金属粉末的制备方法及基本原理
金属粉末直接烧结法
⾦属粉末直接烧结法⼀、引⾔⾦属粉末直接烧结法是⼀种制造⾦属零件的重要⽅法，具有近净成形、节能环保等优点。
此技术是将⾦属粉末经过成形、烧结和后处理等⼯序，最终得到具有所需形状、结构和性能的⾦属零件。
本⽂将详细介绍⾦属粉末直接烧结法的原理、⼯艺流程、应⽤领域以及发展前景。
⼆、⾦属粉末直接烧结法的基本原理⾦属粉末直接烧结法的基本原理是将⾦属粉末加热⾄其熔点以下的温度，使其在固态下通过原⼦或分⼦的扩散和流动，实现粉末颗粒之间的结合，形成具有所需形状和性能的⾦属零件。
在烧结过程中，⾦属粉末的表⾯会形成液相，有助于颗粒之间的润湿和结合。
随着温度的升⾼，原⼦或分⼦的扩散和流动速度加快，使得颗粒之间的结合更加紧密，最终得到⾼致密度的⾦属零件。
三、⾦属粉末直接烧结法的⼯艺流程1.制备⾦属粉末：根据所需零件的材质和性能要求，选择合适的⾦属粉末。
⾦属粉末的粒度、纯度、松装密度等参数对最终零件的性能有重要影响。
2.成形：将⾦属粉末装⼊模具中，施加压⼒或磁场等外⼒，使粉末在模具内成形为所需形状的坯体。
成形的⽅法有多种，如压制成形、注射成形等。
3.烧结：将成形后的坯体加热⾄烧结温度，使粉末颗粒之间发⽣结合，形成具有所需强度和致密度的⾦属零件。
烧结温度和时间的选择是关键因素，直接影响零件的性能。
4.后处理：烧结后的零件可能需要进⾏热处理、机加⼯、表⾯处理等后处理⼯序，以提⾼其性能和满⾜使⽤要求。
四、⾦属粉末直接烧结法的应⽤领域⾦属粉末直接烧结法具有⼴泛的应⽤领域，包括汽⻋制造、航空航天、电⼦、医疗器械等。
在汽⻋制造领域，利⽤⾦属粉末直接烧结法可以制造⾼性能的发动机零件、⻮轮、刹⻋盘等。
在航空航天领域，该⽅法可⽤于制造轻质⾼强的航空结构件、发动机零件等。
在电⼦领域，可以制造⾼性能的电⼦元件和电路板。
在医疗器械领域，可以制造⾼精度、⾼耐磨性的⽛科种植体、⻣科⼿术⽤具等。
五、⾦属粉末直接烧结法的发展前景随着科技的不断进步和⼯业⽣产的快速发展，⾦属粉末直接烧结法在技术进步和应⽤拓展⽅⾯具有⼴阔的发展前景。
粉末冶金成型
2.高速压制
瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是 粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采 用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关 键是压制速度比传统快500～1000倍,其压头速度高 达2～30m/s,因而适用于大批量生产。液压驱动的 重锤(5～1200kg)可产生强烈冲击波,0.02s内将压 制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量 与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。
（2）生坯强度高
常规工艺的生坯强度约为10~20MPa，温压压坯的强度则为 25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降 低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备 形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免 去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压烧结连杆制备中表现得尤为明显。
温压成型技术发展趋势： 预合金化粉末的制造技术； • 新型聚合物润滑剂的设计； • 石墨粉末有效添加技术； • 无偏析粉末的制造技术； • 温压系统制备技术。
温压成型技术应用：
温压技术主要适合生产铁基合金零件。同时人们正在 尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件。由于温压 零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉 末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造 机械制 造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景。
6.注射成形技术
Injection molding technology
金属粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用 而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶 瓷粉的特殊成形方法。它是使用大量热塑性粘结剂与 粉料一起注入成形模中，施于低而均匀的等静压力， 使之固结成形，然后脱粘结剂烧结。
5.注射成形技术
美国开发出一种能在室温下生产全致密零 件而无需后续烧结的粉末冶金工艺。此工艺称 之为“冷成形粉末冶金”。 它采用特殊配制的活化溶液与革新的进料 靴技术,在压力下精确地将粉末注入模中。加 压输送的进料靴使粉末填充更加均匀,而活性 溶液则防止形成氧化物,从而大大促进了冷焊 效应。
铁精粉技术原理
铁精粉技术原理简介铁精粉技术是一种常用的金属粉末制备工艺，它具有高效、环保、低成本等优势。
本文将从铁精粉技术的原理入手，介绍其工作过程和关键技术。
工作原理铁精粉技术是通过矿石的浸出和还原等工艺，将铁矿石转化为铁粉。
其基本工作原理主要包括矿石浸出、浸出液的分离和还原。
矿石浸出矿石浸出是指将铁矿石与化学溶剂接触，使铁矿石中的铁元素溶解出来。
常用的浸出方法有酸浸法、氯化浸法等。
其中，酸浸法是最常用的方法，其原理是通过溶剂的酸性，使矿石中的铁元素离子化，从而实现铁的溶解。
浸出液的分离矿石浸出后，得到的是含有铁离子的溶液，需要将其中的杂质分离。
一般采用沉淀、过滤等方法将杂质去除，得到纯净的铁溶液。
还原将得到的铁溶液经过还原反应，将其中的铁元素还原成铁粉。
常用的还原剂有碳、氢气等。
在还原反应中，通过合适的温度、气氛等条件，将铁溶液中的铁离子还原成金属铁。
关键技术铁精粉技术中涉及到许多关键技术，下面将介绍其中的几个重要部分。
矿石选择矿石的选择是铁精粉技术中至关重要的一步。
不同的铁矿石成分不同，对应的浸出条件和还原反应也会有差异。
因此，在选择矿石时需要考虑其成分、矿石的可得性等因素。
浸出条件浸出条件主要包括酸性、温度、浸出时间等。
不同的矿石需要适用不同的浸出条件，以实现最佳的浸出效果。
浸出条件的优化可以提高铁溶液的浓度和纯度，为后续步骤提供良好基础。
还原反应条件还原反应条件也是铁精粉技术中的关键环节。
合适的温度、气氛、还原剂比例等条件可以提高还原效果，获得高纯度的铁粉。
粉末处理在铁精粉技术中，得到的铁粉通常需要进行处理，以获得所需的粒度和形态。
常用的处理方法包括粉碎、筛分等，可以获得不同粒径的铁粉。
应用前景铁精粉技术具有广泛的应用前景。
铁精粉可以作为重要的原料，用于制备磁性材料、金属陶瓷材料等。
此外，铁精粉还可以用于电子行业、冶金行业等多个领域。
随着科技的发展，对铁精粉的需求将会越来越大，其应用前景十分广阔。
结论铁精粉技术是一种重要的金属粉末制备工艺，具有高效、环保、低成本等优势。
粉末冶金的定义
粉末冶金的定义粉末冶金是一种通过将金属或非金属粉末进行冶炼和成形的加工方法。
粉末冶金技术广泛应用于制造业中，包括航空航天、汽车、电子、医疗器械等行业。
本文将从粉末冶金的定义、原理、工艺流程和应用领域等方面进行介绍。
粉末冶金是一种以金属或非金属粉末为原料，通过粉末的加工和烧结等工艺，制造出具有特定形状和性能的零部件的方法。
相比传统的加工方法，粉末冶金具有独特的优势。
首先，粉末冶金能够制造出复杂的形状，例如孔洞、槽口和凹凸等。
其次，粉末冶金能够制造出高精度的零件，满足不同行业对产品精度的要求。
此外，粉末冶金还能够制造出具有特殊性能的材料，例如高强度、耐磨、耐腐蚀等。
粉末冶金的基本原理是将金属或非金属原料粉末通过特定的工艺进行成型和烧结。
首先，将金属或非金属原料粉末进行混合，可以根据需要添加一定比例的添加剂。
然后，将混合后的粉末进行成型，常用的成型方法有压制、注射成型和挤压成型等。
成型后的粉末零件具有一定的强度和形状，但还不能满足使用要求，需要进行烧结。
烧结是将成型后的粉末零件在高温下进行热处理，使粉末颗粒之间发生结合，形成致密的材料。
粉末冶金的工艺流程主要包括原料制备、混合、成型、烧结和后处理等环节。
首先，需要对金属或非金属原料进行制备，通常采用机械研磨、球磨和化学还原等方法。
制备好的原料粉末需要进行混合，以保证成品的均匀性。
混合的方法有干法混合和湿法混合两种。
接下来，将混合后的粉末进行成型，可以根据需要选择不同的成型方法。
成型后的粉末零件需要进行烧结，烧结温度和时间根据原料和产品要求进行调控。
最后，对烧结后的产品进行后处理，包括热处理、表面处理和精加工等。
粉末冶金技术在众多领域中得到了广泛应用。
首先，在航空航天领域，粉末冶金技术可以制造出轻质高强度的零部件，提高航空器的性能。
其次，在汽车工业中，粉末冶金技术可以制造出高强度、耐磨的发动机零部件，提高汽车的可靠性和经济性。
此外，粉末冶金技术还可以应用于电子行业，制造出高导电性和磁导率的材料，用于电子元器件的制造。
粉末锻造的原理
粉末锻造的原理粉末锻造是一种制备金属部件的先进加工技术，通过将金属粉末充填到模具中，加热和施加压力来形成所需形状的零件。
粉末锻造的原理是通过压实和固化金属粉末颗粒以实现物体的成型。
粉末锻造的工艺流程包括粉末制备、配料、均匀混合、充填、固化、去模和后处理等步骤。
其主要原理是粉末颗粒之间的金属原子通过扩散和结合形成致密的结构。
首先，在粉末锻造的工艺中，比较常用的金属粉末包括铝、铜、铁、钢、镍、钛等。
这些金属粉末可以通过物理或化学方法制备得到，确保其具有一定的颗粒度和形状。
其次，在配料的过程中，可以根据所需的材料性能和工艺要求，添加适量的合金元素或添加剂。
这些合金元素可以提高金属的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性等，以满足不同应用场景下的需求。
混合是工艺中关键的一步，要确保金属粉末和合金元素或添加剂能够充分混合均匀。
这通常使用一些机械方法，如球磨、搅拌或振荡来实现。
混合的目的是提高金属粉末和合金元素之间的联系，以确保成型后的零件具有一定的机械性能。
接下来，将混合好的粉末充填到预先设计好的模具中。
模具的设计是根据所需零件的形状和尺寸来确定的。
在充填过程中，需要一定的压力和振动来使粉末颗粒更加紧密地堆积在一起，以确保成型后的零件具有一定的密实性。
在固化的过程中，施加热量和压力使金属粉末颗粒之间的原子扩散，从而形成颗粒之间的结合。
热量的加入会使金属粉末迅速升温，达到金属的熔点或接近熔点的温度，从而使金属粉末之间的颗粒结合成为固态金属。
而压力的加入可以有效减缓粉末颗粒的扩散速度，防止粉末颗粒的粘结不均匀，同时增加了成型零件的致密性。
完成固化后，可以将模具移除，得到成型的零件。
这时，零件已经具备一定的机械性能和致密结构。
然而，由于粉末锻造过程中需要施加高温和高压，所以成型后的零件通常还需要进行热处理和后处理的工艺。
总之，粉末锻造的原理是通过压实和固化金属粉末颗粒，使其形成致密的结构，进而得到所需形状的金属零件。
这种先进的加工方法具有高精度、高效率和可控性好等优点，可以应用于航空航天、汽车制造、医疗设备等众多领域。
粉末冶金原理知识要点
粉末冶⾦原理知识要点1粉末冶⾦的特点：粉末冶⾦在技术上和经济上具有⼀系列的特点。
从制取材料⽅⾯来看，粉末冶⾦⽅法能⽣产具有特殊性能的结构材料、功能材料和复合材料。
(1)粉末冶⾦⽅法能⽣产普通熔炼法⽆法⽣产的具有特殊性能的材料：1)能控制制品的孔隙度；2)能利⽤⾦属和⾦属、⾦属和⾮⾦属的组合效果，⽣产各种特殊性能的材料；3)能⽣产各种复合材料；(2)粉末冶⾦⽅法⽣产的某些材料，与普通熔炼法相⽐，性能优越：1)⾼合⾦粉末冶⾦材料的性能⽐熔铸法⽣产的好；2)⽣产难熔⾦属材料和制品，⼀般要依靠粉末冶⾦法；从制造机械零件⽅⾯来看，粉末冶⾦法制造的机械零件时⼀种少切削、⽆切削的新⼯艺，可以⼤量减少机加⼯量，节约⾦属材料，提⾼劳动⽣产率。
总之，粉末冶⾦法既是⼀种能⽣产具有特殊性能材料的技术，⼜是⼀种制造廉价优质机械零件的⼯艺。
2粉末冶⾦的⼯艺过程（1）⽣产粉末。
粉末的⽣产过程包括粉末的制取、粉料的混合等步骤。
为改善粉末的成型性和可塑性通常加⼊汽油、橡胶或⽯蜡等增塑剂。
（2）压制成型。
粉末在500~600MPa压⼒下，压成所需形状。
（3）烧结。
在保护⽓氛的⾼温炉或真空炉中进⾏。
烧结不同于⾦属熔化，烧结时⾄少有⼀种元素仍处于固态。
烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等⼀系列的物理化学过程，成为具有⼀定孔隙度的冶⾦产品。
（4）后处理。
⼀般情况下，烧结好的制件可直接使⽤。
但对于某些尺⼨要求精度⾼并且有⾼的硬度、耐磨性的制件还要进⾏烧结后处理。
后处理包括精压、滚压、挤压、淬⽕、表⾯淬⽕、浸油、及熔渗等。
现代粉末冶⾦的主要⼯艺过程⽣产粉末制坯烧结3、粉末冶⾦发展中的三个重要标志：第⼀是克服了难熔⾦属（如钨、钼等）熔铸过程中产⽣的困难第⼆是本世纪30年代⽤粉末冶⾦⽅法制取多孔含油轴承取得成功第三是向更⾼级的新材料新⼯艺发展。
4、怎样理解“粉末冶⾦技术既古⽼⼜年轻”？粉末冶⾦是⼀项新兴技术，但也是⼀项古⽼技术。
粉末烧结原理
粉末烧结原理
粉末烧结是一种常用的金属粉末加工技术，用于将细粉末颗粒通过加热和压制的方式，形成致密的固体材料。
其工作原理可简述如下：
1. 粉末制备：首先需要选择合适的金属粉末或其混合物，这些粉末通常具有较小的粒径和均匀的颗粒大小。
粉末制备过程可以包括球磨、气雾化、水热合成等手段，以获得所需的粉末。
2. 粉末混合：将所选的金属粉末混合均匀，以确保最终烧结体具有均一的组织结构和化学成分。
3. 压制成型：将混合的金属粉末置于模具中，并施加高压力以压制粉末。
压制的目的是使粉末颗粒之间发生变形，并使颗粒间的物理接触增加，促进后续烧结过程中的颗粒结合。
4. 烧结：将已压制成型的粉末坯体置于高温环境中进行加热处理。
在加热过程中，金属粉末颗粒之间发生扩散和结合，生成新的结晶颗粒，并形成致密的固体结构。
具体的烧结温度和时间取决于所使用的粉末和目标材料。
5. 冷却处理：完成烧结过程后，将烧结体从高温环境中取出，并进行冷却处理，使其达到室温。
冷却过程有助于固化和稳定烧结体的结构，并提高其力学性能。
总的来说，粉末烧结通过压制和加热金属粉末，使其颗粒结合并形成坚固的体材料。
这种方法可用于制备各种金属材料，具
有较高的加工效率和良好的成型能力，广泛应用于金属制造和材料工程领域。
学习粉末化知识点总结
学习粉末化知识点总结一、粉末化的基本原理粉末化是一种将固体物质通过机械、化学等方法加工成粉末状的技术。
粉末化的基本原理包括两个方面，即原料的分散和粉末的形成。
1. 原料的分散原料的分散是指将固体材料分解成微小的颗粒，使其具有较大的表面积和接触面积，有利于后续的加工和应用。
原料的分散可以通过机械力、化学反应、物理方法等途径实现。
其中，机械分散是最常见的方法，通过机械设备对原料进行机械作用，使其分解成粉末状。
2. 粉末的形成粉末的形成是指经过分散处理后的原料形成粉末状的过程。
这一过程可以通过气流、冷却、干燥等方法实现。
其中，气流粉末化是目前应用最广泛的方式，通过气流将分散的原料吹散成粉末，再经过一系列处理步骤形成成品。
二、粉末化的应用领域粉末化技术具有广泛的应用领域，主要体现在材料加工、制备和利用等方面。
以下是几个典型的应用领域：1. 金属粉末冶金金属粉末冶金是利用粉末化技术对金属材料进行制备和加工的一种方法。
通过将金属原料粉末化后，再经过成型、烧结等步骤得到成品材料，广泛应用于机械制造、汽车工业、航空航天等领域。
2. 陶瓷粉末制备陶瓷粉末制备是将陶瓷原料通过粉末化技术制备成陶瓷粉末，再经过模压、烧结等步骤形成成品陶瓷制品。
陶瓷粉末制备广泛应用于建筑材料、电子元器件、化工等领域。
3. 药物制备药物制备是将药物原料通过粉末化技术制备成微粉末，再经过制剂、配方等步骤制备成成品药物。
药物制备领域对粉末化技术的要求较高，要求粉末具有均一的颗粒大小和分布，适合于药物的制剂和使用。
4. 化学工程化学工程领域利用粉末化技术进行原料的分散、混合和反应，以制备化工原料和产品。
粉末化技术在化学工程领域有着广泛的应用，可提高原料的可溶性和可反应性，有利于化工生产的进行和利用。
5. 其他领域除了以上几个典型的应用领域，粉末化技术在生物科学、环境保护、食品工业等领域也有着应用。
粉末化技术的发展和应用对材料制备和加工有着重要的影响，有着广泛的前景和应用价值。
黄培云粉末冶金原理
黄培云粉末冶金原理主要是指通过将金属粉末或者合金粉末在一定的温度、压力和气氛条件下进行烧结或者热塑性加工，从而制备出具有一定形状和性能的金属零部件的工艺过程。
黄培云粉末冶金原理的核心包括以下几个方面：
1. 粉末制备：首先需要将金属或者合金的块状材料通过机械方法加工成粉末，这通常包括粉碎、球磨等过程，以获得所需颗粒大小和形状的金属粉末。
2. 模具成型：将金属粉末放入模具中，在一定的温度和压力下对粉末进行成型，使其具备一定的初步形状。
3. 烧结或热塑性加工：经过成型的粉末零件通常会进行烧结或者热塑性加工，以提高其密度和机械性能。
烧结过程中，粉末颗粒之间通过扩散结合形成致密的结构，同时可以进行热处理来调整材料的性能。
4. 后续加工：经过烧结或者热塑性加工后的零件可能需要进行后续的加工，例如机加工、表面处理等，以满足最终产品的要求。
粉末冶金技术由于不需要传统的熔炼工艺，可节约能源和原材料，还能够制备具有特殊形状和性能的零部件，因此在航空航天、汽车、医疗器械等领域有着广泛的应用。
粉末的制备
（2）喷嘴结构
•嘴结构应具备以下基本条件； •雾化介质获得尽可能高的出口速度； •雾化介质与金属液流之间形成合理的喷射角度； •金属液流产生最大的紊流；
•金属液流雾化稳定，不会因出口负压造成喷嘴堵塞。
（3）液流性质
金属液的表面张力
金属液的粘度
金属液的的化学组成 金属液的过热温度
（4）喷射方式
K 1 K
V
2 gK K 1
RT2 [1 ( ) ]
P 1 P2
式中
g—重力加速度
R—气体常数 K—压容比，即Cp/Cv，空气的K值等1.4
T—压缩气体进喷嘴前的温度，K
P1—气体流往环境的压力 P2—使气体流出喷嘴的压力
如果以空气为雾化介质进行雾化，假设T2不变化，将
P1=1大气压，K=1.4代入式上式 ，则可变形为
雾化过程的四种情况
动能交换：雾化介质的动能转变为金属液滴的表面能；
热量交换：雾化介质带走大量的液固相变潜热；
流变特性变化：液态金属的粘度及表面张力随温度的降
低而不断发生变化；
化学反应：高比表面积颗粒（液滴或粉粒）的化学活性 很强，会发生一定程度的化学反应。
气雾化的四个区域
•负压紊流区—高速气流的抽吸作用，在喷嘴中心孔下方形成负压紊流层；
粉末平均粒度及100目以下粉末收得率随雾化盘转速而变化的情况
12000 24000 36000 雾化盘转速，r/min Revolution of atomizing disc 187 154 135 粉末平均粒度，μ m Mean powder particle size 33.0 44.5 56.0 —100 目粉末收得率，％ Recovery rate of –100 mech powder
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金属粉末的制备方法及基本原理
1 引言
金属粉末尺寸小,比表面积大,用其制得的金属零部件具有许多不同于
常规材料的性质, 如优良的力学性能、特殊的磁性能、高的电导率和
扩散率、高的反应活性和催化活性等。这些特殊性质使得金属粉末材
料在航空航天、舰船、汽车、冶金、化工等领域得到越来越广泛的应
用。
2 金属粉末的制备方法
2.1 机械法
机械法就是借助于机械力将大块金属破碎成所需粒径粉末的一
种加工方法。按照机械力的不同可将其分为机械冲击式粉碎法、气流
磨粉碎法、球磨法和超声波粉碎法等。目前普遍使用的方法还是球磨
法和气流磨粉碎法,其优点是工艺简单、产量大,可以制备一些常规方
法难以得到的高熔点金属和合金的纳米粉末。
2.1.1 球磨法
球磨法主要分为滚动球法和振动球磨法。该方法利用了金属颗粒
在不同的应变速率下因产生变形而破碎细化的机理。其优点是对物料
的选择性不强,可连续操作,生产效率高,适用于干磨、湿磨,可以进行多
种金属及合金的粉末制备。缺点是在粉末制备过程中分级比较困难
[3]。
2.1.2 气流磨粉碎法
气流磨粉碎法是目前制备磁性材料粉末应用最广的方法。具体的
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工艺过程为:压缩气体经过特殊设计的喷嘴后,被加速为超音速气流,
喷射到研磨机的中心研磨区, 从而带动研磨区内的物料互相碰撞,使
粉末粉碎变细; 气流膨胀后随物料上升进入分级区,由涡轮式分级器
分选出达到粒度的物料,其余粗粉返回研磨区继续研磨, 直至达到要
求的粒度被分出为止。整个生产过程可以连续自动运行,并通过分级
轮转速的调节来控制粉末粒径大小( 平均粒度在3～8 μm)。气流磨
粉碎法适于大批量工业化生产,工艺成熟。缺点是在金属粉末的生产
过程中,必须使用连续不断的惰性气体或氮气作为压缩气源, 耗气量
较大;只适合脆性金属及合金的破碎制粉。
2.2 物理法
物理法一般是通过高温、高压将块状金属材料熔化,并破碎成细小
的液滴,并在收集器内冷凝而得到金属粉末,该过程不发生化学变化。
目前研究和使用最多的物理法主要有等离子旋转电极法和气体雾化
法。
2.2.1 等离子旋转电极法
等离子旋转电极法的原理是将金属或合金制成特定规格的棒料,
然后装入旋转模腔,再将等离子枪移至棒料前,在等离子束的作用下,
棒料端部开始熔化, 形成的液体受到离心力和液体表面张力的双重
作用,被破碎成液滴飞离电极棒,最终冷凝成球形金属粉末[4]。该方法
根据电极转速和等离子弧电流的大小调节控制粉末粒径。优点是所得
粉末球形度好,氧含量低;缺点是粉末不易制取,每批次的材料利用率
不高。
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2.2.2 气体雾化法
气体雾化法是生产金属及合金粉末的主要方法之一。气体雾化的
基本原理是用高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末的
过程。雾化粉末具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低、生产成本
低以及适应多种金属粉末的生产等优点, 已成为高性能及特种合金
粉末制备技术的主要发展方向。喷嘴是气体雾化的关键技术, 其结构
和性能决定了雾化粉末的性能和生产效率。因此,喷嘴结构设计与性
能的不断提高决定着气体雾化技术的进步。从雾化喷嘴结构设计的改
进历程可以将雾化技术分为传统雾化技术和新型雾化技术。
2.2.2.1 传统雾化技术
传统雾化技术主要包括超声雾化技术、紧耦合雾化技术和高压气
体雾化技术。超声雾化技术最初由瑞典人发明, 后由美国M IT 的
Grant改造完善。这项技术利用2～2.5 M a的超音速气流和80～100
kHz的脉冲频率,气体介质压力为1.4～8.2 M Pa,气流的最高速度640
m/s,粉末冷凝速度可达104~105 K/s。用该方法制备的铝粉平均粒度
可达到22 μm,且粉末呈表面光滑的球状。该项技术的优点是效率较
高, 缺点是只能在金属液流直径小于5 mm 的情况下才具有较好的
效果, 因此,适用于铝等低熔点金属粉末的生产,而对高熔点金属还处
于实验阶段。据报道,美国坩埚材料公司( CrucibleMaterials)已引进
该项技术进行工业化生产。紧耦合雾化技术是一种对限制式喷嘴结构
进行改造的雾化技术。由于其气流出口至液流的距离达到最短[7],因
而提高了气体动能的传输效率。这种技术目前已被大多数雾化设备采
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用。雾化粉末的特点是微细粉末收得率高,粒径小( 如铁合金粉末的平
均粒度达10～20 μm),粒度分布窄,冷却速度高。高的冷却速度有利
于快速冷凝合金或非晶合金粉末的生产。缺点是当雾化气压增加到一
定值时,导液管出口处将产生正压, 使雾化过程不能进行; 在高压雾
化下,导液管出口处将产生真空( 负压过低),使金属液流率增加,不利
于细粉末的产生。高压气体雾化技术是由美国爱荷华州立大学Ames
实验室的Anderson 等人提出。该技术对紧耦合喷嘴结构进行进一步
改进, 将紧耦合喷嘴的环缝出口改为20～24 个单一喷孔, 通过提高
气压和改变导液管出口处的形状设计, 克服紧耦合喷嘴中存在的气
流激波,使气流呈超声速层流状态,并在导液管出口处形成有效的负压
[13]。这一改进有效提高了雾化效率。高压气体雾化技术在生产微细
粉方面很有成效,且能明显节约气体用量。
2.2.2.2新型雾化技术
随着微细粉末在高新技术新材料中的应用,需要大量粒径小于20
μm 或10 μm 的金属及合金粉末, 传统的雾化方法在生产这类粉末
时仍然存在不足:①细粉末的产出率低( 小于20% );②气体消耗量大,
生产成本高。为此,自20 世纪90 年代,人们对新型雾化技术进行大量
的研究,并取得了可喜成果。这些新型雾化技术大大提高了微细粉末
的收得率,并且正在进入工业化规模应用。新型雾化技术主要分为层
流雾化技术、超声紧耦合雾化技术和热气体雾化技术3 类。层流雾化
技术是由德国Nanoval公司等提出[14]。该技术对常规喷嘴进行了重
大改进。改进后的雾化喷嘴雾化效率高,粉末粒度分布窄,冷却速度达
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106～107 K/s。在2.0 M Pa的雾化压力下,以Ar或N2为介质雾化铜、
铝、316L 不锈钢等,粉末平均粒度达到10 μm。该工艺的另一个优
点是气体消耗量低, 经济效益显著,并且适用于大多数金属粉末的生
产。缺点是技术控制难度大,雾化过程不稳定,产量小( 金属质量流率
小于1 kg/min),不利于工业化生产。Nanoval公司正致力于这些问题
的解决。超声紧耦合雾化技术是由英国PSI公司提出。该技术对紧耦
合环缝式喷嘴进行结构优化, 使气流的出口速度超过声速,并且增加
金属的质量流率。在雾化高表面能的金属如不锈钢时, 粉末平均粒度
可达20μm 左右, 粉末的标准偏差最低可以降至1.5μm。该技术的另
一大优点是大大提高了粉末的冷却速度,可以生产快冷或非晶结的粉
末[7]。从当前的发展来看, 该项技术设备代表了紧耦合雾化技术的新
的发展方向,且具有工业实用意义,可以广泛应用于微细不锈钢、铁合
金、镍合金、铜合金、磁性材料、储氢材料等合金粉末的生产。近年
来,英国的PSI公司和美国的HJF 公司分别对热气体雾化的作用及机
理进行了大量的研究。HJF公司在1.72 M Pa压力下,将气体加热至
200～400 ℃雾化银合金和金合金,得出粉末的平均粒径和标准偏差
均随温度升高而降低[15]。与传统的雾化技术相比,热气体雾化技术可
以提高雾化效率, 降低气体消耗量,易于在传统的雾化设备上实现该
工艺,是一项具有应用前景的技术。但是,热气体雾化技术受到气体加
热系统和喷嘴的限制,仅有少数几家研究机构进行研究。
2.3 物理- 化学法
物理-化学法是指在粉末制备过程中,同时借助化学反应和物理
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破碎2 种方式而获得粉末的方法。该方法中最具代表性的是以氢气为
反应介质的氢化-脱氢法( HDH)。氢化脱氢法利用原料金属易吸氢增
脆的特性, 在一定的温度下使金属与氢气发生氢化反应生成金属氢
化物, 然后借助机械方法将所得金属氢化物破碎成期望粒度的粉末,
再将破碎后的金属氢化物粉末中的氢在真空条件下脱除,从而得到金
属粉末。氢化脱氢法已被成功用来制取Ti粉、Zr粉、Hf粉、Ta 粉、
NdFeB 磁粉等金属和合金粉末,是一项成熟的工艺技术[19,20]。其
优点是操作简单,工艺参数易于控制,生产效率高,成本较低,适合工业
化生产;缺点是只适用于易与氢气反应、吸氢后变脆易破碎的金属材
料。