Die Entwicklung der Herstellung von stickstoffreichem Edelstahl mittels Metal Injection Molding (MIM)-Technologie eröffnet neue Möglichkeiten.

Datum:[2024/6/13]

In den letzten Jahren haben die Menschen mit der kontinuierlichen Entwicklung von Herstellungsverfahren und -technologien erkannt, dass Stickstoff einen großen Vorteil bei der Stabilisierung von Austenit in Stahl hat und die ausgezeichneten nichtmagnetischen Eigenschaften von Austenit beibehalten kann. Für Edelstahlprodukte gilt dasselbe. Darüber hinaus werden mit der kontinuierlichen Entwicklung und Anwendung der 3D-Drucktechnologie die Vorteile von Metall Spritzguss (MIM) stickstoffreichem Edelstahl in der Elektronikindustrie immer deutlicher.

Edelstahl mit hohem Stickstoff wurde geboren, um Nickel zu ersetzen

Edelstahl ist eine der größten Erfindungen in der Geschichte der menschlichen Materialentwicklung und ist mittlerweile in jeden Aspekt der menschlichen Produktion und des Lebens eingedrungen. Aufgrund seiner ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit ist Edelstahl in verschiedenen rauen Industrieumgebungen im industriellen Bereich weit verbreitet; Im Bereich des täglichen Lebens wird es verwendet, um Komponenten oder Endprodukte verschiedener Konsumgüter (wie Geschirr) herzustellen und kann einen silbernen metallischen Glanz für eine lange Zeit aufrechterhalten, der von den Verbrauchern geliebt wird.

In den frühen Stadien der Edelstahlentwicklung wurde der Forschung an stickstoffhaltigem Edelstahl wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Erstens ist es aufgrund der Beschränkungen des Produktionsprozesses schwierig, dem geschmolzenen Stahl gasförmigen Stickstoff hinzuzufügen; Die zweite Frage war, ob Stickstoff dazu führen würde, dass Edelstahl spröde wird, was damals umstritten war. Erst 1912 dokumentierte die Literatur erstmals den signifikanten Einfluss von Stickstoff auf die mechanischen Eigenschaften von Stahl und die Stabilität von Austenit. Später, in 1926, berichtete eine andere Studie, dass Stickstoff eine ähnliche Wirkung auf Chrom und Eisenchromlegierungen hatte. Seit den 1930er Jahren gibt es Literaturverzeichnisse zur Untersuchung der Zugabe von Stickstoff zu Eisenchromlegierungen, um ihre Festigkeit zu verbessern. Während des Zweiten Weltkriegs wurde aufgrund der Knappheit an Nickelressourcen die Erforschung der Möglichkeit, dass Stickstoff Nickel ersetzt, um Austenit zu stabilisieren, ein heißes Thema. Zu dieser Zeit wurde neben dem bekannten Einfluss von Stickstoff auf Struktur und Festigkeit von Edelstahl erstmals auch die vorteilhafte Wirkung von Stickstoff auf die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl entdeckt.

In der Entwicklungsgeschichte von Stahl mit hohem Stickstoffgehalt haben zwei Faktoren das Denken der Menschen über die Bedeutung von Stickstoff als Element einer Edelstahllegierung gefördert: Erstens hat sich die Versorgung mit Nickel, einem wichtigen Legierungselement in Edelstahl, allmählich verringert; Die zweite besteht darin, hochfesten austenitischen Edelstahl zu produzieren. Als das AOD-Ofenverfahren (Argon-Sauerstoff-Entkohlungsverfahren) die Möglichkeit von Stickstoff als Legierungselement erkannte, wurde die Stickstofflegierung von Edelstahl schnell gefördert. Insbesondere im austenitischen Edelstahl kann durch Anpassung des Stickstoff- und Manganggehalts, um Nickel zu ersetzen, hochwertiger und kostengünstiger rostfreier Stahl mit hohem Stickstoff hergestellt werden, und sogar der Nickelgehalt kann auf unter 0,1% reduziert werden, wodurch ein hoher Stickstoff nickelfreier austenitischer Edelstahl entsteht.

Austenitischer Edelstahl ist eines der wichtigsten technischen Materialien und aufgrund seiner starken Korrosionsbeständigkeit, hohen Duktilität und Nichtmagnetismus hat er eine breite Palette von industriellen Anwendungen. Traditioneller austenitischer Edelstahl enthält eine große Menge an Nickel. Obwohl das Vorhandensein von Nickel die Austenitstruktur in Stahl stabilisiert, gibt es auch einige schwierige Probleme zu lösen. Zum Beispiel hat Nickel höhere Kosten; Das Vorhandensein von substitutiven Festlösungsatomen im Austenit kann die Festigkeit und Härte des Materials nicht effektiv verbessern; Schlechte Biokompatibilität und Anfälligkeit für allergische Reaktionen im menschlichen Körper schränken seine Anwendung in Unterhaltungselektronik und biomedizinischen Bereichen ein.

Um diese Probleme zu lösen, wurde Stickstoff in austenitischen Edelstahl eingeführt, um Nickel zu ersetzen, was zu einem hohen Stickstoffgehalt Edelstahl führte. Verglichen mit traditionellem austenitischem Edelstahl hat hoher Stickstoffrost relative Vorteile. Beispielsweise ist die Stabilität von Stickstoff auf Austenit viel höher als die von Nickel. Eine kleine Menge Stickstoff kann die Austenitstruktur in Edelstahl effektiv stabilisieren, die Bildung von Ferrit und Martensit im Material während der Verarbeitung reduzieren und somit die hohe Korrosionsbeständigkeit und die nichtmagnetischen Eigenschaften von austenitischem Edelstahl bewahren. Stickstoff als interstitielles festes Lösungselement kann die Härte und Festigkeit von Austenit effektiv verbessern, während die gute Duktilität des Materials beibehalten wird. Das Ersetzen von Nickel durch Stickstoff kann die Nickelfreigabe von Materialien reduzieren, ihre Biokompatibilität verbessern und effektiv die Beständigkeit von austenitischem Edelstahl gegen Lochfraß und Risskorrosion verbessern.

Daher ist austenitischer Edelstahl mit hohem Stickstoff in den letzten Jahren zu einem Forschungs-Hotspot geworden, und seine Anwendung in der Industrie nimmt auch zu.

Herstellung von Edelstahl mit hohem Stickstoff mit MIM Technologie

Die frühe Entwicklung des austenitischen Edelstahls mit hohem Stickstoff basierte hauptsächlich auf der Gießtechnik, die Stickstoffelemente im geschmolzenen Zustand des Metalls hinzufügte. Aufgrund der geringen Löslichkeit von Stickstoff in flüssigem Eisen ist ein höherer Stickstoffpartialdruck erforderlich, um genügend Stickstoff in der Stahlflüssigkeit aufzulösen. Diese Methode erfordert jedoch den Einsatz von teuren Hochtemperatur- und Hochdruckgeräten und birgt bestimmte Risiken, die ihre industrielle Förderung behindern.

Verglichen mit diesem ist die feste Löslichkeit von Stickstoff in Austenit viel höher als die in flüssigem Eisen, so dass Edelstahlpulver mehr Stickstoff unter niedrigem Druck infiltrieren kann, wenn es sich im festen Zustand befindet. Dies macht die Pulvermetallurgie zu einer wirtschaftlicheren und effektiveren Methode zur Herstellung von austenitischem Edelstahl mit hohem Stickstoff. Darüber hinaus kann der Einsatz der Pulvermetallurgietechnologie auch eine nahe Nettoumformung von Produkten erreichen, die nachfolgende Verarbeitung reduzieren und eine gleichmäßigere Struktur und Eigenschaften als das Gießen erhalten.

MIM-Technologie ist eine neue Nah-Net-Umformtechnologie, die durch Spritzgießtechnologie im Bereich der Pulvermetallurgie eingeführt wird. Wählen Sie beim Metallspritzgießen zuerst das Metallpulver und Polymerbindemittel aus, die die Anforderungen erfüllen, und mischen und extrudieren Sie sie dann unter geeigneten Prozessbedingungen, um einen gleichmäßigen Granulatvorschub zu erzeugen. Zweitens wird durch Spritzgießen der Vorschub in einem geschmolzenen Zustand in den Formhohlraum gespritzt, um einen grünen Knüppel zu bilden. Die Dichte des gesinterten Endprodukts kann 96% bis 98% der theoretischen Dichte erreichen, und seine mechanischen Eigenschaften sind denen von geschmiedeten Materialien nahe.

Der Vorteil der MIM-Technologie liegt in der Fähigkeit, komplexe geformte Präzisionsmetallteile in großen Stückzahlen zu extrem niedrigen Kosten herzustellen. Heutzutage kann die MIM-Technologie zur Herstellung von nickelfreien Edelstahlprodukten mit hohem Stickstoff eingesetzt werden. Derzeit ist PANACEA die am häufigsten verwendete nickelfreie Edelstahlsorte mit hohem Stickstoff, die mit MIM-Technologie in der Industrie hergestellt wird. Seine chemische Zusammensetzung (Massenfraktion) ist: Kohlenstoff ≤ 0.2%, Stickstoff ≥ 0.65%, Chrom 16.5%~17.5%, Nickel ≤ 0.1%, Molybdän 3.0%~3.5%, Mangan 10%~12%, Silizium ≤ 0.1%, und die verbleibende Menge ist Eisen. Der Stickstoffgehalt des ursprünglichen Pulvers dieses Produkts übersteigt nicht 0,3%. Durch die Verwendung von Sintertechnologie kann der Stickstoffgehalt auf über 0,65% erhöht werden, wodurch ein Hochleistungs-Stickstoff-nickelfreier austenitischer Edelstahl erzielt wird. Obwohl dieser Edelstahl eine hervorragende Leistung aufweist, gibt es immer noch technische Hindernisse für die Massenproduktion. Zum Beispiel infiltriert Stickstoff in diesem Material während des Sinters, und die Kontrolle seines Stickstoffgehalts erfordert das Verständnis der Thermodynamik und Kinetik des Nitrierprozesses; Der Vorhandensein von Stickstoff in Edelstahl hängt mit dem Materialwärmebehandlungsprozess zusammen; Aufgrund der unterschiedlichen Sinteröfen, die von verschiedenen Herstellern verwendet werden, müssen die optimalen Sinterbedingungen in den frühen Phasen der Produktion vollständig validiert werden. Diese Faktoren erhöhen alle die Schwierigkeit der stabilen Produktion dieses Materials.
Hoher stickstoffnickelfreier Edelstahl, der unter Verwendung der MIM-Technologie hergestellt wird, hat eine höhere Festigkeit und Härte als traditioneller austenitischer Edelstahl, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und keinen Magnetismus, was es zu einem ausgezeichneten Material für die Herstellung elektronischer Produktstrukturkomponenten macht. Shenzhen Yujiaxin Technology Co., Ltd. nimmt Metallpulver-Spritzgießtechnologie an, um verschiedene hochpräzise und komplexe strukturelle Metallkomponenten herzustellen. Es verfügt über reiche Erfahrung auf dem Gebiet der Herstellung von stickstoff- und nickelfreiem Edelstahl und ist bestrebt, industrielle technische Barrieren in High-End-Produktkomponenten wie Medizin, Industrie, Militär und Unterhaltungselektronik zu durchbrechen. Huawei verwendet dieses Material seit Ende 2017 zur Herstellung der Kamerahalterung für sein Flaggschiff-Mobiltelefon und hat seitdem zwei Generationen von Mobiltelefonprodukten durchlaufen. Derzeit wurden vier Kamerahalterungen in Massenproduktion gefertigt, jeweils mit einem Versandvolumen von mehreren Millionen Stücken, was sie zu einem klassischen Anwendungsfall von spritzgegossenem, stickstoffreichem nickelfreiem Edelstahl macht. Mit der Förderung von Huawei wählen immer mehr Mobiltelefonstrukturen dieses hohe Stickstoffnickelfreie austenitische Edelstahlmaterial. Ich glaube, dass in naher Zukunft der mit MIM-Technologie hergestellte, stickstoffreiche nickelfreie Edelstahl weitere Entwicklungsmöglichkeiten eröffnen wird.