稀土Ｙ對(duì)氣霧化制備PH13-8Mo鋼粉末特性的影響

本次研究采用采用真空感應(yīng)熔煉氣霧化法制備試驗(yàn)所需的金屬粉末-PH13-8Mo鋼來(lái)作為試驗(yàn)原材料，PH13-8Mo鋼的化學(xué)成分如表１所示。

PH13-8Mo鋼粉末的休止角、流動(dòng)性和松裝密度如表２所示。休止角可以用來(lái)表征金屬粉末的流動(dòng)性。休止角越小金屬粉末的流動(dòng)性越好。而霍爾流速計(jì)所測(cè)量的每50g金屬粉末流過(guò)小孔所用時(shí)間越少，金屬粉末的流動(dòng)性越好。表２顯示了PH13-8Mo鋼金屬粉末的休止角隨著稀土Ｙ的增加而減小，４號(hào)Ｙ質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.080％的金屬粉末的休止角最小，說(shuō)明其粉末的流動(dòng)性最好。此結(jié)果與霍爾流速計(jì)所測(cè)量的流動(dòng)性結(jié)果一致。而４號(hào)金屬粉末的松裝密度也是最大的，說(shuō)明PH13-8Mo鋼金屬粉末的物性和流動(dòng)性隨著稀土Ｙ質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而變好。

霧化液滴球化時(shí)間ｔ如式（2）所示。

式中：Ｖ為液滴體積；σ 為液滴表面張力；μ 為液滴黏度；Ｒ與ｒ分別為液滴球化之后和之前的半徑。由式（2）可知，在熔滴半徑差和液滴體積一定的情況下，降低液滴的表面張力可以增大霧化液滴的球化時(shí)間。使粉末液滴的球化過(guò)程充分進(jìn)行，進(jìn)而增加金屬粉末的球形度。因此在PH13-8Mo鋼液中加入稀土Ｙ可以增加金屬粉末的球形度，進(jìn)而改善金屬粉末的流動(dòng)性和松裝密度。圖２（ａ）、（ｂ）分別為１號(hào)不含Ｙ和４號(hào)含質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.080％Ｙ的PH13-8Mo鋼粉末的掃描形貌圖。從兩幅圖中可以明顯看出，加入稀土Ｙ后的金屬粉末的球形度變好，衛(wèi)星球顆粒變少。

稀土Ｙ對(duì)PH13-8Mo鋼粉末粒度分布的影響

本文試驗(yàn)共制備４爐不同Ｙ質(zhì)量分?jǐn)?shù)的金屬粉末，是通過(guò)制粉過(guò)程中在熔化的PH13-8Mo鋼鋼液中分別加入0、30、60和120ｇ的Ｙ來(lái)制備的。

而實(shí)際市場(chǎng)應(yīng)用中，我們常見(jiàn)有些客戶是通過(guò)混合一些稀土元素粉末的形式來(lái)改性的，俗稱為“混粉”。此舉同樣能讓增材成品達(dá)到改性的效果，而且在操作性和成本方面比本文的方法更有優(yōu)勢(shì)；但缺點(diǎn)也是不可忽略的，比如會(huì)帶來(lái)粉末流動(dòng)性的降低。

其原理主要是因?yàn)榉勰┗炝虾吓^(guò)程中粉末間隙氣體被排除，縮小了粉末間隙并增大了顆粒間的吸附力，此外粉末在生產(chǎn)時(shí)表面形成的氧化膜和氮化膜是不良導(dǎo)體，在反復(fù)的混料摩擦過(guò)程中容易產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致粉末容易吸附。

流動(dòng)性差的粉末在某些使用場(chǎng)景下會(huì)影響材料的性能，如導(dǎo)致壓鑄成型的產(chǎn)品致密度下降；SLM金屬3D打印的出現(xiàn)刮刀黏粉，基板上鋪粉不均勻，輕則提高了打印件表面粗糙度，重則出現(xiàn)打印區(qū)域缺粉導(dǎo)致打印失敗的情況。

針對(duì)金屬及陶瓷粉末團(tuán)聚結(jié)塊的現(xiàn)象，鋮豐材料聯(lián)合廣東高校粉末冶金研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行深入探討，得到了有效的解決方案——氣氛保護(hù)直流離子氣流分散法。在充滿惰性氣體的腔體內(nèi)，利用循環(huán)的直流離子氣流和攪拌軸對(duì)粉末進(jìn)行反復(fù)均勻化分散，能夠有效的中和粉末表面靜電，降低粉末間的粘附性，把團(tuán)聚粉體分散開(kāi)來(lái)，有效提高粉末流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)粉體的最佳展示狀態(tài)。