特表 2024-539713 粉末ベースの付加製造のための耐亀裂性Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-29

(54)【発明の名称】粉末ベースの付加製造のための耐亀裂性Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金

(51)【国際特許分類】

   B22F 1/00 20220101AFI20241022BHJP

   B22F 1/05 20220101ALI20241022BHJP

   B22F 1/065 20220101ALI20241022BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20241022BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20241022BHJP

   B22F 10/366 20210101ALI20241022BHJP

   B22F 10/36 20210101ALI20241022BHJP

   B22F 10/38 20210101ALI20241022BHJP

   B33Y 70/00 20200101ALI20241022BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20241022BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20241022BHJP

   C22C 30/00 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

B22F1/00 M

B22F1/05

B22F1/065

B22F10/25

B22F10/28

B22F10/366

B22F10/36

B22F10/38

B33Y70/00

B33Y10/00

B33Y50/02

C22C30/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024525886

(86)(22)【出願日】2022-11-04

(85)【翻訳文提出日】2024-06-28

(86)【国際出願番号】 US2022048955

(87)【国際公開番号】W WO2023081353

(87)【国際公開日】2023-05-11

(31)【優先権主張番号】63/276,191

(32)【優先日】2021-11-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515195347

【氏名又は名称】エリコン メテコ（ユーエス）インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉 道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100137213

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100183519

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻田 芳恵

(74)【代理人】

【識別番号】100196483

【弁理士】

【氏名又は名称】川嵜 洋祐

(74)【代理人】

【識別番号】100160255

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100219265

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 崇大

(74)【代理人】

【識別番号】100203208

【弁理士】

【氏名又は名称】小笠原 洋平

(74)【代理人】

【識別番号】100216839

【弁理士】

【氏名又は名称】大石 敏幸

(74)【代理人】

【識別番号】100228980

【弁理士】

【氏名又は名称】副島 由加里

(74)【代理人】

【識別番号】100151448

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 孝博

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁理士】

【氏名又は名称】城山 康文

(72)【発明者】

【氏名】リ，ドンミョン

(72)【発明者】

【氏名】クダパ，サティヤ・エヌ

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018AA10

4K018BA04

4K018BB03

4K018BB04

4K018EA51

(57)【要約】

要約２０～２４重量％のＮｉ、２０～２４重量％のＣｒ、１３～１６重量％のＷ、０．２～０．５０重量％のＳｉ、０～３重量％のＦｅ、０～１．２５重量％のＭｎ、０～０．０１５のＢ、＞０のＣ、＞０のＬａ、及び残量のＣｏを有する、粉末を含み、合金中のＣ対Ｌａの含有量の比が、＜１．７５である、粉末ベースの付加製造のための合金が提供される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末ベースの付加製造のための合金粉末であって、
粉末であって、
２０～２４重量％のＮｉと、
２０～２４重量％のＣｒと、
１３～１６重量％のＷと、
０．２～０．５０重量％のＳｉと、
＞０重量％のＭｎと、
＞０重量％のＣと、
＞０重量％のＬａと、
残量のＣｏと、を含む、粉末を含み、
前記粉末中のＣ対Ｌａの含有量の比が、０．１～１．７５である、合金粉末。

【請求項2】

Ｃ含有量が、０．０１～０．０５重量％である、請求項１に記載の合金粉末。

【請求項3】

前記粉末が、１０～１２０μｍの粒度分布を有する、請求項１に記載の合金粉末。

【請求項4】

前記粉末が、球状形態、並びに１０～５０μｍの粒度分布及び２５～３５μｍのＤ５０を有する、請求項１に記載の合金粉末。

【請求項5】

前記粉末が、
＞０～３重量％のＦｅと、
＞０～１．２５重量％のＭｎと、
＞０～０．０１５重量％のＢと、を更に含む、請求項１に記載の合金粉末。

【請求項6】

三次元物品を付加製造するための方法であって、
請求項１に記載の合金粉末に、以下によって計算されるレーザ体積エネルギー密度を有する粉末ベースの付加製造プロセスを受けさせることを含み、
Ｅ_Ｄ＝Ｐ／ｖ．ｈ．ｔ、
式中、Ｐが、レーザ出力であり、ｖが、レーザ表面走査速度であり、ｈが、ハッチ間隔であり、ｔが、各溶接粉末層の層厚さであり、
前記三次元物品を印刷するための前記レーザ体積エネルギー密度Ｅ_Ｄが、５０～１５０Ｊ／ｍｍ^３である、方法。

【請求項7】

前記三次元物品を印刷するための前記レーザ体積エネルギー密度Ｅ_Ｄが、７５～１００Ｊ／ｍｍ^３である、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記三次元物品を印刷するための前記レーザ体積エネルギー密度Ｅ_Ｄが、８０～９０Ｊ／ｍｍ^３である、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

少なくとも１つの溶接粉末層が適用され、各溶接粉末層の前記層厚さが、０．０１～０．１ｍｍの範囲内である、請求項６に記載の方法。

【請求項10】

各溶接粉末層の前記層厚さが、０．０２～０．０７ｍｍの範囲内である、請求項６に記載の方法。

【請求項11】

亀裂のない構造を有する物品を三次元印刷するための方法であって、
Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末であって、重量％単位のＣ含有量対重量％単位のＬａ含有量の比が、１．７５未満であるように、Ｃ及びＬａを含む組成を有する、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末の連続層を粉末ベースの付加製造プロセスに供給することと、
５０Ｊ／ｍｍ^３～１５０Ｊ／ｍｍ^３の体積エネルギー密度を前記粉末の前記連続層に適用することと、を含む、方法。

【請求項12】

Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末組成のＣ含有量が、０．０１～０．０５重量％である、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末組成が、２０～２４重量％のＮｉ、２０～２４重量％のＣｒ、１３～１６重量％のＷ、０．２～０．５０重量％のＳｉ、及び＞０重量％のＭｎを更に含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末組成が、＞０～３．０重量％のＦｅ、＞０～１．２５重量％のＭｎ、及び＞０～０．０１５重量％のＢを更に含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記付加製造プロセスが、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）プロセス、レーザベースの粉末床溶融（Ｌ－ＰＢＦ）プロセス、直接エネルギー堆積（ＤＥＤ）／レーザメタル堆積（ＬＭＤ）プロセス、又は電子ビーム溶融（ＥＢＭ）プロセスのうちの１つを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項16】

前記体積エネルギー密度（Ｅ_Ｄ）が、以下の方程式から決定され、
Ｅ_Ｄ＝Ｐ／ｖ・ｈ・ｔ、
式中、Ｐが、Ｗ単位のレーザ出力であり、ｖが、レーザ表面走査速度であり、ｈが、ハッチ間隔であり、ｔが、前記粉末ベースの付加製造プロセスにおけるｊ前記溶接粉末層の各々の層厚さである、請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記粉末が、球状形態、並びに１０～５０μｍの粒度分布及び２５～３５のＤ５０μｍを有する、請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、その開示が参照によりその全体で本明細書に明示的に組み込まれる、２０２１年１１月５日に出願された米国仮出願第６３／２７６１９１号の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下での利益を主張する。

【0002】

（発明の分野）
本開示は、レーザベースの粉末床溶融結合（laser-based powder bed fusion、Ｌ－ＰＢＦ）としても知られる選択的レーザ溶融（selective laser melting、ＳＬＭ）、直接エネルギー堆積（direct energy deposition、ＤＥＤ）／レーザ金属堆積（laser metal deposition、ＬＭＤ）、又は電子ビーム溶融（electron beam melting、ＥＢＭ）プロセスなどの粉末ベースの付加製造によって三次元金属物品を生産することに関する。特に、本開示は、ＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦ、ＬＭＤ／ＤＥＤ、及びＥＢＭプロセスによって、亀裂のない又はほぼ亀裂のない部品及び物品を製造するための類似組成の鋳造及び／又は鍛錬合金と比較して修正された化学組成を有するＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金に関する。

【背景技術】

【0003】

（背景情報の議論）
ＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦ（例えば、溶融物からの急速凝固）を用いた、３Ｄ印刷としても知られる金属付加製造の独自の処理に起因して、従来の合金が、ＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦプロセスではなく、鍛造、圧延、又は鋳造プロセスのために本来開発されているため、これらの合金は、３Ｄ印刷中に亀裂を生じやすい。

【0004】

しばしば、付加製造のための材料が必要とされる場合、当業者は、シート、プレート、バー、又は鋳物を含む、圧延、鍛造、又は他の鍛錬形態で以前から使用されている既知の合金を使用する。頻繁に、鍛錬又は鋳造合金組成物の化学組成は、従来のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金の場合のように、付加製造のための粉末材料の仕様にコピーされる。しかしながら、これは、付加的に構築されたレーザ溶接金属物品に関する巨視亀裂及び／又は微小亀裂の問題につながり得る。

【0005】

３Ｄ印刷で使用される従来の合金は、Ｈａｙｎｅｓ合金１８８である。Ｈａｙｎｅｓ合金１８８のベースライン鍛錬／鋳造についての製造業者の情報によれば、合金は、ガスタングステンアーク（Gas Tungsten Arc、ＧＴＡＷ）、ガス金属アーク（Gas Metal Arc、ＧＭＡＷ）、被覆金属アーク（Shielded Metal Arc、ＳＭＡＷ）、電子ビーム溶接、及び抵抗溶接技術によって容易に溶接可能であるものとして分類される。Ｈａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ－ＨＡＹＮＥＳ １８８ ａｌｌｏｙ、ｗｗｗ．ｈａｙｎｅｓｉｎｔｌ．ｃｏｍ／ｄｏｃｓ／ｄｅｆａｕｌｔ－ｓｏｕｒｃｅ／ｐｄｆｓ／ｎｅｗ－ａｌｌｏｙ－ｂｒｏｃｈｕｒｅｓ／ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ａｌｌｏｙｓ／ｂｒｏｃｈｕｒｅｓ／１８８－ｂｒｏｃｈｕｒｅを参照されたい。製造業者の情報に基づいて、Ｈａｙｎｅｓ合金１８８の基本的合金組成は、溶接可能な材料のクラスにある。しかしながら、亀裂が、この従来の合金のＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦ処理中に３Ｄ印刷材料で観察された。そのような亀裂は、レーザ溶接プロセス中に三次元金属部品に蓄積される内部応力によって主に引き起こされると一般に認められている（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ ＩＬＴ，「Ｆｌｙｉｎｇ Ｈｉｇｈ ｗｉｔｈ ＶＣＳＥＬ Ｈｅａｔｉｎｇ，」ｐｒｅｓｓ ｒｅｌｅａｓｅ，Ｏｃｔｏｂｅｒ ４，２０１８を参照）。

【0006】

内部応力は、生成された部品内の温度勾配によって引き起こされる。レーザスポットでは、例えば、融点を上回る温度が優勢である一方で、部品の残りの領域は急速に冷却される。形状及び合金に応じて、この温度勾配は、３Ｄ印刷材料の亀裂につながり得る。

【0007】

上記のＦｒａｕｎｈｏｆｅｒのプレスリリースでは、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金における亀裂問題を解決するための従来のアプローチは、ＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦ機械の構築チャンバーのベースプレートから、又はより効果的には、能動的に溶接されている層を直接加熱することによって機械の構築チャンバーの上部からのいずれかで、３Ｄ印刷プロセス中に高温で粉末床を加熱することによって説明され、これは、最終的に亀裂につながる物品内の内部応力を回避又は低減する。後者の加熱プロセスを使用すると、最上層における温度は、亀裂を回避するために十分高い、最高９００℃まで達し得る。

【0008】

しかしながら、完成した部品をそのような加熱された粉末床から取り出すことができる前に、それを周囲温度まで冷却しなければならない。粉末床の低い熱伝導率に起因して、粉末床の加熱及び冷却は、かなりの量の時間を必要とし、ＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦプロセスの生産性の著しい減少につながる。更に、高価な加熱機器、断熱、及びプロセスチャンバーの適合が、この従来のプロセスでは必要である。現在市販されている市販のＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦ機械は、高温で粉末床の加熱を提供する能力が限定されている。

【0009】

付加製造中のＮｉ及びＣｏベースの合金における亀裂問題を解決するための別のアプローチは、高い外圧及び高温で熱処理を適用して、３Ｄ印刷材料に形成された任意の残存多孔性及び亀裂を閉鎖及び修復することである。これは、熱間等方圧加圧（Hot Isostatic Pressing、ＨＩＰ）として知られている。ＨＩＰは、閉鎖内部細孔及び亀裂に効果的であるが、全ての表面亀裂を修復するわけではない。また、このＨＩＰアプローチは、物品の３Ｄ印刷に対する追加の処理ステップを含み、これは、製造コストを増加させる。

【0010】

したがって、例えば、熱間等方圧加圧などの加圧熱処理によって亀裂を修復するための３Ｄ印刷後処理ステップを必要としない、粉末形態であり、加熱されていないか、又はわずかに加熱された粉末床で処理することができる、鍛錬／鋳造材料と同様のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金を提供する必要性がある。

【発明の概要】

【0011】

実施形態は、粉末床における付加製造中に微細構造に亀裂を形成する傾向が著しく低減した、三次元物品の粉末ベースの付加製造のための高いＮｉ、Ｃｒ、及びＷ含有量を有するＣｏベースの合金、並びにそのような物品を製造するためのプロセスを提供する。本開示の実施形態では、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金組成物は、以下の化学組成を有する粉末を含む：
２０．０～２４．０重量％のＮｉ、
２０．０～２４．０重量％のＣｒ、
１３．０～１６．０重量％のＷ、
０．２～０．５重量％のＳｉ、
０～３重量％のＦｅ、
＞０～１．２５重量％のＭｎ、
０～０．０１５重量％のＢ、
＞０重量％のＣ、
＞０重量％のＬａ、及び
残量のＣｏ、並びに不可避の残留元素及び不純物。

【0012】

実施形態では、合金組成物は、０．０５～０．１５重量％の範囲のＣ（Ｃａｒｂｏｎ、炭素）含有量及び０．０２～０．１２重量％の範囲のＬａ（Lanthanum、ランタン）含有量を有する鍛錬材料として利用可能である。他の実施形態では、合金組成物は、粉末材料として提供される。粉末材料として、合金組成物は、１０～１００μｍの範囲の典型的な粒度分布を有する、ＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦ、ＤＥＤ／ＬＭＤ、又はＥＢＭなどの粉末ベースの付加製造で使用することができ、これが、プロセスによって物品に形成される亀裂につながることは稀である。

【0013】

本開示の一実施形態では、炭素含有量は、０．０５～０．１５重量％である。本開示の好ましい実施形態では、炭素含有量は、０．０５～０．１０重量％である。本開示の別の実施形態では、炭素含有量は、０．０１～０．０５重量％である。本開示の更に別の実施形態では、炭素含有量は、０．０１～０．０４重量％である。本開示の別の実施形態では、炭素含有量は、０．０１～０．０３重量％である。

【0014】

例示的な実施形態では、合金組成物は、予熱なし及びＨＩＰなしで、ある範囲の処理パラメータにわたってレーザベースの粉末床付加製造プロセスによって亀裂のない又はほぼ亀裂のない物品を生産するＣ／Ｌａの比を含む。

【0015】

本発明者らは、複雑な形状の亀裂のない又はほぼ亀裂のない三次元物品が一貫して提供されることを意図している場合、従来のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金の鍛錬合金組成におけるＣ及びＬａの一般に認められている含有量範囲が、粉末ベースの付加製造にとって許容できないほど広いＣ／Ｌａの比を有することを見出した。従来のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金中のＣ及びＬａの典型的な含有量範囲については、Ｃ／Ｌａの理論上の最小比（Ｃ／Ｌａ）_ｍｉｎは、０．４２であり、理論上の最大比（Ｃ／Ｌａ）_ｍａｘは、７．５０である。従来のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金組成物のＣ及びＬａの公称含有量範囲での比は、（Ｃ／Ｌａ）_ｎｏｍ＝０．１０／０．０３＝３．３３である。

【0016】

本開示の実施形態では、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金実施形態におけるＣ／Ｌａの含有量比は、０．１～２、好ましくは０．１～１．５、より好ましくは０．１～１である。

【0017】

本開示の有利な実施形態では、粉末形態のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金は、ＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦなどの粉末ベースの付加製造プロセスで亀裂のない印刷を達成するために、＜１．７５のＣ／Ｌａの比を有する。

【0018】

本開示の例示的な実施形態では、レーザベースの粉末床付加製造処理パラメータは、生産される金属物品の＞９９．９０％の相対密度に変換される、＜０．１０体積％などの最終構造におけるわずかな量の多孔性を示す高密度構造を達成する。例示的な実施形態では、レーザ体積密度Ｅ_Ｄは、５０～１５０Ｊ／ｍｍ^３、好ましくは７５～１００Ｊ／ｍｍ^３、より好ましくは８０～９０Ｊ／ｍｍ^３の範囲内である。

【0019】

レーザ体積エネルギー密度は、以下のように計算される：
Ｅ_Ｄ＝Ｐ／（ｖ．ｈ．ｔ）
式中、Ｐは、ワット単位のレーザ出力であり、ｖは、レーザ表面走査速度（ｍｍ／ｓ単位）であり、ｈは、ハッチ間隔（ｍｍ単位）であり、ｔは、粉末ベースの付加製造プロセス中に形成される溶接粉末層の各々の層厚さ（ｍｍ単位）である。

【0020】

本開示の他の実施形態では、付加製造された金属部品内の各溶接粉末層の層厚さは、０．０１～０．１ｍｍの範囲内、好ましくは０．０２～０．０７ｍｍの範囲内である。

【0021】

実施形態は、粉末を含む粉末ベースの付加製造のための合金粉末を対象とする。粉末は、２０～２４重量％のＮｉ、２０～２４重量％のＣｒ、１３～１６重量％のＷ、０．２～０．５０重量％のＳｉ、＞０重量％のＭｎ、＞０重量％のＣ、＞０重量％のＬａ、及び残量のＣｏを含む。粉末中のＣ対Ｌａの含有量の比は、０．１～１．７５である。

【0022】

実施形態によれば、Ｃ含有量は、０．０１～０．０５重量％であり得る。

【0023】

実施形態によれば、粉末は、１０～１２０μｍの粒度分布を有し得る。

【0024】

他の実施形態では、粉末は、球状形態、並びに１０～５０μｍの粒度分布及び２５～３５μｍのＤ５０を有する。

【0025】

なおも他の実施形態によれば、粉末は、＞０～３重量％のＦｅ、＞０～１．２５重量％のＭｎ、及び＞０～０．０１５重量％のＢを更に含み得る。

【0026】

なおも他の実施形態では、三次元物品を付加製造するための方法は、請求項１に記載の合金粉末に、ＥＤ＝Ｐ／ｖ．ｈ．ｔによって計算されるレーザ体積エネルギー密度を有する粉末ベースの付加製造プロセスを受けさせることを含むことができ、式中、Ｐは、レーザ出力であり、ｖは、レーザ表面走査速度であり、ｈは、ハッチ間隔であり、ｔは、各溶接粉末層の層厚さである。三次元物品を印刷するためのレーザ体積エネルギー密度ＥＤは、５０～１５０Ｊ／ｒｎｍ^３、好ましくは７５～１００Ｊ／ｒｎｍ^３、より好ましくは８０～９０Ｊ／ｒｎｍ^３であり得る。更に、少なくとも１つの溶接粉末層が適用され得、各溶接粉末層の層厚さは、０．０１～０．１ｍｍの範囲内、好ましくは０．０２～０．０７ｍｍの範囲内であり得る。

【0027】

実施形態は、亀裂のない構造を有する物品を三次元印刷するための方法を対象とする。本方法は、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末であって、重量％単位のＣ含有量対重量％単位のＬａ含有量の比が、１．７５未満であるように、Ｃ及びＬａを含む組成を有する、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末の連続層を粉末ベースの付加製造プロセスに供給することと、５０Ｊ／ｍｍ^３～１５０Ｊ／ｍｍ^３の体積エネルギー密度を粉末の連続層に適用することと、を含む。

【0028】

実施形態によれば、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末組成のＣ含有量は、０．０１～０．０５重量％であり得る。

【0029】

他の実施形態によれば、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末組成は、２０～２４重量％のＮｉ、２０～２４重量％のＣｒ、１３～１６重量％のＷ、０．２～０．５０重量％のＳｉ、及び＞０重量％のＭｎを更に含み得る。Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金粉末組成は、＞０～３．０重量％のＦｅ、＞０～１．２５重量％のＭｎ、及び＞０～０．０１５重量％のＢを更に含み得る。

【0030】

実施形態では、付加製造プロセスは、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）プロセス、レーザベースの粉末床溶融（Ｌ－ＰＢＦ）プロセス、直接エネルギー堆積（ＤＥＤ）／レーザメタル堆積（ＬＭＤ）プロセス、又は電子ビーム溶融（ＥＢＭ）プロセスのうちの１つを含むことができる。

【0031】

なおも他の実施形態によれば、体積エネルギー密度（energy density、ＥＤ）は、方程式：ＥＤ＝Ｐ／ｖ・ｈ・ｔから決定され得、式中、Ｐは、Ｗ単位のレーザ出力であり、ｖは、レーザ表面走査速度であり、ｈは、ハッチ間隔であり、ｔは、粉末ベースの付加製造プロセスにおける溶接粉末層の各々の層厚さである。

【0032】

なおも更に他の実施形態によれば、粉末は、球状形態、並びに１０～５０μｍの粒度分布及び２５～３５μｍのＤ５０を有することができる。

【発明を実施するための形態】

【0033】

先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金組成物は、固体鍛錬形態又は粉末形態であるかどうにかかわらず、互いから独立して、Ｃが０．０５重量％～０．１５重量％の範囲であり、ランタンが０．０２重量％～０．１２重量％の範囲である、炭素（Ｃ）及びランタン（Ｌａ）含有量を必要とする。先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ組成物中の元素の典型的又は公称含有量は、Ｃ＝０．１０重量％及びＬａ＝０．０３重量％の含有量を含む。先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ組成物中のＣ及びＬａの典型的含有量が、（Ｃ／Ｌａ）_ｍａｘ＝７．５０及び（Ｃ／Ｌａ）_ｍｉｎ＝０．４２の範囲のＣ／Ｌａの含有量比を提供する一方で、先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ組成物中のＣ及びＬａの公称含有量は、（Ｃ／Ｌａ）_ｎｏｍ＝３．３３の含有量比を提供する。

【0034】

これらの範囲は、亀裂のない又はほぼ亀裂のない物品が生産されることを意図している場合、粉末ベースの付加製造で使用するためには許容できないほど広いことが本発明者らによって見出されている。

【実施例】

【0035】

比較例１
残量のＣｏ並びに不可避の残留元素及び不純物とともに、Ｎｉ＝２２．１重量％、Ｃｒ＝２２．２重量％、Ｗ＝１４．６重量％、Ｓｉ＝０．３８重量％、Ｆｅ＝０．２重量％、Ｐ＜０．０１重量％、Ｓ＜０．０１重量％、Ｂ＜０．００１重量％、Ｃ＝０．０９重量％、Ｌａ＝０．０２重量％の実際の組成を有する、先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ組成物を、溶融及びガス噴霧化によって生産して、一般に約２０～５０μｍのサイズの粒子並びに３３μｍのＤ５０及び４９μｍのＤ９０を有する、大部分が球状の粉末を提供した。この材料をＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦ粉末床付加製造プロセスで使用して、業界標準のＬ－ＰＢＦ機械及び８５Ｊ／ｍｍ^３の体積エネルギー密度を使用して３Ｄ印刷物品を生産した。

【0036】

比較例１に従って生産された３Ｄ印刷物品は、構築されたままの状態でいくつかの亀裂を示し、機械的特性について更に試験されなかった。以下の表１は、比較例１の先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ組成物が、生産された３Ｄ印刷物品について４．５０のＣ／Ｌａの含有量比を有することを示す。

【0037】

表１に示されるように、先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金組成物が従来の溶接技術によって容易に溶接可能であるものとして分類されるにもかかわらず、亀裂のない若しくはほぼ亀裂のない構造が必要とされるか、又は更に所望される場合、この先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金を含有する粉末の化学組成は、粉末ベースの付加加工によって３Ｄ印刷物品を生産するために好適ではない。

【0038】

【表1】

【0039】

本開示及び実施形態の一態様は、本開示のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金組成物中の具体的な量／含有量における具体的な元素／成分及びそれらの関係の相互依存性を識別し、それによって、粉末ベースの付加製造において３Ｄ印刷されたときに亀裂のない構造を提供することによって、先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金組成物によって示される問題を解決することである。しかしながら、実施形態は、明示的に開示された例に限定されず、実施形態の趣旨及び範囲から逸脱することなく、先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ組成物によって示される問題を解決する、本開示に従って提案される任意の実施形態を含むと理解される。更に、表１に示されるように、Ｃ及びＬａなどの既知のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金組成物中のある特定の元素の含有量、並びにこれらの先行技術のＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金組成物中のＣ／Ｌａの含有量比は、粉末ベースの付加製造による３Ｄ印刷物品の亀裂を回避するために効果的ではない。

【0040】

実施例１
本開示の好ましい実施形態による金属合金を、溶融及びガス噴霧化によって生産して、約２０～５０μｍのサイズの粒子、３２μｍのＤ５０、及び４８μｍのＤ９０を有する、概して球状の粉末を生産した。この実施例１の金属合金の化学組成は、残量のＣｏ並びに不可避の残留元素及び不純物を有する、Ｎｉ＝２１．７重量％、Ｃｒ＝２１．７重量％、Ｗ＝１４．１重量％、Ｆｅ＝０．２重量％、Ｍｎ＝０．５重量％、Ｓｉ＝０．３６重量％、Ｃ＝０．０６重量％、Ｌａ＝０．０４重量％、Ｂ＜０．００６重量％、Ｐ＜０．０１重量％、Ｓ＜０．０１重量％であった。この材料をＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦ粉末床付加製造で使用して、業界標準のＬ－ＰＢＦ機械及び８５Ｊ／ｍｍ^３の体積エネルギー密度を使用して３Ｄ印刷物品を生産した。表１は、実施例１の金属合金のＣ／Ｌａの含有量比が、生産された３Ｄ印刷物品について１．５０であったことを示す。

【0041】

実施例２
本開示の別の実施形態による金属合金を、溶融及びガス噴霧化によって生産して、概して約２０～５０μｍのサイズの粒子、並びに３２μｍのＤ５０、及び４９μｍのＤ９０を有する、大部分が球状の粉末を提供した。金属合金の化学組成は、残量のＣｏ並びに不可避の残留元素及び不純物を有する、Ｎｉ＝２２．１重量％、Ｃｒ＝２２．３重量％、Ｗ＝１４．４重量％、Ｆｅ＝０．２重量％、Ｍｎ＝０．２重量％、Ｓｉ＝０．３９重量％、Ｃ＝０．１０重量％、Ｌａ＝０．０８重量％、Ｂ＜０．０１０重量％、Ｐ＜０．０１重量％、Ｓ＜０．０１重量％であった。表１に示されるように、この実施例２の金属合金は、Ｃ／Ｌａ＝１．２５の含有量比を有し、８５Ｊ／ｍｍ^３の体積エネルギー密度を有する業界標準のＬ－ＰＢＦ機械を使用して３Ｄ印刷物品を生産するために、ＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦ粉末床付加製造で使用された。生産された物品は、それらの構築されたままの構造では亀裂を示さず、続いて、試料が熱処理され、室温及び高温で機械的特性について試験された。

【0042】

実施例２による材料から生産された３Ｄ印刷試料を、１１７７℃で４５分間熱処理し、続いて、空気中で急速に冷却した。続いて、熱処理された材料を、６．４１ｍｍのゲージ長における直径を有する試験片に機械加工し、次いで、２０℃、５３７℃及び６４９℃でＡＳＴＭ Ｅ８－１６ａに従って材料の引張特性を決定するための試験を受けさせた。以下の表２に示されるように、試験官２に従って生産された材料は、ＡＭＳ ５６０８Ｇに規定されたものなどの鍛錬材料のデータと比較して、優れた降伏強度及び最大引張強度を示した。また、材料の延性値（破断点伸び）は、良好な構築及びこの材料の結果として生じる亀裂のない構造を示す、上昇した値を示す。

【0043】

【表2】

【0044】

加えて、Ｌ－ＰＢＦ機械構築プレートに平行又は垂直な主軸Ｙ及びＺを伴って構築された試料の強度と延性との間の差である、実施例１及び２に記載される材料の異方性は、比較的低く、これは有益である。

【0045】

実施例１及び２に記載されるＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金は、高温で使用するために意図されているため、いわゆる応力－破断試験の形態のクリープ試験を、典型的には、市販の材料について９２７℃の温度において７６ＭＰａの応力下で２３時間の最小寿命を必要とする、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ材料のプレートに対するＡＭＳ ５６０８Ｇの要件に従って実施した。応力を８～１０時間毎に１３．８ＭＰａ増加させた。

【0046】

応力－破断試験の結果が、表３に示される。表３に示されるように、実施例２による合金組成物について市販の鍛錬材料の要件を超え、これは、実施例２に従って生産された材料の健全で亀裂のない構造に起因する。

【0047】

【表3】

【0048】

本発明は、上記に記載される実施形態及び実施例に限定されない。例えば、開示されたＣｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｗ－Ｌａ合金は、ＳＬＭ／Ｌ－ＰＢＦプロセスに好適であるだけでなく、記載された利点を伴って、レーザ金属堆積（ＬＭＤ）又は直接エネルギー堆積（ＤＥＤ）並びに電子ビーム溶融（ＥＢＭ）プロセスとも称される粉末ノズル付加製造プロセスにも好適である。

【0049】

更に、少なくとも、本発明は、例えば、簡潔性又は効率性などのために、特定の例示的な実施形態の開示により、それを作製及び使用することを可能にする様式で本明細書に開示されるため、本発明は、本明細書に具体的に開示されていない任意の追加の要素又は追加の構造の非存在下で実践することができる。

【0050】

前述の実施例は、単に説明の目的のために提供されており、決して本発明の限定として解釈されるものではないことに留意されたい。本発明は、例示的な実施形態を参照して記載されているが、本明細書で使用されている用語は、限定の用語ではなく、説明及び例証の用語であることが理解される。その態様において本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、現在記述及び修正されている添付の特許請求の範囲内で、変更が行われ得る。本発明は、特定の手段、材料、及び実施形態を参照して本明細書に記載されているが、本発明は、本明細書に開示される詳細に限定されることを意図しておらず、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲内であるような全ての機能的に同等な構造、方法、及び使用にまで及ぶ。

【国際調査報告】