不锈钢 316L 粉末

不锈钢 316L 粉末 由于具有出色的耐腐蚀性、机械性能和生物相容性，316L 粉末是许多应用领域的热门材料选择。本指南详细介绍了 316L 粉末，包括其特性、生产方法、应用、供应商等。

不锈钢 316L 粉末概述

不锈钢 316L 粉末是一种含钼的不锈钢合金，具有更强的耐腐蚀性。L "指的是低碳含量，可提高焊接性。

316L 粉末的一些主要特性和特征包括

• 优异的耐腐蚀性，尤其是抗点蚀和缝隙腐蚀性能
• 强度高、延展性好
• 出色的生物相容性，适用于医疗植入物
• 非磁性奥氏体结构
• 高温下具有高抗氧化性和抗蠕变性
• 有各种颗粒大小和形态

316L 粉末可通过气体雾化、水雾化和其他方法生产。粉末生产工艺会影响粉末的粒形、粒度分布、流动性等特性。

以下是不同 316L 粉末类型及其典型应用的比较：

316L 粉末因其兼具强度、耐腐蚀性和生物相容性而备受青睐。其主要应用包括

• 快速成型制造 - 选择性激光熔化、直接金属激光烧结、粘合剂喷射
• 金属注射成型 - 小型复杂部件，如整形外科植入物
• 压制和烧结 - 过滤器、多孔结构、自润滑轴承
• 表面涂层 - 提高耐磨性和耐腐蚀性
• 钎焊和焊接 - 作为填充材料

以下是 316L 粉末如何用于不同制造工艺的概述：

从粉末中获得的超细晶粒结构和均匀一致性使 316L 成为航空航天、医疗、化学加工等领域关键应用的理想材料。

316L 不锈钢粉末的特性

316L 粉末具有耐腐蚀性、强度、硬度、可焊性和生物相容性等多种有益特性。以下是 316L 粉末的一些主要特性：

机械性能

• 拉伸强度：500-700 兆帕
• 屈服强度：200-300 兆帕
• 伸长率：40-50%
• 硬度： ≤ 200 HV
• 弹性模量：190-210 GPa

物理特性

• 密度：7.9-8.1 克/立方厘米
• 熔点：1370-1400°C

耐腐蚀性

• PREN > 23 用于抗点蚀/缝隙腐蚀
• 对酸、氯化物和硫酸盐有很强的耐受性

其他属性

• 非磁性奥氏体结构
• 优异的生物相容性和机械加工性能
• 热膨胀系数低
• 良好的导热性/导电性

通过适当控制粉末生产、粒度分布和后处理（如热等静压），可以优化机械强度、硬度和耐腐蚀性。

316L 粉末的生产方法

316L 粉末可通过各种方法生产。每种生产方法都能生产出具有不同特性的粉末，并针对特定应用进行了优化。

气体雾化

在气体雾化过程中，316L 合金被熔化，然后通过高压惰性气体喷射分解成细小的液滴。液滴迅速凝固成球形粉末。

典型的粉末特性：

• 粒径：15-150 微米
• 形态： 高球形
• 流动性卓越
• 表观密度：2.5-4.5 克/立方厘米
• 含氧量：低

气体雾化 316L 粉末具有增材制造所需的高球形度和流动性。45 μm 以下的较小颗粒可用于基于激光的快速成型工艺。

水雾化

在水雾化过程中，熔化的 316L 液流被高速水射流击碎成液滴。由于冷却速度快，粉末形状不规则。

典型的粉末特性：

• 粒度：10-300 微米
• 形态不规则，树枝状
• 流动性适中
• 表观密度：2-4 克/立方厘米
• 氧气含量：更高

这种不规则的形态在压缩时具有机械互锁性，使水雾化 316L 适用于金属注射成型。

等离子体雾化

与气体雾化相比，等离子雾化使用等离子气体将熔体雾化成更细和更球形的粉末。

典型的粉末特性：

• 粒度：5-100 微米
• 形态： 高球形
• 流动性卓越
• 表观密度：>3 g/cc
• 含氧量：低

等离子雾化 316L 粉末具有激光 AM 所需的极细尺寸和出色的流动性能。

电极感应熔化气体雾化（EIGA）

EIGA 包括对 316L 线材原料进行感应熔化，然后进行气体雾化。它能生产出高球形纳米级粉末。

典型的粉末特性：

• 粒径：10-150 纳米
• 形态： 高球形
• 流动性适中
• 表观密度： ∼3 g/cc
• 含氧量：低

EIGA 公司生产的 316L 超细粉末具有针对粘合剂喷射 AM 工艺进行优化的特性。

电解

在电解过程中，316L 从阳极溶解，在阴极沉积，生成尖状和树枝状粉末。

典型的粉末特性：

• 颗粒大小最大 150 μm
• 形态尖刺状，树枝状
• 流动性：流动性差
• 表观密度：2-4 克/立方厘米
• 含氧量：低

电解 316L 粉末的不规则形态和多孔结构使其适用于电子束熔化等 AM 工艺。

羰基工艺

羰基工艺包括分解气态金属羰基，生成细小的球形粉末。

典型的粉末特性：

• 颗粒大小小于 10 μm
• 形态： 高球形
• 流动性良好
• 表观密度： ∼4 g/cc
• 含氧量：低

羰基 316L 粉末的粒度非常细，可用于冲压和烧结应用。高纯度使其具有出色的烧结性能。

316L 不锈钢粉的应用

316L 粉末因其出色的均衡特性而被广泛应用于许多行业。主要应用领域包括

快速成型制造

• 航空航天和飞机部件
• 整形外科和牙科植入物
• 阀门、泵等汽车零部件
• 手术器械等生物医学设备
• 叶轮等海事应用

金属注射成型

• 整形外科植入物--膝关节、髋关节等
• 牙科植入物和产品
• 切割工具、刀片
• 手表组件

冲压和烧结

• 过滤器和多孔结构
• 自润滑轴承
• 磁铁固定部件
• 活塞、同步器轮毂

表面涂层

• 防腐耐磨涂层
• 生物医学涂层，如支架、植入物
• 阀门、泵的修复涂层
• 装饰涂料

焊接和钎焊

• 航空航天组件
• 低温容器和管道
• 食品加工设备
• 生物医学设备

316L 粉末还可用于与其他合金混合，以获得量身定制的特性。由于具有生物相容性，316L 被广泛用于制造手术工具、植入物、支架和其他医疗产品。

下面将概述 316L 粉末的粒度和形态等特性如何影响其在不同应用中的使用：

规格和标准

316L 粉末的成分、质量和性能受各种国际规范和标准的制约。

ASTM 标准

• ASTM A240 - 用于压力容器和一般应用的铬和铬镍不锈钢板、薄板和钢带的标准。规定了 316L 合金的成分限制和机械性能。
• ASTM B822 - 用光散射法测定金属粉末及相关化合物粒度分布的标准测试方法。用于表征粉末粒度分布。
• ASTM F3055 - 用于粉末床熔融应用的增材制造镍合金粉末的标准规范。定义了对包括 316L 在内的 AM 镍合金粉末的严格要求。
• ASTM F3049 - 表征增材制造工艺所用金属粉末特性的指南。为测量流动性、密度、形态等特性提供指导。

其他标准

• ISO 9001 - 金属粉末生产的质量管理
• ISO 13485 - 医疗用金属粉末的质量管理
• ASME 锅炉和压力容器规范 - 压力容器应用的材料要求

信誉良好的 316L 粉末供应商都拥有经过 ISO 和 ASTM 标准认证的质量体系。为确保符合标准，还进行了批次追踪和广泛的测试。

316L 粉末供应商

全球领先的 316L 不锈钢粉供应商包括

316L 粉末的定价取决于以下因素：

• 粉末质量、成分、粒度和形态
• 生产方法
• 订购数量和批量大小
• 质量控制和测试水平
• 包装和交付要求

对于标准订单，气体雾化 316L 粉末的指示性定价范围为每公斤 $50-100。有特殊要求的定制订单价格可能会更高。

在选择 316L 粉末供应商时，一些关键的考虑因素包括

• 粉末特性--粒度分布、形态、流动性等应符合应用需求
• 质量和成分符合规格要求
• 可靠的供应链和物流
• 符合国际标准和认证
• 技术专长和客户服务
• 定价和最低订购量

领先的 316L 粉末制造商在生产适合 AM、MIM 和其他应用的粉末方面拥有数十年的丰富经验，并实施严格的质量控制。

316L 粉末的设计考虑因素

以下是在制造过程中使用 316L 粉末时需要考虑的一些关键设计因素：

部件几何形状

• 针对 AM 或 MIM 工艺优化壁厚、悬垂、桥接和直径
• 对于 MIM 等基于粘合剂的工艺，应考虑 ~20% 的收缩率
• 在需要时提供支持，将支持结构纳入设计

孔隙率

• 控制工艺参数，将孔隙率限制在 1% 以下
• 对部件进行战略定位，以避免粉末滞留
• 优化热处理，HIP 可进一步降低孔隙率

表面处理

• AM 工艺需要额外的精加工，如机械加工、研磨、电抛光，以提高表面光洁度
• 在精加工过程中需要去除约 0.1-0.4 毫米的毛坯

机械性能

• 满足拉伸强度和屈服强度等最低性能要求
• 考虑各向异性；构建方向会影响性能
• 固溶退火和时效处理可优化性能

尺寸公差

• 考虑 AM 或 MIM 工艺的尺寸变化
• 允许更宽的公差，利用后处理提高精度
• 关键接口可能需要额外加工

让制造工程师尽早参与设计过程是使用 316L 粉末设计和优化 AM 和 MIM 工艺零件的关键。

316L 零件的后处理

来自 AM 和 MIM 工艺的 316L 零件通常需要进行后处理，以达到最终的性能和光洁度。一些关键的后处理步骤包括

热处理

• 去应力退火，释放内应力
• 溶液处理可溶解沉淀物，优化耐腐蚀性能
• 老化处理，通过沉淀硬化提高强度

热等静压

• 封闭材料内部的空隙和气孔
• 提高密度、强度、延展性和疲劳寿命

表面处理

• 加工和打磨，以提高尺寸精度和表面光洁度
• 电解抛光，表面光滑如镜
• 介质喷射提供装饰性表面处理

涂料

• PVD 和 CVD 涂层可增强耐磨性和耐腐蚀性
• 钝化处理可提高耐腐蚀性

质量测试

• CT 扫描检查内部缺陷和气孔问题
• 机械测试确认性能符合规范要求
• 用于关键缺陷检测的非破坏性检查

最佳的后处理途径取决于 AM 工艺、零件几何形状、关键缺陷和最终性能要求。

316L 零件的常见缺陷

通过 AM、MIM 和其他粉末制程制造的 316L 零件可能存在的缺陷包括

• 孔隙率 - 气体截留会导致空隙和孔隙率，从而降低密度。
• 裂缝 - 由于加工过程中的内应力和热处理不当而产生。
• 各向异性 - 逐层制造导致沿制造方向的性能差异。
• 表面粗糙度 - 层间粗糙度、部分烧结颗粒、未熔区域会导致表面粗糙度降低。
• 尺寸变化 - 零件收缩、卷曲和翘曲会导致设计尺寸偏差。
• 构成变化 - 偏析、蒸发损失、污染会改变局部成分。
• 缺乏融合 - 由于缺乏能量输入，层间和轨道间未完全熔化。
• 滚珠 - 调制过程中形成的小球而不是均匀的轨迹会导致多孔。
• 残余应力 - 在加工过程中由于高热梯度而产生，影响性能。

全面的工艺监控、优化的参数、质量控制测试和适当的后处理步骤有助于最大限度地减少 316L 零件的缺陷。

如何选择 316L 粉末供应商

以下是选择 316L 不锈钢粉供应商的分步指南：

步骤 1：确定申请要求

• 考虑使用哪种制造工艺--AM、MIM 等。
• 确定所需的关键粉末特性，如粒度、形状、纯度等。
• 考虑零件规格--机械性能、精度、表面光洁度等。

步骤 2：研究潜在供应商

• 搜索具有长期经验的领先 316L 粉末制造商
• 检查能力--生产方法、粉末品种、质量控制测试等。
• 查看与您的应用相关的案例研究和客户评价

步骤 3：评估技术能力

• 他们能否根据您的应用需求定制 316L 粉末？
• 他们是否拥有 AM、MIM 或其他粉末技术方面的专业知识？
• 它们的纵向一体化和质量控制水平如何？

步骤 4：评估提供的服务

• 在粉末选择和应用开发过程中提供技术支持
• 样品测试、试用服务
• 对询问反应迅速，交货时间灵活

步骤 5：审查认证和合规性

• 国际质量认证--ISO 9001、ISO 13485 等。
• 符合 ASTM 等粉末成分标准
• 批次可追溯性、广泛的测试和记录

步骤 6：比较定价

• 所需粒度、质量等级和数量的每公斤价格
• 最低订购量和批量要求
• 运输/物流成本

步骤 7：检查可用性和可靠性

• 稳定的库存供应和满足需求波动的能力
• 订单跟踪和监控，透明的交付周期
• 久经考验的准时交货记录

选择一家具备专业应用知识、产品质量稳定、服务及时的供应商，可确保采购过程顺利进行。

如何优化用于 AM 的 316L 粉末

根据 AM 工艺匹配粒度

• 在 DMLS、SLM 等粉末床熔融中使用 10-45 μm 的颗粒
• 优化尺寸分布 - 太宽会造成包装问题
• 更细的 1-10 μm 颗粒更适合喷射粘合剂

实现高球形度和流动性

• 流动性直接影响粉末铺展和粉层均匀性
• 气体雾化可产生自由流动的球形粉末
• 按照 ASTM B213 标准测试粉末流动性

最小化卫星粒子

• 利用筛分和分级去除卫星和细粒
• 卫星会造成结块和缺陷

控制成分公差

• 将元素成分严格控制在 ASTM 规定的范围内
• 限制影响性能的 O、N、C 等杂质

降低孔隙率

• 优化工艺参数和扫描模式
• 使用热等静压工艺，尽量减少孔隙率
• 保持 >99% 密度，实现高性能

最小化残余应力

• 优化制造过程中的热梯度
• 使用适当的热处理来缓解应力

实现目标机械性能

• 固溶退火和时效处理可提高强度
• 在所有建造方向保持统一的特性

仔细的粉末表征、参数优化和后处理是利用 AM 实现无缺陷 316L 零件的关键。

常见问题

问：316L 不锈钢粉通常用于什么用途？

答：316L 粉末因其卓越的耐腐蚀性、良好的机械性能和生物相容性，被广泛应用于增材制造、金属注射成型和冲压烧结。常见应用包括植入物、航空航天部件、汽车零件、生物医学设备和模具。

问：基于激光的 AM 工艺建议采用多大的颗粒尺寸？

答：对于 DMLS 和 SLM 等激光粉末床熔融工艺，通常建议采用 10-45 微米的粒度范围。10 微米以下的较细颗粒会导致流动和扩散问题。粒度分布也应得到很好的控制。

问：粉末形态如何影响性能？

答：高球形、自由流动的粉末适用于 AM 应用。不规则的尖状粉末适用于冲压和烧结方法。卫星颗粒和细粉会对粉末流动产生负面影响，并可能造成缺陷。控制粉末形态是实现最佳性能的关键。

问：气雾化与水雾化 316L 粉末的主要区别是什么？

答：气体雾化的 316L 粉末具有更多的球形形态和更好的流动性。水雾化粉末的形状更不规则，但具有更高的可压缩性，适合冲压和烧结应用。气体雾化粉末的含氧量较低。

问：316L AM 零件采用哪些后处理方法？

答：常见的后处理包括热处理、热等静压、研磨/加工表面处理、涂层和质量控制测试。这有助于实现目标特性、尺寸精度、美观和缺陷检测。

问：常见的 316L 粉末缺陷有哪些？

答：潜在的缺陷包括气孔、开裂、表面光洁度差、未熔合和残余应力。谨慎的工艺参数优化、粉末质量控制、构建方向和后处理可最大限度地减少 316L 零件中的这些缺陷。

问：用于 AM 和其他应用的 316L 粉末适用哪些标准？

答：主要标准包括 AM 粉末的 ASTM F3055、粉末表征的 ASTM B822、合金成分的 ASTM A240 以及质量管理的 ISO 标准。主要的 316L 粉末供应商都已通过这些标准的认证。

问：决定 316L 粉末定价的因素有哪些？

答：影响 316L 粉末定价的主要因素是质量水平、粒度和分布、生产方法、订单数量、买方对测试/质量控制、包装和交货的要求。要求越严格，定价越高。

问：如何优化 316L AM 零件的耐腐蚀性？

答：解决方案包括通过严格的化学成分公差来控制杂质含量，使用热等静压来增加密度和减少孔隙，进行钝化处理，以及固溶退火来提高耐腐蚀性。

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