中国粉体网讯微细球形金属粉末作为粉末冶金、热喷涂、增材制造（3D打印）等先进制造技术的核心原材料，其品质直接决定了最终产品的性能。随着航空航天、生物医疗、消费电子、光伏储能等领域对高性能金属粉末需求的激增，传统雾化技术已难以满足高纯度、高球形度等严苛要求。气体雾化技术凭借其细粉收得率高、球形度好、杂质含量少等优势，已成为最重要的增材制造用金属粉末制备方法、�/span>

华北电力大学黎兴刚教授团队在气雾化制粉领域取得了突破性进展，开发了国内首台耦合压力-气体雾化制粉装备及相关技术，系统研究了粉体缺陷形成机理与控制方法、�/span>

气体雾化技术原理与分类

气体雾化制粉的基本原理是利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。整个过程涉及气动力学、流体力学、传热学等多学科交叉，雾化环境苛刻，过程迅速，破碎过程难以观测，研究难度较大、�/span>

气雾化制粉示意图

根据雾化介质和原理的不同，雾化法主要分为四类：水雾化法、气雾化法、等离子雾化法和超声雾化法。其中气雾化法按照设备加热元件不同又可分为真空感应熔炼惰性气体雾化法＇�/span>VIGA法）、等离子熔炼感应气体雾化法（PIGA法）和等离子火炬雾化法（PA法）等、�/span>

据统计，雾化法生产的金属粉末已达世界粉末总产量的80%，工业上可以使用雾化法生产的金属粉末种类很多，除了难熔金属钨、钼等和非常活泼的金属以外，几乎包含了所有常见金属及合金体系、�/span>

耦合压力-气体雾化制粉技术与装备

黎兴刚教授团队开发的耦合压力-气体雾化制粉技术是传统气雾化技术的重要创新。该技术将离心液体雾化和气雾化相结合：金属熔体受到向下的压力，进入倒锥形腔室并沿着腔室内壁向下流动，随着压力不断增大并到达某一临界点，金属熔体从喷嘴末端圆柱孔向下射出、�/span>

耦合压力-气体雾化制粉设备原理国�/span>

1-熔炉�?-熔化坩埚�?-中间包，4-气体雾化器，5-熔体导向喷嘴�?-喷淋塔，7-真空系统�?-旋风分离器，9-粉体收集�?,10-粉体收集�?

在离心力的剪切作用下，金属熔体不断流动延展，扩张为片状的中空薄膜，薄膜厚度由于离心力的剪切而不断变小，最终薄膜继续变薄直至破碎。与径直落下的金属液流相比，薄膜在展开后表面能增加，同时更容易与气流进行碰撞，进一步将气体动能转化为液滴表面能、�/span>

紧耦合雾化喷嘴是该技术的核心部件，其结构决定着最终雾化粉末的粒度、球形度等关键因素。紧耦合雾化技术已成为研究最丰富、工业中应用最成熟的气雾化制粉技术，目前已成为气雾化设备的首选喷嘴、�/span>

多尺度多层次粉体缺陷控制技�?/span>

空心粉缺陷形成机理与控制

空心粉是雾化粉末中常见的一类缺陷，在粉末的致密化过程中，被束缚在粉末内部的气体会在高压作用下收缩形成更细小的具有较高内压的孔洞。一旦将成形件置于高温无外压条件下，存留在粉末中的孔洞可能会继续膨胀长大，导致材料的致密度降低以及形成孔隙缺陷，降低材料的疲劳强度与断裂韧性、�/span>

空心粉中的孔洝�/span>/孔隙一般存在两种形态：一种是雾化气体被束缚在粉末内部形成的闭孔，其尺寸一般为粉末尺寸�?0%~90%；另一种是枝晶间凝固收缩形成的孔隙，其尺寸一般小于粉末尺寸的5%、�/span>

卫星粉缺陷形成机理与控制

卫星粉是若干小颗粒粉末粘附在大颗粒粉末表面而形成的一种缺陷粉。卫星粉的存在会降低金属粉末的松装密度、球形度以及流动性，不利于粉末的铺设过程，对金属增材制造工艺有着不可忽略的影响、�/span>

据研究，雾化室的封闭结构使其侧壁附近产生宏观尺度的涡流，即回流（gas recirculation, GR），其中夹带了一些完全凝固的小尺寸颗粒。回流区内回旋上升的小尺寸颗粒与上游雾化气流中未完全凝固的大尺寸液滴之间的碰撞是卫星粉形成的主要原因之一、�/span>

目前，针对卫星粉控制的气体整流措施有施加辅助气流、改进雾化室结构等。然而，整流参数（如辅助气流流量、雾化室尺寸等）对回流区内流场特征以及粉尘回旋运动的影响规律仍需系统研究、�/span>

多尺度仿真在缺陷控制中的应用

多尺度仿真技术可通过将不同尺度下的材料结构和性能进行集成并在不同尺度之间建立联系，用于模拟和分析具有不同尺度特征的复杂系统或过程。具体可分为宏观尺度、介观尺度和微观尺度三个层次、�/span>

宏观尺度研究材料的宏观性质，通常采用有限元方法、有限容积法对整个粉体制备过程进行建模分析；介观尺度主要研究单个颗粒间或小群体颗粒的相互作用、团聚行为、孔隙结构等；微观尺度主要研究原子和分子级别的结构、键合状态、电子云分布等、�/span>

气体雾化技术作为金属粉末制备的主流方法，在黎兴刚教授团队的创新推动下，通过耦合压力-气体雾化制粉技术与装备的开发、多尺度多层次粉体缺陷控制技术的系统研究、以及颗粒强化金属基复合粉体短流程制备技术的创新，实现了技术水平的显著提升、�/span>

未来，随着增材制造等先进制造技术的快速发展，对金属粉末的品质要求将更加严苛。需要进一步深入研究雾化机理，优化工艺参数，开发新型雾化装备，提高粉末收得率和品质稳定性。同时，金属基复合材料作为战略性新材料，其制备技术的创新将为高端装备制造提供更强有力的材料支撑、�/span>

2026平�/span>4朇�/span>28日，中国粉体网将�?/span>湖南·长沙举办‛�/span>第二屉�/span>高端金属粉体制备与应用技术大会暨2026通信电子�?/span>3D打印、粉末冶金市圹�/span>应用交流伙�/span>”。届时，我们邀请到华北电力大学黎兴刚教掇�/span>出席本次大会并作题为〉�/span>基于气体雾化工艺的金属粉体及金属基复合粉体制备技�?/span>》的报告＋�/span>黎兴刚教授将展示团队在气雾化制粉领域的研究进展并介绍气体雾化工艺金属粉体及金属基复合粉体的制备技术、�/span>

个人简今�/span>

黎兴刚，工学博士，教授、博士生导师，华北电力大学增材制造中心负责人。主要从事金属雾化制粉技术、金属增材制造（3D打印）技术、多相流传热传质过程仿真模拟等交叉领域的研究，以及粉末产品在新能源、电子器件、航空航天等领域的应用研究�?014年获德国不莱梅大学颗粒与过程工程专业博士学位�?013-2025年先后任职德国莱布尼兹材料工程技术研究所（IWT-Bremen）助理研究员、中国有研科技集团高级工程师、南方科技大学研究教授等职务。承担国家自然科学基金、GF科工局进口替代、科技部中青年科技创新领军人才、德国科学基金（DFG）、北京市科委、深圳市科创局等项�?0余项。开发了国内首台耦合压力-气体雾化制粉装备及相关技术。主�?参编专著4部，发表学术论文90余篇，授权专�?0余项。担任《粉末冶金技术》、《粉末冶金材料科学与工程》等期刊编委、�/span>

参考来源：

舒送�/span>＋�/span>黎兴刚，筈�/span>９�/span>耦合压力-气体雾化工艺制备微细球形铝合金粉�?/span>

黎兴刚，等：面向金属增材制造的气体雾化制粉技术研究进屔�/span>

沈鹭宇，黎兴则�/span>＋�/span>等：基于Laval喷嘴的层流气雾化法工艺参数探索及粉末性能研究

（中国粉体网编辑整理/留白（�/span>

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