines Inertgases, wie zum Beispiel Argon und Helium, abgeschirmt. Eine derartige Abschirmung entfernt jedoch nicht bereits vorliegende Oxide, die dazu tendieren, sich bei der Fertigung, Aufbewahrung und dem Umgang damit auf der Außenseite von Metallpulvern auszubilden. Als Folge müssen derartige oxidbeschichtete Metallfüllstoffe oft während der Schmelzbearbeitung reduziert werden, um Porosität und andere Defekte in der resultierenden metallischen Abscheiung zu vermeiden. Nachbehandlungsprozesse, wie zum Beispiel heißisostatisches Pressen (HIP), werden oft auch zum Kollabieren von Poren (Hohlräumen), Einschlüssen und Einrissen verwendet, um die Eigenschaften von mit Laser abgeschiedenen Metallen zu verbessern. Um Feuchtigkeitsadsorption zu verhindern, werden häufig Metallpulverfüllstoffe in vorgeheizten Trichtern aufbewahrt. Derartige Schutz- und Nachbehandlungsmaßnahmen sind besonders bei hochreaktive Metalle enthaltenden metallischen Pulvern (zum Beispiel Superlegierungen) und feinen Pulvern mit großen Oberflächen wichtig.To mitigate the deleterious effects of air, the melt resulting from laser powder deposition is often shielded by the application of an inert gas such as argon and helium. However, such shielding does not remove any preexisting oxides that tend to form on the exterior of metal powders during manufacture, storage, and handling. As a result, such oxide-coated metal fillers often need to be reduced during melt processing to avoid porosity and other defects in the resulting metallic deposit. Aftertreatment processes, such as hot isostatic pressing (HIP), are also often used to collapse pores (voids), inclusions and tears to enhance the properties of laser deposited metals. To prevent moisture adsorption, metal powder fillers are often stored in preheated funnels. Such protective and post-treatment measures are particularly important in highly reactive metal-containing metallic powders (eg superalloys) and fine powders with large surface areas.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung in Hinsicht auf die Zeichnungen erklärt, in denen:The invention will be explained in the following description with reference to the drawings, in which:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Anmelder haben erkannt, dass es einen Bedarf dafür gibt, alternative Materialien und Verfahren zur Behebung schädlicher Auswirkungen, die Luft und Feuchtigkeit auf Laserpulverabscheidung von Metallen ausüben können, zu entdecken. Bei idealen Materialien und Verfahren wäre es möglich, mit Laserpulverabscheidung von Metall in verschiedenen Kontexten (z. B. Metallkomponentenfertigung und -reparatur, Massivherstellung) metallische Materialien herzustellen, die weniger Verunreinigungen und Defekte infolge von Aussatz bei Luft und Feuchtigkeit enthalten – wobei gleichzeitig vermieden wird, dass man sich auf derzeitig verwendete Schutztechniken, wie zum Beispiel Verwendung von vorerwärmten Pulvertrichtern, Inertschutzgasen und/oder Vakuumbedingungen, Reduktionsmittel und heißisostatisches Pressen (HIP) als Nachbehandlung, verlassen muss. Ideale Materialien und Verfahren wären außerdem mit der Laserbearbeitung von Superlegierungen oder Superlegierungsvorläufern unter Ausbildung von Superlegierungen kompatibel.Applicants have recognized that there is a need to discover alternative materials and methods for remedying the deleterious effects air and moisture can have on laser powder deposition of metals. With ideal materials and processes, it would be possible to fabricate metal materials with laser powder deposition of metal in various contexts (eg, metal component fabrication and repair, bulk fabrication) that contain less impurities and defects due to exposure to air and moisture while avoiding them that one must rely on currently used protective techniques, such as the use of preheated powder funnels, inert gases and / or vacuum conditions, reducing agents and hot isostatic pressing (HIP) as aftertreatment. Ideal materials and processes would also be compatible with the laser processing of superalloys or superalloy precursors to form superalloys.
Vorgeschlagen wird, dass die mit Luft und Feuchtigkeit einhergehenden Probleme durch Verwendung von neuartigen Verbundmaterialien, die ein Metall und eine Flussmittelzusammensetzung enthalten, abgemildert werden können. Derartige Verbundmaterialien sind erwartungsgemäß bei der Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts und beim Vermeiden von ungewollten Reaktionen mit Luft effektiv, da das Metallmaterial und die Flussmittelzusammensetzung in festen, teilchenförmigen Formen, die im Vergleich zu herkömmlichen metallischen Füllstoffpulvern weniger zur Feuchtigkeitsadsorption neigen und unter atmosphärischen Bedingungen relativ stabil (inert) sind, innig miteinander verbunden sind. Vorliegend beschriebene Verbundmaterialien können zusätzlichen Schutz gegenüber Luft und Feuchtigkeit bieten, der mittels separater Pulver von Metall und Flussmittel (als pulverförmige Mischungen oder verschiedene Polymerschichten) nicht erreicht werden kann, da die Verbundmaterialien eine physikalische oder chemische Sperre enthalten, die der Adsorption (und Permeation) von Atmosphärenstoffen widersteht.It is suggested that the problems associated with air and moisture can be alleviated by using novel composite materials containing a metal and a flux composition. Such composites are expected to be effective in reducing moisture content and avoiding unwanted reactions with air because the metal material and flux composition in solid, particulate forms, which are less susceptible to moisture adsorption compared to conventional metallic filler powders, are relatively stable (inert) under atmospheric conditions ) are intimately connected. Composite materials described herein may provide additional protection against air and moisture which can not be achieved by means of separate powders of metal and flux (as powdered mixtures or various polymer layers) since the composite materials contain a physical or chemical barrier to adsorption (and permeation). withstands atmospheric substances.
Die metallische Schicht
Die metallische Schicht
Die metallische Schicht
Wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird, umfasst der Flussmittel enthaltende Kern
Bei manchen Ausführungsformen kann das Verbundmaterial
Es wird erwartet, dass Verbundmaterialien, wie zum Beispiel Verbundmaterial
Mit Metall beschichtete Verbundmaterialien, wie die Ausführungsform von
Bei einigen nicht einschränkenden Prozessen kann anfänglich ein Flussmittel enthaltendes Partikulat hergestellt werden durch Agglomerieren von einzelnen Teilchen, die eine Flussmittelzusammensetzung enthalten, mittels organischer oder anorganischer Bindemittel, und durch Mahlen der resultierenden Agglomeration unter Ausbildung einer Flussmittel-Bindemittel-Mischung, die dann unter Ausbildung von Flussmittel enthaltenden Teilchen ausgehärtet wird. Die Flussmittel enthaltenden Teilchen können dann auf eine gewünschte Teilchengröße, einen Größenbereich oder eine Geometrie, die bzw. der für eine jeweilige Anwendung benötigt ist, gesiebt werden. Nach der Größenordnung von Flussmittel enthaltenden Teilchen wird eine Metallzusammensetzung darauf abgeschieden, um beschichtete Verbundmaterialien wie das Verbundmaterial
Beispielsweise können die Flussmittel enthaltenden Teilchen mittels hydrometallurgischer Bearbeitung mit Nickel ummantelt werden, wobei sich gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck durch Reduzierung mit Wasserstoff ein gelöster Nickelkomplex auf den Flussmittel enthaltenden Teilchen niederschlägt. Nachdem sich der Nickel auf die Flussmittel enthaltenden Teilchen niederschlägt, können die resultierenden mit Metall beschichteten Verbundteilchen gewaschen und getrocknet werden. Zusätzliche Metallbeschichtung und/oder Legierungsbildung kann auch auftreten, um mittels Prozessen wie chemischer Gasphasenabscheidung (CVD – Chemical Vapor Deposition) mehrschichtige oder abgestufte Beschichtungen zu erzeugen oder die Zusammensetzung der metallischen Schicht zu modifizieren.For example, the flux-containing particles can be coated with nickel by means of hydrometallurgical processing, whereupon, at elevated temperature and elevated pressure, by reduction with hydrogen, a dissolved nickel complex precipitates on the flux-containing particles. After the nickel precipitates on the flux-containing particles, the resulting metal-coated composite particles may be washed and dried. Additional metal plating and / or alloying may also occur to produce multilayer or graded coatings or to modify the composition of the metallic layer by processes such as chemical vapor deposition (CVD).
Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD – Physical Vapor Deposition) kann auch zur Ausbildung von mit Metall beschichteten Verbundmaterialien wie dem Verbundmaterial
Stromlose Galvanisierung kann auch dazu verwendet werden, mit Metall beschichtete Verbundmaterialien wie das Verbundmaterial
Mit Metall beschichtete Verbundmaterialien wie das Verbundteilchen
Das Metall oder die Legierung
Wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird, umfasst die Flussmittelzusammensetung
Es wird erwartet, dass verschmolzene Verbundmaterialien, wie zum Beispiel das Verbundmaterial
Verschmolzene Verbundmaterialien, wie die Ausführungsform von
Verschmolzene Verbundmaterialien, wie das Verbundteilchen
Sowohl mit Metall beschichtete wie auch verschmolzene Verbundteilchen
Die beschichteten und verschmolzenen Verbundmaterialien, die oben beschrieben werden und in
Der Begriff „Energiestrahl” wird vorliegend in einem allgemeinen Sinn verwendet, um einen relativ schmalen, sich fortpflanzenden Strom von Teilchen oder Energiepaketen zu beschreiben. Ein Energiestrahl
Bei manchen Ausführungsformen ist der Energiestrahl
Die Tiefe der Schmelze
Wenn das Substrat
Bei anderen Ausführungsformen zur Massivherstellung von Metallen oder Reparatur von hohlen Komponenten kann das Substrat
Bei einigen Ausführungsformen kann das Haften der Verbundteilchen an der Oberfläche des Substrats
Wie oben erklärt und beschrieben enthalten die Verbundmaterialien
Zuerst können die Flussmittelzusammensetzung und die resultierende Schlackenschicht
Zweitens kann die Schlackenschicht
Drittens kann die Schlackenschicht
Viertens können die Flussmittelzusammensetzung und die Schlackenschicht
Fünftens können die Flussmittelzusammensetzung und die Schlackenschicht
Die Form des Verbundmaterials
Reduzieren der durchschnittlichen Teilchengröße der Verbundmaterialien
Zusätzlich kann die Flussmittelzusammensetzung so formuliert sein, dass sie einen Verlust von verflüchtigten oder reagierten Elementen beim Bearbeiten kompensiert oder aktiv Elemente zur schmelzbearbeiteten Schicht
In Verbundmaterialien der vorliegenden Offenbarung enthaltene Flussmittelzusammensetzungen können ein oder mehrere anorganische Verbindungen enthalten, die ausgewählt sind aus Metalloxiden, Metallhalogeniden, Metalloxometallaten und Metallcarbonaten. Derartige Verbindungen können als (i) lichtdurchlässige Mittel; (ii) Viskosität-/Fluiditätsverbesserer; (iii) Abschirmstoffe; (iv) Scavenger; und/oder (v) Vectoring-Stoffe funktionieren.Flux compositions contained in composite materials of the present disclosure may contain one or more inorganic compounds selected from metal oxides, metal halides, metal oxometallates, and metal carbonates. Such compounds may be as (i) translucent agents; (ii) viscosity / fluidity improver; (iii) shielding materials; (iv) scavenger; and / or (v) vectoring substances work.
Zu geeigneten Metalloxiden gehören Verbindungen wie Li2O, BeO, B2O3, B6O, MgO, Al2O3, SiO2, CaO, Sc2O3, TiO, TiO2, Ti2O3, VO, V2O3, V2O4, V2O5, Cr2O3, CrO3, MnO, MnO2, Mn2O3, Mn3O4, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, CO3O4, NiO, Ni2O3, Cu2O, CuO, ZnO, Ga2O3, GeO2, As2O3, Rb2O, SrO, Y2O3, ZrO2, NiO, NiO2, Ni2O5, MoO3, MoO2, RuO2, Rh2O3, RhO2, PdO, Ag2O, CdO, In2O3, SnO, SnO2, Sb2O3, TeO2, TeO3, Cs2O, BaO, HfO2, Ta2O5, WO2, WO3, ReO3, Re2O7, PtO2, Au2O3, La2O3, CeO2, Ce2O3 und Mischungen davon, um nur einige zu nennen.Suitable metal oxides include compounds such as Li 2 O, BeO, B 2 O 3 , B 6 O, MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO, Sc 2 O 3 , TiO, TiO 2 , Ti 2 O 3 , VO, V 2 O 3 , V 2 O 4 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , CrO 3 , MnO, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CoO, CO 3 O 4 , NiO, Ni 2 O 3 , Cu 2 O, CuO, ZnO, Ga 2 O 3 , GeO 2 , As 2 O 3 , Rb 2 O, SrO, Y 2 O 3 , ZrO 2 , NiO , NiO 2 , Ni 2 O 5 , MoO 3 , MoO 2 , RuO 2 , Rh 2 O 3 , RhO 2 , PdO, Ag 2 O, CdO, In 2 O 3 , SnO, SnO 2 , Sb 2 O 3 , TeO 2 , TeO 3 , Cs 2 O, BaO, HfO 2 , Ta 2 O 5 , WO 2 , WO 3 , ReO 3 , Re 2 O 7 , PtO 2 , Au 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Ce 2 O 3 and mixtures thereof, to name but a few.
Zu geeigneten Metallhalogenide gehören Verbindungen wie LiF, LiCl, LiBr, LiI, Li2NiBr4, Li2CuCl4, LiAsF6, LiPF6, LiAlCl4, LiGaCl4, Li2PdCl4, NaF, NaCl, NaBr, Na3AlF6, NaSbF6, NaAsF6, NaAuBr4, NaAlCl4, Na2PdCl4, Na2PtCl4, MgF2, MgCl2, MgBr2, AlF3, KCl, KF, KBr, K2RuCl5, K2IrCl6, K2PtCl6, K2PtCl6, K2ReCl6, K3RhCl6, KSbF6, KAsF6, K2NiF6, K2TiF6, K2ZrF6, K2PtI6, KAuBr4, K2PdBT4, K2PdCl4, CaF2, CaF, CaBr2, CaCl2, CaI2, ScBr3, ScCl3, ScF3, SCl3, TiF3, VCl2, VCl3, CrCl3, CrBr3, CrCl2, CrF2, MnCl2, MnBr2, MnF2, MnF3, MnI2, FeBr2, FeBr3, FeCl2, FeCl3, FeI2, CoBr2, CoCl2, CoF3, CoF2, CoI2, NiBr2, NiCl2, NiF2, NiI2, CuBr, CuBr2, CuCl, CuCl2, CuF2, CuI, ZnF2, ZnBT2, ZnCl2, ZnI2, GaBr3, Ga2Cl4, GaCl3, GaF3, GaI3, GaBr2, GeBr2, GeI2, GeI4, RbBr, RbCl, RbF, RbI, SrBr2, SrCl2, SrF2, SrI2, YCl3, YF3, YI3, YBr3, ZrBr4, ZrCl4, ZrI2, YBr, ZrBr4, ZrCl4, ZrF4, ZrI4, NbCl5, NbF5, MoCl3, MoCl5, RuI3, RhCl3, PdBr2, PdCl2, PdI2, AgCl, AgF, AgF2, AgSbF6, AgI, CdBr2, CdCl2, CdI2, InBr, InBr3, InCl, InCl2, InCl3, InF3, InI, InI3, SnBr2, SnCl2, SnI2, SnI4, SnCl3, SbF3, SbI3, CsBr, CsCl, CsF, CsI, BaCl2, BaF2, BaI2, BaCoF4, BaNiF4, HfCl4, HfF4, TaCl5, TaF5, WCl4, WCl6, ReCl3, ReCl5, IrCl3, PtBr2, PtCl2, AuBr3, AuCl, AuCl3, AuI, KAuCl4, LaBr3, LaCl3, LaF3, LaI3, CeBr3, CeCl3, CeF3, CeF4, CeI3 und Mischungen davon, um nur einige zu nennen.Suitable metal halides include compounds such as LiF, LiCl, LiBr, LiI, Li 2 NiBr 4 , Li 2 CuCl 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , Li 2 PdCl 4 , NaF, NaCl, NaBr, Na 3 AlF 6 , NaSbF 6 , NaAsF 6 , NaAuBr 4 , NaAlCl 4 , Na 2 PdCl 4 , Na 2 PtCl 4 , MgF 2 , MgCl 2 , MgBr 2 , AlF 3 , KCl, KF, KBr, K 2 RuCl 5 , K 2 IrCl 6 , K 2 PtCl 6 , K 2 PtCl 6 , K 2 ReCl 6 , K 3 RhCl 6 , KSbF 6 , KAsF 6 , K 2 NiF 6 , K 2 TiF 6 , K 2 ZrF 6 , K 2 PtI 6 , KAuBr 4 , K 2 PdBT 4 , K 2 PdCl 4 , CaF 2 , CaF, CaBr 2 , CaCl 2 , CaI 2 , ScBr 3 , ScCl 3 , ScF 3 , SCl 3 , TiF 3 , VCl 2 , VCl 3 , CrCl 3 , CrBr 3 , CrCl 2 , CrF 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , MnF 2 , MnF 3 , MnI 2 , FeBr 2 , FeBr 3 , FeCl 2 , FeCl 3 , FeI 2 , CoBr 2 , CoCl 2 , CoF 3 , CoF 2 , CoI 2 , NiBr 2 , NiCl 2 , NiF 2 , NiI 2 , CuBr, CuBr 2 , CuCl, CuCl 2 , CuF 2 , CuI, ZnF 2 , ZnBT 2 , ZnCl 2 , ZnI 2 , GaBr 3 , Ga 2 Cl 4 , GaCl 3 , GaF 3 , GaI 3 , GaBr 2 , GeBr 2 , GeI 2 , GeI 4 , RbBr, RbCl, RbF, RbI, SrBr 2 , SrCl 2 , SrF 2 , SrI 2 , YCl 3 , YF 3 , YI 3 , YBr 3 , ZrBr 4 , ZrCl 4 , ZrI 2 , YBr, ZrBr 4 , ZrCl 4 , ZrF 4 , ZrI 4 , NbCl 5 , NbF 5 , MoCl 3 , MoCl 5 , RuI 3 , RhCl 3 , PdBr 2 , PdCl 2 , PdI 2 , AgCl, AgF, AgF 2 , AgSbF 6 , AgI, CdBr 2 , CdCl 2 , CdI 2 , InBr, InBr 3 , InCl, InCl 2 , InCl 3 , InF 3 , InI, InI 3 , SnBr 2 , SnCl 2 , SnI 2 , SnI 4 , SnCl 3 , SbF 3 , SbI 3 , CsBr, CsCl, CsF, CsI, BaCl 2 , BaF 2 , BaI 2 , BaCoF 4 , BaNiF 4 , HfCl 4 , HfF 4 , TaCl 5 , TaF 5 , WCl 4 , WCl 6 , ReCl 3 , ReCl 5 , IrCl 3 , PtBr 2 , PtCl 2 , AuBr 3 , AuCl, AuCl 3 , AuI, KAuCl 4 , LaBr 3 , LaCl 3 , LaF 3 , LaI 3 , CeBr 3 , CeCl 3 , CeF 3 , CeF 4 , CeI 3 and mixtures thereof, to name but a few.
Zu geeigneten Oxometallate gehören Verbindungen wie LiIO3, Li6O2, Li2SiO3, LiClO4, Na2B4O7, NaBO3, Na2SiO3, NaVO3, Na2MoO4, Na2SeO4, Na2SeO3, Na2TeO3, K2SiO3, K2CrO4, K2Cr2O7, CaSiO3, BaMnO4 und Mischungen davon, um nur einige zu nennen.Suitable oxometalates include compounds such as LiIO 3 , Li 6 O 2 , Li 2 SiO 3 , LiClO 4 , Na 2 B 4 O 7 , NaBO 3 , Na 2 SiO 3 , NaVO 3 , Na 2 MoO 4 , Na 2 SeO 4 , Na 2 SeO 3 , Na 2 TeO 3 , K 2 SiO 3 , K 2 CrO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , CaSiO 3 , BaMnO 4 and mixtures thereof, to name but a few.
Zu geeigneten Metallcarbonate gehören Verbindungen wie Li2CO3, Na2CO3, NaHCO3, MgCO3, K2CO3, CaCO3, CT2(CO3)3, MnCO3, CoCO3, NiCO3, CuCO3, Rb2CO3, SrCO3, Y2(CO3)3, Ag2CO3, CdCO3, In2(CO3)3, Sb2(CO3)3, C2CO3, BaCO3, La2(CO3)3, Ce2(CO3)3, NaAl(CO3)(OH)2 und Mischungen davon, um nur einige zu nennen.Suitable metal carbonates include compounds such as Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , MgCO 3 , K 2 CO 3 , CaCO 3 , CT 2 (CO 3 ) 3 , MnCO 3 , CoCO 3 , NiCO 3 , CuCO 3 , Rb 2 CO 3 , SrCO 3 , Y 2 (CO 3 ) 3 , Ag 2 CO 3 , CdCO 3 , In 2 (CO 3 ) 3 , Sb 2 (CO 3 ) 3 , C 2 CO 3 , BaCO 3 , La 2 (CO 3 ) 3 , Ce 2 (CO 3 ) 3 , NaAl (CO 3 ) (OH) 2, and mixtures thereof, to name but a few.
Zu lichtdurchlässigen Mitteln gehören Metalloxide, Metallsalze und Metall silicate wie Aluminiumoxid (Al2O3), Kieselgel (SiO2), Zirconiumoxid (ZrO2), Natriumsilicat (Na2SiO3), Kaliumsilicat (K2SiO3) und andere Verbindungen, die dazu in der Lage sind, Laser Energie optisch durchzulassen (zum Beispiel wie durch Nd:YAG-, CO2- und Yt-Faser-Laser generiert).Translucent agents include metal oxides, metal salts and metal silicates such as alumina (Al 2 O 3 ), silica gel (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), sodium silicate (Na 2 SiO 3 ), potassium silicate (K 2 SiO 3 ), and other compounds. which are capable of optically transmitting laser energy (for example as generated by Nd: YAG, CO 2 and Yt fiber lasers).
Zu Viskosität/Fluiditätsverbesserern zählen Metallfluoride wie Calciumfluorid (CaF2), Cryolit (Na3AlF6) und andere Mittel, die bekanntlich die Viskosität und Fluidität verbessern (z. B. reduzierte Viskosität mit CaO, MgO, Na2O, K2O und Erhöhen der Viskosität mit Al2O3 und TiO2) bei Schweißanwendungen.Viscosity / fluidity improvers include metal fluorides such as calcium fluoride (CaF 2 ), cryolite (Na 3 AlF 6 ) and other agents known to improve viscosity and fluidity (e.g., reduced viscosity with CaO, MgO, Na 2 O, K 2 O and increasing viscosity with Al 2 O 3 and TiO 2 ) in welding applications.
Zu Abschirmungsmitteln gehören Metallcarbonate wie Calciumcarbonat (CaCO3), Aluminiumcarbonat (Al2(CO3)3), Dawsonit (NaAl(CO3)(OH)2), Dolomit (CaMg(CO3)2), Magnesiumcarbonat (MgCO3), Mangancarbonat (MnCO3), Kobaltcarbonat (CoCO3), Nickelcarbonat (NiCO3), Lanthancarbonat (La2(CO3)3) und andere Mittel, die bekanntlich Schutz- und/oder Reduktionsgase (z. B. CO, CO2, H2) bilden.Shielding agents include metal carbonates such as calcium carbonate (CaCO 3 ), aluminum carbonate (Al 2 (CO 3 ) 3 ), dawsonite (NaAl (CO 3 ) (OH) 2 ), dolomite (CaMg (CO 3 ) 2 ), magnesium carbonate (MgCO 3 ). , Manganese carbonate (MnCO 3 ), cobalt carbonate (CoCO 3 ), nickel carbonate (NiCO 3 ), lanthanum carbonate (La 2 (CO 3 ) 3 ) and other agents known to be protective and / or reducing gases (e.g., CO, CO 2 , H 2 ) form.
Zu Scavengern gehören Metalloxide und -fluoride wie Calciumoxid (CaO), Calciumflluorid (CaF2), Eisenoxid (FeO), Magnesiumoxid (MgO), Manganoxide (MnO, MnO2), Niobiumoxide (NbO, NbO2, Nb2O5), Titanoxid (TiO2), Zirconiumoxid (ZrO2) und andere Mittel, die bekanntlich unter Ausbildung von Nebenprodukten mit niedriger Dichte, von denen erwartet wird, dass sie in eine resultierende Schlackenschicht
Zu Vectoring-Stoffen gehören Titan, Zirconium, Bor und Aluminium enthaltende Verbindungen und Materialien wie Titanlegierungen (Ti), Titanoxid (TiO2), Titanit (CaTiSiO5), Aluminiumlegierungen (Al), Aluminiumcarbonat (Al2(CO3)3), Dawsonit (NaAl(CO3)(CH)2), Boratmineralien (z. B. Kernit, Borax, Ulexit, Colemanit), Nickeltitanlegierungen (z. B. Nitinol), Niobiumoxide (NbO, NbO2, Nb2O5) und andere Metall enthaltende Verbindungen und Materialien, die zum Ergänzen von geschmolzenen Legierungen mit Elementen verwendet werden.Vectoring materials include titanium, zirconium, boron and aluminum-containing compounds and materials such as titanium alloys (Ti), titanium oxide (TiO 2 ), titanite (CaTiSiO 5 ), aluminum alloys (Al), aluminum carbonate (Al 2 (CO 3 ) 3 ), Dawsonit (NaAl (CO 3 ) (CH) 2 ), borate minerals (eg, kernite, borax, uxlex, colemanite), nickel titanium alloys (eg, nitinol), niobium oxides (NbO, NbO 2 , Nb 2 O 5 ), and others Metal-containing compounds and materials used to supplement molten alloys with elements.
Bei manchen Ausführungsformen kann die Flussmittelzusammensetzung außerdem bestimmte organische Flussmittel enthalten. Beispiele für organische Verbindungen, die Verflüssigungscharakteristika aufweisen, sind unter anderem hochmolekulare Kohlenwasserstoffe (z. B. Bienenwachs, Paraffin), Kohlenhydrate (z. B. Cellulose), natürliche und synthetische Öle (z. B. Palmöl), organische Reduktionsmittel (z. B. Kohle, Koks), Carbonsäuren und Dicarbonsäuren (z. B. Abietinsäure, Isopimarsäure, Neoabietinsäure, Dehydroabietinsäure, Kolophonium), Carbonsäuresalze (z. B. Kolophoniumsalze), Carbonsäurederivate (z. B. Dehydroabietylamin), Amine (z. B. Triethanolamin), Alkohole (z. B. hohe Polyglykole, Glycerine), Natur- und Kunstharze (z. B. Polyolester von Fettsäuren), Mischungen derartiger Verbindungen und andere organische Verbindungen.In some embodiments, the flux composition may also contain certain organic fluxes. Examples of organic compounds having liquefaction characteristics include high molecular weight hydrocarbons (e.g., beeswax, paraffin), carbohydrates (e.g., cellulose), natural and synthetic oils (e.g., palm oil), organic reducing agents (e.g. Coal, coke), carboxylic acids and dicarboxylic acids (e.g., abietic acid, isopimaric acid, neoabietic acid, dehydroabietic acid, rosin), carboxylic acid salts (e.g., rosin salts), carboxylic acid derivatives (e.g., dehydroabietylamine), amines (e.g. Triethanolamine), alcohols (eg, high polyglycols, glycerols), natural and synthetic resins (eg, polyol esters of fatty acids), mixtures of such compounds, and other organic compounds.
Bei einigen Ausführungsformen beinhalten Flussmittelzusammensetzungen:
5–60 Gew.-% Metalloxid(e);
10–70 Gew.-% Metallfluorid(e);
5–40 Gew.-% Metallsilicat(e); und
0–40 Gew.-% Metallcarbonat(e),
basierend auf einem Gesamtgewicht der Flussmittelzusammensetzung.In some embodiments, flux compositions include:
5-60% by weight of metal oxide (s);
10-70% by weight of metal fluoride (s);
5-40% by weight of metal silicate (s); and
0-40% by weight of metal carbonate (s),
based on a total weight of the flux composition.
Bei manchen Ausführungsformen beinhalten Flussmittelzusammensetzungen:
5–40 Gew.-% Al2O3, SiO2, und/oder ZrO2;
10–50 Gew.-% Metallfluorid(e);
5–40 Gew.-% Metallsilicat(e);
0–40 Gew.-% Metallcarbonat(e); und
15–30 Gew.-% andere(s) Metalloxid(e),
basierend auf einem Gesamtgewicht der Flussmittelzusammensetzung.In some embodiments, flux compositions include:
5-40 wt.% Al 2 O 3 , SiO 2 , and / or ZrO 2 ;
10-50% by weight of metal fluoride (s);
5-40% by weight of metal silicate (s);
0-40% by weight of metal carbonate (s); and
15-30% by weight of other metal oxide (s),
based on a total weight of the flux composition.
Bei manchen Ausführungsformen beinhalten Flussmittelzusammensetzungen:
5–60 Gew.-% Al2O3, SiO2, Na2SiO3 und/oder K2SiO3;
10–50 Gew.-% CaF2, Na3AlF6, Na2O und/oder K2O;
1–30 Gew.-% CaCO3, Al2(CO3)3, NaAl(CO3)(OH)2, CaMg(CO3)2, MgCO3, MnCO3, CoCO3, NiCO3 und/oder La2(CO3)3;
15–30 Gew.-% CaO, MgO, MnO, ZrO2 und/oder TiO2; und
0–5 Gew.-% eines Ti-Metalls, eines Al-Metalls und/oder CaTiSiO5,
basierend auf einem Gesamtgewicht der Flussmittelzusammensetzung.In some embodiments, flux compositions include:
5-60 wt.% Al 2 O 3 , SiO 2 , Na 2 SiO 3 and / or K 2 SiO 3 ;
10-50% by weight of CaF 2 , Na 3 AlF 6 , Na 2 O and / or K 2 O;
1-30 wt.% CaCO 3 , Al 2 (CO 3 ) 3 , NaAl (CO 3 ) (OH) 2 , CaMg (CO 3 ) 2 , MgCO 3 , MnCO 3 , CoCO 3 , NiCO 3 and / or La 2 (CO 3 ) 3 ;
15-30% by weight of CaO, MgO, MnO, ZrO 2 and / or TiO 2 ; and
0-5 wt .-% of a Ti metal, an Al metal and / or CaTiSiO 5 ,
based on a total weight of the flux composition.
Bei manchen Ausführungsformen beinhalten die Flussmittelzusammensetzungen:
5–40 Gew.-% Al2O3;
10–50 Gew.-% CaF2;
5–30 Gew.-% SiO2;
1–30 Gew.-% CaCO3, MgCO3 und/oder MnCO3;
15–30 Gew.-% CaO, MgO, MnO, ZTO2 und/oder TiO2; und
0–5 Gew.-% Ti, Al, CaTiSiO5, Al2(CO3)3 und/oder NaAl(CO3)(OH)2,
basierend auf einem Gesamtgewicht der Flussmittelzusammensetzung.In some embodiments, the flux compositions include:
5-40 wt.% Al 2 O 3 ;
10-50% by weight of CaF 2 ;
5-30% by weight of SiO 2 ;
1-30% by weight of CaCO 3 , MgCO 3 and / or MnCO 3 ;
15-30% by weight of CaO, MgO, MnO, ZTO 2 and / or TiO 2 ; and
0-5% by weight of Ti, Al, CaTiSiO 5 , Al 2 (CO 3 ) 3 and / or NaAl (CO 3 ) (OH) 2 ,
based on a total weight of the flux composition.
Bei manchen Ausführungsformen enthält die Flussmittelzusammensetzung mindestens zwei Verbindungen ausgewählt aus einem Metalloxid, einem Metallhalogenid, einem Oxometallat und einem Metallcarbonat. Bei anderen Ausführungsformen enthält die Flussmittelzusammensetzung mindestens drei von einem Metalloxid, einem Metallhalogenid, einem Oxometallat und einem Metallcarbonat. Bei noch anderen Ausführungsformen kann die Flussmittelzusammensetzung ein Metalloxid, ein Metallhalogenid, ein Oxometallat und ein Metallcarbonat enthalten.In some embodiments, the flux composition contains at least two compounds selected from a metal oxide, a metal halide, an oxometalate, and a metal carbonate. In other embodiments, the flux composition contains at least three of a metal oxide, a metal halide, an oxometalate, and a metal carbonate. In yet other embodiments, the flux composition may include a metal oxide, a metal halide, an oxometalate, and a metal carbonate.
Die Viskosität der geschmolzenen Schlacke kann erhöht werden durch die Anwesenheit mindestens eines Metalloxids mit hohem Schmelzpunkt, das als Verdickungsmittel wirken kann. Somit ist bei manchen Ausführungsformen die Flussmittelzusammensetzung so formuliert, dass sie mindestens ein Metalloxid mit hohem Schmelzpunkt beinhaltet. Beispiele für Metalloxide mit hohem Schmelzpunkt sind unter anderem Metalloxide mit einem Schmelzpunkt von über 2000°C – wie zum Beispiel Sc2O3, Cr2O3, Y2O3, ZrO2, HfO2, La2O3, Ce2O3, Al2O3 und CeO2.The viscosity of the molten slag can be increased by the presence of at least one high melting point metal oxide which can act as a thickening agent. Thus, in some embodiments, the flux composition is formulated to include at least one high melting point metal oxide. Examples of high melting point metal oxides include metal oxides having a melting point above 2000 ° C - such as Sc 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , La 2 O 3 , Ce 2 O 3 , Al 2 O 3 and CeO 2 .
Bei manchen Ausführungsformen beinhalten die Flussmittelzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung Zirkonoxid (ZrO2) und mindestens ein Metallsilicat, Metallfluorid, Metallcarbonat, Metalloxid (anders als Zirkonoxid) oder Mischungen daraus. Bei derartigen Fällen ist der Gehalt von Zirkonoxid oft höher als ungefähr 7,5 Gew.-% und oft weniger als ungefähr 25 Gew.-%. In anderen Fällen ist der Gehalt von Zirkonoxid mehr als über 10 Gew.-% und weniger als 20 Gew.-%. In noch anderen Fällen ist der Gehalt von Zirkonoxid mehr als ungefähr 3,5 Gew.-% und weniger als ungefähr 15 Gew.-%. In noch anderen Fällen liegt der Gehalt von Zirkonoxid zwischen ungefähr 8 Gew.-% und ungefähr 12 Gew.-%.In some embodiments, the flux compositions of the present disclosure include zirconia (ZrO 2 ) and at least one metal silicate, metal fluoride, metal carbonate, metal oxide (other than zirconia) or mixtures thereof. In such cases, the content of zirconia is often higher than about 7.5% by weight and often less than about 25% by weight. In other cases, the content of zirconia is more than over 10% by weight and less than 20% by weight. In still other cases, the content of zirconia is greater than about 3.5% by weight and less than about 15% by weight. In still other cases, the content of zirconia is between about 8% by weight and about 12% by weight.
Bei manchen Ausführungsformen beinhalten die Flussmittelzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung ein Metallcarbid und mindestens ein Metalloxid, Metallsilicat, Metallfluorid, Metallcarbonat oder Mischungen daraus. In derartigen Fällen ist der Gehalt an Metallcarbid weniger als ungefähr 10 Gew.-%. In anderen Fällen ist der Gehalt des Metallcarbids gleich oder größer als ungefähr 0,001 Gew.-% und weniger als ungefähr 5 Gew.-%. Bei noch anderen Fällen ist der Gehalt des Metallcarbids größer als ungefähr 0,01 Gew.-% und kleiner als ungefähr 2 Gew.-%. In noch anderen Fällen liegt der Gehalt des Metallcarbids zwischen ungefähr 0,001% und ungefähr 3 Gew.-%.In some embodiments, the flux compositions of the present disclosure include a metal carbide and at least one metal oxide, metal silicate, metal fluoride, metal carbonate, or mixtures thereof. In such cases, the content of metal carbide is less than about 10% by weight. In other cases, the salary is of the metal carbide is equal to or greater than about 0.001% by weight and less than about 5% by weight. In still other cases, the content of the metal carbide is greater than about 0.01 weight percent and less than about 2 weight percent. In still other cases, the content of the metal carbide is between about 0.001% and about 3% by weight.
Bei manchen Ausführungsformen beinhalten die Flussmittelzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung mindestens zwei Metallcarbonate und mindestens ein Metalloxid, Metallsilicat, Metallfluorid oder Mischungen daraus. Zum Beispiel beinhalten bei einigen Fällen die Flussmittelzusammensetzungen Calciumcarbonat (für Phosphorsteuerung) und Magnesiumcarbonat und/oder Mangancarbonat (für Schwefelsteuerung). In anderen Fällen beinhalten die Flussmittelzusammensetzungen Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat und Mangancarbonat. Manche Flussmittelzusammensetzungen umfassen eine ternäre Mischung aus Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat und Mangancarbonat, so dass ein Anteil der ternären Mischung gleich oder kleiner als 30 Gew.-% relativ zu einem Gesamtgewicht des Flussmittelmaterials ist. Eine Kombination derartiger Carbonate (binär oder ternär) ist günstig bei am effektivsten spülenden mehrfachen Begleitelementen.In some embodiments, the flux compositions of the present disclosure include at least two metal carbonates and at least one metal oxide, metal silicate, metal fluoride, or mixtures thereof. For example, in some instances, the flux compositions include calcium carbonate (for phosphorus control) and magnesium carbonate and / or manganese carbonate (for sulfur control). In other cases, the flux compositions include calcium carbonate, magnesium carbonate and manganese carbonate. Some flux compositions comprise a ternary mixture of calcium carbonate, magnesium carbonate and manganese carbonate such that a proportion of the ternary mixture is equal to or less than 30% by weight relative to a total weight of the flux material. A combination of such carbonates (binary or ternary) is beneficial with the most effective rinsing multiple accompanying elements.
Alle oben erwähnten Gewichtsprozentangaben basieren auf einem Gesamtgewicht des Flussmittelmaterials von 100%.All weight percentages mentioned above are based on a total flux content of 100%.
Im Handel erhältliche Flussmittel können auch zur Bildung von Verbundmaterialien der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Zu Beispielen gehören Flussmittelmaterialien, die unter den Namen Lincolnweld P2007, Bohler Soudokay NiCrW-412, ESAB OK 10.16 und 10.90, Special Metals NT100, Oerlikon OP76, Bavaria WP 380, Sandvik 50SW, 59S oder SAS1 und Avesta 805 vertrieben werden. Vor Gebrauch können derartige im Handel erhältliche Flussmittel zu einem kleineren Teilchengrößenbereich gemahlen werden.Commercially available fluxes may also be used to form composite materials of the present disclosure. Examples include flux materials sold under the names Lincolnweld P2007, Bohler Soudokay NiCrW-412, ESAB OK 10.16 and 10.90, Special Metals NT100, Oerlikon OP76, Bavaria WP 380, Sandvik 50SW, 59S or SAS1, and Avesta 805. Prior to use, such commercially available fluxes may be milled to a smaller particle size range.
Ausführungsformen:Embodiments:
- 1. Verbundmaterial, umfassend eine Metalllegierung und eine Flussmittelzusammensetzung, wobei ein Volumenverhältnis der Flussmittelzusammensetzung zur Metalllegierung im Bereich von ungefähr 30:70 bis ungefähr 70:30 liegt.A composite material comprising a metal alloy and a flux composition, wherein a volume ratio of the flux composition to the metal alloy is in the range of about 30:70 to about 70:30.
- 2. Verbundmaterial nach Ausführungsform 1, wobei die Metalllegierung eine Superlegierung ist.2. Composite material according to embodiment 1, wherein the metal alloy is a superalloy.
- 3. Verbundmaterial nach Ausführungsform 1, wobei die Flussmittelzusammensetzung ein Metalloxid und mindestens eines ausgewählt von der Gruppe bestehend aus einem Metallhalogenid, einem Metalloxometallat und einem Metallcarbonat umfasst.3. The composite material of embodiment 1, wherein the flux composition comprises a metal oxide and at least one selected from the group consisting of a metal halide, a metal oxometalate and a metal carbonate.
- 4. Verbundmaterial nach Ausführungsform 1, wobei die Flussmittelzusammensetzung Folgendes umfasst: ein Metalloxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Li2O, BeO, B2O3, B6O, MgO, Al2O3, SiO2, CaO, Sc2O3, TiO, TiO2, Ti2O3, VO, V2O3, V2O4, V2O5, Cr2O3, CrO3, MnO, MnO2, Mn2O3, Mn3O4, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, CO3O4, NiO, Ni2O3, Cu2O, CuO, ZnO, Ga2O3, GeO2, As2O3, Rb2O, SrO, Y2O3, ZrO2, NiO, NiO2, Ni2O5, MoO3, MoO2, RuO2, Rh2O3, RhO2, PdO, Ag2O, CdO, In2O3, SnO, SnO2, Sb2O3, TeO2, TeO3, Cs2O, BaO, HfO2, Ta2O5, WO2, WO3, ReO3, Re2O7, PtO2, Au2O3, La2O3, CeO2, Ce2O3, und Mischungen davon; und mindestens eines von: (i) einem Metallhalogenid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus LiF, LiCl, LiBr, LiI, Li2NiBr4, Li2CuCl4, LiAsF6, LiPF6, LiAlCl4, LiGaCl4, Li2PdCl4, NaF, NaCl, NaBr, Na3AlF6, NaSbF6, NaAsF6, NaAuBr4, NaAlCl4, Na2PdCl4, Na2PtCl4, MgF2, MgCl2, MgBr2, AlF3, KCl, KF, KBr, K2RuCl5, K2IrCl6, K2PtCl6, K2PtCl6, K2ReCl6, K3RhCl6, KSbF6, KAsF6, K2NiF6, K2TiF6, K2ZrF6, K2PtI6, KAuBr4, K2PdBT4, K2PdCl4, CaF2, CaF, CaBr2, CaCl2, CaI2, ScBr3, ScCl3, ScF3, SCl3, TiF3, VCl2, VCl3, CrCl3, CrBr3, CrCl2, CrF2, MnCl2, MnBr2, MnF2, MnF3, MnI2, FeBr2, FeBr3, FeCl2, FeCl3, FeI2, CoBr2, CoCl2, CoF3, CoF2, CoI2, NiBr2, NiCl2, NiF2, NiI2, CuBr, CuBr2, CuCl, CuCl2, CuF2, CuI, ZnF2, ZnBT2, ZnCl2, ZnI2, GaBr3, Ga2Cl4, GaCl3, GaF3, GaI3, GaBr2, GeBr2, GeI2, GeI4, RbBr, RbCl, RbF, RbI, SrBr2, SrCl2, SrF2, SrI2, YCl3, YF3, YI3, YBr3, ZrBr4, ZrCl4, ZrI2, YBr, ZrBr4, ZrCl4, ZrF4, ZrI4, NbCl5, NbF5, MoCl3, MoCl5, RuI3, RhCl3, PdBr2, PdCl2, PdI2, AgCl, AgF, AgF2, AgSbF6, AgI, CdBr2, CdCl2, CdI2, InBr, InBr3, InCl, InCl2, InCl3, InF3, InI, InI3, SnBr2, SnCl2, SnI2, SnI4, SnCl3, SbF3, SbI3, CsBr, CsCl, CsF, CsI, BaCl2, BaF2, BaI2, BaCoF4, BaNiF4, HfCl4, HfF4, TaCl5, TaF5, WCl4, WCl6, ReCl3, ReCl5, IrCl3, PtBr2, PtCl2, AuBr3, AuCl, AuCl3, AuI, KAuCl4, LaBr3, LaCl3, LaF3, LaI3, CeBr3, CeCl3, CeF3, CeF4, CeI3 und Mischungen davon; (ii) einem Oxometallat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus LiIO3, Li6O2, Li2SiO3, LiClO4, Na2B4O7, NaBO3, Na2SiO3, NaVO3, Na2MoO4, Na2SeO4, Na2SeO3, Na2TeO3, K2SiO3, K2CrO4, K2Cr2O7, CaSiO3, BaMnO4 und Mischungen davon; und (iii) einem Metallcarbonat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Li2CO3, Na2CO3, NaHCO3, MgCO3, K2CO3, CaCO3, CT2(CO3)3, MnCO3, CoCO3, NiCO3, CuCO3, Rb2CO3, SrCO3, Y2(CO3)3, Ag2CO3, CdCO3, In2(CO3)3, Sb2(CO3)3, C2CO3, BaCO3, La2(CO3)3, Ce2(CO3)3, NaAl(CO3)(OH)2 und Mischungen davon.4. The composite material of embodiment 1, wherein the flux composition comprises: a metal oxide selected from the group consisting of Li 2 O, BeO, B 2 O 3 , B 6 O, MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO, Sc 2 O 3 , TiO, TiO 2 , Ti 2 O 3 , VO, V 2 O 3 , V 2 O 4 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , CrO 3 , MnO, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CoO, CO 3 O 4 , NiO, Ni 2 O 3 , Cu 2 O, CuO, ZnO, Ga 2 O 3 , GeO 2 , As 2 O 3 , Rb 2 O, SrO, Y 2 O 3 , ZrO 2 , NiO, NiO 2 , Ni 2 O 5 , MoO 3 , MoO 2 , RuO 2 , Rh 2 O 3 , RhO 2 , PdO, Ag 2 O, CdO, In 2 O 3 , SnO, SnO 2 , Sb 2 O 3 , TeO 2 , TeO 3 , Cs 2 O, BaO, HfO 2 , Ta 2 O 5 , WO 2 , WO 3 , ReO 3 , Re 2 O 7 , PtO 2 , Au 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Ce 2 O 3 , and mixtures thereof; and at least one of: (i) a metal halide selected from the group consisting of LiF, LiCl, LiBr, LiI, Li 2 NiBr 4 , Li 2 CuCl 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , Li 2 PdCl 4 , NaF, NaCl, NaBr, Na 3 AlF 6 , NaSbF 6 , NaAsF 6 , NaAuBr 4 , NaAlCl 4 , Na 2 PdCl 4 , Na 2 PtCl 4 , MgF 2 , MgCl 2 , MgBr 2 , AlF 3 , KCl, KF, KBr, K 2 RuCl 5 , K 2 IrCl 6 , K 2 PtCl 6 , K 2 PtCl 6 , K 2 ReCl 6 , K 3 RhCl 6 , KSbF 6 , KAsF 6 , K 2 NiF 6 , K 2 TiF 6 , K 2 ZrF 6 , K 2 PtI 6 , KAuBr 4 , K 2 PdBT 4 , K 2 PdCl 4 , CaF 2 , CaF, CaBr 2 , CaCl 2 , CaI 2 , ScBr 3 , ScCl 3 , ScF 3 , SCl 3 , TiF 3 , VCl 2 , VCl 3 , CrCl 3 , CrBr 3 , CrCl 2 , CrF 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , MnF 2 , MnF 3 , MnI 2 , FeBr 2 , FeBr 3 , FeCl 2 , FeCl 3 , FeI 2 , CoBr 2 , CoCl 2 , CoF 3 , CoF 2 , CoI 2 , NiBr 2 , NiCl 2 , NiF 2 , NiI 2 , CuBr, CuBr 2 , CuCl, CuCl 2 , CuF 2 , CuI, ZnF 2 , ZnBT 2 , ZnCl 2 , ZnI 2 , GaBr 3 , Ga 2 Cl 4 , GaCl 3 , GaF 3 , GaI 3 , GaBr 2 , GeBr 2 , GeI 2 , GeI 4 , RbBr, RbCl, RbF, RbI, S rBr 2 , SrCl 2 , SrF 2 , SrI 2 , YCl 3 , YF 3 , YI 3 , YBr 3 , ZrBr 4 , ZrCl 4 , ZrI 2 , YBr, ZrBr 4 , ZrCl 4 , ZrF 4 , ZrI 4 , NbCl 5 , NbF 5 , MoCl 3 , MoCl 5 , RuI 3 , RhCl 3 , PdBr 2 , PdCl 2 , PdI 2 , AgCl, AgF, AgF 2 , AgSbF 6 , AgI, CdBr 2 , CdCl 2 , CdI 2 , InBr, InBr 3 , InCl, InCl 2 , InCl 3 , InF 3 , InI, InI 3 , SnBr 2 , SnCl 2 , SnI 2 , SnI 4 , SnCl 3 , SbF 3 , SbI 3 , CsBr, CsCl, CsF, CsI, BaCl 2 , BaF 2 , BaI 2 , BaCoF 4 , BaNiF 4 , HfCl 4 , HfF 4 , TaCl 5 , TaF 5 , WCl 4 , WCl 6 , ReCl 3 , ReCl 5 , IrCl 3 , PtBr 2 , PtCl 2 , AuBr 3 , AuCl, AuCl 3 , AuI, KAuCl 4 , LaBr 3 , LaCl 3 , LaF 3 , LaI 3 , CeBr 3 , CeCl 3 , CeF 3 , CeF 4 , CeI 3 and mixtures thereof; (ii) an oxometalate selected from the group consisting of LiIO 3 , Li 6 O 2 , Li 2 SiO 3 , LiClO 4 , Na 2 B 4 O 7 , NaBO 3 , Na 2 SiO 3 , NaVO 3 , Na 2 MoO 4 , Na 2 SeO 4 , Na 2 SeO 3 , Na 2 TeO 3 , K 2 SiO 3 , K 2 CrO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , CaSiO 3 , BaMnO 4 and mixtures thereof; and (iii) a metal carbonate selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , MgCO 3 , K 2 CO 3 , CaCO 3 , CT 2 (CO 3 ) 3 , MnCO 3 , CoCO 3 , NiCO 3 , CuCO 3 , Rb 2 CO 3 , SrCO 3 , Y 2 (CO 3 ) 3 , Ag 2 CO 3 , CdCO 3 , In 2 (CO 3 ) 3 , Sb 2 (CO 3 ) 3 , C 2 CO 3 , BaCO 3 , La 2 (CO 3 ) 3 , Ce 2 (CO 3 ) 3 , NaAl (CO 3 ) (OH) 2, and mixtures thereof.
- 5. Verbundmaterial nach Ausführungsform 1, in Form von Teilchen, die einen Kern umfassen, der von einer metallischen Schicht umgeben ist, wobei: der Kern die Flussmittelzusammensetzung umfasst; und die metallische Schicht die Metalllegierung umfasst.5. Composite material according to embodiment 1, in the form of particles comprising a core, the surrounded by a metallic layer, wherein: the core comprises the flux composition; and the metallic layer comprises the metal alloy.
- 6. Verbundmaterial nach Ausführungsform 5, wobei die metallische Schicht mindestens eine Bedingung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Folgendem erfüllt: (i) die metallische Schicht ist eine Schicht abgestufter Zusammensetzung, (ii) die metallische Schicht liegt in Form von mehreren äquivalenten metallischen Schichten, die die Metalllegierung umfassen, vor, (iii) die metallische Schicht liegt in der Form von mehreren unterschiedlichen metallischen Schichten, die unterschiedliche metallische Zusammensetzungen enthalten, vor, und (iv) die metallische Schicht ist von mindestens einer Schutzschicht, die ein anorganisches Schutzmaterial umfasst, beschichtet.6. The composite material of Embodiment 5, wherein the metallic layer satisfies at least one condition selected from the group consisting of: (i) the metallic layer is a layer of graded composition, (ii) the metallic layer is in the form of several equivalent metallic layers comprising the metal alloy, (iii) the metallic layer is in the form of several different metallic layers containing different metallic compositions, and (iv) the metallic layer is coated by at least one protective layer comprising an inorganic protective material.
- 7. Verbundmaterial nach Ausführungsform 1, in Form eines verschmolzenen Materials, das die Metalllegierung und die Flussmittelzusammensetzung umfasst, wobei die Metalllegierung und die Flussmittelzusammensetzung innerhalb des verschmolzenen Materials zufällig verteilt und zufällig orientiert sind.7. A composite material according to embodiment 1, in the form of a fused material comprising the metal alloy and the flux composition, wherein the metal alloy and the flux composition are randomly distributed within the fused material and randomly oriented.
- 8. Verbundmaterial, umfassend eine Superlegierung und eine Flussmittelzusammensetzung.A composite material comprising a superalloy and a flux composition.
-
9. Verbundmaterial nach Ausführungsform 8, wobei ein Volumenverhältnis der Flussmittelzusammensetzung zur Superlegierung im Bereich von ungefähr 30:70 bis ungefähr 70:30 liegt.9. The composite material of
embodiment 8, wherein a volume ratio of the flux composition to the superalloy ranges from about 30:70 to about 70:30. -
10. Verbundmaterial nach Ausführungsform 8, in Form von Teilchen, die einen Kern umfassen, der von einer metallischen Schicht umgeben ist, wobei:
der Kern die Flussmittelzusammensetzung umfasst; und
die metallische Schicht die Superlegierung umfasst.A composite material according to
embodiment 8, in the form of particles comprising a core surrounded by a metallic layer, wherein: the core comprises the flux composition; and the metallic layer comprises the superalloy. -
11. Verbundmaterial nach Ausführungsform 10, wobei die metallische Schicht mindestens eine Bedingung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Folgendem erfüllt:
(i) die metallische Schicht ist eine Schicht abgestufter Zusammensetzung,
(ii) die metallische Schicht liegt in Form von mehreren äquivalenten metallischen Schichten, die die Metalllegierung umfassen, vor,
(iii) die metallische Schicht liegt in der Form von mehreren unterschiedlichen metallischen Schichten, die unterschiedliche metallische Zusammensetzungen enthalten, vor, und
(iv) die metallische Schicht ist von mindestens einer Schutzschicht, die ein anorganisches Schutzmaterial umfasst, beschichtet.11. The composite material of
embodiment 10, wherein the metallic layer meets at least one condition selected from the group consisting of: (i) the metallic layer is a layer of graded composition, (ii) the metallic layer is in the form of several equivalent metallic layers comprising the metal alloy, (iii) the metallic layer is in the form of several different metallic layers containing different metallic compositions, and (iv) the metallic layer is coated by at least one protective layer comprising an inorganic protective material. -
12. Verbundmaterial nach Ausführungsform 8, in Form eines verschmolzenen Materials, das die Superlegierung und die Flussmittelzusammensetzung umfasst, wobei die Superlegierung und die Flussmittelzusammensetzung innerhalb des verschmolzenen Materials zufällig verteilt und zufällig orientiert sind.12. The composite material of
embodiment 8, in the form of a fused material comprising the superalloy and the flux composition, wherein the superalloy and flux composition are randomly distributed within the fused material and randomly oriented. - 13. Verbundmaterial, umfassend eine Metalllegierung und eine Flussmittelzusammensetzung, umfassend ein Metalloxid und mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Metallhalogenid, einem Metalloxometallat und einem Metallcarbonat.13. A composite material comprising a metal alloy and a flux composition comprising a metal oxide and at least one selected from the group consisting of a metal halide, a metal oxometalate and a metal carbonate.
-
14. Verbundmaterial nach Ausführungsform 13, wobei ein Volumenverhältnis der Flussmittelzusammensetzung zur Metalllegierung im Bereich von ungefähr 30:70 bis ungefähr 70:30 liegt.14. The composite material of
embodiment 13, wherein a volume ratio of the flux composition to the metal alloy is in the range of about 30:70 to about 70:30. -
15. Verbundmaterial nach Ausführungsform 13, in Form von Teilchen, die einen Kern umfassen, der von einer metallischen Schicht umgeben ist, wobei:
der Kern die Flussmittelzusammensetzung umfasst; und
die metallische Schicht die Metalllegierung umfasst.A composite material according to
embodiment 13, in the form of particles comprising a core surrounded by a metallic layer, wherein: the core comprises the flux composition; and the metallic layer comprises the metal alloy. - 16. Verbundmaterial nach Ausführungsform 15, wobei die metallische Schicht mindestens eine Bedingung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Folgendem erfüllt: (i) die metallische Schicht ist eine Schicht abgestufter Zusammensetzung, (ii) die metallische Schicht liegt in Form von mehreren äquivalenten metallischen Schichten, die die Metalllegierung umfassen, vor, (iii) die metallische Schicht liegt in der Form von mehreren unterschiedlichen metallischen Schichten, die unterschiedliche metallische Zusammensetzungen enthalten, vor, und (iv) die metallische Schicht ist von mindestens einer Schutzschicht, die ein anorganisches Schutzmaterial umfasst, beschichtet.16. The composite material of embodiment 15, wherein the metallic layer meets at least one condition selected from the group consisting of: (i) the metallic layer is a layer of graded composition, (ii) the metallic layer is in the form of several equivalent metallic layers comprising the metal alloy, (iii) the metallic layer is in the form of several different metallic layers containing different metallic compositions, and (iv) the metallic layer is coated by at least one protective layer comprising an inorganic protective material.
-
17. Verbundmaterial nach Ausführungsform 13, in Form eines verschmolzenen Materials, das die Metalllegierung und die Flussmittelzusammensetzung umfasst, wobei die Metalllegierung und die Flussmittelzusammensetzung innerhalb des verschmolzenen Materials zufällig verteilt und zufällig orientiert sind.17. A composite material according to
embodiment 13, in the form of a fused material comprising the metal alloy and the flux composition, wherein the metal alloy and the flux composition within the fused material are randomly distributed and randomly oriented. - 18. Prozess, umfassend Schmelzen des Verbundmaterials von Ausführungsform 1 und Kühlenlassen eines resultierenden geschmolzenen Materials unter Ausbildung einer Metallabscheidung.18. A process comprising melting the composite material of Embodiment 1 and allowing a resulting molten material to cool to form a metal deposit.
-
19. Prozess, umfassend Schmelzen des Verbundmaterials von Ausführungsform 8 und Kühlenlassen eines resultierenden geschmolzenen Materials unter Ausbildung einer Metallabscheidung.19. A process comprising melting the composite material of
Embodiment 8 and allowing a resulting molten material to cool to form a metal deposit. -
20. Prozess, umfassend Schmelzen des Verbundmaterials von Ausführungsform 13 und Kühlenlassen eines resultierenden geschmolzenen Materials unter Ausbildung einer Metallabscheidung. Während vorliegend verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es offensichtlich, dass derartige Ausführungsformen lediglich beispielhaft bereitgestellt worden sind. Verschiedene Variationen, Änderungen und Substitutionen können durchgeführt werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nur durch den Gedanken und den Schutzumfang der angehängten Ansprüche begrenzt wird.20. A process comprising melting the composite material of
Embodiment 13 and allowing a resulting molten material to cool to form a metal deposit. While various embodiments of the present invention have been shown and described herein, it is apparent that such embodiments have been provided by way of example only. Various variations, changes and substitutions may be made without departing from the present invention. Accordingly, it is intended that the invention be limited only by the spirit and scope of the appended claims.
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