[发明专利]一种利用离子渗氮制备3D打印不锈钢粉末的方法

说明书

本发明涉及不锈钢3D打印技术领域，公开了一种利用离子渗氮制备3D打印不锈钢粉末的方法；具体包括：原料准备；将准备好的原料放入真空熔炼炉中，先将真空熔炼炉抽真空至真空度为0.1Pa～5Pa，再加热至混合物完全熔化成合金熔融液；雾化制粉，冷却形成粒径为3～80μm的粉末；筛分得到四种粒径不同的原始粉末，再按照进行质量比1：3～5:4～6:2的比例进行混合；对混合后的粉末进行离子渗氮；本发明能够大幅提升不锈钢粉末3D打印制品的耐腐蚀性能，以及改善打印制品的机械强度，提升不锈钢制品在一定的腐蚀介质中的使用寿命短。

技术领域

本发明涉及不锈钢3D打印技术领域，具体是涉及一种利用离子渗氮制备3D打印不锈钢粉末的方法。

背景技术

3D打印技术是通过逐渐增加材料来制造零件的一种工艺方法，也称为增材制造。以其数字化、个性定制化、网络化为特点，解决了一些工程技术问题，已成为国内外研发热点。很多专家认为，3D打印技术会推动第三次工业革命。

不锈钢具有较好的耐蚀性、强度、耐氧化性、韧性和优良的可加工性等综合性能，已广泛应用于水电、化工、航空航天、能源等领域。不锈钢作为水电涡轮机的叶轮材料，通常在一定的腐蚀介质中服役，因此要求具有较高的耐腐蚀性能。离子渗氮技术是在低真空含氮气氛中，利用模具阴极和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺，与气体渗氮相比，有渗入速度快、零件变形少、能源消耗少等优点。

目前3D打印不锈钢的耐腐蚀性和强度亟待进一步提升。针对耐腐蚀性，现有研究集中在后处理和制备抗腐蚀涂层上，耗费时间较长、成本高且工艺复杂。因此，提高不锈钢粉末在3D打印技术领域的耐腐蚀性与强度有重大意义，能够从源头上提高3D打印不锈钢产品的综合性能，提高不锈钢粉末3D打印制品的使用寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题是：解决现有技术中不锈钢粉末3D打印制品耐腐蚀差、机械强度低，导致在一定的腐蚀介质中使用寿命短的问题。

本发明的技术方案是：一种利用离子渗氮制备3D打印不锈钢粉末的方法，包括以下步骤：

步骤一：原料准备

将铁、铜块、镍块、硅锰合金块及金属铬破碎至粒径3～8mm后，混合10～30min得到混合物；

步骤二：真空熔炼

将步骤一得到的混合物放入真空熔炼炉中，先将真空熔炼炉抽真空至真空度为0.1Pa～5Pa，再加热至混合物完全熔化成合金熔融液；

步骤三：雾化制粉

将步骤二得到的合金融合液通入雾化设备中，在雾化室中雾化分散成微小液滴后冷却形成粒径为3～80μm的原始粉末；

步骤四：筛分、混合

将步骤三得到的原始粉末进行筛分，分别得到粒径为3～15μm的原始粉末a，粒径为15～30μm的原始粉末b，粒径为30～56μm的原始粉末c，以及粒径为56～80μm的原始粉末d；

使得到的原始粉末a、原始粉末b、原始粉末c、原始粉末d按照质量比1：3～5:4～6:2的比例充分混合60～120min得到混合粉末；

步骤五：离子渗氮

对混合粉末进行真空清洗，然后烘干后放入离子氮化炉内，抽真空至0.1～5pa，充入氮气与氢气，控制离子氮化炉内气压为300～500Pa后，加热至500～580℃，保温30～40min后，进行6～12h的离子渗氮，渗氮时的电压为500～800V，随炉冷却至150℃后空气冷却；得到表面氮层厚度为0.03～0.12μm、物相组织为马氏体和残余奥氏体的不锈钢粉末。