一種提高霧化法制備不銹鋼粉末球形度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高霧化法制備3D打印用不銹鋼粉末球形度的方法，屬于3D打印材料和粉末冶金領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]霧化法是制備金屬粉末的常用方法，主要包括氣霧化、水霧化、離心霧化、超聲霧化、等離子體霧化等。一般來講，不同的霧化法所制備的金屬粉末的形貌是有區(qū)別的。水霧化制備的金屬粉末的形貌多呈不規(guī)則形狀，粉末的流動(dòng)性差;而氣霧化、離心霧化、超聲霧化、等離子體霧化等霧化法可制備球形或近球形粉末，粉末的流動(dòng)性較好。
[0003]3D打印(增材制造)是指依據(jù)數(shù)字模型，通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料的方式來制造三維實(shí)體物件的技術(shù)，代表了世界制造業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。目前，工業(yè)上應(yīng)用的金屬3D打印所使用的原材料主要是各類金屬粉末，這些金屬3D打印技術(shù)所使用的送粉方式主要有粉末床鋪粉和同軸送粉兩大類。為了保證打印過程的連續(xù)性和高精度，均要求所使用金屬粉末的球形度要高，具有極佳的流動(dòng)性。
[0004]不銹鋼粉末是3D打印所使用的一類重要的原材料。目前，不銹鋼粉末可由水霧化、氣霧化或等離子霧化制備，比如，專利CN201010574595.3公開了一種高壓水霧化法生產(chǎn)球形不銹鋼粉末材料的方法;專利CN200710121435.1公開了一種采用氣霧化法制備含氮/高氮不銹鋼粉末的方法;專利CN201310304846.X公開了一種等離子球化制備微細(xì)球形不銹鋼粉末的方法。但上述方法的區(qū)別在于所使用的霧化方法不同，所制備的不銹鋼粉末均針對(duì)傳統(tǒng)的粉末冶金或金屬注射成型領(lǐng)域應(yīng)用，粉末的球形度和流動(dòng)性還不能完全滿足3D打印的特殊要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是要提供一種能夠進(jìn)一步提高霧化法制備不銹鋼粉末球形度的方法，使得所制備的不銹鋼粉末的球形度和流動(dòng)性能滿足3D打印的使用要求。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案方法如下:一種提高霧化法制備不銹鋼粉末球形度的方法，包括如下步驟:
第一步:首先，根據(jù)目標(biāo)不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)成分對(duì)原料進(jìn)行配比，加熱熔融原料并進(jìn)行脫氧、脫氮、脫硫處理，其中，脫氧采用在鋼液中加入硅錳鈣鋁鋇復(fù)合脫氧劑進(jìn)行，其添加量不超過鋼液總質(zhì)量的0.1%;脫氮采用鋼液中加入一定量的T1、A1、V中的一種或多種來進(jìn)行，具體添加量依據(jù)氮在鋼液中的最大溶解度0.045%和鋼液總量計(jì)算確定;脫硫采用在鋼液中加入含Ca、Al的復(fù)合脫硫劑進(jìn)行，用量為鋼液總質(zhì)量的0.3%，即獲得氧、氮、硫含量均低于10ppm的低氧、低氮、低硫不銹鋼母合金；
第二步:將第一步所獲得的低氧、低氮、低硫不銹鋼母合金重熔，測(cè)定并控制母合金中硅的含量，確定硅含量達(dá)到目標(biāo)不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)成分的區(qū)間上限，同時(shí)，添加微量的硼，其添加量以在目標(biāo)不銹鋼基體上不形成含硼的析出物為上限，從而獲得含硅和硼的低氧、低氮、低硫不銹鋼母合金；
第三步:將第二步制備的不銹鋼母合金進(jìn)行霧化制粉。
[0007]進(jìn)一步的，第一步中，娃猛I丐招鋇復(fù)合脫氧劑為40wt%S1、10wt%Mn，25wt%Ca、10wt%Al、15wt%Ba的組合物。
[0008]進(jìn)一步的，第一步中，復(fù)合脫硫劑為60wt%CaC2、20wt%Ca0、10wt%CaF2、10wt%Al的組合物。
[0009]進(jìn)一步的，第三步中，霧化制粉包括水霧化、氣霧化、離心霧化、超聲霧化、等離子體霧化、旋轉(zhuǎn)電極霧化。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1、本發(fā)明以增大不銹鋼熔體液滴的表面張力為目標(biāo)，對(duì)其成分進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)和調(diào)整，所改進(jìn)的不銹鋼熔體液滴的表面張力比相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)不銹鋼表面張力更大，因而在相同的霧化工藝和霧化設(shè)備下可獲得球形度和流動(dòng)性更佳的不銹鋼粉末，能夠滿足3D打印的特殊要求。
[0011]2、本發(fā)明所述方法簡(jiǎn)單，對(duì)現(xiàn)有的霧化制粉技術(shù)均有顯著改善效果。
【附圖說明】
[0012]圖1是采用本發(fā)明方法制備的氣霧化430不銹鋼粉末的SEM圖。
[0013]圖2是采用本發(fā)明方法制備的氣霧化316L不銹鋼粉末的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明所依據(jù)的原理是通過調(diào)整不銹鋼中對(duì)表面張力影響較大的雜質(zhì)元素和微量非金屬元素的含量，進(jìn)一步增大不銹鋼熔體液滴的表面張力，從而使不銹鋼熔體液滴在霧化時(shí)能夠在更大的表面張力作用下收縮成球形度更好的粉末。為通過降低不銹鋼中能使表面張力減小的氧、氮和硫等元素的含量，同時(shí)，控制能使表面張力增大的元素硅的含量在允許范圍內(nèi)取上限，并添加微量的能使表面張力增大的元素硼;通過上述成分調(diào)整，在不影響不銹鋼性能的基礎(chǔ)上顯著提高不銹鋼熔體液滴的表面張力，使不銹鋼熔體液滴在霧化時(shí)能夠在更大的表面張力作用下收縮成球形度更好的粉末，實(shí)現(xiàn)提高霧化法制備不銹鋼粉末球形度的目的。
[0015]本發(fā)明所述的一種提高霧化法制備不銹鋼粉末球形度的方法，包括如下步驟: 第一步:該步驟的目的是盡可能降低不銹鋼母合金中能使表面張力減小的氧、氮和硫等元素的含量，但對(duì)于含氮的不銹鋼則以降低氧和硫的含量為目標(biāo)。首先，根據(jù)所需制備的目標(biāo)不銹鋼牌號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分進(jìn)行配比，加熱熔融并進(jìn)行脫氧、脫氮、脫硫處理(采用傳統(tǒng)煉鋼工藝中的脫氧、脫氮、脫硫工藝來進(jìn)行)，其中，脫氧采用在鋼液中加入硅錳鈣鋁鋇復(fù)合脫氧劑(添加量不超過鋼液總量的0.1%)的沉淀脫氧法進(jìn)行;脫氮采用鋼液中加入一定量的T1、A1、V中的一種或多種來進(jìn)行(具體添加量依據(jù)氮在鋼液中的最大溶解度(0.045%)和鋼液總量計(jì)算確定，比如100公斤鋼液添加Ti 150g);脫硫采用在鋼液中加入含Ca、Al氧化物的復(fù)合脫硫劑(CaC2 60%+Ca0 20%+CaF2 10%+A1 10%，用量為鋼液總量的0.3%)進(jìn)行;從而獲得低氧、低氮、低硫不銹鋼母合金。為了達(dá)到盡可能降低氧、氮、硫元素的含量(各元素的含量低于lOOppm)，所采用的脫氧、脫氮、脫硫處理手段包括但不限于以上列舉的方法。
[0016]第二步:將第一步所獲得的低氧、低氮、低硫不銹鋼母合金重熔，測(cè)定并控制母合金中硅的含量(一般采用ICP或鉬藍(lán)光度法測(cè)定)為標(biāo)準(zhǔn)成分所規(guī)定的成分區(qū)間的上限，如低于上限值，則重新添加適量硅至成分區(qū)間上限。同時(shí)，添加微量的硼，添加量隨所制備不銹鋼牌號(hào)的不同略有差異(因?yàn)榕鹪卦诓煌煞值牟讳P鋼中的溶解度有差異)，但以在不銹鋼基體上不形成含硼的析出物為上限(上限值由硼元素在該成分不