TW202222451A - 鈷基合金構造體之製造方法、及經由該製造方法所得之鈷基合金構造體 - Google Patents

Abstract

本發明之課題係確保充分機械性強度下，可安定製造複雜形狀之Co基合金構造體。 做為解決手段，本發明係具備具有空間部之第1構造部、和埋設於該空間部之第2構造部的Co基合金構造體之製造方法中，使用粉末之粒度分布之範圍為5~85μm，D90之範圍為40~80μm之範圍所成第1Co基合金粉末，經由層積製造法，造形前述第1構造部的工程、將粉末之粒度分布之範圍為5~85μm，D90之範圍為40~80μm所成第2Co基合金粉末，填充於前述第1構造部之前述空間部的狀態下，經由熱等靜壓法，於前述空間部，形成前述第2構造部的工程為特徵。

Description

鈷基合金構造體之製造方法、及經由該製造方法所得之鈷基合金構造體

本發明係有關鈷基合金構造體之製造方法，及經由該製造方法所得之鈷基合金構造體者。

現今，使用高強度耐熱合金，經由熱等靜壓法(HIP:Hot Isostatic Pressing)，製造合金構造體(例如渦輪機定子)之方法備受矚目。HIP法中，形成HIP用之容器，於該容器內，填充金屬粉末後，以高溫高壓變形容器的同時，熱處理填充於容器之內部的金屬粉末。然而，HIP用容器一般而言經由機械加工或被覆等加以製造，要製造具有複雜形狀之HIP用容器並不容易。

在此，進行檢討使用金屬粉末，經由層積製造法(AM:Additive Manufacturing)，製造具有複雜形狀之HIP用容器，於此容器內部填充金屬粉末，經由HIP法製造合金構造體之方法。例如，已知有揭示於專利文獻1(日本特表2017-519106、WO 2015/181080 A1)之渦輪機械構成零件之製造方法。

於專利文獻1中，揭示有製作渦輪機械構成零件之方法，包含(a)經由附加製造前述渦輪機械構成零件之複數之各別之環節而製造之步驟中，前述各別之環節之至少些許，具有包圍相當於前述渦輪機械構成零件之膨脹部之至少1個中空容積的外板的步驟、(b)合體前述渦輪機械構成零件之前述各別之環節，形成半製品之構成零件而組裝之步驟中，前述環節之前述中空容積，在前述半製品之構成零件內，至少形成1個之內部空洞的步驟、(c)將前述半製品之構成零件之前述至少1個之內部空洞，以塊狀之可流動之材料充滿的步驟、(d)封閉封鎖以塊狀之可流動之材料充滿之前述至少1個之內部空洞的步驟、(e)將前述至少1個之內部空洞內之前述塊狀之可流動之材料，加以高密度化及固化的步驟的製造方法。又，於專利文獻1中，揭示有前述環節則以第1之粉末材料加以製造，前述塊狀之可流動材料則為第2之粉末材料，前述第2之粉末材料與前述第1之粉末材料不同。

然而，於以下之說明中，將上述各別之環節之外板稱為「AM造形部」，填充於內部空洞之第2之粉末材料則經由HIP法，將高密度化及固化之部分稱為「HIP處理部」。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特表第2017-519106號公報

[發明欲解決之課題]

專利文獻1之製造方法中，上述第1之粉末材料由鎳基超合金粉末或鈦合金粉末所成，另一方面，上述第2粉末材料則由選自不鏽鋼、碳鋼、鎳基超合金、鈦合金、鋁合金所成群之粉末所成。又，上述第1之粉末材料具有10μm與48μm之間之粒徑，另一方面，上述第2之粉末材料具有50μm與100μm之間之粒徑。

即，上述第1之粉末材料與上述第2之粉末材料中，化學組成及粒徑則互為不同。為此，實施HIP法所進行熱處理之後，AM造形部之金屬組織與HIP處理部之金屬組織則變得不均勻，於AM造形部之金屬組織與HIP處理部之金屬組織之間，顯現邊界，以該邊界為起點易於被破壞。即，由於脆性破壞，AM造形部與HIP處理部易於被分斷。其結果，專利文獻1之製造方法中，難以安定獲得具有充分機械性強度之各別環節。

本揭示係有鑑於相關之部分而成者，該目的係確保充分之機械性強度下，可安定製造複雜形狀之金屬構造體(例如渦輪機定子)。 [為解決課題之手段]

為達成上述目的，第1之揭示係提供鈷基合金構造體之製造方法中，鈷基合金構造體係具備具有空間部之第1構造部、和埋設於該空間部之第2構造部；鈷基合金構造體之製造方法係包含使用粉末之粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，體積基準90%粒徑之範圍為40μm以上80μm以下所成第1鈷基合金粉末，經由層積製造法，造形第1構造部的工程、將粉末之粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，體積基準90%粒徑之範圍為40μm以上80μm以下所成第2鈷基合金粉末，填充於第1構造部之空間部的狀態下，經由熱等靜壓法，於前述空間部，形成第2構造部的工程為特徵之鈷基合金構造體之製造方法。

於本揭示中，粉末之粒度分布係使用雷射繞射・散射式粒子徑分布測定裝置等加以測定。體積基準90%粒徑(亦稱為90體積%粒徑，D90)，係指各粒子徑之體積分率從粒子徑小者累積之時，累積值到達90%時之粒子徑。

在此第1之揭示中，較為容易經由層積製造法造形具有複雜形狀之第1構造部。又，經由層積製造法造形第1構造部之工程及經由HIP法形成第2構造部之工程中，皆為使用粉末之粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，90體積%粒徑(D90)為40μm以上80μm以下所成鈷基合金粉末。即，適用於第1構造部之第1合金粉末與適用於第2構造部之第2合金粉末則在主要化學組成及粒徑上互為共通。為此，實施HIP法所進行熱處理之後，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織則易於變得一樣，於第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之間，難以顯現邊界。

其結果，難以從第1構造部與第2構造部之邊界為起點產生脆性破壞，可將第1構造部與第2構造部保持在一體形成之狀態。由此，經由第1之揭示之製造方法所製造之鈷基合金構造體中，可得鈷基合金之特性(例如耐蝕性及耐摩耗性)下，確保充分之機械性強度。因此，第1之揭示中，確保充分機械性強度下，可安定製造複雜形狀之鈷基合金構造體。

第2之揭示係於第1之揭示中，第1及第2鈷基合金粉末係包含0.08質量%以上0.25質量%以下之碳(C)、和0.1質量%以下之硼(B)、和10質量%以上30質量%以下之鉻(Cr)、和5質量%以下之鐵(Fe)、和30質量%以下之鎳(Ni)；前述Fe與前述Ni之合計為30質量%以下，鎢(W)及鉬(Mo)中之至少1個合計為包含5質量%以上12質量%以下，鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉿(Hf)及釩(V)中之至少1個合計為包含0.5質量%以上2質量%以下，包含0.5質量%以下之矽(Si)、和0.5質量%以下之錳(Mn)、和0.003質量%以上0.1質量%以下之氮(N)；殘留部為由鈷(Co)與不純物所成。

於此第2之揭示中，經由使用具有上述化學組成之Co基合金粉末，於Co基合金構造體中，可將賦予析出強化之碳化物相粒子，分散析出於母相結晶粒內。其結果，可更提高Co基合金之機械性特性。

第3之揭示係於第1或第2之揭示中，更包含再生第1Co基合金粉末之工程；再生該第1Co基合金粉末之工程係包含在造形第1構造部之工程中，回收未利用之第1Co基合金粉末的素工程、和分級回收之第1Co基合金粉末的素工程；第2Co基合金粉末之至少一部分係以再生第1Co基合金粉末之工程所得之合金粉末。

將第1構造部以粉末床熔融方式之AM法造形之時，將粉末敷蓋於造形平台上，形成粉末床，於該粉末床之特定領域，照射雷射光等之熱源，經由將該粉末床局部性熔融・凝固，形成所期望形狀之AM體。為此，未照射熱源之大部分之粉末則未被利用，並非將前工程所有準備之粉末有效活用。

在此第3之揭示中，在造形第1構造部之時，回收・再生未照射熱源之未利用之合金粉末，有效加以活用。回收之合金粉末係可能部分凝聚之故，為適合於第1之揭示，使用篩子等加以分級再生為佳。再生之合金粉末係做為形成第2構造部之第2Co基合金粉末之至少一部分加以活用。將所有第2Co基合金粉末，做為再生之第1Co基合金粉末亦可。然而，第3之揭示所成構成及效果係非必需的，而是追加的部分。

將再生之第1Co基合金粉末做為第2Co基合金粉末加以利用之故，化學組成及粒徑則互為共通。其結果，如第1之揭示所示，確保充分機械性強度下，可安定製造複雜形狀之Co基合金構造體。

第4之揭示係經由第1至第3之揭示之製造方法所製造之Co基合金構造體中，渦輪機定子係包含外輪側端壁，外輪側端壁係該Co基合金構造體之預定部分為具有500MPa以上之室溫0.2%承受力、和300MPa以上之800℃拉伸強度。

第5之揭示係於第4之揭示中，所製造之Co基合金構造體係渦輪機定子，特定部分為外輪側端壁。

此第4或第5之揭示中，經由第1至第3之揭示之製造方法所製造之Co基合金構造體係具有充分機械性強度，可將該Co基合金構造體適切做為具有外輪側端壁之渦輪機定子使用。 [發明效果]

根據本揭示時，確保充分機械性強度下，可安定製造複雜形狀之Co基合金構造體。

以下，將本揭示之實施形態，根據圖面加以詳細說明。以下之實施形態之說明係本質上不過是例示，非限制本揭示、該適用物或該用途之意圖。

[鈷基合金構造體之基本的性質] Co基合金係比較一般利用之Ni基合金，融點則高到50~100℃程度，置換型元素之擴散係數則較Ni基為小。為此，Co基合金中，產生於高溫之使用中之組織變化為少。又，Co基合金係與Ni基合金比較，更富有延展性。為此，Co基合金係容易鍛造、輥壓、加壓等之塑性加工。

Co基合金係與Ni基合金之200GPa比較，顯示220~230GPa，較1成以上為大之彈性率。又，Co基合金係硬質，且在耐磨耗性、耐蝕性優異。

[鈷基合金構造體] 圖1係顯示做為Co基合金構造體之一例之渦輪機高溫構件之渦輪機定子的斜視模式圖。如圖1所示，渦輪機定子1係概略性，由內輪側端壁2、翼部3、及外輪側端壁4所構成。於翼部3之內部，形成未圖示之空氣通路部。例如，輸出30MW級之發電用氣渦輪之時，翼部3之長度(兩端壁之間之距離)係170mm程度。然而，上述渦輪機高溫構件係不限於氣渦輪用途，可為其他之渦輪機用途(例如蒸氣渦輪機用途)。

外輪側端壁4係經由關於本揭示之實施形態之製造方法所製造之Co基合金構造體之一例。以下，對於外輪側端壁4之具體構成加以說明。

圖2係圖1之II-II線剖面模式圖。如圖2所示，外輪側端壁4係具備第1構造部5及第2構造部10。

(第1構造部) 第1構造部5係做為由第1Co基合金粉末所成層積造形體而構成。即，第1構造部5係經由層積製造法(AM法)加以造形。AM法係將經由氣體霧化法等製作之粉末，使用將雷射等做為熱源之3D印表機，經由選擇性熔融・凝固，成形物品之方法。使用於第1構造部5之形成工程(後述之層積製造工程S2)之第1Co基合金粉末係粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下而構成。然而，對於第1Co基合金粉末之化學組成，於後記述。

圖3係第1構造部之部分縱剖面模式圖。如圖3所示，第1構造部5係具有本體部6及空間部7。

本體部6係具有容器狀。於本體部6，設有與翼部3之空氣通路部(未圖示)連通之孔部6a(參照圖1)。

於本體部6中，設有開口部9。開口部9係位於圖3之紙面右側且紙面正前方側。開口部9係連通空間部7及後述真空吸引用埠20之兩者。開口部9係在後述封閉工程S4加以封閉。

空間部7係在本體部6之內部，配置於圖3之紙面正前方側。空間部7係在縱剖面視之，形成成為大致矩形狀。空間部7係使圖3之紙面左右方向之長度成為與翼部3之左右寬度相同程度之長度而構成。

(第2構造部) 第2構造部10係做為由第2Co基合金粉末所成燒結體而構成。與第1Co基合金粉末相同，第2Co基合金粉末亦成為粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下而構成。對於第2Co基合金粉末之化學組成，則於後述。第2構造部10係經由熱等靜壓法(HIP)加以形成。

如圖2所示、第2構造部10係經由後述之HIP處理工程S5，在高密度化之狀態，埋設於第1構造部5之空間部7。然後，Co基合金構造體(外輪側端壁4)係第2構造部10在埋設於空間部7之狀態下，第1構造部5之金屬組織與第2構造部10之金屬組織成為一樣的同時，於第1構造部5與第2構造部10之間，不顯現邊界地加以構成。然而，圖2中，在說明之方便上，將第1構造部5與第2構造部10之邊界藉由虛線加以顯示。

(真空吸引用埠) 如圖1~圖3所示，於第1構造部5，設有真空吸引用埠20。真空吸引用埠20係主要用於後述之粉末填充及脫氣工程S3。在此實施形態中，真空吸引用埠20係配置於圖3之紙面右側且紙面正前方側。真空吸引用埠20係形成成略筒狀。具體而言，真空吸引用埠20係於各圖之紙面，從下端部跨越中途部之部分成為略圓錐狀，從中途部跨越上端部之部分成為略圓筒狀而形成。真空吸引用埠20之下端部係與本體部6之壁部8b一體形成。然而，真空吸引用埠20係經過後述之表面處理工程S7後，從第1構造部5去除。

[鈷基合金粉末之化學組成] 使用在關於本揭示之實施形態之製造方法之第1及第2Co基合金粉末係粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下之粉末而構成之多結晶粉末。以下，說明Co基合金粉末之化學組成。

(C:0.08質量%以上0.25質量%以下) C成分係構成成為析出強化相之MC型碳化物相(有稱為Ti、Zr、Nb、Ta、Hf及/或V之碳化物相、強化碳化物之情形)之重要成分。於上述MC型碳化物相中，「M」係意味過渡金屬，「C」係意味碳。C成分之含有率係0.08質量%以上0.25質量%以下為佳，較佳為0.1質量%以上0.2質量%以下，更佳為0.12質量%以上0.18質量%以下。C含有率不足0.08質量%之時，強化碳化物相之析出量不足，無法充分獲得機械性特性提升之作用效果。另一方面，C含有率超過0.25質量%時，由於過度硬化，燒結Co基合金所得燒結體之延展性或韌性則下降。

(B:0.1質量%以下) B成分係賦予結晶粒界之接合性之提升(即粒界強化)之成分。B成分雖非必須成分，含有之時，0.1質量%以下為佳，更佳為0.005質量%以上0.05質量%以下。B含有率超過0.1質量%時，在Co基合金之燒結時或之後之熱處理，易於產生破裂。

(Cr:10質量%以上30質量%以下) Cr成分係賦予耐蝕性或耐氧化性之提升的成分。Cr成分之含有率係10質量%以上30質量%以下為佳，較佳為10質量%以上25質量%以下。於Co基合金製造物之最表面，另外設置耐蝕性被覆層時，Cr成分之含有率係更佳為10質量%以上18質量%以下。Cr含有率不足10質量%時，耐蝕性或耐氧化性則不充分。另一方面，Cr含有率超過30質量%時，生成脆性之σ相，或生成Cr碳化物相，機械性特性(韌性、延展性、強度)則下降。

(Ni:30質量%以下) Ni成分係具有與Co成分類似之特性，且較Co便宜之故，可以將Co成分之一部分加以置換形式而含有的成分。Ni成分雖非必須成分，含有之時，30質量%以下為佳，較佳為20質量%以下，更佳為5質量%以上15質量%以下。Ni含有率超過30質量%時，Co基合金之特徵之耐摩耗性或對局部應力之承受性則下降。此乃由於起因於Co之層積缺陷能量與Ni者之差異。

(Fe:5質量%以下) Fe成分係較Ni更為便宜，且具有與Ni成分類似之性状之故，可將Ni成分之一部分置換之形式而含有的成分。即，Fe及Ni之合計含有率係30質量%以下為佳，較佳為20質量%以下，更佳為5質量%以上15質量%以下。Fe成分雖非必須成分，含有之時，較Ni含有率為少之範圍之5質量%以下為佳，更佳為3質量%以下。Fe含有率超過5質量%時，成為耐蝕性或機械性特性之下降的要因。

(W及/或Mo:合計5質量%以上12質量%以下) W成分及Mo成分係賦予母相之固熔強化之成分。W成分及/或Mo成分之含有率係合計為5質量%以上12質量%以下為佳，更佳為7質量%以上10質量%以下。W成分與Mo成分之合計含有率不足5質量%時。母相之固熔強化則不充分。另一方面，W成分與Mo成分之合計含有率超過12質量%時，易於產生脆性之σ相，機械性特性(韌性、延展性)則下降。

(Re:2質量%以下) Re成分係賦予母相之固熔強化之同時，賦予耐蝕性提升之成分。Re成分雖非必須成分，但含有之時，將W成分或Mo成分之一部分加以置換之形式，較佳為2質量%以下，更佳為0.5質量%以上1.5質量%以下。Re含有率超過2質量%時，除了Re成分之作用效果會飽和之外，會有材料成本增加之不利之處。

(Ti、Zr、Nb、Ta、Hf及V之1種以上:合計0.5質量%以上2質量%以下) Ti成分、Zr成分、Nb成分、Ta成分、Hf成分及V成分係構成強化碳化物相(MC型碳化物相)之重要成分。Ti、Zr、Nb、Ta、Hf及V成分之1種以上之合計含有率係0.5質量%以上2質量%以下為佳，合計0.5質量%以上1.8質量%以下為更佳。合計含有率不足0.5質量%時，強化碳化物相之析出量則不足，無法充分獲得機械性特性提升之作用效果。另一方面，該合計含有率超過2質量%時，強化碳化物相粒子會粗大化，促進脆性相(例如σ相)之生成，生成不能賦予析出強化之氧化物相粒子，使得機械性特性下降。

又，從析出強化相粒子之分散析出(析出強化相粒子之粗大化之抑制)之觀點視之，包含Ti、Zr、Nb、Ta、Hf及V成分中之2種以上為較佳，包含3種以上為更佳，更甚者包含4種以上。

更具體而言，含有Ti時之含有率係0.01質量%以上1質量%以下為佳，更佳為0.05質量%以上0.8質量%以下。

含有Zr時之含有率係0.05質量%以上1.5質量%以下為佳，更佳為0.1質量%以上1.2質量%以下。然而，以機械性強度為優先之時，以Zr成分為必須成分為佳，以韌性為優先之時，不含有Zr成分的成分為佳。

含有Nb時之含有率係0.02質量%以上1質量%以下為佳，更佳為0.05質量%以上0.8質量%以下。

含有Ta時之含有率係0.05質量%以上1.5質量%以下為佳，更佳為0.1質量%以上1.2質量%以下。

含有Hf時之含有率係0.01質量%以上0.5質量%以下為佳，更佳為0.02質量%以上0.1質量%以下。

含有V時之含有率係0.01質量%以上0.5質量%以下為佳，更佳為0.02質量%以上0.1質量%以下。

(Si:0.5質量%以下) Si成分係擔任脫氧之功能，賦予機械性特性之提升的成分。Si成分雖非必須成分，但含有之時，0.5質量%以下為佳，更佳為0.01質量%以上0.3質量%以下。Si含有率超過0.5質量%時，形成氧化物(例如SiO ₂)之粗大粒子，成為機械性特性之下降的要因。

(Mn:0.5質量%以下) Mn成分係擔任脫氧及脫硫之功能，賦予機械性特性之提升或耐腐蝕性之提升的成分。Mn成分雖非必須成分，但含有之時，0.5質量%以下為佳，更佳為0.01質量%以上0.3質量%以下。Mn含有率超過0.5質量%時，形成硫化物(例如MnS)之粗大粒子，成為機械性特性或耐蝕性之下降的要因。

(N:0.003質量%以上0.1質量%以下) N成分係賦予製造Co基合金粉末時之氣體霧化之成分。N成分係由於上述氣體霧化之環境，含有量有所不同。令氣體霧化在氬氣環境中進行時，N成分之含有量為低(N:0.003質量%以上0.04質量%以下)，令氣體霧化在氮氣環境中進行時，N成分之含有量變高(N:0.04質量%以上0.1質量%以下)。

N成分係賦予強化碳化物相之安定生成的成分。N含有率不足0.003質量%時，無法充分獲得N成分之作用效果。另一方面，N含有率超過0.1質量%時，形成氮化物(例如Cr氮化物)之粗大粒子，成為機械性特性之下降的要因。

(殘留部:Co成分+不純物) Co成分係本合金之主要成分之一，為最大含有率之成分。如前所述，Co基合金材係擁有具有與Ni基合金材同等以上之耐蝕性或耐摩耗性之優點。

Al成分係本合金之不純物之一，非刻意含有之成分。惟，0.5質量%以下之Al含有率時，不會對於Co基合金製造物之機械性特性有大的不良影響之故，可被容許。Al含有率超過0.5質量%時，形成氧化物或氮化物(例如Al ₂O ₃或AlN)之粗大粒子，成為機械性特性之下降的要因。

O成分係本合金之不純物之一，非刻意含有之成分。惟，0.04質量%以下之O含有率時，不會對於Co基合金製造物之機械性特性有大的不良影響之故，可被容許。O含有率超過0.04質量%時，形成各種氧化物(例如Ti氧化物、Zr氧化物、Al氧化物、Fe氧化物、Si氧化物)之粗大粒子，成為機械性特性之下降的要因。

[鈷基合金構造體之製造方法] 圖4係顯示Co基合金構造體(在此為外輪側端壁4)之製造方法之工程例的流程圖。如圖4所示，該製造方法係概略性地具有合金粉末準備工程S1、和層積製造工程S2、和合金粉末填充及脫氣工程S3、和封閉工程S4、HIP處理工程S5、和時效處理工程S6、和表面處理工程S7、和評估工程S8。以下，對於各工程加以說明。

(合金粉末準備工程) 合金粉末準備工程S1係準備成為Co基合金構造體之啟始材料之粉末(以下稱「啟始材料粉末」)的工程。啟始材料粉末係具有上述Co基合金粉末之化學組成所示之特定之化學組成。做為製作啟始材料粉末之方法，例如使用氣體霧化法。具體而言，使用氣體霧化裝置，經由進行高頻感應加熱，於真空排氣後之非活性氣體環境中或大氣中，進行試料之溶解。之後，經由將高壓之氣體(氦(He)、氬(Ar)、氮(N ₂)等之氣體)對於該啟始材料融液吹拂，製作粒度分布之範圍成為5μm以上85μm以下，D90之範圍成為40μm以上80μm以下之略球狀之合金粉末。

合金粉末之粒徑為不足5μm時，於下個工程S2中，合金粉末之流動性則下降(合金粉末床之形成性下降)，成為層積造形體之形狀精度下降之主因。另一方面，合金粉末之粒徑超過85μm時，於下個工程S2中，合金粉末床之局部熔融及急冷凝固之控制變得困難，成為合金粉末之熔融變得不充分，或增加層積造形體之表面粗糙度之主因。然而，第1及第2Co基合金粉末係滿足前述化學組成及粒度分布/範圍時，沒有是為相同的必要性。

(層積製造工程) 層積製造工程S2係使用經由合金粉末準備工程S1製作之第1Co基合金粉末(粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下)，經由選擇性雷射熔融(SLM)法，形成所期望形状之層積造形體(第1構造部5之先驅體)的工程。

層積製造工程S2中，敷上經由合金粉末準備工程S1所製作之第1合金粉末，準備特定厚度之合金粉末床，於合金粉末床之特定領域，照射雷射光，局部熔融及急冷凝固該領域之粉末。經由重覆此一連串流程，形成層積造形體(第1構造部5之先驅體)。然而，層積製造工程S2中，做為最終之層積造形體，為得期望之微細組織，控制層積造形體之微細組織。

(合金粉末填充及脫氣工程) 合金粉末填充及脫氣工程S3係為進行HIP處理工程S5之準備工程。具體而言，將以合金粉末準備工程S1製作之第2Co基合金粉末，透過真空吸引用埠20，填充於第1構造部5之空間部7。完成第2Co基合金粉末之填充後，從開口部9使用特定之工具，確認空間部7之第2Co基合金粉末之填充狀態。此後，從真空吸引用埠20，使用特定之脫氣裝置，進行脫氣。此脫氣係於300℃~600℃之溫度下，以1.0×10 ^-3Pa以下之壓力下，持續2小時以上為佳。然而，真空吸引埠20係除了Co基合金之外，可為不鏽鋼。

(封閉工程) 封閉工程S4為進行HIP處理工程S5之準備工程。具體而言，上述工程S3終止後，將真空吸引用埠20之開口部9，以壓接、熔接等加以封閉。封閉之材質係與真空吸引埠20相同材料為佳。

(HIP處理工程) HIP處理工程S5係使用經由合金粉末準備工程S1製作之第2Co基合金粉末，經由HIP法，形成高密度化之第2構造部10之先驅體的工程。

做為本揭示之實施形態之特徵，在HIP處理工程S5所使用之第2Co基合金粉末係具有與以層積製造工程S2所使用之第1Co基合金粉末相同之粒徑(粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下)。HIP之處理條件係溫度1150℃、壓力150MPa、4~10小時為佳。然而，做為實施HIP處理後之冷卻方法，未特別加以限定，例如可實施水冷、油冷、空冷、爐冷之任一方法。

又，HIP處理工程S5係做為對於經由層積製造工程S2所得層積造形體(第1構造部5之先驅體)之熔體化處理加以工作。具體而言，經由HIP處理工程S5、在層積造形體(第1構造部5之先驅體)，產生母相結晶粒之再結晶，緩和產生於急冷凝固之內部應變。

(時效處理工程) 時效處理工程S6係對於經過HIP處理工程S5後之Co基合金構造體之先驅體，施以時效處理的工程。時效溫度係設定於980℃為佳。又，時效處理工程S6之保持時間係4~10小時為佳。做為時效處理工程S6之冷卻方法，未特別加以限定，例如可實施水冷、油冷、空冷、爐冷之任一方法。然而，時效處理工程S6中，以不同之溫度條件及保持時間，實施複數次之時效處理亦可。

(表面處理工程) 表面處理工程S7中，對於經由時效處理工程S6所得之Co基合金構造體(在此為外輪側端壁4)，切除真空吸引埠20，成為最終構造。又，依需要，可施以表面完工，或形成耐蝕性被覆層。

(評估工程) 評估工程S8中，對於最終所得之Co基合金構造體(在此為外輪側端壁4)，使用特定之評估裝置，評估機械性強度(0.2%承受力及拉伸強度)。具體而言，於評估工程S8中，最終所得Co基合金構造體，例如室溫0.2%承受力為500MPa以上，且800℃拉伸強度為300MPa以上之時，評估具有可適用於渦輪機定子1之機械性強度。然而，做為Co基合金構造體之製造方法，省略評估工程S8亦可。

[實施形態之作用效果] 在實施形態中，較為容易經由層積製造法造形具有複雜形狀之第1構造部5。又，經由層積製造法造形第1構造部5之工程(層積製造工程S2)及經由熱等靜壓法形成第2構造部10之工程(HIP處理工程S5)中，皆為使用粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下所成第1及第2Co基合金粉末。即，適用於第1構造部5之第1合金粉末與適用於第2構造部10之第2合金粉末則在主要化學組成及粒徑上互為共通。

為此，實施熱等靜壓法所進行熱處理之後(上述工程S5之後)，第1構造部5之金屬組織與第2構造部10之金屬組織則易於變得一樣，於第1構造部5之金屬組織與第2構造部10之金屬組織之間，難以顯現邊界。其結果，難以從第1構造部5與第2構造部10之邊界為起點產生脆性破壞，可將第1構造部5與第2構造部10保持成一體。由此，經由關於本揭示之實施形態之製造方法所製造之Co基合金構造體(在此為外輪側端壁4)係可得Co基合金之特性(例如耐蝕性及耐摩耗性)下，擔保充分之機械性強度。因此，關於本揭示之實施形態之製造方法中，可確保充分機械性強度之下，可安定製造複雜形狀之Co基合金構造體。

又，經由使用具有上述化學組成之第1及第2Co基合金粉末，於Co基合金構造體中，可將賦予析出強化之碳化物相粒子，分散析出於母相結晶粒內。其結果，可更提高Co基合金之機械性特性。

更且，經由關於本揭示之實施形態之製造方法所製造之Co基合金構造體(在此為外輪側端壁4)具有500MPa以上之室溫0.2%承受力、和300MPa以上之800℃拉伸強度加以構成時，可將該Co基合金構造體做為渦輪機定子1加以使用。

[其他之實施形態] 上述實施形態中，雖做為Co基合金構造體之一例，說明渦輪機定子1之外輪側端壁4，但非限定於此。做為Co基合金構造體之其他例，可列舉燃燒器構件、摩擦攪拌接合用工具等。

又，關於圖4所示之粉末製作工程S1，雖做為製作原料粉末之方法，說明使用氣體霧化法之情形，但非限定於此方法。即，於粉末製作工程S1中，可利用以往之方法及手法。例如，可實施為了成為所期望之化學組成，混合、熔解、鑄造原料，製造母合金塊(母晶錠)之母合金塊製作素工程、和由該母合金塊形成合金粉末之霧化素工程。又，霧化方法亦沒有特別限定，可利用以往之方法及手法。例如可代替上述氣體霧化法，採用離心力霧化法。

更且，做為準備第2Co基合金粉末之其他工程(圖4中未圖示)，進行包含造形第1構造部之層積製造工程S2中，回收未利用之第1Co基合金粉末之素工程、和將回収之該第1Co基合金粉末，成為所期望之粒度分布，加以分級之素工程的第1Co基合金粉末之再生工程為佳。經由將再生之第1Co基合金粉末做為第2Co基合金粉末之至少一部分加以活用，可有效活用工程S1所準備之合金粉末，其結果，可賦予做為Co基合金構造體之整體之製造成本之減低。然而，本實施形態之構成及效果係非必需的，而是追加的部分。

以上，雖對於本揭示之實施形態做了說明，但本揭示非限定於上述實施形態，在本揭示之範圍內，可進行種種變更。 [實施例]

以下，經由下述工程製作之樣本A(實施例)及樣本B(比較例)，更具體說明本揭示。然而，本揭示乃非限定於樣本A之構成者。

[樣本A之製作] 樣本A係經過粉末製作工程、和層積製造工程、和粉末填充及脫氣工程、和HIP處理工程、和時效處理工程、和評估工程，加以製作。然而，樣本A之製作過程中，省略封閉工程及表面處理工程。

粉末製作工程中，準備具有滿足上述實施形態之化學組成之Co基合金粉末。具體而言、樣本A之化學組成係如下所述。包含0.15≦C≦0.2質量%、0.008≦B≦0.012質量%、24.5≦Cr≦25.5質量%、0≦Fe≦0.5質量%、9.5≦Ni≦10.5質量%、7.3≦W≦7.7質量%、0.1≦Ti≦0.4質量%、0.4≦Zr≦0.6質量%、0.2≦Ta≦0.4質量%、0.1≦Nb≦0.2質量%、0≦Si≦0.3質量%、0≦Al≦0.15質量%、N≦0.03質量%，殘留部為Co及不可避免不純物。

將準備之Co基合金粉末之粒度分布，使用雷射繞射・散射式粒子徑分布測定裝置(MicrotracBEL股份有限公司製、SYNC)加以測定，確認粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下。

層積製造工程中，將上述Co基合金粉末做為第1合金粉末使用，經由選擇性雷射熔融(SLM)法，形成圖5~圖7所示層積造形體(第1構造部)。

圖5係顯示適用於樣本A~C之各別第1構造部之整體的斜視模式圖。圖6係圖5之VI-VI線剖面模式圖。圖7係圖5之VII-VII線剖面模式圖。

如圖5所示。第1構造部之本體部係具有略圓筒狀。又，如圖6及圖7所示，第1構造部之空間部係上側部分成為剖面視之圓形狀，另一方面，上側部分以外之部分成為剖面視之半圓形狀而構成。圖6所示第1構造部之各部之尺寸係尺寸L1(圓筒之全長)為75mm、尺寸L2(圓筒之直徑)為12mm、尺寸L3為15mm、尺寸L4為60mm。然而，圖5~圖7中，在圖示之方便上，對於各別第1構造部、本體部、及空間部，附上與上述實施形態所說明之符號相同之符號。

粉末填充及脫氣工程中，將上述Co基合金粉末，填充於第1構造部之空間部。完成填充後，使用鎚子，從開口部確認Co基合金粉末之填充狀態。之後，從開口部脫氣。此脫氣中，於300℃之溫度環境，持續3小時施加5.0×10 ^-4Pa以下之壓力的狀態。

HIP處理工程中，將上述Co基合金粉末做為第2合金粉末使用，經由熱等靜壓法(HIP)，於第1構造部之空間部，形成第2構造部。在HIP處理工程所使用之第2Co基合金粉末係與在層積製造工程所使用之第1Co基合金粉末相同(具有相同化學組成與相同粒度分布，粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下)。HIP之燒結條件係溫度1150℃、壓力150MPa、4小時。實施HIP處理後，將第1及第2構造部，經由空冷加以冷卻。

時效處理工程中，對於第1及第2構造部，施以時效處理。將時效溫度設定在980℃，且保持時間為4小時。之後，將第1及第2構造部，經由空冷加以冷卻。

[樣本B、C之製作] 樣本B、C係經過粉末製作工程、和層積製造工程、和粉末填充及脫氣工程、和HIP處理工程、和時效處理工程，加以製作。然而，對於有關樣本B、C之各工程之諸項條件，與樣本A重複之部分則省略詳細之說明。以下，關於樣本B、C之各過程，說明與樣本A之各過程不同之部分。

於合金粉末準備工程中，樣本B之合金組成係後述Fe-Ni系合金，樣本C之合金組成係與樣本A者相同。做為粉末之粒度分布/範圍係製作粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下者，和粒度分布之範圍為5μm以上150μm以下，D90之範圍為100μm以上140μm以下者之2種類。

樣本B之化學組成係如下所述。B:0.008質量%、Cr:18.3質量%、Ni:36.1質量%、W:5.0質量%、Ti:0.84質量%、Zr:0.016質量%、Nb:4.1質量%，殘留部為Fe及不可避免不純物。

層積製造工程中，使用粒度分布之範圍成為5μm以上85μm以下，D90之範圍成為40μm以上80μm以下之第1合金粉末，形成圖5~圖7所示之層積造形體(第1構造部)。

HIP處理工程中，使用粒度分布之範圍成為5μm以上150μm以下，D90之範圍成為100μm以上140μm以下之第2合金粉末，經由HIP，於第1構造部之空間部，形成第2構造部。即，在HIP處理工程所使用之第2合金粉末之粒度分布/範圍係與在層積製造工程所使用第1合金粉末之粒度分布/範圍不同。

[樣本A~C之分析結果] 關於如以上製作之樣本A~C，根據圖8~圖14，分析各樣本之第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之狀態。第1構造部與第2構造部之邊界位置係研磨各樣本之表面後，經由肉眼辦視加以決定。

圖8係顯示樣本A之上面之光學顯微鏡照片。圖9係顯示圖8之X部分之金屬組織之電子顯微鏡照片。圖10係顯示樣本A之第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界附近之電子顯微鏡照片。圖11係顯示樣本B之金屬組織之電子顯微鏡照片。圖12係顯示樣本B之第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界附近之電子顯微鏡照片。圖13係顯示樣本C之金屬組織之電子顯微鏡照片。圖14係顯示樣本C之第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界附近之電子顯微鏡照片。

圖8及圖9中，將樣本A之上面之第1構造部與第2構造部之大略之邊界位置，使用前端部具有尖銳形状之工具，加上印記(邊界印記)。更且，圖8~圖10中，將樣本A之第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之大略邊界位置，經由虛線加以表示。同樣地，對於圖11~圖14，亦將樣本B、C之第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之大略邊界位置，經由虛線加以表示。

根據圖11及圖12，樣本B中，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織則不相同。尤其，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界附近，確認到於第2構造部之組織內，顯現以複數之析出物包圍之析出領域，另一方面，於第1構造部之組織內，未顯現該析出領域。即，樣本B中，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織有不均勻之傾向。

根據圖13及圖14，樣本C中，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織亦不相同。尤其，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界附近，在第2構造部側，顯現連接複數之MC碳化物之析出領域。另一方面，於第1構造部之組織內，確認到析出之MC碳化物較第2構造部為小，以複數之MC碳化物包圍之析出領域亦較第2構造部為小。即，樣本C中，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織有不均勻之傾向。

如此，樣本B、C中，由於在層積製造工程所使用之第1合金粉末之粒度分布/範圍、和在HIP處理工程所使用之第2合金粉末之粒度分布/範圍不同之故，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織則變得不均勻，以位於第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之間之邊界為起點，易於產生脆性破壞。其結果，樣本B、C中，預測無法獲得充分之機械性強度。然後，上述評估工程中，對於樣本B、C，無法確認到充分之機械性強度(室溫0.2%承受力:500MPa以上、800℃拉伸強度:300MPa以上)。

對此，根據圖9及圖10，樣本A中，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織則顯現為相同。尤其，參照圖10時，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界附近，確認到於第1構造部之金屬組織及第2構造部之金屬組織之兩者，顯現多數以複數之MC碳化物包圍之析出領域。即，樣本A中，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織則成相同。然而，參照圖8時，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界無法以目視辨識。

如此，樣本A中，在層積製造工程所使用之第1Co基合金粉末、和在HIP處理工程所使用之第2Co基合金粉末則在粒度分布/範圍(粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，D90之範圍為40μm以上80μm以下)為共通之故，第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織成為相同，位於第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之間的邊界則難以顯現。

其結果，樣本A中，難以該邊界為起點產生脆性破壞。更且，樣本A中，於第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之雙方，藉由同樣顯現之多數之析出領域，樣本A之機械性強度則就整體而言，推測可加以提升。然後，上述評估工程中，對於樣本A，確認到有充分之機械性強度(室溫0.2%承受力:500MPa以上、800℃拉伸強度:300MPa以上)。 [產業上的可利用性]

本揭示係做為適於例如做為渦輪機高溫構件之渦輪機定子之Co基合金構造體之製造方法及經由該製造方法所得之渦輪機定子，可利用於產業上。

1:渦輪機定子 2:內輪側端壁 3:翼部 4:外輪側端壁 5:第1構造部 6:本體部 7:空間部 9:開口部 10:第2構造部 20:真空吸引用埠

[圖1]顯示做為Co基合金構造體之一例之渦輪機高溫構件之渦輪機定子的斜視模式圖。 [圖2]圖1之II-II線剖面模式圖。 [圖3]第1構造部之部分縱剖面模式圖。 [圖4]顯示Co基合金構造體之製造方法之工程例的流程圖。 [圖5]顯示適用於樣本A~C之各別第1構造部之整體的斜視模式圖。 [圖6]圖5之VI-VI線剖面模式圖。 [圖7]圖5之VII-VII線剖面模式圖。 [圖8]顯示樣本A之上面之光學顯微鏡照片。 [圖9]顯示圖8之X部分之金屬組織之電子顯微鏡照片。 [圖10]顯示樣本A之第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界附近之電子顯微鏡照片。 [圖11]顯示樣本B之金屬組織之電子顯微鏡照片。 [圖12]顯示樣本B之第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界附近之電子顯微鏡照片。 [圖13]顯示樣本C之金屬組織之電子顯微鏡照片。 [圖14]顯示樣本C之第1構造部之金屬組織與第2構造部之金屬組織之邊界附近之電子顯微鏡照片。

Claims (5)

1. 一種鈷基合金構造體之製造方法，其特徵係 前述鈷基合金構造體係具備 具有空間部之第1構造部、 和埋設於前述空間部之第2構造部； 前述製造方法係包含 使用粉末之粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，體積基準90%粒徑之範圍成為40μm以上80μm以下的第1鈷基合金粉末，經由層積製造法，造形前述第1構造部的工程、 在將粉末之粒度分布之範圍為5μm以上85μm以下，體積基準90%粒徑之範圍成為40μm以上80μm以下的第2鈷基合金粉末，填充於前述空間部的狀態下，經由熱等靜壓法，於前述空間部，形成前述第2構造部的工程。
2. 如請求項1記載之鈷基合金構造體之製造方法，其中， 前述第1及前述第2鈷基合金粉末係包含 0.08質量%以上0.25質量%以下之碳、 和0.1質量%以下之硼、 和10質量%以上30質量%以下之鉻、 和5質量%以下之鐵、 和30質量%以下之鎳； 前述鐵與前述鎳之合計為30質量%以下， 將鎢及鉬中之至少1個以合計5質量%以上12質量%以下， 將鈦、鋯、鈮、鉭、鉿及釩中之至少1個以合計0.5質量%以上2質量%以下來包含， 包含0.5質量%以下之矽、 和0.5質量%以下之錳、 和0.003質量%以上0.1質量%以下之氮； 殘留部由鈷與不純物所成。
3. 如請求項1或請求項2記載之鈷基合金構造體之製造方法，其中， 更包含再生前述第1鈷基合金粉末之工程； 再生該第1鈷基合金粉末之工程係包含在造形前述第1構造部之工程中，回收未利用之前述第1鈷基合金粉末的素工程、和分級回收之前述第1鈷基合金粉末的素工程； 前述第2鈷基合金粉末之至少一部分為以再生前述第1鈷基合金粉末之工程所得之合金粉末。
4. 一種鈷基合金構造體，其特徵為經由記載於請求項1或請求項2之鈷基合金構造體之製造方法所製造之鈷基合金構造體，且前述鈷基合金構造體之特定部分係具有500MPa以上之室溫0.2%承受力、和300MPa以上之800℃拉伸強度。
5. 如請求項4記載之鈷基合金構造體，其中， 前述鈷基合金構造體為渦輪機定子， 前述特定部分為外輪側端壁。

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