[发明专利]由铝和钛的合金制作三维部件的方法

说明书

本发明提供用于制造包含钛基合金的烧结三维部件的方法，该方法包括以下步骤：制备注射组合物(步骤E10)，该注射组合物包含粘合剂和钛基合金的粉末，该钛基合金包含铝和/或铬作为合金添加元素；将注射组合物注入(步骤E20)模具的空腔中，以获得待制作的部件的坯料；选择性地消除(步骤E50)坯料中的粘合剂；烧结(步骤E601)钛基合金的粉末的第一步骤，该粉末在第一烧结步骤中经受高于或等于1毫巴的第一压力，以获得由烧结合金粉末制作的部件的预制件；在第一烧结步骤之后进行的第二烧结步骤，其中施加第二压力(步骤E602)，该第二压力低于第一压力，对第二压力的施加时间进行选择，从而位于预制件表面的厚度为200μm的层中铝和/或铬的重量含量不因第二烧结步骤而发生超过5％的相对值变化。

技术领域

本发明涉及基于金属合金的三维部件的制作方法的一般领域。

背景技术

更具体而言，基于钛的合金用于将要经受高热机械应力和腐蚀性气氛的部件。这些合金起到降低这种部件的重量的作用，从而由于成本和/或能量效率的原因，使用这种部件是有利的，例如在航空领域的应用。

由钛基金属合金制成的部件传统上是通过涉及特定的铸造或电子束熔化(EBM)的方法制造的。复杂形状的部件(例如涡轮发动机叶片)难以制造，并且在应用上述生产方法之后需要较多的处理和加工步骤。特别地，额外的加工步骤通常导致高废品率，这增加了生产成本。

为了控制成本并获得在制造后需要较少加工的形状精确的部件，对可以从钛基合金制造复杂形状的部件而不存在这些缺点的方法存在需求。

金属注射成型(MIM)方法是已知的，并且能够获得具有精确形状的金属部件而在生产后不需要大量昂贵的加工。

这种方法包括以下步骤：制备基于金属粉末(例如金属合金)并同时含有至少一种粘合剂(例如热塑性树脂)的注射组合物；将注射组合物注入模具的空腔中以制作部件的坯料；选择性地消除存在于坯料中的粘合剂(称为“脱粘 (debinding)”)，例如，在受控温度下使用溶剂；以及烧结金属粉末以使其致密化。

然而，使用传统MIM方法由钛基合金制成的部件通常具有不均匀的机械性质以及相对大量的氧化，从而缩短其寿命。

发明内容

作为通过传统MIM法获得的部件的测试结果，本发明人观察到其机械性能的不均匀性或相对大量的氧化主要是由于合金的化学组成在制造部件的过程中发生改变。更准确地说，本发明人观察到在合金粉末烧结步骤中发生部件的化学组成的这种改变，其主要是由合金添加元素的蒸发导致的。另外，最熟知的MIM方法推荐在烧结密封体中施加低压，其中随着密闭体中压力的降低而使得添加元素的蒸发增加。

本发明寻求通过提出一种制造包含钛基合金的烧结三维部件的方法来克服现有技术的MIM方法的缺点，其使得可以减缓合金的化学组成的不期望的改变，从而获得呈现均匀的机械性质的复杂形状的部件。

该目标通过用于制造包含钛基合金的烧结三维部件的方法来实现，该方法包括以下步骤：

·制备注射组合物，该注射组合物包含粘合剂和钛基合金的粉末，该钛基合金包含铝和/或铬作为合金添加元素；

·将注射组合物注入模具的空腔中，以获得待制作的部件的坯料；

·选择性地消除坯料中的粘合剂；以及

·烧结钛基合金的粉末的第一步骤，该粉末在第一烧结步骤中经受高于或等于1毫巴(mbar)的第一压力，以获得由烧结合金粉末制作的部件的预制件。

在第一烧结步骤期间控制压力是必要的，因为有必要确保部件在高温下致密化，同时避免第一烧结步骤导致预制件的化学组成产生任何显著的改变。因此，通过将第一压力设定为高于或等于1毫巴，该第一压力高于烧结温度下添加元素的饱和蒸气压，从而限制其蒸发，并限制第一烧结步骤导致的部件的化学组成的任何改变。