概述
球形粉末 是指通过专门的雾化工艺生产的具有圆形形态的金属或陶瓷粉末。与不规则粉末颗粒相比，球形粉末具有优异的流动性、更高的堆积密度和更小的内部摩擦等优点。因此，球形粉末非常适合粉末冶金、热喷涂、金属添加剂制造和陶瓷加工等要求苛刻的工业应用。
本综合指南涵盖不同类型的球形粉末、其特性、制造方法、主要应用、规格、供应商、处理程序、设备维护、供应商选择标准、利弊，并回答了常见问题。
类型 球形粉末
根据材料和生产方法，球形粉末的主要类型包括
材料
- 金属粉末 - 不锈钢、工具钢、超级合金、钛、铝等。
- 陶瓷粉 - 氧化铝、氧化锆、二氧化硅、碳化物、氮化物等。
- 复合材料/合金粉末--镍基、钴基、铁基等。
生产方法
- 气体雾化粉末
- 等离子雾化粉末
- 电极感应熔化气体雾化（EIGA）
- 旋转电极工艺 (REP)
- 等离子旋转电极工艺（PREP）
- 热喷涂粉末
气体雾化是最广泛使用的工艺，但 PREP 等方法能产生极佳的球形度和光滑的表面形态。生产方法控制着最终粉末的特性。
特性与应用
主要球形粉末类型的特性和典型应用：
不锈钢
- 高硬度和耐腐蚀性
- 阀门、泵、医疗设备
工具钢
- 卓越的耐磨性
- 切割工具、模具、冲头
超耐热合金
- 耐高温和应力
- 涡轮叶片、航空航天部件
钛
- 高强度重量比
- 航空航天紧固件、生物医学植入物
铝质
- 重量轻，导热性能优异
- 汽车零件、散热器
陶瓷
- 硬度高、耐磨、耐腐蚀
- 轴承、密封件、铠装涂层
除了基础材料的固有特性外，球形形态还能提高粉末的堆积密度和流动性。
制造方法
生产球形粉末的常用方法
气体雾化
- 通过惰性气体喷射熔化和雾化金属合金
- 降低投资成本
- 10 - 150 μm 尺寸范围
等离子体雾化
- 利用等离子能量熔化和雾化
- 细至 5 μm 的粉末
- 纯度更高，球形度更高
EIGA
- 在雾化室中感应熔化的电极
- 细小液滴的快速凝固
- 控制大小和形态
预习
- 等离子割炬熔化的旋转电极
- 离心分解成细粉
- 光滑的球形
热喷雾
- 热气雾化原料线材/棒材
- 氧化物分散强化合金
- 比其他方法更粗糙的表面
规格
球形粉末的典型规格包括
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 颗粒大小 | 10 - 150 μm |
| 粒子形状 | 球形 |
| 流量 | 25 - 35 秒/50 克 |
| 表观密度 | 40 – 60% |
| 水龙头密度 | 最高 90% 理论值 |
| 表面氧化物 | < 1%（按重量计 |
| 残留气体 | 最小化 |
满足粒度分布、高球形度、光滑表面和成分要求至关重要。较小的尺寸可以提高致密性，而较大的尺寸则可以降低成本。
设计考虑因素
组件使用的关键设计因素 球形粉末：
- 尺寸公差 - 烧结收缩的计算
- 表面处理要求 - 最少的后期处理
- 机械性能 - 将材料和工艺与所需性能相匹配
- 生产成本 - 优化部件设计，平衡性能与成本
- 二级运行 - 避免大量加工余量
- 装配要求 - 设计接合面、联锁功能
- 符合标准 - 用于航空航天、生物医学等应用领域
增材制造等先进制造工艺所带来的设计自由度，可实现锻造金属无法实现的更优化设计。
合并流程
适用于球形粉末的常见粉末固结工艺：
- 快速成型制造 - 选择性激光熔化、电子束熔化等技术提供了最大的灵活性
- 金属注射成型 - 大批量生产小型复杂部件
- 冷/热等静压 - 生产净形或接近净形的零件
- 压制和烧结 - 成型与烧结相结合的传统粉末冶金工艺
- 热喷涂 - 将熔融粉末沉积到准备好的基底上
- 泥浆法 - 用于陶瓷的滑模铸造、带式铸造、电泳沉积等技术
球形可改善粉末在加工过程中的堆积和流动，从而获得高密度和均匀的微观结构。
供应商和定价
全球领先的球形粉末供应商包括
| 供应商 | 材料 | 价格范围 |
|---|---|---|
| 山特维克 | 合金钢、不锈钢 | $50-200/kg |
| 木匠添加剂 | 工具钢、超级合金 | $70-250/kg |
| 赫加纳斯 | 不锈钢 | $45-180/kg |
| 普莱克斯 | 钛、超级合金 | $100-350/kg |
| LPW 技术 | 铝合金、复合材料 | $60-220/kg |
价格取决于合金成分、质量、批量大小和采购数量。小批量研发比大批量生产价格更高。
处理和储存
安全处理和储存 球形粉末:
- 将密封容器存放在阴凉、干燥、惰性环境中，以防止氧化和污染
- 限制接触水分，避免粉末结块
- 使用低碳钢或塑料容器，而不是铝制容器，以防止发生反应
- 确保容器正确接地，避免静电积聚
-轻拿轻放容器和粉末，防止在运输和转移过程中造成颗粒损坏
- 储存和处理区附近避免火花、火焰和火源
- 安装适当的通风和集尘设备
- 使用适当的个人防护设备处理细粉末--手套、呼吸器、护目镜
正确的程序可防止粉末性质发生变化，以免对固结和最终部件的性质产生负面影响。
设备维护
关键粉末处理系统的维护提示：
筛子
- 更换损坏的滤网，避免撕裂和破损
- 定期清洁筛网，防止堵塞导致颗粒损坏
- 检查振动幅度和时间设置，防止加工硬化
料斗和喂料机
- 检查出口端口是否有堆积物，清除阻塞流体的任何材料
- 验证喂料机的设置是否符合粉末特性，以确保可靠的流量
- 检查料斗衬里的磨损情况，如果磨损严重，应予以更换
混合容器：
- 更换磨损的挡板和增压器，实现无偏析的均匀混合
- 检查刀片状况，修理/更换损坏部件
- 检查密封垫和密封件，防止运行过程中粉末泄漏
工具：
- 监控尺寸精度，并根据需要进行维修/更换
- 按计划在压力机和模具上涂抹润滑剂，确保轻松脱模
- 检查炉子上的加热元件和温度控制器
选择 球形粉末 供应商
选择供应商的关键因素：
- 技术专长 在材料、制造工艺、零件设计等方面为客户提供支持
- 粉末选择范围 包括不同的材料、尺寸、形态和涂层
- 严格的质量保证 包括化学分析、显微检测、过程控制等。
- 生产能力 及时满足需求
- 提供的服务 如取样、原型设计、测试、分析等。
- 行业声誉 始终如一地提供优质粉末
- 认证 如 ISO 9001、AS9100、ISO 13485 等。
- 有竞争力的定价 与增值服务和客户支持相结合
- 航运和物流能力 及时交付，最短交付周期
合适的合作伙伴既能提供符合需求的球形粉末，也能提供成功的专业技术知识。
优势与局限
优势
- 出色的粉末流动性和包装密度
- 改善烧结密度和微观结构
- 减少压实过程中的内应力
- 可制造复杂的几何形状
- 一致的冶金特性
- 烧结部件表面光洁度高
局限性
- 比不规则粉末贵
- 需要先进的制造技术
- 可用于极细粉末的尺寸有限
- 控制粒度分布可能很困难
- 某些材料很难雾化成球形粉末
常见问题
使用球形粉末的主要优势是什么？
其主要优点是流动性极佳，易于处理；堆积密度高，可改善压实效果；颗粒间摩擦较小，可实现复杂的几何形状；冶金性能稳定。
哪些材料通常是球形粉末？
常用材料包括不锈钢、工具钢、超级合金、钛合金、铝合金、镍基合金和陶瓷粉末。
哪些行业通常使用球形粉末？
主要行业包括航空航天、医疗、汽车、国防、能源、电子和工业设备制造。
球形粉末的典型尺寸范围是多少？
传统的气体雾化球形粉末约为 10-150 微米。专业技术可以生产亚微米到纳米级的球形粉末。
球形粉末比不规则粉末贵多少？
与不规则粉末相比，球形粉末的成本通常要高出 20-50%。不过，在关键应用中，球形粉末的优点往往能证明较高的成本是合理的。
结论
它们具有独特的圆形和光滑的表面、 球形粉末 与不规则粉末相比，它具有更高的密度和更优越的流动性。球形粉末具有一致的颗粒特性，因此在各种金属和陶瓷中都具有出色的可压缩性、密实性和烧结性。雾化工艺的不断发展使球形粉末的材料和尺寸选择比以往更加广泛。充分利用球形粉末的优势进行零件设计和工艺优化，可以经济高效地生产出高性能零件。