用于选择性激光熔化的金属粉末的处理方法技术

本发明专利技术公开了用于选择性激光熔化的金属粉末的处理方法。本发明专利技术涉及用于处理呈金属粉末形式的基材的方法，所述金属粉末由基于Ni、Co、Fe或其组合的高温合金制成，或由TiAl合金制成，经处理的粉末用于增材制造，尤其是用于三维制品的选择性激光熔化(SLM)。所述方法的特征在于：‑在第一步测定基材的化学组成，并将粉末各元素的测定量与计算的目标化学组成相比较，这对于后续SLM制造工艺而言是必要的，‑仅在干燥且纯的保护气氛下存储和雾化粉末，和/或‑通过后气相处理来处理粉末，由此向粉末颗粒中添加特定元素或从粉末颗粒中去除特定元素，并调节所添加或已经存在的特定元素的含量，以满足根据第一步的各元素的计算目标量。其是一种用于改进SLM粉末制造、粉末后处理和粉末再循环的高效、简单且成本有效的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于选择性激光熔化的金属粉末的处理方法
本专利技术涉及用于增材制造(additivemanufacturing)工艺，特别是选择性激光熔化(SLM)的金属粉末。更具体而言，本专利技术涉及用于处理由Ni-、Co-、Fe-基高温合金(superalloys)或TiAl合金制成的粉末的方法，其用于制造三维制品，例如燃气轮机的组件，如叶片或翼片。所述方法可以用于制造新的粉末，用于金属粉末的后处理或用于已经使用过的金属粉末的再循环/再生(refreshing)。
技术介绍
由于以下限制性缺点，目前的现有技术中存在对改进金属SLM粉末处理的需求：a)已知的是，不同批次的SLM粉末质量-甚至在相同合金和同一供应商的情况下-往往显示出在化学组成和流动性方面的显著变化。这基于所选的用于粉末生成(气/水雾化)的方法，用于雾化的保护气体的种类、纯度(pureness)和干燥度，所用原料(主熔体(mastermelt)或元素的原材料)的种类，其化学组成/纯度(purity)，并且最后基于装料(filling)技术和在粉末容器中的存储。文献WO2012/097794A1描述了例如在相同的制造设备中和在相同的气氛下的组合粉末雾化和涡轮叶片的SLS制造，其目的是生产非常纯的不改变质量的粉末。但是，这仅在气氛的纯度不变的情况下才可以实现。b)高度沉淀强化的Ni基高温合金的可焊性强烈依赖于某些关键的微量和痕量元素(例如Si、Zr)的含量。这是由申请人例如在EP2886225A1中所公开的。基于化学分析，在大多数情况下，可商购的Ni基合金(呈粉末形式)在这些关键元素方面表现出显著的浓度差异。c)高度沉淀强化的Ni基高温合金的可焊性还显示出与Al、Ti、以及组合的Al和Ti含量的相关性。即使这种依赖性与对于标准焊接技术(TIG、MIG、MAG、LMF等)所观察到的影响相比不那么显著，但它还是对通过SLM处理可获得的焊缝等级(weldclasses)的整体质量有所贡献。d)对SLM可加工性具有影响的粉末流动性尤其取决于粉末粒度分布(参见例如US5147448A，其描述了用于生产细金属粉末的技术)、粉末颗粒形状和粉末批次中的总体湿度含量。后者也是在制品的SLM构建中的激光熔化过程中原位金属氧化物相形成的风险因素。具体来说，所设想的粉末后处理次序对于所述问题的改进是必要的。e)SLM工艺腔室内的保护气氛的纯度可能在整个工艺时间过程中变化(局部泄露、从商业粉末批次中取出氧杂质、保护气体中的污染等)。在SLM处理过程中，这可能导致产生残余助焊剂(熔渣)和/或相关的气体夹杂物，作为另一个缺点。在文献US2013/0316183A1中因此提出添加可商购的助焊剂产品作为粉末混合物中的单独级分(fraction)或作为复合颗粒，但由于大量助焊剂残余物和相关的夹渣，SLM显微组织中的孔隙和裂纹形成的风险，这是相当不利的。f)除了粒度分布之外(参见d项)，粉末流动性还取决于颗粒表面状态。SLM粉末颗粒可以表现出很薄(纳米级)的闭合或仅局部部分膜，其可以对粉末流动性(也可参见图1)和同此的SLM可加工性造成正面或负面的影响。文献US4944817A公开了例如在选择性光束烧结(selectivebeamsintering)中使用经涂覆或共混的粉末，文献US7384447B2描述了经涂覆的含Ni粉末和用于在气溶胶物流中制造此类粉末的复合方法。表面污染物也可能对最终粉末对于SLM制造的适用性和产生的SLM制品质量(裂纹、孔隙、氧化物夹杂物、共晶形成等)具有不可预测的影响。同样熟知的是，化学上“超清洁”的金属表面(例如通过用氟离子清洁(FIC)处理Ni基高温合金表面)能够以改进的效果来焊接。这部分基于不存在氧化物膜，否则其会不利地影响焊接熔池(熔炼床(meltingbed))区的稳定性。g)如果现今需要某些元素的添加以适应Ni基高温合金的标准SLM粉末，例如为了精细粒化和分布的碳化物相的受控沉淀而添加Nb、Ta、Ti和C，仅存在不足和不经济的可用方法。首先，标准合金的主熔体可以根据需要调节。特别是对于小量而言，这种方法是成本昂贵的。此外，特别难以控制某些微量元素的浓度，尤其是在它们易于氧化或挥发的情况下。第二种方法是将两种或更多种粉末类型的限定的组合物以预定的比率机械地合金化，但是由此得到的粉末颗粒形状是一个缺点。基于喷溅(spattered)的多边形形状和宽尺寸分布，产生的流动性远远不如已经过机械合金化的初始球形的粉末级分。通过筛分使粉末颗粒尺寸分布变窄并除去细粒级分将减轻后者的负面影响，但无法改善非球形颗粒对流动性的不利影响的作用。文献WO2012/055398A1涉及由含有至少一种难熔金属(Zr、Ti、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W)的材料组成并包括硬质相的组件，且涉及用于生产所述组件的方法，其中在SLM工艺中的粉末的熔化过程中使用含有至少一种反应性气体的气氛来提高SLM处理的组件的耐热性。由于与至少一种反应性气体反应，该材料的化学组成在制造工艺过程中改变。这具有以下缺点：-在至少一部分的构建工艺过程中，对粉末床中的未熔化粉末施以反应性气体，这可以持续几天。这可能导致粉末化学的强烈变化，并使得未使用的粉末由于其被反应性气体污染而难以再使用。h)当前，SLM粉末再循环主要基于筛分处理，并且可以包括可变的新鲜粉末级分比率的定期投入。没有其它的方法可用于以可再现的方式恢复已经使用过并由此退化的SLM粉末的化学和物理性质。SLM操作者必须在限定的时间后替换粉末，这造成对如今的总体SLM处理成本的高成本影响。这一事实对由此得到的SLM制品质量另外具有不可预测且不可再现的影响。总之，可商购的SLM粉末的质量偏差，以及可商购的高温合金(例如基于Ni、Co、Fe或其组合的高温合金，或可商购的TiAl合金)必须经过特定地改性/适应以成功应用在SLM处理中的这一事实，和由于为了达到指定的SLM制品质量而频繁替换SLM粉末造成的高成本，导致对于改进现有SLM粉末制造、粉末后处理和粉末再循环的强烈需求。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种用于改进SLM粉末制造、粉末后处理和粉末再循环的高效、简单且成本有效的方法以克服现有技术方法的所述缺点。这些和其它目的通过根据独立权利要求1所述的方法实现。该方法总体上涉及通过气相处理的方式处理SLM粉末颗粒。所公开的方法用于处理呈金属粉末形式的基材，其中所述粉末由基于Ni、Co、Fe或其组合的高温合金制成，或由TiAl合金制成，其中随后将经处理的粉末用于增材制造，尤其是用于三维制品的选择性激光熔化(SLM)，所述方法的特征在于：-在第一步测定基材的化学组成，并将粉末各元素的详细量与计算的化学目标组成相比较，这对于后续SLM制造工艺而言是必要的，-仅在干燥且纯的保护气氛(protectiveshieldinggasatmosphere)下存储和雾化粉末，和-通过后气相处理来处理粉末，由此向粉末颗粒中添加特定元素或从粉末颗粒中去除特定元素，并调节所添加或已经存在的特定元素的含量，以满足根据第一步的各元素的计算目标量。根据权利要求1所述的方法具有以下优点：它允许在短时间内并以相对低的成本，容易地使商业标准合金改性。可以确保用SLM粉末可再现地制本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于处理呈金属粉末形式的基材的方法，所述金属粉末由基于Ni、Co、Fe或其组合的高温合金制成，或由TiAl合金制成，经处理的粉末用于增材制造，尤其是用于三维制品的选择性激光熔化(SLM)，其特征在于：‑在第一步测定基材的化学组成，并将粉末各元素的测定量与计算的目标化学组成相比较，这对于后续SLM制造工艺而言是必要的，‑仅在干燥且纯的保护气氛下存储和雾化粉末，和/或‑通过后气相处理来处理粉末，由此向粉末颗粒中添加特定元素或从粉末颗粒中去除特定元素，并调节所添加或已经存在的特定元素的含量，以满足根据第一步的各元素的计算目标量。

【技术特征摘要】
2015.10.05 EP 15188304.81.用于处理呈金属粉末形式的基材的方法，所述金属粉末由基于Ni、Co、Fe或其组合的高温合金制成，或由TiAl合金制成，经处理的粉末用于增材制造，尤其是用于三维制品的选择性激光熔化(SLM)，其特征在于：-在第一步测定基材的化学组成，并将粉末各元素的测定量与计算的目标化学组成相比较，这对于后续SLM制造工艺而言是必要的，-仅在干燥且纯的保护气氛下存储和雾化粉末，和/或-通过后气相处理来处理粉末，由此向粉末颗粒中添加特定元素或从粉末颗粒中去除特定元素，并调节所添加或已经存在的特定元素的含量，以满足根据第一步的各元素的计算目标量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将可商购的标准粉末和/或已经使用过并因此退化的粉末用作基材。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述后气相处理是选自化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、氟离子清洁(FIC)或使用其它...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·斯坦科维斯基，R·恩格里，
申请(专利权)人：安萨尔多能源英国知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB