EP3883708A1 - Additively-manufactured refractory metal component, additive manufacturing process, and powder - Google Patents

Additively-manufactured refractory metal component, additive manufacturing process, and powder

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EP3883708A1
EP3883708A1 EP19787135.3A EP19787135A EP3883708A1 EP 3883708 A1 EP3883708 A1 EP 3883708A1 EP 19787135 A EP19787135 A EP 19787135A EP 3883708 A1 EP3883708 A1 EP 3883708A1
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EP
European Patent Office
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particles
tungsten
molybdenum
powder
melting point
Prior art date
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Pending
Application number
EP19787135.3A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz LEITZ
Heinrich Kestler
Peter Singer
Gerhard Leichtfried
Jakob BRAUN
Lukas KASERER
Janko STAJKOVIC
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Plansee SE
Original Assignee
Plansee SE
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Publication date
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    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
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    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a component with the features of the preamble of claim 1, an additive manufacturing process for producing a component with the features of the preamble of claim 9 and a use of a powder for an additive manufacturing process.
  • the low coefficient of thermal expansion and the high thermal conductivity, tungsten, molybdenum and their alloys are used for various high-performance applications, such as for X-ray anodes, heat sinks, high-temperature heating zones, thrusters, extrusion matrices, molded parts for injection molding, hot runner nozzles, resistance welding electrodes or Components used for ion implantation systems.
  • these elements have a high density, which ensures good shielding behavior against electromagnetic and particle radiation. Due to the comparatively low ductility at room temperature and the high DBTT (Ductile Brittle Transition Temperature), the processing properties are unfavorable for both cutting and non-cutting processes.
  • Additive manufacturing processes do not require any cutting or shaping tools, which enables low-cost production of components.
  • high resource efficiency is achieved because powder particles that have not melted or sintered together can be reused.
  • a disadvantage of these processes is currently the very low build-up rate.
  • WO 2012/055398 discloses a selective laser beam melting process for refractory metals, the composition of the material being changed by reaction with a reactive gas contained in the atmosphere during the construction of the component can.
  • US 2018/0214949 A1 and WO 2018/144323 show the use of grain-refining nanoparticles for the production of powders for additive manufacturing, which contain particles made of an aluminum alloy.
  • the most common additive manufacturing process is the selective laser beam melting process (SLM).
  • SLM selective laser beam melting process
  • a powder layer is applied to a surface using a doctor blade.
  • a laser beam is then passed over this layer of powder.
  • a layer of the component to be manufactured is thus created by successive local melting of powder particles and subsequent solidification.
  • Another layer of powder is then applied to the already processed layer of powder and the process begins again.
  • the component is thus built up with each new powder layer, the direction of construction being arranged normal to the respective levels of the powder layers. Since the additive manufacturing process forms a characteristic microstructure, it is possible for the person skilled in the art to recognize whether a component is manufactured by a conventional process or by an additive manufacturing process.
  • Molybdenum and tungsten have a high melting point, high thermal conductivity in the solid phase and high surface tension and viscosity in the liquid phase. These materials are among the most difficult to process using an additive manufacturing process.
  • the short time in the molten phase due to the high thermal conductivity combined with the high surface tension and the high viscosity favor the balling effect, which in turn leads to pores and thus to crack-causing defects and a low density.
  • the balling effect also has a negative effect on the surface quality, especially on the surface roughness. Since molybdenum and tungsten have a very low fracture toughness, local defects, combined with the inherent, thermally induced stresses inherent in the process, lead to cracks.
  • Components made of molybdenum and tungsten produced by selective laser or electron beam melting show a stem-crystalline structure, whereby the average grain aspect ratio (Grain Aspect Ratio - GAR value; ratio of grain length to grain width) is typically greater than 8 in the direction of assembly.
  • an intercrystalline crack network is formed, which depicts the melting trace of the laser or electron beam.
  • the cracks are mainly intergranular hot and cold cracks. These are partially connected to each other, which means that components often have open porosity and are not sealed against gases and liquids. If the component is subjected to stress, there is generally no plastic deformation and intercrystalline fracture behavior is predominantly observed.
  • An intergranular fracture behavior is a fracture that is mainly caused by cracks along the grain boundaries. Due to this fracture behavior, components manufactured in this way have low fracture strength, low fracture toughness and low ductility.
  • the object of the invention is to provide
  • the molybdenum content, the tungsten content or the total content of molybdenum and tungsten being greater than 85 at%, in which the problems discussed above are avoided
  • a powder which shows optimized behavior for use in an additive manufacturing process
  • the powder consisting of particles at least one material selected from a group comprising molybdenum, a molybdenum-based alloy, tungsten, a tungsten-based alloy and a molybdenum-tungsten-based alloy, wherein the particles have a matrix phase and wherein the molybdenum content, the tungsten content or the total content of molybdenum and tungsten is greater than 85 at%.
  • a powder is understood to mean a collection of particles.
  • the particles can e.g. B. as a volume component of particles of the powder (in particular, for example, in the form of precipitates), as particles adhering to the surface of particles of the powder or as components of the powder which are present separately from the particles.
  • Molybdenum-based alloy is an alloy that contains at least 50 at% molybdenum.
  • a molybdenum-based alloy for use in the invention has at least 85, 90, 95 or 99 at% molybdenum.
  • a tungsten based alloy contains at least 50 at% tungsten.
  • a tungsten-based alloy for use in the invention has at least 85, 90, 95 or 99 at% tungsten.
  • a molybdenum-tungsten alloy is understood to mean an alloy which contains at least 50 at% molybdenum and tungsten in total, in particular at least 80, 90, 95 or 99 at% molybdenum and tungsten in total. Molybdenum-tungsten alloys are a preferred embodiment in all concentration ranges.
  • components made of molybdenum, tungsten, molybdenum and tungsten-based alloys produced using beam-based additive manufacturing processes have an oxygen content of between 0.25 and 0.6 at%.
  • oxygen content is not reduced by the additive manufacturing process, such as selective laser or electron beam melting.
  • high-resolution examination methods such as grid or
  • a high oxygen content also increases the balling effect.
  • the oxygen is enriched in the edge area of the melting zone and reduces the surface tension there. Marangoni convection thus favors a material flow from the edge area into the center of the melting zone, which significantly increases the balling triggered by the Plateau-Rayleigh instability.
  • the basic idea of the invention is to use the particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase and which can thus act as crystallization nuclei for the melted matrix phase to achieve a fine-grained structure of the component.
  • the total grain boundary area in the component is larger than with a coarse-grain structure, so that the oxides formed with the molybdenum or tungsten are distributed over a larger area without the oxygen content of the component having to be reduced. A weakening of the grain boundaries can thereby be avoided.
  • a fine-grain structure leads to an increase in toughness.
  • a component according to the invention is characterized in that the component contains particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase. As already described, these particles lead to a fine-grained structure in the component and thus increase strength and toughness.
  • the material used, from which the component is made is preferably a powder.
  • An additive manufacturing process according to the invention is characterized in that the starting powder
  • At least one precursor substance e.g. zirconium, hafnium, tantalum, titanium, niobium, vanadium
  • the melting point of the particles being above the melting point of the matrix phase and the particles from the precursor substance being melted together in layers by means of the particles of the starting powder Lasers or electron beams are created
  • At least one component e.g. zirconium, hafnium, tantalum, titanium, niobium, vanadium
  • a process gas atmosphere e.g. nitrogen
  • the step of providing a starting powder comprises spheroidizing in the melting phase and / or granulating a raw powder.
  • a powder for use according to the invention in an additive manufacturing method, in particular an additive manufacturing method according to the invention, is characterized in that the powder
  • the individual powder particles are preferably melted using an additive manufacturing process, SLM (selective laser beam melting) or SEBM (selective electron beam melting) advantageously being used.
  • the component is preferably built up in layers.
  • a powder layer is applied to a base plate using a doctor blade.
  • the powder layer usually has a height of 10 to 150 pm.
  • the powder particles are first sintered together with a defocused electron beam. Subsequently, the powder is melted locally by energy input using an electron beam. With the SLM, the powder can be locally melted using a laser beam.
  • the jet creates a cellular weld pool with a line width of typically 30 microns to 200 microns.
  • the laser or electron beam is guided over the powder layer.
  • the entire powder layer or only part of the powder layer can be melted and subsequently solidified by suitable beam guidance.
  • the melted and solidified areas of the powder layer are part of the finished component.
  • the unmelted powder is not part of the manufactured component.
  • a further layer of powder is then applied by means of a doctor blade and the laser or electron beam is again guided over this layer of powder.
  • a so-called scan structure is formed in each powder layer.
  • a typical layer structure also forms in the direction of construction, which is determined by the application of a new powder layer. Both the scan structure and the individual layers can be recognized on the finished component.
  • the structure of powder particles melted together selectively to form a solid structure by means of an additive manufacturing process by means of an energy-rich beam (preferably by means of a laser or electron beam) differs significantly from that produced by other processes, for example thermal spraying Structure.
  • thermal spraying individual spray particles are accelerated in a gas stream and hurled onto the surface of the component to be coated.
  • the spray particles can be in the form of melted or melted (plasma spraying) or solid (cold gas spraying).
  • a layer formation takes place because the individual spray particles flatten out when they hit the component surface, stick mainly through mechanical clamping and build up the spray layer in layers.
  • a plate-like layer structure is formed.
  • Layers produced in this way have a grain stretching perpendicular to the building direction in a plane parallel to the building direction with an average grain stretching ratio (Grain Aspect Ratio - GAR value; ratio of grain length to grain width) well above 2 and thus differ significantly from layers produced by selective laser or electron beam melting / Components that have an average grain stretching ratio well above 2 in a plane parallel to the direction of assembly, but with a grain stretching parallel to the direction of assembly.
  • GMA Average grain stretching ratio
  • the content of the component in the particles is so high that the matrix phase has an average grain area of less than 10,000 square micrometers, preferably less than 5000 square micrometers, particularly preferably less than 2500 square micrometers.
  • an average size of the particles is less than 5 micrometers, preferably less than 1 micrometer.
  • the average size of the particles is preferably greater than 10 nanometers.
  • the volume content of the particles in the component is between 0.05% by volume and 10% by volume.
  • the grain-refining effect is not sufficient below 0.05% by volume, and the particle number A / olumen (responsible for the resulting grain size) increases only slightly above 10% by volume, so that volume contents greater than 10% by volume essentially only cause coarsening of the particles , but not a further reduction in Grain size.
  • these higher volume levels lead to a loss of ductility.
  • volume content can be measured in various ways, of which the following are mentioned as examples:
  • the component has a fracture behavior at least in a fracture plane with a transcrystalline fraction of more than 50%, preferably more than 80%, particularly preferably more than 90%, of the fracture surface.
  • the component is manufactured in layers in one direction of construction and preferably has an average grain extension in a plane parallel to the direction of construction less than 5, preferably less than 3.
  • the low grain stretching ensures an isotropy of the mechanical properties which is sufficient for the customarily required use properties.
  • a component according to the invention and / or an additive manufacturing method according to the invention and / or a use of a powder according to the invention it is provided that the particles are selected individually or in any combination from a group comprising:
  • - carbides preferably ZrC, NbC, MoC, TiC, TaC, HfC
  • - nitrides preferably YN, TaN, HfN
  • the powder has a particle size of less than 100 micrometers.
  • Embodiment provided that the particles of the powder have the particles, preferably in the form of fine precipitates.
  • the advantage of this is that there can be no disadvantageous segregation when doctoring the powder layer.
  • Embodiment provided that the powder is a mixture containing particles containing molybdenum and / or tungsten and particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase.
  • the advantage here is that the raw materials are easily available.
  • Embodiment provided that the at least one precursor for the Particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase are at least partially present as a layer on particles of the powder.
  • the component has one or more alloy elements, the or the
  • the alloy has or has a reducing effect at least in the temperature range> 1500 ° C., at least one of the alloy elements being present both in at least partially non-oxidized form and in oxidized form.
  • the starting powder provided has at least one element which in the case of molybdenum and the molybdenum-based alloy for M0O 2 and / or M0O 3 , in the case of tungsten and the tungsten-based alloy for WO 2 and / or WO 3 and in the case of the molybdenum-tungsten-based alloy for at least one oxide of the group M0O 2 , M0O 3 , WO 2 and WO 3 has a reducing effect at least in the temperature range> 1500 ° C. and in the starting powder provided in at least partially non-oxidized form is present and that at least one of the reducing elements is at least partially present as an oxide in the component produced.
  • the powder further comprises one or more elements, which in the case of molybdenum and the molybdenum-based alloy for M0O 2 and / or M0O 3 , in the case of tungsten and the tungsten -based alloy for WO 2 and / or WO 3 and in the case of the molybdenum-tungsten-based alloy for at least one oxide of the group M0O 2 , M0O 3 , WO 2 and WO 3 reducing at least in the temperature range> 1500 ° C. acts or act, and that at least one reducing element is present in at least partially non-oxidized form.
  • elements which in the case of molybdenum and the molybdenum-based alloy for M0O 2 and / or M0O 3 , in the case of tungsten and the tungsten -based alloy for WO 2 and / or WO 3 reducing at least in the temperature range> 1500 ° C. acts or act, and that at least one reducing element is present in at least partially non-oxidized
  • the measures described above make it possible to reduce the formation of molybdenum or tungsten oxides, in particular at the grain boundaries, by offering the oxygen in the form of the reducing effect of at least one alloy element or reducing element a more attractive reaction partner. It is therefore not the oxygen content of the component that is reduced, but rather the oxygen is at least partially, preferably largely, in a solid oxide form (at room temperature) formed with the alloy element (s). The oxygen bound in this way can no longer have an adverse effect on the grain boundary strength.
  • Suitable reducing alloying elements or reducing elements can easily be found by the person skilled in the art in tables.
  • the alloying element preferably has a reducing effect for all molybdenum oxides (e.g. M0O2, M0O3) or for all tungsten oxides (e.g. WO2, WO3), regardless of their stoichiometry.
  • the alloy element can reliably bind the oxygen in the form of an oxide, the alloy element must have a reducing effect for molybdenum and / or tungsten oxide at least in the temperature range> 1500 ° C. At temperatures ⁇ 1500 ° C, the reaction kinetics are too low, so that re-oxidation of molybdenum or tungsten no longer occurs.
  • the alloying element preferably has a reducing effect in the temperature range from room to liquidus temperature for molybdenum and / or tungsten oxide.
  • At least one of the alloying elements is an element from group 2, 3 or 4 of the periodic table, preferably titanium, zirconium or Hafnium.
  • the component contains HfC, ZrC> 2 or Hf0 2 .
  • the proof that the alloying element is present in the component in at least partially non-oxidized and in oxidized form can be done by conventional methods, such as XRD, micro-probe, ICP-OES, ICP-MS, RFA, REM / EDX, TEM / EDX and carrier gas hot extraction .
  • the quantitative determination of the alloying element content takes place, for example, via ICP-OES or ICP-MS, the quantitative determination of the oxygen content by means of hot gas extraction or XRF.
  • alloying element is present both in oxidized form and in non-oxidized form can be determined by XRD and, in the case of low contents, by spatially resolving methods, such as, for example, microsonde, REM / EDX or TEM / EDX.
  • the particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase themselves act as these alloying elements or reducing elements, that is to say they assume a double role.

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Abstract

The invention relates to a component having a matrix phase consisting of at least one material selected from a group comprising molybdenum, a molybdenum-based alloy, tungsten, a tungsten-based alloy and a molybdenum-tungsten based alloy, manufactured by a laser- or electron beam in an additive manufacturing process, the molybdenum content, tungsten content, or the total content of molybdenum and tungsten being greater than 85 at%, and the component containing particles, the melting point of which lies above the melting point of the matrix phase.

Description

Additiv gefertigtes Refraktärmetallbauteil,  Additively manufactured refractory metal component,
additives Fertigungsverfahren und Pulver  additive manufacturing process and powder
Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 , ein additives Fertigungsverfahren zur Fierstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9 und eine Verwendung eines Pulvers für ein additives Fertigungsverfahren. The invention relates to a component with the features of the preamble of claim 1, an additive manufacturing process for producing a component with the features of the preamble of claim 9 and a use of a powder for an additive manufacturing process.
Wolfram, Molybdän und deren Legierungen werden auf Grund des hohen Schmelzpunktes, des niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der hohen Wärmeleitfähigkeit für unterschiedliche Hochleistungsanwendungen, wie zum Beispiel für Röntgenanoden, Wärmesenken, Hochtemperatur-Heizzonen, Strahlruder, Strangpressmatrizen, Formteile für den Spritzguss, Heißkanaldüsen, Widerstandsschweißelektroden oder Komponenten für lonenimplantieranlagen eingesetzt. Zudem weisen diese Elemente eine hohe Dichte auf, wodurch ein gutes Abschirmungsverhalten gegenüber elektromagnetischer und Partikelstrahlung gewährleistet ist. Bedingt durch die vergleichsweise niedrige Duktilität bei Raumtemperatur und die hohe DBTT (Ductile-Brittle-Transition-Temperature) sind die Bearbeitungseigenschaften sowohl für spanende, als auch spanlose Verfahren ungünstig. Zudem ist mit Ausnahme von Molybdän-Rhenium und Wolfram-Rhenium die Schweißeignung dieser Werkstoffe schlecht. Ein großtechnisches Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus diesen Werkstoffen ist die pulvermetallurgische Herstellungsroute, bei der entsprechende Ausgangspulver gepresst und gesintert werden und in der Regel anschließend bei hoher Temperatur (Temperatur größer DBTT) umgeformt werden. Due to the high melting point, the low coefficient of thermal expansion and the high thermal conductivity, tungsten, molybdenum and their alloys are used for various high-performance applications, such as for X-ray anodes, heat sinks, high-temperature heating zones, thrusters, extrusion matrices, molded parts for injection molding, hot runner nozzles, resistance welding electrodes or Components used for ion implantation systems. In addition, these elements have a high density, which ensures good shielding behavior against electromagnetic and particle radiation. Due to the comparatively low ductility at room temperature and the high DBTT (Ductile Brittle Transition Temperature), the processing properties are unfavorable for both cutting and non-cutting processes. In addition, with the exception of molybdenum rhenium and tungsten rhenium, the weldability of these materials is poor. A large-scale process for the production of components from these materials is the powder metallurgical production route, in which the corresponding starting powders are pressed and sintered and are usually subsequently shaped at a high temperature (temperature greater than DBTT).
Die mit additiven Fertigungsverfahren erreichbaren Möglichkeiten zur geometrischen Bauteilausführung übersteigen jene von konventionellen Verfahren bei Weitem. Insbesondere bei Materialien wie Molybdän, Wolfram und deren Legierungen ist das additive Fertigungsverfahren im Besonderen vorteilhaft, da diese Werkstoffe, im Vergleich zu anderen metallischen Werkstoffen, mit gängigen, herkömmlichen Fertigungsmethoden deutlich schwieriger zu bearbeiten sind. Bei der additiven Fertigung von metallischen Werkstoffen werden meist Pulver, seltener auch Drähte, als Ausgangsmaterial verwendet. Für metallische Werkstoffe haben sich mehrere Prozesse etabliert, wie Selektives Lasersintern (SLS), bei welchem lagenweise aufgebrachtes Pulver örtlich mittels eines Laserstrahls gesintert wird, Selektives Laserstrahlschmelzen (SLM) und selektives Elektronenstrahlschmelzen (SEBM), bei welchen lagenweise aufgebrachtes Pulver örtlich aufgeschmolzen wird und Laser Metal Deposition (LMD), bei welchem ein über eine Düse zugeführtes Pulver geschmolzen wird. The possibilities for geometrical component design that can be achieved with additive manufacturing processes far exceed those of conventional processes. In the case of materials such as molybdenum, tungsten and their alloys in particular, the additive manufacturing process is particularly advantageous since, compared to other metallic materials, these materials are much more difficult to machine with conventional manufacturing methods. In the additive manufacturing of metallic materials, mostly powders, less often wires, are used as Starting material used. For metallic materials, several processes have been established, such as selective laser sintering (SLS), in which layered powder is sintered locally using a laser beam, selective laser beam melting (SLM) and selective electron beam melting (SEBM), in which layered powder is locally melted, and laser Metal deposition (LMD), in which a powder fed through a nozzle is melted.
Additive Fertigungsverfahren benötigen keine Span- oder Formwerkzeuge, was eine kostengünstige Fertigung von Bauteilen mit geringer Stückzahl ermöglicht. Zudem erreicht man eine hohe Ressourcen-Effizienz, da nicht zusammengeschmolzene oder zusammengesinterte Pulverpartikel wiedereingesetzt werden können. Nachteilig bei diesen Verfahren ist derzeit noch die sehr geringe Aufbaurate. Additive manufacturing processes do not require any cutting or shaping tools, which enables low-cost production of components. In addition, high resource efficiency is achieved because powder particles that have not melted or sintered together can be reused. A disadvantage of these processes is currently the very low build-up rate.
Zudem ist bei strahlbasierten additiven Fertigungsverfahren zu berücksichtigen, dass im Vergleich zu konventionellen Konsolidierungsverfahren, wie Gießen oder Sintern, andere metallphysikalische Mechanismen wirksam sind. Während beim Sintern Oberflächen- und Korngrenzendiffusion die Verdichtung bestimmen, sind bei Verfahren, die örtliches Aufschmelzen und Erstarren mit hoher Abkühlgeschwindigkeit umfassen, wie SLM, SEBM und LMD, die Wirkmechanismen andere, deutlich komplexer und auch noch nicht vollständig verstanden. Zu erwähnen sind dabei Benetzungsverhalten, Marangoni-Konvektion, Recoil-Effekte durch Verdampfung, Segregation, epitaktisches Kornwachstum, Erstarrungszeit, Wärmefluss, Wärmeflussrichtung und innere Spannungen in Folge von Erstarrungsschwund. Werkstoffkonzepte, die bei konventionellen Verfahren erfolgreich sind, führen zumeist bei strahlbasierten additiven Verfahren nicht zu fehlerfreien Bauteilen. In addition, with beam-based additive manufacturing processes, it must be taken into account that, compared to conventional consolidation processes such as casting or sintering, other metal-physical mechanisms are effective. While surface and grain boundary diffusion determine the compaction during sintering, processes that involve local melting and solidification with a high cooling rate, such as SLM, SEBM and LMD, have different mechanisms of action, which are significantly more complex and not yet fully understood. Wetting behavior, Marangoni convection, recoil effects due to evaporation, segregation, epitaxial grain growth, solidification time, heat flow, heat flow direction and internal stresses as a result of solidification loss should be mentioned. Material concepts that are successful in conventional processes usually do not lead to faultless components in beam-based additive processes.
Die Herstellung von reinem Wolfram über Selektives Laserstrahlschmelzen wird in einem Fachartikel von Dianzheng Wang et al. (Appl. Sei. 2007, 7, 430), die Herstellung von Molybdän über Selektives Laserstrahlschmelzen in einem Fachartikel von D. Faidel et al. (Additive Manufacturing 8 (2015) 88-94) beschrieben. In der WO 2012/055398 wird ein selektiver Laserstrahlschmelzprozess für Refraktärmetalle offenbart, wobei die Zusammensetzung des Werkstoffs durch Reaktion mit einem in der Atmosphäre enthaltenen reaktiven Gases während des Aufbaus des Bauteils verändert werden kann. In der Schrift CN 103074532 A und dem dazugehörigen Fachartikel“Selective Laser Melting Additive Manufacturing of Hard-to-Process Tungsten-Based Alloy Parts With Novel Crystalline Growth Morphology and Enhanced Performance”, Journal of Manufacturing Science and Engineering, August 2016, Vol. 138, 081003, von Dongdong Gu et al. , wird das Laserschmelzen von mechanisch legiertem Wolfram-TiC Pulver beschrieben. S. K. Makineni et al. beschreiben in„Synthesis and stabilization of a new phase regime in a Mo-Si-B based alloy by laser-based additive manufacturing“, Acta Materialia 151 (2018), 31 40 die Herstellung einer Molybdän-basierten Legierung unter Verwendung von kornfeinenden Lanthanoxid Nanopartikeln. The production of pure tungsten via selective laser beam melting is described in an article by Dianzheng Wang et al. (Appl. Sci. 2007, 7, 430), the production of molybdenum via selective laser beam melting in a technical article by D. Faidel et al. (Additive Manufacturing 8 (2015) 88-94). WO 2012/055398 discloses a selective laser beam melting process for refractory metals, the composition of the material being changed by reaction with a reactive gas contained in the atmosphere during the construction of the component can. In the document CN 103074532 A and the associated article “Selective Laser Melting Additive Manufacturing of Hard-to-Process Tungsten-Based Alloy Parts With Novel Crystalline Growth Morphology and Enhanced Performance”, Journal of Manufacturing Science and Engineering, August 2016, Vol. 138 , 081003, by Dongdong Gu et al. , the laser melting of mechanically alloyed tungsten-TiC powder is described. SK Makineni et al. describe in "Synthesis and stabilization of a new phase regime in a Mo-Si-B based alloy by laser-based additive manufacturing", Acta Materialia 151 (2018), 31 40 the manufacture of a molybdenum-based alloy using grain-refining lanthanum oxide nanoparticles .
US 2018/0214949 A1 und WO 2018/144323 zeigen den Einsatz kornfeinernder Nanopartikel für die Herstellung von Pulvern für die additive Fertigung, welche Partikel aus einer Aluminium-Legierung enthalten. US 2018/0214949 A1 and WO 2018/144323 show the use of grain-refining nanoparticles for the production of powders for additive manufacturing, which contain particles made of an aluminum alloy.
Das am weitesten verbreitete additive Fertigungsverfahren ist das Selektive Laserstrahlschmelzverfahren (SLM). Dabei wird mittels einer Rakel eine Pulverschicht auf einem Untergrund aufgebracht. Anschließend wird ein Laserstrahl über diese Pulverlage geführt. Dieser schmilzt die Pulverpartikel lokal auf, wodurch die einzelnen Pulverpartikel miteinander und mit der zuvor aufgebrachten Lage zusammenschmelzen. Eine Lage des zu fertigenden Bauteils entsteht somit durch sukzessives lokales Schmelzen von Pulverpartikeln und anschließendem Erstarren. Anschließend wird eine weitere Pulverlage auf die bereits bearbeitete Pulverlage aufgebracht und der Prozess beginnt erneut. Das Bauteil wird somit mit jeder neuen Pulverlage weiter aufgebaut, wobei die Aufbaurichtung normal zu den jeweiligen Ebenen der Pulverlagen angeordnet ist. Da sich durch den additiven Fertigungsprozess eine charakteristische Mikrostruktur ausbildet, ist es dem Fachmann möglich, zu erkennen, ob ein Bauteil durch einen konventionellen Prozess oder durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist. The most common additive manufacturing process is the selective laser beam melting process (SLM). Here, a powder layer is applied to a surface using a doctor blade. A laser beam is then passed over this layer of powder. This melts the powder particles locally, as a result of which the individual powder particles melt together and with the previously applied layer. A layer of the component to be manufactured is thus created by successive local melting of powder particles and subsequent solidification. Another layer of powder is then applied to the already processed layer of powder and the process begins again. The component is thus built up with each new powder layer, the direction of construction being arranged normal to the respective levels of the powder layers. Since the additive manufacturing process forms a characteristic microstructure, it is possible for the person skilled in the art to recognize whether a component is manufactured by a conventional process or by an additive manufacturing process.
Molybdän und Wolfram weisen einen hohen Schmelzpunkt, in der festen Phase eine hohe Wärmeleitfähigkeit und in der flüssigen Phase eine hohe Oberflächenspannung und Viskosität auf. Diese Werkstoffe zählen zu den am schwierigsten durch ein additives Fertigungsverfahren zu verarbeitenden Werkstoffen. Die durch die hohe Wärmeleitfähigkeit bedingte kurze Zeit in der schmelzflüssigen Phase, verbunden mit der hohen Oberflächenspannung und der hohen Viskosität, begünstigen den Ballingeffekt, der wiederum zu Poren und damit zu rissauslösenden Defekten und einer niedrigen Dichte führt. Der Ballingeffekt wirkt sich auch negativ auf die Oberflächenqualität, im Speziellen auf die Oberflächenrauigkeit aus. Da Molybdän und Wolfram eine sehr geringe Bruchzähigkeit aufweisen, führen örtliche Defekte, verbunden mit den verfahrensimmanenten inneren, thermisch induzierten Spannungen zu Rissen. Molybdenum and tungsten have a high melting point, high thermal conductivity in the solid phase and high surface tension and viscosity in the liquid phase. These materials are among the most difficult to process using an additive manufacturing process. The short time in the molten phase due to the high thermal conductivity combined with the high surface tension and the high viscosity favor the balling effect, which in turn leads to pores and thus to crack-causing defects and a low density. The balling effect also has a negative effect on the surface quality, especially on the surface roughness. Since molybdenum and tungsten have a very low fracture toughness, local defects, combined with the inherent, thermally induced stresses inherent in the process, lead to cracks.
Über selektives Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen hergestellte Bauteile aus Molybdän und Wolfram zeigen ein stängelkristallines Gefüge, wobei das mittlere Kornstreckungsverhältnis (Grain Aspect Ratio - GAR-Wert; Verhältnis Kornlänge zu Kornbreite) in Aufbaurichtung typischerweise größer als 8 ist. In der Ebene normal zur Aufbaurichtung bildet sich ein interkristallines Rissnetzwerk aus, das die Schmelzspur des Laser- bzw. Elektronenstrahls abbildet. Die Risse sind überwiegend interkristalline Heiß- und Kaltrisse. Diese sind teilweise miteinander verbunden, was dazu führt, dass Bauteile häufig offene Porosität aufweisen und nicht dicht gegenüber Gasen und Flüssigkeiten sind. Bei einer Beanspruchung, welche zum Bruch des Bauteils führt, tritt im Allgemeinen keine plastische Verformung auf und es wird überwiegend interkristallines Bruchverhalten beobachtet. Unter einem interkristallinen Bruchverhalten versteht man einen Bruch, der überwiegend durch Risse entlang der Korngrenzen verursacht wird. Durch dieses Bruchverhalten zeigen derart hergestellte Bauteile eine geringe Bruchfestigkeit, eine geringe Bruchzähigkeit und eine geringe Duktilität. Components made of molybdenum and tungsten produced by selective laser or electron beam melting show a stem-crystalline structure, whereby the average grain aspect ratio (Grain Aspect Ratio - GAR value; ratio of grain length to grain width) is typically greater than 8 in the direction of assembly. In the plane normal to the direction of construction, an intercrystalline crack network is formed, which depicts the melting trace of the laser or electron beam. The cracks are mainly intergranular hot and cold cracks. These are partially connected to each other, which means that components often have open porosity and are not sealed against gases and liquids. If the component is subjected to stress, there is generally no plastic deformation and intercrystalline fracture behavior is predominantly observed. An intergranular fracture behavior is a fracture that is mainly caused by cracks along the grain boundaries. Due to this fracture behavior, components manufactured in this way have low fracture strength, low fracture toughness and low ductility.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung The object of the invention is to provide
- eines gattungsgemäßen Bauteils, wobei der Molybdängehalt, der Wolframgehalt oder der Summengehalt von Molybdän und Wolfram größer als 85 at% ist, bei welchem die oben diskutierten Probleme vermieden werden  a generic component, the molybdenum content, the tungsten content or the total content of molybdenum and tungsten being greater than 85 at%, in which the problems discussed above are avoided
- eines gattungsgemäßen additiven Fertigungsverfahrens zur prozesssicheren Herstellung eines Bauteils mit den zuvor erwähnten Eigenschaften unter Verwendung eines Ausgangspulvers, wobei der Molybdängehalt, der Wolframgehalt oder der Summengehalt von Molybdän und Wolfram größer als 85 at% ist  - A generic additive manufacturing process for the reliable production of a component with the aforementioned properties using a starting powder, wherein the molybdenum content, the tungsten content or the total content of molybdenum and tungsten is greater than 85 at%
- und eines Pulvers, welches für die Verwendung in einem additiven Fertigungsverfahren ein optimiertes Verhalten zeigt, wobei das Pulver Partikel aus zumindest einem Material, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Molybdän, eine Molybdän-basierte Legierung, Wolfram, eine Wolfram-basierte Legierung und eine Molybdän-Wolfram-basierte Legierung aufweist, wobei die Partikel eine Matrixphase aufweisen und wobei der Molybdängehalt, der Wolframgehalt oder der Summengehalt von Molybdän und Wolfram größer ist als 85 at%. - And a powder, which shows optimized behavior for use in an additive manufacturing process, the powder consisting of particles at least one material selected from a group comprising molybdenum, a molybdenum-based alloy, tungsten, a tungsten-based alloy and a molybdenum-tungsten-based alloy, wherein the particles have a matrix phase and wherein the molybdenum content, the tungsten content or the total content of molybdenum and tungsten is greater than 85 at%.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung ein Bauteil bereitzustellen, das folgende Eigenschaften aufweist: In particular, it is the object of the invention to provide a component which has the following properties:
- verringerte Fehler-, insbesondere Risshäufigkeit  - Reduced frequency of errors, especially cracks
- verbesserte Festigkeit  - improved strength
- verbesserte Bruchzähigkeit  - improved fracture toughness
- verbesserte Duktilität  - improved ductility
- verbesserte Dichte  - improved density
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein additives Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und eine Verwendung eines Pulvers mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. This object is achieved by a component with the features of claim 1, an additive manufacturing method with the features of claim 9 and the use of a powder with the features of claim 14. Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.
Unter einem Pulver wird in der vorliegenden Offenbarung eine Ansammlung von Partikeln verstanden. Die Teilchen können z. B. als Volumensbestandteil von Partikeln des Pulvers (im Speziellen z. B. in Form von Ausscheidungen), als an der Oberfläche von Partikeln des Pulvers anhaftende Teilchen oder als von den Partikeln gesondert vorliegende Bestandteile des Pulvers vorliegen. In the present disclosure, a powder is understood to mean a collection of particles. The particles can e.g. B. as a volume component of particles of the powder (in particular, for example, in the form of precipitates), as particles adhering to the surface of particles of the powder or as components of the powder which are present separately from the particles.
Unter Molybdän-basierter Legierung wird eine Legierung verstanden, die zumindest 50 at% Molybdän enthält. Eine Molybdän-basierte Legierung zur Verwendung bei der Erfindung weist mindestens 85, 90, 95 oder 99 at% Molybdän auf. Eine Wolfram basierte Legierung enthält zumindest 50 at% Wolfram. Eine Wolfram-basierte Legierung zur Verwendung bei der Erfindung weist mindestens 85, 90, 95 oder 99 at% Wolfram auf. Unter einer Molybdän-Wolfram-Legierung wird eine Legierung verstanden, die mindestens 50 at% Molybdän und Wolfram in Summe, insbesondere mindestens 80, 90, 95 oder 99 at% Molybdän und Wolfram in Summe, aufweist. Molybdän-Wolfram- Legierungen sind in allen Konzentrationsbereichen eine bevorzugte Ausführungsform. Molybdenum-based alloy is an alloy that contains at least 50 at% molybdenum. A molybdenum-based alloy for use in the invention has at least 85, 90, 95 or 99 at% molybdenum. A tungsten based alloy contains at least 50 at% tungsten. A tungsten-based alloy for use in the invention has at least 85, 90, 95 or 99 at% tungsten. A molybdenum-tungsten alloy is understood to mean an alloy which contains at least 50 at% molybdenum and tungsten in total, in particular at least 80, 90, 95 or 99 at% molybdenum and tungsten in total. Molybdenum-tungsten alloys are a preferred embodiment in all concentration ranges.
Typischerweise weisen über strahlbasierte additive Fertigungsverfahren hergestellte Bauteile aus Molybdän, Wolfram, Molybdän- und Wolfram-basierte Legierungen einen Sauerstoffgehalt zwischen 0,25 und 0,6 at% auf. Bei Verwendung von mechanisch legierten Ausgangspulvern können auch deutlich höhere Sauerstoffgehalte von 2 at% und darüber auftreten. Der Sauerstoffgehalt wird durch das additive Fertigungsverfahren, wie beispielsweise das Selektive Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen, nicht verringert. Bei Anwendung hochauflösender Untersuchungsverfahren wie beispielsweise Raster- oderTypically, components made of molybdenum, tungsten, molybdenum and tungsten-based alloys produced using beam-based additive manufacturing processes have an oxygen content of between 0.25 and 0.6 at%. When using mechanically alloyed starting powders, significantly higher oxygen contents of 2 at% and above can also occur. The oxygen content is not reduced by the additive manufacturing process, such as selective laser or electron beam melting. When using high-resolution examination methods such as grid or
Transmissionselektronenmikroskopie zeigt sich, dass bei Bauteilen gemäß dem Stand der Technik der Sauerstoff überwiegend an den Korngrenzen in Form von Molybdän- bzw. Wolfram-Oxid ausgeschieden ist. Diese Ausscheidungen sind verantwortlich für das interkristalline Bruchverhalten mit folglich geringer Bruchfestigkeit und -Zähigkeit von additiv gefertigten Bauteilen aus Molybdän, Wolfram und deren Legierungen. Durch den hohen Sauerstoffgehalt können sowohl Heiß- als auch Kaltrisse entstehen. Heißrisse entstehen während der Herstellung durch eine verringerte Korngrenzenfestigkeit. Im gegebenen Fall wird in der wärmebeeinflussten Zone der Schmelzspur die Korngrenzenfestigkeit durch das Aufschmelzen der an den Korngrenzen ausgeschiedenen Oxide ungünstig beeinflusst. Kaltrisse sind auf thermisch induzierte Spannungen in Verbindung mit Fehlern (Poren, Mikrorisse), welche als Risskeime fungieren, zurückzuführen. Ist nun die Korngrenzenfestigkeit deutlich geringer als die Festigkeit im Korninneren, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, tritt ein interkristalliner Rissverlauf auf. Transmission electron microscopy shows that in components according to the prior art, the oxygen is predominantly excreted at the grain boundaries in the form of molybdenum or tungsten oxide. These precipitations are responsible for the intergranular fracture behavior with consequently low fracture strength and toughness of additively manufactured components made of molybdenum, tungsten and their alloys. The high oxygen content can cause both hot and cold cracks. Hot cracks occur during manufacture due to a reduced grain boundary strength. In the given case, the grain boundary strength in the heat-affected zone of the melting trace is adversely affected by the melting of the oxides deposited at the grain boundaries. Cold cracks are due to thermally induced stresses in connection with defects (pores, micro cracks), which act as crack nuclei. If the grain boundary strength is clearly lower than the strength inside the grain, as is the case with the prior art, an intercrystalline crack pattern occurs.
Zudem verstärkt ein hoher Sauerstoffgehalt auch den Balling-Effekt. Der Sauerstoff wird im Randbereich der Schmelzzone angereichert und verringert dort die Oberflächenspannung. Damit wird durch Marangoni-Konvektion ein Materialfluss aus dem Randbereich in das Zentrum der Aufschmelzzone begünstigt, wodurch das durch die Plateau-Rayleigh-Instabilität ausgelöste Balling noch deutlich verstärkt wird. Die Grundidee der Erfindung besteht darin, durch den Einsatz von Teilchen, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt und die damit als Kristallisationskeime für die aufgeschmolzene Matrixphase fungieren können, ein feinkörniges Gefüge des Bauteils zu erzielen. Bei einem feinkörnigen Gefüge ist die Gesamtfläche an Korngrenze im Bauteil größer als bei einem grobkörnigen Gefüge, sodass sich die mit dem Molybdän bzw. Wolfram gebildeten Oxide auf eine größere Fläche verteilen, ohne dass hierfür der Sauerstoffgehalt des Bauteils reduziert werden müsste. Eine Schwächung der Korngrenzen kann hierdurch vermieden werden. Zudem führt ein feinkörniges Gefüge zu einer Erhöhung der Zähigkeit. A high oxygen content also increases the balling effect. The oxygen is enriched in the edge area of the melting zone and reduces the surface tension there. Marangoni convection thus favors a material flow from the edge area into the center of the melting zone, which significantly increases the balling triggered by the Plateau-Rayleigh instability. The basic idea of the invention is to use the particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase and which can thus act as crystallization nuclei for the melted matrix phase to achieve a fine-grained structure of the component. With a fine-grain structure, the total grain boundary area in the component is larger than with a coarse-grain structure, so that the oxides formed with the molybdenum or tungsten are distributed over a larger area without the oxygen content of the component having to be reduced. A weakening of the grain boundaries can thereby be avoided. In addition, a fine-grain structure leads to an increase in toughness.
Grundsätzlich ist es möglich, eine Kornfeinung auch durch konstitutionelle Unterkühlung einzustellen. Um allerdings eine ausreichende Wirkung zu erzielen, sind hohe Gehalte an Legierungselementen erforderlich, die die konstitutionelle Unterkühlung bewirken. Diese hohen Gehalte verursachen eine Festigkeitssteigerung, z. B. durch Mischkristallbildung oder Ausscheidungen, wodurch die Duktilität, ausgedrückt z. B. durch die Bruchzähigkeit, deutlich reduziert wird. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen von Teilchen mit einem Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase ist es möglich, eine kornfeinernde Wirkung ohne konstitutionelle Unterkühlung oder mit einem geringeren Gehalt an Legierungselementen, die eine konstitutionelle Unterkühlung bewirken, zu erzielen. In principle it is possible to adjust grain refinement by constitutional hypothermia. However, in order to achieve a sufficient effect, high levels of alloying elements are required, which cause constitutional hypothermia. These high contents cause an increase in strength, e.g. B. by mixed crystal formation or precipitates, whereby the ductility, expressed z. B. is significantly reduced by the fracture toughness. By providing particles according to the invention with a melting point above the melting point of the matrix phase, it is possible to achieve a grain-refining effect without constitutional hypothermia or with a lower content of alloying elements which cause constitutional hypothermia.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil Teilchen enthält, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt. Diese Teilchen führen wie bereits beschrieben im Bauteil zu einem feinkörnigen Gefüge und wirken so festigkeits- und zähigkeitssteigernd. A component according to the invention is characterized in that the component contains particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase. As already described, these particles lead to a fine-grained structure in the component and thus increase strength and toughness.
Das zum Einsatz kommende Material, aus welchem das Bauteil gefertigt ist, ist bevorzugt ein Pulver. The material used, from which the component is made, is preferably a powder.
Der Nachweis des Vorhandenseins der Teilchen erfolgt durch übliche metallografische Verfahren, beispielsweise durch Raster- oder Transmissionselektronenmikroskopie. Ein erfindungsgemäßes additives Fertigungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Ausgangspulver The presence of the particles is verified by conventional metallographic methods, for example by scanning or transmission electron microscopy. An additive manufacturing process according to the invention is characterized in that the starting powder
- Teilchen enthält, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt, und/oder  - Contains particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase, and / or
- zumindest eine Vorläufersubstanz (z. B. Zirkonium, Hafnium, Tantal, Titan, Niob, Vanadium) für Teilchen enthält, wobei der Schmelzpunkt der Teilchen oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt und die Teilchen aus der Vorläufersubstanz beim lagenweisen Zusammenschmelzen der Partikel des Ausgangspulvers mittels Laser oder Elektronenstrahl entstehen  - Contains at least one precursor substance (e.g. zirconium, hafnium, tantalum, titanium, niobium, vanadium) for particles, the melting point of the particles being above the melting point of the matrix phase and the particles from the precursor substance being melted together in layers by means of the particles of the starting powder Lasers or electron beams are created
- zumindest eine Komponente (z. B. Zirkonium, Hafnium, Tantal, Titan, Niob, Vanadium) enthält, welche in Reaktion mit wenigstens einer Komponente einer Prozessgasatmosphäre (z. B. Stickstoff) beim lagenweisen Zusammenschmelzen der Partikel des Ausgangspulvers mittels Laser oder Elektronenstrahl Teilchen bildet, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt  - Contains at least one component (e.g. zirconium, hafnium, tantalum, titanium, niobium, vanadium) which, in reaction with at least one component of a process gas atmosphere (e.g. nitrogen) when the particles of the starting powder are melted together in layers by means of laser or electron beam Forms particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schritt des Bereitstellens eines Ausgangspulvers ein Sphäroidisieren in der Schmelzphase und/oder ein Granulieren eines Rohpulvers umfasst. It is preferably provided that the step of providing a starting powder comprises spheroidizing in the melting phase and / or granulating a raw powder.
Alle gemäß dem Stand der Technik bekannten additiven Fertigungsverfahren, insbesondere solche, bei welchen eine Vielzahl einzelner Pulverpartikel durch einen energiereichen Strahl (Laser- oder Elektronenstrahl) zu einer festen Struktur zusammengeschmolzen werden, können bei der Erfindung eingesetzt werden. All additive manufacturing processes known according to the prior art, in particular those in which a large number of individual powder particles are melted together by a high-energy beam (laser or electron beam) to form a solid structure, can be used in the invention.
Ein Pulver für eine erfindungsgemäße Verwendung in einem additiven Fertigungsverfahren, insbesondere einem erfindungsgemäßen additiven Fertigungsverfahren, zeichnet sich dadurch aus, dass das Pulver A powder for use according to the invention in an additive manufacturing method, in particular an additive manufacturing method according to the invention, is characterized in that the powder
- Teilchen enthält, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase der Partikel liegt, und/oder  - Contains particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase of the particles, and / or
- zumindest eine Vorläufersubstanz für Teilchen enthält, wobei der Schmelzpunkt der Teilchen oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase der Partikel liegt und die Teilchen aus der Vorläufersubstanz bei einem lagenweisen Zusammenschmelzen der Partikel des Ausgangspulvers mittels Laser oder Elektronenstrahl entstehen Bevorzugt werden die einzelnen Pulverpartikel über ein additives Fertigungsverfahren geschmolzen, wobei vorteilhaft SLM (Selektives Laserstrahl Schmelzen) oder SEBM (Selektives Elektronenstrahl Schmelzen) zum Einsatz kommt. contains at least one precursor substance for particles, the melting point of the particles being above the melting point of the matrix phase of the particles and the particles arising from the precursor substance when the particles of the starting powder are melted together in layers by means of laser or electron beam The individual powder particles are preferably melted using an additive manufacturing process, SLM (selective laser beam melting) or SEBM (selective electron beam melting) advantageously being used.
Das Bauteil wird dabei bevorzugt lagenweise aufgebaut. Zum Beispiel wird auf einer Grundplatte mittels einer Rakel eine Pulverlage aufgebracht. Die Pulverlage hat in der Regel eine Höhe von 10 bis 150 pm. The component is preferably built up in layers. For example, a powder layer is applied to a base plate using a doctor blade. The powder layer usually has a height of 10 to 150 pm.
Beim SEBM werden zunächst mit defokussiertem Elektronenstrahl die Pulverpartikel miteinander leitfähig versintert. Anschließend wird durch Energieeintrag mittels Elektronenstrahl das Pulver lokal aufgeschmolzen. Beim SLM kann unmittelbar ein lokales Aufschmelzen des Pulvers mittels Laserstrahl erfolgen. With the SEBM, the powder particles are first sintered together with a defocused electron beam. Subsequently, the powder is melted locally by energy input using an electron beam. With the SLM, the powder can be locally melted using a laser beam.
Der Strahl erzeugt ein zellenförmiges Schmelzbad mit einer Zeilenbreite von typischerweise 30 Mikrometer bis 200 Mikrometer. Der Laser- oder Elektronenstrahl wird über die Pulverlage geführt. Durch geeignete Strahlführung kann die gesamte Pulverlage oder auch nur ein Teil der Pulverlage geschmolzen und in weiterer Folge verfestigt werden. Die geschmolzenen und verfestigten Bereiche der Pulverlage sind Teil des fertigen Bauteils. Das nicht geschmolzene Pulver ist nicht Bestandteil des hergestellten Bauteils. Anschließend wird eine weitere Pulverlage mittels Rakel aufgebracht und der Laser- oder Elektronenstrahl erneut über diese Pulverlage geführt. Somit entstehen ein lagenweiser Aufbau und eine charakteristische Bauteilstruktur. Durch die Führung des Elektronen- oder Laserstrahls bildet sich in jeder Pulverlage eine sogenannte Scanstruktur aus. Des Weiteren bildet sich in Aufbaurichtung, welche durch die Aufbringung einer neuen Pulverlage bestimmt wird, ebenfalls eine typische Lagenstruktur aus. Sowohl die Scanstruktur als auch die einzelnen Lagen sind am fertigen Bauteil erkennbar. The jet creates a cellular weld pool with a line width of typically 30 microns to 200 microns. The laser or electron beam is guided over the powder layer. The entire powder layer or only part of the powder layer can be melted and subsequently solidified by suitable beam guidance. The melted and solidified areas of the powder layer are part of the finished component. The unmelted powder is not part of the manufactured component. A further layer of powder is then applied by means of a doctor blade and the laser or electron beam is again guided over this layer of powder. This creates a layered structure and a characteristic component structure. By guiding the electron or laser beam, a so-called scan structure is formed in each powder layer. Furthermore, a typical layer structure also forms in the direction of construction, which is determined by the application of a new powder layer. Both the scan structure and the individual layers can be recognized on the finished component.
Das Gefüge von über ein additives Fertigungsverfahren durch einen energiereichen Strahl (bevorzugt durch einen Laser- oder Elektronenstrahl) selektiv zu einer festen Struktur zusammengeschmolzenen Pulverpartikeln unterscheidet sich deutlich von einem über andere Verfahren, beispielsweise Thermisches Spritzen, hergestellten Gefüge. So werden beim Thermischen Spritzen einzelne Spritzpartikel in einem Gasstrom beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils geschleudert. Die Spritzpartikel können dabei in auf- oder angeschmolzener (Plasmaspritzen) bzw. fester (Kaltgasspritzen) Form vorliegen. Eine Schichtbildung findet statt, da die einzelnen Spritzpartikel beim Auftreffen auf die Bauteiloberfläche abflachen, vorrangig durch mechanische Verklammerung haften bleiben und lagenweise die Spritzschicht aufbauen. Es bildet sich dabei eine plattenförmige Schichtstruktur aus. Derartig hergestellte Schichten zeigen in einer Ebene parallel zur Aufbaurichtung eine Kornstreckung senkrecht zur Aufbaurichtung mit einem mittleren Kornstreckungsverhältnis (Grain Aspect Ratio - GAR-Wert; Verhältnis Kornlänge zu Kornbreite) deutlich über 2 und unterscheiden sich somit deutlich von über selektives Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen hergestellten Schichten/Bauteilen, die in einer Ebene parallel zur Aufbaurichtung ebenfalls ein mittleres Kornstreckungsverhältnis deutlich über 2 aufweisen, jedoch mit einer Kornstreckung parallel zur Aufbaurichtung. The structure of powder particles melted together selectively to form a solid structure by means of an additive manufacturing process by means of an energy-rich beam (preferably by means of a laser or electron beam) differs significantly from that produced by other processes, for example thermal spraying Structure. In thermal spraying, individual spray particles are accelerated in a gas stream and hurled onto the surface of the component to be coated. The spray particles can be in the form of melted or melted (plasma spraying) or solid (cold gas spraying). A layer formation takes place because the individual spray particles flatten out when they hit the component surface, stick mainly through mechanical clamping and build up the spray layer in layers. A plate-like layer structure is formed. Layers produced in this way have a grain stretching perpendicular to the building direction in a plane parallel to the building direction with an average grain stretching ratio (Grain Aspect Ratio - GAR value; ratio of grain length to grain width) well above 2 and thus differ significantly from layers produced by selective laser or electron beam melting / Components that have an average grain stretching ratio well above 2 in a plane parallel to the direction of assembly, but with a grain stretching parallel to the direction of assembly.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils ist vorgesehen, dass der Gehalt des Bauteils an den Teilchen so hoch ist, dass die Matrixphase eine mittlere Kornfläche kleiner als 10000 Quadratmikrometer, vorzugsweise kleiner als 5000 Quadratmikrometer, besonders bevorzugt kleiner als 2500 Quadratmikrometer aufweist. In one exemplary embodiment of a component according to the invention it is provided that the content of the component in the particles is so high that the matrix phase has an average grain area of less than 10,000 square micrometers, preferably less than 5000 square micrometers, particularly preferably less than 2500 square micrometers.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils und/oder des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass eine mittlere Größe der Teilchen kleiner als 5 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 1 Mikrometer, ist. Bevorzugt ist die mittlere Größe der Teilchen größer als 10 Nanometer. In one embodiment of a component according to the invention and / or the manufacturing method according to the invention and / or the use according to the invention it is provided that an average size of the particles is less than 5 micrometers, preferably less than 1 micrometer. The average size of the particles is preferably greater than 10 nanometers.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils und/oder des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens ist vorgesehen, dass ein Volumengehalt der Teilchen im Bauteil zwischen 0,05 Vol% und 10 Vol% beträgt. Unter 0,05 Vol% ist die kornfeinernde Wirkung nicht ausreichend, über 10 Vol% nimmt die TeilchenzahlA/olumen (verantwortlich für die sich einstellende Korngröße) nur mehr geringfügig zu, sodass höhere Volumengehalte als 10 Vol% im Wesentlichen nur eine Vergröberung der Teilchen bewirken, nicht jedoch eine weitere Verringerung der Korngröße. Diese höheren Volumengehalte führen jedoch zu einem Verlust an Duktilität. In one exemplary embodiment of a component according to the invention and / or of the production method according to the invention, it is provided that the volume content of the particles in the component is between 0.05% by volume and 10% by volume. The grain-refining effect is not sufficient below 0.05% by volume, and the particle number A / olumen (responsible for the resulting grain size) increases only slightly above 10% by volume, so that volume contents greater than 10% by volume essentially only cause coarsening of the particles , but not a further reduction in Grain size. However, these higher volume levels lead to a loss of ductility.
Der Volumengehalt kann auf verschiedene Arten gemessen werden, von denen folgende beispielhaft genannt seien: The volume content can be measured in various ways, of which the following are mentioned as examples:
- Bestimmung der Zusammensetzung der Teilchen und etwaig gelöster Anteile, der die Teilchen bildenden Elemente durch geeignete Analyseverfahren wie XRD, REM/EDX, TEM/EDX, Mikrosonde  - Determination of the composition of the particles and any dissolved proportions of the elements forming the particles by suitable analysis methods such as XRD, REM / EDX, TEM / EDX, microsensor
- Bestimmung des Gesamtgehalts der die Teilchen bildenden Elemente durch geeignete Verfahren wie ICP-OES, ICP-MS oder RFA  - Determination of the total content of the elements forming the particles by suitable methods such as ICP-OES, ICP-MS or RFA
- Berechnung des Teilchengehalts (gelöste Anteile der die Teilchen bildenden Elemente werden dabei nicht berücksichtigt)  - Calculation of the particle content (dissolved parts of the elements forming the particles are not taken into account)
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils ist vorgesehen, dass das Bauteil zumindest in einer Bruchebene ein Bruchverhalten mit einem transkristallinen Anteil von mehr als 50 %, bevorzugt von mehr als 80 %, besonders bevorzugt von mehr als 90 %, der Bruchfläche aufweist. In one exemplary embodiment of a component according to the invention, it is provided that the component has a fracture behavior at least in a fracture plane with a transcrystalline fraction of more than 50%, preferably more than 80%, particularly preferably more than 90%, of the fracture surface.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils ist vorgesehen, dass das Bauteil schichtweise in einer Aufbaurichtung gefertigt ist und vorzugsweise eine mittlere Kornstreckung in einer Ebene parallel zur Aufbaurichtung kleiner 5, vorzugsweise kleiner 3, hat. Durch die geringe Kornstreckung ist eine für die üblicherweise geforderten Gebrauchseigenschaften ausreichende Isotropie der mechanischen Eigenschaften gewährleistet. In one exemplary embodiment of a component according to the invention, it is provided that the component is manufactured in layers in one direction of construction and preferably has an average grain extension in a plane parallel to the direction of construction less than 5, preferably less than 3. The low grain stretching ensures an isotropy of the mechanical properties which is sufficient for the customarily required use properties.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils und/oder eines erfindungsgemäßen additiven Fertigungsverfahrens und/oder einer erfindungsgemäßen Verwendung eines Pulvers ist vorgesehen, dass die Teilchen einzeln oder in beliebiger Kombination ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend: In one embodiment of a component according to the invention and / or an additive manufacturing method according to the invention and / or a use of a powder according to the invention it is provided that the particles are selected individually or in any combination from a group comprising:
- Oxide, vorzugweise Zr02 - Oxides, preferably Zr0 2
- Karbide, vorzugsweise ZrC, NbC, MoC, TiC, TaC, HfC  - carbides, preferably ZrC, NbC, MoC, TiC, TaC, HfC
- Nitride, vorzugsweise YN, TaN, HfN  - nitrides, preferably YN, TaN, HfN
- Boride, vorzugsweise TaB2, HfB2 Welche Art von Teilchen bevorzugt eingesetzt wird, hängt davon ab, woraus die Matrixphase des Bauteils besteht. Es ist dabei darauf zu achten, dass der Schmelzpunkt der Teilchen oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase des Bauteils liegt. - Borides, preferably TaB 2 , HfB 2 Which type of particle is preferred depends on what the matrix phase of the component consists of. It is important to ensure that the melting point of the particles is above the melting point of the matrix phase of the component.
Die Schmelztemperaturen der obengenannten Verbindungen: The melting temperatures of the above compounds:
YN (Tm = 2670 °C), MoC (Tm = 2687 °C), Zr02 (Tm = 2715 °C), Ta (Tm = 2996 °C), TaN (Tm = 3090 °C), TaB2 (Tm = 3140 °C), TiC (Tm = 3160 °C), Re (Tm = 3180 °C), HfB2 (Tm = 3250 °C), HfN (Tm = 3305 °C), TaC (Tm = 3880 °C), HfC (Tm = 3900 °C), ZrC (Tm = 3540 °C), NbC (Tm = 3500 °C) liegen oberhalb der Schmelztemperatur von Molybdän (Tm = 2623 °C) und teilweise über der von Wolfram (Tm = 3422 °C). YN (T m = 2670 ° C), MoC (T m = 2687 ° C), Zr0 2 (T m = 2715 ° C), Ta (T m = 2996 ° C), TaN (T m = 3090 ° C) , TaB 2 (T m = 3140 ° C), TiC (T m = 3160 ° C), Re (T m = 3180 ° C), HfB 2 (T m = 3250 ° C), HfN (T m = 3305 ° C), TaC (T m = 3880 ° C), HfC (T m = 3900 ° C), ZrC (T m = 3540 ° C), NbC (T m = 3500 ° C) are above the melting temperature of molybdenum (T m = 2623 ° C) and partly above that of tungsten (T m = 3422 ° C).
In Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung eines Pulvers ist bevorzugt vorgesehen, dass das Pulver eine Partikelgröße kleiner als 100 Mikrometer aufweist. With regard to the use of a powder according to the invention, it is preferably provided that the powder has a particle size of less than 100 micrometers.
In Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung eines Pulvers ist bei einemWith regard to the use of a powder according to the invention, a
Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Partikel des Pulvers die Teilchen, vorzugsweise in Form von feinen Ausscheidungen, aufweisen. Vorteilhaft ist daran, dass es beim Aufrakeln der Pulverlage zu keinen nachteiligen Entmischungen kommen kann. Embodiment provided that the particles of the powder have the particles, preferably in the form of fine precipitates. The advantage of this is that there can be no disadvantageous segregation when doctoring the powder layer.
In Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung eines Pulvers ist bei einemWith regard to the use of a powder according to the invention, a
Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Pulver eine Mischung ist, welche Partikel enthaltend Molybdän und/oder Wolfram und Teilchen, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt, enthält. Der Vorteil hierbei liegt in einer einfachen Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe. Embodiment provided that the powder is a mixture containing particles containing molybdenum and / or tungsten and particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase. The advantage here is that the raw materials are easily available.
In Bezug auf die erfindungsgemäße Verwendung eines Pulvers ist bei einemWith regard to the use of a powder according to the invention, a
Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die zumindest eine Vorläufersubstanz für die Teilchen, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt, zumindest teilweise als Schicht auf Partikeln des Pulvers vorliegt. Embodiment provided that the at least one precursor for the Particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase are at least partially present as a layer on particles of the powder.
Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauteils ist vorgesehen, dass das Bauteil ein Legierungselement oder mehrere Legierungselemente aufweist, das bzw. die In one embodiment of the component according to the invention it is provided that the component has one or more alloy elements, the or the
im Fall von Molybdän und der Molybdän-basierten Legierung für M0O2 und/oder M0O3 in the case of molybdenum and the molybdenum-based alloy for M0O 2 and / or M0O 3
im Fall von Wolfram und der Wolfram-basierten Legierung für WO2 und/oder WO3 und in the case of tungsten and the tungsten-based alloy for WO 2 and / or WO 3 and
im Fall der Molybdän-Wolfram-basierten Legierung für zumindest ein Oxid der Gruppe M0O2, M0O3, WO2 und WO3 in the case of the molybdenum-tungsten-based alloy for at least one oxide from the group M0O 2 , M0O 3 , WO 2 and WO 3
zumindest im Temperaturbereich > 1500 °C reduzierend wirkt bzw. wirken, wobei zumindest eines der Legierungselemente sowohl in zumindest teilweise nicht-oxidierter Form als auch in oxidierter Form vorliegt. has or has a reducing effect at least in the temperature range> 1500 ° C., at least one of the alloy elements being present both in at least partially non-oxidized form and in oxidized form.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen additiven Fertigungsverfahrens ist vorgesehen, dass das bereitgestellte Ausgangspulver zumindest ein Element aufweist, das im Fall von Molybdän und der Molybdän-basierten Legierung für M0O2 und/oder M0O3, im Fall von Wolfram und der Wolfram-basierten Legierung für WO2 und/oder WO3 und im Fall der Molybdän-Wolfram-basierten Legierung für zumindest ein Oxid der Gruppe M0O2, M0O3, WO2 und WO3 zumindest im Temperaturbereich > 1500 °C reduzierend wirkt und im bereitgestellten Ausgangspulver in zumindest teilweise nicht-oxidierter Form vorliegt und dass im hergestellten Bauteil zumindest eines der reduzierenden Elemente zumindest teilweise als Oxid vorliegt. In one embodiment of an additive manufacturing method according to the invention, it is provided that the starting powder provided has at least one element which in the case of molybdenum and the molybdenum-based alloy for M0O 2 and / or M0O 3 , in the case of tungsten and the tungsten-based alloy for WO 2 and / or WO 3 and in the case of the molybdenum-tungsten-based alloy for at least one oxide of the group M0O 2 , M0O 3 , WO 2 and WO 3 has a reducing effect at least in the temperature range> 1500 ° C. and in the starting powder provided in at least partially non-oxidized form is present and that at least one of the reducing elements is at least partially present as an oxide in the component produced.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pulvers ist vorgesehen, dass das Pulver des Weiteren ein Element oder mehrere Elemente aufweist, das oder die im Fall von Molybdän und der Molybdän-basierten Legierung für M0O2 und/oder M0O3, im Fall von Wolfram und der Wolfram-basierten Legierung für WO2 und/oder WO3 und im Fall der Molybdän-Wolfram-basierten Legierung für zumindest ein Oxid der Gruppe M0O2, M0O3, WO2 und WO3 zumindest im Temperaturbereich > 1500 °C reduzierend wirkt bzw. wirken, und dass zumindest ein reduzierendes Element in zumindest teilweise nicht-oxidierter Form vorliegt. In one exemplary embodiment of a powder according to the invention, it is provided that the powder further comprises one or more elements, which in the case of molybdenum and the molybdenum-based alloy for M0O 2 and / or M0O 3 , in the case of tungsten and the tungsten -based alloy for WO 2 and / or WO 3 and in the case of the molybdenum-tungsten-based alloy for at least one oxide of the group M0O 2 , M0O 3 , WO 2 and WO 3 reducing at least in the temperature range> 1500 ° C. acts or act, and that at least one reducing element is present in at least partially non-oxidized form.
Durch die oben beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, die Bildung von Molybdän- bzw. Wolfram-Oxiden, insbesondere an den Korngrenzen, zu reduzieren, indem dem Sauerstoff in Form des reduzierend wirkenden zumindest einen Legierungselements bzw. reduzierenden Elements ein attraktiverer Reaktionspartner angeboten wird. Es wird also nicht der Sauerstoffgehalt des Bauteils verringert, sondern der Sauerstoff liegt zumindest teilweise, vorzugsweise großteils, in einer mit dem bzw. den Legierungselement(en) gebildeten (bei Raumtemperatur) festen Oxidform vor. Der solcherart gebundene Sauerstoff kann sich nicht mehr ungünstig auf die Korngrenzenfestigkeit auswirken. The measures described above make it possible to reduce the formation of molybdenum or tungsten oxides, in particular at the grain boundaries, by offering the oxygen in the form of the reducing effect of at least one alloy element or reducing element a more attractive reaction partner. It is therefore not the oxygen content of the component that is reduced, but rather the oxygen is at least partially, preferably largely, in a solid oxide form (at room temperature) formed with the alloy element (s). The oxygen bound in this way can no longer have an adverse effect on the grain boundary strength.
Geeignete reduzierend wirkende Legierungselemente bzw. reduzierende Elemente sind für den Fachmann in einfacher Weise in Tabellenwerken auffindbar. Suitable reducing alloying elements or reducing elements can easily be found by the person skilled in the art in tables.
So können mit Hilfe der Gibb’schen Energie (freie Enthalpie) oder mit Hilfe des Richardson-Ellingham-Diagramms die für Molybdän- bzw.- Wolframoxid reduzierend wirkenden Elemente auf Grund der Unterschiede zwischen ihren freien Standardbildungsenthalpien gefunden werden. Damit wird es in einfacher Weise möglich, Elemente zu finden, die als Reduktionsmittel gegenüber Molybdän- bzw. Wolframoxid geeignet sind. Bevorzugt wirkt dabei das Legierungselement für alle Molybdänoxide (z.B. M0O2, M0O3) bzw. für alle Wolframoxide (z.B. WO2, WO3), unabhängig von deren Stöchiometrie, reduzierend. Damit das Legierungselement den Sauerstoff zuverlässig in Form eines Oxids binden kann, muss das Legierungselement zumindest im Temperaturbereich > 1500°C für Molybdän- und/oder Wolframoxid reduzierend wirken. Bei Temperaturen < 1500°C ist die Reaktionskinetik zu gering, sodass eine Rückoxidation von Molybdän bzw. Wolfram nicht mehr auftritt. Bevorzugt wirkt das Legierungselement im Temperaturbereich Raum- bis Liquidustemperatur für Molybdän- und/oder Wolframoxid reduzierend.  With the help of Gibb’s energy (free enthalpy) or with the help of the Richardson-Ellingham diagram, the elements that have a reducing effect on molybdenum or tungsten oxide can be found on the basis of the differences between their free standard enthalpies of formation. This makes it possible in a simple manner to find elements which are suitable as reducing agents for molybdenum or tungsten oxide. The alloying element preferably has a reducing effect for all molybdenum oxides (e.g. M0O2, M0O3) or for all tungsten oxides (e.g. WO2, WO3), regardless of their stoichiometry. So that the alloy element can reliably bind the oxygen in the form of an oxide, the alloy element must have a reducing effect for molybdenum and / or tungsten oxide at least in the temperature range> 1500 ° C. At temperatures <1500 ° C, the reaction kinetics are too low, so that re-oxidation of molybdenum or tungsten no longer occurs. The alloying element preferably has a reducing effect in the temperature range from room to liquidus temperature for molybdenum and / or tungsten oxide.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest eines der Legierungselemente ein Element der Gruppe 2, 3 oder 4 des Periodensystems ist, vorzugsweise Titan, Zirkonium oder Hafnium. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Bauteil HfC, ZrC>2 oder Hf02 enthält. It is preferably provided that at least one of the alloying elements is an element from group 2, 3 or 4 of the periodic table, preferably titanium, zirconium or Hafnium. For example, it can be provided that the component contains HfC, ZrC> 2 or Hf0 2 .
Der Nachweis, dass das Legierungselement im Bauteil in zumindest teilweise nicht oxidierter und in oxidierter Form vorliegt, kann durch übliche Methoden erfolgen, wie beispielsweise XRD, Mikrosonde, ICP-OES, ICP-MS, RFA, REM/EDX, TEM/EDX und Trägergasheißextraktion. Die quantitative Bestimmung des Legierungselementgehalts erfolgt dabei beispielsweise über ICP-OES oder ICP-MS, die quantitative Bestimmung des Sauerstoffgehalts durch Trägergasheißextraktion oder RFA. Ob nun das Legierungselement sowohl in oxidierter Form als auch in nichtoxidierter Form vorliegt, kann durch XRD und bei geringen Gehalten durch ortsauflösende Verfahren, wie beispielsweise Mikrosonde, REM/EDX oder TEM/EDX erfolgen. The proof that the alloying element is present in the component in at least partially non-oxidized and in oxidized form can be done by conventional methods, such as XRD, micro-probe, ICP-OES, ICP-MS, RFA, REM / EDX, TEM / EDX and carrier gas hot extraction . The quantitative determination of the alloying element content takes place, for example, via ICP-OES or ICP-MS, the quantitative determination of the oxygen content by means of hot gas extraction or XRF. Whether the alloying element is present both in oxidized form and in non-oxidized form can be determined by XRD and, in the case of low contents, by spatially resolving methods, such as, for example, microsonde, REM / EDX or TEM / EDX.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Teilchen, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt, selbst als diese Legierungselemente bzw. reduzierenden Elemente fungieren, sie also eine doppelte Rolle übernehmen. It can preferably be provided that the particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase themselves act as these alloying elements or reducing elements, that is to say they assume a double role.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Bauteil mit einer Matrixphase aus zumindest einem Material, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Molybdän, eine Molybdän-basierte Legierung, Wolfram, eine Wolfram-basierte Legierung und eine Molybdän-Wolfram-basierte Legierung, die mittels Laser oder Elektronenstrahl in einem additiven Fertigungsverfahren gefertigt ist, wobei der Molybdängehalt, der Wolframgehalt oder der Summengehalt von Molybdän und Wolfram größer ist als 85 at%, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil Teilchen enthält, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt. 1. Component with a matrix phase made of at least one material, selected from a group comprising molybdenum, a molybdenum-based alloy, tungsten, a tungsten-based alloy and a molybdenum-tungsten-based alloy, which is produced by means of laser or electron beam in an additive manufacturing process is, the molybdenum content, the tungsten content or the total content of molybdenum and tungsten is greater than 85 at%, characterized in that the component contains particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , wobei der Gehalt des Bauteils an den Teilchen so hoch ist, dass die Matrixphase eine mittlere Kornfläche kleiner 100002. The component according to claim 1, wherein the content of the component in the particles is so high that the matrix phase has an average grain area of less than 10,000
Quadratmikrometer, vorzugsweise kleiner 5000 Quadratmikrometer, besonders bevorzugt kleiner 2500 Quadratmikrometer aufweist. Has square micrometers, preferably less than 5000 square micrometers, particularly preferably less than 2500 square micrometers.
3. Bauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine mittlere Teilchengröße der Teilchen kleiner 5 Mikrometer ist. 3. Component according to at least one of the preceding claims, wherein an average particle size of the particles is less than 5 micrometers.
4. Bauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein4. Component according to at least one of the preceding claims, wherein a
Volumengehalt der Teilchen im Bauteil zwischen 0,05 Vol% und 10 Vol% beträgt. Volume content of the particles in the component is between 0.05 vol% and 10 vol%.
5. Bauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bauteil zumindest in einer Bruchebene ein Bruchverhalten mit einem transkristallinen Anteil von mehr als 50 % der Bruchfläche aufweist. 5. The component according to at least one of the preceding claims, wherein the component has at least in a fracture plane a fracture behavior with a transcrystalline fraction of more than 50% of the fracture surface.
6. Bauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bauteil im additiven Fertigungsverfahren entlang einer Aufbaurichtung gefertigt wurde und wobei eine mittlere Kornstreckung in einer Ebene parallel zur Aufbaurichtung kleiner 5 ist. 6. Component according to at least one of the preceding claims, wherein the component was manufactured in an additive manufacturing process along a direction of construction and wherein an average grain stretching in a plane parallel to the direction of construction is less than 5.
7. Bauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Teilchen einzeln oder in beliebiger Kombination ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend: 7. Component according to at least one of the preceding claims, wherein the particles are selected individually or in any combination from a group comprising:
- Oxide, vorzugweise Zr02, Hf02 - Oxides, preferably Zr0 2 , Hf0 2
- Karbide, vorzugsweise ZrC, NbC, MoC, TiC, TaC, HfC  - carbides, preferably ZrC, NbC, MoC, TiC, TaC, HfC
- Nitride, vorzugsweise YN, TaN, HfN  - nitrides, preferably YN, TaN, HfN
- Boride, vorzugsweise TaB2, HfB2 - Borides, preferably TaB 2 , HfB 2
8. Bauteil nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (8) ein Legierungselement oder mehrere Legierungselemente aufweist, das bzw. die 8. The component according to at least one of the preceding claims, wherein the component (8) has one or more alloy elements, the or
- im Fall von Molybdän und der Molybdän-basierten Legierung für M0O2 und/oder M0O3 - in the case of molybdenum and the molybdenum-based alloy for M0O 2 and / or M0O 3
- im Fall von Wolfram und der Wolfram-basierten Legierung für WO2 und/oder WO3 und - In the case of tungsten and the tungsten-based alloy for WO 2 and / or WO 3 and
- im Fall der Molybdän-Wolfram-basierten Legierung für zumindest ein Oxid der Gruppe M0O2, M0O3, WO2 und WO3 - In the case of the molybdenum-tungsten-based alloy for at least one oxide from the group M0O 2 , M0O 3 , WO 2 and WO 3
zumindest im Temperaturbereich > 1500 °C reduzierend wirkt bzw. wirken, wobei zumindest eines der Legierungselemente sowohl in zumindest teilweise nicht- oxidierter Form als auch in oxidierter Form vorliegt.  has or has a reducing effect at least in the temperature range> 1500 ° C., at least one of the alloy elements being present both in at least partially non-oxidized form and in oxidized form.
9. Additives Fertigungsverfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend zumindest nachfolgende Schritte: 9. Additive manufacturing method for producing a component, in particular a component according to at least one of the preceding claims, comprising at least the following steps:
- Bereitstellen eines Ausgangspulvers aus zumindest einem Material, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Molybdän, eine Molybdän-basierte Legierung, Wolfram, eine Wolfram-bas ierte Legierung und eine Molybdän-Wolfram-basierte Legierung  - Providing a starting powder from at least one material selected from a group comprising molybdenum, a molybdenum-based alloy, tungsten, a tungsten-based alloy and a molybdenum-tungsten-based alloy
- Lagenweises Zusammenschmelzen der Partikel des Ausgangspulvers mittels Laser oder Elektronenstrahl, wodurch sich eine Matrixphase bildet, wobei der Molybdängehalt, der Wolframgehalt oder der Summengehalt von Molybdän und Wolfram in der Matrixphase größer ist als 85 at%  - Layer-wise melting together of the particles of the starting powder by means of laser or electron beam, whereby a matrix phase is formed, the molybdenum content, the tungsten content or the total content of molybdenum and tungsten in the matrix phase being greater than 85 at%
dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangspulver - Teilchen enthält, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt, und/oder characterized in that the starting powder - Contains particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase, and / or
- zumindest eine Vorläufersubstanz für Teilchen enthält, wobei der Schmelzpunkt der Teilchen oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt und die Teilchen aus der zumindest einen Vorläufersubstanz beim lagenweisen Zusammenschmelzen der Partikel des Ausgangspulvers mittels Laser oder Elektronenstrahl entstehen und/oder  contains at least one precursor substance for particles, the melting point of the particles being above the melting point of the matrix phase and the particles arising from the at least one precursor substance when the particles of the starting powder are melted together in layers by means of laser or electron beam, and / or
- zumindest eine Komponente enthält, welche in Reaktion mit wenigstens einer Komponente einer Prozessgasatmosphäre beim lagenweisen Zusammenschmelzen der Partikel des Ausgangspulvers mittels Laser oder Elektronenstrahl Teilchen bildet, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt  - Contains at least one component which forms particles in reaction with at least one component of a process gas atmosphere when the particles of the starting powder are melted together in layers, the melting point of which is above the melting point of the matrix phase
10. Fertigungsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der Schritt des Bereitstellens des Ausgangspulvers ein Sphäroidisieren in der Schmelzphase und/oder ein Granulieren eines Rohpulvers umfasst. 10. The manufacturing method according to the preceding claim, wherein the step of providing the starting powder comprises spheroidizing in the melting phase and / or granulating a raw powder.
11. Fertigungsverfahren nach wenigstens einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei eine mittlere Größe der Teilchen kleiner als 5 Mikrometer ist. 11. Manufacturing method according to at least one of the two preceding claims, wherein an average size of the particles is less than 5 microns.
12. Fertigungsverfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Volumengehalt der Teilchen im Bauteil zwischen 0,05 Vol% und 10 Vol% beträgt. 12. Manufacturing method according to at least one of the preceding claims, wherein a volume content of the particles in the component is between 0.05 vol% and 10 vol%.
13. Fertigungsverfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das bereitgestellte Ausgangspulver zumindest ein Element aufweist, das im Fall von Molybdän und der Molybdän-basierten Legierung für M0O2 und/oder M0O3, im Fall von Wolfram und der Wolfram-basierten Legierung für WO2 und/oder WO3 und im Fall der Molybdän-Wolfram-basierten Legierung für zumindest ein Oxid der Gruppe M0O2, M0O3, WO2 und WO3 zumindest im Temperaturbereich > 1500 °C reduzierend wirkt und im bereitgestellten Ausgangspulver in zumindest teilweise nicht-oxidierter Form vorliegt und dass im hergestellten Bauteil (8) zumindest eines der reduzierenden Elemente zumindest teilweise als Oxid vorliegt. 13. The production method according to at least one of the preceding claims, wherein the starting powder provided has at least one element which in the case of molybdenum and the molybdenum-based alloy for M0O2 and / or M0O3, in the case of tungsten and the tungsten-based alloy for WO2 and / or WO3 and in the case of the molybdenum-tungsten-based alloy for at least one oxide of the group M0O2, M0O3, WO2 and WO3 has a reducing effect at least in the temperature range> 1500 ° C. and is present in the starting powder provided in at least partially non-oxidized form and that in produced component (8) is at least partially present as an oxide at least one of the reducing elements.
14. Verwendung eines Pulvers, das Partikel aus zumindest einem Material, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Molybdän, eine Molybdän-basierte Legierung, Wolfram, eine Wolfram-basierte Legierung und eine Molybdän- Wolfram-basierte Legierung aufweist, wobei die Partikel eine Matrixphase aufweisen und wobei der Molybdängehalt, der Wolframgehalt oder der Summengehalt von Molybdän und Wolfram in der Matrixphase größer ist als 85 at%, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver 14. Use of a powder which comprises particles of at least one material selected from a group comprising molybdenum, a molybdenum-based alloy, tungsten, a tungsten-based alloy and a molybdenum-tungsten-based alloy, the particles having a matrix phase and wherein the molybdenum content, the tungsten content or the total content of molybdenum and tungsten in the matrix phase is greater than 85 at%, characterized in that the powder
- Teilchen enthält, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase der Partikel liegt, und/oder  - Contains particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase of the particles, and / or
- zumindest eine Vorläufersubstanz für Teilchen enthält, wobei der Schmelzpunkt der Teilchen oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase der Partikel liegt und die Teilchen aus der zumindest einen Vorläufersubstanz bei einem lagenweisen Zusammenschmelzen der Partikel des Ausgangspulvers mittels Laser oder Elektronenstrahl entstehen  contains at least one precursor substance for particles, the melting point of the particles being above the melting point of the matrix phase of the particles and the particles arising from the at least one precursor substance when the particles of the starting powder are melted together in layers by means of laser or electron beam
und für ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere für ein additives Fertigungsverfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche eingesetzt wird.  and is used for an additive manufacturing process, in particular for an additive manufacturing process according to at least one of the preceding claims.
15. Verwendung eines Pulvers nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die15. Use of a powder according to the preceding claim, wherein the
Partikel des Pulvers die Teilchen, vorzugsweise in Form von feinenParticles of powder are the particles, preferably in the form of fine
Ausscheidungen, aufweisen. Excretions.
16. Verwendung eines Pulvers nach wenigstens einem der vorangehenden16. Use of a powder according to at least one of the preceding
Ansprüche, wobei das Pulver eine Mischung ist, welche Partikel enthaltend Molybdän, eine Molybdän-basierte Legierung, Wolfram, eine Wolfram-basierte Legierung oder eine Molybdän-Wolfram-basierte Legierung und Teilchen, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt, enthält. Claims, wherein the powder is a mixture containing particles containing molybdenum, a molybdenum-based alloy, tungsten, a tungsten-based alloy or a molybdenum-tungsten-based alloy and particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase.
17. Verwendung eines Pulvers nach wenigstens einem der vorangehenden17. Use of a powder according to at least one of the preceding
Ansprüche, wobei die zumindest eine Vorläufersubstanz für die Teilchen, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase liegt, zumindest teilweise als Schicht auf Partikeln des Pulvers vorliegt. Claims, wherein the at least one precursor for the particles, the Melting point is above the melting point of the matrix phase, is at least partially present as a layer on particles of the powder.
18. Verwendung eines Pulvers nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine mittlere Teilchengröße der Teilchen, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase der Partikel liegt, kleiner 5 Mikrometer ist. 18. Use of a powder according to at least one of the preceding claims, wherein an average particle size of the particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase of the particles is less than 5 micrometers.
19. Verwendung eines Pulvers nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Volumengehalt der Teilchen, deren Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Matrixphase der Partikel liegt, im Pulver zwischen 0,05 Vol% und 10 Vol% beträgt. 19. Use of a powder according to at least one of the preceding claims, wherein a volume content of the particles whose melting point is above the melting point of the matrix phase of the particles in the powder is between 0.05 vol% and 10 vol%.
20. Verwendung eines Pulvers nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Pulver des Weiteren ein Element oder mehrere Elemente aufweist, das oder die im Fall von Molybdän und der Molybdän-basierten Legierung für M0O2 und/oder M0O3, im Fall von Wolfram und der Wolfram basierten Legierung für WO2 und/oder WO3 und im Fall der Molybdän-Wolfram- basierten Legierung für zumindest ein Oxid der Gruppe M0O2, M0O3, WO2 und WO3 zumindest im Temperaturbereich > 1500 °C reduzierend wirkt bzw. wirken, und wobei zumindest ein reduzierendes Element in zumindest teilweise nicht- oxidierter Form vorliegt. 20. Use of a powder according to at least one of the preceding claims, wherein the powder further comprises one or more elements, which in the case of molybdenum and the molybdenum-based alloy for M0O2 and / or M0O3, in the case of tungsten and Tungsten-based alloy for WO2 and / or WO3 and in the case of the molybdenum-tungsten-based alloy for at least one oxide of the group M0O2, M0O3, WO2 and WO3 has or has a reducing effect at least in the temperature range> 1500 ° C., and at least one reducing one Element is present in at least partially unoxidized form.
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