中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著航空航天、生物醫(yī)療、消費(fèi)電子、光伏儲(chǔ)能等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芙饘俜勰┬枨蟮募ぴ�，傳統(tǒng)霧化技術(shù)難以滿足高純度、高球形度等嚴(yán)苛要求。以等離子旋轉(zhuǎn)電極法、射頻等離子球化技術(shù)為代表的先進(jìn)工藝，正推動(dòng)金屬粉體制備向精細(xì)化、功能化方向發(fā)展。
傳統(tǒng)霧化制粉
傳統(tǒng)霧化制粉技術(shù)主要有氣霧化法和水霧化法兩種。
水霧化制粉是通過(guò)高壓水流沖擊熔融金屬液流，使其破碎成細(xì)小液滴并快速冷卻凝固的工藝，具有成本低、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，但粉末形狀不規(guī)則且氧含量較高，多用于鋼鐵粉末等中低端產(chǎn)品。
氣霧化制粉則利用高速惰性氣體（如氬氣）破碎金屬液流，分為真空感應(yīng)熔煉氣霧化（VIGA）和電極感應(yīng)氣霧化（EIGA）：VIGA在真空環(huán)境中熔煉金屬，適用于鐵基、鎳基合金；EIGA通過(guò)感應(yīng)加熱熔化電極棒，適合活性金屬（如鈦合金），兩者均能獲得高球形度（>90%）、低氧含量（<0.2%）的粉末。
傳統(tǒng)霧化制粉的瓶頸包括：
空心粉缺陷：氣霧化中氣體動(dòng)能不足導(dǎo)致液滴冷卻不均，形成空心結(jié)構(gòu)，影響粉末致密度；
細(xì)粉收得率低：氣霧化細(xì)粉（<20μm）收得率不足30%，水霧化則因冷卻過(guò)快導(dǎo)致粉末不規(guī)則；
氧污染風(fēng)險(xiǎn)：水霧化易引入氧化雜質(zhì)，活性金屬霧化時(shí)氧含量控制困難；
能耗高：氣霧化需高壓氣體系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)換效率低于40%。
等離子旋轉(zhuǎn)電極法（PREP）
等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法（PREP）是一種離心霧化法，將母合金加工成棒料，作為自耗電極，在惰性氣體環(huán)境下，以等離子弧作為熱源加熱旋轉(zhuǎn)的金屬棒料，端面逐漸熔化形成金屬熔體，在離心力的作用下，熔融的金屬被破碎成熔滴，然后以極快的速度飛出，并在表面張力作用下冷卻凝固成球形粉末。
優(yōu)勢(shì)：純凈度高，惰性氣體保護(hù)下制備，氧含量可低于0.15%，幾乎無(wú)空心粉和衛(wèi)星粉；球形度優(yōu)異，液滴球化時(shí)間長(zhǎng)，表面光滑，流動(dòng)性好，適合激光增材制造。
局限：電極棒尺寸限制導(dǎo)致細(xì)粉收得率低（<45μm粉末難量產(chǎn)）；設(shè)備復(fù)雜，單次裝料生產(chǎn)效率低，成本高達(dá)氣霧化法的3倍。
代表企業(yè)有： 西安賽隆增材技術(shù)股份有限公司、中航邁特增材科技（北京）有限公司。
等離子熔絲霧化法（PA）
等離子熔絲霧化（PA）制粉技術(shù)最早由加拿大AP&C公司發(fā)明。以金屬絲材作為加工原料，采用高溫等離子體加熱熔化連續(xù)進(jìn)給的金屬絲材，絲材熔化的同時(shí)對(duì)其霧化，形成的微液滴在表面張力作用下收縮球化，并在下落過(guò)程中冷卻為球形粉末顆粒。PA技術(shù)因熔融與霧化過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，提高了制粉的效率。整個(gè)工藝處于惰性氣體的保護(hù)下，且粉末制備過(guò)程中不接觸坩堝、噴嘴等，保證了粉末的純凈度。
PA技術(shù)制得的粉末粒徑在20~45µm，細(xì)粉收得率可達(dá)60%~70%。但是，由于其加工原料為絲材，對(duì)材料的加工性能要求較高，限制了難加工金屬材質(zhì)粉末的制備；同時(shí)，絲材的加工提高了工藝的成本。
射頻等離子球化技術(shù)
射頻等離子體球化是利用直流電弧或射頻等離子體為熱源對(duì)氣體進(jìn)行加熱，通過(guò)載氣送粉裝置將原料粉末送入到高溫等離子區(qū)域中吸熱熔融，在表面張力作用下形成球形液滴，隨后液滴經(jīng)過(guò)極大的溫度梯度冷卻凝固成粉末的技術(shù)。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)有：無(wú)電極污染，射頻感應(yīng)產(chǎn)生高溫等離子體，熔融不規(guī)則粉體后球化；可處理鎢、鉬等高熔點(diǎn)金屬，球化率超95%。
應(yīng)用案例：湖南天際智慧材料科技有限公司已實(shí)現(xiàn)球形鎢、鉭、氧化釔、高純氧化鋁、氧化鎂等產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。
超聲振動(dòng)霧化法
超聲振動(dòng)霧化技術(shù)通過(guò)功率源發(fā)生器將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電磁振蕩，提供給超聲換能器，超聲換能器借助壓電晶體的伸縮效應(yīng)將高頻電磁振蕩轉(zhuǎn)化為微弱的機(jī)械振動(dòng)，然后再將機(jī)械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)位移或者將機(jī)械振動(dòng)的速度放大，再傳給超聲工具頭，最終通過(guò)超聲的高速脈動(dòng)氣流擊破金屬液流，將金屬液滴霧化成不同粒度的液滴。
超聲振動(dòng)霧化技術(shù)突破傳統(tǒng)氣霧化粒徑下限，實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)鎢粉制備；振動(dòng)能替代部分氣體動(dòng)能，能耗降低40%。但熔滴冷卻速度過(guò)快導(dǎo)致衛(wèi)星粉聚集，而且設(shè)備維護(hù)成本高，暫未實(shí)現(xiàn)＞100kg/h的連續(xù)生產(chǎn)。
結(jié)語(yǔ)
從航空航天到生物醫(yī)療，高端金屬粉體的制備技術(shù)正朝著高純化、球形化、功能化方向加速演進(jìn)。盡管等離子法等先進(jìn)制粉工藝仍面臨成本與規(guī)�；魬�(zhàn)，但其在解決關(guān)鍵領(lǐng)域“卡脖子”問(wèn)題中的價(jià)值已不容忽視。
參考來(lái)源：
隋毅，等：等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉研究現(xiàn)狀
鄒海平，等：3D打印用金屬粉末的制備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
王利卿，等: 氣霧化球形金屬粉末形成機(jī)理的研究進(jìn)展
張朔，等：霧化法制備金屬粉末及其研究進(jìn)展
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