(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加製造方法によって物体を形成する際にチタン水素化物を使用し、
前記チタン水素化物を５００℃と１２００℃の間の温度にて熱処理し、
前記物体の形状が完成した後、前記物体を真空下で、５００℃と１２００℃の間の温度にて脱水素化し、前記脱水素化された物体における最も小さいアルファコロニーの寸法は、２５ミクロン未満であり、アルファコロニー及び粒界における針状アルファ相の最小寸法は、１０ミクロン未満となるようにする、付加製造方法。
【請求項２】
前記チタン水素化物を使用するに際し、前記物体にチタンを加えつつ、水素含有ガスを用いてチタンを水素化する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水素含有ガスは、Ｈ2である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記チタン水素化物を使用するに際し、水素を含有するチタン供給材料を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記供給材料は、水素化チタン粉末である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記供給材料は、拡散された水素を含有するチタンワイヤ、又は、拡散された水素を含有するチタン合金ワイヤである、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記熱処理は、５００℃と１２００℃の間で行われる、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記熱処理は、前記物体にチタンを加えつつ行われる、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記熱処理に際し、水素含有ガスを用いてチタンを水素化しつつ、チタン供給材料を溶融するとともに、チタン水素化物を前記物体に付加する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱処理は、前記物体の形状が完成した後で且つ前記脱水素化の前に行われる、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記熱処理及び前記物体の形状の完成後で、前記脱水素化の前に、前記物体を冷却することをさらに含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記形状が完成した物体は、前記脱水素化の前において、０．５〜１．２重量％の水素を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記脱水素化された物体は、アルミニウム及びバナジウムと合金化されたチタンを含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、航空機部品などの３Ｄ物体を作製するための付加製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
「付加製造」（Additive manufacturing; AM)は、３Ｄフリーフォーム製造（3D free form manufacturing）、デジタル製造、直接金属堆積（direct metal deposition）、シェイプドメタルデポジション（shaped metal deposition）などとしても知られており、機械加工などの除去製造技術とは対照的に、材料を加えていくことで三次元（３Ｄ）物体を作製するプロセスのことをいう。３Ｄプリンティングは、付加製造の１つの形態である。付加製造では、指定箇所に対して材料が増分的に付加され、これは、多くの場合、一度に一層ずつ行われる。物体の「造形方向（build direction）」とは、増分材料が連続的に付加又は積層される方向のことをいう。付加製造のための既知の装置には、粉末床システム（powder bed system）、粉末供給システム、ワイヤ供給システム等があり、これらは例えばFrazier, William E.による“Metal additive manufacturing: A review.”−Journal of Materials Engineering and Performance 23, no. 6 (2014): 1917-1928に記載されており、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００３】
金属合金などの高価な材料から複雑な部品を製造するための既知のプロセスに対して、付加製造は有利な点がある。付加製造では、除去製造で起こるようなスクラップの発生を、大幅に減らすことができる。固体材料のワークピースから部品を機械加工する場合とは異なり、付加製造は、実質的に、ネットシェイプ部品（net-shape part）又はニアネットシェイプ(near net-shape part）部品の形成に必要な量又はそれに近い量の材料だけを使用する。
【０００４】
一方で、付加製造によって作製された物体は、独特の冶金学的特性及び機械的特性を呈する。付加製造によって作製された部品は、寸法は正確に許容差範囲内に収まるが、材料の増分付加のため、所望の機械的特性を欠く場合もある。従って、冶金学的及び／又は機械的特性を向上させる、さらなる付加製造技術が望まれている。
【発明の概要】
【０００５】
付加製造方法は、付加製造によって物体を形成する際にチタン水素化物を使用することを含み、当該物体は第１の微細構造を有する。当該方法は、チタン水素化物を熱処理し、物体の形状が完成した後、前記物体を脱水素化することを含む。脱水素化された物体は、第１の微細構造とは異なる第２の微細構造を有する。
【０００６】
別の付加製造方法は、付加製造によって物体を形成する際に、付加製造供給材料として、チタン、水素化チタン、アルミニウム及びバナジウムを使用することを含み、物体は第１の微細構造を有する。当該方法は、物体の形状が完成した後、物体を熱処理し、熱処理された物体を冷却し、冷却された物体を脱水素化することを含む。脱水素化された物体は、第１の微細構造に比べて、より微細且つ均一な構造である第２の微細構造を有する。
【０００７】
さらに別の付加製造方法は、付加製造によってＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを含有する物体を形成し、当該物体は、付加製造の造形方向に沿う柱状構造を含む第１の微細構造を有し、且つ、柱状構造に起因する機械的特性の異方性を呈する。当該方法は、物体の形状が完成した後、水素含有ガスを用いてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを水素化し、チタン水素化物を含むこの物体を熱処理し、熱処理された物体を脱水素化することを含む。当該方法は、機械的特性の異方性を低減し、脱水素化された物体は、第１の微細構造とは異なる第２の微細構造を有する。
【０００８】
特徴、機能、及び、利点は、本願の開示の様々な実施形態によって個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】水素含有量が０．６８重量パーセントとなるよう熱水素化処理を行う前の、ｘ方向におけるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の顕微鏡写真である。
【図１Ｂ】水素含有量が０．６８重量パーセントとなるよう熱水素化処理を行った後の、ｘ方向におけるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の顕微鏡写真である。
【図２Ａ】水素含有量が０．９重量パーセントとなるよう熱水素化処理を行う前の、ｘ方向におけるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の顕微鏡写真である。
【図２Ｂ】水素含有量が０．９重量パーセントとなるよう熱水素化処理を行った後の、ｘ方向におけるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の顕微鏡写真である。
【図３Ａ】水素含有量が０．６８重量パーセントとなるよう熱水素化処理を行う前の、ｚ方向におけるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】水素含有量が０．６８重量パーセントとなるよう熱水素化処理を行った後の、ｚ方向におけるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の顕微鏡写真である。
【図４Ａ】水素含有量が０．９重量パーセントとなるよう熱水素化処理を行う前の、ｚ方向におけるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の顕微鏡写真である。
【図４Ｂ】水素含有量が０．９重量パーセントとなるよう熱水素化処理を行った後の、ｚ方向におけるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
いくつかの実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１１】
付加製造プロセスは、飛行機部品などのネットシェイプ又はニアネットシェイプの金属部品の製造において、大きな可能性を有している。付加製造は、既存のコンポーネントの一部を修理又は再造形（rebuild）するのにも用いることができる。しかしながら、付加製造によって形成されるチタン合金などの金属合金は、造形方向に沿う大きな柱状粒構造（columnar structures）を形成する傾向があることが、観察によって明らかになっている。このような柱状粒構造は、機械的特性の異方性の原因となり、疲労強度の低下をもたらしうる。１つの方向においては望ましい機械的特性が得られる一方で、別の方向においては機械的特性が大きく異なることがあり得る。また、１つの方向においては、機械的特性が許容差範囲内である一方、別の方向においてはそうでないことがあり得る。この結果、部品が、指定された設計仕様に合致せず、許容差範囲内の機械的特性を有しないということが起こりうる。
【００１２】
熱機械処理は、既知のプロセスによって作製されたコンポーネントの微細構造を改良することができる、１つの手法である。既知のプロセスでは、機械加工の前にワークピースに対して熱機械処理を行うことによって、機械的特性の等方性がより大きく、疲労強度が向上した部品を得ることができる。しかしながら、既知の熱機械処理技術は、ネットシェイプ又はニアネットシェイプの付加製造コンポーネントには適用できない。材料を機械加工することによって微細構造を改良する既知の技術には、鍛造、加圧、圧延、押出成形などがあるが、これらは、付加製造部品を破壊することになる。
【００１３】
これに対して、本明細書に記載の方法及び装置は、熱水素処理（thermal-hydrogen processing: THP）に基づいて、付加製造コンポーネントの微細構造を改良するとともに機械的特性を変化させることを含む。熱水素処理は、一時的に添加する元素として水素を用いることによって、機械的特性が変化するように微細構造を改良する。熱水素処理は、可逆的な水素化−脱水素化法を用いることによって、微細構造の改良を実現する。要約すると、熱処理中に、水素が金属中に拡散し、脱水素化中の水素の除去によって微細構造の変化が引き起こされる。
【００１４】
チタン及びその合金は、熱水素処理に好適である。従って、１つの付加製造方法は、付加製造によって物体を形成する際にチタン水素化物を使用することを含み、当該物体は第１の微細構造を有する。当該方法は、チタン水素化物を熱処理することを含む。当該方法は、物体の形状が完成した後、物体を脱水素化することを含み、当該脱水素化された物体は、第１の微細構造とは異なる第２の微細構造を有する。
【００１５】
一例として、チタン水素化物を使用することは、物体にチタンを付加しつつ、水素含有ガスを用いて付加用チタンを水素化することを含む。注目すべきことに、熱水素処理は、拡散を伴う。従って、物体を造形する際に用いられる付加用チタンに水素が拡散されてチタン水素化物が形成され、これが造形中に付加される。水素含有ガスは、Ｈ2、又は、Ｈ2と希ガスなどの不活性ガスとの混合物を含みうる。「水素化」とは、多くの場合、水素分子（Ｈ2）と別の分子又は元素との反応のことをいう。しかしながら、本明細書の文脈においては、「水素化」は、材料内に水素を導入することを指すものとして、広義に定義される。本明細書における水素化は、例えばＴｉＨ2を形成するなど、水素分子と反応させることを含みうるが、例えば水素が混合された材料を生成するための拡散又はその他の方法も、使用される特定の水素の種類にかかわらず、含みうる。
【００１６】
チタン水素化物の使用は、上記に代えて、水素を含有する付加製造用のチタン供給材料、例えば水素化チタンの形態のもの、を使用することを含みうる。すなわち、付加製造法で用いるために提供される供給材料は、すでに水素化されたものであってもよい。一例として、ＴｉＨ2などの水素化チタンの粉末があげられる。水素化チタン粉末に対するチタン粉末の割合を適宜選択することによって、約０．５〜約１．２重量パーセントの水素など、付加製造部品における所望の水素含有量を実現することができる。水素化チタン粉末は、チタン粉末に比べて低コストで入手可能なため、水素化チタンを用いることは、付加製造部品を水素化することに加えて、コストを低減する手段でもある。
【００１７】
付加製造プロセスにおいて所望される供給材料の種類に応じて、水素を含む他のチタン供給材料を生成してもよい。例えば、水素が拡散されたチタンワイヤ、又は、水素が拡散されたチタン合金ワイヤを用いてもよい。有益なチタン合金としては、アルミニウム及びバナジウムを含有するものがあり、その一例はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖである。
【００１８】
水素含有ガスから材料中に水素を拡散させることによって水素化を行う場合、水素化を行う温度を制御することは、処理後の材料の水素含有量を制御する１つの要素となりうる。水素化は、約５００℃と約１２００℃の間、例えば約６００℃と約１０００℃の間において行ってもよい。材料中に水素を拡散させるために用いるガスにおける水素含有量も、別の要素となりうる。当該ガス内の水素含有量は、約１〜約１００ｖｏｌ％（体積パーセント）、例えば、約２０〜９５ｖｏｌ％を含め、約５〜約９５ｖｏｌ％とすることができる。
【００１９】
水素化中に付与される熱とは別に、当該方法は、さらなる熱処理を含んでもよい。構成によっては、さらなる熱処理を行わないことも考えられ、これは、例えば、水素化中に付与された熱が、本明細書に記載の熱処理の目的を十分に果たす場合である。
【００２０】
熱処理は、供給材料の種類及び付加製造のタイプに応じて、様々な態様で行うことができる。熱処理は、約５００℃と約１２００℃の間、例えば約６００℃と約１０００℃の間で行うことができる。温度は、主として冶金学的組成及び所望の微細構造に基づいて決定してもよい。当業者であればわかるように、組成に対応した、相転移温度を示す既知の状態図を参照することは、有益と思われる。この例は、Froes, F. H., O. N. Senkov及びJ. I. Qazi.による、“Hydrogen as a temporary alloying element in titanium alloys:
thermohydrogen processing.” International Materials Reviews 49, no. 3-4 (2004): 227-245 に示されおり、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２１】
材料中に水素が拡散している状態において、熱処理によって、材料は、第１の相から、水素の存在によって安定化された第２の相へと相転移する。相転移によって、結晶構造は、例えば六方最密構造から体心立方格子構造に変化する。熱処理は、物体の形状の完成後で脱水素化の前に行ってもよい。
【００２２】
付加製造装置は、付加製造と同じチャンバ内で熱処理が行えるものを入手するか、又はそのように改良してもよいし、あるいは、物体を装置から取り除いて、熱処理を含むさらなる処理を行うための別の装置に配置してもよい。あるいは、物体にチタンを加えつつ熱処理を行ってもよい。熱処理は、合金化効果が高まるように材料内の水素の拡散を促進することを意図している。また、相転移温度に達すると、本明細書及び引用文献に記載されているように、相変化が起こる。付加製造プロセスの中には、供給材料を溶融して、材料を付加するものもある。溶融は、例えば、電子ビーム、プラズマ、電気アーク、レーザーエネルギー、タッチフレーム（touch flame）などに曝露することによって行うことができる。熱処理は、水素含有ガスを用いて付加用チタンを水素化し且つチタン水素化物を前記物体に加えつつ、付加製造用チタン供給材料を溶融することを含みうる。
【００２３】
熱水素処理としては、１９８５年３月１９日にSmickleyらに付与された米国特許第４５０５７６４号などに記載されているような、鋳造チタンの微細構造改良のためのものが知られている。このように、チタンワイヤ又はチタン合金ワイヤなどの水素化供給材料が使用される際には、チタン材料を水素化するための既知の技術を供給材料に用いることができる。
【００２４】
Ｈ2又はその他の水素含有ガス前駆物質の水素含有量を変化させることによって、付加製造中に形成される水素化された材料内の水素組成を制御することができる。アルゴン、ヘリウム、クリプトン、及びその他の希ガス又は不活性ガスを、水素含有ガスに用いることができる。水素と不活性ガスの割合、又は、それぞれのガスの分圧を制御することは、水素化された材料内の水素組成を制御するのに効果的である。
【００２５】
水素を含有しない供給材料を使用する場合は、造形中に熱処理を行うことが考えられる。この場合、熱処理によって、供給材料内への水素の拡散が造形中に促進される。造形中に供給材料を溶融すれば、付加された材料に水素を拡散するのに十分な熱エネルギーが造形中にもたらされると考えられる。また、造形の完了後に、さらなる熱処理を行うことによって、相転移を完了させてもよい。
【００２６】
また、水素を含む供給材料に対しては、造形が完了するまで熱処理を行わないことによって、造形中に物体から外部に水素が拡散されるのを回避することも考えられる。造形後の熱処理によっても、物体内に水素を拡散させることが可能である。しかしながら、水素含有雰囲気下で熱処理を行うことによって水素含有供給材料から外部への水素の拡散を抑制し、これにより、材料内への水素の拡散を促進する熱処理を、造形中に行えるようにすることも想定される。
【００２７】
当該方法は、熱処理及び物体の形状の完成後で、脱水素化の前に、物体を冷却することをさらに含んでもよい。冷却によって、脱水素化に先立っての熱処理中に形成された相を安定させ、これにより微細構造の改良が起こりうる。急冷（焼き入れ）による冷却が好ましく、これは、既知の技術を用いて物体の温度を急激に低下させることを含む。また、炉冷（furnace cooling）も好適であり、これは、温度を徐々に低下させることを含み、この温度低下は、造形中に、水素含有量に対して周囲の水素含有量を一定に維持しつつ行ってもよい。他の冷却技術を用いることもでき、それらは、主として所望の微細構造の特徴に応じて、それぞれ選択することができる。
【００２８】
鍛造チタン又は鋳造チタンの熱水素処理のための既知の技術を参考として、温度、処理時間（dwell time）等を含め、適切な加熱及び冷却の方法を見出すことができる。付加製造部品の熱水素処理は、鋳造部品に比べて、利点を有する。鋳造部品は、水素化の前にモールドから取り外さなければならない。また、モールドからの取り外しに加えて、機械的洗浄や化学的洗浄による表面洗浄を行って、鋳造チタン合金の外側バリア層を除去する必要がある。付加製造部品にはそのようなバリア層は存在しないため、熱水素化及び脱水素化は、洗浄なしで行うことができる。
【００２９】
完成形状体は、脱水素化の前の状態で、約０．５〜約１．２重量パーセントの水素、例えば、約０．６〜約１重量パーセントの水素を含むものとしてもよい。脱水素化された物体は、アルミニウム及びバナジウムと合金化されたチタン、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを含むものであってもよい。チタン合金は、例えば、既知の状態図によって規定されるアルファ合金、アルファ＋ベータ合金、及び、ベータ合金を含んでいてもよい。ここで、アルファとベータは、異なる相状態を指す。
【００３０】
アルファチタン合金は、限定するものではないが、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、及び、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖを含む。アルファ＋ベータ合金は、限定するものではないが、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｖ−１Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−５Ｚｒ−０．５Ｍｏ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−５．８Ａｌ−４Ｓｎ−３．５Ｚｒ−０．５Ｍｏ−０．７Ｎｂ−０．３５Ｓｉ−０．０６Ｃ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ  ＥＬＩ  （extra-low interstital：特に低い含有率）、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−４Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｍｏ−０．５Ｓｉ、及び、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．８Ｍｏ−０．５Ｆｅを含む。ベータ合金は、限定するものではないが、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ−１Ｆｅ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−２．７Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−４．５Ｆｅ−６．８Ｍｏ−１．５Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ、及び、Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒを含む。
【００３１】
当該方法を用いることによって、アルミニウム化チタン（titanium aluminide）などのチタン金属間化合物を含む材料の微細構造を改良することができ、ここで、アルミニウム化チタンには、ガンマアルミニウム化チタン及びアルファアルミニウム化チタンをが含まれる。材料の完成形状体は、バルク材料、厚膜、又は、薄膜とすることができる。完成形状体が、チタン系複合材料の一部を形成してもよい。完成形状体内の材料が多孔質である場合もあり得る。この場合、既知の技術による熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）を採用することによって、多孔性などの不良を低減してもよい。以下の説明に示すように、ＨＩＰはＴＨＰの前に行ってもよい。ただし、これに代えて、ＨＩＰを、ＴＨＰの後に行ってもよい。
【００３２】
第２の微細構造は、第1の微細構造よりも、より微細であることが望ましい。第２の微細構造における、アルファコロニー、ならびに、アルファコロニー及び前ベータ粒界内の針状のアルファ相は、第1の微細構造のものよりも、ずっと微細である。第２の微細構造内の前ベータ粒子も、第1の微細構造のものよりも、ずっと微細なものとすることができる。また、より微細な構造の方が、物体全体にわたって、より均一なものとすることができる。従って、当該方法によれば、機械的特性の異方性が低減される。熱水素処理を繰り返すことによって、各回ごとに微細構造をより微細にすることも考えられる。
【００３３】
改良の結果、様々な粒径が含まれる状態になるが、脱水素化された物体における最も小さいアルファコロニーの寸法は、５〜２５ミクロンを含む２５ミクロン未満、例えば、約５〜１５ミクロンとなりうる。脱水素化された物体は、アルファコロニー及び粒界における針状アルファ相の最小寸法として、０．１〜１０ミクロンを含む約１０ミクロン未満、例えば、約０．１〜０．３ミクロンの針状アルファ相幅を呈する。脱水素化された物体は、最も小さい粒子寸法として、例えば約１００μ未満の前ベータ粒径を示し、これは、１０〜１００μ、例えば約１０〜４０ミクロンを含みうる。
【００３４】
平均粒径は、例えば、ＡＳＴＭ  Ｅ１１２の試験法などの既知の手法によって測定することができる。このような測定は、物体の表面エリアの一部の選択された粒界内で行うことができる。一例として、測定エリアは、既知の方法によって計算が可能な、統計的に典型的な領域であってもよい。上述したＡＳＴＭ  Ｅ１１２の試験法に加えて、経験則によって典型的な領域を選択することも知られている。
【００３５】
脱水素化は、真空焼きなましと同様の方法で行ってもよい。拡散率に基づく計算の後に化学分析を行うことによって、所望のレベルの水素除去、例えば、２０ｐｐｍ未満が達成されたかどうかを確認することができる。水素化された付加製造部品を、真空下で、５００℃と１２００℃の間、例えば約６００℃と約１０００℃の間まで加熱することによって、材料内に供給された水素を除去することができる。
【００３６】
本方法の特徴及び利点は、特にその旨の示唆が無くとも、本明細書に記載の他の方法及び装置と組み合わせて採用することができる。
【００３７】
従って、別の付加製造方法は、付加製造によって物体を形成する際に、チタン、水素化チタン、アルミニウム及びバナジウムの付加製造供給材料を使用することを含む。当該物体は、第１の微細構造を有する。当該方法は、物体の形状が完成した後、物体を熱処理し、熱処理された物体を冷却することを含む。冷却された物体は、脱水素化され、脱水素化された物体は、第１の微細構造に比べて、より微細な構造である第２の微細構造を有する。また、当該より微細な構造は、物体全体にわたってより均一である。本方法の特徴及び利点は、特にその旨の示唆が無くとも、本明細書に記載の他の方法及び装置と組み合わせて採用することができる。
【００３８】
また、さらなる付加製造方法は、物体の形状が完成した後に物体を熱水素化することを含む。当該方法は、付加製造によって、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを含有する物体を形成することを含む。物体は、付加製造の造形方向に沿う柱状構造を含む第１の微細構造を有する。物体は、柱状構造に起因する機械的特性の異方性を呈する。当該方法は、物体の形状が完成した後、水素含有ガスを用いてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを水素化することを含む。当該チタン水素化物を含む物体は、熱処理される。当該方法は、熱処理された物体を脱水素化して機械的特性の異方性を低減することを含み、脱水素化された物体は、第１の微細構造とは異なる第２の微細構造を有する。
【００３９】
図１Ａ／Ｂ〜図４Ａ／Ｂは、２つの方向におけるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの顕微鏡写真であり、熱水素処理の前及び後の微細構造を示している。各組の図面は、水素化合金の水素含有量が０．６８重量％又は０．９重量％のいずれかの場合の、微細構造の改良を示している。各サンプルは、本方法によって処理されたものである。電子ビーム溶融粉末床による付加製造プロセスにおいてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ粉末を用いることによって、試験用の物体を形成した。完成物体に対して熱間等方圧加圧を行った後、ＴＨＰによって微細構造を改良した。本方法の特徴及び利点は、特にその旨の示唆が無くとも、本明細書に記載の他の方法及び装置と組み合わせて採用することができる。
【００４０】
また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【００４１】
付記１．付加製造によって物体を形成する際にチタン水素化物を使用し、前記物体は第１の微細構造を有し、
前記チタン水素化物を熱処理し、
前記物体の形状が完成した後、前記物体を脱水素化し、前記脱水素化された物体は、前記第１の微細構造とは異なる第２の微細構造を有する、付加製造方法。
【００４２】
付記２．前記チタン水素化物を使用するに際し、前記物体にチタンを加えつつ、水素含有ガスを用いて付加用チタンを水素化する、付記１に記載の方法。
【００４３】
付記３．前記水素含有ガスは、Ｈ2である、付記２に記載の方法。
【００４４】
付記４．前記チタン水素化物を使用するに際し、水素を含有する付加製造用チタン供給材料を使用する、付記１に記載の方法。
【００４５】
付記５．前記供給材料は、水素化チタン粉末である、付記４に記載の方法。
【００４６】
付記６．前記供給材料は、拡散された水素を含有するチタンワイヤ、又は、拡散された水素を含有するチタン合金ワイヤである、付記４に記載の方法。
【００４７】
付記７．前記熱処理は、約５００℃と約１２００℃の間で行われる、付記１〜６のいずれかに記載の方法。
【００４８】
付記８．前記熱処理は、前記物体にチタンを加えつつ行われる、付記１〜７のいずれかに記載の方法。
【００４９】
付記９．前記熱処理に際し、水素含有ガスを用いて付加用チタンを水素化しつつ、付加製造用チタン供給材料を溶融するとともに、チタン水素化物を前記物体に付加する、付記８に記載の方法。
【００５０】
付記１０．前記熱処理は、前記物体の形状が完成した後で且つ前記脱水素化の前に行われる、付記１〜９のいずれかに記載の方法。
【００５１】
付記１１．前記熱処理及び前記物体の形状の完成後で、前記脱水素化の前に、前記物体を冷却することをさらに含む、付記１〜１０のいずれかに記載の方法。
【００５２】
付記１２．前記完成形状体は、前記脱水素化の前において、約０．５〜約１．２重量％の水素を含む、付記１〜１１のいずれかに記載の方法。
【００５３】
付記１３．前記脱水素化された物体は、アルミニウム及びバナジウムと合金化されたチタンを含む、付記１〜１２のいずれかに記載の方法。
【００５４】
付記１４．前記第２の微細構造は、前記第１の微細構造に比べて、より微細な構造である、付記１〜１３のいずれかに記載の方法。
【００５５】
付記１５．付加製造によって物体を形成する際に、付加製造供給材料として、チタン、水素化チタン、アルミニウム及びバナジウムを使用し、前記物体は第１の微細構造を有し、
前記物体の形状が完成した後、前記物体を熱処理し、
前記熱処理された物体を冷却し、
前記冷却された物体を脱水素化し、前記脱水素化された物体は、前記第１の微細構造に比べて、より微細且つ均一な構造である第２の微細構造を有する、付加製造方法。
【００５６】
付記１６．前記熱処理は、約６００℃と約１０００℃の間で行われる、付記１５に記載の方法。
【００５７】
付記１７．前記完成形状体は、前記脱水素化の前において、約０．６〜約１重量％の水素を含む、付記１５又は１６に記載の方法。
【００５８】
付記１８．前記脱水素化された物体は、アルミニウム及びバナジウムと合金化されたチタンを含む、付記１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【００５９】
付記１９．前記アルミニウム及びバナジウムと合金化されたチタンは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖである、付記１８に記載の方法。
【００６０】
付記２０．付加製造によってＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを含有する物体を形成し、前記物体は、前記付加製造の造形方向に沿う柱状構造を含む第１の微細構造を有し、且つ、前記物体は、前記柱状構造に起因する機械的特性の異方性を呈し、
前記物体の形状が完成した後、水素含有ガスを用いて前記Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを水素化し、
前記チタン水素化物を含む前記物体を熱処理し、
前記熱処理された物体を脱水素化して機械的特性の異方性を低減し、前記脱水素化された物体は前記第１の微細構造とは異なる第２の微細構造を有する、付加製造方法。
【００６１】
法令に従い、構造及び方法の特徴について、ある程度具体的な用語を用いて説明している。ただし、実施形態は、図示及び説明した具体的な特徴に限定されない。従って、実施形態は、均等論に従って解釈される、添付の特許請求の範囲の適切な範囲内の形態又は改変において、特許請求される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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