一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末制备方法技术

本发明专利技术公开了一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末制备方法，包括以下步骤：一、将不锈钢进行精加工；二、将不锈钢电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备的动密封中；三、向制粉装置中通入混合气体，对不锈钢电极棒进行雾化制粉；四、将雾化粉末冷却后进行筛分和封装，得到不锈钢球形粉末。本发明专利技术通过将经精加工后的不锈钢电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备进行雾化制粉，实现了高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备，解决了适宜于增材制造用的高球形度、低氧含量、表面纯净的不锈钢球形粉末，满足了3D打印不锈钢件要求的低氧含量和高球形度的流动性、松装密度和选区熔化的粒度要求，实现了产品质量稳定性的规模化生产，方法简化可行。方法简化可行。方法简化可行。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法。

技术介绍

[0002]19世纪初专利技术不锈钢以来，不锈钢就把现代材料的形象和各行业的器件应用进行了一次大的革新，不锈钢不会产生腐蚀、电蚀、锈蚀或磨损，使结构部件永久地保持工程设计的完整性。随着电子束或激光3D打印技术的出现，不锈钢再次引起了人们的广泛关注和投入；增材制造技术需要具有流动性好的高球形度粉末，而目前用于3D打印的高球形度不锈钢粉末还未见报道，人们利用现有的水雾化、气雾化球形不锈钢粉末，均因纯度低、氧含量高、球形度低，粉末表面氧化严重并存在大量的缺陷和粘连 (卫星球)，粒度组成复杂、流动性差，难以满足增材制造的需要。随着不锈钢在航空航天、医疗器械、汽车、生活应用等行业的应用快速发展，迫切需要高球形度低氧含量的不锈钢粉末应用于增材制造技术中。
[0003]因此，人们迫切希望获得一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法。该方法将经精加工后的不锈钢电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备进行雾化制粉，实现了高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备，解决了适宜于增材制造用的高球形度、低氧含量、表面纯净的不锈钢球形粉末，实现了产品质量稳定性的规模化生产，方法简化可行，制备的不锈钢球形粉末质量稳定。/>[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤一、将不锈钢进行精加工，得到不锈钢电极棒；
[0007]步骤二、将步骤一中得到的不锈钢电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备的动密封中，得到制粉装置；所述制粉装置中等离子旋转电极雾化舱内抽真空；
[0008]步骤三、向步骤二中制粉装置的等离子旋转电极雾化舱内通入混合气体，然后启动等离子旋转电极雾化制粉设备中的等离子枪和旋转电机，对不锈钢电极棒进行雾化制粉，得到雾化粉末；
[0009]步骤四、将步骤三中得到的雾化粉末冷却后进行筛分，然后在真空条件下进行封装，得到不锈钢球形粉末；所述不锈钢球形粉末的球形度大于 95％，氧含量低于0.012％。
[0010]本专利技术先将等离子旋转电极雾化舱内抽真空，然后向等离子旋转电极雾化制粉设备内通入混合气体，将等离子旋转电极雾化制粉设备内的气氛进行了置换，保证了等离子旋转电极雾化制粉过程中不受其他气体的影响；本专利技术通过动密封将不锈钢电极棒与旋转电机进行连接，并且在雾化制粉过程中，进行参数设定、启动、调试、参数调整，直到正常平
稳运行，保证了制备的不锈钢球形粉末球形度高、表面洁净，防止了不锈钢球形粉末颗粒表面粘接更细粉末，降低了粉末氧含量，改善了不锈钢球形粉末的流动性、松装密度等粉末性能。
[0011]上述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中所述精加工的过程为：依次进行前后公母螺纹加工、表面精车、精磨和校直。本专利技术通过精加工保证了不锈钢电极棒与动密封更好地配合，同时降低了不锈钢电极棒的粗糙度，使精加工后的不锈钢电极棒的轮廓算术平均偏差Ra为0.4，从而使表面更加光滑，降低了调整动密封与电极棒的总压差难度，提高了高速旋转的电极棒安全性。
[0012]上述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中所述不锈钢电极棒的直径为30mm～75mm。本专利技术通过多次试验和设备改造，增加了电极棒直径的使用范围，将制粉的生产效率明显提高，同时也保证了不锈钢球形粉末细化，增加了产量，提高了生产效率。
[0013]上述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，步骤二中所述动密封为缝隙式非接触差动密封；所述动密封的直径比不锈钢电极棒直径大2.1μm～2.3μm。
[0014]上述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，所述缝隙式非接触差动密封的内部设置有密封套管和密封腔室，所述缝隙式非接触差动密封中靠近外界一端的密封腔室中充有高纯 Ar气，所述高纯Ar气的质量纯度大于99.9％，所述缝隙式非接触差动密封中靠近外界一端的密封腔室内的气压低于雾化室腔室内的气压，且高于 1标准大气压。本专利技术根据棒料实际尺寸和跳动情况来选择动密封尺寸，并在动密封内部设置的密封套管靠近外界一端的腔室充入高纯Ar气，实现高速旋进电极的真空密封较好的方式是非接触式差动密封，在旋进电极温度极高的情况下密封，密封件易损坏并造成污染，要保证无任何污染的密封，其被密封件与密封件只能以适当间隙来达到密封的目的，有间隙又要实现密封，只能采取差动方式，即允许间隙中在压差作用下有一定气流通过的动密封，根据棒料实际跳动情况来调整总压差，因此在动密封内部设置一密封套管，密封套靠近外界一端设计有一个腔室，并充入一定的高纯Ar气，Ar气气压略低于雾化室腔室压力但略高于大气压力，这样在实际制粉过程中，能够保证棒料在高转速过程中密封件不会损坏污染棒料，又能阻止雾化室内空气的进入，最大限度地保证了较低的氧增量。
[0015]上述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，步骤二中所述等离子旋转电极雾化舱内的真空度不大于 1
×
10
‑3Pa。真空系统主要由机械泵、罗茨泵、扩散泵及维持泵等部件构成；本专利技术启动抽真空程序后，真空自动控制系统会根据真空计检测到的实时真空度达到真空度1
×
10
‑3Pa时，启动或关闭相应的真空泵组，维持雾化室内真空度，本专利技术通过真空自动控制系统抽真空并控制真空度，保证了等离子旋转电极雾化舱内的气体纯度，保证了雾化制粉不受其他气体影响，提高了不锈钢球形粉末的纯度，降低了氧含量；所述抽真空设计了自动控制系统，根据真空计检测到的实时真空度达到真空度1
×
10
‑3Pa时，启动或关闭相应的真空泵组，维持雾化室内真空度。
[0016]上述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，步骤三中所述通入混合气体的压力为0.04MPa～0.06MPa，所述混合气体由体积比为2.5～3.5:1的氩气和氦气组成。由于等离子旋转电极雾化制粉技术生产的金属粉末纯度主要取
决于雾化室内惰性保护气氛的组成、纯度，本专利技术采用的真空系统、超高速动密封系统和正压惰性保护气氛的集成控制技术，保证了雾化室内保护气氛的纯度和压力，降低粉末氧含量；本专利技术采用的气体自动控制系统由数字化集成块作为核心控制部件，通过数字化集成系统开发实现了雾化室内压力自动调节，雾化室内压力自动调节系统包含自动抽真空和充放惰性保护气体两大模块，在抽真空工序完成后，系统启动雾化舱充氩气+氦气混合气体工序，压力传感器把雾化舱压力实时通讯传输给PLC单元，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将不锈钢进行精加工，得到不锈钢电极棒；步骤二、将步骤一中得到的不锈钢电极棒装入等离子旋转电极雾化制粉设备的动密封中，并将等离子旋转电极雾化制粉设备内抽真空；所述动密封为缝隙式非接触差动密封；步骤三、向步骤二中抽真空后的等离子旋转电极雾化制粉设备内通入混合气体，然后启动等离子旋转电极雾化制粉设备中的等离子枪和旋转电机，对不锈钢电极棒进行雾化制粉，得到雾化粉末；步骤四、将步骤三中得到的雾化粉末冷却后进行筛分，然后在真空条件下进行封装，得到不锈钢球形粉末；所述不锈钢球形粉末的球形度大于95％，氧含量低于0.012％。2.根据权利要求1所述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中所述精加工的过程为：依次进行前后公母螺纹加工、表面精车、精磨和校直。3.根据权利要求1所述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中所述不锈钢电极棒的直径为30mm～75mm。4.根据权利要求1所述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，步骤二中所述动密封的直径比不锈钢电极棒直径大2.1μm～2.3μm。5.根据权利要求4所述的一种增材制造用高球形度低氧含量不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，所述缝隙式非接触差动密封的内部设置有密封套管和密封腔室，所述缝隙式非接触差动密封中靠近外界一端的密封腔室中充有高纯Ar气，所述高纯Ar气的质量纯度大于99.9％，所述缝隙式非接触差动密封中靠近外界一端的密封腔室...

【专利技术属性】
技术研发人员：李增峰，谈萍，赵少阳，沈垒，殷京欧，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：