高氮鋼因其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐磨性、耐腐蝕性能而備受關(guān)注。由于引入元素氮，它與鋼種的其他元素（Mn、Cr、V、Nb、Ti等）交互作用，而賦予該鋼種許多優(yōu)異的性能。近年來高氮鋼被應(yīng)用到增材制造技術(shù)領(lǐng)域及粉末冶金領(lǐng)域，用于制備高性能大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件。提供高品質(zhì)高氮鋼球形粉末是保證增材制造、粉末冶金制備高氮鋼零件性能的重要前提。

等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉技術(shù)是工業(yè)領(lǐng)域制備高品質(zhì)金屬粉末的方法，是制備高品質(zhì)鋼粉的理想技術(shù)。旋轉(zhuǎn)電極在制備高氮鋼粉末的過程中，因顆粒度大小不同，相應(yīng)的冷卻速率也存在區(qū)別，細粒徑粉末制粉過程中比粗粒徑粉末冷速更快，制粉過程中粉末中的氮元素析出更少，存留在粉末中的氮含量更高；粗粒徑粉末的氮含量較低。因此，制備出的粉末存在粗粉氮含量低、細粉氮含量高的問題。

現(xiàn)有技術(shù)中未提及等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉過程中的粗細粉末氮元素含量不一致問題，所制得的粉末不能完全滿足各粒度段對成分的要求，這大大增加了粉末的生產(chǎn)成本。

因此，有必要改善上述相關(guān)技術(shù)方案中存在的一個或者多個問題。

圖1制備高氮鋼粉末裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

100、霧化室；101、電極棒料；102、等離子槍；200、粉末分離裝置；300、后處理裝置；301、等離子體熱源。

一種制備高氮鋼粉末的裝置，包括霧化室100、氮氣吹送裝置（圖中未示出）、粉末分離裝置200以及后處理裝置300。

具體地，所述氮氣吹送裝置設(shè)置在所述霧化室100內(nèi)，且利用所述氮氣吹送裝置吹送的氮氣作用于電極棒料101的外沿區(qū)域。所述氮氣吹送裝置可以設(shè)置在等離子槍102上，也可以設(shè)置在霧化室100內(nèi)壁上，但也不限于此。其中，可選地，所述氮氣吹送裝置的氮氣出口直徑為1～5mm，例如2mm、3mm、4mm等，但也不限于此；吹送所述氮氣的流量為0～40L/min，例如15L/min、20L/min、25L/min、30L/min等，但也不限于此。可選地，在一個實施例中，所述電極棒料101的外沿區(qū)域是指距離所述電極棒料101中心1/2半徑處至電極棒料101的邊沿所形成的區(qū)域，或者是距離所述電極棒料101中心2/3半徑處至電極棒料101的邊沿所形成的區(qū)域。

所述粉末分離裝置200用于將不同粒徑范圍內(nèi)的粉末進行分離，例如將大于等于53微米的粉末分離出來作為粗粉，例如可以是旋風(fēng)分離器、篩網(wǎng)等。

所述后處理裝置300內(nèi)設(shè)有等離子體熱源301，且所述后處理裝置300內(nèi)充有氮氣，經(jīng)所述粉末分離裝置200分離出來的粗粉進入所述后處理裝置300內(nèi)。利用所述等離子體熱源301和所述氮氣對所述粗粉進行重熔增氮處理，其中，所述粗粉可以是指粒徑大于50微米的粉末。

本實施例中，利用氮氣對電極棒料101的外沿區(qū)域進行作用，使氮氣與電極棒料101外沿的熔池進行反應(yīng)，熔池吸氮過程降低了熔池外沿待破碎液膜區(qū)域的表面張力，使粉末粒度更小；同時電極棒料101中心區(qū)域的液膜移動到電極棒料101外沿時，由于氮氣作用于外沿區(qū)域，會繼續(xù)對該液膜進行擾動，降低了液膜的表面張力，進而得到粒徑更小的粉末；由于制得的粉末粒徑更小，粉末冷卻速度較快，氮元素析出更少，存留在細粉中的氮含量更高，從而得到氮含量更高的高氮鋼粉末，最終達到制備細粒徑高氮含量的高氮鋼粉末。

可選地，在一些實施例中，所述等離子體熱源301的功率為0～200kW，例如50kW、100kW、150kW等；所述粗粉進入所述后處理裝置300的速率為0～500g/min，例如100g/min、200g/min、300g/min等。

可選地，在一些實施例中，所述后處理裝置300內(nèi)的壓力為5×10-3Pa～10MPa；其中，氮氣分壓為0～9MPa，例如可以是2MPa、4MPa、7MPa等。

可選地，在一些實施例中，所述電極棒料101為鋼棒料。例如，Cr18Mn18奧氏體不銹鋼棒料、S42025（X40CrMoVN16-2）馬氏體不銹鋼棒料等。所述電極棒料101可以是氮含量較低的棒料，氮含量為0.05%～0.25%。

一種制備高氮鋼粉末的方法，利用以上實施例中的制備高氮鋼粉末的裝置進行高氮鋼粉末制備，請參考圖2，所述方法包括以下步驟：

S101，對霧化室100、粉末分離裝置200和后處理裝置300進行抽真空，然后通入惰性氣體；

S102，開啟氮氣吹送裝置，且所述氮氣吹送裝置吹送的氮氣作用于電極棒料101的外沿區(qū)域；

S103，旋轉(zhuǎn)電極棒料101，利用等離子槍101對電極棒料101進行熔化制粉；

S104，利用粉末分離裝置200對制得的粉末進行分離，分離得到的粗粉進入后處理裝置300；

S105，利用等離子體熱源301和氮氣對進入后處理裝置300的粗粉進行重熔增氮處理，得到目標氮含量的高氮鋼粉末。

本實施例中，利用氮氣對電極棒料101的外沿區(qū)域進行作用，使氮氣與電極棒料101外沿的熔池進行反應(yīng)，熔池吸氮過程降低了熔池外沿待破碎液膜區(qū)域的表面張力，使粉末粒度更小；同時電極棒料101中心區(qū)域的液膜移動到電極棒料101外沿時，由于氮氣作用于外沿區(qū)域，會繼續(xù)對該液膜進行擾動，降低了液膜的表面張力，進而得到粒徑更小的粉末；由于制得的粉末粒徑更小，粉末冷卻速度較快，氮元素析出更少，存留在細粉中的氮含量更高，從而得到氮含量更高的高氮鋼粉末，最終達到制備細粒徑高氮含量的高氮鋼粉末。