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增材制造用金属粉末材料及其制备技术

一、本文概述

随着科技的不断进步，增材制造（也称为3D打印）技术已经成

为一种革命性的生产方式，广泛应用于航空、汽车、医疗、能源等众

多领域。作为增材制造技术的核心，金属粉末材料在其中的作用至关

重要。本文旨在全面探讨增材制造用金属粉末材料的种类、性能要求

以及制备技术，以期为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考。

文章将介绍金属粉末材料在增材制造领域的应用背景和重要性。

随后，将详细阐述不同金属粉末材料的种类，包括纯金属粉末、合金

粉末以及复合金属粉末等，并分析它们的性能特点和应用场景。文章

还将重点关注金属粉末材料的制备技术，包括物理法、化学法以及新

型制备技术等，讨论它们的优缺点和适用范围。

通过本文的阐述，读者将能够深入了解增材制造用金属粉末材料

的制备原理、技术路线和应用前景，为相关领域的研究和发展提供有

力支持。

二、金属粉末材料分类与特性

金属粉末作为增材制造的重要原材料，其种类繁多，性能各异。

根据制备工艺和用途的不同，金属粉末主要分为铁基粉末、钛基粉末、

铝基粉末、镍基粉末以及贵金属粉末等几大类。

铁基粉末，主要包括铁粉、合金钢粉以及不锈钢粉等。这类粉末

具有较高的强度、良好的塑性和韧性，以及较低的成本，因此在增材

制造中得到了广泛应用。然而，铁基粉末也存在一些缺点，如易氧化、

易产生裂纹等，需要在制备和加工过程中加以注意。

钛基粉末，以钛合金粉末为主。钛合金粉末具有较高的比强度、

良好的耐腐蚀性以及生物相容性，因此在航空航天、生物医疗等领域

有广泛应用。然而，钛合金粉末的加工难度大，成本较高，限制了其

在某些领域的应用。

铝基粉末，主要包括纯铝粉和铝合金粉末。铝基粉末具有低密度、

高比强度、良好的导电导热性能等特点，因此在航空航天、汽车轻量

化等领域有广泛应用。然而，铝基粉末易氧化、易燃爆，制备和加工

过程中需要严格控制环境条件和工艺参数。

镍基粉末，以高温合金粉末为主。这类粉末具有高温强度高、抗

氧化性能好、抗腐蚀性能强等特点，因此在航空航天、能源化工等领

域有广泛应用。镍基粉末的制备和加工难度较大，成本较高，但在一

些特殊领域仍具有不可替代的优势。

贵金属粉末，如金、银、铂等。这类粉末具有较高的导电性、导

热性和化学稳定性，因此在电子、电气、珠宝等领域有广泛应用。贵

金属粉末的成本较高，限制了其在一些领域的应用。

在增材制造过程中，金属粉末的特性对零件的成形质量、性能以

及使用寿命等具有重要影响。因此，在选择金属粉末时，需要根据具

体的应用需求和工艺条件，综合考虑粉末的成分、粒度、形貌、松装

密度等因素，以确保最终零件的性能达到设计要求。金属粉末的制备

技术也是影响粉末质量和性能的关键因素。通过优化制备工艺、提高

粉末纯度、控制粒度分布等措施，可以进一步提升金属粉末在增材制

造中的应用效果。

三、金属粉末的制备方法

金属粉末的制备方法对于增材制造过程的质量和性能具有至关

重要的影响。随着科技的进步，金属粉末的制备技术也在不断发展，

目前主要有物理法、化学法以及电化学法三大类。

物理法主要包括机械破碎法、雾化法和球磨法等。机械破碎法通

过机械力量将大块的金属破碎成粉末，此方法简单易行，但制备出的

粉末粒度分布较宽，形状不规则。雾化法是通过将熔融的金属液流破

碎成细小的液滴，并快速冷却凝固成粉末，可以得到粒度细小、球形

度好的粉末，是目前工业生产中应用最广泛的方法之一。球磨法则是

通过球磨介质与金属块的相互碰撞和摩擦，使金属逐渐磨碎成粉末，

此方法制备的粉末纯度高，但粒度分布较宽。

化学法主要包括还原法、电解法、羰基法等。还原法是通过还原

剂将金属盐类还原成金属粉末，此方法可以制备出高纯度的金属粉末，

但工艺过程复杂，成本较高。电解法是通过电解熔融的金属盐类或水

溶液，使金属在阴极上析出，制备出的粉末纯度高，但设备投资大，

能耗高。羰基法则是通过金属与一氧化碳反应生成金属羰基化合物，

再热解得到金属粉末，此方法制备的粉末粒度细，形状规则，但工艺

过程复杂，且部分金属羰基化合物有毒。

电化学法则是一种新兴的制备方法，主要包括电沉积法和阳极溶

解法等。电沉积法是通过电解过程在阴极上沉积出金属粉末，此方法

可以制备出高纯度的金属粉末，且粉末粒度细小，形状规则。阳极溶

解法则是通过阳极金属的溶解和析出过程制备金属粉末，此方法设备

简单，操作方便