中國(guó)粉體網(wǎng)訊  金屬粉體材料是金屬材料的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、電子器件等關(guān)鍵零部件的制造，航天、能源、電子、醫(yī)療等均是金屬粉末的重大需求領(lǐng)域。隨著高端制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)金屬粉體材料的要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)金屬粉末成分的均勻性和多樣性以及金屬粉末的化學(xué)穩(wěn)定性提出了更高的要求。

采用表面改性技術(shù)對(duì)金屬粉體材料進(jìn)行表面處理，可賦予金屬粉體材料更多的組分和性能，滿足現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)多組分、多功能金屬粉體材料的需求。

目前，用于粉體表面改性的主要技術(shù)有鍍層技術(shù)、滲層技術(shù)、機(jī)械合金化技術(shù)、表面涂覆技術(shù)，憑借在諸多方面的應(yīng)用，證明了對(duì)粉體表面進(jìn)行改性處理必要性。

鍍層改性技術(shù)

鍍層技術(shù)在金屬粉體表面改性方面應(yīng)用廣泛，該方法包括電鍍、化學(xué)鍍，通過(guò)對(duì)金屬顆粒表面鍍膜，以提升目標(biāo)粉末相關(guān)性能。電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程；而化學(xué)鍍是一種不需要外加電流，直接在工件表面實(shí)現(xiàn)鍍膜的技術(shù)，化學(xué)鍍最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠在不加外加電源的情況下，制得具有均一致密涂層的金屬粉體，非常適合金屬元素的添加。

鍍層技術(shù)示意圖

化學(xué)鍍的粉體在鍍液中分散，化學(xué)沉積反應(yīng)發(fā)生在每一個(gè)粉末顆粒的表面，最終粉末顆粒表面形成密度高、厚度均勻的一層“鍍層外殼”，“外殼”和處在心部的粉末基體組成了一種“球殼結(jié)構(gòu)”，以完成對(duì)金屬粉體表面的改性，經(jīng)過(guò)改性后的粉體可以用作激光熔覆、3D打印、粉末冶金等的原材料，以完成合金、復(fù)合材料等塊體的制備，有著很大的發(fā)展?jié)摿Α?br/>

例如銀銅復(fù)合粉末，兼具銀和銅2種金屬的優(yōu)異性能，不僅克服了銀導(dǎo)電膏中銀遷移的缺陷，而且保持了銀粉本身具有的良好導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和抗氧化性。作為導(dǎo)電填料、工業(yè)催化、電子漿料等替代材料，它可為廠家降低生產(chǎn)成本，同時(shí)為國(guó)家節(jié)約貴金屬資源，具有廣闊的市場(chǎng)前景和巨大的研發(fā)潛力。

在銅粉表面先鍍錫，再鍍銀，在保護(hù)氣氛下對(duì)復(fù)合粉末進(jìn)行熱處理，促進(jìn)鍍層之間金屬原子的擴(kuò)散，這樣一來(lái)，銀和銅之間便增加了一個(gè)以錫為主體的過(guò)渡層，并且當(dāng)中間層錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，Cu-Sn-Ag復(fù)合粉末能夠具有良好的鍍層附著力和抗氧化性能，可制備出更好性能的Ag-Cu合金粉末。

滲層技術(shù)

在金屬粉體表面改性領(lǐng)域，滲層技術(shù)主要是指氣體滲層技術(shù)，即氣體化學(xué)熱處理技術(shù)，該技術(shù)起初是從金屬加工領(lǐng)域中發(fā)展起來(lái)的一種熱處理工藝，利用化學(xué)反應(yīng)、有時(shí)兼用物理方法改變鋼件表層化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)，以提高零件表面的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗蝕性等，包括滲氮、滲碳等。

近年來(lái)隨著先進(jìn)金屬及粉末技術(shù)的不斷進(jìn)步，化學(xué)熱處理不僅僅用來(lái)作為結(jié)構(gòu)件的表面強(qiáng)化處理，對(duì)于復(fù)合材料的制備、改善材料其他功能性方面，也有舉足輕重的地位，其中就包括對(duì)金屬粉體材料表面的改性處理。

例如采用粉末冶金工藝結(jié)合氣體滲氮生產(chǎn)塊體高氮不銹鋼部件，近年來(lái)引起了廣泛關(guān)注。高氮不銹鋼，是一種重要而有前途的結(jié)構(gòu)工程材料，它具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和良好的力學(xué)性能，被用于制造生物醫(yī)學(xué)和國(guó)防應(yīng)用的無(wú)鎳高氮不銹鋼。

氮作為一種合金元素被容納在奧氏體晶格的八面體間隙中，通過(guò)間隙固溶強(qiáng)化的方式提高了屈服強(qiáng)度，同時(shí)還降低了層錯(cuò)能，促進(jìn)了可容納大量塑性應(yīng)變的變形孿生的運(yùn)行，在不降低韌性的情況下實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度的增加。將不銹鋼合金粉末置于氣體氛圍(N2/NH3)中滲氮后進(jìn)行燒結(jié)成型，燒結(jié)后得到的塊體能夠最大程度地獲得固溶氮含量。

氣體化學(xué)熱處理裝置示意圖

機(jī)械合金化技術(shù)

起初，該技術(shù)主要用于制取各組元分布十分均勻的混合金屬粉末，整個(gè)過(guò)程不使用任何溶劑、粘合劑甚至水（因此被稱之為“干涂覆”），利用傳統(tǒng)的行星式球磨機(jī)或磁力輔助研磨機(jī)等裝置，經(jīng)過(guò)粉末顆粒與磨球之間長(zhǎng)時(shí)間激烈的沖擊、碰撞，使粉末顆粒反復(fù)產(chǎn)生冷焊、斷裂，導(dǎo)致不同種類的粉末顆粒相互間發(fā)生原子擴(kuò)散，從而獲得合金化粉末。隨著技術(shù)的發(fā)展，研究者發(fā)現(xiàn)到其在金屬粉體材料表面改性中的應(yīng)用價(jià)值。

例如利用少許LaNi5顆粒，通過(guò)機(jī)械合金化處理將顆粒附著在目標(biāo)金屬顆粒上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)V、Nb和TiFe粉末的表面改性，經(jīng)過(guò)LaNi5顆粒表面修飾的釩顆粒在室溫下可以很容易地被激活，它比擁有潔凈表面的釩顆粒具有更好抵抗氧氣侵蝕的能力。

表面涂覆技術(shù)

表面涂覆技術(shù)，是利用已有的物理、化學(xué)制備方法，在金屬顆粒表面直接生成一層殼狀結(jié)構(gòu)的表面改性技術(shù)，該技術(shù)涵蓋方法種類眾多，包括但不限于溶膠凝膠法、氣相沉積法、乳液聚合法、濕法球磨法、放電等離子體改性法等。

例如采用放電等離子體改性技術(shù)，能有效消除霧化球形鈦粉物理性能中存在的閉孔空心粉、衛(wèi)星粉和低過(guò)剩自由能3個(gè)不利特征。在此過(guò)程中，等離子體轟擊會(huì)先后造成顆粒的解體、活化的新鮮表面的形成和閉孔空心粉末的破碎。

利用放電等離子體燒結(jié)改性后的鈦粉，經(jīng)過(guò)燒結(jié)，成功制備出更高致密性的塊體金屬鈦，該技術(shù)不僅可改善霧化制備球形金屬粉末的物理性能，并且由于放電等離子體改性后的粉末中較高的位錯(cuò)密度導(dǎo)致的較高的傳質(zhì)擴(kuò)散速率，燒結(jié)的致密性也因而得以提高。

資料來(lái)源：陳睿鐸等:金屬粉體材料表面改性技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展，西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，鋼鐵研究學(xué)報(bào)

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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