CN114833340B - 一种大马士革钢的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大马士革钢的制备方法，包括：以两种或两种以上化学组成不同的金属合金粉末为原料，依次经粘结剂喷射成形处理得到初坯，热等静压处理得到热压坯或者具有复杂结构的最终件，再将所述热压坯进行塑性加工变形及球化退火处理后得到变形坯，所述变形坯或所述具有复杂结构的最终件经过浸蚀处理得到具有特定花纹的大马士革钢；本发明利用粘接剂喷射成形及热等静压工艺，通过合理控制工艺参数，可获得致密度高、均匀性好、纯净度高、工艺性能优良、根据需求定制花纹样式的大马士革钢，并且本发明的制备工艺简单高效、制备成本低。

Description

一种大马士革钢的制备方法

技术领域

本发明属于刀具用钢的制备技术领域，具体涉及一种大马士革钢的制备方法。

背景技术

采用大马士革钢制造的刀具除刀具表面充满艺术感的花纹这一最显著特征外，该刀具还表现出出色的强韧性、初始锋利度以及锋利耐用度，长久以来被认为是冷兵器时代的兵器之王。由于当时大马士革钢生产者对该制造工艺严密控制以及后来火器时代的到来，导致大马士革钢的制造方法失传。对于大马士革钢的研究和复现已成为近代材料冶金的重要课题。

专利CN106048177A公开了一种大马士革钢的制备方法，以低、中碳钢为原料基材，高碳钢、不锈钢、合金钢、合金和铸铁为被包覆材料，通过坯材设计、组坯、表面处理、熔炼、铸锭、锻造、轧制、均匀化退火及其表面浸蚀工艺制备得到大马士革钢。

专利CN108436401B公开了一种大马士革钛或锆的制备方法，通过纹路设计、基材清洗表面处理、真空热堆积熔铸、氩弧焊接加固、表面铣加工、探伤、锻造、轧制、热处理及表面打磨、腐蚀烤色工艺制备得到大马士革钛或锆有色金属，用其制备的EDC产品及户外小工具外观漂亮、重量轻、耐腐蚀、强度高，满足更多高端EDC户外小工具及装饰品客户的需求；使我国具有了自己制造大马士革纹路的工艺方法，能够直接将现有的钛、锆基材制备成具有自己独特风格的大马士革钛、锆有色金属坯料，满足人们对高端EDC户外小工具及装饰品的需求，不需从外国进口材料，大大降低了制造成本。

上述制备大马士革钢的方法中存在制备工艺复杂、成本高、效率低、花纹样式单一、较难做成特定纹路及特定花样图案、难以规模生产等缺点，且存在层间结合力差等问题。此外，专利CN106048177A在熔铸制备及专利CN108436401B在真空热堆积焊接熔铸过程还存在组织粗大等缺点。因此制备得到一种致密度高、均匀性好、纯度高、工艺性能优良，可根据需求定制花纹样式的大马士革钢尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明旨在提供一种大马士革钢的制备方法；本发明利用粘接剂喷射成形及热等静压工艺，通过合理控制工艺参数，可获得致密度高(相对密度接近100％)、均匀性好、纯净度高、工艺性能优良、根据需求定制花纹样式的大马士革钢，并且本发明的制备工艺简单高效、制备成本低。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种大马士革钢的制备方法，采用如下的技术方案：

一种大马士革钢的制备方法，包括：以两种或两种以上化学组成不同的金属合金粉末为原料，依次经粘结剂喷射成形处理得到初坯，热等静压处理得到热压坯或者具有复杂结构的最终件，再将所述热压坯进行塑性加工变形及球化退火处理后得到变形坯，所述变形坯或所述具有复杂结构的最终件经过浸蚀处理得到具有特定花纹的大马士革钢；

其中，在所述粘结剂喷射成形处理得到初坯中，首先根据大马士革钢的纹路要求设计3D模型，然后通过向不同的金属合金粉末层间喷射粘结剂进而打印得到由不同金属合金粉末形成的多层结构初坯；最后将所述初坯进行脱脂处理。

本发明中按照大马士革钢的花纹需要，设计3D模型，通过粘结剂喷射成形处理制得化学组成不同的金属合金粉末层厚均匀的初坯，再经热等静压处理得到热压坯或者具有复杂结构的最终件，其中，经过后续的塑性加工变形及退火处理能够获得不同规格的型材如棒材或板材，同时还能进一步提高材料的性能(比如细化晶粒、提高塑性等)；最后将得到的变形坯或具有复杂结构的最终件进行浸蚀得到具有特定花纹的大马士革钢，上述化学组成不同的金属合金需要满足经相同腐蚀剂腐蚀后可以呈现不同颜色的要求。

本发明中采用粘结剂喷射成形工艺制备得到由两种或两种以上化学组成不同的金属合金粉末形成的多层结构初坯，一方面，由于制备过程中不需要进行加热，使得对材料的要求相应降低，因此，本发明的大马士革钢的制备方法适用于多种不同金属合金粉末的打印；另一方面，由于在成形过程中没有温度变化不会产生残余应力，因此，可依靠金属合金粉末自身来实现自支撑，不需要额外的支撑设计即可获得大尺寸、结构复杂的初坯；此外，由于成形过程没有温度和化学变化，金属合金粉末不会因高温而氧化，使得普通打印环境就可以持续打印，大大降低了制备成本。

在上述大马士革钢的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述粘结剂选自丁缩醛树脂、酚醛树脂、水基粘结剂中的一种或多种；优选地，所述粘结剂的饱和度(即粘结剂的体积占金属合金粉末床孔隙体积的百分比)为40％-80％(比如45％、50％、55％、60％、70％)。

在上述大马士革钢的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述脱脂处理在惰性气氛下或者真空条件下进行；优选地，所述惰性气氛为氩气或氮气；优选地，所述脱脂处理在真空烧结炉中进行；优选地，所述脱脂处理的温度为200-800℃(比如300℃、400℃、500℃、600℃、700℃)，时间为0.5-4h(比如1h、2h、3h、3.6h)。

在上述大马士革钢的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述金属合金粉末为碳素钢粉末和/或合金钢粉末；优选地，所述金属合金粉末通过雾化法及过筛制备得到；优选地，所述雾化法包括：根据金属合金粉末的化学组成要求将所需原料先熔炼成钢液后再在惰性气体条件下进行雾化；优选地，所述熔炼在真空或惰性气体条件下进行，熔炼温度为1550-1650℃(比如1570℃、1590℃、1600℃、1620℃)；优选地，所述金属合金粉末中，O0.004wt％-0.02wt％(比如0.005wt％、0.008wt％、0.01wt％、0.015wt％)，P≤0.002wt％，S≤0.002wt％；优选地，所述金属合金粉末的粒度为6-45μm(比如10μm、15μm、20μm、30μm、36μm)；更优选地，所述金属合金粉末为球形或近球形。

本发明中通过雾化法能够得到具有细小碳化物的金属合金粉末，再经过筛处理能够得到符合粒度要求的球形或近球形金属合金粉末，通过细小、球形的碳化物能够降低材料的摩擦系数，进而有利于提高刀具的初始锋利度和锋利耐用度；由于氧在金属合金粉末中主要以FeO、MnO、SiO₂等夹杂形式存在，会降低材料的强度、塑性等性能，因此将金属合金粉末中氧含量控制在0.004-0.02wt％。此外，本发明中选用粒度为6-45μm球形或近球形金属合金粉末，能够获得致密度更高的初坯，进而提高热等静压处理的效率，降低制造成本。

在上述大马士革钢的制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述热等静压处理得到热压坯中，使用氩气作为加压介质进行加压，加压压力为100-120MPa(比如105MPa、110MPa、112MPa、115MPa)，温度为1000-1200℃(比如1050℃、1080℃、1110℃、1150℃、1180℃)，保温保压时间为2-3h(比如2.2h、2.4h、2.6h、2.8h)。

本发明中通过热等静压处理能够提高不同化学组成的金属合金粉末层的界面结合强度，可获得致密度高(相对密度可达100％)的热压坯或具有复杂结构的最终件。若热等静压处理过程中温度低于1000℃，则会使得热压坯致密度过低，孔隙增多，从而降低大马士革钢的性能；若热等静压处理过程中温度高于1200℃，会引起组织、晶粒粗大，从而使得大马士革钢的性能恶化，此外，温度过高还可能引起材料软化、熔化现象，使得无法成型。

在上述大马士革钢的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述塑性加工变形为锻造变形和/或轧制变形。

在上述大马士革钢的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述锻造变形为：将热压坯在惰性气体条件下进行加热，之后再进行墩粗、拔长、扭转变形；优选地，所述加热为多段式加热；更优选地，所述加热具体为先将热压坯加热至800-850℃(比如810℃、820℃、830℃、840℃)，保温30-60min(比如35min、38min、42min、45min、50min)，然后继续加热到1000-1200℃(比如1050℃、1080℃、1110℃、1150℃、1180℃)，保温1h-2h(比如1.2h、1.4h、1.6h、1.8h)；优选地，所述墩粗、拔长、扭转变形过程中始终保持温度高于900℃。

本发明锻造变形中首先在惰性气体条件下进行多段式加热，其目的在于通过多段式加热使得热压坯的心部充分均热，防止其由于内外温差过大导致应力太大致使热压坯开裂；进一步地，为了防止热压坯开裂从而报废，将所述墩粗、拔长、扭转变形过程中的温度始终限定高于900℃；本发明中墩粗、拔长、扭转变形过程均在空气中进行。

在上述大马士革钢的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述轧制变形为：将热压坯在惰性气体条件下进行加热，之后再进行热轧变形；优选地，所述加热为多段式加热；更优选地，所述加热具体为先将热压坯加热至800-850℃(比如810℃、820℃、830℃、840℃)，保温30-60min(比如35min、38min、42min、45min、50min)，然后继续加热到1000-1200℃(比如1050℃、1080℃、1110℃、1150℃、1180℃)，保温1h-2h(比如1.2h、1.4h、1.6h、1.8h)；优选地，所述热轧过程中的变形量为20％-40％(比如22％、25％、30％、35％)；优选地，所述热轧过程中始终保持温度高于900℃。

本发明轧制变形中首先在惰性气体条件下进行多段式加热，其目的在于通过多段式加热使得热压坯的心部充分均热，防止其由于内外温差过大导致应力太大致使热压坯开裂；进一步地，限定热轧过程中始终保持温度高于900℃，若温度低于900℃，则热压坯容易开裂。本发明中热轧变形过程均在空气中进行。

在上述大马士革钢的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述球化退火处理的加热温度为800-1000℃(比如820℃、850℃、900℃、960℃)，保温2-4h(比如2.2h、2.4h、3.2h、3.8h)，之后缓冷至700-900℃(比如720℃、750℃、800℃、860℃)，保温2-4h(比如2.2h、2.4h、3.2h、3.8h)；优选地，所述球化退火处理在所述塑性加工变形后立即进行。

本发明中若缓冷后的保温温度高于900℃，则仍处于奥氏体化过程，使得并没有发挥球化作用，变形坯中的碳元素与金属元素不能以球状碳化物的形式析出，同时会造成晶粒长大，进而降低材料的性能；而若缓冷后的保温温度低于700℃，则欲达到同样的球化效果，则需要更长的球化保温时间，而长时间加热则会使得材料的性能恶化。本发明在塑性加工变形后立即进行球化退火处理，能够使得变形坯中的碳元素与金属元素以球状碳化物的形式析出，均匀分布在铁素体基体中，进而可以充分降低材料的硬度、提高塑性，为最终热处理作组织准备。

在上述大马士革钢的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述浸蚀处理得到具有特定花纹的大马士革钢中，使用酸性溶剂对所述变形坯或所述具有复杂结构的最终件进行浸蚀；优选地，所述酸性溶剂为盐酸或硫酸；更优选地，所述盐酸的浓度为10％-35wt％(比如12wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％)；更优选地，所述硫酸的浓度为50％-98wt％(比如52wt％、58wt％、60wt％、70wt％、80wt％)。

本发明中通过酸性溶剂对经球化退火处理得到的变形坯的表面进行浸蚀或通过酸性溶液对热等静压处理后得到的具有复杂结构的最终件进行浸蚀，以使其表面显现花纹，从而制备出具有特定花纹的大马士革钢。

本发明第二方面提供了一种大马士革钢，采用上述大马士革钢的制备方法制备得到。

在上述大马士革钢中，作为一种优选实施方式，所述大马士革钢的室温抗拉强度≥700MPa，室温延伸强度≥200MPa，室温断后伸长率≥20％，经淬火回火后的室温硬度≥55HRC。

本发明中以两种或两种以上化学组成不同的金属合金粉末为原料，依次经粘结剂喷射成形、热等静压处理、塑性加工变形(锻造和/或轧制)、球化退火处理、浸蚀处理得到的具有特定花纹的大马士革钢，其室温抗拉强度≥700MPa，室温延伸强度≥200MPa，室温断后伸长率≥20％，经淬火回火后的室温硬度≥55HRC。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明利用粘结剂喷射成形工艺制得初坯，适用于多种不同金属合金粉末的打印，使得可选原材料体系广泛；同时本发明的制备工艺简单高效、成本低，可实现大尺寸、批量化生产。

(2)本发明根据大马士革钢的纹路要求设计3D模型，然后通过向不同的金属合金粉末层间喷射粘结剂进而打印得到由不同金属合金粉末形成的多层结构初坯，本发明可根据需求得到具有特定花纹样式的大马士革钢。

(3)本发明通过热等静压处理，能够得到致密度高(相对密度可达100％)、均匀性好、纯度高的大马士革热压坯或具有复杂结构的最终件。

(4)本发明制备得到的大马士革钢的室温抗拉强度≥700MPa，室温延伸强度≥200MPa，室温断后伸长率≥20％，经淬火回火后的室温硬度≥55HRC。

附图说明

图1为本发明大马士革钢的制备工艺流程图；

图2为本发明实施例1中制得的具有特定花纹的大马士革钢的照片；

图3为本发明实施例1中制得的具有特定花纹的大马士革钢的金相组织照片。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例中所述的原料均可从公开商业途径获得。

参见图1，本发明的具体实施方式提供一种大马士革钢的制备方法，包括如下步骤：

1)金属合金粉末的制备：根据金属合金粉末的化学组成要求将所需原料在雾化设备真空室中进行熔炼，所述熔炼在真空或惰性气体条件(如氮气或氩气)下进行，熔炼温度为1550～1650℃，然后打开供气系统，向雾化室充入惰性气体(如氮气或氩气)，待熔炼室和雾化室气压保持一致后，开启高压雾化气体，将中间包中流出的钢液雾化成碳素钢、合金钢金属合金粉末；将上述制得的金属合金粉末进行真空震动筛分级过筛处理，得到粒度为6-45μm的球形或近球形金属合金粉末。

2)粘结剂喷射成形处理：①打印：a.建模得到3D模型；b.在基板上铺展一种金属合金粉末形成金属合金粉末层；c.将粘结剂喷射到上述金属合金粉末层上；d.通过铺粉辊将另一种化学组成不同的金属合金粉末从粉末供应源散布到上述金属合金粉末层上，如此往复直至打印完成获得初坯；②脱脂：将初坯放入真空炉内于惰性气氛下或者真空条件下进行脱脂处理，脱脂温度为200-800℃，时间为0.5-4h。

3)热等静压处理：将初坯放置到热等静压设备中，使用氩气作为加压介质向包套各个方向施加100-120MPa压力，同时施以1000-1200℃高温，在最高温度、压力作用下保持2-3h，获得热压坯或具有复杂结构的最终件。

4)塑性加工变形处理：将上述热压坯进行塑性加工变形处理，所述塑性加工变形为锻造变形和或轧制变形；其中，锻造变形具体为：首先将热压坯置于充有惰性气体(如氩气或氮气)保护的加热炉中，将热压坯加热至800℃-850℃，保温30-60min，继续加热到1000-1200℃，保温1h-2h，出炉后对热压坯进行镦粗、拔长、扭转变形加工，整个变形加工过程始终保持温度高于900℃。

轧制变形具体为：首先将热压坯置于充有惰性气体(如氩气或氮气)保护的加热炉中，将热压坯加热至800℃-850℃，保温30-60min，继续加热到1000-1200℃，保温1h-2h，出炉后按照20-40％的变形量进行热轧，整个热轧过程中始终保持温度高于900℃。

5)球化退火处理：塑性变形加工完成后立即进行球化退火处理，所述球化退火处理的加热温度为800-1000℃，保温时间为2-4h，之后缓冷至700-900℃，保温2-4h，得到变形坯。

6)浸蚀：使用盐酸或硫酸对上述变形坯或上述具有复杂结构的最终件进行浸蚀，得到具有特定花纹的大马士革钢。

实施例1一种大马士革钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)金属合金粉末的制备：分别根据金属合金粉末I、金属合金粉末II的化学组成要求将微碳铬铁、石墨、钒铁、金属锰、金属钼、SiCa粉原料(其中，SiCa粉用作脱氧剂，加入使得钢液产生强烈的放热效应。钙在钢液中变成钙蒸气，对钢液产生搅拌作用，有利于非金属夹杂上浮，并且钙相对较为活泼，与氧具有较强的亲和力，优先与氧反应除去钢液中的氧。硅钙合金脱氧后，产生颗粒较大且易于上浮的非金属夹杂，最后去除浮渣，得到较为纯净的钢液。硅虽然也有脱氧作用，但是钙先被消耗，然后是硅，最后硅会有部分剩余，进入钢液里作为金属合金粉末的组成元素)加入到雾化设备真空室中，于真空条件下熔炼成钢液，熔炼温度为1550-1650℃；再将钢液于氩气气氛下雾化成金属合金粉末；最后将上述金属合金粉末进行真空震动筛分级过筛处理，分别得到粒度为16-25μm的球形金属合金粉末I、金属合金粉末II(根据GB/T 223-2008《钢及合金》标准方法对制得的金属合金粉末I、金属合金粉末II进行成分分析，具体检测结果参见表1)；

(2)粘结剂喷射成形处理：a.建模得到3D模型；b.在基板上铺展金属合金粉末I，层厚为0.2mm；c.将水基粘结剂喷射到金属合金粉末I上，粘结剂的饱和度(即粘结剂的体积占粉末床孔隙体积的百分比)为40％；d.通过铺粉辊将金属合金粉末II散布到上述粉层，层厚为0.2mm，如此往复直至打印完成制得初坯；②脱脂：将初坯放入真空炉内于真空条件下加热到400℃，保温2h进行脱脂处理；

(3)热等静压处理：将上述脱脂后的初坯置于热等静压设备内进行压制，温度为1200℃，压力为120MPa，保温保压时间为2h，然后随炉冷却至250℃，出炉空冷，得到热压坯；

(4)锻造变形处理：将上述热压坯置于充有氮气保护的加热炉中，将热压坯加热至800℃，保温30min，继续加热至1150℃，保温1.5h后进行锻造，开锻温度为1100℃，终锻温度为900℃，得到规格为φ50*100mm的棒坯；

(5)球化退火处理：立即将上述棒坯进行球化退火处理，球化处理的温度为950℃，保温3h，之后随炉缓冷至850℃，保温3h，然后炉冷至室温得到大马士革钢棒坯；

(6)浸蚀处理：使用浓度为35wt％的盐酸溶液对上述大马士革钢棒坯进行浸蚀，得到具有特定花纹的大马士革钢。

表1为本发明实施例1中两种金属合金粉末的化学成分，余量为Fe和不可避免杂质

实施例2一种大马士革钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)金属合金粉末的制备：分别根据金属合金粉末I、金属合金粉末II的化学组成要求将微碳铬铁、石墨、金属锰、镍锭、SiCa粉原料加入到雾化设备真空室中，于真空条件下熔炼成钢液，熔炼温度为1550-1650℃；再将钢液于氩气气氛下雾化成金属合金粉末；最后将上述金属合金粉末进行真空震动筛分级过筛处理，分别得到粒度为18-28μm的球形金属合金粉末I、金属合金粉末II(根据GB/T 223-2008《钢及合金》标准方法对制得的金属合金粉末I、金属合金粉末II进行成分分析，具体检测结果参见表2)；

(2)粘结剂喷射成形处理：a.建模得到3D模型；b.在基板上铺展金属合金粉末I，层厚为0.2mm；c.将酚醛树脂粘结剂喷射到金属合金粉末I上，粘结剂的饱和度(即粘结剂的体积占粉末床孔隙体积的百分比)为60％；d.通过铺粉辊将金属合金粉末II散布到上述粉层，层厚为0.2mm，如此往复直至打印完成制得初坯；②脱脂：将初坯放入真空炉内于真空条件下加热到800℃，保温2h进行脱脂处理；

(3)热等静压处理：将上述脱脂后的初坯置于热等静压设备内进行压制，温度为1100℃，压力为110MPa，保温保压时间为3h，然后随炉冷却至250℃，出炉空冷，得到热压坯；

(4)轧制变形处理：将上述热压坯置于充有氮气保护的加热炉中，将热压坯加热至850℃，保温30min，继续加热至1200℃，保温1h，出炉后按照25％的变形量进行热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃，热轧完成后得到规格为1000×500×4.5mm的板坯；

(5)球化退火处理：立即将上述板坯进行球化退火处理，球化处理的温度为850℃，保温3h，之后随炉缓冷至750℃，保温3h，然后炉冷至室温得到大马士革钢棒坯；

(6)浸蚀处理：使用浓度为50wt％的硫酸溶液对上述大马士革钢棒坯进行浸蚀，得到具有特定花纹的大马士革钢。

表2为本发明实施例2中两种金属合金粉末的化学成分，余量为Fe和不可避免杂质

实施例3一种大马士革钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)金属合金粉末的制备：分别根据金属合金粉末I、金属合金粉末II的化学组成要求将微碳铬铁、石墨、钒铁、金属锰、金属钼、SiCa粉原料加入到雾化设备真空室中，于真空条件下熔炼成钢液，熔炼温度为1550-1650℃；再将钢液于氩气气氛下雾化成金属合金粉末；最后将上述金属合金粉末进行真空震动筛分级过筛处理，分别得到粒度为25-35μm的球形金属合金粉末I、金属合金粉末II(根据GB/T 223-2008《钢及合金》标准方法对制得的金属合金粉末I、金属合金粉末II进行成分分析，具体检测结果参见表3)；

(2)粘结剂喷射成形处理：a.建模得到3D模型；b.在基板上铺展金属合金粉末I，层厚为0.2mm；c.将丁缩醛树脂粘结剂喷射到金属合金粉末I上，粘结剂的饱和度(即粘结剂的体积占粉末床孔隙体积的百分比)为50％；d.通过铺粉辊将金属合金粉末II散布到上述粉层，层厚为0.2mm，如此往复直至打印完成制得初坯；②脱脂：将初坯放入真空炉内于真空条件下加热到400℃，保温3h进行脱脂处理；

(3)热等静压处理：将上述脱脂后的初坯置于热等静压设备内进行压制，温度为1000℃，压力为120MPa，保温保压时间为3h，然后随炉冷却至250℃，出炉空冷，得到热压坯；

(4)锻造变形处理：将上述热压坯置于充有氮气保护的加热炉中，将热压坯加热至820℃，保温30min，继续加热至1200℃，保温1h后进行锻造，开锻温度为1100℃，终锻温度为900℃，得到锻造坯；

(5)轧制变形处理：将上述锻造坯置于充有氮气保护的加热炉中，缓慢将锻造坯加热至840℃，保温30min，继续加热至1150℃，保温1.5h，出炉后按照35％的变形量进行热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为950℃，热轧完成后进行冷轧得到规格为1000×500×4.5mm的板坯；

(6)球化退火处理：立即将上述板坯进行球化退火处理，球化处理的温度为1000℃，保温2h，之后随炉缓冷至900℃，保温2h，然后炉冷至室温得到大马士革钢板坯；

(7)浸蚀处理：使用浓度为80wt％的硫酸溶液对上述大马士革钢板坯进行浸蚀，得到具有特定花纹的大马士革钢。

表3为本发明实施例3中两种金属合金粉末的化学成分，余量为Fe和不可避免杂质

性能检测

根据GB/T 3850-2015《致密烧结金属材料与硬质合金密度测定方法》对本发明实施例1-3中热等静压处理后得到的热压坯进行室温密度检测，其密度分别为99.96％、99.95％、99.8％。

根据GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验》对本发明实施例1-3中球化退火处理后的大马士革钢棒坯或板坯进行室温拉伸性能检测，检测结果如表4所示；本发明中拉伸试验的拉伸方向近似垂直于大马士革钢棒坯或板坯的纹路方向，可近似表征层间结合强度。

对本发明实施例1制得的具有特定花纹的大马士革钢进行1100℃淬火及200℃的回火处理，采用GB/T 230.1-2018《金属材料洛氏硬度试验第1部分试验方法》对其进行室温硬度测试，测试结果为：实施例1中金属合金粉末I形成的纹路硬度为64HRC，金属合金粉末II形成的纹路硬度为60HRC，测试结果表明由实施例1制得的大马士革钢具有出色的锋利度。

对本发明实施例2制得的具有特定花纹的大马士革钢进行850℃淬火及200℃的回火处理，采用GB/T 230.1-2018《金属材料洛氏硬度试验第1部分试验方法》对其进行室温硬度测试，测试结果为：实施例2中金属合金粉末I形成的纹路硬度为58HRC，金属合金粉末II形成的纹路硬度为60HRC，测试结果表明由实施例2制得的大马士革钢具有出色的锋利度。

对本发明实施例3制得的具有特定花纹的大马士革钢进行1100℃淬火及200℃的回火处理，采用GB/T 230.1-2018《金属材料洛氏硬度试验第1部分试验方法》对其进行室温硬度测试，测试结果为：实施例3中金属合金粉末I形成的纹路硬度为62HRC，金属合金粉末II形成的纹路硬度为58HRC，测试结果表明由实施例3制得的大马士革钢具有出色的锋利度。

表4为本发明实施例1-3中经球化退火处理后的大马士革钢棒坯或板坯的性能测试结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (25)

1.一种大马士革钢的制备方法，其特征在于，包括：以两种或两种以上化学组成不同的金属合金粉末为原料，依次经粘结剂喷射成形处理得到初坯，热等静压处理得到热压坯或者具有复杂结构的最终件，再将所述热压坯进行塑性加工变形及球化退火处理后得到变形坯，所述变形坯或所述具有复杂结构的最终件经过浸蚀处理得到具有定制花纹样式的大马士革钢；

其中，在所述粘结剂喷射成形处理得到初坯中，首先根据大马士革钢的纹路要求设计3D模型，然后通过向不同的金属合金粉末层间喷射粘结剂进而打印得到由不同金属合金粉末形成的多层结构初坯；最后将所述初坯进行脱脂处理；所述向不同的金属合金粉末层间喷射粘结剂包括：先铺展一种金属合金粉末形成金属合金粉末层，然后将粘结剂喷射到上述金属合金粉末层上；再将另一种化学组成不同的金属合金粉末散布到上述金属合金粉末层上，如此反复；

所述粘结剂的饱和度为40%-80%；

所述脱脂处理的温度为200-800℃，时间为0.5-4h；

所述金属合金粉末为碳素钢粉末和/或合金钢粉末；

所述金属合金粉末中，O 0.004wt%-0.02wt%，P≤0.002wt%，S≤0.002wt%；

所述金属合金粉末的粒度为6-45μm，所述金属合金粉末为球形或近球形；

在所述热等静压处理得到热压坯中，使用氩气作为加压介质进行加压，加压压力为100-120MPa，温度为1000-1200℃，保温保压时间为2-3h。

2.根据权利要求1所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述粘结剂选自丁缩醛树脂、酚醛树脂、水基粘结剂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述脱脂处理在惰性气氛下或者真空条件下进行。

4.根据权利要求3所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气或氮气。

5.根据权利要求1所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述脱脂处理在真空烧结炉中进行。

6.根据权利要求1-5任一所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述金属合金粉末通过雾化法及过筛制备得到。

7.根据权利要求6所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述雾化法包括：根据金属合金粉末的化学组成要求将所需原料先熔炼成钢液后再在惰性气体条件下进行雾化。

8.根据权利要求7所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述熔炼在真空或惰性气体条件下进行，熔炼温度为1550-1650℃。

9.根据权利要求1所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述塑性加工变形为锻造变形和/或轧制变形。

10.根据权利要求9所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述锻造变形为：将热压坯在惰性气体条件下进行加热，之后再进行墩粗、拔长、扭转变形。

11.根据权利要求10所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述加热为多段式加热。

12.根据权利要求11所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述加热具体为先将热压坯加热至800-850℃，保温30-60min，然后继续加热到1000-1200℃，保温1h-2h。

13.根据权利要求10所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述墩粗、拔长、扭转变形过程中始终保持温度高于900℃。

14.根据权利要求9所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述轧制变形为：将热压坯在惰性气体条件下进行加热，之后再进行热轧变形。

15.根据权利要求14所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述加热为多段式加热。

16.根据权利要求15所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述加热具体为先将热压坯加热至800-850℃，保温30-60min，然后继续加热到1000-1200℃，保温1h-2h。

17.根据权利要求16所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述热轧过程中的变形量为20%-40%。

18.根据权利要求14所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述热轧过程中始终保持温度高于900℃。

19.根据权利要求1所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述球化退火处理的加热温度为800-1000℃，保温2-4h，之后缓冷至700-900℃，保温2-4h。

20.根据权利要求1所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述球化退火处理在所述塑性加工变形后立即进行。

21.根据权利要求1所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述浸蚀处理得到具有定制花纹样式的大马士革钢中，使用酸性溶剂对所述变形坯或所述具有复杂结构的最终件进行浸蚀。

22.根据权利要求21所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述酸性溶剂为盐酸或硫酸。

23.根据权利要求22所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为10%-35wt%。

24.根据权利要求22所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，所述硫酸的浓度为50%-98wt%。

25.根据权利要求1所述的大马士革钢的制备方法，其特征在于，采用所述制备方法制备得到的大马士革钢的室温抗拉强度≥700MPa，室温延伸强度≥200MPa，室温断后伸长率≥20%，经淬火回火后的室温硬度≥55HRC。