中瑞祥解析金属粉末性能和制取方法

金属粉末是尺寸小于1mm的金属颗粒群。包括单金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末，是粉末冶金的主要原材料。

　　粉末性能

　　金属粉末属于松散状物质，其性能综合反映了金属本身的性质和单个颗粒的性状及颗粒群的性。般将金属粉末的性能分为化学性能、物理性能和艺性能。化学性能是金属含量和杂质含量。物理性能包括粉末的平均粒度和粒度分布，粉末的比表面和真密度，颗粒的形状、表面形貌和内显微结构。艺性能是种综合性能，包括粉末的流动性、松装密度、振实密度、压缩性、成形性和烧结尺寸变化等。此外，对某些殊用途还要求粉末具有其他的化学和物理性，如催化性能、电化学活性、耐蚀性能、电磁性能、内摩擦系数等。金属粉末的性能在很大程度上取决于粉末的方法及其制取艺。粉末的基本性能可用定的标准检测方法测定。粉末粒度及其分布的测定方法很多，般用筛分析法(>44μm)、沉降分析法(0.5~100μm)、气体透过法、显微镜法等。细粉末(<0.5μm)用电子显微镜和X射线小角度散射法测定。金属粉末习惯上分为粗粉、中等粉、细粉、微细粉和细粉五个等。

　　制取方法

　　通常按转变的作用原理分为机械法和物理化学法两类，既可从固、液、气态金属直接细化获得，又可从其不同状态下的金属化合物经还原、热解、电解而转变制取。难熔金属的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物般可直接用化合或还原-化合方法制取。因制取方法不同，同种粉末的形状、结构和粒度等性常常差别很大(图2)。粉末的制取方法列表如下，其中应用广的是还原法、雾化法、电解法。

　　还原法

　　利用还原剂夺取金属氧化物粉末中的氧,而使金属被还原成粉状。气体还原剂有氢、氨、煤气、转化天然气等。固体还原剂有碳和钠、钙、镁等金属。氢或氨还原，常用来钨、钼、铁、铜、镍、钴等金属粉末。碳还原常用来铁粉。用金属强还原剂钠、镁、钙等，可以钽、铌、钛、锆、钒、铍、钍、铀等金属粉末(见金属热还原)。用压氢气还原金属盐类水溶液，可制得镍、铜、钴及其合金或包覆粉末(见湿法冶金)。还原法制成的粉末颗粒大多为海绵结构的不规则形状。粉末粒度主要取决于还原温度、时间和原料的粒度等因素。还原法可制取大多数金属的粉末，是种广泛应用的方法。

　　雾化法

　　将熔融金属雾化成细小液滴，在冷却介质中凝固成粉末(图3)。图4广泛应用的二流(熔体流和速流体介质)雾化法是用压空气、氮气、氩气等(气体雾化)和压水(水雾化)作喷射介质来击碎金属液体流。也有利用旋转盘粉碎和熔体自身(自耗电和坩埚)旋转的离心雾化法，以及其他雾化方法如溶氢真空雾化、声波雾化等。由于液滴细小和热交换条件好，液滴的冷凝速度般可达到100~10000K/s,比铸锭时几个数量。因此合金的成分均匀，组织细小，用它制成的合金材料无宏观偏析，性能优异。气雾化粉末般近形，水雾化可制得不规则形状。粉末的性如粒度、形状和结晶组织等主要取决于熔体的性能(粘度、表面张力、过热度)和雾化艺参数(如熔体流直径、喷嘴结构、喷射介质的压力、流速等)。几乎所有可被熔化的金属都可用雾化法,尤其适宜合金粉末。此法效率,并易于扩大业规模。目前不仅用于大量业用铁、铜、铝粉和各种合金粉末，还用来纯净度(O2<100ppm)的温合金、速钢、不锈钢和钛合金粉末。此外，用激冷制取快速冷凝粉末(冷凝速度>100,000K/s)日益受到重视。用它可以制出性能的微晶材料(见快冷微晶合金)。

　　电解法

　　在金属盐水溶液中通以直流电、金属离子即在阴上放电析出，形成易于破碎成粉末的沉积层。金属离子般来源于同种金属阳的溶解，并在电流作用下自阳向阴迁移。影响粉末粒度的因素主要是电解液的组成和电解条件(见水溶液电解)。般电解粉末多呈树枝状，纯度较,但此法耗电大,成本较。电解法的应用也很广泛，常用来铜、镍、铁、银、锡、铅、铬、锰等多种金属粉末;在定条件下也可制取合金粉末。对于钽、铌、钛、锆、铍、钍、铀等稀有难熔金属，常采用复合熔盐作为电解质(见熔盐电解)以制取粉末。

　　机械粉碎法

　　主要是通过压碎、击碎和磨削等作用将固态金属碎化成粉末。设备分粗碎和细碎两类。主要起压碎作用的有碾碎机、辊轧机、颚式破碎机等粗碎设备。主要起击碎和磨削作用的有锤碎机、棒磨机、磨机、振动磨机、搅动磨机等细碎设备。机械粉碎法主要适用于粉碎脆性的和易硬化的金属和合金，如锡、锰、铬、碳铁、铁合金等，也用来破碎还原法制得的海绵状金属、电解法制取的阴沉积物;还用于破碎氢化后发脆的钛，然后再脱氢制取细钛粉。机械粉碎法效率低，能耗大，多作为其他制粉法的补充手段，或用于混合不同性质的粉末。此外，机械粉碎法还包括旋涡研磨机，它靠两个叶轮成涡流，使被气流所夹裹的颗粒相互速碰撞而粉碎，可用于塑性金属的碎化。冷流破碎法是用速压惰性气体流载带粗粉喷射到金属靶上。由于在喷嘴出口处气流产生热膨胀，温度骤降至0℃以下,使具有低温脆性的金属和合金粗粉粉碎成细粉。机械合金化法是用能磨机将不同的金属和熔点化合物研磨成为固溶或细弥散的合金状态。