一种提高雾化法制备不锈钢粉末球形度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高雾化法制备3D打印用不锈钢粉末球形度的方法，属于3D打印材料和粉末冶金领域。
【背景技术】
[0002]雾化法是制备金属粉末的常用方法，主要包括气雾化、水雾化、离心雾化、超声雾化、等离子体雾化等。一般来讲，不同的雾化法所制备的金属粉末的形貌是有区别的。水雾化制备的金属粉末的形貌多呈不规则形状，粉末的流动性差;而气雾化、离心雾化、超声雾化、等离子体雾化等雾化法可制备球形或近球形粉末，粉末的流动性较好。
[0003]3D打印(增材制造)是指依据数字模型，通过连续的物理层叠加，逐层增加材料的方式来制造三维实体物件的技术，代表了世界制造业发展的新趋势。目前，工业上应用的金属3D打印所使用的原材料主要是各类金属粉末，这些金属3D打印技术所使用的送粉方式主要有粉末床铺粉和同轴送粉两大类。为了保证打印过程的连续性和高精度，均要求所使用金属粉末的球形度要高，具有极佳的流动性。
[0004]不锈钢粉末是3D打印所使用的一类重要的原材料。目前，不锈钢粉末可由水雾化、气雾化或等离子雾化制备，比如，专利CN201010574595.3公开了一种高压水雾化法生产球形不锈钢粉末材料的方法;专利CN200710121435.1公开了一种采用气雾化法制备含氮/高氮不锈钢粉末的方法;专利CN201310304846.X公开了一种等离子球化制备微细球形不锈钢粉末的方法。但上述方法的区别在于所使用的雾化方法不同，所制备的不锈钢粉末均针对传统的粉末冶金或金属注射成型领域应用，粉末的球形度和流动性还不能完全满足3D打印的特殊要求。
【发明内容】
[0005]本发明目的是要提供一种能够进一步提高雾化法制备不锈钢粉末球形度的方法，使得所制备的不锈钢粉末的球形度和流动性能满足3D打印的使用要求。
[0006]实现本发明目的的技术方案方法如下:一种提高雾化法制备不锈钢粉末球形度的方法，包括如下步骤:
第一步:首先，根据目标不锈钢的标准成分对原料进行配比，加热熔融原料并进行脱氧、脱氮、脱硫处理，其中，脱氧采用在钢液中加入硅锰钙铝钡复合脱氧剂进行，其添加量不超过钢液总质量的0.1%;脱氮采用钢液中加入一定量的T1、A1、V中的一种或多种来进行，具体添加量依据氮在钢液中的最大溶解度0.045%和钢液总量计算确定;脱硫采用在钢液中加入含Ca、Al的复合脱硫剂进行，用量为钢液总质量的0.3%，即获得氧、氮、硫含量均低于10ppm的低氧、低氮、低硫不锈钢母合金；
第二步:将第一步所获得的低氧、低氮、低硫不锈钢母合金重熔，测定并控制母合金中硅的含量，确定硅含量达到目标不锈钢标准成分的区间上限，同时，添加微量的硼，其添加量以在目标不锈钢基体上不形成含硼的析出物为上限，从而获得含硅和硼的低氧、低氮、低硫不锈钢母合金；
第三步:将第二步制备的不锈钢母合金进行雾化制粉。
[0007]进一步的，第一步中，娃猛I丐招钡复合脱氧剂为40wt%S1、10wt%Mn，25wt%Ca、10wt%Al、15wt%Ba的组合物。
[0008]进一步的，第一步中，复合脱硫剂为60wt%CaC2、20wt%Ca0、10wt%CaF2、10wt%Al的组合物。
[0009]进一步的，第三步中，雾化制粉包括水雾化、气雾化、离心雾化、超声雾化、等离子体雾化、旋转电极雾化。
[0010]与现有技术相比，本发明的优点是:
1、本发明以增大不锈钢熔体液滴的表面张力为目标，对其成分进行了特殊的设计和调整，所改进的不锈钢熔体液滴的表面张力比相应的标准牌号不锈钢表面张力更大，因而在相同的雾化工艺和雾化设备下可获得球形度和流动性更佳的不锈钢粉末，能够满足3D打印的特殊要求。
[0011]2、本发明所述方法简单，对现有的雾化制粉技术均有显著改善效果。
【附图说明】
[0012]图1是采用本发明方法制备的气雾化430不锈钢粉末的SEM图。
[0013]图2是采用本发明方法制备的气雾化316L不锈钢粉末的SEM图。
【具体实施方式】
[0014]本发明所依据的原理是通过调整不锈钢中对表面张力影响较大的杂质元素和微量非金属元素的含量，进一步增大不锈钢熔体液滴的表面张力，从而使不锈钢熔体液滴在雾化时能够在更大的表面张力作用下收缩成球形度更好的粉末。为通过降低不锈钢中能使表面张力减小的氧、氮和硫等元素的含量，同时，控制能使表面张力增大的元素硅的含量在允许范围内取上限，并添加微量的能使表面张力增大的元素硼;通过上述成分调整，在不影响不锈钢性能的基础上显著提高不锈钢熔体液滴的表面张力，使不锈钢熔体液滴在雾化时能够在更大的表面张力作用下收缩成球形度更好的粉末，实现提高雾化法制备不锈钢粉末球形度的目的。
[0015]本发明所述的一种提高雾化法制备不锈钢粉末球形度的方法，包括如下步骤: 第一步:该步骤的目的是尽可能降低不锈钢母合金中能使表面张力减小的氧、氮和硫等元素的含量，但对于含氮的不锈钢则以降低氧和硫的含量为目标。首先，根据所需制备的目标不锈钢牌号的标准化学成分进行配比，加热熔融并进行脱氧、脱氮、脱硫处理(采用传统炼钢工艺中的脱氧、脱氮、脱硫工艺来进行)，其中，脱氧采用在钢液中加入硅锰钙铝钡复合脱氧剂(添加量不超过钢液总量的0.1%)的沉淀脱氧法进行;脱氮采用钢液中加入一定量的T1、A1、V中的一种或多种来进行(具体添加量依据氮在钢液中的最大溶解度(0.045%)和钢液总量计算确定，比如100公斤钢液添加Ti 150g);脱硫采用在钢液中加入含Ca、Al氧化物的复合脱硫剂(CaC2 60%+Ca0 20%+CaF2 10%+A1 10%，用量为钢液总量的0.3%)进行;从而获得低氧、低氮、低硫不锈钢母合金。为了达到尽可能降低氧、氮、硫元素的含量(各元素的含量低于lOOppm)，所采用的脱氧、脱氮、脱硫处理手段包括但不限于以上列举的方法。
[0016]第二步:将第一步所获得的低氧、低氮、低硫不锈钢母合金重熔，测定并控制母合金中硅的含量(一般采用ICP或钼蓝光度法测定)为标准成分所规定的成分区间的上限，如低于上限值，则重新添加适量硅至成分区间上限。同时，添加微量的硼，添加量随所制备不锈钢牌号的不同略有差异(因为硼元素在不同成分的不锈钢中的溶解度有差异)，但以在不锈钢基体上不形成含硼的析出物为上限(上限值由硼元素在该成分不