[发明专利]一种抗菌双相不锈钢的SLM制备方法

说明书

本发明公开了一种抗菌双相不锈钢的SLM制备方法，其是将铜银合金颗粒和SAF 2205双相不锈钢粉末球磨混合后，通过选区激光熔化成形，再经固溶处理，制得所述抗菌双相不锈钢。本发明制备的抗菌双相不锈钢经1150℃固溶处理后，不仅具有较好拉伸性能，还兼有良好的抗菌性能，在海洋等领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于双相不锈钢金属增材制造领域，具体涉及一种抗菌双相不锈钢的SLM制备方法。

背景技术

双相不锈钢主要由奥氏体和铁素体两相组织构成，因此兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的性能特点，拥有良好的综合力学性能和优异的耐腐蚀性能，广泛的应用在工业、海洋船舶和航空航天等重点领域。

增材制造(additive manufacturing，AM)，又称3D打印技术，是一种基于快速原型制造技术发展起来的既能精确又可高性能制件成形的先进制造技术。该技术的优势在于可以实现复杂零部件直接从设计到生产的一体成形，无需模具，能够极大程度的节省原材料的损耗，且工艺流程较短、生产成本较低。目前金属3D打印技术主要有选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）、电子束熔融（Electron Beam Melting，EBM）、选择性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）和激光近净成形（Laser Engineered NetShaping，LENS）等四种。其中，选择性激光熔化是一种利用高能量激光束对预置粉末区域选择性地层层熔化，逐层堆积成实体零件的金属增材制造技术，可制备出具有复杂结构的金属零件。相较于另外三种金属3D打印技术，SLM采用较高的激光能量密度、更细小的激光光斑尺寸以及金属粉末，成形零件的尺寸精度和力学性能较好，只需后续的简单处理即可投入使用。SLM成形技术可以制备出复杂形状的高性能双相不锈钢产品。在性能方面，SLM零件的强度通常优于铸件，与锻件相当，能够在相当大的程度上弥补铸锻焊等传统加工方法的不足之处。

双相不锈钢粉末在选区激光扫描中快速地熔化、冷却、凝固，在这个过程中可以有效抑制σ相等有害相的析出，提高双相不锈钢的性能。在惰性保护气体的作用下，氮在铁素体相中的溶解度增大，从而降低成形过程中氮元素的损失，增加钢中奥氏体相的含量，平衡两相比例，使得双相不锈钢具有更好的综合力学性能和耐腐蚀性能。若在此基础上能赋予增材制造不锈钢抗菌性能则对其应用具有重要现实意义。目前，对增材制造抗菌不锈钢的研究报道较少，尤其对抗菌双相不锈钢增材制造的研究更少。Quan等将316L不锈钢粉末和具有抗菌效果的亚微米级银粉颗粒按一定比例均匀混合，采用SLM成形技术制备含Ag 316L不锈钢并探讨了其微观结构与性能，指出Ag的加入降低了材料的相对密度，此外SLM成形时快速冷却会导致多余的Ag颗粒倾向于沿晶界分布，没有起到均匀分布的效果，不利于材料的抗菌性。

发明内容

基于上述银在SLM成形过程中分布不均的问题，本发明提供了一种抗菌双相不锈钢的SLM制备方法，其通过固溶处理的方式提高银在双相不锈钢的溶解，从而赋予材料更好的整体抗菌效果，且还能保证材料良好的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗菌双相不锈钢的SLM制备方法，其包括如下步骤：

（1）选用铜银合金颗粒和SAF 2205双相不锈钢粉末作为原材料，将两者加入到行星球磨罐中进行球磨处理，得到混合粉末；

（2）将步骤（1）所得混合粉末先置于真空烘干机进行干燥，而后装入金属3D打印机中，通过选区激光熔化制备抗菌双相不锈钢成形试样；

（3）采用线切割机将步骤（2）制备的成形试样从基板切割下来，经固溶处理，即得所述抗菌双相不锈钢。

进一步地，步骤（1）所述铜银合金颗粒的形貌呈不规则状，其平均粒径为18 μm，其中铜银元素的质量比为17:1。

进一步地，步骤（1）所述SAF 2205双相不锈钢粉末的粒度分布均匀，颗粒形状多为球状，其粒径范围为1-50 μm。