(57)【要約】【課題】顕著な異方性特性を有しているという欠点が生じない、付加的製造プロセスによる３次元の製品の製造方法を提供する。【解決手段】３次元の製品（１１）を製造するための方法が、ａ）付加的製造プロセスによって、金属ベース材料（１２）から製品（１１）を連続的に形成し、それにより、実質的に異方性の特性を有している製品を作成するステップと、ｂ）製造された製品（１１）を十分に高い温度で熱処理し、再結晶化及び／又は粒子の粗粒化によって異方性を十分に低減するステップとを備えている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の製品（１１）を製造するための方法において、
ａ）付加的製造プロセスによって、金属ベース材料（１２）から前記製品（１１）を連続的に形成し、それにより、実質的に異方性の特性を有している製品を作成するステップと、
ｂ）製造された前記製品（１１）を十分に高い温度で熱処理し、再結晶化及び／又は粒子の粗粒化によって前記異方性を十分に低減するステップと
を備えていることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記付加的製造プロセスは、
レーザ金属成形法（ＬＭＦ：laser metal forming）、レーザ特別設計ネットシェープ法（ＬＥＮＳ：laser engineered net shape）又は直接金属蒸着法（ＤＭＤ：direct metal deposition）の内の一つであり、且つ、
線材の形態の金属ベース材料を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記付加的製造プロセスは、
選択的レーザ溶解法（ＳＬＭ：selective laser melting）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ：selective laser sintering）又は電子ビーム溶解法（ＥＢＭ：electron beam melting）の内の一つであり、且つ、
粉末の形態の金属ベース材料を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、
ａ）前記製品の３次元モデルを作成し、複数の断面を計算するためにスライスプロセスを実施するステップと、
ｂ）続けて、前記計算された断面を機械制御ユニット（１５）に供給するステップと、
ｃ）プロセスに必要とされる、前記ベース材料の粉末を準備するステップと、
ｄ）粉末層（１２）を規則的で一定の厚さで基板プレート上又は先行して処理された粉末層上に提供するステップと、
ｅ）前記制御ユニット（１５）に記憶されている前記３次元モデルに応じた前記製品の断面に対応する領域をエネルギビーム（１４）によって走査することによって溶解を実施するステップと、
ｆ）先行して形成された断面の上側表面を、層一つ分の厚さ（ｄ）分だけ低下させるステップと、
ｇ）前記３次元モデルに応じた最後の断面に達するまで、前記のステップｃ）からステップｆ）を繰り返すステップと、
ｈ）前記３次元の製品（１１）を熱処理するステップと、
を備えている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記粉末の粒径分布を、規則的で一定の厚さ（ｄ）を有する粉末層（１２）を準備するために要求される良好な流動性を得るために前記粉末層（１２）の層厚（ｄ）に適合させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記粉末の粒子は球状の形状を有している、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記粉末の正確な粒度分布を篩分法及び／又は風選法（エアー分離）によって得る、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記粉末を粉末冶金プロセス、特に、ガス噴霧法又は水噴霧法、プラズマ回転電極プロセス又は機械的な製粉法の内の一つによって提供する、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記付加的製造プロセスは粉末の代わりに懸濁剤を使用する、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属ベース材料は高温Ｎｉベース合金である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属ベース材料は高温Ｃｏベース合金である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属ベース材料は高温Ｆｅベース合金である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記合金は、微細分散された酸化物、特にＹ2Ｏ3，ＡｌＯ3，ＴｈＯ2，ＨｆＯ2，ＺｒＯ2の内の一つを含む、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記熱処理をヤング率の異方性の低減に使用する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱処理は別個の異なる熱処理の組み合わせである、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱処理は、各ステップが加熱速度、保持温度、保持時間及び冷却速度の特定の組み合わせを表す複数のステップから構成されている、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、前記製造された製品（１１）のマイクロ構造における成分、特に金属間相、炭化物又は窒化物を部分的又は完全に溶解するには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、炭化金属、窒化金属又は炭窒化金属、特にＭ（Ｃ，Ｎ），Ｍ6Ｃ，Ｍ7Ｃ3又はＭ23Ｃ6の内の一つを沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施する、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、金属間相、特にＮｉ3（Ａｌ，Ｔｉ）又はＮｉ3（Ｎｂ，Ａｌ，Ｔｉ）又はＮｉ3Ｎｂの内の一つを沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施する、請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、ホウ化金属、特にＭ3Ｂ2を沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施し、粒界強さを改善する、請求項１６乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、体積の分率、サイズ、形状及び前記沈殿の分布を変更するには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施する、請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、付加的に、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）条件下で実施し、マイクロ構造を更に改善する、請求項１６乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記製造された製品（１１）の一部に対してのみ前記熱処理を実施する、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記熱処理、個々の熱処理又は複数の熱処理ステップの前又は後に、その都度、前記製造された製品（１１）に対して付加的な処理ステップ、特に、機械加工、溶接又は蝋付けの内の一つを実施する、請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にガスタービンのための、耐高温コンポーネントの技術に関する。これは、３次元の製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガスタービンの高温環境において使用され、また粉末ベースの付加的製造（ＡＭ：additive manufacturing）プロセス、例えば選択的レーザ溶解法（ＳＬＭ：selective laser melting）によって製造された製品又はコンポーネントの機械的特性は、「造られた」状態において、強い異方性性質を示す。
【０００３】
図５には基本的なＳＬＭ装置１０が示されており、このＳＬＭ装置１０においては、所定の層厚ｄ、領域及び輪郭を有する粉末層１２が連続的に付加され、続いてその粉末層１２が制御ユニット１５によって制御されるレーザ装置１３からのレーザビーム１４でもって溶解されることによって、３次元の製品１１が製造される。
【０００４】
図５に示されているように、粉末層１２がｚ方向に付加されると、ｚ方向に延びる第１のスペシメン１６ａ（図１を参照されたい）はｘｙ平面に延びる第２のスペシメン１６ｂとは異なる特性を示す。
【０００５】
図２には、同一の組成式のスペシメンの三つのグループ、即ちＡ１−Ａ３，Ｂ１−Ｂ３及びＣ１−Ｃ３に関する、室温でのヤング率（縦弾性係数）Ｅが示されている。第１のグループＡ１−Ａ３は、付加的製造プロセスで形成されたものではない参照プレートに関するものである。第２のグループＢ１−Ｂ３は、（図１における第１のスペシメン１６ａと同様に）ＳＬＭによって製造されたｚ軸方向に延びるスペシメンに関するものである。第３のグループＣ１−Ｃ３は、（図１における第２のスペシメン１６ｂと同様に）ＳＬＭによって製造されたｘｙ平面に延びるスペシメンに関するものである。
【０００６】
ここで、各グループの第１のスペシメン（Ａ１，Ｂ１及びＣ１）は従来技術の手法で製造されたものである。
【０００７】
ヤング率Ｅは相当な異方性を示しており、ｚ軸スペシメンＢ１とｘｙ平面スペシメンＣ１との間では差異が２０ＧＰａよりも大きく、また、参照スペシメンＡ１と比べると両スペシメンに関してかなり低い（５０ＧＰａよりも低い）ことがはっきりと見て取れる。
【０００８】
本発明は、付加的製造プロセスにより形成される製品の特性におけるこの異方性を低減するためには更なる処理が必要であることを前提としている。
【０００９】
特許文献１には、ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修する、ガスタービン動翼を補修するためにレーザ金属成形法（ＬＭＦ：laser metal forming）を用いる方法が開示されている。この方法は、翼先端の減肉部を除去して、翼先端の表面を平坦な表面に加工する、減肉部除去ステップと、平面に加工された翼先端に、ガスタービン動翼を構成する基材よりも延性が大きい肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの肉盛部を形成する肉盛溶接ステップと、肉盛部の形状を減肉する前の当初の翼先端の形状と同一の形状に加工する成形ステップと、肉盛溶接プロセスにおけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理ステップとを備えている。
【００１０】
特許文献２には、選択的レーザ溶解法（ＳＬＭ）によってコンポーネントを製造する方法が開示されており、この方法は、そのコンポーネントを製造するのと同じ選択的レーザ溶解法の一部として、コンポーネントに熱処理を施す熱処理装置を形成するステップと、その熱処理装置によってコンポーネントに接処理を施すステップとを備えている。熱処理は、例えば脆化に代わる延性のような不所望な材料特性が生じることなくコンポーネントを形成するために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】US 2012/000890 A1
【特許文献２】WO 2012/016836 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、顕著な異方性特性を有しているという欠点が生じない、付加的製造プロセスによる３次元の製品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題及び別の課題は、請求項１に記載されている方法によって解決される。
【００１４】
本発明による、３次元の製品の製造方法は以下のステップを備えている：
ａ）付加的製造プロセスによって、金属ベース材料から前述の製品を連続的に形成し、それにより実質的に異方性の特性を有している製品を形成するステップ；
ｂ）製造された前述の製品を十分に高い温度で熱処理し、再結晶化及び／又は粒子の粗粒化によって前述の異方性を十分に低減するステップ。
【００１５】
本発明の一つの実施の形態によれば、前述の付加的製造プロセスは、レーザ金属成形法（ＬＭＦ：laser metal forming）、レーザ特別設計ネットシェープ法（ＬＥＮＳ：laser engineered net shape）又は直接金属蒸着法（ＤＭＤ：direct metal deposition）の内の一つであり、また、線材の形態の金属を基礎とした材料が使用される。
【００１６】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の付加的製造プロセスは、選択的レーザ溶解法（ＳＬＭ：selective laser melting）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ：selective laser sintering）又は電子ビーム溶解法（ＥＢＭ：electron beam melting）の内の一つであり、また、粉末の形態の金属を基礎とした材料が使用される。
【００１７】
特に、前述の方法は以下のステップを備えている：
ａ）前述の製品の３次元モデルを作成し、複数の断面を計算するためにスライスプロセスを実施するステップ；
ｂ）続けて、計算された前述の断面を機械制御ユニット（１５）に供給するステップ；
ｃ）プロセスに必要とされる、前述のベース材料の粉末を準備するステップ；
ｄ）粉末層（１２）を規則的で一定の厚さで基板プレート上又は先行して処理された粉末層上に提供するステップ；
ｅ）制御ユニット（１５）に記憶されている３次元モデルに応じた前述の製品の断面に対応する領域をエネルギビーム（１４）によって走査することによって溶解を実施するステップ；
ｆ）先行して形成された断面の上側表面を、層一つ分の厚さ（ｄ）分だけ低下させるステップ；
ｇ）３次元モデルに応じた最後の断面に達するまで、前述のステップｃ）からステップｆ）を繰り返すステップ；
ｈ）前述の３次元の製品（１１）を熱処理するステップ。
【００１８】
より詳細には、前述の粉末の粒径分布は、規則的で一定の厚さを有する粉末層を準備するために要求される良好な流動性を得るために前述の粉末層の層厚に適合される。
【００１９】
本発明の別の実施の形態によれば、粉末の粒子は球状の形状を有している。
【００２０】
本発明の別の実施の形態によれば、粉末の正確な粒度分布は篩分法及び／又は風選法（エアー分離）によって得られる。
【００２１】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の粉末が粉末冶金プロセス、特に、ガス噴霧法又は水噴霧法、プラズマ回転電極プロセス又は機械的な製粉法の内の一つによって提供される。
【００２２】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の付加的製造プロセスは粉末の代わりに懸濁剤を使用する。
【００２３】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の金属ベース材料は高温Ｎｉベース合金である。
【００２４】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の金属ベース材料は高温Ｃｏベース合金である。
【００２５】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の金属ベース材料は高温Ｆｅベース合金である。
【００２６】
特に上記の合金は、微細分散された酸化物、例えばＹ2Ｏ3，ＡｌＯ3，ＴｈＯ2，ＨｆＯ2，ＺｒＯ2の内の一つを含むことができる。
【００２７】
本発明の更なる実施の形態によれば、前述の熱処理はヤング率の異方性を低減するために使用される。
【００２８】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の熱処理は別個の異なる熱処理の組み合わせである。
【００２９】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の熱処理は、各ステップが加熱速度、保持温度、保持時間及び冷却速度の特定の組み合わせを表す複数のステップから構成されている。
【００３０】
特に、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つが、前述の製造された製品のマイクロ構造における成分、特に金属間相、炭化物又は窒化物を部分的又は完全に溶解するには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施される。
【００３１】
特に、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つが、炭化金属、窒化金属又は炭窒化金属、特にＭ（Ｃ，Ｎ），Ｍ6Ｃ，Ｍ7Ｃ3又はＭ23Ｃ6の内の一つを沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施される。
【００３２】
特に、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つが、金属間相、特にガンマプライムとして公知であるＮｉ3（Ａｌ，Ｔｉ）又はガンマダブルプライムとして公知であるＮｉ3（Ｎｂ，Ａｌ，Ｔｉ）又はデルタ相として公知であるＮｉ3Ｎｂの内の一つを沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施される。
【００３３】
特に、粒界強さを改善するために、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つが、ホウ化金属、特にＭ3Ｂ2を沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施される。
【００３４】
特に、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つが、体積の分率、サイズ、形状及び前述の沈殿の分布を変更するには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施される。
【００３５】
特に、マイクロ構造を更に改善するために、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つを、付加的に、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ：hot isostatic pressing HIP）条件下で実施することができる。
【００３６】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の製品の一部に対してのみ前述の熱処理が実施される。
【００３７】
本発明の別の実施の形態によれば、前述の一つの熱処理、個々の熱処理又は複数の熱処理ステップの前又は後に、その都度、前述の製造された製品に対して付加的な処理ステップ、特に、機械加工、溶接又は蝋付けの内の一つが実施される。
【００３８】
以下では、添付の図面を参照しながら、種々の実施の形態に基づき本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ＳＬＭのような付加的製造プロセスによって形成された二つのスペシメンの異なる配向を示す。
【図２】熱処理を行なった場合と行なわなかった場合での、ハステロイ(R)Ｘから成るスペシメンの三つのグループに関する、室温におけるヤング率の値を示す。
【図３】熱処理を行なった場合と行なわなかった場合での、ハステロイ(R)Ｘから成るスペシメンの三つのグループに関する、７５０℃の温度におけるヤング率の値を示す。
【図４】熱処理を行なった場合と行なわなかった場合での、ハステロイ(R)Ｘから成る三つの異なるスペシメンのマイクロ構造を異なる大きさ（１００μｍ及び５０μｍ）で表した写真を示す。
【図５】本発明において使用することができる、ＳＬＭによる製造のための基本的な装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
粉末ベースの付加的製造技術の欠点の一つとして、層状の肉盛プロセスに起因する材料特性の顕著な異方性が挙げられる。
【００４１】
例えば、ｚ軸に延びるスペシメン（図２のＢ１−Ｂ３及び図３のＢ１’−Ｂ３’）のヤング率（図２及び図３のＥ）は、ｘｙ平面に延びるスペシメン（図２のＣ１−Ｃ３及び図３のＣ１’−Ｃ３’を参照されたい）に比べて著しく低い。ｚ軸は肉盛方向に平行である（図１及び図５を参照されたい）。
【００４２】
しかしながら、適切な「肉盛後」熱処理によって異方性を大幅に低減することができる。このことは、ＳＬＭによって形成された、ハステロイ(R)Ｘから成るスペシメンの機械的な試験によって証明された。同一の合金から成る相応の展伸材にとって一般的な熱処理温度において異方性は既に低減されていることを言及しておくことは重要である（図２において、スペシメンＡ２，Ｂ２及びＣ２は１１２５℃で０．５時間熱処理されており、スペシメンＡ３，Ｂ３及びＣ３は１１９０℃で２時間熱処理されているが、スペシメンＡ１，Ｂ１及びＣ１は一切熱処理されていない；図３において、スペシメンＡ１’，Ｂ１’及びＣ１’は熱処理されていないが、スペシメンＢ２’及びＣ２’は１１２５℃で０．５時間熱処理されており、スペシメンＢ３’及びＣ３’は１１９０℃で２時間熱処理されている）。
【００４３】
特に本発明は、粉末ベースの付加的製造技術、例えば選択的レーザ溶解法（ＳＬＭ）又はレーザ金属成形法（ＬＭＦ）によって製造された、Ｎｉ／Ｃｏ／Ｆｅベースの超合金から成る製品／コンポーネントの熱処理に関する。それらの製品は、例えば、同一の合金から成る慣例の鋳込材料又は展伸材（図２におけるスペシメンＡ１−Ａ３及び図３におけるＡ１’）とは異なるマイクロ構造を有している。
【００４４】
これは主として、粉末ベースの製品製造と、それらのプロセスにおけるエネルギビームと材料の相互作用の内在的な高冷却率に由来する。その結果、材料は化学成分に関して非常に均質であり、また殆ど偏析が生じない。更には、「完成した」状態における材料は、慣例の鋳込み超合金又は展伸超合金と比べて遙かに精密である、非常に精密なマイクロ構造（例えば沈殿物及び粒径）を有している。
【００４５】
上記において確認したように、粉末ベースの付加的製造技術によって製造された、Ｎｉ／Ｃｏ／Ｆｅベースの超合金は一般的に残余共晶量が無く、また熱処理を同一組成の慣例の鋳込み材の場合よりも高い温度で実現することができる。これにより粒径及び沈殿物の最適化も含めた広範なマイクロ構造の調整が実現され、ひいては改善された材料特性が実現される。
【００４６】
本発明は、粉末ベースの付加的製造技術の内在的な異方性を低減するために、この技術によって製造されたＮｉ／Ｃｏ／Ｆｅベースの超合金に関して特別に調整された熱処理に関する。
【００４７】
本発明は、異方性材料特性を適切な熱処理によって低減できるという発見を基礎としている。
【００４８】
そのような特殊な小粒子異方性マイクロ構造は、主に、粉末ベースの層状の製品製造、並びにエネルギビームと材料の相互作用を惹起する特徴的な高温勾配から得られる。更には、高温勾配によって残留応力が生じ、この残留応力は再結晶及び／又は熱処理中の粗粒化にとって有利に作用する。
【００４９】
従って本発明は、低減された異方性材料特性をもたらす特別に適応された熱処理が事後的に行なわれる、粉末ベースの付加的製造技術によって製造された、Ｎｉ／Ｃｏ／Ｆｅベースの超合金から特別に形成された３次元の製品の製造方法に関する。
【００５０】
前述の粉末ベースの付加的製造技術は特に、選択的レーザ溶解法（ＳＬＭ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）、電子ビーム溶解法（ＥＢＭ）、レーザ金属成形法（ＬＭＦ）、レーザ特別設計ネットシェープ法（ＬＥＮＳ）、直接金属蒸着法（ＤＭＤ）又は同様のプロセスである。
【００５１】
前述の粉末ベースの付加的製造技術を、製品、例えばガスタービンの動翼又は羽根の完全な又は部分的な肉盛、例えば動翼の頂部の形成に使用することができる。
【００５２】
選択的レーザ溶解法（ＳＬＭ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）又は電子ビーム溶解法（ＥＢＭ）が付加的製造技術として使用される場合、３次元の製品を製造するための本発明による方法は以下のステップを備えている：
ａ）３次元モデルを作成し、複数の断面を計算するためにスライスプロセスを実施し、それらの断面を続いて機械制御ユニット（図５における参照番号１５を参照されたい）に供給するステップ；
ｂ）プロセスに必要とされる、前述のＮｉ／Ｃｏ／Ｆｅベースの合金の粉末を準備するステップ；
ｃ）粉末層１２を規則的で一定の厚さｄで基板プレート上又は先行して処理された粉末層上に提供するステップ；
ｄ）制御ユニットに記憶されている３次元モデルに応じた前述の製品の断面に対応する領域をエネルギビーム（例えばレーザビーム１４）によって走査することによって溶解を実施するステップ；
ｅ）先行して形成された断面の上側表面を、層一つ分の層さｄ分だけ低下させるステップ（図５における垂直方向の矢印を参照されたい）；
ｆ）３次元モデルに応じた最後の断面に達するまで、前述のステップｃ）からステップｅ）を繰り返すステップ；
ｇ）前述の３次元の製品１１を熱処理するステップ。
【００５３】
有利には、このプロセスにおいて使用される粉末の粒度分布は、規則的で一定の厚さｄを有する粉末層を準備するために要求される良好な流動性を得るために層厚ｄに適合される。
【００５４】
有利には、このプロセスに使用される粉末の粉末粒子は球状の形状を有している。粉末の正確な粒度分布を篩分法及び／又は風選法（エアー分離）によって得ることができる。更に、粉末をガス噴霧法又は水噴霧法、プラズマ回転電極プロセス、機械的な製粉法及び同様の粉末冶金プロセスによって得ることができる。
【００５５】
特別な付加的製造プロセス、例えばレーザ金属成形法（ＬＭＦ）、レーザ特別設計ネットシェープ法（ＬＥＮＳ）又は直接金属蒸着法（ＤＭＤ）が使用される場合には、粉末の代わりに、線材の形態の材料を使用することができる。
【００５６】
別のケースにおいては、粉末の代わりに懸濁剤を使用することができる。
【００５７】
前述の高温材料がＮｉベースの合金の場合には、多数の市販の合金、例えばワスパロイ(R)，ハステロイ(R)Ｘ，ＩＮ６１７(R)，ＩＮ７１８(R)，ＩＮ６２５(R)，Ｍａｒ−Ｍ２４７(R)，ＩＮ１００(R)，ＩＮ７３８(R)，ＩＮ７９２(R)，Ｍａｒ−Ｍ２００(R)，Ｂ１９００(R)，ＲＥＮＥ  ８０(R)，Ａｌｌｏｙ  ７１３(R)，Ｈａｙｎｅｓ  ２３０(R)，Ｈａｙｎｅｓ  ２８２(R)又は他の誘導体を使用することができる。
【００５８】
前述の高温材料がＣｏベースの合金の場合には、多数の市販の合金、例えばＦＳＸ４１４(R)，Ｘ−４０(R)，Ｘ−４５(R)，ＭＡＲ−Ｍ５０９(R)又はＭＡＲ−Ｍ３０２(R)を使用することができる。
【００５９】
前述の高温材料がＦｅベースの合金の場合には、多数の市販の合金、例えばＡ２８６(R)，Ａｌｌｏｙ  ８００Ｈ(R)，Ｎ１５５(R)，Ｓ５９０(R)，Ａｌｌｏｙ  ８０２(R)，インコロイＭＡ  ９５６(R)，インコロイＭＡ  ９５７(R)又はＰＭ  ２０００(R)を使用することができる。
【００６０】
特にそれらの合金は、微細分散された酸化物、例えばＹ2Ｏ3，ＡｌＯ3，ＴｈＯ2，ＨｆＯ2，ＺｒＯ2を含むことができる。
【００６１】
本発明による熱処理は有利には異方性材料特性、特にヤング率Ｅ（図２及び図３を参照されたい）を低減する。ハステロイ(R)Ｘから成るスペシメンに関しては、ｚ方向に延びるスペシメン（図２におけるＢ１，Ｂ２，Ｂ３）の、室温でのヤング率Ｅ（図２）は、Ｂ１（熱処理無し）からＢ２（１１２５℃で０．５時間の熱処理）、Ｂ３（１１９０℃で２時間の熱処理）へと上昇している。ｘｙ平面に延びるスペシメン（図２におけるＣ１，Ｃ２，Ｃ３）に関しても、Ｃ１（熱処理無し）からＣ２（１１２５℃で０．５時間の熱処理）、Ｃ３（１１９０℃で２時間の熱処理）へと同様に上昇している。三つの各処理（熱処理無し、１１２５℃で０．５時間の熱処理及び１１９０℃で２時間の熱処理）に関して、ヤング率Ｅはｚ方向のスペシメンのものが最も低く、ｘｙ平面のスペシメンに関してはｘ方向のスペシメンのものよりも高く、また、参照スペシメン（図２におけるＡ１−Ａ３）のものが最も高い。しかしながら、種々のスペシメン間のヤング率Ｅの差異は、１１９０℃で２時間にわたり最も強力に熱処理されたもの（図２におけるＡ３，Ｂ３，Ｃ３）が最小になっている。同様のことは、図３に示されているように、７５０℃でのヤング率の値にも当てはまっている。
【００６２】
本発明による熱処理は独立した装置によって実施される。熱処理は、製品のマイクロ構造を最適化することによって特定の材料特性を改善する。図４には、熱処理を行なった場合と行なわなかった場合での、引っ張り試験が実施された後の、ハステロイ(R)Ｘから成るｚ方向の三つの異なるスペシメンＢ４，Ｂ５及びＢ６のマイクロ構造を二つの異なる大きさ（１００μｍ及び５０μｍ）で表した写真が示されている。ここで、スペシメンＢ４は７５０℃で引っ張り試験が実施されているが、熱処理は実施されておらず、スペシメンＢ５は室温で引っ張り試験が実施されており、且つ、１１２５℃で０．５時間の熱処理が実施されており、またスペシメンＢ６は室温で引っ張り試験が実施されており、且つ、１１９０℃で２時間の熱処理が実施されている。
【００６３】
特定のケースにおいては、製品全体に前述の熱処理を施すことができる。別のケースにおいては、製品の一部に対してのみ前述の熱処理を施すことができる。
【００６４】
前述の熱処理は１回の処理で良い。しかしながら、熱処理が異なる複数の熱処理を組み合わせたものであっても良い。
【００６５】
更には前述の熱処理を、各ステップが加熱速度、保持温度、保持時間及び冷却速度の特定の組み合わせを表す複数のステップから構成することができる。そのようなケースにおいては、各熱処理ステップの前又は各熱処理ステップの後に、例えば機械加工、溶接又は蝋付けが挙げられるが、これらに限定されるものではない種々の処理ステップが３次元の製品に対して実施され、これは特に、特定のマイクロ構造、例えば溶接にとって有利な小粒子の特別な利点を使用するために実施される。
【００６６】
有利には、前述のマイクロ構造における成分、例えば金属間相、炭化物又は窒化物を部分的又は完全に溶解するには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つが実施されるべきである。更には、粒子を再結晶化及び／又は粗粒化するには十分に高い温度及び十分に長い保持時間で、前述の熱処理ステップの内の一つが実施されることは明らかである。
【００６７】
図２及び図３（Ａ３，Ｂ３及びＣ３の比較又はＡ１’，Ｂ３’及びＣ３’の比較）から見て取れるように、前述の熱処理によって生じる前述の再結晶化及び／又は粒子の粗粒化によって、展伸材製品及び通常の鋳込み製品と同等のマイクロ構造が得られる。
【００６８】
更には、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つを、例えばＭ（Ｃ，Ｎ），Ｍ6Ｃ，Ｍ7Ｃ3又はＭ23Ｃ6が挙げられるが、それらに限定されるものではない、炭化金属、窒化金属又は炭窒化金属を沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施することができる。
【００６９】
更には、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つを、例えばガンマプライムとして公知であるＮｉ3（Ａｌ，Ｔｉ）又はガンマダブルプライムとして公知であるＮｉ3（Ｎｂ，Ａｌ，Ｔｉ）又はデルタ相として公知であるＮｉ3Ｎｂが挙げられるが、それらに限定されるものではない、金属間相を沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施することができる。
【００７０】
更には、粒界強さを改善するために、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つを、例えばＭ3Ｂ2が挙げられるが、これに限定されるものではない、ホウ化金属を沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施することができる。
【００７１】
更には、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つが、体積の分率、サイズ、形状及び上記において述べたような沈殿の分布を変更するには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施される。
【００７２】
最後に、マイクロ構造を更に改善するために、前述の熱処理ステップの内の少なくとも一つを、付加的に、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ：hot isostatic pressing HIP）として公知である平衡圧力下で実施することができる。
【００７３】
要約：
機械的な試験及びマイクロ構造の評価は、ＳＬＭ法又は他の付加的製造プロセスによって製造されたスペシメンが強い異方性特性を示すことを証明した。適切な熱処理によって、異方性材料特性、例えばヤング率を著しく低減することができ、それによって、より等方性の材料特性が得られる。
【符号の説明】
【００７４】
１０  ＳＬＭ装置、  １１  製品（３Ｄ）、  １２  粉末層、  １３  レーザ装置、  １４  レーザビーム、  １５  制御ユニット、  １６ａ  ｚスペシメン、  １６ｂ  ｘｙスペシメン、  Ａ１−Ａ３，Ａ１’  参照プレート、  Ｂ１−Ｂ３，Ｂ１’−Ｂ３’  ｚスペシメン、  Ｃ１−Ｃ３，Ｃ１’−Ｃ３’  ｘｙスペシメン、  ｄ  層厚（粉末層）
【図１】
2014040663.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年10月7日(2013.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の製品（１１）を製造するための方法において、
ａ）付加的製造プロセスによって、金属ベース材料（１２）から前記製品（１１）を連続的に形成し、それにより、異方性の特性を有している製品を作成するステップと、
ｂ）製造された前記製品（１１）を十分に高い温度で熱処理し、再結晶化及び／又は粒子の粗粒化によって前記異方性を低減するステップと
を備えていることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記付加的製造プロセスは、
レーザ金属成形法（ＬＭＦ：laser metal forming）、レーザ特別設計ネットシェープ法（ＬＥＮＳ：laser engineered net shape）又は直接金属蒸着法（ＤＭＤ：direct metal deposition）の内の一つであり、且つ、
線材の形態の金属ベース材料（１２）を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記付加的製造プロセスは、
選択的レーザ溶解法（ＳＬＭ：selective laser melting）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ：selective laser sintering）又は電子ビーム溶解法（ＥＢＭ：electron beam melting）の内の一つであり、且つ、
粉末の形態の金属ベース材料（１２）を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、
ａ）前記製品（１１）の３次元モデルを作成し、複数の断面を計算するためにスライスプロセスを実施するステップと、
ｂ）続けて、前記計算された断面を機械制御ユニット（１５）に供給するステップと、
ｃ）プロセスに必要とされる、前記ベース材料の粉末を準備するステップと、
ｄ）粉末層（１２）を規則的で一定の厚さで基板プレート上又は先行して処理された粉末層上に提供するステップと、
ｅ）前記制御ユニット（１５）に記憶されている前記３次元モデルに応じた前記製品（１１）の断面に対応する領域をエネルギビーム（１４）によって走査することによって溶解を実施するステップと、
ｆ）先行して形成された断面の上側表面を、層一つ分の厚さ（ｄ）分だけ低下させるステップと、
ｇ）前記３次元モデルに応じた最後の断面に達するまで、前記のステップｃ）からステップｆ）を繰り返すステップと、
ｈ）前記３次元の製品（１１）を熱処理するステップと、
を備えている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記粉末の粒径分布を、規則的で一定の厚さ（ｄ）を有する粉末層（１２）を準備するために要求される良好な流動性を得るために前記粉末層（１２）の層厚（ｄ）に適合させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記粉末の粒子は球状の形状を有している、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記粉末の正確な粒度分布を篩分法及び／又は風選法（エアー分離）によって得る、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記粉末を粉末冶金プロセスによって提供する、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記粉末冶金プロセスは、ガス噴霧法又は水噴霧法、プラズマ回転電極プロセス又は機械的な製粉法の内の一である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記付加的製造プロセスは粉末の代わりに懸濁剤を使用する、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属ベース材料（１２）は高温Ｎｉベース合金である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属ベース材料（１２）は高温Ｃｏベース合金である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属ベース材料（１２）は高温Ｆｅベース合金である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記合金は、微細分散された酸化物を含む、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記微細分散された酸化物は、Ｙ2Ｏ3，ＡｌＯ3，ＴｈＯ2，ＨｆＯ2，ＺｒＯ2の内の一つを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱処理をヤング率の異方性の低減に使用する、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱処理は別個の異なる熱処理の組み合わせである、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱処理は、各ステップが加熱速度、保持温度、保持時間及び冷却速度の特定の組み合わせを表す複数のステップから構成されている、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、前記製造された製品（１１）のマイクロ構造における金属間相、炭化物又は窒化物を部分的又は完全に溶解するには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、炭化金属、窒化金属又は炭窒化金属を沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施する、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記炭化金属、窒化金属又は炭窒化金属は、Ｍ（Ｃ，Ｎ），Ｍ6Ｃ，Ｍ7Ｃ3又はＭ23Ｃ6の内の一つである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、金属間相を沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施する、請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記金属間相は、Ｎｉ3（Ａｌ，Ｔｉ）又はＮｉ3（Ｎｂ，Ａｌ，Ｔｉ）又はＮｉ3Ｎｂの内の一つである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、ホウ化金属を沈殿させるには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施し、粒界強さを改善する、請求項１８乃至２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ホウ化金属は、Ｍ3Ｂ2である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、体積の分率、サイズ、形状及び前記沈殿の分布を変更するには十分な高さの温度及び十分な長さの保持時間で実施する、請求項２０乃至２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記熱処理ステップの内の少なくとも一つを、付加的に、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）条件下で実施し、マイクロ構造を更に改善する、請求項１８乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記製造された製品（１１）の一部に対してのみ前記熱処理を実施する、請求項１乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記熱処理、個々の熱処理又は複数の熱処理ステップの前又は後に、その都度、前記製造された製品（１１）に対して付加的な処理ステップを実施する、請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記付加的な処理ステップは、機械加工、溶接又は蝋付けの内の一つである、請求項２９に記載の方法。
【外国語明細書】
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