[发明专利]用于增材制造的高温耐磨耐腐蚀钢粉末及增材制造方法

说明书

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种用于增材制造的高温耐磨耐腐蚀钢粉末，还涉及使用该粉末材料的增材制造方法。

背景技术

高温耐磨耐腐蚀钢属于常用黑色金属材料，具有优良的物理、化学和力学性能，广泛应用于建筑、医疗、国防军事和模具等领域。传统的高温耐磨耐腐蚀钢零件加工方法主要是机械加工，属于典型的减材制造过程，零件制备周期长，材料利用率低，特别是其具有高硬度高强度，传统加工方法加工难度较大，这极大地限制了高温耐磨耐腐蚀钢的发展和应用。

随着工业的不断进步，以增材制造技术为标志的成形方法可有效地解决上述难题。增材制造技术集成了激光、精密传动和CAD/CAM等技术，利用精细的激光聚焦光斑，熔覆金属粉末，逐层叠加制造，从而获得几乎任何形状、具有完全冶金结合的金属零件，其致密度几乎可达100％，且制造成本不取决于零件的复杂性，而是取决于零件的体积和成形方向，这对于成形一些个性化、成形精度要求高、熔点高、难加工的高温耐磨耐腐蚀钢零件具有很大的优势。

目前，用于增材制造的高温耐磨耐腐蚀钢主要有316L、H13和17-4PH等，几乎没有一种钢同时具备耐磨损、耐冲击、高硬度和抗热疲劳特性。

发明内容

本发明提供了一种用于增材制造的同时具备耐磨损、耐冲击、高硬度、抗热疲劳特性的高温耐磨耐腐蚀钢粉末。

本发明的另一目的是提供使用上述钢粉末的增材制造方法。

本发明所采用的技术方案是，一种用于增材制造的高温耐磨耐腐蚀钢粉末，该钢粉末包含以下质量百分比含量的元素：C 0.1～0.3％Wt.，Mn 1.0～1.5％Wt.，Si 0.2～0.6％Wt.，Cr 5～9％Wt.，Ni 2.0～6.0％Wt.，Mo 1.0～1.5％Wt.，V 0.2～0.4％Wt.，Nb 0.3～0.7％Wt.，余量为Fe，以上各元素的质量百分比总和为100％。

优选地，钢粉末粒度为15～53μm，纯度≥99.99％。

优选地，钢粉末通过旋转电极法制备得到。

本发明所采用的另一个技术方案是，使用上述钢粉末的增材制造方法，包括以下步骤：

步骤1、材料准备：

将上述钢粉末和钢基材装入SLM设备；

步骤2、剖分处理：

用剖分软件将待制造零件的连续三维数模进行分层切片离散处理，获得各层切片，并根据切片轮廓数据设计激光工艺参数为：输出功率200～400W，光斑直径0.06～0.1mm，扫描速度960～1500mm/s，道间距0.06～1.2mm；然后将剖分好的程序导入到SLM设备中。

步骤3、充保护气体：

在SLM设备中充入保护气体，使成形仓内氧含量低于0.1％。

步骤4、逐层打印：

运行设备，待基材预热到设定温度后，设备按照零件单层预定轨迹逐层打印，最终得到所需形状的零件。

优选地，步骤1中粉末装入SLM设备前，将所述钢粉末在120℃的烘干厢中烘干4h。

优选地，步骤1中粉末粒度为15～53μm，纯度≥99.99％。

优选地，步骤2中离散的切片厚度为0.03～0.05mm。

优选地，步骤3中保护气体为纯度≥99.99％的高纯氩气。

本发明的有益效果是，本发明的钢粉末以Cr、Ni、Mo、V、Nb作为钢材料的强化元素，由该粉末通过增材制造技术制成的金属零件与相同工艺下传统钢粉末制得的金属零件相比，具有更好的高温耐磨损性能，且具有显著的耐热疲劳、高温状态下硬度较高和回火稳定性好的特点。

附图说明

图1是本发明实施例1腐蚀性能测试的金相图，其中(a)为腐蚀前，(b)为20次水淬后，(c)为30次水淬后；

图2是本发明实施例2腐蚀性能测试的金相图，其中(a)为腐蚀前，(b)为20次水淬后，(c)为30次水淬后；

图3是本发明实施例3腐蚀性能测试的金相图，其中(a)为腐蚀前，(b)为20次水淬后，(c)为30次水淬后；

图4是本发明对比例腐蚀性能测试的金相图，其中(a)为腐蚀前，(b)为20次水淬后，(c)为30次水淬后。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。

本发明用于增材制造的高温耐磨耐腐蚀钢粉末，该钢粉末中各元素的质量百分比含量为：