[发明专利]一种纯金属过配粉体选区激光熔化制备高氮不锈钢的方法

说明书

本发明公开了一种纯金属过配粉体选区激光熔化制备高氮不锈钢的方法步骤为：按照目标产品化学成分组成配置混粉原料；将混粉原料放入球磨机内球磨混合，得到过配粉体；将混合好的过配粉体放入激光3D打印机粉仓内；将激光3D打印机腔室内抽真空，然后充入氮气，基板预热后开始打印；待打印完成后将试样取出，即为高氮不锈钢。过配粉体选区激光熔化法通过配粉的方式得到高氮打印粉体，保证制品中氮的含量，降低了制备高氮钢打印粉体成本；反应过程无需增加反应压力，降低了打印反应成本，提高了安全性；通过调整混粉原料元素含量，可以制备多种高氮钢打印粉体，增加了高氮钢3D打印提可行性。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体的说涉及一种纯金属过配粉体选区激光熔化制备高氮不锈钢的方法。

背景技术

高氮不锈钢凭借其具有在多种腐蚀介质中优秀的耐腐蚀性能、良好的综合力学性能和优良的加工性能，被认为是最有发展前景的新型工程材料之一。在生物能源行业、航空航天、石油化工行业、海洋工程、生物医用等多方领域获得了广泛的应用。目前，国内外用于制备高氮钢的方法有：氮气加压熔炼法、粉末冶金法和表面渗氮法；氮气加压熔炼法是制备高氮钢的方法中产品质量优异，但因其较高的高压制造成本、装备复杂等受到限制。

金属增材制造技术是一种以数字化模型为基础，通过高能热源加工粉体材料快速逐层堆积成型的制备加工技术，近30年来世界制造技术领域的一次重大突破，被视为推动人类第三次工业革命的新技术。选区激光熔化技术(SLM)是金属增材制造的一个重要分支，SLM工艺是高功率激光与金属粉体材料发生高速熔化凝固并选区逐层叠加交互作用的一个工艺过程。

选区激光熔化应用于制备高氮不锈钢因打印过程中氮元素溢出而无法直接得到氮含量达标的高氮不锈钢，通常采用增压方式抑制氮溢出，但常规3D打印设备不具备增压功能。大气压力下氮在液态钢中的溶解度很低，高氮钢的传统冶炼不像其它钢那样容易进行，同样SLM工艺在常压下使用常规含氮金属粉体也难以直接生产出高氮不锈钢。

因此，提供一种高N含量粉体用于3D打印高氮不锈钢的方法，解决常压下打印出的钢中氮含量较低的问题是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明粉工艺和选区激光熔化技术基础上，提供一种采用纯金属过配粉体选区激光熔化制备高氮不锈钢的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纯金属过配粉体选区激光熔化制备高氮不锈钢的方法，包括以下步骤：

(1)按照目标产品化学成分组成配置混粉原料；

(2)将混粉原料放入球磨机内球磨混合，得到过配粉体；

(3)将混合好的过配粉体放入激光3D打印机粉仓内；

(4)将激光3D打印机腔室内抽真空，然后充入氮气，基板预热至145-150℃后开始打印；

(5)待打印完成后将试样取出，即为高氮不锈钢。

进一步，步骤(1)中所述目标产品化学成分质量百分比组成为：C≤0.1％，Cr 18～23％，N 0.8～2.0％，Mn 8～12％，Mo 2～3.5％，Ni0.01％，Si0.1％，P0.01％，S0.01％，余量为Fe。

采用上述进一步方案的有益效果在于：本发明上述方案中过配粉体选区激光熔化法关键在于两个方面，一、通过纯金属过配法配置适量的过配粉体，根据氮逸出率实验精准计算氮的溢出量，保证打印后氮的含量，为得到氮含量1％制品，本发明采用过配比为1.4配粉，配置氮含量1.4％过配粉体；二、制定合理的选区激光熔化凝固工艺，减少氮的偏析。为获得精确的氮含量，保证氮在钢中均匀分布，对选区激光熔化过程中氮的溢出率进行了计算，从而得到过配粉体成分。通过实验法得到合理地选区激光熔化工艺。

进一步，所述混粉原料包括铁粉、氮化铬、铬粉、锰粉和钼粉。