DE102015118441A1 - Composite materials and processes for the laser production and repair of metals - Google Patents

Composite materials and processes for the laser production and repair of metals Download PDF

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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:

1 eine Schnittansicht eines Verbundteilchens, das eine metallische Außenschicht enthält, die einen inneren Flussmittel enthaltenden Kern umgibt. 1 a sectional view of a composite particle containing a metallic outer layer surrounding an inner flux-containing core.

2 zeigt ein Verbundglasteilchen, das eine Metalllegierung und eine Flussmittelzusammensetzung enthält. 2 shows a laminated glass particle containing a metal alloy and a flux composition.

3A3C zeigen Verbundmaterialien mit verschiedenen Formen. 3A - 3C show composite materials with different shapes.

4 zeigt ein Verfahren zur Bearbeitung eines zuvor angeordneten Verbundmaterials unter Ausbildung einer Metallabscheidung. 4 shows a method of processing a previously arranged composite material to form a metal deposit.

5 zeigt ein Verfahren zur Ausbildung einer Metallabscheidung durch Leiten eines Verbundmaterials in einen Energiestrahl. 5 shows a method of forming a metal deposit by passing a composite material into an energy beam.

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.

1 zeigt eine Ausführungsform eines Verbundmaterials 2 in Form von beschichteten Teilchen, die einen Flussmittel enthaltenden Kern 6 umfassen, der von einer metallischen Schicht 4 umgeben (beschichtet) ist. Bei dieser nichteinschränkenden Darstellung wirkt die metallische Schicht 4 als physikalische Sperre, die Adsorption und Permeation durch Atmosphärenstoffe wie zum Beispiel Sauerstoff, Stickstoff und Feuchtigkeit widersteht. Bei manchen Ausführungsformen kann die metallische Schicht 4 außerdem mindestens ein Metall (wie z. B. Nickel) enthalten, das gegenüber Atmosphärenstoffen, darunter Sauerstoff und Stickstoff, chemisch widerstandsfähig ist. 1 shows an embodiment of a composite material 2 in the form of coated particles containing a flux-containing core 6 include that of a metallic layer 4 surrounded (coated) is. In this non-limiting illustration, the metallic layer acts 4 as a physical barrier that resists adsorption and permeation through atmospheric materials such as oxygen, nitrogen and moisture. In some embodiments, the metallic layer 4 also contain at least one metal (such as nickel) that is chemically resistant to atmospheric materials, including oxygen and nitrogen.

Die metallische Schicht 4 kann ein reines Metall wie Nickel, eine Metalllegierung wie eine Superlegierung, oder Kombinationen aus verschiedenen Metallen und Legierungen enthalten. Superlegierungen können Mischungen aus Grundmetallen (zum Beispiel Ni, Fe und Co) zusammen mit anderen Metallen, Halbmetallen und Nichtmetallen wie Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Aluminium, Titan, Zirconium, Niob, Rhenium, Yttrium, Vanadium, Kohlenstoff, Bor und Hafnium, um nur einige zu nennen, enthalten. Beispiele für Superlegierungen sind 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.The metallic layer 4 can be a pure metal like nickel, a metal alloy like a superalloy, or combinations of different ones Contain metals and alloys. Superalloys can be mixtures of parent metals (eg, Ni, Fe, and Co) along with other metals, semimetals, and nonmetals such as chromium, molybdenum, tungsten, tantalum, aluminum, titanium, zirconium, niobium, rhenium, yttrium, vanadium, carbon, boron, and hafnium included, just to name a few. Examples of superalloys are alloys marketed 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. 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.

Die metallische Schicht 4 kann einen Metallgehalt aufweisen, der mit der Zusammensetzung aus einer metallischen Abscheidung, die durch Schmelzbearbeitung auszubilden ist, übereinstimmt, oder sie kann ein einziges Metall oder einen Teilsatz von Metallen, enthalten in der metallischen Abscheidung, enthalten. Somit kann, wie unten ausführlicher erklärt wird, eine Laserpulverabscheidung unter Verwendung des Verbundmaterials 2 von 1 dazu verwendet werden, eine Schmelze auszubilden, die eine mit der metallischen Schicht 4 identische Metallzusammensetzung aufweist, oder eine Schmelze auszubilden, deren Metallverbindung mittels mindestens eines zusätzlichen Metallfüllstoffs oder Metall enthaltenden Flussmittelmaterials ergänzt wird.The metallic layer 4 may have a metal content that is consistent with the composition of a metallic deposit to be formed by melt processing, or it may contain a single metal or a subset of metals contained in the metallic deposit. Thus, as will be explained in more detail below, laser powder deposition can be accomplished using the composite material 2 from 1 be used to form a melt, the one with the metallic layer 4 identical metal composition, or to form a melt whose metal compound is supplemented by at least one additional metal filler or metal-containing flux material.

Die metallische Schicht 4 kann aus einer einzigen Metallschicht mit einer homogenen Zusammensetzung ausgebildet sein oder kann aus einer einzigen Metallschicht abgestufter Zusammensetzung ausgebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die metallische Schicht 4 von 1 zum Beispiel derart abgestuft sein, dass die Außenfläche einen höheren Anteil an Nickel als die Innenfläche der metallischen Schicht 4 enthält – was größeren Schutz gegenüber reaktiven Metallen (zum Beispiel Al, Ti und Fe), die in der metallischen Schicht 4 enthalten sind, bietet. Beim Schmelzen können die metallischen Komponenten einer metallischen Schicht 4 abgestufter Zusammensetzung daraufhin gemischt werden, so dass eine resultierende Metallabscheidung eine homogene Zusammensetzung mit einem gewünschten Legierungsgehalt ist. Die metallische Schicht 4 kann auch aus mehr als einer Metallschicht mit der gleichen oder verschiedenen metallischen Zusammensetzungen ausgebildet sein. Zum Beispiel umfasst bei manchen Ausführungsformen das Verbundmaterial 2 von 1 einen Flussmittel enthaltenden Kern 6, der durch eine Superlegierungszwischenschicht umgeben (beschichtet) ist, die von einer Außenschicht aus Nickel umgeben (beschichtet) ist.The metallic layer 4 may be formed from a single metal layer having a homogeneous composition, or may be formed from a single metal layer of graded composition. In some embodiments, the metallic layer 4 from 1 For example, be graded such that the outer surface has a higher proportion of nickel than the inner surface of the metallic layer 4 contains - giving greater protection against reactive metals (for example, Al, Ti and Fe) in the metallic layer 4 are included. When melting, the metallic components of a metallic layer 4 graded composition, so that a resulting metal deposit is a homogeneous composition having a desired alloy content. The metallic layer 4 may also be formed of more than one metal layer having the same or different metallic compositions. For example, in some embodiments, the composite material includes 2 from 1 a flux-containing core 6 which is surrounded (coated) by a superalloy interlayer surrounded (coated) by an outer layer of nickel.

Wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird, umfasst der Flussmittel enthaltende Kern 6 eine Flussmittelzusammensetzung, die mindestens eine Schutzfunktion bei der Schmelzbearbeitung des Verbundmaterials 2 bereitstellt. Flussmittelzusammensetzungen können eine oder mehrere anorganische Verbindungen enthalten, wie zum Beispiel Metalloxid, Metallhalogenid, Metalloxometallat, Metallcarbonat oder Mischungen davon, und können außerdem eine oder mehrere organische Verbindungen enthalten, wie zum Beispiel einen hochmolekularen Kohlenwasserstoff, ein Kohlenhydrat, ein natürliches oder synthetisches Öl, ein organisches Reduktionsmittel, eine Carbonsäure oder mehrbasige Säure, ein Carbonsäuresalz oder -derivat, ein Amin, einen Alkohol, ein Natur- oder Kunstharz oder Mischungen derartiger Verbindungen, um nur einige zu nennen.As will be explained in more detail below, the flux-containing core comprises 6 a flux composition that provides at least one protective function in melt processing the composite material 2 provides. Flux compositions may contain one or more inorganic compounds, such as metal oxide, metal halide, metal oxometalate, metal carbonate, or mixtures thereof, and may also contain one or more organic compounds, such as a high molecular weight hydrocarbon, a carbohydrate, a natural or synthetic oil organic reducing agent, a carboxylic acid or polybasic acid, a carboxylic acid salt or derivative, an amine, an alcohol, a natural or synthetic resin or mixtures of such compounds, to name but a few.

Bei manchen Ausführungsformen kann das Verbundmaterial 2 auch eine (nicht gezeigte) zusätzliche Außenschutzschicht beinhalten, die ein anorganisches Schutzmaterial enthält, das die metallische Schicht 4 umgibt (beschichtet). Derartige anorganische Schutzmaterialien können Metalloxide wie Aluminiumoxid (AL2O3) und Kieselsäure (SiO2) beinhalten, die die metallische Schicht 4 während der Aufbewahrung schützen können und außerdem während der Laserbearbeitung als Schutzflussmittelmaterial wirken können. Am nützlichsten ist es, wenn die anorganische Außenschutzschicht als glatte (zum Beispiel glasähnliche) Beschichtung auf den Teilchen eingeführt wird, so dass die Oberflächen nicht hygroskopisch sind.In some embodiments, the composite material may be 2 also include an additional outer protective layer (not shown) containing an inorganic protective material comprising the metallic layer 4 surrounds (coated). Such inorganic protective materials may include metal oxides such as aluminum oxide (AL 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ), which may be the metallic layer 4 during storage and may also act as a protective flux material during laser processing. Most useful is when the inorganic outer protective layer is introduced as a smooth (for example glass-like) coating on the particles, so that the surfaces are not hygroscopic.

Es wird erwartet, dass Verbundmaterialien, wie zum Beispiel Verbundmaterial 2 von 1, physikalische und chemische Defekte in den entsprechenden schmelzbearbeiteten Materialien reduzieren, da die Metallschicht 4 chemisch widerstandsfähige Metalle wie Nickel enthalten kann, die Atmosphärenreaktanten gegenüber inert sind, und außerdem oberflächenbehandelt sein kann, um der Adsorption von Atmosphärenfeuchtigkeit zu widerstehen.It is expected that composite materials, such as composite material 2 from 1 , physical and chemical defects in the corresponding melt-processed materials reduce, since the metal layer 4 may contain chemically resistant metals, such as nickel, which are inert to atmospheric reactants, and may also be surface treated to resist the adsorption of atmospheric moisture.

Mit Metall beschichtete Verbundmaterialien, wie die Ausführungsform von 1, können mittels verschiedener unterschiedlicher Verfahren hergestellt werden, je nach der gewünschten Zusammensetzung, Größe und Geometrie. Zu derartigen Verfahren zählen hydrometallurgische Bearbeitung, physikalische und chemische Gasphasenabscheidung, stromlose Abscheidung und Gasphasenbeschichtung.Metal coated composite materials such as the embodiment of FIG 1 , can be prepared by various different methods, depending on the desired composition, size and geometry. Such processes include hydrometallurgical processing, physical and chemical vapor deposition, electroless deposition, and gas phase coating.

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 2 von 1 auszubilden.In some non-limiting processes, a flux-containing particulate may be initially prepared by agglomerating individual particles containing a flux composition by means of organic or inorganic binders, and by grinding the resulting agglomeration to form a flux-binder mixture, which is then cured to form flux-containing particles. The flux-containing particles may then be screened to a desired particle size, size range, or geometry needed for a particular application. On the order of flux-containing particles, a metal composition is deposited thereon to form coated composite materials such as the composite material 2 from 1 train.

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 2 von 1 verwendet werden. Bei derartigen Prozessen wird ein metallisches Material verdampft und in Form eines Dampfes durch eine Vakuum- oder gasförmige Niederdruckumgebung (oder Plasma) zu nach Größe geordneten, Flussmittel enthaltenden Teilchen transportiert, wo das metallische Material kondensiert. PVD-Prozesse können zur Abscheidung von Filmen aus Metallelementen oder Legierungen verwendet werden. Beispielsweise kann PVD zur Beschichtung von Flussmittel enthaltenden Teilchen, die in einer Wirbelschicht durch ein Fluidisierungsgas suspendiert sind, verwendet werden. Die PVD kann nichtgerichtet oder gerichtet sein, wodurch mit Metall beschichtete Verbundmaterialien mit definierten und wiederholbaren Beschichtungen versehen werden können. Gerichtete Gasphasenabscheidung (DVD – Directed Vapor Deposition) kann auch in Kombination mit auf Elektronenstrahl basierten Verdampfungstechniken (oder auf Ionenstrahl basierten Verdampfungstechniken bzw. Sputterabscheidung) verwendet werden, um den Ertrag und/oder die Qualität von zur Schmelzbearbeigung geeigneten, mit Metall beschichteten Verbundmaterialien zu verbessern. PVD kann zur Erzeugung von einschichtigen metallischen Beschichtungen sowie als mehrschichtige Beschichtungen und Beschichtungen abgestufter Zusammensetzung verwendet werden.Physical Vapor Deposition (PVD) can also be used to form metal-coated composites such as the composite material 2 from 1 be used. In such processes, a metallic material is vaporized and transported in the form of a vapor through a vacuum or gaseous low pressure environment (or plasma) to size-ordered flux-containing particles where the metallic material condenses. PVD processes can be used to deposit films of metal elements or alloys. For example, PVD may be used to coat flux-containing particles suspended in a fluidized bed by a fluidizing gas. The PVD may be out of alignment or direction, allowing metal coated composites to be provided with defined and repeatable coatings. Directed vapor deposition (DVD) may also be used in combination with electron beam based evaporation techniques (or ion beam based sputtering techniques) to improve the yield and / or quality of melt-bonderized metal coated composites , PVD can be used to produce single-layer metallic coatings as well as multi-layer coatings and coatings of graded composition.

Stromlose Galvanisierung kann auch dazu verwendet werden, mit Metall beschichtete Verbundmaterialien wie das Verbundmaterial 2 von 1 zu erzeugen. Beispielsweise kann eine Stromlose-Galvanisierung-Lösung, die ein Metallion (wie ein Nickelion) und ein lösliches Reduktionsmittel (wie ein Hypophosphoratsalz) enthält, mit Flussmittel enthaltenden Teilchen gemischt werden, um eine metallische Schicht auszubilden, die die Flussmittel enthaltenden Teilchen bedeckt. Gasphasenbeschichtung kann auch durch Herstellen einer Mischung aus Flussmittel enthaltenden Teilchen in einem fließfähigen Medium, die zu einem Aerosol umgewandelt wird, das Tröpfchen der Flussmittel enthaltenden Teilchen in einem Trägergas suspendiert enthält, verwendet werden. Die in dem Aerosol enthaltende Flüssigkeit kann gegebenenfalls entfernt werden und die resultierenden gasdispergierten Teilchen können gegebenenfalls durch Erhitzung getrocknet werden. Die resultierenden Flussmittel enthaltenden Gasphasen-Teilchen können dann zum Beispiel mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) mit einem Metall wie Nickel oder eine Metalllegierung enthaltenden reaktiven Gas beschichtet werden.Electroless plating can also be used with metal coated composite materials such as the composite material 2 from 1 to create. For example, a electroless plating solution containing a metal ion (such as a nickel ion) and a soluble reducing agent (such as a hypophosphorate salt) can be mixed with flux-containing particles to form a metallic layer covering the flux-containing particles. Gas phase coating may also be used by preparing a mixture of flux-containing particles in a flowable medium that is converted to an aerosol containing droplets of the flux-containing particles suspended in a carrier gas. Optionally, the liquid contained in the aerosol may be removed and the resulting gas-dispersed particles may optionally be dried by heating. The resulting flux-containing gas phase particles may then be coated, for example, by physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD) with a reactive gas containing a metal such as nickel or a metal alloy.

Mit Metall beschichtete Verbundmaterialien wie das Verbundteilchen 2 von 1 können in verschiedenen Größen erzeugt werden, zum Beispiel im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 1000 μm im Durchschnittdurchmesser. Bei manchen Ausführungsformen liegen die Größen im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 500 μm, oder von ungefähr 20 bis ungefähr 100 μm, im Durchschnittdurchmesser. Optimale Größenbereiche können je nach Anwendung variieren, wobei zum Beispiel ultrafeines Partikulat zum Füllen von schmalen Rissen benötigt wird, feineres aber nicht ultrafeines Partikulat für mit Gas gestütztes Zuführen benötigt wird, und gröberes Partikulat für Bearbeitung von zuvor angeordnetem oder durch Schwerkraft zugeführtem Pulver akzeptierbar ist. Derartige Verbundmaterialien werden derart ausgebildet, dass ein Flussmittel-zu-Metall-Volumen-Verhältnis im Bereich von ungefähr 10:90 bis ungefähr 90:10 liegt. Bei manchen Ausführungsformen liegt das Flussmittel-zu-Metall-Volumen-Verhältnis im Bereich von ungefähr 30:70 bis ungefähr 70:30 oder von ungefähr 40:60 bis ungefähr 60:40. Bei anderen Ausführungsformen liegt das Flussmittel-zu-Metall-Volumen-Verhältnis im Bereich von ungefähr 45:55 bis ungefähr 55:45 oder ist ungefähr 50:50.Metal coated composite materials such as the composite particle 2 from 1 can be produced in various sizes, for example in the range of about 1 to about 1000 microns in average diameter. In some embodiments, the sizes range from about 5 to about 500 μm, or from about 20 to about 100 μm, in average diameter. Optimal size ranges may vary depending on the application, for example requiring ultrafine particulate to fill narrow cracks, finer but not ultrafine particulate for gas assisted feeds, and coarser particulate acceptable for processing pre-arranged or gravity fed powder. Such composites are formed such that a flux to metal volume ratio is in the range of about 10:90 to about 90:10. In some embodiments, the flux to metal volume ratio ranges from about 30:70 to about 70:30 or from about 40:60 to about 60:40. In other embodiments, the flux to metal volume ratio ranges from about 45:55 to about 55:45 or is about 50:50.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verbundmaterials 8 in Form von verschmolzenen Teilchen, die eine Metalllegierung 10 und eine Flussmittelzusammensetzung 12 enthalten, wobei die Metalllegierung 10 und die Flussmittelzusammensetzung 12 in einem verschmolzenen Verbundgitter 13 zufällig verteilt und zufällig orientiert sind. Bei dieser nichteinschränkenden Darstellung wirkt die verschmolzene Struktur des Verbundmaterials 8 als physikalische oder chemische Sperre, die einer Adsorption und Permeation von Atmosphärenstoffen wie Sauerstoff, Stickstoff und Feuchtigkeit widersteht. Zum Beispiel kann die verschmolzene Struktur in Form von Flussmittel/Metallglasteilchen als Konglomerat vorliegen, das einen hohen Widerstand gegenüber Feuchtigkeitsadsorption und eine niedrige Reaktivität mit Atmosphärereaktanten aufweist – im Gegensatz zu lediglich agglomerierten Flussmittel/Metallmaterialien, die aufgrund ihrer relativ großen Oberfläche und Porosität oft stark zur Feuchtigkeitsadsorption und Luftreaktivität neigen. 2 shows a further embodiment of a composite material 8th in the form of fused particles containing a metal alloy 10 and a flux composition 12 contain, wherein the metal alloy 10 and the flux composition 12 in a fused composite grid 13 randomly distributed and randomly oriented. In this non-limiting illustration, the fused structure of the composite material acts 8th as a physical or chemical barrier which resists adsorption and permeation of atmospheric materials such as oxygen, nitrogen and moisture. For example, the fused structure may be in the form of flux / metalglass particles as a conglomerate having high resistance to moisture adsorption and low reactivity with atmospheric reactants - as opposed to merely agglomerated flux / metal materials, which often have high potencies due to their relatively large surface area and porosity Moisture adsorption and air reactivity tend.

Das Metall oder die Legierung 10 im verschmolzenen Verbundmaterial 8 von 2 kann ein reines Metall wie Nickel oder Metalllegierungen wie auf Nickel, Eisen und Kobalt basierende Superlegierungen, möglicherweise enthaltend andere Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle, wie oben beschrieben, sein. Der metallische Anteil des Verbundmaterials 8 kann in Form von äquivalenten metallischen Teilchen mit der gleichen Zusammensetzung vorliegen, die gleichmäßig über die gesamten verschmolzenen Teilchen verteilt sind, oder kann in Form von nichtäquivalenten metallischen Teilchen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen vorliegen. Bei einem Beispiel nachfolgender Ausführungsformen kann das verschmolzene Verbundmaterial 8 nichtäquivalente metallische Teilchen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen enthalten, die, wenn sie geschmolzen und zu einer Schmelze zusammengemischt werden, eine Superlegierungsmetallabscheidung bilden können.The metal or the alloy 10 in the fused composite material 8th from 2 may be a pure metal such as nickel or metal alloys such as nickel, iron and cobalt based superalloys, possibly containing other metals, semimetals and nonmetals as described above. The metallic part of the composite material 8th may be in the form of equivalent metallic particles having the same composition, uniformly distributed throughout the fused particles, or may be in the form of non-equivalent metallic particles having different compositions. In an example of subsequent embodiments, the fused composite material may 8th contain non-equivalent metallic particles having different compositions which, when melted and mixed together into a melt, can form a superalloy metal deposit.

Wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird, umfasst die Flussmittelzusammensetung 12 ein Flussmittelmaterial, das während der Schmelzbearbeitung des Verbundmaterials 8 mindestens eine Schutzfunktion bereitstellt. Flussmittelzusammensetzungen können eine oder mehrere anorganische Verbindungen enthalten, wie zum Beispiel Metalloxid, Metallhalogenid, Metalloxometallat, Metallcarbonat oder Mischungen davon, und können außerdem eine oder mehrere organische Verbindungen enthalten, wie zum Beispiel einen hochmolekularen Kohlenwasserstoff, ein Kohlenhydrat, ein natürliches oder synthetisches Öl, ein organisches Reduktionsmittel, eine Carbonsäure oder mehrbasige Säure, ein Carbonsäuresalz oder -derivat, ein Amin, einen Alkohol, ein Natur- oder Kunstharz oder Mischungen derartiger Verbindungen, um nur einige zu nennen.As will be explained in more detail below, the flux composition includes 12 a flux material during the melt processing of the composite material 8th provides at least one protective function. Flux compositions may contain one or more inorganic compounds, such as metal oxide, metal halide, metal oxometalate, metal carbonate, or mixtures thereof, and may also contain one or more organic compounds, such as a high molecular weight hydrocarbon, a carbohydrate, a natural or synthetic oil organic reducing agent, a carboxylic acid or polybasic acid, a carboxylic acid salt or derivative, an amine, an alcohol, a natural or synthetic resin or mixtures of such compounds, to name but a few.

Es wird erwartet, dass verschmolzene Verbundmaterialien, wie zum Beispiel das Verbundmaterial 8 von 2, physikalische und chemische Defekte in den entsprechenden schmelzbearbeiteten Materialien reduzieren, da die verschmolzene Struktur in Form eines glasähnlichen Verbundgitters vorliegt, das gegenüber sowohl Feuchtigkeitsadsorption wie auch Reaktivität mit Atmosphärenstoffen wie Sauerstoff und Stickstoff hoch widerstandsfähig ist.It is expected that fused composite materials, such as the composite material 8th from 2 reduce physical and chemical defects in the respective melt-processed materials because the fused structure is in the form of a glass-like composite lattice which is highly resistant to both moisture adsorption and reactivity with atmospheric species such as oxygen and nitrogen.

Verschmolzene Verbundmaterialien, wie die Ausführungsform von 2, können unter Verwendung zum Beispiel eines Hochtemperaturofens durch Trockenmischung der Metalllegierung 10 mit der Flussmittelzusammensetzung 12 und Verschmelzen oder Schmelzen der resultierenden Konglomeratmischung zu einem Flüssigkeitszustand hergestellt werden. Das resultierende geschmolzene Glas wird dann kühlen und in eine geschmolzene Konglomeratglasform erstarren gelassen, die dann zu verschiedenen Teilchengrößen und -formen zerkleinert und zerrieben werden kann.Fused composite materials, such as the embodiment of 2 , can be made using, for example, a high temperature furnace by dry blending the metal alloy 10 with the flux composition 12 and fusing or melting the resulting conglomerate mixture to a liquid state. The resulting molten glass is then cooled and allowed to solidify into a molten conglomerate glass mold, which can then be crushed and ground into various particle sizes and shapes.

Verschmolzene Verbundmaterialien, wie das Verbundteilchen 8 von 2, können in verschiedenen Größen hergestellt werden, zum Beispiel im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 1000 μm im Durchschnittdurchmesser. Bei manchen Ausführungsformen liegen die Größen im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 500 μm, oder von ungefähr 20 bis ungefähr 100 μm, im Durchschnittdurchmesser. Derartige Verbundmaterialien werden derart ausgebildet, dass ein Flussmittel-zu-Metall-Volumen-Verhältnis im Bereich von ungefähr 10:90 bis ungefähr 90:10 liegt. Bei manchen Ausführungsformen liegt das Flussmittel-zu-Metall-Volumen-Verhältnis im Bereich von ungefähr 30:70 bis ungefähr 70:30 oder von ungefähr 40:60 bis ungefähr 60:40. Bei anderen Ausführungsformen liegt das Flussmittel-zu-Metall-Volumen-Verhältnis im Bereich von ungefähr 45:55 bis ungefähr 55:45 oder ist ungefähr 50:50.Fused composite materials, such as the composite particle 8th from 2 , can be made in various sizes, for example in the range of about 1 to about 1000 microns in average diameter. In some embodiments, the sizes range from about 5 to about 500 μm, or from about 20 to about 100 μm, in average diameter. Such composites are formed such that a flux to metal volume ratio is in the range of about 10:90 to about 90:10. In some embodiments, the flux to metal volume ratio ranges from about 30:70 to about 70:30 or from about 40:60 to about 60:40. In other embodiments, the flux to metal volume ratio ranges from about 45:55 to about 55:45 or is about 50:50.

Sowohl mit Metall beschichtete wie auch verschmolzene Verbundteilchen 2, 8 können in verschiedenen unterschiedlichen Formen und Geometrien hergestellt werden. Die nicht einschränkenden Beispiele in 3A3C zeigen drei unterschiedliche Teilchenformen, die sich für Laserpulverabscheidungen in der vorliegenden Offenbarung eignen können. 3A zeigt ein sphärisches Verbundteilchen 18 – nützlich zum Beispiel für Verarbeitung mit Pulverzuführung und Wirbelschichtverarbeitung. 3B zeigt ein stäbchenähnliches Verbundteilchen 20 – nützlich zum Beispiel zum Einweben in Fäden und Stoffen zur Herstellung von Vorformen, die vorab auf einem Substrat angeordnet werden können oder zum Punkt der Bearbeitung zugeführt werden können. 3C zeigt ein flöckchenförmiges Verbundteilchen 21 – nützlich zum Beispiel, wenn ein Materialbett mit einem hohen Hohlraum-Volumen-Verhältnis erwünscht ist, um die Einführung eines reaktiven Gases zum Erreichen von Partikulatoberfläche zu gestatten.Both metal-coated and fused composite particles 2 . 8th can be made in various different shapes and geometries. The non-limiting examples in 3A - 3C show three different particle shapes that may be suitable for laser powder deposits in the present disclosure. 3A shows a spherical composite particle 18 Useful for example for powder feed processing and fluidized bed processing. 3B shows a rod-like composite particle 20 Useful, for example, for weaving into threads and fabrics for the production of preforms, which can be arranged in advance on a substrate or fed to the point of processing. 3C shows a flake-shaped composite particle 21 Useful, for example, when a bed of material having a high void-to-volume ratio is desired in order to prevent the Introducing a reactive gas to reach the particulate surface.

Die beschichteten und verschmolzenen Verbundmaterialien, die oben beschrieben werden und in 1 und 2 gezeigt sind, können in verschiedensten Prozessen mit Schmelzen und Erstarrung unter Ausbildung von Metallabscheidungen und Komponenten verwendet werden. Zu derartigen Anwendungen zählen mittels Pulverform zugeführtes (oder gerichtete) Laserauftragschweißen, Laserauftragschweißen mit zuvor angeordnetem Pulver, selektives Laserschmelzen (SLM), selektives Lasersintern (SLS), Lasermikroauftragschweißen, Wirbelschichtlaserbearbeitung und über pulverkernhaltigen Draht zugeführte Verarbeitung, um nur einige zu nennen. In diesen und anderen Anwendungen können Teilchen des beschichteten oder verschmolzenen Verbundmaterials, das oben beschrieben ist, als Substituenten für herkömmliche Metallfüllstoffe und/oder Flussmittelmaterialien verwendet werden, oder können zusammen mit herkömmlichen Metallfüllstoffen und/oder Flussmittelmaterialien verwendet werden. Derartige Prozesse können bei der Fertigung und Reparatur von metallischen Komponenten (unter Verwendung zum Beispiel von additiven Fertigungstechniken) angewendet und auch bei Massivherstellung, wie unten erklärt, angewendet werden.The coated and fused composite materials described above and incorporated in US Pat 1 and 2 can be used in a variety of processes involving melting and solidification to form metal deposits and components. Such applications include powder-applied (or directional) laser cladding, pre-arranged laser cladding, selective laser melting (SLM), selective laser sintering (SLS), laser micro-deposition welding, fluidized bed laser processing, and powder core wire-fed processing, to name but a few. In these and other applications, particles of the coated or fused composite material described above may be used as substituents for conventional metal fillers and / or flux materials, or may be used in conjunction with conventional metal fillers and / or flux materials. Such processes can be applied to the fabrication and repair of metallic components (using, for example, additive manufacturing techniques) and also used in bulk fabrication, as explained below.

4 zeigt eine Ausführungsform, mit Laserauftragschweißen mit zuvor angeordnetem Pulver unter Verwendung entweder der mit Metall beschichteten Verbundteilchen 2 oder der verschmolzenen Verbundteilchen 8, die oben beschrieben und gezeigt sind. Bei diesem nicht einschränkenden Beispiel wird eine Verbundmaterialpulverschicht 26 vorab auf einer Oberfläche eines Metall- oder Nichtmetallsubstrats 24 angeordnet, woraufhin ein Energiestrahl 28 (zum Beispiel ein Laserstrahl) über die Oberfläche der Pulverschicht 26 bewegt wird, der die Pulverschicht 26 unter Ausbildung einer Schmelze 30 schmilzt. Die Schmelze besteht allgemein aus einer geschmolzenen Metallschicht, die durch eine geschmolzene Flussmittelschicht bedeckt und manchmal durch eine gasförmige Schutzumhüllung 36 überlagert wird, die durch Reaktionen des Energiestrahls mit Flussmittel erzeugt wird. Die Schmelze 30, die sowohl die Metalllegierung als auch die Flussmittelzusammensetzung der Verbundteilchen enthält, wird daraufhin abkühlen und erstarren gelassen, um eine Metallabscheidung 32 auszubilden, die allgemein durch eine Schlackenschicht 34 bedeckt ist. 4 FIG. 12 shows an embodiment with pre-deposited powder laser deposition welding using either the metal-coated composite particles. FIG 2 or the fused composite particles 8th which are described and shown above. In this non-limiting example, a composite powder layer becomes 26 in advance on a surface of a metal or non-metal substrate 24 arranged, whereupon an energy beam 28 (For example, a laser beam) over the surface of the powder layer 26 is moved, the powder layer 26 under formation of a melt 30 melts. The melt generally consists of a molten metal layer covered by a molten flux layer and sometimes by a gaseous protective coating 36 is superimposed, which is generated by reactions of the energy beam with flux. The melt 30 , which contains both the metal alloy and the flux composition of the composite particles, is then allowed to cool and allowed to solidify to form a metal deposit 32 form, generally by a slag layer 34 is covered.

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 28, wie er in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, kann einen Lichtstrahl, einen Laserstrahl, einen Teilchenstrahl, einen Strahl geladener Teilchen, einen Molekularstrahl usw. beinhalten, der bei Kontakt mit Material kinetische (Wärme-)Energie auf das Material überträgt.The term "energy beam" is used herein in a general sense to describe a relatively narrow, propagating stream of particles or energy packets. An energy ray 28 As used in the present disclosure, it may include a light beam, a laser beam, a particle beam, a charged particle beam, a molecular beam, etc. that transfers kinetic (heat) energy to the material upon contact with material.

Bei manchen Ausführungsformen ist der Energiestrahl 28 ein Diodenlaserstrahl mit einer allgemein rechteckigen Querschnittsform, obwohl andere bekannte Typen von Energiestrahlen verwendet werden können, wie zum Beispiel Elektronenstahl, Plasmastrahl, ein oder mehrere kreisförmige Laserstrahlen, ein Scanning-Laserstrahl (eindimensional, zweidimensional oder dreidimensional scannend), ein integrierter Laserstrahl, ein Pulslaserstrahl (im Gegensatz zum Dauerstrichlaserstrahl) usw. Die rechteckige Form kann für Ausführungsformen mit einem relativ großen zu schmelzenden Bereich besonders vorteilhaft sein. Bei manchen Ausführungsformen werden die Intensität und Form des Energiestrahls 28 durch Verwenden von Laserscanning(Raster)-Optiken präzise zur Ausbildung einer Schmelze 30 mit einer präzise definierten Größe, Form und Tiefe gesteuert.In some embodiments, the energy beam is 28 a diode laser beam having a generally rectangular cross-sectional shape, although other known types of energy jets may be used, such as electron beam, plasma jet, one or more circular laser beams, a scanning laser beam (one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional scanning), an integrated laser beam, a pulsed laser beam (as opposed to continuous wave laser beam), etc. The rectangular shape may be particularly advantageous for embodiments having a relatively large area to be melted. In some embodiments, the intensity and shape of the energy beam 28 by using laser scanning (raster) optics precisely to form a melt 30 controlled with a precisely defined size, shape and depth.

Die Tiefe der Schmelze 30 kann durch Verändern der Energieintensität, des Brennpunkts und/oder der Frequenz des Energiestrahls 28 gesteuert werden. Zu geeigneten Laserquellen können zum Beispiel Laser niederer Leistung (zum Beispiel 503 nm und 1,06 μm Nd:YAG-Laser) und Laser höherer Leistung (zum Beispiel 1,06 μm Ytterbiumfaser, 5,4 μm CO-Laser und 10,6 μm CO2-Laser) gehören – abhängig von der Höhe an Laserenergieintensität, die zum Erhalten einer gewünschten Schmelzetiefe benötigt wird. Andere Bearbeitungsparameter, wie die Raster(Bewegungs)-Rate oder die Pulsierrate (d. h. für einen gepulsten Laserstrahl) können auch verstellt werden, um die Tiefe der resultierenden Schmelze 30 zu erhöhen oder zu reduzieren.The depth of the melt 30 can by changing the energy intensity, the focus and / or the frequency of the energy beam 28 to be controlled. Suitable laser sources may include, for example, low power lasers (eg, 503 nm and 1.06 μm Nd: YAG lasers) and higher power lasers (eg, 1.06 μm ytterbium fiber, 5.4 μm CO laser, and 10.6 μm CO 2 lasers) - depending on the amount of laser energy intensity needed to obtain a desired depth of melt. Other processing parameters such as the raster (motion) rate or the pulsation rate (ie for a pulsed laser beam) can also be adjusted to the depth of the resulting melt 30 increase or decrease.

Wenn das Substrat 24 ein metallisches Substrat ist, kann die Metallabscheidung 32 in Form einer metallischen Ummantelungsschicht vorliegen, die mit der Oberfläche des Metallsubstrats 24 verbunden ist. Wie oben erklärt, können die Energiestrahlparameter geändert werden, um die Tiefe der Schmelze 30 zu steuern. Bei Ausführungsformen mit einer Ummantelung eines darunterliegenden Metallsubstrats 24 können die Energiestrahlparameter auch verstellt werden, um eine obere Schicht des Metallsubstrats zu schmelzen, um sicherzustellen, dass die resultierende Metallabscheidung 32 fest mit dem darunterliegenden Metallsubstrat verbunden ist.If the substrate 24 is a metallic substrate, the metal deposition can 32 in the form of a metallic cladding layer that matches the surface of the metal substrate 24 connected is. As explained above, the energy beam parameters can be changed to the depth of the melt 30 to control. In embodiments with a sheath of an underlying metal substrate 24 For example, the energy beam parameters may also be adjusted to melt an upper layer of the metal substrate to ensure that the resulting metal deposit 32 firmly connected to the underlying metal substrate.

Bei anderen Ausführungsformen zur Massivherstellung von Metallen oder Reparatur von hohlen Komponenten kann das Substrat 24 in Form eines flüchtigen Trägermaterials vorliegen. „Flüchtig” bedeutet nach der Ausbildung der Ummantelungsschicht entfernbar, zum Beispiel mittels direkter (physikalischer) Entfernung, mechanischer Prozesse, Dränage, Fluidwaschen, chemischer Auslaugung und/oder mittels eines beliebigen anderen bekannten Prozesses, bei dem das flüchtige Trägermaterial 24 von seiner Position entfernt werden kann. Beispiele für flüchtige Trägermaterialien beinhalten Pulver (zum Beispiel Metall-, Glas-, Keramik-, Faserpulver), feste Objekte (zum Beispiel Metall, Glas, Keramik, Verbundstoff, Plastik, harzige Strukturen, Graphit, Trockeneis), wollartige Materialien (zum Beispiel Stahlwolle, Aluminiumoxidwolle, Zirconiumoxidwolle) und geschäumte Materialien (zum Beispiel Polymerschäume, Hochtemperatursprühschäume), um nur einige zu nennen. Jedes Material oder jede Struktur, das bzw. die dazu fähig ist, eine Tragefunktion bereitzustellen und daraufhin nach Ausbildung der Metallabscheidung 32 entfernt werden kann, kann als flüchtiges Trägermaterial 24 dienen. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform zum pulvergerichteten Laserauftragschweißen (zum Beispiel Lasermikroauftragschweißen) unter Verwendung entweder der mit Metall beschichteten Verbundteilchen 2 oder der verschmolzenen Verbundteilchen 8, die oben beschrieben und gezeigt sind. Bei diesem nicht einschränkenden Beispiel wird ein Strom 38 eines Verbundmaterials, das innerhalb eines Strahlgases dispergiert ist, durch mindestens eine Düse 42A in einen Energiestrahl 28 gerichtet, so dass in dem Strom 38 enthaltene Verbundteilchen unter Ausbildung einer Schmelze 30, die sich auf einer Oberfläche eines Metall- oder Nichtmetallsubstrats 24 befindet, geschmolzen werden. Bei Ausführungsformen mit Lasermikroauftragschweißen werden zum Beispiel der Laserstrahl 28 und die Düse 42A gleichzeitig über die Oberfläche des Substrats 24 bewegt, so dass die resultierende Schmelze 30 abkühlt und erstarrt, um eine Metallummantelungsschicht 32 zu erzeugen, die allgemein durch eine Schlackenschicht 34 bedeckt ist. Mindestens ein weiterer Strom 40, der ein anderes Verbundmaterial, Füllstoffmaterial, eine Flussmittelzusammensetzung oder ein Additiv enthält, kann auch mittels mindestens einer zusätzlichen Düse 42B in den Energiestrahl 28 gerichtet werden.In other embodiments for bulk fabrication of metals or repair of hollow components, the substrate 24 in the form of a volatile carrier material. "Volatile" means removable after formation of the cladding layer, for example by direct (physical) removal, mechanical Processes, drainage, fluid washing, chemical leaching and / or by any other known process in which the volatile carrier material 24 can be removed from his position. Examples of volatile carrier materials include powders (for example, metal, glass, ceramic, fiber), solid objects (for example, metal, glass, ceramics, composite, plastic, resinous structures, graphite, dry ice), wool-like materials (for example, steel wool , Alumina wool, zirconia wool) and foamed materials (for example, polymer foams, high temperature spray foams), to name but a few. Any material or structure that is capable of providing a carrying function, and then after formation of the metal deposit 32 can be removed as a volatile carrier material 24 serve. 5 Figure 4 shows another embodiment for powder-directed laser cladding (for example laser micro-deposition welding) using either the metal-coated composite particles 2 or the fused composite particles 8th which are described and shown above. In this non-limiting example, a current becomes 38 a composite material dispersed within a jet gas through at least one nozzle 42A into an energy beam 28 directed so that in the stream 38 contained composite particles to form a melt 30 that is on a surface of a metal or non-metal substrate 24 is to be melted. In embodiments with laser microplate welding, for example, the laser beam 28 and the nozzle 42A simultaneously over the surface of the substrate 24 moves, leaving the resulting melt 30 cools and solidifies to a metal sheath layer 32 generally generated by a slag layer 34 is covered. At least one more stream 40 containing another composite material, filler material, flux composition or additive may also be provided by means of at least one additional nozzle 42B in the energy beam 28 be directed.

Bei einigen Ausführungsformen kann das Haften der Verbundteilchen an der Oberfläche des Substrats 24 dadurch erhöht werden, dass anfänglich in Kontakt mit Verbundteilchen mit einer Haftsubstanz wie Wasser, Alkohol, Lack oder Bindemittel getreten wird. Derartiges Vorbenetzen des Verbundpulvers mit einer klebstoffähnlichen Substanz kann auch die Haftung zwischen Schichten verbessern, wenn mehrere benachbarte Metallschichtabscheidungen ausgebildet werden.In some embodiments, the adhesion of the composite particles to the surface of the substrate 24 be increased by initially in contact with composite particles with an adhesive substance such as water, alcohol, varnish or binder. Such pre-wetting of the composite powder with an adhesive-like substance can also improve the adhesion between layers when forming a plurality of adjacent metal film deposits.

Wie oben erklärt und beschrieben enthalten die Verbundmaterialien 2, 8 sowohl einen Metallanteil 4, 10 als auch eine Flussmittelzusammensetzung 6, 12, die während der Schmelzbearbeitung mindestens eine Schutzfunktion bereitstellt. Die Flussmittelzusammensetzung 6, 12 und die resultierende Schlackenschicht 34 können eine Anzahl von nützlichen Funktionen bereitstellen, die die chemischen und/oder mechanischen Eigenschaften von abgeschiedenen Metallen, die durch Schmelzbearbeitung der vorliegend beschriebenen Verbundmaterialien ausgebildet werden, verbessern.As explained and described above, the composites contain 2 . 8th both a metal content 4 . 10 as well as a flux composition 6 . 12 which provides at least one protective function during melt processing. The flux composition 6 . 12 and the resulting slag layer 34 can provide a number of useful functions that enhance the chemical and / or mechanical properties of deposited metals formed by melt processing of the composite materials described herein.

Zuerst können die Flussmittelzusammensetzung und die resultierende Schlackenschicht 34 so funktionieren, dass sowohl das Gebiet der Schmelze 30 als auch die erstarrte (aber noch immer heiße) schmelzbearbeitete Schicht 32 gegenüber der Atmosphäre abgeschirmt sind. Die Schlacke schwimmt zur Oberfläche, so dass sie das geschmolzene oder heiße Metall von der Atmosphäre trennt, und die Flussmittelzusammensetzung kann so formuliert sein, dass mindestens ein Abschirmungsmittel hergestellt wird, das bei Aussetzen gegenüber Laserphotonen oder Erhitzung mindestens ein Schutzgas erzeugt. Bei manchen Ausführungsformen können Schutzgase zu einer gasförmigen Umhüllung 36, die die Schmelze 30 bedeckt, koaleszieren, wie in 4 und 5 gezeigt. 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 bilden (z. B. CO, CO2, H2). Die Anwesenheit der Schlackenschicht 34 und des fakultativen Schutzgases 36 kann die Notwendigkeit, die Schmelzbearbeitung in Gegenwart von Inertgasen (wie Helium und Argon) oder in einer abgedichteten Kammer (zum Beispiel Vakuumkammer oder Inertgaskammer) oder durch die Verwendung anderer spezialisierter Einrichtungen zum Ausschluss von Luft durchzuführen, vermeiden oder auf ein Minimum reduzieren.First, the flux composition and the resulting slag layer 34 work so that both the area of the melt 30 as well as the frozen (but still hot) melt processed layer 32 shielded from the atmosphere. The slag floats to the surface to separate the molten or hot metal from the atmosphere, and the flux composition may be formulated to produce at least one shielding agent that produces at least one shielding gas upon exposure to laser photons or heating. In some embodiments, shielding gases can become a gaseous envelope 36 that melt 30 covered, coalesced, as in 4 and 5 shown. 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 form protective and / or reducing gases (eg CO, CO 2 , H 2 ). The presence of the slag layer 34 and the optional protective gas 36 may avoid or minimize the need to perform melt processing in the presence of inert gases (such as helium and argon) or in a sealed chamber (eg vacuum chamber or inert gas chamber) or by using other specialized equipment to exclude air.

Zweitens kann die Schlackenschicht 34 als Isolierschicht wirken, die es gestattet, dass die resultierende schmelzbearbeitete Schicht 32 langsam und gleichmäßig abkühlt, wodurch Restspannungen reduziert werden, die zu Rissbildung nach dem Schweißen, Wiedererhitzung- oder Reckalterungsrissbildung und Sekundärreaktionszonenausbildung beitragen können. Derartige Schlackenüberlagerung über und neben der abgeschiedenen Metallschicht 32 kann die Wärmeleitung zum Substrat 24 weiter verbessern, was bei einigen Ausführungsformen die gerichtete Erstarrung zur Ausbildung von länglichen (uniaxialen) Körnern 33 in der schmelzbearbeiteten Schicht 32 fördern kann (siehe 4).Second, the slag layer 34 act as an insulating layer, which allows the resulting melt-processed layer 32 cooling slowly and evenly, thereby reducing residual stresses that may contribute to post-weld cracking, reheat or stretch aging cracking, and secondary reaction zone formation. Such slag overlay above and next to the deposited metal layer 32 can the heat conduction to the substrate 24 further improving, which in some embodiments, directional solidification to form elongate (uniaxial) grains 33 in the melt-processed layer 32 can promote (see 4 ).

Drittens kann die Schlackenschicht 34 zum Formen und Tragen der Schmelze 30 beitragen, um sie nahe an einem gewünschten Höhen/Breiten-Verhältnis (zum Beispiel einem 1/3 Höhen/Breiten-Verhältnis) zu halten. Diese Formsteuerung und Tragfunktion reduziert weiterhin Erstarrungsspannungen, die sonst auf die schmelzbearbeitete Schicht 32 übertragen werden können. Zusammen mit der Form und der Tragfunktion kann die Schlackenschicht 34 auch aus einer Flussmittelzusammensetzung hergestellt werden, die so formuliert ist, dass sie die Oberflächenglätte der schmelzbearbeiteten Schicht 34 verbessert. Verbesserte Oberflächenglätte kann sich bei einigen Ausführungsformen nützlich auswirken, wobei die schmelzbearbeitete Schicht 32 eine Superlegierungsschicht ist, die daraufhin mit einer Diffusionsbeschichtung, wie zum Beispiel einer Platinaluminidbeschichtung beschichtet wird. Bei diesen Ausführungsformen kann die verbesserte Oberflächenglätte die Ausbildung von nachteiligen Sekundärreaktionszonen (SRZs) reduzieren, die die physikalischen und chemischen Eigenschaften von diffusionsbeschichteten Superlegierungskomponenten gefährden können.Third, the slag layer 34 for shaping and carrying the melt 30 to keep them close to a desired height / width ratio (for example, a 1/3 height / width ratio). This shape control and Supporting function further reduces freezing stresses that otherwise affect the melt-processed layer 32 can be transmitted. Together with the shape and the supporting function, the slag layer can 34 also be prepared from a flux composition formulated to increase the surface smoothness of the melt processed layer 34 improved. Improved surface smoothness may be useful in some embodiments where the melt processed layer 32 is a superalloy layer, which is then coated with a diffusion coating, such as a platinum aluminide coating. In these embodiments, the improved surface smoothness can reduce the formation of adverse secondary reaction zones (SRZs) that can compromise the physical and chemical properties of diffusion-coated superalloy components.

Viertens können die Flussmittelzusammensetzung und die Schlackenschicht 34 einen Reinigungseffekt zum Entfernen von Spurenverunreinigungen, die zu minderwertigen Eigenschaften beitragen, bereitstellen. Derartiges Reinigen kann die Oxidation der Schmelze 30 beinhalten. Derartige Flussmittelzusammensetzungen können auch so formuliert sein, dass sie mindestens einen Scavenger enthalten, der ungewollte Verunreinigungen aus der Schmelze entfernen kann. 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 mit schädlichen Elementen wie Schwefel und Phosphor und Elementen, die bekanntlich Eutektita mit niedrigem Schmelzpunkt erzeugen, unter Ausbildung von Nebenprodukten mit niedriger Dichte, von denen erwartet wird, dass sie in einer resultierenden Schlackenschicht 34 „schwimmen”, reagieren.Fourth, the flux composition and slag layer 34 provide a cleaning effect for removing trace impurities that contribute to inferior properties. Such cleaning can oxidize the melt 30 include. Such flux compositions may also be formulated to contain at least one scavenger which can remove unwanted impurities from the melt. Scavengers include metal oxides and fluorides such as calcium oxide (CaO), calcium fluoride (CaF 2 ), iron oxide (FeO), magnesium oxide (MgO), manganese oxides (MnO, MnO 2 ), niobium oxides (NbO, NbO 2 , Nb 2 O 5 ) , Titanium Oxide (TiO 2 ), Zirconium Oxide (ZrO 2 ) and other agents known to produce harmful elements such as sulfur and phosphorus and elements known to produce low melting point eutectics to form low density byproducts expected to be present they in a resulting slag layer 34 "Swim", react.

Fünftens können die Flussmittelzusammensetzung und die Schlackenschicht 34 den Anteil von Wärmeenergie erhöhen, der der Oberfläche des Substrats 24 zugeführt wird. Dieser Anstieg in Wärmeabsorption kann aufgrund der Zusammensetzung und/oder Form der Flussmittelzusammensetzung auftreten. In Hinblick auf die Zusammensetzung kann das Flussmittel so formuliert sein, dass es mindestens eine Verbindung enthält, die Laserenergie bei der Wellenlänge eines Laserenergiestrahls, der als der Energiestrahl 28 verwendet wird, absorbieren kann. Ein Vergrößern des Anteils der laserabsorbierenden Verbindung verursacht einen entsprechenden Anstieg in der Menge von Laserenergie, die (als Wärme) auf die Substratoberfläche einwirkt. Dieser Anstieg der Wärmeabsorption kann dadurch, dass die Verwendung von kleineren Laserquellen und/oder Laserquellen niederer Leistung erlaubt wird, die dazu in der Lage sein können, relativ sein flacher ausgebildete Schmelze 30 zu erzeugen, was zum Beispiel beim Lasermikroauftragschweißen nützlich kann, eine größere Einsatzflexibilität bereitstellen. In einigen Fällen könnte die laserabsorbierende Verbindung auch eine exotherme Verbindung sein, die sich bei Laserbestrahlung unter Freigabe zusätzlicher Wärme zersetzt. Ein Beispiel für ein derartiges exothermisches Verbundpartikulat wären Teilchen mit einem CO2-erzeugenden Kern (zum Beispiel beinhaltend ein Carbonat), das von Aluminium umgeben und letztlich mit Nickel beschichtet ist. Mit Nickel beschichtetes Aluminiumpulver wird tatsächlich als Kraftstoff für den Antrieb auf Mars vorgeschlagen, wo CO2 im großen Maße vorhanden ist und für eine derartige exotherme Reaktion sorgt.Fifth, the flux composition and the slag layer 34 increase the amount of heat energy that is the surface of the substrate 24 is supplied. This increase in heat absorption may occur due to the composition and / or form of the flux composition. In terms of composition, the flux may be formulated to contain at least one compound, the laser energy at the wavelength of a laser energy beam, which is the energy beam 28 is used, can absorb. Increasing the proportion of the laser absorbing compound causes a corresponding increase in the amount of laser energy acting on the substrate surface (as heat). This increase in heat absorption may be relieved by allowing the use of smaller laser sources and / or low power laser sources that may be capable of being relatively flatter 30 which may be useful in, for example, laser micro-deposition welding, provide greater versatility. In some cases, the laser absorbing compound could also be an exothermic compound that decomposes upon laser irradiation to release additional heat. An example of such an exothermic composite particulate would be particles having a CO 2 -producing core (including, for example, a carbonate) surrounded by aluminum and ultimately coated with nickel. Nickel-coated aluminum powder is actually proposed as fuel for propulsion on Mars, where CO 2 is present to a large extent and provides for such an exothermic reaction.

Die Form des Verbundmaterials 2, 8 und der resultierenden Schicht 26 kann auch die Laserabsorption beeinflussen, indem Schichtdicke und/oder Teilchengröße verändert werden. In solchen Fällen steigt die Absorption der Lasererhitzung allgemein mit ansteigender Dicke der Schicht 26 (siehe 4). Ein Anstieg der Dicke der Verbundmaterialschicht 26 erhöht auch die Dicke einer resultierenden geschmolzenen Schlackenüberlagerung, die die Absorption von Laserenergie weiter verbessern kann. Die Dicke der Pulverschicht 26 (siehe 4) bei Verfahren der vorliegenden Offenbarung liegt typisch im Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 15 mm. In einigen Fällen liegt die Dicke im Bereich von ungefähr 3 mm bis ungefähr 12 mm, während in anderen Fällen die Dicke im Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 10 mm liegt.The shape of the composite material 2 . 8th and the resulting layer 26 may also affect laser absorption by changing layer thickness and / or particle size. In such cases, the absorption of laser heating generally increases with increasing thickness of the layer 26 (please refer 4 ). An increase in the thickness of the composite material layer 26 Also increases the thickness of a resulting molten slag overlay, which can further enhance the absorption of laser energy. The thickness of the powder layer 26 (please refer 4 ) in methods of the present disclosure typically ranges from about 1 mm to about 15 mm. In some cases, the thickness is in the range of about 3 mm to about 12 mm, while in other cases the thickness is in the range of about 5 mm to about 10 mm.

Reduzieren der durchschnittlichen Teilchengröße der Verbundmaterialien 2, 8 verursacht außerdem einen Anstieg der Laserenergieabsorption (wahrscheinlich durch erhöhte Photonenstreuung in dem Bett aus feinen Teilchen und erhöhte Photonenabsorption mittels Interaktion mit vergrößertem Gesamtpartikulatoberflächenbereich). In Bezug auf die Teilchengröße liegen Verbundmaterialien in manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Bereich einer Durchschnittsteilchengröße von ungefähr 1 bis 1000 μm im Durchmesser, oder von ungefähr 5 bis 500 μm, oder von ungefähr 20 bis 100 μm, während die Durchschnittsteilchengröße von kommerziell erhältlichen Flussmitteln allgemein im Bereich von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 2 mm (500 bis 2000 μm) im Durchmesser (oder ungefähre Abmessung, falls nicht abgerundet) liegen.Reduce the average particle size of the composite materials 2 . 8th also causes an increase in laser energy absorption (probably due to increased photon scattering in the bed of fine particles and increased photon absorption by interaction with increased total particulate surface area). In terms of particle size, in some embodiments of the present disclosure, composites range in average particle size from about 1 to 1000 microns in diameter, or from about 5 to 500 microns, or from about 20 to 100 microns, while the average particle size of commercially available fluxes is general in the range of about 0.5 mm to about 2 mm (500 to 2000 μm) in diameter (or approximate dimension if not rounded).

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 32 beisteuert, die anderweitig nicht in der Metalllegierung 4, 10 enthalten sind. Zu derartigen Vectoring-Stoffen gehören Titan, Zircon, Bor und Aluminium enthaltende Verbindungen und Materialien, wie zum Beispiel Titanlegierungen (Ti), Titanoxid (TiO2), Titanit (CaTiSiO5), Aluminiumlegierungen (Al), Aluminiumcarbonat (Al2(CO3)3), Dawsonit (NaAl(CO3)(OH)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. Bestimmte Oxometallate, wie im Folgenden beschrieben, können sich auch als Vectoring-Stoffe eignen.In addition, the flux composition may be formulated to compensate for loss of volatilized or reacted elements during processing or active elements to the melt processed layer 32 contributed, otherwise not in the metal alloy 4 . 10 are included. Such vectoring materials include titanium, zircon, 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 ), dawsonite (NaAl (CO 3 ) (OH) 2 ), borate minerals (eg, kernite, borax, uxlex, colemanite), nickel titanium alloys (eg, nitinol), niobium oxides (NbO, NbO 2 , Nb 2 O 5 ), and other metal-containing compounds and materials used to supplement molten alloys with elements. Certain oxometallates, as described below, may also be useful as vectoring agents.

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 34 „schwimmen”, mit schädlichen Elementen wie Schwefel und Phosphor reagieren.Scavengers include metal oxides and fluorides such as calcium oxide (CaO), calcium fluoride (CaF 2 ), iron oxide (FeO), magnesium oxide (MgO), manganese oxides (MnO, MnO 2 ), niobium oxides (NbO, NbO 2 , Nb 2 O 5 ), Titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and other agents known to produce low-density byproducts that are expected to result in a resulting slag layer 34 "Swim", react with harmful elements such as sulfur and phosphorus.

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.

Claims (10)

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. Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die Metalllegierung eine Superlegierung ist.The composite of claim 1, wherein the metal alloy is a superalloy. Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die Flussmittelzusammensetzung ein Metalloxid und mindestens eines ausgewählt von der Gruppe bestehend aus einem Metallhalogenid, einem Metalloxometallat und einem Metallcarbonat umfasst.The composite of claim 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. Verbundmaterial nach Anspruch 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.The composite of claim 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. Verbundmaterial nach Anspruch 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.The composite of claim 1, 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. Verbundmaterial nach Anspruch 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.The composite material of claim 5, 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. Verbundmaterial nach Anspruch 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.The composite of claim 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. Verbundmaterial, umfassend eine Superlegierung und eine Flussmittelzusammensetzung.A composite material comprising a superalloy and a flux composition. 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.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 oxide Metal halide, a metal oxometalate and a metal carbonate. Prozess, umfassend Schmelzen des Verbundmaterials nach Anspruch 1 oder 8 oder 9 und Kühlenlassen eines resultierenden geschmolzenen Materials unter Ausbildung einer Metallabscheidung.A process comprising melting the composite material of claim 1 or 8 or 9 and allowing a resulting molten material to cool to form a metal deposit.
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