KR20220093221A - 마레이징 강의 적층 제조 프로세스 - Google Patents

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리오 페르난데스 라우라 델
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Abstract

본 발명은 중량 함량으로 표현되는 하기 원소들을 포함하는 조성을 가지는 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스에 관한 것으로서: 6% ≤ Ni ≤ 14%, 5% ≤ Cr ≤ 10%, 0.5% ≤ Si ≤ 2.5%, 0.5% ≤ Ti ≤ 2%, C ≤ 0.04%, 및 선택적으로 다음을 함유하고: 0.5% ≤ Cu ≤ 2%, 잔부는 Fe 및 정교화로 인한 불가피한 불순물들이고, 상기 금속 분말은 면적 분율로 98% 초과의 체심 입방정 결정상을 포함하는 미세조직을 가지고, 상기 프로세스는, 상기 금속 분말의 적어도 일부가 아르곤 이외의 불활성 가스 또는 아르곤 이외의 불활성 가스의 조합으로 실질적으로 구성된 분위기에서 용융되는 단계를 포함한다.

Description

마레이징 강의 적층 제조 프로세스
본 발명은 마레이징 강의 제조 프로세스에 관한 것이며, 특히 이들의 적층 제조 프로세스에 관한 것이다. 본 발명은 또한 마레이징 강의 제조용 금속 분말에 관한 것이다.
중량%로, 약 18% 의 니켈, 9% 의 코발트, 5% 의 몰리브덴, 0.5% 의 티타늄 및 0.1% 의 알루미늄을 함유하고, 1800 MPa 초과의 탄성 한계를 달성하도록 처리된 마레이징 강 스트립으로부터 다수의 부분들이 제조된다. 이들 스트립은 열간 압연과 냉간 압연에 의하여 제조된다. 스트립 또는 스트립으로부터 절취된 부분은 그 후 약 500℃ 에서의 열처리에 의해 경화된다. 불행하게도, 이 프로세스를 통해 얻을 수 있는 부분 형상은 다소 제한적이다.
따라서, 본 발명의 목적은 마레이징 강의 적층 제조를 위한 프로세스를 제공함으로써 선행 기술의 단점을 개선하고자 한다.
이를 위해, 본 발명의 제 1 과제는, 중량 함량으로 표현되는 하기 원소들:
6% ≤ Ni ≤ 14%
5% ≤ Cr ≤ 10%
0.5% ≤ Si ≤ 2.5%
0.5% ≤ Ti ≤ 2%
C ≤ 0.04%
를 포함하고, 선택적으로:
0.5% ≤ Cu ≤ 2%
를 함유하며, 잔부가 Fe 및 정교화로 인한 불가피한 불순물들인, 조성을 갖는 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스로 구성되고,
금속 분말은 면적 분율로 98% 초과의 체심 입방정 결정상을 포함하는 미세조직을 가지고,
상기 프로세스는, 상기 금속 분말의 적어도 일부가 아르곤 이외의 불활성 가스 또는 아르곤 이외의 불활성 가스들의 조합으로 실질적으로 구성된 분위기에서 용융되는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 프로세스는 또한 개별적으로 또는 조합으로 아래에 열거된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 아르곤 이외의 불활성 가스는 질소이고,
- 분위기는 1000 ppm 미만의 산소를 포함하며,
- 아르곤 이외의 불활성 가스 또는 아르곤 이외의 불활성 가스들의 조합은 기밀하게 밀폐된 챔버 내에 있고,
- 적층 제조된 부분은 레이저 분말층 융합 (Laser Powder Bed Fusion; LPBF) 에 의해 제조되며,
- 레이저 출력은 80 내지 200 W 이고,
- 선형 에너지 밀도 (LED) 는 175 내지 550 N 이며,
- 체적 에너지 밀도 (VED) 는 100 내지 510 J/mm3 이다.
본 발명 다른 특징들 및 이점들은 다음의 설명에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은, 단지 설명의 목적으로만 제공되고, 제한하려는 의도가 아닌 이하의 설명을 정독한다면 보다 양호하게 이해될 것이다.
니켈은 6 내지 14 중량% 함량으로 본 발명에 따른 조성에 존재한다. 최종 부분의 완전한 마르텐사이트 조직을 얻기 위해서는 적어도 6 중량% 의 Ni 가 필요하다. 14 중량% 초과하면, 잔류 오스테나이트가 형성되는 경향이 있으며, 이는 더 낮은 강도를 초래한다.
크롬 함량은 강의 내식성을 향상시키기 위해 5 내지 10 중량% 이다.
규소 함량은 G-상의 석출을 보장하기 위해 0.5 내지 2.5 중량% 로 포함된다. 2.5 중량% 초과하면, Si 는 고온에서의 오스테나이트 형성을 방지하여 마르텐사이트 형성을 방지하는 경향이 있다.
티타늄 함량은 0.5 내지 2 중량% 이다. 석출 강화를 보장하기 위해 적어도 0.5 중량% 가 필요하다. Ti 는 생산성의 이유로 2 중량% 로 제한된다.
탄소는 0.04 중량% 이하로 유지되어, 충격 강도, 연성 및 인성을 현저히 감소시키는 티타늄 탄화물의 형성을 방지한다. 바람직하게는, C 함량은 0.015 중량% 미만이다.
선택적으로, 구리는 0.5 내지 2 중량% 함량으로 첨가된다. 0.5 중량% 초과의 Cu 와 Ti 의 조합은 석출 강화를 더 개선시킨다. Cu-풍부 클러스터는 다른 금속간 화합물의 공석출, 특히 G-상의 석출을 향상시키는 것으로 여겨진다.
잔부는 철과 정교화로 인한 불가피한 불순물로 이루어진다. 알루미늄, 비소, 비스무트, 카드뮴, 코발트, 마그네슘, 망간, 질소, 인, 납, 황, 안티몬, 주석, 산소, 바나듐이 주요 불순물이다. 이들은 계획적으로 첨가되지 않는다. 이들은 원료로 사용되는 합금철 및/또는 순수한 원소들에 존재할 수 있다. 이들의 함량은 바람직하게는 미세조직을 해롭게 변화시키는 것을 방지하도록 그리고/또는 결정립 크기 및 취성을 증가시키는 것을 방지하도록 제어된다. 따라서, 각 불순물의 함량은 0.05 중량% 로 제한되어야 한다.
금속 분말은 면적 분율로 98% 초과의 체심 입방정 결정상을 포함하는 미세조직을 가진다. 이 상은 마르텐사이트 및/또는 페라이트일 수 있다. 이는 XRD 또는 EBDS (Electron Beam Backscatter Diffraction) 에 의해 측정될 수 있다.
분말의 구형도 (sphericity) 가 높다. 구형도 (SPHT) 는 Camsizer 에 의해 측정될 수 있고, ISO 9276-6 에서 4πA/P2 로서 규정되며, 여기서 A 는 입자 투영 (particle projection) 에 의해 커버되는 측정된 면적이고, P 는 입자 투영의 측정된 둘레/원주이다. 1.0 값은 완벽한 구를 나타낸다. 분말의 평균 구형도는 적어도 0.75 이다. 이 구형도 덕분에, 금속 분말은 충분히 유동가능하다. 그 결과, 적층 제조가 용이해진다.
바람직하게는, 상기 금속 분말 입자의 적어도 80% 는 20 ㎛ 내지 260 ㎛ 범위의 크기를 갖는다.
ISO13320:2009 또는 ASTM B822-17 에 따른 레이저 회절에 의해 측정된 입자 크기 분포는, 바람직하게는 하기 요건 (단위: ㎛) 을 충족시킨다:
25 ≤ D10 ≤ 35
80 ≤ D50 ≤ 100
170 ≤ D90 ≤ 280
금속 분말은 Hausner 비가 1.25 미만이고 Carr 지수가 21% 미만인 양호한 유동성을 가진다. ASTM B527-15; ISO 3953:2011 에 따라 측정된 탭 밀도로부터 Hausner 비 (탭핑된 밀도/벌크 밀도) 및 Carr 지수 ((탭핑된 밀도 - 벌크 밀도)/탭핑된 밀도 X 100%) 를 얻었다.
분말은 원료로서 순수한 원소 및/또는 합금철을 먼저 혼합 및 용융하여 얻을 수 있다.
순수한 원소는 일반적으로 합금철로부터 유래하는 너무 많은 불순물을 갖는 것을 방지하는 것이 바람직한데, 이러한 불순물은 결정화를 용이하게 할 수 있기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 경우에, 합금철로부터 유래하는 불순물은 미세조직의 달성에는 해롭지 않은 것으로 관찰되었다.
합금철은 크롬, 알루미늄, 망간, 몰리브덴, 규소, 티타늄 등과 같은 하나 이상의 다른 원소들의 높은 비율을 갖는 다양한 철 합금을 지칭한다. 주요 합금은 FeAl (보통 40 내지 60 중량% Al 포함), FeB (보통 17.5 내지 20 중량% B 포함), FeCr (보통 50 내지 70 중량% Cr 포함), FeMg, FeMn, FeMo (보통 60 내지 75 중량% Mo 포함), FeNb (보통 60 내지 70 중량% Nb 포함), FeNi, FeP, FeSi (보통 15 내지 90 중량% Si 포함), FeSiMg, FeTi (보통 45 내지 75 중량% Ti 포함), FeV (보통 35 내지 85 중량% V 포함), FeW (보통 70 내지 80 중량% Mo 포함) 이다.
순수한 원소들은 특히 철, 구리, 니켈과 같은 순수한 금속일 수 있다.
당업자는 상이한 합금철 및 순수한 원소들을 혼합하여 목표 조성에 도달하는 방법을 안다.
바람직하게는, 혼합물은 FeCr 합금철, FeSi 합금철, FeTi 합금철, Cu, Ni 및 Fe 를 포함한다.
일단 조성이 적절한 비율로 순수한 원소 및/또는 합금철의 혼합에 의해 얻어지면, 이 조성은 그 액상 온도보다 적어도 210℃ 높은 온도에서 가열된다. 이러한 과열로 인해, 도가니 내의 용융물의 응고가 방지된다. 또한, 용융된 조성의 점도 감소는 특정 조직과 함께 적절한 입자 크기 분포를 갖는 위성 (satellites) 없이 높은 구형도를 갖는 분말을 얻는 것을 돕는다. 즉, 표면 장력이 온도에 따라 증가함에 따라, 조성을 그의 액상선 온도보다 350℃ 초과의 온도에서 가열하지 않는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 조성은 그 액상선 온도보다 215 내지 250℃ 높은 온도에서 가열된다.
본 발명의 일 변형예에서, 조성은 1640 내지 1720℃ 로 가열되며, 이는 점도 감소와 표면 장력 증가 사이의 양호한 절충을 나타낸다.
그 후, 용융된 금속 스트림을 적절한 압력에서 오리피스, 노즐을 통해 강제함으로써 그리고 가스 제트 (가스 분무) 또는 물 제트 (물 분무) 로 충돌시킴으로써, 용융된 조성은 미세한 금속 액적으로 분무된다. 가스 분무의 경우에, 가스는 노즐을 떠나기 직전에 금속 스트림 내로 도입되어, 비말동반된 가스가 (가열로 인해) 팽창하고 큰 수집 체적, 분무 타워 내로 빠져나갈 때 난류를 생성하는 역할을 한다. 후자는 용융된 금속 제트의 추가 난류를 촉진시키기 위해 가스로 충전된다. 금속 액적은 분무 타워에서 떨어지는 동안 냉각된다. 가스 분무는, 높은 정도의 진원도 및 낮은 양의 위성을 갖는 분말 입자의 생산을 선호하기 때문에 바람직하다.
분무 가스는 바람직하게는 아르곤 또는 질소이다. 이들은 둘 다 다른 가스, 예를 들어 더 작은 입자 크기의 형성을 촉진하는 헬륨보다 더 느린 용융 점도를 증가시킨다. 이들은 또한 화학물질의 순도를 조절하고, 바람직하지 않은 불순물을 방지하며, 분말의 양호한 형태에 중요한 역할을 한다. 질소의 몰 중량이 아르곤에 대한 39.95 g/몰에 비해 14.01 g/몰이기 때문에, 질소 보다 아르곤으로 더 미세한 입자를 얻을 수 있다. 한편, 질소의 비열 용량은 아르곤에 대해 0.52 에 비해 1.04 J/(g K) 이다. 따라서, 질소는 입자의 냉각 속도를 증가시킨다. 질소는 분말에 의한 질소 흡수를 통해 TiN 나노-석출물의 형성을 개선할 수 있기 때문에 본 경우에 바람직하다.
가스 압력은 입자 크기 분포 및 금속 분말의 미세조직에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 중요하다. 특히, 압력이 높을수록 냉각 속도가 높아진다. 결과적으로, 가스 압력은 15 내지 30 bar 로 설정되어 입자 크기 분포를 최적화하고 미세조직의 형성을 선호한다. 바람직하게는, 가스 압력은 18 내지 22 bar 로 설정되어, 그 크기가 적층 제조 기술과 가장 양립가능한 입자의 형성을 촉진한다.
노즐 직경은 용융된 금속 유량, 및 이에 따라서 입자 크기 분포 및 냉각 속도에 직접적인 영향을 미친다. 최대 노즐 직경은 평균 입자 크기의 증가 및 냉각 속도의 감소를 제한하기 위해 4 mm 로 제한된다. 노즐 직경은 입자 크기 분포를 보다 정확하게 제어하고 특정 미세조직의 형성을 선호하기 위해 바람직하게는 2.5 내지 3.5 mm 이다.
본 발명의 일 변형예에 따라서, 습도 흡수의 경우에, 분무에 의해 얻어진 금속 분말은 건조되어 이의 유동성을 더욱 향상시킨다. 건조는 바람직하게는 진공 챔버에서 한 시간 동안 50℃ 내지 100℃ 에서 수행된다.
분무에 의해 얻어진 금속 분말은 이와 같이 사용될 수 있거나, 이후 사용될 적층 제조 기술에 더 적합한 크기를 갖는 입자를 유지하기 위해 시빙될 수 있다. 예를 들어, 레이저 분말층 융합에 의한 적층 제조의 경우, 20 ~ 63 ㎛ 의 범위가 바람직하다. 레이저 금속 디포지션 또는 직접 금속 디포지션에 의한 적층 제조의 경우, 45 ~ 150 ㎛ 의 범위가 바람직하다.
본 발명에 따른 금속 분말로 이루어진 부분은, 레이저 분말층 융합 (LPBF), 직접 금속 레이저 소결 (DMLS), 전자빔 용융 (EBM), 선택적 열 소결 (SHS), 선택적 레이저 소결 (SLS), 레이저 금속 디포지션 (LMD), 직접 금속 디포지션 (DMD), 직접 금속 레이저 용융 (DMLM), 직접 금속 인쇄 (DMP), 레이저 클래딩 (LC), 재료 분사, 바인더 분사, 용융 디포지션 모델링 (FDM) 등의 적층 제조 기술에 의해 얻어질 수 있다.
놀랍게도, 적층 제조에 의해 얻어진 부분은 제조 프로세스 동안 사용되는 불활성 가스(들)에 따라 강하게 변하는 상대 밀도를 나타낸다는 것이 관찰되었다. 불활성 가스는, 불활성 가스 또는 불활성 가스의 조합이 불활성화 단계의 마지막에 잔류 불순물로서 최대 1000 ppm 의 O2 를 포함할 수 있다는 것을 알고, 특히 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및 라돈을 의미한다. 특히, Ar 이 불활성 가스로서 사용되거나 불활성 가스의 혼합물의 일부로서 첨가되자마자, 제조된 부분의 상대 밀도는 감소한다. 보다 구체적으로, N2 를 Ar 로 대체하는 것은 상대 밀도에 강하게 영향을 미치고, 모든 다른 프로세스 파라미터는 동일하다.
바람직하게는, 제조 프로세스 동안 용융된 모든 금속 분말은 아르곤 이외의 불활성 가스 또는 아르곤 이외의 불활성 가스의 조합으로 실질적으로 구성된 분위기에서 용융된다. 다시 말해, 금속 분말의 적어도 일부가 아르곤 이외의 불활성 가스 또는 아르곤 이외의 불활성 가스의 조합으로 실질적으로 구성된 분위기에서 실시되는 모든 단계를 의미한다.
사용된 기술에 따라, 불활성 가스는, 해당하는 경우라면, 제조 프로세스 동안 사용된 기밀하게 밀폐된 챔버 내에 있을 수 있거나, 또는 이는 용융물 풀을 덮을 수 있다.
이러한 놀라운 결과는 레이저 분말층 융합 (LPBF) 에 의해 부분을 제조할 때 특히 관찰되었다.
LPBF 는 층상 (layer-upon-layer) 적층 제조 기술이다. 금속 분말의 얇은 층들은 수직 (Z) 축으로 이동하는 인덱싱 테이블에 체결되는 기재 플랫폼, 일반적으로 금속 상에 코팅 메카니즘을 사용하여 균일하게 분포된다. 이는 기밀하게 제어된 분위기를 담는 챔버 내부에서 일어난다. 각 층이 분포되면, 부분 형상의 각각의 2D 슬라이스는 분말을 선택적으로 용융시킴으로써 융합된다. 이는 고출력 레이저 빔, 일반적으로 이테르븀 섬유 레이저에 의해 달성된다. 레이저 에너지는 트랙 또는 스트립 형태의 입자의 완전한 용융 (용접) 을 허용하기에 충분히 강하다. 기본적으로, 트랙이 완료되면, 프로세스는 해치 간격 (h) 에 의해 첫 번째 트랙으로부터 분리된 다음 트랙으로 반복된다. 이 프로세스는 부분이 완료될 때까지 한층씩 반복된다. 오버행 형상은 이전 층의 용융되지 않은 분말에 의해 지지된다. LPBF 에서 사용되는 주요 프로세스 파라미터는 개략적으로 층 두께, 해치 간격, 스캔 속도 및 레이저 출력이다. 프로세스를 완료한 후, 남은 분말을 선별하여 재사용한다.
레이저 분말층 융합 (LPBF) 에 의해 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스는 본 발명에 따른 분말로 분말 층을 형성하는 제 1 단계를 포함한다. 바람직하게는, 분말 층은 40 ㎛ 미만이다. 40 ㎛ 를 초과하면, 레이저가 모든 층 두께에서 분말을 용융시키지 않을 수 있으며, 이는 부분의 다공성을 초래할 수 있다. 바람직하게는, 층 두께는 분말의 용융을 최적화하기 위해 10 내지 30 ㎛ 로 유지된다.
제 2 단계에서, 집속된 레이저 빔은 하기에 상세히 설명되는 프로세스 조건에서 분말 층의 적어도 일부를 용융시킴으로써 형상화된 층을 형성한다.
LPBF 의 경우에, 인쇄된 부분의 각각의 층은 아르곤 이외의 불활성 가스 또는 아르곤 이외의 불활성 가스의 조합으로 실질적으로 구성된 분위기에서 적어도 부분적으로 용융된다. 다시 말해, 프로세스는, 아르곤 이외의 불활성 가스 또는 아르곤 이외의 불활성 가스들의 조합으로 실질적으로 구성된 분위기에서 금속 분말의 적어도 일부를 용융시킴으로써 집속된 레이저 빔이 연속적인 형상화된 층을 형성하는 단계를 포함한다.
레이저 출력은 최대 200 W 로 제한하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 레이저 출력은 모든 층 두께에서 용융을 용이하게 하기 위해 80 W 이상으로 설정된다. 바람직하게는, 레이저 스폿은 약 55 ㎛ 폭이다.
스캔 속도는 바람직하게 300 내지 1000 mm/s 이다. 300 mm/s 미만에서, 레이저에 의해 제공된 초과 에너지는, 분말층 외부로 적절하게 드래그하지 않는 경우, 분말층 상에 디포짓되어 인쇄된 부분 내에 공극을 생성하는 스패터 (spatters) 로 이어질 수 있다. 1000 mm/s 초과에서, 분말에 대한 레이저에 의해 제공되는 에너지는 모든 층 두께에서 분말을 용융시키기에 충분하지 않을 수 있다. 더욱 바람직하게는, 스캔 속도는 0.4 내지 0.9 m/s 이고 이는 인쇄 부분의 품질을 더욱 향상시킨다.
선형 에너지 밀도 (LED) 는 160 내지 890 N 인 것이 바람직하다. LED 는 m/s 로 표현되는 레이저 출력과 스캔 속도 사이의 비로 규정된다. 160 N 미만에서, LED 는 (키홀링으로 인해) 부분을 제대로 인쇄하기에 충분하지 않을 수 있다. 890 N 초과에서, 레이저에 의해 제공된 초과 에너지는, 분말층 외부로 적절하게 드래그하지 않는 경우, 분말층 상에 디포짓되는 스패터로 이어질 수 있다. 이러한 디포짓은 인쇄 부분에 공동을 생성한다. LED 는 보다 바람직하게는 키홀링, 볼링 및 스패터의 발생을 추가로 제한하기 위해, 180 내지 550, 더욱 바람직하게는 200 내지 425 를 포함한다.
챔버 내에 도입된 불활성 가스의 가스 유량은, 바람직하게는 분말 용융에 생성된 가능한 스패터가 분말층 외부로 효율적으로 드래그되도록 2 m/s 초과이다. 따라서, 인쇄 부분에서의 다공성이 방지된다. 보다 바람직하게는, 가스 유량은 2 내지 3.5 m/s 이다.
해치 간격은 바람직하게는 30 내지 100 ㎛ 이다. 30 ㎛ 미만에서, 인쇄 부분의 각 지점은 여러 번 재용융되어 과열을 초래할 수 있다. 100 ㎛ 초과에서, 용융되지 않은 분말이 2 개의 트랙들 사이에 트랩될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 해치 간격은 70 내지 100 ㎛ 이다.
체적 에너지 밀도 (VED) 는 바람직하게는 100 내지 510 J/mm3, 더욱 바람직하게는 120 내지 400 J/mm3 이다. VED 는 P/(v·h·lt) 로서 규정되며, 여기서 P 는 레이저 출력이고, v 는 스캔 속도이고, h 는 해치 간격이고, lt 는 분말층 두께이다. 이러한 VED 는 또한 인쇄 부분 내의 공극을 방지하는데 추가로 도움을 준다. 또한 고온 균열을 유발할 수 있는 과열을 방지하는데 도움이 된다.
실시예들
아래에 제시된 이하의 예들 및 시험들은 본질적으로 제한되지 않으며 예시 목적으로만 고려되어야 한다. 이들은 본 발명의 유리한 특징들, 광범위한 실험들 후에 발명자들에 의해 선택된 파라미터들의 중요성을 설명할 것이며, 본 발명에 따른 프로세스에 의해 달성될 수 있는 특성들을 추가로 확립할 것이다.
분말 참조 1:
순수한 원소들을 혼합하여 1.15 중량% 의 Si, 0.56 중량% 의 Ti, 0.97 중량% 의 Cu, 7.55 중량% 의 Cr, 7.07 중량% 의 Ni, 0.013 중량% 의 C, 잔부로서 Fe 및 정교화에 따른 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 얻었다. 이 조성을 이의 액상선 온도보다 215℃ 높은 온도 (즉, 1685℃) 에서 가열한 다음, 3 mm 의 노즐 직경으로, 20 bar 에서 N2 중의 가스 분무에 의해 분무하였다.
얻어진 금속 분말은 구형도가 0.79 이고 입자 크기기 분포가 D10=27.3 ㎛, D50=70.4 ㎛ 및 D90=179.7 ㎛ 이다. 금속 분말은 Hausner 비가 1.129 이고 Carr 지수가 11.012% 인 양호한 유동성을 가진다.
분말 참조 2:
합금철 및 순수한 원소들을 혼합하여 0.97 중량% 의 Si, 0.85 중량% 의 Ti, 1.00 중량% 의 Cu, 7.73 중량% 의 Cr, 7.15 중량% 의 Ni, 0.038 중량% 의 C, 잔부로서 Fe 및 정교화에 따른 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 얻었다. 이 조성을 이의 액상선 온도보다 215℃ 높은 온도 (즉, 1683℃) 에서 가열한 다음, 3 mm 의 노즐 직경으로, 20 bar 에서 N2 중의 가스 분무에 의해 분무하였다.
얻어진 금속 분말은 구형도가 0.82 이고 입자 크기기 분포가 D10=32.4 ㎛, D50=92.7 ㎛ 및 D90=250.8 ㎛ 이다. 금속 분말은 Hausner 비가 1.098 이고 Carr 지수가 9.856% 인 뛰어난 유동성을 가진다.
분말 참조 3:
합금철 및 순수한 원소들을 혼합하여 0.95 중량% 의 Si, 0.77 중량% 의 Ti, 1.06 중량% 의 Cu, 7.97 중량% 의 Cr, 7.11 중량% 의 Ni, 0.026 중량% 의 C, 잔부로서 Fe 및 정교화에 따른 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 얻었다. 이 조성을 이의 액상선 온도보다 236℃ 높은 온도 (즉, 1698℃) 에서 가열한 다음, 3 mm 의 노즐 직경으로, 20 bar 에서 N2 중의 가스 분무에 의해 분무하였다.
얻어진 금속 분말은 구형도가 0.77 이고 입자 크기기 분포가 D10=30.8 ㎛, D50=89.8 ㎛ 및 D90=246.2 ㎛ 이다. 금속 분말은 Hausner 비가 1.109 이고 Carr 지수가 11.12% 인 양호한 유동성을 가진다.
그 후, 분말 참조 1 내지 3 의 F2 분획물들 (즉, 20 내지 63 ㎛ 의 입자들) 을 사용하여, 표 1 에 기재된 프로세스 조건에서 20 ㎛ 의 층 두께를 갖는 LPBF 에 의해 부분들을 제조하였다.
인쇄 부분들의 상대 밀도는 ISO3369:2006 에 따른 아르키메데스 방법에 의해 절대 밀도를 먼저 측정한 후, 절대 밀도와 재료의 이론적인 밀도 (가능하다면 인쇄 부분들과 동일한 조성으로 주조된 부분으로부터 얻어짐) 사이의 비를 계산함으로써 측정되었다.
얻어진 상대 밀도 값으로부터 명백한 바와 같이, N2 하에서 제조된 부분들은 프로세스 조건에 관계없이 매우 양호한 상대 밀도를 나타낸다. Ar 이 불활성 가스로 사용되자마자, 부분들의 상대 밀도가 강하게 감소한다.
Figure pct00001

Claims (8)

  1. 중량 함량으로 표현되는 하기 원소들:
    6% ≤ Ni ≤ 14%
    5% ≤ Cr ≤ 10%
    0.5% ≤ Si ≤ 2.5%
    0.5% ≤ Ti ≤ 2%
    C ≤ 0.04%
    를 포함하고, 선택적으로:
    0.5% ≤ Cu ≤ 2%
    를 함유하며, 잔부가 Fe 및 정교화로 인한 불가피한 불순물들인, 조성을 갖는 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스로서,
    상기 금속 분말은 면적 분율로 98% 초과의 체심 입방정 결정상을 포함하는 미세조직을 가지고,
    상기 프로세스는, 상기 금속 분말의 적어도 일부가 아르곤 이외의 불활성 가스 또는 아르곤 이외의 불활성 가스들의 조합으로 실질적으로 구성된 분위기에서 용융되는 단계를 포함하는, 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아르곤 이외의 불활성 가스는 질소인, 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분위기는 1000 ppm 미만의 산소를 포함하는, 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아르곤 이외의 불활성 가스 또는 상기 아르곤 이외의 불활성 가스들의 조합이 기밀하게 밀폐된 챔버 내에 있는, 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 제조된 부분은 레이저 분말층 융합 (LPBF) 에 의해 제조되는, 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    레이저 출력은 80 내지 200 W 인, 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    선형 에너지 밀도 (LED) 는 175 내지 550 N 인, 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    체적 에너지 밀도 (VED) 는 100 내지 510 J/mm3 인, 금속 분말로부터 적층 제조된 부분을 제조하는 프로세스.
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