ES2946133T3

ES2946133T3 - Procedimiento de fabricación de una pieza de aleación de aluminio

Info

Publication number: ES2946133T3
Application number: ES20706787T
Authority: ES
Inventors: Bechir Chehab
Original assignee: C Tec Constellium Technology Center SAS
Current assignee: C Tec Constellium Technology Center SAS
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2023-07-13
Anticipated expiration: 2040-01-24
Also published as: DE20706787T1; EP3914746A2; FR3092120B1; EP3914746B1; US20220088681A1; JP2022518791A; PL3914746T3; CN113348262A; EP4375392A2; CA3125747A1; US20220119926A1; CA3125851A1; FR3092119A1; FR3092120A1; WO2020152427A1; JP2022527425A; EP3914748B1; CN113330132A; DE20707710T1; EP3914748A1

Abstract

La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una pieza (20) que comprende la formación de sucesivas capas metálicas (201... 20n) superpuestas entre sí, formándose cada capa depositando un metal de aportación (15, 25), aportándose energía al metal de aporte de tal manera que se funde y al solidifcarse constituye dicha capa, caracterizándose el método porque el metal de aporte (15, 25) es una aleación de aluminio que comprende los siguientes elementos de aleación (en % en peso): - Zr: 0,5 a 2,5%, preferentemente, según una primera variante, 0,8 a 2,5%, más preferentemente 1 a 2,5%, aún más preferentemente 1,3 a 2,5%; o preferentemente, según una segunda variante, del 0,5 al 2%, más preferentemente del 0,6 al 1,8%, más preferentemente del 0,6 al 1,6%, más preferentemente del 0,7 al 1,5%, más preferentemente del 0,8 al 1,5%, más preferentemente del 0,9 al 1,5%, incluso más preferiblemente del 1 al 1,4%; - Fe: 0% a 3%, preferiblemente 0,5 a 2,5%; preferentemente, según una primera variante, del 0,8 al 2,5%, preferentemente del 0,8 al 2%, más preferentemente del 0,8 al 1,2%; o preferentemente, según una segunda variante, del 1,5 al 2,5%, preferentemente del 1,6 al 2,4%, más preferentemente del 1,7 al 2,3%; - opcionalmente Si: <= 0,3%, preferiblemente < 0,2%, más preferiblemente < 0,1%; - opcionalmente Cu: <= 0,5%, preferiblemente 0,05 a 0,5%, preferiblemente 0,1 a 0,4%; - opcionalmente Mg: <= 0,2%, preferentemente < 0,1%, preferentemente < 0,05%; - otros elementos de aleación: < 0,1 % individualmente y en total < 0,5 %; - impurezas: < 0,05 % individualmente y en total < 0,15 %; el resto es de aluminio. más preferiblemente 1,7 a 2,3%; - opcionalmente Si: <= 0,3%, preferiblemente < 0,2%, más preferiblemente < 0,1%; - opcionalmente Cu: <= 0,5%, preferiblemente 0,05 a 0,5%, preferiblemente 0,1 a 0,4%; - opcionalmente Mg: <= 0,2%, preferentemente < 0,1%, preferentemente < 0,05%; - otros elementos de aleación: < 0,1 % individualmente y en total < 0,5 %; - impurezas: < 0,05 % individualmente y en total < 0,15 %; el resto es de aluminio. más preferiblemente 1,7 a 2,3%; - opcionalmente Si: <= 0,3%, preferiblemente < 0,2%, más preferiblemente < 0,1%; - opcionalmente Cu: <= 0,5%, preferiblemente 0,05 a 0,5%, preferiblemente 0,1 a 0,4%; - opcionalmente Mg: <= 0,2%, preferentemente < 0,1%, preferentemente < 0,05%; - otros elementos de aleación: < 0,1 % individualmente y en total < 0,5 %; - impurezas: < 0,05 % individualmente y en total < 0,15 %; el resto es de aluminio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de fabricación de una pieza de aleación de aluminio

Campo técnico

El campo técnico de la invención es un procedimiento de fabricación de una pieza de aleación de aluminio, que pone en práctica una técnica de fabricación aditiva.

Técnica anterior

Desde los años 80, se han desarrollado las técnicas de fabricación aditiva. Consisten en conformar una pieza mediante adición de materia, lo cual es opuesto a las técnicas de mecanizado, que tienen como objetivo retirar materia. Anteriormente limitada al prototipado, la fabricación aditiva es actualmente operativa para fabricar productos industriales en serie, incluidas piezas metálicas.

La expresión “fabricación aditiva” se define según la norma francesa XP E67-001 como un “conjunto de los procedimientos que permiten fabricar, capa por capa, mediante adición de materia, un objeto físico a partir de un objeto digital” . La norma ASTM F2792 (enero de 2012) también define la fabricación aditiva. También se definen y describen en la norma ISO/ASTM 17296-1 diferentes modalidades de fabricación aditiva. El recurso a una fabricación aditiva para realizar una pieza de aluminio, con una baja porosidad, se ha descrito en el documento WO2015006447. La aplicación de capas sucesivas se realiza generalmente mediante la aplicación de un material denominado de aporte, y después la fusión o la sinterización del material de aporte, con la ayuda de una fuente de energía de tipo haz de láser, haz electrónico, soplete de plasma o arco eléctrico. Independientemente de la modalidad de fabricación aditiva aplicada, el grosor de cada capa añadida es del orden de algunas decenas o centenas de micrómetros.

Pueden usarse otros métodos de fabricación aditiva. Se menciona, por ejemplo, y de manera no limitativa, la fusión o la sinterización de un material de aporte que adopta la forma de un polvo. Puede tratarse de fusión o de sinterización por láser. La solicitud de patente US-20170016096 describe un procedimiento de fabricación de una pieza mediante fusión localizada obtenida mediante la exposición de un polvo a un haz de energía de tipo haz de electrones o haz de láser, denominándose el procedimiento también mediante los acrónimos en inglés SLM, que significa “Selective Laser Melting” , o EBM, que significa “ Electron Beam Melting” .

Las propiedades mecánicas de las piezas de aluminio obtenidas mediante la fabricación aditiva, dependen de la aleación que forme el metal de aporte y, más precisamente, de su composición, así como de los tratamientos térmicos aplicados tras la puesta en práctica de la fabricación aditiva. El solicitante ha determinado una composición de aleación que, usada en un procedimiento de fabricación aditiva, permite obtener piezas con rendimientos mecánicos notables, sin que sea necesario poner en práctica tratamientos térmicos de tipo puesta en disolución y templado. Además, las piezas usadas presentan propiedades interesantes de conductividad térmica o de conductividad eléctrica. Esto permite diversificar las posibilidades de aplicaciones de estas piezas.

Descripción de la invención

Un primer objeto de la invención es un procedimiento de fabricación de una pieza, que comprende una formación de capas metálicas sucesivas, superpuestas unas sobre otras, estando cada capa formada mediante la deposición de un metal de aporte, sometiéndose el metal de aporte a un aporte de energía, de manera que se funda y constituya, al solidificarse, dicha capa, estando el procedimiento caracterizado porque el metal de aporte es una aleación de aluminio que comprende los siguientes elementos de aleación (% en peso):

- Zr: del 0,5 % al 2,5 %, preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 al 2,5 %, más preferiblemente del 1 al 2.5 %, aún más preferiblemente del 1,3 al 2,5 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 0,5 al 2 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,8 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,6 %, más preferiblemente del 0,7 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,9 al 1,5 %, aún más preferiblemente del 1 al 1,4 %;

- Fe: del 0 % al 3 %, preferiblemente del 0,5 % al 2,5 %; preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 al 2.5 %, preferiblemente del 0,8 al 2 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,2 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 1,5 al 2,5 %, preferiblemente del 1,6 al 2,4 %, más preferiblemente del 1,7 al 2,3 %;

- eventualmente, Si: ≤ 0,3 %, preferiblemente ≤ 0,2 %, más preferiblemente ≤ 0,1 %;

- eventualmente, Cu: ≤ 0,5 %, preferiblemente del 0,05 al 0,5 %, preferiblemente del 0,1 al 0,4 %;

- eventualmente, Mg: ≤ 0,2 %, preferiblemente ≤ 0,1 %, preferiblemente < 0,05 %;

- otros elementos de aleación < 0,1 % individualmente, y en total < 0,5 %;

- impurezas: < 0,05 % individualmente, y en total < 0,15 %;

el resto, de aluminio.

Entre los otros elementos de aleación, se mencionan, por ejemplo, Cr, V, Ti, Mn, Mo, W, Nb, Ta, Sc, Ni, Zn, Hf, Nd, Ce, Co, La, Ag, Li, Y, Yb, Er, Sn, In, Sb, Sr, Ba, Bi, Ca, P, B y/o Mischmetal.

Preferiblemente, el procedimiento puede comprender las siguientes características, tomadas de manera aislada o según las combinaciones técnicamente realizables:

- Zr: del 0,8 al 2,5 %, o preferiblemente del 1 % al 2,5 %, o más preferiblemente del 1,2 % al 2,5 %, o más preferiblemente del 1,3 % al 2,5 %, o más preferiblemente del 1,5 % al 2,5 %;

- Zr: del 0,5 al 2 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,8 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,6 %, más preferiblemente del 0,7 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,9 al 1,5 %, aún más preferiblemente del 1 al 1,4 %;

- Fe: del 0,5 % al 2,5 %, o del 0,5 % al 2 %; preferiblemente del 0,8 al 2,5 %, preferiblemente del 0,8 al 2 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,2 %;

- Fe: del 0,5 % al 2,5 %, o del 0,5 % al 2 %; preferiblemente del 1,5 al 2,5 %, preferiblemente del 1,6 al 2,4 %, más preferiblemente del 1,7 al 2,3 %;

- Si: < 0,2 %, y preferiblemente < 0,1 %;

- Si > 0,01 %, incluso > 0,05 %;

- Cu: del 0,05 % al 0,5 %, preferiblemente del 0,1 al 0,4 %;

- Zr: del 0,5 % al 2,5 %, y Fe > 1 %;

- Zr: del 0,5 % al 2,5 %, y Fe < 1 %;

- la fracción en masa de cada uno de los otros elementos de aleación es estrictamente inferior a 500 ppm, a 300 μm, a 200 ppm, incluso a 100 ppm;

- la fracción en masa de cada impureza es estrictamente inferior a 300 μm, a 200 ppm, incluso a 100 ppm;

- la aleación no comprende Cr, V, Mn, Ti, Mo, o según una fracción en masa inferior a 500 ppm, a 300 ppm, a 200 ppm incluso inferior a 100 ppm.

Según una variante, la aleación usada según la presente invención, comprende Cu, según una fracción en masa del 0,05 % al 0,5 %, preferiblemente del 0,1 al 0,4 %.

Cada capa puede describir concretamente un motivo definido a partir de un modelo digital.

El procedimiento puede comprender, tras la formación de las capas, es decir, tras la formación de la pieza final, una aplicación de al menos un tratamiento térmico. El tratamiento térmico puede ser o comprender un revenido o un recocido. También puede comprender una puesta en disolución y un templado, aunque se prefiere evitarlos. También puede comprender una compresión isostática en caliente.

Con el fin de privilegiar las propiedades mecánicas, el tratamiento térmico puede realizarse:

- a una temperatura superior a 400 0C, en cuyo caso la duración del tratamiento térmico está comprendida de 0,1 h a 10 h;

- o a una temperatura comprendida de 300 0C a 400 0C, en cuyo caso la duración del tratamiento térmico está comprendida de 0,5 h a 100 h.

Con el fin de privilegiar las propiedades de conducción térmica o eléctrica, el tratamiento térmico puede realizarse a una temperatura superior o igual a 350 0C, o a 400 0C, o una duración de 90 a 200 h, de manera que se obtenga una conductividad térmica o eléctrica óptima. Por ejemplo, una temperatura de 380 a 470 0C, y una duración de 90 a 110 h.

Según una realización ventajosa, el procedimiento no comprende ningún templado tras la formación de las capas, es decir, tras la formación de la pieza final, o tras el tratamiento térmico. Por tanto, preferiblemente, el procedimiento no comprende ninguna etapa de puesta en disolución, seguida por un templado.

Según una realización, el metal de aporte adopta la forma de un polvo, cuya exposición a un haz de luz o de partículas cargadas da como resultado una fusión localizada, seguida por una solidificación, de manera que se forma una capa sólida. Según otra realización, el metal de aporte procede de un alambre de aporte, cuya exposición a un arco eléctrico da como resultado una fusión localizada, seguida por una solidificación, de manera que se forma una capa sólida. Un segundo objeto de la invención es una pieza metálica, obtenida tras la aplicación de un procedimiento según el primer objeto de la invención.

Un tercer objeto de la invención es un material de aporte, concretamente, un alambre de aporte o un polvo, destinado a usarse como material de aporte de un procedimiento de fabricación aditiva, caracterizado porque está constituido por una aleación de aluminio, que comprende los siguientes elementos de aleación (% en peso):

- Zr: del 0,5 % al 2,5 %, preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 al 2,5 %, más preferiblemente del 1 al 2.5 %, aún más preferiblemente del 1,3 al 2,5 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 0,5 al 2 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,8 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,6 %, más preferiblemente del 0,7 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,9 al 1,5 %, aún más preferiblemente del 1 al 1,4 %; - Fe: del 0 % al 3 %, preferiblemente del 0,5 % al 2,5 %; preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 al 2.5 %, preferiblemente del 0,8 al 2 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,2 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 1,5 al 2,5 %, preferiblemente del 1,6 al 2,4 %, más preferiblemente del 1,7 al 2,3 %;

- eventualmente, Si: < 0,3 %, preferiblemente < 0,2 %, más preferiblemente < 0,1 %;

- eventualmente, Cu: < 0,5 %, preferiblemente del 0,05 al 0,5 %, preferiblemente del 0,1 al 0,4 %;

- eventualmente, Mg: < 0,2 %, preferiblemente < 0,1 %, preferiblemente < 0,05 %;

- otros elementos de aleación < 0,1 % individualmente, y en total < 0,5 %;

- impurezas: < 0,05 % individualmente, y en total < 0,15 %;

el resto, de aluminio.

La aleación de aluminio que forma el material de aporte puede presentar las características descritas en relación con el primer objeto de la invención.

El material de aporte puede presentarse en forma de un polvo. El polvo puede ser de tal manera que al menos el 80 % de las partículas que componen el polvo tengan un tamaño medio en el siguiente intervalo: de 5 μm a 100 μm, preferiblemente de 5 a 25 μm, o de 20 a 60 μm.

Cuando el material de aporte se presenta en forma de un alambre, el diámetro del alambre puede estar concretamente comprendido de 0,5 mm a 3 mm, y preferiblemente comprendido de 0,5 mm a 2 mm, y más preferiblemente comprendido de 1 mm a 2 mm.

Otro objeto de la invención es el uso de un polvo o de un alambre de aporte, tal como se describieron anteriormente y en el resto de la descripción, en un procedimiento de fabricación elegido de: la pulverización en frío (CSC), la deposición por fusión de láser (LMD), la fabricación aditiva por fricción (AFS), la sinterización por chispa con plasma (FAST), o la soldadura por fricción rotatoria (IRFW), preferiblemente, la pulverización en frío (CSC).

Otras ventajas y características se desprenderán más claramente de la siguiente descripción de realizaciones particulares de la invención, facilitadas a modo de ejemplos no limitativos, y representadas en las figuras indicadas a continuación.

Figuras

[Figura 1] La Figura 1 es un esquema que ilustra un procedimiento de fabricación aditiva de tipo SLM.

[Figura 2] La Figura 2 ilustra propiedades de tracción y de conducción eléctrica determinadas a lo largo de los ensayos experimentales del Ejemplo 1, a partir de muestras fabricadas poniendo en práctica un procedimiento de fabricación aditiva según la invención.

[Figura 3] La Figura 3 es un esquema que ilustra un procedimiento de fabricación aditiva de tipo WAAM.

[Figura 4] La Figura 4 es un esquema de la probeta usada según los ejemplos.

[Figura 5] La Figura 5 es un esquema de las segundas piezas de ensayo del Ejemplo 1.

[Figura 6] La Figura 6 ilustra propiedades de tracción y de conducción eléctrica determinadas a lo largo de los ensayos experimentales del Ejemplo 2, a partir de muestras fabricadas poniendo en práctica un procedimiento de fabricación aditiva según la invención.

Descripción de realizaciones particulares

En la descripción, salvo que se indique lo contrario:

- la designación de las aleaciones de aluminio es según la nomenclatura de The Aluminum Association;

- los contenidos en elementos químicos se designan en %, y representan fracciones en masa. La notación x % -y %, significa superior o igual al x %, e inferior o igual al y %.

Por impureza, se entienden elementos químicos presentes en la aleación de manera no intencionada.

La Figura 1 esquematiza el funcionamiento de un procedimiento de fabricación aditiva de tipo fusión selectiva por láser (Selective Laser Melting, o SLM). El metal 15 de aporte se presenta en forma de un polvo dispuesto sobre un soporte 10. Una fuente de energía, en este caso, una fuente 11 de láser, emite un haz 12 de láser. La fuente de láser está acoplada al material de aporte mediante un sistema óptico 13, cuyo movimiento se determina en función de un modelo digital M. El haz 12 de láser se propaga según un eje de propagación Z, y sigue un movimiento según un plano XY, que describe un motivo que depende del modelo digital. El plano es, por ejemplo, perpendicular al eje de propagación Z. La interacción del haz 12 de láser con el polvo 15 genera una fusión selectiva de este último, seguida por una solidificación, que da como resultado la formación de una capa 20¹...20ⁿ. Cuando se ha formado una capa, se recubre con polvo 15 del metal de aporte, y se forma otra capa, superpuesta a la capa previamente realizada. El grosor del polvo que forma una capa puede estar comprendido, por ejemplo, de 10 a 200 μm.

Para las aleaciones de aluminio, el soporte 10, o la placa, puede calentarse a una temperatura que va hasta 350 0C. Las máquinas actualmente disponibles en el mercado ofrecen, generalmente, un calentamiento de la placa hasta 200 0C. La temperatura de calentamiento de la placa puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 50 0C, 100 0C, 150 0C, o 200 0C. El calentamiento de la placa permite, generalmente, reducir la humedad a nivel del lecho de polvo, y también reducir las tensiones residuales en las piezas en fabricación. El nivel de humedad a nivel del lecho de polvo parece presentar un efecto directo sobre la porosidad de la pieza final. En efecto, parece que cuanto más alta es la humedad del polvo, más alta es la porosidad de la pieza final. Debe observarse que el calentamiento de la placa es una de las posibilidades existentes para realizar una fabricación aditiva en caliente. No obstante, la presente invención no se limita al uso de este único medio de calentamiento. Todos los demás medios de calentamiento pueden usarse en el contexto de la presente invención, para calentar y controlar la temperatura, por ejemplo, una lámpara de infrarrojos. Por tanto, el procedimiento según la presente invención, puede realizarse a una temperatura que va hasta 350 0C.

El polvo puede presentar al menos una de las siguientes características:

- Tamaño medio de partículas de 5 a 100 μm, preferiblemente de 5 a 25 μm, o de 20 a 60 μm. Los valores dados significan que al menos el 80 % de las partículas tienen un tamaño medio en el intervalo especificado.

- Forma esférica. La esfericidad de un polvo puede determinarse, por ejemplo, usando un morfogranulómetro.

- Buena colabilidad. La colabilidad de un polvo puede determinarse, por ejemplo, según la norma ASTM B213 o la norma ISO 4490:2018. Según la norma ISO 4490:2018, el tiempo de flujo es preferiblemente inferior a 50.

- Baja porosidad, preferiblemente del 0 al 5 %, más preferiblemente del 0 al 2 %, aún más preferiblemente del 0 al 1 % en volumen. La porosidad puede determinarse concretamente mediante análisis de imágenes a partir de microfotografías ópticas, o mediante picnometría con helio (véase la norma ASTM B923).

- La ausencia o baja cantidad (menos del 10 %, preferiblemente menos del 5 % en volumen) de pequeñas partículas (del 1 al 20 % del tamaño medio del polvo), denominadas satélites, que se adhieren a las partículas más grandes.

La puesta en práctica de un procedimiento de este tipo permite una fabricación de piezas según un alto rendimiento, que puede alcanzar, o incluso superar, 40 cm³/h.

Por otro lado, el solicitante ha observado que la aplicación de tratamientos térmicos de tipo templado puede inducir una distorsión de la pieza, debido a la variación brusca de la temperatura. La distorsión de la pieza es generalmente tanto más significativa, cuanto que sus dimensiones son importantes. Ahora bien, la ventaja de un procedimiento de fabricación aditiva es precisamente obtener una pieza cuya forma, tras la fabricación, sea definitiva, o casi definitiva. Por tanto, debe evitarse la aparición de una deformación significativa resultante de un tratamiento térmico. Por casi definitiva, se entiende que puede realizarse un mecanizado de acabado con la pieza después de su fabricación: la pieza fabricada mediante fabricación aditiva, se entiende según su forma definitiva, a excepción del mecanizado de acabado.

Habiendo constatado lo anterior, el solicitante ha buscado una composición de aleación, que forme el material de aporte, que permita obtener propiedades mecánicas aceptables, sin necesitar la aplicación de tratamientos térmicos, posteriores a la formación de las capas, es decir, tras la formación de la pieza final, que corren el riesgo de inducir una distorsión. Se trata concretamente de evitar los tratamientos térmicos que implican una variación brusca de la temperatura. Por tanto, la invención permite obtener, mediante fabricación aditiva, una pieza cuyas propiedades mecánicas son satisfactorias, en particular, en cuanto al límite elástico. En función del tipo de procedimiento de fabricación aditiva elegido, el material de aporte puede presentarse en forma de un alambre o de un polvo.

El solicitante ha constatado que, limitando el número de elementos presentes en la aleación que tengan un contenido más allá del 1 % en masa, se obtenga un buen compromiso entre las propiedades mecánicas y térmicas interesantes. Habitualmente, se admite que la adición de elementos en la aleación permite mejorar ciertas propiedades mecánicas de la pieza realizada mediante fabricación aditiva. Por propiedades mecánicas, se entiende, por ejemplo, el límite de elasticidad o el alargamiento a la rotura. No obstante, la adición de una cantidad demasiado grande, o de una diversidad demasiado grande, de elementos químicos de aleación, puede perjudicar a las propiedades de conducción térmica de la pieza resultante de la fabricación aditiva. Por tanto, el recurso a aleaciones binarias o ternarias, en un procedimiento de fabricación aditiva, constituye una vía prometedora en el campo de la fabricación aditiva.

El solicitante ha estimado que resultaba útil obtener un compromiso entre el número y la cantidad de los elementos añadidos en la aleación, de manera que se obtengan propiedades mecánicas y térmicas (o eléctricas) aceptables.

El solicitante considera que se obtiene un compromiso de este tipo limitando a un único, o a dos, el número de elementos químicos que formen la aleación de aluminio que tengan una fracción en masa superior o igual al 1 %. Por tanto, puede obtenerse una aleación particularmente interesante, añadiendo, según una fracción en masa superior al 1 %:

- únicamente Zr, en cuyo caso la aleación está constituida esencialmente por dos elementos (AI y Zr). Por ejemplo, Zr: del 0,5 % al 2,5 %, y Fe < 1 %;

- o Zr y Fe, en cuyo caso la aleación está esencialmente constituida por tres elementos (AI, Zr y Fe). La presencia de Fe en la aleación permite mejorar las propiedades mecánicas, ya se trate de las propiedades mecánicas en tracción en caliente y en frío, o de la dureza. Por ejemplo, Zr: del 0,5 % al 2,5 %, y Fe > 1 %.

La presencia de Zr en la aleación confiere una buena capacidad de procesamiento de la aleación, correspondiendo el término capacidad de procesamiento, a la designación inglesa “ processability” , que califica la aptitud de una aleación a conformarse mediante un procedimiento de fabricación aditiva. Esto se traduce, a nivel de una pieza fabricada mediante fabricación aditiva, en casi una ausencia de defectos, de tipo fisuración, y una baja porosidad. El solicitante ha constatado que una fracción en masa de Zr superior al 0,5 %, confiere una buena capacidad de procesamiento. Una fracción en masa de Zr óptima puede estar comprendida, según una primera variante, del 0,8 al 2,5 %, más preferiblemente del 1 al 2,5 %, aún más preferiblemente del 1,3 al 2,5 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 0,5 al 2 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,8 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,6 %, más preferiblemente del 0,7 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,9 al 1,5 %, aún más preferiblemente del 1 al 1,4 %. Cuando Zr es inferior al 0,5 %, generalmente las propiedades mecánicas no son suficientes.

El solicitante ha observado en un procedimiento de SLM, y en presencia de Zr, concretamente, para un contenido en Zr > 0,5 %, a lo largo de la solidificación de cada capa, granos equiaxiales que se forman debajo del cordón de tratamiento con láser, a partir de precipitados de AbZr primarios que se forman en el líquido. Los precipitados de AbZr primarios sirven de simientes, a partir de las cuales se forman granos equiaxiales de aluminio. El resto del cordón de tratamiento con láser se solidifica en forma de granos columnares que crecen del borde hacia el centro del cordón, de una manera radial. Cuanto más alto es el contenido en Zr, más importante es la fracción de granos equiaxiales, y más baja es fracción de granos columnares. La presencia de una fracción suficiente de granos equiaxiales resulta beneficiosa para evitar las fisuraciones de final de solidificación.

No obstante, cuando el contenido en Zr es < 0,5 %, la concentración de precipitados de AbZr primarios es demasiado baja, lo cual conduce a una formación de granos columnares bastos que pueden atravesar varias capas, según un crecimiento epitaxial, avanzando de una capa a otra. Por tanto, la pieza obtenida es más sensible a la fisuración de solidificación.

Este efecto del contenido en Zr sobre la sensibilidad a la fisuración, es específico de los procedimientos de fabricación aditiva con fusión de cada capa, tal como el procedimiento de SLM. En el caso del procedimiento no aditivo, tal como los procedimientos clásicos, denominados de solidificación rápida, con compactación e hilado de piezas a partir de cintas finas solidificadas rápidamente o de polvo, pueden fabricarse piezas de aleaciones con contenidos en Zr < 0,5 %, sin fisuración. En efecto, estos procedimientos no necesitan fusión durante la etapa de conformación y, por tanto, no se ven sometidos a fisuras de solidificación.

El solicitante también ha constatado que la presencia de cobre < 0,5 %, preferiblemente del 0,05 al 0,5 %, preferiblemente del 0,1 al 0,4 %, permite mejorar las propiedades mecánicas y el compromiso de conductividad eléctrica/límite elástico tras el tratamiento térmico.

Preferiblemente, la fracción en masa de Zr está comprendida del 0,5 % al 2,5 %, preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 % al 2,5 %, incluso del 1 % al 2,5 %, incluso del 1,2 % al 2,5 %, incluso del 1,3 % al 2,5 %, incluso del 1,5 % al 2,5 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 0,5 al 2 %, incluso del 0,6 al 1,8 %, incluso del 0,6 al 1,6 %, incluso del 0,7 al 1,5 %, incluso del 0,8 al 1,5 %, incluso del 0,9 al 1,5 %, incluso del 1 al 1,4 %.

Cuando la aleación comprende Fe, la fracción en masa de Fe es inferior o igual al 3 %. Está preferiblemente comprendida del 0,5 % al 3 %, preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 al 2,5 %, preferiblemente del 0,8 al 2 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,2 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 1,5 al 2,5 %, preferiblemente del 1,6 al 2,4 %, más preferiblemente del 1,7 al 2,3 %. Una asociación de Zr y de Fe es particularmente ventajosa, tal como se mencionó anteriormente, y se confirma mediante los ensayos experimentales. La aleación también puede comprender otros elementos de aleación, tales como Cr, V, Ti, Mn, Mo, W, Nb, Ta, Sc, Ni, Zn, Hf, Nd, Ce, Co, La, Ag, Li, Y, Yb, Er, Sn, In, Sb, Sr, Ba, Bi, Ca, P, B, y/o Mischmetal, según una fracción en masa individual estrictamente inferior al 0,1 %, preferiblemente inferior a 500 ppm, y preferiblemente inferior a 300 ppm, o a 200 ppm, o a 100 ppm. No obstante, algunos de estos elementos de aleación, en particular, Cr, V, Ti y Mo, degradan la conductividad. Se considera que Cu es menos nefasto con respecto a la conductividad térmica y/o eléctrica.

La adición de Mg, en ausencia de un tratamiento de puesta en disolución-templado-revenido, reduciría la conductividad eléctrica o térmica, sin tener un impacto significativo sobre las propiedades mecánicas. A esto se le añade la tendencia a evaporarse durante el procedimiento de atomización y SLM, sobre todo para aleaciones de alto liquidus, como las sometidas a ensayo en la presente invención. Por tanto, según una variante, la aleación usada según la presente invención, no comprende Mg, o lo comprende según una cantidad de impureza, es decir, < 0,05 %.

Cuando la aleación comprende otros elementos de aleación, tales como Y, Yb, Er, Sn, In, Sb, están preferiblemente presentes según una fracción en masa estrictamente inferior a 500 ppm, incluso estrictamente inferior a 300 ppm, incluso estrictamente inferior a 200 ppm o a 100 ppm.

Debe observarse que, preferiblemente, las aleaciones según la presente invención, no son aleaciones de tipo AA6xxx, debido a la ausencia de adición simultánea de Si y Mg en cantidades superiores al 0,2 %.

A modo de ejemplos, la aleación de aluminio usada según la presente invención, puede comprender:

- Zr al 1,52 %; Fe a 213 ppm; Si a 183 ppm; impurezas: < 0,05 %, cada una con una acumulación de impurezas < 0,15 %;

- Zr al 1,23 %; Fe al 0,94 %; impurezas < 0,05 %, cada una con una acumulación < 0,15 %;

- Zr al 0,81 %; Fe al 1,83 %; impurezas < 0,05 %, cada una con una acumulación < 0,15 %; o

- Zr al 1,39 %; Cu al 0,32 %; impurezas < 0,05 %, cada una con una acumulación < 0,15 %.

Ejemplos experimentales

Ejemplo 1

Se realizaron primeros ensayos usando una aleación 1, cuya composición en masa medida mediante ICP comprendía: Zr: al 1,52 %; Fe a 213 ppm; Si a 183 ppm; impurezas: < 0,05 %, cada una con una acumulación de impurezas < 0,15 %.

Se realizaron piezas de ensayo mediante SLM, usando una máquina de tipo EOS290 SLM (proveedor EOS). Esta máquina permite calentar la placa sobre la que se realizan las piezas, hasta una temperatura de aproximadamente 200 0C. Los ensayos se realizaron con una placa calentada a aproximadamente 200 0C, pero ensayos complementarios han mostrado la buena capacidad de procesamiento de las aleaciones según la presente invención, a temperaturas de placa más bajas, por ejemplo, de 25 0C, 50 0C, 100 0C, o 150 0C.

La potencia del láser fue de 370 W. La velocidad de barrido fue igual a 1400 mm/s. La separación entre dos líneas adyacentes de barrido, habitualmente designada mediante el término “vector de separación” , fue de 0,11 mm. El grosor de capa fue de 60 μm.

El polvo usado presentaba un tamaño de partícula esencialmente comprendido de 3 μm a 100 μm, con una mediana de 40 μm, un cuantil al 10 % de 16 μm, y un cuantil al 90 % de 79 μm.

Se realizaron primeras piezas de ensayo, en forma de cilindros macizos verticales (dirección Z) con respecto a la placa de construcción que forma la base en el plano (X-Y). Los cilindros tenían un diámetro de 11 mm y una altura de 46 mm. Se realizaron segundas piezas de ensayo, que adoptaron la forma de paralelepípedos con dimensiones de 12 (dirección X) x 45 (dirección Y) x 46 (dirección Z) mm (véase la Figura 5). Se sometieron todas las piezas a un tratamiento de relajación tras la fabricación, de SLM de 4 horas a 300 0C.

Algunas primeras piezas se sometieron a un tratamiento térmico tras la fabricación, a 350 0C, 400 0C, o 450 0C, estando la duración del tratamiento comprendida de 1 h a 104 h. Se mecanizó el conjunto de las primeras piezas (con y sin tratamiento térmico tras la fabricación) para obtener probetas de tracción cilíndricas, que tenían las siguientes características en mm (véase la Tabla 1 y la Figura 4):

En la Figura 4 y la Tabla 1,0 representa el diámetro de la parte central de la probeta, M la anchura de los dos extremos de la probeta, LT la longitud total de la probeta, R el radio de curvatura entre la parte central y los extremos de la probeta, Le la longitud de la parte central de la probeta, y F la longitud de los dos extremos de la probeta.

[Tabla 1]

Se sometieron estas probetas cilíndricas a ensayo en tracción a temperatura ambiente, según la norma NF EN ISO 6892-1 (2009-10).

Algunas segundas piezas de ensayo se sometieron a un tratamiento térmico tras la fabricación, tal como se describió en relación con las primeras piezas. Se sometieron las segundas piezas de ensayo a ensayos de conductividad eléctrica, basándose en el hecho de que la conductividad eléctrica evoluciona de manera similar a la conductividad térmica. Una relación de dependencia lineal de la conductividad térmica y de la conductividad eléctrica, según la ley de Wiedemann Franz, se ha validado en la publicación de Hatch, “Aluminium properties and physical metallurgy” , ASM Metals Park, OH, 1988. Se sometieron las segundas piezas de ensayo a un pulido de superficie en cada cara de 45 mm x 46 mm, a la vista de las mediciones de conductividad, con la ayuda de un papel abrasivo con rugosidad 180. Se realizaron las mediciones de conductividad eléctrica en las caras pulidas, usando un aparato de medición de tipo Foerster Sigmatest 2.069, a 60 kHz.

La Tabla 2, a continuación, representa, para cada primera pieza de ensayo, la temperatura de tratamiento térmico (0C), la duración de tratamiento térmico, el límite de elasticidad al 0,2 % de Rp0.2 (MPa), la resistencia a la tracción (Rm), el alargamiento a la rotura A (%), así como la conductividad eléctrica (MS.m-1). Las propiedades de tracción (límite de elasticidad, resistencia a la tracción, y alargamiento a la rotura) se determinaron a partir de las primeras piezas de ensayo, según la dirección de fabricación Z, mientras que las propiedades eléctricas (conductividad eléctrica) se determinaron en las segundas piezas de ensayo. En la Tabla 2, a continuación, la duración de 0 h corresponde a una ausencia de tratamiento térmico.

[Tabla 2]

Sin aplicación de un tratamiento térmico, se evalúa que las propiedades mecánicas son satisfactorias. No obstante, la aplicación de un tratamiento térmico apropiado permite mejorar el límite de elasticidad, la resistencia a la tracción, así como la conductividad eléctrica. El efecto beneficioso del tratamiento térmico se atribuye a la formación de precipitados de Al3Zr nanométricos, lo cual conduce a un aumento simultáneo del límite elástico y de la conductividad. En ausencia de tratamiento térmico, una fracción de Zr se mantiene atrapada en disolución sólida.

Un aspecto notable es que el tratamiento térmico permite aumentar muy significativamente la conductividad eléctrica, acercándose esta última a la del aluminio puro (próxima a 34 MS/m), al tiempo que también se aumentan las propiedades mecánicas con respecto a las del aluminio puro.

Los parámetros que permiten obtener buenas propiedades mecánicas son los siguientes:

- a 400 0C, estando la duración comprendida de 1 h a 10 h;

- a 350 °C, estando la duración comprendida de 10 h a 100 h, sabiendo que una duración comprendida de 10 h a 20 h parece suficiente.

Además, cuando se aplica un tratamiento térmico, es preferible que su temperatura sea inferior a 500 °C. Cuando se privilegia la obtención de propiedades mecánicas óptimas, la temperatura del tratamiento térmico es preferiblemente inferior a 450 0C y, por ejemplo, está comprendida de 300 0C a 420 0C.

Cuando se privilegia la conducción eléctrica o térmica, la temperatura del tratamiento térmico es preferiblemente superior o igual a 350 0C, incluso 400 0C, con una duración que puede superar 100 h, por ejemplo, de 90 a 200 h. Se observa que, cuando el tratamiento térmico se realiza a 400 0C, la evolución de las propiedades mecánicas de tracción (límite de elasticidad, resistencia a la tracción), en función de la duración del tratamiento, es en primer lugar creciente, y después decreciente. Una duración óptima de tratamiento térmico permite optimizar las propiedades mecánicas de tracción. Está comprendida de 0,1 h a 10 h, a 400 0C.

El tratamiento térmico es, preferiblemente, un revenido o un recocido.

La Figura 2 ilustra las propiedades de tracción (eje de las ordenadas, que representa el límite de elasticidad Rp0.2, expresado en MPa) en función de las propiedades de conductividad térmica (eje de las abscisas, que representa la conductividad térmica, expresada en MS/m). Se recuerda que se supone que las propiedades de conducción térmica son representativas de las propiedades de conducción eléctrica. En la Figura 2, los porcentajes indican el alargamiento a la rotura. Mediante una flecha se ha representado el efecto beneficioso del tratamiento térmico, a la vez desde el punto de vista de la conductividad eléctrica y del límite de elasticidad. En la leyenda de la Figura 2, el término “bruto” significa una ausencia de tratamiento térmico.

La densidad relativa de las muestras fue superior al 99,5 %, lo cual se traduce en una porosidad < 0,5 %, habiéndose estimado esta última mediante análisis de imagen en una sección de muestras pulida.

Se realizó un segundo ensayo usando:

- una aleación 1 tal como se describió anteriormente;

- una aleación2, cuya composición en masa medida mediante ICP comprendía Al; Zr al 1,78 %; Fe al 1,04 %; Si a 1812 ppm; Cu a 503 ppm; impurezas < 0,05 %, cada una con una acumulación de impurezas < 0,15 %.

Se formaron piezas de ensayo similares a las descritas en relación con el primer ensayo.

El polvo usado presentaba un tamaño de partícula esencialmente comprendido de 3 μm a 100 μm, con una mediana de 41 μm, un cuantil al 10 % de 15 μm, y un cuantil al 90 % de 82 μm.

Se caracterizó la dureza de Vickers Hv0.2, según la norma ASTM E384, así como la conductividad eléctrica, en piezas paralelepipédicas. Las mediciones de dureza y de conductividad se realizaron en ausencia de tratamiento térmico, así como después de diferentes tratamientos térmicos.

La Tabla 3 presenta los resultados de las caracterizaciones. N/A significa que no se ha medido la característica.

[Tabla 3]

Los ensayos confirman que:

- la presencia de Fe mejora significativamente las propiedades mecánicas;

- la aplicación de un tratamiento térmico mejora las propiedades mecánicas y de conducción eléctrica.

Ejemplo 2

Se realizó un segundo ensayo, similar al del Ejemplo 1, usando la aleación 2, tal como se describió anteriormente en relación con el Ejemplo 1.

El polvo usado presentaba un tamaño de partículas esencialmente comprendido de 3 μm a 100 μm, con una mediana de 41 μm, un cuantil al 10 % de 15 μm, y un cuantil al 90 % de 82 μm.

Se realizaron piezas de ensayo mediante SLM, usando una máquina de tipo EOS M290 SLM (proveedor EOS). La potencia del láser fue de 370 W. La velocidad de barrido fue igual a 1250 mm/s. La separación entre dos líneas adyacentes de barrido, habitualmente designada mediante el término “vector de separación” , fue de 0,111 mm. El grosor de capa fue de 60 μm.

Como para el Ejemplo 1, la adición de un tratamiento térmico hasta 100 h a 400 0C o 450 0C, permitió aumentar de una manera simultánea la resistencia mecánica y la conductividad eléctrica, con respecto al estado en bruto de relajación, tal como se ilustra en la Tabla 4, a continuación, y en la Figura 6.

[Tabla 4]

La aleación 2 permitió mostrar el impacto positivo de la adición de Fe sobre el aumento del límite elástico Rp02, y de la resistencia a la rotura Rm (sin degradación significativa de la conductividad eléctrica) con respecto a la aleación 1 del Ejemplo 1. Esta aleación 2 permitió alcanzar, después de tratamiento térmico, valores de Rp02 y de Rm no alcanzables por la aleación 1 del Ejemplo 1, con valores de Rp02 superiores a 260 MPa, al tiempo que se mantenía una conductividad eléctrica superior a 24 MS/m, incluso a 26 MS/m.

Sin limitarse a la teoría, parece que, en las piezas fabricadas mediante procedimientos clásicos, tales como el mecanizado a partir de bloques obtenidos mediante forjado, el Fe está presente en forma de estructuras intermetálicas bastas, con un tamaño que va hasta algunas decenas de μm. Por el contrario, en las piezas fabricadas mediante fusión por láser selectiva, a partir de la aleación 2 del Ejemplo 2, el Fe está presente en forma de precipitados nanométricos que no presentan ningún impacto negativo sobre la resistencia a la corrosión, ni sobre la aptitud de la aleación a la anodización. Por el contrario, la presencia de precipitados nanométricos a base de Fe, parece presentar un impacto positivo sobre el rendimiento a la corrosión, conduciendo a una corrosión lateralizada y no localizada de las piezas sometidas a ensayo.

Ejemplo 3

Se realizó un tercer ensayo similar al del Ejemplo 2 usando una aleación 3, cuya composición en masa medida mediante ICP comprendía: Al; Zr al 1,23 %; Fe al 0,94 %;

impurezas < 0,05 %, cada una con una acumulación de impurezas < 0,15 %.

El polvo usado presentaba un tamaño de partículas esencialmente comprendido de 3 μm a 100 μm, con una mediana de 37 μm, un cuantil al 10 % de 15 μm, y un cuantil al 90 % de 71 μm.

Como para el Ejemplo 2, la adición de un tratamiento térmico hasta 100 h a 400 0C, permitió aumentar, de una manera simultánea, la resistencia mecánica y la conductividad eléctrica, con respecto al estado en bruto de relajación, tal como se ilustra en la Tabla 5, a continuación.

[Tabla 5]

La reducción del contenido en Zr de la aleación 3 con respecto al de la aleación 2 (respectivamente, del 1,23 % frente al 1,78 % de Zr) condujo a un aumento significativo de los valores del alargamiento y de la conductividad eléctrica, y esto para el conjunto de los tratamientos térmicos tras la fabricación, sometidos a ensayo (véanse las Tablas 4 y 5 anteriores). La aleación 3 también presentaba un estado en bruto de fabricación más blando que el de la aleación 2: Rp02, respectivamente, de 133 MPa frente a 214 MPa. Este estado en bruto más blando resulta ventajoso en cuanto a la capacidad de procesamiento durante el procedimiento de SLM, ya que permite una reducción significativa de las tensiones residuales durante la fabricación de la pieza. Las mejores resistencias mecánicas de la aleación 3 y de la aleación 2 fueron similares, y se obtuvieron para un tratamiento térmico tras la fabricación, respectivamente, de 4 h a 400 0C, frente a 1 h a 400 0C. En estas condiciones de maximización de la resistencia mecánica, la aleación 3 presentaba la ventaja de ofrecer a la vez un mejor alargamiento y una mejor conductividad eléctrica.

Ejemplo 4

Se realizó un cuarto ensayo, similar al del Ejemplo 2, usando una aleación 4, cuya composición en masa medida mediante ICP comprendía: Al; Zr al 0,81 %; Fe al 1,83 %;

impurezas < 0,05 %, cada una con una acumulación de impurezas < 0,15 %.

El polvo usado presentaba un tamaño de partículas esencialmente comprendido de 3 μm a 100 μm, con una mediana de 38 μm, un cuantil al 10 % de 15 μm, y un cuantil al 90 % de 75 μm.

Como para el Ejemplo 2, la adición de un tratamiento térmico hasta 100 h a 400 0C o 450 0C, permitió aumentar, de una manera simultánea, la resistencia mecánica y la conductividad eléctrica, con respecto al estado en bruto de relajación, tal como se ilustra en la Tabla 6, a continuación. La aleación 4 permitió mostrar el interés de una reducción del contenido en Zr asociado a una adición del 1,83 % de Fe, con respecto a la aleación 1.

Las mejores resistencias mecánicas de la aleación 4 y de la aleación 1 se obtuvieron para un tratamiento térmico de 4 h a 400 0C. En estas condiciones de maximización de la resistencia mecánica, la aleación 4 presentaba, con respecto a la aleación 1, un aumento significativo de Rp02 y del alargamiento, con una disminución de la conductividad eléctrica, véase la Tabla 2 anterior y la Tabla 6, a continuación.

[Tabla 6]

Ejemplo 5

Se realizó un quinto ensayo, similar al del Ejemplo 2, usando una aleación 5, cuya composición en masa medida mediante ICP comprendía: Al; Zr al 1,39 %; Cu al 0,32 %;

impurezas < 0,05 %, cada una con una acumulación de impurezas < 0,15 %.

El polvo usado presentaba un tamaño de partículas esencialmente comprendido de 3 μm a 100 μm, con una mediana de 27 μm, un cuantil al 10 % de 11 μm, y un cuantil al 90 % de 54 μm.

Como para el Ejemplo 2, la adición de un tratamiento térmico hasta 100 h a 400 0C o 450 0C, permitió aumentar, de manera simultánea, la resistencia mecánica y la conductividad eléctrica, con respecto al estado en bruto de relajación, tal como se ilustra en la Tabla 7, a continuación. La aleación 5 permitió mostrar el interés de una reducción del contenido en Zr asociado a una adición del 0,32 % de Cu con respecto a la aleación 1. En efecto, la aleación 5 presentaba a la vez una mejor resistencia mecánica y un mejor alargamiento que la aleación 1, y esto para el conjunto de los tratamientos térmicos tras la fabricación, sometidos a ensayo a 350 0C y a 400 0C.

Las mejores resistencias mecánicas de la aleación 1 se obtuvieron para un tratamiento térmico de 4 h a 400 0C. En estas condiciones, la aleación 5 presentaba, con respecto a la aleación 1, un aumento significativo de Rp02 y del alargamiento, asociado a una disminución muy baja de la conductividad eléctrica, véase la Tabla 2 anterior y la Tabla 7, a continuación. La aleación 5 permitió mostrar el impacto positivo de la adición de Cu, asociado a una reducción de Zr sobre el aumento del límite elástico Rp02 y de la resistencia a la rotura Rm (sin degradación significativa de la conductividad eléctrica) con respecto a la aleación 1 del Ejemplo 1.

[Tabla 7]

Ejemplo 6

Se realizaron ensayos complementarios de tracción en caliente con las aleaciones 3 y 4, descritas, respectivamente, en los Ejemplos 3 y 4.

De la misma manera que la descrita en el Ejemplo 1, se construyeron piezas de ensayo en forma de cilindros macizos verticales (dirección Z) con respecto a la placa de construcción que forma la base en el plano (X-Y). Los cilindros tenían un diámetro de 11 mm y una altura de 46 mm.

Estas piezas de ensayo se realizaron mediante SLM, usando una máquina de tipo EOS M290 SLM (proveedor EOS), y siguiendo 2 conjuntos de parámetros de SLM diferentes, designados por conjunto 1 y conjunto 2, de la siguiente manera:

Conjunto 1:

• Potencia del láser: 370 W

• Velocidad de barrido: 1250 mm/s

• Vector de separación: 0,111 mm

• Grosor de capa: 60 μm

Conjunto 2:

• Potencia del láser: 370 W

• Velocidad de barrido: 1307 mm/s

• Vector de separación: 0,177 mm

• Grosor de capa: 60 μm

Se sometieron todas las piezas a un tratamiento de relajación tras la fabricación de SLM de 4 horas a 300 0C. Se sometieron algunas piezas a un tratamiento térmico tras la fabricación a 400 0C, estando la duración del tratamiento comprendida entre 1 h y 4 h (véase la Tabla 8, a continuación). Se mecanizaron todas las primeras piezas (con y sin tratamiento térmico tras la fabricación) para formar probetas de tracción cilindricas similares a las descritas en el Ejemplo 1 (véase Figura 4 y la Tabla 1 anterior).

Se realizaron ensayos de tracción a alta temperatura (200 0C), a partir de las probetas de tracción obtenidas siguiendo la norma NF EN ISO 6892-1 (2009-10). Los resultados de estos ensayos se resumen en la Tabla 8, a continuación. Para cada misma condición sometida a ensayo , la aleación 4 presentaba rendimientos mecánicos (Rp0.2 y Rm) mejores que la aleación 3.

El Ejemplo 6 permitió mostrar el impacto positivo del aumento del contenido en Fe asociado a una reducción del contenido en Zr sobre las propiedades mecánicas a alta temperatura (comparación entre rendimientos de la aleación 3 y de la aleación 4).

[Tabla 8]

Según una realización, el procedimiento puede comprender una compresión isostática en caliente (CIC). El tratamiento de CIC puede permitir concretamente mejorar las propiedades de alargamiento y las propiedades en fatiga. La compresión isostática en caliente puede realizarse antes, después o en lugar del tratamiento térmico. Ventajosamente, la compresión isostática en caliente se realiza a una temperatura de 250 0C a 500 0C, y preferiblemente de 300 0C a 450 0C, a una presión de 50 a 300 MPa (500 a 3000 bar) y durante una duración de 0,5 a 50 horas.

El eventual tratamiento térmico y/o la compresión isostática en caliente permiten, en particular, aumentar la dureza o el límite elástico y la conductividad eléctrica del producto obtenido. No obstante, debe observarse que, generalmente, cuanto más alta es la temperatura, más se favorece la conductividad (eléctrica o térmica), en perjuicio de las resistencias mecánicas. Según otra realización, adaptada a las aleaciones de endurecimiento estructural, puede realizarse una puesta en disolución, seguida por un templado y por un revenido de la pieza formada, y/o una compresión isostática en caliente. En este caso, la compresión isostática en caliente puede sustituir ventajosamente a la puesta en disolución.

No obstante, el procedimiento según la invención, es ventajoso, ya que, preferiblemente, no necesita ningún tratamiento de puesta en disolución, seguida por templado. La puesta en disolución puede tener un efecto nefasto sobre la resistencia mecánica en determinados casos, participando a un aumento de tamaño de los sistemas dispersos o de las fases intermetálicas finas.

Según una realización, el procedimiento según la presente invención, comprende, además, opcionalmente, un tratamiento de mecanizado y/o un tratamiento de superficie químico, electroquímico o mecánico, y/o un triboacabado. Estos tratamientos pueden realizarse concretamente para reducir la rugosidad y/o mejorar la resistencia a la corrosión y/o mejorar la resistencia al inicio de fisuras en fatiga.

Opcionalmente, es posible realizar una deformación mecánica de la pieza, por ejemplo, después de la fabricación aditiva y/o antes del tratamiento térmico.

Aunque se describe en relación con un método de fabricación aditiva de tipo SLM, el procedimiento puede aplicarse a otros métodos de fabricación aditiva de tipo WAAM, mencionado en relación con la técnica anterior. La Figura 3 representa una alternativa de este tipo. Una fuente 31 de energía, en este caso un soplete, forma un arco eléctrico 32. En este dispositivo, el soplete 31 se sujeta por un robot 33 de soldadura. Se dispone sobre un soporte 10 la pieza 20 que va a fabricarse. En este ejemplo, la pieza fabricada es un muro que se extiende según un eje transversal Z, en perpendicular a un plano XY definido por el soporte 10. Bajo el efecto del arco eléctrico 12, un alambre 35 de aporte entra en fusión para formar un cordón de soldadura. El robot de soldadura se controla mediante un modelo digital M. Se desplaza de manera que se formen diferentes capas 20¹...20ⁿ, apiladas unas sobre otras, que forman el muro 20, correspondiendo cada capa a un cordón de soldadura. Cada capa 20¹...20ⁿse extiende en el plano XY, según un motivo definido por el modelo digital M.

El diámetro del alambre de aporte es preferiblemente inferior a 3 mm. Puede estar comprendido de 0,5 mm a 3 mm, y está preferiblemente comprendido de 0,5 mm a 2 mm, incluso de 1 mm a 2 mm. Por ejemplo, es de 1,2 mm.

Por otro lado, pueden preverse otros procedimientos, por ejemplo, y de manera no limitativa:

- sinterización selectiva por láser (Selective Laser Sintering o SLS);

- sinterización directa del metal por láser (Direct Metal Laser Sintering o DMLS);

- sinterización selectiva por calentamiento (Selective Heat Sintering o SHS);

- fusión por haz de electrones (Electron Beam Melting o EBM);

- deposición por fusión láser (Laser Melting Deposition);

- deposición directa por aporte de energía (Direct Energy Deposition o DED);

- deposición directa de metal (Direct Metal Deposition o DMD);

- deposición directa por láser (Direct Laser Deposition o DLD);

- tecnología de deposición por láser (Laser Deposition Technology);

- ingeniería de formas netas por láser (Laser Engineering Net Shaping);

- tecnología de revestimiento por láser (Laser Cladding Technology);

- tecnología de fabricación de formas libres por láser (Laser Freeform Manufacturing Technology o LFMT);

- deposición por fusión láser (Laser Metal Deposition o LMD);

- pulverización en frío (Cold Spray Consolidation o CSC);

- fabricación aditiva por fricción (Additive Friction Stir o AFS);

- sinterización por chispa con plasma o sinterización ultrarrápida (Field Assisted Sintering Technology, FAST o spark plasma sintering); o

- soldadura por fricción rotatoria (Inertia Rotary Friction Welding o IRFW).

Las soluciones según la presente invención, están particularmente adaptadas para el procedimiento de pulverización en frío (denominado “cold spray” ), concretamente a causa de una baja dureza del polvo, lo cual facilita la deposición. La pieza puede endurecerse a continuación mediante un recocido de endurecimiento (tratamiento térmico posterior). Las soluciones según la presente invención, están particularmente adaptadas para las aplicaciones en los campos eléctrico, electrónico y de los intercambiadores de calor.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Procedimiento de fabricación de una pieza (20), que comprende una formación de capas (20¹...20ⁿ) metálicas sucesivas, superpuestas unas sobre otras, estando cada capa formada mediante la deposición de un metal (15, 25) de aporte, sometiéndose el metal de aporte a un aporte de energía, de manera que se funda y constituya, al solidificarse, dicha capa, estando el procedimiento caracterizado porque el metal (15, 25) de aporte es una aleación de aluminio, que comprende los siguientes elementos de aleación (% en peso):

- Zr: del 0,5 al 2,5 %, preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 al 2,5 %, más preferiblemente del 1 al 2,5 %, aún más preferiblemente del 1,3 al 2,5 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 0,5 al 2 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,8 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,6 %, más preferiblemente del 0,7 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,9 al 1,5 %, aún más preferiblemente del 1 al 1,4 %;

- Fe: del 0 % al 3 %, preferiblemente del 0,5 % al 2,5 %; preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 al 2,5 %, preferiblemente del 0,8 al 2 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,2 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 1,5 al 2,5 %, preferiblemente del 1,6 al 2,4 %, más preferiblemente del 1,7 al 2,3 %;

- eventualmente, Si: < 0,3 %, preferiblemente < 0,2 %, más preferiblemente < 0,1 %;

- eventualmente, Cu: < 0,5 %, preferiblemente del 0,05 al 0,5 %, preferiblemente del 0,1 al 0,4 %;

- eventualmente, Mg: < 0,2 %, preferiblemente < 0,1 %, preferiblemente < 0,05 %;

- otros elementos de aleación < 0,1 % individualmente, y en total < 0,5 %;

- impurezas: < 0,05 % individualmente, y en total < 0,15 %;

el resto, de aluminio.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde los otros elementos se eligen de: Cr, V, Ti, Mn, Mo, W, Nb, Ta, Sc, Ni, Zn, Hf, Nd, Ce, Co, La, Ag, Li, Y, Yb, Er, Sn, In, Sb, Sr, Ba, Bi, Ca, P, B, y/o Mischmetal.
3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fracción en masa de cada uno de los otros elementos de aleación es inferior a 300 ppm, incluso inferior a 200 ppm, incluso inferior a 100 ppm.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde:

- Zr: del 0,5 % al 2,5 %;

- Fe: > 1 %.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde:

- Zr: del 0,5 % al 2,5 %;

- Fe: < 1 %.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, tras la formación de las capas (20¹...20ⁿ), es decir, tras la formación de la pieza final, una aplicación de un tratamiento térmico.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en donde el tratamiento térmico es un revenido o un recocido.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, en donde el tratamiento térmico se realiza:

- a una temperatura superior a 400 0C, en cuyo caso la duración del tratamiento térmico está comprendida de 0,1 h a 10 h;

- o a una temperatura comprendida de 300 0C a 400 0C, en cuyo caso la duración del tratamiento térmico está comprendida de 0,5 h a 100 h.
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, en donde el tratamiento térmico se realiza a una temperatura superior o igual a 350 0C, incluso a 400 °C, o una duración de 90 a 200 h, de manera que se obtenga una conductividad térmica o eléctrica óptima.
10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que no comprende ningún templado tras la formación de las capas, es decir, tras la formación de la pieza final, o tras el tratamiento térmico.
11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se realiza a una temperatura que va hasta 350 0C.
12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el metal de aporte adopta la forma de un polvo (15), cuya exposición a un haz (12) de luz o de partículas cargadas, da como resultado una fusión localizada, seguida por una solidificación, de manera que se forme una capa (20¹...20ⁿ) sólida.
13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el metal de aporte procede de un alambre (25) de aporte, cuya exposición a una fuente (22) de calor da como resultado una fusión localizada, seguida por una solidificación, de manera que se forme una capa (20¹...20ⁿ) sólida.
14. Pieza metálica obtenida mediante un procedimiento objeto de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
15. Polvo, destinado a usarse como material de aporte de un procedimiento de fabricación aditiva, caracterizado porque está constituido por una aleación de aluminio, que comprende los siguientes elementos de aleación (% en peso):

- Zr: del 0,5 % al 2,5 %, preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 al 2,5 %, más preferiblemente del 1 al 2,5 %, aún más preferiblemente del 1,3 al 2,5 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 0,5 al 2 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,8 %, más preferiblemente del 0,6 al 1,6 %, más preferiblemente del 0,7 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,5 %, más preferiblemente del 0,9 al 1,5 %, aún más preferiblemente del 1 al 1,4 %;

- Fe: del 0 % al 3 %, preferiblemente del 0,5 % al 2,5 %; preferiblemente, según una primera variante, del 0,8 al 2,5 %, preferiblemente del 0,8 al 2 %, más preferiblemente del 0,8 al 1,2 %; o preferiblemente, según una segunda variante, del 1,5 al 2,5 %, preferiblemente del 1,6 al 2,4 %, más preferiblemente del 1,7 al 2,3 %;

- eventualmente, Si: < 0,3 %, preferiblemente < 0,2 %, más preferiblemente < 0,1 %;

- eventualmente, Cu: < 0,5 %, preferiblemente del 0,05 al 0,5 %, preferiblemente del 0,1 al 0,4 %;

- eventualmente, Mg: < 0,2 %, preferiblemente < 0,1 %, preferiblemente < 0,05 %;

- otros elementos de aleación < 0,1 % individualmente, y en total < 0,5 %;

- impurezas: < 0,05 % individualmente, y en total < 0,15 %;

el resto, de aluminio.
16. Uso de un polvo según la reivindicación 15, en un procedimiento de fabricación elegido de: la pulverización en frío (CSC), la deposición por fusión de láser (LMD), la fabricación aditiva por fricción (AFS), la sinterización por chispa con plasma (FAST), o la soldadura por fricción rotatoria (IRFW), preferiblemente, la pulverización en frío (CSC).