一种二流雾化法制备含P高强不锈钢粉末的方法

摘要

一种二流雾化法制备含P高强不锈钢粉末的方法，属于粉末冶金领域。本发明在各类不锈钢成分的基础上，通过二流雾化将一定量的P元素以合金化的方式加入其中，制备出新型含P高强不锈钢粉末。用熔化坩埚熔化所配置的中间坯锭，使熔体温度保持在1500‑1800℃，然后将熔融金属液倒入导流坩埚中，使其沿导流坩埚底部的导流管连续并匀速流出，将高压水流/气流沿着雾化室顶部的喷嘴喷出，使金属液雾化形成液滴得到含P不锈钢合金粉，最后进行干燥筛分。本发明制备工艺简单，无需额外设备，能够高效且低成本的优化不锈钢粉末体系，对后续生产高强粉末不锈钢具有十分重要的指导先驱意义。

权利要求

1.一种二流雾化法制备含P高强不锈钢粉末的方法，其特征在于在不锈钢雾化粉末体系中加入P元素，实现不锈钢粉末成分体系的优化，具体制备步骤如下：(1) 按照不锈钢合金粉末的成分要求，将所需的各类中间合金坯锭按照一定比例加入到熔化坩埚内，同时加入一定量的P元素，得到含0.1‑2wt%P的不锈钢成分体系；熔化后液体的体积不得超过熔化坩埚容积的三分之二；

(2) 启动感应加热系统使坯锭熔化，使熔体的温度保持在1500‑1800℃，并保温20‑

70min；同时对导流坩埚在800‑1200℃进行充分预热；

(3) 将熔融的合金液倒入导流坩埚中，使金属液从导流坩埚底部的导流管中连续并以一定的流速匀速流出；

(4) 将高压水流或气流沿着雾化室顶部的喷嘴喷出，令雾化水流或气流冲刷高温液体，使金属液雾化形成液滴得到含P不锈钢合金粉；

(5) 对雾化所得合金粉进行离心干燥和真空干燥，将干燥后的合金粉收集并筛分；

步骤(1)中所述的不锈钢合金粉末的成分要求按照各种市售不锈钢牌号进行配比，包括304、316L、201、321或347牌号；

步骤(1)中所述的P元素以Ni‑P合金或P‑Fe合金中间合金锭的方式添加。

2.根据权利要求1所述的一种二流雾化法制备含P高强不锈钢粉末的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的一定的流速为3‑16kg/min；该流速控制与雾化介质压强、合金液成分、所需粉末粒径因素有关，过高或过低均会导致不锈钢雾化粉末的性能参数偏差较大。

3.根据权利要求1所述的一种二流雾化法制备含P高强不锈钢粉末的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的水流压强为3‑25MPa，气流压强为2‑15MPa且为惰性气体；水流或气流压强过低或过高主要会使合金粉末粒径偏离所需的不锈钢粉末粒径。

说明书

一种二流雾化法制备含P高强不锈钢粉末的方法

技术领域

[0001] 本发明属于粉末冶金领域，提供了一种二流雾化法制备含P高强不锈钢粉末的方法。

背景技术

[0002] 现如今粉末冶金法生产不锈钢已经克服了传统熔铸技术生产成本高、材料利用率低、产品尺寸精度不高等显著缺点，能够充分满足当代复杂零件对不锈钢产品形状极度苛刻的要求，同时产品具有优良的力学、耐蚀等性能，在航空航天、海洋工程、医疗器械、化工、纺织及能源等关系国计民生的装备制造领域得到广泛的应用。

[0003] 无论是常规粉末冶金法还是目前技术和发展规模都急剧增加的金属注射成型(MIM)工艺，不锈钢原料粉末的生产和发展都是重中之重。全球粉末冶金用不锈钢粉末市场规模在逐年增长，国内的不锈钢粉末生产更是空前迅速的发展壮大。然而对于MIM等不借助热加工工艺的近净成形方法而言，原有的不锈钢成分体系在烧结后内部仍存在孔隙，其力学性能和耐腐蚀性都不及熔炼的不锈钢。因此，尝试通过添加少量合金元素的方式来制取高密度的烧结不锈钢是十分必要的。

[0004] P元素是一种低熔点元素，可促进粉末体系的烧结致密化，进而提高粉末冶金制品的烧结致密度。然而，传统熔铸工艺中指出P元素在钢体系中的含量不应超过0.05wt％，否则会在晶界偏析，造成坯锭在冷却以及后续加工过程中开裂。为了利用P元素低熔点属性，本发明提出了一种低成本的新型含P高强不锈钢粉末的制备方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提出了一种二流雾化法制备含P高强不锈钢粉末的方法，通过低成本的简便手段高效地优化不锈钢粉末体系。通过二流雾化的方式将P元素加入到各种牌号的不锈钢体系中，制备出新型含P的不锈钢合金粉末。一方面，P元素能够显著的促进烧结致密度，对钢的固溶强化效果也是十分明显的，同时其加入对材料的耐腐蚀性有着一定的好处。因此，P对烧结不锈钢的强度和耐蚀性均有可观的益处；另一方面，相较于会产生P严重偏析的传统熔铸法，粉末冶金法能够将P元素均匀的分布于大量的合金粉末颗粒中，且在后续的烧结过程中由于无液相到固相的凝固过程，导致几乎不存在偏析的现象。

[0006] 为了获得上述的一种二流雾化法制备含P高强不锈钢粉末的方法，在不锈钢雾化粉末体系中加入P元素，实现不锈钢粉末成分体系的优化，具体制备步骤如下：

[0007] (1)按照不锈钢合金粉末的成分要求，将所需的各类中间合金坯锭按照一定比例加入到熔化坩埚内，同时加入一定量的P元素，得到含0.1‑2wt％P的不锈钢成分体系。熔化后液体的体积不得超过熔化坩埚容积的三分之二；

[0008] (2)启动感应加热系统使坯锭熔化，使熔体的温度保持在1500‑1800℃，并保温20‑70min。同时对导流坩埚在800‑1200℃进行充分预热；

[0009] (3)将熔融的合金液倒入导流坩埚中，使金属液从导流坩埚底部的导流管中连续并以一定的流速匀速流出；

[0010] (4)将高压水流或气流沿着雾化室顶部的喷嘴喷出，令雾化水流或气流冲刷高温液体，使金属液雾化形成液滴得到含P不锈钢合金粉；

[0011] (5)对雾化所得合金粉进行离心干燥和真空干燥，将干燥后的合金粉收集并筛分。

[0012] 进一步地，步骤(1)中所述的不锈钢合金粉末的成分要求按照各种市售不锈钢牌号进行配比，包括304、316L、201、321或347等牌号。

[0013] 进一步地，步骤(1)中所述的P元素以Ni‑P合金或P‑Fe合金中间合金锭的方式添加。

[0014] 进一步地，步骤(3)中所述的一定的流速为3‑16kg/min。该流速控制与雾化介质压强、合金液成分、所需粉末粒径等因素有关，过高或过低均会导致不锈钢雾化粉末的性能参数偏差较大。

[0015] 进一步地，步骤(4)中所述的水流压强为3‑25MPa，气流压强为2‑15MPa且为惰性气体。水流或气流压强过低或过高主要会使合金粉末粒径偏离所需的不锈钢粉末粒径。

[0016] 本发明的技术关键点在于：(1)在雾化不锈钢体系中将P元素以合金化的方式加入其中，解决了低沸点P单质挥发无法加入到高温金属液的问题；(2)通过高压二流雾化可以将易偏析的P元素均匀地分布于粉末颗粒中，在后续应用过程中充分发挥其促进烧结和提高强度的作用；(3)新型不锈钢体系中P含量为0.1‑2wt％，是经过大量实验验证优化获得，无法根据前期研究结果推测出不锈钢体系中P的具体含量。含量过低使得P元素的有益作用有限，无法充分促进后续烧结过程中的致密化；含量过高的话，导致脆性相析出，影响材料塑性。

[0017] 本发明的优点：

[0018] 1、通过二流雾化手段以及添加含P合金坯锭，低成本、高效率的完成不锈钢粉末体系的优化改善。

[0019] 2、将P以合金化方式加入不锈钢粉末，对后续粉末不锈钢产品力学性能的提升具有十分重要的指导意义。

[0020] 3、对于MIM等粉末烧结不锈钢，合金粉末中加入P对粉末不锈钢产品耐腐蚀性能也有着不可忽视的重要作用。

[0021] 4、该方法制备工艺简单，无需额外设备和工艺步骤，适用性强，适合大规模工业化生产。

具体实施方式

[0022] 实施例1：

[0023] (1)按照304奥氏体不锈钢合金粉末的成分要求，将所需中间合金按比例加入到熔化坩埚，同时加入一定量P‑Fe合金，得到含0.5wt％P的不锈钢成分体系；

[0024] (2)启动感应加热系统使坯锭熔化，使熔体的温度保持在1630℃，并保温40min。同时需对导流坩埚于900℃进行充分预热；；

[0025] (3)将熔融的合金液按12kg/min倾倒速度倒入导流坩埚中，使金属液从导流坩埚底部的导流管中连续并匀速流出；

[0026] (4)将高压水流沿着雾化室顶部的喷嘴喷出，水流压强控制在20MPa，令雾化水流冲刷高温液体，使金属液雾化形成液滴得到水雾化含P不锈钢合金粉；

[0027] (5)对水雾化所得合金粉进行离心干燥和真空干燥，将干燥后的铝粉收集并筛分。

[0028] 实施例2：

[0029] (1)按照316L奥氏体不锈钢合金粉末的成分要求，将所需中间合金按比例加入到熔化坩埚，同时加入一定量Ni‑P合金，得到含0.8wt％P的不锈钢成分体系；

[0030] (2)启动感应加热系统使坯锭熔化，使熔体的温度保持在1680℃，并保温30min。同时需对导流坩埚于1000℃进行充分预热；；

[0031] (3)将熔融的合金液按9kg/min倾倒速度倒入导流坩埚中，使金属液从导流坩埚底部的导流管中连续并匀速流出；

[0032] (4)将高压惰性气体沿着雾化室顶部的喷嘴喷出，气压强控制在8MPa，令气流冲刷高温液体，使金属液雾化形成液滴得到气雾化含P不锈钢合金粉；

[0033] (5)对气雾化所得合金粉进行离心干燥和真空干燥，将干燥后的铝粉收集并筛分。