中國粉體網(wǎng)訊 金屬粉末在推動制造技術(shù)進(jìn)步和提升各行業(yè)產(chǎn)品性能方面至關(guān)重要。但金屬粉末究竟是什么，為何如此重要？全球領(lǐng)先的工業(yè)氣體和工程公司之一林德集團旗下的先進(jìn)材料技術(shù)公司（Linde AMT），硬核科普了金屬粉末的生產(chǎn)方法、特性及應(yīng)用，展示了這些創(chuàng)新材料如何塑造無數(shù)行業(yè)的未來。
金屬粉末概述
金屬粉末是細(xì)小的金屬顆粒，通常尺寸從幾微米到幾百微米不等。這些多功能的材料是多種制造工藝和最終應(yīng)用（包括生產(chǎn)金屬粉末零件）的基礎(chǔ)。其獨特的特性，如高表面積體積比和增強的活性，使其在航空航天、汽車、電子和清潔能源等眾多行業(yè)中具有重要價值。
金屬粉末制造是什么
金屬粉末制造是將塊狀金屬轉(zhuǎn)化為具有特定尺寸分布、形狀和性能的細(xì)小顆粒。這種轉(zhuǎn)變使得對材料特性有更大的控制力，并能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)塊狀金屬無法實現(xiàn)的創(chuàng)新制造技術(shù)。生產(chǎn)高質(zhì)量的金屬粉末需要對顆粒尺寸、形狀、純度和化學(xué)成分等參數(shù)進(jìn)行精確控制。金屬粉末制造不僅僅是創(chuàng)造這些細(xì)小顆粒，它涵蓋了從粉末生產(chǎn)到開發(fā)最終組件所使用的后續(xù)工藝的整個流程鏈。
金屬粉末的生產(chǎn)方法
霧化法
霧化法是工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)金屬粉末最廣泛使用的方法之一。該過程使用高壓氣體或液體噴嘴將熔融金屬流分解成細(xì)小的液滴。隨著液滴冷卻和凝固，它們形成球形或近球形的粉末顆粒。
（圖源：Linde官網(wǎng)）
其優(yōu)點包括：
1）適合大規(guī)模制造的高生產(chǎn)率；
2）對顆粒尺寸分布的優(yōu)異控制；
3）生產(chǎn)適合粉末冶金和增材制造的理想球形顆粒。
機械研磨法
機械研磨是一種多功能技術(shù)，通過使用高能球磨機或研磨機將塊狀金屬磨成細(xì)小顆粒。這種方法特別適用于生產(chǎn)形狀不規(guī)則且粒徑范圍廣泛的金屬粉末。根據(jù)所需的粉末特性，該工藝可以在干式或濕式條件下進(jìn)行。
其主要優(yōu)勢包括：
1）能夠生產(chǎn)各種尺寸的顆粒；
2）適用于硬脆材料；
3）可在研磨過程中通過機械合金化創(chuàng)造合金。
然而，機械研磨可能會引入研磨介質(zhì)的雜質(zhì)，并可能導(dǎo)致粉末顆粒的加工硬化。
化學(xué)還原法
化學(xué)還原是一種使用還原劑（如氫氣或一氧化碳）將金屬化合物還原為其元素形式的過程。這種方法特別適用于生產(chǎn)具有可控粒徑和形狀的高純度金屬粉末。
化學(xué)還原法的優(yōu)點包括：
1）生產(chǎn)高純度超細(xì)粉末；
2）對顆粒尺寸和形態(tài)的優(yōu)異控制；
3）適用于難以用其他方法加工的活性金屬。
化學(xué)還原法的主要挑戰(zhàn)是精確控制反應(yīng)條件以確保粉末質(zhì)量的一致性。
電解法
電解是一種電化學(xué)過程，涉及將金屬從電解質(zhì)溶液中沉積到陰極上。沉積的金屬隨后被移除并加工成粉末形式。這種方法特別適用于生產(chǎn)具有樹枝狀或海綿狀結(jié)構(gòu)的高純度金屬粉末。
其主要優(yōu)勢包括：
1）生產(chǎn)超高純度金屬粉末；
2）從溶液或廢物流中回收金屬的能力；
3）適用于生產(chǎn)貴金屬粉末。
電解法的主要限制是與其他方法相比，其生產(chǎn)率相對較低。
蒸發(fā)法
蒸發(fā)法涉及汽化金屬并迅速冷凝蒸汽以形成超細(xì)粉末顆粒。這種方法特別適用于生產(chǎn)具有獨特性能的納米級金屬粉末。
蒸發(fā)法的優(yōu)點包括：
1）生產(chǎn)極細(xì)粉末（納米級）；
2）由于氣相工藝而具有高純度；
3）能夠制備亞穩(wěn)相和合金。
然而，蒸發(fā)技術(shù)通常比其他方法具有更低的產(chǎn)率和成本。
金屬粉末的類型
鐵粉
鐵粉是使用最廣泛的金屬粉末產(chǎn)品之一。它們具有低成本、良好的磁性和優(yōu)異的壓縮性，使其適用于各種應(yīng)用。
鐵粉的關(guān)鍵特性包括：
1）能夠形成復(fù)雜形狀并具有高尺寸精度；
2）能夠吸收油，使其適用于自潤滑軸承；
3）優(yōu)異的壓縮性和綠色強度；
4）與其他元素合金時的耐腐蝕性。
應(yīng)用：汽車結(jié)構(gòu)件、磁芯和摩擦材料。
銅粉因其優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性以及耐腐蝕性而備受青睞。這些特性使它們在電子和熱管理應(yīng)用中不可或缺。
銅粉的顯著特性包括：
1）高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；
2）良好的延展性和可塑性；
3）耐腐蝕性；
4）與其他多種金屬形成合金的能力。
應(yīng)用：電子元件、導(dǎo)電漿料、熱界面材料和增材制造。
鎳粉結(jié)合了高強度、耐腐蝕性和磁性，它們通常用于需要在惡劣環(huán)境中要求耐久性和性能的應(yīng)用。
鎳粉的關(guān)鍵特性包括：
1）在高溫下具有優(yōu)異的抗氧化性；
2）在低溫條件下保持強度和延展性；
3）與多種合金元素具有良好的兼容性；
4）催化性能可用于化學(xué)反應(yīng)。
應(yīng)用：航空航天部件、電池電極和催化劑。
鈷粉
鈷粉以其高強度、耐磨損性和磁性而聞名。它們通常用于需要在極端條件下實現(xiàn)高性能的應(yīng)用。
鈷粉的顯著特性包括：
1）在高溫下保持磁性；
2）優(yōu)異的抗熱疲勞性能；
3）在酸性和堿性環(huán)境中都具有很高的耐腐蝕性。
應(yīng)用：切削工具、硬質(zhì)合金和磁性材料。
鈦粉
鈦粉因其卓越的強度重量比、耐腐蝕性和生物相容性而備受重視。這些特性使它們成為航空航天和醫(yī)療應(yīng)用的理想材料。
鈦粉的關(guān)鍵特性包括：
1）所有金屬元素中最高的強度密度比；
2）優(yōu)異的耐腐蝕性；
3）低熱膨脹系數(shù)；
4）鈍化能力及形成保護(hù)性氧化膜。
應(yīng)用：航空航天結(jié)構(gòu)、醫(yī)療植入物和化工設(shè)備。
金屬粉末的典型應(yīng)用
增材制造
增材制造，也稱為3D打印，徹底改變了復(fù)雜零件的生產(chǎn)。金屬粉末在這一技術(shù)中扮演著關(guān)鍵角色，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜幾何形狀和定制化組件的制造。
（圖源：Linde官網(wǎng)）
使用金屬粉末進(jìn)行增材制造的關(guān)鍵優(yōu)勢包括：
1）能夠生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀；
2）與減材制造相比，減少材料浪費；
3）快速原型制作和小批量生產(chǎn)能力；
4）為特定應(yīng)用定制零件。
表面涂層
金屬粉末廣泛應(yīng)用于各種表面涂層技術(shù)，如熱噴涂和冷噴涂。這些工藝將金屬粉末沉積到基材上，以增強耐磨性、防腐蝕性和隔熱性等表面性能。
使用金屬粉末進(jìn)行表面涂層的優(yōu)點包括：
1）能夠針對特定應(yīng)用定制特定性能的涂層；
2）組件的耐磨性和耐久性提高；
3）關(guān)鍵部件的防腐蝕性能增強；
4）高溫應(yīng)用的散熱能力。
粉末冶金
粉末冶金是一種制造工藝，通過將金屬粉末壓實成所需形狀，然后在高溫下燒結(jié)，以制造固體金屬零件。這種技術(shù)相比傳統(tǒng)的金屬成型方法具有多種優(yōu)勢。
粉末冶金的主要優(yōu)勢包括：
1）近凈成形制造，減少對大量機械加工的需求；
2）能夠生產(chǎn)具有可控孔隙率的零件；
3）制造復(fù)雜形狀和內(nèi)部特征；
4）材料高效利用，浪費最小化；
5）能夠?qū)崿F(xiàn)零件生產(chǎn)的高重復(fù)精度。
資料來源：Linde Advanced Material Technologies
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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