[发明专利]用于选择性激光熔化的金属粉末的处理方法

说明书

本发明公开了用于选择性激光熔化的金属粉末的处理方法。本发明涉及用于处理呈金属粉末形式的基材的方法，所述金属粉末由基于Ni、Co、Fe或其组合的高温合金制成，或由TiAl合金制成，经处理的粉末用于增材制造，尤其是用于三维制品的选择性激光熔化（SLM）。所述方法的特征在于：‑在第一步测定基材的化学组成，并将粉末各元素的测定量与计算的目标化学组成相比较，这对于后续SLM制造工艺而言是必要的，‑仅在干燥且纯的保护气氛下存储和雾化粉末，和/或‑通过后气相处理来处理粉末，由此向粉末颗粒中添加特定元素或从粉末颗粒中去除特定元素，并调节所添加或已经存在的特定元素的含量，以满足根据第一步的各元素的计算目标量。

技术领域

本发明涉及用于增材制造(additive manufacturing)工艺，特别是选择性激 光熔化(SLM)的金属粉末。更具体而言，本发明涉及用于处理由Ni-、Co-、 Fe-基高温合金(super alloys)或TiAl合金制成的粉末的方法，其用于制造三维 制品，例如燃气轮机的组件，如叶片或翼片。所述方法可以用于制造新的粉末， 用于金属粉末的后处理或用于已经使用过的金属粉末的再循环/再生 (refreshing)。

背景技术

由于以下限制性缺点，目前的现有技术中存在对改进金属SLM粉末处理的 需求：

a)已知的是，不同批次的SLM粉末质量-甚至在相同合金和同一供应商的 情况下-往往显示出在化学组成和流动性方面的显著变化。这基于所选的用于粉 末生成(气/水雾化)的方法，用于雾化的保护气体的种类、纯度(pureness)和 干燥度，所用原料(主熔体(master melt)或元素的原材料)的种类，其化学组 成/纯度(purity)，并且最后基于装料(filling)技术和在粉末容器中的存储。文 献WO 2012/097794A1描述了例如在相同的制造设备中和在相同的气氛下的组 合粉末雾化和涡轮叶片的SLS制造，其目的是生产非常纯的不改变质量的粉末。 但是，这仅在气氛的纯度不变的情况下才可以实现。

b)高度沉淀强化的Ni基高温合金的可焊性强烈依赖于某些关键的微量和 痕量元素(例如Si、Zr)的含量。这是由申请人例如在EP2886225A1中所公开 的。基于化学分析，在大多数情况下，可商购的Ni基合金(呈粉末形式)在这 些关键元素方面表现出显著的浓度差异。

c)高度沉淀强化的Ni基高温合金的可焊性还显示出与Al、Ti、以及组合 的Al和Ti含量的相关性。即使这种依赖性与对于标准焊接技术(TIG、MIG、 MAG、LMF等)所观察到的影响相比不那么显著，但它还是对通过SLM处理 可获得的焊缝等级(weld classes)的整体质量有所贡献。

d)对SLM可加工性具有影响的粉末流动性尤其取决于粉末粒度分布(参 见例如US5147448A，其描述了用于生产细金属粉末的技术)、粉末颗粒形状和 粉末批次中的总体湿度含量。后者也是在制品的SLM构建中的激光熔化过程中 原位金属氧化物相形成的风险因素。具体来说，所设想的粉末后处理次序对于 所述问题的改进是必要的。

e)SLM工艺腔室内的保护气氛的纯度可能在整个工艺时间过程中变化(局 部泄露、从商业粉末批次中取出氧杂质、保护气体中的污染等)。在SLM处理 过程中，这可能导致产生残余助焊剂(熔渣)和/或相关的气体夹杂物，作为另 一个缺点。在文献US 2013/0316183A1中因此提出添加可商购的助焊剂产品作 为粉末混合物中的单独级分(fraction)或作为复合颗粒，但由于大量助焊剂残 余物和相关的夹渣，SLM显微组织中的孔隙和裂纹形成的风险，这是相当不利 的。