本發明專利技術涉及一種用于3D打印技術的316L不銹鋼粉末及其制備方法，本方法采用真空熔煉技術，運用超聲振動、氣流分級方法對不同粒度的粉末進行配比，通過真空脫氣技術，制備得到適用于不同金屬3D打印技術的316L不銹鋼粉末。與現有技術相比，本發明專利技術制備的316L不銹鋼粉末具有球形度高、粒度分布均勻、含氧量低、雜質含量低等性能特點，滿足了不同3D打印技術對粉末材料的性能要求，促進了金屬增材制造技術的發展。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬粉末制備領域，尤其是涉及一種用于3D打印技術的316L不銹鋼粉末及其制備方法。
技術介紹
3D打印是一種利用激光或電子束等手段，依據三維建模，在計算機控制下逐層添加堆積材料直接快速精確形成零件的制造技術，也稱“增材制造”。增材制造技術不需要傳統的刀具、夾具及多道加工工序，利用三維設計數據在一臺設備上可快速而精確地制造出任意復雜形狀的零件，相較于材料去除(或變形)的傳統加工和常見的特種加工技術，增材制造技術有著極尚的材料利用率。激光選區恪化技術(Selective Laser Melting，SLM)是金屬零件直接成型的一種方法，是金屬增材制造技術的最新發展。該技術基于快速成型的最基本思想，即逐層熔覆的“增量”制造方式，根據三維模型直接成型具有特定幾何形狀的零件，成型過程中金屬粉末完全熔化，產生冶金結合。SLM可以生產出采用傳統的機加工手段無法制造出來的形狀結構復雜的金屬零件，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。當前用于SLM的金屬粉末材料有鈦合金、鋁合金、不銹鋼、模具鋼、鎳基合金等。激光工程化凈成形技術(Laser Engineered Net Shaping，LENS)是指在基底合金表面上預置或同步送給所選擇的金屬熔覆材料，然后經激光處理使之與基底表層同時熔化，并快速凝固成與基底材料呈冶金結合的表面層，從而顯著改變基底材料的耐磨、耐蝕、耐熱等特性的工藝方法。電子束熔融技術(Electron Beam Melting,EBM)與SLM非常相似，最基本的差別在于熱源不同。EBM采用電子束作為熱源，保持零件建造過程溫度在退火溫度，對零件微觀結構有明顯影響。在工業領域和民用的金屬材料中，不銹鋼的比例是較大的，是工業最重要的基礎材料之一，它的附加價值也很大，尤其是316L不銹鋼。它具有以下特性:(I)產品外觀光澤度好；(2)由于添加Mo，耐腐蝕性能，特別是耐點蝕性能優秀；(3)高溫強度優秀，加工硬化性、抗蠕變性能優秀；(4)固溶狀態無磁性。316L不銹鋼集性能、外觀與使用特性于一身，所以它未來仍將是最佳的工業和民用材料之一。采用鑄造和鍛造等傳統工藝制造的316L不銹鋼零件，分別存在宏觀成分偏析和材料利用率低的缺點，而采用3D打印技術，可有效克服上述缺點。用于3D打印技術的316L不銹鋼粉末具有不同于傳統粉末冶金所需要的粉末特性，不僅要求粉末純度高、氧含量低，還要求粉末球形度高、粒度分布均勻，以及良好的流動性和松裝密度。目前，金屬粉末的主要制備方法是氣霧化法，其基本原理是用高速氣流將液態金屬流破碎成小液滴并快速凝固成粉末的過程，由于氣霧化法制備的粉末具有純凈度高、氧含量低、粉末粒度可控、生產成本低以及球形度高等優點，特別能夠滿足3D打印技術對于金屬粉末性能的要求，已成為高性能及特種合金粉末制備技術的主要發展方向。真空感應恪煉(Vacuum induct1n melting，簡稱VIM)是一種在真空條件下利用電磁感應加熱原理來熔煉金屬的金屬工藝制程。在電磁感應過程中會產生渦電流，使金屬熔化。此制程可用來提高合金的純度、降低合金的氧含量。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于3D打印技術的316L不銹鋼粉末及其制備方法。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現:一種用于3D打印技術的316L不銹鋼粉末的制備方法，包括以下步驟:(I)合金熔煉:對316L不銹鋼原料進行熔煉，得到316L合金熔體；(2)霧化制粉:將316L合金熔體倒入中間漏包，316L合金熔體經中間漏包底部的漏孔自由向下流入氣體霧化爐，在高速惰性氣體流的沖擊作用下，316L合金熔體粉碎成微細液滴，冷卻、凝固后得到316L不銹鋼粉末，316L不銹鋼粉末降落在霧化冷卻塔底部，被氣體帶入粉末收集裝置；(3)粉末篩分:將步驟(2)制得的316L不銹鋼粉末按照不同金屬3D打印技術對粉末粒度的要求進行篩分分級；(4)真空脫氣:將步驟(3)分級得到的316L不銹鋼粉末裝舟置于真空脫氣爐，進行真空脫氣，最終制得高球形度的用于3D打印技術的316L不銹鋼粉末。步驟(I)所述的316L不銹鋼原料成份組成以重量百分比計符合如下要求:N1: 10.0?14.0%，Cr:16.0?18.0%，Μο:2.0?3.0%，C: < 0.03% ,Si:< 1.00% ,Mn: < 2.00% ,P:< 0.035%,S: <0.03%，Fe:64?66%。步驟(I)中所述熔煉在真空感應爐內進行，并控制真空感應爐內熔煉溫度范圍為1500°C?1600°C，真空感應爐內真空度為<5X10—2Pa。步驟(I)中316L不銹鋼原料完全熔化后，保溫15?20分鐘。步驟(2)所述的中間漏包內溫度控制在1000?1100°C。步驟(2)所述的惰性氣體為高純氬氣或高純氮氣，氣體霧化爐內的霧化壓力為0.6?5MPa0步驟(3)中，不同金屬3D打印技術對粉末粒度的要求分別為:選區激光熔化技術:15?45μπι;激光工程化凈成形技術:45?150μπι;電子束熔融技術:45?10ym0步驟(3)中，對粉末進行篩分、分級的方法包括超聲振動、氣流分級方法對不同粒度的粉末進行配比。步驟(4)中，每舟裝粉高度小于15mm。步驟(4)中，真空脫氣的操作條件為:316L不銹鋼粉末在1.3 X 10_2Pa真空下，依次在400?600°C和700?900°C下分別保溫2?5h。常規的金屬粉末改善、提高其流動性的方法是添加分散劑，使粉末顆粒之間的摩擦減少，從而起到提高粉末流動性的效果。但是用于3D打印的316L不銹鋼粉末要求粉末的雜質含量在很低的水平，添加分散劑無疑會摻入更多的雜質元素，對3D打印成形造成不利影響。本專利技術通過真空脫氣工藝來提高3D打印金屬粉末的流動性。真空脫氣過程中使粉末間隙或者表面的氣體釋放出來。真空脫氣處理可以提高粉末的流動性，這是因為粉末顆粒粒徑越小，表面能越大，也就越容易吸附氣體，吸附的氣體會進一步加劇粉末的粘連、團聚。粉末霧化生產中提高粉末顆粒球形度的方法是加大霧化筒體的尺寸，提高合金液滴的過熱度，但是提高霧化筒體的尺寸和合金的過熱度，會造成生產工藝不穩定，生產成本增加，不利于3D打印技術的推廣應用。通過本專利技術的方法可以保證球形粉末顆粒的比例在90%以上，這樣使得制備的粉末可以全部用于3D打印技術，本專利技術制備方法的一個創新點是結合不同的3D打印技術特點，將制備的粉末通過振動篩分、氣流分級的方法，分別用于不同的金屬3D打印技術，大大提高了粉末的利用率，克服了常規3D打印用金屬粉末利用率太低的問題，降低了生產成本，取得了明顯的經濟效益。綜上所述，與現有技術相比，本專利技術具有以下優點及有益效果:1、本專利技術制備的316L不銹鋼粉末雜質含量低，粒徑分布均勻，粉末顆粒球形度高，平均球形度2 0.80，粉末流動性好(< 16s/50g)，松裝密度高(> 3.8g/cm3)，通過3D打印得到的成形件組織均勻、致密，尺寸精度高，力學性能優良。2、本專利技術針對不同金屬3D打印技術對粉末粒徑的要求，通過篩分、氣流分級等方法，制備適用于多種3D打印技術的316L不銹鋼粉末；同時運用真空脫氣技術，有效地本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于3D打印技術的316L不銹鋼粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)合金熔煉：對316L不銹鋼原料進行熔煉，得到316L合金熔體；(2)霧化制粉：將316L合金熔體倒入中間漏包，316L合金熔體經中間漏包底部的漏孔自由向下流入氣體霧化爐，在高速惰性氣體流的沖擊作用下，316L合金熔體粉碎成微細液滴，冷卻、凝固后得到316L不銹鋼粉末，316L不銹鋼粉末降落在霧化冷卻塔底部，被氣體帶入粉末收集裝置；(3)粉末篩分：將步驟(2)制得的316L不銹鋼粉末按照不同金屬3D打印技術對粉末粒度的要求進行篩分分級；(4)真空脫氣：將步驟(3)分級得到的316L不銹鋼粉末裝舟置于真空脫氣爐，進行真空脫氣，最終制得高球形度的用于3D打印技術的316L不銹鋼粉末。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳文恒，吳凱琦，肖逸凡，楊啟云，仲守亮，
申請(專利權)人：上海材料研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31
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