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电场作用下316L不锈钢粉末的微成型研究

来源: 更新日期:2019-01-11 11:15:52

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  目前,可制造金属微型零件的方法主要有粉末微注射成型、微成型铸造、微塑性成型等。目前,国内外对基于电场作用下微型零件的快速烧结研究鲜有报道,电场快速烧结微成型与其他微成型工艺相比具有突出的优越性。316L不锈钢在多种腐蚀介质中具有优良的耐蚀性,且综合力学性能良好,工艺性能和可焊性优良,因而得到了广泛应用。本研究以电场快速烧结不锈钢微型圆柱为研究载体,基于已有的对电场作用下烧结的研究,采用热模拟方法,利用外加电场作为加热源,以一定的预设烧结温度,在低电压大电流且具有一定真空度的条件下对不锈钢粉末进行加热,在极短的时间内完成烧结。
 
  实验采用316L不锈钢粉末,将模具设计为Φ1mm×1mm圆柱体,阴模与粉末接触面最大,选用石墨为阴模材料,可避免高温下模具材料与316L不锈钢粉末的粘连。模冲用于压坯的端部成形,选择硬质合金,有较高的耐磨性,并且模冲将力传递给粉末使之压实。将装有一定量316L不锈钢粉末的微型模具置于热模拟机上,电场烧结如图1所示,通低电压大电流,以控制电场参数来实现对试样烧结工艺的控制。同时在模具两端施加一定压力,促进试样的致密化。3种不同的烧结工艺所得试样分别记为1#、2#、3#试样,均以30℃/s加热至200℃保温2min,然后施压0.8kN,继续以30℃/s升温至预设烧结温度,保温2min。其中1#、2#、3#试样预设烧结温度分别为500、600、800℃,烧结后取出试样,以测量烧结试样的几何尺寸。
 
  利用电场烧结成功制备了Φ1mm×1mm微型316L不锈钢圆柱试样,实际试样尺寸偏差小,但外观形貌较为平整。其中以30℃/s加热至200℃保温2min,然后施压0.8kN,继续以30℃/s升温至800℃,保温2min所得试样性能最好。电场烧结可实现低温快速烧结。试样在500℃烧结下,表面扩散为主要烧结机构,烧结过程中未产生液相,只发生了固相烧结;烧结温度为600℃和800℃时,由于烧结温度提高,颗粒之间出现了明显的烧结颈,局部出现微区液相粘接区域。电场烧结以固相烧结为主,微区出现液相烧结,烧结时间仅为120s,大大少于传统烧结工艺及一般微成型工艺。