气体雾化金属粉末 是指一种生产精细球形金属粉末的材料加工方法，可用于金属注射成型（MIM）、快速成型制造、压制和烧结、热喷涂涂层、粉末冶金等应用。
在气体雾化过程中，使用高压惰性气体喷射将熔融金属合金分解成液滴。液滴迅速凝固成粉末，形成高度球形的形态，非常适合粉末固结工艺。
本指南涵盖气体雾化金属粉末的成分、特性、应用、规格、生产方法、供应商、利弊和常见问题。
气体雾化金属粉末的成分
具有定制化学成分的各种金属和合金被雾化成粉末：
| 材料 | 组成概述 | 普通合金 |
|---|---|---|
| 不锈钢 | 铁-铬 + 镍/锰/钼 | 304, 316, 410, 420 |
| 工具钢 | Fe-Cr-C + W/V/Mo 合金 | H13、M2、P20 |
| 铝合金 | 铝 + 铜/镁/锰/硅 | 2024, 6061, 7075 |
| 钛合金 | Ti + Al/V 合金 | 钛-6Al-4V |
| 镍合金 | 镍+铬/铁/钼合金 | 铬镍铁合金 625、718 |
| 铜合金 | 铜+锡/锌/合金 | 黄铜、青铜 |
这些金属粉末具有特定的机械、热、电和其他物理特性，可满足制造需求。
特点 气体雾化金属粉末
除化学性质外，粒度、形状、密度和微观结构等特性也决定了产品的性能：
| 属性 | 说明 | 考虑因素 |
|---|---|---|
| 粒径分布 | 直径范围/分布 | 影响最小特征分辨率和包装效率 |
| 颗粒形态 | 粉末形状/表面结构 | 圆润光滑的颗粒可提供最佳的流动性和操控性 |
| 表观密度 | 单位体积重量，包括颗粒间空隙 | 影响紧凑性和聚类 |
| 水龙头密度 | 机械敲击后的沉降密度 | 与粉床压实的难易程度有关 |
| 表面化学 | 表面氧化物、残留气体或湿气 | 影响粉末稳定性和稠度 |
| 微观结构 | 粒度/相分布 | 确定固结后的硬度、延展性等特性 |
这些相互关联的方面因需求而平衡。
气体雾化金属粉末的应用
稳定的材料输入和净成形能力可支持各种应用：
| 行业 | 用途 | 组件示例 |
|---|---|---|
| 快速成型制造 | 3D 打印原料 | 航空机翼、医疗植入物 |
| 金属注射成型 | 复杂的小金属部件 | 喷嘴、齿轮、紧固件 |
| 压制和烧结 | P/M 组件生产 | 汽车结构件、军用/枪械部件 |
| 热喷涂 | 表面涂层 | 抗磨损、抗腐蚀覆盖层 |
| 粉末冶金 | 油石轴承、自润滑衬套 | 具有多孔结构的磨损部件 |
气体雾化技术为定制微观结构和化学成分提供了独特的途径，以满足最终性能需求。
规格
根据具体应用，常见的标称范围包括
| 参数 | 典型范围 | 测试方法 |
|---|---|---|
| 粒径分布 | 10 - 250 μm | 激光衍射、筛分 |
| 粒子形状 | >85% 球形 | 显微镜 |
| 表观密度 | 2 - 5 克/立方厘米 | 霍尔流量计 |
| 水龙头密度 | 3 - 8 克/立方厘米 | 攻丝容积计 |
| 残留气体 | < 1000 ppm | 惰性气体分析 |
| 表面氧化物含量 | < 1000 ppm | 惰性气体分析 |
更紧密的分布曲线可确保后续工序的可靠性能。
气体雾化生产概述
- 为感应炉装入金属锭、废料等原材料
- 熔体材料、样品化学成分和温度
- 迫使熔融金属流进入紧密耦合的气体雾化器喷嘴
- 塑造光滑的液态金属流
- 高速惰性气体射流（N2、Ar）将气流分解成液滴
- 金属液滴迅速凝固成粉末 ~100-800 μm
- 通过旋风分离器对粗馏分进行热分级
- 在收集系统和收集箱中收集细粉
- 根据需要进行筛分
- 用惰性回填土包装/储存材料
精确控制这一过程的各个方面是保持一致性的关键。
气体雾化金属粉末 供应商
许多全球领先的材料生产商都提供气体雾化制造服务：
| 供应商 | 材料 | 说明 |
|---|---|---|
| 山特维克 | 工具钢、不锈钢、超级合金 | 多种气体雾化合金 |
| 木匠技术 | 工具钢、不锈钢、特种合金 | 可定制合金 |
| 赫加纳斯 | 工具钢、不锈钢 | 雾化领域的全球领导者 |
| 普莱克斯 | 钛合金、超级合金 | 可靠的精密材料供应商 |
| 鱼鹰金属公司 | 不锈钢、超级合金 | 重点关注活性和特殊合金 |
批量定价取决于市场条件、交货时间、特殊材料费和其他商业因素。
考虑气体雾化金属粉末时的取舍
优点
- 一致的球形形态
- 粒度分布窄
- 已知和统一的输入化学成分
- 可控、清洁的材料微观结构
- AM 沉积的理想流动特性
- 允许薄壁/错综复杂的几何形状
缺点
- 需要大量的前期资本基础设施
- 有限的合金供应与水雾化
- 特殊处理，防止污染
- 按产量计算，成本高于其他方法
- 产量低于其他工艺
- 处理超细颗粒的能力有限
对于关键应用，气体雾化粉末在一致性和性能方面具有独特的优势。
常见问题
气体雾化和水雾化的主要区别是什么？
气体雾化纯粹依靠惰性气体喷射将熔融金属分解成粉末，而水雾化则利用水雾与气体喷射相互作用，冷却速度更快，但粉末更不规则。
可实现的最窄粒度分布是多少？
专业化的喷嘴、调谐和分级装置可将气体雾化的粒度分布降至 D10: 20 μm、D50: 30 μm、D90: 44 μm。更小的粒度范围仍在继续开发中。
气体雾化喷嘴可以做多小？
喷嘴孔径小至 0.5 毫米的喷嘴已经开发出来，每小时可生产小于 1 公斤的批量产品。尽管 20 μm 以下的自由落体式粉末分级仍然具有挑战性。
是什么影响了不同批次粉末之间的一致性？
对成分、清洁度、温度曲线、气体压力、雾化条件和粉末处理/储存的控制都有助于提高再现性。严格的过程控制至关重要。
相对于初始质量，典型的粉末产量是多少？
对于常见的合金和尺寸范围，成品率通常在 50-85% 之间，具体取决于所需的分布宽度和可接受的馏分含量。分布越细，成品率越低。
