餘鵬 莫畏

　　jinnianlai，suizhezhizaogongyihejishudebuduanfazhan，renmenyishidaodanzaiwendinggangzhongaoshitifangmiancunzaijudayoushi，bingkeyibaoliuaoshitisuojuyoudewucixingdengyouliangtexing。duiyubuxiugangchanpineryan，yiruci。bingqie，suizhe3D打印技術的不斷發展
、應用
，金屬注射成型（Metal injection molding,MIM）高氮不鏽鋼在電子工業中的應用優勢越來越明顯。

　　高氮不鏽鋼為替代鎳而誕生

　　buxiugangshirenleicailiaofazhanshishangzuiweidadefamingzhiyi，rujinyijingshentoudaorenleishengchanyushenghuodefangfangmianmian。youyujuyouyouxiudenaifushixing，buxiugangzaigongyelingyubeiguangfanyingyongyugezhongeliedegongyehuanjingzhong
；在生活領域被用來製成各種消費品的零部件或最終產品（如餐具）

，並能長期保持銀亮的金屬光澤
，受到消費者的喜愛。

　　在不鏽鋼發展早期，含氮不鏽鋼的研究並沒有引起重視。一是受生產工藝限製，將氣態氮加入鋼液較為困難；二是氮是否會導致不鏽鋼變脆在當時具有爭議。直到1912年

，才有文獻首次記載了氮對鋼力學性能及穩定奧氏體方麵的重大影響。之後，1926年，又有研究報導了氮對鉻、鐵鉻合金有類似的影響。從20世紀30年nian代dai開kai始shi，陸lu續xu有you文wen獻xian記ji載zai了le將jiang氮dan加jia入ru鐵tie鉻ge合he金jin以yi提ti高gao合he金jin強qiang度du的de研yan究jiu。二er戰zhan期qi間jian
，由you於yu鎳nie資zi源yuan的de短duan缺que，促cu使shi以yi氮dan代dai鎳nie穩wen定ding奧ao氏shi體ti的de可ke能neng性xing研yan究jiu成cheng為wei熱re點dian。當dang時shi，除chu了le已yi知zhi的de氮dan對dui不bu鏽xiu鋼gang結jie構gou和he強qiang度du的de影ying響xiang外wai，還hai首shou次ci發fa現xian了le氮dan對dui不bu鏽xiu鋼gang耐nai腐fu蝕shi性xing的de有you利li影ying響xiang。

　　在高氮鋼的發展曆史中，有兩個因素促進了人們對氮作為不鏽鋼合金元素意義的思考：一是不鏽鋼中重要的合金元素鎳的供應量逐漸減少；二是為了生產高強度的奧氏體不鏽鋼。當AOD爐法（氬氧脫碳法）實shi現xian了le氮dan作zuo為wei合he金jin元yuan素su的de可ke能neng時shi


，不bu鏽xiu鋼gang的de氮dan合he金jin化hua就jiu被bei迅xun速su推tui廣guang。特te別bie是shi在zai奧ao氏shi體ti不bu鏽xiu鋼gang中zhong
，通tong過guo調tiao整zheng氮dan和he錳meng的de含han量liang來lai替ti代dai鎳nie，可ke以yi生sheng產chan質zhi優you價jia廉lian的de高gao氮dan不bu鏽xiu鋼gang
，甚shen至zhi能neng將jiang鎳nie含han量liang降jiang至zhi低di於yu0.1%的水平，從而誕生了高氮無鎳型的奧氏體不鏽鋼。

　　奧氏體不鏽鋼是最重要的工程材料之一
，由於其具有較強的耐腐蝕性、高延展性、wucixing，zaigongyeshangyouzheguangfandeyingyong。chuantongaoshitibuxiugangzhonghanyoudaliangnie。niedecunzaisuiranwendinglegangzhongdeaoshitizuzhi，danyecunzaiyixienanyijiejuedewenti。biru
，niedechengbenjiaogao

；在奧氏體中以替換式固溶原子存在，無法有效提高材料的強度和硬度；生物兼容性差，容易引起人體過敏反應
，限製了其在消費電子和生物醫療領域的應用。

　　為(wei)了(le)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)，氮(dan)被(bei)引(yin)入(ru)到(dao)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)中(zhong)來(lai)替(ti)代(dai)鎳(nie)
，高(gao)氮(dan)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)由(you)此(ci)誕(dan)生(sheng)。與(yu)傳(chuan)統(tong)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)相(xiang)比(bi)較(jiao)，高(gao)氮(dan)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)具(ju)有(you)相(xiang)對(dui)優(you)勢(shi)。例(li)如(ru)，氮(dan)對(dui)奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)遠(yuan)高(gao)於(yu)鎳(nie)，少(shao)量(liang)的(de)氮(dan)即(ji)可(ke)有(you)效(xiao)地(di)穩(wen)定(ding)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)組(zu)織(zhi)，減(jian)少(shao)材(cai)料(liao)在(zai)加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)中(zhong)形(xing)成(cheng)鐵(tie)素(su)體(ti)和(he)馬(ma)氏(shi)體(ti)，從(cong)而(er)保(bao)存(cun)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)所(suo)具(ju)有(you)的(de)高(gao)抗(kang)腐(fu)蝕(shi)性(xing)和(he)無(wu)磁(ci)性(xing)。氮(dan)作(zuo)為(wei)間(jian)隙(xi)式(shi)固(gu)溶(rong)體(ti)元(yuan)素(su)，可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)地(di)提(ti)高(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)硬(ying)度(du)和(he)強(qiang)度(du)，同(tong)時(shi)保(bao)持(chi)材(cai)料(liao)良(liang)好(hao)的(de)延(yan)展(zhan)性(xing)。氮(dan)取(qu)代(dai)鎳(nie)後(hou)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)材(cai)料(liao)的(de)鎳(nie)釋(shi)放(fang)，改(gai)善(shan)材(cai)料(liao)的(de)生(sheng)物(wu)兼(jian)容(rong)性(xing)
，並(bing)能(neng)有(you)效(xiao)提(ti)高(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)抗(kang)點(dian)蝕(shi)和(he)裂(lie)紋(wen)腐(fu)蝕(shi)的(de)能(neng)力(li)。

　　因此，高氮奧氏體不鏽鋼近年來成為研究的熱點，在工業上的應用也越來越多。

　　用MIM技術製造高氮不鏽鋼

　　早(zao)期(qi)開(kai)發(fa)高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)大(da)多(duo)基(ji)於(yu)鑄(zhu)造(zao)技(ji)術(shu)，在(zai)金(jin)屬(shu)熔(rong)融(rong)狀(zhuang)態(tai)下(xia)加(jia)入(ru)氮(dan)元(yuan)素(su)。由(you)於(yu)氮(dan)在(zai)液(ye)態(tai)鐵(tie)中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)度(du)低(di)

，所(suo)以(yi)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)較(jiao)高(gao)的(de)氮(dan)分(fen)壓(ya)才(cai)能(neng)使(shi)鋼(gang)液(ye)中(zhong)溶(rong)解(jie)足(zu)夠(gou)的(de)氮(dan)。但(dan)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)需(xu)使(shi)用(yong)昂(ang)貴(gui)的(de)高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)設(she)備(bei)，且(qie)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)危(wei)險(xian)性(xing)，因(yin)此(ci)在(zai)工(gong)業(ye)推(tui)廣(guang)中(zhong)受(shou)阻(zu)。

　　與yu此ci相xiang比bi，氮dan在zai奧ao氏shi體ti中zhong的de固gu溶rong度du要yao遠yuan高gao於yu在zai液ye態tai鐵tie中zhong的de溶rong解jie度du
，所suo以yi不bu鏽xiu鋼gang粉fen末mo在zai固gu態tai時shi就jiu可ke以yi在zai低di壓ya下xia滲shen入ru較jiao多duo的de氮dan。這zhe使shi得de粉fen末mo冶ye金jin工gong藝yi成cheng為wei一yi種zhong更geng經jing濟ji、youxiaodegaodanaoshitibuxiugangzhizaofangfa。ciwai，liyongfenmoyejingongyihaikeyishixianchanpindejinjingchengxing，jianshaohouxujiagong，tongshihuodebizhuzaogengjiajunyundezuzhihexingneng。

　　MIM技(ji)術(shu)是(shi)在(zai)粉(fen)末(mo)冶(ye)金(jin)領(ling)域(yu)引(yin)入(ru)注(zhu)塑(su)成(cheng)型(xing)工(gong)藝(yi)，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)近(jin)淨(jing)成(cheng)形(xing)技(ji)術(shu)。在(zai)金(jin)屬(shu)注(zhu)射(she)成(cheng)型(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)，首(shou)先(xian)，選(xuan)取(qu)符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)的(de)金(jin)屬(shu)粉(fen)末(mo)和(he)高(gao)分(fen)子(zi)粘(zhan)結(jie)劑(ji)，然(ran)後(hou)在(zai)適(shi)當(dang)的(de)工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian)下(xia)混(hun)煉(lian)並(bing)擠(ji)出(chu)，製(zhi)造(zao)成(cheng)均(jun)勻(yun)的(de)顆(ke)粒(li)狀(zhuang)喂(wei)料(liao)。其(qi)次(ci)，通(tong)過(guo)注(zhu)射(she)成(cheng)型(xing)，使(shi)喂(wei)料(liao)在(zai)熔(rong)融(rong)狀(zhuang)態(tai)下(xia)注(zhu)射(she)到(dao)模(mo)腔(qiang)裏(li)形(xing)成(cheng)生(sheng)坯(pi)。最(zui)後(hou)，通(tong)過(guo)脫(tuo)脂(zhi)過(guo)程(cheng)去(qu)除(chu)生(sheng)坯(pi)中(zhong)的(de)粘(zhan)結(jie)劑(ji)，再(zai)通(tong)過(guo)燒(shao)結(jie)得(de)到(dao)致(zhi)密(mi)化(hua)金(jin)屬(shu)產(chan)品(pin)。燒(shao)結(jie)後(hou)成(cheng)品(pin)的(de)密(mi)度(du)可(ke)達(da)到(dao)理(li)論(lun)密(mi)度(du)的(de)96%~98%，力學性能接近鍛造材料。

　　MIM技術的優勢在於能以極低的成本大批量生產形狀複雜的精密金屬零件，現在已經可以使用MIM技術製造高氮無鎳不鏽鋼產品。目前，工業中使用最多的應用MIM技術製造的高氮無鎳不鏽鋼牌號為PANACEA
，其化學成分（質量分數）為：碳≤0.2%，氮≥0.65%
，鉻為16.5%~17.5%，鎳≤0.1%，鉬為3.0%~3.5%，錳為10%~12%，矽≤0.1%，餘量為鐵。該產品原始粉末的氮含量不超過0.3%
，依靠燒結工藝可以將氮含量提高到0.65%以(yi)上(shang)
，最(zui)終(zhong)獲(huo)得(de)性(xing)能(neng)良(liang)好(hao)的(de)高(gao)氮(dan)無(wu)鎳(nie)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)。雖(sui)然(ran)這(zhe)款(kuan)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)的(de)性(xing)能(neng)優(you)異(yi)，但(dan)目(mu)前(qian)實(shi)現(xian)量(liang)產(chan)仍(reng)存(cun)在(zai)技(ji)術(shu)壁(bi)壘(lei)。比(bi)如(ru)
，這(zhe)種(zhong)材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)氮(dan)是(shi)在(zai)燒(shao)結(jie)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)滲(shen)入(ru)，其(qi)氮(dan)含(han)量(liang)的(de)控(kong)製(zhi)涉(she)及(ji)到(dao)對(dui)滲(shen)氮(dan)過(guo)程(cheng)的(de)熱(re)力(li)學(xue)和(he)動(dong)力(li)學(xue)的(de)理(li)解(jie)；氮在不鏽鋼中的存在狀態與材料熱處理的過程相關；由於不同廠商使用的燒結爐不一樣
，最優化的燒結條件需要在生產前期就充分驗證等。這些因素都增大了這種材料穩定生產的難度。

　　使用MIM技(ji)術(shu)製(zhi)造(zao)的(de)高(gao)氮(dan)無(wu)鎳(nie)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)，其(qi)強(qiang)度(du)和(he)硬(ying)度(du)高(gao)於(yu)傳(chuan)統(tong)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)
，抗(kang)腐(fu)蝕(shi)能(neng)力(li)優(you)異(yi)，而(er)且(qie)沒(mei)有(you)磁(ci)性(xing)，是(shi)製(zhi)造(zao)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)結(jie)構(gou)件(jian)的(de)優(you)良(liang)材(cai)料(liao)。華(hua)為(wei)公(gong)司(si)從(cong)2017年(nian)底(di)開(kai)始(shi)選(xuan)用(yong)這(zhe)種(zhong)材(cai)料(liao)製(zhi)造(zao)該(gai)公(gong)司(si)旗(qi)艦(jian)手(shou)機(ji)的(de)攝(she)像(xiang)頭(tou)支(zhi)架(jia)，迄(qi)今(jin)已(yi)曆(li)經(jing)兩(liang)代(dai)手(shou)機(ji)產(chan)品(pin)。目(mu)前(qian)，已(yi)有(you)四(si)款(kuan)攝(she)像(xiang)頭(tou)支(zhi)架(jia)被(bei)大(da)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)
，每(mei)一(yi)款(kuan)的(de)出(chu)貨(huo)量(liang)都(dou)多(duo)達(da)幾(ji)百(bai)萬(wan)件(jian)
，是(shi)注(zhu)射(she)成(cheng)型(xing)高(gao)氮(dan)無(wu)鎳(nie)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)的(de)經(jing)典(dian)應(ying)用(yong)案(an)例(li)。隨(sui)著(zhe)華(hua)為(wei)公(gong)司(si)的(de)推(tui)廣(guang)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)手(shou)機(ji)結(jie)構(gou)件(jian)將(jiang)選(xuan)擇(ze)這(zhe)款(kuan)高(gao)氮(dan)無(wu)鎳(nie)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)鏽(xiu)鋼(gang)材(cai)料(liao)。相(xiang)信(xin)在(zai)不(bu)遠(yuan)的(de)將(jiang)來(lai)，應(ying)用(yong)MIM技術製造的高氮無鎳不鏽鋼將迎來更多的發展機遇。

　　《中國冶金報》（2019年07月17日 03版三版）