blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2023-1-80-85blackmet-2482Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИсследование характеристик сферического порошка, полученного методом плазменного распыления проволоки из коррозионностойкой стали 03Х17Н10М2Properties of spherical metal powder manufactured by plasma spraying of 03Cr17Ni10Mo2 stainless steel wirehttps://orcid.org/0000-0002-8635-0719КапланМ. А.KaplanM. A.

Михаил Александрович Каплан, младший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Mikhail A. Kaplan, Junior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

mkaplan@imet.ac.ruГорбенкоА. Д.GorbenkoA. D.

Артем Дмитриевич Горбенко, инженер-исследователь, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; инженер-исследователь, Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Россия, 143050, Московская область, Одинцовский район, р.п. Большие Вяземы, ул. Институт, владение 5

Artem D. Gorbenko, Research Engineer, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences; Research Engineer, All-Russian Research Institute of Phytopathology

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

5 Institut Str., Bol’shie Vyazemy Vil., Odintsovo District, Moscow Region 143050, Russian Federation

artemgorbenk@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1113-391XИванниковА. Ю.IvannikovA. Yu.

Александр Юрьевич Иванников, к.т.н., старший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Aleksandr Yu. Ivannikov, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

aivannikov@imet.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9574-1957КонушкинС. В.KonushkinS. V.

Сергей Викторович Конушкин, младший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Sergei V. Konushkin, Junior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

venev.55@mail.ruМихайловаА. В.MikhailovaA. V.

Анна Владимировна Михайлова, инженер-исследователь, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; инженер-исследователь, Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Россия, 143050, Московская область, Одинцовский район, р.п. Большие Вяземы, ул. Институт, владение 5

Anna V. Mikhailova, Research Engineer, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences; Research Engineer, All-Russian Research Institute of Phytopathology

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

5 Institut Str., Bol’shie Vyazemy Vil., Odintsovo District, Moscow Region 143050, Russian Federation

mikhannavlad@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9206-7805КирсанкинА. А.KirsankinA. A.

Андрей Александрович Кирсанкин, к.ф-м.н, старший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Andrei A. Kirsankin, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

akirsankin@imet.ac.ruБаикинА. С.BaikinA. S.

Александр Сергеевич Баикин, научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Aleksandr S. Baikin, Research Associate

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

baikinas@mail.ruСергиенкоК. В.SergienkoK. V.

Константин Владимирович Сергиенко, младший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Konstantin V. Sergienko, Junior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

shulf@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0783-1558НасакинаЕ . О.NasakinaE . O.

Елена Олеговна Насакина, старший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Elena O. Nasakina, Senior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

nacakina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4907-951XКолмаковА. Г.KolmakovA. G.

Алексей Георгиевич Колмаков, член-корреспондент РАН, д.т.н., заведующий лабораторией

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Aleksei G. Kolmakov, Corresponding Member of RAS, Dr. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

akolmakov@imet.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2652-8711СевостьяновМ. А.Sevost’yanovM. A.

Михаил Анатольевич Севостьянов, к.т.н, ведущий научный сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; руководитель центра, Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Россия, 143050, Московская область, Одинцовский район, р.п. Большие Вяземы, ул. Институт, владение 5

Mikhail A. Sevost’yanov, Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences; Head of the Center, All-Russian Research Institute of Phytopathology

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

5 Institut Str., Bol’shie Vyazemy Vil., Odintsovo District, Moscow Region 143050, Russian Federation

msevostyanov@imet.ac.ruИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАНРоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологииРоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences; All-Russian Research Institute of PhytopathologyRussian Federation2023010320236618085Copyright © Каплан М.А., Горбенко А.Д., Иванников А.Ю., Конушкин С.В., Михайлова А.В., Кирсанкин А.А., Баикин А.С., Сергиенко К.В., Насакина Е.О., Колмаков А.Г., Севостьянов М.А., 20232023Каплан М.А., Горбенко А.Д., Иванников А.Ю., Конушкин С.В., Михайлова А.В., Кирсанкин А.А., Баикин А.С., Сергиенко К.В., Насакина Е.О., Колмаков А.Г., Севостьянов М.А.Kaplan M.A., Gorbenko A.D., Ivannikov A.Y., Konushkin S.V., Mikhailova A.V., Kirsankin A.A., Baikin A.S., Sergienko K.V., Nasakina E.O., Kolmakov A.G., Sevost’yanov M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2482

В настоящее время порошок со сферическими частицами из коррозионностойких сталей используют в таких распространенных аддитивных методах, как селективное лазерное плавление, селективное лазерное спекание, прямое лазерное спекание, электронно-лучевая плавка и других. Каждый из этих методов предъявляет высокие требования к характеристикам сферических частиц порошка коррозионностойких сталей. Данная работа посвящена получению сферического порошка методом плазменного распыления проволоки диаметром 1 мм из коррозионностойкой стали 03Х17Н10М2 и исследованию характеристик порошка на пригодность для применения в аддитивных методах. Отработана технология получения сферического порошка и изучена зависимость влияния режимов распыления на выход фракции менее 160 мкм, пригодной для аддитивных методов. С увеличением мощности и расхода газа выход фракции менее 160 мкм увеличивается и достигает более 70 %. Полученный порошок обладает высокой текучестью (17,6 ± 1 с), насыпной плотностью (4,15 ± 0,1 г/см3 ), плотностью после утряски (4,36 ± 0,2 г/см3 ) и пригоден для применения в аддитивном производстве. Также изучена зависимость влияния фракции сферического порошка на текучесть, насыпную плотность и плотность после утряски. Наилучшие характеристики получились для фракции –90 мкм: текучесть 16,64 ± 1 с, насыпная плотность 4,16 ± 0,1 г/см3 и плотность после утряски 4,38 ± 0,2 г/см3. Данные показатели соответствуют требованиям, предъявляемым к порошкам, применяемым для аддитивного производства, а именно текучести 50 г порошка менее 30 с и насыпной плотности более 3 г/см3.

Stainless steel spherical powders are commonly used as additives in such manufacturing processes as selective laser melting, selective laser sintering, direct laser sintering, electron beam melting, and others. These processes require high-quality spherical powders. The purpose of this study is to develop a manufacturing process for making spherical powder by plasma spraying of a 1 mm dia. wire, stainless steel 03Cr17Ni10Mo2 (US analog: 316L steel grade) and to analyze the powder suitability for additive manufacturing. We refined the spherical powder manufacturing process and studied the spraying conditions vs. –160 μm fraction yield relationship, since this fraction is required for additive manufacturing. As the arc power gas flow rate increases, the –160 μm fraction yield increases to over 70 %. The powder has high fluidity (17.6 ± 1 s), bulk density (4.15 ± 0.1 g/cm3), and tapped density (4.36 ± 0.2 g/cm3). It is suitable for additive manufacturing applications. We also studied the effect of the spherical powder fraction size distribution on the fluidity, bulk density, and tapped density. The best results (fluidity: 16.64 ± 1 s; bulk density: 4.16 ± 0.1 g/cm3; tapped density: 4.38 ± 0.2 g/cm3) were obtained for –90 μm fraction. With these properties, the powder meets the basic additive manufacturing requirements: less than the 30 s/50 g fluidity, and bulk density exceeding 3 g/cm3.

коррозионностойкая стальплазменное диспергированиесферический порошоксвойства порошковгранулометрический составморфологиятекучестьнасыпная плотностьstainless steelplasma sprayingspherical powderpowder propertiesgrain size distributionmorphologyfluiditybulk densityИсследование выполнено в рамках Госзадания № 075-01176-23-00 при поддержке стипендии Президента СП-4955.2022.4.The study was carried out within the framework of the State Assignment No. 075-01176-23-00 and supported by the Presidential Scholarship SP-4955.2022.4.ReferencesGrabco D., Shikimaka O., Pyrtsac C., Prisacaru A., Barbos Z., Bivol M., Alexandrov S., Vilotic D., Vilotic M. Microstructures generated in AISI 316L stainless steel by Vickers and Berkovich indentations. Materials Science and Engineer­ing: A. 2021; 805: 140597. http://doi.org/10.1016/J.MSEA.2020.140597Grabco D., Shikimaka O., Pyrtsac C., Prisacaru A., Barbos Z., Bivol M., Alexandrov S., Vilotic D., Vilotic M. Microstructures generated in AISI 316L stainless steel by Vickers and Berkovich indentations. Materials Science and Engineer­ing: A. 2021; 805: 140597. http://doi.org/10.1016/J.MSEA.2020.140597Bekmurzayeva A., Duncanson W.J., Azevedo H.S., Kanayeva D. Surface modification of stainless steel for biomedical applications: Revisiting a century-old material. Materials Science and Engineering: C. 2018; 93: 1073–1089. http://doi.org/10.1016/j.msec.2018.08.049Bekmurzayeva A., Duncanson W.J., Azevedo H.S., Kanayeva D. Surface modification of stainless steel for biomedical applications: Revisiting a century-old material. Materials Science and Engineering: C. 2018; 93: 1073–1089. http://doi.org/10.1016/j.msec.2018.08.049Sheik S., Tirumalla A., Gurrala A.K., Mohammed R. Effect of microstructural morphology on corrosion susceptibility of austenitic and super austenitic stainless steels. Materials Today: Proceedings. 2022; 66(2): 514–518. http://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.06.113Sheik S., Tirumalla A., Gurrala A.K., Mohammed R. Effect of microstructural morphology on corrosion susceptibility of austenitic and super austenitic stainless steels. Materials Today: Proceedings. 2022; 66(2): 514–518. http://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.06.113Feng W., Wang Z., Sun Q., He Y., Sun Y. Effect of thermomechanical processing via rotary swaging on grain boun­dary character distribution and intergranular corrosion in 304 austenitic stainless steel. Journal of Materials Research and Technology. 2022; 19: 2470–2482. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.06.032Feng W., Wang Z., Sun Q., He Y., Sun Y. Effect of thermomechanical processing via rotary swaging on grain boun­dary character distribution and intergranular corrosion in 304 austenitic stainless steel. Journal of Materials Research and Technology. 2022; 19: 2470–2482. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.06.032Mehta H., Kaur G., Chaudhary G.R., Prabhakar N., Kaul S., Singhal N.K. Evaluation of corrosion resistant, antimicrobial and cytocompatible behaviour of cobalt based metallosurfactants self-assembled monolayers on 316L stainless steel surface. Surface and Coatings Technology. 2022; 444: 128657. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128657Mehta H., Kaur G., Chaudhary G.R., Prabhakar N., Kaul S., Singhal N.K. Evaluation of corrosion resistant, antimicrobial and cytocompatible behaviour of cobalt based metallosurfactants self-assembled monolayers on 316L stainless steel surface. Surface and Coatings Technology. 2022; 444: 128657. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128657Wongpanya P., Wongpinij T., Photongkam P., Siritapetawee J. Improvement in corrosion resistance of 316 L stainless steel in simulated body fluid mixed with antiplatelet drugs by coating with Ti-doped DLC films for application in biomaterials. Corrosion Science. 2022; 208: 110611. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110611Wongpanya P., Wongpinij T., Photongkam P., Siritapetawee J. Improvement in corrosion resistance of 316 L stainless steel in simulated body fluid mixed with antiplatelet drugs by coating with Ti-doped DLC films for application in biomaterials. Corrosion Science. 2022; 208: 110611. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110611Zhang D.H., Meng X.C., Zuo G.Z., Huang M., Li L., Xu W., Li C.L., Tang Z.L., Yuan J.S., Liu Y.B., Cao X.G. Study of the corrosion characteristics of 304 and 316L stainless steel in the static liquid lithium. Journal of Nuclear Mate­rials. 2021; 553: 153032. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153032Zhang D.H., Meng X.C., Zuo G.Z., Huang M., Li L., Xu W., Li C.L., Tang Z.L., Yuan J.S., Liu Y.B., Cao X.G. Study of the corrosion characteristics of 304 and 316L stainless steel in the static liquid lithium. Journal of Nuclear Mate­rials. 2021; 553: 153032. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153032Каплан М.А., Иванников А.Ю., Конушкин С.В., Насакина Е.О., Баикин А.С., Картабаева Б.Б., Горбенко А.Д., Колмаков А.Г., Севостьянов М.А. Исследование структуры, механических и антибактериальных свойств коррозионностойкой стали, легированной серебром и титаном. Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. 2022; 502(1): 41–49. http://doi.org/10.31857/S268695352201006XKaplan M.A., Ivannikov A.Yu., Konushkin S.V., Nasa­kina E.O., Baikin A.S., Kartabaeva B.B., Gorbenko A.D., Kolmakov A.G., Sevost’yanov M.A. Study of the structure, mechanical characteristics, and antibacterial properties of corrosion-resistant steel alloyed with silver and titanium. Doklady Chemistry. 2022; 502(2): 37–44. https://doi.org/10.1134/S001250082202001XBrooks E.K., Brooks R.P., Ehrensberger M.T. Effects of simu­lated inflammation on the corrosion of 316L stainless steel. Materials Science and Engineering: C. 2017; 71: 200–205. http://doi.org/10.1016/j.msec.2016.10.012Brooks E.K., Brooks R.P., Ehrensberger M.T. Effects of simu­lated inflammation on the corrosion of 316L stainless steel. Materials Science and Engineering: C. 2017; 71: 200–205. http://doi.org/10.1016/j.msec.2016.10.012Singh R., Gupta A., Tripathi O., Srivastava S., Singh B., Awasthi A., Rajput S.K., Sonia P., Singhal P., Saxena K.K. Powder bed fusion process in additive manufacturing: An overview. Materials Today: Proceedings. 2020; 26(2): 3058–3070. http://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.635Singh R., Gupta A., Tripathi O., Srivastava S., Singh B., Awasthi A., Rajput S.K., Sonia P., Singhal P., Saxena K.K. Powder bed fusion process in additive manufacturing: An overview. Materials Today: Proceedings. 2020; 26(2): 3058–3070. http://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.635Ngo T.D., Kashani A., Imbalzano G., Nguyen K.T.Q., Hui D. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges. Composites Part B: Engineering. 2018; 143: 172–196. http://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.02.012Ngo T.D., Kashani A., Imbalzano G., Nguyen K.T.Q., Hui D. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges. Composites Part B: Engineering. 2018; 143: 172–196. http://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.02.012Haselhuhn A.S., Wijnen B., Anzalone G.C., Sanders P.G., Pearce J.M. In situ formation of substrate release mechanisms for gas metal arc weld metal 3-D printing. Journal of Materials Processing Technology. 2015; 226: 50–59. http://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.06.038Haselhuhn A.S., Wijnen B., Anzalone G.C., Sanders P.G., Pearce J.M. In situ formation of substrate release mechanisms for gas metal arc weld metal 3-D printing. Journal of Materials Processing Technology. 2015; 226: 50–59. http://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.06.038Yap C.Y., Chua C.K., Dong Z.L., Liu Z.H., Zhang D.Q., Loh L.E., Sing S.L. Review of selective laser melting: Mate­rials and applications. Applied Physics Reviews. 2015; 2(4): 241101. http://doi.org/10.1063/1.4935926Yap C.Y., Chua C.K., Dong Z.L., Liu Z.H., Zhang D.Q., Loh L.E., Sing S.L. Review of selective laser melting: Mate­rials and applications. Applied Physics Reviews. 2015; 2(4): 241101. http://doi.org/10.1063/1.4935926Chen Q., Thouas G.A. Metallic implant biomaterials. Materials Science and Engineering: R: Reports. 2015; 87: 1–57. http://doi.org/10.1016/j.mser.2014.10.001Chen Q., Thouas G.A. Metallic implant biomaterials. Materials Science and Engineering: R: Reports. 2015; 87: 1–57. http://doi.org/10.1016/j.mser.2014.10.001Egger G., Gygax P.E., Glardon R., Karapatis N.P. Optimization of powder layer density in selective laser sintering. In: 10th Int. Solid Freeform Fabrication Symp. 1999: 255–263. http://doi.org/10.26153/tsw/746Egger G., Gygax P.E., Glardon R., Karapatis N.P. Optimization of powder layer density in selective laser sintering. In: 10th Int. Solid Freeform Fabrication Symp. 1999: 255–263. http://doi.org/10.26153/tsw/746Sing S.L., An J., Yeong W.Y., Wiria F.E. Laser and electron-beam powder-bed additive manufacturing of metallic implants: A review on processes, materials and designs. Journal of Orthopedic Research. 2016; 34(3): 369–385. http://doi.org/10.1002/jor.23075Sing S.L., An J., Yeong W.Y., Wiria F.E. Laser and electron-beam powder-bed additive manufacturing of metallic implants: A review on processes, materials and designs. Journal of Orthopedic Research. 2016; 34(3): 369–385. http://doi.org/10.1002/jor.23075Ganesan V.V., Amerinatanzi A., Jain A. Discrete Element Modeling (DEM) simulations of powder bed densification using horizontal compactors in metal additive manufacturing. Powder Technology. 2022; 405: 117557. http://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.117557Ganesan V.V., Amerinatanzi A., Jain A. Discrete Element Modeling (DEM) simulations of powder bed densification using horizontal compactors in metal additive manufacturing. Powder Technology. 2022; 405: 117557. http://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.117557Zhai W., Zhou W., Nai S.M.L., Wei J. Characterization of nanoparticle mixed 316 L powder for additive manufacturing. Journal of Materials Science & Technology. 2020; 47:162–168. http://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.02.019Zhai W., Zhou W., Nai S.M.L., Wei J. Characterization of nanoparticle mixed 316 L powder for additive manufacturing. Journal of Materials Science & Technology. 2020; 47:162–168. http://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.02.019Колмаков А.Г., Иванников А.Ю., Каплан М.А., Кирсанкин А.А., Севостьянов М.А. Коррозионностойкие стали в аддитивном производстве. Известия вузов. Черная металлургия. 2021; 64(9): 619–650. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-9-619-650Kolmakov A.G., Ivannikov A.Yu., Kaplan M.A., Kirsan­kin A.A., Sevost’yanov M.A. Corrosion-resistant steels in additive manufacturing. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021; 64(9): 619–650. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-9-619-650

The authors declare that there are no conflicts of interest present.