超越传统雾化：高端金属粉体制备工艺的进阶之路

随着航空航天、生物医疗、消费电子、光伏储能等领域对高性能金属粉末需求的激增，传统雾化技术难以满足高纯度、高球形度等严苛要求。以等离子旋转电极法、射频等离子球化技术为代表的先进工艺，正推动金属粉体制备向精细化、功能化方向发展。

传统雾化制粉

传统雾化制粉技术主要有气雾化法和水雾化法两种。

水雾化制粉是通过高压水流冲击熔融金属液流，使其破碎成细小液滴并快速冷却凝固的工艺，具有成本低、生产效率高的特点，但粉末形状不规则且氧含量较高，多用于钢铁粉末等中低端产品。

气雾化制粉则利用高速惰性气体（如氩气）破碎金属液流，分为真空感应熔炼气雾化（VIGA）和电极感应气雾化（EIGA）：VIGA在真空环境中熔炼金属，适用于铁基、镍基合金；EIGA通过感应加热熔化电极棒，适合活性金属（如钛合金），两者均能获得高球形度（>90%）、低氧含量（<0.2%）的粉末。

传统雾化制粉的瓶颈包括：

空心粉缺陷‌：气雾化中气体动能不足导致液滴冷却不均，形成空心结构，影响粉末致密度；

细粉收得率低‌：气雾化细粉（<20μm）收得率不足30%，水雾化则因冷却过快导致粉末不规则；

氧污染风险‌：水雾化易引入氧化杂质，活性金属雾化时氧含量控制困难；

能耗高‌：气雾化需高压气体系统，能量转换效率低于40%。

等离子旋转电极法（PREP）

等离子旋转电极雾化法（PREP）是一种离心雾化法，将母合金加工成棒料，作为自耗电极，在惰性气体环境下，以等离子弧作为热源加热旋转的金属棒料，端面逐渐熔化形成金属熔体，在离心力的作用下，熔融的金属被破碎成熔滴，然后以极快的速度飞出，并在表面张力作用下冷却凝固成球形粉末。

优势：纯净度高，惰性气体保护下制备，氧含量可低于0.15%，几乎无空心粉和卫星粉；球形度优异，液滴球化时间长，表面光滑，流动性好，适合激光增材制造。

局限：电极棒尺寸限制导致细粉收得率低（<45μm粉末难量产）；设备复杂，单次装料生产效率低，成本高达气雾化法的3倍。

代表企业有：‌ 西安赛隆增材技术股份有限公司、中航迈特增材科技（北京）有限公司。

等离子熔丝雾化法（PA）

等离子熔丝雾化（PA）制粉技术最早由加拿大AP&C公司发明。以金属丝材作为加工原料，采用高温等离子体加热熔化连续进给的金属丝材，丝材熔化的同时对其雾化，形成的微液滴在表面张力作用下收缩球化，并在下落过程中冷却为球形粉末颗粒。PA技术因熔融与雾化过程同时进行，提高了制粉的效率。整个工艺处于惰性气体的保护下，且粉末制备过程中不接触坩埚、喷嘴等，保证了粉末的纯净度。

PA技术制得的粉末粒径在20~45µm，细粉收得率可达60%~70%。但是，由于其加工原料为丝材，对材料的加工性能要求较高，限制了难加工金属材质粉末的制备；同时，丝材的加工提高了工艺的成本。

射频等离子球化技术

射频等离子体球化是利用直流电弧或射频等离子体为热源对气体进行加热，通过载气送粉装置将原料粉末送入到高温等离子区域中吸热熔融，在表面张力作用下形成球形液滴，随后液滴经过极大的温度梯度冷却凝固成粉末的技术。

技术优势有：无电极污染，射频感应产生高温等离子体，熔融不规则粉体后球化；可处理钨、钼等高熔点金属，球化率超95%。

应用案例：湖南天际智慧材料科技有限公司已实现球形钨、钽、氧化钇、高纯氧化铝、氧化镁等产品的工业化生产。

超声振动雾化法

超声振动雾化技术通过功率源发生器将工频交流电转变为高频电磁振荡，提供给超声换能器，超声换能器借助压电晶体的伸缩效应将高频电磁振荡转化为微弱的机械振动，然后再将机械振动的质点位移或者将机械振动的速度放大，再传给超声工具头，最终通过超声的高速脉动气流击破金属液流，将金属液滴雾化成不同粒度的液滴。

超声振动雾化技术制备金属粉末

超声振动雾化技术突破传统气雾化粒径下限，实现亚微米级钨粉制备‌；振动能替代部分气体动能，能耗降低40%‌。但熔滴冷却速度过快导致卫星粉聚集，而且‌设备维护成本高，暂未实现＞100kg/h的连续生产。

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结语

从航空航天到生物医疗，高端金属粉体的制备技术正朝着高纯化、球形化、功能化方向加速演进。尽管等离子法等先进制粉工艺仍面临成本与规模化挑战，但其在解决关键领域“卡脖子”问题中的价值已不容忽视。

参考来源：

隋毅，等：等离子旋转电极雾化制粉研究现状

邹海平，等：3D打印用金属粉末的制备技术发展现状

王利卿，等: 气雾化球形金属粉末形成机理的研究进展

张朔，等：雾化法制备金属粉末及其研究进展

中国粉体网

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