制粉
制粉是粉末冶金的第一步。粉末的粒度、形貌、纯度、氧含量等特性，直接决定了后续混粉、成形、烧结的工艺窗口和最终零件的性能。可以这么说：没有好的粉末，就没有好的粉末冶金产品。
粉末的分类
按化学成分，常用的金属粉末大致可分为：
| 类别 | 代表粉末 | 典型应用 |
|---|---|---|
| 铁及铁合金 | 纯铁粉、Fe-Cu-C、预合金低合金钢粉、不锈钢粉 | 结构零件、含油轴承 |
| 铜及铜合金 | 纯铜粉、Cu-Sn、Cu-Zn | 摩擦材料、含油轴承、电工零件 |
| 铝、镁合金 | AlSi10Mg、Al-Mg-Sc | 增材制造、轻量化结构 |
| 镍基高温合金 | GH4169（IN718）、GH3536 等 | 增材制造、热等静压 |
| 难熔金属 | 钨、钼、钽、铌 | 电工材料、高温结构件 |
| 硬质合金混合料 | WC-Co、WC-TiC-Co | 刀具、模具、耐磨件 |
| 其他 | 钛合金、钨铜复合材料、磁性粉末 | 航空航天、电子、电工 |
物理制粉法
雾化法
雾化法是工业上应用最广泛的制粉方法，其基本原理是：用高压流体（气体、水）或离心力将熔融金属液流击碎成细小液滴，液滴冷却凝固后成为粉末。雾化法产量大、成本适中，且粉末成分均匀（因为是先熔化成均匀合金再破碎）。
按破碎介质和方式的不同，常见雾化方法有：
| 方法 | 原理 | 粉末特点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 水雾化 | 高压水流击碎金属液流 | 不规则形状，氧含量较高，成本低 | 铁粉、铜粉（传统 PM） |
| 气雾化（VIGA） | 高压惰性气体（氩/氮）击碎金属液流 | 近球形，氧含量低 | 不锈钢、高温合金、模具钢（MIM、增材制造） |
| 等离子雾化（PA） | 等离子体火炬熔化并雾化金属丝/棒 | 高度球形，流动性极佳 | 钛合金、难熔金属（增材制造） |
| 电极感应熔化气雾化（EIGA） | 无坩埚，旋转金属棒被感应熔化后气雾化 | 球形，低氧，无坩埚污染 | 钛及钛合金、活性金属 |
| 旋转电极法（PREP） | 旋转自耗电极被电弧熔化，离心甩出成球 | 高度球形，粒度较粗、可控 | 钛合金、高温合金（增材制造） |
用于粉末床熔融（SLM/EBM）的粉末通常要求球形度高（流动性好、铺粉均匀）、氧含量低、粒度细（常用 15~53 μm），因此多采用气雾化、等离子雾化、EIGA、PREP 等方法制备。详见金属粉末栏目中各牌号的粒度与流动性能数据。
机械粉碎法
通过机械冲击、研磨将块体金属或脆性合金破碎成粉末：
- 球磨：最常用的方法，可用于破碎，也可用于机械合金化（见下文）。
- 涡流磨、锤磨：用于破碎脆性金属或切屑。
- 特点：粉末形状不规则，易引入杂质和加工硬化，主要用于脆性材料（如铁粉的二次破碎）或回收料。
机械合金化（MA）
机械合金化是一种特殊的"物理-化学"制粉技术：在高能球磨机中，粉末颗粒反复经历冷焊—破碎的过程，实现合金化甚至形成非晶、纳米晶结构。可用于制备氧化物弥散强化（ODS）合金等用熔铸法无法获得的材料。
化学制粉法
还原法
用还原剂（氢气、碳等）把金属氧化物还原成金属粉末：
- 氢还原：制备钨粉、钼粉的经典方法（WO₃ + H₂ 分步还原）。可以通过还原温度控制粉末粒度。
- 碳还原 / 固体碳还原：海绵铁粉的主要生产方法之一。
- 特点：粉末呈多孔海绵状，压制性好，成本低，适合铁基、钨钼等大规模生产。
电解法
电解金属盐溶液，在阴极上析出金属，再破碎、退火得到粉末。电解铜粉、电解铁粉纯度高，压制性好，但成本较高、能耗大，目前应用在减少。
羰基法
利用金属羰基化合物（如 Fe(CO)₅、Ni(CO)₄）的热分解制备超细粉末。羰基铁粉、羰基镍粉纯度极高、粒度极细（微米级甚至亚微米级），是软磁材料和 MIM 的理想原料，但工艺涉及剧毒气体，生产要求严格。
沉淀-煅烧等湿法
从溶液中沉淀出金属化合物前驱体，再煅烧、还原成粉末，常用于制备贵金属粉末、复合氧化物粉末（如银粉、催化剂载体）。
粉末的关键特性
无论用什么方法制备，评价金属粉末通常关注以下几个方面：
| 特性 | 含义 | 影响 | 常用测试方法 |
|---|---|---|---|
| 粒度及粒度分布 | D10/D50/D90 等特征粒径 | 成形密度、烧结收缩、最小壁厚 | 激光粒度仪（Laser PSD） |
| 颗粒形貌 | 球形、近球形、不规则、多孔海绵状 | 流动性、松装密度、压制性 | 扫描电镜（SEM） |
| 流动性 | 粉末流过标准孔的能力 | 自动压机充模、铺粉 | 霍尔流速计（s/50g） |
| 松装密度 / 振实密度 | 自然堆积与振实后的密度 | 模腔设计、装粉量计算 | 标准漏斗 / 振实仪 |
| 化学成分与氧含量 | 合金元素含量、O/N/H 间隙元素 | 烧结性能、力学性能、韧性 | ICP、红外氧氮氢分析 |
| 压缩性（压制性） | 一定压力下能达到的压坯密度 | 烧结件密度上限 | 标准压制试验 |
- 球形粉末流动性好、松装密度高，适合增材制造、等离子喷涂；
- 海绵状/不规则粉末压制性好、压坯强度高，适合传统模压烧结；
- 片状粉末适合电刷、摩擦材料等特殊用途。 选择粉末时，"好用"比"好看"更重要，关键看下游工艺。
如何选择制粉方法
选择制粉方法时通常综合考虑：材料特性（熔点、活性、脆性）、粉末要求（粒度、形貌、纯度、氧含量）、产量和成本。
| 需求场景 | 推荐方法 |
|---|---|
| 大批量低成本铁基结构零件 | 水雾化 / 还原法海绵铁粉 |
| MIM 不锈钢、模具钢零件 | 气雾化（VIGA）粉末 |
| 增材制造钛合金 | 等离子雾化、EIGA、PREP |
| 增材制造镍基高温合金 | 气雾化（VIGA/EIGA） |
| 钨钼难熔金属及其合金 | 氢还原法（+ 后续处理） |
| 高纯超细软磁粉末 | 羰基法 |
| 氧化物弥散强化等特殊合金 | 机械合金化 |
小结
- 制粉方法决定了粉末的粒度、形貌、氧含量和成本。
- 雾化法（水雾化、气雾化）是工业上最主要的制粉方法。
- 传统 PM 偏好压制性好的不规则/海绵状粉末；增材制造偏好球形低氧粉末。
- 粉末特性（粒度、流动性、松装密度等）的测试方法详见表征与检测。
下一节我们介绍粉末混合：混粉。