目前，有多种技术需要依靠烧结将多孔、易碎的部件转变成致密、坚固的部件，包括压制—烧结、金属喷射成型、粘结剂喷射增材制造和金属熔融沉积成型等。
不锈钢部件在烧结部件市场中占据了很大的份额。它们可以采用上述任一种技术来生产，应用也很广泛，比如在汽车、生物医药、化工和时尚等领域。
最常用于烧结的不锈钢种类有304L、316L、440、410和17-4 PH等等。它们由于同时具有出色的机械性能和耐蚀性能而被选中。
本文讨论怎样优化真空炉的烧结参数（尤其是气氛）才能使不锈钢烧结部件达到最高质量水平。
环形金属炉室
真空烧结介绍
气氛对烧结工艺的成功起着非常重要的作用。因此，烧结气氛必须根据材料而慎重地选择。在真空下进行烧结（此时其实没有气氛）具有多方面的优点：
● 部件表面光亮
● 不发生氧化或气氛污染
● 可严密监测工艺参数
有些材料可以在直接在10-2毫巴和10-4毫巴之间的真空度下进行烧结。这对活性材料（比如钛）的烧结来说是最好的条件。
不过，大多数材料在烧结过程中都要用到某种低压气体。不锈钢也是如此。
在炉室中通入某种低压气体具有多种作用：
● 避免合金元素（比如铬和锰）被消耗
● 利用从炉室抽除的连续气流来清除挥发的粘结剂残留
● 通过氧化物还原而控制工件的氧含量
● 控制工件的碳含量
不锈钢真空烧结用工艺气体
在真空炉内作为保护性气氛而最常使用的气体包括氮气、氩气和氢气。
● 氮气是一种惰性气体，也是一种低成本的工艺气体。因此，它在烧结工艺中广为使用。
● 氩气的成本高于氮气。所以，它作为惰性气体在氮气对工件的材料有影响时被使用。
● 氢气成本很高，可以和氧气形成爆炸性混合物。氢气属于一种还原剂。
对于不锈钢的烧结，所有上述气氛都可以选择。
氮可以溶解在钢基体中，在奥氏体不锈钢中起到固溶强化作用。对有些不锈钢来说，在烧结过程中渗氮是获得期望性能和微观组织的需要。无镍不锈钢X15CrMnMoN17-11-3（Catamold® PANACEA）就是如此，它在烧结时通常使用大约700毫巴的高分压氮气。
不过，氮气在高温下可能生成氮化物。特别是在不锈钢中，氮化铬析出会产生可诱发腐蚀的敏化区，从而降低部件的耐蚀性能。由于这个原因，在氮气中烧结后往往采用快速冷却，以尽可能减少这种现象。
使用纯氩一般不是不锈钢的最佳方案。事实上，氩气不溶解于钢基体，会因为被吸附到部件内部而导致孔洞的产生。
氢气经常被选中用于不锈钢烧结，因为它能够还原氧化物，有助于获得洁净的部件。氢气对部件碳含量的控制也有作用，能够在粘结剂烧除末期去除粘结剂残留的碳（因为粉末冶金中使用的粘结剂通常是碳基产品）。
不过，使用氢气的真空炉需要采取额外的安全措施，因为它在密闭的空间内有氧存在的情况下会形成爆炸性混合物。由于这个原因，必须采取特定的防范措施（比如双层密封）。
真空炉可以回充氢气，既可以采用低分压也可以采用高于大气压的压力（比如回充1.1巴的氢气）。尽管设备比较复杂，气体消耗量也较大，但真空炉使用加压氢气有几个优点：
● 由于炉室处于加压条件，在任何情况下氧气都不会进入炉内。
● 与低分压相比，炉内气氛中的还原性氢分子数量更多。
● 在加压条件下运行时，有可能烧除脱脂产物而无需使用冷凝器。
使用富含氢气的惰性气体（氮气或氩气）混合物是一种很好的作法，因为这样既能保持纯氢的一部分还原能力，又能降低成本。
此外，氢含量较低的惰性气体混合物（氮气中氢气的摩尔百分数>5.5%或氩气中氢气的摩尔百分数>3%）可以在无需像纯氢那样采取额外安全措施的情况下使用。这时，如果无法达到高冷却速度，通常首选基于氩气的混合物，以避免在冷却过程中产生氮化铬析出。
结论
虽然本文讨论的方案对不锈钢烧结来说都是切实可行的，但仍然需要精心地选择，以尽可能在不增加非必要成本的前提下达到期望的部件性能。总之，为您的真空炉选择正确的烧结气氛，将有助于您以更低的成本获得最好的结果。
