Patent DE-102019106979-B4 (DE)
Title: Verfahren zur herstellung eines dreidimensionalen aluminiumlegierungsteils
Inventor: BOBEL ANDREW C
IPC: B22F10/50
Filed: 2019-03-19
Granted: 2024-01-11
Abstract: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Aluminiumlegierungsteils (108), wobei das Verfahren Folgendes umfasst:(a) Bereitstellen eines Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110);(b) Verteilen einer Schicht des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) auf einem Substrat (238);(c) Abtasten selektiver Bereiche der Schicht des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) mit einem Hochenergie-Laser oder Elektronenstrahl (130), um einen Pool aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) darin zu bilden, wobei die selektiven Bereiche (128) der Schicht (124) des Pulverzuführungsmaterials (110) einem Querschnitt eines zu bildenden Aluminiumlegierungsteils (108) entsprechen;(d) Beenden des Lasers oder Elektronenstrahls (130), um den Pool aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) abzukühlen und zu verfestigen, in eine feste Schicht aus Aluminiumlegierungsmaterial, worin nach Beendigung des Lasers oder Elektronenstrahls (130) der Pool aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) mit einer Rate im Bereich von 104Kelvin pro Sekunde bis 106Kelvin pro Sekunde abgekühlt wird; und(e) sequentielles Wiederholen der Schritte (b) bis (d) zum Bilden eines Aluminiumlegierungsteils (108), das aus einer Vielzahl von festen Schichten aus Aluminiumlegierungsmaterial (132) besteht,worin sich während der Verfestigung des Pools aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) in einer Lösung aus Flüssigphasenaluminium (344) Festphasenpartikel (342) bilden, bevor Festphasenaluminium-Dendriten (346) gebildet werden,worin die Festphasenpartikel (342) als Kerne zum späteren Bilden der Festphasen-Aluminiumdendriten (346) dienen,worin sich, nachdem sich die Festphasenpartikel (342) innerhalb der Lösung von Flüssigphasenaluminium (344) gebildet haben, die Festphasenaluminiumdendriten (346) in mehreren Richtungen auf den Festphasenpartikeln (342) nukleieren und wachsen, undworin jede der festen Schichten aus Aluminiumlegierungsmaterial im Aluminiumlegierungsteil (108) eine kontinuierliche Aluminium-Matrixphase beinhaltet, die eine polykristalline Struktur aufweist und überwiegend eine Vielzahl von gleichachsigen Körnern (350) beinhaltet, worin während der Verfestigung des Pools aus geschmolzenem Aluminiumlegierungsmaterial (132) das geschmolzene Aluminiumlegierungsmaterial von einer vollständig flüssigen Phase zu einem Mehrphasensystem übergeht, in dem die Festphasenpartikel (342) in der Lösung aus Flüssigphasenaluminium (344) dispergiert sind,worin das Wachstum der Festphasenaluminium-Dendriten (346) gestoppt wird, wenn benachbarte Aluminiumdendriten aufeinandertreffen und Korngrenzen (348) bilden,worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) 13-25 Gew.- % Silizium umfasst, und worin die Festphasenpartikel (342) Partikel aus Silizium umfassen,worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) auch, bezogen auf das Gewicht, Folgendes umfasst:mehr als 0 Gew.-% Eisen und weniger als 9 Gew.-% Eisen, undmehr als 0 Gew.-% Mangan und weniger als 5 Gew.-% Mangan, undworin die Festphasenpartikel (342) die Partikel von Silizium und eisenhaltigen intermetallischen Partikeln umfassen,worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110) auch 0,1-10 Gew.-% Kupfer und 0-2 Gew.-% Magnesium umfasst,Erwärmen des Aluminiumlegierungsteils (108) auf eine Temperatur im Bereich von 180 °C bis 210 °C für eine Dauer von 0,5 Stunden bis 7 Stunden, um mindestens eine kupferhaltige Ausfällungsphase innerhalb der Aluminiummatrixphase jeder der festen Schichten aus Aluminiumlegierungsmaterial im Aluminiumlegierungsteil (108) zu bilden, worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110), bezogen auf das Gewicht, Folgendes umfasst:mehr als 0 Gew.-% und weniger als 5 Gew.-% mindestens eines Keimbildners, und Rest Aluminium, und worin der mindestens eine Keimbildner ein Element oder eine Verbindung mit einer festen Löslichkeit in Aluminium von weniger als 0,5 Gew.-% bei Temperaturen unter 530 °C umfasst,worin der mindestens eine Keimbildner mindestens ein Element oder eine Verbindung aus Titan (Ti), Bor (B), Beryllium (Be), Kobalt (Co), Chrom (Cr), Cäsium (Cs), Eisen (Fe), Hafnium (Hf), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Niob (Nb), Blei (Pb), Schwefel (S), Zirkon (Zr), Antimon (Sb), Scandium (Sc), Selen (Se), Strontium (Sr), Tantal (Ta), Vanadium (V) oder Wolfram (W) umfasst,worin jedes Partikel des Aluminiumlegierungspulver-Zuführungsmaterials (110), bezogen auf das Gewicht, mindestens eines von mehr als 0 Gew.-% B und weniger als 5 Gew.-% B, mehr als oder gleich 0,7 Gew.-% Be und weniger als 5 Gew.-% Be, mehr als oder gleich 0,9 Gew.- % Co und weniger als 5 Gew.-% Co, mehr als oder gleich 0,3 Gew.-% Cr und weniger als 5 Gew.-% Cr, mehr als 0 Gew.-% Cs und weniger als 5 Gew.-% Cs, mehr als oder gleich 1,7 Gew.-% Fe und weniger als 5 Gew.-% Fe, mehr als oder gleich 0,4 Gew.-% Hf und weniger als 5 Gew.-% Hf, mehr als oder gleich 1,8 Gew.-% Mn und weniger als 5 Gew.-% Mn, mehr als 0 Gew.-% Mo und weniger als 5 Gew.-% Mo, mehr als 0 Gew.-% Nb und weniger als 5 Gew.-% Nb, mehr als oder gleich 1,4 Gew.-% Pb und weniger als 5 Gew.-% Pb, mehr als 0 Gew.-% S und weniger als 5 Gew.-% S, mehr oder gleich 0,9 Gew.-% Sb und weniger als 5 Gew.-% Sb, mehr als oder gleich 0,4 Gew.-% Sc und weniger als 5 Gew.-% Sc, mehr als 0 Gew.-% Se und weniger als 5 Gew.-% Se, mehr als oder gleich 0,5 Gew.-% Sr und weniger als 5 Gew.-% Sr, mehr als 0 Gew.-% Ta und weniger als 5 Gew.-% Ta, mehr als oder gleich 0,12 Gew.-% Ti und weniger als 5 Gew.-% Ti, mehr als 0 Gew.-% V und weniger als 5 Gew.- % V, mehr als 0 Gew.-% W und weniger als 5 Gew.-% W, oder mehr als 0 Gew.-% Zr und weniger als 5 Gew.-% Zr umfasst.