金属粉体表面改性-沈阳佳美机械-贾工18540392125

金属粉体材料是金属材料的重要组成部分，广泛应用于飞机、汽车、电子器件等关键零部件的制造，航天、能源、电子、医疗等均是金属粉末的重大需求领域，是国民经济的重要组成部分。随着高端制造业的发展，对金属粉体材料的要求越来越高，尤其是对金属粉末成分的均匀性和多样性以及金属粉末的化学稳定性提出了更高的要求。

为什么要给金属粉末表面改性？

传统金属粉末主要通过电火花、旋转电极、气雾化等工艺制备，但得到的粉末种类单一，性能有限，难以满足现代制造业对材料性能的苛刻要求。这就好比厨师做菜，不仅需要基础食材，还需要各种调味料才能做出美味佳肴。表面改性技术就是在金属粉末表面形成一层特殊涂层，赋予粉末全新的特性。

这项技术的重要性在高端制造领域尤为突出。例如，在航空航天领域，通过表面改性可以制备出具有更高耐热性和强度的金属粉末；在电子工业中，改性后的粉末可以显著提升导电性能；而在医疗领域，通过表面处理可以增强金属粉末的生物相容性。 

四大表面改性技术

1. 镀层技术：给粉末穿上“金属铠甲”

镀层技术是最早应用于金属粉体改性的方法之一，主要包括电镀和化学镀两种方式。电镀是利用电解原理在金属表面镀上薄层其他金属的过程，而化学镀则不需要外加电流，直接在工件表面实现镀膜。

镀层技术的一个典型应用是制备钨铜合金粉末。研究人员通过化学镀在钨粉表面镀上铜金属层，然后通过烧结制备出致密度高达97.13%的钨铜合金。这种材料既保持了钨的耐高温特性，又具备了铜的良好导电性，成为理想的热管理材料。

在3D打印领域，镀层技术也发挥着重要作用。纯铝粉对激光具有高反射率，导致3D打印过程中能量吸收不足。通过化学镀在铝粉表面镀上镍或钴涂层，可以显著提高激光吸收率，使打印过程更加高效。

2. 渗层技术：让粉末“内涵”更丰富

渗层技术，特别是气体渗层技术，是通过化学热处理改变粉末表面成分和结构的方法。这项技术最初用于金属零件的表面强化，现在已成功应用于粉末改性。

渗氮处理是渗层技术的典型代表。研究人员对316L不锈钢粉末进行低温（425-500℃）渗氮处理，成功在粉末表面形成了富含氮元素的渗层，氮含量最高可达31%。这种处理不仅提高了材料的表面硬度，还增强了其耐腐蚀性能。

在钛粉渗氮方面，研究人员通过氮化处理制备出具有核-壳结构的Ti-N粉末，进而制备出抗拉强度达965MPa的高强度钛合金。这一突破为航空航天领域提供了新的材料选择。

3. 机械合金化技术：粉末的“精细按摩”

机械合金化技术是一种通过机械力作用实现粉末改性的方法。它通过粉末颗粒与磨球之间的激烈碰撞，使粉末发生冷焊、断裂，从而实现表面改性。

这种方法在改善粉末流动性方面表现出色。研究表明，使用小于13nm的SiO2纳米颗粒对气雾化CoCrFeNi粉末进行干涂覆，仅需0.03%-0.2%的添加量就能显著提高粉末的流动性和填充性。这对于需要精确控制粉末输送的3D打印技术尤为重要。

在提升激光吸收率方面，机械合金化技术同样大显身手。研究人员通过在铝粉表面涂覆碳颗粒，使粉末的激光吸收能力大幅提升，将3D打印所需的能量降低了近一半。

4. 表面涂覆技术：粉末的“百变外套”

表面涂覆技术涵盖多种方法，包括溶胶-凝胶法、气相沉积法、乳液聚合法等，每种方法都有其独特优势。

溶胶-凝胶法是通过液相反应在粉末表面形成均匀涂层的方法。研究人员以四乙氧基硅烷为前驱体，成功在羰基铁粉表面制备了二氧化硅涂层，显著提高了粉末的抗氧化能力，同时基本不影响其磁性性能。

气相沉积法，特别是磁控溅射技术，可以在粉末表面形成致密均匀的涂层。早期研究表明，通过磁控溅射在铁粉表面覆盖铝层，可以改善粉末的流动性和烧结性能。

表面改性技术的应用

1. 3D打印领域的革命性突破

在3D打印领域，金属粉末的表面改性技术带来了革命性变化。传统铝粉由于对激光的高反射率，导致3D打印过程中能量利用率低下。通过表面改性，研究人员成功解决了这一难题。例如，通过化学镀在铝粉表面制备镍或钴涂层，不仅提高了激光吸收率，还改善了粉末的打印性能。改性后的粉末在3D打印过程中形成了纳米尺寸的析出相，进一步提升了最终产品的力学性能。

2. 高端合金材料的创新制备

表面改性技术为高性能合金的制备提供了新途径。以钨铜合金为例，传统制备方法存在工艺复杂、易引入杂质等问题。而通过化学镀结合粉末冶金的方法，可以制备出组织均匀、性能优异的钨铜合金材料。

研究人员还通过双层镀膜技术，先后在钨粉表面镀上镍和铜，制备出“W-Cu-Ni球壳型粉末”，烧结后得到的合金材料维氏硬度可达257.9HV，抗弯强度达953.80MPa。

3. 功能材料的性能提升

在功能材料领域，表面改性技术同样发挥着重要作用。例如，通过在片状羰基铁粉表面沉积铜颗粒，可以制备出具有高反射率和低发射率的Fe-Cu粉末材料，用于红外隐身和雷达隐身材料。

在磁性材料方面，通过乳液聚合法在铁粉表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），可以制备出性能优异的磁流变材料，为智能结构系统提供了新的材料选择。

结语

金属粉体表面改性技术作为材料科学的重要分支，正在悄然改变着制造业的面貌。从微小的金属粉末到宏大的工业产品，这项技术架起了微观世界与宏观应用的桥梁。随着技术的不断进步，表面改性技术将为人类科技进步贡献更多奇迹。

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