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體物件的技術(shù)，代表了世界制造業(yè)發(fā)展的新趨勢。目前，工業(yè)上應用的金屬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傳統(tǒng)的粉末冶金或金屬注射成型領(lǐng)域應用，粉末的球形度和流動性還不能完全滿足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性能滿足3D打印的使用要求。
[0006]實現(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)目標不銹鋼的標準成分對原料進行配比，加熱熔融原料并進行脫氧、脫氮、脫硫處理，其中，脫氧采用在鋼液中加入硅錳鈣鋁鋇復合脫氧劑進行，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%和鋼液總量計算確定;脫硫采用在鋼液中加入含Ca、Al的復合脫硫劑進行，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，測定并控制母合金中硅的含量，確定硅含量達到目標不銹鋼標準成分的區(qū)間上限，同時，添加微量的硼，其添加量以在目標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行霧化制粉。
[0007]進一步的，第一步中，娃猛I丐招鋇復合脫氧劑為40wt%S1、10wt%Mn，25wt%Ca、10wt%Al、15wt%Ba的組合物。
[0008]進一步的，第一步中，復合脫硫劑為60wt%CaC2、20wt%Ca0、10wt%CaF2、10wt%Al的組合物。
[0009]進一步的，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)點是:
1、本發(fā)明以增大不銹鋼熔體液滴的表面張力為目標，對其成分進行了特殊的設(shè)計和調(diào)整，所改進的不銹鋼熔體液滴的表面張力比相應的標準牌號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)明所述方法簡單，對現(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，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，但對于含氮的不銹鋼則以降低氧和硫的含量為目標。首先，根據(jù)所需制備的目標不銹鋼牌號的標準化學成分進行配比，加熱熔融并進行脫氧、脫氮、脫硫處理(采用傳統(tǒng)煉鋼工藝中的脫氧、脫氮、脫硫工藝來進行)，其中，脫氧采用在鋼液中加入硅錳鈣鋁鋇復合脫氧劑(添加量不超過鋼液總量的0.1%)的沉淀脫氧法進行;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氧化物的復合脫硫劑(CaC2 60%+Ca0 20%+CaF2 10%+A1 10%，用量為鋼液總量的0.3%)進行;從而獲得低氧、低氮、低硫不銹鋼母合金。為了達到盡可能降低氧、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，測定并控制母合金中硅的含量(一般采用ICP或鉬藍光度法測定)為標準成分所規(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，添加微量的硼，添加量隨所制備不銹鋼牌號的不同略有差異(因為硼元素在不同成分的不銹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