CN112981245A - 一种不锈钢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种不锈钢材料及其制备方法。其中，所述不锈钢材料的各成分的质量百分比为：C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，N：0.6～1.0，Mn＞5.0，且Cr/(N+Mn)为1～1.5，余量为Fe和不可避免的成分。本公开实施例提供的不锈钢材料为高氮无镍的奥氏体不锈钢，其具有良好的抗电解性、耐腐蚀性及耐磨性，非常适合应用于制作充电触点。

Description

一种不锈钢材料及其制备方法
技术领域
本公开涉及粉末冶金技术，更具体地，本公开涉及一种不锈钢材料及其制备方法。
背景技术
当前流行的分体式无线蓝牙充电耳机(TWS耳机)大多是通过充电盒上的充电触点与耳机上的充电触点接触，以实现为耳机充电。这就需要充电触点体积小且能承载较大的电流。此外，还要求充电触点可以耐外界环境和人体汗液等的腐蚀，以及充电盒上的充电触点与耳机上的充电触点在长时间接触摩擦之后不易磨损。现有分体式无线蓝牙充电耳机，其上的充电触点多采用金属表面镀铑钌的方案。但该方案在实际的应用中被发现也存在诸多的缺陷：(1)铑钌属于贵金属，价格较高，这会导致生产成本较高；(2)现有的金属表面镀铑钌的方案，在产品跌落之后，镀膜易出现剥落分离的现象；(3)电镀制程会产生大量高污染废水，废水的处理难度大、成本高。
普通的不锈钢材料在不进行电镀铑钌镀层的情况下无法满足充电触点所要求的抗电解性能及耐腐蚀性能。不锈钢材料因本身具有良好的抗腐蚀性、生物相容性及无磁性，使得该材料非常适合用于直接制作充电触点或者类似产品，可以省去在其上电镀铑钌镀层。然而，现有的不锈钢的制备方法中，不合理的烧结等工艺，会导致制成的不锈钢材料中的氮含量较低、氮分布不均匀且易析出，进而导致形成的不锈钢的致密度、结构强度及抗腐蚀性等性能降低。因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种不锈钢材料及其制备方法的新技术方案。
根据本公开的第一方面，提供了一种不锈钢材料，所述不锈钢材料的各成分的质量百分比为：
C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，N：0.6～1.0，Mn＞5.0，且Cr/(N+Mn)为1～1.5，余量为Fe和不可避免的成分。
可选地，所述不锈钢材料为奥氏体不锈钢。
可选地，所述不锈钢材料表面具有厚度为50μm～300μm的致密层。
可选地，所述不锈钢材料的硬度为250HV～350HV。
根据本公开的第二方面，提供了一种不锈钢材料的制备方法，所述制备方法包括：
制备坯料：将不锈钢粉体与粘结剂制备的喂料在注射机上注射成设定形状的坯料；
脱脂：对所述坯料进行脱脂；
烧结：将所述坯料放置到烧结炉中，所述烧结包括：
a.真空烧结：在向炉内不通入气体的条件下，将烧结炉升温至650℃～900℃，将所述坯料在炉温为650℃～900℃下保温第一设定时长；
b.第一阶段分压烧结：在向炉内通入氩气的条件下，将烧结炉升温至1000℃～1150℃，将所述坯料在炉温为1000℃～1150℃和第一设定气压的条件下保温第二设定时长；
c.第二阶段分压烧结：在向炉内通入氮气的条件下，将烧结炉升温至1250℃～1350℃，将所述坯料在炉温为1250℃～1350℃和第二设定气压的条件下保温第三设定时长，以对所述坯料进行渗氮处理；
d.第一阶段冷却：在向炉内通入氮气的条件下，将所述烧结炉降温至1050℃～1200℃，将所述坯料在炉温为1050℃～1200℃和第三设定气压的条件下保温第四设定时长；
e.第二阶段冷却：在向炉内停止通入氮气并通入惰性气体的条件下，将炉温由1050℃～1200℃降温至60℃；
热处理：将烧结后的坯料置于退火炉内进行固溶处理，制得不锈钢材料，制得的所述不锈钢材料的各成分的质量百分比为：
C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，N：0.6～1.0，Mn＞5.0，且Cr/(N+Mn)为1～1.5，余量为Fe和不可避免的成分。
可选地，所述不锈钢粉体的各成分的质量百分比为：
C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，Mn＞5.0，余量为Fe和不可避免的成分。
可选地，所述粘结剂包括蜡基粘结剂、油基粘结剂、聚缩醛粘结剂和丙烯酸粘结剂中的至少一种。
可选地，所述脱脂包括催化脱脂，所述催化脱脂的脱脂率为7％以上。
可选地，所述催化脱脂在催化脱脂炉中进行；
所述催化脱脂包括：在通酸的条件下，将所述催化脱脂炉升温至80℃～250℃，将所述坯料放置于所述催化脱脂炉内，所述坯料在炉温为80℃～250℃下保温120min～480min。
可选地，所述脱脂包括负压脱脂，所述负压脱脂在脱脂烧结炉中进行；
所述负压脱脂包括：在通入氮气的条件下，将所述脱脂烧结炉升温至400℃～700℃，将所述坯料放置于所述脱脂烧结炉内，所述坯料在炉温为400℃～700℃下保温120min～240min。
可选地，在所述真空烧结步骤中：所述第一设定时长为60min～120min。
可选地，在所述第一阶段分压烧结步骤中：所述第二设定时长为60min～120min，所述第一设定气压为10KPa～30KPa，所述通入氩气的流量为5L/min～30L/min。
可选地，在所述第二阶段分压烧结步骤中：所述第三设定时长为180min～360min，所述第二设定气压为60KPa～80KPa，所述通入氮气的流量为15L/min～35L/min。
可选地，在所述第一阶段冷却步骤中：所述第四设定时长为60min～180min，所述第三设定气压为30KPa～50KPa，所述通入氮气的流量为35L/min～50L/min。
可选地，所述热处理在退火炉中进行；
所述热处理包括：将退火炉升温至1050℃～1200℃，将所述坯料放置于所述退火炉内，所述坯料在炉温为1050℃～1200℃下保温10min～30min。
根据本公开的一个实施例，所述不锈钢材料实为奥氏体不锈钢，该不锈钢材料的含氮量较高，这有利于使形成的奥氏体组织更加稳定。由于氮在材料基体内的分布较为均匀，且不易析出，这使得该不锈钢材料的致密度高，结构强度高及耐腐蚀性好。该不锈钢材料非常适合应用于制作例如充电触点。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本公开实施例提供的舍弗勒图；
图2是本公开实施例提供的不锈钢材料的制备方法流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本公开的一个实施例，提供了一种不锈钢材料，所述不锈钢材料的各成分的质量百分比如下：
C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，N：0.6～1.0，Mn＞5.0，且Cr/(N+Mn)为1～1.5，余量为Fe和不可避免的成分。
根据本公开实施例提供的不锈钢材料，将其组分中各个元素通过计算转化为镍当量(Nieq)和铬当量(Creq)，通过获得的镍当量(Nieq)和铬当量(Creq)从而能够确定该不锈钢材料的相组成。铬当量(Creq)：不锈钢材料成分中各形成铁素体的元素按其作用的程度，折算成铬元素(以铬作用系数为1)的总和。镍当量(Nieq)：不锈钢材料成分中各形成奥氏体的元素按其作用的程度，折算成镍元素(以镍作用系数为1)的总和。
其中，镍当量(Nieq)及铬当量(Creq)的计算公式分别如下：
Nieq＝Ni的含量+Co的含量+0.1*Mn的含量-0.01*(Mn的含量)2+18*N的含量+30*C的含量；
Creq＝Cr的含量+1.5*Mo的含量+1.5*W的含量+0.48*Si的含量+2.3*V的含量+1.75*Nb的含量+2.5*Al的含量。
具体地，根据上述镍当量的计算公式可得到：
镍当量(Nieq)最大值＝0.1×11-0.01×(11)2+18×1+30×0.2＝22.89；
镍当量(Nieq)最小值＝0.1×17.4-0.01×(17.4)2+18×0.6+30×0.1＝12.51。
其中，材料中不含Ni和Co，因此，在上述计算的公式中，Ni的含量和Co的含量均取0。并且，按照比值要求，其中，11≤Mn的含量≤17.4。
根据上述的计算结果可知：12.51≤镍当量(Nieq)≤22.89。
具体地，根据上述铬当量的计算公式可得到：
铬当量(Creq)最大值＝20+1.5×3+0.48×1＝24.98；
铬当量(Creq)最小值＝18+1.5×2+0.48×0＝21。
其中，材料中不含W、V、Nb和Al，因此，在上述计算公式中，W的含量、V的含量、Nb的含量及Al的含量均取0。
根据上述的计算结果可知：21≤铬当量(Creq)≤24.98。
图1中示出了不锈钢材料的铬当量、镍当量与室温下基体组织关系。在图1中，A表示奥氏体，M表示马氏体，F表示铁素体，duplex表示双相。根据上述的计算结果可知，本公开实施例的不锈钢材料，12.51≤镍当量(Nieq)≤22.89，21≤铬当量(Creq)≤24.98，结合图1可知，本公开实施例的不锈钢材料为奥氏体材料。
本公开实施例提供的不锈钢材料具有较高的含氮量，这有利于使形成的奥氏体组织更加稳定。氮在材料基体内的分布也较为均匀，且不易析出，这使得所述不锈钢材料的致密度高，结构强度高及耐腐蚀性好。
其中，Cr含量质量百分比18％～20％。使得不锈钢材料表面极易形成含Cr的钝化组织，这样可提高不锈钢材料的耐蚀性。
其中，N是强烈的奥氏体稳定化元素，能够抑制铁素体的形成，这有利于使形成的奥氏体组织更加的稳定。
其中，Si能提高不锈钢材料的电极电位，提高不锈钢材料的耐蚀性。较高的硅含量能提高不锈钢材料的脆性。在本公开的实施例中，所述Si≤1.0，在该范围内，能够提高不锈钢材料耐蚀性的同时，还可以不降低不锈钢材料的材料韧性。
其中，C能够扩大奥氏体组织相区，从而起到稳定奥氏体组织的作用。当C：0.1～0.2时，能够稳定奥氏体组织，不会有多余的碳化物析出。而当C＞0.2时，不锈钢材料在冷却过程中会沿晶界有碳化物析出，导致晶界上贫铬，从而会降低不锈钢材料的耐蚀性。
其中，Mo的加入能够在材料表面形成致密的氧化钼的钝化膜，能够提高不锈钢材料抗氯化物腐蚀能力。但是，Mo元素是促进铁素体形成的元素，含量过高不利于奥氏体组织的形成与稳定。在公开的实施例中，Mo元素含量质量百分比2％～3％，在该含量范围之内能够提高不锈钢材料的耐蚀性，且不至于形成铁素体。
在本公开的实施例中，还规定了Cr/(N+Mn)的数值范围为1～1.5。具体来说：
在Cr/(N+Mn)＞1.5时，由于Cr含量过高，Mn的含量不足，易导致降低不锈钢钢材料的临界冷却速度有限，对抑制奥氏体分解作用不明显，且较低的Mn含量对N在不锈钢中溶解度提高有限，溶解到不锈钢中N含量降低，这会进一步降低奥氏体组织的稳定性，从而导致不锈钢材料最终得到的组织为奥氏体+铁素体+CrN，不能得到单一的奥氏体组织，降低了不锈钢材料的耐蚀性，且有较高磁性。
在Cr/(N+Mn)为1～1.5时，N和Mn可促使奥氏体组织更加稳定，同时可抑制不锈钢材料中铁素体形成，有助于获得稳定、单一的奥氏体组织，最终得到高氮无磁奥氏体不锈钢。
在Cr/(N+Mn)＜1.0时，不锈钢材料中的N含量过多，会呈现过饱和的状态，最终得到的不锈钢组织中有氮化物析出，甚至出现珠光体组织，这也会降低不锈钢材料的耐蚀性。
本公开实施例提供的不锈钢材料可以适用于制作多种类型电子设备，例如分体式无线蓝牙充电耳机(TWS耳机)的充电触点，在满足充电触点抗电解能力、耐腐蚀性能及耐摩擦性能的前提下，解决了传统不锈钢材料表面镀铑钌方案所制造的充电触点成本高、镀膜容易脱落失效及电镀镀层制程产生废水污染的问题。
本公开实施例提供的不锈钢材料可以直接用于制作电子设备的金属触点，可以给充电触点的制作带来极大的便利，也可以降低充电触点的制作成本，具有较高的使用价值和推广价值。
在一个实施例中，所述不锈钢材料的表面具有厚度为50μm～300μm的致密层。
在一个实施例中，所述不锈钢材料的硬度为250HV～350HV。
根据本公开的另一个实施例，提供了一种不锈钢材料的制备方法。如图2所示，所述制备方包括：
S1、制备坯料：将不锈钢粉体与粘结剂制备的喂料在注射机上注射成设定形状的坯料。
例如，所述不锈钢粉体的各成分的质量百分比为：C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，Mn＞5.0，余量为Fe和不可避免的成分。上述组分有利于形成高氮无镍的不锈钢材料。
所述粘结剂可用于使不锈钢粉体成型。
例如，所述粘结剂包括蜡基粘结剂、油基粘结剂、聚缩醛粘结剂和丙烯酸粘结剂中的至少一种。本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择合适的粘结剂，本申请中对此不作限制。
S2、脱脂：对所述坯料进行脱脂。
在本公开的实施例中，脱脂处理的目的是去除所述坯料中的粘结剂等有机物和水等。具体地，有机物和水等会在后续的烧结过程中会形成气体，气体容易在烧结过程中使制品形成气孔，这会使制得的不锈钢材料的结构强度降低，致密度降低及表面光洁度降低。
S3、烧结：将所述坯料放置到烧结炉中，所述烧结包括：
a.真空烧结：在向炉内不通入气体的条件下，将烧结炉升温至650℃～900℃。所述真空烧结是指在设定的真空条件下对所述坯料进行烧结的方法。在本公开的实施例中，设计真空烧结的目的是，将烧结炉内粘结剂中高分子骨架烧掉，使炉内更干净。并且，在真空条件下，气体在所述坯料尚未完全烧结之前会从气孔中逸出，从而使制品不含气孔，进而可提高制品的致密度。
例如，以3℃～4℃/min的速度将烧结炉内的温度升至650℃～900℃，将所述坯料在炉温为650℃～900℃下保温第一设定时长。其中，例如，所述第一设定时长为60min～120min。该升温方式能够有效地去除气体，以提高制品的致密度。
在完成了上述的真空烧结之后，还需要对所述坯料进行分压烧结。在本公开的实施例中，所述分压烧结是指在设定烧结阶段向烧结炉中充入氮气或者氩气，控制烧结炉内氮气或者氩气的分压，使制品在不同的氮气或者氩气分压下进行烧结，但烧结炉内仍保持负压状态。其中，所述分压烧结例如包括两个阶段，分别为：第一阶段分压烧结和第二阶段分压烧结。
b.第一阶段分压烧结：在真空烧结结束之后，在向烧结炉内通入氩气的条件下，将烧结炉的炉温升温至1000℃～1150℃，将所述坯料在炉温为1000℃～1150℃和第一设定气压的条件下保温第二设定时长。在这一阶段，例如，升温速度为2.5℃～3.5℃/min，所述第二设定时长为60min～120min。在上述的升温和保温过程中，烧结炉内氩气分压例如为10Kpa～30Kpa，即所述第一设定气压可控制为10Kpa～30Kpa。并且，在升温和保温过程中，烧结炉内通入氩气的流量为5L/min～30L/min。
在本公开的实施例中，设计第一阶段分压烧结的目的是：可使烧结炉内的杂质进一步被气化，以及进一步烧掉所述坯料内的粘结剂，使所述坯料内粘结剂气化生成的气体可以被流动的氩气带走，以调节烧结炉内的气氛。同时，还可以促进所述坯料在此阶段进一步致密化。
c.第二阶段分压烧结：在向炉内通入氮气的条件下，将烧结炉升温至1250℃～1350℃，将所述坯料在炉温为1250℃～1350℃和第二设定气压的条件下保温第三设定时长，以对所述坯料进行渗氮处理。
其中，在将烧结炉升温时，例如，升温速度控制为1℃～2℃/min，所述第三设定时长180min～360min。在上述的升温和保温过程中，烧结炉内氮气分压例如为60Kpa～80Kpa，即所述第二设定气压可控制为60Kpa～80Kpa。并且，在升温和保温过程中，烧结炉内通入氮气的流量为15L/min～35L/min。
在本公开的实施例中，设计第二阶段分压烧结的目的是：氮气在所述坯料烧结致密前更多的进入到金属基体中，即向金属基体中渗氮。氮原子可沿着晶界向不锈钢材料内部渗入。在上述的升温和保温的条件下，使得所述坯料表层的氮含量在0.5％左右，内部的氮含量在0.3％左右。
d.第一阶段冷却：在向炉内通入氮气的条件下，将所述烧结炉降温至1050℃～1200℃，将所述坯料在炉温为1050℃～1200℃和第三设定气压的条件下保温第四设定时长。
其中，在将烧结炉进行降温时，例如，降温速度控制为6℃～12℃/min，所述第四设定时长60min～180min。在上述的降温和保温过程中，烧结炉内氮气分压例如为30Kpa～50Kpa，即所述第三设定气压可控制为30Kpa～50Kpa。并且，在降温和保温过程中，烧结炉内通入氮气的流量为35L/min～50L/min。
在本公开的实施例中，设计第一阶段冷却的目的在于，所述坯料在上述温度等条件下，晶粒有较大的原子间隙，这样可使得氮原子非常容易固溶到金属基体中，可使制得的不锈钢材料中的氮含量进一步提高。具体地，不锈钢材料表层氮含量达到1.0％～1.2％，芯部氮含量达到0.8％～0.95％。
e.第二阶段冷却：在向炉内停止通入氮气并通入惰性气体的条件下，将炉温由1050℃～1200℃降温至60℃。
例如，在第一阶段冷却结束之后，停止通入氮气并通入惰性气体，以25℃～35℃/min的冷却速度将烧结炉内温度从1050℃～1200℃降至60℃，甚至60℃以下。
在本公开的实施例中，该阶段冷却的目的是：提高冷速，在高冷速下有助于防止氮化铬的整体析出，也有助于稳定奥氏体组织。也就是说，在上述的降温和保温条件下，可使不锈钢材料金相组织中氮化铬析出少，耐蚀性高。即，在该阶段冷却，提高冷却速度，有助于降低氮化铬的整体析出，避免造成零件的耐蚀性下降。
在冷却后将制品从烧结炉中取出。
S4、热处理：将烧结后的坯料置于退火炉内进行固溶处理。
在本公开的实施例中，所述固溶处理是指将金属材料加热到设定温度的单相区并保温，使金属材料中的过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和的固溶体的热处理方法。
在本公开的实施例中，所述热处理包括：
在向退火炉内通入氮气分解气氛的条件下，将退火炉升温至1050℃～1200℃，将所述坯料在炉温为1050℃～1200℃保温第五设定时长。例如，所述第五设定时长为10min～30min。之后再冷却至室温。
在上述的条件下，将析出相充分固溶到不锈钢材料内部，氮原子在不锈钢材料的组织内部充分扩散于表层与芯部，且保持均匀分布。在所述热处理的过程中，由于不锈钢材料内的氮含量高，而环境中氮浓度低，会有氮的挥发情况，进而可能造成不锈钢材料整体氮含量有所降低，此时，不锈钢材料的氮含量约在0.7％～1.0％的范围之内。最终，可在制得的不锈钢材料的表层金相组织形成白亮、致密的奥氏体层，可提高不锈钢材料的耐蚀性。
根据本公开实施例提供的不锈钢材料的制备方法，所制得的所述不锈钢材料的各成分的质量百分比为：
C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，N：0.6～1.0，Mn＞5.0，且Cr/(N+Mn)为1～1.5，余量为Fe和不可避免的成分。
根据本公开的一个实施例，对烧结过程进行了合理改良，将烧结过程分为三个阶段的烧结步骤和两个阶段的冷却步骤，最终形成的不锈钢为奥氏体不锈钢，制得的不锈钢具有合理的含氮量，有利于使形成的奥氏体组织更加稳定，氮的分布也较为均匀且不易析出，这使得该不锈钢的致密度高，结构强度高及耐腐蚀性好。
根据公开实施例提供的制备方法，制得的不锈钢材料为高氮奥氏体不锈钢，较高的氮含量代替了传统奥氏体不锈钢中的镍，可极大的提高奥氏体组织的稳定性，且保留了奥氏体不锈钢耐蚀性及无磁性等优良性能。其中，较高的氮含量能显著提高奥氏体不锈钢在氯离子环境中的耐点腐蚀和缝隙腐蚀的能力。也就是说，氮能提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，特别是耐点蚀和晶间腐蚀能力。这是因为：氮能阻碍富铬碳化物的形核与长大，阻碍晶界出现贫铬区，提高耐晶间腐蚀能力。氮在溶解过程中形成NH+，在形成过程中消耗了H+，从而抑制pH值降低。减缓了溶液局部酸化和阳极溶解，抑制点蚀的自催化过程。其次，氮在钝化膜/金属界面靠近金属一侧富集，影响再钝化动力学，可迅速再钝化，从而抑制点蚀的稳定生长。氮与其它元素协同作用，可很好的提高不锈钢材料的耐蚀性。氮能强化Cr、Mo等元素在奥氏体不锈钢中的耐蚀作用，抑制铬、钼等的过钝化溶解，可在局部腐蚀过程中形成更有抗力的表层，氮的加入使钝化膜进一步富铬，提高了膜层的稳定性和致密性。
在本公开的实施例中，制成的不锈钢材料可用于直接制造充电触点，该不锈钢材料为高氮奥氏体不锈钢，生物相容性好，从而极大降低了使用过程中镍释放引起人体皮肤的过敏的风险。
尤其是，本公开实施例中制得的不锈钢材料的表面无铁素体，无析出相，表层形成了致密的奥氏体层。将本公开实施例制得的不锈钢材料制作切片。对切片进行打磨、抛光处理；然后，采用金相侵蚀液对切片的表面进行侵蚀；采用金相显微镜观察侵蚀后的表面。在切片样品的表面形成由一层光亮致密的奥氏体层。在本公开的一个例子中，所述奥氏体层的厚度为50μm～300μm。
在本公开的一个例子中，制得的所述不锈钢材料的硬度为250HV～350HV。
在本公开的一个例子中，所述脱脂可包括催化脱脂。所述催化脱脂例如可在催化脱脂炉中进行。所述催化脱脂是指在脱脂时，先将所述坯料加热到设定温度，然后通入热的酸性气体，在酸性气体催化作用下，使粘结剂等有机物先在所述坯料表面分解的脱脂方法。由于有机物分解是由外向内逐步发生，这样可避免脱脂过程中，因粘结剂气化而带来的坯料的膨胀开裂，保证了坯料的质量。
其中，所述催化脱脂的脱脂率较为优选的是为7％以上。在该范围内，可使所述坯料的质量得到保障。
例如，所述催化脱脂包括：在通入硝酸的条件下，将催化脱脂炉升温至80℃～250℃，将所述坯料放置于所述催化脱脂炉内，所述坯料在炉温为80℃～250℃下保温120min～480min。
在本公开的一个例子中，所述脱脂可包括负压脱脂。所述负压脱脂例如可在脱脂烧结炉中进行。所述负压脱脂是指在较低的气氛压力下进行的热脱脂的过程，压力低的情况下，有利于粘结剂的挥发和分解产物的析出，脱脂速率快。
例如，在进行烧结步骤之前，可先对坯料进行负压脱脂。所述负压脱脂包括：在通入氮气的条件下，将脱脂烧结炉升温至400℃～700℃，将所述坯料放置于所述脱脂烧结炉内，所述坯料在炉温为400℃～700℃下保温120min～240min。其中，所述升温速率可以控制在4℃～10℃/min。在上述升温、保温过程中均持续通入氮气。
通过负压脱脂可使有机粘结剂进一步分解。在负压作用下，有利于粘结剂的挥发和脱出，进而可以被氮气流带走。
在本公开的实施例中，在制备坯料的步骤中包括：将不锈钢粉体与粘结剂进行混炼和造粒。然后，将颗粒料加入注射机内，采用模具注射成型的方式形成坯料。模具注射成型能够形成致密的坯料，减少坯料内的孔隙。
实施例1
S01、制备坯料：将不锈钢粉体与粘结剂进行混炼和造粒；然后，在注射剂上采用模具注射成型的方式形成设定形状的坯料。
其中，所述不锈钢粉体的各成分的质量百分比为：
C：0.1，Cr：19.0，Mo：2.5，Si：1.0，Mn：15.0，余量为Fe和不可避免的成分。上述组分有利于形成高氮无镍的不锈钢材料。
其中，所述粘结剂可选的包括蜡基粘结剂、油基粘结剂、聚缩醛粘结剂和丙烯酸粘结剂中的至少一种。所述粘结剂可用于使不锈钢粉体成型。
S02、脱脂：将所述坯料放置到催化脱脂炉中，进行催化脱脂，以去除粘结剂等有机物。其中，脱脂率为7％以上。将所述坯料从催化脱脂炉中取出。
所述催化脱脂包括：将催化脱脂炉升温至180℃，将所述坯料放置于所述催化脱脂炉内，所述坯料在炉温为180℃的条件下保温300min。
所述负压脱脂包括：在通入氮气的条件下，将脱脂烧结炉升温至600℃，将所述坯料放置于所述脱脂烧结炉内，所述坯料在炉温为600℃的条件下保温150min。其中，所述升温速率可以控制在7℃/min。在上述升温和保温过程中均持续通入氮气。
S03、烧结：将所述坯料放置到烧结炉中，所述烧结包括：
a.真空烧结：在向炉内不通入气体的条件下，以3℃/min的速度将烧结炉升温至850℃，将所述坯料在炉温为850℃下保温90min；
b.第一阶段分压烧结：在真空烧结结束之后，在向烧结炉内通入氩气的条件下，以3℃/min的速度将烧结炉的炉温升温至1000℃，将所述坯料在炉温为1000℃下保温90min，在上述的升温和保温过程中，烧结炉内氩气分压例如为20Kpa；并且，在升温和保温过程中，烧结炉内通入氩气的流量为20L/min。在该阶段中，氮原子沿着晶界向坯料内部渗入。表层氮含量在0.5％左右，内部氮含量在0.3％左右。
c.第二阶段分压烧结：在向炉内通入氮气的条件下，以1.5℃/min的速度将烧结炉升温至1290℃，将所述坯料在炉温为1290℃下保温210min，在上述的升温和保温过程中，烧结炉内氮气分压例如为70Kpa；并且，在升温和保温过程中，烧结炉内通入氮气的流量为30L/min。
d.第一阶段冷却：在向炉内通入氮气的条件下，以8℃/min的速度将所述烧结炉降温至1150℃，将所述坯料在炉温为1150℃下保温20min，在上述的降温和保温过程中，烧结炉内氮气分压例如为40Kpa；并且，在降温和保温过程中，烧结炉内通入氮气的流量为40L/min。
该阶段可使氮气封闭在所述坯料内，并在保温的过程中使氮进一步溶入到所述坯料中。所述坯料在此温度条件下的晶粒有较大的原子间隙，氮原子非常容易固溶到所述坯料中，所述坯料中的氮含量进一步提高。表层氮含量达到1.2％，芯部氮含量达到0.9％以上。
e.第二阶段冷却：在向炉内停止通入氮气并通入惰性气体的条件下，以30℃/min的冷却速度将烧结炉内温度从1150℃降至60℃以下。在冷却后将制品从烧结炉中取出。
S04、热处理：在向退火炉内通入氮气分解气氛的条件下，将退火炉升温至1100℃，将所述坯料在炉温为1100℃保温20min。之后再冷却至室温。此时，不锈钢材料的氮含量约在0.9％。
实施例2
S01、制备坯料：将不锈钢粉体与粘结剂进行混炼和造粒；然后，在注射剂上采用模具注射成型的方式形成设定形状的坯料。
其中，所述不锈钢粉体的各成分的质量百分比为：
C：0.2，Cr：20.0，Mo：3.0，Si：1.0，Mn：12.0，余量为Fe和不可避免的成分。上述组分有利于形成高氮无镍的不锈钢材料。
其中，所述粘结剂可选的包括蜡基粘结剂、油基粘结剂、聚缩醛粘结剂和丙烯酸粘结剂中的至少一种。所述粘结剂可用于使不锈钢粉体成型。
S02、脱脂：将所述坯料放置到催化脱脂炉中，进行催化脱脂，以去除粘结剂等有机物。其中，脱脂率为7％以上。将所述坯料从催化脱脂炉中取出。
所述催化脱脂包括：将催化脱脂炉升温至180℃，将所述坯料放置于所述催化脱脂炉内，所述坯料在炉温为180℃的条件下保温300min。
所述负压脱脂包括：在通入氮气的条件下，将脱脂烧结炉升温至600℃，将所述坯料放置于所述脱脂烧结炉内，所述坯料在炉温为600℃的条件下保温150min。其中，所述升温速率可以控制在7℃/min。在上述升温和保温过程中均持续通入氮气。
S03、烧结：将所述坯料放置到烧结炉中，所述烧结包括：
a.真空烧结：在向炉内不通入气体的条件下，以3℃/min的速度将烧结炉升温至800℃，将所述坯料在炉温为800℃下保温120min；
b.第一阶段分压烧结：在真空烧结结束之后，在向烧结炉内通入氩气的条件下，以3℃/min的速度将烧结炉的炉温升温至1080℃，将所述坯料在炉温为1080℃下保温80min，在上述的升温和保温过程中，烧结炉内氩气分压例如为15Kpa；并且，在升温和保温过程中，烧结炉内通入氩气的流量为20L/min。在该阶段中，氮原子沿着晶界向坯料内部渗入。表层氮含量在0.45％左右，内部氮含量在0.25％左右。
c.第二阶段分压烧结：在向炉内通入氮气的条件下，以1.5℃/min的速度将烧结炉升温至1260℃，将所述坯料在炉温为1260℃下保温300min，在上述的升温和保温过程中，烧结炉内氮气分压例如为75Kpa；并且，在升温和保温过程中，烧结炉内通入氮气的流量为30L/min。
d.第一阶段冷却：在向炉内通入氮气的条件下，以8℃/min的速度将所述烧结炉降温至1100℃，将所述坯料在炉温为1100℃下保温20min，在上述的降温和保温过程中，烧结炉内氮气分压例如为35Kpa；并且，在降温和保温过程中，烧结炉内通入氮气的流量为40L/min。
该阶段可使氮气封闭在所述坯料内，并在保温的过程中使氮进一步溶入到所述坯料中。所述坯料在此温度条件下的晶粒有较大的原子间隙，氮原子非常容易固溶到所述坯料中，所述坯料中的氮含量进一步提高。表层氮含量达到1.0％，芯部氮含量达到0.8％以上。
e.第二阶段冷却：在向炉内停止通入氮气并通入惰性气体的条件下，以30℃/min的冷却速度将烧结炉内温度从1100℃降至60℃以下。在冷却后将制品从烧结炉中取出。
S04、热处理：在向退火炉内通入氮气分解气氛的条件下，将退火炉升温至1100℃，将所述坯料在炉温为1100℃保温20min。之后再冷却至室温。此时，不锈钢材料的氮含量约在0.7％。
实施例3
S01、制备坯料：将不锈钢粉体与粘结剂进行混炼和造粒；然后，在注射剂上采用模具注射成型的方式形成设定形状的坯料。
其中，所述不锈钢粉体的各成分的质量百分比为：
C：0.2，Cr：20.0，Mo：3.0，Si：1.0，Mn：17.0，余量为Fe和不可避免的成分。上述组分有利于形成高氮无镍的不锈钢材料。
其中，所述粘结剂可选的包括蜡基粘结剂、油基粘结剂、聚缩醛粘结剂和丙烯酸粘结剂中的至少一种。所述粘结剂可用于使不锈钢粉体成型。
S02、脱脂：将所述坯料放置到催化脱脂炉中，进行催化脱脂，以去除粘结剂等有机物。其中，脱脂率为7％以上。将所述坯料从催化脱脂炉中取出。
所述催化脱脂包括：将催化脱脂炉升温至180℃，将所述坯料放置于所述催化脱脂炉内，所述坯料在炉温为180℃的条件下保温300min。
所述负压脱脂包括：在通入氮气的条件下，将脱脂烧结炉升温至600℃，将所述坯料放置于所述脱脂烧结炉内，所述坯料在炉温为600℃的条件下保温150min。其中，所述升温速率可以控制在7℃/min。在上述升温和保温过程中均持续通入氮气。
S03、烧结：将所述坯料放置到烧结炉中，所述烧结包括：
a.真空烧结：在向炉内不通入气体的条件下，以3℃/min的速度将烧结炉升温至900℃，将所述坯料在炉温为900℃下保温80min；
b.第一阶段分压烧结：在真空烧结结束之后，在向烧结炉内通入氩气的条件下，以3℃/min的速度将烧结炉的炉温升温至1130℃，将所述坯料在炉温为1130℃下保温70min，在上述的升温和保温过程中，烧结炉内氩气分压例如为25Kpa；并且，在升温和保温过程中，烧结炉内通入氩气的流量为20L/min。在该阶段中，氮原子沿着晶界向坯料内部渗入。表层氮含量在0.55％左右，内部氮含量在0.35％左右。
c.第二阶段分压烧结：在向炉内通入氮气的条件下，以1.5℃/min的速度将烧结炉升温至1320℃，将所述坯料在炉温为1320℃下保温200min，在上述的升温和保温过程中，烧结炉内氮气分压例如为75Kpa；并且，在升温和保温过程中，烧结炉内通入氮气的流量为30L/min。
d.第一阶段冷却：在向炉内通入氮气的条件下，以8℃/min的速度将所述烧结炉降温至1100℃，将所述坯料在炉温为1100℃下保温20min，在上述的降温和保温过程中，烧结炉内氮气分压例如为50Kpa；并且，在降温和保温过程中，烧结炉内通入氮气的流量为40L/min。
该阶段可使氮气封闭在所述坯料内，并在保温的过程中使氮进一步溶入到所述坯料中。所述坯料在此温度条件下的晶粒有较大的原子间隙，氮原子非常容易固溶到所述坯料中，所述坯料中的氮含量进一步提高。表层氮含量达到1.1％，芯部氮含量达到0.9％以上。
e.第二阶段冷却：在向炉内停止通入氮气并通入惰性气体的条件下，以30℃/min的冷却速度将烧结炉内温度从1100℃降至60℃以下。在冷却后将制品从烧结炉中取出。
S04、热处理：在向退火炉内通入氮气分解气氛的条件下，将退火炉升温至1100℃，将所述坯料在炉温为1100℃保温30min。之后再冷却至室温。此时，不锈钢材料的氮含量约在0.85％。
将本公开实施例制得的不锈钢材料分别进行中性盐雾试验、酸性汗液试验、碱性汗液试验、汗液电解试验测试，以检测制得的不锈钢材料的可靠性。
例如，中性盐雾试验的条件为：在温度为35℃±2℃，相对湿度＞85％，pH值在6.5～7.2的环境内，将制得的不锈钢材料样品放置在质量浓度为5％±1％的NaCl溶液中连续放置72h。观察试验前、后，不锈钢材料样品的表面腐蚀情况。
例如，碱性汗液试验的条件为：用pH＝9.5的人工汗液。其中，人工汗液例如为氯化钠、磷酸氢二钠及纯水的混合溶液，并用氢氧化钠溶液调节pH至9.5。用该人工汗液浸泡后的无尘布包裹不锈钢材料样品，再用密封袋密封，并于45℃，55％RH(即相对湿度)的温湿度条件下放置120h。观察试验前、后，不锈钢材料样品的表面腐蚀情况。
例如，酸性汗液试验的条件为：用pH＝4.7的人工汗液。其中，人工汗液为氯化钠、磷酸氢二钠及纯水的混合溶液，并用冰乙酸溶液调节pH至4.7。用该人工汗液浸泡后的无尘布包裹不锈钢材料样品，再用密封袋密封，并于45℃，55％RH的温湿度条件下放置120h。观察试验前、后，不锈钢材料样品的表面腐蚀情况。
例如，汗液电解试验的条件为：外加特定电压电源，用Pt网做负极，用不锈钢材料样品做正极，将正负极浸入上述的酸性汗液中，要求正负极不能相互接触且边缘有一定距离。电解20s为一个周期，电解15个循环。
将根据本公开实施例制得的不锈钢材料分别取10件作为样品进行试验。测试的结果见下表：
Figure BDA0002931337620000181
由上表可知，根据本公开的实施例的制备方法，制得的不锈钢材料样品经过中性盐雾试验、酸性汗液试验、碱性汗液试验及汗液电解试验，合格率为100％。由此可见，本公开实施例的制备方法制得的不锈钢材料的耐腐蚀性良好，且可以完全满足电子设备用(例如分体式无线蓝牙充电耳机)充电触点的抗电解性和可靠性要求。
总之，根据本公开实施例提供的制备方法，可制备得到一种不锈钢材料，该不锈钢材料为奥氏体不锈钢，它是一种新型的高氮无镍不锈钢材料非常适合用于制作充电触点。与目前金属表面镀铑钌镀层方案制造的充电触点对比：(1)通过粉末冶金技术制备，可满足大批量生产，且无镀层，制作成本低；(2)表面无镀层，跌落后无镀层脱落风险；(3)工艺不产生废水，无污染；(4)无镍释放导致人体过敏风险。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种不锈钢材料，其特征在于，所述不锈钢材料的各成分的质量百分比为：
C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，N：0.6～1.0，Mn＞5.0，且Cr/(N+Mn)为1～1.5，余量为Fe和不可避免的成分。
2.根据权利要求1所述的不锈钢材料，其特征在于，所述不锈钢材料为奥氏体不锈钢。
3.根据权利要求1所述的不锈钢材料，其特征在于，所述不锈钢材料表面具有厚度为50μm～300μm的致密层。
4.根据权利要求1所述的不锈钢材料，其特征在于，所述不锈钢材料的硬度为250HV～350HV。
5.一种不锈钢材料的制备方法，其特征在于，包括：
制备坯料：将不锈钢粉体与粘结剂制备的喂料在注射机上注射成设定形状的坯料；
脱脂：对所述坯料进行脱脂；
烧结：将所述坯料放置到烧结炉中，所述烧结包括：
a.真空烧结：在向炉内不通入气体的条件下，将烧结炉升温至650℃～900℃，将所述坯料在炉温为650℃～900℃下保温第一设定时长；
b.第一阶段分压烧结：在向炉内通入氩气的条件下，将烧结炉升温至1000℃～1150℃，将所述坯料在炉温为1000℃～1150℃和第一设定气压的条件下保温第二设定时长；
c.第二阶段分压烧结：在向炉内通入氮气的条件下，将烧结炉升温至1250℃～1350℃，将所述坯料在炉温为1250℃～1350℃和第二设定气压的条件下保温第三设定时长，以对所述坯料进行渗氮处理；
d.第一阶段冷却：在向炉内通入氮气的条件下，将所述烧结炉降温至1050℃～1200℃，将所述坯料在炉温为1050℃～1200℃和第三设定气压的条件下保温第四设定时长；
e.第二阶段冷却：在向炉内停止通入氮气并通入惰性气体的条件下，将炉温由1050℃～1200℃降温至60℃；
热处理：将烧结后的坯料置于退火炉内进行固溶处理，制得不锈钢材料，制得的所述不锈钢材料的各成分的质量百分比为：
C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，N：0.6～1.0，Mn＞5.0，且Cr/(N+Mn)为1～1.5，余量为Fe和不可避免的成分。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述不锈钢粉体的各成分的质量百分比为：
C：0.1～0.2，Cr：18.0～20.0，Mo：2.0～3.0，Si≤1.0，Mn＞5.0，余量为Fe和不可避免的成分。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括蜡基粘结剂、油基粘结剂、聚缩醛粘结剂和丙烯酸粘结剂中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述脱脂包括催化脱脂，所述催化脱脂的脱脂率为7％以上。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述催化脱脂在催化脱脂炉中进行；
所述催化脱脂包括：在通酸的条件下，将所述催化脱脂炉升温至80℃～250℃，将所述坯料放置于所述催化脱脂炉内，所述坯料在炉温为80℃～250℃下保温120min～480min。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述脱脂包括负压脱脂，所述负压脱脂在脱脂烧结炉中进行；
所述负压脱脂包括：在通入氮气的条件下，将所述脱脂烧结炉升温至400℃～700℃，将所述坯料放置于所述脱脂烧结炉内，所述坯料在炉温为400℃～700℃下保温120min～240min。
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