机械合金化绿色环保节镍型不锈钢粉末及其成形过程的基础问题

在前期用机械合金化技术初步制备出性能良好、能较好满足注射成形工艺要求的高氮低镍不锈钢球形粉末的基础上，通过深入研究机械合金化过程高氮低镍不锈钢粉末的球形化机理及氮化动力学行为，通过深入探索其粉末注射成形坯的脱脂、烧结特性，并结合多因素正交实验及多元回归等方法建立高氮低镍不锈钢粉末机械合金化过程的球化模型和氮含量精确控制模型、其注射成形坯脱脂过程中的脱脂动力学方程及烧结过程中烧结体的致密度和氮含量精确控制模型，以揭示并优化影响机械合金化高氮低镍不锈钢粉末的球形化及氮化、脱脂、烧结的关键工艺参数，减少工艺优化实验的工作量。本项目的成果不仅对丰富和完善当前机械合金化的微观过程理论具有重要意义，也将为发展绿色环保型高氮节镍不锈钢零部件的机械合金化-粉末注射成形工业化生产技术奠定理论和技术基础。

项目采用机械合金化工艺合成了近球形高氮节镍不锈钢粉末，随后通过粉末注射成形技术制备了高氮节镍奥氏体不锈钢材料。通过多因素正交实验揭示了影响机械合金化过程粉末氮化和球形化的关键工艺参数是球磨时间和球料比，确定了最佳球磨工艺条件为球磨机转速400r/min，球料比10:1，球磨时间60h，磨球Ф6mm，据此制备出了性能良好、满足后续注射成形要求的高氮不锈钢球形粉末；用多元线性回归方法建立了机械合金化粉末体氮含量和球形度的数学控制模型，经验证回归方程显著而有效，可以实现粉末氮含量和球形度的精确控制；探讨了机械合金化粉末的微观形貌、组织结构的演变规律及粉末发生氮化、球形化的主要机理。通过多因素正交试验揭示了烧结过程中影响粉末坯体氮化和致密化的关键工艺参数为烧结温度和氮分压，用多元回归建立了烧结体致密度和氮含量的数学控制模型，研究了各烧结参数对烧结致密度和氮含量的影响规律，确定了机械合金化粉末坯体最佳烧结致密化条件是经1150℃真空脱氧30min，然后在0.1MPa氮分压下1260℃烧结120min，此时烧结体相对密度为97.90%，氮含量1.02%，通过1150℃×90min固溶处理后其屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、维氏硬度分别高达627MPa、965MPa、11.3%、16.7%、312，强度与硬度等力性指标远高于传统的粉末注射成形316L不锈钢。用阳极极化曲线法对不锈钢的抗腐蚀性能进行了评价，在3.5%NaCl溶液中机械合金化粉末烧结不锈钢点蚀电位达到1.29V，远高于铸造316L不锈钢点蚀电位0.67V，因此抗点蚀性能优异。