一种微细球形铁素体不锈钢粉体及其制备方法

摘要

本发明涉及一种微细球形铁素体不锈钢粉体及其制备方法，它包括以下重量百分含量的成分：C0.01～0.03％、Si0.1～0.3％、Mn0.1～0.3％、Ti1～5％、Cr15～18％、Cu0.2～0.5％、Mg0.2～0.5％、余量为Fe和不可避免的杂质。一方面采用特定比例的C、Si、Ti、Cu、Mg等元素形成配方，另一方面加入了较多含量的Ti，这样能够提高不锈钢的强度、韧性和使用寿命。

权利要求

1.一种微细球形铁素体不锈钢粉体，其特征在于，它包括以下重量百分含量的成分：

2.根据权利要求1所述的微细球形铁素体不锈钢粉体，其特征在于，它包括以下重量百分含量的成分：

3.权利要求1至2中任一所述微细球形铁素体不锈钢粉体的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：(a)选取不锈钢粉体或用C、Si、Mn、Ti、Cr、Cu、Mg、B、Fe元素配成合金原料；

(b)采用氢气或者氩气作为载气将所述不锈钢粉体或合金原 料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体；所述载气的流量0.2～1m3/h，送料速率为1～20g/min；

(c)用冷却气对所述合金体进行热交换，形成微细球形不锈钢粉体，所述冷却气流量为

1～15m3/h；

(d)将所述微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末。

4.根据权利要求3所述微细球形铁素体不锈钢粉体的制备方法，其特征在于：所述等离子体炬的功率为5～20kW，发生气为流量10～15m3/h的氩气，边气为流量5～25m3/h的氩气，压力范围为负压100～150mm汞柱。

说明书

一种微细球形铁素体不锈钢粉体及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料领域，涉及一种不锈钢粉体，具体涉及一种微细球形铁素体不锈钢粉体及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着3D打印和现代粉末冶金技术的发展，不锈钢制品的种类越来越多，并朝着高强度、高密度、高精度的方向发展。铁素体不锈钢因其密度低、比强度高、耐蚀性良好、耐热性能优良等一系列优良性能，广泛应用于航空、航天、海洋工程、汽车工业、生物工程等领域，是一种重要的基础工业原料。而铁素体不锈钢粉体在化学活性、机械性能、流动性、松装密度等方面显示出独特优势，常常应用于激光快速成型等领域。伴随着新兴的激光快速成型技术、3D激光打印技术等技术的不断发展，铁素体不锈钢粉体的需求量也越来越大。

[0003] 传统的微细球形不锈钢粉体的制备方法是水雾化法和气雾化法，但这两种方法制备的不锈钢粉末质量、性能和成本都存在很大差异，主要体现在一下几个方面：(1)水雾化制粉在粉末细度及成本有一定的优势，但所的粉末基本呈不规则形状，大大影响后续不锈钢制品的性能；(2)气雾化制粉在粉末氧含量及粉末球形度有一定的优势，但所制备的粉末整体粒度偏粗、成本高、技术难度大，大大限制了气雾化不锈钢粉末的推广应用。因此，寻求一种切实可行的可以进行工业化生产的制备微细球形铁素体不锈钢粉体的方法显得非常重要和迫切。

发明内容

[0004] 本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种微细球形铁素体不锈钢粉体。

[0005] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种微细球形铁素体不锈钢粉体，它包括以下重量百分含量的成分：

[0006]

[0007] 余量为Fe和不可避免的杂质。

[0008] 优化地，它还包括质量百分含量为0.01～0.05％的B。

[0009] 进一步地，它包括以下重量百分含量的成分：

[0010]

[0011] 余量为Fe和不可避免的杂质。

[0012] 进一步地，它包括以下重量百分含量的成分：

[0013]

[0014] 余量为Fe和不可避免的杂质。

[0015] 本发明的又一目的在于提供一种上述微细球形铁素体不锈钢粉体的制备方法，它包括以下步骤：

[0016] (a)选取不锈钢粉体或用C、Si、Mn、Ti、Cr、Cu、Mg、Fe元素配成合金原料：

[0017] (b)采用氢气或者氩气作为载气将所述不锈钢粉体或合金入料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体；所述载气的流量0.2～1m3/h，送料速率为1～20g/min；

[0018] (c)用冷却气对所述合金体进行热交换，形成微细球形不锈钢粉体，所述冷却气流量为1～15m3/h；

[0019] (d)将所述微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末。

[0020] 优化地，所述等离子体炬的功率为5～20kW，发生气为流量10～15m3/h的氩气，边气为流量5～25m3/h的氩气，压力范围为负压100～150mm汞柱。

[0021] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明微细球形铁素体不锈钢粉体，一方面采用特定比例的C、Si、Ti、Cu、Mg等元素形成配方，另一方面加入了较多含量的Ti，这样能够提高不锈钢的强度、韧性和使用寿命。

具体实施方式

[0022] 下面将对本发明优选实施方案进行详细说明。

[0023] 实施例1

[0024] 本实施例提供一种微细球形铁索体不锈钢粉体，它包括以下重量百分含量的成分：

[0025]

[0026] 余量为Fe和不可避免的杂质；

[0027] 上述微细球形铁索体不锈钢粉体的制备方法，它包括以下步骤：

[0028] (a)选取C、Si、Mn、Ti、Cr、Cu、Mg、Fe元素配成合金原料；

[0029] (b)采用氩气作为载气将不锈钢粉体或合金入料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体；所述载气的流量0.2m3/h，送料速率为1g/min，等离子体炬的功率为5kW，发生气3 3
为流量10m/h的氩气，边气为流量5m/h的氩气，压力范围为负压100mm汞柱；

[0030] (c)用冷却气对所述合金体进行热交换，形成微细球形不锈钢粉体，所述冷却气流量为1m3/h；

[0031] (d)将所述微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末(D50＝30微米)。

[0032] 实施例2

[0033] 本实施例提供一种微细球形铁素体不锈钢粉体，其各组分质量含量与实施例1中的一致，不同的是，它的制备方法包括以下步骤：

[0034] (a)选取C、Si、Mn、Ti、Cr、Cu、Mg、Fe元素配成合金原料；

[0035] (b)采用氢气或者氩气作为载气将所述不锈钢粉体或合金入料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体；所述载气的流量1m3/h，送料速率为20g/min，等离子体炬的功率为20kW，发生气为流量15m3/h的氩气，边气为流量25m3/h的氩气，压力范围为负压150mm汞柱；

[0036] (c)用冷却气对所述合金体进行热交换，形成微细球形不锈钢粉体，所述冷却气流量为15m3/h；

[0037] (d)将所述微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末(D50＝50微米)。

[0038] 实施例3

[0039] 本实施例提供一种微细球形铁素体不锈钢粉体，其各组分质量含量与实施例1中的一致，不同的是，它的制备方法包括以下步骤：

[0040] (a)选取C、Si、Mn、Ti、Cr、Cu、Mg、Fe元素配成合金原料；

[0041] (b)采用氢气或者氩气作为载气将所述不锈钢粉体或合金入料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体；所述载气的流量0.5m3/h，送料速率为10g/min，等离子体炬的功率为10kW，发生气为流量12m3/h的氩气，边气为流量20m3/h的氩气，压力范围为负压120mm汞柱；

[0042] (c)用冷却气对所述合金体进行热交换，形成微细球形不锈钢粉体，所述冷却气流量为10m3/h；

[0043] (d)将所述微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末(D50＝40微米)。

[0044] 表1实施例4至实施例8的微细球形铁素体不锈钢粉体成分组成(制备方法参照实施例1)

[0045]  C Si Mn Ti Cr Cu Mg B Fe
实施例4 0.02％ 0.1％ 0.1％ 1％ 15％ 0.5％ 0.3％ - 余量
实施例5 0.03％ 0.2％ 0.2％ 3％ 16％ 0.3％ 0.2％ - 余量
实施例6 0.01％ 0.1％ 0.1％ 2％ 16％ 0.2％ 0.2％ 0.01％ 余量
实施例7 0.03％ 0.3％ 0.3％ 3％ 15.5％ 0.3％ 0.3％ 0.05％ 余量
实施例8 0.02％ 0.15％ 0.15％ 2.5％ 15％ 0.2％ 0.2 0.03％ 余量

[0046] 将实施例1至实施例8中制得的微细球形铁索体不锈钢粉体进行3D打印形成在基板的表面，具体参考现有技步骤：

[0047] (a)将不锈钢粉体、氧化铁和碳粉按质量比300∶4∶1高速研磨(500r/min)使上述粉末充分混合均匀，获得复合金属成型粉料；

[0048] (b)采用逐层喷射聚乙烯吡咯烷酮水溶液的粘结剂微液滴，然后逐层叠加金属粉料的3D打印方法获得此金属成型粉料的一种5×5×5mm3立方体结构的三维粘接坯体；

[0049] (c)成型后的粘接坯体再进行脱脂烧结，先在600℃以下进行脱脂，然后在真空状态下逐渐升温至1350℃进行烧结，获得3D打印制品。测得3D打印制品的性质如表2所示。

[0050] 表2实施例1至实施例8中制得的微细球形铁素体不锈钢粉体3D打印制品的性能[0051]

[0052] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。