JP2014522452A - Production of metal or alloy objects - Google Patents

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Abstract

物体を生産する方法が開示され、物体は金属又は合金で作られており、所望の形状を有し、かつ非多孔質である。この方法は、第1の平均溶質レベルを有するいくらかの金属又は合金を提供し、提供された金属又は合金を使用してネットシェイプ又はニアネットシェイプ製造工程を実行して、中間物体を生産する。中間物体は、所望の形状を有し、非多孔質であり、かつ第2の平均溶質レベルを有する。第2の平均溶質レベルは、第1の平均溶質レベル以上である。この方法は更に、中間物体に第3の平均溶質レベルをもたらすように、中間物体の少なくともバルクの溶質レベルを変更するよう溶質レベル変更工程を中間物体に対して実行し、これにより物体を提供することを含み、第3の平均溶質レベルは、第2の平均溶質レベルとは異なる。  A method of producing an object is disclosed, wherein the object is made of metal or alloy, has a desired shape, and is non-porous. The method provides some metal or alloy having a first average solute level and performs a net shape or near net shape manufacturing process using the provided metal or alloy to produce an intermediate object. The intermediate object has a desired shape, is non-porous, and has a second average solute level. The second average solute level is greater than or equal to the first average solute level. The method further performs a solute level changing step on the intermediate object to change the at least bulk solute level of the intermediate object to provide a third average solute level in the intermediate object, thereby providing the object. The third average solute level is different from the second average solute level.

Description

本発明は、物体、特に、金属又は合金で作られた物体の生産に関する。   The present invention relates to the production of objects, in particular objects made of metals or alloys.

チタン合金は、航空宇宙、医療、スポーツ、及びレジャー部門を含む、多くの市場部門で使用される。   Titanium alloys are used in many market sectors, including the aerospace, medical, sports, and leisure sectors.

一般に、チタン合金部品又は部材の製造は、機械加工工程、又は鍛造と機械加工工程との組み合わせによって行われる。一部の部品はまた、キャスティング及び粉末冶金ルートを使用して作られる。   In general, the manufacture of titanium alloy parts or members is performed by a machining process or a combination of forging and machining processes. Some parts are also made using casting and powder metallurgy routes.

一般に、チタン合金は酸素を固溶体中に含む。酸素は、合金を強化し、硬化させる傾向がある。しかし、合金内の酸素レベルが高すぎる場合、靱性及び延性が低減させられる可能性がある。   Generally, a titanium alloy contains oxygen in a solid solution. Oxygen tends to strengthen and harden the alloy. However, if the oxygen level in the alloy is too high, the toughness and ductility can be reduced.

チタンは、酸素を吸収する比較的強い親和力を有する。鍛造及び熱処理を含む、チタン合金部材を生産する際に実行される多くの処理操作は、合金内に酸素を導入する傾向がある。しかし、酸素のこの導入は、通常、部材の表面付近の薄い領域に限定される。この層は、所望される場合、機械切削されるか、何らかの他の手法で除去されることが可能である。   Titanium has a relatively strong affinity for absorbing oxygen. Many processing operations performed in producing titanium alloy members, including forging and heat treatment, tend to introduce oxygen into the alloy. However, this introduction of oxygen is usually limited to a thin region near the surface of the member. This layer can be machined or removed in some other manner if desired.

粉末冶金製造は、代替のルートに勝る多数の利点をもたらす傾向がある。例えば、ニアネットシェイプ部材が、非常に少ない廃棄物を伴って生産され得る。また、機械加工することは法外に高価である可能性がある比較的複雑な形状が、比較的容易に作られ得る。   Powder metallurgy manufacturing tends to provide a number of advantages over alternative routes. For example, near net shape members can be produced with very little waste. Also, relatively complex shapes that can be prohibitively expensive to machine can be made relatively easily.

しかし、高品質チタン合金粉末は、比較的高価な傾向がある。粉末のコストは、総製造コストの非常に大きな部分である傾向がある。   However, high quality titanium alloy powders tend to be relatively expensive. The cost of the powder tends to be a very large part of the total manufacturing cost.

より安価な合金粉末が入手可能である。これらは、その比較的高い酸素含有量のため構造部品の生産には適していない。   Cheaper alloy powders are available. They are not suitable for the production of structural parts due to their relatively high oxygen content.

また、チタン合金粉末を例えば粉末の生産において、粉末の処理において、及び、粉末の熱間圧縮又は部分溶融による固体材料化において使用する場合、チタン合金粉末の比較的大きな表面積に起因して、酸素吸収が特に大きな問題となる傾向がある。   In addition, when titanium alloy powders are used, for example, in the production of powders, in the processing of powders, and in the formation of solid materials by hot compaction or partial melting of the powders, oxygen due to the relatively large surface area of the titanium alloy powders. Absorption tends to be a particularly big problem.

チタン合金粉末は、酸素含有量を低減させるために高温で化学処理されてもよい。同様の方法が、チタン合金部材に対してそれらの部材の表面上の、又は表面のすぐ下の酸素汚染を除去するために使用されている。   The titanium alloy powder may be chemically treated at high temperatures to reduce the oxygen content. Similar methods have been used for titanium alloy members to remove oxygen contamination on or just below the surfaces of those members.

しかし、チタン粉末については、そのような高温化学処理は、粉末粒子が焼結される強い傾向のため細かい粉末サイズ(例えば、金属射出成形において使用されるもの)には適用可能でない傾向がある。   However, for titanium powders such high temperature chemical treatments tend not to be applicable to fine powder sizes (eg those used in metal injection molding) due to the strong tendency of the powder particles to sinter.

米国特許出願公開第2005/139483号明細書では、金属塩を精製する方法が開示されている。この方法は、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、又はこれらの混合物を融解することによって形成された金属塩を、チタン、チタン合金、ジルコニウム、及びジルコニウム合金のうちの1つ以上と接触させることを含む。金属塩は、チタン又はチタン合金で作られた容器、あるいは、チタン又はチタン合金で裏打ちされた容器内で融解される。   US Patent Application Publication No. 2005/139483 discloses a method for purifying metal salts. The method comprises contacting a metal salt formed by melting an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, or a mixture thereof with one or more of titanium, a titanium alloy, zirconium, and a zirconium alloy. including. The metal salt is melted in a container made of titanium or a titanium alloy, or a container lined with titanium or a titanium alloy.

英国特許第797934号明細書では、酸素含有チタン金属から酸素を除去する方法が開示されている。この方法は、アルカリ金属フルオチタネートを引き合わせることを含む。   GB 797934 discloses a method for removing oxygen from oxygen-containing titanium metal. The method includes bringing together alkali metal fluoritanates.

英国特許第718211号明細書では、チタンシートを1000℃の温度においてカルシウム浴中で処理することが開示されている。   British Patent No. 718211 discloses treating titanium sheets in a calcium bath at a temperature of 1000 ° C.

英国特許第698753号明細書では、チタンを流体媒質内で900℃以上の温度においてカルシウム又は水酸化カルシウムと共に処理することを含む、酸素を含むチタンの精製の工程が開示されている。   GB 698753 discloses a process for the purification of oxygen-containing titanium comprising treating titanium with calcium or calcium hydroxide in a fluid medium at a temperature of 900 ° C. or higher.

英国特許第1450039号明細書では、ある形状に固められた金属粉末から酸素を除去する方法が開示されている。金属粉末中に含まれる炭素が、酸素を除去するために使用される。しかし、この工程は、酸化炭素(気体)が物体から除去されることが可能なように、物体が開放多孔性を有する間に実行されなければならない。この脱酸素工程は、完全密度、又はほぼ完全密度の物体に対しては、有用ではない傾向がある。更に、開示された方法は、チタン、又はチタン合金物体には有効ではない傾向がある。   GB 1450039 discloses a method for removing oxygen from a metal powder consolidated into a shape. Carbon contained in the metal powder is used to remove oxygen. However, this step must be performed while the object has open porosity so that carbon oxide (gas) can be removed from the object. This deoxygenation process tends not to be useful for full density or near full density objects. Furthermore, the disclosed method tends to be ineffective for titanium or titanium alloy objects.

第1の態様では、本発明は、物体を生産する方法を提供し、物体は、金属又は合金で作られており、物体は、所望の形状を有し、物体は、非多孔質物体であり、この方法は、いくらかの金属又は合金を提供し(提供された金属又は合金は、第1の平均溶質レベルを有し)、提供された金属又は合金を使用して、ネットシェイプ又はニアネットシェイプ製造工程を実行して、中間物体を生産し(ここで、中間物体は、所望の形状を有し、中間物体は、非多孔質物体であり、中間物体は、第2の平均溶質レベルを有し、第2の平均溶質レベルは、第1の平均溶質レベル以上であり)、中間物体に対して溶質レベル変更工程を実行して、中間物体の少なくともバルク(すなわち、中間物体の本体の大部分)の溶質レベルを、第3の平均溶質レベルを中間物体にもたらすように変更し、これにより、物体を提供することを含み、ここで、第3の平均溶質レベルは、第2の平均溶質レベルとは異なる。   In a first aspect, the present invention provides a method of producing an object, wherein the object is made of a metal or alloy, the object has a desired shape, and the object is a non-porous object The method provides some metal or alloy (the provided metal or alloy has a first average solute level) and uses the provided metal or alloy to form a net shape or near net shape. A manufacturing process is performed to produce an intermediate object (where the intermediate object has a desired shape, the intermediate object is a non-porous object, and the intermediate object has a second average solute level. The second average solute level is greater than or equal to the first average solute level) and performing a solute level changing step on the intermediate object to at least a bulk of the intermediate object (ie, a majority of the body of the intermediate object) ) Solute level, the third average solute level Change to provide between the object, by which includes providing an object, wherein the third average solute level is different from the second average solute level.

第3の平均溶質レベルは、第1の平均溶質レベルより低くてもよい。   The third average solute level may be lower than the first average solute level.

溶質レベル低減工程は、中間物体が、その形状及び固体密度を実質的に保持するように実行されてもよい。   The solute level reduction process may be performed such that the intermediate object substantially retains its shape and solid density.

更なる態様では、本発明は、第1の態様による方法を実行することによって生産される物体を提供する。   In a further aspect, the present invention provides an object produced by performing the method according to the first aspect.

更なる態様では、本発明は、物体を処理する方法を提供し、物体は、金属又は合金で作られており、物体は、第1の平均溶質レベルを有し、この方法は、物体に対して溶質レベル変更工程を実行して、物体の表面から溶質を追加又は除去し、これにより、第2の平均溶質レベルと、溶質レベルの、増加した勾配とを有する物体を生産し、第2の平均溶質レベルを有する物体に対して均一化工程を実行して、第2の平均溶質レベルを有する物体内の溶質レベルの勾配を低減させることを含む。   In a further aspect, the present invention provides a method of treating an object, wherein the object is made of a metal or alloy, the object has a first average solute level, the method comprising: Performing a solute level changing step to add or remove solute from the surface of the object, thereby producing an object having a second average solute level and an increased gradient of solute level; Performing a homogenization process on the object having the average solute level to reduce a gradient of the solute level in the object having the second average solute level.

更なる態様では、本発明は、第2の平均溶質レベルを有する物体を生産する方法を提供し、ここで、第2の平均溶質レベルは、所望されるレベルに等しく、又は、所望される範囲内であり、物体は、金属又は合金で作られており、この方法は、第1の平均溶質レベルを有する原材料から、物体を形成して、形成された物体を生産し、形成された物体に対して溶質レベル変更工程を実行して、形成された物体の表面から溶質を追加又は除去し、これにより、形成された物体の平均溶質レベルを、第2の平均溶質レベルに変更し、第2の平均溶質レベルを有する物体に対して均一化工程を実行して、第2の平均溶質レベルを有する物体内の溶質を拡散させることを含む。   In a further aspect, the present invention provides a method of producing an object having a second average solute level, wherein the second average solute level is equal to or desired range. The object is made of a metal or alloy, and the method forms an object from a raw material having a first average solute level to produce the formed object; A solute level changing step is performed on the surface of the formed object to add or remove solute, thereby changing the average solute level of the formed object to the second average solute level; Performing a homogenization step on the object having an average solute level of diffusing the solute in the object having the second average solute level.

溶質レベル変更工程は、物体内の平均溶質レベルを低減させるために実行されてもよい。   The solute level changing step may be performed to reduce the average solute level in the object.

溶質レベル変更工程は、溶質レベル減少工程を実行することと、溶質レベル増加工程を実行することとを含んでもよく、ここで、溶質レベル減少工程、及び溶質レベル増加工程は、物体に対して、均一化工程が実行される前に実行され、溶質レベル減少工程は、物体の表面から溶質を除去し、これにより、物体の平均溶質レベルを低減させるために実行され、溶質増加工程は、物体の表面に溶質を追加し、これにより、物体の平均溶質レベルを増加させるために実行され、平均溶質レベルが、溶質レベル減少工程の間に低減させられる量は、平均溶質レベルが、溶質増加工程の間に増加させられる量とは異なる。   The solute level changing step may include performing a solute level decreasing step and performing a solute level increasing step, wherein the solute level decreasing step and the solute level increasing step are performed on the object, Performed before the homogenization step is performed, the solute level reduction step is performed to remove the solute from the surface of the object, thereby reducing the average solute level of the object, and the solute increase step is performed on the object. The amount of solute added to the surface, thereby increasing the average solute level of the object, and the average solute level being reduced during the solute level reduction process is the average solute level of the solute increase process. It is different from the amount increased in between.

金属又は合金は、以下の金属のうちの1つ以上を含んでもよい。チタン、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ。   The metal or alloy may include one or more of the following metals. Titanium, tantalum, vanadium, zirconium, molybdenum, niobium.

金属又は合金は、チタン合金であってもよい。   The metal or alloy may be a titanium alloy.

合金は、Ti−6Al−4Vであってもよい。   The alloy may be Ti-6Al-4V.

溶質は、以下のうちの1つであってもよい。酸素、炭素、水素、又は窒素。   The solute may be one of the following: Oxygen, carbon, hydrogen, or nitrogen.

溶質は、酸素であってもよい。   The solute may be oxygen.

第2の平均溶質レベルは、1000重量パーツパーミリオンと2300重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The second average solute level may be between 1000 parts per million and 2300 parts per million.

第2の平均溶質レベルは、1300重量パーツパーミリオンと1800重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The second average solute level may be between 1300 parts per million and 1800 parts per million.

第2の平均溶質レベルは、1700重量パーツパーミリオンと1800重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The second average solute level may be between 1700 and 1800 parts per million.

第2の平均溶質レベルは、2000重量パーツパーミリオン未満であってもよい。   The second average solute level may be less than 2000 weight parts per million.

第2の平均溶質レベルは、1300重量パーツパーミリオン未満であってもよい。   The second average solute level may be less than 1300 weight parts per million.

第1の平均溶質レベルは、2300重量パーツパーミリオンと10000重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The first average solute level may be between 2300 parts per million and 10,000 parts per million.

第1の平均溶質レベルは、5000重量パーツパーミリオンと10000重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The first average solute level may be between 5000 weight parts per million and 10,000 weight parts per million.

第1の平均溶質レベルは、10000重量パーツパーミリオンより高くてもよい。   The first average solute level may be higher than 10,000 weight parts per million.

均一化工程を実行するステップは、第2の平均溶質レベルを有する物体全体を通して物体内の溶質レベルが実質的に均一であるように実行されてもよい。   The step of performing the homogenization process may be performed such that the solute level within the object is substantially uniform throughout the object having the second average solute level.

物体は、金属射出成形工程を使用して粉末形態の合金から作られてもよい。   The object may be made from an alloy in powder form using a metal injection molding process.

溶質レベル変更工程を実行するステップは、物体の少なくとも一部を流体にさらすことを含んでもよく、ここで、流体は化学反応物を含み、化学反応物は、合金とは異なるレベルの溶質に対する反応性を有する。   Performing the solute level changing process may include exposing at least a portion of the object to a fluid, where the fluid includes a chemical reactant, which reacts to a different level of solute than the alloy. Have sex.

化学反応物は、アルカリ土類金属(例えば、カルシウム)であってもよい。   The chemical reactant may be an alkaline earth metal (eg, calcium).

流体は、フラックス材料を更に含んでもよく、フラックス材料は、化学反応物と合金との間の反応生成物の、物体の表面からの除去を促進するためのものである。   The fluid may further include a flux material, which facilitates removal of reaction products between the chemical reactant and the alloy from the surface of the object.

フラックス材料は、塩化カルシウムであってもよい。   The flux material may be calcium chloride.

流体は、蒸気であってもよい。   The fluid may be a vapor.

溶質レベル変更工程を実行するステップは、物体を1000℃と1200℃との間まで加熱することを含んでもよい。   Performing the solute level changing process may include heating the object to between 1000 ° C and 1200 ° C.

均一化工程を実行するステップは、物体を1000℃と1300℃との間まで加熱することを含んでもよい。   Performing the homogenization process may include heating the object to between 1000 ° C and 1300 ° C.

物体を1000℃と1300℃との間まで加熱することは、0.5時間と100時間との間にわたって実行されてもよい。   Heating the object to between 1000 ° C. and 1300 ° C. may be performed for between 0.5 and 100 hours.

更なる態様では、本発明は、物体を処理する装置を提供し、物体は、金属又は合金で作られており、物体は、第1の平均溶質レベルを有し、この装置は、物体に対して溶質レベル変更工程を実行して、物体の表面から溶質を追加又は除去し、これにより、第2の平均溶質レベルと、溶質レベルの、増加した勾配とを有する物体を生産する手段と、第2の平均溶質レベルを有する物体に対して均一化工程を実行して、第2の平均溶質レベルを有する物体内の溶質レベルの勾配を低減させる手段とを含む。   In a further aspect, the present invention provides an apparatus for processing an object, wherein the object is made of a metal or alloy, the object has a first average solute level, the apparatus being Performing a solute level changing step to add or remove solute from the surface of the object, thereby producing an object having a second average solute level and an increased gradient of solute level; Means for performing a homogenization step on an object having an average solute level of 2 to reduce a gradient of solute levels in the object having a second average solute level.

更なる態様では、本発明は、第2の平均溶質レベルを有する物体を生産する装置を提供し、ここで、第2の平均溶質レベルは、所望されるレベルに等しく、又は、所望される範囲内であり、物体は、金属又は合金で作られており、この装置は、第1の平均溶質レベルを有する原材料から、物体を形成して、形成された物体を生産する、生産手段と、形成された物体に対して溶質レベル変更工程を実行して、形成された物体の表面から溶質を追加又は除去し、これにより、物体の平均溶質レベルを、第2の平均溶質レベルに変更する手段と、第2の平均溶質レベルを有する物体に対して均一化工程を実行して、第2の平均溶質レベルを有する物体内の溶質を拡散させる手段とを含む。   In a further aspect, the present invention provides an apparatus for producing an object having a second average solute level, wherein the second average solute level is equal to or desired range. The object is made of a metal or alloy, and the apparatus forms a body from a raw material having a first average solute level to produce the formed body; Means for performing a solute level changing step on the formed object to add or remove solute from the surface of the formed object, thereby changing the average solute level of the object to a second average solute level; Means for performing a homogenization step on the object having the second average solute level to diffuse the solute in the object having the second average solute level.

更なる態様では、本発明は、物体内の溶質の濃度を変更する方法を提供し、物体は、金属又は合金で作られており、この方法は、物体の少なくとも一部を蒸気にさらすことを含み、ここで、蒸気は、化学反応物と(化学反応物は、金属又は合金とは異なるレベルの、溶質に対する反応性を有し)、フラックス材料とを含み、フラックス材料は、蒸気中の化学反応物と、合金との間の反応生成物の、物体の表面からの除去を促進するためのものである。   In a further aspect, the present invention provides a method for altering the concentration of a solute in an object, wherein the object is made of a metal or alloy, the method comprising exposing at least a portion of the object to steam. Where the vapor includes chemical reactants (the chemical reactants have a different level of reactivity with the solute than the metal or alloy) and a flux material, wherein the flux material is a chemical in the vapor This is to facilitate the removal of the reaction product between the reactant and the alloy from the surface of the object.

蒸気中の化学反応物と、合金との間の反応生成物は、フラックス材料内で溶解可能であってもよい。   The reaction product between the chemical reactant in the vapor and the alloy may be soluble in the flux material.

金属又は合金は、以下の金属のうちの1つ以上を含んでもよい。チタン、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ。   The metal or alloy may include one or more of the following metals. Titanium, tantalum, vanadium, zirconium, molybdenum, niobium.

金属又は合金は、チタン合金であってもよい。   The metal or alloy may be a titanium alloy.

金属又は合金は、Ti−6Al−4Vであってもよい。   The metal or alloy may be Ti-6Al-4V.

溶質は、以下のうちの1つであってもよい。酸素、炭素、水素、又は窒素。   The solute may be one of the following: Oxygen, carbon, hydrogen, or nitrogen.

溶質は、酸素であってもよい。   The solute may be oxygen.

物体内の溶質の濃度は、1000重量パーツパーミリオンと2300重量パーツパーミリオンとの範囲内であるように変更されてもよい。   The concentration of the solute in the object may be varied to be in the range of 1000 parts per million and 2300 parts per million.

物体内の溶質の濃度は、5000重量パーツパーミリオンと10000重量パーツパーミリオンとの範囲内であることから変更されてもよい。   The concentration of the solute in the object may be varied because it is in the range of 5000 parts per million and 10,000 parts per million.

化学反応物は、合金より高いレベルの、溶質に対する反応性を有してもよい。   The chemical reactant may have a higher level of reactivity to the solute than the alloy.

化学反応物は、カルシウムであってもよい。   The chemical reactant may be calcium.

化学反応物は、合金より低いレベルの、溶質に対する反応性を有してもよい。   The chemical reactant may have a lower level of reactivity to the solute than the alloy.

化学反応物は、酸化カルシウムであってもよい。   The chemical reactant may be calcium oxide.

フラックス材料は、塩化カルシウムであってもよい。   The flux material may be calcium chloride.

この方法は、物体を1000℃と1200℃との間まで加熱することを含んでもよい。   The method may include heating the object to between 1000 ° C and 1200 ° C.

物体は、金属射出成形工程を使用して、粉末形態の合金から作られてもよい。   The object may be made from an alloy in powder form using a metal injection molding process.

この方法は、物体に対して均一化工程を実行して、物体の少なくとも一部内の溶質のレベルの勾配を低減させることを更に含んでもよい。   The method may further include performing a homogenization step on the object to reduce a solute level gradient in at least a portion of the object.

更なる態様では、本発明は、物体内の溶質の濃度を変更する装置を提供し、物体は、金属又は合金で作られており、この装置は、物体の少なくとも一部が蒸気にさらされるように、蒸気を生成する手段を含み、ここで、蒸気は、化学反応物と(化学反応物は、金属又は合金とは異なるレベルの、溶質に対する反応性を有し)、フラックス材料とを含み、フラックス材料は、蒸気中の化学反応物と合金との間の反応生成物の、物体の表面からの除去を促進するためのものである。   In a further aspect, the present invention provides an apparatus for altering the concentration of a solute in an object, wherein the object is made of a metal or alloy such that at least a portion of the object is exposed to steam. And includes means for generating steam, wherein the steam includes a chemical reactant (the chemical reactant has a different level of reactivity with the solute than the metal or alloy), and a flux material; The flux material is for facilitating the removal of reaction products between chemical reactants in the vapor and the alloy from the surface of the object.

更なる態様では、本発明は、第2の平均溶質レベルを有する物体を生産する方法を提供し、ここで、第2の平均溶質レベルは、所望される溶質レベルに等しく、又は、所望される範囲内であり、物体は、金属又は合金で作られており、この方法は、第1の平均溶質レベルを有する原材料から、物体を形成して、形成された物体を生産し(形成された物体は、初期多孔性を有し、形成された物体は、開放多孔性を有し)、形成された物体に対して溶質レベル変更工程を実行して、形成された物体から溶質を追加又は除去し、これにより、物体の平均溶質レベルを、第2の平均溶質レベルに変更し、第2の平均溶質レベルを有する物体に対して固化工程を実行して、物体の多孔性を、所望されるレベルに等しいように、又は、所望される範囲内であるように低減させることを含む。   In a further aspect, the present invention provides a method of producing an object having a second average solute level, wherein the second average solute level is equal to or desired for a desired solute level. The object is made of a metal or alloy and the method forms an object from a raw material having a first average solute level to produce the formed object (formed object Have an initial porosity and the formed object has an open porosity), perform a solute level changing step on the formed object to add or remove solutes from the formed object This changes the average solute level of the object to the second average solute level and performs a solidification process on the object having the second average solute level to reduce the porosity of the object to the desired level. Equal to or within the desired range Including reducing the so that.

溶質レベル変更工程は、形成された物体内の平均溶質レベルを低減させるために実行されてもよい。   The solute level changing step may be performed to reduce the average solute level in the formed object.

固化工程は、第2の平均溶質レベルを有する物体を焼結することを含んでもよい。   The solidification step may include sintering the object having the second average solute level.

形成された物体は、60%から92%までの範囲内の固体密度を有してもよい。   The formed object may have a solid density in the range of 60% to 92%.

形成された物体は、70%から80%までの範囲内の固体密度を有してもよい。   The formed object may have a solid density in the range of 70% to 80%.

固化工程を実行するステップの後、物体は、92%から100%までの範囲内の固体密度を有してもよい。   After performing the solidification process, the object may have a solid density in the range of 92% to 100%.

この方法は、第2の平均溶質レベルを有する物体に対して均一化工程を実行して、第2の平均溶質レベルを有する物体内の溶質を拡散させることを更に含んでもよい。   The method may further include performing a homogenization step on the object having the second average solute level to diffuse the solute in the object having the second average solute level.

均一化工程を実行するステップは、第2の平均溶質レベルを有する物体全体を通した溶質レベルが、実質的に均一であるように実行されてもよい。   The step of performing the homogenization process may be performed such that the solute level throughout the object having the second average solute level is substantially uniform.

溶質レベル変更工程は、溶質レベル減少工程を実行することと、溶質レベル増加工程を実行することとを含んでもよく、ここで、溶質レベル減少工程、及び溶質レベル増加工程は、形成された物体に対して、固化工程が実行される前に実行され、溶質レベル減少工程は、形成された物体の表面から溶質を除去し、これにより、形成された物体の平均溶質レベルを低減させるために実行され、溶質増加工程は、形成された物体の表面に溶質を追加し、これにより、形成された物体の平均溶質レベルを増加させるために実行され、平均溶質レベルが、溶質レベル減少工程の間に低減させられる量は、平均溶質レベルが、溶質増加工程の間に増加させられる量とは異なる。   The solute level changing process may include performing a solute level decreasing process and performing a solute level increasing process, wherein the solute level decreasing process and the solute level increasing process are performed on the formed object. On the other hand, the solute level reduction step is performed before the solidification step is performed, and the solute level reduction step is performed to remove the solute from the surface of the formed object, thereby reducing the average solute level of the formed object. The solute increase step is performed to add solute to the surface of the formed object, thereby increasing the average solute level of the formed object, and the average solute level is reduced during the solute level decrease step The amount that is made is different from the amount that the average solute level is increased during the solute augmentation process.

合金は、以下の金属のうちの1つ以上を含んでもよい。チタン、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ。   The alloy may include one or more of the following metals. Titanium, tantalum, vanadium, zirconium, molybdenum, niobium.

合金は、チタン合金であってもよい。   The alloy may be a titanium alloy.

合金は、Ti−6Al−4Vであってもよい。   The alloy may be Ti-6Al-4V.

溶質は、以下のうちの1つであってもよい。酸素、炭素、水素、又は窒素。   The solute may be one of the following: Oxygen, carbon, hydrogen, or nitrogen.

溶質は、酸素であってもよい。   The solute may be oxygen.

第2の平均溶質レベルは、1000重量パーツパーミリオンと2300重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The second average solute level may be between 1000 parts per million and 2300 parts per million.

第2の平均溶質レベルは、1300重量パーツパーミリオンと1800重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The second average solute level may be between 1300 parts per million and 1800 parts per million.

第2の平均溶質レベルは、1700重量パーツパーミリオンと1800重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The second average solute level may be between 1700 and 1800 parts per million.

第2の平均溶質レベルは、2000重量パーツパーミリオン未満であってもよい。   The second average solute level may be less than 2000 weight parts per million.

第2の平均溶質レベルは、1300重量パーツパーミリオン未満であってもよい。   The second average solute level may be less than 1300 weight parts per million.

第1の平均溶質レベルは、2300重量パーツパーミリオンと10000重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The first average solute level may be between 2300 parts per million and 10,000 parts per million.

第1の平均溶質レベルは、5000重量パーツパーミリオンと10000重量パーツパーミリオンとの間であってもよい。   The first average solute level may be between 5000 weight parts per million and 10,000 weight parts per million.

第1の平均溶質レベルは、10000重量パーツパーミリオンより高くてもよい。   The first average solute level may be higher than 10,000 weight parts per million.

物体を形成するステップは、粉末形態の合金と、金属射出成形工程とを使用して、物体を形成することを含んでもよい。   Forming the object may include forming the object using an alloy in powder form and a metal injection molding process.

溶質レベル変更工程を実行するステップは、形成された物体の少なくとも一部を流体にさらすことを含んでもよく、ここで、流体は化学反応物を含み、化学反応物は、金属又は合金とは異なるレベルの溶質に対する反応性を有する。   Performing the solute level changing process may include exposing at least a portion of the formed object to a fluid, where the fluid includes a chemical reactant, which is different from a metal or alloy. Reactive to level solutes.

化学反応物は、カルシウムであってもよい。   The chemical reactant may be calcium.

流体は、フラックス材料を更に含んでもよく、フラックス材料は、化学反応物と金属又は合金との間の反応生成物の、形成された物体の表面からの除去を促進するためのものである。   The fluid may further include a flux material, which facilitates removal of reaction products between the chemical reactant and the metal or alloy from the surface of the formed object.

フラックス材料は、塩化カルシウムであってもよい。   The flux material may be calcium chloride.

流体は、蒸気であってもよい。   The fluid may be a vapor.

溶質レベル変更工程を実行するステップは、形成された物体を1000℃と1200℃との間まで加熱することを含んでもよい。   Performing the solute level changing process may include heating the formed object to between 1000 ° C and 1200 ° C.

更なる態様では、本発明は、第2の平均溶質レベルを有する物体を生産する装置を提供し、ここで、第2の平均溶質レベルは、所望される溶質レベルに等しく、又は、所望される範囲内であり、物体は、金属又は合金で作られており、この装置は、第1の平均溶質レベルを有する原材料から、物体を形成して、形成された物体を生産する、生産手段と(形成された物体は、初期多孔性を有し、形成された物体は、開放多孔性を有し)、形成された物体に対して溶質レベル変更工程を実行して、形成された物体の表面から溶質を追加又は除去し、これにより、物体の平均溶質レベルを第2の平均溶質レベルに変更する手段と、第2の平均溶質レベルを有する物体に対して固化工程を実行して、物体の多孔性を所望されるレベルに等しいように、又は、所望される範囲内であるように低減させる手段とを含む。   In a further aspect, the present invention provides an apparatus for producing an object having a second average solute level, wherein the second average solute level is equal to or desired for a desired solute level. The object is made of a metal or alloy and the device forms a body from a raw material having a first average solute level to produce the formed body; The formed object has an initial porosity, the formed object has an open porosity), and a solute level changing process is performed on the formed object to remove the formed object from the surface of the formed object. Means for adding or removing a solute, thereby changing the average solute level of the object to a second average solute level, and performing a solidification step on the object having the second average solute level, So that the sex is equal to the desired level Includes a means for reducing such a range as desired.

更なる態様では、本発明は、方法を提供し、この方法は、本発明の第1の態様による方法ステップを実行することを含み、ここで、溶質レベル変更工程は、他の態様のうちのいずれかに従って実行される。   In a further aspect, the present invention provides a method, the method comprising performing a method step according to the first aspect of the present invention, wherein the solute level changing step is It is executed according to either.

更なる態様では、本発明は、方法を提供し、この方法は、本発明の第1の態様、又は本発明の以前の態様による方法ステップを実行することを含み、この方法は、第1の平均溶質レベルを有する原材料から、形成された物体を生産するよう物体を形成して、形成された物体は初期多孔性を有し、形成された物体は開放多孔性を有し、他の態様のいずれかに従って、溶質レベル変更工程、及び固化工程を実行することを更に含む。   In a further aspect, the present invention provides a method, the method comprising performing a method step according to the first aspect of the invention, or a previous aspect of the invention, the method comprising: Forming an object to produce a formed object from a raw material having an average solute level, the formed object has an initial porosity, the formed object has an open porosity, In accordance with either, the method further includes performing a solute level changing step and a solidifying step.

チタン合金機械部材を生産する工程の例の特定のステップ(この中で、酸素低減工程の実施形態が実行される)を示す工程流れ図である。2 is a process flow diagram illustrating certain steps of an example process for producing a titanium alloy mechanical component in which an embodiment of an oxygen reduction process is performed. 図1に示す工程の間に実行される、部材を形成する工程の特定のステップを示す工程流れ図である。2 is a process flow diagram illustrating certain steps of the process of forming a member that are performed during the process shown in FIG. 図2に示す工程を使用して形成された部材の概略図(一定の縮尺率ではない)である。FIG. 3 is a schematic view (not a constant scale factor) of a member formed using the process shown in FIG. 2. 図2に示す工程を使用して形成された後の部材の第1の断面、及び第2の断面の概略図(一定の縮尺率ではない)である。It is the 1st cross section of the member after using the process shown in FIG. 2, and the schematic of the 2nd cross section (it is not a fixed scale factor). 図1に示す工程の間に部材に対して実行される、酸素低減工程の実施形態の特定のステップを示す工程流れ図である。2 is a process flow diagram illustrating certain steps of an embodiment of an oxygen reduction process performed on a member during the process shown in FIG. 図5に示す工程の間に部材に対して実行される、脱酸素工程の特定のステップを示す工程流れ図である。FIG. 6 is a process flow diagram illustrating certain steps of a deoxygenation process performed on a member during the process illustrated in FIG. 5. 図6の工程において使用される脱酸素チャンバの概略図(一定の縮尺率ではない)である。FIG. 7 is a schematic view (not to scale) of a deoxygenation chamber used in the process of FIG. 部材に対して脱酸素工程が実行された後の第1の断面、及び第2の断面の概略図(一定の縮尺率ではない)である。It is the schematic (it is not a fixed scale factor) of the 1st cross section after a deoxidation process was performed with respect to the member, and a 2nd cross section. 図5に示す工程の間に部材に対して実行される、再酸化工程の特定のステップを示す工程流れ図である。FIG. 6 is a process flow diagram illustrating certain steps of a reoxidation process performed on a member during the process shown in FIG. 5. 部材に対して再酸化工程が実行された後の第1の断面、及び第2の断面の概略図(一定の縮尺率ではない)である。It is the schematic (it is not a fixed scale factor) of the 1st cross section after the reoxidation process was performed with respect to the member, and a 2nd cross section. 図5に示す工程の間に部材に対して実行される、酸素均一化工程の特定のステップを示す工程流れ図である。FIG. 6 is a process flow diagram illustrating certain steps of an oxygen homogenization process performed on a member during the process shown in FIG. 5. 部材に対して酸素均一化工程が実行された後の第1の断面、及び第2の断面の概略図(一定の縮尺率ではない)である。It is the 1st cross section after the oxygen equalization process was performed with respect to the member, and the schematic of a 2nd cross section (it is not a fixed scale factor). チタン合金部材を生産する工程の特定のステップ(この中で、部材が完全に固化される前に、酸素低減工程が実行される)を示す工程流れ図である。2 is a process flow diagram illustrating certain steps of a process for producing a titanium alloy member, in which an oxygen reduction process is performed before the member is fully solidified. 図13の工程の間に行われるような、部材を部分的に固化する工程の特定のステップを示す工程流れ図である。FIG. 14 is a process flow diagram illustrating certain steps of a process of partially solidifying a member as performed during the process of FIG.

図1は、チタン合金機械部材(以下、「部材」と称する)を生産する工程の一例の特定のステップ(この中で、酸素低減工程の一実施形態が実行される)を示す工程流れ図である。   FIG. 1 is a process flow diagram illustrating certain steps of an example process for producing a titanium alloy mechanical member (hereinafter referred to as a “member”) in which one embodiment of an oxygen reduction process is performed. .

ステップs2において、部材が形成される。   In step s2, a member is formed.

部材を形成する一例示的工程については、図2を参照して、後に以下でより詳細に説明する。   One exemplary process for forming the member is described in more detail below with reference to FIG.

ステップs4において、部材に対して酸素低減工程が実行される。   In step s4, an oxygen reduction process is performed on the member.

この例では、酸素低減工程は、部材内の酸素のレベル(すなわち、酸素濃度)を低減させるために実行される。   In this example, the oxygen reduction process is performed to reduce the level of oxygen in the member (ie, oxygen concentration).

酸素低減工程の一実施形態については、図5を参照して、後に以下でより詳細に説明する。   One embodiment of the oxygen reduction process will be described in more detail below with reference to FIG.

従って、チタン合金部材を生産する工程が提供される。   Accordingly, a process for producing a titanium alloy member is provided.

図2は、(図1を参照して上述した)部材を生産する工程のステップs2において実行される、部材を形成する工程の特定のステップを示す工程流れ図である。   FIG. 2 is a process flow diagram illustrating certain steps of the process of forming a member, performed in step s2 of the process of producing the member (described above with reference to FIG. 1).

ステップs6において、金属射出成形工程が実行されて、いわゆる「グリーンパーツ」が生産される。   In step s6, a metal injection molding process is performed to produce a so-called “green part”.

この例では、従来の金属射出成形工程が実行される。比較的細かく粉末化された合金がバインダ材料と混合されて、いわゆる「フィードストック」が生産される。このフィードストックは、射出成形工程を使用して成形されて、グリーンパーツが生産される。   In this example, a conventional metal injection molding process is performed. A relatively finely powdered alloy is mixed with the binder material to produce a so-called “feedstock”. This feedstock is molded using an injection molding process to produce green parts.

この例では、合金は、6%のアルミニウム及び4%のバナジウムを有するチタン(Ti−6Al−4V、又は、6−4、6/4、ASTM B348グレード5としても知られている)である。また、この例では、合金は、ある量の酸素を固溶体中に含む。この例では、合金は、0.18%を超える酸素、すなわち、1800重量パーツパーミリオン(ppm)を超える酸素を含む。   In this example, the alloy is titanium with 6% aluminum and 4% vanadium (also known as Ti-6Al-4V or 6-4, 6/4, ASTM B348 grade 5). In this example, the alloy also contains a certain amount of oxygen in the solid solution. In this example, the alloy contains greater than 0.18% oxygen, ie greater than 1800 parts per million (ppm) oxygen.

ステップs7において、グリーンパーツが冷やされ、離型された後、バインダ材料の一部がグリーンパーツから除去されて、いわゆる「ブラウンパーツ」が生産される。   In step s7, after the green part is cooled and released, a part of the binder material is removed from the green part to produce a so-called “brown part”.

この例では、例えば、溶剤、熱蒸発、及び/又は、触媒工程を使用することによる、グリーンパーツからバインダ材料を除去する従来の工程が使用される。   In this example, a conventional process is used to remove the binder material from the green part, for example by using solvent, thermal evaporation and / or catalytic processes.

この例では、金属射出成形、及びバインダ除去工程によって生産されるブラウンパーツは、約60%の固体密度を有する。言い換えると、ブラウンパーツは、比較的多孔質である。   In this example, the brown part produced by metal injection molding and the binder removal process has a solid density of about 60%. In other words, the brown part is relatively porous.

また、この例では、ブラウンパーツは、パーツ全体を通して実質的に均一な多孔性を有する。ブラウンパーツの表面と内部構造とは、実質的に等しい多孔性を有する。   Also in this example, the brown part has a substantially uniform porosity throughout the part. The surface of the brown part and the internal structure have substantially equal porosity.

ステップs8において、ブラウンパーツに対して焼結工程が実行されて、部材が形成される。この例では、従来の焼結工程が使用される。   In step s8, a sintering process is performed on the brown part to form a member. In this example, a conventional sintering process is used.

この例では、ブラウンパーツは、1000℃から1300℃までの範囲内の温度で焼結される。この焼結工程は、ブラウンパーツ内の金属粒子を凝集し、これにより、パーツの固体密度を増加させる傾向がある。   In this example, the brown part is sintered at a temperature in the range of 1000 ° C to 1300 ° C. This sintering process tends to agglomerate the metal particles in the brown part, thereby increasing the solid density of the part.

この例では、ブラウンパーツを焼結することによって形成される部材は、92%から100%までの範囲内の固体密度を有する。   In this example, the member formed by sintering the brown part has a solid density in the range of 92% to 100%.

また、この例では、この段階(すなわち、焼結工程の後)において、部材は、1800ppmを超える酸素濃度を有する。更に、この酸素濃度は、部材全体を通して実質的に均一である。   Also in this example, at this stage (ie, after the sintering process), the member has an oxygen concentration greater than 1800 ppm. Furthermore, this oxygen concentration is substantially uniform throughout the member.

このように、部材を形成する工程が提供される。   Thus, a step of forming a member is provided.

図3は、図2を参照して上記でより詳細に説明した形成工程を使用して形成された、部材2の概略図(一定の縮尺率ではない)である。   FIG. 3 is a schematic view (not to scale) of member 2 formed using the forming process described in more detail above with reference to FIG.

この例では、部材2は、チタン合金の単一の固体片である。   In this example, member 2 is a single solid piece of titanium alloy.

用語「固体(solid)」は、本明細書中では、92%と100%との間の体積当たりの密度(density by volume)(すなわち、固体密度)を有する材料を意味するために使用される。   The term “solid” is used herein to mean a material having a density by volume (ie, solid density) between 92% and 100%. .

便宜のため、及び理解を容易にするために、部材2の形状は、後に以下でより詳細に説明するように構成された2つの円筒(以下、「第1の円筒4」及び「第2の円筒6」と称する)を参照して説明されてもよい。但し、この実施形態では、部材2は単一固体片であることを理解されたい。   For convenience and for ease of understanding, the shape of the member 2 may be two cylinders (hereinafter “first cylinder 4” and “second cylinder” configured as described in more detail below). May be described with reference to a cylinder 6). However, it should be understood that in this embodiment, member 2 is a single solid piece.

この例では、第1の円筒4は、約20mmの直径、及び約100mmの長さを有する。   In this example, the first cylinder 4 has a diameter of about 20 mm and a length of about 100 mm.

この例では、第2の円筒6は、約9mmの直径、及び約100mmの長さを有する。   In this example, the second cylinder 6 has a diameter of about 9 mm and a length of about 100 mm.

この例では、第1の円筒4と第2の円筒6とは、第1の円筒4の一方の端が、第2の円筒6の一方の端と接触するように位置付けられる。更に、この例では、円筒4、6は、それらが同軸であるように位置付けられる、すなわち、円筒4、6は、共通の軸を共有する。従って、部材2の長さは200mmである。   In this example, the first cylinder 4 and the second cylinder 6 are positioned such that one end of the first cylinder 4 is in contact with one end of the second cylinder 6. Furthermore, in this example, the cylinders 4, 6 are positioned so that they are coaxial, ie the cylinders 4, 6 share a common axis. Therefore, the length of the member 2 is 200 mm.

第1の円筒4の断面(以下、「第1の断面」と称する)は、図3では、点線、及び参照番号8によって示されている。   A cross section of the first cylinder 4 (hereinafter referred to as “first cross section”) is indicated by a dotted line and a reference number 8 in FIG.

また、第2の円筒6の断面(以下、「第2の断面」と称する)は、図3では、点線、及び参照番号10によって示されている。   In addition, a cross section of the second cylinder 6 (hereinafter referred to as “second cross section”) is indicated by a dotted line and a reference number 10 in FIG. 3.

図4は、部材2の形成の後(すなわち、図1のステップs2を実行した後)の、第1の断面8、及び第2の断面10の概略図(一定の縮尺率ではない)である。   FIG. 4 is a schematic view (not to scale) of first cross section 8 and second cross section 10 after formation of member 2 (ie, after performing step s2 of FIG. 1). .

図4で、比較的高い酸素濃度(すなわち、比較的高い酸素レベル)を有する、断面8、10内の領域は、黒で塗りつぶされている(すなわち、隙間なく塗りつぶされた領域として示されている)。用語「比較的高い酸素濃度(relatively high concentration of oxygen)」は、本明細書中では、1800ppmより高い酸素濃度を有する領域を意味するために使用される。この例では、部材2の形成の後(すなわち、ステップs2の後)、部材2は、1800ppmより高い酸素濃度を有する。更に、この酸素濃度は、部材全体を通して実質的に均一である。言い換えると、部材2は、実質的に均一な、かつ比較的高い酸素レベルを含む。従って、図4では、第1及び第2の断面8、10は、黒く塗りつぶされている。   In FIG. 4, the regions in cross-sections 8, 10 that have a relatively high oxygen concentration (ie, a relatively high oxygen level) are shown as being filled with black (ie, filled with no gaps). ). The term “relatively high concentration of oxygen” is used herein to mean a region having an oxygen concentration higher than 1800 ppm. In this example, after formation of member 2 (ie, after step s2), member 2 has an oxygen concentration greater than 1800 ppm. Furthermore, this oxygen concentration is substantially uniform throughout the member. In other words, the member 2 includes a substantially uniform and relatively high oxygen level. Accordingly, in FIG. 4, the first and second cross sections 8 and 10 are filled with black.

完全のため、図4ではそのような理由は示されていないが、中程度の酸素濃度(すなわち、中酸素レベル)を有する、断面8、10内の領域は、クロスハッチングによって示される。用語「中酸素レベル(medium oxygen level)」は、本明細書中では、1300ppmから1800ppmまでの範囲内の酸素濃度を有する領域を意味するために使用される。また、比較的低い酸素濃度(すなわち、比較的低い酸素レベル)を有する、断面8、10内の領域は、塗りつぶされない(すなわち、空白の領域として示される)。用語「比較的低い酸素濃度(relatively low concentration of oxygen)」は、本明細書中では、1300ppmより低い酸素濃度を有する領域を意味するために使用される。   For completeness, such reasons are not shown in FIG. 4, but regions within cross-sections 8, 10 having moderate oxygen concentrations (ie, medium oxygen levels) are indicated by cross-hatching. The term “medium oxygen level” is used herein to mean a region having an oxygen concentration in the range of 1300 ppm to 1800 ppm. Also, areas in cross sections 8, 10 that have a relatively low oxygen concentration (ie, a relatively low oxygen level) are not filled (ie, shown as blank areas). The term “relatively low concentration of oxygen” is used herein to mean a region having an oxygen concentration lower than 1300 ppm.

ここで図1を再び参照すると、部材2の形成(すなわち、ステップs2)の後、部材2に対して酸素低減工程(ステップs4)が実行される。   Referring again to FIG. 1, after the formation of the member 2 (ie, step s2), an oxygen reduction step (step s4) is performed on the member 2.

図5は、ステップs2において形成された部材に対して実行される酸素低減工程の実施形態の特定のステップを示す工程流れ図である。   FIG. 5 is a process flow diagram illustrating certain steps of an embodiment of the oxygen reduction process performed on the member formed in step s2.

ステップs10において、部材2に対して脱酸素工程が実行される。   In step s10, a deoxidation process is performed on the member 2.

この脱酸素工程は、部材2から酸素を除去するために実行される。   This deoxygenation step is performed to remove oxygen from the member 2.

この実施形態で使用される脱酸素工程については、図6〜図8を参照して、後に以下でより詳細に説明する。   The deoxygenation process used in this embodiment will be described in more detail below with reference to FIGS.

ステップs12において、部材2に対して再酸化工程が実行される。   In step s12, the reoxidation process is performed on the member 2.

この再酸化工程は、部材2内に酸素を追加して戻すために実行される。   This reoxidation step is performed to add oxygen back into the member 2.

この実施形態で使用される再酸素工程については、図9及び図10を参照して、後に以下でより詳細に説明する。   The reoxygenation process used in this embodiment will be described in more detail below with reference to FIGS. 9 and 10.

ステップs14において、部材2全体を通して酸素濃度レベルを均一化する工程が実行される。これは、部材2全体を通した酸素濃度レベルの均一性を増加させる工程である。部材2内の酸素レベルの均一性の、所望される程度は、例えば、部材2のサービス要件に依存してもよい。この工程は、以下、「酸素均一化工程」と称する。   In step s14, a step of uniforming the oxygen concentration level throughout the member 2 is performed. This is a step of increasing the uniformity of the oxygen concentration level throughout the member 2. The desired degree of oxygen level uniformity within the member 2 may depend, for example, on the service requirements of the member 2. This process is hereinafter referred to as “oxygen homogenization process”.

この実施形態で使用される酸素均一化工程については、図11及び図12を参照して、後に以下でより詳細に説明する。   The oxygen homogenization process used in this embodiment will be described in more detail later with reference to FIGS.

このように、酸素低減工程が提供される。   Thus, an oxygen reduction process is provided.

酸素低減工程のステップs10を再び参照すると、図6は、ステップs10において部材2に対して実行される脱酸素工程の特定のステップを示す工程流れ図である。   Referring again to step s10 of the oxygen reduction process, FIG. 6 is a process flow diagram illustrating certain steps of the deoxygenation process performed on member 2 in step s10.

ステップs16において、部材2はチャンバ(この中で部材2の脱酸素が起きる)内に配置される。便宜のため、このチャンバは、以下、「脱酸素チャンバ」と称する。   In step s16, the member 2 is placed in a chamber in which the deoxygenation of the member 2 occurs. For convenience, this chamber is hereinafter referred to as a “deoxygenation chamber”.

脱酸素チャンバ、及び脱酸素チャンバ内での部材2の位置付けについては、図7を参照して、後に以下でより詳細に説明する。   The deoxygenation chamber and the positioning of the member 2 within the deoxygenation chamber will be described in more detail below with reference to FIG.

ステップs17において、部材2から酸素を除去するために使用される物質が、脱酸素チャンバ内に配置される。   In step s17, the material used to remove oxygen from member 2 is placed in the deoxygenation chamber.

この物質、及びこの物質の脱酸素チャンバ内での配置については、図7を参照して、後に以下でより詳細に説明する。   This material and its placement within the deoxygenation chamber will be described in more detail below with reference to FIG.

ステップs18において、脱酸素チャンバが部材2及び物質の両方を完全に含むように、後に以下でより詳細に説明するように、脱酸素チャンバは封止される。   In step s18, the deoxygenation chamber is sealed, as will be described in more detail below, so that the deoxygenation chamber completely contains both the member 2 and the material.

ここで、脱酸素チャンバ、並びに、脱酸素チャンバ内での部材2及び物質の構成について説明する。図6の工程の残りのステップ(ステップs19〜s22)については、この情報の後でより詳細に説明する。   Here, the structure of the deoxygenation chamber and the member 2 and the substance in the deoxygenation chamber will be described. The remaining steps of the process of FIG. 6 (steps s19 to s22) will be described in more detail after this information.

図7は、脱酸素チャンバ12の概略図(一定の縮尺率ではない)である。   FIG. 7 is a schematic view (not to scale) of the deoxygenation chamber 12.

この実施形態では、脱酸素チャンバ12は、コンテナ13と、スタンド14とを含む。スタンド14は、全体がコンテナ13内に位置付けられる。   In this embodiment, the deoxygenation chamber 12 includes a container 13 and a stand 14. The stand 14 is positioned in the container 13 as a whole.

上述のように、部材2は、全体が脱酸素チャンバ12内に配置される。この実施形態では、部材2は、部材2が全体としてコンテナ13の壁の内側にあるように、スタンド14上に配置される。   As described above, the entire member 2 is disposed in the deoxygenation chamber 12. In this embodiment, the member 2 is placed on the stand 14 so that the member 2 is generally inside the wall of the container 13.

また、物質16は、コンテナ13の底に配置される。部材2は、コンテナ13内で(スタンド14によって)物質16のレベルの上に保持される。   Further, the substance 16 is disposed at the bottom of the container 13. The member 2 is held above the level of the substance 16 in the container 13 (by the stand 14).

この実施形態では、物質16は、化学的脱酸素剤とフラックスとを含む。この実施形態では、化学的脱酸素剤及びフラックスは、固体形態で(例えば、粉末又はペレットの形態で)コンテナ内に配置される。   In this embodiment, the material 16 includes a chemical oxygen scavenger and a flux. In this embodiment, the chemical oxygen scavenger and flux are placed in a container in solid form (eg, in the form of powder or pellets).

この実施形態では、化学的脱酸素剤は、チタン(すなわち、部材2)より大きな、酸素に対する親和力を有する化学元素である。   In this embodiment, the chemical oxygen scavenger is a chemical element that has a greater affinity for oxygen than titanium (ie, member 2).

用語「より大きな親和力(greater affinity)」は、本明細書中では、より大きなレベルの反応性を意味するために使用される。従って、化学的脱酸素剤は、チタンが有するより大きなレベルの、酸素との反応性を有する化学元素である。同様に、「より小さい(lesser)」親和力は、より低いレベルの活性を意味する。同等のことであるが、用語「より大きな親和力」は、本明細書中では、反応生成物中の、より高いレベルの安定性(すなわち、より多くの負の生成自由エネルギー(more negative free energy of formation))を意味するために使用される。同様に、「より小さい」親和力は、反応生成物中の、より低いレベルの安定性(すなわち、より少ない負の生成自由エネルギー(lower negative free energy of formation))を意味するために使用される。   The term “greater affinity” is used herein to mean a greater level of reactivity. Thus, a chemical oxygen scavenger is a chemical element that has a higher level of reactivity with oxygen than does titanium. Similarly, a “lesser” affinity means a lower level of activity. Equivalently, the term “greater affinity” is used herein to refer to a higher level of stability (ie, more negative free energy of more in the reaction product). formation)). Similarly, “smaller” affinity is used to mean a lower level of stability (ie, less negative free energy of formation) in the reaction product.

また、この実施形態では、化学的脱酸素剤は、チタン(すなわち、部材2)と反応も合金化もされない、又は、脱酸素工程の間に合金内に拡散する。この実施形態では、化学的脱酸素剤はカルシウムである。   Also, in this embodiment, the chemical oxygen scavenger is not reacted or alloyed with titanium (ie, member 2) or diffuses into the alloy during the oxygen scavenging process. In this embodiment, the chemical oxygen scavenger is calcium.

この実施形態では、フラックスは、部材2の表面への化学的脱酸素剤の移送を有利に補助するために使用される。更に、フラックスは、脱酸素工程の間に部材2の表面から反応生成物を有利に除去する傾向がある。この実施形態では、フラックスは塩化カルシウム塩である。   In this embodiment, the flux is used to advantageously assist the transfer of chemical oxygen scavenger to the surface of member 2. Furthermore, the flux tends to advantageously remove reaction products from the surface of the member 2 during the deoxygenation process. In this embodiment, the flux is a calcium chloride salt.

この実施形態では、物質(すなわち、化学的脱酸素剤、及びフラックス)内の化学的脱酸素剤(カルシウム)の比率は、1mol%から20mol%までの範囲内である。これは、脱酸素工程が特に効果的であることをもたらす傾向がある。好ましくは、フラックス内の化学的脱酸素剤の比率は、15mol%より大きい。   In this embodiment, the ratio of chemical oxygen scavenger (calcium) within the material (ie chemical oxygen scavenger and flux) is in the range of 1 mol% to 20 mol%. This tends to result in the deoxygenation process being particularly effective. Preferably, the proportion of chemical oxygen scavenger in the flux is greater than 15 mol%.

この実施形態では、脱酸素チャンバ12のコンテナ13は、部材2と物質16とを内部に有して封止される。(図6のステップs19を参照して、後に以下でより詳細に説明するように)脱酸素チャンバ12を加熱すると、物質16は融解し、物質16の一部が気化される。気化された物質(以下、「蒸気」と称する)は、図7では、波線として描かれ、参照番号18によって示されている。蒸気18は、部材2に接触する。   In this embodiment, the container 13 of the deoxygenation chamber 12 is sealed with the member 2 and the substance 16 inside. When the deoxygenation chamber 12 is heated (as described in more detail below with reference to step s19 of FIG. 6), the material 16 melts and a portion of the material 16 is vaporized. The vaporized material (hereinafter referred to as “vapor”) is depicted as a wavy line in FIG. The steam 18 contacts the member 2.

ここで図6を再び参照すると、ステップs19において、脱酸素チャンバ12は、物質16を融解し、次に気化させる(これにより、蒸気18を生成する)ために、加熱される。   Referring now again to FIG. 6, in step s19, the deoxygenation chamber 12 is heated to melt the material 16 and then vaporize it (and thereby produce a vapor 18).

この実施形態では、脱酸素チャンバ12は、772℃(フラックスの融解温度)と約1660℃(チタン合金(すなわち、部材2)の融解温度)との間まで加熱される。好ましくは、脱酸素チャンバ12は、1000℃と1200℃との間まで加熱される。この温度により、適度に迅速な脱酸素が有利にもたらされる傾向があり、同時に、脱酸素チャンバ装備品(例えば、スタンド14)との反応、及び、非常に高い温度に関連するその他の問題が回避又は軽減される。   In this embodiment, the deoxygenation chamber 12 is heated to between 772 ° C. (flux melting temperature) and about 1660 ° C. (titanium alloy (ie, member 2) melting temperature). Preferably, the deoxygenation chamber 12 is heated to between 1000 ° C and 1200 ° C. This temperature tends to favor moderately rapid deoxygenation, while avoiding reaction with deoxygenation chamber equipment (eg, stand 14) and other problems associated with very high temperatures. Or reduced.

物質16が気化するような、脱酸素チャンバ12の加熱は、蒸気18が部材2に接触することをもたらす。物質16(従って、蒸気18)内のカルシウムは、部材2のチタンより大きな酸素に対する親和力を有するため、酸素原子が、蒸気18によって部材2の表面から除去される傾向がある。従って、部材2の表面における酸素濃度は、部材2の中心近くの酸素濃度より低くなる傾向がある。この濃度勾配は、(固体拡散による)部材2の内部から部材2の表面までの酸素のネットフローを生成する傾向がある。   Heating of the deoxygenation chamber 12 such that the substance 16 vaporizes results in the vapor 18 contacting the member 2. Since the calcium in the substance 16 (and hence the vapor 18) has a greater affinity for oxygen than the titanium of the member 2, oxygen atoms tend to be removed from the surface of the member 2 by the vapor 18. Therefore, the oxygen concentration on the surface of the member 2 tends to be lower than the oxygen concentration near the center of the member 2. This concentration gradient tends to generate a net flow of oxygen from the inside of the member 2 (due to solid diffusion) to the surface of the member 2.

蒸気18内のカルシウムが部材2内の酸素と反応するにつれて、酸化カルシウムが形成される。この酸化カルシウムは、部材2の表面上に沈着する傾向がある。蒸気18内のフラックス(すなわち、気化された塩化カルシウム)は、有利に部材2の表面から酸化カルシウムを溶解する、離れる方に向かわせる、又は何らかの他の方法で除去する傾向がある。例えば、脱酸素の間、部材は、塩化カルシウム/カルシウム溶液の液膜で覆われるようになってもよく、これは、部材が液体フラックス及び反応物内に浸漬される実施形態における、液体フラックスに類似した機能(例えば、酸化カルシウム反応生成物を溶解し、新鮮なカルシウムを表面に供給する機能)を行う傾向がある。カルシウムは、蒸気の形態で部材に接触し、フラックス内に溶解されてもよい。しかし、酸化カルシウムは、比較的揮発性でないため、液膜内に残る傾向がある。この液膜は、部材から流れ落ち、下の液溜に戻ってもよい。脱酸素速度は、カルシウム蒸気のみの中より、塩化カルシウム/カルシウム蒸気内でより大きいということが、実験において見出された。   As calcium in the vapor 18 reacts with oxygen in the member 2, calcium oxide is formed. This calcium oxide tends to deposit on the surface of the member 2. The flux in the vapor 18 (i.e. vaporized calcium chloride) advantageously tends to dissolve, move away or otherwise remove calcium oxide from the surface of the member 2. For example, during deoxygenation, the member may become covered with a liquid film of calcium chloride / calcium solution, which is the liquid flux in embodiments where the member is immersed in the liquid flux and reactants. There is a tendency to perform similar functions (eg, the function of dissolving calcium oxide reaction products and supplying fresh calcium to the surface). Calcium contacts the member in the form of steam and may be dissolved in the flux. However, since calcium oxide is not relatively volatile, it tends to remain in the liquid film. This liquid film may flow down from the member and return to the lower liquid reservoir. It has been found in experiments that the deoxygenation rate is greater in calcium chloride / calcium vapor than in calcium vapor alone.

言い換えると、有利に部材2の表面から酸化カルシウムを溶解する、離れる方に向かわせる、又は何らかの他の方法で除去する傾向がある、蒸気18内のフラックス(すなわち、気化された塩化カルシウム)は、蒸気18による部材2への接近を促進する傾向があり、反応物、及び反応生成物の濃度を維持する傾向があり、これは、反応が所望の速度で継続されることをもたらす。従って、フラックス材料の使用は、部材2からの酸素の除去を有利に促進する傾向がある。   In other words, the flux in the vapor 18 (i.e. vaporized calcium chloride), which tends to dissolve, divert away or otherwise remove calcium oxide from the surface of the member 2, is preferably There is a tendency to facilitate access to the member 2 by the vapor 18 and to maintain the concentration of reactants and reaction products, which results in the reaction being continued at the desired rate. Accordingly, the use of the flux material tends to favorably facilitate the removal of oxygen from the member 2.

この実施形態では、脱酸素チャンバ12は、第1の所定の期間にわたって加熱される。言い換えると、脱酸素チャンバ12の温度は、第1の所定の期間にわたって、例えば、1000℃と1200℃との間において維持される。この実施形態では、第1の所定の期間は、0.5時間と100時間との間である。例えば、直径9.3mmのTi−6/4バー内の平均酸素レベルが、72時間にわたって、1000℃において、塩化カルシウム内のカルシウムの20mol%溶液を使用して、2000ppmから600ppmに低減させられてもよい。   In this embodiment, the deoxygenation chamber 12 is heated for a first predetermined period. In other words, the temperature of the deoxygenation chamber 12 is maintained, for example, between 1000 ° C. and 1200 ° C. over a first predetermined period. In this embodiment, the first predetermined period is between 0.5 and 100 hours. For example, the average oxygen level in a 9.3 mm diameter Ti-6 / 4 bar was reduced from 2000 ppm to 600 ppm using a 20 mol% solution of calcium in calcium chloride at 1000 ° C. for 72 hours. Also good.

この実施形態では、第1の所定の期間は、部材2内の所望の酸素レベルを達成するために予め決定される。有利には、この第1の所定の期間、及び/又は使用される物質16の量、及び/又は物質16内の化学的脱酸素剤の濃度は、部材2内の所望の酸素レベルを達成するために決定/変更することが可能な傾向がある。これらは、特定のパラメータ(例えば、部材2内の初期酸素含有量、部材2の太さ、及び、脱酸素チャンバ12が加熱される温度)に依存して決定されてもよい。   In this embodiment, the first predetermined time period is predetermined to achieve the desired oxygen level in the member 2. Advantageously, this first predetermined period and / or the amount of substance 16 used and / or the concentration of chemical oxygen scavenger in substance 16 achieve the desired oxygen level in member 2. Tend to be able to be determined / changed for. These may be determined depending on certain parameters (for example, the initial oxygen content in the member 2, the thickness of the member 2, and the temperature at which the deoxygenation chamber 12 is heated).

この実施形態では、第1の所定の期間、及び/又は化学的脱酸素剤の量は、この期間にわたる部材2の処理の後、部材2が、1300重量ppm未満の平均酸素レベル(すなわち、この明細書の用語における、低酸素レベル)を有するようなものである。   In this embodiment, the first predetermined period and / or the amount of chemical oxygen scavenger is such that after treatment of member 2 over this period, member 2 has an average oxygen level of less than 1300 ppm by weight (ie, this Such as having a low oxygen level).

この実施形態では、ステップs19の間(すなわち、脱酸素チャンバ12の加熱の間)、脱酸素チャンバ12は、アルゴンの分圧を使用して排気又はバックフィルされる。アルゴンの分圧は、処理温度におけるコンテナの望ましくない内部加圧を、又は、排気の場合、大気圧によるチャンバの外部加圧を、回避させる傾向がある。この実施形態では、反応物及びアルゴンの分圧は、処理温度においてコンテナ13の全内部圧力が約1気圧であるようなものである。   In this embodiment, during step s19 (ie, during heating of the deoxygenation chamber 12), the deoxygenation chamber 12 is evacuated or backfilled using a partial pressure of argon. The partial pressure of argon tends to avoid unwanted internal pressurization of the container at the processing temperature or, in the case of evacuation, external pressurization of the chamber by atmospheric pressure. In this embodiment, the reactant and argon partial pressures are such that the total internal pressure of the container 13 is about 1 atmosphere at the processing temperature.

この実施形態では、コンテナ13、及びスタンド14は、処理温度においてチタンとも脱酸素化学物質のいずれとも合金化されず、不利に反応することもない材料から作られる。この実施形態では、チタンが、コンテナ13、及びスタンド14のために使用される。しかし、他の実施形態では、モリブデン、及び/又は高温鋼材などの高融点金属が使用されてもよい。   In this embodiment, the container 13 and stand 14 are made of a material that is not alloyed with either titanium or deoxygenated chemicals at the processing temperature and does not react adversely. In this embodiment, titanium is used for the container 13 and the stand 14. However, in other embodiments, refractory metals such as molybdenum and / or high temperature steel may be used.

ステップs20において、第1の所定の期間が満了した後、脱酸素チャンバ12は冷却のために放置される。   In step s20, after the first predetermined period has expired, the deoxygenation chamber 12 is left for cooling.

ステップs21において、脱酸素チャンバ12のコンテナ13が開かれ、部材2が取り出される。   In step s21, the container 13 of the deoxidation chamber 12 is opened, and the member 2 is taken out.

ステップs22において、部材2が清浄にされる。この実施形態では、部材2からフラックスを除去するために水が使用され、酸化カルシウム残留物を除去するために希酸(例えば、希塩酸)が使用される。   In step s22, the member 2 is cleaned. In this embodiment, water is used to remove the flux from the member 2, and dilute acid (eg, dilute hydrochloric acid) is used to remove the calcium oxide residue.

このように、脱酸素工程が提供される。   Thus, a deoxygenation step is provided.

図8は、図6を参照して上述したように脱酸素工程が実行された後(すなわち、図5のステップs10を実行した後)の第1の断面8、及び第2の断面10の概略図(一定の縮尺率ではない)である。   FIG. 8 is a schematic of the first cross section 8 and the second cross section 10 after the deoxygenation step is performed as described above with reference to FIG. 6 (that is, after step s10 of FIG. 5 is performed). It is a figure (not a fixed scale ratio).

図4におけるのと同様に、図8で、比較的高い酸素濃度(すなわち、1800ppmより高い酸素濃度)を有する断面8、10内の領域は、黒で塗りつぶされており、中程度の酸素濃度(すなわち、1300ppmから1800ppmまでの範囲内)を有する領域は、クロスハッチングによって示されており、比較的低い酸素濃度(すなわち、1300ppmより低い酸素濃度)を有する領域は、塗りつぶされていない。   As in FIG. 4, in FIG. 8, the regions in cross-sections 8, 10 that have a relatively high oxygen concentration (ie, an oxygen concentration higher than 1800 ppm) are filled with black and have a moderate oxygen concentration ( That is, areas having a range of 1300 ppm to 1800 ppm are indicated by cross-hatching, and areas having a relatively low oxygen concentration (ie, an oxygen concentration lower than 1300 ppm) are not filled.

この実施形態では、脱酸素工程の後、部材2は、その第1の断面8において1800ppmより高い酸素濃度を有する、比較的小さな中央の内部部分(以下、「内部コア」と称し、図8では参照番号20によって示されている)を有する。   In this embodiment, after the deoxygenation step, the member 2 is referred to as a relatively small central inner portion (hereinafter “inner core”) having an oxygen concentration higher than 1800 ppm in its first cross section 8, in FIG. (Denoted by reference numeral 20).

また、部材2は、その第1の断面8において1300ppmと1800ppmとの間の酸素濃度を有する、内部コア20を囲む領域(以下、「外部コア」と称し、図8では参照番号22によって示されている)を有する。   The member 2 has an oxygen concentration between 1300 ppm and 1800 ppm in its first cross section 8, and is a region surrounding the inner core 20 (hereinafter referred to as “outer core”, and is indicated by reference numeral 22 in FIG. 8. Have).

また、部材2は、その第1の断面8において1300ppmと1800ppmとの間の酸素濃度を有する、部材表面に隣接する領域(以下、「エッジ」と称し、図8では参照番号23によって示されている)を有する。   The member 2 has an oxygen concentration between 1300 ppm and 1800 ppm in its first cross section 8 and is adjacent to the surface of the member (hereinafter referred to as “edge”, and is indicated by reference numeral 23 in FIG. 8. Have).

図8では、明確にするため、及び理解を容易にするために、第1の断面8の3つの領域(すなわち、内部コア20、外部コア22、及びエッジ23)は、明確な離散的境界を有するとして示されている。しかし、実際には、この実施形態では、脱酸素工程の後、部材2の第1の断面8にわたる酸素レベルは、部材2のエッジ/表面における比較的低いレベルから、部材中央における比較的高いレベルまで連続的に変化する。   In FIG. 8, for clarity and ease of understanding, the three regions of the first cross-section 8 (ie, the inner core 20, the outer core 22, and the edge 23) have clear discrete boundaries. Shown as having. In practice, however, in this embodiment, after the deoxygenation step, the oxygen level across the first cross section 8 of the member 2 is reduced from a relatively low level at the edge / surface of the member 2 to a relatively high level at the member center. Change continuously.

この実施形態では、脱酸素工程の後、部材2は、その第2の断面10を通して1300ppm未満の酸素濃度を有する。更に、この実施形態では、この酸素濃度は、第2の断面10に対応する部材2の部分全体を通して実質的に均一である。従って、図8では、第2の断面10は塗りつぶされていない。   In this embodiment, after the deoxygenation step, the member 2 has an oxygen concentration of less than 1300 ppm through its second cross section 10. Further, in this embodiment, the oxygen concentration is substantially uniform throughout the portion of the member 2 corresponding to the second cross section 10. Therefore, in FIG. 8, the second cross section 10 is not filled.

この実施形態では、脱酸素工程の後、部材2は、1300重量ppm未満の平均酸素レベル(すなわち、低酸素レベル)を有する。言い換えると、脱酸素工程の後、部材内の全ての酸素が部材2全体を通して実質的に均一に拡がった場合、部材2の酸素レベルは低く(すなわち、1300ppm未満に)なる。   In this embodiment, after the deoxygenation step, member 2 has an average oxygen level (ie, a low oxygen level) of less than 1300 ppm by weight. In other words, after all the oxygen in the member has spread substantially uniformly throughout the member 2 after the deoxygenation step, the oxygen level of the member 2 is low (ie, less than 1300 ppm).

従って、この実施形態では、脱酸素工程の間、酸素が、部材2の表面から実質的に均一に除去されるため、異なる太さを有する部材2の領域(すなわち、第1の円筒4、及び第2の円筒6)は、脱酸素工程の後、異なる酸素濃度を有する傾向がある。特に、相対的に細いセクション(第2の円筒6)は、相対的に太いセクション(第1の円筒4)より低い酸素レベルを有する傾向がある。   Thus, in this embodiment, during the deoxygenation process, oxygen is removed from the surface of the member 2 substantially uniformly, so that regions of the member 2 having different thicknesses (ie, the first cylinder 4 and The second cylinder 6) tends to have a different oxygen concentration after the deoxygenation step. In particular, the relatively thin section (second cylinder 6) tends to have a lower oxygen level than the relatively thick section (first cylinder 4).

このように、この実施形態では、脱酸素工程は、部材2内の平均酸素レベルを低減させるために部材2に対して実行される。また、脱酸素コンポーネントは、部材2を横切る酸素レベルの勾配を増加させるために実行される。これは、処理される物体内の酸素レベルの勾配を減少させるために実行される傾向がある(部材内のアルファケースを低減させるために実行されるものなどの)従来の脱酸素工程とは対照的である。   Thus, in this embodiment, the deoxygenation step is performed on member 2 to reduce the average oxygen level in member 2. The deoxygenation component is also performed to increase the gradient of oxygen level across the member 2. This is in contrast to traditional deoxygenation processes (such as those performed to reduce alpha cases in parts) that tend to be performed to reduce the gradient of oxygen levels in the object being processed. Is.

この実施形態では、部材2の再酸化が実行される(すなわち、図5のステップs12が実行される)任意の追加のステップが提供される。この任意の再酸化工程は、部材のより細い部分の酸素レベルを、より太い部分の酸素レベルが増加させられるより比例的に多く増加させる傾向がある。これは、この実施形態において、部材2のより細いセクションの平均酸素レベルをより太いセクションの平均酸素レベルと実質的に等しくなるよう増加させるために実行される。   In this embodiment, optional additional steps are provided in which reoxidation of member 2 is performed (ie, step s12 of FIG. 5 is performed). This optional reoxidation process tends to increase the oxygen level of the thinner part of the member proportionally more than the oxygen level of the thicker part can be increased. This is done in this embodiment to increase the average oxygen level of the thinner section of member 2 to be substantially equal to the average oxygen level of the thicker section.

ここで図5を再び参照して、ステップs12においてこの実施形態で実行される再酸化工程について、ここで説明する。   Referring now again to FIG. 5, the reoxidation process performed in this embodiment in step s12 will now be described.

図9は、ステップs12において部材2に対して実行される再酸化工程の特定のステップを示す工程流れ図である。   FIG. 9 is a process flow diagram illustrating certain steps of the reoxidation process performed on member 2 in step s12.

ステップs24において、部材2はチャンバ(この中で部材2の再酸化が起きる)内に配置される。便宜のため、このチャンバは、以下、「再酸化チャンバ」と称する。   In step s24, member 2 is placed in a chamber in which reoxidation of member 2 occurs. For convenience, this chamber will hereinafter be referred to as the “reoxidation chamber”.

この実施形態では、再酸化チャンバは、図7を参照して上述した脱酸素チャンバ12と実質的に同じチャンバである(すなわち、再酸化チャンバは、脱酸素チャンバ12の構成要素と同じ手法で構成された、金属コンテナ及びスタンドを含む)。   In this embodiment, the reoxidation chamber is substantially the same chamber as deoxygenation chamber 12 described above with reference to FIG. 7 (ie, the reoxidation chamber is configured in the same manner as the components of deoxygenation chamber 12). Metal container and stand).

この実施形態では、部材2は、部材2が全体として再酸化チャンバのコンテナの壁の内側にあるように、再酸化チャンバのスタンド上に配置される。   In this embodiment, member 2 is placed on the stand of the reoxidation chamber such that member 2 is generally inside the wall of the reoxidation chamber container.

ステップs25において、部材2内に酸素を導入するために使用される更なる物質が、再酸化チャンバ内に配置される。   In step s25, additional material used to introduce oxygen into member 2 is placed in the reoxidation chamber.

この実施形態では、更なる物質は、部材2が更なる物質の下に浸されるように、再酸化チャンバのコンテナの底に配置される。   In this embodiment, the additional material is placed at the bottom of the container of the reoxidation chamber so that the member 2 is immersed under the additional material.

この実施形態では、更なる物質は、酸化化学物質と、フラックスとを含む。この実施形態では、酸化化学物質、及びフラックスは、固体形態で(例えば、粉末又はペレットの形態で)コンテナ内に配置される。   In this embodiment, the additional materials include oxidizing chemicals and flux. In this embodiment, the oxidizing chemical and flux are placed in a container in solid form (eg, in the form of powder or pellets).

この実施形態では、酸化化学物質は、酸化カルシウムである。   In this embodiment, the oxidizing chemical is calcium oxide.

この実施形態では、再酸化工程において使用されるフラックスは、脱酸素工程において使用されるフラックスと同じ(すなわち、塩化カルシウム)である。フラックスは、有利には、部材2の表面への酸化化学物質の移送を補助する。   In this embodiment, the flux used in the reoxidation process is the same as the flux used in the deoxygenation process (ie, calcium chloride). The flux advantageously assists in transporting the oxidizing chemical to the surface of the member 2.

この実施形態では、更なる物質内の酸化化学物質の比率は、1mol%から20mol%までの範囲内であり、好ましくは、15〜20mol%の範囲内である。これは、再酸化工程が特に効果的であることをもたらす傾向がある。   In this embodiment, the ratio of oxidizing chemicals in the further substance is in the range from 1 mol% to 20 mol%, preferably in the range from 15 to 20 mol%. This tends to result in the reoxidation process being particularly effective.

この実施形態では、部材の再酸化は、脱酸素工程と同じ化学反応を使用する。この実施形態では、好ましくは、塩化カルシウム内の酸化カルシウムの15〜20mol%溶液が使用される。酸化カルシウムの濃度を増加させ、カルシウムの濃度を低減させることによって、(ルシャトリエの原理に従って)反応の平衡点が変化し、脱酸素ではなく酸化が起きる。   In this embodiment, reoxidation of the member uses the same chemical reaction as the deoxygenation step. In this embodiment, preferably a 15-20 mol% solution of calcium oxide in calcium chloride is used. By increasing the concentration of calcium oxide and decreasing the concentration of calcium, the equilibrium point of the reaction changes (according to Le Chatelier's principle) and oxidation occurs rather than deoxygenation.

他の実施形態では、部材2の酸化は異なる手法で、例えば、気体酸素を使用して実行されてもよい。しかし、これは、制御するのが困難な傾向がある。他の実施形態では、異なる酸化化学物質、例えば、チタン(すなわち、部材2)よりも酸素に対する親和力が小さい化学元素が、部材2を再酸化するために使用される。他の実施形態では、水蒸気が、部材2を再酸化するために使用される。そのような場合、チタンは、水蒸気と反応する傾向があり、酸素及び水素の両方が、金属内に拡散する。水素は、例えば、真空脱気によって後で除去されてもよい。   In other embodiments, the oxidation of the member 2 may be performed in a different manner, for example using gaseous oxygen. However, this tends to be difficult to control. In other embodiments, different oxidizing chemicals, for example, chemical elements that have a lower affinity for oxygen than titanium (ie, member 2) are used to reoxidize member 2. In other embodiments, water vapor is used to reoxidize member 2. In such cases, titanium tends to react with water vapor, and both oxygen and hydrogen diffuse into the metal. The hydrogen may be removed later by, for example, vacuum degassing.

ステップs26において、コンテナが部材2及び更なる物質の両方を完全に含むように、再酸化チャンバは封止される。   In step s26, the reoxidation chamber is sealed so that the container completely contains both member 2 and further material.

ステップs19において、再酸化チャンバは、更なる物質を融解するように加熱され、これにより、液化された更なる物質を生成する。   In step s19, the reoxidation chamber is heated to melt further material, thereby producing further material that has been liquefied.

この実施形態では、再酸化チャンバは、772℃(フラックスの融解温度)と約1660℃(チタン合金、すなわち部材2の融解温度)との間まで加熱される。好ましくは、再酸化チャンバは、1000℃と1200℃との間まで加熱される。この温度により、有利に酸化が好適な速度で進行すること、並びに、再酸化チャンバ装備品(例えば、再酸化チャンバのスタンド)との反応、及び、非常に高い温度に関連するその他の問題が回避又は軽減されることがもたらされる傾向がある。   In this embodiment, the reoxidation chamber is heated to between 772 ° C. (flux melting temperature) and about 1660 ° C. (titanium alloy, ie, member 2 melting temperature). Preferably, the reoxidation chamber is heated to between 1000 ° C and 1200 ° C. This temperature advantageously avoids oxidation proceeding at a suitable rate, as well as reaction with reoxidation chamber equipment (eg, reoxidation chamber stand) and other problems associated with very high temperatures. Or tend to be alleviated.

再酸化チャンバの加熱は、更なる物質が融解し、部材2に接触することをもたらす。酸素原子が、更なる物質から除去され(これにより、カルシウムを形成し)、部材2の表面内に導入される傾向がある。従って、部材2の表面における酸素濃度は、再酸化工程によって増加させられる傾向がある。部材2の表面から部材2の内部に向けての酸素のネットフローが生成される傾向がある。   Heating the reoxidation chamber causes additional material to melt and contact the member 2. Oxygen atoms tend to be removed from further material (thus forming calcium) and introduced into the surface of the member 2. Therefore, the oxygen concentration on the surface of the member 2 tends to be increased by the reoxidation process. There is a tendency that a net flow of oxygen from the surface of the member 2 toward the inside of the member 2 is generated.

更なる物質内の酸化カルシウムが部材2と反応するにつれて、カルシウムが形成される。このカルシウムは、部材2の表面上に沈着する傾向がある。更なる物質内のフラックス(すなわち、気化された塩化カルシウム)は、有利に部材2の表面からカルシウムを溶解する、又は除去する傾向がある。これは、酸化カルシウムによる部材2への接近を促進する傾向があり、反応物、及び反応生成物の濃度を維持する傾向があり、これは、所望の速度で反応が継続されることをもたらす。従って、フラックス材料の使用は、部材2への酸素の導入を有利に促進する傾向がある。この実施形態では、再酸化チャンバは、第2の所定の期間にわたって加熱される。言い換えると、再酸化チャンバの温度は、第2の所定の期間にわたって、例えば、1000℃と1200℃との間において維持される。この実施形態では、第2の所定の期間は、0.5時間と100時間との間である。例えば、直径9.3mmのTi−6/4バーの酸素レベルは、1000℃における、72時間にわたる、塩化カルシウム内の20mol%酸化カルシウムの溶液内の浸漬によって、2000ppmから、3500ppmに増加させられてもよい。この実施形態では、第2の所定の期間は、部材2内の更なる所望の酸素レベルを達成するために予め決定される。有利には、この第2の所定の期間、及び/又は、使用される更なる物質の量、及び/又は、更なる物質内の酸化化学物質の濃度は、部材2内の更なる所望の酸素レベルを達成するために、決定/変更することが可能な傾向がある。これらは、特定のパラメータ(例えば、部材2内の初期酸素含有量(すなわち、脱酸素工程の後の、部材2内の酸素含有量)、部材2の太さ、及び、再酸化チャンバが加熱される温度)に依存して決定されてもよい。   As calcium oxide in the further substance reacts with the member 2, calcium is formed. This calcium tends to deposit on the surface of the member 2. The flux in the further substance (i.e. vaporized calcium chloride) advantageously tends to dissolve or remove calcium from the surface of the member 2. This tends to promote access to member 2 by calcium oxide and tends to maintain the concentration of reactants and reaction products, which results in the reaction being continued at the desired rate. Therefore, the use of the flux material tends to favorably facilitate the introduction of oxygen into the member 2. In this embodiment, the reoxidation chamber is heated for a second predetermined period. In other words, the temperature of the reoxidation chamber is maintained, for example, between 1000 ° C. and 1200 ° C. over a second predetermined period. In this embodiment, the second predetermined period is between 0.5 hours and 100 hours. For example, the oxygen level of a 9.3 mm diameter Ti-6 / 4 bar was increased from 2000 ppm to 3500 ppm by immersion in a solution of 20 mol% calcium oxide in calcium chloride at 1000 ° C. for 72 hours. Also good. In this embodiment, the second predetermined time period is predetermined to achieve a further desired oxygen level in the member 2. Advantageously, this second predetermined period and / or the amount of further substance used and / or the concentration of the oxidizing chemical in the further substance is determined by the further desired oxygen in the member 2. There is a tendency to be able to decide / change to achieve the level. These are specific parameters (eg, the initial oxygen content in member 2 (ie, the oxygen content in member 2 after the deoxygenation step), the thickness of member 2 and the reoxidation chamber being heated. Depending on the temperature).

この実施形態では、第2の所定の期間、及び/又は、酸化化学物質の量は、この期間にわたる部材2の処理の後、部材2が、1300重量ppmと1800重量ppmとの間の平均酸素レベル(すなわち、この明細書の用語における、中酸素レベル)を有するようなものである。   In this embodiment, the second predetermined period and / or the amount of oxidizing chemical is such that after treatment of member 2 over this period, member 2 has an average oxygen between 1300 ppm and 1800 ppm by weight. Such as having a level (ie, medium oxygen level in the terminology of this specification).

この実施形態では、ステップs27の間(すなわち、再酸化チャンバの加熱の間)、再酸化チャンバは、アルゴンの分圧を使用して排気又はバックフィルされる。アルゴンの分圧は、処理温度における再酸化チャンバのコンテナの望ましくない内部加圧を、又は、排気の場合、大気圧によるチャンバの外部加圧を、回避させる傾向がある。この実施形態では、反応物及びアルゴンの分圧は、処理温度において再酸化チャンバのコンテナの全内部圧力が約1気圧であるようなものである。   In this embodiment, during step s27 (ie, during heating of the reoxidation chamber), the reoxidation chamber is evacuated or backfilled using a partial pressure of argon. The partial pressure of argon tends to avoid undesired internal pressurization of the reoxidation chamber container at the process temperature or, in the case of evacuation, external pressurization of the chamber by atmospheric pressure. In this embodiment, the reactant and argon partial pressures are such that the total internal pressure of the reoxidation chamber container is about 1 atmosphere at the process temperature.

ステップs28において、第2の所定の期間が満了した後、再酸化チャンバは冷却のために放置される。   In step s28, after the second predetermined period expires, the reoxidation chamber is left for cooling.

ステップs29において、再酸化チャンバのコンテナが開かれ、部材2が取り出される。   In step s29, the container of the reoxidation chamber is opened and the member 2 is removed.

ステップs22において、部材2が清浄にされる。この実施形態では、部材2からフラックスを除去するために水が使用され、カルシウム及び酸化カルシウム残留物を除去するために希酸(例えば、希塩酸)が使用される。   In step s22, the member 2 is cleaned. In this embodiment, water is used to remove the flux from the member 2, and dilute acid (eg, dilute hydrochloric acid) is used to remove calcium and calcium oxide residues.

このように、再酸化工程が提供される。   Thus, a reoxidation process is provided.

図10は、図9を参照して上述したように再酸化工程が実行された後(すなわち、図5のステップs12を実行した後)の第1の断面8、及び第2の断面10の概略図(一定の縮尺率ではない)である。   FIG. 10 is a schematic of the first cross section 8 and the second cross section 10 after the re-oxidation step is performed as described above with reference to FIG. 9 (ie, after performing step s12 of FIG. 5). It is a figure (not a fixed scale ratio).

図4及び図8におけるのと同様に、図10で、比較的高い酸素濃度(すなわち、1800ppmより高い酸素濃度)を有する断面8、10内の領域は、黒で塗りつぶされており、中程度の酸素濃度(すなわち、1300ppmから1800ppmまでの範囲内)を有する領域は、クロスハッチングによって示されており、比較的低い酸素濃度(すなわち、1300ppmより低い酸素濃度)を有する領域は、塗りつぶされていない。   Similar to that in FIGS. 4 and 8, in FIG. 10, the areas within cross-sections 8 and 10 that have a relatively high oxygen concentration (ie, oxygen concentration higher than 1800 ppm) are filled with black and are medium in size. Regions having an oxygen concentration (ie, in the range from 1300 ppm to 1800 ppm) are indicated by cross-hatching, and regions having a relatively low oxygen concentration (ie, an oxygen concentration below 1300 ppm) are not filled.

この実施形態では、再酸化工程の後、第1の断面8の内部コア20は、1800ppmより高い酸素濃度を有する。また、第1の断面8の外部コア22は、1300ppmと1800ppmとの間の酸素濃度を有する。   In this embodiment, after the reoxidation step, the inner core 20 of the first cross section 8 has an oxygen concentration higher than 1800 ppm. Also, the outer core 22 of the first cross section 8 has an oxygen concentration between 1300 ppm and 1800 ppm.

また、この実施形態では、第1の断面8において、部材2の表面に酸素が導入されている。従って、再酸化工程の後、図8内においてエッジ23と呼ばれた領域は、(部材の表面から)その中に酸素を導入させている。   In this embodiment, oxygen is introduced into the surface of the member 2 in the first cross section 8. Thus, after the reoxidation step, the region called edge 23 in FIG. 8 has oxygen introduced into it (from the surface of the member).

従って、この実施形態では、再酸化の後、エッジ23は、1300ppmと1800ppmとの間の酸素濃度を有する、部材2の表面に隣接する第1の領域(図10において、参照番号24によって示される)と、1300ppmより低い酸素濃度を有する、第1の領域24と外部コア22との間の第2の領域(図10において、参照番号25によって示される)とを含む。   Thus, in this embodiment, after reoxidation, edge 23 has a first region adjacent to the surface of member 2 (indicated by reference numeral 24 in FIG. 10) having an oxygen concentration between 1300 ppm and 1800 ppm. ) And a second region (indicated by reference numeral 25 in FIG. 10) between the first region 24 and the outer core 22 having an oxygen concentration lower than 1300 ppm.

この実施形態では、第2の断面10において、部材2の表面に酸素が導入されている。   In this embodiment, oxygen is introduced into the surface of the member 2 in the second cross section 10.

従って、再酸化工程の後、第2の断面10は、1300ppmより低い酸素濃度を有する「内部領域」(図10において、参照番号26によって示される)と、1300ppmと1800ppmとの間の酸素濃度を有する「外部領域」(図10において、参照番号27によって示される)とを含む。外部領域27は、第2の断面10において、部材2の表面に隣接し、内部領域26は、部材2の表面から離れた(すなわち、外部領域27の内側の)第2の断面10の中心近くに位置する。   Thus, after the reoxidation step, the second cross-section 10 shows an “inner region” (indicated by reference numeral 26 in FIG. 10) having an oxygen concentration lower than 1300 ppm and an oxygen concentration between 1300 ppm and 1800 ppm. Having an “external region” (indicated by reference numeral 27 in FIG. 10). The outer region 27 is adjacent to the surface of the member 2 in the second cross section 10, and the inner region 26 is near the center of the second cross section 10 away from the surface of the member 2 (ie, inside the outer region 27). Located in.

この実施形態では、再酸化工程の後、部材2は、1300重量ppmと1800重量ppmとの間の平均酸素レベル(すなわち、中酸素レベル)を有する。言い換えると、再酸化工程の後、部材2内の全ての酸素が部材2全体を通して実質的に均一に拡がった場合、部材2の酸素レベルは中程度(すなわち、1300ppmと1800ppmとの間)になる。   In this embodiment, after the reoxidation step, member 2 has an average oxygen level (ie, medium oxygen level) between 1300 ppm by weight and 1800 ppm by weight. In other words, after all the oxygen in the member 2 has spread substantially uniformly throughout the member 2 after the reoxidation process, the oxygen level of the member 2 is moderate (ie, between 1300 ppm and 1800 ppm). .

図10では、図8におけるのと同様に、明確にするため、及び理解を容易にするために、断面8、10の異なる領域は、明確な離散的境界を有するとして示されている。しかし、実際には、この実施形態では、再酸化工程の後、断面8、10のそれぞれにわたる酸素レベルは、連続的に変化する。   In FIG. 10, as in FIG. 8, for clarity and ease of understanding, different regions of cross-sections 8, 10 are shown as having distinct discrete boundaries. In practice, however, in this embodiment, after the reoxidation step, the oxygen level across each of the cross sections 8, 10 changes continuously.

従って、この実施形態では、再酸化工程の間、酸素が部材2の表面に実質的に均一に導入されるため、異なる太さを有する部材2の領域(すなわち、第1の円筒4、及び第2の円筒6)は、異なる(単位体積当たりの)平均速度でそれらの中に導入された酸素を有する傾向がある。従って、この実施形態では、再酸化工程の後、第1及び第2の円筒4、6は、実質的に等しい平均酸素濃度(すなわち、中程度の酸素濃度)を有する。しかし、この段階では、円筒4、6内(すなわち、部材2内)の酸素は、部材2全体を通して均一に拡がっていない。   Therefore, in this embodiment, oxygen is introduced substantially uniformly into the surface of the member 2 during the reoxidation process, so that regions of the member 2 having different thicknesses (ie, the first cylinder 4 and the first cylinder 4). The two cylinders 6) tend to have oxygen introduced into them at different average rates (per unit volume). Thus, in this embodiment, after the reoxidation step, the first and second cylinders 4, 6 have a substantially equal average oxygen concentration (ie, a medium oxygen concentration). However, at this stage, oxygen in the cylinders 4 and 6 (that is, in the member 2) does not spread uniformly throughout the member 2.

従って、この実施形態では、再酸化工程は、部材2内の平均酸素レベルを増加させるために部材2に対して実行される。また、再酸化コンポーネントは、部材2(の少なくとも一部)を横切る酸素レベルの勾配を増加させるために実行される。   Thus, in this embodiment, the reoxidation process is performed on member 2 to increase the average oxygen level in member 2. The reoxidation component is also performed to increase the gradient of oxygen level across (at least a portion of) member 2.

図5を再び参照すると、再酸化工程(ステップs12)が実行された後、ステップs14の酸素均一化工程が実行される。この工程は、部材2全体を通して酸素濃度レベルを実質的に均一にするために実行される。   Referring to FIG. 5 again, after the re-oxidation process (step s12) is performed, the oxygen homogenization process of step s14 is performed. This step is performed to make the oxygen concentration level substantially uniform throughout the member 2.

ステップs14においてこの実施形態で実行される酸素均一化工程について、ここで説明する。   The oxygen homogenization step executed in this embodiment in step s14 will now be described.

図11は、ステップs14において部材2に対して実行される酸素均一化工程の特定のステップを示す工程流れ図である。   FIG. 11 is a process flowchart showing specific steps of the oxygen homogenization process performed on the member 2 in step s14.

ステップs32において、部材2はチャンバ(この中で部材2全体を通した酸素レベルの均一化が起きる)内に配置される。便宜のため、このチャンバは、以下、「均一化チャンバ」と称する。   In step s32, the member 2 is placed in a chamber in which oxygen level homogenization occurs throughout the member 2. For convenience, this chamber is hereinafter referred to as a “homogenization chamber”.

この実施形態では、均一化チャンバは、従来の真空炉である。好ましくは、均一化チャンバは、高融点金属加熱要素を含み、10−5mbarより良好な真空を維持することが可能である。 In this embodiment, the homogenization chamber is a conventional vacuum furnace. Preferably, the homogenization chamber includes a refractory metal heating element and is capable of maintaining a vacuum better than 10 −5 mbar.

ステップs34において、均一化チャンバは、均一化工程の間に不活性ガス雰囲気がチャンバ内で維持されるように、不活性ガス(例えば、アルゴン)で満たされる。他の実施形態では、チャンバが不活性ガスで満たされる代わりに、均一化チャンバ内に真空が形成されてもよい。   In step s34, the homogenization chamber is filled with an inert gas (eg, argon) such that an inert gas atmosphere is maintained in the chamber during the homogenization process. In other embodiments, instead of filling the chamber with an inert gas, a vacuum may be formed in the homogenization chamber.

ステップs36において、部材2は、比較的高い温度まで(均一化チャンバ内で)加熱される。好ましくは、部材2は、1000℃と1300℃との間まで加熱される。この温度範囲は、有利に、非常に高い温度に関連する問題が回避又は軽減されることをもたらす傾向がある。更に、この温度範囲は、比較的速い処理時間をもたらすのに十分なだけ高く、また、部材2の(例えば、それ自体の重みの下での変形、初期融解、過度の結晶粒成長、又はその他の有害な冶金反応による)損傷を回避するのに十分なだけ低い傾向がある。   In step s36, the member 2 is heated to a relatively high temperature (in the homogenization chamber). Preferably, the member 2 is heated to between 1000 ° C and 1300 ° C. This temperature range advantageously tends to result in avoiding or mitigating problems associated with very high temperatures. In addition, this temperature range is high enough to provide a relatively fast processing time, and the member 2 (e.g., deformation under its own weight, initial melting, excessive grain growth, or other Tend to be low enough to avoid damage (due to the detrimental metallurgical reaction).

一般に、酸素均一化工程は、反応化学物質が使用されないため、脱酸素(又は再酸化)工程より高い温度において実行されてもよい。好適な高温炉が存在する。   In general, the oxygen homogenization process may be performed at a higher temperature than the deoxygenation (or reoxidation) process because no reactive chemicals are used. There are suitable high temperature furnaces.

この実施形態では、部材2は、第3の所定の期間にわたって加熱される。この実施形態では、第3の所定の期間は、0.5時間と100時間との間である。好ましくは、第3の所定の期間は、12時間未満である。これにより、均一化工程が、比較的費用効果が高いことが保証される傾向がある。   In this embodiment, the member 2 is heated for a third predetermined period. In this embodiment, the third predetermined period is between 0.5 and 100 hours. Preferably, the third predetermined period is less than 12 hours. This tends to ensure that the homogenization process is relatively cost effective.

有利には、この第3の所定の期間は、特定のパラメータ、例えば、部材2内の初期酸素含有量(すなわち、再酸化工程の後の部材2内の酸素含有量)、部材の様々な部分についての指定された酸素範囲、部材2の太さ、及び均一化温度、に依存して決定/変更することが可能な傾向がある。   Advantageously, this third predetermined period of time depends on certain parameters, such as the initial oxygen content in the member 2 (ie the oxygen content in the member 2 after the reoxidation process), various parts of the member. Tends to be able to be determined / changed depending on the specified oxygen range, the thickness of the member 2 and the homogenization temperature.

この実施形態では、第3の所定の期間は、部材2内の酸素均一化が起きる(すなわち、部材2内の酸素勾配が消滅する、又は低減させられる)ことをもたらすのに十分なだけ長い。従って、実質的に均一な特性を、又は、異なる領域において許容できる量だけ変化する特性を有する部材2が、有利に生産される傾向がある。更に、MIMによって生産されるものなどの、多孔質粉末製品については、酸素均一化の間に実行される加熱工程は、部材を更に焼結する傾向がある。これは、MIM工程において、より短い初期焼結時間を使用することによって、許容される可能性がある。   In this embodiment, the third predetermined period is long enough to cause oxygen homogenization within member 2 to occur (ie, the oxygen gradient within member 2 disappears or is reduced). Accordingly, members 2 having properties that are substantially uniform or change by an acceptable amount in different regions tend to be advantageously produced. Furthermore, for porous powder products, such as those produced by MIM, the heating process performed during oxygen homogenization tends to further sinter the component. This may be tolerated by using a shorter initial sintering time in the MIM process.

ステップs38において、第3の所定の期間が満了した後、均一化チャンバは冷却のために放置される。   In step s38, after the third predetermined period expires, the homogenization chamber is left for cooling.

このように、酸素均一化工程が提供される。   Thus, an oxygen homogenization process is provided.

図12は、酸素均一化工程の後(すなわち、図5のステップs14を実行した後)の第1の断面8、及び第2の断面10の概略図(一定の縮尺率ではない)である。   FIG. 12 is a schematic diagram (not to scale) of the first cross section 8 and the second cross section 10 after the oxygen homogenization process (ie, after performing step s14 of FIG. 5).

図4、図8、及び図10におけるのと同様に、図12で、比較的高い酸素濃度(すなわち、1800ppmより高い)を有する断面8、10内の領域は、黒で塗りつぶされており、中程度の酸素濃度(すなわち、1300ppmから1800ppmまでの範囲内)を有する領域は、クロスハッチングによって示されており、比較的低い酸素濃度(すなわち、1300ppmより低い)を有する領域は、塗りつぶされていない。   Similar to that in FIGS. 4, 8, and 10, in FIG. 12, the regions within cross-sections 8, 10 having relatively high oxygen concentrations (ie, greater than 1800 ppm) are filled with black and medium. Regions with moderate oxygen concentrations (ie, within the range of 1300 ppm to 1800 ppm) are shown by cross-hatching, and regions with relatively low oxygen concentrations (ie, below 1300 ppm) are not filled.

この実施形態では、酸素均一化工程の後、部材2は、中程度の酸素濃度を有する。更に、この酸素濃度は、部材全体を通して実質的に均一である。従って、図12では、第1及び第2の断面8、10は、クロスハッチングされている。   In this embodiment, after the oxygen homogenization step, the member 2 has a medium oxygen concentration. Furthermore, this oxygen concentration is substantially uniform throughout the member. Accordingly, in FIG. 12, the first and second cross sections 8 and 10 are cross-hatched.

従って、1300重量ppmから1800重量ppmまでの濃度における、実質的に均一な酸素レベルを有する、チタン合金部材を生産する工程が提供される。   Accordingly, a process is provided for producing a titanium alloy member having a substantially uniform oxygen level at a concentration from 1300 ppm to 1800 ppm by weight.

上述の工程によってもたらされる利点は、部材が、粉末冶金製造技術を使用して生産されるということである。これは、ニアネットシェイプ部材が、非常に少ない廃棄物を伴って生産されることをもたらす傾向がある。更に、機械加工することは法外に高価な可能性がある、比較的複雑な形状を作ることが、比較的容易である可能性がある。   The advantage provided by the above process is that the parts are produced using powder metallurgy manufacturing techniques. This tends to result in near net shape members being produced with very little waste. Furthermore, machining can be prohibitively expensive, and it can be relatively easy to create relatively complex shapes.

上述の工程によってもたらされる更なる利点は、比較的安価な合金粉末(それらの高い酸素含有量のため、一般に、構造部品の生産には適していない)を使用して、構造部材(例えば、部材)を生産することが可能な傾向があるということである。低品質かつ低コスト(すなわち、高酸素濃度)の合金を使用して部材が形成されてもよく、これは、次に、酸素を低減及び均一化するために(上述のように)処理されて、比較的より高い品質(すなわち、より低い酸素濃度)の部材が生産される。従来、より高い品質(すなわち、より低い酸素濃度)の部材は、比較的高品質の合金を使用して生産される。これらは比較的高コストである傾向がある。例えば、高品質チタン合金粉末のコストは1キログラム当たり約£150〜£250である場合があるのに対して、より低品質のチタン合金粉末のコストは1キログラム当たり£20〜£100である場合がある。合金粉末のコストは、例えば、これを使用して生産される部材の総製造コストの非常に大きな部分である傾向がある。上述の工程は、従来の方法と比較してかなりのコスト削減をもたらす傾向がある。   A further advantage provided by the above-described process is the use of relatively inexpensive alloy powders (generally not suitable for the production of structural parts due to their high oxygen content) ) Tend to be able to produce. The member may be formed using a low quality and low cost (ie, high oxygen concentration) alloy that is then processed (as described above) to reduce and homogenize oxygen. A relatively higher quality (ie, lower oxygen concentration) component is produced. Traditionally, higher quality (ie, lower oxygen concentration) components are produced using relatively high quality alloys. These tend to be relatively expensive. For example, the cost of a high quality titanium alloy powder may be about £ 150 to £ 250 per kilogram, whereas the cost of a lower quality titanium alloy powder is £ 20 to £ 100 per kilogram There is. The cost of alloy powders, for example, tends to be a very large part of the total manufacturing cost of components produced using it. The above described process tends to result in significant cost savings compared to conventional methods.

上述の工程は、部材内の所望の酸素含有量が、より低いコストで達成され得ることをもたらす傾向がある。   The above described process tends to result in the desired oxygen content in the member being achieved at a lower cost.

上述の工程は、部材(例えば、チタン合金部材)からバルク酸素を除去する問題に有利に対処する。更に、上述の工程は、工業規模で実行され得る。上述のように、部材からのバルク酸素の除去は、最初に、部材の表面から酸素を除去し(すなわち、部材の表面に近接する部材の部分の酸素レベルを低減させ)、次に、部材全体を通して酸素レベルを均一化することによって実行されてもよい。これにより、部材のバルク(すなわち、本体の大部分)全体を通して、酸素レベルが低減させられる。言い換えると、酸素レベルは、部材の表面において、又は部材の表面に近接して低下させられるだけではない。代わりに、酸素レベルは、部材(のバルク)全体を通して低減させられる傾向がある。従来、チタン粉末の酸素含有量を低減させるために高温化学処理がチタン粉末に適用されている。そのような高温化学処理は、粉末粒子が焼結される強い傾向のため、一般に、(例えば、金属射出成形のために好ましい)細かい粉末サイズには適していない。上述の工程は、任意のサイズの粉末から作られる部材に有利に適用可能である。これは、部材の形成の後で(すなわち、粉末が焼結された後で)処理が実行されるからである。   The above described process advantageously addresses the problem of removing bulk oxygen from a member (eg, a titanium alloy member). Furthermore, the above-described steps can be performed on an industrial scale. As described above, removal of bulk oxygen from the member first removes oxygen from the surface of the member (ie, reduces the oxygen level of the portion of the member proximate to the surface of the member) and then the entire member. May be performed by equalizing the oxygen level through. This reduces the oxygen level throughout the bulk of the member (ie, the majority of the body). In other words, the oxygen level is not only reduced at or close to the surface of the member. Instead, the oxygen level tends to be reduced throughout the (bulk) member. Conventionally, high temperature chemical treatment has been applied to titanium powder to reduce the oxygen content of the titanium powder. Such high temperature chemical treatment is generally not suitable for fine powder sizes (eg preferred for metal injection molding) due to the strong tendency of the powder particles to sinter. The process described above can be advantageously applied to members made from powders of any size. This is because the process is performed after the formation of the member (ie after the powder has been sintered).

上述の工程によってもたらされる更なる利点は、部材内の所望の酸素濃度を達成することが可能である傾向があるということである。これは、上述の脱酸素及び再酸化工程を使用して達成され得る。特定の濃度において、酸素は、チタン合金を強化し硬化させる。これは、多くの合金において重要な合金添加物である傾向がある。しかし、合金内の酸素濃度が高すぎる場合、酸素は、合金を脆化させ、靱性及び延性を低減させる傾向がある。   A further advantage provided by the above process is that it tends to be possible to achieve the desired oxygen concentration in the member. This can be achieved using the deoxygenation and reoxidation steps described above. At certain concentrations, oxygen strengthens and hardens the titanium alloy. This tends to be an important alloy additive in many alloys. However, if the oxygen concentration in the alloy is too high, oxygen tends to embrittle the alloy and reduce toughness and ductility.

鍛造及び熱処理を含む、多くの従来の処理操作は、合金内に酸素を導入する。この導入された酸素は、通常、部材の外面付近の薄い領域(Ti−6Al−4V合金では「アルファケース」と呼ばれる)に限定される。この薄い層は、機械切削されるか、化学的に除去されることが可能である。しかし、機械加工は高価な傾向があり、化学処理(「ケミカルミリング」と呼ばれる)は、高価な傾向があり、かつ、ますます制限的になる環境及び安全立法の対象となる傾向がある。上述の工程は、より低コストかつ環境的に許容できるアルファケースの除去方法をもたらす傾向がある。   Many conventional processing operations, including forging and heat treatment, introduce oxygen into the alloy. This introduced oxygen is usually limited to a thin region near the outer surface of the member (called “alpha case” in the Ti-6Al-4V alloy). This thin layer can be machined or removed chemically. However, machining tends to be expensive and chemical processing (called “chemical milling”) tends to be expensive and subject to increasingly restrictive environmental and safety legislation. The above described process tends to result in a lower cost and environmentally acceptable alpha case removal method.

上述の工程によってもたらされる更なる利点は、脱酸素、再酸化、及び酸素均一化工程のうちのいずれも、多数の部材に対して同時に実行されてもよいということである。従って、これらの操作のいずれか又は全てを実行する(部材当たりの)コストは、大幅に低減され得る。   A further advantage provided by the above-described process is that any of the deoxygenation, reoxidation, and oxygen homogenization processes may be performed on multiple members simultaneously. Thus, the cost (per member) of performing any or all of these operations can be greatly reduced.

チタン合金部材を生産する上述の工程内の任意の段階において、部材内の酸素レベルを評価又は判定することが可能な傾向がある。従来の技術が、部材内の平均酸素レベルを評価又は判定するために使用されてもよい。例えば、これは、生産される部材と実質的に同一のテスト部材に対して、例えば、TC400シリーズLeco(商標)マシンを使用して「ガス融合による酸素判定(Oxygen Determination by Gas Fusion)」の工程(又はその他の硬度テスト工程)を実行することによって実行されてもよい。また、選択された部材片をテストすることによって部材を通した酸素レベル勾配を評価又は判定するために、従来の技術が使用されてもよい。   At any stage in the above process for producing a titanium alloy member, there is a tendency to be able to assess or determine the oxygen level in the member. Conventional techniques may be used to assess or determine the average oxygen level in the member. For example, this is the process of “Oxygen Determination by Gas Fusion” using a TC400 series Leco ™ machine, for example, on a test member that is substantially identical to the member being produced. (Or other hardness test process) may be performed. Conventional techniques may also be used to assess or determine the oxygen level gradient through the member by testing the selected piece of material.

上述の実施形態では、ステップs2が完了した後、固体材料に対して酸素低減工程が実施され、部材は92〜100%の範囲内の密度を有する(すなわち、部材は「完全に固化されている(fully consolidated)」)。   In the above embodiment, after step s2 is completed, an oxygen reduction process is performed on the solid material and the member has a density in the range of 92-100% (ie, the member is “fully solidified”). (Fully consolidated) ").

ここで、部材が完全に固化される前に酸素低減工程が実行される、更なる実施形態について説明する。   A further embodiment will now be described in which the oxygen reduction step is performed before the member is fully solidified.

図13は、チタン合金部材を生産する工程の特定のステップ(この中で、部材が完全に固化される前に、酸素低減工程が実行される)を示す工程流れ図である。   FIG. 13 is a process flow diagram illustrating certain steps of the process for producing a titanium alloy member, in which the oxygen reduction process is performed before the member is fully solidified.

ステップs42において、部材が形成され、部分的に固化される。用語「部分的に固化される(partially consolidated)」は、本明細書中では、92%未満、好ましくは、70〜80%の範囲内の固体密度を有する部材を意味するために使用される。他の実施形態では、用語「完全に固化される」、及び/又は、「部分的に固化される」は、異なる範囲の固体密度を意味してもよい。   In step s42, a member is formed and partially solidified. The term “partially consolidated” is used herein to mean a member having a solid density of less than 92%, preferably in the range of 70-80%. In other embodiments, the terms “fully solidified” and / or “partially solidified” may mean a different range of solid densities.

部材を形成し、部分的に固化する工程について、ここで、図14を参照してより詳細に説明する。図13の工程の残りのステップ(ステップs44及びs46)については、図14の説明の後で説明する。   The process of forming and partially solidifying the member will now be described in more detail with reference to FIG. The remaining steps (steps s44 and s46) of the process of FIG. 13 will be described after the description of FIG.

図14は、図13のステップs42において実行される、部材を部分的に固化する工程の特定のステップを示す工程流れ図である。   FIG. 14 is a process flow diagram illustrating certain steps of the process of partially solidifying the member, performed in step s42 of FIG.

ステップs48において金属射出成形工程が実行されて、いわゆる「グリーンパーツ」が生産される。   In step s48, a metal injection molding process is performed to produce a so-called “green part”.

この更なる実施形態では、金属射出成形工程は、図2のステップs6を参照して上述した通りに実行される。   In this further embodiment, the metal injection molding process is performed as described above with reference to step s6 of FIG.

ステップs50において、グリーンパーツが冷やされ、離型された後、バインダ材料の一部がグリーンパーツから除去されて、いわゆる「ブラウンパーツ」が生産される。   In step s50, after the green part is cooled and released, a part of the binder material is removed from the green part to produce a so-called “brown part”.

この更なる実施形態では、グリーンパーツからブラウンパーツを生産する工程は、図2のステップs7を参照して上述した通りに実行される。   In this further embodiment, the process of producing brown parts from green parts is performed as described above with reference to step s7 of FIG.

この更なる実施形態では、生産されるブラウンパーツは、約50〜60%の固体密度を有する。言い換えると、ブラウンパーツは、比較的多孔質である。更に、ブラウンパーツは、パーツ全体を通して実質的に均一な多孔性を有し、「開放多孔性(open porosity)」(これは、内部で相互接続され、かつ、表面に開かれている多孔性である)として知られているものを有する。   In this further embodiment, the produced brown part has a solid density of about 50-60%. In other words, the brown part is relatively porous. In addition, the brown part has a substantially uniform porosity throughout the part and is “open porosity” (which is a porous interconnected internally and open to the surface). Have what is known as).

ステップs52において、ステップs50において生産されたブラウンパーツが「部分的に焼結される(partially sintered)」。   In step s52, the brown part produced in step s50 is "partially sintered".

この更なる実施形態では、従来の焼結工程が使用される。ブラウンパーツは、1000℃から1300℃までの範囲内の温度で焼結される。ブラウンパーツは、92%未満、好ましくは、70〜80%の範囲内の固体密度を有するまで焼結される。他の実施形態では、部分的に固化された部材は、異なる範囲(例えば、60〜92%)内の固体密度を有する。   In this further embodiment, a conventional sintering process is used. The brown part is sintered at a temperature in the range from 1000 ° C to 1300 ° C. The brown part is sintered until it has a solid density of less than 92%, preferably in the range of 70-80%. In other embodiments, the partially solidified member has a solid density within a different range (eg, 60-92%).

このように、部材を形成し、部分的に固化する工程が提供される。   Thus, a process is provided for forming and partially solidifying the member.

ここで図13を再び参照すると、ステップs44において、部分的に固化された(すなわち、92%未満の固体密度を有し、好ましくは70〜80%の範囲内の固体密度を有する)部材に対して、酸素低減工程が実行される。   Referring now again to FIG. 13, in step s44, for a partially solidified member (ie, having a solid density of less than 92% and preferably having a solid density in the range of 70-80%). Thus, the oxygen reduction process is executed.

この更なる実施形態では、酸素低減工程が、部材内の酸素のレベル(すなわち、酸素濃度)を低減させるために、図5を参照して上述した通りに実行される。この工程は、部分的に固化された部材内の酸素濃度を、高レベルから所望の中レベルまで低減させる傾向がある。   In this further embodiment, the oxygen reduction step is performed as described above with reference to FIG. 5 to reduce the level of oxygen (ie, oxygen concentration) in the member. This process tends to reduce the oxygen concentration in the partially solidified member from a high level to a desired medium level.

部分的に固化された部材(すなわち、依然として比較的多孔質である部材)に対して酸素低減工程を実行することによってもたらされる利点は、脱酸素、及び/又は、再酸化工程ステップの間、脱酸素/再酸化を実行するために使用される流体(すなわち、気化された物質、又は液化された更なる物質)が、部材内に、完全に固化された部材についての場合より深く浸透することが可能である(すなわち、流体が、部分的に固化された部材の結晶粒の間を、完全に固化された部材についての場合より容易に通過する)ということである。従って、比較的多孔質である部材の脱酸素/再酸化は、比較的効率的である傾向がある。これは、脱酸素、及び/又は再酸化工程の時間及びコストを低減させる傾向がある。   The advantage provided by performing the oxygen reduction process on a partially solidified member (ie, a member that is still relatively porous) is that deoxygenation and / or reoxidation process steps during deoxidation process steps. The fluid used to perform the oxygen / reoxidation (ie, vaporized material, or further liquefied material) may penetrate deeper into the member than would be the case for a fully solidified member. This is possible (i.e., the fluid passes more easily between the grains of the partially solidified member than for a fully solidified member). Therefore, deoxygenation / reoxidation of relatively porous members tends to be relatively efficient. This tends to reduce the time and cost of the deoxygenation and / or reoxidation process.

部分的に固化された部材に対して酸素低減工程を実行することの更なる利点は、酸素濃度が部材全体を通してより均一になる傾向があるということである。従って、部材内の所望のレベルの酸素均一性を達成するために、部材のより少ない酸素均一化が使用されてもよい。   A further advantage of performing the oxygen reduction process on a partially solidified member is that the oxygen concentration tends to be more uniform throughout the member. Thus, less oxygen homogenization of the member may be used to achieve the desired level of oxygen uniformity within the member.

部分的に固化された部材に対して酸素低減工程を実行することによりもたらされる更なる利点は、部材を完全に焼結/固化する(すなわち、その固体密度が92%から100%までの範囲内であることをもたらす)ための十分に高い温度において、部分的に固化された部材に対して、酸素均一化工程を実行することが可能な傾向があるということである。従って、部材を生産するための工程ステップの数が低減され、これにより部材を生産するコストが低減させられる傾向がある。   A further advantage provided by performing the oxygen reduction process on a partially solidified member is that the member is fully sintered / solidified (ie, its solid density is in the range of 92% to 100%). The oxygen homogenization process tends to be able to be performed on the partially solidified member at a sufficiently high temperature. Accordingly, the number of process steps for producing a member is reduced, which tends to reduce the cost of producing the member.

ステップs46において、所望される場合、部材を完全に焼結/固化する(すなわち、その固体密度が92%から100%までの範囲内であることをもたらす)ために、(真空又は不活性雰囲気中で)焼結工程が実行される。他の実施形態では、部材を完全に焼結/固化するために、異なるタイプの固化工程が実行されてもよい。例えば、他の実施形態では、熱間等静圧圧縮成形(HIP)工程が実行される。   In step s46, if desired (in a vacuum or inert atmosphere) to fully sinter / solidify the part (ie resulting in its solid density being in the range of 92% to 100%). A) The sintering process is carried out. In other embodiments, different types of consolidation steps may be performed to fully sinter / solidify the member. For example, in other embodiments, a hot isostatic pressing (HIP) process is performed.

このように、チタン合金部材を生産する工程(この中で、部分的に固化された部材に対して酸素低減工程が実行される)が提供される。   Thus, a step of producing a titanium alloy member (in which an oxygen reduction step is performed on a partially solidified member) is provided.

上記の実施形態では、部材は、図2を参照して上述した通りに(ステップs2において)形成される。特に、部材は金属射出成形工程を含む工程を使用して形成される。しかし、他の実施形態では、部材は異なるネットシェイプ又はニアネットシェイプ製造工程を使用して形成される。用語「ニアネットシェイプ製造工程(near−net shape manufacturing process)」は、本明細書中では、品目の初期生産が、最終的な(正味の)形状と(実質的に)同じ、又はこれに非常に近い(すなわち、許容公差内である)工程を意味するために使用される。これは、物体の表面仕上げの必要性を低減させる傾向がある。例えば、他の実施形態では、部材/物体/品目は、以下のニアネットシェイプ製造工程のうちの1つ以上を使用して生産される:キャスティング、パーマネントモールドキャスティング、粉末冶金、線形摩擦溶接、金属射出成形、ラピッドプロトタイピング、スプレーフォーミング、及び超塑性成形。そのような工程は、他の粉末冶金工程を使用することを含んでもよい。そのような工程は、例えば、熱間等静圧圧縮成形(HIP)、冷間等静圧圧縮成形(CIP)、及び、走査型レーザ又は電子ビームを使用する3D粉末溶融法を含んでもよい。そのような工程は、完全に、又は部分的に固化された金属又は合金部材/物体を形成するために使用されてもよい。そのような工程は、従来のインゴットルートによって生産されたフィードストックを使用してもよく、又は、粉末冶金ルートを介して、より低コストでより高酸素の合金粉末から作られたビレット、プレート、又はバーなどの、固体フィードストック材料を使用してもよい。物体を生産するために使用される金属/合金粉末は、例えば、混合された元素粉末であってもよい。例えば、Ti−6Al−4Vで作られた物体は、チタン、アルミニウム、及びバナジウムの粉末を混合することによって作られた混合された元素粉末から生産されてもよい。混合された元素粉末は、焼結工程の間に、合金化、及び均一化される傾向がある。Ti−6Al−4Vで作られた物体はまた、チタン粉末をAl−Vマスター合金粉末と混合することによって作られた、混合された元素粉末から生産されてもよい。   In the above embodiment, the member is formed as described above with reference to FIG. 2 (in step s2). In particular, the member is formed using a process that includes a metal injection molding process. However, in other embodiments, the members are formed using different net shape or near net shape manufacturing processes. The term “near-net shape manufacturing process” is used herein to mean that the initial production of an item is (substantially) the same (substantially) as the final (net) shape. Is used to mean a process that is close to (ie, within acceptable tolerances). This tends to reduce the need for surface finishing of the object. For example, in other embodiments, parts / objects / items are produced using one or more of the following near net shape manufacturing processes: casting, permanent mold casting, powder metallurgy, linear friction welding, metal Injection molding, rapid prototyping, spray forming, and superplastic molding. Such a process may include using other powder metallurgy processes. Such processes may include, for example, hot isostatic pressing (HIP), cold isostatic pressing (CIP), and 3D powder melting using a scanning laser or electron beam. Such a process may be used to form fully or partially solidified metal or alloy members / objects. Such a process may use feedstock produced by a conventional ingot route, or, via a powder metallurgy route, billets, plates, made from a lower cost, higher oxygen alloy powder, Alternatively, solid feedstock materials such as bars may be used. The metal / alloy powder used to produce the object may be, for example, a mixed elemental powder. For example, an object made of Ti-6Al-4V may be produced from a mixed elemental powder made by mixing titanium, aluminum, and vanadium powders. The mixed elemental powder tends to be alloyed and homogenized during the sintering process. Objects made of Ti-6Al-4V may also be produced from mixed elemental powders made by mixing titanium powder with Al-V master alloy powder.

上記の実施形態では、部材は、6%のアルミニウム及び4%のバナジウムを有するチタンを含む合金(Ti−6Al−4V、又は、6−4、6/4、ASTM B348グレード5としても知られている)から形成される。また、上記の実施形態では、合金は、ある量の酸素を固溶体中に含む。しかし、他の実施形態では、部材は異なる材料から形成される。例えば、他の実施形態では、部材は、純粋な(すなわち、合金でない)金属、又は、上記の実施形態において使用されるものとは異なるタイプの合金から形成される。好ましくは、部材は、好都合な処理温度においてかなりの酸素固溶度及び拡散率を有する金属又は合金であって、(蒸気又は液体の形態の、又は溶液中の)好適な脱酸素金属が存在するような金属又は合金から形成され、ここで、この脱酸素金属の酸素の負の生成自由エネルギーは、脱酸素される金属/合金の酸素の負の生成自由エネルギーより大きい。例えば、部材は、以下の金属のいずれか、又は、以下の金属のうちの1つ以上の合金から形成されてもよい:チタン、タンタル、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ。   In the above embodiment, the member is an alloy containing titanium with 6% aluminum and 4% vanadium (Ti-6Al-4V or 6-4, 6/4, also known as ASTM B348 Grade 5). Formed). Also, in the above embodiment, the alloy includes a certain amount of oxygen in the solid solution. However, in other embodiments, the members are formed from different materials. For example, in other embodiments, the member is formed from a pure (ie, non-alloy) metal or a different type of alloy than that used in the above embodiments. Preferably, the member is a metal or alloy that has significant oxygen solubility and diffusivity at convenient processing temperatures, and a suitable deoxygenated metal (in the form of a vapor or liquid, or in solution) is present. Where the deoxygenated metal oxygen negative free energy of formation is greater than the deoxygenated metal / alloy oxygen negative free energy of formation. For example, the member may be formed from any of the following metals or an alloy of one or more of the following metals: titanium, tantalum, vanadium, zirconium, molybdenum, niobium.

他の実施形態では、物体/部材は、合金Ti−3Al−2.5Vで作られる。この合金で作られた物体は、(例えば、特定の適用例に使用される場合に)比較的低い最大酸素レベル(例えば、1200ppm以下)を有することが必要とされる場合がある。一般に、金属射出成形(MIM)工程は、約1000ppmの酸素を合金に追加する可能性がある。従って、従来、Ti−3Al−2.5Vで作られた、かつ、比較的低い最大酸素レベルを有する物体を、MIM工程を使用して生産することは、不可能、又は非常に困難な傾向がある。しかし、そのような物体は、上述の工程を使用して作られ得る。例えば、(i)いくらかのTi−3Al−2.5V粉末を提供し、(ii)MIM工程を使用して粉末から物体を生産し、(iii)脱酸素工程を実行し(例えば、図6を参照して上述したように)、(iv)(必要に応じて)均一化工程を実行し(例えば、図11を参照して上述したように)、そのような物体が生産されてもよい。また、例えば、(i)Ti−6Al−4V粉末を、商用純チタン粉末(CP)、及び/又はその他の元素又はマスター合金粉末と組み合わせて、Ti−3Al−2.5Vと実質的に同じ全体組成を有する混合された粉末を作り、(ii)MIM工程を使用して、粉末から物体を生産し、(iii)脱酸素工程を実行し(例えば、図6を参照して上述したように)、(iv)(必要に応じて)均一化工程を実行し(例えば、図11を参照して上述したように)、そのような物体が生産されてもよい。Ti−3Al−2.5Vの組成範囲はかなり広い傾向があり、従って、標準に準拠する物体を生産することは可能な傾向がある。物体内の酸素レベルは、焼結の間に有利に均一化される傾向がある。Ti−3Al−2.5V混合粉末を形成してもよい、Ti−6Al−4V、及びCP材料/粉末、及びその他の好適な元素又はマスター合金粉末は、容易に入手可能かつ比較的安価である傾向があるのに対して、Ti−3Al−2.5Vは、入手するのがより困難かつより高価である傾向がある。   In other embodiments, the object / member is made of the alloy Ti-3Al-2.5V. Objects made of this alloy may be required to have a relatively low maximum oxygen level (eg, 1200 ppm or less) (eg, when used in certain applications). In general, the metal injection molding (MIM) process can add about 1000 ppm of oxygen to the alloy. Thus, it has traditionally been impossible or impossible to produce objects made of Ti-3Al-2.5V and having a relatively low maximum oxygen level using the MIM process. is there. However, such an object can be made using the process described above. For example, (i) providing some Ti-3Al-2.5V powder, (ii) producing an object from the powder using a MIM process, and (iii) performing a deoxygenation process (see, eg, FIG. (Iv) (as described above with reference), and (iv) performing a homogenization step (if necessary) (eg, as described above with reference to FIG. 11) to produce such an object. Also, for example, (i) Ti-6Al-4V powder combined with commercial pure titanium powder (CP), and / or other element or master alloy powder, substantially the same as Ti-3Al-2.5V. Making a mixed powder having a composition, (ii) producing an object from the powder using the MIM process, and (iii) performing a deoxygenation process (eg, as described above with reference to FIG. 6) , (Iv) performing a homogenization step (if necessary) (eg, as described above with reference to FIG. 11) to produce such an object. The composition range of Ti-3Al-2.5V tends to be quite wide, and therefore it tends to be possible to produce standards-compliant objects. The oxygen level in the body tends to be advantageously homogenized during sintering. Ti-6Al-4V, and CP material / powder, and other suitable element or master alloy powders that may form Ti-3Al-2.5V mixed powders are readily available and relatively inexpensive In contrast, Ti-3Al-2.5V tends to be more difficult and more expensive to obtain.

上記の実施形態では、部材は、部材(例えば、1台の機械の中で、又は1台の機械によって使用されるのに好適な部材)である。しかし、他の実施形態では、部材は、金属又は合金から作られた、異なるタイプのエンティティ、物体、又は品目(例えば、インゴット、ビレット、プレート、シート、ワイヤ、又はバー、あるいは、何らかのその他の中間生産物の形態)である。   In the above embodiments, the member is a member (eg, a member suitable for use in or by a single machine). However, in other embodiments, the member is a different type of entity, object, or item made of metal or alloy (eg, ingot, billet, plate, sheet, wire, or bar, or some other intermediate Product form).

上記の実施形態では、部材の形状及びサイズは、図3を参照して上記でより詳細に説明した通りである。部材の形状は、端と端を接続して配置された2つの同軸円筒の形状である。第1の円筒は、約20mmの直径、及び約100mmの長さを有し、第2の円筒は、約9mmの直径、及び約100mmの長さを有する。しかし、他の実施形態では、部材のサイズ、及び又は、形状は異なり、すなわち、部材は、任意の適切なサイズ及び形状であってもよい。   In the above embodiment, the shape and size of the members are as described in more detail above with reference to FIG. The shape of the member is the shape of two coaxial cylinders arranged with the ends connected to each other. The first cylinder has a diameter of about 20 mm and a length of about 100 mm, and the second cylinder has a diameter of about 9 mm and a length of about 100 mm. However, in other embodiments, the size and / or shape of the member is different, i.e., the member may be of any suitable size and shape.

上記の実施形態では、部材を形成するステップ(ステップs2)は、単一の部材を形成するために使用される。また、上記の実施形態では、酸素低減ステップ(ステップs4)は、一度に単一の部材に対して実行される。しかし、他の実施形態では、部材を形成するステップは、異なる数の実質的に同一又は異なる部材(複数)を同時に形成するために使用される。また、他の実施形態では、酸素低減ステップ(ステップs4)は、異なる数の実質的に同一又は異なる部材に対して同時に実行される。形成工程、又は酸素低減工程を複数の部材について同時に実施することは、部材当たりの工程のコストを有利に低減させる傾向がある。   In the above embodiment, the step of forming a member (step s2) is used to form a single member. In the above embodiment, the oxygen reduction step (step s4) is performed on a single member at a time. However, in other embodiments, the step of forming the member is used to simultaneously form a different number of substantially identical or different member (s). In other embodiments, the oxygen reduction step (step s4) is performed simultaneously on a different number of substantially identical or different members. Simultaneously performing the forming process or the oxygen reduction process on a plurality of members tends to advantageously reduce the cost of the process per member.

上記の実施形態では、部材の焼結は、上記で指定された温度において上記で指定された期間にわたって実行される。しかし、他の実施形態では、部材の焼結は、異なる適切な温度において及び/又は異なる適切な期間にわたって実行される。   In the above embodiment, the sintering of the member is carried out for the time period specified above at the temperature specified above. However, in other embodiments, the sintering of the member is performed at different suitable temperatures and / or over different suitable periods.

上記の実施形態では、1800ppmより高い酸素濃度が、高レベルとして記載された。また、1300ppmと1800ppmとの間の酸素濃度が、中程度の(所望の)レベルとして記載された。また、1300ppm未満の酸素濃度が、低レベルとして記載された。しかし、他の実施形態では、高、中、及び/又は低酸素濃度レベルは異なる。また、他の実施形態では、脱酸素工程は、部材内の平均酸素濃度を任意のレベルから任意の他のレベルまで減少させるために使用される。また、他の実施形態では、再酸化工程は、部材内の平均酸素濃度を任意のレベルから任意の他のレベルまで増加させるために使用される。   In the above embodiment, an oxygen concentration higher than 1800 ppm has been described as a high level. Also, oxygen concentrations between 1300 ppm and 1800 ppm have been described as moderate (desired) levels. Also, oxygen concentrations below 1300 ppm were described as low levels. However, in other embodiments, the high, medium, and / or low oxygen concentration levels are different. In other embodiments, the deoxygenation step is used to reduce the average oxygen concentration in the member from any level to any other level. In other embodiments, the re-oxidation process is used to increase the average oxygen concentration in the member from any level to any other level.

例えば、他の実施形態では、所望される(平均)酸素濃度は、1000ppmと2300ppmとの間である。他の実施形態では、所望される酸素濃度は、1300ppmと1800ppmとの間である。他の実施形態では、所望される酸素濃度は、1700ppmと1800ppmとの間である。他の実施形態では、例えば、Ti−6Al−4Vエキストラローインタースティシャル(Extra Low Interstitial)(ELI)物体が所望される場合、所望される酸素濃度は1300ppm以下、又は1000ppm以下である。   For example, in other embodiments, the desired (average) oxygen concentration is between 1000 ppm and 2300 ppm. In other embodiments, the desired oxygen concentration is between 1300 ppm and 1800 ppm. In other embodiments, the desired oxygen concentration is between 1700 ppm and 1800 ppm. In other embodiments, for example, when a Ti-6Al-4V Extra Low Interstitial (ELI) object is desired, the desired oxygen concentration is 1300 ppm or less, or 1000 ppm or less.

また、例えば、他の実施形態では、高(平均)溶質濃度レベル、すなわち、未処理部材の初期溶質濃度レベル、又は(例えば、MIMを使用することによって)部材を形成する原材料の初期溶質濃度レベルは、2300ppmと10000ppmとの間である。他の実施形態では、高溶質濃度レベルは、5000ppmと10000ppmとの間(例えば8000ppm)である。他の実施形態では、高溶質濃度レベルは、10000ppmより高い。高酸素濃度(例えば8000ppm)を有するチタン合金粉末は、有利に安価な傾向があり、そのような粉末から生産される物体は、はるかに低い酸素濃度を有する物体を形成するために、上述の工程を使用して脱酸素されることが可能である。   Also, for example, in other embodiments, a high (average) solute concentration level, i.e., an initial solute concentration level of an untreated member, or an initial solute concentration level of a raw material forming the member (e.g., by using MIM). Is between 2300 ppm and 10000 ppm. In other embodiments, the high solute concentration level is between 5000 ppm and 10,000 ppm (eg, 8000 ppm). In other embodiments, the high solute concentration level is greater than 10,000 ppm. Titanium alloy powders with a high oxygen concentration (eg 8000 ppm) tend to be advantageously cheaper, and the objects produced from such powders can be processed as described above to form objects with much lower oxygen concentrations. Can be deoxygenated.

他の実施形態では、所望される溶質濃度レベルは、(高)初期溶質濃度レベルのある割合である。例えば、所望される溶質濃度レベルは、(高)初期溶質濃度レベルの半分、又は4分の1、又は5分の1であってもよい。   In other embodiments, the desired solute concentration level is a percentage of the (high) initial solute concentration level. For example, the desired solute concentration level may be half, or one quarter, or one fifth of the (high) initial solute concentration level.

上記の実施形態では、脱酸素チャンバ、再酸化チャンバ、及び均一化チャンバは、それぞれ、上述のように構成される(脱酸素チャンバについては、図7を参照して上述した)。しかし、他の実施形態では、これらのチャンバのうちの1つ以上は、異なるように構成されて(例えば、異なる適切な材料から作られ、あるいは、異なる、又は追加の装備品を有し)、上述の機能を依然として提供する。   In the above embodiment, the deoxygenation chamber, the reoxidation chamber, and the homogenization chamber are each configured as described above (the deoxygenation chamber was described above with reference to FIG. 7). However, in other embodiments, one or more of these chambers are configured differently (eg, made from different suitable materials, or have different or additional equipment), It still provides the above functionality.

上記の実施形態では、(上述のようにステップs10において実行される)脱酸素工程は、(部材が物質のレベルの完全に上方にあるように)脱酸素チャンバのコンテナの底部を物質で満たし、コンテナを封止し、物質が気化されるようにコンテナを加熱することによって実施される。この気化された物質は、部材を脱酸素する。しかし、他の実施形態では、脱酸素チャンバのコンテナは、部材が物質内に部分的に、又は完全に浸されるように物質で満たされる。コンテナは、次に、物質が液化又は気化されるように加熱されてもよい。この液化/気化された物質は、部材を脱酸素する傾向がある。   In the above embodiment, the deoxygenation step (performed in step s10 as described above) fills the bottom of the deoxygenation chamber container with material (so that the member is completely above the material level), This is done by sealing the container and heating the container so that the material is vaporized. This vaporized material deoxygenates the member. However, in other embodiments, the deoxygenation chamber container is filled with the material such that the member is partially or fully submerged within the material. The container may then be heated so that the material is liquefied or vaporized. This liquefied / vaporized material tends to deoxygenate the member.

また、上記の実施形態では、(上述のようにステップs12において実行される)再酸化工程は、(部材が更なる物質内に完全に浸されるように)再酸化チャンバのコンテナを更なる物質で満たし、コンテナを封止し、更なる物質が液化されるようにコンテナを加熱することによって実施される。この液化された更なる物質は、部材を再酸化する。しかし、他の実施形態では、再酸化チャンバのコンテナは、部材が更なる物質内に部分的に浸されるように、又は更なる物質内に全く浸されないように、更なる物質で満たされる。部材が更なる物質内に部分的に浸される場合、コンテナは、次に、物質が液化又は気化されるように加熱されてもよい。この液化/気化された更なる物質は、部材を酸化する傾向がある。部材が更なる物質内に全く浸されない場合、コンテナは、次に、物質が気化されるように加熱されてもよい。この気化された更なる物質は、部材を酸化する傾向がある。   Also, in the above embodiment, the reoxidation process (performed in step s12 as described above) causes the reoxidation chamber container to be further materialized (so that the member is completely immersed in the additional material). Filling, sealing the container and heating the container so that further substances are liquefied. This further liquefied material reoxidizes the member. However, in other embodiments, the container of the reoxidation chamber is filled with additional material so that the member is partially immersed in the additional material or not at all in the additional material. If the member is partially immersed in the further material, the container may then be heated so that the material is liquefied or vaporized. This further liquefied / vaporized material tends to oxidize the component. If the member is not immersed at all in the further material, the container may then be heated so that the material is vaporized. This further vaporized material tends to oxidize the component.

部材が、液化された物質/更なる物質内に全く浸されない(すなわち、部材が、蒸気によって脱酸素又は再酸化される)実施形態においてもたらされる利点は、処理の後、部材が廃棄物(例えば、塩)で薄く覆われるのみであるということである。これは、部材の洗浄/清浄化を容易にする傾向がある。また、処理容器からの部材の取り出しが容易にされる傾向がある。これは、部材が、液化された物質/更なる物質内に完全に、又は部分的に浸漬される実施形態とは対照的である傾向がある。そのような実施形態では、処理の後、部材は、少なくとも部分的に固体廃棄材料で覆われる傾向がある(これは、何らかの方法で(例えば、通常は、湯洗いによって)除去されてもよい)。この、部材の覆いの問題は、廃棄物が凝固する前に部材を液体から分離する方法を提供することによって対処され得る。   The advantage provided in embodiments in which the member is not immersed at all in the liquefied / further material (ie, the member is deoxygenated or reoxidized by steam) is that after processing, the member is disposed of as waste (eg, It is only thinly covered with salt). This tends to facilitate cleaning / cleaning of the member. In addition, removal of the member from the processing container tends to be facilitated. This tends to be in contrast to embodiments in which the member is fully or partially immersed in the liquefied / further material. In such embodiments, after processing, the member tends to be at least partially covered with solid waste material (which may be removed in some way (eg, typically by hot water washing)). . This member covering problem can be addressed by providing a method of separating the member from the liquid before the waste solidifies.

部材が、液化された物質/更なる物質内に全く浸されない(すなわち、部材が蒸気によって脱酸素又は再酸化される)実施形態においてもたらされる更なる利点は、より少ない物質/更なる物質が使用される傾向があるということである。これは、コスト削減をもたらす傾向がある。   A further advantage provided in embodiments in which the member is not immersed at all in the liquefied material / further material (ie, the member is deoxygenated or reoxidized by steam) is that less material / further material is used. It is that there is a tendency to be. This tends to result in cost savings.

上記の実施形態では、物質は、化学的脱酸素剤、及びフラックスを含む。しかし、他の実施形態では、物質は、異なる適切な構成成分の組を含む。例えば、他の実施形態では、フラックスは使用されない。また、他の実施形態では、上記の実施形態で使用される相対比率とは異なる化学的脱酸素剤とフラックスとの相対比率が使用される。   In the above embodiment, the material includes a chemical oxygen scavenger and a flux. However, in other embodiments, the material comprises a different set of suitable components. For example, in other embodiments, no flux is used. In other embodiments, a relative ratio of chemical oxygen scavenger and flux different from the relative ratio used in the above embodiment is used.

上記の実施形態では、更なる物質は、酸化化学物質、及びフラックスを含む。しかし、他の実施形態では、更なる物質は、異なる適切な構成成分の組を含む。例えば、他の実施形態では、フラックスは使用されない。また、他の実施形態では、上記の実施形態で使用される相対比率とは異なる酸化化学物質とフラックスとの相対比率が使用される。   In the above embodiment, the additional materials include oxidizing chemicals and fluxes. However, in other embodiments, the additional material comprises a different set of suitable components. For example, in other embodiments, no flux is used. In other embodiments, a relative ratio between the oxidizing chemical and the flux that is different from the relative ratio used in the above embodiment is used.

上記の実施形態では、物質内の化学的脱酸素剤は、カルシウムである。しかし、他の実施形態では、1つ以上の異なる化学的脱酸素剤がカルシウムの代わりに、又はカルシウムに加えて使用される。例えば、ナトリウム、又は異なるアルカリ土類金属が使用されてもよい。   In the above embodiment, the chemical oxygen scavenger in the substance is calcium. However, in other embodiments, one or more different chemical oxygen scavengers are used in place of or in addition to calcium. For example, sodium or a different alkaline earth metal may be used.

上記の実施形態では、更なる物質内の酸化化学物質は、酸化カルシウムである。しかし、他の実施形態では、1つ以上の異なる酸化化学物質が酸化カルシウムの代わりに、又は酸化カルシウムに加えて使用される。例えば、酸化ナトリウムが使用されてもよい。   In the above embodiment, the oxidizing chemical in the further substance is calcium oxide. However, in other embodiments, one or more different oxidizing chemicals are used in place of or in addition to calcium oxide. For example, sodium oxide may be used.

上記の実施形態では、物質及び更なる物質内で使用されるフラックスは、塩化カルシウムである。しかし、他の実施形態では、脱酸素及び再酸化工程のいずれか、又は両方において、1つ以上の異なるフラックス材料が塩化カルシウムの代わりに、又は塩化カルシウムに加えて使用される。例えば、塩化ナトリウムが使用されてもよい。塩化ナトリウム/塩化カルシウム共融混合物は、塩化カルシウムより低い融解温度を有する。これは、いくつかの工程において望ましい場合がある。   In the above embodiment, the flux used within the material and further material is calcium chloride. However, in other embodiments, one or more different flux materials are used in place of or in addition to calcium chloride in either or both of the deoxygenation and reoxidation steps. For example, sodium chloride may be used. The sodium chloride / calcium chloride eutectic mixture has a lower melting temperature than calcium chloride. This may be desirable in some steps.

上記の実施形態では、物質及び更なる物質は、後で液化/気化される、固体粉末/ペレットである。しかし、他の実施形態では、物質、及び/又は更なる物質のフラックス、及び又は化学反応物は、異なる状態を有してもよい。例えば、蒸気形態のフラックスが使用されてもよい。   In the above embodiment, the substance and the further substance are solid powders / pellets that are later liquefied / vaporized. However, in other embodiments, the material, and / or additional material fluxes, and / or chemical reactants may have different states. For example, a vapor form flux may be used.

上記の実施形態では、脱酸素工程は、脱酸素チャンバを、好ましくは、1000℃〜1200℃まで0.5〜100時間にわたって加熱することを含む。脱酸素工程を比較的高い温度(例えば、1100℃)において実行することは、生産された部品に伴う酸素が、その部品内により均一に有利に分散される(すなわち、生産された部品全体を通した酸素濃度が、より均一化される)ことをもたらす傾向がある。これは、一部の物体について、更なる均一化を実行する必要性をなくす、又は低減する可能性がある。しかし、他の実施形態では、脱酸素工程の間、脱酸素チャンバは、異なる適切な温度まで加熱される。また、他の実施形態では、脱酸素工程は、異なる適切な期間にわたって実行される。   In the above embodiment, the deoxygenation step preferably includes heating the deoxygenation chamber to 1000 ° C. to 1200 ° C. for 0.5 to 100 hours. Performing the deoxygenation process at a relatively high temperature (eg, 1100 ° C.) ensures that the oxygen associated with the produced part is more evenly and advantageously distributed within the part (ie throughout the produced part). The oxygen concentration is more uniform). This may eliminate or reduce the need to perform further homogenization for some objects. However, in other embodiments, during the deoxygenation process, the deoxygenation chamber is heated to a different suitable temperature. In other embodiments, the deoxygenation step is performed over a different suitable period.

上記の実施形態では、再酸化工程は、再酸化チャンバを、好ましくは、1000℃〜1200℃まで0.5〜100時間にわたって加熱することを含む。しかし、他の実施形態では、再酸化工程の間、再酸化チャンバは、異なる適切な温度まで加熱される。また、他の実施形態では、再酸化工程は、異なる適切な期間にわたって実行される。   In the above embodiment, the reoxidation step includes heating the reoxidation chamber, preferably from 1000 ° C. to 1200 ° C. for 0.5 to 100 hours. However, in other embodiments, during the reoxidation process, the reoxidation chamber is heated to a different suitable temperature. In other embodiments, the re-oxidation step is performed over a different suitable period.

上記の実施形態では、酸素均一化工程は、脱酸素チャンバを、好ましくは、1000℃〜1300℃まで0.5〜100時間にわたって加熱することを含む。しかし、他の実施形態では、酸素均一化工程の間、均一化チャンバは、異なる適切な温度まで加熱される。また、他の実施形態では、均一化工程は、異なる適切な期間(例えば、50時間と100時間との間、又は、70時間と100時間との間)にわたって実行される。   In the above embodiment, the oxygen homogenization step preferably includes heating the deoxygenation chamber to 1000 ° C. to 1300 ° C. for 0.5 to 100 hours. However, in other embodiments, the homogenization chamber is heated to a different suitable temperature during the oxygen homogenization process. In other embodiments, the homogenization step is performed over a different suitable period (eg, between 50 hours and 100 hours, or between 70 hours and 100 hours).

上記の実施形態では、部材は、フラックスを除去するために水を使用して、その他の残留物を除去するために希酸を使用して清浄にされる。しかし、他の実施形態では、部材は、異なる適切な工程を使用して清浄にされる。また、他の実施形態では、部材は清浄にされない。   In the above embodiment, the member is cleaned using water to remove the flux and dilute acid to remove other residues. However, in other embodiments, the member is cleaned using a different suitable process. Also, in other embodiments, the member is not cleaned.

上記の実施形態では、部材の脱酸素(又は、再酸化)の間、酸素は、部材の表面から実質的に均一に除去(又は、追加)される。しかし、他の実施形態では、これらの工程の間、酸素は、実質的に均一に除去又は追加されない。例えば、他の実施形態では、脱酸素、及び/又は再酸化工程の間、部材の一部が蒸気からマスキングされてもよい(又は、蒸気と接触しないようにされてもよい)。   In the above embodiments, during deoxygenation (or reoxidation) of the member, oxygen is removed (or added) substantially uniformly from the surface of the member. However, in other embodiments, oxygen is not removed or added substantially uniformly during these steps. For example, in other embodiments, during the deoxygenation and / or reoxidation process, a portion of the member may be masked from the steam (or may not be in contact with the steam).

上記の実施形態では、脱酸素及び再酸化工程は、関連する期間の後、関連するチャンバの加熱を停止することによって停止される。しかし、他の実施形態では、部材の脱酸素、及び/又は再酸化は、異なる方法によって停止されてもよい。例えば他の実施形態では、特定の比率の酸素が除去/導入されるための十分な脱酸素/再酸化化学物質のみを供給することによって、所望される平均酸素含有量が達成されてから反応物が尽きてもよく、又は、化学反応が平衡に達してもよい。   In the above embodiment, the deoxygenation and reoxidation process is stopped by stopping the heating of the associated chamber after the associated period. However, in other embodiments, the deoxygenation and / or reoxidation of the member may be stopped by different methods. For example, in other embodiments, the reactants can be achieved after the desired average oxygen content has been achieved by supplying only sufficient deoxygenation / reoxidation chemistry to remove / introduce a specific ratio of oxygen. Or the chemical reaction may reach equilibrium.

上記の実施形態では、上述の工程は、部材部品からバルク酸素を除去(又は追加)するために実施される。しかし、他の実施形態では、工程は、部材から異なる侵入型溶質を除去又は追加するために実施されてもよい。例えば他の実施形態では、工程は、部材から炭素、水素、又は窒素を除去するために実施される。   In the above embodiment, the above steps are performed to remove (or add) bulk oxygen from the component parts. However, in other embodiments, the process may be performed to remove or add different interstitial solutes from the member. For example, in other embodiments, the process is performed to remove carbon, hydrogen, or nitrogen from the member.

上述のフローチャートに示された工程ステップのいくつかは、省略されてもよく(例えば、ステップs12の再酸化工程、又は均一化工程s14)、あるいは、そのような工程ステップは、上記で提示した、図に示された順序とは異なる順序で実行されてもよいということに留意されたい。更に、全ての工程ステップは、便宜のため、及び理解を容易にするために、別個の時間的に順次的なステップとして示されたが、それにもかかわらず、工程ステップのうちのいくつかは、実際には同時に、又は少なくともある程度まで時間的に重なり合って実行される。   Some of the process steps shown in the flowchart above may be omitted (eg, the re-oxidation process of step s12, or the homogenization process s14), or such process steps are presented above, Note that it may be performed in a different order than the order shown in the figure. Furthermore, although all process steps have been shown as separate time sequential steps for convenience and ease of understanding, nonetheless, some of the process steps are: In practice, they are executed simultaneously or at least to some extent in time overlap.

上記の実施形態では、部材/物体全体を通して酸素濃度レベルを均一化するために(例えば、ステップs14において)独立した均一化工程が実行される。しかし、他の実施形態では、そのような工程は実行されない。例えば、生産された物体内の酸素濃度の変化が許容され得るため、均一化工程は実行されなくてもよい。また、例えば、生産された物体内の酸素は、脱酸素、及び/又は再酸化工程によって十分に均一化されているため、均一化工程は実行されなくてもよい。   In the above embodiment, an independent homogenization process is performed (eg, in step s14) to equalize the oxygen concentration level throughout the member / object. However, in other embodiments, such a process is not performed. For example, the homogenization process may not be performed because changes in oxygen concentration in the produced object can be tolerated. Further, for example, the oxygen in the produced object is sufficiently homogenized by the deoxygenation and / or reoxidation process, and thus the homogenization process may not be performed.

Claims (32)

物体を生産する方法であって、
前記物体は金属又は合金で作られており、前記物体は所望の形状を有し、前記物体は非多孔質物体であり、
前記方法は、
いくらかの金属又は合金を提供し、前記提供された金属又は合金は、第1の平均溶質レベルを有し、
前記提供された金属又は合金を使用して、ネットシェイプ又はニアネットシェイプ製造工程を実行して、中間物体を生産し、ここで、
前記中間物体は、前記所望の形状を有し、
前記中間物体は、非多孔質物体であり、
前記中間物体は、第2の平均溶質レベルを有し、前記第2の平均溶質レベルは、前記第1の平均溶質レベル以上であり、
前記中間物体の少なくともバルクの前記溶質レベルを変更して、第3の平均溶質レベルを有する前記中間物体を提供するように、前記中間物体に対して溶質レベル変更工程を実行し、これにより、前記物体を提供することを含み、ここで、
前記第3の平均溶質レベルは、前記第2の平均溶質レベルとは異なる、
方法。
A method of producing an object,
The object is made of metal or alloy, the object has a desired shape, the object is a non-porous object;
The method
Providing some metal or alloy, wherein the provided metal or alloy has a first average solute level;
Using the provided metal or alloy to perform a net shape or near net shape manufacturing process to produce an intermediate object, wherein
The intermediate object has the desired shape;
The intermediate object is a non-porous object;
The intermediate object has a second average solute level, and the second average solute level is greater than or equal to the first average solute level;
Performing a solute level changing step on the intermediate object to change the solute level in at least the bulk of the intermediate object to provide the intermediate object having a third average solute level, thereby Providing an object, wherein:
The third average solute level is different from the second average solute level;
Method.
前記第3の平均溶質レベルは、前記第1の平均溶質レベルより低い、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the third average solute level is lower than the first average solute level. 前記溶質レベル低減工程は、前記中間物体が、その形状及び固体密度を実質的に保持するように実行される、請求項1又は請求項2に記載の方法。   The method of claim 1 or claim 2, wherein the solute level reduction step is performed such that the intermediate object substantially retains its shape and solid density. 前記物体はチタン合金で作られており、前記提供された金属又は合金はチタン合金である、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の方法。   4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the object is made of a titanium alloy and the provided metal or alloy is a titanium alloy. 前記物体はTi−6Al−4Vで作られている、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the object is made of Ti-6Al-4V. 前記物体はTi−3Al−2.5Vで作られている、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the object is made of Ti-3Al-2.5V. 前記溶質レベルは、酸素レベル、炭素レベル、水素レベル、又は窒素レベルのうちの1つである、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the solute level is one of an oxygen level, a carbon level, a hydrogen level, or a nitrogen level. 前記溶質レベルは、酸素レベルである、請求項7に記載の方法。   The method of claim 7, wherein the solute level is an oxygen level. 前記溶質レベル変更工程を実行するステップは、前記中間物体の少なくとも部分を流体にさらすことを含み、ここで、前記流体は化学反応物を含み、前記化学反応物は、前記金属又は合金とは異なるレベルの前記溶質に対する反応性を有する、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の方法。   Performing the solute level changing process includes exposing at least a portion of the intermediate object to a fluid, wherein the fluid includes a chemical reactant, the chemical reactant being different from the metal or alloy. 9. A method according to any one of the preceding claims having a level of reactivity towards the solute. 前記化学反応物はアルカリ土類金属である、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the chemical reactant is an alkaline earth metal. 前記アルカリ土類金属はカルシウムである、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the alkaline earth metal is calcium. 前記流体はフラックス材料を更に含み、前記フラックス材料は、前記化学反応物と前記金属又は合金との間の反応生成物の前記物体の表面からの除去を促進するためのものである、請求項9〜請求項11のいずれか一項に記載の方法。   The fluid further comprises a flux material, the flux material for facilitating removal of reaction products between the chemical reactant and the metal or alloy from the surface of the object. The method according to any one of claims 11 to 11. 前記フラックス材料は塩化カルシウムである、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the flux material is calcium chloride. 前記流体は液体である、請求項9〜請求項13のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 9 to 13, wherein the fluid is a liquid. 前記流体は蒸気である、請求項9〜請求項13のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 9, wherein the fluid is steam. 生産された前記物体、及び前記中間物体は、それぞれ92%から100%までの範囲内の固体密度を有する、請求項1〜請求項15のいずれか一項に記載の方法。   16. A method according to any one of the preceding claims, wherein the produced object and the intermediate object each have a solid density in the range of 92% to 100%. 前記金属又は合金のある量は、粉末形態で提供される、請求項1〜請求項16のいずれか一項に記載の方法。   17. A method according to any one of claims 1 to 16, wherein an amount of the metal or alloy is provided in powder form. 前記提供された金属又は合金は、混合された粉末の形態である、請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, wherein the provided metal or alloy is in the form of a mixed powder. 前記混合された粉末は、Ti−6Al−4V粉末と、チタン粉末とを含む、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the mixed powder comprises Ti-6Al-4V powder and titanium powder. 前記ネットシェイプ又はニアネットシェイプ製造工程は、キャスティング、パーマネントモールドキャスティング、粉末冶金、線形摩擦溶接、金属射出成形、ラピッドプロトタイピング、スプレーフォーミング、及び超塑性成形からなる群から選択される、請求項1〜請求項19のいずれか一項に記載の方法。   2. The net shape or near net shape manufacturing process is selected from the group consisting of casting, permanent mold casting, powder metallurgy, linear friction welding, metal injection molding, rapid prototyping, spray forming, and superplastic forming. The method according to any one of claims 19 to 19. 前記ネットシェイプ又はニアネットシェイプ製造工程は、金属射出成形である、請求項20に記載の方法。   21. The method of claim 20, wherein the net shape or near net shape manufacturing process is metal injection molding. 前記溶質レベル変更工程は、
前記中間物体からある量の溶質を除去し、これにより、前記中間物体の平均溶質レベルを低減させ、
前記中間物体にある量の溶質を追加し、これにより、前記中間物体の平均溶質レベルを増加させることを含み、ここで、
前記中間物体の前記平均溶質レベルが低減させられる量は、前記中間物体の平均溶質レベルが増加させられる量より大きい、
請求項1〜請求項21のいずれか一項に記載の方法。
The solute level changing step includes
Removing a certain amount of solute from the intermediate object, thereby reducing the average solute level of the intermediate object;
Adding an amount of solute to the intermediate body, thereby increasing the average solute level of the intermediate body, wherein
The amount by which the average solute level of the intermediate object is reduced is greater than the amount by which the average solute level of the intermediate object is increased;
The method according to any one of claims 1 to 21.
前記ある量の溶質を追加するステップは、前記ある量の溶質を除去するステップの後で実行される、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein adding the amount of solute is performed after removing the amount of solute. 前記第1の平均溶質レベルは、2300重量パーツパーミリオンと10000重量パーツパーミリオンとの間、5000重量パーツパーミリオンと10000重量パーツパーミリオンとの間、及び、10000重量パーツパーミリオンより高い、からなる範囲の群から選択される範囲内のレベルである、請求項1〜請求項23のいずれか一項に記載の方法。   The first average solute level is between 2300 parts per million and 10,000 parts per million, between 5000 parts per million and 10,000 parts per million, and higher than 10,000 parts per million. 24. A method according to any one of claims 1 to 23, wherein the level is within a range selected from the group of ranges. 前記第3の平均溶質レベルは、1000重量パーツパーミリオンと2300重量パーツパーミリオンとの間、1300重量パーツパーミリオンと1800重量パーツパーミリオンとの間、1700重量パーツパーミリオンと1800重量パーツパーミリオンとの間、2000重量パーツパーミリオン未満、1300重量パーツパーミリオン未満、及び、1000重量パーツパーミリオン以下、からなる範囲の群から選択される範囲内のレベルである、請求項1〜請求項24のいずれか一項に記載の方法。   The third average solute level is between 1000 parts per million and 2300 parts per million, between 1300 parts per million and 1800 parts per million, 1700 parts per million and 1800 parts per million The level within a range selected from the group consisting of: less than 2000 weight parts per million, less than 1300 weight parts per million, and less than 1000 weight parts per million. The method as described in any one of. 前記溶質レベル低減工程を実行するステップは、前記中間物体を1000℃と1200℃との間まで加熱することを含む、請求項1〜請求項25のいずれか一項に記載の方法。   26. The method of any one of claims 1 to 25, wherein performing the solute level reduction step comprises heating the intermediate object to between 1000 <0> C and 1200 <0> C. 前記溶質レベル変更工程を実行して、前記中間物体の少なくとも前記バルクの前記溶質レベルを変更することは、
前記中間物体の表面からある量の溶質を除去し、
前記中間物体の前記表面から前記ある量の溶質を除去した後、前記中間物体に対して均一化工程を実行して、前記中間物体内の前記溶質レベルの均一性を増加させること
を含む、請求項1〜請求項26のいずれか一項に記載の方法。
Performing the solute level changing step to change the solute level of at least the bulk of the intermediate object;
Removing a certain amount of solute from the surface of the intermediate object,
After removing the amount of solute from the surface of the intermediate object, performing a homogenization step on the intermediate object to increase the uniformity of the solute level in the intermediate object. 27. A method according to any one of claims 1 to 26.
前記均一化工程は、前記物体内の溶質レベルが、前記物体全体を通して実質的に均一であるように実行される、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the homogenizing step is performed such that a solute level within the object is substantially uniform throughout the object. 前記均一化工程を実行するステップは、前記物体を1000℃と1300℃との間まで、0.5時間と100時間との間にわたって加熱することを含む、請求項27又は請求項28に記載の方法。   29. The method of claim 27 or claim 28, wherein performing the homogenization step comprises heating the object to between 1000C and 1300C for between 0.5 hours and 100 hours. Method. 請求項1〜請求項29のいずれか一項に記載の方法を実行することによって生産される物体。   30. An object produced by carrying out the method according to any one of claims 1 to 29. 物体を生産する方法であって、前記方法は、実質的に、添付の図面を参照して本明細書中で説明されている通りである、方法。   A method of producing an object, said method being substantially as described herein with reference to the accompanying drawings. 添付の図面を参照して本明細書中で説明されている通りの物体。   Object as described herein with reference to the accompanying drawings.
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