不锈钢一般采用熔炼工艺生产,由于其切削加工困难,故所制造的零件存在尺寸精度差、表面粗糙等不足,因此至今不锈钢的加工制造仍存在许多技术难题。与传统熔炼工艺生产的不锈钢相比,粉末冶金不锈钢具有所生产的零件接近净成型、尺寸精度高、材料利用率高、组织结构均匀等优点,已广泛应用于机械、化工、船舶、汽车、仪器仪表等行业。

　　但是,由于粉末冶金不锈钢内部容易存在孔隙,这使其力学性能、耐磨性和耐腐蚀性大为下降,从而严重限制了其应用。研究表明,粉末冶金不锈钢几乎所有的性能都随着密度的增大而提高。因此,如何提高粉末冶金不锈钢的密度,减少其孔隙度,是提高粉末冶金不锈钢性能的关键问题。

　　一、超固相线烧结。

　　传统不锈钢烧结一般采用固相烧结,然而,固相烧结时不锈钢内部会残留大量孔隙,使其致密度和性能降低。近年来,人们开始采用超固相线液相烧结,使不锈钢预合金粉末在烧结时形成液相,液相通过流动填充孔隙进而提高烧结体的致密度和性能。不同于普通的液相烧结,超固相线液相烧结是对预合金粉的烧结,且在烧结过程中始终是单一相,烧结温度位于固相线和液相线之间,在该温度下预合金粉颗粒的晶粒内、晶界处及颗粒表面均形成液相,颗粒在液相毛细管力作用下实现重排,其表面曲率变化较大的地方将优先溶解,通过液相流动传质,在大颗粒凹陷处或孔隙处析出,达到快速传递物质的目的,从而使烧结体达到致密。据报道,在1400 ℃超固相线液相烧结所得到的316L不锈钢,其致密度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性均高于1200 ℃下固相烧结的产品。然而,因烧结温度过高,会使晶粒过度长大,造成过烧,应注意避免。

　　二、采用合适的添加剂。

　　在粉体中添加某些低熔点的合金元素,通过其在烧结时形成的液相可以大大降低其孔隙率,从而使不锈钢满足更高的性能要求。例如,在304不锈钢粉中添加2%～8%的铜基合金,由于铜的熔点较低,在960℃时就开始形成液相,到1000 ℃时全部形成液相,当温度高于铜的熔点时,液相的流动使得表面气孔不断球化和缩小;由于铜对不锈钢基体有较好的润湿性,可均匀分布在不锈钢基体上,使得烧结体的气孔显著减少,显微硬度也明显提高。在添加量为8%时,1350℃烧结后的密度提高至7.05g/cm3。

　　通过添加合适的强化相也可以改进粉末冶金不锈钢的性能,特别是力学性能。例如,在316L不锈钢中添加1.5%~3%(体积分数)SiC,由于SiC和不锈钢基体之间的交互作用,形成了低熔点的Fe-SiC相,提高了烧结体的致密度,使其硬度和耐磨性均有所提高。