球形金属粉末的制备结构和性能研究(2)
的特点。随着科技的快速发展，对使用的金属粉末的性能要求愈来愈高，而不同的制造工艺
对金属粉末的要求也不相同，如目前发展迅速的增材制造，由于其铺粉、送粉的工艺步骤对
金属粉末的流动性和几何特性提出了更高的要求，高球形度是增材制造对所使用的金属粉末
的基本要求。制备的金属粉末纯度高、含氧量低、成本低、成分和粒度可控是制粉技术发展
的大趋势。雾化法是通过高压高速流体击碎熔融金属或合金再经冷却凝固获得粉末的方法，
按照雾化介质可分为气体雾化法和水雾化法，适用于多种金属及合金粉末，雾化制粉法生产
效率高、可应用于大规模的工业化生产。其中，气雾化方法适于大规模生产且具有较低的生
产成本，气雾化制备的金属粉末粒度细小、球形度高、含氧量低。历经多年不断地研究改进
和发展，气雾化制粉技术已经成为制备高性能球形金属及合金粉末的主要方法[2]
。1.1.1 气雾化制粉技术的发展简述
气雾化制粉技术起源于 20 世纪，最早有专利记载的是 1917 年美国人 E.J.Hall 发明的空
气雾化 Cu-Pb 合金粉末以及空气雾化铝粉技术[3,4]
。气雾化使用的喷嘴是影响所制备的粉末性
能的重要因素，喷嘴的结构一定程度上决定了最终制得粉末的性能和质量。在喷嘴技术发展
的过程中形成了至今仍在普遍使用的两类雾化喷嘴结构，如图 1.1 喷嘴结构图所示，一类是
图 1.1（a）所示的自由降落式喷嘴，一类是图 1.1（b）所示的限制式喷嘴。自由降落式喷嘴
控制简单，中间包不含导液管，金属液流直接从中间包流出，生产过程中不易堵塞，生产的
连续性较高，但是自由落体式喷嘴雾化效率较低，制备的粉末粒度受到很大局限。限制式喷
嘴中含有导液管，大大缩短了雾化气体与金属液流的作用距离，提高了雾化效率，有利于制
得粒度细小的粉末，但是限制式喷嘴在生产中也存在一些问题如喷嘴设计复杂、导液管容易堵塞、生产连续性不高等。两类喷嘴各有利弊，但从制备的金属粉末性能方面来比较，限制
式喷嘴更有优势，现代工业制粉工艺就是在限制式喷嘴的基础上发展起来的[5]
。从气雾化制粉技术出现以来，许多研究者对其制粉过程和工艺参数不断地进行探索和研
究，另一方面，现代科技对金属粉末性能越来越高的要求也推动了气雾化制粉技术的快速发
展。19 世纪 50 年代，惰性气体氩气、氮气开始作为雾化气体应用于气雾化技术，惰性气体
稳定的化学性质有利于保证金属粉末的纯度，降低粉末的氧含量，这项改良措施驱动了高性
能粉末制备技术的发展。气雾化制粉工艺逐渐发展成熟并开始大规模应用于工业生产金属及
合金粉末是在 20 世纪 50~60 年代，我国也是在这个时期开始了雾化制粉的研究[6]
。随后，优
化雾化工艺和研究雾化机理的理论和实验研究不断取得成果， 加速了气雾化制粉技术的发展。
20世纪70年代末80年代初， 计算机技术和现代控制技术开始应用到气雾化制粉工业生产中，
气雾化制粉技术与高科技、智能化接轨，气雾化制粉效率不断得到提高、大规模生产应用操
控性增强、粉末性能持续得到优化，使气雾化制粉技术逐渐成为制备金属及合金粉末的主要
方法[7]
。为制得粒度细小的金属粉末，同时降低气雾化制粉技术的生产成本，国外研究者们
做了大量的研究试验，不断对气雾化装置以及气雾化过程的参数进行改良和优化，气雾化技