CN113798498B - 一种不锈钢产品及一种不锈钢产品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的不锈钢产品，包括316L不锈钢的基材及均布在基材内的陶瓷粉体，通过使陶瓷粉体的d90粒径小于1um，使陶瓷粉体的占比为0.03wt%~5wt%，使得该不锈钢产品能够很好的保留316L不锈钢耐腐蚀、无磁性、延展性好的特性，还能具有陶瓷粉体耐腐蚀、无磁性、硬度高的特性，并且，由于陶瓷粉体的存在，阻碍了基材本身晶粒的位错运动，能够在基材内形成扎钉效应，使该材料的硬度能够大于等于HV200，使该材料盐雾试验达200小时以上，兼具了316L不锈钢和17‑4PH不锈钢的优点，实现了在极端环境下使用的技术效果；本发明提供的不锈钢产品的制备方法，工序简单、良品率高、易于实施，采用注塑成型工艺，能够制作各种复杂形状的不锈钢产品，适用范围广。

Description

一种不锈钢产品及一种不锈钢产品的制备方法
技术领域
本申请涉及不锈钢领域，更具体涉及一种不锈钢产品及一种不锈钢产品的制备方法。
背景技术
不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。
316L不锈钢作为不锈钢的一种，具有耐腐蚀性能好、延展性好、在固溶状态无磁性等特性，广泛应用于热交换设备、染色设备、胶片冲洗设备、管道、与海水接触的设备等领域，然而，由于316L不锈钢内添加有Cr、Ni、Mo等成分，使得其硬度较差，一般在HV（维氏硬度）120左右。
17-4PH不锈钢作为另一种不锈钢，具有很高的机械强度，很好的硬度特征，其硬度超过HV 200，但其耐腐蚀性能差，应用局限性较大。
急需一种不锈钢产品，兼具316L不锈钢耐腐蚀性能好、无磁性、延展性好的特性及17-4PH不锈钢硬度高的特性，以便在极端环境下使用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种能够在极端环境下使用的不锈钢产品，该不锈钢产品兼具了316L不锈钢和17-4PH不锈钢的优点，具有耐腐蚀、无磁性、延展性好、硬度高的特性，本发明还提供一种不锈钢产品的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案中的材料是，不锈钢产品，包括：
基材，所述基材的材质为316L不锈钢；
所述基材内均布有陶瓷粉体，所述陶瓷粉体的d90粒径小于等于1um，所述陶瓷粉体的占比为0.03wt%~5wt%，使所述不锈钢产品的硬度大于等于HV200、盐雾试验达200小时以上。
优选地，所述陶瓷粉体的材质包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷。
进一步优选地，所述氧化物陶瓷包括氧化铝、氧化硅、氧化钨、氧化钛、氧化锆中的任意一种或其混合物；所述碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钽、碳化硼中的任意一种或其混合物；所述氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化钽、氮化硼中的任意一种或其混合物。
优选地，所述陶瓷粉体的占比为0.03wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、5wt%。
优选地，所述不锈钢产品的硬度与所述陶瓷粉体的占比正相关。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案中的方法是，不锈钢产品的制备方法，包括以下步骤：
a.将316L不锈钢粉体与陶瓷粉体按比例混合，经球磨，得到混合物；
b.将步骤a得到的混合物与高分子黏结剂按比例混合后通过密炼机密炼造粒，得到喂料；
c.将步骤b得到的喂料通过注塑成型工艺制作成生胚；
d.对步骤c中的生胚进行脱脂，去除其中的高分子黏结剂后高温烧结，得到所述不锈钢产品；
所述陶瓷粉体的d90粒径小于等于1um，所述陶瓷粉体的占比为0.03wt%~5wt%。
优选地，步骤a中的陶瓷粉体的材质包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷。
进一步优选地，所述氧化物陶瓷包括氧化铝、氧化硅、氧化钨、氧化锆中的任意一种或其混合物；所述碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钽、碳化硼中的任意一种或其混合物；所述氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化钽、氮化硼中的任意一种或其混合物。
优选地，将步骤a中的陶瓷粉体替换为等质量的硅金属粉，所述硅金属粉在步骤d的高温烧结中发生临场反应，生成氧化硅、碳化硅、氮化硅陶瓷粉体；或者，将步骤a中的陶瓷粉体替换为等质量的钛金属粉，所述钛金属粉在步骤d的高温烧结中发生临场反应，生成氧化钛、碳化钛、氮化钛陶瓷粉体。
进一步优选地，步骤a在混合时还添加有用于调整所述不锈钢产品强度及密度的重金属粉。
进一步优选地，所述重金属粉包括钨金属粉，所述钨金属粉在步骤d的高温烧结中发生临场反应，生成碳化钨和或氧化钨陶瓷粉体。
优选地，所述陶瓷粉体的占比为0.03wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、5wt%。
优选地，所述不锈钢产品的硬度与所述陶瓷粉体的占比正相关。
优选地，步骤d中的脱脂方式为溶剂脱脂或催化脱脂。
优选地，步骤d中的高温烧结为无氧环境下的高温烧结。
进一步优选地，所述高温烧结的温度为1200-1500℃。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明提供的不锈钢产品，包括316L不锈钢的基材及均布在基材内的陶瓷粉体，通过使陶瓷粉体的d90粒径小于等于1um，使陶瓷粉体的占比为0.03wt%~5wt%，使得该不锈钢产品能够很好的保留316L不锈钢耐腐蚀、无磁性、延展性好的特性，还能具有陶瓷粉体耐腐蚀、无磁性、硬度高的特性，并且，由于陶瓷粉体的存在，阻碍了基材本身晶粒的位错运动，能够在基材内形成扎钉效应，使该材料的硬度能够大于等于HV200，使该材料盐雾试验达200小时以上，兼具了316L不锈钢和17-4PH不锈钢的优点，实现了在极端环境下使用的技术效果；本发明提供的不锈钢产品的制备方法，工序简单、良品率高、易于实施，采用注塑成型工艺，能够制作各种复杂形状的不锈钢产品，适用范围广。
附图说明
图1是本发明中不锈钢产品的微观示意图。
图2是本发明中不锈钢产品制备方法的生产流程图。
其中：10.不锈钢产品；20.基材；30.陶瓷粉体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，本发明提供的不锈钢产品10，包括：基材20和陶瓷粉体30，其中，基材20的材质为316L不锈钢，基材20内均布有陶瓷粉体30，陶瓷粉体30的d90粒径小于等于1um，陶瓷粉体30的占比为0.03wt%~5wt%。
由于陶瓷粉体30均布在316L不锈钢的基材内，并且陶瓷粉体30的d90粒径小于1um，陶瓷粉体30的占比为0.03wt%~5wt%，使得该不锈钢产品10能够很好的保留316L不锈钢耐腐蚀、无磁性、延展性好的特性，还能具有陶瓷粉体30耐腐蚀、无磁性、硬度高的特性，由于陶瓷粉体30的存在，还阻碍了基材20本身晶粒的位错运动，能够在基材20内形成扎钉效应(Pinning effect)，使该不锈钢产品10的硬度大于等于HV200，盐雾试验（符合国家标准的盐雾试验）达200小时以上，兼具了316L不锈钢和17-4PH不锈钢的优点，实现了在极端环境下使用的技术效果。
优选地，陶瓷粉体30的材质包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷，其中，氧化物陶瓷包括氧化铝、氧化硅、氧化钨、氧化钛、氧化锆中的任意一种或其混合物；碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钽、碳化硼中的任意一种或其混合物；氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化钽、氮化硼中的任意一种或其混合物。
优选地，陶瓷粉体30的占比为0.03wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、5wt%。
优选地，陶瓷粉体30的占比越高，不锈钢产品10的硬度越大。
如图2所示，本发明还提供一种不锈钢产品的制备方法，包括以下步骤：
a.将316L不锈钢粉体与陶瓷粉体按比例混合，经球磨，得到混合物；
b.将步骤a得到的混合物与高分子黏结剂按比例混合后通过密炼机密炼造粒，得到喂料；
c.将步骤b得到的喂料通过注塑成型工艺制作成不锈钢产品的生胚；
d.对步骤c中的生胚进行脱脂，去除其中的高分子黏结剂后高温烧结，得到所述不锈钢产品；
所述陶瓷粉体的d90粒径小于等于1um，所述陶瓷粉体的占比为0.03wt%~5wt%
优选地，步骤a中的陶瓷粉体的材质包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷。
进一步优选地，所述氧化物陶瓷包括氧化铝、氧化硅、氧化钨、氧化锆中的任意一种或其混合物；所述碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钽、碳化硼中的任意一种或其混合物；所述氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化钽、氮化硼中的任意一种或其混合物。
优选地，将步骤a中的陶瓷粉体替换为等质量的硅金属粉，所述硅金属粉在步骤d的高温烧结中发生临场反应，生成氧化硅、碳化硅陶瓷粉体；或者，将步骤a中的陶瓷粉体替换为等质量的钛金属粉，所述钛金属粉在步骤d的高温烧结中发生临场反应，生成氧化钛、碳化钛、氮化钛陶瓷粉体。
进一步优选地，步骤a在混合时还添加有用于调整所述不锈钢产品强度及密度的重金属粉。
进一步优选地，所述重金属粉包括钨金属粉，所述钨金属粉在步骤d的高温烧结中发生临场反应，生成碳化钨和或氧化钨陶瓷粉体。
优选地，所述陶瓷粉体的占比为0.03wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.15wt%、0.2wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、5wt%。
优选地，陶瓷粉体30的占比越高，不锈钢产品10的硬度越大。
优选地，步骤d中的脱脂方式为溶剂脱脂或催化脱脂。
优选地，步骤d中的高温烧结为无氧环境下的高温烧结，这样设置的好处在于，能够使基材和陶瓷粉体熔融后连接为一个整体，避免了脱脂步骤中去除高分子黏结剂后材料内出现空隙的现象，还能使陶瓷粉体稳定的均布在上述基材内，阻碍基材本身晶粒的位错运动，形成扎钉效应，增强不锈钢产品的硬度。
进一步优选地，所述高温烧结的温度为1200-1500℃。
本发明提供的不锈钢产品的制备方法，工序简单、良品率高、易于实施，采用注塑成型工艺，能够制作各种复杂形状的不锈钢产品，适用范围广。
下面以具体实施例进行说明。
实施例一
将316L不锈钢粉体与碳化硅陶瓷粉体、三氧化二铝陶瓷粉体按比例混合，经球磨，得到混合物，将混合物经密炼造粒、注塑成型、脱脂、高温烧结后得到不锈钢产品，其中，碳化硅陶瓷粉体、三氧化二铝陶瓷粉体的占比之和为5wt%，碳化硅陶瓷粉体、三氧化二铝陶瓷粉体的d90粒径小于1um，高温烧结的温度为1280℃左右，制成的不锈钢产品的硬度达到HV200，密度达到7.5g/cm3。
实施例二
实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于，实施例二在混合时，采用硅金属粉替换了碳化硅陶瓷粉体，这样设置的好处在于，硅金属粉在1280℃左右进行高温烧结时，能够产生临场(in situ)反应，与混合物及烧结炉内的氧、碳、氮反应烧结成氧化硅、碳化硅、氮化硅陶瓷粉体，在提升不锈钢产品强度的同时，降低不锈钢产品中的氧、碳、氮含量，提升不锈钢产品的耐腐蚀性，还能抑制316L基底中晶粒间的吞并成长效应，使得基底具有足够多的晶界来增加其机械强度及硬度，该不锈钢产品硬度能够大于HV200，密度达到7.6g/cm3。
实施例三
实施例三与实施例二基本相同，不同之处在于，实施例三在混合时，还添加了作为重金属粉的钨金属粉，这样设置的好处在于，能够在增加硬度的同时，利用钨分子量高的特性弭补碳化硅陶瓷粉体对不锈钢产品密度的影响，其原理在于，在高温烧结时，钨金属粉与基底中的碳或氧发生临场反应生成碳化钨或氧化钨，同时抑制基底中晶粒间的吞并成长效应，使得材料有足够多的晶界来增加其机械强度及硬度，由于高比重钨金属的加入，不仅将不锈钢产品的硬度提升至HV220，还将不锈钢产品的密度由7.6g/cm3调整至7.9g/cm3。
实施例四
实施例四与实施例一基本相同，不同之处在于，实施例四在混合时，将碳化硅陶瓷粉体替换为了碳化钛陶瓷粉体，并额外添加2~5wt% 三氧化二铝陶瓷粉体，将烧结温度提升至1360℃，这样设置的好处在于，能够利用三氧化二铝及碳化钛的高硬度做散步强化机制并做比例分布，使得制成的不锈钢产品的硬度大于HV220，密度达到7.77g/cm3，满足不锈钢产品高密度高硬度高耐腐蚀的特性要求。
实施例五
实施例五与实施例四基本相同，不同之处在于，实施例五在混合时，采用碳化钨陶瓷粉体替换碳化钛陶瓷粉体，这样设置的好处在于，能够进一步提升不锈钢产品的硬度及密度，使制成的不锈钢产品的硬度大于HV 250，密度在7.85~7.96g/cm3之间。
实施例六
实施例六与实施例四基本相同，不同之处在于，实施例六在混合时，采用钛金属粉替换碳化钛陶瓷粉体，这样设置的好处在于，能够利用钛金属粉在高温烧结时的临场反应作用，生成氧化钛、碳化钛及氮化钛陶瓷粉体，作为硬质强化相均布在基材内，从而增强不锈钢产品的硬度，同时与基材有良好界面生成。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种不锈钢产品，包括：
基材，所述基材的材质为316L不锈钢；
陶瓷粉体，所述陶瓷粉体均布在所述基材内；
其特征在于：
所述陶瓷粉体的d90粒径小于等于1um，所述陶瓷粉体的占比为0.03wt%~5wt%，所述陶瓷粉体阻碍了所述基材本身晶粒的位错运动，所述陶瓷粉体能够在所述基材内形成扎钉效应，使所述不锈钢产品的硬度大于等于HV200、盐雾试验达200小时以上；所述不锈钢产品的硬度与所述陶瓷粉体的占比正相关。
2.根据权利要求1所述的不锈钢产品，其特征在于：所述陶瓷粉体的材质包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷。
3.根据权利要求2所述的不锈钢产品，其特征在于：所述氧化物陶瓷包括氧化铝、氧化硅、氧化钨、氧化钛、氧化锆中的任意一种或其混合物；所述碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钽、碳化硼中的任意一种或其混合物；所述氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化钽、氮化硼中的任意一种或其混合物。
4.一种制备权利要求1所述的不锈钢产品的制备方法，包括以下步骤：
a将316L不锈钢粉体与陶瓷粉体按比例混合，经球磨，得到混合物；
b将步骤a得到的混合物与高分子黏结剂按比例混合后通过密炼机密炼造粒，得到喂料；
c将步骤b得到的喂料通过注塑成型工艺制作成生胚；
d对步骤c中的生胚进行脱脂，去除其中的高分子黏结剂后高温烧结，得到不锈钢产品；
其特征在于：
所述陶瓷粉体的d90粒径小于等于1um，所述陶瓷粉体的占比为0.03wt%~5wt%；所述陶瓷粉体阻碍了所述基材本身晶粒的位错运动，所述陶瓷粉体能够在所述基材内形成扎钉效应，使所述不锈钢产品的硬度大于等于HV200、盐雾试验达200小时以上；所述陶瓷粉体的占比越高，所述不锈钢产品的硬度越大；步骤a在混合时还添加有用于调整所述不锈钢产品强度及密度的重金属粉，所述重金属粉包括钨金属粉，所述钨金属粉在步骤d的高温烧结中发生临场反应，生成碳化钨和/或氧化钨陶瓷粉体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤a中的所述陶瓷粉体的材质包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物陶瓷包括氧化铝、氧化硅、氧化钨、氧化锆中的任意一种或其混合物；所述碳化物陶瓷包括碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钽、碳化硼中的任意一种或其混合物；所述氮化物陶瓷包括氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化钽、氮化硼中的任意一种或其混合物。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：将步骤a中的所述陶瓷粉体替换为等质量的硅金属粉，所述硅金属粉在步骤d的高温烧结中发生临场反应，生成氧化硅、碳化硅、氮化硅陶瓷粉体；或者，将步骤a中的所述陶瓷粉体替换为等质量的钛金属粉，所述钛金属粉在步骤d的高温烧结中发生临场反应，生成氧化钛、碳化钛、氮化钛陶瓷粉体。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤d中的脱脂方式为溶剂脱脂或催化脱脂。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤d中的高温烧结为无氧环境下的高温烧结。
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