專利名稱：一種用機(jī)械合金化法制備含氮不銹鋼粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用機(jī)械合金化法制備含氮不銹鋼粉末的方法。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)50年代，為解決Ni資源緊缺的問(wèn)題，開(kāi)始了以N取代部分Ni來(lái)穩(wěn)定不銹鋼中奧氏體的研究。隨后發(fā)現(xiàn)，N在提高不銹鋼強(qiáng)度的同時(shí)，并不顯著損害其塑性，而且N還能提高不銹鋼的耐腐蝕性能，特別是耐區(qū)域腐蝕的能力。另外，近年來(lái)的應(yīng)用和研究表明，不銹鋼中的Ni會(huì)對(duì)部分人群產(chǎn)生人體過(guò)敏反應(yīng)，許多國(guó)家已經(jīng)禁止使用含Ni不銹鋼制作植入體和與人體直接接觸的各種器械，因此，以N代Ni已成為不銹鋼研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)(見(jiàn)J.M.Simmons.Materials Science & Engineering，1996，A207159)。
目前應(yīng)用的含氮奧氏體不銹鋼主要可分為以下三類控氮型(N含量在0.05～0.10wt％)、中氮型(N含量在0.10～0.40wt％)和高氮型(N含量在0.40wt％以上)(見(jiàn)陸世英，張廷凱等.不銹鋼.北京原子能出版社，1995)。
高N不銹鋼的制備主要有以下一些工藝熱等靜壓熔煉、加壓感應(yīng)熔煉、高壓等離子熔煉、加壓電渣熔煉、反壓鑄造、電渣加熱-高壓滲氮等。上述工藝很好地解決了N在不銹鋼中平衡溶度過(guò)低的問(wèn)題，但是它們普遍存在的缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜、高壓危險(xiǎn)、工藝控制困難、組織均勻性差以及生產(chǎn)成本過(guò)高(見(jiàn)周燦棟，丁偉中，蔣國(guó)昌.包頭鋼鐵學(xué)院報(bào)，1999，18(9)387-392)。
近年來(lái)，粉末冶金方法被廣泛應(yīng)用于含N不銹鋼的研究，主要有鋼水滲氮后霧化、鋼水霧化過(guò)程中滲氮和固態(tài)滲氮。其中固態(tài)滲氮中應(yīng)用最多的是機(jī)械合金化法，有研究者利用機(jī)械合金化法先制備出超細(xì)的不銹鋼合金粉，然后在高壓N2氣氛中保壓一定時(shí)間，制得含N的不銹鋼粉末，該工藝大大降低了生產(chǎn)成本，但仍然存在操作上的困難。
在機(jī)械合金化過(guò)程中，合金元素的原子在頻繁碰撞過(guò)程中被捕獲，隨粉末發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形、冷焊形成具有片層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉末，這種粉末又因加工硬化而破碎，破碎后粉末露出新鮮的原子表面又極易發(fā)生焊合，粉末經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)生冷焊、破碎、再焊合的過(guò)程，其組織結(jié)構(gòu)則不斷細(xì)化，最終達(dá)到原子級(jí)混合而實(shí)現(xiàn)合金化的目的(見(jiàn)楊君友，張同俊等.功能材料，1995，26(5)477)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用機(jī)械合金化法制備含N不銹鋼粉末的方法，解決了含N不銹鋼生產(chǎn)中設(shè)備復(fù)雜、工藝控制困難、高壓危險(xiǎn)和成本高等問(wèn)題。
本發(fā)明制備含N不銹鋼粉末工藝是將Fe、Cr、Ni元素粉按奧氏體不銹鋼18-8的組成進(jìn)行配比，即質(zhì)量百分比為18％Cr、8％Ni、其余是Fe，在高能球磨機(jī)中球磨1.5～30小時(shí)，球磨保護(hù)介質(zhì)為N2氣或氨水(NH3·H2O)。球磨中每隔10～30分鐘需停機(jī)一次，以降溫，球磨保護(hù)介質(zhì)為N2時(shí)，間隔10～15分鐘停機(jī)一次，球磨保護(hù)介質(zhì)為NH3·H2O時(shí)，間隔15～30分鐘停機(jī)一次，每次停機(jī)時(shí)間不低于5分鐘。在高能球磨過(guò)程中不銹鋼元素粉可在實(shí)現(xiàn)合金化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)N的固入，形成固溶體。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、能夠制備N含量0.05～0.6wt％(wt為重量)、粒度0.5～5μm，且成分均勻的含N不銹鋼粉末，為進(jìn)一步的含氮不銹鋼注射成形和無(wú)鎳高氮不銹鋼的研究奠定基礎(chǔ)。利用機(jī)械合金化法制備的粉末，能夠在固態(tài)合金化的同時(shí)，而形成成分均勻的高N含量不銹鋼粉末，同時(shí)由于在機(jī)械合金化過(guò)程中形成了大量晶格畸變和晶體缺陷，使粉末表面發(fā)達(dá)，提高了燒結(jié)活性，容易獲得高的燒結(jié)密度。
2、本發(fā)明制備設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作、生產(chǎn)效率高、成本低。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1以N2氣為保護(hù)氣氛球磨原料Fe粉(-200目)11.84g，Cr粉(-250目)2.88g，Ni粉(-250目)1.28g。
把上述共計(jì)16g元素粉混合后裝入不銹鋼球磨罐內(nèi)，球料比取10∶1，將球磨罐抽真空后，通入高純N2，開(kāi)機(jī)球磨，球磨過(guò)程中每隔10～15分鐘停機(jī)一次，以便降溫和檢查機(jī)器，最后在充滿N2保護(hù)的手套箱內(nèi)將含N不銹鋼粉末取出裝袋。球磨3.5小時(shí)，N含量達(dá)到0.072wt％，平均粒度35μm。
實(shí)施例2以氨水(NH3·H2O2)為保護(hù)濕磨原料同實(shí)施例1將上述16g元素粉混合后裝入球磨罐內(nèi)，球料比取10∶1，往球磨罐內(nèi)注入氨水，開(kāi)機(jī)球磨，球磨過(guò)程中每隔30min停機(jī)一次，以便降溫和檢查機(jī)器，最后在充滿N2的手套箱內(nèi)將含N不銹鋼粉末取出裝袋。球磨15小時(shí)，N含量達(dá)到0.37wt％，平均粒度小于1μm。
實(shí)施例3以氨水(NH3·H2O2)為保護(hù)濕磨原料同實(shí)施例1將上述16g元素粉混合后裝入球磨罐內(nèi)，球料比取10∶1，往球磨罐內(nèi)注入氨水，開(kāi)機(jī)球磨，球磨過(guò)程中每隔30min停機(jī)一次，以便降溫和檢查機(jī)器，最后在充滿N2的手套箱內(nèi)將含N不銹鋼粉末取出裝袋。球磨25小時(shí)，N含量達(dá)到0.58wt％。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，球磨時(shí)間長(zhǎng)，有利于粉末中N含量的增加。
權(quán)利要求
1.一種用機(jī)械合金化法制備含氮不銹鋼粉末的方法，其特征在于將Fe、Cr、Ni元素粉按奧氏體不銹鋼18-8的組成進(jìn)行配比，即質(zhì)量百分比為18％Cr、8％Ni、其余為Fe，在三維振動(dòng)高能球磨機(jī)中球磨1.5～30小時(shí)，不包含停機(jī)時(shí)間，球磨保護(hù)介質(zhì)為N2氣或氨水(NH3·H2O)；球磨中每隔10～30分鐘需停機(jī)一次，以降溫。
2.按照權(quán)利要求1所述制備含氮不銹鋼粉末的方法，其特征在于球磨保護(hù)介質(zhì)為N2時(shí)，間隔10～15分鐘停機(jī)一次，球磨保護(hù)介質(zhì)為NH3·H2O時(shí)，間隔15～30分鐘停機(jī)一次，每次停機(jī)時(shí)間不低于5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明一種用機(jī)械合金化法制備含氮不銹鋼粉末的方法，其特征在于將Fe、Cr、Ni元素粉按奧氏體不銹鋼18－8的組成進(jìn)行配比，即質(zhì)量百分比為18％Cr、8％Ni、其余為Fe，在三維振動(dòng)高能球磨機(jī)中球磨1.5～30小時(shí)，不包含停機(jī)時(shí)間，球磨保護(hù)介質(zhì)為N
文檔編號(hào)B22F9/04GK1480280SQ0314837
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者曲選輝, 關(guān)璐, 賈成廠, 王石鐘 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)