JP2020520413A - アルミニウム合金製部品の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、互いに重ね合わされた相次ぐ固体金属層（２０１・・・２０ｎ）の形成を含む、部品（２０）の製造方法に関しており、各層は、数値モデル（Ｍ）から定義されるパターンを描き、各層は、溶加材と呼ばれる金属（２５）の堆積によって形成され、溶加材は、エネルギー供給を受けて溶融しそれから凝固することによって前記層となり、該製造方法において、溶加材は粉末（２５）の形態をなし、エネルギービーム（３２）へのその曝露が溶融とそれに続く凝固を生じさせて固体層（２０１・・・２０ｎ）を形成し、該方法は、溶加材（２５）が次の合金元素、４％〜２０％の質量分率によるＳｉ、２％〜１５％の質量分率によるＦｅを少なくとも含むアルミニウム合金であることを特徴とする。本発明はまた、この方法によって得られる部品にも関している。本発明による付加製造法において利用される合金は、生産性が有利である方法を得ると同時に、傑出した機械的性能を有する部品を得ることを可能にする。【選択図】図１

Description

本発明の技術分野は、アルミニウム合金製部品の製造方法であり、付加製造技術を利用するものである。
８０年代以降、付加製造技術は発展した。付加製造技術は、素材の付加によって部品を成形することにあり、このことは、素材を切削することを目ざす加工技術とは逆である。付加製造は、以前はプロトタイピングに限定されていたが、今では、金属部品も含めて工業製品を大量生産するために実用化されている。
用語「付加製造」は、仏規格ＸＰ Ｅ６７−００１によると、「デジタルオブジェクトから物理オブジェクトを、素材の付加によって、層ごとに製造することを可能にする方法の全体」と定義されている。規格ＡＳＴＭ Ｆ２７９２（２０１２年１月）もまた、付加製造を定義している。規格ＩＳＯ／ＡＳＴＭ １７２９６−１において、さまざまな付加製造方式もまた定義および記述されている。国際公開第２０１５／００６４４７号において、低気孔率のアルミニウム製部品を作製するために付加製造を用いることが記述された。相次ぐ層の適用は一般的に、フィラー材と呼ばれる材料の塗付、ついでレーザービーム、電子ビーム、プラズマトーチまたはアークタイプのエネルギー源を用いた、フィラー材の溶融または焼結によって実現される。適用される付加製造方式がどうであろうと、付加される各層の厚みは、およそ数十ミクロンまたは数百ミクロンである。
付加製造手段の一つは、粉末の形状をなすフィラー材の溶融または焼結である。それはエネルギービームによる溶融または焼結であることができる。
レーザーを介した選択的焼結（選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）または直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ））の技術がとりわけ知られており、該方法において、金属粉末層または金属合金粉末層は、製造されるべき部品の上に塗付され、レーザービームからの熱エネルギーによって数値モデルにしたがって選択的に焼結される。別のタイプの金属形成方法は、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）または電子ビーム溶融（ＥＢＭ）を含み、該方法において、レーザーまたは照射される電子ビームによって供給される熱エネルギーは、金属粉末を（焼結する代わりに）選択的に溶融するために利用され、金属粉末は溶融と同時に冷却そして凝固する。
レーザー溶融堆積（ＬＭＤ）もまた知られており、該方法において、粉末は、噴射されると同時にレーザービームによって溶融される。
国際公開第２０１６／２０９６５２号は、高い機械的強度を有するアルミニウムを製造するための方法を記述しており、該方法は、ほぼ望ましい粉末サイズおよびおおよその形態のうち１つ以上を有する微粒化されたアルミニウム粉末の準備、付加製造による製品を形成するための粉末の焼結、付加製造されたアルミニウムの溶体化処理、焼入れそして時効を含む。
米国特許出願公開第２０１７／００１６０９６号明細書は、電子ビームまたはレーザービームタイプのエネルギービームへの粉末の曝露によってとりわけ得られる局所溶融による部品の製造方法を記述しており、粉末は、銅含有量が５質量％と６質量％との間に含まれ、マグネシウム含有量が２．５質量％と３．５質量％との間に含まれるアルミニウム合金から成る。
欧州特許出願公開第２７９６２２９号明細書は、分散によって強化されるアルミニウム金属合金の形成方法を開示しており、該方法は、分散によって強化されるミクロ組織を獲得しうるアルミニウム合金組成物を粉末の形で得る工程、該合金の該組成物を有する粉末の一部に低密度エネルギーを持つレーザービームを向ける工程、粉末状合金組成物の一部からレーザービームを取り去る工程、そして粉末状合金組成物の一部を１秒につきおよそ１０６℃以上の速度で冷却する工程を含み、分散によって強化されたアルミニウム金属合金をこのように形成する。方法は、次の式ＡｌｃｏｍｐＦｅａＳｉｂＸｃにしたがった組成を有する合金にとりわけ適合しており、該式において、Ｘは、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＮｂおよびＴａからなるグループの中で選択される少なくとも１つの元素を示し、《ａ》は２．０〜７．５原子％に及び、《ｂ》は０．５〜３．０原子％に及び、《ｃ》は０．０５〜３．５原子％に及び、また補充物はアルミニウムおよび偶発的な不純物であり、比率[Ｆｅ＋Ｓｉ]／Ｓｉがおよそ２．０：１から５．０：１の範囲内に位置することを条件とする。
欧州特許出願公開第３０２６１３５号明細書は、アルミニウムおよびケイ素８７〜９９重量部、銅０．２５〜０．４重量部、ならびにＭｇ、ＮｉおよびＴｉのうちの少なくとも２つの元素の組合せ０．１５〜０．３５重量部を含む鋳造合金を記述している。この鋳造合金は、不活性ガスによって噴霧されて粉末を形成するのに適合しており、粉末は、レーザーによる付加製造によってオブジェクトを形成するために利用され、オブジェクトはそのあとで時効処理を受ける。
米国特許出願公開第２０１６／０１３８４００号明細書は、鉄３〜１２重量％、バナジウム０．１〜３重量％、ケイ素０．１〜３重量％、および銅１〜６重量％を含み、残りはアルミニウムおよび不純物である、付加製造技術に適合した合金を記述している。
刊行物「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉ ｈｅａｔ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、第３０巻、Ｎｏ．１０、２０１５年５月２８日は、重量％でＡｌ−８．５Ｆｅ−１．３Ｖ−１．７Ｓｉの組成の耐熱部品のＳＬＭによる製造を記述している。
刊行物「Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｍｅｌｔｉｎｇ」、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａ６５９（２０１６年）２０７−２１４は、ＥＢＭによって得られた、前の論文中と同じ合金の部品を記述している。
国際公開第２０１５／００６４４７号 国際公開第２０１６／２０９６５２号 米国特許出願公開第２０１７／００１６０９６号明細書 欧州特許出願公開第２７９６２２９号明細書 欧州特許出願公開第３０２６１３５号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０１３８４００号明細書
「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉ ｈｅａｔ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、第３０巻、Ｎｏ．１０、２０１５年５月２８日 「Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｍｅｌｔｉｎｇ」、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａ６５９（２０１６年）２０７−２１４
付加製造によって得られるアルミニウム部品の機械的性質は、溶加材を形成する合金、またより具体的にはその組成、付加製造法のパラメータ、ならびに適用される熱処理に依る。発明者らは、生産性が有利である方法を得ると同時に、付加製造法において利用されると傑出した機械的性能を有する部品を得ることを可能にする、合金の組成を決定した。とりわけ、得られる部品は、例えば気孔率および／または硬さという観点から、先行技術（とりわけ８００９合金）と比べて同等のさらには改善された特性を有する。同様に、本発明のおかげで、方法は最適化され、また生産性は向上する。例えば、先行技術の合金とりわけ８００９合金を用いて可能であることとの比較において、本発明による合金の利用の際にエネルギー密度を低下させることおよび／または速度を増大させることが可能である。
本発明の第一の対象は、互いに重ね合わされた相次ぐ固体金属層の形成を含む、部品の製造方法であり、各層は、数値モデルから定義されるパターンを描き、各層は、溶加材と呼ばれる金属の堆積によって形成され、溶加材は、エネルギー供給を受けて溶融しそれから凝固することによって前記層となり、該製造方法において、溶加材は粉末の形態をなし、エネルギービームへのその曝露が溶融とそれに続く凝固を生じさせて固体層を形成し、該方法は、溶加材が以下の合金元素、
−４％〜２０％の質量分率によるＳｉ、
−２％〜１５％の質量分率によるＦｅ、
を少なくとも含むアルミニウム合金であることを特徴とする。
鉄を含む合金へのこのようなケイ素含有量の付加は、硬さの向上した部品およびとりわけ割れのリスクを低減させる有利な粒状構造を得ることを可能にし、このことは特定の応用例、例えば航空機製造技術にとりわけ有利である。それゆえに、ケイ素の質量分率が少なくとも５％また好ましくは少なくとも６％であることが望ましい。好ましいケイ素の最大質量分率は、１５％さらには１３％である。好ましい鉄の最小質量分率は、３％またさらに好ましくは６％である。好ましい鉄の最大質量分率は１２％である。
合金はまた以下、
−０．１％〜５％、好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＭｎ、
−０．０１％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＴｉ、
−０．１％〜５％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＶ、
−０．０５％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＺｒ、
−０．０５％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＣｒ、
−０．０５％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＨｆ、
の中で選択される少なくとも１つの元素、さらには少なくとも２つの元素あるいはまた少なくとも３つの元素を有することもできる。
これらの元素は、薄い金属間化合物または分散質の形成に至らせて、得られる材料の硬さを増加させることを可能にすることができる。
合金はまた以下、
−０．１〜１％の質量分率によるＡｇ、
−０．１〜２％、好ましくは０．５〜１．２％の質量分率によるＬｉ、
−０．１〜１％の質量分率によるＺｎ、
の中で選択される少なくとも１つの元素、さらには少なくとも２つの元素あるいはまた少なくとも３つの元素を有することもできる。
元素Ａｇ、ＺｎおよびＬｉは、析出硬化によってまたは固溶体の性質へのそれらの作用によって、材料の強度に影響を及ぼすことができる。
合金はまた、０．１〜７％また好ましくは０．５〜５％の質量分率によるＭｇを有することもできる。
任意に、より多くの薄い金属間化合物または分散質を形成するように、少なくとも０．１％また多くて５％、好ましくは多くて３％、またさらに好ましくは多くて２％の質量分率を有するＷ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｅｒの中で選択される少なくとも１つの元素を付加することができる。
任意に、より多くの薄い金属間化合物または分散質を形成するように、少なくとも０．１％また多くて７％、有利には少なくとも３％またさらに好ましくは少なくとも４％の質量分率を有するＣｏおよびＮｉの中で選択される少なくとも１つの元素を付加することもまたできる。
任意に、少なくとも０．１％また多くて１２％、好ましくは多くて６％、さらに好ましくは多くて３％、またさらに好ましくは多くて２％の質量分率を有するＬａ、Ｃｅまたはミッシュメタルの中で選択される少なくとも１つの元素を付加することができる。
任意に、少なくとも０．０１％また多くて１％、また好ましくは少なくとも０．０５％また多くて０．８％の質量分率を有するＢｉ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｂ、ＰおよびＢの中で選択される少なくとも１つの元素を付加することができる。しかしながら一実施形態においてＢｉの付加は回避され、好ましい質量分率はその場合０．０５％未満、また好ましくは０．０１％未満である。
材料は、０．０５％すなわち５００ｐｐｍ未満の、他の元素または不純物の質量分率を有する。他の元素または不純物の累積質量分率は、０．１５％未満である。
材料の残部は、それがアルミニウム合金であるからアルミニウムである。
本発明の好ましい一実施形態において、アルミニウム合金は、質量分率で、少なくとも５％また多くて８％また好ましくは少なくとも６％また多くて７％のＳｉ、少なくとも６％また多くて１０％また好ましくは少なくとも８％また多くて９％のＦｅ、少なくとも１％また多くて１．５％また好ましくは少なくとも１．１％また多くて１．４％のＶ、および多くて０．５％また好ましくは少なくとも０．０５％また多くて０．３％のＭｎ、０．０５％未満の他の元素または不純物で構成され、他の元素または不純物の累積質量分率は、０．１５％未満であり、残りはアルミニウムである。
一実施形態によると、該方法は、層の形成の後に、以下を含み得る。
−溶体化処理、それに続く焼入れおよび時効、または
−典型的には少なくとも１００℃また高くて４００℃の温度での熱処理、
−および／または熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）。
熱処理はとりわけ、残留応力の測定および／または硬化相の追加の析出を可能にすることができる。
ＨＩＰ処理はとりわけ、伸び特性および疲労特性を向上させることを可能にすることができる。熱間等方圧加圧は、熱処理の前、後または代わりに行われることができる。
有利には、熱間等方圧加圧は、２５０℃〜５５０℃また好ましくは３００℃〜４５０℃の温度および５００〜３０００バールの圧力で、０．５〜１０時間の継続時間の間行われる。
熱処理および／または熱間等方圧加圧はとりわけ、得られる製品の硬さを増加させることを可能にする。
時効硬化型合金に適合した別の実施形態によると、溶体化処理とそれに続く形成された部品の焼入れおよび時効、および／または熱間等方圧加圧を行うことができる。熱間等方圧加圧はこの場合有利には、溶体化処理の代わりとなり得る。本発明による方法はしかしながら、溶体化処理とそれに続く焼入れの処理を特に必要としないため、有利である。溶体化処理は、薄い金属間化合物または分散質の増大に関与することから、特定のケースにおいて機械的強度への不利な影響を及ぼし得る。
一実施形態によると、本発明による方法はそのうえ任意に、加工処理、および／または化学的表面処理、電気化学的表面処理もしくは機械的表面処理、および／またはトライボ仕上げを含む。これらの処理はとりわけ、粗さを減らすおよび／または耐腐食性を向上させるおよび／または耐疲労亀裂発生を向上させるために行われ得る。
任意に、例えば付加製造の後かつ／または熱処理の前に、部品の機械的変形を施すことが可能である。
本発明の第２の対象は、本発明の第１の対象による方法によって得られる金属部品である。
本発明の第３の対象は、粉末であって、該粉末は以下の合金元素、
−４％〜２０％の質量分率によるＳｉ、
−２％〜１５％の質量分率によるＦｅ、
を少なくとも含むアルミニウム合金を含み、好ましくは該合金から成る。
本発明による粉末のアルミニウム合金はまた以下も含み得る。
・任意に以下、
−０．１％〜５％、好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＭｎ、
−０．０１％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＴｉ、
−０．１％〜５％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＶ、
−０．０５％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＺｒ、
−０．０５％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＣｒ、
−０．０５％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＨｆ、
の中で選択される少なくとも１つの元素、
・任意に以下、
−０．１〜１％の質量分率によるＡｇ、
−０．１〜２％、好ましくは０．５〜１．２％の質量分率によるＬｉ、
−０．１〜１％の質量分率によるＺｎ、
の中で選択される少なくとも１つの元素、
・任意に、０．１〜７％また好ましくは０．５〜５％の質量分率による元素Ｍｇ、
・任意に以下、
−少なくとも０．１％また多くて５％好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の分率を有するＷ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｅｒ、
の中で選択される少なくとも１つの元素、
・任意に、少なくとも０．１％また多くて７％の質量分率を有するＣｏおよびＮｉの中で選択される少なくとも１つの元素、
・任意に以下、
−少なくとも０．１％また多くて１２％、好ましくは多くて６％さらに好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率を有するＬａ、Ｃｅまたはミッシュメタル、
の中で選択される少なくとも１つの元素、
・任意に以下、
−少なくとも０．０１％また多くて１％また好ましくは少なくとも０．０５％また多くて０．８％の質量分率を有するＢｉ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｂ、ＰおよびＢ、
の中で選択される少なくとも１つの元素。
本発明による粉末の材料は、０．０５％すなわち５００ｐｐｍ未満の、他の元素または不純物の質量分率を有する。他の元素または不純物の累積質量分率は、０．１５％未満である。
本発明による粉末の材料の残部は、それがアルミニウム合金であるからアルミニウムである。
本発明の好ましい一実施形態において、本発明による粉末のアルミニウム合金は、質量分率で、少なくとも５％また多くて８％また好ましくは少なくとも６％また多くて７％のＳｉ、少なくとも６％また多くて１０％また好ましくは少なくとも８％また多くて９％のＦｅ、少なくとも１％また多くて１．５％また好ましくは少なくとも１．１％また多くて１．４％のＶ、および多くて０．５％また好ましくは少なくとも０．０５％また多くて０．３％のＭｎ、０．０５％未満の他の元素または不純物で構成され、他の元素または不純物の累積質量分率は、０．１５％未満であり、残りはアルミニウムである。
他の利点および特徴は、以下にリストされる図面に示される非制限例および続いていく説明からよりはっきりと分かるようになるであろう。
ＳＬＭまたはＥＢＭタイプの付加製造法を示す概要である。 ８００９参照合金を用いて得られた粒状構造を示しており、矢印は、部品の成長方向を示している。 本発明による合金を用いて得られた粒状構造を示しており、矢印は、部品の成長方向を示している。
[発明の詳細な説明]
説明において、相反する指示がない限り、
−アルミニウム合金の呼称は、Ｔｈｅ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎによって定められた学術用語に従っており、
−化学元素の含有量は、％で示され、また質量分率を表す。
図１は、一実施形態を一般的な仕方で示しており、該実施形態において、本発明による付加製造法が実施されている。この方法によると、フィラー材２５は、本発明による合金製粉末の形態をしている。エネルギー源、例えばレーザー源または電子源３１は、エネルギービーム、例えばレーザービームまたは電子ビーム３２を発する。エネルギー源は、光学系または電磁レンズ３３によってフィラー材につながれ、ビームの動きはこうして数値モデルＭに応じて決定されることができる。エネルギービーム３２は、数値モデルＭに依存するパターンを描く、長手方向面ＸＹに沿った動きをたどる。粉末２５は、台座１０の上に堆積される。エネルギービーム３２の粉末２５との相互作用は、粉末の選択的溶融とそれに続く凝固を引き起こし、結果として層２０１・・・２０ｎの形成をもたらす。層が一つ形成されると、この層は、溶加材の粉末２５ですっかり覆われ、そして別の相が、先に作製された層に重ね合わされて形成される。一層を形成する粉末の厚みは、例えば１０〜１００μｍであり得る。この形態の付加製造は典型的には、エネルギービームがレーザービームであるとき選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）の名で知られており、該方法はこの場合有利には大気圧で実行され、またエネルギービームが電子ビームであるとき電子ビーム溶融（ＥＢＭ）の名で知られており、該方法はこの場合有利には、減圧下で、典型的には０．０１バール未満また好ましくは０．１ｍバール未満で実行される。選択的レーザー溶融の場合において、ｍｍ／ｓで表示されるレーザービームの移動速度ＶおよびＪ／ｍｍ３で表示される局所エネルギーまたはエネルギー密度Ｅは有利には、低気孔率層を得るようにＥ＞０．２Ｖ−３５のとおりであり、速度Ｖは少なくとも１８０ｍｍ／ｓである。先行技術による合金を用いた場合よりも高速でまたは低エネルギーで低気孔率層を得ることをとりわけ可能にする有利な一実施形態において、Ｅ＜０．３Ｖ＋３０であり、速度Ｖは少なくとも１８０ｍｍ／ｓである。
別の実施形態において、層は、レーザーを介した選択的焼結（選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）または直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ））によって得られ、本発明による合金粉末層は、レーザービームによって提供される熱エネルギーによって、決められた数値モデルにしたがって選択的に焼結される。
図１に示されていないさらに別の実施形態において、粉末は、噴射されると同時に一般的にレーザービームによって溶融される。この方法は、レーザー溶融堆積の名で知られている。
他の方法、とりわけ、指向性エネルギー堆積（ＤＥＤ）、直接金属堆積（ＤＭＤ）、直接レーザー堆積（ＤＬＤ）、レーザー堆積技術（ＬＤＴ）、レーザー金属堆積（ＬＭＤ）、レーザー操作型ネットシェイピング（ＬＥＮＳ）、レーザークラッディング技術（ＬＣＴ）、またはレーザーフリーフォーム製造技術（ＬＦＭＴ）の名で知られている方法を利用することができる。
一実施形態において、本発明による方法は、混成部品の作製のために利用され、混成部品は、圧延および／または押出加工および／または鋳造および／または鍛造と任意にそれに続く加工の従来の方法によって得られる部分１０、および付加製造によって得られる連帯部分２０を含む。この実施形態はまた、従来の方法によって得られる部品の修理にも適し得る。
本発明の一実施形態において、付加製造によって得られる部品の修理のために、本発明による方法を利用することもまたできる。
本発明による方法によって得られる金属部品２０は有利には、製造したままの状態で、少なくとも１６０また好ましくは少なくとも１７０あるいはまた少なくとも１８０のビッカース硬さＨＶ０．１を有する。ビッカース硬さはとりわけ、規格ＥＮ ＩＳＯ ６５０７−１（金属材料−ビッカース硬さ試験−第１部、すなわち試験方法）、ＥＮ ＩＳＯ ６５０７−２（金属材料−ビッカース硬さ試験−第２部、すなわち試験機の検定および校正）、ＥＮ ＩＳＯ ６５０７−３（金属材料−ビッカース硬さ試験−第３部、すなわち対比試験片の校正）、およびＥＮ ＩＳＯ ６５０７−４（金属材料−ビッカース硬さ試験−第４部、すなわち硬さ値の表）において記述されている方法に従うことによって決定されることができる。
本発明による粉末は、以下の特性のうちの１つを少なくとも有し得る。
−１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜６０μｍの平均粒径、
−球形。粉末の球形は例えば、モルフォグラニューロメーターを利用することによって決定されることができる、
−良好な流動性。粉末の流動性は例えば、規格ＡＳＴＭ Ｂ２１３に準じて決定されることができる、
−好ましくは０〜５体積％、より好ましくは０〜２体積％、さらにより好ましくは０〜１体積％の低気孔率。気孔率はとりわけ、走査型電子顕微鏡またはヘリウムピクノメトリー（規格ＡＳＴＭ Ｂ９２３を参照）によって決定されることができる、
−より大きい粒子に密着する、サテライト粒子と呼ばれる小さな粒子（粉末の平均サイズの１〜２０％）の量が少ないことまたはないこと（１０体積％未満、好ましくは５体積％未満）。
本発明による粉末は、液体形状もしくは固体形状の本発明による合金から従来の微粒化法によって得ることができ、または選択的に、粉末は、エネルギービームへの曝露前の１次粉末の混合によって得ることができ、１次粉末のさまざまな組成は、本発明による合金の組成に相当する平均組成を有する。
例えば酸化物もしくはＴｉＢ２粒子のような不溶性ナノ粒子または炭素ナノ粒子を、微粒化による粉末の準備の前および／または粉末の堆積の際および／または１次粉末の混合の際に付加することもまたできる。
本発明による粉末は例えば、ガス噴射による微粒化、プラズマによる微粒化、水噴射による微粒化、超音波による微粒化、遠心力による微粒化、電解および球状化、または粉砕および球状化によって得られることができる。
本発明による粉末は好ましくは、ガス噴射による微粒化によって得られる。ガス噴射による微粒化法は、ノズルを通じた溶融金属の流し込みから始まる。溶融金属は次に、窒素やアルゴンのような中性ガスの噴射によって打撃を受けて、非常に細かい水滴に微粒化され、水滴は微粒化塔の内部に落ちることによって冷却および凝固する。粉末は次に、缶の中に収集される。ガス噴射による微粒化法は、不規則な形態をもつ粉末を作り出す水噴射による微粒化とは違って、球形をもつ粉末を作り出すという利点を有する。ガス噴射による微粒化の別の利点は、とりわけ球形および粒径分布のおかげである、良好な粉末密度である。この方法のさらに別の利点は、粒径分布の優れた再生産性である。
本発明による粉末は、その製造後、とりわけその湿気を減少させるために乾燥されることができる。粉末はまた、その製造とその利用との間に包装および貯蔵されることもできる。
本発明による粉末は、以下の応用例においてとりわけ利用されることができる。
−選択的レーザー焼結（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ ＳｉｎｔｅｒｉｎｇまたはＳＬＳ）、
−直接金属レーザー焼結（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔａｌ Ｌａｓｅｒ ＳｉｎｔｅｒｉｎｇまたはＤＭＬＳ）、
−選択的加熱焼結（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｈｅａｔ ＳｉｎｔｅｒｉｎｇまたはＳＨＳ）
−選択的レーザー溶融（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ ＭｅｌｔｉｎｇまたはＳＬＭ）、
−電子ビーム溶融（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ ＭｅｌｔｉｎｇまたはＥＢＭ）、
−レーザー溶融堆積（Ｌａｓｅｒ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、
−指向性エネルギー堆積（Ｄｉｒｅｃｔ Ｅｎｅｒｇｙ ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎまたはＤＥＤ）、
−直接金属堆積（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔａｌ ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎまたはＤＭＤ）、
−直接レーザー堆積（Ｄｉｒｅｃｔ Ｌａｓｅｒ ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎまたはＤＬＤ）、
−レーザー堆積技術（Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙまたはＬＤＴ）、
−レーザー操作型ネットシェイピング（Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｎｅｔ ＳｈａｐｉｎｇまたはＬＥＮＳ）、
−レーザークラッディング技術（Ｌａｓｅｒ Ｃｌａｄｄｉｎｇ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙまたはＬＣＴ）、
−レーザーフリーフォーム製造技術（Ｌａｓｅｒ Ｆｒｅｅｆｏｒｍ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙまたはＬＦＭＴ）、
−レーザー金属堆積（Ｌａｓｅｒ Ｍｅｔａｌ ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎまたはＬＭＤ）、
−コールドスプレーコンソリデーション（Ｃｏｌｄ Ｓｐｒａｙ ＣｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎまたはＣＳＣ）、
−摩擦による付加製造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ＳｔｉｒまたはＡＦＳ）、
−通電焼結法（Ｆｉｅｌｄ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＦＡＳＴ）または放電プラズマ焼結（ｓｐａｒｋ ｐｌａｓｍａ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）、あるいは、
−慣性回転摩擦溶接（Ｉｎｅｒｔｉａ Ｒｏｔａｒｙ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ＷｅｌｄｉｎｇまたはＩＲＦＷ）。
本発明は、以下の実施例においてより詳細に記述されることになる。
本発明は、前の説明または以下の例において記述される実施形態に限定されず、本明細書に添付される請求項によって定義されるような発明の範囲内で幅広く変化することができる。
この例において、部品は、先に記述されたＳＬＭ法によって入念に作り上げられた。
８００９合金製粉末および本発明による合金製粉末が準備された。
８００９合金製粉末の粒度分析が、粒度分布測定装置Ｍａｌｖｅｒｎ２０００を使って規格ＩＳＯ１３３２に従って行われた。粉末を形成する粒子の直径に応じた体積分率の変化を描く曲線が、ガウス分布に比肩する分布を示す。ｄ１０、ｄ５０そしてｄ９０がそれぞれ、得られる分布の１０％、５０％（メジアン径）、そして９０％の分位点を表すとすると、均一度
Figure 2020520413
 ならびに標準偏差
Figure 2020520413
 を定義することができる。考慮された粉末について、σ＝４．１±０．１％およびε＝１．５±０．１％が測定された。ｄ１０、ｄ５０そしてｄ９０の値はそれぞれ３３．５μｍ、５２．３μｍ、８１．２μｍであった。
本発明による合金製粉末は、８００９合金製の粉末と、１０〜４５μｍの粒度のケイ素粉末との混合によって得られた。
製造される部品の組成は、ＩＣＰ−ＯＥＳによって決定されたものであり、また以下の表中に質量分率パーセントで示されている。
Figure 2020520413
続く試験において、レーザー源３１は、電力４００ＷのＮｄ：Ｙａｇレーザーである。
ＵＴＢＭ（ベルフォール・モンベリヤール工科大学）によって、１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍの寸法の正六面体が、この方法にしたがって、形成されたさまざまな層を積み重ねることによって形成された。
レーザー源３１のエネルギー密度Ｅおよび粉末２５に激突するビーム３２の移動速度Ｖのさまざまな条件をテストした。得られた正六面体の気孔率レベルを観察し、１〜４の指標によって結果を分類した（１は低気孔率、４は高気孔率）。エネルギー密度Ｅと方法のパラメータとの間の関係は、当業者に知られており、例えば参考文献Ｍ．Ｆｉｓｈｅｒ他「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」Ｃ ６２（２０１６年）８５２−８５９ページの方程式（２）で見出すことができる。
結果は表２中に示されている。
Figure 2020520413
上の表２によれば、本発明にしたがって利用された合金は、気孔率という観点から、８００９合金を用いて得られた結果と比べて同等のさらにはより良い結果を得ることを可能にしている。
この実施例のＳＬＭ法で、エネルギー密度／速度の多数の組合せについて、本発明にしたがって利用された合金は、８００９合金が成し得ない、低気孔率の獲得を可能にしている。０．２Ｖ−３５＜Ｅ＜０．３Ｖ＋３０について、気孔率が、本発明にしたがって利用された合金については低いが（レベル１）、一方８００９合金についてはより高い（レベル２またはそれ以上）ことがとりわけ確認される。同じエネルギー密度について、本発明にしたがって利用される合金はしたがって、より速い速度を利用することを可能にする。この段落中に記述されている方程式は、ＳＬＭ法のためにしか利用できないことになっている。エネルギー密度Ｅおよび速度Ｖの値ならびに方程式は、別の方法を用いた場合は異なるかもしれない。当業者ならば、本発明にしたがって利用される合金についてのエネルギー密度と速度との組を最適化するために、別の方法においてもエネルギー密度Ｅと速度Ｖとを適合させることができるであろう。本発明にしたがって利用される合金の利点は、該合金が、満足のゆく気孔率指標を得るためのエネルギー密度Ｅと速度Ｖとについてのより広範囲な選択肢を可能にすることである。それは満足のゆく気孔率を保ちながらも、８００９合金と比べて速度Ｖを増大させることおよび／またはエネルギー密度Ｅを減少させることをとりわけ可能にする。方法はしたがって最適化され、また生産性は向上する。
ビッカース硬さＨＶ０．１の測定が、試験８の条件において得られた部品について行われた。各部品につき６４の測定に基づいて得られた平均硬さは、本発明による部品については１８１Ｈｖ０．１であったが一方８００９合金を用いて得られた部品については１５８Ｈｖ０．１であった。
バーカーエッチング後に粒状構造が観察され、結果が図２に示されている。矢印は、部品の成長方向を示している。８００９合金を用いて得られた部品の粒状構造（図２Ａを参照）は、成長方向に平行なまた複数の層を通過する柱状粒子のエピタキシャル成長を示しており、その寸法は数ミリメートルに達し得る。この構造は、等方的でない機械的性質および気孔率の面積分率の増大に導く可能性が非常に高い。反対に、本発明による方法によって得られた粒状構造（図２Ｂを参照）は、微細であり、また複数の層を通過する柱状粒子を示していない。
１０ 台座
２０ｎ 層
２０ 金属部品
２５ フィラー材
３１ エネルギー源
３２ エネルギービーム
３３ 光学系または電磁レンズ

Claims (12)

  1. 互いに重ね合わされた相次ぐ固体金属層（２０１・・・２０ｎ）の形成を含む、部品（２０）の製造方法であって、各層が、数値モデル（Ｍ）から定義されるパターンを描き、各層が、溶加材と呼ばれる金属（２５）の堆積によって形成され、溶加材が、エネルギー供給を受けて溶融しそれから凝固することによって前記層となる製造方法であり、溶加材が粉末（２５）の形態をなし、エネルギービーム（３２）へのその曝露が溶融とそれに続く凝固を生じさせて固体層（２０１・・・２０ｎ）を形成する製造方法であって、
    該方法が、溶加材（２５）が以下の合金元素、
    −４％〜２０％の質量分率によるＳｉ、
    −２％〜１５％の質量分率によるＦｅ、
    を少なくとも含むアルミニウム合金であることを特徴とする製造方法。
  2. アルミニウム合金が以下、
    −０．１％〜５％、好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＭｎ、
    −０．０１％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＴｉ、
    −０．１％〜５％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＶ、
    −０．０５％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＺｒ、
    −０．０５％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＣｒ、
    −０．０５％〜５％、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％またさらに好ましくは多くて２％の質量分率によるＨｆ、
    の中で選択される少なくとも１つの元素を含む、請求項１に記載の方法。
  3. アルミニウム合金が以下、
    −０．１〜１％の質量分率によるＡｇ、
    −０．１〜２％、好ましくは０．５〜１．２％の質量分率によるＬｉ、
    −０．１〜１％の質量分率によるＺｎ、
    の中で選択される少なくとも１つの元素を有する、請求項１または２に記載の方法。
  4. アルミニウム合金が、０．１〜７％また０．５〜５％の質量分率による元素Ｍｇも有する、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
  5. アルミニウム合金がまた以下、
    −少なくとも０．１％また多くて５％、好ましくは多くて３％、またさらに好ましくは多くて２％の分率を有するＷ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｅｒ、
    の中で選択される少なくとも１つの元素も有する、請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。
  6. アルミニウム合金が、少なくとも０．１％また多くて７％の質量分率を有するＣｏおよびＮｉの中で選択される少なくとも１つの元素も有する、請求項１から５のいずれか一つに記載の方法。
  7. アルミニウム合金がまた以下、
    −少なくとも０．１％また多くて１２％、好ましくは多くて６％、さらに好ましくは多くて３％、またさらに好ましくは多くて２％の質量分率を有するＬａ、Ｃｅまたはミッシュメタル、
    の中で選択される少なくとも１つの元素も有する、請求項１から６のいずれか一つに記載の方法。
  8. アルミニウム合金がまた以下、
    −少なくとも０．０１％また多くて１％また好ましくは少なくとも０．０５％また多くて０．８％の質量分率を有するＢｉ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｂ、ＰおよびＢ、
    の中で選択される少なくとも１つの元素も有する、請求項１から７のいずれか一つに記載の方法。
  9. 層（２０１・・・２０ｎ）の形成の後に、
    −溶体化処理、それに続く焼入れおよび時効、または
    −典型的には少なくとも１００℃また高くて４００℃の温度での熱処理、
    −および／または熱間等方圧加圧、
    を含む、請求項１から８のいずれか一つに記載の方法。
  10. 請求項１から９のいずれか一つに記載の方法によって得られる金属部品（２０）。
  11. 製造したままの状態で、少なくとも１６０また好ましくは少なくとも１７０あるいはまた少なくとも１８０のビッカース硬さＨＶ０．１を特徴とする、請求項９に記載の金属部品。
  12. 粉末であって、以下の合金元素、
    −４％〜２０％の質量分率によるＳｉ、
    −２％〜１５％の質量分率によるＦｅ、
    を少なくとも含むアルミニウム合金を含み、好ましくは該合金から成る粉末。
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