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：
| 粉末类型 | 颗粒大小 | 形态学 | 应用 |
|---|---|---|---|
| 雾化气体 | 15-150 μm | 球形 | 增材制造、MIM |
| 雾化水 | 10-300 μm | 不规则、树枝状 | 金属注射成型 |
| 等离子雾化 | <100 μm | 球形 | 快速成型制造 |
| 电解 | <150 μm | 树枝状、尖刺状 | 快速成型制造、压制 |
| 羰基 | <10 μm | 球形 | 粉末冶金、压制 |
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：
| 制造工艺 | 如何使用 316L 粉末 |
|---|---|
| 快速成型制造 | 用激光选择性熔化粉末床，制造 3D 零件 |
| 金属注射成型 | 粉末与粘合剂混合，成型，然后烧结 |
| 压制和烧结 | 将粉末压制成形，然后烧结 |
| 表面涂层 | 通过热喷涂、激光熔覆等方法喷涂或熔覆到表面。 |
| 钎焊和焊接 | 用作连接用填充材料 |
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：
| 应用 | 首选粉末特性 |
|---|---|
| 激光 AM | 小粒径（<45 μm）、球形、可流动 |
| 电子束 AM | 中等粒径（45-150 微米），球形 |
| 粘结剂喷射 AM | 超细粒径（<1 微米），球形 |
| MIM | 中等大小（10-25 μm），形态不规则 |
| 压制和烧结 | 细颗粒（<10 微米），也有一些较大的颗粒 |
| 表面涂层 | 宽范围（10-100 微米），球形 |
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
| 公司名称 | 生产方法 | 粉末类型 | 颗粒大小 |
|---|---|---|---|
| 山特维克 | 气体雾化 | Osprey® 316L | 15-45 μm |
| LPW 技术 | 气体雾化 | LPW 316L | 15-63 μm |
| 木匠 | 气体雾化 | 卡彭特 316L | 15-150 μm |
| 赫加纳斯 | 水雾化 | 316L | 10-45 μm |
| 中国石油天然气集团公司 | 气体、水雾化 | 316L | 10-150 μm |
| Pometon | 气体、水雾化 | 316L | 10-150 μm |
| ATI | 气体雾化 | 316L | 10-63 μm |
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。