高氮奥氏体不锈钢是以氮元素部分或完全取代镍元素使其组织奥氏体化的一种新型工程材料,由于其优异的机械性能、良好的耐磨耐蚀性及生物相容性成为研究者关注的焦点,并在诸多领域呈现出巨大的应用前景。其中,氮作为促进奥氏体形成和稳定的合金元素,其含量与分布状态直接影响着高氮钢的物相组成和显微结构,并最终决定其综合性能。因此,揭示氮的赋存与迁移行为并明晰高氮粉末制备过程的增氮机制,对于促进高氮钢的推广应用具有重要的学术价值和实际意义。采用“熔炼-气雾化”法以不同氮含量球形Fe Cr17Mn11Mo3Nx粉末的可控制备为研究目标,首先通过建立钢液增氮热力学模型,并结合热力学相图计算指导实验执行的参数设置和分析方案的可行性。在此基础上,通过“熔炼-气雾化”法探究制备工艺参数对粉末物相组成和结构特征的影响规律,进而揭示增氮机制,优化球形粉末的制备工艺。基于此,将制备的高质量球形Fe Cr17Mn11Mo3Nx粉末应用于增材制造,探究其成形性,具体研究内容及结果如下:采用“熔炼-气雾化”法进行了不同含氮粉末的制备,分析了气雾化压力及腔室压力对粉末特性的影响。结果表明,随着气雾化压力及腔室压力的提高,不规则粉末颗粒逐渐减少甚至消失,粉末表面趋于光滑圆整,粒度分布变窄,细粉产率提高,且气雾化压力对粉末细化起主导作用。此外,粉末氮含量也随之增加,其中Ar熔炼-N2雾化过程仅存在气雾化增氮机制,增氮效果不明显,而N2熔炼-N2雾化过程则呈现熔炼及气雾化过程协同增氮机制,粉末氮含量明显升高,且高压N2熔炼增氮更为显著。采用添加Mn N合金+高压N2熔炼-高压N2雾化的方法进行了高氮粉末的制备。结果表明,粉末氮含量随熔炼压力的升高而显著增加,当熔炼压力为0.1 MPa时,粉末氮含量为0.703 wt%,以γ-奥氏体相为主含有少量残余δ-铁素体相的混合相组成;当熔炼压力为0.3、0.5和0.7 MPa时,粉末氮含量分别为0.836 wt%、0.932 wt%和1.010 wt%,且均以单一的γ-奥氏体相组成。其中,熔体增氮占主导地位且主要表现为Mn N合金溶解增氮,气雾化过程仅存在微弱或无增氮效应。耦合高压条件下的快速气雾化可有效控氮,最终制备出粒度均匀细小、具有快速凝固组织结构及较高氮含量的球形粉末。基于上述分析结果,确定最佳的高氮粉末制备工艺为添加Mn N合金+高压N2熔炼-高压N2雾化,工艺参数为:熔炼压力0.7MPa,熔体喷吹压力0.9 MPa,气雾化压力3.0 MPa。分析不同粉末表层的氮元素浓度分布及存在状态,结果表明Ar熔炼-N2雾化粉末仅在其表面形成约10 nm的微氮层,且主要以固溶态、吸附态及化合态的形式存在,粉末内部则仅表现为“痕迹量”的氮;而在N2熔炼-N2雾化含氮及高氮粉末中,氮除了主要以固溶态形式存在于粉末基体外,表面还存在少量吸附态和化合态的形式,且其随刻蚀深度的增加逐渐减少至消失。基于选择性激光熔化技术进行了不同粉末的成形性实验研究。结果表明,随着激光体能量密度的增加,成形样品内部孔隙缺陷减少、致密性提高、氮含量降低且δ-铁素体相体积分数增加。在SLM成形参数为:激光功率P=180 W,扫描速率v=700 mm·s-1,扫描间距h=50μm,光斑直径D=50μm,铺粉厚度d=40μm的条件下,含氮/高氮粉末表现出较好的成形性。图79幅;表14个;参249篇。