一种基于粉末冶金的马氏体不锈钢及其制备方法与流程

本发明涉及不锈钢材料，具体涉及一种基于粉末冶金的马氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术：

1、粉末冶金技术，特别是金属注射成型(mim)技术，因其具有材料利用率高、尺寸精度好以及适用于批量生产等优势，已广泛应用于精密金属零部件制造领域。对于齿轮、链轮等形状复杂的传动零件，mim技术能够实现高精度近净成形，满足传动系统对精密复杂结构件的制备需求。

2、17-4ph不锈钢作为典型的沉淀硬化型马氏体不锈钢，具有较高的强度和良好的耐腐蚀性能，是基于mim技术制备高性能不锈钢零件的重要原料。然而，在mim制备工艺中，受粉末颗粒堆积状态、脱脂过程及烧结行为等因素影响，制品通常存在一定的孔隙缺陷，主要为微孔、闭孔等。这些孔隙缺陷不仅会降低制品的致密度，还会影响表面钝化膜的完整性，为腐蚀介质的渗透提供通道，从而诱发局部电化学腐蚀，降低耐腐蚀性能。尤其对于需长期服役于润滑介质、水汽或含盐环境中的传动零件，孔隙缺陷极易成为腐蚀萌生点，加速腐蚀扩展，缩短使用寿命。

3、综上所述，亟需提供一种以17-4ph不锈钢为主要原料、采用mim技术制备的具有高致密度和优异耐腐蚀性能的马氏体不锈钢。

技术实现思路

1、发明目的：

2、本发明的目的是针对背景技术的状况，提供一种基于粉末冶金的马氏体不锈钢及其制备方法。

3、技术方案：

4、第一方面是涉及一种基于粉末冶金的马氏体不锈钢，制备原料包括：

5、17-4ph不锈钢粉末、增强型粉末、粘结剂；所述增强型粉末由钼粉、复合氮化钛、硅化镍和fe-ni-si预合金化粉末组成；所述复合氮化钛由纳米级氮化钛和亚微米级氮化钛组成；硅化镍ni2si利用其较低的熔化温度，在真空烧结过程中能够形成具有良好润湿性的液相，降低17-4ph不锈钢粉末间的界面能，增强粉体重排、结合能力，促进烧结颈形成与孔隙收缩；钼粉mo于高温下一方面可以通过固态扩散机制向17-4ph不锈钢粉末的界面扩散，改善粉体冶金结合，减少缺陷，提高烧结致密性；另一方面，mo元素的固溶强化作用能提高组织稳定性，增强钝化能力；钼粉实现了本发明制备的马氏体不锈钢在致密化和耐腐蚀性能方面的协同提升。

6、作为一种优选的实施方式，所述增强型粉末和所述17-4ph不锈钢粉末的重量比为4.3-5.3:100。

7、作为一种优选的实施方式，所述粘结剂的重量为所述17-4ph不锈钢粉末和所述增强型粉末的重量之和的9.2-12.4%。

8、作为一种优选的实施方式，所述钼粉、所述复合氮化钛、所述硅化镍和所述fe-ni-si预合金化粉末的重量比为5.2-5.8:2.5-5:10-11:6.4-7.1。

9、作为一种优选的实施方式，所述纳米级氮化钛和所述亚微米级氮化钛的重量比为1-1.5:0.5-1。

10、作为一种优选的实施方式，所述17-4ph不锈钢粉末的平均粒径为10-20µm。

11、作为一种优选的实施方式，所述钼粉的粒径为1-5µm。

12、作为一种优选的实施方式，所述硅化镍的粒径为1-5µm。

13、作为一种优选的实施方式，所述纳米级氮化钛的粒径为10-50nm；所述亚微米级氮化钛的粒径为0.1-0.2µm；复合氮化钛包括纳米级tin和亚微米级tin，两种不同尺度的tin颗粒在本发明中发挥协同作用：纳米级tin通过提高界面活性促进烧结初期结合和烧结颈形成，亚微米级tin通过弥散强化及晶界钉扎作用抑制晶粒异常长大；本发明的微纳tin颗粒体系，实现对物质扩散、晶粒演化、孔隙收缩行为的调控，提高了致密性。

14、作为一种优选的实施方式，所述粘结剂由聚甲醛、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸组成。

15、优选地，所述粘结剂由7.2-7.5wt%高密度聚乙烯、4.5-5wt%乙烯-醋酸乙烯共聚物、2-2.5wt%硬脂酸和余量聚甲醛组成。

16、作为一种优选的实施方式，所述fe-ni-si预合金化粉末通过以下步骤制得：

17、将还原铁粉、金属硅粉和镍粉球磨混合，再将得到的混合粉末进行真空退火；fe-ni-si预合金化粉末由fe、ni、si三元元素组成，可作为均匀合金化单元参与真空烧结过程，减少局部成分偏析和收缩不均现象，促进孔隙闭合；同时，fe-ni-si预合金化粉末中的ni、si元素能与硅化镍液相发生元素互扩散，调节液相成分分布，进一步提高对17-4ph不锈钢粉末的润湿。

18、优选地，所述还原铁粉、所述金属硅粉和所述镍粉的粒径均≤100µm。

19、优选地，所述还原铁粉、所述金属硅粉和所述镍粉的重量比为73-81:12-17:6-8。

20、优选地，所述球磨混合是在行星式球磨机中进行。

21、优选地，所述球磨混合的工艺参数为球料比25-30:1、转速400-450r/min、时间20-25h。

22、优选地，所述真空退火为于绝对压力0.1pa下按10-15℃/min的升温速率升温至895-915℃后保温1-1.5h，冷却。

23、第二方面是涉及一种基于粉末冶金的马氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：

24、将17-4ph不锈钢粉末、增强型粉末和粘结剂依次进行混炼、造粒、注射成型、脱脂、真空烧结、固溶处理、时效处理。

25、作为一种优选的实施方式，所述混炼的工艺参数为温度180-185℃、转速80-150r/min、时间30-40min。

26、作为一种优选的实施方式，所述注射成型的工艺参数为注射速度10cm3/s、射嘴温度190-195℃、成型压力700-900kgf/cm2。

27、作为一种优选的实施方式，所述脱脂为使用98.5wt%浓硝酸经气化产生的蒸气催化脱脂。

28、作为一种优选的实施方式，所述真空烧结为于绝对压力<10pa下先按5-8℃/min的升温速率升温至600-610℃后保温1-1.2h，再按5-8℃/min的升温速率升温至1295-1310℃后保温3h，冷却。

29、作为一种优选的实施方式，所述固溶处理为于绝对压力<10pa下按5-8℃/min的升温速率升温至1025-1060℃后保温1h，油淬冷却至室温。

30、作为一种优选的实施方式，所述时效处理为于绝对压力<10pa下按5-8℃/min的升温速率升温至500-510℃后保温3-3.2h，冷却。

31、本发明的有益效果包括：

32、本发明采用金属注射成型(mim)技术制备了一种具有高致密度和优异耐腐蚀性能的马氏体不锈钢，其制备原料包括17-4ph不锈钢粉末、增强型粉末等；所述增强型粉末由钼粉、复合氮化钛、硅化镍和fe-ni-si预合金化粉末组成，所述复合氮化钛由纳米级氮化钛和亚微米级氮化钛组成，这些组分通过协同作用，能够提升致密性和耐腐蚀性能；本发明制备的马氏体不锈钢特别适合作为需长期服役于润滑介质、水汽或含盐环境中的传动零件；本发明采用现有成熟的mim制备工艺制备得到马氏体不锈钢，毋需对常规mim技术的工艺流程、参数等进行特殊调整，具有良好的工艺兼容性。