니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법
Method of controlling microstructure of nickel-based superalloy direct energy deposition structure
특허 요약
본 발명은, 조직 미세화와 균일성 및 높은 경도를 확보할 수 있도록 미세조직을 제어하는 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법은, 니켈계 초합금 분말과 지르코니아 분말을 포함하는 혼합 분말을 제공하는 단계; 상기 혼합 분말을 공정 변수 하에서 레이저를 이용하여 직접 에너지 적층 처리하여 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세 조직과 내부 변수와의 상관 관계를 도출하는 단계를 포함한다.
청구항
번호청구항
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제 1 항에 있어서,상기 상관 관계를 이용하여 내부 변수를 설정하여, 목표 미세 조직을 가지는 목표 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체를 형성하는 단계를 더 포함하는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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니켈계 초합금 분말과 지르코니아 분말을 포함하는 혼합 분말을 제공하는 단계;상기 혼합 분말을 공정 변수 하에서 레이저를 이용하여 직접 에너지 적층 처리하여 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세 조직과 내부 변수와의 상관 관계를 도출하는 단계를 포함하는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 2 항에 있어서,상기 목표 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체를 형성하는 단계는,설정된 상기 내부 변수로부터 공정 변수를 도출하여, 상기 혼합 분말을 도출된 상기 공정 변수 하에서 직접 에너지 적층 처리하여 상기 목표 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체를 형성하여 이루어지는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 1 항에 있어서,상기 공정 변수는, 상기 직접 에너지 적층 처리에서의 레이저 출력, 스캔 속도, 및 레이저 에너지 밀도 중 적어도 어느 하나를 포함하는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 1 항에 있어서,상기 내부 변수는, 체적 에너지 밀도, 푸리에 수, 마랑고니 대류값, 및 접촉비 중 적어도 어느 하나를 포함하는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 5 항에 있어서,상기 체적 에너지 밀도는 하기의 식을 만족하는,체적 에너지 밀도= 레이저 에너지 밀도/용융풀의 체적니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 5 항에 있어서,상기 체적 에너지 밀도는 0 초과 0.1 이하의 범위인,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 5 항에 있어서,상기 접촉비는 하기의 식을 만족하는,접촉비= 모재에 접촉하는 용융풀의 면적/전체 용융풀의 면적니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 5 항에 있어서,상기 접촉비는 0 초과 1 미만 범위인,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 5 항에 있어서,상기 마랑고니 대류값은 하기의 식을 만족하는,마랑고니 대류값 = (dT/dγ) x (wΔT/μα)(여기에서, T는 용융풀의 온도, γ는 표면 장력, w는 용융풀의 폭, ΔT는 용융풀의 최대 온도와 고상 온도의 차이, μ는 용융풀의 점성, α는 용융풀의 열 확산율임)니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 5 항에 있어서,상기 마랑고니 대류값은, 0 초과 5 이하 범위인,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 5 항에 있어서,상기 푸리에 수는 하기의 식을 만족하는,푸리에 수 = α/(VxL)(여기에서, α는 용융풀의 열 확산율, V는 스캔 속도, L은 용융풀의 길이임)니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 1 항에 있어서,상기 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세 조직은,주상정 결정립 조직, 등축정 결정립 조직, 주상정 결정립과 등축정 결정립의 혼합 조직, 및 아모포스 조직 중 적어도 어느 하나를 포함하는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 2 항에 있어서,상기 목표 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 목표 미세 조직은,주상정 결정립 조직, 등축정 결정립 조직, 주상정 결정립과 등축정 결정립의 혼합 조직, 및 아모포스 조직 중 적어도 어느 하나를 포함하는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 1 항에 있어서,상기 니켈계 초합금 분말은 제1 평균 입경을 가지고,상기 지르코니아 분말은 상기 제1 평균 입경에 비하여 작은 제2 평균 입경을 가지는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 1 항에 있어서,상기 니켈계 초합금 분말은 45 μm 내지 150 μm 범위의 평균 입경을 가지고,상기 지르코니아 분말은 20 nm 내지 200 nm 범위의 평균 입경을 가지는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 1 항에 있어서,상기 혼합 분말은,상기 니켈계 초합금 분말을 98 중량% 내지 99 중량% 범위로 포함하고, 상기 지르코니아 분말을 1 중량% 내지 2 중량% 범위로 포함하는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 1 항에 있어서,상기 니켈계 초합금 분말은,상기 니켈계 초합금 분말의 전체 중량을 기준으로, 50 중량% 내지 55 중량%의 니켈(Ni), 17 중량% 내지 21 중량%의 크롬(Cr), 4.75 중량% 내지 5.50 중량%의 니오븀(Nb), 2.8 중량% 내지 3.30 중량%의 몰리브덴(Mo), 0.65 중량% 내지 1.15 중량%의 티타늄(Ti), 0.20 중량% 내지 0.80 중량%의 알루미늄(Al), 0.1 중량% 내지 1 중량%의 코발트(Co), 및 잔부는 철과 기타 불가피한 불순물을 포함하는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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제 1 항에 있어서,상기 니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체를 형성하는 단계는,100W 내지 500W 범위의 레이저 출력 및 200 mm/분 내지 2000 mm/분 범위의 레이저 스캔 속도를 이용하여 수행되는,니켈계 초합금 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.

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분말을 제공하는 단계; 상기 분말을 공정 변수 하에서 레이저를 이용하여 직접 에너지 적층 처리하여 직접 에너지 적층 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 직접 에너지 적층 구조체의 미세 조직과 내부 변수와의 상관 관계를 도출하는 단계를 포함하는, 직접 에너지 적층 구조체의 미세조직 제어방법.