CN115178732A - 基于马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末及其注射成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末,其按质量百分比为:马氏体沉淀硬化不锈钢基体:80%‑85%;316L不锈钢粉10%‑16%;Co:1‑2%;Nb:0.1‑0.6%;其中,316L不锈钢粉中的MO质量百分比为1%。本发明还公开了注射成形方法,其包括以下步骤:(1)将马氏体沉淀硬化不锈钢基体、316L不锈钢粉、Co及Nb金属粉末与有机粘结剂混合后,置入升温至180~220℃密炼机密炼室中;(2)密炼;转动转子待粉料呈泥状状态后,每相隔一段时间进行铲料,使喂料在密炼室中均匀混合,密炼持续1.5~2小时;(3)使用造粒装置将喂料切成均匀颗粒并排出;(4)进行注射坯处理,并进行烧结得到不锈钢合金制品。本发明采用MIM方式进行制造,在进行人工汗液测试中出现锈斑的起始时间可延长到108H,耐腐蚀性明显改善。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢合金技术领域,尤其涉及一种采用合金注射成型方式的耐腐蚀不锈钢及成形方法。
背景技术
17-4PH不锈钢(马氏体沉淀硬化不锈钢)MIM产品的耐腐蚀性能较差,该类不锈钢用作航空航天、机加工等高科技领域中的高强度部件。当其暴露于弱酸、碱和盐环境,腐蚀行为较为严重,特别是当环境中含Cl-时,更容易发生应力腐蚀开裂,导致设备失效,引发安全事故,基于这种不锈钢产品是无法满足更高的产品需求的。
而在MIM行业中,同样存在制品耐腐蚀性降低的问题。金属注射成型(MIM)是一种传统粉末冶金与新型注射成型工艺相结合的新技术,可快速生产具有复杂结构的中小型金属零部件。但与纯不锈钢板材相比,不锈钢MIM材料存在大量孔隙,耐腐蚀性大大降低,甚至出现产品无法通过检验的情况,例如上述的17-4PH不锈钢MIM产品,在人工汗液测试中进行过测试,生锈时间仅16H左右,盐雾测试仅12H左右。
通过分析,在人工汗液和盐雾测试中,起主要腐蚀作用的成分为Cl-。普通不锈钢制品表面具有一层致密的氧化膜(钝化层),当膜被破坏时,不锈钢中的Cr与腐蚀介质中的氧继续反应生成钝化膜,发挥保护作用。而Cl-半径较小,可直接穿过不锈钢表面钝化膜的孔隙,与金属基体接触,生成可溶性的化合物,导致表面钝化膜结构发生改变。同时,也有理论认为,不锈钢表面的钝化膜是氧以及含氧离子与基体吸附形成的吸附膜,而Cl-与金属的吸附作用大于氧原子,从而取代氧原子的吸附,与金属形成可溶性物质,使钝化态表面变成活泼表面,因而造成破坏。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种新型不锈钢MIM材料,可有效改善其耐腐蚀性,延长产品在腐蚀环境中的生锈起始时间,提升产品的耐腐蚀抗性。
本发明的技术方案如下:
基于马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末,其多组元体系及加入量按质量百分比为:
马氏体沉淀硬化不锈钢基体:80%-85%;
316L不锈钢粉10%-16%;
钴-铬-钼合金粉2-5%。
作为对上述方案的进一步描述,所述的马氏体沉淀硬化不锈钢基体组分按质量百分比包括:
一种马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末注射成形方法,其包括以下步骤:
(1)粉体混合;
将马氏体沉淀硬化不锈钢基体、316L不锈钢粉、Co及Nb金属粉末组成的马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末与有机粘结剂以9:1混合后,置入升温至180~220℃的密炼机密炼室中,该有机粘结剂包括塑胶、固体石蜡。
(2)密炼;
提高密炼机的转子转速至25转/分,待粉料呈泥状状态,每相隔5-10分钟进行铲料,使喂料在密炼室中均匀混合,减少死角,密炼持续1.5~2小时;
(3)造粒;
完成密炼后,使用造粒装置将喂料切成均匀颗粒并排出;
(4)对步骤(3)造粒所得的颗粒进行注射坯处理,并进行烧结得到耐腐蚀性能良好的不锈钢合金制品。
作为对上述造粒过程的进一步描述,步骤(3)中完成密炼后,使用造粒装置可替换为:直接卸出喂料,冷却并使用破碎机或抽粒设备形成均匀颗粒。
有益效果:通过向17-4PH不锈钢掺杂Ni、Co、Mo、Nb等元素,改善传统17-4PH不锈钢(马氏体沉淀硬化不锈钢)材料采用MIM方式进行制造时的耐腐蚀性。该新型不锈钢MIM产品在进行人工汗液测试中出现锈斑的起始时间可延长到108H,耐腐蚀性明显改善。
附图说明
图1为本申请的不锈钢的MIM方法整体过程示意图。
图2为合金在注射坯处理过程中的光学显微组织图。
图3为合金在烧结后的光学显微组织图。
具体实施方式
本发明提供一种基于马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
其多组元体系及加入量按质量百分比为如下:
马氏体沉淀硬化不锈钢基体:80%-85%;
316L不锈钢粉10%-16%;
钴-铬-钼合金粉2-5%。
作为对上述方案的进一步描述,所述的马氏体沉淀硬化不锈钢基体组分按质量百分比包括:
一种马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末注射成形方法,参照图1,其包括以下步骤:
(1)粉体混合;
将马氏体沉淀硬化不锈钢基体、316L不锈钢粉、Co及Nb金属粉末组成的马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末与有机粘结剂以9:1混合后,置入升温至180~220℃的密炼机密炼室中,该有机粘结剂包括塑胶、固体石蜡。
(2)密炼;
提高密炼机的转子转速至25转/分,待粉料呈泥状状态,每相隔5-10分钟进行铲料,使喂料在密炼室中均匀混合,减少死角,密炼持续1.5~2小时;
(3)造粒;
完成密炼后,使用造粒装置将喂料切成均匀颗粒并排出;
(4)对步骤(3)造粒所得的颗粒进行注射坯处理,如图2所示,在进行注射坯进程中,其状态下的金相组织较为致密,而进行烧结后得到耐腐蚀性能良好的不锈钢合金制品。如图3所示,其烧结坯体组织中晶界不明显,连续相多,晶粒得到细化,而晶内气孔较少。可见掺杂Ni、Co、Mo等元素对晶体组织起到了优化效果,使其变得致密,提升了17-4PH不锈钢的抗腐蚀性。其中,Mo的添加一方面以形成钝化膜的形式发挥作用,提高不锈钢的钝化能力,扩大其钝化介质范围;另一方面,Mo可使材料的致密化程度提高,界面结合更好,对材料耐蚀性产生有益影响。
作为对上述造粒过程的进一步描述,步骤(3)中完成密炼后,使用造粒装置可替换为:直接卸出喂料,冷却并使用破碎机或抽粒设备形成均匀颗粒。
在上述的元素体系中,Co的含量对于本申请的比例而言,可使马氏体不锈钢晶界之间形成连续相,消除微间隙,提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能;对于不锈钢MIM产品普遍存在的大量气孔,Co可在烧结过程中助融,促进材料的致密化,封闭气孔,阻塞通道,从而使材料耐腐蚀性提升。
而Ni则能够富集在不锈钢表层和基体的过渡区,以NiO的形式参与成膜,与Cr协同改善表面膜的钝化能力,抑制阳极活性溶解,加强表面膜的电化学稳定性,使钝化膜抵抗Cl-破坏的能力增强,阻止小孔腐蚀的发展。如果Ni过量,则会促使材料向奥氏体转变,反而令耐蚀性下降,因而其含量应控制在5.0~6.0,对于该含量,属于非简单调配则可容易达到的技术效果。
Nb作为强碳、氮化物形成元素,可稳定碳、氮,与碳形成NbC,提高不锈钢的电化学稳定性;与氧形成化学惰性良好的Nb2O5、NbO2氧化膜,有效阻滞Cl-向不锈钢基体迁移,将马氏体不锈钢中的Cr保留在基体中,从而改善该类不锈钢的耐腐蚀性。
本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
以上内容仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.基于马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末,其特征在于,多组元体系及加入量按质量百分比为:
马氏体沉淀硬化不锈钢基体:80%-85%;
316L不锈钢粉10%-16%;
钴-铬-钼合金粉2-5%。
3.一种如权利要求1所述的马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末注射成形方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)粉体混合;
将马氏体沉淀硬化不锈钢基体、316L不锈钢粉、Co及Nb金属粉末组成的马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末与有机粘结剂以9:1混合后,置入升温至180~220℃的密炼机密炼室中;
(2)密炼;
提高密炼机的转子转速至25转/分,待粉料呈泥状状态,每相隔5-10分钟进行铲料,使喂料在密炼室中均匀混合,密炼持续1.5~2小时;
(3)造粒;
完成密炼后,使用造粒装置将喂料切成均匀颗粒并排出;
(4)对步骤(3)造粒所得的颗粒进行注射坯处理,并进行烧结得到耐腐蚀性能良好的不锈钢合金制品。
4.根据权利要求3所述的马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末注射成形方法,其特征在于,所述的有机粘结剂包括塑胶、固体石蜡。
5.根据权利要求3所述的马氏体不锈钢的耐腐蚀合金粉末注射成形方法,其特征在于,步骤(3)中完成密炼后,直接卸出喂料,冷却并使用破碎机或抽粒设备形成均匀颗粒。
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