干貨 | 金屬粉末的制備工藝大盤點(diǎn)

根據(jù)中國機(jī)協(xié)粉末冶金分會(huì)統(tǒng)計(jì)，2016年粉末冶金零件出貨量48萬噸，銷售額達(dá)64億元，其中汽車行業(yè)銷售額40億元，占銷售總額62%。2017年，粉末冶金市場規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)69億，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長。

2016中國粉末冶金零件銷售情況

來源：中國機(jī)協(xié)粉末冶金分會(huì)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱是粉末冶金零部件應(yīng)用最為廣泛和市場空間最大的兩個(gè)領(lǐng)域。國內(nèi)汽車粉末冶金市場空間高達(dá)200億元。再加之2018年為金屬3D打印粉末爆發(fā)的元年，金屬粉末的市場有望進(jìn)一步擴(kuò)展。

金屬粉末的制備
市場的巨大潛力也在推動(dòng)著技術(shù)的進(jìn)步。隨著粉末冶金產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，對金屬粉末顆粒的尺寸形狀和性能要求越來越高，而金屬粉末的性能和尺寸形狀在很大程度上取決于粉末的生產(chǎn)方法及其制取工藝，因此粉末的制備技術(shù)也在不斷地發(fā)展和創(chuàng)新。

不同方法生產(chǎn)的金屬粉末形狀

目前，金屬粉末的制備已發(fā)展了很多方法，根據(jù)生產(chǎn)原理主要分為物理化學(xué)法和機(jī)械法。在機(jī)械法中最主要的是霧化法和機(jī)械粉碎法。物理化學(xué)法中最主要的是還原法、電解法和羥基法。

金屬粉末制取方法的特點(diǎn)和適用范圍

1機(jī)械法
機(jī)械法是借助于機(jī)械外力將金屬破碎成所需粒徑粉末的一種加工方法，該方法制備過程中材料的化學(xué)成分基本不變。目前普遍使用的方法是霧化法和機(jī)械粉碎法。其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、產(chǎn)量大，可以制備一些常規(guī)方法難以得到的高熔點(diǎn)金屬和合金的超細(xì)粉末。

機(jī)械粉碎法
機(jī)械粉碎法既是一種獨(dú)立的制粉方法，也常作為其他制粉方法必不可少的補(bǔ)充工序。主要通過壓碎、擊碎和磨削等作用將固態(tài)金屬碎化成粉末。粉碎設(shè)備分兩類：

主要起壓碎作用的粗碎設(shè)備：碾碎機(jī)、輥軋機(jī)、顎式破碎機(jī)等粗碎設(shè)備；
主要起擊碎和磨削作用的細(xì)碎設(shè)備：錘碎機(jī)、棒磨機(jī)、球磨機(jī)、振動(dòng)球磨機(jī)、攪動(dòng)球磨機(jī)等。

高能球磨法制備金屬粉末

機(jī)械粉碎法主要適用于粉碎脆性的和易加工硬化的金屬和合金，如錫、錳、鉻、高碳鐵、鐵合金等。該法效率低，能耗大，多作為其他制粉法的補(bǔ)充手段，或用于混合不同性質(zhì)的粉末。

霧化法
直接擊碎液體金屬或合金而制得粉末的方法稱之為霧化法，是生產(chǎn)規(guī)模僅次于還原法的、應(yīng)用較廣泛的金屬粉末制取法。霧化粉末具有球形度高、粉末粒度可控、氧含量低、生產(chǎn)成本低以及適應(yīng)多種金屬粉末的生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已成為高性能及特種合金粉末制備技術(shù)的主要發(fā)展方向，但生產(chǎn)效率低，超細(xì)粉末的收得率不高，能耗相對較大等缺陷限制了霧化法的應(yīng)用。

霧化法制備金屬粉末

2物理化學(xué)法
物理-化學(xué)法是指在粉末制備過程中，通過改變原料的化學(xué)成分或集聚狀態(tài)而獲得超細(xì)粉末的生產(chǎn)方法。按照化學(xué)原理的不同可將其分為還原法、電解法、羰基法和化學(xué)置換法。

還原法
還原金屬氧化物及金屬鹽類以生產(chǎn)金屬粉末是一種應(yīng)用最廣泛的制粉方法。特別是直接使用礦石以及冶金工業(yè)廢料如軋鋼鐵鱗作原料時(shí)，還原法最為經(jīng)濟(jì)。還原法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，工藝參數(shù)易于控制，生產(chǎn)效率高，成本較低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是只適用于易與氫氣反應(yīng)、吸氫后變脆易破碎的金屬材料。

電解法
電解法是通過電解熔鹽或鹽的水溶液使得金屬粉末在陰極沉積析出的方法。它在粉末生產(chǎn)中占有重要的地位，其生產(chǎn)規(guī)模在物理化學(xué)法中僅次于還原法，并且可控制制粉粒度，制取的粉末純度高，單質(zhì)粉可達(dá)99.7%以上。不過電解法耗電較多，成本比還原粉和霧化粉高。因此，在粉末總產(chǎn)量中，電解粉所占比重比較小。

超聲波電解制備鐵粉

羰基法
由于羰基金屬在低溫下容易分解為金屬及CO氣體，因此可以利用合成羰基金屬的逆反應(yīng)來制取羰基金屬粉末。使用羰基法不但可以制取微米級(jí)粉末，還可以制取納米級(jí)粉末；不但可以制取單一純金屬及合金粉末，還可以制取包覆粉末。羰基粉末本身所具有的高發(fā)達(dá)表面是其他方法所制取的粉末無法相比的，是化學(xué)電源極板及催化劑的最好材料。

化學(xué)置換法
根據(jù)金屬的活潑性強(qiáng)弱，用活潑性強(qiáng)的金屬將活性較小的金屬從金屬鹽溶液中將其置換出來，將置換所得到的金屬（金屬粉粒）用其他方法進(jìn)一步處理細(xì)化成金屬粉末的方法稱為化學(xué)置換法。該法主要應(yīng)用于Cu、Ag、Au等不活潑金屬粉末的制備。

總結(jié)
隨著技術(shù)的進(jìn)步，金屬粉末在冶金、化工、電子、磁性材料、精細(xì)陶瓷、傳感器等方面顯示了良好的應(yīng)用前景。但由于傳統(tǒng)制備技術(shù)的局限性，制約了金屬粉末的應(yīng)用。盡管許多新型的生產(chǎn)工藝和方法已經(jīng)得到應(yīng)用,但規(guī)模較小和成本較高的問題仍不能很好的解決。為了促進(jìn)金屬粉末材料的發(fā)展，必須加大創(chuàng)新力度、取長補(bǔ)短，開發(fā)出產(chǎn)量更大、成本更低的生產(chǎn)工藝。

來源：粉體網(wǎng)