[发明专利]用于包括再熔工艺的应用的具有低沉淀物密度的合金及其制备方法

说明书

用于生产用于金属增材制造中的金属基粉末的方法，所述方法包括：将合金金属前体在其液相线温度以上的温度下熔化，直到所有合金金属前体都处于液态，以产生熔融合金；通过将熔融合金转移到铸机中而铸造熔融合金；将熔融合金以约50℃/s以上的冷却速率冷却至至少在固相线温度以下的温度，以生产具有低沉淀物密度的铸造合金；将具有低沉淀物密度的铸造合金再熔以产生熔化的合金；和由再熔合金形成金属基粉末。

相关应用

本申请根据适用法律要求2019年2月7日提交的美国临时申请62/802.498的优先权，出于所有目的，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本技术领域一般涉及铸造合金，特别是具有低沉淀物密度的铸造合金、生产这种具有低沉淀物密度的铸造合金的方法，以及它们在包括再熔或烧结的应用中的用途。

发明背景

与合金锭的生产相关的一个缺点是在铸造或再固化过程中会形成沉淀物。例如，在四元铝-镁-钪-锆合金锭的正常冷却条件下会形成Al₃(Sc,Zr)稳定的沉淀物(或金属间化合物颗粒)。这些沉淀物会在进一步的处理和转变过程中引起复杂化，特别是在锭需要再熔或烧结时。因此，希望使沉淀物的尺寸最小化，使得这些沉淀物在固化过程中可以均匀分布，从而基本上不受与其与静止液相不同的密度(基于质量)相关的沉淀或浮选力的影响。作为进一步转变的实例，铸造合金锭可以再熔，随后雾化和固化以形成金属基粉末。金属基粉末可用于金属增材制造工艺。在这样的实例中，金属基粉末的物理或机械性能会对金属增材制造工艺以及最终的金属产品产生重大影响。因此，合金原料中沉淀物的存在与各种挑战有关。

在一个实例中，沉淀物可不均匀地分散在合金锭中，从而产生在锭中从一个位置到另一位置化学物种的不均匀空间分布或组成变化(例如径向变化或轴向变化或其任何组合)。例如，合金锭可表现出各向异性行为，或者可以是方向相关的，或者可以在不同方向具有不同的特性。在另一个实例中，沉淀物可不均匀地分散在合金锭中，导致同一锭批次的等分试样之间化学组成不一致的几何变化。

在另一个实例中，沉淀物可包含合金元素(例如，上述Al、Sc和/或Zr)，如果在再熔步骤中沉淀物没有完全溶解或熔化，则可以得到这些合金元素在溶体中的较低浓度。换言之，合金的主要α相可能倾向于具有富含未沉淀的合金元素(例如镁)的区域或贫含已沉淀的合金元素(例如铝、钪和/或锆)的区域。

在另一个实例中，原料组成的变化会导致后续转化产品(例如，金属粉末，如在金属增材制造工艺中使用的那些)的组成和/或不均匀材料特性的变化。例如，在金属部件的增材制造中使用具有各向异性或不均匀材料特性的粉末原料可能会导致不理想的机械特性、不均匀的层或增加数量的缺陷。

作为另一个实例，熔融合金中固体沉淀物的存在也会产生问题，包括但不限于堵塞在再熔步骤中使用的过滤器。这种堵塞会导致熔体中至少一种合金元素的浓度较低，并且会影响任何后续的转变过程或处理。

因此，仍然存在许多技术挑战，并且需要克服传统铸造合金及其制备方法的一个或多个缺点的铸造合金及其制造方法。

发明内容

根据一个方面，本技术涉及一种用于生产用于金属增材制造的金属基粉末的方法，该方法包括：

将合金金属前体在其液相线温度以上的温度下熔化，直到所有合金金属前体都处于液态，以产生熔融合金；

通过将熔融合金转移到铸机中来铸造熔融合金；

将熔融合金以约50℃/s以上的冷却速率冷却至至少固相线温度的温度，以生产具有低沉淀物密度的铸造合金；

将具有低沉淀物密度的铸造合金再熔以产生熔融合金；和

由该再熔合金形成金属基粉末。

在一个实施方案中，冷却熔融合金的温度比固相线温度低至少约70℃以抑制沉淀物的生长速率。