中國粉體網(wǎng)訊 球形金屬粉末在機械制造、航空航天、電力設備、電子信息等行業(yè)中被大規(guī)模使用。與傳統(tǒng)粉末冶金技術相比，金屬增材制造對球形金屬粉末的性能有更為嚴格的標準，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，氧含量體積分數(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基本由國外主導，國內(nèi)嚴重依賴昂貴的進口粉末，已經(jīng)成為阻礙我國金屬增材制造技術發(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。與其他制備技術相比，其制備的粉末具有粉末純度高、細粉收得率高、球形度高、衛(wèi)星粉占比小等優(yōu)點。但是，由于等離子體炬既需要對金屬絲材進行加熱熔化，又需要對熔化部分進行沖擊破碎，因此絲材進給速度較慢，導致出粉效率低。
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)進給的金屬絲材之間產(chǎn)生的電弧對絲材進行加熱使其熔化，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，該項技術可以在顯著提高出粉速率的同時，也能保留等離子體霧化法制備的粉末具有的優(yōu)點。
基于其原理，電弧熔融等離子體霧化裝置應具備以下功能：①產(chǎn)生穩(wěn)定的高溫高速等離子體炬；②實現(xiàn)兩根絲材的同步連續(xù)進給；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)設計提出了更高的要求，即首先要求產(chǎn)生等離子體炬的氣體進入氣路后具有穩(wěn)定的流場，此外，冷卻系統(tǒng)要及時將電極產(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計的等離子體炬發(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風冷柜式水冷機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，進水溫度變送器，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用技術大會暨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，我們邀請到四川大學機械工程學院余德平副院長/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及智能裝備》的報告，余德平教授將為您介紹其團隊利用等離子體霧化法與智能裝備制備高性能金屬粉末。
個人簡介：
余德平，男，四川大學機械工程學院教授、博士生導師、副院長，先后入選四川省學術和技術帶頭人后備人選、四川大學“雙百B”人才計劃。主要從事先進制造技術及智能裝備（等離子體制造技術、精密及超精密加工技術、制造過程智能診斷與預測、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。獲授權中國發(fā)明專利16項、實用新型專利10余項。涉及航空、能源領域注射成型和熱噴涂零件制造和交付產(chǎn)生經(jīng)濟效益累計1.2億元以上，保障了多個重點新型號航空裝備、重型燃氣輪機關鍵構件的快速研制與穩(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計
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分析
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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