本公開(kāi)涉及一種用于制造工具(特別是模具或模具部件)的合金，該工具擬用于復(fù)合材料的航空部件的制造。

背景技術(shù)：

1、在航空工業(yè)中對(duì)重量和機(jī)械性能之間的權(quán)衡的尋找導(dǎo)致了增加量的復(fù)合材料的航空部件(特別是諸如機(jī)翼或機(jī)身等結(jié)構(gòu)部件或功能組件)的生產(chǎn)。這些復(fù)合材料通常包含其中嵌入有增強(qiáng)纖維的聚合物基體。例如，該聚合物基體由熱固性樹(shù)脂形成，特別是環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂。例如，增強(qiáng)纖維可選自玻璃纖維、碳纖維、凱夫拉爾(kevlar)纖維、鋁纖維或鈦纖維。在一些情況下，編織纖維以用于進(jìn)一步改善部件的機(jī)械性能。

2、對(duì)于這些部件的生產(chǎn)，起始材料通常是預(yù)浸料，即包含嵌入在聚合物基體中的增強(qiáng)纖維的條狀復(fù)合材料。該部件采用以下兩種方法之一由這種起始材料制造：

3、(a)層疊和熱壓罐固化，包括以下連續(xù)步驟：

4、a.將起始材料以連續(xù)層沉積在凸形或凹形的金屬模具上，以在金屬模具上獲得鋪層；

5、b.真空封裝上述鋪層以去除氣泡，并將鋪層壓制成模具更復(fù)雜或較不復(fù)雜的形狀；

6、c.在熱壓罐中，在壓力下且在介于120℃至180℃之間的溫度下，通過(guò)對(duì)包含模具和鋪層的組件進(jìn)行熱處理數(shù)百分鐘，固化復(fù)合材料的聚合物基體；

7、(b)壓制成型，該方法與方法(a)類(lèi)似，但不是熱壓罐固化步驟，而是包括復(fù)合材料在壓力機(jī)中的固化步驟，該固化步驟通過(guò)熱壓第一模具和第二模具之間的鋪層，其中第一模具上涂覆有鋪層，第二模具具有與第一模具匹配的型腔。該熱壓在與方法(a)所述類(lèi)似的溫度和類(lèi)似時(shí)間下進(jìn)行。

8、因此，用于通過(guò)上述方法制造復(fù)合材料的航空部件的工具理想地必須具有以下特性：

9、在聚合物基體的固化溫度下以及在由重復(fù)使用工具產(chǎn)生的大量熱循環(huán)下具有良好的機(jī)械強(qiáng)度；

10、與所使用的復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)相適配的熱膨脹系數(shù)；

11、尺寸穩(wěn)定性；

12、真空密封性。

13、此外，該工具必須能夠使生產(chǎn)成本最低，特別是在制造成本、最終重量、制造時(shí)間等方面。

14、對(duì)于制造包含嵌入環(huán)氧樹(shù)脂基體中的碳纖維的復(fù)合材料的部件而言，如果制造工具的金屬合金在20℃至200℃之間的熱膨脹系數(shù)介于2.2×10-6℃-1和2.9×10-6℃-1之間，則認(rèn)為該工具的熱膨脹系數(shù)與所使用的復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)相適配。

15、因瓦合金(invar)m93具有適配于制造此類(lèi)工具的熱膨脹系數(shù)。此外，對(duì)于上述應(yīng)用，它還表現(xiàn)出一些優(yōu)良特性，特別是在耐刮擦性和抗沖擊性，與非金屬模具相比增加的工具使用壽命，獲得機(jī)器焊接工具或模具結(jié)構(gòu)的可能性，以及具有機(jī)器焊接結(jié)構(gòu)的工具的可能加工方面。

16、為了降低與用于上述應(yīng)用的生產(chǎn)工具相關(guān)的生產(chǎn)成本和改善其生產(chǎn)率，人們尋求使用增材制造工藝生產(chǎn)這種工具。增材制造能夠?qū)崿F(xiàn)這種工具的快速、靈活的制造。它還能夠制造出在有限維護(hù)下可承受更多熱循環(huán)的工具。

17、為了進(jìn)一步改善生產(chǎn)率，人們尋求在增材制造工藝中達(dá)到相對(duì)高的沉積速率，例如高于或等于約450立方厘米/小時(shí)的沉積速率。

18、在增材制造中提高沉積速率的一種方法是減少兩次連續(xù)材料沉積道次之間的時(shí)間，在本文的其余部分中也稱(chēng)為道次間時(shí)間。然而，本公開(kāi)的發(fā)明人已經(jīng)確定，當(dāng)通過(guò)使用因瓦合金m93絲材的電弧絲材增材制造來(lái)制造測(cè)試壁時(shí)，由于道次間溫度的升高，道次間時(shí)間的減少導(dǎo)致這些壁的坍塌。特別地，發(fā)明人觀察到，在道次間溫度達(dá)到600℃及以上時(shí)，該壁開(kāi)始出現(xiàn)下垂現(xiàn)象。因此，所述方法無(wú)法以目標(biāo)生產(chǎn)率制造出具有令人滿(mǎn)意的質(zhì)量的部件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提出一種合金，該合金能夠以改善的生產(chǎn)率對(duì)擬用于制造復(fù)合材料的航空部件的工具進(jìn)行增材制造。

2、為此目的，本發(fā)明涉及一種用于制造工具的合金，該工具擬用于制造復(fù)合材料的航空部件，按重量計(jì)，該合金包括：

3、32.6％≤鎳≤38.0％；

4、0.80％≤鈷≤4.20％，且：

5、鈷≥-1.00×鎳％+36.80％，其中鎳％表示所述合金中按重量百分比計(jì)的鎳含量，和

6、鈷≤-1.63×鎳％+62.72％，其中鎳％表示所述合金中按重量百分比計(jì)的鎳含量；

7、1.0％≤鈦≤2.0％；

8、0.0010％≤稀土元素≤0.0500％；

9、0.10％≤硅≤0.35％；

10、0.15％≤錳≤0.60％；

11、0.005％≤碳≤0.04％；

12、余量為鐵以及由生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的雜質(zhì)。

13、優(yōu)選地，所述由生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的雜質(zhì)按重量計(jì)包括：

14、鈣≤0.0015％；

15、鎂≤0.0035％；

16、鋁≤0.0085％；

17、氧≤0.0025％；

18、硫≤0.0035％；

19、磷≤0.0100％；

20、硼≤0.0005％；

21、鉬≤0.1％；

22、鉻≤0.1％；

23、銅≤0.1％；

24、鈮≤0.01％；

25、釩≤0.01％。

26、優(yōu)選地，所述稀土元素包括釔、鈰、鑭、釹、鐠或它們的混合物。

27、本發(fā)明還涉及一種如上述定義的合金制成的填充絲材。

28、本發(fā)明還涉及一種制造如上述定義的填充絲材的方法，所述方法包括以下步驟：

29、提供如上所述的合金的半成品；

30、對(duì)該半成品進(jìn)行熱加工以形成中間絲材；和

31、將所述中間絲材加工為具有比中間絲材更小的直徑的填充絲材，所述加工包括拉絲步驟。

32、本發(fā)明還涉及上述定義的合金的用途，用于制造工具的至少一部分，該工具用于制造復(fù)合材料的航空部件。

33、本發(fā)明還涉及由上述定義的合金制成的部件或部件的一部分。

34、根據(jù)所述部件或部件的一部分的特定特征：

35、所述部件或部件的一部分通過(guò)金屬增材制造獲得；

36、所述部件是一種工具，特別是模具，其擬用于制造復(fù)合材料的航空部件。

37、本發(fā)明還涉及一種制造部件或部件的一部分的方法，包括步驟：通過(guò)金屬增材制造工藝，使用由上述定義的合金制成的填充絲材和/或上述定義的合金的粉末作為填充材料來(lái)制造所述部件或部件的一部分。

38、根據(jù)所述制造方法的特定特征：

39、增材制造工藝選自電弧絲材、激光絲材、電子束絲材，以及與電弧絲材和粉末激光或電弧絲材和激光絲材的技術(shù)結(jié)合的混合增材制造工藝。

40、本發(fā)明還涉及如上述定義的填充絲材在金屬增材制造工藝中用作填充絲材的用途。

41、本發(fā)明還涉及由上述定義的合金制成的金屬粉末。

42、本發(fā)明還涉及一種制造上述定義的金屬粉末的方法，所述方法包括步驟：提供上述定義的填充絲材的步驟，以及對(duì)該填充絲材進(jìn)行等離子體霧化步驟，以獲得金屬粉末。