概述
等离子旋转电极工艺（PREP）粉末是一种使用 PREP 方法制成的球形粉末。PREP 粉末具有独特的特性，适合用于热喷涂涂层、金属增材制造和金属注射成型等各种应用。
PREP 粉的一些主要特点包括
- 高球形形态，表面光滑
- 具有细晶粒尺寸的受控微观结构
- 孔隙率低，密度高
- 极佳的流动性和铺展性
- 包装密度高
- 良好的混合特性
- 制造合金和复合材料的能力
PREP 可以定制粉末特性，如粒度分布、成分、密度、氧化物含量等。通过控制 PREP 工艺参数，可以设计出满足特定应用要求的粉末。
PREP 粉的类型
| 粉末材料 | 组成 | 主要特性和应用 |
|---|---|---|
| 镍合金 | 镍铬、镍铬铝酰、镍钴铬铝酰 | 抗氧化性和抗腐蚀性。热喷涂涂层。 |
| 钴合金 | CoCr、CoCrAlY、CoNiCrAlY | 高温强度。热喷涂涂层。 |
| 不锈钢 | 316L, 304L | 耐腐蚀性。金属 AM、MIM。 |
| 工具钢 | H13, P20 | 高硬度。金属 AM、MIM。 |
| 钛合金 | Ti6Al4V、TiAl | 高强度重量比。生物医学植入物、航空航天。 |
| 铜合金 | CuCrZr | 高导热性。电子应用。 |
| 铝合金 | AlSi12 | 轻量级。汽车部件。 |
| 钨合金 | 镍铁、钴 | 高密度。辐射屏蔽 |
成分和微观结构
PREP 可实现对粉末成分和微观结构特征的严密控制：
- 可对合金元素进行改性，以获得所需的性能
- 与气体雾化相比，可最大限度地减少微分离现象
- 细粒度微观结构，各相分布均匀
- 孔隙率和氧化物含量可降至极低水平
- 合金化后保持球形形态
PREP 粉的主要特性
| 物业 | 说明 | 益处 |
|---|---|---|
| 粒径分布 | PREP 可通过控制 d50 实现窄分布。 | 确保熔化均匀和性能一致。 |
| 形态学 | 高度球形，表面光滑。 | 出色的流动性和包装密度。 |
| 表观密度 | 可根据需求进行优化。 | 更高的密度可提高粉末的铺展性。 |
| 流动性 | 用霍尔流量计法测量。 | 确保均匀送粉和撒粉。 |
| 包装密度 | 包装密度高，可达 60%。 | 最大限度地提高部件中金属粉末的体积分数。 |
| 氧化物含量 | 氧化物含量低于 0.2%。 | 减少最终部件中的氧化物夹杂。 |
| 微观结构 | 颗粒细腻、均匀。 | 最后部分的财产统一分配。 |
| 表面化学 | 精确控制化学成分。 | 优化了氧化物的形成、润湿性和铺展性。 |
PREP 粉的应用
PREP 粉因其特殊性能而被广泛应用于各行各业：
热喷涂涂层
- 优异的流动性可实现均匀的进料速度和涂层质量
- 受控的粒度分布可优化熔化过程，最大限度地减少未熔化粉末的数量
- 光滑的表面形态可提高涂层密度和附着强度
- 氧化物含量低，可防止涂层中出现氧化物夹杂物
- 球形可提高沉积效率
金属 快速成型制造
- 包装密度高，每层可容纳更多材料，减少空隙
- 光滑的表面形态可实现均匀的熔化和熔池流动
- 控制粒度分布，防止出现偏析问题
- 表面氧化物少，可实现良好的颗粒间结合
- 球形度和流动性可最大限度地减少粉末进料问题
金属注射成型
- 高填料密度使烧结密度最大化
- 均匀的粒度分布可防止偏析
- 良好的流动性和兼容性可实现均匀混合
- 氧化物含量低，可避免烧结缺陷
- 受控成分可在烧结后获得理想性能
规格
PREP 粉末的典型规格：
| 参数 | 范围 |
|---|---|
| 颗粒大小 | 10 - 150 微米 |
| 粒径分布 | 可控制 D10、D50、D90 |
| 形态学 | 高度球形 ≥ 0.9 |
| 表观密度 | 理论密度高达 60% |
| 霍尔流动性 | < 30 秒/50 克 |
| 氧化物含量 | < 0.2 wt% |
| 微观结构 | 细粒度 < 10 微米 |
| 表面化学 | 精确控制 O、C、N 含量 |
供应商和定价
一些全球领先的 PREP 粉供应商包括
| 供应商 | 地点 |
|---|---|
| 山特维克 | 瑞典 |
| 普莱克斯 | 美国 |
| 霍加纳斯 | 瑞典 |
| 中石油粉体集团 | 中国 |
PREP 粉的价格因以下因素而异：
- 贱金属（镍、钴、钢）
- 合金成分
- 粒径分布
- 订购数量
- 定制程度
普通合金的指示性价格从 $50/kg 到 $120/kg 不等。定制合金和粒度分布会增加成本。
与气体雾化粉末的比较
| 参数 | 预制粉 | 气体雾化粉末 |
|---|---|---|
| 粒子形状 | 高度球形 | 不规则，有卫星 |
| 氧化物含量 | 极低 <0.2% | 通常为 0.5-2% |
| 孔隙率 | 接近完全密集 | 孔隙率可达 10-20% |
| 合金均匀性 | 优秀 | 易发生隔离 |
| 流动性 | 非常好 | 因卫星而降低 |
| 包装密度 | 最高 60% | 通常为 30-40% |
| 表面化学 | 精确控制 | 根据工艺而变化 |
| 费用 | 更高 | 降低资本成本 |
PREP 粉的优势
- 优异的球形形态，流动性好
- 可控粒度分布
- 孔隙率和氧化物含量低
- 合金均匀性和精细微观结构
- 可定制的成分和特性
- 用于 AM 和 MIM 的高堆积密度
PREP 粉的局限性
- 成本高于气体雾化粉末
- 仅限于较小的颗粒尺寸，通常低于 150 微米
- 需要先进的过程控制和优化
- 与气体雾化相比，生产率有限
- 仅限于某些贱金属，如镍、钴和钢
常见问题
问：什么是等离子旋转电极工艺（PREP）粉末？
答：PREP 粉末是使用 PREP 方法生产的高球形金属粉末，该方法涉及在等离子弧中精确控制电极旋转，以达到所需的粉末特性。
问：哪些材料可以制成 PREP 粉？
答：常见材料包括镍、钴、不锈钢、工具钢、钛、铝和铜合金。PREP 还可加工其他合金和复合材料。
问：PREP 粉的主要优势是什么？
答：主要优点是球形度和流动性极佳，颗粒分布可控，孔隙率和氧化物含量低，微观结构精细均匀，成分可定制，堆积密度高。
问：PREP 粉有什么用途？
答：由于其特殊性能，主要应用于热喷涂涂层、金属添加制造和金属注射成型。
问：PREP 粉末与气体雾化粉末有何不同？
答：与气体雾化粉末相比，PREP 粉末具有更好的球形度、更低的氧化物、更少的孔隙率、更均匀的成分和微观结构。
问：PREP 粉是否比气体雾化粉贵？
答：是的，PREP 粉末通常成本较高，因为涉及到较高的工艺复杂性和控制。但与气体雾化粉末相比，它具有明显的性能优势。
问： PREP 粉末的粒度是多少？
答：通常的范围是 10 至 150 微米。更小和更大的粒度都有可能，但不太常见。粒度分布也可根据要求进行控制。
问：PREP 粉末的合金选择是否有限？
答：PREP 最适用于镍、钴和不锈钢合金。但目前的工艺开发正在扩大可能的合金系统，包括钛和铝等活性材料。
问：PREP 粉末能否针对特定应用进行定制？
答：是的，定制是 PREP 的主要优势。颗粒特性和合金成分可根据热喷涂、AM、MIM 等要求进行定制。
