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金属粉末生产方法有哪几种 金属粉末的生产工艺

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摘要:金属粉末生产方法有哪几种?金属粉末生产方法多样,主流方法是雾化法,通过高速流体破碎熔融金属制粉。其中气雾化粉末球形度高,适用于 3D 打印;水雾化成本低,用于粉末冶金。此外还有还原法、电解法、机械合金化法、化学气相沉积法等。不同方法依金属种类、粉末性能需求及成本等选用。下面小编为大家带来金属粉末的生产工艺介绍。

金属粉末生产方法

一、雾化法

雾化法是通过高速流体(气体或液体)将熔融金属破碎成细小液滴,再冷却凝固成粉末的方法,适用于铁、铝、铜、钛等多种金属及合金,是最主流的金属粉末生产方法。

1. 气雾化法流程

原料准备:选用高纯度金属原料(如金属锭、废料),去除表面杂质,按配方称重配比(若生产合金)。

熔融阶段:将原料放入感应炉电弧炉中,在惰性气体(如氩气)保护下加热至熔融状态,确保温度高于金属熔点 50–100℃,形成均匀熔体。

雾化过程:熔融金属通过坩埚底部的漏嘴流出,形成金属液流;同时,高压气体(如氮气、空气)从雾化喷嘴高速喷出,将液流冲击破碎成细小液滴。液滴在飞行过程中与冷却气体接触,快速凝固成粉末颗粒。

粉末收集与分级:凝固后的粉末随气流进入收集装置(如旋风分离器、布袋除尘器),分离出不同粒径的粉末。对粉末进行筛分或气流分级,得到目标粒度范围的产品。

后处理:若需降低氧含量,可在真空或惰性气体氛围中进行退火处理;部分场景需进行表面改性(如涂覆抗氧化层)。

2. 水雾化法流程

核心差异:用高压水(而非气体)作为雾化介质,冷却速度更快,粉末颗粒形状多为不规则状,适用于钢铁、铜等对球形度要求不高的粉末。

关键步骤:水雾化喷嘴设计需防止金属氧化,收集的粉末需脱水、干燥(如真空干燥),避免生锈。

二、还原法

通过还原剂(如氢气、一氧化碳、碳)将金属氧化物还原为金属粉末,用于制备铁、铜、钨等粉末。

原料制备:制备高纯度金属氧化物(如氧化铁、氧化铜),可通过化学沉淀、煅烧等方法获得。

还原反应:将金属氧化物与还原剂(如氢气)混合,放入还原炉(如管式炉、回转炉)中,在一定温度(如 500–1000℃)下进行还原反应。

破碎与筛分:还原后的金属块(或海绵状金属)需通过球磨机、颚式破碎机等设备破碎成粉末,再筛分得到目标粒度。

除杂与纯化:去除残留的还原剂或氧化物杂质,可通过酸洗(如盐酸)、退火等工艺提高粉末纯度。

三、电解法

利用电解原理从金属盐溶液中沉积出金属粉末,用于制备高纯度铜、镍、铁等粉末。

电解液制备:配置金属盐溶液(如硫酸铜溶液用于制铜粉),调节 pH 值、温度、浓度等参数,确保电解过程稳定。

电解沉积:将阳极(金属板)和阴极(导电基板)浸入电解液中,通入直流电,金属离子在阴极还原沉积形成粉末状沉积物。阴极电流密度、温度、电解液流速等参数影响粉末粒度和形貌(如高电流密度易生成细粉末)。

粉末收集与处理:从阴极剥离沉积物,清洗去除电解液残留,干燥后通过研磨、筛分得到粉末。

纯化:电解粉末纯度极高(可达 99.9% 以上),一般无需复杂纯化,但需控制干燥过程中的氧化。

四、机械合金化法

通过高能球磨使金属粉末在机械力作用下混合、合金化,用于制备复合粉末或纳米粉末。

原料混合:将不同金属粉末(或金属与陶瓷等)按比例装入球磨罐,加入研磨介质(如钢球、玛瑙球),球料比通常为 5:1–10:1。

高能球磨:在惰性气体保护下(防止氧化),球磨机高速旋转,研磨球撞击、碾压粉末,使其破碎、冷焊、扩散形成合金粉末或纳米结构。球磨时间可达数十小时至数天,需控制温度(避免过热团聚)。

后处理:球磨后的粉末可能团聚,需过筛或退火处理,改善流动性和性能。

五、化学气相沉积法(CVD)

通过气相化学反应生成金属粉末,用于制备纳米金属粉末或涂层。

气体制备:选择金属有机化合物(如六羰基钨)或金属卤化物作为前驱体,与还原剂(如氢气)混合,加热气化。

沉积反应:混合气体通入反应室,在高温(或等离子体辅助)下分解,金属原子沉积形成纳米级粉末颗粒。

收集与纯化:粉末随气流进入收集装置,需防止团聚(如用惰性气体快速冷却),纯化后得到高纯度纳米粉末。

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