中国粉体网讯 金属粉末作为增材制造的关键原材料，其品质很大程度上决定了产品最终质量。且随着增材制造技术的发展，对金属球形微细粉末的性能提出了更高的要求。
目前，气雾化制粉技术所制备的粉末具有球形度高，流动性好，O、N、H含量低等优势，粉末粒度分布可调控范围大等优点，已成为生产高性能球形金属粉末的主要方法。
来源：有研粉体
气雾化制粉的原理
气雾化的基本原理是用高速气流冲击金属熔体，通过碰撞将气体的动能转化为金属熔体的表面能，使熔融金属流被击碎成细小液滴，然后在气流氛围中快速冷却凝固形成粉末。
根据熔体的熔炼方式，该技术主要分为两种类型：真空感应熔炼气雾化技术（VIGA）和电极感应熔炼气雾化技术（EIGA）。
两种典型气雾化设备和工艺图
雾化设备、雾化气体和金属液流的参数决定了气雾化过程的最终效果。雾化设备参数主要指喷嘴结构、导流管结构及其位置，但是否使用导流管根据设备及工况决定；雾化气体可调参数有气体性质、进气压力、气流速度等，其中，气流速度通常由其他参数所决定；金属液流的性质（表面张力、粘度等）由合金熔液的成分和过热度等因素决定，液流直径由导流管的内径所决定。气雾化法制粉过程中，通过调节优化各参数及匹配来调整粉末粒径、粒径分布及微观组织结构。
气雾化制粉影响因素
核心部件：雾化器
雾化器作为雾化制粉工艺装备的核心部件，不仅对粉体特性起决定性作用，同时也会影响下游制品与器件的性能。
根据气体和熔体相互作用的位置不同，雾化器结构分为自由落体式和紧耦合式，在紧耦合雾化器中，气体出口被设计为紧邻熔体输送管的内部位置，从而实现气体与熔体的高效耦合。而在自由落体式雾化器中，熔体进料管出口与气体出口之间通常保持10~30cm的距离，使熔体能够在进入高速气体作用区域前，以自由落体的形式移动至雾化腔。
典型气体雾化器结构图
随着工业生产对高质量细粉末的巨大需求，制造更细粉末的紧耦合雾化器变得更为重要。紧耦合雾化器根据雾化气体的喷出方式，可分为环孔雾化器和环缝雾化器。其中环孔雾化器气道是由一组环形分布的导气管组成的，而环缝雾化器气道则是一个连续的圆形气槽。相较于环孔喷盘，环缝喷盘在工业界的应用范围更广。
雾化气体的不同喷出方式两种雾化器结构示意图
紧耦合喷盘结构发展至今，也存在其独特的问题，更容易出现反喷和导流管堵塞的现象。空心粉、卫星粉及非金属夹杂等缺陷粉体的产生会对打印过程中粉体流动性、熔池稳定性、打印件纯净度等造成影响。
许多学者对雾化器的结构进行研究，包括喷孔宽厚比、气体入射角度和出口直径、导流管的形状和伸长量以及双级喷嘴雾化等。通过优化，开发了超声紧耦合雾化器、旋风式雾化器、组合式雾化器等，以满足不同应用场景对粉体类型的需求。
利用会聚发散型喷嘴能够使低速气体在气道内加速至超音速状态，在较低雾化压力条件下就能获得较快的气体流速，与传统的紧耦合雾化器相比，会聚发散型紧耦合雾化器制备出的粉体粒径分布更加均匀。
旋风雾化器显著特点是不存在一次回流区，通过调整喷盘结构优化气液交汇位置，也不存在二次或三次回流区。在此气流场中，合金液流在气流的剪切力与离心力共同作用下，破碎为细小的球形或近球形
粉体。
层流超声雾化技术通过对紧耦合喷嘴进行改进后提出的，其核心特点在于气体平行于金属流运动，避免了传统雾化中气体对金属流的直接冲击，使雾化过程更平稳，粉末粒度更均匀。
层流超声雾化喷嘴
组合式雾化工艺源自联合雾化工艺，在工程领域也称为水汽联合雾化工艺，其原理是通过两种雾化介质的结合对金属液流进行破碎与冷却。复合喷嘴可通过多个喷嘴协同作用，进一步提升雾化效率和粉体质量。
组合式雾化器结构示意
小结
气雾化制粉技术已成为当前生产高品质金属粉体的主要方法，而雾化装备的核心在于雾化器结构，不同类型的雾化器直接决定了粉体特性、粒度分布、收得率、成本及应用场景等关键要素。发展雾化金属粉末技术，通过装备与工艺升级，实现优质金属粉末的高效低成本制备是未来雾化法制备金属粉末的发展方向。
参考资料：
康凯等.气雾化制粉工艺雾化器结构的发展
李奇等.雾化法制备用于增材制造的金属粉末研究进展
关书文等.气雾化制备金属粉末的研究进展及展望
李鑫等.气雾化法制备金属粉末机制及技术研究进展
（中国粉体网编辑整理/黑金）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
