【万鑫课堂】金属粉末的制备技术是一大看点

据中国机械工业协会粉末冶金分会统计，2016年粉末冶金零部件出货量48万吨，销售额64亿元，其中汽车行业销售额40亿元，占总销售额的62%。2017年，粉末冶金市场规模有望达到69亿，实现稳定增长。

发动机和变速箱是粉末冶金零件应用最广泛、市场空间最大的两个领域。汽车粉末冶金国内市场空间高达200亿元。再加上2018年是金属3D打印粉的爆发元年，金属粉的市场有望进一步扩大。

金属粉末的制备

市场的巨大潜力也在推动技术进步。随着粉末冶金产品的应用越来越多，对金属粉末颗粒的尺寸、形状和性能的要求也越来越高，而金属粉末的性能、尺寸和形状在很大程度上取决于粉末的生产方法和制备技术，因此粉末的制备技术也在不断发展和创新。

不同方法生产的金属粉末形状

目前，制备金属粉末的方法很多，根据生产原理主要分为物理化学法和机械法。在机械方法中，雾化和机械粉碎是最重要的。在物理方法中，主要有还原法、电解法和羟基法。

机械方法

机械法是通过机械外力将金属粉碎成所需粒度的粉末的加工方法。该方法制备过程中材料的化学成分基本不变。目前常用的方法有雾化法和机械粉碎法。其优点是工艺简单，产率高，可用于制备常规方法难以获得的高熔点金属及合金的超细粉末。

机械粉碎法

机械粉碎不仅是一种独立的粉碎方法，也是其他粉碎方法不可缺少的补充过程。固体金属主要是通过破碎、粉碎、研磨等方式粉碎成粉末。研磨设备分为两类:

主要起破碎作用的粗碎设备:破碎机、轧钢机、颚式破碎机等粗碎设备；

破碎研磨设备:锤式破碎机、棒磨机、球磨机、振动球磨机、搅拌球磨机等。

高能球磨制备金属粉末

机械破碎法主要适用于破碎易碎易加工的淬硬金属及合金，如锡、锰、铬、高碳铁、铁合金等。这种方法效率低，能耗高，常作为其他制粉方法的补充，或用于混合不同性质的粉体。

雾化方法

将液态金属或合金直接粉碎得到粉末的方法称为雾化法，是一种应用广泛的金属粉末制备方法，生产规模仅次于还原法。雾化粉末具有球形度高、粒度可控、氧含量低、生产成本低、适合生产各种金属粉末等优点。已成为高性能特种合金粉末制备技术的主要发展方向。然而，雾化法生产效率低、超细粉产量低、能耗相对较高的缺陷限制了其应用。

雾化制备金属粉末

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物理方法

物理化学法是指在粉体制备过程中，通过改变原料的化学成分或团聚状态来生产超细粉体的方法。根据化学原理不同，可分为还原法、电解法、羰基法和化学置换法。

还原法

还原金属氧化物和金属盐以生产金属粉末是最广泛使用的方法。特别是当直接使用矿石和轧钢鳞等冶金工业废料作为原料时，还原法是最经济的。该还原方法操作简单，工艺参数容易控制，生产效率高，成本低，适合工业化生产。缺点是只适用于易与氢反应，吸氢后变脆易断的金属材料。

电解法

电解是通过电解熔盐或盐水溶液，使金属粉末沉积在阴极上的方法。它在粉末生产中起着重要的作用。其生产规模仅次于物理和化学方法中的还原法，并且可以控制粉体的粒度。制备的粉末纯度高，单质粉末可达99.7%以上。然而，电解比还原粉和雾化粉消耗更多的功率和成本。因此，在粉末总产量中，电解粉末所占的比例相对较小。

超声波电解法制备铁粉

羰基法

羰基金属在低温下容易分解成金属和一氧化碳气体，因此可以通过合成羰基金属的逆反应制备羰基金属粉末。羰基法不仅可用于制备微米级粉体，也可用于制备纳米级粉体。不仅可以制备单一的纯金属和合金粉末，还可以制备包覆粉末。羰基粉末本身具有高度发达的表面，是其他方法制备的粉末无法相比的。是化学电源极板和催化剂的最佳材料。

化学置换法

根据金属的活性，将活性较强的金属从金属盐溶液中置换出活性较弱的金属，用其他方法将置换得到的金属(金属粉末)进一步细化成金属粉末的方法称为化学置换法。该方法主要用于制备铜、银、金等惰性金属粉末。

摘要

随着技术的进步，金属粉末在冶金、化工、电子、磁性材料、精细陶瓷、传感器等领域显示出良好的应用前景。然而，传统制备技术的局限性制约了金属粉末的应用。虽然许多新的生产工艺和方法得到了应用，但规模小、成本高的问题并没有得到很好的解决。为了促进金属粉末材料的发展，必须加大创新力度，取长补短，开发出产量更高、成本更低的生产工艺。