KR20210118131A - 알루미늄 합금 부품 제조 방법 - Google Patents

알루미늄 합금 부품 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210118131A
KR20210118131A KR1020217026604A KR20217026604A KR20210118131A KR 20210118131 A KR20210118131 A KR 20210118131A KR 1020217026604 A KR1020217026604 A KR 1020217026604A KR 20217026604 A KR20217026604 A KR 20217026604A KR 20210118131 A KR20210118131 A KR 20210118131A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat treatment
optionally
variant
alloy
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020217026604A
Other languages
English (en)
Inventor
베시흐 셰하브
Original Assignee
씨-테크 콘스텔리움 테크놀로지 센터
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 씨-테크 콘스텔리움 테크놀로지 센터 filed Critical 씨-테크 콘스텔리움 테크놀로지 센터
Priority claimed from PCT/FR2020/050108 external-priority patent/WO2020095009A2/fr
Publication of KR20210118131A publication Critical patent/KR20210118131A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/22—Direct deposition of molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408—Light metal alloys
    • C22C1/0416—Aluminium-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/053—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with zinc as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B22F2003/1051—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding by electric discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/05—Light metals
    • B22F2301/052—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

서로 중첩된 연속적인 금속 층(201 … 20n)의 형성을 포함하는 부품(20)을 제조하기 위한 방법에 있어서, 각각의 층은 필러 금속(25)의 용착에 의해 형성되고, 필러 금속은 에너지 입력을 받아 용융되어 응고할 때 상기 층을 구성하고, 방법은, 필러 금속(15, 25)이,
- Zr: 0.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 더 바람직하게는 1% 내지 2.5%, 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 2.5%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 0.5% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.8%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.6%, 더 바람직하게는 0.7 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.8% 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.9% 내지 1.5%, 보다 더 바람직하게는 1 내지 1.4%;
- Fe: 0% 내지 3%, 바람직하게는 0.5% 내지 2.5%; 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 바람직하게는 0.8% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.8 내지 1.2; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 1.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 1.6% 내지 2.4%, 바람직하게는 1.7 내지 2.3%;
- 선택적으로 Si: ≤ 0.3%, 바람직하게는 ≤ 0.2%, 더 바람직하게는 ≤ 0.1%;
- 선택적으로 Cu: ≤ 0.5%, 바람직하게는 0.05 내지 0.5%, 바람직하게는 0.1 내지 0.4%;
- 선택적으로 Mg: ≤ 0.2%, 바람직하게는 ≤ 0.1%, 바람직하게는 < 0.05%;
- 개별적으로 < 0.1%이고 전부 < 0.5%인 기타 합금 원소들;
- 불순물: 개별적으로 < 0.05%이고 전부 < 0.15%
인 합금 원소들(중량%)을 포함하고, 나머지는 알루미늄으로 이루어지는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 합금 부품 제조 방법
본 발명의 기술분야는 적층 제조 기술(additive manufacturing technique)을 이용하여 알루미늄 합금으로 이루어진 부품을 제조하는 방법이다.
1980년대 이후, 적층 제조 기술들이 개발되었다. 이 기술들은 재료 제거를 목표로 하는 가공 기술과 반대로 재료의 추가에 의해 부품을 성형하는 것으로 구성된다. 이전에는 프로토타이핑(prototyping)에 국한되었던 적층 제조가 현재 금속 부품들을 포함한 산업용 제품의 대량 생산을 위해 운용되고 있다.
"적층 제조"라는 용어는 프랑스 표준 P E67-001에 따라 "디지털 객체에 기초하여 재료를 한 층씩 추가함으로써 물리적 객체를 제조하는 방법의 세트"로 정의된다. 표준 ASTM F2792(2012년 1월)도 또한 적층 제조를 규정한다. 또한, 다른 적층 제조법이 표준 ISO/ASTM 17296-1에 규정되고 설명된다. 저 다공성을 갖는 알루미늄 부품을 제조하는 데에 적층 제조의 사용은 문헌 WO 2015/006447에 설명되어 있다. 일반적으로, 연속적인 층의 인가는 이른바 필러 재료(filler material)의 인가 및 그 후의 레이저 빔, 전자 빔, 플라즈마 토치 또는 전기 아크 유형의 에너지원에 의한 필러 재료의 용융 또는 소결에 의해 수행된다. 적용되는 적층 제조 기법에 관계없이 각각의 추가된 층의 두께는 대략 수십 또는 수백 미크론이다.
다른 적층 제조 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 한정이 아니면서, 분말 형태의 필러 재료의 용융 또는 소결이 언급될 수 있다. 이는 레이저 용융 또는 소결로 이루어질 수 있다. 특허 출원 US20170016096은 전자 빔 또는 레이저 빔과 같은 에너지 빔으로의 분말의 노출에 의해 획득되는 국부적 용융에 의해 부품을 제조하기 위한 방법을 설명하고, 방법은 또한 "선택적 레이저 용융"을 나타내는 약어 SLM과, "전자 빔 용융"을 나타내는 약어 "EBM"이라 한다.
적층 제조에 의해 획득되는 알루미늄 부품의 기계적 특성은 필러 금속을 형성하는 합금에 따라, 더욱 구체적으로는 이의 조성뿐만 아니라 적층 제조의 구현 후에 적용되는 열처리에 따라 달라진다.
본 출원인은, 적층 제조 방법에서 사용될 때, 용해(dissolution) 및 담금질(quenching)과 같은 열처리를 구현하는 것을 필요로 하지 않으면서, 주목할 만한 기계적 성능을 갖는 부품을 획득하는 것을 가능하게 하는 합금 조성을 결정하였다. 또한, 사용된 부품들은 흥미로운 열 전도도 또는 전기 전도도 특성을 특징으로 한다. 이것은 이 부품들의 가능한 적용 분야를 다양화할 수 있게 한다.
본 발명의 제1 과제는 서로 중첩된 연속적인 금속 층의 형성을 포함하는 부품을 제조하기 위한 방법이고, 각각의 층은 필러 금속의 용착(deposition)에 의해 형성되고, 필러 금속은 에너지 입력을 받아 용융되어 응고할 때 상기 층을 구성하고, 방법은, 필러 금속이,
- Zr: 0.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 더 바람직하게는 1% 내지 2.5%, 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 2.5%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 0.5% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.8%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.6%, 더 바람직하게는 0.7 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.8% 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.9% 내지 1.5%, 보다 더 바람직하게는 1 내지 1.4%;
- Fe: 0% 내지 3%, 바람직하게는 0.5% 내지 2.5%; 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 바람직하게는 0.8% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.8 내지 1.2%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 1.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 1.6% 내지 2.4%, 바람직하게는 1.7 내지 2.3%;
- 선택적으로 Si: ≤ 0.3%, 바람직하게는 ≤ 0.2%, 더 바람직하게는 ≤ 0.1%;
- 선택적으로 Cu: ≤ 0.5%, 바람직하게는 0.05 내지 0.5%, 바람직하게는 0.1 내지 0.4%;
- 선택적으로 Mg: ≤ 0.2%, 바람직하게는 ≤ 0.1%, 바람직하게는 < 0.05%;
- 개별적으로 < 0.1%이고 전부 < 0.5%인 기타 합금 원소들;
- 불순물: 개별적으로 < 0.05%이고 전부 < 0.15%
인 합금 원소들(중량%)을 포함하고, 나머지는 알루미늄으로 이루어지는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 한다.
기타 합금 원소들 중에서, 예를 들어, Cr, V, Ti, Mn, Mo, W, Nb, Ta, Sc, Ni, Zn, Hf, Nd, Ce, Co, La, Ag, Li, Y, Yb, Er, Sn, In, Sb, Sr, Ba, Bi, Ca, P, B 및/또는 미시메탈(mischmetal)이 언급될 수 있다.
바람직하게는, 방법은, 개별적으로 고려되거나 기술적으로 실현 가능한 조합에 따라, 다음의 특징들을 포함할 수 있다:
- Zr: 0.8% 내지 2.5%, 또는 바람직하게는 1% 내지 2.5%, 또는 보다 더 바람직하게는 1.2 내지 2.5%, 또는 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 2.5%, 또는 보다 더 바람직하게는 1.5% 내지 2.5%;
- Zr: 0.5% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.8%, 더 바람직하게는 0.6 내지 1.6%, 더 바람직하게는 0.7 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.8 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.9 내지 1.5%, 보다 더 바람직하게는 1 내지 1.4%;
- Fe: 0.5% 내지 2.5% 또는 0.5% 내지 2%; 바람직하게는 0.8% 내지 2.5%, 바람직하게는 0.8% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.8 내지 1.2%;
- Fe: 0.5% 내지 2.5% 또는 0.5% 내지 2%; 바람직하게는 1.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 1.6% 내지 2.4%, 더 바람직하게는 1.7 내지 2.3%;
- Si: ≤ 0.2%, 바람직하게는 ≤ 0.1%;
- Si ≥ 0.01%, 또는 선택적으로 ≥ 0.05%;
- Cu: 0.05 내지 0.5%, 바람직하게는 0.1 내지 0.4%;
- Zr: 0.5% 내지 2.5% 및 Fe ≥ 1%;
- Zr: 0.5% 내지 2.5% 및 Fe ≤ 1%;
- 각각의 기타 합금 원소의 중량 분율은, 엄격하게, 500 ppm, 300 ppm, 200 ppm 또는 선택적으로 100 ppm보다 낮다;
- 각각의 불순물의 중량 분율은, 엄격하게, 300 ppm, 200 ppm 또는 선택적으로 100 ppm보다 낮다;
- 합금은 Cr, V, Mn, Ti, Mo를 포함하지 않거나, 500 ppm, 300 ppm, 200 ppm, 또는 선택적으로 100 ppm보다 낮은 중량 분율에 따른 Cr, V, Mn, Ti, Mo을 포함한다.
하나의 변형예에 따르면, 본 발명에 따라 사용된 합금은 0.05% 내지 0.5%, 바람직하게는 0.1% 내지 0.4%의 중량 분율에 따른 Cu를 포함한다.
특히, 각각의 층은 디지털 모델로부터 규정된 패턴을 특징으로 할 수 있다.
방법은, 층의 형성 후에, 즉 최종 부품의 형성 후에, 적어도 하나의 열처리를 포함할 수 있다. 열처리는 템퍼링 및 어닐링으로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 피하는 것이 바람직할 수 있지만, 이는 용해 및 담금질을 포함할 수 있다. 또한, 이는 열간 등압 성형(hot isostatic pressing)을 포함할 수 있다.
기계적 특징을 향상시키기 위하여, 열처리는:
- 열처리의 지속 시간이 0.1시간 내지 10시간으로 구성되는 경우 400℃보다 높은 온도에서;
- 또는, 열처리의 지속 시간이 0.5시간 내지 100시간으로 구성되는 경우 300℃ 내지 400℃에서, 수행될 수 있다.
열전도 특성 또는 전기 전도 특성을 촉진하기 위하여, 열처리는 350℃ 이상 또는 400℃ 이상의 온도에서, 또는 90 내지 200시간의 지속 시간으로 수행되어, 최적의 열 전도도 또는 전기 전도도를 획득할 수 있다. 예를 들어, 380℃ 내지 470℃의 온도와 90 내지 110시간의 지속 시간이다.
유리한 실시예에 따라, 방법은 층의 형성 후에, 즉 최종 부품의 형성 후에, 또는 열처리 후에, 담금질을 포함하지 않는다. 따라서, 바람직하게는, 방법은 용해 후에 담금질하는 어떠한 단계도 포함하지 않는다.
하나의 실시예에 따르면, 필러 금속은 분말의 형태를 갖고, 분말이 광 빔 또는 대전된 입자에 노출됨으로써 국부적으로 용융된 후 응고되어 고체층을 형성한다. 다른 실시예에 따르면, 필러 금속은 필러 와이어로부터 얻어지고, 필러 와이어가 열원에 노출됨으로써 국부적으로 용융 및 응고되어 고체층을 형성한다.
본 발명의 제2 과제는, 본 발명의 제1 과제에 따른 방법의 적용 후에 획득되는 금속 부품이다.
본 발명의 제3 과제는, 적층 제조 방법의 필러 재료로서 사용되도록 의도된 필러 재료, 특히 필러 와이어 또는 분말이고,
- Zr: 0.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 더 바람직하게는 1% 내지 2.5%, 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 2.5%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 0.5% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.8%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.6%, 더 바람직하게는 0.7 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.8% 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.9% 내지 1.5%, 보다 더 바람직하게는 1 내지 1.4%;
- Fe: 0% 내지 3%, 바람직하게는 0.5% 내지 2.5%; 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 바람직하게는 0.8% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.8% 내지 1.2%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 1.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 1.6% 내지 2.4%, 바람직하게는 1.7 내지 2.3%;
- 선택적으로 Si: ≤ 0.3%, 바람직하게는 ≤ 0.2%, 더 바람직하게는 ≤ 0.1%;
- 선택적으로 Cu: ≤ 0.5%, 바람직하게는 0.05 내지 0.5%, 바람직하게는 0.1 내지 0.4%;
- 선택적으로 Mg: ≤ 0.2%, 바람직하게는 ≤ 0.1%, 바람직하게는 < 0.05%;
- 개별적으로 < 0.1%이고 전부 < 0.5%인 기타 합금 원소들;
- 불순물: 개별적으로 < 0.05%이고 전부 < 0.15%
의 합금 원소들(중량%)을 포함하고, 나머지는 알루미늄으로 이루어지는 알루미늄 합금에 의해 구성되는 것을 특징으로 한다.
필러 재료를 형성하는 알루미늄은 본 발명의 제1 과제와 관련되어 설명된 특징들을 특징으로 할 수 있다.
필러 재료는 분말의 형태를 가질 수 있다. 분말은 분말을 포함하는 입자의 적어도 80%가 다음의 범위 내의 평균 크기를 가지도록 하는 것일 수 있다: 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 5 내지 25 ㎛ 또는 20 내지 60 ㎛.
필러 재료가 와이어의 형태를 가질 때, 와이어의 직경은 특히 0.5 ㎜ 내지 3 ㎜로 구성될 수 있고, 바람직하게는 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜로 구성될 수 있고, 보다 더 바람직하게는 1 ㎜ 내지 2 ㎜로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 과제는, CSC(cold spray consolidation), LMD(laser metal deposition), AFS(additive friction stir), FAST(spark plasma sintering) 또는 IRFW(inertia rotary friction welding) 중에서 선택되고, 바람직하게는 CSC인 제조 방법에서의 이전에 설명되고 그리고 설명의 나머지 부분에서 설명된 분말 또는 필러 와이어의 용도이다.
다른 이점 및 특징은 비한정적인 예로서 제공된 본 발명의 특정 실시예에 대한 이어지는 설명으로부터 더욱 명확하게 나타내어질 것이고 아래에 열거된 도면들에 도시된다.
도 1은 SLM 유형의 적층 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 적층 제조 방법에 의해 제조된 샘플로부터의 예 1의 실험적 시험 전반에 걸쳐 판단된 인장 특성과 전기 전도 특성을 도시한다.
도 3은 WAAM 유형의 적층 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 4는 예들에 따라 사용되는 시편의 도면이다.
도 5는 예 1의 제2 시험 부품의 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 적층 제조 방법에 의해 제조된 샘플로부터의 예 2의 실험적 시험 전반에 걸쳐 판단된 인장 특성과 전기 전도 특성을 도시한다.
상세한 설명에서, 달리 언급되지 않는 한:
- 알루미늄 합금의 명칭은 알루미늄 협회에서 정한 명명법에 따르며;
- 화학 원소의 비율은 %로 표시하며 질량 분율을 나타낸다. x% 내지 y%라는 표기는 x% 이상 y% 이하를 의미한다.
불순물은 합금에 의도치 않게 존재하는 화학 원소로 이해되어야 한다.
도 1은 SLM(Selective Laser Melting) 유형의 적층 제조 방법의 동작을 도식화한다. 필러 재료는 서포트(10) 상에 배치된 분말의 형태를 가진다. 이 경우에는 레이저 소스(11)인 에너지 소소가 레이저 빔(12)을 방출한다. 레이저 소스는 이동이 디지털 모델(M)에 따라 결정되는 광학계(13)에 의해 필러 재료에 결합된다. 레이저 빔(12)은 전파 축(Z)을 따라 전파하고, 디지털 모델에 따른 패턴을 묘사하는 평면 XY에 따른 이동을 따라간다. 예를 들어, 평면은 전파 축(Z)에 수직이다. 분말(15)과의 레이저 빔(12)의 상호 작용은 분말의 선택적인 용융을 야기하고, 이어서 응고되어 층(201 … 20n)이 형성된다. 층이 형성되면, 이는 필러 금속의 분말(15)로 덮이고 이전에 생성된 층에 중첩되는 다른 층이 형성된다. 예를 들어, 층을 형성하는 분말의 두께는 10 내지 100 ㎛일 수 있다.
알루미늄 합금에 대하여, 서포트(10) 또는 트레이는 범위가 350℃까지 이르는 온도까지 가열될 수 있다. 일반적으로, 시중에서 현재 입수 가능한 기계는 200℃까지 트레이의 가열을 가능하게 한다. 예컨대, 트레이의 가열 온도는 약 50℃, 100℃, 150℃ 또는 200℃일 수 있다. 일반적으로, 트레이의 가열은 분말 베드에서의 습도를 감소시키고, 또한 제조되고 있는 부품에 대한 잔류 응력을 감소시킬 수 있게 한다. 분말 베드에서의 습도 레벨은 최종 부품의 다공성에 직접적인 영향을 미치는 것으로 보인다. 사실, 분말의 습도가 더 높을수록 최종 부품의 다공성이 더 높아질 것으로 보인다. 트레이의 가열이 고온 적층 제조를 수행하기 위한 기존의 가능성 중 하나라는 것에 유의하여야 한다. 그러나, 본 발명은 이 가열 수단 단독의 사용에 제한되지 않는다. 모든 다른 가열 수단, 예를 들어 적외선 램프가, 가열하고 온도를 모니터링하기 위하여 본 발명과 연계하여 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 범위가 350℃까지 이르는 온도에서 수행될 수 있다.
분말은 다음의 특성들 중 적어도 하나를 가질 수 있다:
- 5 내지 100 ㎛, 바람직하게는 5 내지 25 ㎛, 또는 20 내지 60 ㎛의 평균 입자 크기. 주어진 값은 입자들의 적어도 80%가 특정 범위의 평균 크기를 가진다는 것을 의미한다.
- 구 형상. 예를 들어, 분말의 구형도(sphericity)는 입자 형태 크기 분석기(morphogranulometer)를 사용하여 결정될 수 있다.
- 우수한 주조성. 예를 들어, 분말의 주조성은 표준 ASTM B213 또는 표준 ISO 4490:2018에 따라 결정될 수 있다. 표준 ISO 4490:2018에 따르면, 유동 시간은 바람직하게는 50초보다 짧다.
- 바람직하게는 0 내지 5 부피%, 보다 바람직하게는 0 내지 2 부피%, 보다 더 바람직하게는 0 내지 1 부피%의 낮은 다공성. 특히, 다공성은 광학 마이크로그래프 또는 헬륨 비중 측정법(pycnometry)에 의해 결정될 수 있다(표준 ASTM B923 참조).
- 더 큰 입자에 달라붙는 부수체(satellite)라 불리는 작은 입자(분말 평균 크기의 1 내지 20%)가 없거나 소량(10 부피% 미만, 바람직하게는 5 부피% 미만).
이러한 방법의 구현은 높은 수율로의 부품의 제조를 가능하게 하고, 40 ㎤/h에 도달하거나 선택적으로는 이를 초과할 수 있다.
더욱이, 본 출원인은, 온도에서의 갑작스러운 변동으로 인하여, 담금질 유형의 열처리의 적용이 부품의 뒤틀림(distortion)을 유발할 수 있다는 것을 관찰하였다. 일반적으로, 부품의 뒤틀림은 이의 치수가 커질수록 보다 더 중요하다. 그렇지만, 적층 제조 방법의 이점은 제조 후의 형상이 영구적이거나 거의 영구적인 부품을 정밀하게 획득하는 것이다. 따라서, 열처리에 기인하는 상당한 변형의 발생은 방지되어야 한다. 거의 영구적이라는 것은 마감 기계 가공이 제조 후의 부품에 수행될 수 있다는 것을 의미한다: 적층 제조 기술에 의해 제조된 부품은 마감 기계 가공 전에 이의 영구적 형상에 따라 확장된다.
전술한 점을 주목한 후에, 출원인은, 층의 형성에 이어, 즉 최종 부품의 형성 후에, 뒤틀림을 유발할 수 있는 열처리의 적용을 필요로 하지 않으면서, 허용 가능한 기계적 특성을 획득할 수 있게 하는, 필러 재료를 형성하는 합금 조성을 검토하였다. 특히, 목표는 온도의 갑작스러운 변동을 수반하는 열처리를 방지하는 것이다. 따라서, 본 발명은, 적층 제조에 의해, 특히 항복 강도의 측면에서, 기계적 특성이 만족스러운 부품을 획득하는 것을 가능하게 한다. 선택된 적층 제조 방법 유형에 따라, 필러 재료는 와이어 또는 분말의 형태를 가질 수 있다.
출원인은 1 중량%보다 높은 함량을 갖는 합금 내에 존재하는 원소들의 개수를 제한함으로써 관심 있는 기계적 특성 및 열적 특성 사이의 좋은 트레이드 오프가 획득될 수 있다는 것을 알게 되었다. 합금에서의 원소들의 첨가가 적층 제조에 의해 제조되는 부품의 일부 기계적 특성을 개선하는 것을 가능하게 한다는 것이 일반적으로 인식되어 있다. 기계적 특성이란 예를 들어 항복 강도 및 파단 연신율로 이해되어야 한다. 그러나, 너무 많은 양의 합금 화학 원소들의 첨가 또는 너무 다양한 종류의 합금 화학 원소들의 첨가는 적층 제조로부터 발생하는 부품의 열 전도 특성을 변동시킬 수 있다. 따라서, 적층 제조 방법의 사용은 이원 또는 삼원 합금에 의존하는 것은 적층 제조 분야에서 유망한 방법을 구성한다.
출원인은 허용 가능한 기계적 및 열적(또는 전기적) 특성을 얻기 위해 합금에 첨가된 원소의 수와 양 사이의 절충점에 도달하는 것이 유용하다는 것을 고려하여 왔다.
출원인은 이러한 절충점은 1% 이상의 중량 분율을 갖는 알루미늄 합금을 형성하는 화학 원소의 개수를 1 또는 2로 제한함으로써 획득될 수 있다는 것을 고려한다. 따라서, 특히 관심 있는 합금은, 1%보다 높은 질량 분율에 따라, 다음을 첨가함으로써 획득될 수 있다:
- Zr만. 이 경우에, 합금은 본질적으로 2개의 원소(Al 및 Zr)로 구성된다. 예를 들어, Zr: 0.5% 내지 2.5% 및 Fe < 1%;
- Zr 및 Fe만. 이 경우에, 합금은 본질적으로 3개의 원소(Al, Zr 및 Fe)로 구성된다. 합금에서의 Fe의 존재는, 기계적 특성을 개선하는 것을 가능하게 하며, 기계적 특성이 열간 또는 냉간 인장 기계 특성으로 구성되는지 경도(hardness)로 구성되는지 관계 없다. 예를 들어, Zr: 0.5% 내지 2.5% 및 Fe ≥ 1%.
합금 내 Zr의 존재는 합금의 우수한 가공성을 부여하며, 가공성이라는 용어는 적층 제조 방법에 의해 성형되는 합금의 능력을 정량화한다. 이는, 적층 제조로 제조된 부품 레벨에서, 균열 유형의 결함의 사실상의 부재와 낮은 다공성에 의해 반영된다. 출원인은 0.5%보다 높은 Zr의 중량 분율이 우수한 가공성을 부여한다는 것을 알게 되었다. Zr의 최적 중량 분율은 제1 변형예에 따라 0.8 내지 2.5%, 더 바람직하게는 1 내지 2.5%, 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 2.5%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 0.5 내지 2%, 더 바람직하게는 0.6 내지 1.8%, 더 바람직하게는 0.6 내지 1.6%, 더 바람직하게는 0.7 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.8 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.9 내지 1.5%, 보다 더 바람직하게는 1 내지 1.4%로 구성될 수 있다. Zr이 0.5% 미만이면 일반적으로 기계적 물성은 충분하지 않다.
출원인은 SLM 공정 및 Zr의 존재 하에, 특히 Zr 함량 > 0.5%에 대해, 각각의 층의 응고 동안, 액체 내에 형성되는 1차 Al3Z 석출물로부터 레이저 비드의 바닥에 형성되는 등축 결정립(equiaxed grain)이 관찰되었다. 1차 Al3Z 침전물은 기원부(germ)로 작용하여 이로부터 알루미늄 등축 결정립이 형성된다. 나머지 레이저 비드가 비드의 가장자리에서 중심을 향해 방사상으로 성장하는 주상 결정립(columnar grain) 형태로 응고된다. Zr 함량이 높을수록 등축 결정립의 분율이 더 커질 것이고, 주상 결정립의 분율이 더 낮아질 것이다. 충분한 분율의 등축 결정립의 존재는 응고 종료 시 균열을 방지하는 데 유리하다.
그러나 Zr 함량이 < 0.5%일 때, 1차 Al3Z 석출물의 농도가 너무 낮아, 에피택셜 성장에 따라, 한 층에서 다른 층으로 진행하는 여러 층을 교차할 수 있는 거친 주상 결정립이 형성된다. 따라서, 획득된 부품은 응고 균열에 더 민감하다.
균열에 대한 민감도에 대한 Zr 함량의 이러한 효과는 SLM 방법과 같이 각각의 층을 용융시키는 적층 제조 방법에 특정된다. 급속 응고된 얇은 밴드 또는 분말로부터 부품의 압축 및 스피닝을 포함하는 기존의 소위 급속 응고 공정과 같은 비적층 공정의 경우, Zr 함량이 < 0.5%인 합금으로 제조된 부품은 균열 없이 제조될 수 있다. 실제로, 이러한 공정은 성형 단계 동안 용융이 필요하지 않고, 따라서 응고 균열이 발생하지 않는다.
또한, 본 출원인은 0.5% 이하, 바람직하게는 0.05 내지 0.5%, 바람직하게는 0.1 내지 0.4%의 구리의 존재가 열처리 후 기계적 특성 및 전기 전도도/항복 강도 트레이드 오프를 개선하는 것을 가능하게 한다는 것을 알게 되었다.
바람직하게는, Zr의 중량 분율은 0.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 또는 선택적으로 1% 내지 2.5%, 또는 선택적으로 1.2% 내지 2.5%, 또는 선택적으로 1.3% 내지 2.5%, 또는 선택적으로 1.5% 내지 2.5%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 0.5 내지 2%, 또는 선택적으로 0.6 내지 1.8%, 또는 선택적으로 0.6 내지 1.6%, 또는 선택적으로 0.7 내지 1.5%, 또는 선택적으로 0.8 내지 1.5% 또는 선택적으로 0.9 내지 1.5 %, 또는 선택적으로 1 내지 1.4%로 구성된다.
합금이 Fe를 포함할 때, Fe의 중량 분율은 3% 이하이다. 바람직하게는, 이는 0.5% 내지 3%; 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8 내지 2.5%, 바람직하게는 0.8 내지 2%, 더 바람직하게는 0.8 내지 1.2%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 1.5 내지 2.5%, 바람직하게는 1.6 내지 2.4%, 더 바람직하게는 1.7 내지 2.3%로 구성된다. 앞서 언급한 바와 같이, Zr과 Fe의 결합은 특히 유리하며, 실험 시험에 의해 확인되었다.
또한, 합금은 개별적으로 엄격하게 0.1% 미만, 바람직하게는 500 ppm 미만, 바람직하게는 300 ppm 또는 200 ppm 또는 100 ppm 미만인 중량 분율에 따라, Cr, V, Ti, Mn, Mo, W, Nb, Ta, Sc, Ni, Zn, Hf, Nd, Ce, Co, La, Ag, Li, Y, Yb, Er, Sn, In, Sb, Sr, Ba, Bi, Ca, P, B 및/또는 미시메탈과 같은 다른 합금 원소를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 합금 원소 중 일부, 특히 Cr, V, Ti 및 Mo는 전도도를 열화시킨다. Cu는 열 및/또는 전기 전도도에 덜 해로운 것으로 간주된다.
용해-담금질-템퍼링 처리 없이 Mg를 첨가하는 것은 기계적 특성에 어떠한 큰 영향도 미치지 않으면서 전기 또는 열 전도도를 낮출 수 있을 것이다. 거기에, 특히 본 발명에 따라 시험된 것과 같은 고액상성(high-liquidus) 합금의 경우, 분무화 및 SLM 프로세스 동안 증발하는 경향을 추가해야 한다. 한 변형예에 따르면, 본 발명에 따라 사용되는 합금은 Mg를 포함하지 않거나 불순물 양, 즉 <0.05%를 포함한다.
합금이 Y, Yb, Er, Sn, In, Sb와 같은 다른 합금 원소를 포함하는 경우, 이들은 바람직하게는 중량 분율에 따라 500 ppm 미만, 또는 선택적으로 엄격하게 300 ppm 미만, 또는 선택적으로 엄격하게 200 ppm 또는 100 ppm 미만으로 존재한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 합금은, 0.2%보다 더 많은 양의 Si 및 Mg의 동시 첨가가 없기 때문에, AA6xxx 유형 합금이 아님을 주목해야 한다.
예로서, 본 발명에 따라 사용되는 알루미늄 합금은 다음을 포함할 수 있다:
- Zr 1.52%; Fe 213 ppm; Si 183 ppm; 각각 <0.05%이고 누적 불순물이 <0.15%인 불순물;
- Zr 1.23%; Fe 0.94%; 각각 <0.05%이고 누적 불순물이 <0.15%인 불순물;
- Zr 0.81%; Fe 1.83%; 각각 <0.05%이고 누적 불순물이 <0.15%인 불순물; 또는
- Zr 1.39%; Cu 0.32%; 각각 <0.05%이고 누적 불순물이 <0.15%인 불순물.
실험예
예 1
제1 시험은 합금 1을 사용하여 수행되었으며, ICP에 의해 측정된 합금 1의 중량 조성은 다음을 포함하였다: Zr: 1.52%; Fe 213 ppm; Si 183 ppm; 불순물: 각각 <0.05%이고, 누적 불순물이 <0.15%.
시험 부품은 EOS290 SLM(공급업체 EOS) 유형 기계를 사용하여 SLM에 의해 제조되었다. 이 기계는 부품이 제조되는 트레이를 대략 200℃의 온도까지 가열하는 것을 허용한다. 시험은 대략 200℃까지 가열된 트레이로 수행되었지만, 보완 시험은 예를 들어 25℃, 50℃, 100℃ 또는 150℃와 같은 더 낮은 트레이 온도에서 본 발명에 따른 합금의 우수한 가공성을 입증하였다.
레이저의 출력은 370 W이었다. 스캔 속도는 1400 ㎜/s이었다. 일반적으로 "산란 벡터(scattering vector)"라는 용어로 언급되는 두 개의 인접한 스캔 라인 사이의 편차는 0.11 ㎜이었다. 층 두께는 60 ㎛이었다.
사용된 분말은 본질적으로 3 ㎛ 내지 100 ㎛로 구성되고, 중앙값은 40 ㎛이고, 10% 분위수는 16 ㎛이고, 90% 분위수는 79 ㎛인 입자 크기를 가진다.
제1 시험 부품은 평면(X-Y)에서 베이스를 형성하는 구성 트레이에 대해 수직(Z 방향)인 솔리드 실린더 형태로 제조되었다. 실린더는 11 ㎜의 직경과 46 ㎜의 높이를 가졌다. 제2 시험 부품은 12(X 방향) x 45(Y 방향) x 46(Z 방향) ㎜ 치수를 갖는 평행육면체 형태로 제조되었다(도 5 참조). 모든 부품은 300℃에서 4시간 동안 SLM 제조 후 이완 처리를 받았다.
일부 제1 부품은 350℃, 400℃ 또는 450℃에서 제조 후 열처리를 받았으며, 처리의 지속 시간은 1시간 내지 104시간으로 구성된다. 모든 제1 부품(제조 후 열처리가 있거나 없는)은 ㎜ 단위의 다음의 특성을 갖는 원통형 인장 시편을 얻기 위해 가공되었다(표 1 및 도 4 참조):
도 4에 그리고 표 1에서, Ø는 시편의 중앙부의 직경을 나타내고, M은 시편 양 단부의 폭을 나타내고, LT는 시편의 전체 길이를 나타내고, R은 중앙부와 단부 사이의 곡률 반경을 나타나고, Lc는 시편의 중앙부의 길이를 나타내고, F는 시험편의 양 단부의 길이를 나타낸다.
유형 Ø M LT R Lc F
TOR 4 4 8 45 3 22 8.7
이 원통형 시편은 표준 NF EN ISO 6892-1(2009-10)에 따라 실온에서 인장 시험되었다.
일부 제2 시험 부품은 제1 부품과 관련하여 설명된 바와 같이 제조 후 열처리를 받았다. 제2 시험 부품은 전기 전도도가 열 전도도와 유사한 방식으로 진화한다는 사실에 기초하여 전기 전도도 시험을 거쳤다. Wiedemann Franz 법칙에 따른 열 전도도와 전기 전도도의 선형 종속 관계는 간행물 Hatch "Aluminum properties and physical metallurgy" ASM Metals Park, OH, 1988에서 검증되었다.
제2 시험 부품은 180 그릿(grit) 사포를 사용하는 전도도 측정을 준비하기 위해 각각의 45 ㎜×46 ㎜ 면에서 표면 연마를 받았다. 전기 전도도 측정은 60 ㎑에서 Foerster Sigmatest 2.069 유형의 측정 장치를 사용하여 연마된 면에서 수행되었다.
아래의 표 2는 각각의 제1 시험 부품에 대한 열처리 온도(℃), 열처리 지속시간, 0.2% 항복 강도 Rp0.2 (㎫), 인장 강도 Rm, 파단 연신율(A)(%) 및 전기 전도도(MS.m-1)를 나타낸다. 제조 방향(Z)에 따라, 인장 특성(항복 강도, 인장 강도, 파단 연신율)이 제1 시험 부품으로부터 결정되었고, 전기적 특성(전기 전도도)이 제2 시험 부품으로부터 결정되었다. 아래의 표 2에서, 0시간의 지속 시간은 열처리를 하지 않은 경우에 해당한다.
지속 시간 (h) 온도(℃) Rp0.2 (㎫) Rm (㎫) A(%) σ(MS/m)
0 - 109 148 22 21.12
14 350 240 257 7.7 28.46
56 350 231 262 8.4 29.68
1 400 234 262 9.8 28.56
4 400 235 266 8.6 29.61
10 400 227 259 7.7 30.52
100 400 198 238 9.2 32.23
104 450 145 181 8.7 33.43
열처리의 적용 없이도, 기계적 특성은 만족스러운 것으로 여겨진다. 그러나, 적절한 열처리의 적용은 항복 강도, 인장 강도 및 전기 전도도를 향상시킬 수 있게 한다. 열처리의 유익한 효과는 항복 강도와 전도도의 동시 증가로 이어지는 나노미터 Al3Zr 침전물의 형성에 기인한다. 열처리가 없는 경우 Zr 분율은 고용체에 갇힌 상태로 유지된다.
주목할 만한 양태는 열처리가 전기 전도도를 상당히 크게 증가시킬 수 있게 한다는 것이고, 전기 전도도는 순수한 알루미늄의 전기 전도도(34 MS/m에 가까움)에 근접하는 동시에, 순수 알루미늄과 비교하여 기계적 특성을 향상시킨다.
우수한 기계적 특성을 얻을 수 있게 하는 파라미터는 다음과 같다.
- 400℃에서, 1시간 내지 10시간으로 구성되는 지속 시간.
- 350℃에서, 10시간 내지 100시간으로 구성되는 지속 시간(10시간 내지 20시간으로 구성된 지속 시간이 충분해 보인다는 것을 유념하라).
이후, 열처리가 적용될 때, 그 온도는 500℃보다 낮은 것이 바람직하다. 최적의 기계적 특성을 얻는 것이 우선시되는 경우, 열처리의 온도는 450℃ 미만인 것이 바람직하고, 예를 들어 300℃ 내지 420℃로 구성된다.
전기 또는 열 전도도가 우선시되는 경우, 열처리 온도는 바람직하게는 350℃ 이상 또는 선택적으로 400℃ 이상이며, 지속 시간은 100시간을 초과할 수 있으며, 예를 들어 90 내지 200시간이다.
열처리가 400℃에서 수행될 때, 처리 지속 시간의 함수로서 인장 기계적 특성(항복 강도, 인장 강도)의 진화가 처음에는 증가하고 이후 감소하는 것으로 관찰된다. 열처리의 최적의 지속 시간은 인장 기계적 특성을 최적화할 수 있게 한다. 이는 400℃에서 0.1시간 내지 10시간으로 구성된다.
바람직하게는, 열처리는 템퍼링 및 어닐링으로 이루어진다.
도 2는 열전도 특성(가로축, MS/m 단위로 표현되는 열 전도도를 나타냄)의 함수로 인장 특성(세로축, ㎫ 단위로 표현된 항복 강도 Rp0.2를 나타냄)을 도시한다. 열전도 특성은 전기 전도 특성을 나타내는 것으로 간주된다는 점이 기억되어야 한다. 도 2에서, 백분율은 파단 연신율을 나타낸다. 전기 전도도와 항복 강도 모두의 측면에서 열처리의 유익한 효과는 화살표로 표시된다. 도 2의 범례에서, "무가공(raw)"이라는 용어는 어떠한 열처리도 없다는 것을 의미한다.
샘플의 상대 밀도는 99.5%보다 높으며, 이는 다공성 <0.5%를 나타내며, 다공성은 연마된 샘플 섹션에 대한 이미지 분석에 의해 추정되었다.
제2 시험은 테스트는 다음을 사용하여 수행되었다.
- 이전에 기술된 합금 1;
- ICP에 의해 측정된 중량 조성이 Al; Zr 1.78%; Fe 1.04%; Si 1812 ppm; Cu 503 ppm; 누적 불순물이 0.15% 미만이고, 각각 <0.05%인 불순물을 포함하는 합금 2.
제1 시험과 관련하여 설명된 것과 유사한 시험 부품이 형성되었다.
사용된 분말은 본질적으로 3 ㎛ 내지 100 ㎛로 구성되고, 중앙값은 41 ㎛이고, 10% 분위수는 15 ㎛이고, 90% 분위수는 82 ㎛인 입자 크기를 가진다.
표준 ASTM E384에 따른 비커스 경도 Hv0.2와 전기 전도도가 평행 육면체 부품에서 특성화되었다. 경도 및 전도도 측정은 다른 열처리 후에 뿐만 아니라 어떠한 열처리도 없는 상태에서 수행되었다.
표 3은 특성화의 결과를 요약한다. N/A는 특성이 측정되지 않았다는 것을 의미한다.
합금 열처리 Hv0.2 전기 전도도(Ms/m)
합금 2 없음 79 18.11
합금 2 400℃ - 1시간 92 24
합금 2 400℃ - 4시간 99 26
합금 1 없음 51.2 21.12
합금 1 400℃ - 4시간 93 29.61
시험은 다음을 확인한다.
- Fe의 존재는 기계적 특성을 크게 향상시킨다.
- 열처리의 적용은 기계적 및 전기적 전도 특성을 개선한다.
예 2
예 1과 유사한 제2 시험이 예 1과 관련하여 전술한 바와 같이 합금 2를 사용하여 수행되었다.
사용된 분말은 본질적으로 3 ㎛ 내지 100 ㎛로 구성되고, 중앙값은 41 ㎛이고, 10% 분위수는 15 ㎛이고, 90% 분위수는 82 ㎛인 입자 크기를 가진다.
시험 부품은 EOS290 SLM(공급업체 EOS) 유형 기계를 사용하여 SLM에 의해 제조되었다. 레이저의 출력은 370 W이었다. 스캔 속도는 1250 ㎜/s이었다. 일반적으로 "산란 벡터"라는 용어로 언급되는 두 개의 인접한 스캔 라인 사이의 편차는 0.111 ㎜이었다. 층 두께는 60 ㎛이었다.
예 1과 같이, 400℃ 또는 450℃에서 100시간까지의 열처리의 추가는, 아래의 표 4 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 릴리프 후의 가공되지 않은 상태와 비교하여 기계적 강도와 전기 전도도를 모두 증가시킬 수 있게 하였다.
지속 시간 (h) 온도 (℃) Rp0.2 (㎫) Rm (㎫) A(%) σ(MS/m)
0 - 214 240 16.8 18.11
14 350 288 301 10.5 24.23
56 350 284 300 6.9 26.62
1 400 298 307 7.8 24.00
4 400 272 293 9.1 26.19
10 400 275 292 5.8 27.55
100 400 215 238 16.9 29.98
104 450 221 244 12.5 30.00
합금 2는 예 1의 합금 1과 비교하여 (전기 전도도의 현저한 저하 없이) 항복 강도 Rp02 및 인장 강도 Rm의 증가에 대한 Fe 첨가의 긍정적인 효과를 입증할 수 있게 하였다. 이 합금 2는, 열처리 후, 24 MS/m 또는 선택적으로 26 MS/m보다 높은 전기 전도도를 유지하면서 260 ㎫보다 높은 Rp02 값을 가지면서, 예 1의 합금 1에 의해 도달될 수 없는 Rp02 및 Rm 값에 도달할 수 있게 하였다.
이론에 얽매이지 않고, 작업에 의해 얻어지는 블록으로부터 기계 가공과 같은 통상적인 방법에 의해 제조되는 부품에서, Fe는 범위가 수십 ㎛에 이르는 크기를 갖는 조대 금속간 화합물 형태로 존재하는 것으로 보인다. 반대로, 예 2의 합금 2로부터 선택적 레이저 용융에 의해 제조된 부품에서, Fe는 내식성 또는 합금의 양극 산화 능력에 부정적인 영향을 미치지 않는 나노미터 석출물의 형태로 존재한다. 반대로, Fe 기반의 나노미터 석출물의 존재는 시험된 부품의 국부적 부식보다는 측면 부식을 유도하여 내식성에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 보인다.
예 3
예 2와 유사한 제3 시험이 ICP에 의해 측정된 중량 조성이 Al; Zr 1.23 %; Fe 0.94 %; 누적 불순물이 0.15% 미만이고, 각각 <0.05%인 불순물을 포함한 합금 3을 이용하여 수행되었다.
사용된 분말은 본질적으로 3 ㎛ 내지 100 ㎛로 구성되고, 중앙값은 37 ㎛이고, 10% 분위수는 15 ㎛이고, 90% 분위수는 71 ㎛인 입자 크기를 가진다.
시험 부품은 EOS290 SLM(공급업체 EOS) 유형 기계를 사용하여 SLM에 의해 제조되었다. 레이저의 출력은 370 W이었다. 스캔 속도는 1250 ㎜/s이었다. 일반적으로 "산란 벡터"라는 용어로 언급되는 두 개의 인접한 스캔 라인 사이의 편차는 0.111 ㎜이었다. 층 두께는 60 ㎛이었다.
예 2과 같이, 400℃에서 100시간까지의 열처리의 추가는, 아래의 표 5에 나타낸 바와 같이, 릴리프 후의 가공되지 않은 상태와 비교하여 기계적 강도와 전기 전도도를 모두 증가시킬 수 있게 하였다.
지속 시간 (h) 온도 (℃) Rp0.2 (㎫) Rm (㎫) A(%) σ(MS/m)
0 - 133 198 26.2 18.69
14 350 257 285 17.7 26.57
56 350 263 284 17.1 27.45
1 400 290 308 13.7 25.38
4 400 299 309 15.1 27.65
10 400 269 284 12 28.51
100 400 172 216 13.6 31.02
104 450 115 162 20.3 32.42
합금 2의 Zr 함량과 비교하여 합금 3의 Zr 함량의 감소(각각 1.23% 대 1.78%의 Zr)는 연신율 및 전기 전도도 값의 상당한 증가를 가져왔고, 시험된 모든 제조 후 열처리에 대해 마찬가지이다(이전의 표 4 및 5 참조). 또한, 합금 3은 합금 2의 제조 시 미가공 상태에 비하여 더 연질인 제조 시 미가공 상태를 특징으로 한다: RpO2가 각각 133 ㎫ 대 214 ㎫이다. 이러한 더 연질의 미가공 상태는, 부품의 제조 동안의 잔류 응력의 상당한 감소를 가능하게 하기 때문에, SLM 공정 동안의 가공성의 측면에서 유리하다. 합금 3 및 합금 2의 최고의 기계적 강도는 유사했으며 400℃에서의 4시간 대 400℃에서의 1시간의 제조 후 열처리에 대해 각각 얻어졌다. 이러한 기계적 강도 최대화 조건 하에서, 합금 3은 더 나은 연신율과 더 나은 전기 전도도를 제공하는 이점이 있다.
예 4
예 2와 유사한 제4 시험이 ICP에 의해 측정된 중량 조성이 Al; Zr 0.81%; Fe 1.83%; 누적 불순물이 0.15% 미만이고, 각각 <0.05%인 불순물을 포함한 합금 4를 이용하여 수행되었다.
사용된 분말은 본질적으로 3 ㎛ 내지 100 ㎛로 구성되고, 중앙값은 38 ㎛이고, 10% 분위수는 15 ㎛이고, 90% 분위수는 75 ㎛인 입자 크기를 가진다.
시험 부품은 EOS290 SLM(공급업체 EOS) 유형 기계를 사용하여 SLM에 의해 제조되었다. 레이저의 출력은 370 W이었다. 스캔 속도는 1250 ㎜/s이었다. 일반적으로 "산란 벡터"라는 용어로 언급되는 두 개의 인접한 스캔 라인 사이의 편차는 0.111 ㎜이었다. 층 두께는 60 ㎛이었다.
예 2과 같이, 400℃ 또는 450℃에서 100시간까지의 열처리의 추가는, 아래의 표 6에 나타낸 바와 같이, 릴리프 후의 가공되지 않은 상태와 비교하여 기계적 강도와 전기 전도도를 모두 증가시킬 수 있게 하였다.
합금 4는 합금 1과 비교하여 1.83%의 Fe 첨가와 연관된 Zr 함량 감소에 대한 관심을 입증할 수 있게 하였다.
합금 4 및 합금 1의 최고의 기계적 강도는 400℃에서 4시간의 열처리에 대해 얻어졌다. 이러한 기계적 강도 최대화 조건 하에서, 합금 4는 합금 1과 비교하여 전기 전도도의 감소와 함께 Rp02의 현저한 증가 및 연신율을 특징으로 하였다(이전의 표 2 및 아래의 표 6 참조).
지속 시간 (h) 온도 (℃) Rp0.2 (㎫) Rm (㎫) A(%) σ(MS/m)
0 - 118 215 18.1 19.16
14 350 241 297 15.9 24.97
56 350 267 313 12.8 27.61
1 400 187 258 14.9 23.45
4 400 278 316 18.8 28.1
10 400 240 283 12.9 29
100 400 210 257 14.2 30.28
104 450 127 186 20.3 31.64
예 5
예 2와 유사한 제5 시험이 ICP에 의해 측정된 중량 조성이 Al; Zr 1.39%; Cu 0.32%; 누적 불순물이 0.15% 미만이고, 각각 <0.05%인 불순물을 포함한 합금 5를 이용하여 수행되었다.
사용된 분말은 본질적으로 3 ㎛ 내지 100 ㎛로 구성되고, 중앙값은 27 ㎛이고, 10% 분위수는 11 ㎛이고, 90% 분위수는 54 ㎛인 입자 크기를 가진다.
시험 부품은 EOS290 SLM(공급업체 EOS) 유형 기계를 사용하여 SLM에 의해 제조되었다. 레이저의 출력은 370 W이었다. 스캔 속도는 1250 ㎜/s이었다. 일반적으로 "산란 벡터"라는 용어로 언급되는 두 개의 인접한 스캔 라인 사이의 편차는 0.111 ㎜이었다. 층 두께는 60 ㎛이었다.
예 2과 같이, 400℃ 또는 450℃에서 100시간까지의 열처리의 추가는, 아래의 표 7에 나타낸 바와 같이, 릴리프 후의 가공되지 않은 상태와 비교하여 기계적 강도와 전기 전도도를 모두 증가시킬 수 있게 하였다.
합금 5는 합금 1과 비교하여 0.32%의 Cu 첨가와 연관된 Zr 함량 감소에 대한 관심을 입증할 수 있게 하였다. 실제로, 합금 5는 합금 1보다 더 나은 기계적 강도와 더 나은 연신율 모두를 특징으로 하였고, 그것은 350℃ 및 400℃에서 시험된 모든 제조 후 열처리에 대해 그렇다.
합금 1의 최고의 기계적 강도는 400℃에서의 4시간의 열처리에 대해 얻어졌다. 이러한 조건 하에서, 합금 5는 합금 1과 비교하여 전기 전도도의 매우 낮은 감소와 연관된 Rp02 및 연신율의 현저한 증가를 특징으로 한다(이전의 표 2 및 아래의 표 7 참조).
합금 5는 예 1의 합금 1과 비교하여 (전기 전도도의 현저한 저하 없이) 항복 강도(Rp02) 및 인장 강도(Rm)의 증가에 대한 Zr의 감소와 관련된 Cu 첨가의 긍정적인 효과를 입증할 수 있게 하였다.
지속 시간 (h) 온도 (℃) Rp0.2 (㎫) Rm (㎫) A(%) σ(MS/m)
0 - 153 193 27.5 21.85
14 350 258 280 19.2 28.12
56 350 256 276 18.7 29.44
1 400 279 304 18.6 27.81
4 400 276 298 19.95 29.26
10 400 252 276 16.8 29.95
100 400 217 251 16.9 31.55
104 450 129 184 19.1 32.35
예 6
예 3 및 예 4에 각각 설명된 합금 3 및 합금 4에 대해 추가적인 고온 인장 시험이 수행되었다.
실시예 1에 설명된 것과 동일한 방식으로, 시험 부품은 평면(X-Y)에서 베이스를 형성하는 구성 트레이에 대해 수직(방향 Z)인 솔리드 실린더 형태로 구성되었다. 실린더는 11 ㎜의 직경과 46 ㎜의 높이를 가졌다.
이 시험 부품은 EOS M290 SLM(공급업체 EOS) 유형 기계를 사용하고 다음과 같이 세트 1 및 세트 2라고 하는 2개의 서로 다른 SLM 파라미터 세트에 따라 SLM에 의해 제조되었다.
세트 1:
● 레이저 출력: 370 W
● 스캔 속도: 1250 ㎜/s
● 산란 벡터: 0.111 ㎜
● 층 두께: 60 ㎛.
세트 2:
● 레이저 출력: 370W
● 스캔 속도: 1307 ㎜/s
● 산란 벡터: 0.177 ㎜
● 층 두께: 60 ㎛.
모든 부품은 300℃에서 4시간 동안 SLM 제조 후 이완 처리를 받았다.
일부 부품은 400℃에서 제조 후 열처리를 받았으며, 처리의 지속 시간은 1시간 내지 4시간이다(아래의 표 8 참조). 모든 제1 부품(제조 후 열처리가 있거나 없는)은 예 1에서 설명한 것과 유사한 원통형 인장 시편을 형성하도록 기계 가공되었다(이전의 도 4 및 표 1 참조).
고온(200℃)에서의 인장 시험은 표준 NF EN ISO 6892-1(2009-10)에 따라 얻은 인장 시편에서 수행되었다. 이 시험들의 결과는 아래의 표 8에 요약된다. 동일한 시험 조건에서 합금 4는 합금 3보다 다 우수한 기계적 성능(Rp0.2 및 Rm)을 특징으로 하였다.
예 6은 고온에서의 기계적 특성에 대한 Zr 함량의 감소와 연관된 Fe 함량 증가의 긍정적인 효과를 입증할 수 있게 하였다(합금 3과 합금 4의 성능 사이의 비교).
합금 SLM 파라미터 세트 지속 시간(h) 온도(℃) RP02 (㎫) Rm (㎫)
합금 3 세트1 - - 120 152
합금 3 세트1 1 400 98 128
합금 3 세트2 1 400 108 135
합금 3 세트2 4 400 111 138
합금 4 세트1 - - 127 168
합금 4 세트1 1 400 126 156
합금 4 세트2 1 400 131 158
합금 4 세트2 4 400 145 158
일 실시예에 따르면, 방법은 열간 정수압 소결법(Hot Isostatic Pressing(HIP))을 포함할 수 있다. 특히, HIP 처리는 연신 특성 및 피로 특성을 향상시킬 수 있게 한다. 열간 정수압 소결법은 열처리 전, 후에 또는 열처리 대신에 수행될 수 있다. 유리하게는, 열간 정수압 소결법은 250℃ 내지 500℃, 바람직하게는 300℃ 내지 450℃의 온도, 500 내지 3000 bar의 압력 및 0.5 내지 50시간의 지속 시간에 걸쳐 수행된다.
특히, 가능한 열처리 및/또는 열간 정수압 소결법은 얻어진 제품의 경도 또는 항복 강도 및 전기 전도도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 일반적으로, 온도가 높을수록 (전기적 또는 열적) 전도도가 높아져 기계적 강도가 손상될 것이라는 점에 유의해야 한다.
구조적 경화를 갖는 합금에 적합한 또 다른 실시예에 따르면, 용해를 수행한 후 형성된 부품의 담금질 및 템퍼링 및/또는 열간 정수압 소결법을 수행하는 것이 가능하다. 이 경우, 열간 정수압 소결법이 유리하게 용해를 대체할 수 있다.
그러나, 바람직하게는 임의의 용해 처리 후 담금질을 필요로 하지 않기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 유리하다. 용해는 일부 경우에 분산질 또는 미세 금속간 화합물 상(相)의 확대에 참여하여 기계적 강도에 해로운 영향을 미칠 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 선택적으로 기계 가공 처리 및/또는 화학적, 전기 화학적 또는 기계적 표면 처리 및/또는 진동 마감(vibratory finishing)을 더 포함한다. 특히, 이러한 처리는 거칠기를 감소시키고 및/또는 내식성을 개선하고 및/또는 피로 균열에 대한 저항성을 개선하기 위해 수행될 수 있다.
선택적으로, 예를 들어 적층 제조 후 및/또는 열처리 전에 부품의 기계적 변형을 수행하는 것이 가능하다.
SLM 유형의 적층 제조 방법과 관련하여 설명되었지만, 본 방법은 선행 기술과 관련하여 언급된 다른 WAAM 유형의 적층 제조 방법에 적용될 수 있다. 도 3은 이러한 대안을 나타낸다. 이 경우에 토치인 에너지원(31)은 전기 아크(32)를 형성한다. 이 장치에서, 토치(31)는 용접 로봇(33)에 의해 유지된다. 제조될 부품(20)은 지지대(10)에 배치된다. 이 예에서, 제조된 부품은 지지체(10)에 의해 정의된 평면 XY에 수직인 횡축 Z를 따라 연장되는 벽이다. 전기 아크(12)의 영향 하에, 필러 와이어(35)는 용접 비드를 형성하도록 용융된다. 용접 로봇은 디지털 모델(M)에 의해 제어된다. 이는 서로 적층되어 벽(20)을 형성하고 각각의 층이 용접 비드에 대응하는 서로 다른 층들(201 … 20n)을 형성하도록 이동된다. 각각의 층(201 … 20n)은 디지털 모델(M)에 의해 정의된 패턴에 따라 평면 XY에서 연장된다.
바람직하게는, 필러 와이어의 직경은 3 ㎜보다 작다. 이는 0.5 ㎜ 내지 3 ㎜일 수 있고 바람직하게는 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜, 또는 선택적으로 1 ㎜ 내지 2 ㎜이다. 예를 들어, 이는 1.2 ㎜이다.
또한, 예를 들어, 제한하지 않으면서, 다음과 같은 다른 방법을 고려할 수 있다.
- 선택적 레이저 소결(Selective Laser Sintering)(또는 SLS);
- 직접 금속 레이저 소결(Direct Metal Laser Sintering)(또는 DMLS);
- 선택적 열 소결(Selective Heat Sintering)(또는 SHS);
- 전자 빔 용융(Electron Beam Melting)(또는 EBM);
- 레이저 용융 용착(Laser Melting Deposition);
- 직접 에너지 용착(Direct Energy Deposition)(또는 DED);
- 직접 금속 용착(Direct Metal Deposition)(또는 DMD);
- 직접 레이저 용착(Direct Laser Deposition)(또는 DLD);
- 레이저 용착 기술(Laser Deposition Technology);
- 레이저 엔지니어링 정밀 성형(Laser Engineering Net Shaping)
- 레이저 클래딩 기술(Laser Cladding Technology);
- 레이저 자유형 제조 기술(Laser Freeform Manufacturing Technology)(또는 LFMT);
- 레이저 금속 용착(Laser Metal Deposition)(또는 LMD);
- 콜드 스프레이 통합(Cold Spray Consolidation)(또는 CSC);
- 첨가제 마찰 교반(Additive Friction Stir)(또는 AFS);
- 필드 지원 소결 기술(Field Assisted Sintering Technology(FAST)) 또는 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering); 또는
- 관성 회전 마찰 용접(Inertia Rotary Friction Welding)(또는 IRFW)).
본 발명에 따른 용액은 특히 침착을 용이하게 하는 분말의 낮은 경도 때문에 소위 "냉간 분무(cold spray)" 방법에 특히 적합하다. 이후, 경화 어닐링(열 후처리)을 통해 부품이 경화될 수 있다.
본 발명에 따른 해결 방안은 전기, 전자 및 열 교환기 분야의 적용에 특히 적합하다.

Claims (16)

  1. 서로 중첩된 연속적인 금속 층(201 … 20n)의 형성을 포함하는 부품(20)을 제조하기 위한 방법으로서, 각각의 층은 필러 금속(15, 25)의 용착(deposition)에 의해 형성되고, 상기 필러 금속은 에너지 입력을 받아 용융되어 응고할 때 상기 층을 구성하는 것인 부품 제조 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 필러 금속(15, 25)이,
    - Zr: 0.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 더 바람직하게는 1% 내지 2.5%, 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 2.5%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 0.5% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.8%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.6%, 더 바람직하게는 0.7 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.8% 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.9% 내지 1.5%, 보다 더 바람직하게는 1 내지 1.4%;
    - Fe: 0% 내지 3%, 바람직하게는 0.5% 내지 2.5%; 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 바람직하게는 0.8% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.8 내지 1.2%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 1.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 1.6% 내지 2.4%, 더 바람직하게는 1.7 내지 2.3%;
    - 선택적으로 Si: ≤ 0.3%, 바람직하게는 ≤ 0.2%, 더 바람직하게는 ≤ 0.1%;
    - 선택적으로 Cu: ≤ 0.5%, 바람직하게는 0.05 내지 0.5%, 바람직하게는 0.1 내지 0.4%;
    - 선택적으로 Mg: ≤ 0.2%, 바람직하게는 ≤ 0.1%, 바람직하게는 < 0.05%;
    - 개별적으로 < 0.1%이고 전부 < 0.5%인 기타 합금 원소들;
    - 불순물: 개별적으로 < 0.05%이고 전부 < 0.15%
    인 합금 원소들(중량%)을 포함하고, 나머지는 알루미늄으로 이루어지는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 부품 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기타 원소들은, Cr, V, Ti, Mn, Mo, W, Nb, Ta, Sc, Ni, Zn, Hf, Nd, Ce, Co, La, Ag, Li, Y, Yb, Er, Sn, In, Sb, Sr, Ba, Bi, Ca, P, B 및/또는 미시 메탈(mischmetal)로부터 선택되는 것인 부품 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 기타 합금 원소의 중량 분율은 300 ppm보다 낮거나, 선택적으로 200 ppm보다 낮거나, 선택적으로 100 ppm보다 낮은 것인 부품 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - Zr: 0.5% 내지 2.5%;
    - Fe: ≥ 1%
    인 것인 부품 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - Zr: 0.5% 내지 2.5%;
    - Fe: ≤ 1%
    인 것인 부품 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층(201 … 20n)의 형성 후에, 즉 최종 부품의 형성 후에, 열처리의 적용을 포함하는 것인 부품 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열처리는 템퍼링 및 어닐링을 포함하는 것인 부품 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 열처리는,
    - 상기 열처리의 지속 시간이 0.1시간 내지 10시간으로 구성되는 경우 400℃보다 높은 온도에서;
    - 또는, 상기 열처리의 지속 시간이 0.5시간 내지 100시간으로 구성되는 경우 300℃ 내지 400℃에서
    수행되는 것인 부품 제조 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 열처리는, 최적의 열 전도도 또는 전기 전도도를 획득하기 위하여, 350℃ 이상, 또는 선택적으로는 400℃ 이상의 온도에서 또는 90 내지 200시간의 지속 시간 수행되는 것인 부품 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층(201 … 20n)의 형성 후에, 즉 최종 부품의 형성 후에, 또는 열처리 후에, 담금질을 포함하지 않는 것인 부품 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 범위가 350℃까지 이르는 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 것인 부품 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필러 금속은 분말(15)의 형태이고, 상기 분말은 광 빔(12) 또는 대전된 입자에 노출됨으로써 국부적으로 용융된 후 응고되어 고체층(201 … 20n)을 형성하는 것인 부품 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필러 금속은 필러 와이어(25)로부터 얻어지고, 상기 필러 와이어는 열원(22)에 노출됨으로써 국부적으로 용융된 후 응고되어 고체층(201 … 20n)을 형성하는 것인 부품 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 부품 제조 방법에 의해 획득되는 금속 부품.
  15. 적층 제조 방법의 필러 재료로서 사용되도록 되어 있는 분말에 있어서,
    - Zr: 0.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 더 바람직하게는 1% 내지 2.5%, 보다 더 바람직하게는 1.3 내지 2.5%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 0.5% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.8%, 더 바람직하게는 0.6% 내지 1.6%, 더 바람직하게는 0.7 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.8% 내지 1.5%, 더 바람직하게는 0.9% 내지 1.5%, 보다 더 바람직하게는 1 내지 1.4%;
    - Fe: 0% 내지 3%, 바람직하게는 0.5% 내지 2.5%; 바람직하게는 제1 변형예에 따라 0.8% 내지 2.5%, 바람직하게는 0.8% 내지 2%, 더 바람직하게는 0.8 내지 1.2%; 또는 바람직하게는 제2 변형예에 따라 1.5% 내지 2.5%, 바람직하게는 1.6% 내지 2.4%, 더 바람직하게는 1.7 내지 2.3%;
    - 선택적으로 Si: ≤ 0.3%, 바람직하게는 ≤ 0.2%, 더 바람직하게는 ≤ 0.1%;
    - 선택적으로 Cu: ≤ 0.5%, 바람직하게는 0.05 내지 0.5%, 바람직하게는 0.1 내지 0.4%;
    - 선택적으로 Mg: ≤ 0.2%, 바람직하게는 ≤ 0.1%, 바람직하게는 < 0.05%;
    - 개별적으로 < 0.1%이고 전부 < 0.5%인 기타 합금 원소들;
    - 불순물: 개별적으로 < 0.05%이고 전부 < 0.15%
    인 합금 원소들(중량%)을 포함하고, 나머지는 알루미늄으로 이루어지는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 분말.
  16. 콜드 스프레이 통합(cold spray consolidation(CSC)), 레이저 금속 용착(laser metal deposition(LMD), 첨가제 마찰 교반(additive friction stir(AFS)), 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering)(FAST) 또는 회전 마찰 용접(rotary friction welding(IRFW)) 중에서 선택되고, 바람직하게는 콜드 스프레이 통합(cold spray consolidation(CSC))인 제조 방법에서의 제15항에 따른 분말의 용도.
KR1020217026604A 2019-01-24 2020-01-24 알루미늄 합금 부품 제조 방법 KR20210118131A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1900598 2019-01-24
FR1900598A FR3092119B1 (fr) 2019-01-24 2019-01-24 Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium, l'alliage comportant au moins du zirconium et du magnésium
FR1908684 2019-07-30
FR1908684A FR3092120B1 (fr) 2019-01-24 2019-07-30 Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
PCT/FR2020/050108 WO2020095009A2 (fr) 2019-01-24 2020-01-24 Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210118131A true KR20210118131A (ko) 2021-09-29

Family

ID=66641141

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217026604A KR20210118131A (ko) 2019-01-24 2020-01-24 알루미늄 합금 부품 제조 방법
KR1020217026606A KR20210118132A (ko) 2019-01-24 2020-01-24 적어도 지르코늄 및 마그네슘을 포함하는 알루미늄 합금으로 부품을 제조하는 방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217026606A KR20210118132A (ko) 2019-01-24 2020-01-24 적어도 지르코늄 및 마그네슘을 포함하는 알루미늄 합금으로 부품을 제조하는 방법

Country Status (12)

Country Link
US (2) US20220088681A1 (ko)
EP (3) EP4375392A3 (ko)
JP (2) JP7530369B2 (ko)
KR (2) KR20210118131A (ko)
CN (2) CN113348262A (ko)
CA (2) CA3125851A1 (ko)
DE (2) DE20706787T1 (ko)
ES (1) ES2946133T3 (ko)
FI (1) FI3914748T5 (ko)
FR (2) FR3092119B1 (ko)
PL (1) PL3914746T3 (ko)
WO (1) WO2020152427A1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3092777A1 (fr) * 2019-02-15 2020-08-21 C-Tec Constellium Technology Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
CN111872386B (zh) * 2020-06-30 2021-12-31 同济大学 一种高强度铝镁合金的3d打印工艺方法
US20220170138A1 (en) * 2020-12-02 2022-06-02 GM Global Technology Operations LLC Aluminum alloy for casting and additive manufacturing of engine components for high temperature applications
CN113512671B (zh) * 2021-06-15 2022-06-21 中车工业研究院有限公司 一种3D打印用高强韧AlCrSc合金粉末及其制备方法与应用
CN113430432B (zh) * 2021-06-29 2022-03-01 哈尔滨工业大学 一种高Zn轻质高强铝合金的制备方法
CN113444922B (zh) * 2021-06-30 2022-04-01 赣州虔博新材料科技有限公司 稀土铝合金导体材料及其制备方法
CN114381635B (zh) * 2022-01-18 2022-11-11 广西大学 电池托盘用含稀土晶粒细化剂的铝合金及其制备方法
CN114959379B (zh) * 2022-03-31 2023-04-25 华南理工大学 一种适用于激光选区熔化的耐热高强铝合金及其制备方法
FR3136390A1 (fr) * 2022-06-10 2023-12-15 C-Tec Constellium Technology Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
CN115958328A (zh) * 2022-12-29 2023-04-14 中铝广西有色稀土开发有限公司 一种稀土元素增强的铝合金焊丝及其制备方法
CN116536551B (zh) * 2023-05-06 2023-11-21 河北科技大学 一种高强耐热高导电枢材料及其制备方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1609617A (en) 1926-06-15 1926-12-07 William O Frohring Method of increasing the coagulating point of milk
JP2711296B2 (ja) * 1988-03-24 1998-02-10 東洋アルミニウム株式会社 耐熱性アルミニウム合金
JPH04187701A (ja) * 1990-11-20 1992-07-06 Honda Motor Co Ltd 粉末冶金用アルミニウム合金粉末、圧粉体および焼結体
JP2000144489A (ja) * 1998-10-30 2000-05-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 装飾用アルミニウム合金部材およびその製造方法
US9296036B2 (en) 2013-07-10 2016-03-29 Alcoa Inc. Methods for producing forged products and other worked products
US20170016096A1 (en) 2015-07-16 2017-01-19 Hamilton Sundstrand Corporation Method of manufacturing aluminum alloy articles
RU2659546C1 (ru) 2016-07-01 2018-07-02 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Термостойкий сплав на основе алюминия
EP3481971A4 (en) 2016-07-05 2019-12-25 Nanoal LLC STRIPS AND POWDER MADE OF HIGH-STRENGTH CORROSION-RESISTANT ALUMINUM ALLOYS
US11603583B2 (en) * 2016-07-05 2023-03-14 NanoAL LLC Ribbons and powders from high strength corrosion resistant aluminum alloys
JP6479274B2 (ja) * 2017-02-23 2019-03-06 古河電気工業株式会社 アルミニウム合金材並びにこれを用いた締結部品、構造用部品、バネ用部品、導電部材および電池用部材
US11597984B2 (en) 2017-04-05 2023-03-07 Amag Casting Gmbh Starting material, use thereof, and additive manufacturing process using said starting material
FR3065178B1 (fr) * 2017-04-14 2022-04-29 C Tec Constellium Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
JP6393008B1 (ja) * 2017-04-27 2018-09-19 株式会社コイワイ 高強度アルミニウム合金積層成形体及びその製造方法
FR3066129B1 (fr) 2017-05-12 2019-06-28 C-Tec Constellium Technology Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
CN107876948B (zh) * 2017-11-20 2020-02-14 华中科技大学 一种金属间化合物零件的增材制造方法
CN108330344B (zh) * 2018-03-20 2020-08-04 中南大学 一种3D打印7xxx铝合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220119926A1 (en) 2022-04-21
FR3092120B1 (fr) 2021-08-13
EP4375392A2 (fr) 2024-05-29
US20220088681A1 (en) 2022-03-24
PL3914746T3 (pl) 2023-06-12
WO2020152427A1 (fr) 2020-07-30
FR3092120A1 (fr) 2020-07-31
FI3914748T5 (en) 2024-08-05
FI3914748T3 (en) 2024-07-10
ES2946133T3 (es) 2023-07-13
EP3914746A2 (fr) 2021-12-01
KR20210118132A (ko) 2021-09-29
EP3914748B1 (fr) 2024-05-08
DE20706787T1 (de) 2022-03-24
JP7530368B2 (ja) 2024-08-07
DE20707710T1 (de) 2022-03-17
FR3092119B1 (fr) 2020-12-25
CA3125747A1 (fr) 2020-07-30
JP2022527425A (ja) 2022-06-02
JP2022518791A (ja) 2022-03-16
CA3125851A1 (en) 2020-05-14
EP3914748A1 (fr) 2021-12-01
EP4375392A3 (fr) 2024-09-11
FR3092119A1 (fr) 2020-07-31
CN113348262A (zh) 2021-09-03
EP3914746B1 (fr) 2023-03-08
JP7530369B2 (ja) 2024-08-07
CN113330132A (zh) 2021-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210118131A (ko) 알루미늄 합금 부품 제조 방법
JP7314184B2 (ja) アルミニウム合金からなる部品の製造方法
CN112805107B (zh) 制造铝合金零件的方法
EP3717150B1 (en) Multicomponent aluminum alloys for applications such as additive manufacturing
WO2019239655A1 (ja) 銅合金粉末、積層造形物および積層造形物の製造方法ならびに各種金属部品
US20220126367A1 (en) Process for manufacturing an aluminum alloy part
CN112805106B (zh) 制造铝合金零件的方法
KR20180117203A (ko) 티타늄, 알루미늄, 바나듐, 및 철로 이루어진 bcc 재료, 및 이로 제조된 제품
CN113423524B (zh) 制造铝合金零件的方法
US20230191489A1 (en) Method for producing an aluminium alloy part
CN112384636A (zh) 制造铝合金零件的方法
WO2023181104A1 (ja) チタン合金材、チタン合金線材、チタン合金粉末およびチタン合金材の製造方法
JP2022524275A (ja) アルミニウム合金
JP7386819B2 (ja) アルミニウム合金からなる部品の製造方法
KR20230009373A (ko) 알루미늄 합금 부품을 제조하기 위한 방법
Sarentica Conventional heat treatment of additively manufactured AlSi10Mg
KR20240014505A (ko) 예열을 이용하여 적층 가공을 구현하는 알루미늄 합금부 제조 방법
EP4344804A1 (en) Highly conductive aluminium alloy