霧(wu)化(hua)(hua)法是(shi)指通(tong)過機械(xie)方(fang)法將熔融態金(jin)屬粉碎成尺寸(cun)小于150μm顆粒(li)的方(fang)法。按(an)照霧(wu)化(hua)(hua)介質和霧(wu)化(hua)(hua)原理的不(bu)同可(ke)將其分為四類:水霧(wu)化(hua)(hua)法、氣霧(wu)化(hua)(hua)法、等離(li)子(zi)霧(wu)化(hua)(hua)法和超聲霧(wu)化(hua)(hua)法。

金屬霧(wu)化制粉(fen)的分(fen)類及應(ying)用

1水(shui)霧(wu)化法

水(shui)(shui)(shui)霧化法制作(zuo)金(jin)屬(shu)粉(fen)末的(de)(de)(de)工(gong)藝，有(you)(you)著(zhu)悠(you)久的(de)(de)(de)歷史(shi)。古時候，人(ren)們將(jiang)熔(rong)(rong)化了(le)的(de)(de)(de)鐵水(shui)(shui)(shui)倒入水(shui)(shui)(shui)中，使其(qi)炸裂成細小(xiao)的(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)粒子，作(zuo)為煉制鋼鐵的(de)(de)(de)原料(liao)；在民間還有(you)(you)人(ren)將(jiang)熔(rong)(rong)化了(le)的(de)(de)(de)鉛水(shui)(shui)(shui)直(zhi)接倒入水(shui)(shui)(shui)中制作(zuo)鉛丸的(de)(de)(de)。采用水(shui)(shui)(shui)霧化法制作(zuo)粗(cu)合金(jin)粉(fen)末，其(qi)工(gong)藝原理與(yu)上面講到的(de)(de)(de)讓(rang)水(shui)(shui)(shui)爆裂金(jin)屬(shu)液(ye)是一樣的(de)(de)(de)，只是在粉(fen)碎(sui)的(de)(de)(de)效率上有(you)(you)了(le)很(hen)大的(de)(de)(de)提高。其(qi)工(gong)藝流程如圖1。

應用(yong)：水(shui)霧(wu)化法(fa)具備(bei)工藝流程短、成本低、工業三廢產(chan)生少等(deng)特點，適用(yong)于對成本比(bi)較(jiao)敏感的(de)(de)中低端(duan)產(chan)品(pin)的(de)(de)生產(chan)。但(dan)是水(shui)霧(wu)化法(fa)粉末球(qiu)形度差，含氧量高(gao)，且對于化學性質較(jiao)為活潑的(de)(de)金屬無法(fa)進行霧(wu)化生產(chan)。

2氣霧化法(fa)

氣霧(wu)化(hua)的(de)過程(cheng)大致(zhi)描述(shu)為，金(jin)屬液滴(di)在自(zi)由(you)落體(ti)過程(cheng)中，通過氣體(ti)剪切和擠壓(ya)(ya)作用，金(jin)屬液流(liu)(liu)細化(hua)并(bing)發生層流(liu)(liu)纖(xian)維(wei)化(hua)的(de)過程(cheng)。當液滴(di)離開有效霧(wu)化(hua)區(qu)后，液滴(di)外壓(ya)(ya)*減小，由(you)于(yu)液滴(di)內外壓(ya)(ya)力不平衡導(dao)致(zhi)自(zi)激破碎(sui)。

在材料制粉(fen)(fen)眾多方法中，氣體霧(wu)化(hua)制粉(fen)(fen)生(sheng)產粉(fen)(fen)體的比例已經占(zhan)整體的80%。氣霧(wu)化(hua)法按照設(she)備加熱元件不同可分為以下(xia)幾(ji)種:

2.1真空感應熔煉(lian)惰(duo)性(xing)氣體霧(wu)化法(VIGA法)

真空感(gan)應熔煉(lian)由(you)于(yu)硬件設備(bei)和(he)坩(gan)堝(guo)的限(xian)制，加熱溫(wen)度往(wang)往(wang)*高只能達到1500～1600℃。并(bing)且由(you)于(yu)使(shi)用陶瓷坩(gan)堝(guo)和(he)導流(liu)嘴的影響，會在合金(jin)熔體中代入雜質，影響制備(bei)金(jin)屬粉體的純凈(jing)度。

2.2等離子熔(rong)煉感應氣體(ti)霧化法(fa)(fa)(PIGA法(fa)(fa))

首先，PIGA法采(cai)用(yong)等(deng)離子熱源(yuan)從(cong)而提高了加熱源(yuan)的(de)穩定性(xing)和(he)效能，尤其對于高溫金(jin)屬(shu)。其次，PIGA法采(cai)用(yong)水冷銅(tong)坩(gan)堝(guo)，金(jin)屬(shu)液流(liu)在與水冷銅(tong)坩(gan)堝(guo)接觸時(shi)，在坩(gan)堝(guo)表面(mian)形成一層(ceng)母體(ti)金(jin)屬(shu)層(ceng)，隔*續(xu)金(jin)屬(shu)液流(liu)和(he)銅(tong)坩(gan)堝(guo)壁(bi)的(de)直接接觸，提高了制備金(jin)屬(shu)粉體(ti)的(de)純凈度。

2.3等離子火炬霧化(hua)法(fa)(PA法(fa))

PA法(fa)原理是通過(guo)將金(jin)屬(shu)絲(si)材通過(guo)矯(jiao)直機按(an)照一(yi)定的(de)速率加入等離子熱源熔化，之后熔融金(jin)屬(shu)液滴通過(guo)高(gao)壓(ya)氣體進(jin)行(xing)霧化。使用PA法(fa)制備(bei)粉體有球形度高(gao)、純度高(gao)、含氧量低的(de)特(te)點。但(dan)是由于其原料(liao)為原料(liao)絲(si)，所以提高(gao)了原料(liao)成本，并且局限了其制備(bei)金(jin)屬(shu)粉體的(de)種類。

2.4無坩(gan)堝電極感應(ying)熔化(hua)氣體霧化(hua)法(EIGA法)

EIGA法(fa)是將預制(zhi)合(he)金(jin)(jin)棒(bang)(bang)作(zuo)為電(dian)極(ji)，通過(guo)感應熔煉線(xian)圈和控(kong)制(zhi)垂直送料速度(du)(du)的(de)參數將旋轉的(de)棒(bang)(bang)料電(dian)極(ji)熔化(hua)并霧(wu)化(hua)的(de)過(guo)程。從(cong)其工(gong)作(zuo)原理模式可以得(de)出(chu)EIGA法(fa)優點在于不(bu)使(shi)用陶瓷坩(gan)堝，減少母合(he)金(jin)(jin)中的(de)雜(za)質(zhi)，大(da)(da)大(da)(da)提高(gao)了霧(wu)化(hua)粉體(ti)的(de)純凈(jing)度(du)(du)。同樣EIGA法(fa)缺點也很明(ming)顯，合(he)金(jin)(jin)預制(zhi)棒(bang)(bang)材(cai)相較于合(he)金(jin)(jin)錠料成(cheng)本較高(gao)，并且(qie)棒(bang)(bang)材(cai)合(he)金(jin)(jin)均(jun)勻性對霧(wu)化(hua)后粉體(ti)化(hua)學(xue)成(cheng)分有較大(da)(da)影響;控(kong)制(zhi)金(jin)(jin)屬棒(bang)(bang)材(cai)熔化(hua)速率(lv)的(de)方式難以把握，容易造成(cheng)液(ye)流(liu)斷(duan)流(liu)和“斷(duan)棒(bang)(bang)”使(shi)得(de)導流(liu)管(guan)阻(zu)塞。

3等(deng)離子(zi)旋轉電極霧化法(fa)

等離(li)子旋(xuan)轉(zhuan)電極霧化(hua)制粉(fen)(fen)（PREP）技術是一種基(ji)于電極棒料高速旋(xuan)轉(zhuan)離(li)心霧化(hua)原理(li)的(de)(de)金屬粉(fen)(fen)末(mo)制備方(fang)法，該方(fang)法可以制備出(chu)70～130μm的(de)(de)低含氧(yang)量、無(wu)粘連(lian)高球形度粉(fen)(fen)末(mo)，但是由于對電極的(de)(de)轉(zhuan)速要求較高，導(dao)致無(wu)法大(da)量制備粒(li)徑(jing)小(xiao)于45μm的(de)(de)高性能球形微(wei)粉(fen)(fen)。該技術生(sheng)產的(de)(de)粉(fen)(fen)末(mo)具(ju)有(you)流(liu)動性好、氣(qi)體夾雜(za)少、少或無(wu)衛(wei)星粉(fen)(fen)等優點，在核工業、航天航空和生(sheng)物醫療(liao)等領域獲得了重要應用。

工(gong)作原理：采用高溫等離子槍將高速旋轉(zhuan)的電極棒料(liao)端面熔(rong)化成(cheng)(cheng)(cheng)液膜，液膜在高速旋轉(zhuan)離心力作用下破(po)碎(sui)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)液滴(di)，微(wei)小液滴(di)在惰性(xing)氣氛中(zhong)冷卻凝(ning)固，在表面張力作用下形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)球形(xing)粉末，技(ji)術原理如圖3所(suo)示。

應用(yong)前景：PREP技(ji)(ji)術(shu)生(sheng)產(chan)的金(jin)(jin)屬粉末已經(jing)廣泛用(yong)于航(hang)天航(hang)空、船舶、能(neng)源化(hua)工、高端裝備制造和(he)生(sheng)物醫療等領(ling)域。近幾年(nian)，隨(sui)著金(jin)(jin)屬增(zeng)材制造技(ji)(ji)術(shu)等新興產(chan)業的發展，PREP技(ji)(ji)術(shu)以其制備的優良的金(jin)(jin)屬粉末特性，展現(xian)出(chu)了良好(hao)的應用(yong)前景。我國PREP技(ji)(ji)術(shu)經(jing)過近幾十年(nian)的發展，在粉末品(pin)質、設(she)備產(chan)能(neng)等技(ji)(ji)術(shu)方(fang)面取(qu)得(de)了長(chang)足的進步，然而在細粉收得(de)率(lv)、難(nan)熔金(jin)(jin)屬粉末制備等方(fang)面與國外先進技(ji)(ji)術(shu)相比仍(reng)然存在較大差距。

4超聲霧化(hua)法

超聲霧化(hua)(hua)法作(zuo)為一種新(xin)型的(de)霧化(hua)(hua)技術，通過與超聲工(gong)具(ju)頭直接(jie)(jie)或間接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸的(de)方式(shi)，將(jiang)超聲波的(de)能(neng)量傳遞給(gei)待(dai)霧化(hua)(hua)液體并進行破碎。這種制(zhi)粉技術能(neng)夠得到球形(xing)(xing)度較(jiao)好且(qie)粒度分布較(jiao)窄(zhai)的(de)球形(xing)(xing)金屬(shu)粉末，同(tong)時還具(ju)有設(she)備和工(gong)藝(yi)簡單、可(ke)控性高、成本(ben)低的(de)顯著優勢，尤(you)其(qi)在(zai)制(zhi)備粒徑小于20μm的(de)高性能(neng)球形(xing)(xing)金屬(shu)粉末方面(mian)*優勢。

4.1接觸式超(chao)聲(sheng)霧化技術

霧(wu)(wu)(wu)化(hua)(hua)原理：將待霧(wu)(wu)(wu)化(hua)(hua)的(de)液(ye)(ye)體(ti)直接輸入至超聲換能器(qi)的(de)工具(ju)頭表(biao)(biao)面，使其形成薄(bo)(bo)液(ye)(ye)層，薄(bo)(bo)液(ye)(ye)層在超聲振動的(de)作用下激起表(biao)(biao)面張力波(bo)，當液(ye)(ye)體(ti)表(biao)(biao)層液(ye)(ye)滴振幅超過(guo)工具(ju)頭振幅時，液(ye)(ye)滴便會(hui)飛出，被(bei)霧(wu)(wu)(wu)化(hua)(hua)成小液(ye)(ye)滴，如圖4所示。霧(wu)(wu)(wu)化(hua)(hua)過(guo)程中，薄(bo)(bo)液(ye)(ye)層厚度的(de)大小對(dui)霧(wu)(wu)(wu)化(hua)(hua)效果(guo)的(de)影響很大，這(zhe)就限制了待霧(wu)(wu)(wu)化(hua)(hua)液(ye)(ye)體(ti)的(de)質量(liang)流速，且(qie)限制了霧(wu)(wu)(wu)化(hua)(hua)速率的(de)提高。

應(ying)用(yong)(yong)前景：接觸式(shi)超聲霧(wu)化技(ji)術主要應(ying)用(yong)(yong)于(yu)生產(chan)(chan)低(di)熔點金屬(shu)粉末(mo)，較其他的霧(wu)化方法(fa)來說可(ke)以更(geng)高效地生產(chan)(chan)粒(li)徑位于(yu)20μm左右的窄(zhai)粒(li)度球形粉末(mo)，但是該霧(wu)化方法(fa)在生產(chan)(chan)高熔點以及高腐蝕性金屬(shu)粉末(mo)方面有很大的限制。

4.2非接(jie)觸式(shi)超(chao)聲霧化技術

非接(jie)觸式霧化主要是將待霧化液體輸入至超聲駐波場的聲壓節(jie)點處進行霧化，如圖5所示。

非(fei)接(jie)觸式(shi)超聲霧(wu)化(hua)技術(USWA)的待霧(wu)化(hua)液體與工具(ju)頭無接(jie)觸的特(te)點使得該技術在(zai)進行熔融金(jin)屬或其他液體的霧(wu)化(hua)時(shi)存在(zai)更多優(you)點，同時(shi)在(zai)制(zhi)備粒徑位于(yu)10μm左右(you)的金(jin)屬粉末時(shi)具(ju)有較高的粉末收得率(lv)和霧(wu)化(hua)效率(lv)。

應用前景(jing)：

研(yan)究表明(ming)，從高(gao)(gao)粘度熔(rong)融體制備(bei)金屬粉末(mo)領(ling)域(yu)，非接觸式霧化技(ji)術具備(bei)了其他霧化技(ji)術無法比擬的優勢，但是(shi)該(gai)技(ji)術尚(shang)不成(cheng)熟，無法滿足(zu)工(gong)廠大批量(liang)生(sheng)產。鑒于在生(sheng)產高(gao)(gao)熔(rong)點、高(gao)(gao)粘度、細粒度金屬粉末(mo)領(ling)域(yu)的較高(gao)(gao)優勢，未來這種技(ji)術的發展勢必會有(you)廣闊的市場前景。

隨著增材制造(zao)、粉(fen)(fen)末冶金(jin)工業、粉(fen)(fen)末注射成(cheng)型、表面(mian)噴(pen)涂(tu)工藝(yi)、三維焊接技(ji)術(shu)等制造(zao)領域的(de)發展，對(dui)霧(wu)化法的(de)要求也會更(geng)加嚴(yan)苛，霧(wu)化法在不停的(de)更(geng)新換代中會迎來(lai)更(geng)廣闊的(de)前景。