性激光熔化（在本 文中统称为选择性激光加热）之类的增材制造过程。增材制造装置110包括粉末馈送部分 112和制作部分114。粉末馈送部分112含有一定体积的粉末116,其通过诸如滚筒118之 类的粉末馈送和分布设备而被选择性地移动到制作部分114,该滚筒118将未处理的粉末 116的预定厚度递送到跨制作部分114的制作粉末床120的整个顶表面。然后，扫描系统 122在跨制作粉末床120的整个表面部分以编程的图案选择性地扫描诸如激光束124之类 的能量束，从而选择性地加热（熔化、部分熔化或烧结）及固化粉末的区域以形成部件126 的一部分。然后，递送活塞128向上移动以使附加的粉末116提供给滚筒118,制作活塞130 向下移动以允许制作粉末床120接受粉末116的另一个层，并且该过程利用激光束124的 分度（indexing)的图案而被重复以形成期望的部件形状。
[0047] 利用涉及超合金材料的现有技术的选择性激光加热过程，粉末状超合金材料在惰 性覆盖气体以下被加热以保护恪融或部分恪融的粉末116从而不与空气接触。与此相反， 图8中所示的本发明的实施例利用粉末状超合金材料116'加粉末状焊剂116"作为粉末 116,因而加热不必（虽然它可以任选地）在惰性覆盖气体以下执行，因为熔融焊剂提供了 从空气的必要的屏蔽。粉末116可以是粉末状合金116'和粉末状焊剂116"的混合物，或 者如上所述，它可以是合金和焊剂的复合颗粒。为了提高过程的精度，粉末116可以是细筛 孔的，例如20至100微米，并且焊剂颗粒116"的筛孔尺寸范围可以与合金颗粒116'的筛 孔尺寸范围重叠或相同。这样小的颗粒的尺寸导致每单位体积的较大表面积，因而针对在 合金颗粒表面上形成的问题氧化物有较大潜力。复合颗粒可以通过利用焊剂材料涂覆合 金颗粒而最小化该问题。此外，熔融的焊剂将通过形成保护气体并且通过与氧化物和其它 污染物的反应并将它们浮到它们在该处形成容易被移除的熔渣132的表面而提供清洁动 作以减小熔体缺陷。在粉末116的下一层被移动到制作粉末床120中之前，从每个熔融层 移除熔渣132。用于移除熔渣的一个装置在同时递交的美国专利申请号XXX(代理人案号 2012P27618US)中描述，其通过引用并入本文。
[0048] 焊剂116"用作光阱以协助激光能量的吸收，并且生成的熔渣132减慢冷却速率并 含有过程能量。焊剂116"可以被配制为在一些实施例中有助于沉积化学反应。尽管不是 必需的，在加热步骤之前加热粉末116和/或部件126可能是有利的。过程后热等静压也 不被可在一些实施例中使用的那些所要求。完成的部件126的焊后热处理可以以再热裂纹 的低风险执行，即使是针对在以上关于图6讨论的可焊区以外的超合金。
[0049] 图8中图示的过程针对原始设备制造或者针对零件的快速成型而言是有用的。此 外，该过程可以用于部件修复应用，诸如用于形成在燃气涡轮叶片上的已经从翻新服务中 移除了的替换叶片尖。本发明省去了惰性覆盖气体的需要，提供了精确的激光加工以用于 紧密公差控制，提供了在选择性激光加热过程中使用的精细超合金粉末上的氧化物的长期 问题的解决方案，并且允许具有超过前述已知可焊区的组成的超合金的无裂纹沉积。
[0050] 将理解的是，使用粉末状材料有助于功能梯度材料的沉积，其中所沉积的材料的 组成跨越时间和空间而变化。例如，如果图8的部件126是燃气涡轮叶片，叶片的平台部分 可以是第一组成并且叶片的翼面部分可以是不同的第二组成。在其它实施例中，合金组成 可以从产品的内壁变化至产品的外壁，或从产品以内变化至靠近它的表面。该合金组成可 以响应于预期的操作条件而变化，该预期的操作条件需要不同的机械或抗腐蚀特性，并且 也考虑到材料的成本。
[0051] 虽然本发明的各种实施例已在本文中示出和描述，但是很明显，这些实施例仅通 过示例的方式提供。许多变化、改变和替换可以做出而不脱离本发明。因此，本发明仅旨在 由所附权利要求书的精神和范围所限制。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 在表面上放置粉末的第一层，所述粉末的第一层包含合金材料和焊剂材料； 跨粉末的所述第一层分度能量束以在熔渣的上覆层以下选择性地固化合金的区域； 移除所述熔渣； 以有效地形成期望的部件形状的分度的图案重复所述放置、分度和移除步骤。2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括形成粉末的所述层作为合金颗粒和焊剂颗 粒的混合层。3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述合金颗粒的筛孔尺寸范围和所述焊剂颗粒的 筛孔尺寸范围重叠。4. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括形成粉末的所述层作为复合的合金颗粒和 焊剂颗粒的层。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述合金材料包含超出在绘制钛含量对铝含量 的超合金的图上定义的可焊区的组成，其中所述可焊区的上边界由与所述钛含量的轴线在 6wt%相交并且与所述铝含量的轴线在3wt%相交的直线形成。6. 根据权利要求5所述的方法，进一步包括焊后热处理所述部件形状而不引入再热裂 纹。7. 根据权利要求1所述的方法，所述方法被执行而不提供惰性气体的保护覆盖。8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述焊剂材料被配制为促进合金的固化区域的沉 积化学反应。9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述能量束是激光束。10. -种增材制造方法，其中改进包括： 选择性地加热粉末的连续层的相应的区域以形成由熔渣覆盖的合金的固化区域，所述 粉末包含合金材料和焊剂材料；以及 在加热每个下一个连续层之前移除所述熔渣。11. 根据权利要求10所述的方法，其中粉末的所述层包括混合的合金颗粒和焊剂颗 粒。12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述合金颗粒的筛孔尺寸范围和所述焊剂颗粒 的筛孔尺寸范围重叠。13. 根据权利要求10所述的方法，其中粉末的所述层是复合的合金颗粒和焊剂颗粒的 层。14. 根据权利要求10所述的方法，其中所述合金材料包含超出在绘制钛含量对铝含量 的超合金的图上定义的可焊区的组成，其中所述可焊区的上边界由与所述钛含量的轴线在 6wt%相交并且与所述铝含量的轴线在3wt%相交的直线形成。15. 根据权利要求14所述的方法，进一步包括： 重复所述加热和移除步骤以形成期望的部件形状；以及 焊后热处理所述部件形状而不引入再热裂纹。16. 根据权利要求10所述的方法，所述方法被执行而不提供惰性气体的保护覆盖。17. 根据权利要求10所述的方法，其中所述焊剂材料被配制为促进合金的固化区域的 沉积化学反应。18. 根据权利要求10所述的方法，其中所述能量束是激光束。19. 一种方法，包括： 形成包含超合金材料和焊剂材料的粉末； 在增材制造方法中使用所述粉末以在一系列层中形成期望的部件形状；以及 在形成下一层之前从每层中移除熔渣。20. 根据权利要求19所述的方法，将所述粉末形成为包括混合有焊剂材料颗粒的超合 金材料颗粒。
【专利摘要】一种增材制造方法(110)，其中粉末(116)包含超合金材料并且焊剂利用激光束(124)被选择性地熔化在各层中以形成超合金部件(126)。焊剂执行清洁功能以与污染物反应，从而将它们浮到熔融的表面以形成熔渣。焊剂还提供了屏蔽功能，从而避免需要惰性气体。粉末可以是合金颗粒与焊剂颗粒的混合物，或者其可以由复合的合金/焊剂颗粒形成。
【IPC分类】B22F3/105, B22F1/00, B23K26/144, B23K25/00
【公开号】CN105263667
【申请号】CN201480006187
【发明人】G·J·布鲁克, A·卡梅尔
【申请人】西门子能源公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2014年1月31日
【公告号】EP2950950A1, WO2014120991A1