一种选区激光熔化制备不锈钢所用粉料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种选区激光熔化制备不锈钢所用粉料及制备方法，所用粉料，包括如下重量百分比的元素组成：Cr：16％

【技术实现步骤摘要】
一种选区激光熔化制备不锈钢所用粉料及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种选区激光熔化制备用的铁基合金粉料，特别是涉及一种选区激光熔化成形、含W耐腐蚀不锈钢所用粉料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铁基材料因成本相对较低，获得途径广泛等原因，成为目前选区激光熔化成形用主要材料，而316L奥氏体不锈钢又是铁基材料中进行选区激光熔化成型最常见的材料之一。由于其价格低廉，延展性良好和优异的生物性能而广泛用于化工、石油、机械、临床医疗等领域。但是316L不锈钢广泛应用于极端恶劣的条件下，如高温运行的工程结构中，包括蒸汽设备，过热管材料等，在温度和腐蚀介质及力学等因素综合作用下会发生腐蚀性破坏行为，从而带来了不可逆转的损失。因此，提高316L不锈钢的极端条件下的耐腐蚀行为，才能进一步扩大不锈钢的应用于极端条件下。此外，316L不锈钢强度较低、表面硬度低，也限制了其进一步工业应用。
[0003]商用的316L不锈钢一般含有铬(Cr)，镍(Ni)，钼(Mo)，钛(Ti)，铌(Nb)等优质金属元素，添加不同合金元素对不锈钢的组织结构及性能会产生很大影响。钨(W)具有耐高温，耐腐蚀，耐磨损，强度和硬度高等优点。添加W可以促进不锈钢从面心立方的奥氏体相向体心立方的铁素体相转变。另外，W作为形核粒子，引起更多的钉扎效应。研究表明，W对不锈钢具有良好的，固溶强化，细晶强化和弥散强化作用，不仅可以提高钢的强度，还可以提高钢的韧性、抗高温氧化性、耐磨性和耐腐蚀性能，降低钢的脆性转变温度，获得良好的成形性能。
[0004]选区激光熔化(SLM)是一种新兴的制造技术，是迄今为止提出的最先进的制造技术之一。与传统的自上而下去除材料的加工工艺不同，SLM一种自下而上的工艺，是根据所需组件的三维CAD模型，一层一层地堆积材料的制造过程。可以通过计算机控制激光束制造许多复杂的结构件。其具有很多优点，在SLM中，利用聚焦激光束将粉末颗粒熔化并相互结合，具有高度的灵活性，成型件密度高，材料利用率高等。此外，由于采用逐层制造的方法，SLM技术不存在几何复杂度限制，可以有效地低成本制备传统工艺(如铸造、锻造或传统粉末冶金)无法加工的零部件，实现零件近净成形。由于SLM具有超高的冷却速率(105‑
108K/s)，所得到得晶粒较小，均匀，致密，可以用于制造具有高机械性能和表面性能的部件，大多数情况下比传统工艺加工的部件具有更好的力学性能。
[0005]此外，中国专利文件CN108339983A公开了一种304/304L不锈钢的选区激光熔化成型方法。该方法包括如下步骤：1)将不锈钢球形粉末装入选区激光熔化3D打印机的供粉腔内；2)向成型室内充入保护气体；3)在基板上预先均匀铺置厚度小于50μm的不锈钢球形粉末；4)构建预制备不锈钢试样的三维模型，将三维模型进行位置摆放，对三维模型进行分层处理，将分处理后的分层数据输入激光扫描路径生成软件中生成打印文件；5)激光器扫描预不锈钢球形粉末形成平整的不锈钢熔化层，基板下降设定厚度的距离，在不锈钢熔化层上重新铺置厚度与基板下降厚度相同的不锈钢球形粉末，扫描铺设的不锈钢球形粉末，得
到平整的不锈钢熔化层；6)重复步骤5)。中国专利文件CN110355367A公开了一种Al3Ti/316L不锈钢复合材料的增材制造方法。所述方法包括如下步骤：(1)球磨：(2)粉末过筛：(3)粉末混合：(4)粉末烘干；(5)复合材料制备。但是这种纯预合金粉末成型件的耐腐蚀性能、表面硬度相对较差，需要寻求新型不锈钢粉末，改善其成型件性能。
[0006]因此，根据合金元素W对不锈钢组织结构及性能的影响，研制不同W含量的合金粉料，用于SLM制造耐腐蚀不锈钢具有重要意义。调节W含量以获得，耐腐蚀性和表面硬度综合的不锈钢。含W不锈钢具有低成本、高硬度和良好的耐腐蚀性能等优点，可以代替传统的316L和304L不锈钢，广泛应用在极端条件下的发电厂热管道，核反应堆部件，机械部件等。为此，提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种选区激光熔化制备不锈钢所用粉料及制备方法。
[0008]要解决的技术问题：本专利技术的技术任务是克服传统316L和304L不锈钢表面硬度差，耐腐蚀性能差的缺陷。本专利技术采用选区激光熔化技术，利用镱激光加工系统进行选区激光熔化制备含W耐腐蚀不锈钢，制备出的不锈钢成形性良好、显微组织均匀、硬度较高、耐腐蚀性能优异。
[0009]本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种选区激光熔化制备不锈钢所用粉料，包括如下重量百分比的元素组成：
[0011]Cr：16％
‑
18％，Ni：12％
‑
15％，Mo：2％
‑
3％，Mn：1％
‑
2％，Si：<0.1％，C：<0.08％，P:<0.045％,W：0％
‑
10％，其余为Fe。
[0012]根据本专利技术，优选的，所述的不锈钢所用粉料，包括如下重量百分比的元素组成：
[0013]Cr：16.5％
‑
17.5％，Ni：13％
‑
14％，Mo：2％
‑
3％，Mn：1％
‑
2％，Si：<0.1％，C：<0.08％，P:<0.045％,W：3％
‑
10％，其余为Fe。
[0014]根据本专利技术，优选的，所述的不锈钢所用粉料的粒径为15
‑
50微米。
[0015]根据本专利技术，还提供利用上述粉料制备的耐腐蚀不锈钢。
[0016]根据本专利技术，优选的，所述的耐腐蚀不锈钢的显微硬度为248HV
‑
295HV。
[0017]根据本专利技术，优选的，所述的耐腐蚀不锈钢，在室温20
‑
25℃，3.5wt.％NaCl溶液条件下的电化学腐蚀密度为3.36
‑
8.32μA
·
cm2。
[0018]根据本专利技术，优选的，所述的耐腐蚀不锈钢，在3.5wt.％NaCl溶液条件下的阻抗值为149.6
‑
344KΩ
·
cm2；3.5wt％NaCl电解质溶液的溶液电阻为4.991
‑
6.252Ω
·
cm2。
[0019]根据本专利技术，还提供上述耐腐蚀不锈钢的制备方法，采用选区激光熔化法，包括步骤如下：
[0020](1)将上述粉料经过真空熔炼、气雾化和筛分工序，制得预合金球形粉末；
[0021](2)将步骤(1)所得球形粉末在70
‑
90℃烘干12小时以上；
[0022](3)将不锈钢基板表面打磨后用酒精超声清洗并干燥备用，将步骤(2)处理所得粉料采用从上落粉铺粉的方式通过镱激光加工熔化后在不锈钢基板表面进行熔化沉积；
[0023](4)重复镱激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选区激光熔化制备不锈钢所用粉料，其特征在于，该粉料包括如下重量百分比的元素组成：Cr：16％
‑
18％，Ni：12％
‑
15％，Mo：2％
‑
3％，Mn：1％
‑
2％，Si：<0.1％，C：<0.08％，P:<0.045％,W：0％
‑
10％，其余为Fe。2.根据权利要求1所述的选区激光熔化制备不锈钢所用粉料，其特征在于，所述的不锈钢所用粉料，包括如下重量百分比的元素组成：Cr：16.5％
‑
17.5％，Ni：13％
‑
14％，Mo：2％
‑
3％，Mn：1％
‑
2％，Si：<0.1％，C：<0.08％，P:<0.045％,W：3％
‑
10％，其余为Fe。3.根据权利要求1所述的选区激光熔化制备不锈钢所用粉料，其特征在于，所述的不锈钢所用粉料的粒径为15
‑
50微米。4.一种利用权利要求1所述粉料制备的耐腐蚀不锈钢。5.根据权利要求4所述的耐腐蚀不锈钢，其特征在于，所述的耐腐蚀不锈钢的显微硬度为248HV
‑
295HV；优选的，所述的耐腐蚀不锈钢，在室温20
‑
25℃，3.5wt.％NaCl溶液条件下的电化学腐蚀密度为3.36
‑
8.32μA
·
cm2；优选的，所述的耐腐蚀不锈钢，在3.5wt.％NaCl溶液条件下的阻抗值为149.6
‑
344KΩ
·
cm2；3.5wt％NaCl电解质溶液的溶液电阻为4.991
‑
6.252Ω

【专利技术属性】
技术研发人员：尹啸天，张庆霞，孟令涛，王胜海，王丽，刘旦，朱训明，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：