(57)【要約】  本開示は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＴｉを含む新規材料に関する。本新規材料は、材料の固相線温度直下である、面心立方格子（ｆｃｃ）固溶体構造の単相領域を実現し得る。本新規材料は、少なくとも１つの析出相を含んでよく、また少なくとも１１００℃のソルバス温度を有する。本新規材料は、２．１〜８．４重量％のＡｌ、４．７〜６０．６重量％のＣｏ、２９．６〜８９．３重量％のＮｉ、及び３．９〜９．４重量％のＴｉを含んでよい。一実施形態では、析出物は、Ｌ１２相、Ｂ２相、Ｎｉ３Ｔｉ相、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。本新規合金は、向上した高温特性を実現し得る。【選択図】  図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２．１〜８．４重量％のＡｌと、
４．６〜８９．６重量％のＣｏと、
４．６〜８９．６重量％のＮｉと、
３．７〜９．７重量％のＴｉ、及び
いずれの任意の不定要素及び不純物である残部と、からなる組成物。
【請求項２】
前記不定要素が、０．１５重量％までのＣ、０．１５重量％までのＢ、０．５重量％までのＨｆ及び０．５重量％までのＺｒを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
４．７〜６０．６重量％のＣｏ、２９．６〜８９．３重量％のＮｉ、及び３．９〜９．４重量％のＴｉを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
２．１〜５．４重量％のＡｌ、４．７〜４１．３重量％のＣｏ、及び４７．９〜８９．３重量％のＮｉを含む、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
４．７〜２８．９重量％のＣｏ、及び５６．５〜８９．３重量％のＮｉを含む、請求項４に記載の組成物。
【請求項６】
２．４〜７．６重量％のＡｌ、５．２〜５５．１重量％のＣｏ、３２．９〜８８．１重量％のＮｉ、及び４．３〜８．６重量％のＴｉを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
２．４〜４．９重量％のＡｌ、５．２〜３７．５％のＣｏ、及び５３．３〜８８．１重量％のＮｉを含む、請求項６に記載の組成物。
【請求項８】
５．２〜２６．３％のＣｏ、及び６２．７〜８５．４重量％のＮｉを含む、請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
請求項１〜８に記載の組成物のいずれかからなる合金体。
【請求項１０】
航空宇宙用又は自動車用の構成部品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１１】
前記航空宇宙用又は自動車用の構成部品がタービンである、請求項１０に記載の航空宇宙用構成部品。
【請求項１２】
密度、延性、強度、破壊靭性、耐酸化性、耐疲労性、耐クリープ性、及び高温耐熱性のうち、少なくとも２つの向上した組み合わせからなる、請求項９に記載の合金体。
【請求項１３】
インゴットの形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１４】
圧延加工品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１５】
押出加工品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１６】
鍛造品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１７】
形鋼鋳造品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１８】
付加製造製品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１９】
（ａ）
２．１〜８．４重量％のＡｌと、
４．６〜８９．６重量％のＣｏと、
４．６〜８９．６重量％のＮｉ、及び
３．７〜９．７重量％のＴｉと、を含む供給原料を、付加製造装置内で使用すること、
（ｂ）前記供給原料を用いて、前記付加製造装置内で金属生成物を製造すること、からなる、方法。
【請求項２０】
前記供給原料が粉末供給原料からなり、
（ａ）前記粉末供給原料の金属粉末を層に分散させること、及び／又は前記粉末供給原料の金属粉末を基材に向けて、又は基材上に吹付けること、
（ｂ）前記金属粉末の一部を、その液相線温度超にて選択的に加熱し、それにより、溶融池を形成すること、
（ｃ）前記溶融池を冷却し、それにより、前記金属生成物の一部を形成し、前記冷却が、少なくとも毎秒１００℃の冷却速度での冷却からなること、及び
（ｄ）前記金属生成物が完成するまで工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返し、前記金属生成物が金属マトリックスを含み、前記Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉがマトリックスを構成すること、からなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記加熱が放射線源による加熱からなり、かつ前記冷却速度が少なくとも毎秒１０００℃である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記供給原料が金属線供給原料を含み、
（ａ）放射線源を用いて前記金属線供給原料をその液相線点超にて加熱し、それにより、溶融池を生成し、前記溶融池がＡｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉからなり、
（ｂ）少なくとも毎秒１０００℃の冷却速度にて前記溶融池を冷却すること、及び
（ｃ）前記金属生成物が完成するまで工程（ａ）〜（ｂ）を繰り返し、前記金属生成物が金属マトリックスを含み、前記Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉがマトリックスを構成すること、からなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記冷却速度が、少なくとも１つの析出相を形成するのに十分であることを含む、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの析出相が、Ｌ１２、Ｎｉ３、Ｔｉ、及びＢ２のうち少なくとも１つを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記金属生成物が、少なくとも０．５容積％の前記析出相を含む、請求項２３〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記付加製造装置が、結合剤噴霧装置を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記付加製造装置が、指向性エネルギー堆積装置である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記指向性エネルギー堆積装置が、電子ビーム装置又はプラズマアーク装置を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属生成物を加工することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記金属生成物が最終付加製造体であり、かつ前記加工が前記最終付加製造体の加工である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
第１生成工程が、前記供給原料を使用して前記金属生成物の一部を生成し、
第２生成工程が、前記供給原料を使用して前記金属生成物の別の一部を生成し、
少なくとも前記第１又は第２生成工程の後に前記加工が発生することを、前記生成工程が含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記加工が、前記第１生成工程と前記第２生成工程との間で発生する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記加工が、熱間静水圧圧縮成形を含む、請求項２９〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記加工が、１種以上の圧延加工、鍛造、及び押出成形を含む、請求項２９〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
インコネル６２５は、Ｎｉが６１重量％、Ｃｒが２１．５重量％、Ｍｏが９重量％、及び（Ｎｂ＋Ｔａ）が３．６重量％の公称組成物を有する、ニッケル系合金である。インコネル６２５は、極低温から９８０℃までの高強度及び高強靱性、良好な耐酸化性、疲労強度、及び耐食性を有する。
【発明の概要】
【０００２】
広く、本出願は、材料の固相線温度直下である、面心立方格子（ｆｃｃ）固溶体構造の単相領域を有する、新規ニッケル−コバルト−アルミニウム−チタン材料（「新規材料」）に関する。本新規材料は、少なくとも１つの析出相を含んでよく、また少なくとも１１００℃のソルバス温度を有する。本ソルバス温度は、高温における材料の強度及び熱安定性の指標である。通常、ソルバス温度が高いほど、高温における強度及び熱安定性が高い。本新規材料は、２．１〜８．４重量％のＡｌ、４．７〜６０．６重量％のＣｏ、２９．６〜８９．３重量％のＮｉ、及び３．９〜９．４重量％のＴｉを含んでよい。一実施形態では、析出物は、Ｌ１２相、Ｂ２相、Ｎｉ３Ｔｉ相、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。固体形質転換プロセスを介して、本析出相（複数）を形成してよい。１つの特定のアプローチでは、新規材料は、２．４〜７．６重量％のＡｌ、５．２〜５５．１重量％のＣｏ、３２．９〜８８．１重量％のＮｉ、及び４．３〜８．６重量％のＴｉを含んでよく、任意の不定要素及び不可避不純物を可能にする。本新規材料に関するその他の態様、アプローチ、及び実施形態を、以下に詳細に記述する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】ｂｃｃ、ｆｃｃ、及びｈｃｐの単位格子を図解したものである。
【０００４】
【図２ａ】本発明の合金類の非限定的例を固体円にて示す、四元構成図である。
【０００５】
【図２ｂ】本発明の合金類の非限定的例を固体円にて示す、一組の二元構成図である。
【０００６】
【図３】新規材料を生成する方法の一実施形態の流れ図である。
【０００７】
【図４】１つ以上の析出物をその内部に伴うｆｃｃ固溶体構造を有する鍛錬品を得る方法の、一実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上記のように、本出願は、材料の固相線温度直下である、面心立方格子（ｆｃｃ）固溶体構造の単相領域を有する、新規ニッケル−コバルト−アルミニウム−チタン材料（「新規材料」）に関する。当業者に知られているように、また図１に示すように、面心立方格子（ｆｃｃ）単位格子は、立方体の８つの角のそれぞれに原子を有し、更に立方体の各面上に１つの原子を有する。角の原子のそれぞれは別の立方体の角にあり、これにより、表面の原子が２つの単位格子と共有される一方で、角の原子は８つの単位格子の間で互いに共有される。
【０００９】
本明細書で記載される独自の構成故に、新規材料は、材料の固相線温度直下である、ｆｃｃ固溶体構造の単相領域を実現し得る。新規材料はまた、高い液相線温度及び狭い平衡凝固温度範囲（例えば、凝固中のミクロ偏析を制限するため）を有してよく、粉末冶金、形鋼鋳造、付加製造、及びこれらの組み合わせ（ハイブリッド処理）と同様に、従来のインゴット処理を介して、新規材料を生成に関して好適にする。本新規材料は、高温用途における用途を見出し得る。
【００１０】
本新規材料は、通常ｆｃｃ結晶構造を有し、かつ２．１〜８．４重量％のＡｌ、４．６〜８９．６重量％のＣｏ、４．６〜８９．６重量％のＮｉ、及び３．７〜９．７重量％のＴｉ（「合金要素」）を含み、本材料は、ｆｃｃ固溶体構造を実現するのに十分な量のＡｌ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＴｉを含む。本材料は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＴｉから構成されていてよく、不定要素及び不可避不純物を可能にする。本発明で使用する場合、「不定要素」とは、合金に使用してよい、炭素、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウム等などの、粒界改質剤、鋳造補助、及び／又は粒状構造制御材料を含む。例えば、１つ以上の炭素、ホウ素、ジルコニウム、ハフニウム等を、粒界改質を提供するのに十分な量で追加してよい。追加量は、金属間成形によるなどの、材料特性を不適正に低下させることなく、粒界改質を提供するのに十分な量に制限されなければならない。１つの非限定的実施例として、０．１５重量％までのＣ、０．１５重量％までのＢ、０．５重量％までのＨｆ及び０．５重量％までのＺｒを本材料に追加してよく、追加量は、材料特性を不適切に低下させない。本新規材料の種々の組成実施形態を、図２ａ〜２ｂに示す。固体円は、本発明の合金の非限定例である。下表１は、図２ａ〜２ｂのいくつかの合金に対応しており、また本特許出願に従って有用な、金属種類の非限定例である。合金１〜６は階層１、合金７〜１２は階層２、及び残りの合金は階層３の合金である。
【表１】
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【表２】
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【００１１】
１つのアプローチでは、本新規材料は、少なくとも１つの析出相を含み、また少なくとも１１００℃のソルバス温度を有する。本アプローチでは、本新規材料は、２．１〜８．４重量％のＡｌ、４．７〜６０．６重量％のＣｏ、２９．６〜８９．３重量％のＮｉ、及び３．９〜９．４重量％のＴｉを含んでよい。一実施形態では、析出物は、Ｌ１２相、Ｂ２相、Ｎｉ３Ｔｉ相、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。固体析出の間に、析出相（複数）が形成され得る。１つの特定のアプローチでは、本新規材料は、２．４〜７．６重量％のＡｌ、５．２〜５５．１重量％のＣｏ、３２．９〜８８．１重量％のＮｉ、及び４．３〜８．６重量％のＴｉを含んでよい。
【００１２】
１つのアプローチでは、本新規材料は少なくとも１つの析出物を含み、少なくとも１１００℃のソルバス温度を有し、また３００℃以下の非平衡凝固温度範囲を実現する。本アプローチでは、本新規材料は、２．１〜５．４重量％のＡｌ、４．７〜４１．３重量％のＣｏ、４７．９〜８９．３重量％のＮｉ、及び３．９〜９．４重量％のＴｉを含んでよい。一実施形態では、析出物は、Ｌ１２相、Ｎｉ３Ｔｉ相、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。固体析出の間に、析出相（複数）が形成され得る。１つの特定のアプローチでは、本新規材料は、２．４〜４．９重量％のＡｌ、５．２〜３７．５％のＣｏ、５３．３〜８８．１重量％のＮｉ、及び４．３〜８．６重量％のＴｉを含んでよい。一実施形態では、本材料の非平衡凝固温度範囲は２５０℃以下である。
【００１３】
１つのアプローチでは、本新規材料は少なくとも１つの析出物を含み、少なくとも１１００℃のソルバス温度を有し、また２００℃以下の非平衡凝固温度範囲を実現する。本アプローチでは、本新規材料は、２．１〜５．４重量％のＡｌ、４．７〜２８．９重量％のＣｏ、５６．５〜８９．３重量％のＮｉ、及び３．９〜９．４重量％のＴｉを含んでよい。一実施形態では、析出物は、Ｌ１２相、Ｎｉ３Ｔｉ相、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。固体析出の間に、析出相（複数）が形成され得る。１つの特定のアプローチでは、本新規材料は、２．４〜４．９重量％のＡｌ、５．２〜２６．３％のＣｏ、６２．７〜８５．４重量％のＮｉ、及び４．３〜８．６重量％のＴｉを含んでよい。
【００１４】
１つのアプローチでは、またここで図３を参照すると、新規ｆｃｃ材料の生成方法は、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉを含む混合物を加熱する工程（１００）を含み、かつ上記の組成物の範囲にあり、混合物の液相線温度を超え、それにより、液体を形成し、液相線温度を超える温度から固相線温度未満の温度へと混合物を冷却（２００）し、ここで本冷却故に、混合物はｆｃｃ（面心立方格子）固溶体構造（潜在的にミクロ偏析故のその他の相を伴う）を有する固体生成物を形成し、かつ本混合物は、十分な量のＡｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉを含んでｆｃｃ固溶体構造を実現し、また混合物の析出相のソルバス温度未満の温度へと固体生成物を冷却（３００）し、それにより、固体生成物のｆｃｃ固溶体構造内に析出相を形成し、ここで混合物は十分な量のＡｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉを含んで、ｆｃｃ固溶体構造内に析出相を実現する。一実施形態では、ｆｃｃ固溶体は液体を形成する第１の相である。
【００１５】
一実施形態では、本材料の制御冷却を用いて、適切な最終生成物を実現させる。例えば、方法は、混合物を周囲温度へと冷却する工程（４００）を含んでよく、また方法は、工程（４００）の終了の際に、即ち、周囲温度に到達した際に、クラックフリー（ｃｒａｃｋ−ｆｒｅｅ）インゴットが実現されるように、少なくとも冷却工程（３００）及び（４００）の間にわたる冷却速度の制御を含んでよい。例えば、適切な水冷鋳型を使用して制御冷却を行ってよい。
【００１６】
本発明で使用する場合、「インゴット」とは任意の形状の鋳造品を意味する。用語「インゴット」はビレットを含む。本発明で使用する場合、「クラックフリーインゴット」とは、二次加工インゴットとして使用することが可能となるように、十分に亀裂を含まないインゴットを意味する。本発明で使用する場合、「二次加工インゴット」とは、最終生成物へのその後の加工に適したインゴットを意味する。その後の加工は、例えば、圧延加工、鍛造、押出成形のいずれかを介した熱間加工及び／又は冷間加工、並びに圧縮及び／又は延伸による応力除去を含んでよい。
【００１７】
一実施形態では、クラックフリーインゴットなどのクラックフリー生成物を処理して、適切に、本材料から最終鍛錬品を得てよい。例えば、またここで図３〜４を参照すると、上記の図３の工程（１００）〜（４００）は、図４に示す鋳造工程（１０）と考えられ、上述したクラックフリーインゴットをもたらす。その他の実施形態では、クラックフリー生成物は、例えば、形鋼鋳造、付加製造又は粉末冶金により生成されたクラックフリー予備成形物であってよい。いずれの場合も、クラックフリー生成物を更に処理して、任意に１つ以上の析出相をその内部に伴う、ｆｃｃ固溶体構造を有する鍛錬最終品を得てよい。この更なる処理は、後述の溶解（２０）工程及び加工（３０）工程の任意の組み合わせを含んで、適切に、最終生成物の形態を得てよい。一度最終生成品の形態が実現すると、本材料は析出硬化（４０）して、強化析出物を発達させ得る。最終生成物の形態は、例えば、圧延加工品、押出加工品又は鍛造品であってよい。
【００１８】
引き続き図４を参照すると、鋳造工程（１０）の結果、インゴットは若干の第二相粒子を含んでよい。従って、本方法は、１つ以上の溶解工程（２０）を含んでよく、ここでインゴット、中間生成物の形態及び／又は最終生成物の形態が、適切な析出物（複数）のソルバス温度を越えるが本材料のソルバス温度未満で加熱され、それにより、第二相粒子のいくつか又は全てを溶解する。溶解工程（２０）は、材料を十分な時間浸漬して、適用可能な第二相粒子を溶解することを含んでよい。浸漬後、その後の加工のために、材料を周囲温度まで冷却してよい。あるいは、浸漬後、加工工程（３０）を介して材料を直ちに熱間加工してよい。
【００１９】
加工工程（３０）は、一般に、インゴット及び／又は中間生成物を、熱間加工及び／又は冷間加工することを伴う。熱間加工及び／又は冷間加工は、例えば、材料の圧延加工、押出成形又は鍛造を含んでよい。加工（３０）は、いずれかの溶解工程（２０）の前及び／又は後に発生し得る。例えば、溶解工程（２０）の終了後、材料を周囲温度まで冷却させてもよく、また次に、熱間加工のために適切な温度へと再加熱してもよい。あるいは、材料を周囲温度付近で冷間加工してもよい。いくつかの実施形態では、材料を熱間加工し、周囲の環境まで冷却して、次に冷間加工してよい。更にその他の実施形態では、溶解工程（２０）の浸漬後に熱間加工を開始させてよく、これにより、熱間加工のために生成物の再加熱を必要としない。
【００２０】
加工工程（３０）は、第二相粒子の析出をもたらし得る。この関連で、任意の数の加工後溶解工程（２０）を利用して、適切に、加工工程（３０）により形成され得た第二相粒子のいくつか又は全てを溶解することができる。
【００２１】
いずれかの適切な溶解（２０）及び加工（３０）工程の後、最終生成品の形態を析出硬化（４０）させてよい。析出硬化（４０）は、析出物（複数）の適用可能なソルバス温度を超える温度へと最終生成物の形態を十分な時間加熱して、加工故に析出した、少なくとも若干の第二相粒子を溶解することを含んでよく、また次に、析出物（複数）の適用可能なソルバス温度未満の温度へと最終生成物の形態を急冷し、それにより、析出物粒子を形成する。析出硬化（４０）は、強化析出物を形成するのに十分な時間にわたり、目標温度にて生成物を保持すること、及び次に、生成物を周囲温度へと冷却し、それにより、その内部に強化析出物を有する最終熟成生成物を実現すること、を更に含む。一実施形態では、最終熟成生成物は≧０．５容積％の強化析出物を含有する。強化析出物は、ｆｃｃ固溶体構造のマトリックス内に位置していることが好ましく、それにより、転位による相互作用を介して生成物に強度を付与する。
【００２２】
新規ｆｃｃ材料の構造及び組成故に、新規材料は、とりわけ密度、延性、強度、破壊靭性、耐酸化性、耐疲労性、耐クリープ性、及び高温耐熱性のうち、少なくとも２つの向上した組み合わせなどの、向上した性質の組み合わせを実現し得る。従って、本新規材料は、２〜３例挙げると、自動車用（乗用車、トラック、及び任意のその他の地上配備車両）及び航空宇宙産業に用いられる高温用途などの、種々の用途での使用を見出し得る。例えば、本新規材料は、エンジン又はその他の高温用途におけるタービン構成要素としての適用性を、見出し得る。その他の構成要素としては、ブレード、ディスク、静翼、リング及びエンジン用のケーシングが挙げられる。一実施形態では、本新規材料は、６００℃〜１０００℃、又はより高い温度での操作を必要とする用途に用いられる。
【００２３】
上記の新規ｆｃｃ材料を、形鋼鋳造品又は予備成形物を生成するために使用することもできる。形鋼鋳造品は、鋳造プロセス後に、それらの最終生成物又は最終に近い生成物を達成するような生成物である。本新規材料は、任意の所望の形状へと形鋼鋳造されてよい。一実施形態では、本新規材料は、自動車用又は航空宇宙用の構成要素へと形鋼鋳造される（例えば、エンジン構成要素へと形鋼鋳造される）。鋳造後、上記のように、形鋼鋳造品に任意の適切な溶解（２０）又は析出硬化（４０）工程を施してもよい。一実施形態では、形鋼鋳造品はＡｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉから本質的になり、かつ上記の組成物の範囲内にある。一実施形態では、形鋼鋳造品は≧０．５容積％の強化析出物を含む。
【００２４】
本特許出願は、一般に、上記に列挙した１つ以上の析出相（複数）をその内部に有するｆｃｃマトリックス合金材料に関して記載されている一方で、その他の硬化相が新規ｆｃｃマトリックス合金材料に適用可能であってもよく、また全てのこのような硬化相（凝集性又は非凝集性）は、本明細書に記載されたｆｃｃ材料において有用性を見出し得る、と理解されている。
【００２５】
＜新規ｆｃｃ材料の付加製造＞  
付加製造により、上記の新規材料を製造することもまた可能である。本発明で使用する場合、「付加製造」とは、ＡＳＴＭ  Ｆ２７９２−１２ａ、表題：「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｌｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ」に記載のとおり、「減法的な製造方法論とは対照的に、通常、何重にも重ねて材料を接合して、３Ｄモデルデータから対象物を作製するプロセス」である。このＡＳＴＭ規格に記載されている、とりわけ結合剤噴霧、指向性エネルギー堆積、材料の押出成形、材料の噴霧、粉末層の融着、又は薄板積層などの、任意の適切な付加製造技術を介して、本新規材料を製造してよい。
【００２６】
一実施形態では、付加製造プロセスは、１種以上の粉末の連続層を堆積させること、また次に、粉末を選択的に溶融する及び／又は焼結して、層ごとに付加製造体（生成物）を生じさせること、を含む。一実施形態では、付加製造プロセスは、とりわけ１つ以上の選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）、及び電子ビーム溶解法（ＥＢＭ）を使用する。一実施形態では、付加製造プロセスは、ＥＯＳ  ＧｍｂＨ（Ｒｏｂｅｒｔ−Ｓｔｉｒｌｉｎｇ−Ｒｉｎｇ１，８２１５２クライリング／ミュンヘン、ドイツ）から入手可能な、ＥＯＳＩＮＴ  Ｍ２８０直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）付加製造システム、又は同等のシステムを使用する。
【００２７】
一例として、粉末又は金属線などの供給原料は、合金要素及びいずれかの任意の不定要素を含み（又はそれらから本質的になり）、かつ上記の組成物の範囲内にて付加製造装置で使用され、所望により析出相（複数）を伴うｆｃｃ固溶体構造を含む、付加製造体を生成してよい。いくつかの実施形態では、付加製造体はクラックフリー予備成形物である。本材料の液相線温度を超えて粉末を選択的に加熱し、それにより、合金要素及びいずれかの任意の不定要素を有する溶融池を形成し、続いて溶融池を高速凝固させてよい。
【００２８】
上記のように、付加製造を使用して、例えば金属粉末層を介することにより、層ごとに金属生成物（例えば、合金生成物）を生成してよい。一実施形態では、金属粉末層を使用して生成物（例えば、必要に応じて調整された合金生成物）を生成する。本発明で使用する場合、「金属粉末層」等とは、金属粉末からなる層を意味する。付加製造の間、同一の又は異なった組成物の粒子が溶融（例えば、急速溶融）し、また次に、（例えば、均質混合の不存在下で）再凝固し得る。従って、均質又は非均質な微細構造を有する生成物を生成してよい。付加製造体を製造する方法の一実施形態は、（ａ）合金要素及びいずれかの任意の不定要素を含む粉末を分散させること、（ｂ）特定の本体が形成される液相線温度を超える温度へと、粉末の一部を（例えば、レーザを介して）選択的に加熱すること、（ｃ）合金要素及びいずれかの任意の不定要素を有する溶融池を形成すること、並びに（ｄ）少なくとも毎秒１０００℃の冷却速度にて溶融池を冷却すること、を含んでよい。一実施形態では、冷却速度は、少なくとも毎秒１０，０００℃である。別の実施形態では、冷却速度は、少なくとも毎秒１００，０００℃である。別の実施形態では、冷却速度は、少なくとも毎秒１，０００，０００℃である。必要に応じて、本体が完成するまで、即ち、最終付加製造体が形成される／完成するまで、工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返してよい。ｆｃｃ固溶体構造を含み、所望により、その内部に析出相（複数）を伴う最終付加製造体は、複雑な形状であってよい、又は単純な形状（例えば、薄板又は平板の形態）であってよい。生成後又は生成中に、（例えば、１種以上の圧延加工、押出加工、鍛造、延伸、圧縮により）付加製造生成物を変形させてよい。
【００２９】
新規材料の付加製造に使用される粉末は、新規材料の材料（例えば、インゴット又は融成物）を、使用される付加製造プロセスに対して適切な寸法の粉末へと微粒化することにより、生成してよい。本発明で使用する場合、「粉末」とは、複数の粒子からなる材料を意味する。粉末を粉末層に使用し、付加製造を介して、必要に応じて調整された合金生成物を生成してよい。一実施形態では、同様の一般的な粉末が、金属生成物を生成するための付加製造工程にわたって使用される。例えば、必要に応じて調整された最終の金属生成物は、通常、付加製造プロセスの間に同一の金属粉末を使用することにより生成された、単一領域／マトリックスを含んでよい。必要に応じて調整された最終の金属生成物は、あるいは、少なくとも２つの別個に生成された異なる領域を含んでよい。一実施形態では、異なる金属粉末層の種類が、金属生成物を生成するために使用されてよい。例えば、第１金属粉末層は第１金属粉末を含んでよく、また第２金属粉末層は第１金属粉末とは異なる第２金属粉末を含んでよい。第１金属粉末層を使用して、第１の層又は合金生成物の一部を生成してよく、また第２金属粉末層を使用して、第２の層又は合金生成物の一部を生成してよい。本発明で使用する場合、「粒子」とは、粉末層の粉末における使用に好適な寸法（例えば、５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの寸法）を有する、物質の微細な断片を意味する。粒子は、例えば微粒化を介して生成されてよい。
【００３０】
上記のように、付加製造体に任意の適切な溶解工程（２０）、加工工程（３０）及び／又は析出硬化（４０）工程を施してもよい。実施する場合には、溶解（２０）工程及び／若しくは加工（３０）工程を付加製造体の中間体形態に実施してよい、並びに／又は付加製造体の最終形態に実施してよい。実施する場合には、析出硬化工程（４０）は、通常、付加製造体の最終形態に対して実施される。一実施形態では、付加製造体は、所望により、≧０．５容積％の析出相（複数）をその内部に伴う上記の材料組成物のいずれかなどの、合金要素並びにいずれかの不定要素及び不純物から本質的になる。
【００３１】
別の実施形態では、本新規材料は、その後の加工のための予備成形物である。予備成形物は、インゴット、形鋼鋳造品、付加製造生成物、又は粉末冶金生成物であってよい。一実施形態では、予備成形物は、最終生成物の所望の最終形状に近い形状であるが、予備成形物は、その後の加工を可能にするように設計され、最終生成物の形状を得る。従って、例えば鍛造、圧延加工、又は押出成形により予備成形物を加工（３０）して、中間生成物又は最終生成物を生成してよく、上記のように、中間生成物又は最終生成物に任意の更なる適切な溶解工程（２０）、加工工程（３０）及び／又は析出硬化工程（４０）を施して、最終生成物を得てよい。一実施形態では、加工は熱間静水圧圧縮成形（ヒッピング）を含んで成形品を圧縮する。一実施形態では、合金予備成形物を圧縮してよく、また気孔率を低下させてよい。一実施形態では、ヒッピング温度は、合金予備成形物の初期融点未満に維持される。一実施形態では、予備成形物は、ニアネットシェイプ生成物に近くてよい。
【００３２】
１つのアプローチでは、電子ビーム（ＥＢ）又はプラズマアーク技術を利用して、付加製造体の少なくとも一部を生成する。電子ビーム技術は、レーザ付加製造技術を介して容易に生成されるものよりも、より大きい成形品の生成を促進する。一実施形態では、方法は、電子ビーム銃の金属線供給装置部分に小径の金属線（例えば、直径で≦２．５４ｍｍ）を供給することを含む。金属線は、上記の組成物からなるものであってよい。電子ビーム（ＥＢ）は、形成される本体の液相線点を超えて金属線を加熱し、続いて、溶融池の高速凝固（例えば、少なくとも毎秒１００℃）をもたらし、析出材料を形成する。従来のインゴットプロセスにより、又は粉末固化プロセスにより、金属線を作製することができる。必要に応じて、最終生成物が生成されるまで、これらの工程を繰り返してよい。本明細書にて開示された合金と共に、プラズマアーク金属線供給材料も同様に使用してよい。一実施形態では、図示されてはいないが、電子ビーム（ＥＢ）又はプラズマアーク付加製造装置は、対応する複数の異なる放射線源と共に、複数の異なる金属線を用いてよく、金属線及び源のそれぞれが供給されかつ作動して、合金要素及びいずれかの任意の不定要素を有する金属マトリックスを有する生成物を、適切に提供する。
【００３３】
別のアプローチでは、方法は、（ａ）１種以上の金属粉末を成形基材に向けて、又は成形基材上に選択的に吹付けること、（ｂ）放射線源を介して、形成される生成物の液相線温度を超えて、金属粉末を加熱する、及び任意に成形基材を加熱することにより、溶融池を形成すること、（ｃ）溶融池を冷却することにより、金属生成物の固体部分を形成し、冷却が、少なくとも毎秒１００℃の冷却速度での冷却からなること、を含んでよい。一実施形態では、冷却速度は、少なくとも毎秒１０００℃である。別の実施形態では、冷却速度は、少なくとも毎秒１０，０００℃である。冷却工程（ｃ）は、放射線源を溶融池から離すこと、及び／又は放射線源から離れた溶融池を有する成形基材を移動させることにより、行われてよい。必要に応じて、金属生成物が完成するまで、工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返してよい。吹付け工程（ａ）は、１つ以上のノズルを介して行われてよく、かつ金属粉末の組成物を変更することができ、必要に応じて、金属マトリックスを有する調整された最終金属生成物を適切に提供し、金属マトリックスは合金要素及びいすれかの任意の不定要素を有する。加熱される金属粉末の組成物は、どの時点においても、異なるノズルにて異なる粉末を使用することにより、及び／又は任意の１つのノズルに実時間にて供給される粉末組成物（複数）を変化させることにより、実時間で変更することができる。被加工物は、任意の好適な基材であることができる。一実施形態では、成形基材は、それ自体が金属生成物（例えば、合金生成物）である。
【００３４】
上記のように、溶着を使用して金属生成物を生成（例えば、合金生成物を生成）してよい。一実施形態では、生成物は、異なる組成物の複数の金属構成要素の形態にて、前駆体材料に適用される溶融作用により、生成される。前駆体材料は、お互いに対して並列に存在してよく、溶融及び混合を同時に可能にする。一例では、電気アーク溶接の過程で溶融が発生する。別の例では、付加製造中に、レーザ又は電気ビームにより溶融を実施してよい。溶融作用は、溶融状態で混合した複数の金属構成要素、及び合金の形態でなどの金属生成物の形成をもたらす。前駆体材料は、異なる組成物の金属又は金属合金の複数の細長いストランド若しくは繊維、又は第１組成物の細長いストランド若しくはチューブ、及び、例えば、１つ以上のクラッド層を有するチューブ又はストランド内に含有される第２組成物の隣接した粉末などの、複数の物理的に分離した形態の形にて提供されてよい。例えば、複数のストランド又は繊維又は外殻を伴うチューブを有する、ねじれたケーブル若しくは金属線又は編組ケーブル若しくは編組線、及びその内腔内に収容される粉末などの構造へと、前駆体材料を形成してよい。本構造は、次に、例えば、付加製造用の溶接電極又は供給原料として使用することにより、その一部分、例えば先端を溶融操作のために暴露するように処理されてよい。使用する場合、本構造及びその構成要素前駆体材料を溶融し、例えば、連続的なプロセス又は別個のプロセスにて、付加製造のために析出される、材料の溶接ビーズ又は溶接線又は溶接点を形成してよい。
【００３５】
一実施形態では、金属生成物は、材料の間に挟入されかつ材料に接合される溶接体若しくは充填材である、又は溶接される材料である、例えば、少なくとも部分的に充填材が充填される開口を伴う、同一の若しくは異なる材料の２つの本体又は単一材料の本体である。別の実施形態では、充填材は溶接される材料に対して組成物が変化する融合部を示し、これにより、得られた組み合わせは合金生成物であると考えることができる。
【００３６】
＜ｆｃｃ固溶体構造から本質的になる新規ｆｃｃ材料＞
上記の開示は、一般に、その内部に析出相（複数）を有するｆｃｃ材料を生成する方法について記載している一方、ｆｃｃ固溶体構造から本質的になる材料を生成することもまた、可能である。例えば、前述したように、インゴット、鍛錬体、形鋼鋳造、又は付加製造体を生成した後、例えば溶解工程（２０）に対して記載された上記の方法により、本材料を均質化してよい。適切な急冷により、あらゆる第二相粒子の析出を抑制／制限してよく、それにより、いずれの第二相粒子をも本質的に含まないｆｃｃ固溶体材料、即ち、ｆｃｃ固溶体構造から本質的になる材料を実現する。
【００３７】
本明細書に記載された新技術の種々の実施形態を詳細に説明してきた一方で、それら実施形態の変更及び調節が当業者に対して発生することが、明らかである。しかし、このような変更及び調節が、本明細書にて開示する技術の趣旨及び範囲内にあることを、明確に理解すべきである。
【図１】
2019516014.tif 000005
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月9日(2018.10.9)
【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】
２．１〜５．４重量％のＡｌと、
４．７〜２８．９重量％のＣｏと、
５６．５〜８９．３重量％のＮｉと、
３．９〜９．４重量％のＴｉ、及び
いずれの任意の不定要素及び不純物である残部と、からなる、組成物。
【請求項２】
前記不定要素が、０．１５重量％までのＣ、０．１５重量％までのＢ、０．５重量％までのＨｆ及び０．５重量％までのＺｒを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
少なくとも２．４重量％のＡｌを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
少なくとも５．２重量％のＣｏを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
８８．１重量％以下のＮｉを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
少なくとも４．３重量％のＴｉを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
８．６重量％以下のＴｉを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
２．４〜４．９重量％のＡｌ、５．２〜２６．３％のＣｏ、６２．７〜８５．４重量％のＮｉ、及び４．３〜８．６重量％のＴｉを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
請求項１〜８に記載の組成物のいずれかからなる合金体。
【請求項１０】
航空宇宙用又は自動車用の構成部品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１１】
前記航空宇宙用又は自動車用の構成部品がタービンである、請求項１０に記載の航空宇宙用構成部品。
【請求項１２】
密度、延性、強度、破壊靭性、耐酸化性、耐疲労性、耐クリープ性、及び高温耐熱性のうち、少なくとも２つの向上した組み合わせからなる、請求項９に記載の合金体。
【請求項１３】
インゴットの形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１４】
圧延加工品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１５】
押出加工品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１６】
鍛造品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１７】
形鋼鋳造品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１８】
付加製造製品の形態である、請求項９に記載の合金体。
【請求項１９】
（ａ）
２．１〜５．４重量％のＡｌと、
４．７〜２８．９重量％のＣｏと、
５６．５〜８９．３重量％のＮｉ、及び
３．９〜９．４重量％のＴｉと、を含む供給原料を、付加製造装置内で使用すること、
（ｂ）前記供給原料を用いて、前記付加製造装置内で金属生成物を製造すること、からなる、方法。
【請求項２０】
前記供給原料が粉末供給原料からなり、
（ａ）前記粉末供給原料の金属粉末を層に分散させること、及び／又は前記粉末供給原料の金属粉末を基材に向けて、又は基材上に吹付けること、
（ｂ）前記金属粉末の一部を、その液相線温度超にて選択的に加熱し、それにより、溶融池を形成すること、
（ｃ）前記溶融池を冷却し、それにより、前記金属生成物の一部を形成し、前記冷却が、少なくとも毎秒１００℃の冷却速度での冷却からなること、及び
（ｄ）前記金属生成物が完成するまで工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返し、前記金属生成物が金属マトリックスを含み、前記Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉがマトリックスを構成すること、からなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記加熱が放射線源による加熱からなり、かつ前記冷却速度が少なくとも毎秒１０００℃である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記供給原料が金属線供給原料を含み、
（ａ）放射線源を用いて前記金属線供給原料をその液相線点超にて加熱し、それにより、溶融池を生成し、前記溶融池がＡｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉからなり、
（ｂ）少なくとも毎秒１０００℃の冷却速度にて前記溶融池を冷却すること、及び
（ｃ）前記金属生成物が完成するまで工程（ａ）〜（ｂ）を繰り返し、前記金属生成物が金属マトリックスを含み、前記Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＴｉがマトリックスを構成すること、からなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記冷却速度が、少なくとも１つの析出相を形成するのに十分であることを含む、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの析出相が、Ｌ１２、Ｎｉ３、Ｔｉ、及びＢ２のうち少なくとも１つを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記金属生成物が、少なくとも０．５容積％の前記析出相を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記付加製造装置が、結合剤噴霧装置を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記付加製造装置が、指向性エネルギー堆積装置である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記指向性エネルギー堆積装置が、電子ビーム装置又はプラズマアーク装置を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属生成物を加工することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記金属生成物が最終付加製造体であり、かつ前記加工が前記最終付加製造体の加工である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
第１生成工程が、前記供給原料を使用して前記金属生成物の一部を生成し、
第２生成工程が、前記供給原料を使用して前記金属生成物の別の一部を生成し、
少なくとも前記第１又は第２生成工程の後に前記加工が発生することを、前記生成工程が含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記加工が、前記第１生成工程と前記第２生成工程との間で発生する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記加工が、熱間静水圧圧縮成形を含む、請求項２９〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記加工が、１種以上の圧延加工、鍛造、及び押出成形を含む、請求項２９〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2019516014.tif 000010
2019516014.tif 000011