真空气雾化法制备3d打印不锈钢粉末preparationof3dprintingstainlesssteelpowder
摘 要摘 要近年来，3D打印技术越来越成熟，越来越多的领域需要的材料都可以通过3D打印技术所制得。同时一些比较精密的零件，通过传统的铸造很难达到高精密度，这时纯机器3D打印技术就能很好的补充需求。但是目前3D打印所需的优质粉末很难制成。这也就是现今材料科学与工程所面临的一个重要难题。本文就真空气雾化法制备粉末选择了316L不锈钢粉末，探究了雾化喷嘴和气雾化制粉技术对316L粉末的影响，通过316L粉末进行3D打印激光选区烧结制得工件，进行拉伸试验，对端口进行分析处理，从而得到该雾化方式下所制得316L粉末是否3D打印技术所需粉末的技术要求。采用真空气雾化法，在3.0MPa的雾化压力下，保温温度条件为1560±20℃，保温时间为20min的条件下，制得316L不锈钢金属粉末。随后通过简单的粉末流动装置去初步判断粉末的流动性，然后再经过试验处理，测得其粒度分布。对粉末进行金相判断。然后再通过所得的316L不锈钢金属粉末，去进行3D打印。分别采用横向和纵向打印。对成品进行拉伸试验，处理试验数据。最后对拉断式样进行研磨抛光腐蚀，分别作出其工件金相图和工件被腐蚀金相图。最后从金相图和力学性能比较气雾化法制得的316L粉末是否合格，横向和纵向的3D打印技术对整个工件的内部组织有没有影响。试验证明，无论横向还是纵向打印出来的工件，在断口分析的条件下,3D打印技术的角度对316L不锈钢粉末并没有很大影响。依旧保持着很好的力学性能。同时，此次生产的316L不锈钢金属粉末氧含量仅为0.03%，符合3D打印的要求。此外，本文还研究了雾化技术的核心喷嘴和比较了其他几种雾化技术的优劣性。关键词真空气雾化法；3D打印；不锈钢金属粉末
目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究的目的和意义 1
1.3真空气雾化法制备金属粉末的原理及特点 2
1.4喷嘴的研究现状 3
1.5几种典型的气雾化制粉技术 4
1.5.1紧耦合气雾化技术 4
1.5.2Nanoval气雾化技术 4
1.5.3热气体雾化技术 4
1.5.4旋转电极雾化 4
1.5.5紧耦合气雾化技术简介 5
1.6国内外研究现状 6
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1.7选区激光熔化技术简介 6
1.7.1 SLM 原理 7
1.7.2 SLM 熔化机理 7
1.7.3 SLM 的优点与缺点 8
1.8试验目的 9
第二章 试验材料、方法及设备 10
2.1 316L 3D打印材料 10
2.1.1 试验材料成分、性能 10
2.2试验设备 10
2.2.1气雾化装置 10
2.2.2喷嘴装置 11
2.2.3 SLM设备以及激光选区烧结过程 12
2.2.4粉末流动性和粒度测试 12
2.3试验方法 13
2.3.1拉伸试验方法 13
第三章 316L的工艺研究 16
3.1真空气雾化工艺参数 17
3.2 316L不锈钢粉末的真空气雾化制备 17
3.2.1真空气雾化前后的316L不锈钢的成分对比 17
3.2.2雾化制备得到的粉末颗粒的金相断面 17
3.2.3 雾化制备得到的316L不锈钢粉末颗粒的微观形貌特征 18
3.2.4真空气雾化法制备316L不锈钢金属粉末的粒度分布 18
3.3 SLM成型316L制件 20
3.3.1 SLM成型316L制件金相图 20
3.3.2 SLM成型316L制件腐蚀金相图 20
3.3.4 SLM成型316L制件拉伸试验 21
结 论 23
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1研究背景
3D打印技术日益成熟,快捷方便的3D打印技术将是未来工业设计的重头戏。市场对不锈钢金属制品的需求量愈来愈大,渐渐成熟的3D打印技术将是重要的生产方式,与此同时,特殊的3D打印不锈钢金属粉末将是3D打印不锈钢金属制品的前提。常规的冶金用金属粉末已经不能满足3D打印的工艺要求,然而3D打印不锈钢金属粉末成本也比较昂贵,从而限制了最新的3D打印不锈钢金属制品的发展。 作为现代粉末冶金科学的基础，粉末制备技术的研究将很关键，优秀高效的粉末制备技术将会促进相关产业的迅速发展。如何制备高性能,价格低廉的粉末将是粉末冶金工业的重头戏。研制物美价廉的粉末和成型的制粉技术,已成为当今材料科学与工程领域中棘手的富有挑战前途光明的一项技术。
历经200年的发展,世界粉末总产量的8成来自于气雾化制粉技术，日益成熟的气雾化技术占据了世界粉末总产量的主导。气雾化制粉技术制得得粉末相对于常规冶金制粉制得的粉末拥有球形度高,氧含量比较低,冷却速度快等其他优点。近年来，3D打印技术越来越成熟，越来越多的领域需要的材料都可以通过3D打印技术所制得。同时一些比较精密的零件，通过传统的铸造很难达到高精密度，这时纯机器3D打印技术就能很好的补充需求。但是目前3D打印所需的优质粉末很难制成。这也就是现今材料科学与工程所面临的一个重要难题。本文就真空气雾化法制备粉末选择了316L不锈钢粉末，探究了雾化喷嘴和气雾化制粉技术对316L粉末的影响，同时通过制得的316L粉末进行3D打印激光选区烧结不同方向的打印制得工件，进行拉伸试验，对端口进行分析处理，从而得到该雾化方式下所制得316L粉末是否3D打印技术所需粉末的技术要求。
1.2研究的目的和意义
1.2.1研究的目的
伴随着3D打印产业的技术突破与快速发展,其在各种形状复杂、微小精密的金属部件上发挥卓越的作用。同样气雾化技术的日益成熟，高性能金属粉末也越来越容易制得，能够广泛投入到航空航天，电子科技，国防等比较高层次的方面。金属粉末作为最常规的金属器械制造的基础，同样也作为一切材料科学技术的基础，如何生产高品质的金属粉末将是未来材料科学技术的首要问题。气雾化法的优化可以使得粉末的球形度更高,从而使得3D打印产品得到数量上的提升。
1.2.2研究的意义
近200年的发展，气雾化是近些年来不断发展完善形成现在主流的真空气雾化。随着3D打印技术的快速发展和突破,其在各种形状复杂、微小精密的金属部件上发挥卓越的作用。金属粉末是整个材料科学粉末学的材料基础。因此研究粉末粒度、形貌、空心状况对于粉末冶金具有非常重要的基础性意义。该雾化法能否有效地改变合金元素的第二相的形状尺寸和分布，能否细化晶粒，减少第二相的偏析。
1.3真空气雾化法制备金属粉末的原理及特点
1.3.1 真空气雾化法制备金属粉末的原理:
通俗的说雾化法就是将一种高速运动的雾化介质冲击或者以其他能够粉碎液态金属或者液态合金的方式去使其变成小液滴，然后骤降温度使其快速凝固成粉末颗粒的一种粉末制取方法。由雾化法制备的颗粒粉末成分组织没有丝毫的受损，更加令人惊喜的是由于快速凝固，结晶的结构得到了细化，也就是说第二相的宏观偏析也得到了有效地消除。一般的雾化介质分为气体或者水。水雾化制备的粉末氧含量较高，但是整体的造价成本偏低。而气雾化制备的粉末在继承了水雾化制得的粉末的优点的基础上，球形度高，氧含量也较低，同样粉末的粒度也很小。气雾化技术的核心是如何控制气体与金属液流之间的关系，即气体动能到金属液态表面能的转换效率如何才能打到最高的转换率。也就是说气雾化方法制备粉末,将金属液流放置于告诉流动的气体内，从能量角度说使气体动能最大化的转化为熔融金属表面能,最终形成细小的金属液滴然后快速冷却凝固成金属粉末颗粒。
目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究的目的和意义 1
1.3真空气雾化法制备金属粉末的原理及特点 2
1.4喷嘴的研究现状 3
1.5几种典型的气雾化制粉技术 4
1.5.1紧耦合气雾化技术 4
1.5.2Nanoval气雾化技术 4
1.5.3热气体雾化技术 4
1.5.4旋转电极雾化 4
1.5.5紧耦合气雾化技术简介 5
1.6国内外研究现状 6
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1.7选区激光熔化技术简介 6
1.7.1 SLM 原理 7
1.7.2 SLM 熔化机理 7
1.7.3 SLM 的优点与缺点 8
1.8试验目的 9
第二章 试验材料、方法及设备 10
2.1 316L 3D打印材料 10
2.1.1 试验材料成分、性能 10
2.2试验设备 10
2.2.1气雾化装置 10
2.2.2喷嘴装置 11
2.2.3 SLM设备以及激光选区烧结过程 12
2.2.4粉末流动性和粒度测试 12
2.3试验方法 13
2.3.1拉伸试验方法 13
第三章 316L的工艺研究 16
3.1真空气雾化工艺参数 17
3.2 316L不锈钢粉末的真空气雾化制备 17
3.2.1真空气雾化前后的316L不锈钢的成分对比 17
3.2.2雾化制备得到的粉末颗粒的金相断面 17
3.2.3 雾化制备得到的316L不锈钢粉末颗粒的微观形貌特征 18
3.2.4真空气雾化法制备316L不锈钢金属粉末的粒度分布 18
3.3 SLM成型316L制件 20
3.3.1 SLM成型316L制件金相图 20
3.3.2 SLM成型316L制件腐蚀金相图 20
3.3.4 SLM成型316L制件拉伸试验 21
结 论 23
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1研究背景
3D打印技术日益成熟,快捷方便的3D打印技术将是未来工业设计的重头戏。市场对不锈钢金属制品的需求量愈来愈大,渐渐成熟的3D打印技术将是重要的生产方式,与此同时,特殊的3D打印不锈钢金属粉末将是3D打印不锈钢金属制品的前提。常规的冶金用金属粉末已经不能满足3D打印的工艺要求,然而3D打印不锈钢金属粉末成本也比较昂贵,从而限制了最新的3D打印不锈钢金属制品的发展。 作为现代粉末冶金科学的基础，粉末制备技术的研究将很关键，优秀高效的粉末制备技术将会促进相关产业的迅速发展。如何制备高性能,价格低廉的粉末将是粉末冶金工业的重头戏。研制物美价廉的粉末和成型的制粉技术,已成为当今材料科学与工程领域中棘手的富有挑战前途光明的一项技术。
历经200年的发展,世界粉末总产量的8成来自于气雾化制粉技术，日益成熟的气雾化技术占据了世界粉末总产量的主导。气雾化制粉技术制得得粉末相对于常规冶金制粉制得的粉末拥有球形度高,氧含量比较低,冷却速度快等其他优点。近年来，3D打印技术越来越成熟，越来越多的领域需要的材料都可以通过3D打印技术所制得。同时一些比较精密的零件，通过传统的铸造很难达到高精密度，这时纯机器3D打印技术就能很好的补充需求。但是目前3D打印所需的优质粉末很难制成。这也就是现今材料科学与工程所面临的一个重要难题。本文就真空气雾化法制备粉末选择了316L不锈钢粉末，探究了雾化喷嘴和气雾化制粉技术对316L粉末的影响，同时通过制得的316L粉末进行3D打印激光选区烧结不同方向的打印制得工件，进行拉伸试验，对端口进行分析处理，从而得到该雾化方式下所制得316L粉末是否3D打印技术所需粉末的技术要求。
1.2研究的目的和意义
1.2.1研究的目的
伴随着3D打印产业的技术突破与快速发展,其在各种形状复杂、微小精密的金属部件上发挥卓越的作用。同样气雾化技术的日益成熟，高性能金属粉末也越来越容易制得，能够广泛投入到航空航天，电子科技，国防等比较高层次的方面。金属粉末作为最常规的金属器械制造的基础，同样也作为一切材料科学技术的基础，如何生产高品质的金属粉末将是未来材料科学技术的首要问题。气雾化法的优化可以使得粉末的球形度更高,从而使得3D打印产品得到数量上的提升。
1.2.2研究的意义
近200年的发展，气雾化是近些年来不断发展完善形成现在主流的真空气雾化。随着3D打印技术的快速发展和突破,其在各种形状复杂、微小精密的金属部件上发挥卓越的作用。金属粉末是整个材料科学粉末学的材料基础。因此研究粉末粒度、形貌、空心状况对于粉末冶金具有非常重要的基础性意义。该雾化法能否有效地改变合金元素的第二相的形状尺寸和分布，能否细化晶粒，减少第二相的偏析。
1.3真空气雾化法制备金属粉末的原理及特点
1.3.1 真空气雾化法制备金属粉末的原理:
通俗的说雾化法就是将一种高速运动的雾化介质冲击或者以其他能够粉碎液态金属或者液态合金的方式去使其变成小液滴，然后骤降温度使其快速凝固成粉末颗粒的一种粉末制取方法。由雾化法制备的颗粒粉末成分组织没有丝毫的受损，更加令人惊喜的是由于快速凝固，结晶的结构得到了细化，也就是说第二相的宏观偏析也得到了有效地消除。一般的雾化介质分为气体或者水。水雾化制备的粉末氧含量较高，但是整体的造价成本偏低。而气雾化制备的粉末在继承了水雾化制得的粉末的优点的基础上，球形度高，氧含量也较低，同样粉末的粒度也很小。气雾化技术的核心是如何控制气体与金属液流之间的关系，即气体动能到金属液态表面能的转换效率如何才能打到最高的转换率。也就是说气雾化方法制备粉末,将金属液流放置于告诉流动的气体内，从能量角度说使气体动能最大化的转化为熔融金属表面能,最终形成细小的金属液滴然后快速冷却凝固成金属粉末颗粒。
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