JP2019516012A - アルミニウム、コバルト、クロム、及びニッケルのｆｃｃ材料、ならびにそれから作製される製品 - Google Patents

Abstract

本開示は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉを含む新規材料に関する。新規材料は、その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。新規材料は、少なくとも１つの析出相を含むことができ、少なくとも１０００℃のソルバス温度を有することができる。新規材料は、２．２〜８．６ｗｔ％のＡｌ、４．９〜６５．０ｗｔ％のＣｏ、４．３〜４２．０ｗｔ％のＣｒ、及び４．８〜８８．６ｗｔ％のＮｉを含むことができる。一実施形態においては、析出物は、Ｌ１２相、Ｂ２相、シグマ相、ｂｃｃ相、及びそれらの組合せからなる群から選択される。新規合金は、高温特性の改良を実現することができる。【選択図】図２ａ

Description

ＩＮＣＯＮＥＬ６２５は、６１ｗｔ％のＮｉ、２１．５ｗｔ％のＣｒ、９ｗｔ％のＭｏ、及び３．６ｗｔ％の（Ｎｂ＋Ｔａ）の組成式を有するニッケル系合金である。ＩＮＣＯＮＥＬ６２５は、極低温から９８０℃まで高い強度及び靱性を有し、良好な耐酸化性、疲労強度、及び耐食性を有する。

概して、本特許出願は、新規アルミニウム−コバルト−クロム−ニッケル材料（「新規材料」）であって、その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材料に関する。新規材料は、少なくとも１つの析出相を含むことができ、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、高温での材料の強度及び熱安定性を示すものである。一般に、ソルバス温度が高いと、高温での強度及び熱安定性が高い。新規材料は、２．２〜８．６ｗｔ％のＡｌ、４．９〜６５．０ｗｔ％のＣｏ、４．３〜４２．０ｗｔ％のＣｒ、及び４．８〜８８．６ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。一実施形態においては、析出物は、Ｌ１_２相、Ｂ２相、シグマ相、ｂｃｃ相、及びそれらの組合せからなる群から選択される。析出相は、固体状態変態プロセスによって形成してもよい。１つの特定のアプローチにおいては、新規材料は、任意の付随的元素及び不可避不純物を考慮して、２．４〜７．８ｗｔ％のＡｌ、５．５〜５９．１ｗｔ％のＣｏ、４．８〜３８．２ｗｔ％のＣｒ、及び５．３〜８２．２ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。新規材料に関する他の態様、アプローチ、及び実施形態は、以下で詳細に説明する。

図１は、ｂｃｃ、ｆｃｃ、及びｈｃｐ単位格子の概略図である。

図２ａは、本発明の合金の非限定的実施例を黒丸で示している３成分組成図である。

図２ｂは、本発明の合金の非限定的実施例を黒丸で示している、１セットの２成分組成図である。

図３は、新規材料を作製する方法の一実施形態のフローチャートである。

図４は、１種以上の析出物を含むｆｃｃ固溶体構造を有する展伸製品を得る方法の一実施形態のフローチャートである。

上述のように、本特許出願は、新規アルミニウム−コバルト−クロム−ニッケル材料（「新規材料」）であって、その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材料に関する。当業者に公知のように、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個の角の各々における原子と、立方体の各面上の１つの原子とを有する。角の原子の各々は別の立方体の角であるので、角の原子は８個の単位格子間で共有され、面の原子は２個の単位格子で共有される。

本明細書に記載されている独特の組成に起因して、新規材料は、その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。新規材料は、高い液相線温度及び狭い平衡凍結範囲（例えば、凝固中のミクロ偏析を制限するため）も有することができ、これにより新規材料は、従来のインゴット加工、ならびに粉末冶金、成形鋳造、付加製造、及びこれらの組合せ（ハイブリッド加工）による作製に好適となる。新規材料は、高温用途において使用することができる。

新規材料は概してｆｃｃ結晶構造を有し、２．２〜８．６ｗｔ％のＡｌ、４．９〜６５．０ｗｔ％のＣｏ、４．３〜４２．０ｗｔ％のＣｒ、及び４．８〜８８．６ｗｔ％のＮｉ（「合金元素」）を含み、この材料は、ｆｃｃ固溶体構造を実現するのに充分な量のＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉを含む。この材料は、付随的元素及び不可避不純物を考慮して、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉからなってもよい。本明細書において使用する場合、「付随的元素」としては、合金で使用することができる粒界調整剤（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｍｏｄｉｆｉｅｒ）、鋳造助剤、及び／または結晶粒構造制御材料、例えば炭素、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウムなどが挙げられる。例えば、炭素、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウムなどのうちの１つ以上を、粒界の調整をもたらすのに充分な量で添加してもよい。添加する量は、例えば金属間化合物の形成などにより、材料の特性を不適切に低下させることなく、粒界の調整をもたらすのに充分な量に制限するべきである。非限定的な一例として、最大０．１５ｗｔ％のＣ、最大０．１５ｗｔ％のＢ、最大０．５ｗｔ％のＨｆ、及び最大０．５ｗｔ％のＺｒを材料に添加してもよいが、但し添加する量は、材料の特性の不適切な低下をもたらさない量である。新規材料の様々な組成の実施形態を図２ａ〜図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〜図２ｂの合金の一部に相当し、本特許出願に従って有用な種類の合金の非限定的な例である。合金１〜２はティアー(Tier)１合金であり、合金３〜６はティアー２合金であり、合金７〜１０はティアー３合金であり、残りの合金はティアー４合金である。

１つのアプローチにおいては、新規材料は、少なくとも１つの析出相を含むことができ、少なくとも１０００℃のソルバス温度を有することができる。このアプローチにおいては、新規材料は、２．２〜８．６ｗｔ％のＡｌ、４．９〜６５．０ｗｔ％のＣｏ、４．３〜４２．０ｗｔ％のＣｒ、及び４．８〜８８．６ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。一実施形態においては、析出物は、Ｌ１_２相、Ｂ２相、シグマ相、ｂｃｃ相、及びそれらの組合せからなる群から選択される。析出相は、固体状態析出中に形成してもよい。１つの特定のアプローチにおいては、新規材料は、２．４〜７．８ｗｔ％のＡｌ、５．５〜５９．１ｗｔ％のＣｏ、４．８〜３８．２ｗｔ％のＣｒ、及び５．３〜８２．２ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。

１つのアプローチにおいては、新規材料は、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、少なくとも１つの析出相は優先的にはＬ１_２相である。このアプローチにおいては、新規材料は、６．７〜８．５ｗｔ％のＡｌ、４．９〜２４．４ｗｔ％のＣｏ、４．３〜１６．２ｗｔ％のＣｒ、及び５４．４〜８４．１ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。１つの特定のアプローチにおいては、新規材料は、７．５〜７．７ｗｔ％のＡｌ、５．５〜２２．２ｗｔ％のＣｏ、４．８〜１４．８ｗｔ％のＣｒ、及び６０．５〜８２．２ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。

１つのアプローチにおいては、新規材料は、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、及び３００℃以下の材料の非平衡凍結範囲を有し、少なくとも１つの析出相は優先的にはＬ１_２相である。このアプローチにおいては、新規材料は、６．８〜８．５ｗｔ％のＡｌ、４．９〜２４．４ｗｔ％のＣｏ、８．７〜１６．２ｗｔ％のＣｒ、及び５４．４〜７９．６ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。一実施形態においては、析出物はＬ１_２相である。１つの特定のアプローチにおいては、新規材料は、７．５〜７．７ｗｔ％のＡｌ、５．５〜２２．２ｗｔ％のＣｏ、９．７〜１４．８ｗｔ％のＣｒ、及び６０．５〜７７．３ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。Ｌ１_２相（及び／または他の硬化相）は、固体状態析出中に形成してもよい。一実施形態においては、この材料の非平衡凍結範囲は２５０℃以下である。別の実施形態においては、この材料の非平衡凍結範囲は２００℃以下である。別の実施形態においては、この材料の非平衡凍結範囲は１５０℃以下である。別の実施形態においては、この材料の非平衡凍結範囲は１００℃以下である。別の実施形態においては、この材料の非平衡凍結範囲は８０℃以下である。

１つのアプローチにおいては、新規材料は、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、及び７０℃以下の材料の非平衡凍結範囲を有し、少なくとも１つの析出相は優先的にはＬ１_２相である。このアプローチにおいては、新規材料は、６．８〜８．５ｗｔ％のＡｌ、５．０〜１２．３ｗｔ％のＣｏ、１３．２〜１６．２ｗｔ％のＣｒ、及び５９．８〜７５．０ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。一実施形態においては、析出物はＬ１_２相である。１つの特定のアプローチにおいては、新規材料は、７．５〜７．７ｗｔ％のＡｌ、５．５〜１１．２ｗｔ％のＣｏ、１４．６〜１４．８ｗｔ％のＣｒ、及び６６．５〜７２．４ｗｔ％のＮｉを含んでもよい。Ｌ１_２相（及び／または他の硬化相）は、固体状態析出中に形成してもよい。

１つのアプローチにおいて、またこれより図３を参照すると、新規材料を作製する方法は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉを含み且つ上記の組成の範囲内の混合物を、混合物の液相線温度超に加熱して、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超から固相線温度未満まで冷却する工程（２００）であって、冷却により、混合物はｆｃｃ（面心立方）固溶体構造（ミクロ偏析により他の相を含む可能性がある）を有する固体生成物を形成し、混合物が、ｆｃｃ固溶体構造を実現するのに充分な量のＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉを含む、冷却する工程と、固体生成物を混合物の析出相のソルバス温度未満に冷却して、これにより固体生成物のｆｃｃ固溶体構造内に析出相を形成する工程（３００）であって、混合物が、ｆｃｃ固溶体構造内に析出相を実現するのに充分な量のＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉを含む、冷却する工程とを含む。一実施形態においては、ｆｃｃ固溶体は、液体から形成する第１の相である。

一実施形態においては、材料の制御された冷却を使用して、適切な最終製品の実現を円滑化する。例えば、方法は、混合物を周囲温度に冷却する工程（４００）を含んでもよく、方法は、工程（４００）の終了時に、すなわち周囲温度に達したときに亀裂のないインゴットが実現されるように、少なくとも冷却する工程（３００）及び（４００）中に冷却速度を制御することを含んでもよい。制御された冷却は、例えば適切な水冷式鋳型を使用することによって行ってもよい。

本明細書において使用する場合、「インゴット」とは、任意の形状の鋳造製品を意味する。用語「インゴット」にはビレットが含まれる。本明細書において使用する場合、「亀裂のないインゴット」とは、二次加工インゴットとして使用することができるように充分に亀裂がないインゴットを意味する。本明細書において使用する場合、「二次加工インゴット」とは、その後の最終製品への加工に好適なインゴットを意味する。その後の加工は、例えば、圧延、鍛造、押出しのうちのいずれかによる熱間加工及び／または冷間加工、ならびに圧縮及び／または伸ばしによる応力除去を含んでもよい。

一実施形態においては、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、材料から最終展伸製品を得ることができる。例えば、またこれより図３〜図４を参照すると、上記の図３の工程（１００）〜（４００）は、結果として上記の亀裂のないインゴットをもたらす、図４に示す鋳造する工程（１０）とみなすことができる。他の実施形態においては、亀裂のない製品は、例えば成形鋳造、付加製造、または粉末冶金によって作製される亀裂のない予備形成物としてもよい。いずれの場合においても、亀裂のない製品をさらに加工して、任意選択で１つ以上の析出相を含むｆｃｃ固溶体構造を有する展伸最終製品を得ることができる。このさらなる加工は、以下に記載する溶解する工程（２０）及び加工する工程（３０）の任意の組合せを必要に応じて含んで、最終製品形成物を得ることができる。最終製品形成物が実現したら、材料を析出硬化（４０）させて、強化析出物を生じさせることができる。最終製品形成物は、例えば圧延製品、押出し製品、または鍛造製品としてもよい。

引き続き図４を参照すると、鋳造する工程（１０）の結果として、インゴットはいくつかの第２の相の粒子を含んでもよい。したがって、方法は、１つ以上の溶解する工程（２０）を含んでもよく、この工程では、インゴット、中間製品形成物、及び／または最終製品形成物を、該当する析出物のソルバス温度超、但し材料の固相線温度未満に加熱し、それにより第２の相の粒子の一部または全てを溶解する。溶解する工程（２０）は、該当する第２の相の粒子を溶解するのに充分な時間、材料を浸漬することを含んでもよい。浸漬後、後に続く加工のために材料を周囲温度に冷却してもよい。あるいは、浸漬後、加工する工程（３０）によってすぐに熱間加工してもよい。

加工する工程（３０）では、概して、インゴット及び／または中間製品形成物を熱間加工すること及び／または冷間加工することを行う。熱間加工すること及び／または冷間加工することは、例えば材料の圧延、押出し、または鍛造を含んでもよい。加工すること（３０）は、任意の溶解する工程（２０）の前及び／または後に行ってもよい。例えば、溶解する工程（２０）の終了後、材料を周囲温度に放冷し、次いで熱間加工に適切な温度に再加熱してもよい。あるいは、材料を周囲温度付近で冷間加工してもよい。一部の実施形態においては、材料を熱間加工し、周囲温度に冷却し、次いで冷間加工してもよい。さらに他の実施形態においては、溶解する工程（２０）の浸漬の後に熱間加工を開始してもよく、そうすれば熱間加工のために製品を再加熱する必要がなくなる。

加工する工程（３０）は、第２の相の粒子の析出をもたらすことがある。これに関して、加工後の溶解する工程（２０）を任意の数、必要に応じて用いて、加工する工程（３０）に起因して形成した可能性のある第２の相の粒子の一部または全てを溶解することができる。

任意の適切な溶解する工程（２０）及び加工する工程（３０）の後、最終製品形成物は析出硬化（４０）させてもよい。析出硬化させること（４０）は、最終製品形成物を、加工に起因して析出した少なくとも一部の第２の相の粒子を溶解するのに充分な時間、該当する析出物のソルバス温度超に加熱することと、次いで最終製品形成物を、該当する析出物のソルバス温度未満に急冷し、それにより析出物粒子を形成することとを含んでもよい。析出硬化させること（４０）は、強化析出物を形成するのに充分な時間、製品を目標温度で維持することと、次いで製品を周囲温度に冷却して、それにより強化析出物を有する最終時効製品を実現することとをさらに含むことになる。一実施形態においては、最終時効製品は、≧０．５ｖｏｌ％の強化析出物を含有する。強化析出物は、ｆｃｃ固溶体構造のマトリックス内に好ましくは位置し、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。

新規材料の構造及び組成に起因して、新規材料は、改良された特性の組合せ、例えば、特に密度、延性、強度、破壊靱性、耐酸化性、耐疲労性、耐クリープ性、及び高温耐性のうちの少なくとも２つの改良された組合せを実現することができる。したがって、新規材料は様々な用途で使用することができ、例えば２〜３例を挙げると、自動車（乗用車、トラック、及び任意の他の地上の車）及び航空宇宙工業において用いられる高温用途で使用することができる。例えば、新規材料は、エンジンにおけるタービン部品または他の高温用途としての適用性を見出すことができる。他の部品としては、エンジンのブレード、ディスク、ベーン、リング、及びケースが挙げられる。一実施形態においては、新規材料は、６００℃〜１０００℃、またはそれ以上の温度での作動を必要とする用途で使用される。

上記の新規ｆｃｃ材料は、成形鋳造製品または予備形成物の作製にも使用することができる。成形鋳造製品は、鋳造プロセス後に最終のまたはほぼ最終の製品形成物を得ることができる製品である。新規材料は、任意の所望の形状に成形鋳造してもよい。一実施形態においては、新規材料は、自動車部品または航空宇宙用部品に成形鋳造する（例えば、エンジン部品に成形鋳造する）。鋳造後、成形鋳造製品を、上記の任意の適切な溶解する工程（２０）または析出硬化する工程（４０）に付してもよい。一実施形態においては、成形鋳造製品は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉから本質的になり、上記の組成の範囲内である。一実施形態においては、成形鋳造製品は、≧０．５ｖｏｌ％の強化析出物を含む。

本特許出願は、概して、上に挙げた析出相のうちの１つ以上を有するｆｃｃマトリックス合金材料に関して記載してきたが、他の硬化相を新規ｆｃｃマトリックス合金材料に適用可能とすることもでき、そのような硬化相（整合または非整合）は全て本明細書に記載するｆｃｃ合金材料での有用性を見出すことができることを理解するべきである。

＜新規ｆｃｃ材料の付加製造＞
上記の新規材料を付加製造によって製造することも可能である。本明細書において使用する場合、「付加製造」とは、ＡＳＴＭ Ｆ２７９２−１２ａ、タイトル「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ａｄｄｉｔｉｖｅｌｙ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ」において規定されているように、「除去製造法とは反対である、材料を接合して３Ｄモデルデータから（通常は積層して）物体を作製するプロセス」を意味する。新規材料は、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、特にバインダージェット、指向性エネルギー堆積、材料押出し、材料ジェット、粉末床溶融結合、またはシート積層によって製造してもよい。

一実施形態においては、付加製造プロセスは、１種以上の粉末の連続した層を堆積することと、次いで粉末を選択的に溶融及び／または焼結して、層ごとに、付加製造体（製品）を作製することとを含む。一実施形態においては、付加製造プロセスは、特に選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、及び電子ビーム溶融（ＥＢＭ）のうちの１つ以上を使用する。一実施形態においては、付加製造プロセスでは、ＥＯＳ ＧｍｂＨ（Ｒｏｂｅｒｔ−Ｓｔｉｒｌｉｎｇ−Ｒｉｎｇ １，８２１５２ Ｋｒａｉｌｌｉｎｇ／Ｍｕｎｉｃｈ，ドイツ）から入手可能なＥＯＳＩＮＴ Ｍ ２８０直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）付加製造システムまたは同等のシステムを使用する。

供給原料の一例として、合金元素及び任意の任意選択の付随的元素を含み（またはそれらから本質的になり）且つ上記の組成の範囲内である粉末またはワイヤーを付加製造装置において使用して、任意選択により析出相を有するｆｃｃ固溶体構造物を含む付加製造体を作製してもよい。一部の実施形態においては、付加製造体は、亀裂のない予備形成物である。粉末を、材料の液相線温度超に選択的に加熱して、それにより、合金元素及び任意の任意選択の付随的元素を有する溶融池を形成し、その後溶融池を急速固化させてもよい。

上述のように、付加製造を使用して、例えば金属粉末床により、層ごとに、金属製品（例えば、合金製品）を作製してもよい。一実施形態においては、金属粉末床を使用して製品（例えば、個別に調整した合金製品）を作製する。本明細書において使用する場合、「金属粉末床」及び同等のものは、金属粉末を含む床を意味する。付加製造中、同じでも異なってもよい組成の粒子を溶融し（例えば、急速溶融し）、次いで（例えば、均質混合せずに）固化させてもよい。したがって、均質または不均質の微細構造を有する製品を作製してもよい。付加製造体を作製する方法の一実施形態は、（ａ）合金元素及び任意の任意選択の付随的元素を含む粉末を分散させること、（ｂ）粉末の一部分を、形成する特定の物体の液相線温度を超える温度に（例えば、レーザーにより）選択的に加熱すること、（ｃ）合金元素及び任意の任意選択の付随的元素を有する溶融池を形成すること、及び（ｄ）溶融池を毎秒少なくとも１０００℃の冷却速度で冷却することを含んでもよい。一実施形態においては、冷却速度は毎秒少なくとも１０，０００℃である。別の実施形態においては、冷却速度は毎秒少なくとも１００，０００℃である。別の実施形態においては、冷却速度は毎秒少なくとも１，０００，０００℃である。工程（ａ）〜（ｄ）は、物体が完成するまで、すなわち最終付加製造体が形成／完成するまで、必要であれば繰り返してもよい。任意選択で析出相を有するｆｃｃ固溶体構造物を含む最終付加製造体は、複合形状のものとしても、単純形状（例えば、シートまたは板の形態のもの）としてもよい。作製後または作製中、（例えば、圧延、押出し、鍛造、伸ばし、圧縮のうちの１つ以上によって）付加製造品を変形させてもよい。

新規材料の付加製造に使用する粉末は、新規材料の材料（例えば、インゴットまたは溶融物）を噴霧して、使用する付加製造プロセスに対し適切な寸法の粉末にすることによって作製してもよい。本明細書において使用する場合、「粉末」とは、複数の粒子を含む材料を意味する。粉末を粉末床で使用して、個別に調整した合金製品を付加製造により作製してもよい。一実施形態においては、付加製造プロセスを通して全体的に同じ粉末を使用して、金属製品を作製する。例えば、個別に調整した最終金属製品は、付加製造プロセス中、全体的に同じ金属粉末を使用することによって作製した単一区域／マトリックスを含んでもよい。あるいは、個別に調整した最終金属製品は、別々に作製した異なる区域を少なくとも２つ含んでもよい。一実施形態においては、異なる金属粉末床の種類を使用して、金属製品を作製してもよい。例えば、第１の金属粉末床は、第１の金属粉末を含んでもよく、第２の金属粉末床は、第１の金属粉末とは異なる第２の金属粉末を含んでもよい。第１の金属粉末床を使用して、合金製品の第１の層または部分を作製してもよく、第２の金属粉末床を使用して、合金製品の第２の層または部分を作製してもよい。本明細書において使用する場合、「粒子」とは、粉末床の粉末で使用するのに好適なサイズ（例えば、５ミクロン〜１００ミクロンのサイズ）を有する物質の微小断片を意味する。粒子は、例えば噴霧によって作製してもよい。

付加製造体は、上記の任意の適切な溶解する工程（２０）、加工する工程（３０）、及び／または析出硬化する工程（４０）に付してもよい。使用する場合、溶解する工程（２０）及び／または加工する工程（３０）は、付加製造体の中間形成物で行ってもよく、及び／または付加製造体の最終形成物で行ってもよい。使用する場合、析出硬化する工程（４０）は、概して、付加製造体の最終形成物に対して行う。一実施形態においては、付加製造体は、合金元素ならびに任意の付随的元素及び不純物から本質的になり、例えば上記の材料組成のいずれかから本質的になり、任意選択でそこに≧０．５ｖｏｌ％の析出相を有する。

別の実施形態においては、新規材料は、その後の加工用の予備形成物である。予備形成物は、インゴット、成形鋳造物、付加製造品、または粉末冶金製品としてもよい。一実施形態においては、予備形成物は、最終製品の所望の最終形状に近い形状のものであるが、予備形成物は、その後に加工して最終製品の形状を得ることを考慮するように設計する。したがって、予備形成物は、例えば鍛造、圧延、または押出しによって加工して（３０）、中間製品または最終製品を作製してもよく、その中間製品または最終製品を、上記の任意のさらなる適切な溶解する工程（２０）、加工する工程（３０）、及び／または析出硬化する工程（４０）に付して、最終製品を得てもよい。一実施形態においては、加工することは、熱間静水圧圧縮成形（ヒッピング（ｈｉｐｐｉｎｇ））して一部分を圧縮することを含む。一実施形態においては、合金予備形成物は圧縮してもよく、多孔性を減少させてもよい。一実施形態においては、ヒッピング温度は、合金予備形成物の融解開始点未満で維持する。一実施形態においては、予備形成物は、ニアネットシェイプ製品としてもよい。

１つのアプローチにおいては、電子ビーム（ＥＢ）またはプラズマアーク技術を利用して、付加製造体の少なくとも一部分を作製する。電子ビーム技術は、レーザー付加製造技術によって直ちに作製されるものよりも大きな部分の作製を容易にすることができる。一実施形態においては、方法は、直径の小さいワイヤー（例えば、直径≦２．５４ｍｍ）を、電子ビーム銃のワイヤー供給部分に供給することを含む。ワイヤーは上記の組成のものとしてもよい。電子ビーム（ＥＢ）は、形成する物体の液相線温度超にワイヤーを加熱し、その後、溶融池を急速固化（例えば、毎秒少なくとも１００℃にて）させて、堆積材料を形成する。ワイヤーは、従来のインゴットプロセスによって、または粉末固化プロセスによって、作製し得る。これらの工程は、最終製品が作製されるまで、必要であれば繰り返してもよい。プラズマアークワイヤー供給は、本明細書に開示する合金で同様に使用してもよい。一実施形態においては、示していないが、電子ビーム（ＥＢ）またはプラズマアーク付加製造装置は、複数の異なるワイヤーを、対応する複数の異なる放射線源と共に使用してもよく、ワイヤー及び放射線源の各々は、合金元素及び任意の任意選択の付随的元素を有する金属マトリックスを有する製品をもたらすように、必要に応じて供給し作動させる。

別のアプローチにおいては、方法は、（ａ）１種以上の金属粉末を、構築基材に向かってまたは構築基材上に選択的に吹き付けることと、（ｂ）金属粉末及び任意選択で構築基材を、放射線源により、形成する製品の液相線温度超に加熱して、それにより溶融池を形成することと、（ｃ）溶融池を冷却し、それにより金属製品の固体部分を形成することとを含んでもよく、冷却することは、毎秒少なくとも１００℃の冷却速度で冷却することを含む。一実施形態においては、冷却速度は毎秒少なくとも１０００℃である。別の実施形態においては、冷却速度は毎秒少なくとも１０，０００℃である。冷却する工程（ｃ）は、放射線源を溶融池から遠くに移動させることによって、及び／または溶融池を有する構築基材を放射線源から遠くに移動させることによって、行ってもよい。工程（ａ）〜（ｃ）は、金属製品が完成するまで、必要であれば繰り返してもよい。吹き付ける工程（ａ）は、１つ以上のノズルによって行ってもよく、金属粉末の組成は、合金元素及び任意の任意選択の付随的元素を有する金属マトリックスを有する個別に調整した最終金属製品をもたらすように、必要に応じて様々であってもよい。加熱されている金属粉末の組成は、どの時点においても、異なるノズルにおいて異なる粉末を使用することにより、及び／またはいずれか１つのノズルに供給している粉末の組成をリアルタイムで変化させることにより、リアルタイムで変化させることができる。ワークピースは、任意の好適な基材とすることができる。一実施形態においては、構築基材は、それ自体が金属製品（例えば、合金製品）である。

上述のように、溶接を使用して金属製品を作製してもよい（例えば、合金製品を作製してもよい）。一実施形態においては、製品は、異なる組成の複数の金属成分の形態の前駆体材料に施す溶融操作によって作製する。前駆体材料は、同時の溶融及び混合を可能にするように、互いに対して並列で与えられてもよい。一例においては、溶融は、アーク溶接中に行う。別の例においては、溶融は、付加製造中にレーザーまたは電子ビームによって行ってもよい。溶融操作は、溶融状態で混合しており、金属製品、例えば合金の形態の金属製品を形成している複数の金属成分をもたらす。前駆体材料は、複数の物理的に分離した形成物、例えば、異なる組成の金属もしくは合金の複数の細長いストランドもしくは繊維、または、第１の組成の細長いストランドもしくはチューブ、及び例えば１つ以上のクラッド層を有するチューブもしくはストランド内に含まれた、隣接する第２の組成の粉末の形態でもたらされもよい。前駆体材料は、構造物、例えば複数のストランドもしくは繊維を有する捻れたもしくは編まれたケーブルもしくはワイヤー、または外殻とその内腔に含有されている粉末とを有するチューブに形成してもよい。次いで構造物は、その一部分、例えば先端を、例えばそれを溶接電極としてまたは付加製造用の供給原料として使用することによって、溶融操作に付すように取り扱ってもよい。そのように使用する場合、構造物及びその成分の前駆体材料を、例えば連続または不連続プロセスにおいて、溶融して、付加製造用に堆積した材料の溶接ビードもしくは線もしくはドットを形成してもよい。

一実施形態においては、金属製品は、溶接体、または材料の間に挟まれ接合された充填材、または例えば同じもしくは異なる材料の２つの物体が溶接された材料、または充填材が少なくとも部分的に充填している開口を有する単一の材料の物体である。別の実施形態においては、充填材は、溶接された材料に対して組成を変化させる移行域を示し、得られる組合せは合金製品としてみなし得る。

＜ｆｃｃ固溶体構造物から本質的になる新規ｆｃｃ材料＞
上記の開示では、概して、析出相を有する新規ｆｃｃ材料をどのように作製するかについて記載しているが、ｆｃｃ固溶体構造物から本質的になるｆｃｃ材料を作製することも可能である。例えば、上記のようにインゴット、展伸体、成形鋳造物、または付加製造体を作製した後、例えば上記の溶解する工程（２０）に関して記載したように、材料を均質化してもよい。適切な急冷を用いると、任意の第２の相の粒子の析出は抑制／制限され、それにより、任意の第２の相の粒子を本質的に含まないｆｃｃ固溶体材料、すなわちｆｃｃ固溶体構造物から本質的になる材料を実現することができる。

本明細書に記載されている新しい技術の様々な実施形態を詳細に記載したが、これらの実施形態の変更及び改変が当業者に行われることになることは明らかである。しかしながら、このような変更及び改変が本開示の技術の趣旨及び範囲内であることは明白に理解されるべきである。

Claims (35)

1. ２．２〜８．６ｗｔ％のＡｌ；
   ４．９〜６５．０ｗｔ％のＣｏ；
   ４．３〜４２．０ｗｔ％のＣｒ；及び
   ４．８〜８８．６ｗｔ％のＮｉ
   を含み、残部が任意の任意選択の付随的元素及び不純物である、組成物。
2. 前記付随的元素が、最大０．１５ｗｔ％のＣ、最大０．１５ｗｔ％のＢ、最大０．５ｗｔ％のＨｆ、及び最大０．５ｗｔ％のＺｒを含む、請求項１に記載の組成物。
3. ２．４〜７．８ｗｔ％のＡｌ、５．５〜５９．１ｗｔ％のＣｏ、４．８〜３８．２ｗｔ％のＣｒ、及び５．３〜８２．２ｗｔ％のＮｉを含む、請求項１に記載の組成物。
4. ６．７〜８．５ｗｔ％のＡｌ、４．９〜２４．４ｗｔ％のＣｏ、４．３〜１６．２ｗｔ％のＣｒ、及び５４．４〜８４．１ｗｔ％のＮｉを含む、請求項１に記載の組成物。
5. ６．８〜８．５ｗｔ％のＡｌ、４．９〜２４．４ｗｔ％のＣｏ、８．７〜１６．２ｗｔ％のＣｒ、及び５４．４〜７９．６ｗｔ％のＮｉを含む、請求項１に記載の組成物。
6. ５．０〜１２．３ｗｔ％のＣｏ、１３．２〜１６．２ｗｔ％のＣｒ、及び５９．８〜７５．０ｗｔ％のＮｉを含む、請求項５に記載の組成物。
7. ７．５〜７．７ｗｔ％のＡｌ、５．５〜２２．２ｗｔ％のＣｏ、４．８〜１４．８ｗｔ％のＣｒ、及び６０．５〜８２．２ｗｔ％のＮｉを含む、請求項１に記載の組成物。
8. ９．７〜１４．８ｗｔ％のＣｒ、及び６０．５〜７７．３ｗｔ％のＮｉを含む、請求項７に記載の組成物。
9. ５．５〜１１．２ｗｔ％のＣｏ、１４．６〜１４．８ｗｔ％のＣｒ、及び６６．５〜７２．４ｗｔ％のＮｉを含む、請求項７に記載の組成物。
10. 請求項１〜９に記載の組成物のいずれかを含む合金体。
11. 航空宇宙用部品または自動車部品の形態である、請求項１０に記載の合金体。
12. 前記航空宇宙用部品または自動車部品がタービンである、請求項１１に記載の航空宇宙用部品。
13. 密度、延性、強度、破壊靱性、耐酸化性、耐疲労性、耐クリープ性、及び高温耐性のうちの少なくとも２つの改良された組合せを含む、請求項１０に記載の合金体。
14. インゴットの形態である、請求項１０に記載の合金体。
15. 圧延品の形態である、請求項１０に記載の合金体。
16. 押出し成形品の形態である、請求項１０に記載の合金体。
17. 鍛造品の形態である、請求項１０に記載の合金体。
18. 成形鋳造物の形態である、請求項１０に記載の合金体。
19. 付加製造品の形態である、請求項１０に記載の合金体。
20. （ａ）付加製造装置において供給原料を使用することであって、前記供給原料が、
    ２．２〜８．６ｗｔ％のＡｌ；
    ４．９〜６５．０ｗｔ％のＣｏ；
    ４．３〜４２．０ｗｔ％のＣｒ；及び
    ４．８〜８８．６ｗｔ％のＮｉを含む、使用することと、
    （ｂ）前記付加製造装置において、前記供給原料を使用して金属製品を作製することと、を含む、方法。
21. 前記供給原料が粉末供給原料を含み、前記方法が、
    （ａ）前記粉末供給原料の金属粉末を床に分散させること、及び／または前記粉末供給原料の金属粉末を基材に向かってもしくは基材上に吹き付けることと、
    （ｂ）前記金属粉末の一部分をその液相線温度超に選択的に加熱し、それにより溶融池を形成することと
    （ｃ）前記溶融池を冷却し、それにより前記金属製品の一部分を形成することであって、前記冷却することが、毎秒少なくとも１００℃の冷却速度で冷却することを含む、形成することと、
    （ｄ）前記金属製品が完成するまで工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことであって、前記金属製品が金属マトリックスを含み、前記Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉが前記マトリックスを構成する、繰り返すことと、を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記加熱することが、放射線源を用いて加熱することを含み、前記冷却速度が、毎秒少なくとも１０００℃である、請求項２１に記載の方法。
23. 前記供給原料がワイヤー供給原料を含み、前記方法が、
    （ａ）放射線源を使用して、前記ワイヤー供給原料をその液相線点超に加熱し、それにより溶融池を生成することであって、前記溶融池がＡｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉを含む、生成することと、
    （ｂ）前記溶融池を毎秒少なくとも１０００℃の冷却速度で冷却することと、
    （ｃ）前記金属製品が完成するまで工程（ａ）〜（ｂ）を繰り返すことであって、前記金属製品が金属マトリックスを含み、前記Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、及びＮｉが前記マトリックスを構成する、繰り返すことと、を含む、請求項２０に記載の方法。
24. 前記冷却速度が、少なくとも１つの析出相を形成するのに充分なものである、請求項２１〜２３のいずれかに記載の方法。
25. 前記少なくとも１つの析出相が、Ｌ１_２、Ｂ２、ｂｃｃ、及びシグマのうちの少なくとも１つを含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記金属製品が、前記析出相を少なくとも０．５ｖｏｌ％含む、請求項２４または２５に記載の方法。
27. 前記付加製造装置が、バインダージェット装置を含む、請求項２０に記載の方法。
28. 前記付加製造装置が、指向性エネルギー堆積装置である、請求項２０に記載の方法。
29. 前記指向性エネルギー堆積装置が、電子ビーム装置またはプラズマアーク装置を含む、請求項２８に記載の方法。
30. 前記金属製品を加工すること、を含む、請求項２０に記載の方法。
31. 前記金属製品が、最終付加製造体であり、前記加工することが、前記最終付加製造体を加工することである、請求項３０に記載の方法。
32. 前記作製する工程が、
    前記供給原料を使用して、前記金属製品の一部分を第１に作製することと、
    前記供給原料を使用して、前記金属製品の別の一部分を第２に作製することと、を含み、
    前記加工することは、少なくとも前記第１に作製する工程または前記第２に作製する工程の後に行う、請求項３０に記載の方法。
33. 前記加工することは、前記第１に作製する工程と前記第２に作製する工程の間に行う、請求項３２に記載の方法。
34. 前記加工することが、熱間静水圧圧縮成形を含む、請求項３０〜３３のいずれかに記載の方法。
35. 前記加工することが、圧延、鍛造、及び押出しのうちの１つ以上を含む、請求項３０〜３３のいずれかに記載の方法。

Images