JP2021514423A - アルミニウム・クロム合金製部品の製造方法 - Google Patents

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、−２％と１０％との間に含まれる質量分率によるＣｒ、−０％と５％との間、好ましくは０．５％と５％との間に含まれる質量分率によるＺｒ、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。これらの技術は、素材の付加によって部品を成形することにあり、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、該技術において、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。

独国特許出願公開第１０２００７０１８１２３号明細書は、出発材料がアルミニウム−スカンジウム合金である構造部品を得るための高速プロトタイピング手法を記述している。

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調製、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製造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１０^６℃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Ａｌ_ｃｏｍｐＦｅ_ａＳｉ_ｂＸ_ｃ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。

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１.０〜６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選択的レーザー溶融（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。

米国特許出願公開第２０１８／０１０２１６号明細書は、急速凝固法によって製造される、アルミニウムとマグネシウムとを主成分としジルコニウムを含む合金と、付加製造によって得られた部品とを記述している。

国際公開第２０１５／００６４４７号 独国特許出願公開第１０２００７０１８１２３号明細書 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 米国特許出願公開第２０１６／０１３８４００号明細書 米国特許出願公開第２０１８／０１０２１６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。

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、
−２％と１０％との間に含まれる質量分率によるＣｒ、
−０％と５％との間、好ましくは０．５％と５％との間に含まれる質量分率によるＺｒ、
を含むアルミニウム合金であることを特徴とする。

クロムを含む合金へのこのようなジルコニウム含有量の付加は、とりわけ割れのリスクを低減させることによる硬さの向上した部品を得ることを可能にし、このことは付加製造部品にとりわけ有利である。それゆえに、クロムの質量分率が少なくとも３％また好ましくは少なくとも４％であることが望ましい。好ましいクロムの最大質量分率は、８％さらには６％である。好ましいジルコニウムの最小質量分率は、０．７５％またさらに好ましくは１％である。好ましいジルコニウムの最大質量分率は３％である。

合金はまた以下、
−０．０６％と６％との間に含まれ、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Ｍｎ、
−０．０１％と５％との間に含まれ、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％、さらに好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＴｉ、
−０．０６％と６％との間に含まれ、好ましくは多くて３％、さらに好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＶ、
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つの元素を任意に有することもできる。

これらの元素は、分散質または薄い金属間化合物の形成に至らせて、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。これらの元素はさらに、硬さのピークに達するために必要な温度および／または継続時間を増加させることによって、合金の熱的安定性に有益な効果をもたらすことができる。

合金はまた以下、
−０．０６％と１％との間に含まれる質量分率によるＡｇ、
−０．０６％と１％との間に含まれる質量分率によるＬｉ、
−０．０６％と５％との間に含まれる質量分率によるＣｕであって、Ｃｕ含有量は、Ｃｒ含有量未満であり、また好ましくは０．１％と２％との間に含まれる質量分率によるＣｕ、
−０．０６％と１％との間に含まれる質量分率による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、Ｃｕ、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。

任意に、より多くの分散質または薄い金属間化合物を形成するように、少なくとも０．０６％また多くて５％好ましくは多くて３％、さらに好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率を有するＳｃ、Ｈｆ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｃｏ、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ができる。しかしながら一実施形態においてＳｃ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。

任意に、少なくとも０．０６％また多くて６％、好ましくは多くて３％さらに好ましくは多くて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０．０６％また多くて０．８％の質量分率を有するＷ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｓｎ、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。

合金はまた、少なくとも０．０６％また多くて０．５％の質量分率によるＭｇを有することもできる。しかしながらＭｇの付加は推奨されておらず、よってＭｇ含有量は、０．０５質量％の不純物値未満に好ましくは保たれる。

合金に、それぞれが少なくとも０．０６％また多くて１％、また好ましくはそれぞれが少なくとも０．１％また多くて２％、またさらに好ましくはそれぞれが少なくとも０．５％また多くて１％の質量分率によるＦｅおよび／またはＳｉを任意に付加することができ、このことは分散質の形成によるさらなる硬化をもたらすことができる。Ｆｅおよび／またはＳｉの含有量は、特定の場合において合金のコストにも関連し得、実際に、純粋すぎる出発金属を利用しないことが有利であり得る。一実施形態においてＦｅおよび／またはＳｉの含有量は、０．５％また好ましくは０．２％のレベル以下に保たれ、このことは、部品のゆがみおよび／または割れの問題に導きうる製造したままの状態での機械的特性を増すリスクのない、純度のより低い合金を利用することを可能にする。

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。付加元素として選択されない元素は、０．０５％未満の質量分率さらにはこの付加の好ましい含有量に応じてより少ない質量分率を有する。

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２％また多くて１０％また好ましくは少なくとも３％また多くて９％のＣｒ、少なくとも０．５％また多くて６％また好ましくは少なくとも０．７５％また多くて３％のＺｒ、少なくとも０．０６％また多くて６％また好ましくは少なくとも０．５％また多くて４％のＭｎ、多くて０．５％のＦｅおよびＳｉ、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ＴｉＢ_２粒子のような、好ましくはナノ粒子である不溶性粒子または炭素ナノ粒子を、微粒化による粉末の調製の前および／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。しかしながら本発明の一実施形態において、不溶性粒子は付加されない。

一実施形態によると、本方法は、層の形成の後に以下を含む。
−典型的には少なくとも１００℃また高くて５５０℃また好ましくは３００℃以上またはさらに好ましくは３５０℃以上の温度での熱処理、
−および／または熱間等方圧加圧（ＨＩＣ）。

熱処理はとりわけ、残留応力の除去および／または硬化相の追加の析出を可能にすることができる。

ＨＩＣ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。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℃と５５０℃との間、また好ましくは３００℃と５００℃との間に含まれる温度、またはさらに好ましくは３５０℃を超える温度で、および５００バールと３０００バールとの間に含まれる圧力で、０．５時間と１０時間との間に含まれる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。

組織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、分散質または薄い金属間化合物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、製造方法の一段階で、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。

本発明の第二の対象は、本発明の第一の対象による方法の適用後に得られる金属部品である。

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。

本発明のさらに別の対象は、未加工部品を形成するための、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、溶加材は、０．５重量％未満のＭｇ含有量を有するアルミニウム合金であり、該方法は、未加工部品が１００ＨＫと２００ＨＫとの間に含まれるヌープ硬度を好ましくは有すること、また未加工部品がそのあとで３５０℃を超える温度で熱処理されかつ／または熱間等方圧加圧を受けて、そのヌープ硬度を少なくとも２０ＨＫ増すことを特徴とする。この実施形態において、合金は、本発明の第一の対象による組成を好ましくは有する。

選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）またはＥＢＭタイプの付加製造法を示す概略図である。

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、また質量分率を表し、
−硬さは、０．０１ｋｇ（１０ｇ）の荷重についてヌープ法によって評価され、０．０１ヌープ硬度またはヌープ硬度は区別せずに示される。

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。粉末２５とエネルギービーム３２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２０_１・・・２０_ｎ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、そして別の層が、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１０μｍと１００μｍとの間に含まれ得る。この付加製造の形態は典型的には、エネルギービームがレーザービームであるときの選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）の名で知られており、該方法は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。

好ましくは、選択的レーザー溶融が利用される場合においてとりわけ、加工性を向上させるためまた割れを回避するために加熱平板が利用される。平板の加熱は、好ましくは５０〜３００℃の温度、より好ましくは１００〜２５０℃の温度で行われ得る。

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、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。

方法はとりわけ、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）、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。

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と、付加製造によって得られる連帯部分とを含む。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。

相次ぐ層の形成のあとに、未加工部品または製造したままの状態の部品が得られる。

本発明による方法によって得られる金属部品はとりわけ有利であり、なぜなら、該金属部品が平滑な表面を有し、熱間割れを有さず、製造したままの状態ではあまり高くないが熱処理によって著しく増すことのできる硬さを有するからである。製造したままの状態での硬度は有利には、熱処理および／または熱間等方圧加圧後の硬度より低く、ヌープ硬度の差は、少なくとも１０ＨＫ、好ましくは少なくとも２０ＨＫ、さらに好ましくは少なくとも３０ＨＫまたさらに好ましくは少なくとも４０ＨＫである。このように８００９合金のような先行技術による合金とは違って、製造したままの状態でのヌープ硬度は、好ましくは３００ＨＫ未満また有利には２００ＨＫ未満、またさらに好ましくは１５０ＨＫ未満である。製造したままの状態でのヌープ硬度は有利には、少なくとも５０ＨＫ、有利には少なくとも８０ＨＫ、また好ましくは少なくとも９０ＨＫである。本発明の一実施形態において、製造したままの状態でのヌープ硬度は、１００ＨＫと２００ＨＫとの間に含まれる。本発明による金属部品は好ましくは、少なくとも１００℃また高くて５５０℃の熱処理および／または熱間等方圧加圧後の、少なくとも１００ＨＫまた好ましくは少なくとも１２０ＨＫまたは少なくとも１４０ＨＫまた好ましくは少なくとも１５０ＨＫでさえある０．０１ヌープ硬度によって、また熱間割れのないことによって特徴づけられる。

本発明者は、未加工部品を形成するための、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って、各層が、数値モデル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り、該製造方法において、溶加材が粉末の形態をなし、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、溶加材が、上に記述されたような０．５重量％未満のＭｇ含有量を有するアルミニウム合金であり、該方法が、未加工部品が１００ＨＫと２００ＨＫとの間に含まれるヌープ硬度を好ましくは有すること、また未加工部品がそのあとで３５０℃を超える温度で熱処理されかつ／または熱間等方圧加圧を受けて、そのヌープ硬度を少なくとも２０ＨＫ増すことを特徴とする部品の製造方法がとりわけ有利であることを確認した。

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、本明細書に付随する特許の範囲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。

[実施例１]
この実施例において、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）機においてさまざまな合金の性質を評価した。

厚み５ｍｍおよび直径２７ｍｍの、８００９合金製もしくはＡＳ７Ｇ０６合金製ディスクまたは本発明による合金製ディスクが、小さなインゴットから調製された。ディスクは、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）機の中に配置され、そしてレーザーを用いた表面のスウィープが、同じスウィープ戦略と選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）法用に利用される作業条件を示す作業条件とを用いて実行された。本発明者は実際に、そのようにして、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）法に対する合金の適性、またとりわけ表面の質と熱間割れ感度とを評価することが可能であることを確認した。

利用される合金の組成は、以下の表１中に示されている。

続く試験において、レーザー源は２００Ｗの電力を有し、レーザーの通過幅は１００μｍであって相次ぐ２つの通過間に重なりを伴い、製造温度は２００℃であった。スウィープ速度は９００ｍｍ／秒であった。選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）機Ｐｈｅｎｉｘ ｓｙｓｔｅｍｓ ＰＭ１００が利用された。

表面の質が、以下のスケールに従って質的に評価されたのであり、評価１が最も有利である。
１：表面欠陥のない、非常に平滑な表面
２：表面欠陥のない、平滑な表面
３：表面欠陥のない、きめの粗い表面
４：表面欠陥を伴う、非常にきめの粗い表面。

熱間割れ感度が、処理された領域の横断面で、以下のスケールに従って評価されたのであり、評価１が最も有利である。
１：微小割れなし
２：５０μｍより小さい微小割れあり
３：５０μｍより大きい微小割れあり。

硬さが、レーザー処理後と４００℃での追加の熱処理後に１０グラムの荷重を用いたヌープスケールに従って測定されて、熱処理の際の硬化に対する合金の適性と、場合によっては行われ得るＨＩＰ処理の機械的性質への影響とを評価することをとりわけ可能にした。

結果は、以下の表２中に示されている。

本発明による合金は、該合金が４００℃での処理後に高い硬度を伴い、熱間割れのない、平滑な表面を得ることを可能にするため、とりわけ有利である。

[実施例２]
質量パーセントで、以下の表３中に示されるような組成を有する、本発明による合金が調製された。

合金の粉末５ｋｇを、アトマイザーＶＩＧＡ（Ｖａｃｕｕｍ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ Ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）を使って微粒化することに成功した。粉末を、モデルＦｏｒｍＵｐ３５０の選択的レーザー溶融機において利用して、引張試験片用ブルームを作製することに成功した。試験は、次のパラメータを用いて行われた。層の厚み：６０μｍ、レーザーの電力：３７０Ｗ〜３９０Ｗ、平板の加熱：２００℃、ベクトルの差：０．１１〜０．１３、レーザーの速度：１０００〜１４００ｍｍ/秒。

ブルームは、製造方向（Ｚ方向）における引張試験については高さ４５ｍｍおよび直径１１ｍｍを伴う円筒形であり、またＸＹ方向（製造方向と直角に交わる方向）における試験については、１２×４５×４５ｍｍ^３の平行６面体のブロックであった。選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）による製造後、ブルームは、３００℃で２時間の応力除去の熱処理を受けた。いくつかのブルームは、応力除去したままの状態でテストされ、また別のいくつかのブルームは、４００℃で１時間または４時間の追加の処理（硬化の焼きなまし）を受けた。

円筒形の試験片は、上に記述されたブルームから加工された。引張試験は、規格ＮＦ ＥＮ ＩＳＯ ６８９２−１（２００９年１０月）およびＡＳＴＭ Ｅ８−Ｅ８Ｍ−１３ａ（２０１３年）に従うことにより周囲の気温で行われた。

熱処理は、伸びの減少と結びついた、未加工の状態と比べての機械的強度の有意な向上に導く。本発明による合金はしたがって、溶体化処理／焼入れタイプの従来の熱処理から解放されることを可能にする。

１０ 台座
２０_ｎ 層
２５ 溶加材
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 (13)

1. 互いに重ね合わされた相次ぐ固体金属層（２０_１・・・２０_ｎ）の形成を含む、部品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（２０_１・・・２０_ｎ）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、
   −２％と１０％との間に含まれる質量分率によるＣｒ、
   −０％と５％との間、好ましくは０．５％と５％との間に含まれる質量分率によるＺｒ、
   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の元素、
   −０．０６％と６％との間に含まれ、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Ｍｎ、
   −０．０１％と５％との間に含まれ、好ましくは少なくとも０．１％、好ましくは多くて３％、さらに好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＴｉ、
   −０．０６％と６％との間に含まれ、好ましくは多くて３％、さらに好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率によるＶ、
   のうちの少なくとも１つを有する、請求項１に記載の方法。
3. アルミニウム合金が以下の元素、
   −０．０６％と１％との間に含まれる質量分率によるＡｇ、
   −０．０６％と１％との間に含まれる質量分率によるＬｉ、
   −０．０６％と５％との間に含まれる質量分率によるＣｕであって、Ｃｕ含有量は、Ｃｒ含有量未満であり、また好ましくは０．１％と１％との間に含まれる質量分率によるＣｕ、
   −０．０６％と１％との間に含まれる質量分率によるＺｎ、
   のうちの少なくとも１つを有する、請求項１または２に記載の方法。
4. アルミニウム合金がまた以下の元素、
   より多くの分散質または薄い金属間化合物を形成するように、少なくとも０．０６％また多くて５％好ましくは多くて３％、さらに好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率を有するＳｃ、Ｈｆ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、
   のうちの少なくとも１つも有する、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の元素、
   少なくとも０．０６％また多くて６％、好ましくは多くて３％さらに好ましくは多くて２％またさらに好ましくは多くて１％の質量分率を有するＬａ、Ｃｅまたはミッシュメタル、
   のうちの少なくとも１つも有する、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また以下の元素、
   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０．０６％また多くて０．８％の質量分率を有するＷ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｂ、ＰおよびＢ、
   のうちの少なくとも１つも有する、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、少なくとも０．０６％また多くて０．５％の質量分率によるＭｇ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、それぞれが少なくとも０．０６％また多くて１％、また好ましくはそれぞれが少なくとも０．１％また多くて２％、またさらに好ましくはそれぞれが少なくとも０．５％また多くて１％の質量分率によるＦｅおよび／またはＳｉ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（２０_１・・・２０_ｎ）の形成の後に、
   −典型的には少なくとも１００℃また高くて５５０℃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. 製造したままの状態での硬度が、熱処理および／または熱間等方圧加圧後の硬度より低く、ヌープ硬度の差が少なくとも１０ＨＫである、請求項９に記載の方法。
11. 請求項１から１０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。
12. 少なくとも１００℃また高くて５５０℃の熱処理および／または熱間等方圧加圧後の、少なくとも１００ＨＫまた好ましくは少なくとも１２０ＨＫまたは少なくとも１４０ＨＫでさえある０．０１ヌープ硬度によって、また熱間割れのないことによって特徴づけられる、請求項１１に記載の金属部品。
13. 未加工部品を形成するための、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って、各層が、数値モデル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、溶加材が、請求項１から８のいずれか一つに記載されているような、０．５重量％未満のＭｇ含有量を有するアルミニウム合金である製造方法であって、
    該方法が、未加工部品が１００ＨＫと２００ＨＫとの間に含まれるヌープ硬度を好ましくは有すること、また未加工部品がそのあとで３５０℃を超える温度で熱処理されかつ／または熱間等方圧加圧を受けて、そのヌープ硬度を少なくとも２０ＨＫ増すことを特徴とする製造方法。

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