KR20150113149A

KR20150113149A - 분말형 용제를 사용하는 선택적 레이저 용융 및 소결

Info

Publication number: KR20150113149A
Application number: KR1020157023573A
Authority: KR
Inventors: 제랄드 제이. 브루크; 아흐메드 카멜
Original assignee: 지멘스 에너지, 인코포레이티드
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-10-07
Also published as: RU2015131615A; WO2014120991A1; EP2950950A1; CN105263667A; JP2016511697A

Abstract

적층 가공 프로세스(110)로서, 표면 상에 초합금 재료 및 용제를 포함하는 분말(116)이 초합금 구성요소(126)를 형성하도록 레이저 빔(124)에 의해 층들에서 선택적으로 용융된다. 용제는, 슬래그를 형성하도록 용융물의 표면에 오염물들을 부유하도록 오염물과 반응하도록 세정 기능을 수행한다. 용제는 또한 차폐 기능을 제공하며, 이에 의해 불활성 커버 가스에 대한 필요를 제거한다. 분말은 합금 및 용제 입자들의 혼합물일 수 있거나, 복합재 합금/용제 입자들로 형성될 수 있다.

Description

분말형 용제를 사용하는 선택적 레이저 용융 및 소결 {SELECTIVE LASER MELTING／SINTERING USING POWDERED FLUX}

본 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2011년 1월 13일자로 출원되고, 본원에 인용에 의해 포함된, 계류중인 미국 특허 출원 번호 제13/755,098호(공보 번호 제 US 2012/0181255 A1호)의 일부 계속 출원이다.

기술분야

본 출원은 일반적으로 금속들의 결합 분야, 보다 구체적으로, 초합금 재료들을 위한 적층 가공(additive manufacturing) 프로세스에 관한 것이다.

용접 프로세스들은 용접될 재료의 유형에 따라 상당히 다르다. 일부 재료들은 다양한 조건들 하에서 보다 쉽게 용접되지만, 다른 재료들은 주위 기재 재료들을 저급화하지 않으면서 구조적으로 견고한(sound) 조인트를 획득하기 위해서 특별한 프로세스들을 필요로 한다.

보편적인 아크 용접은, 일반적으로 공급 재료로서 소모성 전극(consumable electrode)을 활용한다. 용접 풀(weld pool)에서 대기로부터의 용융 재료에 대한 보호를 제공하기 위해서, 예컨대 강들, 스테인리스 강들 및 니켈계 합금들을 포함하는 많은 합금들을 용접할 때 불활성 커버 가스 또는 용제 재료가 사용될 수 있다. 불활성 및 조합된 불활성 및 활성 가스 프로세스들은 가스 텅스텐 아크 용접(gas tungsten arc welding, GTAW)(또한, 텅스텐 불활성 가스(tungsten inert gas, TIG)로서 공지됨) 및 가스 금속 아크 용접(gas metal arc welding, GMAW)[또한, 금속 불활성 가스(metal inert gas, MIG) 및 금속 활성 가스(metal active gas, MAG)로서 공지됨]을 포함한다. 용제 보호 프로세스들은, 용제가 보편적으로 공급되는 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding, SAW), 용제가 전극의 코어에 포함되는 플럭스 코어드 아크 용접(flux cored arc welding, FCAW) 및 용제가 필러 전극의 외부 상에 코팅되는 피복 아크 용접(shielded metal arc welding, SMAW)을 포함한다.

용접용 열원으로서의 에너지 빔들의 사용이 또한 공지된다. 예컨대, 레이저 에너지는 용융 풀의 차폐를 제공하는 분말형 용제 재료를 갖는 탄소강 기재 상에 선배치된 스테인리스강 분말을 용융시키도록 사용되고 있다. 용제 분말은 스테인리스 강 분말과 혼합되거나 별도의 커버링 층으로서 적용될 수 있다. 본 발명자들이 아는 바로는, 초합금 재료들을 용접할 때 용제 재료들이 사용되지 않고 있다.

초합금 재료들이 용접 응고화 크래킹(weld solidification cracking) 및 변형 시효 크래킹(strain age cracking)에 대한 이들의 민감도로 인해 용접하기에 가장 어려운 재료들 중 하나임이 인지된다. 용어 "초합금"은, 당 분야에서 보편적으로 사용되는 바와 같이 본원에서 사용되며; 즉, 고온들에서 탁월한 기계적 강도 및 크리프 내성(resistance to creep)을 나타내는 내부식 및 내산화성이 높은 합금이다. 초합금들은 전형적으로 높은 니켈 또는 코발트 함량을 포함한다. 초합금들의 예들은, Hastelloy, Inconel alloys (예컨대, IN 738, IN 792, IN 939), Rene alloys (예컨대, Rene N5, Rene 80, Rene 142), Haynes alloys, Mar M, CM 247, CM 247 LC, C263, 718, X-750, ECY 768, 282, X45, PWA 1483 및 CMSX (예컨대, CMSX-4) 단결정 합금들의 상표명들 및 브랜드 명들로 시판중인 합금들을 포함한다.

일부 초합금 재료들의 용접 보수(repair)는, 보수 중 재료의 연성을 상당히 증가시키기 위해서 매우 높은 온도(예컨대, 1600°F 또는 870°C 초과)로 재료를 예열함으로써 성공적으로 성취된다. 이러한 기술은, 핫 박스 용접법(hot box welding) 또는 상승된 온도에서의 초합금 용접법(superalloy welding at elevated temperature, SWET)에 대한 용접 보수로서 지칭되며, 이는 수동 GTAW 프로세스를 사용하여 보편적으로 성취된다. 그러나 핫 박스 용접은, 균일한 구성요소 프로세스 표면 온도 유지의 어려움 및 완벽한 불활성 가스 차폐 유지의 어려움뿐만 아니라 이러한 극한의 온도들에서 구성요소에 근접하여 작업하는 작업자에게 부과되는 신체적 어려움들에 의해 제한된다.

일부 초합금 재료 용접 용례들은, 기재 재료의 가열을 제한하기 위해서 냉각 플레이트를 사용하여 실행될 수 있으며; 이에 의해 크래킹 문제들을 유발하는 기재 열 영향들 및 응력들의 발생을 제한한다. 그러나 이러한 기술은, 부품들의 기하학적 형상이 냉각 플레이트의 사용을 용이하게 하지 않는 많은 보수 용례들에서는 실용적이지 않다.

도 6은 다양한 합금들의 알루미늄 및 티타늄 함량에 따라 다양한 합금들의 상대적 용접성을 예시하는 기존의 차트이다. 비교적 낮은 농도들의 이들 원소들을 가지며, 결과적으로 비교적 낮은 감마 프라임 함량을 갖는 Inconel® IN718과 같은 합금들이 비교적 용접가능한 것으로 고려되고 있지만, 이러한 용접은 일반적으로 구성요소의 낮은 응력 구역들로 제한된다. 비교적 높은 농도들의 이들 원소들을 갖는 Inconel® IN939와 같은 합금들은 일반적으로 용접가능한 것으로 고려되지 않으며, 또는 프로세스의 열 입력을 최소화하며 재료의 온도/연성을 증가시키는 상기 논의된 특별한 절차들에 의해서만 용접될 수 있다. 파선(80)은 용접성 존(zone)이라고 인지된 상부 경계를 나타낸다. 파선(80)은, 수직 축 상에서 3 wt %의 알루미늄 및 수평 축 상에서 6 wt %의 티타늄과 교차한다. 화살표로 나타내는 바와 같이, 용접성 존의 바깥쪽 합금들은, 공지된 프로세스들에 의해 용접하기가 매우 어렵거나 불가능한 것으로 인지되며, 최고의 알루미늄 함량을 갖는 합금들은 용접하기 가장 어려운 것으로 일반적으로 발견되고 있다.

초합금 기재 상에 초합금 분말 입자들의 박층(thin layer)을 용융시키기 위해서 SLM(Selective laser melting) 또는 SLS(selective laser sintering)를 활용하는 것이 또한 공지된다. 용융 풀은 레이저 가열 중, 아르곤과 같은 불활성 가스를 적용함으로써 대기로부터 차폐된다. 이들 프로세스들은, 용착된 재료의 층 내에서 입자들의 표면 상에 부착되어 다공도 및 개재물(inclusion)들 및 포획된 산화물들과 연관된 다른 결함들을 유발하는 산화물들(예컨대, 알루미늄 및 크롬 산화물들)을 포획하는 경향이 있다. 후처리 열간 정수압 소결법(HIP)이 용착된 코팅의 특징들을 개선하기 위해서 이들 공극(void)들, 개재물(inclusion)들 및 크랙들을 붕괴시키기 위해서 종종 사용된다. 이들 프로세스들의 적용은, 또한 분말의 선배치의 요건으로 인해 수평 표면들로 제한된다.

레이저 마이크로 클래딩은, 표면을 향해 지향된 분말의 유동을 용융시키기 위해서 레이저 빔을 사용함으로써 표면 상에 재료의 작은 박층을 용착하는 3D-가능 프로세스이다. 분말은 가스 제트에 의해서 표면을 향해 나아가며, 분말이 강 또는 합금 재료일 때, 가스는 대기중의 산소로부터 용융 합금을 차폐하는 아르곤 또는 다른 불활성 가스이다. 레이저 마이크로 클래딩은 그의 낮은 용착 속도, 이를 테면 대략 1 내지 6 ㎤/시간으로 제한된다. 게다가, 클래드 재료가 완전 냉각되기 이전에 보호 아르곤 실드가 흩어져 없어지는(dissipate) 경향이 있기 때문에, 표면의(superficial) 산화 및 질화가 용착물의 표면 상에서 발생할 것이며, 이는 클래드 재료의 다중 층들이 소망하는 클래딩 두께를 성취할 필요가 있을 때 문제가 된다.

비용접성 존에 있는 일부 초합금 재료들을 위해서는, 상업적으로 허용가능한 용접 또는 보수 프로세스가 공지되지 않았다. 게다가, 신규의 그리고 더 높은 합금 함량의 초합금들이 계속해서 개발됨에 따라, 초합금 재료들을 위한 상업적으로 가능한 결합 프로세스들을 개발하기 위한 도전이 계속 증대하고 있다.

본 발명은 도시하는 도면들을 고려하여 하기 설명에서 설명된다:
도 1은 다층 분말을 사용하는 클래딩 프로세스를 예시한다.
도 2는 혼합층 분말을 사용하는 클래딩 프로세스를 예시한다.
도 3은 코어드 필러 와이어 및 냉간 금속 아크 용접 토치를 사용하는 클래딩 프로세스를 예시한다.
도 4는 코어드 필러 와이어 및 에너지 빔을 사용하는 클래딩 프로세스를 예시한다.
도 5는 에너지 빔 오버랩 패턴을 예시한다.
도 6은 다양한 초합금들의 상대적 용접성을 예시하는 종래 기술의 차트이다.
도 7은 레이저 마이크로클래딩 프로세스에 활용하는 분말형 용제 재료에 의한 초합금 클래딩의 적용을 예시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 가공 프로세스(additive manufacturing process)의 개략적 예시이다.

독자의 편의를 위해서, 본원에서, 도 1 내지 도 5 및 도 7은 본원에 설명된 발명의 기술의 다양한 양태들 및 적용들을 예시하며, 하기 도 8의 설명은 특히, 선택적 레이저 소결 및 선택적 레이저 용융 적용들을 위한 본 발명의 기술에 대해 현재 청구되는 용도에 관한 것임에 주목한다.

본 발명자들은, 용접하기 가장 어려운 초합금 재료들을 성공적으로 클래딩하고, 결합 및 보수하는데 사용될 수 있는 재료들을 결합하는 프로세스를 개발하였다. 초합금 재료들을 용접할 때, 이전에는 용제 재료들이 활용되지 않았지만, 본 발명의 프로세스의 실시예들은, 레이저 마이크로클래딩 프로세스 중 분말형 용제 재료를 유리하게 적용한다. 분말형 용제 재료는, 고온의 핫 박스 용접에 대한 필요성, 냉각 플레이트(chill plate)의 사용 또는 불활성 차폐 가스의 사용 없이 초합금 재료들의 크랙없는 결합을 달성하기 위해서 빔 에너지 트래핑, 불순물 세정, 대기 차폐, 비드 성형 및 냉각 온도 제어를 제공하는데 효과적이다. 본 발명의 다양한 원소들이 수 십년 동안 용접 산업에서 공지되어 있지만, 본 발명자들은 이들 재료들을 위한 공지된 선택적 레이저 용융 및 소결 프로세스들의 오래된 제한들을 극복하는 초합금 적층 가공 프로세스를 위한 단계들의 조합에 대해서 혁신적으로 연구하였다.

도 1은 초합금 재료의 클래딩 층(10)이 초합금 기재 재료(12)의 임의의 예열 또는 냉각 플레이트의 사용 없이 주위 실온(ambient room temperature)에서 초합금 기재 재료(12) 상으로 용착되는 프로세스를 예시한다. 기재 재료(12)는 예컨대, 가스 터빈 엔진 블레이드의 일부를 형성할 수 있으며, 클래딩 프로세스는 일부 실시예들에서 보수 절차의 일부일 수 있다. 과립형 분말 층(14)이 기재(12) 상에 선배치되며, 분말을 용융시켜 슬래그 층(18)에 의해 덮이는 클래딩 층(10)을 형성하도록, 레이저 빔(16)이 분말 층(14)을 가로질러 횡단된다. 클래딩(10) 및 슬래그(18)는, 분말형 용제 재료 층(22)에 의해 덮이는 분말형 초합금 재료 층(20)을 포함하는 분말 층(14)으로부터 형성된다.

용제 재료(22) 및 결과로 발생하는 슬래그 층(18)은 클래딩(10) 및 기저(underlying) 기재 재료(12)의 크래킹을 방지하는데 유용한 다수의 기능들을 제공한다. 먼저, 이들은 레이저 빔(16)의 하류 구역에서 대기로부터 응고된(그러나, 아직 고온인) 클래딩 재료(10) 및 용융 재료의 구역 양자 모두를 차폐하도록 기능한다. 슬래그는, 대기로부터 용융되거나 고온인 금속을 분리하도록 표면에 부유하며, 용제는 일부 실시예들에서 차폐 가스를 발생시키도록 제형화될(formulated) 수 있으며, 이에 의해 고가의 불활성 가스의 사용을 회피 또는 최소화한다. 두 번째로, 슬래그(18)는 서서히 그리고 균일하게 응고된 재료를 냉각하는 것을 허용하는 블랭킷(blanket)으로서 작용하며, 이에 의해 후용접 재가열 또는 변형 시효 크래킹에 기여할 수 있는 잔류 응력들을 감소시킨다. 세 번째로, 슬래그(18)는 소망하는 1/3 높이/폭 비율에 용융 금속의 풀(pool)을 근접 유지하도록 성형하는 것을 돕는다. 네 번째로, 용제 재료(22)는 용접물 응고 크래킹에 기여하는 황 및 인과 같은 미량의(trace) 불순물들을 제거하는 세정 효과를 제공한다. 이러한 세정은 금속 분말의 탈산(deoxidation)을 포함한다. 용제 분말이 금속 분말과 긴밀하게 접촉(intimate contact)하기 때문에, 용제 분말은 이러한 기능을 성취하는데 특히 효과적이다. 마지막으로, 용제 재료(22)는 레이저 빔(16)을 열 에너지로 더 효율적으로 전환하기 위해서 트래핑 기능 및 에너지 흡수를 제공할 수 있으며, 이에 따라 이를 테면 1 내지 2 % 내로의 정교한 열 입력의 제어, 및 프로세스 중 재료 온도의 결과로 발생하는 타이트한 제어를 용이하게 한다. 추가로, 용제는 그렇지 않았다면, 금속 분말 자체에 의해 제공되지 않는 원소들이 용착물에 능동적으로 기여하고 또는 프로세싱 중 휘발되는 원소들의 손실을 보상하도록 제형화될 수 있다. 이와 함께, 이들 프로세스 단계들은, 지금까지는, 핫 박스 프로세스에 의해 또는 냉각 플레이트의 사용을 통해서만 결합될 수 있는 것으로 믿고 있었던 재료들에 대해 실온에서 초합금 기재들 상에 초합금 클래딩의 크랙 없는 용착물들을 발생시킨다.

도 2는 초합금 재료의 클래딩 층(30)이, 이 실시예에서, 복수 개의 주상 결정립(columnar grain)(34)들을 갖는 방향성 응고 재료로서 예시되는, 초합금 기재 재료(32) 상으로 용착되는 다른 실시예를 예시한다. 이 실시예에서, 분말 층(36)은 분말형 합금 재료(38) 및 분말형 용제 재료(40) 양자 모두의 혼합물을 포함하는 균일한 층으로서 기재 재료(32)의 표면 상에 선배치되거나 공급된다. 분말 층(36)은 공지된 선택적 레이저 용융 및 소결 프로세스들에서 전형적인 밀리미터 분율보다 오히려 일부 실시예들에서는 1 내지 수 밀리미터 두께일 수 있다. 종래 기술의 전형적인 분말형 용제 재료들은, 예컨대, 0.5 내지 2 mm 범위의 입자 크기들을 갖는다. 그러나 분말형 합금 재료(38)는, 0.02 - 0.04 mm 또는 0.02 - 0.08 mm 또는 그 안에서 다른 하위범위의 입자 크기 범위(메쉬 크기 범위)를 가질 수 있다. 메쉬 크기 범위의 이러한 차이는, 재료들이 별개의 층들을 구성하는 도 1의 실시예에서는 양호하게 작용할 수 있지만; 도 2의 실시예에서는, 분말형 합금 재료(38) 및 분말형 용제 재료(40)가 분말들의 혼합 및 공급을 용이하게 하고 용융 프로세스 중 개선된 용제 적용범위(coverage)를 제공하기 위해서, 중복하는 메쉬 크기 범위들을 갖거나, 동일한 메쉬 크기 범위들을 갖는 것이 유리할 수 있다.

도 2의 실시예에서 에너지 빔(42)은, 일반적으로 직사각형 횡단면 형상을 갖는 다이오드 레이저 빔이지만, 다른 공지된 유형의 에너지 빔들, 이를테면, 전자 빔, 플라즈마 빔, 하나 또는 그 초과의 서큘러 레이저 빔들, 스캔식 레이저 빔(1 차원, 2 차원 또는 3 차원으로 스캔됨), 통합 레이저 빔 등이 사용될 수 있다. 직사각형 형상은, 이를테면, 가스 터빈 엔진 블레이드의 선단을 보수하기 위한, 클래딩될 비교적 대면적을 갖는 실시예들에 특히 유리할 수 있다. 다이오드 레이저에 의해 발생되는 광역(broad area) 빔은, 용접물 열 입력, 열에 영향을 받는 존, 기재로부터의 희석(dilution) 및 잔류 응력들을 감소시키는 것을 도우며, 이들 모두는 초합금 보수와 정상적으로 관련된 크래킹 효과들에 대한 경향을 감소시킨다. 광역 레이저 노출을 발생시키기 위해 사용된 광학적 조건들 및 하드웨어 광학계(hardware optics)는 이것으로 제한하는 것은 아니지만, 레이저 빔의 디포커싱; 초점에서 직사각형 에너지 소스들을 발생시키는 다이오드 레이저들의 사용; 초점에서 직사각형 에너지 소스들을 발생시키기 위해서 분절식 미러(segmented mirror)들과 같은 통합 광학계들의 사용; 하나 또는 그 초과의 차원들에서 레이저 빔의 스캐닝(래스터링); 및 가변 빔 직경(예컨대, 매우 상세한 작업을 위해서 초점이 0.5 mm인 직경이 덜 상세한 작업을 위해서 초점이 2.0 mm인 직경으로 바뀜)의 포커싱 광학계들의 사용을 포함할 수 있다. 광학계 및/또는 기재의 모션은, 커스텀 형상 레이어 용착물을 만들기 위해서 선택적 레이저 용융 또는 소결 프로세스에서와 같이 프로그램화될 수 있다. 공지된 레이저 용융 또는 소결 프로세스들에 걸쳐 이러한 프로세스의 이점들은 다음을 포함한다: 각각의 프로세싱 층에서 두꺼운 용착물 및 높은 용착 속도들; 불활성 가스에 대한 요구 없이 고온 용착된 금속 위를 연장하는 개선된 차폐; 세정되지 않으면, 용제가 응고화 크래킹을 유도하는 구성성분들의 용착물의 세정을 향상시킬 것이며; 용제가 레이저 빔 흡착을 향상시키고 프로세싱 장비로의 역반사를 최소화할 것이며; 슬래그 형성이 용착물을 성형 및 지지할 것이고, 열을 보유하여 냉각 속도를 낮춰, 이에 의해 감소되지 않으면 후용접 열처리중 변형 시효(재가열) 크래킹에 기여하는 잔류 응력들을 감소시키고; 용제는 원소 손실들을 보상하거나 합금 원소들을 추가할 것이며, 분말 및 용제 선배치 또는 공급은 선택적으로 효과적으로 유도될 수 있는데, 이는 용착물의 두께가 전체 부품 빌딩에 포함되는 시간을 크게 감소시키기 때문이다.

도 2의 실시예는, 또한 베이스 합금 공급 재료(base alloy feed material)(44)의 사용을 예시한다. 공급 재료(44)는, 기재(32)를 향해 공급되거나 발진되는 와이어 또는 스트립의 형태일 수 있으며 에너지 빔(42)에 의해 용융되어 용융 풀에 배급된다. 원한다면, 레이저 빔으로부터 요구되는 전체 에너지를 감소시키기 위해서 공급 재료가 재가열(예컨대, 전기적으로)될 수 있다. 일부 초합금 재료들을 와이어 또는 스트립 형태로 형성하는 것이 어렵거나 불가능하지만, 순수 니켈 또는 니켈-크롬 또는 니켈-크롬-코발트와 같은 재료들이 이러한 형태들로 쉽게 이용가능하다. 도 2의 실시예에서, 클래딩 재료 층(30)이 소망하는 초합금 재료의 조성을 갖도록, 베이스 합금 공급 재료(44), 분말형 합금 재료(38) 및 분말형 용제 재료(40)가 유리하게 선택된다. 필러 재료는 단지 소망하는 초합금 재료를 규정하는 원소들의 조성의 원소들 중 압출 가능한 서브 세트들일 수 있으며, 분말형 금속 재료는 소망하는 초합금 재료를 규정하는 원소들의 조성을 완성하기 위해서 필러 재료에서 원소들을 보충하는 원소들을 포함한다. 소망하는 초합금 재료(30)의 보수된 표면을 형성하도록 필러 재료 및 분말형 금속 재료가 용융 풀에서 조합된다. 도 1에서와 같이, 프로세스는 클래딩 재료 층(30)을 보호, 성형 및 단열시키는 슬래그 층(46)을 만든다.

도 3은 초합금 재료 층(50)이 냉간 금속 아크 용접 토치(54)를 사용하여 초합금 기재(52) 상에 용착되는 실시예를 예시한다. 토치(54)는, 분말형 재료(59)가 충전된 중공 금속 시스(sheath)(57)를 포함하는 코어드 와이어 또는 스트립 재료의 형태를 갖는 필러 재료(56)를 공급 및 용융하기 위해 사용된다. 분말형 재료(59)는 분말형 금속 합금 및/또는 용제 재료들을 포함할 수 있다. 유리하게는, 금속 시스(57)는, 편리하게는 중공 형상으로 형성될 수 있는 재료, 이를테면 니켈 또는 니켈-크롬 또는 니켈-크롬-코발트로 형성되며, 필러 재료(56)가 용융될 때 소망하는 초합금 조성이 형성되도록, 분말형 재료(59)가 선택된다. 시스는, 소망하는 초합금 조성을 획득하기에 충분한 니켈(또는 코발트)을 함유하며, 이에 따라 분말형 코어 재료에 대한 시스의 솔리드 대 솔리드 비율은 예컨대, 3 : 2의 비율로 유지될 수 있다. 아크의 열이 필러 재료(56)를 용융시키며, 슬래그 층(58)에 의해 덮이는 소망하는 초합금 재료 층(50)을 형성한다. 분말형 용제 재료가 필러 재료(56)(예컨대, 코어 체적의 25 %)에 제공될 수 있거나 이는 기재(52)(도시 생략-도 2 참조)의 표면 상에서 선배치되거나 용착되거나 또는 양자 모두일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 용제는 전기 전도성이 있을 수 있거나(일렉트로 슬래그) 또는 없을 수 있으며(서브머지드 아크(submerged arc)), 이는 화학적으로 중성(neutral)이거나 부가적(additive)일 수 있다. 이전과 같이, 필러 재료는, 요구되는 프로세스 에너지를 감소시키기 위해서 (이 경우에, 냉간 금속 아크 토치로부터) 미리 가열될 수 있다. 용제의 사용은, 차폐를 제공할 것이며, 이에 의해 냉간 금속 아크 프로세스에서 공통으로 요구되는 불활성 또는 부분적 불활성 가스에 대한 요구를 감소시키거나 제거한다.

도 4는 초합금 재료 층(60)이 필러 재료(66)를 용융시키기 위해서 레이저 빔(64)과 같은 에너지 빔을 사용하여 초합금 기재(62) 상에 용착되는 실시예를 예시한다. 도 3에 관하여 상기 설명된 바와 같이, 필러 재료(66)는, 편리하게는 중공 형상으로 형성될 수 있는 재료, 이를테면 니켈 또는 니켈-크롬 또는 니켈-크롬-코발트로 형성될 수 있는 재료로 구성되는 금속 시스(68)를 포함하며, 분말형 재료(70)는, 필러 재료(66)가 레이저 빔(64)에 의해 용융될 때 소망하는 초합금 조성이 형성되도록 선택된다. 분말형 재료(70)는 합금 원소들뿐만 아니라 분말형 용제를 포함할 수 있다. 레이저 빔(64)의 열은, 필러 재료(66)를 용융시키며, 슬래그 층(72)에 의해 덮이는 소망하는 초합금 재료 층(60)을 형성한다. 이전과 같이, 필러 재료는, 요구되는 프로세스 에너지를 감소시키기 위해서 (이 경우에, 레이저 빔으로부터) 예열될 수 있다.

필러 재료(56, 66)의 일 실시예는, 하기와 같이 합금 247 재료를 용착하기 위해서 제형화된다:

-시스 솔리드 볼륨(sheath solid volume)은 총 금속 솔리드 볼륨의 약 60 %이며, 순수 Ni이고;

-코어 금속 분말 볼륨은, Cr, Co, Mo, W, Al, Ti, Ta, C, B, Zr 및 Hf를 충분히 포함하는 총 금속 솔리드 볼륨 중 약 40 %이며; 시스로부터 순수 니켈과 함께 용융되고 혼합될 때, 8.3 Cr, 10 Co, 0.7 Mo, 10 W, 5.5 Al, 1 Ti, 3 Ta, 0.14 C, 0.015 B, 0.05 Zr 및 1.5 Hf의 공칭 wt %의 합금 247 조성을 발생시키고, 그리고,

-코어 용제 분말 볼륨은, 가능하게는, 금속 분말 볼륨과 크기가 같은, 추가의 주로 비금속 와이어 볼륨을 나타내며, 알루미나, 불화물들 및 규산염들을 35/30/35의 비율들로 포함한다. 용제의 메쉬 크기 범위는, 코어 금속 분말 내에서 균일하게 분배되는 정도이다.

아크에 의해 용융 열이 제공되는 실시예들을 위해서, 아크 안정성을 유지하도록 용제 또는 차폐 가스에서 이산화탄소를 제공하는 것이 보편적이다. 그러나 이산화탄소는 티타늄과 반응할 것이며, 일부 티타늄은 용융 프로세스 중 증기 또는 산화물들로서 손실될 것이다. 본 프로세스는 필러 재료에 포함된 티타늄의 양이 이러한 손실을 보상하기 위해서 용착된 초합금 조성에서 소망하는 티타늄의 양을 초과하는 것을 허용한다. 상기 설명된 합금 247의 예를 위해서, 코어 금속 분말에 포함된 티타늄의 양은 1 %로부터 3 %로 증가될 수 있다.

본원에 설명된 프로세스들에 따른 초합금 재료들을 위한 보수 프로세스들은, 결함들을 제거하기 위해서 원하는 바와 같이 연마함으로써 보수될 초합금 재료 표면을 준비하는 단계, 표면을 세정하는 단계, 이후 표면 상에 분말형 재료를 함유하는 용제 재료 층을 선배치하거나 공급하는 단계, 이후 부유 슬래그 층(floating slag layer)을 갖는 용융 풀 내로 표면의 상부 층 및 분말을 용융시키기 위해서 표면을 가로질러 에너지 빔을 횡단시키는 단계, 이후 용융 풀 및 슬래그가 응고하는 것을 허용하는 단계를 포함할 수 있다. 용융은, 공지된 기계적 및/또는 화학적 프로세스들에 의한 슬래그의 전형적인 제거시 갱신된 표면을 나가는 기재의 표면에서의 임의의 표면 결함들을 극복하도록 기능한다. 분말형 재료는, 단지 용제 재료일 수 있으며, 또는 초합금 클래딩 재료 층이 바람직한 실시예들을 위해서, 분말형 재료는 분말형 용제 재료 층 아래에 배치되거나 분말형 용제 재료와 혼합되거나 복합재 입자들 내로 용제 재료와 조합되는 별도의 층으로서 금속 분말을 포함할 수 있어, 용융이 표면 상에서 클래딩 재료의 층을 형성한다. 선택적으로, 공급 재료는 스트립 또는 와이어의 형태로 용융 풀 내로 도입될 수 있다. 중성일 수 있거나 첨가적인 용제 재료로부터 임의의 금속의 배급뿐만 아니라 분말형 금속 및 공급 재료(존재한다면)가 소망하는 초합금 재료의 조성을 갖는 클래딩 층을 생성하도록 용융 풀에 조합된다. 일부 실시예들에서, 니켈, 니켈-크롬, 니켈-크롬-코발트 또는 편의상 압출되는 다른 금속의 공급 재료가 클래딩 시에 소망하는 초합금 조성을 발생시키기 위해서 적절한 합금 금속 분말들과 조합되며, 이에 의해 소망하는 초합금 재료를 와이어 또는 스트립 형태로 형성하는 문제점을 회피한다.

기재의 예열이 허용가능한 결과들을 얻는데 반드시 요구되는 것은 아니지만, 일부 실시예들에서 용융 단계 이전에, 기재 재료의 연성(ductility)을 증가시키고/증가시키거나 필러를 용융시키는데 다른 방식으로 요구되는 빔 에너지를 감소시키는 바와 같이, 초합금 기재 및/또는 공급 재료 및/또는 분말에 열을 적용하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 초합금 기재의 연성의 개선은 합금의 용융 지점의 약 80 %를 초과하는 온도에서 성취된다. 유사하게는, 냉각 정착물(chill fixture)은, 선택적으로 특별한 적용들을 위해 사용될 수 있으며, 이러한 적용은, 에너지 빔의 정교한 열 입력과 조합하여, 용융 프로세스의 결과로서 재료에서 생성된 응력들을 최소화할 수 있다. 게다가, 본 발명이 불활성 차폐 가스에 대한 요구를 부인할지라도(negate), 보충 차폐 가스가 바람직하다면 일부 적용들에서 사용될 수 있다. 필러 재료(44)가 사용된다면, 이 재료는 일부 실시예들에서 예열될 수 있다.

사용될 수 있는 용제 재료들은, Lincolnweld P2007, Bohler Soudokay NiCrW-412, ESAB OK 10.16 또는 10.90, Special Metals NT100, Oerlikon OP76, Sandvik 50SW 또는 SAS1의 이름들로 시판중인 것들과 같은 상업적으로 입수가능한 용제들을 포함한다. 용제 입자들은 사용 이전에 소망하는 더 작은 메쉬 크기 범위로 연마될(ground) 수 있다. 가스 터빈 엔진들과 같은 고온 적용들을 위해 루틴하게 사용되는 현재 입수가능한 철, 니켈 또는 코발트계 초합금들 중 어느 하나는, 상기 언급된 이들 합금들을 포함하는 본 발명의 프로세스에 의해 결합, 보수 또는 코팅될 수 있다.

다른 변형예들이 에너지 빔 보다는 오히려 또는 에너지 빔과 조합하여 공급 재료를 통한 용융을 위해서 열을 제공할 수 있다. 예컨대, 도 2의 와이어 또는 스트립 공급 재료(44)는 분말 및 용제의 층 아래에 아크를 형성하도록 여기(energized)될 수 있으며, 와이어는 압출된 형태로 쉽게 입수가능한 재료(즉, 초합금 재료가 아님)이며, 분말은 조합된 용융 풀에서 소망하는 초합금 조성을 형성하는데 필요한 다른 합금 원소들을 포함한다. 대안으로, 분말 및 용제는, 초합금 클래딩 재료의 층을 형성하는데 효과적인 일렉트로 슬래그 용접 프로세스를 용이하게 하도록 도전성 있게 선택될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 초합금 분말 재료가 혼합된 용제 분말이, 선택적으로 냉각 정착물과 함께 종래의 플라즈마 아크 클래딩 장비를 사용하여 초합금 기재에 공급될 수 있다. 기재, 공급 재료 및/또는 분말이 다양한 실시예들에서 예열될 수 있다. 열 입력의 정밀도는 전극을 사용한 것(±10 - 15%)보다 에너지 빔(±1 - 2%)을 사용한 것이 더 높기 때문에, 총 열 입력의 절반을 초과하는 에너지 빔을 활용하는 것이 바람직할 수 있다. 빔 에너지는, 서브 머지드 아크 또는 일렉트로 슬래그 프로세스가 기재로부터 최소 희석을 사용하여 예비 용융 풀을 개시하는 것을 유도할 수 있으며, 이후 서브머지드 아크 또는 일렉트로 슬래그 보급(contribution)이 상당한 추가의 기재 충격 없이 용착물의 볼륨에 추가될 수 있어, 이에 의해 희석 효과들을 최소화한다.

다양한 실시예들에 따르면, 혼합된 서브머지드 아크 용접 용제 및 합금 247 분말은 2.5 내지 5.5 mm 깊이로 선배치되었으며, 최종 용접후 열처리(post weld heat treatment) 이후에 크랙이 없는 레이저 클래드 용착물들을 획득하는 것을 입증하였다. 0.6 내지 2 kW의 이트리븀 광섬유 레이저 전력 레벨들은 대략 125 mm/분의 이동 속도들로 3 내지 10 mm 폭의 용융 풀 용착물들을 만드는 검류계 스캐닝 광학계들과 함께 사용되고 있다. 크래킹의 부재는, 용착물 횡단면들의 염색 침투 탐상 시험(dye penetrant testing) 및 야금학적 시험에 의해 확인되고 있다. 합금 247은 용접이 가장 어려운 공지된 초합금들 중 하나이며, 도 6에 예시된 바와 같이, 이에 의해 3 wt% 초과의 알루미늄 함량을 갖는 조성물들을 포함하는, 초합금 조성물들의 전체 범위를 위한 본 발명의 조작성을 입증하는 것으로 예상될 것이다.

초합금 기재를 보수할 때 분말형 용제 재료를 활용하는 이점들은 첨가제 클래딩 재료가 용착되든지 아닌지 간에 실현된다는 것으로 예상된다. 초합금 기재에서의 표면 크랙들은, 분말형 용제 재료로 표면을 덮고, 이후 표면과 용제 재료를 가열하여 부유 슬래그 층을 갖는 용융 풀을 형성함으로써 보수될 수 있다. 슬래그 층의 보호 하에 용융 풀의 응고시, 크랙들이 없는 깨끗한 표면이 형성될 것이다.

레이저 에너지는 일반적으로 직사각형 에너지 밀도를 갖는 다이오드 레이저를 사용함으로써 표면적을 가로질러 적용될 수 있다. 대안으로, 영역 에너지 보급(area energy distribution)을 실행하도록 기재를 따라 전방으로 서큘러 레이저 빔이 이동됨에 따라 서큘러 레이저 빔을 전후방으로 래스터(raster)하는 것이 가능하다. 도 5는 스폿 직경(D)을 갖는 일반적으로 서큘러 빔이 제 1 위치(74)로부터 제 2 위치(74')로 그리고 이후 제 3 위치(74") 등으로 이동되는 일 실시예를 위한 래스터링 패턴을 예시한다. 방향 변화의 그의 위치들에서 빔 직경 패턴의 중첩(O)의 양은, 재료들의 최적의 가열 및 용융을 제공하기 위해서 바람직하게는 스폿 직경(D)의 25 내지 90% 사이이다. 대안으로, 2 개의 에너지 빔들이 표면적을 가로질러 소망하는 에너지 분배를 성취하기 위해서 동시에 래스터링될 수 있으며, 빔 패턴들 사이의 중첩이 각각의 빔들의 직경들의 25 내지 90% 범위에 있다.

도 7은 분말형 용제 재료를 활용하는 레이저 마이크로 클래딩 프로세스를 예시한다. 하나 또는 그 초과의 노즐(90a, 90b)들이 기재(94)를 향해서 추진제 가스(propellant gas) 및 분말형 재료를 포함하는 제트(92)를 지향하도록 사용된다. 기재는, 초합금 재료일 수 있거나 초합금 재료가 아닐 수 있지만, 유리하게는 도 6의 파선(80)에 의해 범위가 정해지는 용접성 존을 지나 위치되는 재료일 수 있다. 제트(92)에서의 분말형 재료는, 용융될 때 공기로부터 보호될 필요가 있는 임의의 합금 재료(93a)를 포함할 수 있으며, 유리하게는 도 6의 파선(80)에 의해 범위가 정해지는 용접성 존을 지나 위치되는 분말형 합금 재료를 포함할 수 있다. 분말형 재료가 기재(94)의 표면을 향해서 나아감에 따라, 이 재료는 용접 풀(98)을 형성하도록 레이저 빔(96)과 같은 에너지 빔에 의해 용융된다. 분말형 재료는, 또한, 분말형 합금 재료(93a)와 함께 용융되는 분말형 용제 재료(93b)를 포함하고, 이후, 프로세스가 기재(94)의 표면을 가로질러 횡단함에 따라 클래드 합금 재료(102) 층 위에 슬래그 층(100)을 형성하도록 분리 및 응고된다. 슬래그(100)는 재료들이 임의의 공지된 프로세스를 사용하여 냉각된 후에 제거된다. 분말형 용제 재료(93b)는 상기 도 1 내지 도 4의 프로세스들에서 이 프로세스에 기여하는 모든 이점들을 제공한다. 게다가, 분말형 용제 재료(93b)가 프로세싱의 지점에서, 즉 용접 풀 자체 내에서 차폐 및 탈산 효과를 제공하기 때문에, 추진제 가스는 아르곤과 같은 전통적인 불활성 가스일 수 있거나, 이는 덜 비싼 질소 또는 공기일 수 있다.

상기 도 1 내지 도 4에 관하여 설명된 바와 같이, 제트(92)에서의 분말형 용제(93b) 및 분말형 합금 재료(93a)는 중복 메쉬 크기 범위들을 가질 수 있거나 복합재 입자로서 형성될 수 있다. 분말을 선배치하는 것이 요구되지 않기 때문에, 도 7의 프로세스는 수평이 아닌 표면에 적용될 수 있으며, 추가로 가스 터빈 연소기 트랜지션 콘(gas turbine combustor transition cone)의 내부 표면을 따르는 것과 같이 3차원 표면에 클래딩을 적용하기 위해서 다축 공구와 함께 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 도 7의 프로세스는 해상(marine) 적용들을 위한 하드 페이싱(hard facing) 또는 스테인리스강 내부식 재료를 적용하기 위해서 사용될 수 있다. 용제(93b) 및 합금(93a)이 동일 노즐로부터 공급될 수 있거나 별개의 노즐(90b, 90a)들로부터 독립적으로 공급될 수 있다.

도 7의 프로세스는 초합금 재료들의 용착을 위한 전통적인 레이저 마이크로 클래딩의 제한들을 극복하는데, 이는 왜냐하면 더 높은 용착 속도(예를 들면, 용제 추가 없이 2 배의 용착 속도)들이 표준 후용접 열처리들을 사용하여 크래킹 없이 성취될 수 있기 때문이다. 레이저 다이오드 또는 레이저 빔의 래스터링(도 5에 의해 예시된 바와 같음)은 이러한 높은 용착 속도들을 용이하게 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 집합적으로 선택적 레이저 가열로서 본원에서 지칭되는, 선택적 레이저 소결 또는 선택적 레이저 용융과 같은 적층 가공 프로세스를 예시한다. 적층 가공 장치(110)는 분말 공급 부분(112) 및 제작 부분(114)을 포함한다. 분말 공급 부분(112)은 롤러(118)와 같은 분말 공급 및 분배 장치에 의해 제작 부분(114)으로 선택적으로 이동되는 분말(116)의 볼륨을 포함하며, 이러한 장치는 제작 부분(114)의 제작 분말 베드(120)의 상부 표면을 가로질러 미리 정해진 두께의 미처리 분말(116)을 전달한다. 이후, 스캐닝 시스템(122)은, 구성요소(126)의 일부를 형성하도록 분말의 구역을 선택적으로 가열(용융, 부분적으로 용융 또는 소결) 및 응고하도록 제작 분말 베드(120)의 표면의 부분들을 가로질러 프로그램된 패턴으로 레이저 빔(124)과 같은 에너지 빔을 선택적으로 스캔한다. 딜리버리 피스톤(128)은, 이후 롤러(118)에 추가 분말(116)이 입수가능하게 하도록 상방으로 이동하며, 제작 피스톤(130)은 제작 분말 베드(120)가 다른 분말(116)의 층을 수용하도록 하방으로 이동하며, 이 프로세스는 소망하는 구성요소 형상을 형성하는데 유효한 레이저 빔(124)의 인덱싱 패턴으로 반복된다.

초합금 재료들을 포함하는 종래 기술의 선택적 레이저 가열 프로세스들에 의해, 용융되거나 부분적으로 용융된 분말(116)이 공기와 접촉하는 것을 방지하도록, 분말형 초합금 재료가 불활성 커버 가스 하에 가열된다. 이에 반해, 도 8에 예시된 본 발명의 실시예는, 분말형 초합금 재료(116')에 더하여 분말형 용제(116")를 분말(116)로서 활용하며, 이에 따라 용융된 용제가 공기로부터 필수의 차폐를 제공하기 때문에, 불활성 커버 가스 하에 (이는 선택적일 수 있지만) 가열이 실행될 필요가 없다. 분말(116)은 분말형 합금(116') 및 분말형 용제(116")의 혼합물일 수 있거나, 이 분말은 전술된 바와 같이 합금 및 용제의 복합재 입자들일 수 있다. 프로세스의 정밀도를 향상시키기 위해서, 분말(116)은 미세 메쉬(fine mesh), 예컨대 20 내지 100 미크론일 수 있으며, 용제 입자(116")들의 메쉬 크기 범위는, 합금 입자(116')의 메쉬 크기 범위와 동일하거나 중복될 수 있다. 이러한 입자들의 작은 크기는, 단위 체적당 큰 표면적을 유발하며, 이에 따라 합금 입자 표면 상에 형성되는 문제가 되는 산화물들에 대한 잠재성을 크게 유발한다. 복합재 입자들은 용제 재료를 갖는 합금 입자들을 코팅함으로써 이러한 문제를 최소화할 수 있다. 게다가, 용융된 용제는, 차폐 가스를 형성함으로써 그리고 산화물들 및 다른 오염물들을 반응시키고 오염물들이 쉽게 제거되는 슬래그(132)를 형성하는 표면으로 이 오염물들을 부유시킴으로써 용융 결함들을 감소시키기 위해서 세정 작용을 제공할 것이다. 슬래그(132)는 다음 분말 층(116)이 제작 분말 베드(120) 내로 이동되기 이전에 각각의 용융 층으로부터 제거된다. 슬래그를 제거하기 위한 하나의 장치는, 동시 출원된 미국 특허 출원 제 XXX 호(대리인 관리 번호: 2012P27618US)에 예시되며, 본원에 참조로 포함된다.

용제(116")는 레이저 에너지의 흡수를 보조하도록 라이트 트랩(light trap)으로서 기능하며, 결과로 발생한 슬래그(132)는 냉각 속도를 늦추고 프로세스 에너지를 포함한다. 용제(116")는 일부 실시예들에서 용착물의 화학적 성질(deposit chemistry)에 기여하도록 제형화될 수 있다. 요구되지는 않지만, 가열 단계 이전에 분말(116) 및/또는 구성요소(126)를 가열하는 것이 유리할 수 있다. 후처리 열간 정수압 소결법(hot isostatic pressing)이 또한 요구되지 않거나 일부 실시예들에서 사용될 수 있다. 완료된 구성요소(126)의 용접후 열처리는, 도 6에 관하여 상기 논의된 바와 같이 용접성 존 외부에 있는 초합금들을 위한 크래킹을 균일하게 재가열하는 작은 우려와 함께 실행될 수 있다.

도 8에 예시된 프로세스는, 부품들의 급속 프로토타이핑을 위해 또는 원래의 장비 제조를 위해 유용할 수 있다. 게다가, 프로세스는, 재정비를 위한 서비스로부터 제거된 가스 터빈 엔진 블레이드 상에 교체 블레이드 팁을 형성하기 위한 것 또는 가스 터빈 엔진 베인 상의 허니콤 시일들을 보수하기 위한 것과 같이, 구성요소 보수 적용들을 위해서 사용될 수 있다. 본 발명은 불활성 커버 가스에 대한 요구를 제거하며, 타이트한 허용공차 제어를 위해 정교한 레이저 프로세싱을 제공하고, 선택적 레이저 가열 프로세스들에서 사용되는 미세한 초합금 분말 상에서의 산화물들의 오래된 문제에 대한 해법을 제공하며, 그리고 이전에 공지된 용접성 존을 지나 조성물들을 갖는 초합금들의 크랙이 없는 용착을 허용한다.

분말형 재료의 사용이 기능적으로 등급화된 재료들의 용착을 용이하게 하며, 여기서 시간 및 공간에 걸쳐 용착된 재료의 조성이 변화하는 것이 예상될 것이다. 예컨대, 도 8의 구성요소(126)가 가스 터빈 베인이라면, 베인의 플랫폼 부분(platform portion)은 제 1 조성일 수 있으며, 베인의 에어 포일 부분은 이와 상이한 제 2 조성일 수 있다. 다른 실시예들에서, 합금 조성은, 제품의 내부벽으로부터 외부벽까지 또는 제품 내로부터 제품의 표면들 가까운 곳까지 변할 수 있다. 상이한 기계적 또는 내부식 특징들을 요구하는 예상되는 작동 조건들에 대응하여 그리고 재료들의 가격을 고려하여, 합금 조성은 변할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들이 본원에 도시되고 설명되어 있지만, 이러한 실시예들이 단지 예시로서 제공되는 것이 자명할 것이다. 다양한 변경예들, 수정예들 및 치환예들이 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 첨부된 청구항들의 사상 및 범주에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims

표면 상에 합금 재료 및 플럭스 재료를 포함하는 제 1 분말 층을 배치시키는 단계;
위에 있는 슬래그 층 아래에서 합금 구역을 선택적으로 응고시키도록 제 1 분말 층을 가로질러 에너지 빔을 인덱싱(indexing)하는 단계;
슬래그를 제거하는 단계;
소망하는 구성요소 형상을 형성하는데 효과적인 인덱싱 패턴에 따라 상기 배치 단계, 인덱싱 단계, 및 제거 단계를 반복하는 단계를 포함하는,
프로세스.
제 1 항에 있어서,
합금 입자들과 용제 입자들의 혼합 층으로서 분말 층을 형성하는 단계를 더 포함하는,
프로세스.
제 2 항에 있어서,
상기 합금 입자들의 메시 크기 범위 및 용제 입자들의 메쉬 크기 범위는 중복되는,
프로세스.
제 1 항에 있어서,
상기 복합재 합금과 용제 입자들의 층으로서 분말 층을 형성하는 단계를 더 포함하는,
프로세스
제 1 항에 있어서,
상기 합금 재료는 알루미늄 함량에 대한 티타늄 함량을 도표화한(plotting) 초합금들의 그래프 상에서 규정된 용접성 존(zone of weldability)을 넘는 조성을 포함하며,
상기 용접성 존은 6 wt%에서 티타늄 함량 축과 교차하며 3 wt%에서 알루미늄 함량 축과 교차하는 라인에 의해서 상부 경계를 이루는(upper bounded),
프로세스.
제 5 항에 있어서,
재가열 크래킹의 유도 없이 구성요소 형상의 용접후 열처리 단계를 더 포함하는,
프로세스.
제 1 항에 있어서,
불활성 가스의 보호 커버를 제공하지 않고 실행되는,
프로세스.
제 1 항에 있어서,
상기 용제 재료는 응고된 합금의 영역의 용착물의 화학적 성질에 기여하도록 제형화되는(formulated),
프로세스.
제 1 항에 있어서,
상기 에너지 빔은 레이저 빔인,
프로세스.
슬래그에 의해 덮이는 합금의 응고 구역들을 형성하도록 합금 재료 및 용제 재료를 포함하는 연속 분말 층들의 개별 구역들을 선택적으로 가열하는 단계; 및
각각의 다음의 연속 층을 가열하기 이전에 슬래그를 제거하는 단계를 포함하는, 적층 가공 프로세스.
제 10 항에 있어서,
상기 분말 층은 혼합된 합금 입자들과 용제 입자들을 포함하는,
적층 가공 프로세스.
제 11 항에 있어서,
상기 합금 입자들의 메시 크기 범위 및 용제 입자들의 메쉬 크기 범위는 중복되는,
적층 가공 프로세스.
제 10 항에 있어서,
상기 분말 층은 복합재 합금 및 용제 입자들의 층인,
적층 가공 프로세스.
제 10 항에 있어서,
상기 합금 재료는 알루미늄 함량에 대한 티타늄 함량을 도표화한 초합금들의 그래프 상에서 규정된 용접성 존을 넘는 조성을 포함하며,
상기 용접성 존은 6 wt%에서 티타늄 함량 축과 교차하며 3 wt%에서 알루미늄 함량 축과 교차하는 라인에 의해서 상부 경계를 이루는,
적층 가공 프로세스.
제 14 항에 있어서,
소망하는 구성요소 형상을 형성하도록 가열 및 제거 단계들을 반복하는 단계; 및
재가열 크래킹(cracking)을 유도하지 않고 구성요소 형상을 용접후 열처리하는 단계를 더 포함하는,
적층 가공 프로세스.
제 10 항에 있어서,
불활성 가스의 보호 커버를 제공하지 않고 실행되는,
적층 가공 프로세스.
제 10 항에 있어서,
상기 용제 재료는 응고된 합금 영역들의 용착물의 화학적 성질에 기여하도록 제형화되는,
적층 가공 프로세스.
제 10 항에 있어서,
상기 에너지 빔은 레이저 빔인,
적층 가공 프로세스.
초합금 재료 및 용제 재료를 포함하는 분말을 형성하는 단계;
일련의 층들 내에 소망하는 구성요소 형상을 형성하도록 적층 가공 프로세스에서 분말을 사용하는 단계; 및
다음 층을 형성하기 이전에 각 층으로부터 슬래그를 제거하는 단계를 포함하는,
프로세스.
제 19 항에 있어서,
용제 재료 입자들과 혼합된 초합금 재료 입자들을 포함하도록 분말을 형성하는 단계를 포함하는,
프로세스.