JP2019516011A

JP2019516011A - アルミニウム、コバルト、鉄、及びニッケルのｆｃｃ材料、並びにそれを用いた製品

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Publication number: JP2019516011A
Application number: JP2018551849A
Authority: JP
Inventors: リン，ジェン; ヤン，シンヤン
Original assignee: Arconic Inc
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2019-06-13
Also published as: KR20180115344A; CN109072347A; CA3016761A1; EP3445881A4; US10202673B2; US10480051B2; WO2017184771A1; US20190169718A1; US20170306458A1; EP3445881A1

Abstract

本開示は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉを含む新材料に関する。新材料は、材料の固相線温度のすぐ下で面心立方（ｆｃｃ）固溶体構造の単相領域を実現することができる。新材料は、少なくとも１つの析出相を含み、少なくとも１０００℃のソルバス温度を有することができる。新材料は、４．４〜１１．４ｗｔ％のＡｌ、４．９〜４２．２ｗｔ％のＣｏ、４．６〜２８．９ｗｔ％のＦｅ、及び４４．１〜８６．１ｗｔ％のＮｉを含むことができる。一実施形態では、析出物は、Ｌ１２相、Ｂ２相、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。新合金は改善された高温特性を実現することができる。【選択図】図２ａ

Description

インコネル６２５は、６１重量％のＮｉ、２１．５重量％のＣｒ、９重量％のＭｏ、及び３．６重量％の（Ｎｂ＋Ｔａ）の公称組成のニッケル基合金である。インコネル６２５は、低温から９８０℃までの高い強度と靭性、優れた耐酸化性、疲労強度、及び耐食性を備えている。

概して、本特許出願は、材料の固相線温度のすぐ下で面心立方（ｆｃｃ）固溶体構造の単相領域を有する新規のアルミニウム−コバルト−鉄−ニッケル材料（「新材料」）に関する。新材料は、少なくとも１つの析出相を含み、少なくとも１０００℃のソルバス温度を有することができる。ソルバス温度は、高温における材料の強度及び熱安定性の指標である。一般的に、ソルバス温度が高いほど、高温での強度及び熱安定性が高くなる。新材料は、４．４〜１１．４ｗｔ％のＡｌ、４．９〜４２．２ｗｔ％のＣｏ、４．６〜２８．９ｗｔ％のＦｅ、及び４４．１〜８６．１ｗｔ％のＮｉを含むことができる。一実施形態では、析出物は、Ｌ１_２相、Ｂ２相、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。析出相は、固体状態の変態プロセスによって形成されることができる。１つの具体的なアプローチでは、新材料は４．８〜１０．４重量％のＡｌ、５．４〜３８．３重量％のＣｏ、５．１〜２６．３重量％のＦｅ、及び４９．０〜８１．９重量％のＮｉを含むことができ、任意の付随元素及び不可避不純物を許容する。新材料に関する他の態様、アプローチ、及び実施形態を、以下に詳細に説明する。

図１は、ｂｃｃ、ｆｃｃ、及びｈｃｐ単位格子の略図である。

図２ａは、本発明の合金の非限定的な例を黒丸で示す四元組成図である。

図２ｂは、本発明の合金の非限定的な例を黒丸で示す一組の二元組成図である。

図３は、新材料を製造するための方法の一実施形態のフローチャートである。

図４は、析出物のうちの１つ又は複数が内部に存在するｆｃｃ固溶体構造を有する鍛造製品を得る方法の一実施形態のフローチャートである。

上記のように、本特許出願は、材料の固相線温度のすぐ下で面心立方（ｆｃｃ）固溶体構造の単相領域を有する新規のアルミニウム−コバルト−鉄−ニッケル材料（「新材料」）に関する。当業者には周知のように、また図１に示すように、面心立方（ｆｃｃ）単位格子は、立方体の８つのそれぞれのコーナーに原子、加えて立方体の各面に１つの原子を有する。コーナーの原子の各々は別の立方体のコーナーでもあるので、コーナーの原子は８個の単位格子間で共有され、一方、面の原子は２つの単位格子で共有される。

本明細書に記載される特有の組成物により、新材料は、材料の固相線温度のすぐ下でｆｃｃ固溶体構造の単相領域を実現することができる。新材料はまた、（例えば、凝固中にミクロ偏析を制限するための）高い液相線温度及び狭い平衡凝固範囲を有することができ、それらを従来のインゴット加工並びに粉末冶金、形状キャスティング、付加製造、及びそれらの組み合わせ（ハイブリッド処理）による製造に適合させることができる。新材料は、高温用途に使用されることができる。

新材料は、概ねｆｃｃ結晶構造を有し、４．４〜１１．４重量％のＡｌ、４．９〜４２．２重量％のＣｏ、４．６〜２８．９重量％のＦｅ、及び４４．１〜８６．１重量％のＮｉ（「合金化元素」）を含み、材料はｆｃｃ固溶体構造を実現するのに十分な量のＡｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉを含む。材料は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉからなり、付随元素及び不可避不純物を許容してもよい。本明細書で使用される場合、「付随元素」は、合金に使用することができる、粒界改質剤、鋳造助剤、及び／又は粒子構造制御材料、例えば炭素、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウム等を含む。例えば、炭素、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウム等のうちの１つ又は複数が、粒界改質をもたらすのに十分な量で添加されてもよい。添加量は、例えば、金属間化合物の形成による材料の特性を不適切に低下させることなく、粒界改質をもたらすのに十分な量に制限されるべきである。１つの非限定的な例として、添加量が材料特性の不適切な劣化をもたらさないとすれば、最大０．１５重量％のＣ、最大０．１５重量％のＢ、最大０．５重量％のＨｆ、及び最大０．５重量％のＺｒを材料に添加することができる。新材料の様々な組成物の実施形態を、図２ａ〜２ｂに示す。黒丸は、本発明の合金の非限定的な例である。以下の表１は、図２ａ〜２ｂの合金のいくつかに対応し、本特許出願による有用な合金の種類の非限定的な例を含む。合金１〜３は階層１の合金であり、合金４〜７は階層２の合金であり、合金８は階層３の合金であり、残りの合金は階層４の合金である。

１つのアプローチでは、新材料は、少なくとも１つの析出相を含み、少なくとも１０００℃のソルバス温度を有する。このアプローチでは、新材料は４．４〜１１．４重量％のＡｌ、４．９〜４２．２重量％のＣｏ、４．６〜２８．９重量％のＦｅ、及び４４．１〜８６．１重量％のＮｉを含むことができる。一実施形態では、析出物は、Ｌ１_２相、Ｂ２相、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。析出相は、固体状態の析出の間に形成されることができる。１つの具体的なアプローチでは、新材料は４．８〜１０．４重量％のＡｌ、５．４〜３８．３重量％のＣｏ、５．１〜２６．３重量％のＦｅ、及び４９．０〜８１．９重量％のＮｉを含むことができる。

１つのアプローチでは、新材料は、少なくとも１つの析出相を含み、少なくとも１１００℃のソルバス温度を有する。このアプローチでは、新材料は４．４〜１１．４重量％のＡｌ、４．９〜１８．２重量％のＣｏ、４．６〜１７．３重量％のＦｅ、及び５７．４〜８６．１重量％のＮｉを含むことができる。一実施形態では、析出物は、Ｌ１_２相、Ｂ２相、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。析出相は、固体状態の析出の間に形成されることができる。１つの具体的なアプローチでは、新材料は４．８〜１０．４重量％のＡｌ、５．４〜１６．５重量％のＣｏ、５．１〜１５．７重量％のＦｅ、及び６３．８〜８１．９重量％のＮｉを含むことができる。一実施形態では、この材料の非平衡凝固範囲は３００℃以下である。別の実施形態では、この材料の非平衡凝固範囲は２５０℃以下である。別の実施形態では、この材料の非平衡凝固範囲は１５０℃以下である。別の実施形態では、この材料の非平衡凝固範囲は１２５℃以下である。

１つのアプローチでは、新材料は、少なくとも１つの析出相を含み、少なくとも１１００℃のソルバス温度を有し、材料の非平衡凝固範囲は８０℃以下である。このアプローチでは、新材料は６．８〜１１．４重量％のＡｌ、４．９〜１２．５重量％のＣｏ、４．８〜１７．３重量％のＦｅ、及び６４．１〜８３．５重量％のＮｉを含むことができる。一実施形態では、析出物は、Ｌ１_２相、Ｂ２相、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。析出相は、固体状態の析出の間に形成されることができる。１つの具体的なアプローチでは、新材料は７．５〜１０．４重量％のＡｌ、５．５〜１１．３重量％のＣｏ、５．３〜１５．７重量％のＦｅ、及び７１．２〜７８．７重量％のＮｉを含むことができる。

１つのアプローチでは、またここで図３を参照すると、新材料を製造する方法は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉを含む混合物を上記の組成物の範囲内で、混合物の液相線温度を超えて加熱し、それにより液体を形成する工程（１００）と、混合物を液相線温度を超える温度から固相線温度未満に冷却する工程（２００）であって、混合物は冷却工程により（潜在的にミクロ偏析に起因する他の相と共に）ｆｃｃ（面心立方晶）固溶体構造を有する固体製品を形成し、混合物はｆｃｃ固溶体構造を実現するのに十分な量のＡｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉを含む、冷却する工程（２００）と、固体製品を混合物の析出相のソルバス温度未満に冷却し、それにより固体製品のｆｃｃ固溶体構造内に析出相を形成する工程（３００）であって、混合物はｆｃｃ固溶体構造内に析出相を実現するのに十分な量のＡｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉを含む、形成する工程（３００）と、を含む。一実施形態では、ｆｃｃ固溶体は、液体から形成される第１の相である。

一実施形態では、材料の制御された冷却を使用して、適切な最終製品を容易に実現する。例えば、方法は、混合物を周囲温度に冷却する工程（４００）を含むことができ、方法は、少なくとも冷却工程（３００）及び（４００）の間に冷却速度を制御する工程を含むことができ、工程（４００）の終了時、即ち、周囲温度に達すると、亀裂のないインゴットが実現される。制御された冷却は、例えば、適切な水冷式鋳型を使用して達成されることができる。

本明細書で使用される「インゴット」は、任意の形状の鋳造製品を意味する。用語「インゴット」はビレットを含む。本明細書で使用される場合、「亀裂のないインゴット」は、二次加工用インゴットとして使用できるように、亀裂がないインゴットを意味する。本明細書で使用される場合、「二次加工用インゴット」とは、次の最終製品への加工に適したインゴットを意味する。次の作業としては、例えば圧延、鍛造、押出のいずれかを用いる熱間加工及び／又は冷間加工、並びに圧縮及び／又は伸張による応力緩和が挙げられる。

一実施形態では、亀裂のない製品、例えば亀裂のないインゴットを、必要に応じて加工して、材料から最終的な鍛造製品を得ることができる。例えば、ここで図３〜４を参照すると、上記の図３の工程（１００）〜（４００）は、図４に示す鋳造工程（１０）と考えられ、上記の亀裂のないインゴットをもたらす。別の実施形態では、亀裂のない製品は、例えば、形状キャスティング、付加製造、又は粉末冶金によって製造された亀裂のないプリフォームであってもよい。いずれにしても、亀裂のない製品を更に加工して、ｆｃｃ固溶体構造を有し、場合によっては内部に析出相のうちの１つ又は複数が存在する鍛造された最終製品を得ることができる。この更なる処理は、最終製品形態を達成するのに適切な後述の溶解工程（２０）及び加工工程（３０）の任意の組み合わせを含むことができる。一旦最終製品形態が実現されると、材料は、析出硬化（４０）されて強化析出物を生成することができる。最終製品形態は、例えば、圧延製品、押出製品又は鍛造製品であってもよい。

引き続き図４を参照すると、鋳造工程（１０）の結果として、インゴットはいくつかの第２相粒子を含むことができる。したがって、方法は、１つ又は複数の溶解工程（２０）を含み、インゴット、中間製品形態及び／又は最終製品形態を、対象の析出物のソルバス温度を超えるが、材料の固相線温度未満に加熱され、それにより第２相粒子の一部又は全てを溶解させる。溶解工程（２０）は、対象の第２相粒子を溶解するのに十分な時間、材料を浸漬する工程を含むことができる。浸漬後、材料を次の加工のために周囲温度に冷却することができる。あるいは、浸漬後、材料を加工工程（３０）により直ちに熱間加工してもよい。

加工工程（３０）は、一般に、インゴット及び／又は中間製品形態の熱間加工及び／又は冷間加工を含む。熱間加工及び／又は冷間加工は、例えば、材料の圧延、押出、又は鍛造を含むことができる。加工工程（３０）は、任意の溶解工程（２０）の前及び／又は後に行うことができる。例えば、溶解工程（２０）の終了後、材料を周囲温度まで冷却し、次に熱間加工のために適切な温度に再加熱することができる。あるいは、周囲温度付近で材料を冷間加工してもよい。いくつかの実施形態では、材料を熱間加工し、周囲温度まで冷却し、そして冷間加工してもよい。更に別の実施形態では、製品の再加熱を熱間加工のために必要としないように、熱間加工を溶解工程（２０）の浸漬後に開始してもよい。

加工工程（３０）は、第２相粒子の析出をもたらす場合がある。この点で、加工工程（３０）により形成される第２相粒子の一部又は全てを溶解させるために、加工後溶解工程（２０）を必要に応じて何回でも行うことができる。

任意の適切な溶解工程（２０）及び加工工程（３０）の後、最終製品形態を析出硬化（４０）させることができる。析出硬化工程（４０）は、加工によって析出した少なくともいくつかの第２相粒子を溶解させるのに十分な時間、対象の析出物のソルバス温度を超えて最終製品形態を加熱することと、最終製品形態を対象の析出物のソルバス温度未満に急冷することと、それにより析出物粒子を形成することと、を含む。析出硬化（４０）は、製品を目標温度で強化する析出物を形成するのに十分な時間保持することと、そして製品を周囲温度に冷却することと、それにより内部に強化析出物を有する最終時効製品を得ることと、を更に含む。一実施形態では、最終時効製品は、０．５体積％以上の強化析出物を含む。強化析出物は、好ましくはｆｃｃ固溶体構造のマトリックス内に存在し、それにより転位との相互作用によって製品に強度を与える。

新材料の構造及び組成物により、新材料は、特性の改善された組み合わせ、例えば密度、延性、強度、破壊靱性、耐酸化性、耐疲労性、耐クリープ性、及び耐高温性等のうちの少なくとも２つの改善された組み合わせを実現することができる。したがって、新材料は、様々な用途、数例を挙げると、例えば自動車（乗用車、トラック、及び他の陸上車両）及び航空宇宙産業で使用される高温用途での使用、に用途を見出すことができる。例えば、新材料は、エンジン又は他の高温用途におけるタービン部品としての適用性を見出すことができる。他の構成要素には、ブレード、ディスク、翼、リング、及びエンジンの筐体が含まれる。一実施形態では、新材料は、６００℃〜１０００℃又はそれを超える温度での運転を必要とする用途に使用される。

上記の新ｆｃｃ材料はまた、形状キャスティング製品又はプリフォームを製造するのに使用されることができる。形状キャスティング製品は、鋳造プロセスの後にそれらの最終製品形態又は最終に近い製品形態を達成する製品である。新材料を、任意の所望の形状に形状キャスティングすることができる。一実施形態では、新材料を自動車部品又は航空宇宙部品に形状キャスティング（例えば、エンジン部品に形状キャスティング）する。鋳造後、形状キャスティング製品は、上記のように、任意の適切な溶解工程（２０）又は析出硬化工程（４０）を受けてもよい。一実施形態では、形状キャスティング製品はＡｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉから本質的になり、上記の組成物の範囲内である。一実施形態では、形状キャスティング製品は、０．５体積％以上の強化析出物を含む。

この特許出願は、概ね、上に列挙される析出相のうちの１つ又は複数を内部に有するｆｃｃマトリックス合金材料に関連するものとして記載されているが、別の硬化相が新しいｆｃｃマトリックス合金材料に適用可能であり、本明細書に記載のｆｃｃ合金材料において、全てのこのような（コヒーレントな又はインコヒーレントな）硬化相を利用することができることを理解されるであろう。

＜新ｆｃｃ材料の付加製造＞
また、上記の新材料を付加製造によって製造することも可能である。本明細書で使用される場合、「付加製造（ａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）」とは、「ＳｔａｎｄａｒｄＴｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｄｄｉｔｉｖｅｌｙＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ」と題するＡＳＴＭＦ２７９２−１２ａで定義される「除去加工（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）法とは対照的に、材料を結合して３Ｄモデルデータから物体を、通常は層の上に層を、製造する方法」を意味する。新材料は、このＡＳＴＭ規格に記載されている任意の適切な付加製造技術、例えばバインダージェッティング、指向性エネルギー堆積法、材料押出、材料噴射、パウダーベッドフュージョン、又はシートラミネーション等によって製造されることができる。

一実施形態では、付加製造プロセスは、１つ又は複数の粉末の連続層を堆積させる工程と、そして粉末を選択的に溶融及び／又は焼結して、付加製造された本体（製品）を一層ごとに造形する工程とを含む。一実施形態では、付加製造プロセスは、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、及び電子ビーム溶融（ＥＢＭ）等のうちの１つ又は複数を使用する。一実施形態では、付加製造プロセスは、ＥＯＳＧｍｂＨ（Ｒｏｂｅｒｔ−Ｓｔｉｒｌｉｎｇ−Ｒｉｎｇ１，８２１５２Ｋｒａｉｌｌｉｎｇ／Ｍｕｎｉｃｈ、Ｇｅｒｍａｎｙ）から市販されているＥＯＳＩＮＴＭ２８０ＤｉｒｅｃｔＭｅｔａｌＬａｓｅｒＳｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＤＭＬＳ）付加製造システム、又は同等のシステムを使用する。

１つの例として、原料、例えば合金化元素及び場合によっては任意の付随元素を上記の組成物の範囲内で含む（若しくは本質的にそれらからなる）粉末又はワイヤを付加製造装置で使用し、ｆｃｃ固溶体構造を含む、場合によっては析出相が内部に存在する、付加製造された本体を製造することができる。いくつかの実施形態では、付加製造された本体は、亀裂のないプリフォームである。粉末は、材料の液相線温度を超えて選択的に加熱され、それにより、合金化元素及び場合によっては任意の付随元素を有する溶融プールを形成し、その後、溶融プールは急速に凝固する。

上記のように、付加製造を使用して、例えば金属粉末床を用いて、金属製品（例えば、合金製品）を一層ごとに造形することができる。一実施形態では、金属粉末床を使用して製品（例えば、要求に合った合金製品）を造形する。本明細書で使用する「金属粉末床」等は、金属粉末を含む床を意味する。付加製造の間、同一でも異なってもよい組成物の粒子は溶融し（例えば、急速に溶融する）、その後（例えば、均質混合がない場合）凝固する。その結果、均質な又は不均質な微細構造を有する製品が製造され得る。付加製造された本体を製造する方法の一実施形態は、（ａ）合金化元素及び任意の付随元素を含む粉末を分散させる工程と、（ｂ）形成される特定の本体の液相線温度を超える温度に粉末の一部を（例えば、レーザを用いて）選択的に加熱する工程と、（ｃ）合金化元素及び任意の付随元素を有する溶融プールを形成する工程と、（ｄ）少なくとも１０００℃／秒の冷却速度で溶融プールを冷却する工程と、を含む。一実施形態では、冷却速度は少なくとも１０，０００℃／秒である。別の実施形態では、冷却速度は少なくとも１００，０００℃／秒である。別の実施形態では、冷却速度は少なくとも１，０００，０００℃／秒である。本体が完成するまで、即ち最終的に付加製造された本体が形成／完成されるまで、必要に応じて工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返してもよい。ｆｃｃ固溶体構造を含み、場合によっては内部に析出相が存在する最終的に付加製造された本体は、複雑な幾何学的形状であってもよく、又は単純な形状（例えば、シート若しくはプレートの形状）であってもよい。製造後又は製造中に、付加製造された製品を（例えば、圧延、押出、鍛造、延伸、圧縮のうちの１つ又は複数によって）変形してもよい。

新材料を付加製造するために使用される粉末は、新材料の材料（例えば、インゴット又は溶融物）を、使用される付加製造プロセスに対して適切な寸法の粉末に粉砕することにより製造されることができる。本明細書で使用される場合、「粉末」は、複数の粒子を含む材料を意味する。付加製造によって要求に合った合金製品を製造するために、粉末を粉末床で使用することができる。一実施形態では、同一の一般的な粉末を付加製造プロセス全体に渡って使用して金属製品を製造する。例えば、最終の要求に合った金属製品は、付加製造プロセス中に概ね同じ金属粉末を使用することによって製造される単一部分／マトリックスを含むことができる。あるいは、最終の要求に合った金属製品は、少なくとも２つの別個に製造される別個の部分を含むことができる。一実施形態では、異なる金属粉末床タイプを使用して金属製品を製造することができる。例えば、第１の金属粉末床は第１の金属粉末を含み、第２の金属粉末床は第１の金属粉末とは異なる第２の金属粉末を含むことができる。第１の金属粉末床は、合金製品の第１の層又は一部を製造するのに使用され、第２の金属粉末床は、合金製品の第２の層又は一部を製造するのに使用されることができる。本明細書で使用される場合、「粒子」は、粉末床の粉末として使用するのに適したサイズ（例えば、５ミクロン〜１００ミクロンのサイズ）を有する物質の微細な断片を意味する。粒子は、例えば、微粒子化によって製造することができる。

付加製造された本体は、上記のように、任意の適切な溶解工程（２０）、加工工程（３０）及び／又は析出硬化工程（４０）を受けてもよい。溶解工程（２０）及び／又は加工工程（３０）は、使用する場合、付加製造された本体の中間形態で実施されてもよく、及び／又は付加製造された本体の最終形態で実施されてもよい。析出硬化工程（４０）は、使用する場合、一般に付加製造された本体の最終形態に対して行われる。一実施形態では、例えば上記の任意の材料組成物で、場合によっては内部に０．５体積％以上の析出相が存在する付加製造された本体は、本質的に合金化元素並びに任意の付随元素及び不純物からなる。

別の実施形態では、新材料は、次の加工のためのプリフォームである。プリフォームは、インゴット、形状キャスティング、付加製造された製品、又は粉末冶金製品であってもよい。一実施形態では、プリフォームは、最終製品の最終的な所望の形状に近い形状であり、プリフォームは、その後に加工し最終的な製品形状を達成できるように設計されている。したがって、プリフォームは、例えば鍛造、圧延、又は押出しにより加工され（３０）、中間製品又は最終製品を製造することができ、中間製品又は最終製品は、更に、上記のような任意の適切な溶解工程（２０）、加工工程（３０）及び／又は析出硬化工程（４０）を受けて、最終製品を達成することができる。一実施形態では、加工工程は、熱間静水圧プレス（ヒッピング）を含み、部品を圧縮することができる。一実施形態では、合金プリフォームを圧縮することができ、気孔率を低減することができる。一実施形態では、ヒッピング温度は、合金プリフォームの初期融点未満に維持される。一実施形態では、プリフォームは、ニアネットシェイプ製品であってもよい。

１つのアプローチでは、付加製造された本体の少なくとも一部を製造するために、電子ビーム（ＥＢ）又はプラズマアーク技術を利用する。電子ビーム技術により、より大きな部品を、レーザ付加製造技術で容易に製造するよりも、容易に製造することができる。一実施形態では、方法は、電子ビーム銃のワイヤフィーダ部分に（例えば、直径２．５４ｍｍ以下の）小径ワイヤを供給する工程を含む。ワイヤは上記の組成物とすることができる。電子ビーム（ＥＢ）は、形成される本体の液相線ポイントを超えてワイヤを加熱し、その後、溶融プールの急速凝固（例えば、少なくとも１００℃／秒）によって堆積材料を形成する。ワイヤを、従来のインゴットプロセス又は粉末固体化プロセスによって製造することができる。最終製品が製造されるまで必要に応じてこれらの工程を繰り返すことができる。プラズマアークワイヤフィードは、本明細書で開示される合金と共に同様に使用されることができる。例示されていない一実施形態では、電子ビーム（ＥＢ）又はプラズマアーク付加製造装置は、対応する複数の異なる放射線源を用いて複数の異なるワイヤを使用してもよく、ワイヤ及び放射線源の各々は、合金化元素及び任意の付随元素を有する金属マトリックスを有する製品を提供するために、適切に供給及び活性化される。

別のアプローチでは、方法は、（ａ）１つ又は複数の金属粉末を成形用基材に向けて、又は基材上に選択的に噴霧する工程と、（ｂ）金属粉末と場合によっては成形用基材とを、形成される製品の液相線温度を超えて放射線源により加熱し、それにより溶融プールを形成する工程と、（ｃ）溶融プールを冷却し、それにより金属製品の固体部分を形成する工程であって、冷却工程は少なくとも１００℃／秒の冷却速度で冷却する工程を含む、形成する工程と、を含む。一実施形態では、冷却速度は少なくとも１，０００℃／秒である。別の実施形態では、冷却速度は少なくとも１０，０００℃／秒である。冷却工程（ｃ）は、放射線源を溶融プールから離すことにより、及び／又は溶融プールを有する成形用基材を放射線源から離すことによって達成され得る。金属製品が完成されるまで必要に応じて、工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことができる。噴霧する工程（ａ）は、１つ又は複数のノズルを用いて達成されることができ、金属粉末の組成物を適宜変更して金属マトリックスを有する要求に合った最終金属製品を提供することができ、金属マトリックスは合金化元素及び任意の付随元素を有する。異なる粉末を異なるノズルで使用することによって、及び／又は任意の１つのノズルに提供される粉末組成をリアルタイムで変化させることによって、加熱される金属粉末の組成物をどの時点においてもリアルタイムに変化させることができる。ワークピースは、任意の適切な基材であってもよい。一実施形態では、成形用基材は、それ自体が金属製品（例えば、合金製品）である。

上記のように、溶接を使用して金属製品を製造することができる（例えば、合金製品を製造することができる）。一実施形態では、製品は、異なる組成物の複数の金属成分の形態で前駆体材料に適用される溶融操作によって製造される。前駆体材料は、同時に溶融及び混合できるように、互いに並置して存在することができる。一実施例では、溶融は電気アーク溶接の過程で生じる。別の実施例では、溶融は、付加製造中にレーザ又は電子ビームによって行われてもよい。溶融操作により、複数の金属成分が溶融状態で混合され、例えば合金の形態で金属製品を形成する。前駆体材料は、複数の物理的に別個の形態、例えば、異なる組成の金属若しくは金属合金の複数の細長いストランド若しくは繊維、又は、例えばチューブ内に若しくは１つ若しくは複数のクラッド層内に収容される、第１の組成物の及び隣接する第２の組成物の粉末の、細長いストランド若しくはチューブ、で提供されることができる。前駆体材料は、構造体、例えば複数のストランド若しくは繊維を有する撚られた若しくは編組ケーブル若しくはワイヤに、又は外殻及びその管腔内に収容される粉末を有するチューブに、形成されてもよい。そして、構造体は、それの一部、例えば先端に、例えば先端を溶接電極として使用する又は付加製造用の原料として使用することにより、溶融操作が施されるように処理される。そのように使用される場合、構造体及びその構成要素の前駆体材料は、例えば、連続的又は別個のプロセスで溶融されて、付加製造の場合に堆積される溶接ビード又は材料のライン又はドットを形成し得る。

一実施形態では、金属製品は溶接本体、又は間に配置されかつ材料若しくは溶接される材料に溶着される充填材、例えば同一でも異なってもよい材料の２つの本体、又はフィラーが少なくとも部分的に充填される開口部を有する単一材料の本体、である。別の実施形態では、フィラーは、それが溶接される材料に対して変化する組成物の遷移領域を示し、得られた組み合わせを合金製品と見なすことができる。

＜ｆｃｃ固溶体構造から本質的になる新しいｆｃｃ材料＞
上記の開示は、概ね、析出相をその中に有する新しいｆｃｃ材料を製造する方法を記載しているが、ｆｃｃ固溶体構造から本質的になる材料を製造することも可能である。例えば、上記のように、インゴット、鍛造体、形状キャスティング、又は付加製造された本体の製造後、例えば上記の溶解工程（２０）に関して記載される方法で材料を均質化することができる。適切な急速冷却により、任意の第２相粒子の析出を抑制／制限することができ、それにより本質的に第２相粒子を全く含まないｆｃｃ固溶体材料、即ち本質的にｆｃｃ固溶体構造からなる材料を実現することができる。

本明細書で説明した新技術の様々な実施形態を詳細に説明したが、これらの実施形態の変更及び適合が当業者には想到するであろうことは明らかである。しかしながら、このような変更及び適応は、現在開示されている技術の趣旨及び範囲内にあることは明白に理解されたい。

Claims

４．４〜１１．４重量％のＡｌ、
４．９〜４２．２重量％のＣｏ、
４．６〜２８．９重量％のＦｅ、
４４．１〜８６．１重量％のＮｉ、を含み、
残部が任意の付随元素及び不純物である組成物。
前記付随元素は、最大０．１５重量％のＣ、最大０．１５重量％のＢ、最大０．５重量％のＨｆ、及び最大０．５重量％のＺｒを含む、請求項１に記載の組成物。
前記組成物は、４．９〜１８．２重量％のＣｏ、４．６〜１７．３重量％のＦｅ、及び５７．４〜８６．１重量％のＮｉを含む、請求項１に記載の組成物。
前記組成物は、６．８〜１１．４重量％のＡｌ、４．９〜１２．５重量％のＣｏ、４．８〜１７．３重量％のＦｅ、及び６４．１〜８３．５重量％のＮｉを含む、請求項１に記載の組成物。
前記組成物は、４．８〜１０．４重量％のＡｌ、５．４〜３８．３重量％のＣｏ、５．１〜２６．３重量％のＦｅ、及び４９．０〜８１．９重量％のＮｉを含む、請求項１に記載の組成物。
前記組成物は、５．４〜１６．５重量％のＣｏ、５．１〜１５．７重量％のＦｅ、及び６３．８〜８１．９重量％のＮｉを含む、請求項５に記載の組成物。
前記組成物は、７．５〜１０．４重量％のＡｌ、５．５〜１１．３重量％のＣｏ、５．３〜１５．７重量％のＦｅ、及び７１．２〜７８．７重量％のＮｉを含む、請求項１に記載の組成物。
請求項１〜７に記載の前記組成物のいずれかを含む合金本体。
前記合金本体は、航空宇宙又は自動車部品の形態である、請求項８に記載の合金本体。
前記航空宇宙又は自動車部品はタービンである、請求項９に記載の航空宇宙部品。
前記合金本体は、密度、延性、強度、破壊靭性、耐酸化性、耐疲労性、耐クリープ性及び耐高温性のうちの少なくとも２つの改善された組み合わせを含む、請求項８に記載の合金本体。
前記合金本体は、インゴットの形態である、請求項８に記載の合金本体。
前記合金本体は、圧延製品の形態である、請求項８に記載の合金本体。
前記合金本体は、押出品の形態である、請求項８に記載の合金本体。
前記合金本体は、鍛造品の形態である、請求項８に記載の合金本体。
前記合金本体は、形状キャスティング品の形態である、請求項８に記載の合金本体。
前記合金本体は、付加製造された製品の形態である、請求項８に記載の合金本体。
（ａ）付加製造装置において原料を使用する工程であって、前記原料は、
４．４〜１１．４重量％のＡｌ、
４．９〜４２．２重量％のＣｏ、
４．６〜２８．９重量％のＦｅ、
４４．１〜８６．１重量％のＮｉ、を含む、原料を使用する工程と、
（ｂ）前記原料を使用して前記付加製造装置内で金属製品を製造する工程と、を含む、方法。
前記原料は粉末原料を含み、前記方法は、
（ａ）前記粉末原料の金属粉末を床に分散させ、及び／又は前記粉末原料の金属粉末を基材へ向かって、又は基材上へ噴霧する工程と、
（ｂ）前記金属粉末の一部をその液相線温度を超えて選択的に加熱して、それにより溶融プールを形成する工程と、
（ｃ）前記溶融プールを冷却し、それにより前記金属製品の一部を形成する工程であって、前記冷却する工程は、少なくとも１００℃／秒の冷却速度で冷却する工程を含む、形成する工程と、
（ｄ）前記金属製品が完成するまで工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返す工程であって、前記金属製品が金属マトリックスを含み、前記Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉが前記マトリックスを構成する、繰り返す工程と、を含む、請求項１８に記載の方法。
前記加熱する工程は放射線源による加熱することを含み、前記冷却速度は少なくとも１０００℃／秒である、請求項１９に記載の方法。
前記原料はワイヤ原料を含み、前記方法は、
（ａ）放射線源を使用してワイヤ原料の液相線点を超えて前記ワイヤ原料を加熱し、それにより溶融プールを形成する工程であって、前記溶融プールがＡｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉを含む、形成する工程と、
（ｂ）前記溶融プールを少なくとも１０００℃／秒の冷却速度で冷却する工程と、
（ｃ）前記金属製品が完成するまで工程（ａ）〜（ｂ）を繰り返す工程であって、前記金属製品が金属マトリックスを含み、前記Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉが前記マトリックスを構成する、繰り返す工程と、を含む、請求項１８に記載の方法。
前記冷却速度は少なくとも１つの析出相を形成するのに十分である、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１つの析出相はＬ１_２及びＢ２のうちの少なくとも１つを含む、請求項２２に記載の方法。
前記金属製品は少なくとも０．５体積％の前記析出相を含む、請求項２２又は２３のいずれか一項に記載の方法。
前記付加製造装置はバインダージェッティング装置を含む、請求項１８に記載の方法。
前記付加製造装置は指向性エネルギー堆積装置である、請求項１８に記載の方法。
前記指向性エネルギー堆積装置は電子ビーム装置又はプラズマアーク装置を備える、請求項２６に記載の方法。
前記金属製品を加工する工程を含む、請求項１８に記載の方法。
前記金属製品は、最終付加製造された本体であり、前記加工する工程は前記最終付加製造された本体の加工である、請求項２８に記載の方法。
前記製造する工程は、
前記原料を使用して前記金属製品の一部を第１に製造する工程と、
前記原料を使用して前記金属製品の別の部分を第２に製造する工程と、を含み、
前記加工する工程は、少なくとも前記第１に又は第２に製造する工程の後に行われる、請求項２８に記載の方法。
前記加工する工程は、前記第１に製造する工程と前記第２に製造する工程との間に行われる、請求項３０に記載の方法。
前記加工する工程は熱間静水圧プレスを含む、請求項２８〜３１のいずれか一項に記載の方法。
前記加工する工程は、圧延、鍛造、及び押出のうちの１つ又は複数を含む、請求項２８〜３１のいずれか一項に記載の方法。