中國粉體網(wǎng)訊 球形金屬粉末在機(jī)械制造、航空航天、電力設(shè)備、電子信息等行業(yè)中被大規(guī)模使用。與傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)相比，金屬增材制造對球形金屬粉末的性能有更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，包括球形度＞98%，空心粉、衛(wèi)星粉、粘結(jié)粉等占比小或無，粒徑分布范圍窄且平均粒徑≤45 μm，氧含量體積分?jǐn)?shù)<0.01%，松裝密度高，雜質(zhì)含量少。目前，高性能球形金屬粉末的制備技術(shù)基本由國外主導(dǎo)，國內(nèi)嚴(yán)重依賴昂貴的進(jìn)口粉末，已經(jīng)成為阻礙我國金屬增材制造技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
目前，球形金屬粉末制備主要采用霧化法，包括惰性氣體霧化法、離心霧化法、超聲霧化法、射頻等離子體球化法和等離子體霧化法。其中，等離子體由于具有高溫、高速和高化學(xué)活性等優(yōu)異特性，在制備高性能球形金屬粉末方面具有突出優(yōu)勢。與其他制備技術(shù)相比，其制備的粉末具有粉末純度高、細(xì)粉收得率高、球形度高、衛(wèi)星粉占比小等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于等離子體炬既需要對金屬絲材進(jìn)行加熱熔化，又需要對熔化部分進(jìn)行沖擊破碎，因此絲材進(jìn)給速度較慢，導(dǎo)致出粉效率低。
電弧熔融等離子體霧化原理
電弧熔融等離子體霧化的基本原理如下圖所示，利用兩根連續(xù)進(jìn)給的金屬絲材之間產(chǎn)生的電弧對絲材進(jìn)行加熱使其熔化，隨后，等離子體炬發(fā)生器產(chǎn)生的高溫高速等離子體炬對金屬熔融部分進(jìn)行沖擊破碎形成微小液滴，金屬熔融小液滴在自身表面張力影響下變?yōu)榍蛐危詈竽Y(jié)成球形金屬粉末。理論上，該項(xiàng)技術(shù)可以在顯著提高出粉速率的同時(shí)，也能保留等離子體霧化法制備的粉末具有的優(yōu)點(diǎn)。
基于其原理，電弧熔融等離子體霧化裝置應(yīng)具備以下功能：①產(chǎn)生穩(wěn)定的高溫高速等離子體炬；②實(shí)現(xiàn)兩根絲材的同步連續(xù)進(jìn)給；③在兩根絲材之間產(chǎn)生穩(wěn)定連續(xù)的電弧；④為防止金屬被污染，裝置應(yīng)具有優(yōu)異的密封性，與外界完全隔絕。
等離子體炬發(fā)生系統(tǒng)
為確保霧化后的粉末性能優(yōu)異，需要使用功率較大（50～100 kW）的穩(wěn)定高溫高速等離子體炬對金屬熔融液進(jìn)行沖擊破碎。然而，這對等離子體炬發(fā)生器的氣路和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，即首先要求產(chǎn)生等離子體炬的氣體進(jìn)入氣路后具有穩(wěn)定的流場，此外，冷卻系統(tǒng)要及時(shí)將電極產(chǎn)生的熱量帶走，防止大功率下電極的熔融燒蝕。
等離子體炬發(fā)生系統(tǒng)示意圖如下圖所示，其中包括基于以上要求設(shè)計(jì)的等離子體炬發(fā)生器、供氣系統(tǒng)、等離子體電源和冷卻系統(tǒng)。工作氣體為氬氣，杜瓦罐儲存的液態(tài)氬經(jīng)管道氣化，經(jīng)過LF型氣體質(zhì)量流量控制器后進(jìn)入等離子體炬發(fā)生器，經(jīng)螺旋裝置成為穩(wěn)定的旋氣。利用MGFW-45GTF風(fēng)冷柜式水冷機(jī)組將水箱中的純水冷卻，經(jīng)水泵送至等離子體炬發(fā)生器，依次流經(jīng)LWY-15C液體渦輪流量計(jì)，進(jìn)水溫度變送器，等離子體炬發(fā)生器的陰極、中間級和陽極，回水溫度變送器，帶走電極的熱量。
2025年7月17日，中國粉體網(wǎng)將在湖南·長沙舉辦“2025高端金屬粉體制備與應(yīng)用技術(shù)大會暨2025通信電子、3D打印、粉末冶金市場金屬粉國產(chǎn)化交流會”。屆時(shí)，我們邀請到四川大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院余德平副院長/教授出席本次大會并作題為《高性能粉體等離子體制備技術(shù)及智能裝備》的報(bào)告，余德平教授將為您介紹其團(tuán)隊(duì)利用等離子體霧化法與智能裝備制備高性能金屬粉末。
個(gè)人簡介：
余德平，男，四川大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、副院長，先后入選四川省“****”、四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選、四川大學(xué)“雙百B”人才計(jì)劃。主要從事先進(jìn)制造技術(shù)及智能裝備（等離子體制造技術(shù)、精密及超精密加工技術(shù)、制造過程智能診斷與預(yù)測、智能生物醫(yī)療器械）方面的研究。在國內(nèi)外有影響力的期刊發(fā)表論文100余篇，他引1300余次。獲授權(quán)中國發(fā)明專利16項(xiàng)、實(shí)用新型專利10余項(xiàng)。涉及航空、能源領(lǐng)域注射成型和熱噴涂零件制造和交付產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益累計(jì)1.2億元以上，保障了多個(gè)重點(diǎn)新型號航空裝備、重型燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵構(gòu)件的快速研制與穩(wěn)定批產(chǎn)。
參考來源：
肖瑜，余德平，等：面向球形金屬粉末制備的電弧熔融等離子體霧化裝置的設(shè)計(jì)
戴煜，李禮，等：離子火炬霧化制備金屬3D打印專用鈦合金粉體技術(shù)分析
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)請告知?jiǎng)h除！
