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316L不锈钢添加MoSi2强化烧结后的微观组织和机械性能变化 摘要：添加适当的烧结元素将316L不锈钢烧结至近全致密化可以保证材料获得高机械性能以及抗腐蚀性。本文中我们介绍一种得到近全致密316L不锈钢的烧结方法，该方法利用陶瓷高温下在钢中的分解去激活烧结致密化。MoSi2陶瓷粉作为烧结添加剂加入316L不锈钢预混合粉。在不同的烧结温度下，观察添加了MoSi2的不锈钢压坯的烧结行为和微观组织变化。结果表明，升高温度和加入MoSi2组元都会提高烧结体致密度。用XMAPs表示MoSi2在烧结体中的分布情况，发现MoSi2在烧结过程中发生分解，Mo和Si被分散在晶界处。多余的Mo和Si以游离相的形式分布于微观组织中。向不锈钢原料粉中加入5wt%的MoSi2，在1300℃下烧结60分钟可使烧结体密度达到理论密度的98%以上，同时其机械性能也得到很大提升。 关键词：316L不锈钢、烧结、MoSi2、微观组织、XMAP、机械性能致密316L不锈钢广泛应用于汽车行业、医学领域和建筑业。粉末冶金工艺作为一种近净成形技术可以降低生产成本，因此在制造316L不锈钢零件方面是非常有前景的[1]。为了能与致密316L不锈钢零件相媲美，具备高机械性能和抗腐蚀性的高密度粉末冶金316L零件成为目前市场的需求。在不锈钢粉末中加入烧结添加剂是生产高密度粉末冶金不锈钢零件的一种有效方法[2]。烧结添加剂可以通过降低烧结温度并且活化致密化机制来减少烧结体中的气孔。现经报导的可强化不锈钢烧结机制的烧结添加剂有FeB, NiB, FeMoB, Si 和Cu3P等[2-8]。这些烧结添加剂通过在烧结过程中形成液相来活化不锈钢压坯的烧结过程。液相在固体颗粒间形成了一个网架以保证传统的液相烧结得以进行[3,7]。 选择合适的烧结添加剂十分复杂，因为这需要对组元间复杂化学反应有充分的了解，否则会使烧结体出现膨胀、多孔以及机械性能和腐蚀性能明显下降等现象[9]。目前，有关制造不锈钢时加入高体积分数的陶瓷以增强高致密复合材料的耐磨性方面的成功研究报导得还很少[10-12]。另一方面，低体积分数的陶瓷已被用于提高烧结体致密度并制备粉末冶金不锈钢颗粒复合材料[13-16]。通过对添加体积分数为10% YAG的316L不锈钢粉进行烧结，发现添加体积分数为5% YAG的原料烧结后孔隙均匀性优于在完全相同条件下烧结的纯316L不锈钢[14]。在不锈钢中添加SiC和Si3N4可以提高烧结密度。在316L不锈钢中添加SiC可以强化烧结是因为SiC和316L不锈钢基体之间相互作用形成了一种新的低熔点相Fe-SiC[15]。在465不锈钢中由于Si3N4以Si和N的形式分散于基体中，故使烧结体致密度和机械性能得到提高[16]。由于多种陶瓷材料都具有化学不稳定性以及对钢铁材料的良好亲和性，陶瓷材料作为烧结添加剂可以增强不锈钢材料的机械性能和腐蚀性。MoSi2是一种具有高熔点和优良的高温抗氧化性的陶瓷材料[17,18]。有人在理论上提出MoSi2和Fe在晶界处之间形成了牢固的Fe-Mo和Fe-Si键[19]。利用火花等离子技术可以成功制出MoSi2和316L的联合体，在此过程中MoSi2发生了分解[20]。由于MoSi2和316L不锈钢之间存在强烈的相互作用键，因此猜想MoSi2能够作为烧结添加剂。将Mo加入奥氏体钢中可以增强钢抗表面点蚀和缝隙腐蚀的能力，对于含Cr的钢种此种效果更加明显[21-24]；另外Si作为烧结添加剂可以在烧结温度下形成液相，从而促进致密化过程[8,25]。 目前的研究工作着力于将MoSi2加入到316L烧结不锈钢中后，前者对后者烧结行为、微观组织变化以及机械性能的影响。有关MoSi2的加入形式和烧结温度对316L不锈钢的烧结行为的影响已有一定的研究基础。此次实验利用金相技术对烧结体微观组织变化进行分析，同时根据电子显微镜技术和元素分布图谱分析其烧结机制。 将316L预合金粉末(37μm)和MoSi2粉(2μm)一起干磨6小时，其中添加的MoSi2分别为0 wt%,2 wt%,5 wt%和10wt%，使用聚酰胺微粉蜡作为内润滑剂。将混合粉注入直径为10mm的圆柱模具和一个可压制25mm标准长度拉伸试样的模具，并在600MPa下进行单向压制。 为了避免Cr的蒸发，在具有N2回填气氛的高温真空烧结炉中进行生坯的烧结。试样的烧结程序如下：以10℃/min的速度将试样升温到1000℃后，在1000℃下保温15min，然后以5℃/min的速度将试样分别升温到1250℃、1300℃、1350℃和1400℃，之后在N2回填的真空气氛下保温60min。对压坯和烧结体利用阿基米德水浸法进行密度测量。为了对试样进行金相检测，对其在SiC砂纸上进行逐步显微抛光，直至精确抛光到0.5μm的精度。