CN104227006A - 一种微细球形不锈钢粉体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微细球形不锈钢粉体的制备方法，包括下述步骤：（a）选取不锈钢粉体或用C、Si、S、P等元素配成合金入料；（b）采用氢气或者氩气作为载气将所述不锈钢粉体或合金入料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体；（c）将所述合金体进行热交换，形成微细球形不锈钢粉体；（d）将所述微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末。一方面利用不锈钢粉体或用C、Si、S、P等元素配成合金入料，能够利用元素混合的方式配制原料，拓宽了其原料的适用范围；另一方面利用载气将原料送入等离子体炬中，并经由热交换形成微细球形不锈钢粉体，有利于提高原料的分散的均匀程度，从而形成元素均匀分布且粒径分布均匀的不锈钢粉体。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢粉体的制备方法，具体涉及一种微细球形不锈钢粉体的制备方法。
背景技术
随着3D打印和现代粉末冶金技术的发展，不锈钢制品的种类越来越多，并朝着高强度、高密度、高精度的方向发展。
316L不锈钢因其密度低、比强度高、耐蚀性良好、耐热性能优良等一系列优良性能，广泛应用于航空、航天、海洋工程、汽车工业、生物工程等领域，是一种重要的基础工业原料。而微细球形316L不锈钢粉体在化学活性、机械性能、流动性、松装密度等方面显示出独特优势，常常应用于激光快速成型等领域。伴随着新兴的激光快速成型技术、3D激光打印技术等技术的不断发展，微细球形316L不锈钢粉体的需求量也越来越大。
传统的微细球形不锈钢粉体的制备方法是水雾化法和气雾化法，但这两种方法制备的不锈钢粉末质量、性能和成本都存在很大差异，主要体现在一下几个方面：（1）水雾化制粉在粉末细度及成本有一定的优势，但所的粉末基本呈不规则形状，大大影响后续不锈钢制品的性能。（2）气雾化制粉在粉末氧含量及粉末球形度有一定的优势，但所制备的粉末整体粒度偏粗、成本高、技术难度大，大大限制了气雾化不锈钢粉末的推广应用。因此，寻求一种切实可行的可以进行工业化生产的制备微细球形不锈钢粉体的方法显得非常重要和迫切。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种微细球形不锈钢粉体的制备方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种微细球形不锈钢粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取不锈钢粉体或用C、Si、S、P、Fe、Cr、Ni、Mo、Mn元素配成合金入料；
（b）采用氢气或者氩气作为载气将所述不锈钢粉体或合金入料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体；
（c）将所述合金体进行热交换，形成微细球形不锈钢粉体；
（d）将所述微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末。
优化地，步骤（c）中，所述热交换方式为通入冷却气、冷却水或者在热交换室外壁上加保温层。
进一步地，步骤（c）中，所述冷却气为氢气或氩气，所述冷却气流量为1~35m3/h。
更进一步地，步骤（b）中，所述载气的流量0.5~5m3/h，送料速率为5~100g/min
更进一步地，步骤（b）中，所述等离子体炬的功率为5~50kW，发生气为流量1~3m3/h的氩气，边气为流量1~20m3/h的氩气，压力范围为负压50~200 mm汞柱。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明微细球形不锈钢粉体的制备方法，一方面利用不锈钢粉体或用C、Si、S、P、Fe、Cr、Ni、Mo、Mn元素配成合金入料，能够利用元素混合的方式配制原料，拓宽了其原料的适用范围；另一方面利用载气将原料送入等离子体炬中，并经由热交换形成微细球形不锈钢粉体，有利于提高原料的分散的均匀程度，从而形成元素均匀分布且粒径分布均匀的不锈钢粉体；并且该方法操作简单、易于自动化控制，从而能够大规模推广使用。
附图说明
附图1为本发明微细球形不锈钢粉体的制备方法所采用的高频等离子体设备示意图；
附图2为实施例三中制备的微细球形不锈钢粉体的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明微细球形不锈钢粉体的制备方法，包括下述步骤：
首先直接选取316L不锈钢粉体或者使用C、Si、S、P、Fe、Cr、Ni、Mo、Mn元素按比例配成合金入料。由于可以根据材料要求，选取适当比例的元素配制原料，即可根据材料要求进行元素设计，拓宽了原料的适用范围，可以选取较为便宜、廉价的原料。
再采用氢气或者氩气作为载气将上述合金入料或316L不锈钢粉体送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体。本步骤中使用的高频等离子体设备如图1所示，主要包括喂料器、等离子体炬、RF发生器（射频发生器）、热交换室和气固分离室。在本步骤中，采用中心加料的方式（即用氢气或氩气作为载气），可以通过载气流量调节原料加入量和原料在等离子体内停留的时间，并调节原料在等离子体内的分散状态，因此载气的流量和送料速率对于后续微细球形钛合金粉体的粒径起着决定性的作用，优选载气的流量0.5~5m3/h，送料（送入配料）速率为5~100g/min。而且为了产生稳定的等离子体弧，等离子体炬的参数也很关键，优选等离子体炬的功率为5~50kW，发生气为流量1~3m3/h的氩气，边气为流量1~20m3/h的氩气，压力范围为负压50~200 mm汞柱；
最后，将合金体导入热交换室内，并用气固分离室分离收集固体粉末。热交换室的温度通过加入冷却气、通冷却水或者在热交换室外壁上加保温层等方式来控制，冷却气体选择氢气或氩气等保护性气体（不能使用氮气），冷却气流量优选为1~35m3/h。通过上述的参数的控制，可以形成分散较好、尺寸均匀的微细球形不锈钢粉体（含氧量较低，为0~0.13%；平均粒径D50为5~50微米）。
下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。
实施例一
本实施例提供一种微细球形不锈钢粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取316L不锈钢粉体；
（b）采用氩气作为载气将不锈钢粉体送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，载气的流量0.5m3/h，送料速率为5g/min，并且等离子体炬的功率为50kW，发生气为流量1m3/h的氩气，边气为流量1m3/h的氩气，压力为负压200mm汞柱；
（c）将合金体导入温度为150℃的热交换室内，热交换采用流量为1m3/h的氩气进行；
（d）将微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末。
实施例二
本实施例提供一种微细球形不锈钢粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取C、Si、S、P、Fe、Cr、Ni、Mo、Mn元素按比例配成合金入料，其中C≤0.03%、Si≤1%、Mn≤2%、P≤0.035%、S≤0.03%、Ni为10%~14%、Cr为16%~18%、Mo为2%~3%，余量为Fe（质量比）；
（b）采用氢气作为载气将合金入料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，载气的流量5m3/h，送料速率为100g/min，并且等离子体炬的功率为5kW，发生气为流量3m3/h的氩气，边气为流量20m3/h的氩气，压力为负压50mm汞柱；
（c）将合金体导入温度为150℃的热交换室内，热交换采用流量为1 m3/h的氢气进行；
（d）将微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末。
实施例三
本实施例提供一种微细球形不锈钢粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取316L不锈钢粉体；
（b）采用氢气作为载气将不锈钢粉体送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，氢气的流量0.5m3/h，送料速率为5g/min，并且等离子体炬的功率为50kW，发生气为流量1m3/h的氩气，边气为流量1m3/h的氩气，压力为负压80mm汞柱；
（c）将合金体导入温度为200℃的热交换室内，热交换采用流量为35m3/h的氩气进行；
（d）将微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末，随后将其制样进行SEM（扫描电镜）测试。
测试结果如图2所示，不锈钢粉体整体呈球形，其粒径分布较窄（5~10微米），说明了本实施例制备的不锈钢粉体尺寸较为均与；而且图2中未出现团聚现象，说明不锈钢粉体分散均匀，性质较好。
实施例四
本实施例提供一种微细球形不锈钢粉体的制备方法，包括下述步骤：
（a）选取316L不锈钢粉体；
（b）采用氢气作为载气将不锈钢粉体送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体，载气的流量2m3/h，送料速率为50g/min，并且等离子体炬的功率为30kW，发生气为流量2m3/h的氩气，边气为流量10m3/h的氩气，压力为负压120mm汞柱；
（c）将合金体导入温度为300℃的热交换室内，热交换采用流量为25m3/h的氢气进行；
（d）将微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种微细球形不锈钢粉体的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
（a）选取不锈钢粉体或用C、Si、S、P、Fe、Cr、Ni、Mo、Mn元素配成合金入料；
（b）采用氢气或者氩气作为载气将所述不锈钢粉体或合金入料送入等离子体炬中汽化熔炼，形成合金体；
（c）将所述合金体进行热交换，形成微细球形不锈钢粉体；
（d）将所述微细球形不锈钢粉体导入气固分离室收集固体粉末。
2.根据权利要求1所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：步骤（c）中，所述热交换方式为通入冷却气、冷却水或者在热交换室外壁上加保温层。
3.根据权利要求2所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：步骤（c）中，所述冷却气为氢气或氩气，所述冷却气流量为1~35m3/h。
4.根据权利要求3所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：步骤（b）中，所述载气的流量0.5~5m3/h，送料速率为5~100g/min。
5.根据权利要求3所述的微细球形钛合金粉体的制备方法，其特征在于：步骤（b）中，所述等离子体炬的功率为5~50kW，发生气为流量1~3m3/h的氩气，边气为流量1~20m3/h的氩气，压力范围为负压50~200 mm汞柱。
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