[發(fā)明專利]一種利用離子滲氮制備3D打印不銹鋼粉末的方法

有效

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• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113199030B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉世鋒;薛彤;王巖;魏瑛康;楊鑫
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F1/145;C23C8/38;C22C38/42;C22C38/04;C22C38/02;C22C38/48;B33Y70/00
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 潘衛(wèi)鋒

本發(fā)明涉及不銹鋼3D打印技術領域，公開了一種利用離子滲氮制備3D打印不銹鋼粉末的方法；具體包括：原料準備；將準備好的原料放入真空熔煉爐中，先將真空熔煉爐抽真空至真空度為0.1Pa～5Pa，再加熱至混合物完全熔化成合金熔融液；霧化制粉，冷卻形成粒徑為3～80μm的粉末；篩分得到四種粒徑不同的原始粉末，再按照進行質量比1：3～5:4～6:2的比例進行混合；對混合后的粉末進行離子滲氮；本發(fā)明能夠大幅提升不銹鋼粉末3D打印制品的耐腐蝕性能，以及改善打印制品的機械強度，提升不銹鋼制品在一定的腐蝕介質中的使用壽命短。

技術領域

本發(fā)明涉及不銹鋼3D打印技術領域，具體是涉及一種利用離子滲氮制備3D打印不銹鋼粉末的方法。

背景技術

3D打印技術是通過逐漸增加材料來制造零件的一種工藝方法，也稱為增材制造。以其數字化、個性定制化、網絡化為特點，解決了一些工程技術問題，已成為國內外研發(fā)熱點。很多專家認為，3D打印技術會推動第三次工業(yè)革命。

不銹鋼具有較好的耐蝕性、強度、耐氧化性、韌性和優(yōu)良的可加工性等綜合性能，已廣泛應用于水電、化工、航空航天、能源等領域。不銹鋼作為水電渦輪機的葉輪材料，通常在一定的腐蝕介質中服役，因此要求具有較高的耐腐蝕性能。離子滲氮技術是在低真空含氮氣氛中，利用模具陰極和陽極之間產生的輝光放電進行滲氮的工藝，與氣體滲氮相比，有滲入速度快、零件變形少、能源消耗少等優(yōu)點。

目前3D打印不銹鋼的耐腐蝕性和強度亟待進一步提升。針對耐腐蝕性，現(xiàn)有研究集中在后處理和制備抗腐蝕涂層上，耗費時間較長、成本高且工藝復雜。因此，提高不銹鋼粉末在3D打印技術領域的耐腐蝕性與強度有重大意義，能夠從源頭上提高3D打印不銹鋼產品的綜合性能，提高不銹鋼粉末3D打印制品的使用壽命。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是：解決現(xiàn)有技術中不銹鋼粉末3D打印制品耐腐蝕差、機械強度低，導致在一定的腐蝕介質中使用壽命短的問題。

本發(fā)明的技術方案是：一種利用離子滲氮制備3D打印不銹鋼粉末的方法，包括以下步驟：

步驟一：原料準備

將鐵、銅塊、鎳塊、硅錳合金塊及金屬鉻破碎至粒徑3～8mm后，混合10～30min得到混合物；

步驟二：真空熔煉

將步驟一得到的混合物放入真空熔煉爐中，先將真空熔煉爐抽真空至真空度為0.1Pa～5Pa，再加熱至混合物完全熔化成合金熔融液；

步驟三：霧化制粉

將步驟二得到的合金融合液通入霧化設備中，在霧化室中霧化分散成微小液滴后冷卻形成粒徑為3～80μm的原始粉末；

步驟四：篩分、混合

將步驟三得到的原始粉末進行篩分，分別得到粒徑為3～15μm的原始粉末a，粒徑為15～30μm的原始粉末b，粒徑為30～56μm的原始粉末c，以及粒徑為56～80μm的原始粉末d；

使得到的原始粉末a、原始粉末b、原始粉末c、原始粉末d按照質量比1：3～5:4～6:2的比例充分混合60～120min得到混合粉末；

步驟五：離子滲氮

對混合粉末進行真空清洗，然后烘干后放入離子氮化爐內，抽真空至0.1～5pa，充入氮氣與氫氣，控制離子氮化爐內氣壓為300～500Pa后，加熱至500～580℃，保溫30～40min后，進行6～12h的離子滲氮，滲氮時的電壓為500～800V，隨爐冷卻至150℃后空氣冷卻；得到表面氮層厚度為0.03～0.12μm、物相組織為馬氏體和殘余奧氏體的不銹鋼粉末。