CC BY
10
Kalashnikova Galina Olegovna
PhD (Eng.), Senior Researcher, Nanomaterials Research Centre of FRC KSC RAS, Apatity,
galka27_89@mail.ru
Zhitova Elena Sergeevna
PhD (Geology & Mineralogy), Senior Researcher, St. Petersburg State University, St. Petersburg, zhitova_es@mail.ru Tsyryatyeva Anna Vasil'evna
Ingineer, Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, tsyryateva@chemy.kolasc.net.ru Kurchenko Julya Vasil'evna
Undergraduate, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, JulyaKurchenko@mail.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.133-136 УДК 669-1:620.172
М. А. Каплан, А. А. Кирсанкин, М. А. Смирнов, Т. А. Калайда, М. А. Севостьянов
Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, г. Москва, Россия
ФРАКЦИОННЫЙ АНАЛИЗ СФЕРИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ СТАЛЕЙ 304L И 310
Аннотация. Методами сканирующей электронной микроскопии, лазерной дифрактометрии, рентгеноструктурного анализа и восстановительного плавления были определены морфология, гранулометрический, примесный и фазовый составы сферических порошков коррозионностойких сталей 304L, 310.
Ключевые слова: селективное лазерное плавление, СЛП, сферический порошок, коррозионностойкие стали.
M. A. Kaplan, A. A. Kirsankin, M. A. Smirnov, T. A. Kalaida, M. A. Sevostyanov
Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
FRACTIONAL ANALYSIS OF SPHERICAL POWDERS OF CORROSION-RESISTANT STEELS 304L AND 310
Abstract. The properties of spherical powders including 304L and 310 grade were determined using scanning electron microscopy, laser diffraction particle size analysis, reductive melting method and X-ray analysis.
Keywords: selective laser melting, SLP, spherical powder, stainless steel.
Селективное лазерное плавление является одной из самых быстрых технологий производства, которая позволяет изготавливать детали сложной формы с высокими механическими свойствами. Тем не менее современный уровень развития данной технологии и относительно высокая стоимость делают данный метод малоэффективным для серийного производства [1, 2]. Для получения качественных изделий необходим сферический порошок, обладающий однородностью гранулометрического состава. Сферическая форма порошка
обеспечивает компактную укладку частиц в объеме и текучесть, которая необходима для подачи порошка [3, 4].
Сегодня многие биомедицинские имплантаты сложной формы, к примеру стенты, требующие единичного производства, изготавливаются по сложным технологическим схемам, которые увеличивают цену конечного продукта [5, 6]. Селективное лазерное плавление способно упростить изготовление изделия и сделать его доступным для простого обывателя, при том что свойства изделия, изготовленного данным методом, уже сейчас не уступают по своим свойствам перед традиционными методами изготовления.
Сферические порошки коррозионностойких сталей 304L и 310 были получены методом газовой атомизации. Фракционный состав порошков был определен с помощью лазерного дифракционного анализатора размера частиц Analysette 22 NanoTec производителя Fritsch. Принцип работы лазерного дифрактометра основан на измерении углового распределения интенсивности рассеянного света при прохождении лазерного луча через диспергированный образец. Крупные частицы преимущественно рассеивают свет под малыми углами к лазерному пучку, тогда как мелкие частицы — под большими углами. С использованием теории светорассеяния Ми определяют размеры частиц, формирующих индикатрису рассеяния, совпадающую с измеренными данными об угловой зависимости интенсивности рассеянного света. Размер частиц выражается в виде диаметра сферы эквивалентного объема. Исследование морфологии частиц порошков проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа Tescan Vega II SBU, а фазовый состав определяли с помощью рентгеновского дифрактометра Ultima IV фирмы «Ригаку».
Рентгенофазовый анализ показал, что основной объём порошка стали 304L является двухфазным и состоит из аустенита и феррита, а порошок стали 310 является однофазным и состоит только из аустенита.
На рисунке 1 представлен гранулометрический состав порошков коррозионностойких сталей 304L и 310. Как можно видеть из диаграмм, в порошке стали 304L преобладают частицы размером 20 мкм. В порошке стали 310 преобладают частицы размером 23 мкм.
а б
Рис. 1. Гранулометрический состав порошков: а — сталь 304L; б — сталь 310 Fig. 1. The granulometric composition of the powders: а — steel 304L; б — steel 310
На рисунке 2 представлены СЭМ-изображения частиц порошков. Как видно, большинство частиц имеет правильную сферическую форму. Однако на поверхности некоторых частиц встречаются дефекты в виде сателлитов. Сателлиты являются наиболее характерным и неизбежным дефектом частиц порошков, полученных методом газовой атомизации. На выходе из потока частицы сталкиваются между собой и оставляют следы ударов (рис. 2, а) при полной кристаллизации либо происходит слипание частиц (рис. 2) при разнице температур.
Рис. 2. СЭМ-изображения частиц порошков: а, в — сталь 304L; б, г — сталь 310 Fig 2. SEM images of powder particles: а, в — steel 304L; б, г — steel 310
В заключение хочется отметить, что порошок коррозионностойкой стали 304L получился с крупным фракционным составом и имел большой разброс размера частиц, обе стали 304L и 310 имели множество сателлитов, поэтому для использования их в селективном лазерном плавлении необходима дополнительная обработка порошка.
Литература
1. Review of selective laser melting. Materials and applications. / C. Y. Yap et al. // Appl. Phys. Rev. 2015. Vol. 2, Is. 041101. P. 21.
2. Individualized production by means of high power Selective Laser Melting / H. Schleifenbaum et al. // CIRP-JMST. 2010. Vol. 2, Is. 3. P. 161-169.
3. Wohlers T. Wohlers Report 2014: Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry. Annual Worldwide Progress Report. Wohlers Associates Inc. 2014. 275 p.
4. Smirnov M. A., Kaplan M. A., Sevostyanov M. A. Receiving finely divided metal powder by inert gas atomization // IOP Conf Ser Mater. Sci. Eng. 2018. Vol. 347. P. 1-5.
5. Influence of the Surface Modification on the Mechanical Properties of NiTi (55,8 wt % Ni) Alloy Wire for Medical Purposes / M. A. Kaplan et al. // Inorganic Materials: Applied Research. 2018. Vol. 9, No. 4. P. 751-756.
6. Formation and Investigation of Composite Material Silver-Nitinol for Medical Purposes / E. O. Nasakina et al. // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Vol. 8, No. 1. P. 112-117.
Сведения об авторах
Каплан Михаил Александрович
младший научный сотрудник., аспирант, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, г. Москва, mishakaplan@yandex.ru Кирсанкин Андрей Александрович
кандидат физико-математичесикх наук, старший научный сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, г. Москва, kirsankin@mail.ru Смирнов Максим Александрович
младший научный сотрудник, аспирант, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, г. Москва, mexfexpex@gmail.com Калайда Тамара Андреевна
инженер-исследователь, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, г. Москва, kalayda_tamara@mail.ru Севостьянов Михаил Анатольевич
кандидат технических наук, заведующий лабораторией, старший научный сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, г. Москва, cmakp@mail.ru
Kaplan Mikhail Alexandrovich
Junior Researcher, Graduate Student, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Moscow, mishakaplan@yandex.ru Kirsankin Andrei Alexandrovich
PhD (Phys. & Math.), Senior Researcher, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Moscow, kirsankin@mail.ru Smirnov Maksim Aleksandrovich
Junior Researcher, Graduate Student, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Moscow, mexfexpex@gmail.com Kalayda Tamara Andreevna
Research Engineer, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Moscow, kalayda_tamara@mail.ru Sevostyanov Mikhail Anatolyevich,
PhD (Eng.), Head of Laboratory, Senior Researcher, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Moscow, cmakp@mail.ru
