高熵合金构件、该合金构件的制造方法、及使用了该合金构件的制造物技术

本发明专利技术的目的在于提供使用具有高机械强度·高耐腐蚀性的高熵合金(HEA)、合金组成·微细组织的均质性优异、并且形状控制性优异的HEA构件、其制造方法、及使用了该HEA构件的制造物。本发明专利技术涉及的HEA构件的特征在于，其是由HEA形成的合金构件，其具有下述的化学组成：分别以5原子％以上35原子％以下的范围包含Co、Cr、Fe、Ni、Ti各元素，并且以大于0原子％且为8原子％以下的范围包含Mo，剩余部分由不可避免的杂质构成，前述合金构件中，在母相结晶中分散析出了针状结晶的金属间化合物相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高熵合金构件、该合金构件的制造方法、及使用了该合金构件的制造物
本专利技术涉及高熵合金的技术，尤其涉及利用粉末层叠造型法制作的高熵合金构件及该合金构件的制造方法、以及使用了该合金构件的制造物。
技术介绍
近年来，作为与以往的合金(例如，在1～3种主要成分元素中添加微量的多种副成分元素而成的合金)的技术思想明显不同的新的技术思想的合金，提倡了高熵合金(HighEntropyAlloys：HEA)。所谓HEA，被定义为由5种以上的主要金属元素(分别为5～35原子％)构成的合金，已知其可呈现出下述这样的特征。(a)由于吉布斯自由能公式中的混合熵项负向增大而带来的混合状态的稳定化，(b)由于复杂的微细结构而带来的扩散延迟，(c)由于构成原子的尺寸差异而导致的高晶格畸变所带来的高硬度化、机械特性的温度依赖性降低，(d)由于多种元素共存而导致的复合影响(也称为鸡尾酒效应)所带来的耐腐蚀性的提高。例如，专利文献1(日本特开2002-173732)中公开了一种高熵多元合金，其特征在于，其是将多种金属元素进行浇铸或合成而形成的高熵多元合金，该合金含有5种～11种主要金属元素，将每种主要金属元素的摩尔数设定为合金总摩尔数的5％～30％。专利文献1中还记载了前述主要金属元素选自包含铝、钛、钒、铬、铁、钴、镍、铜、锆、钼、钯、银的金属元素组。据报道，根据专利文献1，可提供在浇铸状态下同时具有比以往的碳钢、合金碳钢更高的硬度、更高的耐热性及更高的耐腐蚀性的高熵多元合金。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-173732号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，本申请的专利技术人对HEA进行了各种研究，结果发现，就HEA而言，由于合金组成复杂，因而容易发生铸造时的元素偏析、组织不均，难以得到均质的铸锭。合金构件中的元素偏析、组织不均会导致特性因部位不同而产生偏差，因此是需要解决的课题。另外，HEA由于具有高硬度·抗回火软化性，因而具有难加工性，存在难以通过机械加工制作所期望形状的构件这样的问题。这是将HEA构件实用化·商用化上的大的障碍，是需要解决的课题。另一方面，如上所述，由于HEA具有无法通过以往的合金得到的有吸引力的特征，因此，强烈要求开发合金组成·微细组织的均质性优异、并且形状控制性优异的HEA构件、及其制造方法。因此，为了满足上述要求，本专利技术的目的在于提供使用具有高机械强度·高耐腐蚀性的高熵合金(HEA)、合金组成·微细组织的均质性优异、并且形状控制性优异的HEA构件、其制造方法、及使用了该HEA构件的制造物。用于解决课题的手段(I)本专利技术的一个方式提供高熵合金构件，其特征在于，其是由高熵合金形成的合金构件，其具有下述的化学组成：分别以5原子％以上35原子％以下的范围包含Co(钴)、Cr(铬)、Fe(铁)、Ni(镍)、Ti(钛)各元素，并且以大于0原子％且为8原子％以下的范围包含Mo(钼)，剩余部分由不可避免的杂质构成，前述合金构件中，在母相结晶中分散析出了针状结晶的金属间化合物相。本专利技术中，可在上述的高熵合金构件(I)中施加以下这样的改良、变更。(i)前述针状结晶以三维晶格状分散析出。(ii)前述高熵合金的化学组成中包含20原子％以上35原子％以下的前述Co、10原子％以上25原子％以下的前述Cr、10原子％以上25原子％以下的前述Fe、15原子％以上30原子％以下的前述Ni、5原子％以上15原子％以下的前述Ti。(iii)前述高熵合金的化学组成中包含25原子％以上33原子％以下的前述Co、15原子％以上23原子％以下的前述Cr、15原子％以上23原子％以下的前述Fe、17原子％以上28原子％以下的前述Ni、5原子％以上10原子％以下的前述Ti、1原子％以上7原子％以下的前述Mo。(iv)前述高熵合金的化学组成中包含27原子％以上33原子％以下的前述Co、18原子％以上23原子％以下的前述Cr、18原子％以上23原子％以下的前述Fe、17原子％以上24原子％以下的前述Ni、5原子％以上8原子％以下的前述Ti、1原子％以上3原子％以下的前述Mo。(v)前述金属间化合物相包含Ni3Ti相。(vi)抗拉强度为1000MPa以上，断裂伸长率为3％以上。(vii)前述母相结晶的形状为柱状晶，其结晶结构包含简单立方晶。需要说明的是，此处的“结晶结构包含简单立方晶”是指“主要的结晶结构为简单立方晶”。(II)本专利技术的另一个方式提供高熵合金构件的制造方法，其特征在于，其是上述的高熵合金构件的制造方法，其具有下述工序：原料混合熔化工序，将前述合金的原料混合·熔化而形成熔融金属；雾化工序，由前述熔融金属形成合金粉末；和层叠造型工序，利用使用了前述合金粉末的金属粉末层叠造型法形成具有所期望的形状的合金层叠造型体。本专利技术中，可在上述的高熵合金构件的制造方法(II)中施加以下这样的改良、变更。(viii)前述层叠造型工序具有下述工序：粉末床形成工序，形成前述合金粉末的粉末床；粉末床预烧工序，对前述粉末床整体进行加热，形成粉末床的预烧结体；和局部熔融·凝固层形成工序，对前述预烧结体进行局部加热，形成前述合金的微小熔池，并且，在该预烧结体的面内以扫描方式进行该局部加热的同时，使前述微小熔池移动·逐步凝固，由此形成前述合金的凝固层。(III)本专利技术的又一个方式提供使用了高熵合金构件的制造物，其是使用了上述的高熵合金构件的制造物，其特征在于，前述制造物为流体机械的叶轮(impeller)。本专利技术中，可在上述的使用了高熵合金构件的制造物(III)中施加以下这样的改良、变更。(ix)前述制造物为安装有前述叶轮的离心压缩机。专利技术的效果通过本专利技术，可提供使用具有高机械强度·高耐腐蚀性的高熵合金(HEA)、合金组成·微细组织的均质性优异、并且形状控制性优异的HEA构件、其制造方法、及使用了该HEA构件的制造物。附图说明[图1]为表示本专利技术涉及的高熵合金构件的制造方法的一例的工序图。[图2]为表示电子束熔融法的粉末层叠造型装置的结构及层叠造型方法的例子的截面示意图。[图3A]为表示本专利技术涉及的由HEA形成的合金层叠造型体的横截面的微细组织例的电子显微镜观察图像。[图3B]为表示本专利技术涉及的由HEA形成的合金层叠造型体的纵截面的微细组织例的电子显微镜观察图像。[图4]为本专利技术涉及的使用了HEA构件的制造物的一例，为表示流体机械的叶轮的照片。[图5]为本专利技术涉及的使用了HEA构件的制造物的另一例，为表示安装有本专利技术的叶轮的离心压缩机的截面示意图。[图6]为表示HEA构件1c的微细组织例的电子显微镜观察图像。具体实施方式(本专利技术的基本思想)如上所述，高熵合金(HEA)虽然具有无法通过以往的合金得到的有吸引力的特征(例如，高硬度、抗回火软化性)，但具有难加工性，存在难以制作所期望形状的构件这样的问题。另外，本申请的专利技术人对HEA进行了各种研究，结果发现，以往的具有普通铸造组织的HEA铸锭不仅变形抗力高而且缺乏延展性。因此，本申请的专利技术人为了在不牺牲作为HEA的特征的情况下开发形状控制性、延展性优异的HEA构件，对合金组成和形状控制方法反复进行了深入研究。结果发现，通过利用使用了Co-Cr-Fe-Ni-Ti-Mo系合金的粉末的金属粉末层叠造型法形成合金层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高熵合金构件，其特征在于，其是由高熵合金形成的合金构件，其具有下述的化学组成：分别以5原子％以上35原子％以下的范围包含Co、Cr、Fe、Ni、Ti各元素，并且以大于0原子％且为8原子％以下的范围包含Mo，剩余部分由不可避免的杂质构成，所述合金构件中，在母相结晶中分散析出了针状结晶的金属间化合物相。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.10 JP 2015-2412481.高熵合金构件，其特征在于，其是由高熵合金形成的合金构件，其具有下述的化学组成：分别以5原子％以上35原子％以下的范围包含Co、Cr、Fe、Ni、Ti各元素，并且以大于0原子％且为8原子％以下的范围包含Mo，剩余部分由不可避免的杂质构成，所述合金构件中，在母相结晶中分散析出了针状结晶的金属间化合物相。2.如权利要求1所述的高熵合金构件，其特征在于，所述针状结晶以三维晶格状分散析出。3.如权利要求1或2所述的高熵合金构件，其特征在于，所述高熵合金的化学组成中包含20原子％以上35原子％以下的所述Co、10原子％以上25原子％以下的所述Cr、10原子％以上25原子％以下的所述Fe、15原子％以上30原子％以下的所述Ni、5原子％以上15原子％以下的所述Ti。4.如权利要求1或2所述的高熵合金构件，其特征在于，所述高熵合金的化学组成中包含25原子％以上33原子％以下的所述Co、15原子％以上23原子％以下的所述Cr、15原子％以上23原子％以下的所述Fe、17原子％以上28原子％以下的所述Ni、5原子％以上10原子％以下的所述Ti、1原子％以上7原子％以下的所述Mo。5.如权利要求1或2所述的高熵合金构件，其特征在于，所述高熵合金的化学组成中包含27原子％以上33原子％以下的所述Co、18原子％以上23原子％以下的所述Cr、18原子％以上23原子％以下的所述Fe、17原子％...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤枝正，桑原孝介，广田守，青田欣也，加藤隆彦，千叶晶彦，小泉雄一郎，山中谦太，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP