本發(fā)明涉及鋁合金、用于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法、包含所述鋁合金的輕質(zhì)金屬工件、以及所述鋁合金用于以下方面的用途：通過加層制造(additive layer manufacturing，ALM)和/或噴鍍法生產(chǎn)耐熱的輕質(zhì)金屬工件，用于發(fā)動機組件、氣缸蓋、曲柄殼體、耐熱安全組件、空調(diào)系統(tǒng)組件、結(jié)構(gòu)飛行器組件(特別是在超音速飛行器的情況下)、動力裝置段、標塔，或者作為用于組件的涂覆材料。
背景技術(shù)：
在ALM技術(shù)的范圍內(nèi)，存在不同的生產(chǎn)方法，例如粉床法、粉噴法或基于線的工藝。對于重負荷的結(jié)構(gòu)/組件，這種類型的工藝技術(shù)以通用的個體設(shè)計可能性提供了負荷優(yōu)化的組件構(gòu)造，例如，通過來自不同材料或“合金相關(guān)”材料的整體材料構(gòu)造以及整合。根據(jù)制造方法，該生成方法支持材料的最大利用以及組件的復(fù)雜性。在此，尤其可能的是通過潛在地直接整合在工藝中的部分材料調(diào)整/改變/增強，通過整合多個或至少兩個材料粉末容器或材料線導(dǎo)向裝置進行的近端輪廓組件的定制制造。對于該類型的應(yīng)用，有時有利的是使用具有相似特征的材料，例如AlMg3Si1或AlMg5Si2，其可以各自摻雜有鈧和鋯。因此，還可以通過組成或結(jié)構(gòu)的較小變化來選擇性地控制結(jié)構(gòu)的特性。為了能夠最優(yōu)地利用該類型工藝技術(shù)的潛力，需要使用工藝特定的材料。
現(xiàn)在，標準材料主要用于ALM工藝。在鈦合金的情況下，材料特別地是Ti6Al4V，并且在鋁合金的情況下，其為AlSi10Mg。
ALM工藝(特別是航空旅行中)構(gòu)成了精密鑄造技術(shù)的技術(shù)競爭，主要用于生產(chǎn)用于航空旅行或醫(yī)療技術(shù)的復(fù)雜組件，所述組件進而是薄壁的且是根據(jù)合金而負荷優(yōu)化的。在精密鑄造的情況下，鋁合金A357(AlSi7Mg0.6)主要用于薄壁結(jié)構(gòu)，而A201/KO1(AlCu5MgTiAg)主要用作壁厚度更大的組件的更堅固的變體。鑄造合金的材料特性的關(guān)鍵初始標準是鑄造結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成了后續(xù)熱處理的基礎(chǔ)，原因是在鑄造組件的情況下，沒有進一步的熱機械處理，在ALM組件的情況下也是如此。
然而，為了能夠根據(jù)組件的應(yīng)用充分地利用ALM工藝技術(shù)的優(yōu)點，需要設(shè)計工藝優(yōu)化的合金。
因此，期望提供一種鋁合金。還期望提供可以直接整合在部分或整體組件制造的生產(chǎn)過程中的鋁合金。另外，期望提供這樣的鋁合金：借助該鋁合金可以避免復(fù)雜的熱機械處理并因此進一步可以節(jié)省昂貴且耗時的工藝步驟。還期望提供這樣的鋁合金：其使得能夠進行熱處理而沒有材料損壞和/或熱應(yīng)力/翹曲。此外，期望提供這樣的鋁合金：利用該鋁合金可以省掉復(fù)雜的組件整平并且還可以提高組件的重現(xiàn)性和經(jīng)濟效率。因此，特別期望提供這樣的鋁合金：其適于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件，特別是適于通過ALM工藝技術(shù)和/或噴鍍法生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種鋁合金。本發(fā)明的另一個目的是使得鋁合金能夠直接整合在部分或整體組件制造的生產(chǎn)過程中。本發(fā)明的又一個目的是借助該鋁合金避免復(fù)雜的熱機械處理并因此進一步可以節(jié)省昂貴且耗時的工藝步驟。本發(fā)明的又一個目的是允許鋁合金進行熱處理而沒有材料損壞和/或熱應(yīng)力/翹曲。本發(fā)明的再一個目的是由于使用根據(jù)該鋁合金而省掉復(fù)雜的組件整平并且還能夠提高組件的重現(xiàn)性和經(jīng)濟效率。本發(fā)明的另一個目的是使鋁合金適于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件，特別是適于通過ALM工藝技術(shù)和/或噴鍍法生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件。
這些目的通過權(quán)利要求中所限定的主題來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求公開了有利的實施方案。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明的第一主題是由以下組成的鋁合金：
相對于所述合金的總重量為3.0重量％至6.0重量％的鎂(Mg)，
相對于所述合金的總重量為>1.0重量％至4.0重量％的硅(Si)，
相對于所述合金的總重量為0.005重量％至0.2重量％的鈦(Ti)，
相對于所述合金的總重量為0.1重量％至0.75重量％的鈧(Sc)，
相對于所述合金的總重量為0.01重量％至0.375重量％的鋯(Zr)，
相對于所述合金的總重量為0重量％至0.5重量％的選自以下的至少一種元素：鉿(Hf)、鉬(Mo)、鋱(Tb)、鈮(Nb)、釓(Gd)、鉺(Er)和釩(V)，
相對于所述合金的總重量為0重量％至0.8重量％的錳(Mn)，
相對于所述合金的總重量為0重量％至0.3重量％的鉻(Cr)，
相對于所述合金的總重量為0重量％至1.0重量％的銅(Cu)，
相對于所述合金的總重量為0重量％至0.05重量％的鋅(Zn)，
相對于所述合金的總重量為0重量％至0.6重量％的鐵(Fe)，
相對于所述合金的總重量為0重量％至0.004重量％的鈹(Be)，
剩余部分為鋁和另外的雜質(zhì)，所述另外的雜質(zhì)各自相對于所述合金的總重量為至多0.1重量％，并且總體相對于所述合金的總重量為至多0.5重量％，其中鋯(Zr)和鈦(Ti)的總量至多相當于鈧(Sc)的量的一半。
根據(jù)本發(fā)明的鋁合金可以直接整合在部分或整體組件制造的生產(chǎn)過程中。另一個優(yōu)點在于，借助根據(jù)本發(fā)明的鋁合金可以避免復(fù)雜的熱機械處理并因此進一步可以節(jié)省昂貴且耗時的工藝步驟。再一個優(yōu)點在于：根據(jù)本發(fā)明的鋁合金使得能夠進行熱處理而沒有材料損壞和/或熱應(yīng)力/翹曲。又一個優(yōu)點在于，由于使用根據(jù)本發(fā)明的鋁合金，可以省掉復(fù)雜的組件整平并且還可以提高組件的重現(xiàn)性和經(jīng)濟效率。另一個優(yōu)點特別在于：根據(jù)本發(fā)明的鋁合金適于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件，特別是適于通過ALM工藝技術(shù)和/或噴鍍法生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件。
例如，所述合金包含相對于所述合金的總重量為3.5重量％至5.5重量％的鎂(Mg)和/或相對于所述合金的總重量為1.1重量％至4.0重量％特別是1.1重量％至3.0重量％的硅(Si)。
例如，所述合金包含相對于所述合金的總重量為0.01至0.2重量％特別是0.05重量％至0.15重量％的鈦(Ti)和/或相對于所述合金的總重量為0.2重量％至0.75重量％特別是0.25重量％至0.7重量％的鈧(Sc)。
例如，鋯(Zr)的量小于鈧(Sc)的量的50％。
例如，所述合金包含的鋯(Zr)的量使得鈧(Sc)相對于鋯(Zr)的重量比[wt(Sc)/wt(Zr)]為2:0.9至10:1，特別是2:0.9至5:1。
例如，所述合金包含的鋯(Zr)和鈦(Ti)的總量使得鈧(Sc)相對于鋯(Zr)+鈦(Ti)的重量比[wt(Sc)/(wt(Zr)+wt(Ti))]為2:1至10:1，特別是2:1至5:1。
例如，所述合金包含相對于所述合金的總重量為≥0.001重量％的選自以下的至少一種元素：釩(V)、釓(Gd)、鉻(Cr)、銅(Cu)和鋅(Zn)。
例如，鉿(Hf)和/或鋱(Tb)的量各自相當于鈧(Sc)的量的至多1/4。
例如，所述合金包含相對于所述合金的總重量為0.05重量％至0.6重量％的鐵(Fe)。
例如，所述合金包含相對于所述合金的總重量為≤0.15重量％、或為0.4重量％至0.8重量％的錳(Mn)。
例如，所述合金以粉末的形式，特別是包含如下顆粒的粉末的形式提供，所述顆粒的平均粒徑d50≤100μm，優(yōu)選為20μm至70μm。
本發(fā)明還提供了一種用于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法，所述方法包括以下步驟：
a)提供如本文所限定的鋁合金，
b)通過加層制造(ALM)和/或噴鍍法生產(chǎn)包含來自步驟a)的所述鋁合金的輕質(zhì)金屬工件，
c)以≤10000000K/秒的固化速率將步驟b)中獲得的所述輕質(zhì)金屬工件冷卻至≤200℃，以及
d)使來自步驟c)的所述輕質(zhì)金屬工件在100℃至400℃的溫度下經(jīng)受熱處理。
本發(fā)明還涉及輕質(zhì)金屬工件，其包含如本文所限定的鋁合金。
本發(fā)明還涉及如本文所限定的鋁合金用于借助加層制造(ALM)和/或噴鍍法生產(chǎn)耐熱的輕質(zhì)金屬工件的用途。本發(fā)明另外涉及如本文所限定的鋁合金用于以下方面的用途：發(fā)動機組件、氣缸蓋、曲柄殼體、耐熱安全組件、空調(diào)系統(tǒng)組件、結(jié)構(gòu)飛行器組件(特別是在超音速飛行器的情況下)、動力裝置段、標塔，或者作為用于組件的涂覆材料。
具體實施方式
本發(fā)明涉及鋁合金。
所述鋁合金由以下組成：
相對于合金的總重量為3.0重量％至6.0重量％的鎂(Mg)，
相對于合金的總重量為>1.0重量％至4.0重量％的硅(Si)，
相對于合金的總重量為0.005重量％至0.2重量％的鈦(Ti)，
相對于合金的總重量為0.1重量％至0.75重量％的鈧(Sc)，
相對于合金的總重量為0.01重量％至0.375重量％的鋯(Zr)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.5重量％的選自以下的至少一種元素：鉿(Hf)、鉬(Mo)、鋱(Tb)、鈮(Nb)、釓(Gd)、鉺(Er)和釩(V)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.8重量％的錳(Mn)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.3重量％的鉻(Cr)，
相對于合金的總重量為0重量％至1.0重量％的銅(Cu)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.05重量％的鋅(Zn)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.6重量％的鐵(Fe)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.004重量％的鈹(Be)，
剩余部分為鋁和另外的雜質(zhì)，所述另外的雜質(zhì)各自相對于合金的總重量為至少0.1重量％，并且總體相對于合金的總重量為至多0.5重量％，其中鋯(Zr)和鈦(Ti)的總量至多相當于鈧(Sc)的量的一半。
因此，本發(fā)明的一個要求是：所述鋁合金包含相對于合金的總重量為3.0重量％至6.0重量％的鎂。所述鋁合金優(yōu)選地包含相對于合金的總重量為3.5重量％至5.5重量％的鎂。
本發(fā)明的另一個要求是：所述鋁合金包含相對于合金的總重量的量為>1.0重量％至4.0重量％的硅。所述鋁合金優(yōu)選地包含相對于合金的總重量的量為1.1重量％至4.0重量％，特別是1.1重量％至3.0重量％的硅。
所述鋁合金應(yīng)特別適于生產(chǎn)耐熱的輕質(zhì)金屬工件。因此，為了改善耐熱性，所述鋁合金包含鈦和鈧是必不可少的。
因此，所述鋁合金包含相對于合金的總重量的量為0.005重量％至0.2重量％的鈦。所述鋁合金優(yōu)選地包含相對于合金的總重量的量為0.01重量％至0.2重量％，特別是0.05重量％至0.15重量％的鈦。鈦額外地降低導(dǎo)電性。
所述鋁合金還包含相對于合金的總重量的量為0.1重量％至0.75重量％的鈧。所述鋁合金優(yōu)選地包含相對于合金的總重量的量為0.2重量％至0.75重量％，特別是0.25重量％至0.7重量％的鈧。
本發(fā)明鋁合金的另一個必需成分是鋯。與鈦和鈧類似，鋯也改善耐熱性。
所述鋁合金包含相對于合金的總重量的量為0.01重量％至0.375重量％的鋯。所述鋁合金優(yōu)選地包含相對于合金的總重量的量為0.02重量％至0.35重量％特別是0.05重量％至0.3重量％的鋯。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，與鈦和鋯相比，所述鋁合金包含大量的鈧，特別是，鈧的量大于常規(guī)的鋁合金中鈧的量。
因此，本發(fā)明鋁合金的一個要求在于，鋯(Zr)和鈦(Ti)的總量相當于鈧(Sc)的量的至多一半。換言之，所述鋁合金包含鋯(Zr)和鈦(Ti)的量相當于鈧(Sc)的量≤50％。
另外地或替代地，所述鋁合金包含的鋯(Zr)和鈦(Ti)的總量使得鈧(Sc)相對于鋯(Zr)加鈦(Ti)的重量比[wt(Sc)/(wt(Zr)+wt(Ti))]為2:1至10:1。例如，所述鋁合金包含的鋯(Zr)和鈦(Ti)的總量使得鈧(Sc)相對于鋯(Zr)加鈦(Ti)的重量比[wt(Sc)/(wt(Zr)+wt(Ti))]為2:1至5:1。
一種有利的鋁合金包含特定重量比的鈧和鋯。
在本發(fā)明的一個實施方案中，鋯(Zr)的量小于鈧(Sc)的量的50％。例如，鋁合金中鋯(Zr)的量小于鈧(Sc)的量的40％。
另外地或替代地，所述鋁合金包含的鋯(Zr)的量使得鈧(Sc)相對于鋯(Zr)的重量比[wt(Sc)/wt(Zr)]為2:0.9至10:1，例如，所述鋁合金包含的鋯(Zr)的量使得鈧(Sc)相對于鋯(Zr)的重量比[wt(Sc)/wt(Zr)]為2:0.9至5:1。
因此，所述鋁合金優(yōu)選地由以下組成：
相對于合金的總重量為3.5重量％至5.5重量％的鎂(Mg)，
相對于合金的總重量為-1.1重量％至4.0重量％，優(yōu)選1.1重量％至3.0重量％的硅(Si)，
相對于合金的總重量為0.01重量％至0.2重量％，優(yōu)選0.05重量％至0.15重量％的鈦(Ti)，
相對于合金的總重量為0.2重量％至0.75重量％，優(yōu)選0.25重量％至0.7重量％的鈧(Sc)，
相對于合金的總重量為0.02重量％至0.35重量％，優(yōu)選0.05重量％至0.3重量％的鋯(Zr)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.5重量％的選自以下的至少一種元素：鉿(Hf)、鉬(Mo)、鋱(Tb)、鈮(Nb)、釓(Gd)、鉺(Er)和釩(V)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.8重量％的錳(Mn)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.3重量％的鉻(Cr)，
相對于合金的總重量為0重量％至1.0重量％的銅(Cu)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.05重量％的鋅(Zn)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.6重量％的鐵(Fe)，
相對于合金的總重量為0重量％至0.004重量％的鈹(Be)，
剩余部分為鋁和另外的雜質(zhì)，所述另外的雜質(zhì)各自相對于合金的總重量為至多0.1重量％，并且總體相對于合金的總重量為至多0.5重量％，其中鋯(Zr)和鈦(Ti)的總量至多相當于鈧(Sc)的量的一半。
此外，可以向鋁合金中添加選自以下的至少一種元素：鉿(Hf)、鉬(Mo)、鋱(Tb)、鈮(Nb)、釓(Gd)、鉺(Er)和釩(V)。特別地，可以向鋁合金中添加相對于合金的總重量為0重量％至0.5重量％的選自以下的至少一種元素：鉿(Hf)、鉬(Mo)、鋱(Tb)、鈮(Nb)、釓(Gd)、鉺(Er)和釩(V)。
在一個實施方案中，所述鋁合金包含相對于合金的總重量為0.001至0.5重量％的選自以下的至少一種元素：鉿(Hf)、鉬(Mo)、鋱(Tb)、鈮(Nb)、釓(Gd)、鉺(Er)和釩(V)。例如，所述鋁合金包含相對于合金的總重量為0.001重量％至0.5重量％的選自以下的至少一種元素：鉿(Hf)、鋱(Tb)、鈮(Nb)、釓(Gd)和釩(V)。
在一個實施方案中，所述鋁合金包含相對于合金的總重量為0.001重量％至0.5重量％的鉿(Hf)和/或鋱(Tb)。在一個實施方案中，所述鋁合金包含相對于合金的總重量為0.001重量％至0.5重量％(總計)的鉿(Hf)和鋱(Tb)。替代地，所述鋁合金包含相對于合金的總重量為0.001重量％至0.5重量％的鉿(Hf)或鋱(Tb)。
如果所述鋁合金包含鉿(Hf)和/或鋱(Tb)，則鉿(Hf)和/或鋱(Tb)的量各自相當于鈧(Sc)的量的至多1/4。換言之，所述鋁合金包含的鉿(Hf)和/或鋱(Tb)的量各自相當于鈧(Sc)量的≤25％。例如，所述鋁合金包含的鉿(Hf)和/或鋱(Tb)的量各自相當于鈧(Sc)量的<25％。
所述鋁合金還可以包含0重量％至0.8重量％的錳(Mn)、0重量％至0.3重量％的鉻(Cr)、0重量％至1.0重量％的銅(Cu)、0重量％至0.05重量％的鋅(Zn)、0重量％至0.6重量％的鐵(Fe)和0重量％至0.004重量％的鈹(Be)。在每種情況下，以重量％計的值涉及合金的總重量。
然而，特別有利的是，所述鋁合金包含相對于合金的總重量為≥0.001重量％的選自以下的至少一種元素：釩(V)、釓(Gd)、鉻(Cr)、銅(Cu)和鋅(Zn)。例如，所述鋁合金可以包含0.001重量％至0.5重量％的釩(V)、0.001重量％至0.5重量％的釓(Gd)、0.001重量％至0.3重量％的鉻(Cr)、0.001重量％至1.0重量％的銅(Cu)和/或0.001重量％至0.05重量％的鋅(Zn)。在每種情況下，以重量％計的值涉及合金的總重量。
在一個實施方案中，所述鋁合金包含0.001重量％至0.5重量％的釩(V)或0.001重量％至0.5重量％的釓(Gd)或0.001重量％至0.3重量％的鉻(Cr)或0.001重量％至1.0重量％的銅(Cu)或0.001重量％至0.05重量％的鋅(Zn)。替代地，所述鋁合金包含0.001重量％至0.5重量％的釩(V)和0.001重量％至0.5重量％的釓(Gd)和0.001重量％至0.3重量％的鉻(Cr)和0.001重量％至1.0重量％的銅(Cu)和0.001重量％至0.05重量％的鋅(Zn)。在每種情況下，以重量％計的值涉及合金的總重量。
添加鐵和/或錳降低了粘合作用。因此，有利的是向鋁合金中添加鐵和/或錳，優(yōu)選鐵或錳。
因此，所述鋁合金包含相對于合金的總重量為0重量％至0.8重量％的錳(Mn)和相對于合金的總重量為0重量％至0.6重量％的鐵(Fe)。
例如，所述鋁合金包含相對于合金的總重量為0.05重量％至0.6重量％，優(yōu)選0.05重量％至0.2重量％的鐵(Fe)。
另外地或替代地，所述鋁合金包含相對于合金的總重量為≤0.15重量％、或為0.4重量％至0.8重量％的錳(Mn)。
如果鋁合金包含鐵和錳，則鋁合金優(yōu)選地包含相對于合金的總重量為0.05重量％至0.6重量％，優(yōu)選0.05重量％至0.2重量％的鐵(Fe)以及相對于合金的總重量為≤0.8重量％的錳(Mn)。
鋁合金可以以粉末或線的形式提供。用于生產(chǎn)粉末或線形式的合金的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。
根據(jù)本發(fā)明的鋁合金特別適于通過ALM工藝技術(shù)和/或噴鍍法生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件。因此，根據(jù)本發(fā)明的鋁合金優(yōu)選地以粉末、線或填充材料的形式提供。
例如，鋁合金以包含如下顆粒的粉末的形式提供，所述顆粒的平均粒徑d50≤100μm，優(yōu)選為10μm至70μm。
在一個實施方案中，鋁合金以包含如下顆粒的粉末的形式提供，所述顆粒的平均粒徑為20μm至70μm，優(yōu)選為20μm至60μm。替代地，鋁合金以線的形式提供，所述線的平均線直徑為0.8mm至5mm，優(yōu)選0.8mm至1.2mm。
當鋁合金待借助噴鍍法加工時，所述鋁合金優(yōu)選地作為粉末使用。噴鍍法是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。例如，可以通過冷氣體、常壓等離子體、HVOF或火焰噴鍍來生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件。當通過常壓等離子體、HVOF或火焰噴鍍來生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件時，粉末的平均粒徑d50優(yōu)選≤100μm，甚至更優(yōu)選50μm至90μm。如果通過冷氣體生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件時，粉末的平均粒徑d50為5μm至70μm，優(yōu)選為5μm至60μm。
因此，根據(jù)本發(fā)明的鋁合金也適于通過噴鍍法生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件。根據(jù)本發(fā)明的鋁合金優(yōu)選地以粉末或線的形式提供。
在一個實施方案中，首先由鋁合金的粉末生產(chǎn)線或填充材料。這樣的生產(chǎn)方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。
本發(fā)明還涉及一種用于借助加層制造(ALM)生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法。所述輕質(zhì)金屬工件優(yōu)選地通過如下文所述的方法來生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法至少包括以下步驟：
a)提供鋁合金，
b)借助加層制造(ALM)生產(chǎn)包含來自步驟a)的鋁合金的輕質(zhì)金屬工件，
c)以≤10000000K/秒的固化速率將步驟b)中獲得的輕質(zhì)金屬工件冷卻至≤200℃，以及
d)使來自步驟c)的輕質(zhì)金屬工件在100℃至400℃的溫度下經(jīng)受熱處理。
在一個實施方案中，用于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法由以下步驟組成：
a)提供鋁合金，
b)借助加層制造(ALM)生產(chǎn)包含來自步驟a)的鋁合金的輕質(zhì)金屬工件，
c)以≤10000000K/秒的固化速率將步驟b)中獲得的輕質(zhì)金屬工件冷卻至≤200℃，以及
d)使來自步驟c)的輕質(zhì)金屬工件在100℃至400℃的溫度下經(jīng)受熱處理。
因此，根據(jù)步驟a)，根據(jù)本發(fā)明的方法的一個要求是提供鋁合金。
關(guān)于鋁合金，參照以上關(guān)于鋁合金的限定及其實施方案。
根據(jù)本發(fā)明方法的步驟b)，通過加層制造(ALM)生產(chǎn)包含鋁合金的輕質(zhì)金屬工件。
用于通過加層制造(ALM)生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。
根據(jù)本發(fā)明方法的步驟c)，以≤10000000K/秒的固化速率將步驟b)中獲得的輕質(zhì)金屬工件冷卻至≤200℃。
例如，步驟c)中的冷卻進行至≤100℃，優(yōu)選至室溫。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，固化速率應(yīng)適合于所生產(chǎn)的輕質(zhì)金屬組件/工件的直徑并且取決于所生產(chǎn)的輕質(zhì)金屬工件的熱耗散。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將相應(yīng)地盡可能地調(diào)節(jié)固化速率以適應(yīng)所生產(chǎn)的輕質(zhì)金屬工件。在本發(fā)明的一個實施方案中，步驟c)中的冷卻以1000K/秒至10000000K/秒，優(yōu)選5000K/秒至100000K/秒的固化速率進行。例如，步驟c)中的冷卻以10000K/秒至100000K/秒，優(yōu)選25000K/秒至100000K/秒，最優(yōu)選50000K/秒至100000K/秒的固化速率進行。這樣的固化速率特別地具有以下優(yōu)點：可以向鋁合金中添加更大量的鈧。
這樣的用于冷卻輕質(zhì)金屬工件的方法是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。例如，可以借助于在移動空氣中冷卻或者通過在水中驟冷以限定方式冷卻輕質(zhì)金屬工件。
替代地，步驟c)中的冷卻露天進行。
根據(jù)本發(fā)明方法的步驟d)，使步驟c)中獲得的輕質(zhì)金屬工件在100℃至400℃的溫度下經(jīng)受熱處理。
優(yōu)選地，使步驟c)中獲得的輕質(zhì)金屬工件在100℃至350℃的溫度范圍內(nèi)經(jīng)受熱處理。
在本發(fā)明的一個實施方案中，根據(jù)本發(fā)明方法的步驟d)的熱處理在100℃至400℃的溫度范圍內(nèi)，例如在100℃至350℃的溫度范圍內(nèi)進行10分鐘至50小時的時間。通常，熱處理可以在100℃至400℃的溫度下，例如在100℃至350℃的溫度范圍內(nèi)進行10分鐘至10小時的時間。例如，熱處理可以在100℃至400℃的溫度下，例如在100℃至350℃的溫度范圍內(nèi)進行10分鐘至5小時的時間或者30分鐘至4小時的時間。
例如，熱處理可以在空氣、保護氣體中或者在真空下進行。根據(jù)本發(fā)明方法的步驟d)的熱處理也可以以多個階段和/或步驟進行。例如，根據(jù)本發(fā)明方法的步驟d)的熱處理在保護氣體(如氮氣或氬氣)中，在100℃至400℃的溫度下，例如在100℃至350℃的溫度下進行30分鐘至4小時的時間。
在本發(fā)明的一個實施方案中，根據(jù)本發(fā)明方法的步驟d)的熱處理直接在步驟c)之后進行，即，根據(jù)本發(fā)明方法的步驟d)的熱處理直接對步驟c)中獲得的輕質(zhì)金屬工件進行。換言之，根據(jù)本發(fā)明的方法在方法步驟c)與d)之間沒有一個或更多個另外的方法步驟的情況下進行。替代地，根據(jù)本發(fā)明方法的步驟d)的熱處理在步驟c)之后但是在稍后的時間進行，即，根據(jù)本發(fā)明方法的步驟d)的熱處理對步驟c)中獲得的輕質(zhì)金屬工件進行，但是并不是緊接著步驟c)進行。換言之，根據(jù)本發(fā)明的方法在方法步驟c)與d)之間沒有一個或更多個另外的方法步驟的情況下進行。
在本發(fā)明的一個實施方案中，步驟d)中獲得的經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件可以經(jīng)受進一步的冷卻。
例如，可以將步驟d)中獲得的經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件冷卻至室溫。在一個實施方案中，以一個步驟將步驟d)中獲得的經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件冷卻至室溫。替代地，以多個步驟將步驟d)中獲得的經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件冷卻至室溫。例如，將步驟d)中獲得的經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件冷卻至低于步驟d)中的熱處理溫度的限定溫度，然后露天冷卻至室溫。
在本發(fā)明的一個實施方案中，以≥10K/秒并且優(yōu)選≥10K/秒至20K/秒的冷卻速率將步驟d)中獲得的經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件冷卻至室溫。例如，以≥20K/秒或者20K/秒至1000K/秒的冷卻速率將經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件冷卻至室溫。
這樣的用于冷卻經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。例如，可以借助于在移動空氣中冷卻或者通過在水中驟冷以限定方式將經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件冷卻至室溫。
替代地，露天將步驟d)中獲得的經(jīng)熱處理的輕質(zhì)金屬工件冷卻至室溫。
本發(fā)明還涉及一種用于通過噴鍍法生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法。所述輕質(zhì)金屬工件優(yōu)選地通過如下文所述的方法來生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法至少包括以下步驟：
a)提供鋁合金，
b)通過噴鍍法生產(chǎn)包含來自步驟a)的鋁合金的輕質(zhì)金屬工件，
c)以≤10000000K/秒的固化速率將步驟b)中獲得的所述輕質(zhì)金屬工件冷卻至≤200℃，以及
d)在100℃至400℃的溫度下使來自步驟c)的所述輕質(zhì)金屬工件經(jīng)受熱處理。
在一個實施方案中，用于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法由以下步驟組成：
a)提供鋁合金，
b)通過噴鍍法生產(chǎn)包含來自步驟a)的鋁合金的輕質(zhì)金屬工件，
c)以≤10000000K/秒的固化速率將步驟b)中獲得的所述輕質(zhì)金屬工件冷卻至≤200℃，以及
d)在100℃至400℃的溫度下使來自步驟c)的所述輕質(zhì)金屬工件經(jīng)受熱處理。
關(guān)于步驟a)、b)和d)，參照以上關(guān)于鋁合金、用于通過加層制造生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法的限定及其實施方案。
用于通過噴鍍法生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件的方法是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。例如，可以通過冷氣體、常壓等離子體、HVOF或火焰噴鍍來生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件。
由于根據(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)金屬工件所提供的優(yōu)點，本發(fā)明還涉及包含所述鋁合金的輕質(zhì)金屬工件。例如，輕質(zhì)金屬工件由所述鋁合金組成。
本發(fā)明還涉及所述鋁合金用于通過加層制造和/或噴鍍法生產(chǎn)耐熱的輕質(zhì)金屬工件的用途。
本發(fā)明的另一個方面還涉及所述鋁合金用于以下方面的用途：發(fā)動機組件、氣缸蓋、曲柄殼體、耐熱安全組件、空調(diào)系統(tǒng)組件、結(jié)構(gòu)飛行器組件(特別是在超音速飛行器的情況下)、動力裝置段、標塔，或者作為用于組件的涂覆材料。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的鋁合金提供了這樣的優(yōu)點：其可以直接整合在部分或整體組件制造的生產(chǎn)過程中。另一個優(yōu)點在于：通過根據(jù)本發(fā)明的鋁合金可以避免復(fù)雜的熱機械處理并因此進一步可以節(jié)省昂貴且耗時的工藝步驟。再一個優(yōu)點在于：根據(jù)本發(fā)明的鋁合金能夠進行熱處理而沒有材料損壞和/或熱應(yīng)力/翹曲。又一個優(yōu)點在于：由于使用根據(jù)本發(fā)明的鋁合金，可以省掉復(fù)雜的組件整平并且還可以提高組件的重現(xiàn)性和經(jīng)濟效率。另一個優(yōu)點特別在于：根據(jù)本發(fā)明的鋁合金適于生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件，特別是通過ALM工藝技術(shù)和/或噴鍍法生產(chǎn)輕質(zhì)金屬工件。