用于通过增量制造来制造机械构件的方法技术

描述了一种用于制造由基于金属的材料制成的机械构件的方法。该方法包括以下步骤：提供包括至少一种包含金属的粉末材料和至少一种呈粉末形态的增强弥散剂的粉末混合物，其中呈粉末形态的增强弥散剂具有小于包含金属的粉末材料的平均颗粒尺寸的平均颗粒尺寸；使用该粉末混合物通过增量制造工艺形成该机械构件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过增量制造来制造机械构件的方法
本专利技术公开涉及机械构件的制造，尤其是面临高温运行条件的机械构件，诸如内燃发动机和涡轮机械(例如但不限于燃气涡轮机)的构件。更具体地，本文公开的主题的示例性实施例涉及使用基于高温超合金的材料制造涡轮机械构件，诸如但不限于涡轮旋转和静止叶片或轮叶，涡轮喷嘴，涡轮推进器。
技术介绍
使用氧化物弥散强化(ODS)超合金作为合适的材料来制造面临高温疲劳循环的机械构件是已知的（D.M.Elzey等人的“OxideDispersionStrengthenedSuperalloys:theRoleofGrainStructureandDispersionDuringHighTemperatureLowCycleFatigue”，在1988年的Superalloys中出版，美国冶金学会，1988，第595-604页）。这些材料常通过机械合金化生产（H.K.D.H.Bhadeshia“RecrystallisationofPracticalMechanicallyAlloyedIron-BaseandNickel-BaseSuperalloys”，在MaterialsScienceandEngineeringA223(1997)64-77中出版；C.Suryanarayana等人的“TheScienceandTechnologyofMechanicalAlloying”，MaterialsScienceandEngineeringA304-306(2001)151-158中；B.S.Murty等人的“NovelMaterialsSynthesisbyMechanicalAlloying/Milling”，InternationalMaterialsReviews,1998,第43卷,N.3第101-141页中出版）。通过机械合金化获得的合金常以挤压坯料的形式可获得。由通过机械合金化产生的ODS超合金的坯料制成的粉末被用于通过烧结工艺制造构件。烧结工艺需要模具，模具具有对应于要生产的最终制品的形状的负相(negative)的形状。烧结是一种昂贵且非柔性的制造工艺。EP2586887公开了用于通过增量制造(additivemanufacturing)来制造涡轮叶片的工艺，例如，使用激光金属成形、电子束熔炼和其他增量制造工艺。在此现有技术文档中提出了呈粉末形态的诸如镍基超合金的高温超合金。在此处公开的一些实施例中，高温超合金粉末包含弥散的氧化物。就涉及的氧化物而言，上述出版物并没有提供如何在超合金粉末材料中引入氧化物的任何教导，也没有给出任何重量组成或其他细节。增量制造工艺是一种便宜、柔性且高效的制造方法，由此可以轻易地以低成本生产具有复杂形状的机械构件。对于生产涡轮机械构件而言，使用增量制造工艺将是非常期望的，就涉及重载运行状态下的机械阻力而言，其必须满足严格的要求，比方说例如在疲劳状态下的抗高温蠕变能力。
技术实现思路
在一个实施例中，公开了一种用于制造由基于金属的材料制成的机械构件的方法，该方法包括以下步骤：-提供包括至少一种包含金属的粉末材料和至少一种呈粉末形态的增强弥散剂的粉末混合物，其中呈粉末形态的增强弥散剂具有小于包含金属的粉末材料的平均颗粒尺寸的平均颗粒尺寸；-使用所述粉末混合物通过增量制造工艺形成所述构件。在本说明书和所附权利要求书的背景下，术语“金属”也包括耐火元素或耐火金属。“包含金属的粉末材料”因而也包括包含耐火金属或元素的粉末材料。合适的耐火元素或材料包括但不限于，Mo,W,Ta,Nb以及它们的组合。基于金属的材料包括由金属组成的材料，包括耐火金属，以及金属间化合物，诸如铝化物或硅化物，如以下参照本文公开的主题的示例性实施例将更详细地描述的那样。在本说明书和所附权利要求书的背景下，“增强弥散剂”是一种化合物，其在粉末混合物中且随后在最终制成的构件中弥散时，增加了构件尤其对于高温蠕变的强度。根据一些实施例，包含金属的粉末材料可以是金属粉末。例如该金属粉末可以是基于超合金的金属粉末，例如高温超合金粉末。根据其他实施例，包含金属的粉末材料是金属间粉末材料，即，呈粉末形态的金属间化合物，例如铝化物。在一些实施例中，包含金属的粉末材料可以是硅化物。也可以设想呈粉末形态的两种或更多包含金属的化合物的组合。呈粉末形态的增强弥散剂可以是或者包括呈粉末形态的至少一种陶瓷材料。在一些实施例中，陶瓷材料可以是氧化物。可以使用两种或更多增强弥散剂。在一些实施例中，优选的是不包含氧的陶瓷材料。例如，如果包含金属的粉末材料是钼基或铌基的，不包含氧原子的陶瓷材料就是优选的，因为对于高温氧化获得了更高的抵抗力。用于增量制造的粉末混合物中呈粉末形态的增强弥散剂将在最终固化的构件中产生弥散，这增加了构件的抗蠕变能力。通过提供呈粉末形态的包含金属的材料和呈粉末形态的增强弥散剂的混合物，可以仔细地控制两种混合物成分的颗粒尺寸分布（粒度测定），使得可将最优的平均粒度测定用于两种混合物成分。具体地，包含金属的粉末材料可以具有选择成在增量制造期间用于实现最优熔化和固化的平均颗粒尺寸。呈粉末形态的增强弥散剂，例如呈粉末形态的陶瓷材料，可以具有选择成以便改善在最终机械构件中实现的抗蠕变能力的平均颗粒尺寸，而不负面地影响其脆性。在受控制的气氛下（例如使用惰性气体），或者在真空条件下的增量制造防止增强弥散剂的化学改变。此外，代表增量制造的特征的逐层工艺防止增强弥散剂，例如氧化物或其他陶瓷材料，通过在熔化金属的顶部漂浮而分离，使得在最终制品中可以实现增强弥散剂的大致均匀的分布。以下公开的特征和实施例在所附权利要求书中进一步陈述，其形成了本说明书的一个整体部分。以上简要描述陈述了本专利技术的不同实施例的特征，以便可以更好地理解以下的详细描述，并且以便可以更好地领会对于本领域的当前贡献。当然，有将在后文描述的本专利技术的其他特征，并且它们将在所附的权利要求书中陈述。在这方面，在详细解释本专利技术的若干实施例之前，应该理解的是本专利技术的不同实施例在它们的应用方面不限于构造的细节，以及在以下描述中陈述或附图中图示的构件的布置。本专利技术能够有其他实施例并且能够以不同的方式实践和实施。同样，应该理解的是本文采用的措辞和术语是出于描述的目的且不应被认为是限制性的。因而，本领域技术人员将会理解的是本公开所基于的概念可容易地用作用来设计用于实施本专利技术的若干目的的其他结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是，权利要求书被认为包括这样的等同构造，只要它们不背离本专利技术的精神和范围。附图说明当结合所附图形考虑时，本专利技术的公开实施例的更完整的理解以及其许多伴随的有利之处将在它们通过引用以下详细描述而变得被更好地理解时而轻易获得。图1图示了使用电子束熔炼技术的增量制造装置的示意图，用于制造机械构件；图2图示了用于增量制造的直接金属激光熔化装置的示意图；图3图示了根据本专利技术公开的方法的流程图。具体实施方式贯穿本说明书对于“一个实施例”、“实施例”或“一些实施例”的引用，指的是与实施例相关而描述的特定特征、结构或特性包括在本专利技术公开的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在不同地方出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”并不一定指相同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造由基于金属的材料制成的机械构件的方法，包括如下步骤：提供包括至少一种包含金属的粉末材料和至少一种呈粉末形态的增强弥散剂的粉末混合物，其中呈粉末形态的所述增强弥散剂具有等于或小于大约5微米并且小于包含金属的粉末材料的平均颗粒尺寸的平均颗粒尺寸；使用所述粉末混合物通过增量制造工艺形成所述构件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.21 IT FI2014A0001751.一种用于制造由基于金属的材料制成的机械构件的方法，包括如下步骤：提供包括至少一种包含金属的粉末材料和至少一种呈粉末形态的增强弥散剂的粉末混合物，其中呈粉末形态的所述增强弥散剂具有等于或小于大约5微米并且小于包含金属的粉末材料的平均颗粒尺寸的平均颗粒尺寸；使用所述粉末混合物通过增量制造工艺形成所述构件。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增量制造工艺选自包括以下工艺的组：电子束熔炼(EBM)，选择性激光熔化(SLM)，选择性激光烧结(SLS)，激光金属成形(LMF)，直接金属激光烧结(DMLS)，直接金属激光熔化(DMLM)。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，呈粉末形态的至少一种增强弥散剂具有等于或小于大约0.1微米的平均颗粒尺寸，并且优选地等于或小于大约60nm，且更优选地等于或小于大约50nm。4.如任一前述要求所述的方法，其特征在于，呈粉末形态的所述增强弥散剂具有等于或大于大约5nm的平均颗粒尺寸。5.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，呈粉末形态的至少一种增强弥散剂具有纳米量级的平均颗粒尺寸。6.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述至少一种包含金属的粉末材料具有在大约10微米和大约100微米之间的平均颗粒尺寸，优选地在大约10微米和大约60微米之间。7.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述粉末混合物包括按重量算在大约0.01%和大约48%之间且优选地按重量算在大约0.1%和大约30%之间的呈粉末形态的所述至少一种增强弥散剂。8.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述粉末混合物包括按重量算在大约0.2%和大约20%之间且优选地按重量算在大约0.3%和大约6%之间的呈粉末形态的所述至少一种增强弥散剂。9.如任一前述权利要求所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：I焦文内蒂，P托兹，M吉亚诺兹，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT