粉末材料、层叠成形品、以及粉末材料的制造方法与流程

1.本发明涉及粉末材料、层叠成形品、以及粉末材料的制造方法，更具体而言，涉及能够用作层叠成形的原料的由ni基合金构成的粉末材料、以及使用这种粉末材料制造的层叠成形品、以及这种粉末材料的制造方法。


背景技术：

2.作为制造三维成形品的新型技术，近年来，增材制造技术(additive manufacturing：am)的发展显著。作为增材制造技术的一种，有利用能量射线照射使粉末材料固化的层叠成形法。作为使用金属粉末材料的层叠成形法，代表性的是粉末层叠熔融法和粉末沉积法这两种。
3.作为粉末层叠熔融法的具体例子，可以列举出：选择性激光熔融法(selective laser melting：slm)、电子束熔融法(electron beam melting：ebm)等方法。在这些方法中，将由金属构成的粉末材料供给到作为基底的基材上以形成粉末床，并基于三维设计数据在粉末床的预定位置照射激光束、电子束等能量射线。由此，受到照射的部位的粉末材料通过熔融和再凝固而固化，从而形成成形品。通过反复向粉末床供给粉末材料和利用能量射线照射进行成形，使成形品以层状依次层叠而形成，从而可以得到三维成形品。另一方面，作为粉末沉积法的具体例子，可以列举出：激光金属沉积法(laser metal deposition：lmd)。在该方法中，使用喷嘴向想要形成三维成形品的位置喷射金属粉末，同时进行激光束的照射，以形成具有期望形状的三维成形品。特别是，由于slm的设计自由度高等，可以适用于制造精密且具有复杂形状的部件，从而可以期待应用于各个领域。
4.slm法等层叠成形法可以通过将具有各种组成的粉末材料用作原料来实施。其中，以耐热性和耐腐蚀性优异的ni基合金的粉末为原料的层叠成形已开始用于制造火箭发动机、涡轮叶片之类的在严酷环境下运行的机器。例如，在下述专利文献1中公开了层叠成形用的ni基合金粉末。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2017-36485号公报


技术实现要素：

8.[发明所要解决的课题]
[0009]
当在由ni基合金构成的部件中含有金属氧化物、金属碳氮化物等夹杂物时，该夹杂物可能会成为疲劳裂纹的起点，影响疲劳强度。即使在利用层叠成形法来制造由ni基合金构成的部件的情况下，从抑制疲劳强度降低的观点来看，也期望减少所制造的成形品中夹杂物的含量。但是，在层叠成形法中，由于金属粉末在极短的时间内熔融并进一步凝固，因此对于在所制造的成形品中夹杂物是如何生成或生长的详细情况还不清楚。因此，还未确立在层叠成形品中抑制夹杂物的含量的方法。在专利文献1中对于成形品中所含有的夹
杂物也没有提及。
[0010]
本发明所要解决的课题在于，提供：在使用由ni基合金构成的粉末材料进行层叠成形的情况下，在所得到的层叠成形品中，能够将夹杂物的含量抑制为较低的粉末材料、以及这样将夹杂物的含量抑制为较低的层叠成形品、以及这种粉末材料的制造方法。
[0011]
[用于解决课题的方案]
[0012]
为了解决上述课题，本发明涉及的粉末材料由含有夹杂物的ni基合金的雾化粉末构成，在10000个所述雾化粉末的粒子中，所含有的所述夹杂物的粒子数为100个以下。
[0013]
在此，所述ni基合金可以含有选自al、ti、nb中的至少1种添加元素，所述夹杂物可以含有所述添加元素的氧化物或碳氮化物中的至少一者。在这种情况下，含有所述添加元素的碳氮化物的所述夹杂物的数量可以比含有所述添加元素的氧化物的所述夹杂物少。此外，在10000个所述雾化粉末的粒子中，含有所述添加元素的碳氮化物的所述夹杂物的粒子数可以为10个以下。
[0014]
所述夹杂物的粒径可以为30μm以下。此外，以平均粒径计，雾化粉末的粒子的圆形度可以为0.90以上。
[0015]
以质量％计，所述ni基合金含有：50％≤ni≤60％、15％≤cr≤25％、0％＜mo≤5％、0.1％≤ti≤1.5％、0.1％≤al≤1.5％、0％＜nb≤6％、0.005％≤n≤0.05％，余量由fe和不可避免的杂质构成，并且c≤0.08％、o≤0.02％、s≤0.03％。在这种情况下，以质量％计，还可以含有选自0％＜si≤0.5％、0％＜mn≤5％、0.5％≤hf≤3％、0.5％≤zr≤3％、0％＜co≤2％、0％＜ta≤6％中的至少1种。
[0016]
本发明涉及的层叠成形品由含有夹杂物的ni基合金构成，剖面中所含有的所述夹杂物的数量为100个/mm2以下。
[0017]
在此，所述ni基合金可以含有选自al、ti、nb中的至少1种添加元素，所述夹杂物可以含有所述添加元素的氧化物或碳氮化物中的至少一者。在这种情况下，含有所述添加元素的碳氮化物的所述夹杂物的数量可以比含有所述添加元素的氧化物的所述夹杂物少。此外，含有所述添加元素的碳氮化物的夹杂物的数量可以为10个/mm2以下。所述剖面中的所述夹杂物的粒径可以为30μm以下。
[0018]
以质量％计，所述ni基合金可以含有：50％≤ni≤60％、15％≤cr≤25％、0％＜mo≤5％、0.1％≤ti≤1.5％、0.1％≤al≤1.5％、0％＜nb≤6％、0.005％≤n≤0.05％，余量由fe和不可避免的杂质构成，并且c≤0.08％、o≤0.02％、s≤0.03％。在这种情况下，以质量％计，还可以含有选自0％＜si≤0.5％、0％＜mn≤5％、0.5％≤hf≤3％、0.5％≤zr≤3％、0％＜co≤2％、0％＜ta≤6％中的至少1种。
[0019]
本发明涉及的粉末材料的制造方法是通过使用惰性气体的气体雾化法来制造所述粉末材料的方法。
[0020]
在此，所述惰性气体可以是稀有气体。
[0021]
[发明效果]
[0022]
上述发明涉及的粉末材料由ni基合金的雾化粉末构成，可以适合用作slm等层叠成形的原料。此外，在10000个雾化粉末的粒子中，夹杂物的含量被抑制在100个以下，从而在所制造的层叠成形品中可以将夹杂物的含量抑制为较低。其结果，在层叠成形品中，可以抑制因夹杂物的存在而引起的疲劳强度的降低。根据发明人的研究可知，在以ni基合金粉
末为原料的层叠成形的工序中，实质上不会发生夹杂物的生成或生长，由原料粉末中含有的夹杂物的量基本可以确定所得的层叠成形品中的夹杂物的量。因此，通过将作为原料的粉末材料中的夹杂物的含量抑制为上述水平，在所制造的层叠成形品中可以将夹杂物的含量抑制地足够低。
[0023]
在此，在ni基合金含有选自al、ti、nb中的至少1种添加元素、且夹杂物含有添加元素的氧化物或碳氮化物中的至少一者的情况下，通过使这些添加元素包含在ni基合金中，在所制造的层叠成形品中可以提高材料强度。另一方面，这些添加元素容易形成氧化物、碳氮化物，但是在上述发明涉及的粉末材料中，夹杂物的含量受到限制，因此在层叠成形品中可以充分地抑制有助于疲劳强度的降低等的含有这些添加元素的氧化物、碳氮化物的夹杂物。
[0024]
在这种情况下，如果含有上述添加元素的碳氮化物的夹杂物的数量比含有添加元素的氧化物的夹杂物少，则可以有效地减少夹杂物整体的含量。这是因为：在使用雾化法制造由ni基合金构成的粉末材料时，在某种程度上不可避免地会生成含有金属氧化物的夹杂物，但是，根据粉末材料的制造条件和成分组成，含有金属碳氮化物的夹杂物的含量相对容易减少。
[0025]
此外，如果在10000个雾化粉末的粒子中，含有上述添加元素的碳氮化物的夹杂物的粒子数为10个以下，则粉末材料中的含有金属碳氮化物的夹杂物的含量可以被抑制地足够低，进而可以将夹杂物整体的含量抑制为较低。
[0026]
在夹杂物的粒径为30μm以下的情况下，在所制造的层叠成形品中，可以特别有效地抑制夹杂物的影响。
[0027]
此外，在以平均粒径计雾化粉末的粒子的圆形度为0.90以上的情况下，圆形度变高，从而在粉末材料中可以获得高流动性和填充性。因此，粉末材料适合用作层叠成形的原料，可以制造具有致密组织的高品质层叠成形品。
[0028]
在ni基合金具有上述成分组成的情况下，容易将含有金属氧化物或碳氮化物的夹杂物的含量抑制为较低。而且，由于材料强度高等，粉末材料适合用作层叠成形的原料，可以获得高品质的层叠成形品。
[0029]
上述发明涉及的层叠成形品由ni基合金构成，并且在剖面中夹杂物的含量被抑制在100个/mm2以下。因此，成为了耐热性和耐腐蚀性优异、且因夹杂物的存在而引起的疲劳强度的降低受到抑制了的层叠成形品。如发明人所阐明的那样，在制造由ni基合金构成的层叠成形品时，在层叠成形的工序中几乎不会发生夹杂物的生成或生长。因此，如上述发明涉及的粉末材料那样，通过以夹杂物的含量被抑制为较低的ni基合金粉末为原料进行层叠成形品，在层叠成形工序中，即使不进行特殊处理等，也可以将层叠成形品中的夹杂物的含量抑制在100个/mm2以下那样低。
[0030]
在上述发明涉及的粉末材料的制造方法中，通过使用惰性气体的雾化法来制造由ni基合金构成的粉末材料。因此，可以制造清洁度和圆形度优异的、适合用作层叠成形的原料的粉末材料。特别是，可以有效地抑制以金属氧化物、碳氮化物为首的夹杂物的含量，提高粉末材料的清洁度。
[0031]
在这种情况下，当使用稀有气体作为惰性气体时，可以将夹杂物的含量抑制地特别低。其中，与使用氮气作为惰性气体的情况相比，可以将含有金属碳氮化物的夹杂物的含
量显著地抑制为较低。
附图说明
[0032]
[图1]为(a)粉末材料a和(b)粉末材料b的sem图像。
[0033]
[图2]为粉末材料a、b的粒度分布。
[0034]
[图3]为(a)成形品a和(b)成形品b的剖面的光学显微镜图像。
[0035]
[图4]是基于窄视野中的sem-edx观察结果，对各样品的夹杂物的sem图像、个数、最大尺寸以及种类进行总结而得的图。
[0036]
[图5]示出了基于宽视野中的sem-edx观察结果，块状材料及成形品a、b中每1mm2截面积中的夹杂物的个数。
[0037]
[图6]示出了基于宽视野中的sem-edx观察结果，对于(a)成形品a和(b)成形品b，按照尺寸对夹杂物的个数分布进行分类。
[0038]
[图7]示出了对于各样品利用提取残渣法检测到的作为夹杂物的al和ti的含量。
[0039]
[图8]示出了对于各样品，在利用提取残渣法检测到的夹杂物当中具有最大尺寸的夹杂物的sem图像和尺寸。
具体实施方式
[0040]
以下，对本发明的实施方式涉及的粉末材料、层叠成形品、以及粉末材料的制造方法进行详细地说明。本发明的实施方式涉及的粉末材料可以适用于层叠成形的原料。此外，使用这种粉末材料，可以适当地制造本发明的实施方式涉及的层叠成形品。
[0041]
[粉末材料]
[0042]
首先，对本发明的一个实施方式涉及的粉末材料进行说明。本实施方式涉及的粉末材料是由由ni基合金构成的粒子的集合体构成的，以雾化粉末、即通过雾化法制造的粉末材料的形式构成。假定本实施方式涉及的粉末材料用作层叠成形、特别是slm的原料。
[0043]
构成本实施方式涉及的粉末材料的ni基合金的具体的合金组成，如果可以将夹杂物的含量抑制在以下描述的上限以下，则对其没有特别地限定。后面将详细地说明合金组成的一个例子，但是ni基合金优选含有选自al、ti、nb中的至少1种添加元素(以下，有时称为特定添加元素)。在所得的层叠成形品中，这些特定添加元素具有提高材料强度的效果。当含有2种以上、进一步含有全部3种特定添加元素时，更优选。
[0044]
本实施方式涉及的粉末材料不可避免地含有夹杂物。夹杂物由金属氧化物、金属碳氮化物(包括碳化物和氮化物，以下也一样)等金属化合物的粒状体构成，以包含在ni基合金的粒子内部的形式包含在粉末材料中。但是，在本实施方式涉及的粉末材料中，每10000个雾化粉末的粒子中，夹杂物的含量被抑制在100个以下。更优选的是，其含量可以被抑制在70个以下、50个以下。
[0045]
在粉末材料中，通过将夹杂物的含量抑制为较低，在使用该粉末材料制造的层叠成形品中可以将夹杂物的含量抑制为较低。特别是，如后述的实施例所示，在使用由ni基合金构成的粉末材料进行以slm为首的层叠成形的情况下，在通过激光束等能量射线的照射使粉末材料高速熔融并且再凝固的工序中，几乎不会发生夹杂物的生成或生长。因此，作为原料的粉末材料中所含有的夹杂物基本上以原有的量和形态包含在所制造的层叠成形品
中。即，通过将粉末材料中的夹杂物的含量抑制为较低，在所制造的层叠成形品中可以将夹杂物的含量抑制为较低。每10000个雾化粉末的粒子中，如果将粉末材料中的夹杂物的含量抑制在100个以下，则能够(例如)在所制造的层叠成形品中将剖面中的夹杂物的含量抑制在100个/mm2以下。
[0046]
如果可以将粉末材料中含有的夹杂物的含量抑制在上述上限以下，则各夹杂物的粒子可以是任何尺寸。但是，夹杂物的粒径通常为微米级。如果夹杂物的粒径(面积圆当量直径，以下也一样)被抑制在30μm以下，则在使用粉末材料制造的层叠成形品中可以特别有效地抑制夹杂物的影响。当夹杂物的粒径为10μm以下时，更优选。
[0047]
如果可以将粉末材料中含有的夹杂物的总量抑制在上述上限以下，则对夹杂物的种类和含量的详情没有特别地限定。但是，在ni基合金含有上述特定添加元素的情况下，这些特定添加元素容易形成氧化物、碳氮化物，从而在粉末材料中容易含有这些特定添加元素的氧化物和/或碳氮化物作为夹杂物。在这种情况下，优选的是，含有特定添加元素的碳氮化物的夹杂物的个数比含有特定添加元素的氧化物的夹杂物的个数少。特定添加元素的氧化物可以以某种程度的量包含在粉末材料中而与粉末材料的成分组成或制造方法等无关，与此相对，特定添加元素的碳氮化物的含量根据粉末材料的成分组成或制造方法等可能会发生较大的变动。因此，通过将碳氮化物的含量抑制为较低，可以有效地减少夹杂物整体的含量，从而在所制造的层叠成形品中可以提高疲劳特性。需要说明的是，如后述的实施例所示，含有特定添加元素的氧化物的夹杂物几乎仅由特定添加元素的氧化物构成，而含有特定添加元素的碳氮化物的夹杂物几乎仅由特定添加元素的碳氮化物构成。优选的是，各成分的夹杂物的个数的比较以统计上足够数量的夹杂物为对象来进行，例如以每10000个雾化粉末的粒子中所含有的夹杂物为对象。
[0048]
更优选的是，含有特定添加元素的碳氮化物的夹杂物的个数为含有特定添加元素的氧化物的夹杂物的个数的50％以下、进一步可以为20％以下、10％以下。此外，以每10000个雾化粉末的粒子中的个数计，含有碳氮化物的夹杂物的个数优选为20个以下、更优选为10个以下、5个以下。如果将含有特定添加元素的碳氮化物的夹杂物的含量抑制在这些水平以下，则可以有效地减少包括由氧化物构成的夹杂物在内的夹杂物整体的含量。
[0049]
在特定添加元素当中，al和ti、特别是al容易形成氧化物。另一方面，在特定添加元素当中，ti和nb容易构成碳氮化物、特别是氮化物。在特定添加元素的氧化物和碳氮化物中，构成它们各自的化合物的详情没有特别地限定，但是优选的是，在氧化物中，含有al2o3等al氧化物的夹杂物的个数比含有tio2等ti氧化物的夹杂物的个数多。更优选的是，以[al氧化物]/[ti氧化物]的比率计，两者的个数比可以为2.0以上。在该个数比为2.0以上的情况下，与形成夹杂物相比，al、ti更容易有助于γ’相的析出硬化。
[0050]
粉末材料中含有的夹杂物的个数和形状可以使用扫描电子显微镜(sem)来进行评价。例如，将粉末材料包埋在树脂中并进行切割，制作剖面样品，并观察该剖面样品中的夹杂物即可。可以通过使用了sem的能量分散型x射线分析(sem-edx)对剖面样品进行夹杂物的组成的分析。
[0051]
需要说明的是，如上所述，夹杂物是指粉末材料的内部所含有的粒状的氧化物、碳氮化物等金属化合物，在夹杂物的数量和状态的评价中，以厚度为10nm量级的薄膜状态被覆构成粉末材料的雾化粒子的表面的氧化膜等化合物膜不被视为夹杂物。在层叠成形工序
中，粉末材料在经过高速熔融和凝固时，由微米级的粒状体构成的夹杂物基本上原样包含在所制造的层叠成形品中，这是因为，在粉末材料熔融时，粒子表面的薄的化合物膜气化，几乎没有残留在所制造的层叠成形品中，从而对层叠成形品的特性基本没有影响。
[0052]
本实施方式涉及的粉末材料以雾化粉末的形式构成，但是作为雾化粉末的特征，如下所述，可以列举出：通过利用使用了惰性气体的气体雾化法等，容易提高清洁度，除此以外还容易提高圆形度。在本实施方式涉及的粉末材料中，以平均粒径(d50)计，粒子的圆形度优选为0.88以上、进一步优选为0.90以上。如果使用圆形度高的粉末材料进行层叠成形，则由于粉末材料的流动性和填充性高，在所制造的层叠成形品中，可以提高相对密度而获得致密的组织。
[0053]
本实施方式涉及的粉末材料的粒径没有特别地限定，但是从适合用作层叠成形的原料的观点来看，d90径优选为150μm以下。更详细而言，在层叠成形中，在用于slm的情况下，该粒径(d90径)优选为40～80μm；在用于ebm的情况下，优选为80～100μm；在用于lmd的情况下，优选为90～140μm。
[0054]
[粉末材料的制造方法]
[0055]
上述实施方式涉及的粉末材料以雾化粉末的形式构成，可以通过以具有预定的成分组成的熔融合金为原料实施雾化法来进行制造。作为雾化法，可以使用气体雾化法、圆盘雾化法、水雾化法等任意的方法。但是，从适合制造以夹杂物的含量少为代表的、清洁度高、且圆形度高、具有微米级粒径的粉末材料的观点来看，优选采用使用了惰性气体的气体雾化法。
[0056]
作为在气体雾化法中使用的惰性气体，可以示例出氮气或稀有气体。无论使用哪一种惰性气体，都可以将粉末材料中的夹杂物的生成、特别是含有金属氧化物的夹杂物的生成抑制为较低。但是，通过使用以氩气为代表的稀有气体，可以特别有效地抑制夹杂物的生成。其中，与使用氮气的情况相比，更容易将含有金属碳氮化物的夹杂物的生成量抑制地较低。作为其结果，可以适合制造夹杂物整体的含量被抑制为较低的、清洁度高的粉末材料。
[0057]
可以对使用雾化法制造的粉末材料进行适当分级以筛选粒径。此外，也可以对使用雾化法制造的粉末材料适当地进行化学处理。
[0058]
[层叠成形品]
[0059]
接下来，对本发明的一个实施方式涉及的层叠成形品进行说明。层叠成形品是以粉末材料为原料，使用slm、ebm、lbm等层叠成形法，经过能量射线的照射使粉末材料熔融和再凝固从而成形为预定的形状。本实施方式涉及的层叠成形品可以以上述详细描述的本发明的实施方式涉及的粉末材料为原料来适当地制造。
[0060]
本实施方式涉及的层叠成形品由ni基合金构成。ni基合金的具体的合金组成，如果可以将夹杂物的含量抑制在以下描述的上限以下，则对其没有特别地限定。后面将对合金组成的一个例子进行详细的说明，但是ni基合金优选含有特定添加元素、即选自al、ti、nb中的至少1种。通过含有这些特定添加元素，可以提高层叠成形品的材料强度。当含有2种以上、进一步含有全部3种特定添加元素时，更优选。层叠成形品中的合金组成大致与用作原料的粉末材料的合金组成相同。
[0061]
本实施方式涉及的层叠成形品不可避免地含有夹杂物。夹杂物分散在ni基合金的
组织中、并包含在层叠成形品中。但是，在本实施方式涉及的层叠成形品中，在层叠成形品的剖面中，夹杂物的含量(密度)被抑制在100个/mm2以下。更优选的是，该含量可以被抑制在70个/mm2以下、50个/mm2以下。在层叠成形品中，用于评价夹杂物的数量的剖面可以设定在任意的位置、任意的方向上。
[0062]
由ni基合金构成的层叠成形品具有高的耐腐蚀性和耐热性，因此可以适合用作火箭发动机、涡轮叶片等暴露于严酷环境中的部件。但是，当在由ni基合金构成的层叠成形品中含有包含金属氧化物、金属碳氮化物等的夹杂物时，夹杂物可能会成为疲劳裂纹的起点，从而可能使层叠成形品的疲劳特性降低。特别是，在涡轮叶片等中，低循环疲劳容易成为问题。因此，在由ni基合金构成的层叠成形品中，通过将夹杂物的含量抑制为较低，可以抑制疲劳强度的降低。如上所述，通过将层叠成形品的剖面中的夹杂物的数量抑制在100个/mm2以下，可以有效地抑制层叠成形品的疲劳强度的降低。
[0063]
如果可以将层叠成形品中含有的夹杂物的含量抑制在上述上限以下，则各夹杂物可以是任何尺寸。但是，夹杂物的粒径通常为微米级。如果可以将夹杂物的粒径抑制在30μm以下，则在层叠成形品中可以特别有效地抑制夹杂物的影响。当夹杂物的粒径为10μm以下时，更优选。
[0064]
如果可以将层叠成形品中含有的夹杂物的总量抑制在上述上限以下，则夹杂物的种类和含量的详情没有特别地限定。但是，在ni基合金含有上述特定添加元素的情况下，这些特定添加元素容易形成氧化物、碳氮化物，从而在层叠成形品中容易含有这些特定添加元素的氧化物和/或碳氮化物作为夹杂物。在这种情况下，优选的是，含有特定添加元素的碳氮化物的夹杂物的个数比含有特定添加元素的氧化物的夹杂物的个数少。如在后述的实施例中所明确示出的那样，在以ni基合金粉末为原料进行层叠成形的情况下，在层叠成形工序中几乎不发生夹杂物的生成和生长，作为原料的粉末材料中含有的夹杂物基本上以原来的含量和形态转移到层叠成形品中，但是如上述对本发明的实施方式涉及的粉末材料进行说明的那样，在粉末材料中，通过将含有碳氮化物的夹杂物的含量抑制为较低，可以有效地减少夹杂物整体的含量。需要说明的是，即使在层叠成形品中，含有特定添加元素的氧化物的夹杂物也几乎仅由特定添加元素的氧化物构成，且含有特定添加元素的碳氮化物的夹杂物也几乎仅由特定添加元素的碳氮化物构成。优选的是，在层叠成形品中，各成分的夹杂物的个数的比较以统计上足够个数的夹杂物为对象来进行，例如以层叠成形品的每1mm2剖面中含有的夹杂物的个数为对象。
[0065]
更优选的是，含有特定添加元素的碳氮化物的夹杂物的个数可以为含有特定添加元素的氧化物的夹杂物的个数的50％以下、进一步可以为20％以下、10％以下。此外，含有碳氮化物的夹杂物的个数优选为50个/mm2以下、进一步优选为20个/mm2以下、10个/mm2以下。如果将含有特定添加元素的碳氮化物的夹杂物的含量抑制在这些水平以下，则也可以有效地减少夹杂物整体的含量。
[0066]
需要说明的是，如下所述，在用作层叠成形的原料的粉末材料中，10000个雾化粉末的粒子中含有的夹杂物的个数与层叠成形品的剖面中1mm2的区域中包含的夹杂物的个数基本相同，可以予以对应。粉末材料中的粉末粒子的粒径小的为5μm以下、大的为90～150μm左右，但是平均粒径为10～20μm左右。当将该粒子以纵向100个
×
横向100个共计10000个进行排列时，粒子集合体所占区域的面积为1mm
×
1mm＝1mm2。即，可以认为，10000个粉末材
料的粒子与1mm2层叠成形品的截面积占据几乎相同的区域。因此，通过使用上述所述的本发明的实施方式涉及的、在每10000个雾化粉末的粒子中夹杂物的个数被抑制在100个以下的粉末材料，可以适于制造剖面中的夹杂物的个数为100个/mm2以下的层叠成形品。
[0067]
层叠成形品中含有的夹杂物的个数和形状可以使用sem来进行评价。例如，通过在任意的位置和方向上切割层叠成形品来制作剖面样品，并观察该剖面样品中的夹杂物即可。可以使用sem-edx对剖面样品进行夹杂物的组成的分析。使用sem-edx的评价可以在任意的观察视野中进行，也可以通过自动测定在剖面较宽的区域内连续进行。
[0068]
本实施方式涉及的层叠成形品的相对密度优选为98％以上。层叠成形品的相对密度越高，组织越致密，层叠成形品的强度越高。特别是，在本实施方式中，如上所述，在层叠成形品中，除了将夹杂物的含量抑制为较低并具有高清洁度以外，还具有高的相对密度，因此可以得到机械强度优异的高品质层叠成形品。例如，通过使用圆形度高的材料作为原料的粉末材料，可以有效地提高层叠成形品的相对密度。
[0069]
另外，从提高层叠成形品的材料强度的观点来看，层叠成形品的硬度优选为250hv以上。当硬度为280hv以上、进一步为300hv以上时，更优选。
[0070]
通过在层叠成形品的剖面中形成的微细组织，可以区分通过层叠成形法制造的层叠成形品和经过铸造等制造的块状材料。例如，通过slm法制造的层叠成形品，作为微细组织，其特征在于，来自于激光扫描时形成的熔融池并且沿着激光扫描方向形成为波浪状的熔珠、以及以跨过该熔珠的方式外延生长的结晶组织。另一方面，ni基合金的块状材料的特征在于粒径比较一致的各向同性高的微晶的集合体。
[0071]
然后，在由ni基合金构成的层叠成形品中，与由相同材料制成的块状材料相比，夹杂物的含量被抑制为较低。特别是，含有金属碳氮化物的夹杂物的含量被抑制为较低。在剖面中，块状材料中的夹杂物的含量大致为250～400个/mm2左右。
[0072]
[粉末材料及层叠成形品的合金组成]
[0073]
本发明的实施方式涉及的粉末材料和层叠成形品由ni基合金构成，只要分别将夹杂物的含量抑制在上述上限以下，则对具体的成分组成没有特别地限定，但是以可以有效地抑制夹杂物的含量、且材料强度等诸特性优异的ni基合金的成分组成的一个例子作为成分组成a而如下所示。
[0074]
在层叠成形工序中，通过能量射线的照射，粉末材料瞬时熔融，然后高速再凝固。在该工序中，金属成分的组成实质上不发生变化。此外，如后续的实施例证实的那样，在以ni基合金粉末为原料进行层叠成形的情况下，在层叠成形工序中，夹杂物的含量和状态不会发生实质上的变化，o、n、c等非金属元素的含量也不会发生实质性的变化。因此，在粉末材料以及使用该粉末材料制造的层叠成形品中，ni基合金的成分组成实质上相同。以下例示出的成分组成a也是适合于粉末材料和层叠成形品这两者的成分组成。
[0075]
成分组成a涉及的ni基合金含有下述预定量的ni、cr、mo、ti、al、nb、n，且余量由fe和不可避免的杂质构成。此外，c、o、s的含量被限制在下述预定的上限以下。
[0076]
以下，对成分组成a中的各成分元素的含量及其规定理由进行说明。各成分元素的含量的单位为质量％。此外，各成分元素的含量是将包括夹杂物在内的、粉末材料和层叠成形品作为整体而规定的。
[0077]
(1)50％≤ni≤60％
[0078]
ni为本合金的主要成分。ni基合金表现出高耐热性和耐腐蚀性。当ni的含量为55％以下时，更优选。
[0079]
(2)15％≤cr≤25％
[0080]
cr是有助于合金的固溶强化和提高耐氧化性的元素。从充分地获得这些效果的观点来看，将cr的含量设为15％以上，并且当为17％以上时，更优选。另一方面，当添加过量的cr时，生成δ相，从而ni基合金的高温强度和韧性降低。因此，将cr的含量设为25％以下，并且当为21％以下时，更优选。
[0081]
(3)0％＜mo≤5％
[0082]
mo是有助于合金的固溶强化、且对提高合金的强度有效的元素。即使是少量的mo也能发挥较大的添加效果，因此对mo的含量没有特别地设置下限，但是当为0.1％以上时，是优选的。另一方面，当含有过量的mo时，促进了ni基合金中的μ相、σ相的生成，从而成为脆化的原因之一。因此，将mo的含量设为5％以下，并且当为3.5％以下时，更优选。
[0083]
(4)0.1％≤ti≤1.5％
[0084]
ti是在ni基合金中形成γ’相并提高蠕变断裂强度和耐氧化性的元素。从充分地获得这些效果的观点来看，将ti的含量设为0.1％以上。另一方面，当含有过量的ti时，容易发生高温破裂，从而成为层叠成形时产生裂纹的原因之一。从避免这种情况的观点来看，将ti的含量设为1.5％以下。此外，当ti与n一起包含在合金中时，生成tin等夹杂物。另外，当与o一起包含在合金中时，形成tio2等夹杂物。从抑制这些夹杂物的生成的观点来看，也将ti的含量设为1.5％以下。
[0085]
(5)0.1％≤al≤1.5％
[0086]
与ti同样地，al也是形成γ’相并提高蠕变断裂强度和耐氧化性的元素。从充分地获得这些效果的观点来看，将al的含量设为0.1％以上。另一方面，当含有过量的al时，也容易发生高温破裂，从而成为层叠成形时产生裂纹的原因之一。从避免这种情况的观点来看，将al的含量设为1.5％以下。此外，当al与o一起包含在合金中时，形成al2o3等夹杂物。从抑制这样的夹杂物的生成的观点来看，也将al的含量设为1.5％以下。
[0087]
(6)0％＜nb≤6％
[0088]
nb在ni基合金中形成碳氮化物同时形成γ’相，起到提高合金的强度的作用。即使添加少量的nb也显示出高的效果，因此对nb的含量没有特别地设置下限，但是当为4.0％以上时，是优选的。另一方面，即使含有过量的nb，也会生成laves层，反而会使强度降低。因此，nb的含量设为6％以下，当为5.5％以下时，更优选。
[0089]
(7)0.005％≤n≤0.05％
[0090]
n通过有助于ni的固溶强化而具有提高层叠成形品的硬度的效果。从充分地获得该效果的观点来看，将n的含量设为0.005％以上。另一方面，当含有过量的n时，ni基合金的延展性降低，从而助长裂纹。此外，还促进金属氮化物等夹杂物的生成。从抑制这些现象的观点来看，将n的含量设为0.05％以下。
[0091]
成分组成a涉及的ni基合金含有上述预定量的ni、cr、mo、ti、al、nb、n，且余量由fe和不可避免的杂质构成。在此，作为不可避免的杂质，假定为以下的元素和上限量。
[0092]
(8)c≤0.08％
[0093]
c在ni基合金中形成金属碳化物等夹杂物。从将夹杂物的生成量抑制为足够低的
观点来看，将c的含量抑制在0.08％以下。
[0094]
(9)o≤0.02％
[0095]
o与fe、ti、al等形成氧化物，可能会导致强度和韧性的降低。从抑制氧化物的形成的观点来看，将o的含量设为0.02％以下。
[0096]
(10)s≤0.03％
[0097]
s形成mns等夹杂物。从抑制这些夹杂物的生成的观点来看，将s的含量设为0.03％以下。
[0098]
除了上述各元素以外，成分组成a涉及的ni基合金还可以任意地含有选自以下元素中的至少1种元素。
[0099]
(11)0％＜si≤0.5％
[0100]
(12)0％＜mn≤5％
[0101]
si和mn是在制造粉末材料时的溶解时作为脱氧剂发挥作用并赋予高温下的耐氧化性的元素。即使仅添加少量的si和mn，也能显著地发挥这些效果，因此对含量没有特别地设置下限。另一方面，当含有过量的si、mn时，高温下的耐氧化性反而会降低，因此将各自的含量均设为0.5％以下。
[0102]
(13)0.5％≤hf≤3％
[0103]
hf具有提高ni基合金的耐氧化性的效果。从充分地获得该效果的观点来看，将hf的含量设为0.5％以上。另一方面，当含有过量的hf时，会形成脆化相，从而使强度和韧性降低。从避免这些情况的观点来看，将hf的含量设为3％以下。
[0104]
(14)0.5％≤zr≤3％
[0105]
zr在ni基合金的晶界处偏析而具有提高蠕变强度的效果。从充分地获得该效果的观点来看，将zr的含量设为0.5％以上。另一方面，当含有过量的zr时，韧性降低，因此将zr的含量设为3％以下。
[0106]
(15)0％＜co≤2％
[0107]
co具有使γ’相相对于ni固溶体的溶解度升高并提高高温延展性和高温强度的效果。即使仅添加少量的co也能发挥这些效果，因此对co的含量没有特别地设置下限。另一方面，当含有过量的co时，ni基合金会发生脆化，因此将co的含量设为2％以下。
[0108]
(16)0％＜ta≤6％
[0109]
ta具有强化γ’相并提高ni基合金的强度的效果。即使仅添加少量的ta也能发挥这些效果，因此对ta的含量没有特别地设置下限。另一方面，当含有过量的ta时，生成laves相，强度反而会降低，因此将ta的含量设为6％以下。
[0110]
实施例
[0111]
以下，使用实施例对本发明进行更具体地说明。
[0112]
[1]粉末材料和层叠成形品中的夹杂物的量和状态
[0113]
在此，在由ni基合金构成的粉末材料、以及使用该粉末材料制造的层叠成形品中，对夹杂物的含量、以及这些夹杂物的状态即成分组成和形状进行了研究。
[0114]
[试验方法]
[0115]
(样品的制作)
[0116]
使用具有几乎相同成分组成的溶融ni基合金作为原料，通过气体雾化法制作了粉
末材料a和粉末材料b。在此，通过在气氛感应熔炼炉(igif)中喷射氩气制作了粉末材料a。另一方面，通过在高频感应炉(hfif)中喷射氮气(n2)制作了粉末材料b。对两种粉末材料均进行分级处理，从而以公称粒度计，将粉末粒度设为-45μm。
[0117]
分别使用上述制作的粉末材料a、b，通过slm法制作层叠成形品，并分别作为成形品a、b。作为层叠成形品，制作了12mm见方
×
高20mm的块状体。在块体的下方也一体地形成桩形支架。
[0118]
(样品的鉴定)
[0119]
通过荧光x射线分析和气体分析，分别对上述制作的粉末材料a、b、以及使用它们制造的成形品a、b评价了成分组成。
[0120]
另外，对于粉末材料a、b，通过sem观察评价了粉末外观。此外，通过湿式粒子图像测定法评价了粒度分布、以及平均粒径(d50)中的圆形度。此外，通过液相置换法评价了各粉末材料的真密度。
[0121]
对于成形品a、b，基于使用阿基米德法测定密度的结果和上述评价的粉末材料的真密度，对相对密度进行了估算。此外，利用根据jis z2244：2009的维氏硬度试验测定了成形品a、b的硬度。另外，通过光学显微镜观察评价了各成形品的剖面中的微细组织。
[0122]
(夹杂物的量和状态的评价)
[0123]
使用sem-edx，对粉末材料a、b以及成形品a、b中的每一个都评价了夹杂物的量和状态。
[0124]
对于粉末材料，将粒子包埋在树脂中并进行切割，制作了剖面样品。使用这样制作的剖面样品，对10000个粉末材料的粒子进行sem-edx观察。另一方面，对于成形品，在垂直于高度的方向上切割高度方向中央部以制作剖面样品。在任意选择的观察面积为0.15mm2的视野中，对所得的剖面样品进行sem-edx观察。对于粉末材料和成形品，都通过sem-edx观察剖面样品，从而对所含有的夹杂物评价了个数、成分组成、尺寸、形状等。将夹杂物的粒径作为面积圆当量直径来进行评价。
[0125]
此外，使用全自动测定对成形品a、b的上述剖面样品进行了sem-edx观察。由此，在比上述更宽的观察面积为25mm2的区域中，对夹杂物的个数、成分组成、尺寸等进行了评价。在该宽视野中对作为参照样品的块状材料的剖面也进行了观察。块状材料是以与粉末材料a、b相同的熔融合金为原料、通过真空感应炉(vif)进行铸造而制成的。
[0126]
最后，对于粉末材料a、b及成形品a、b中的每一个，通过提取残渣法对夹杂物的量、组成、尺寸进行了分析。即，分别取2.0g各样品，使用溴代甲醇溶液使夹杂物溶出。金属成分溶解在该溶液中，但是夹杂物不溶解而是以残渣的形式残留下来。用0.2μm网式过滤器过滤所得的溶出液。然后，使用sem-edx观察由过滤器捕获的夹杂物，并对夹杂物的量、组成、尺寸进行评价。
[0127]
[试验结果]
[0128]
(样品的鉴定)
[0129]
下表1示出通过荧光x射线分析和气体分析得到的粉末材料a、b以及成形品a、b的成分组成的分析结果。此外，对于粉末材料a、b，图1示出sem观察图像、图2示出粒度分布测定结果，并且表2汇总了与粒径等、粉末材料的状态有关的评价结果。另外，对于成形品a、b，图3示出光学显微镜图像，并且表3汇总了与相对密度等物理特性有关的评价结果。
[0130]
[表1]
[0131][0132]
[表2]
[0133][0134]
[表3]
[0135] 密度[g/cm3]相对密度[％]硬度[hv]成形品a8.1899.9284成形品b8.1799.4304
[0136]
根据表1，除了n、al、ti以外，粉末材料a和粉末材料b的各成分元素的含量基本相同。但是，粉末材料b中的n、al、ti的含量均比粉末材料a多。特别是，对于n，粉末材料b的含量是粉末材料a的5倍。这可以解释为：在制造粉末材料b时使用了氮气，从而在粉末材料中吸收了相对较多的n；与此相对，在制造粉末材料a时使用了氩气，n在粉末材料中的吸收被抑制为较低。据认为：ti是容易形成氮化物的元素，在含n较多的粉末材料b中，ti也以氮化物的形式被大量包含在其中。
[0137]
另外，根据表1，在粉末材料a、b均经过层叠成形工序而成为成形品a、b时，各成分元素的含量基本不会发生变化。即，即使在层叠成形工序中粉末材料经过溶解和再凝固，包括c、n、o在内的材料的成分组成也不会发生变化。该结果也与后述的使用sem-edx等而得的夹杂物的分析结果一致。
[0138]
根据图1，在粉末材料a、b的一部分中均可以观察到脱离圆形的粒子、或附着有卫星粉末(小直径的粒子)的粒子，但是除了它们以外，观察到大量的接近于圆形的粒子，如表2所示，它们均可以获得约0.90的高圆形度。另外，根据图2，对于粒度分布来说，粉末材料a、b很好地重合，表2所示的粒径值来说两者也基本相同。两者的真密度也基本相同。由此可知，粉末材料a和粉末材料b的形状、大小、及密度基本相同，不依赖于制造时的条件。
[0139]
根据图3，成形品a、b均沿着激光的扫描方向(图的横向方向)以波纹状生成熔珠。此外，还可以看到，跨越这些熔珠且在层叠方向(图的上下方向)上以条纹状前进的、外延生
长而成的晶体的微结构。根据表3，成形品a和成形品b的密度及相对密度基本相同，但是对于硬度来说，成形品b高出约30hv。该硬度差可以对应于由夹杂物的析出所引起的析出强化。
[0140]
(夹杂物的量及状态)
[0141]
(1)粉末材料的制造方法与夹杂物生成的关系
[0142]
首先，在粉末材料的制造方法不同的情况下，研究了夹杂物的种类和量有何不同。
[0143]
图4示出使用sem-edx在任意的视野中观察粉末材料a、b以及成形品a、b而得的夹杂物的形状、个数、最大尺寸以及成分组成。需要说明的是，在此所使用的成形品a、b的观察结果是在观察面积为0.15mm2的狭窄视野中观察而得的。在图4中，sem图像是任意选择的夹杂物的图像。此外，作为夹杂物的个数，对于粉末材料来说表示在10000个材料粉末的粒子中所含有的个数；对于成形品来说表示换算为1mm2的剖面面积中的个数后的值。在图4和之后的图中，(al,ti)o2表示al和ti的氧化物，(nb,ti)(c,n)表示nb和ti的碳氮化物。
[0144]
根据图4，在粉末材料a和成形品a中，作为夹杂物，仅观察到氧化物(al,ti)o2，而未观察到碳氮化物(nb,ti)(c,n)。另一方面，在粉末材料b和成形品b中，作为夹杂物，观察到了氧化物(al,ti)o2和碳氮化物(nb,ti)(c,n)这两者。
[0145]
由此认为，在粉末材料的制作中使用氮气，如上述成分组成的分析中所示，在n的含量相对较多的粉末材料b、以及使用这种粉末材料b制造的成形品b中，n原子以金属碳氮化物的状态包含在其中。另一方面，可以解释为：在粉末材料的制作中使用氩气且将粉末材料中的n的含量抑制为较低的粉末材料a、以及使用这种粉末材料a制造的成形品a中，与其n的含量较少相对应地，作为夹杂物的金属碳氮化物以在sem-edx下可检测到的量计是不包含的。
[0146]
此外，与粉末材料b和成形品b相比，粉末材料a和成形品a中的夹杂物的个数分别被显著地抑制为较低。该夹杂物的个数的减少被认为是粉末材料a和成形品a中碳氮化物的含量被显著地抑制的效果较大。另外，对于作为夹杂物整体的最大粒径而言，粉末材料a和成形品a、及粉末材料b和成形品b基本相同，但是当仅关注氧化物时，粉末材料b和成形品b中的较小。据认为这与粉末材料b和成形品b中作为氧化物生成元素的ti有助于碳氮化物的形成有关。
[0147]
这样，从任意选择的狭窄视野中的sem-edx观察的结果可知，通过使用了氩气的雾化法来制作粉末材料并用于层叠成形，与使用了氮气的情况相比，可以抑制碳氮化物的生成，进一步也可以将夹杂物的个数抑制为较低。另外，根据使用全自动sem-edx在观察面积为25mm2的宽视野中对成形品的剖面进行连续观察而得的结果，可以在统计上确认这些倾向。图5中按照夹杂物的种类示出了对成形品a、b以及块状材料的剖面进行连续观察而得的、每1mm2的夹杂物的数量。
[0148]
根据图5，在成形品b中，作为夹杂物，除了氧化物即al氧化物和ti氧化物以外，还观察到了ti碳氮化物，与此相对，在成形品a中，未生成ti碳氮化物，仅观察到2种氧化物。另外，在成形品a中，氧化物的含量也变少。作为它们的结果，成形品a中的夹杂物整体的个数比成形品b中的少。这些结果与上述描述的在任意狭窄的视野中通过sem-edx观察而得的图4的结果一致。
[0149]
此外，在成形品b中，氧化物的含量比碳氮化物的含量多。作为al氧化物与ti氧化
物的含量的比较，在成形品b中ti氧化物较多，与此相对，在成形品a中al氧化物较多。
[0150]
可以看出，与成形品a进行比较时，成形品b中的夹杂物的含量较多，但是将成形品a、b与块状材料进行比较时，成形品a、b中的夹杂物的含量均显著地减少。特别是，块状材料含有大量的由碳氮化物构成的夹杂物，但是在成形品b中，碳氮化物的含量减少至10％左右，另外，如上所述，在成形品a中，不生成碳氮化物。由此可知，在使用由雾化法制造的粉末材料而得的层叠成形品中，无论用于制造粉末的雾化气体是氩气还是氮气，与块状材料相比，都可以显著地降低夹杂物、特别是由碳氮化物构成的夹杂物的含量。另外，通过使用氩气作为雾化气体，可以进一步降低夹杂物的含量。
[0151]
在此，表4示出对成形品a、b的剖面进行上述连续观察而得的夹杂物的成分组成。在表4中，按照夹杂物的种类以元素含量比(单位：mol％)示出了夹杂物的成分组成。
[0152]
[表4]
[0153][0154]
根据表4，氧化物基本上仅由al、ti以及o构成，仅含有极少量的nb和c。不包含n。碳氮化物仅由ti、nb、c以及n构成，不包含al和o。由此可以确认，作为夹杂物而包含在成形品中的氧化物和碳氮化物具有完全不同的组成，并形成为独立的相。在成形品a和成形品b中，氧化物的组成基本相同。
[0155]
另外，图6中，对于成形品a、b中的每一个，按照尺寸分类示出了所观察到的夹杂物的个数(每25mm2)。无论是成形品a、b中的每一个还是氧化物和碳氮化物中的每一个，都生成了大量的10μm以下的微细夹杂物。在成形品b中，当将氧化物与碳氮化物的分布进行比较时，碳氮化物分布在尺寸较小的区域，具有最大尺寸的夹杂物是氧化物。需要说明的是，成形品a、b中夹杂物的最大尺寸均比图4所示的尺寸大，这是因为观察视野变宽，可以观察到大量的夹杂物。
[0156]
如上所述，通过宽观察视野中的sem-edx观察，在统计上以更高的可靠性获得了与狭窄观察视野的观察结果一致的结果。即，确认了：与以通过使用了氮气的雾化法制造的粉末材料为原料的成形品b的情况相比，在以通过使用了氩气的雾化法制造的粉末材料为原料的成形品a中，可以显著地抑制由碳氮化物构成的夹杂物的生成，另外，作为夹杂物整体的个数也被抑制为较低。此外确认了：通过利用以雾化粉末为原料的层叠成形，与块状材料相比，无论使用哪种雾化气体，都可以显著地降低夹杂物的含量。还明确了夹杂物的成分组成和尺寸分布。
[0157]
(2)层叠成形工序引起的夹杂物的变化
[0158]
参照图4的结果，其中为了研究经过层叠成形工序后夹杂物的种类和数量是否发生变化，再次对粉末材料和成形品这两者进行了sem-edx观察。
[0159]
在图4中，对粉末材料和由该粉末材料制造的成形品中的夹杂物的种类和最大粒径进行比较。粉末材料a、b均经过层叠成形工序而成为成形品a、b时，观察到的夹杂物的种类(氧化物或碳氮化物)没有发生变化。并且，对于夹杂物的最大粒径，粉末材料a和成形品a基本相同。在粉末材料b和成形品b中，关于氧化物，成形品b中的粒径变大，而关于碳氮化物，两者基本没有变化。由此可以说，从粉末材料的状态来看，即使经过层叠成形工序，也不会生成新型种类的夹杂物，并且至少对于碳氮化物而言，不会发生粒子的生长。
[0160]
另外，为了定量地比较粉末材料和成形品中的夹杂物的含量，对通过提取残渣法而得的夹杂物的观察结果进行研究。图7示出提取残渣的成分组成的分析结果。图7示出了对于各样品作为构成夹杂物而检测出的al和ti的含量。含量的单位是以粉末材料或成形品整体的质量为基准的质量％。可以在粉末材料和成形品中直接比较含量。
[0161]
根据图7，在粉末材料a和成形品a中，检测到少量的al类和ti类的夹杂物。这可以对应于al和ti的氧化物。另一方面，在粉末材料b和成形品b中，检测到少量的al类夹杂物和大量的ti类夹杂物。这可以对应于除了al和ti的氧化物以外还生成包含ti的碳氮化物的状态。这样，提取残渣的分析结果与上述sem-edx的观察结果对应良好。
[0162]
另外，根据图7，在粉末材料a与成形品a之间、以及粉末材料b与成形品b之间，al和ti的检出量没有较大地变化。由此可知，在经过层叠成形工序由粉末材料制造成形品时，夹杂物的量和种类基本没有变化。
[0163]
图8示出对于各样品在提取残渣中的各夹杂物当中尺寸最大的夹杂物的sem图像。当将粉末材料a与成形品a的观察结果进行比较时，氧化物的最大尺寸和粒子形状没有实质性的变化。同样地，当将粉末材料b与成形品b的观察结果进行比较时，氧化物、碳氮化物的夹杂物的尺寸和粒子形状均基本没有变化。由此可知，对于任何样品，并且无论是氧化物还是氮化物，在经过层叠成形工序由粉末材料制造成形品时，夹杂物的粒子都不会生长。需要说明的是，氧化物具有接近于球状的粒子形状，与此相对，碳氮化物具有枝晶形状。
[0164]
从上述sem-edx观察和提取残渣法的实验结果表明，在经过层叠成形工序由粉末材料制造成形品时，基本不会发生夹杂物的生成和生长。即，在使用雾化法制造粉末材料时，因雾化气体的种类等的制造条件、以及如下所示的成分组成等而在粉末材料中生成夹杂物，但是在经过层叠成形工序由粉末材料制造成形品期间，实质上不会发生新的夹杂物的生成、颗粒生长、变性等变化。在层叠成形工序中，粉末材料迅速熔融，然后迅速冷却凝固，但是由于这些过程是高速进行的，因此可以认为夹杂物不会在熔融金属中固溶或熔融、生长，而是保持存在于粉末材料中的状态。
[0165]
[2]ni基合金的成分组成和夹杂物
[0166]
接下来，对构成粉末材料和层叠成形品的ni基合金的成分组成与夹杂物的含量的关系进行了研究。
[0167]
[试验方法]
[0168]
(样品的制作)
[0169]
在改变成分组成的同时制造粉末材料，进一步使用各粉末材料制作了层叠成形
品。与上述试验[1]的样品a同样地，通过在igif中喷射氩气来进行粉末材料的制造。分级处理也以同样的方式进行。与上述试验[1]同样地，由粉末材料制造层叠成形品也通过slm法来进行。
[0170]
(样品的鉴定)
[0171]
分别使用荧光x线分析和气体分析对上述制作的各粉末材料、以及使用这些粉末材料制造的成形品评价了成分组成。
[0172]
(夹杂物的量和种类的评价)
[0173]
与上述试验[1]的观察面积为0.15mm2的视野中的sem-edx观察同样地，对各粉末材料和成形品进行sem-edx观察，并按照种类评价了夹杂物的个数。
[0174]
[试验结果]
[0175]
下表5示出样品1～16中的每一个的粉末和层叠成形品的成分组成。fe是作为其他表示的成分元素的余量而构成合金的元素，在表中，根据其他成分的含量计算出的fe的含量用括号表示。表5还示出了对于各样品检测到的夹杂物的个数。对于al氧化物、ti氧化物、以及ti碳氮化物中的每一个示出了夹杂物的个数。此外，还示出了al氧化物与ti氧化物的个数比(al氧化物/ti氧化物)。关于夹杂物的个数，对于粉末材料来说表示为每10000个粉末粒子中的个数，并且对于成形品来说表示为每1mm2的剖面中的个数。
[0176]
[表5]
[0177][0178]
根据表5，无论哪种样品，粉末材料和成形品中的成分组成几乎都相同。这与上述试验[1]中确认的结果相同。
[0179]
在表5中，在样品1～7中，夹杂物的总数在粉末材料中被抑制在100个/10000粒子以下、并且在成形品中被抑制在100个/1mm2以下，与此相对，在样品8～16中，夹杂物的总数
均超过了它们的上限。此外，在样品1～16中，al氧化物的含量几乎没有变化，与此相对，样品1～7中ti氧化物和ti碳氮化物的含量比样品8～16中的少。特别是，ti碳氮化物的含量的减少尤为显著。
[0180]
在此，当关注合金的成分组成时，在样品1～7中，n的含量被抑制在0.05％以下，与此相对，在样品8～16中，n的含量超过了0.05％。由此可以解释为：如样品1～7那样，通过将n的含量抑制为较低，可以将由碳氮化物构成的夹杂物的含量抑制为较低，进而将包含氧化物在内的夹杂物的总数也抑制为较低。另外，在样品8～16中，在ti的含量超过1.5％而变得较多的样品11、12、16中，特别是碳氮化物的个数和夹杂物的总数变多，可以说，除了n以外、ti的含量也被抑制为较低对于夹杂物的减少是有效的。
[0181]
以上，对本发明的实施方式和实施例进行了说明。本发明不特别限于这些实施方式和实施例，而是能够进行各种改变。
[0182]
工业实用性
[0183]
根据本发明，能够提供：在使用由ni基合金构成的粉末材料进行层叠成形的情况下，在所得的层叠成形品中，能够将夹杂物的含量抑制为较低的粉末材料；这样将夹杂物的含量抑制为较低的层叠成形品；以及这种粉末材料的制造方法。
[0184]
本技术基于2019年9月19日提出的日本专利申请(日本特愿2019-170114)，其内容被引用在此作为参考。