中国粉体网讯 球形金属粉末在机械制造、航空航天、电力设备、电子信息等行业中被大规模使用。与传统粉末冶金技术相比，金属增材制造对球形金属粉末的性能有更为严格的标准，包括球形度＞98%，空心粉、卫星粉、粘结粉等占比小或无，粒径分布范围窄且平均粒径≤45 μm，氧含量体积分数<0.01%，松装密度高，杂质含量少。目前，高性能球形金属粉末的制备技术基本由国外主导，国内严重依赖昂贵的进口粉末，已经成为阻碍我国金属增材制造技术发展的瓶颈。
目前，球形金属粉末制备主要采用雾化法，包括惰性气体雾化法、离心雾化法、超声雾化法、射频等离子体球化法和等离子体雾化法。其中，等离子体由于具有高温、高速和高化学活性等优异特性，在制备高性能球形金属粉末方面具有突出优势。与其他制备技术相比，其制备的粉末具有粉末纯度高、细粉收得率高、球形度高、卫星粉占比小等优点。但是，由于等离子体炬既需要对金属丝材进行加热熔化，又需要对熔化部分进行冲击破碎，因此丝材进给速度较慢，导致出粉效率低。
电弧熔融等离子体雾化原理
电弧熔融等离子体雾化的基本原理如下图所示，利用两根连续进给的金属丝材之间产生的电弧对丝材进行加热使其熔化，随后，等离子体炬发生器产生的高温高速等离子体炬对金属熔融部分进行冲击破碎形成微小液滴，金属熔融小液滴在自身表面张力影响下变为球形，最后凝结成球形金属粉末。理论上，该项技术可以在显著提高出粉速率的同时，也能保留等离子体雾化法制备的粉末具有的优点。
基于其原理，电弧熔融等离子体雾化装置应具备以下功能：①产生稳定的高温高速等离子体炬；②实现两根丝材的同步连续进给；③在两根丝材之间产生稳定连续的电弧；④为防止金属被污染，装置应具有优异的密封性，与外界完全隔绝。
等离子体炬发生系统
为确保雾化后的粉末性能优异，需要使用功率较大（50～100 kW）的稳定高温高速等离子体炬对金属熔融液进行冲击破碎。然而，这对等离子体炬发生器的气路和冷却系统设计提出了更高的要求，即首先要求产生等离子体炬的气体进入气路后具有稳定的流场，此外，冷却系统要及时将电极产生的热量带走，防止大功率下电极的熔融烧蚀。
等离子体炬发生系统示意图如下图所示，其中包括基于以上要求设计的等离子体炬发生器、供气系统、等离子体电源和冷却系统。工作气体为氩气，杜瓦罐储存的液态氩经管道气化，经过LF型气体质量流量控制器后进入等离子体炬发生器，经螺旋装置成为稳定的旋气。利用MGFW-45GTF风冷柜式水冷机组将水箱中的纯水冷却，经水泵送至等离子体炬发生器，依次流经LWY-15C液体涡轮流量计，进水温度变送器，等离子体炬发生器的阴极、中间级和阳极，回水温度变送器，带走电极的热量。
2025年7月17日，中国粉体网将在湖南·长沙举办“2025高端金属粉体制备与应用技术大会暨2025通信电子、3D打印、粉末冶金市场金属粉国产化交流会”。届时，我们邀请到四川大学机械工程学院余德平副院长/教授出席本次大会并作题为《高性能粉体等离子体制备技术及智能装备》的报告，余德平教授将为您介绍其团队利用等离子体雾化法与智能装备制备高性能金属粉末。
个人简介：
余德平，男，四川大学机械工程学院教授、博士生导师、副院长，先后入选四川省“****”、四川省学术和技术带头人后备人选、四川大学“双百B”人才计划。主要从事先进制造技术及智能装备（等离子体制造技术、精密及超精密加工技术、制造过程智能诊断与预测、智能生物医疗器械）方面的研究。在国内外有影响力的期刊发表论文100余篇，他引1300余次。获授权中国发明专利16项、实用新型专利10余项。涉及航空、能源领域注射成型和热喷涂零件制造和交付产生经济效益累计1.2亿元以上，保障了多个重点新型号航空装备、重型燃气轮机关键构件的快速研制与稳定批产。
参考来源：
肖瑜，余德平，等：面向球形金属粉末制备的电弧熔融等离子体雾化装置的设计
戴煜，李礼，等：离子火炬雾化制备金属3D打印专用钛合金粉体技术分析
（中国粉体网编辑整理/留白）
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