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

采用表面改性技術對金屬粉體材料進行表面處理，可賦予金屬粉體材料更多的組分和性能，滿足現代制造業(yè)對多組分、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有鍍層技術、滲層技術、機械合金化技術、表面涂覆技術，憑借在諸多方面的應用，證明了對粉體表面進行改性處理必要性。

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鍍層改性技術

鍍層技術在金屬粉體表面改性方面應用廣泛，該方法包括電鍍、化學鍍，通過對金屬顆粒表面鍍膜，以提升目標粉末相關性能。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程；而化學鍍是一種不需要外加電流，直接在工件表面實現鍍膜的技術，化學鍍最大的優(yōu)勢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。

鍍層技術示意圖

化學鍍的粉體在鍍液中分散，化學沉積反應發(fā)生在每一個粉末顆粒的表面，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“球殼結構”，以完成對金屬粉體表面的改性，經過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、復合材料等塊體的制備，有著很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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

在銅粉表面先鍍錫，再鍍銀，在保護氣氛下對復合粉末進行熱處理，促進鍍層之間金屬原子的擴散，這樣一來，銀和銅之間便增加了一個以錫為主體的過渡層，并且當中間層錫質量分數為10%時，Cu-Sn-Ag復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。

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滲層技術

在金屬粉體表面改性領域，滲層技術主要是指氣體滲層技術，即氣體化學熱處理技術，該技術起初是從金屬加工領域中發(fā)展起來的一種熱處理工藝，利用化學反應、有時兼用物理方法改變鋼件表層化學成分及組織結構，以提高零件表面的耐磨性、疲勞強度、抗蝕性等，包括滲氮、滲碳等。

近年來隨著先進金屬及粉末技術的不斷進步，化學熱處理不僅僅用來作為結構件的表面強化處理，對于復合材料的制備、改善材料其他功能性方面，也有舉足輕重的地位，其中就包括對金屬粉體材料表面的改性處理。

例如采用粉末冶金工藝結合氣體滲氮生產塊體高氮不銹鋼部件，近年來引起了廣泛關注。高氮不銹鋼，是一種重要而有前途的結構工程材料，它具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和良好的力學性能，被用于制造生物醫(yī)學和國防應用的無鎳高氮不銹鋼。

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，通過間隙固溶強化的方式提高了屈服強度，同時還降低了層錯能，促進了可容納大量塑性應變的變形孿生的運行，在不降低韌性的情況下實現了強度的增加。將不銹鋼合金粉末置于氣體氛圍(N2/NH3)中滲氮后進行燒結成型，燒結后得到的塊體能夠最大程度地獲得固溶氮含量。

氣體化學熱處理裝置示意圖

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機械合金化技術

起初，該技術主要用于制取各組元分布十分均勻的混合金屬粉末，整個過程不使用任何溶劑、粘合劑甚至水（因此被稱之為“干涂覆”），利用傳統(tǒng)的行星式球磨機或磁力輔助研磨機等裝置，經過粉末顆粒與磨球之間長時間激烈的沖擊、碰撞，使粉末顆粒反復產生冷焊、斷裂，導致不同種類的粉末顆粒相互間發(fā)生原子擴散，從而獲得合金化粉末。隨著技術的發(fā)展，研究者發(fā)現到其在金屬粉體材料表面改性中的應用價值。

例如利用少許LaNi5顆粒，通過機械合金化處理將顆粒附著在目標金屬顆粒上，可以實現對V、Nb和TiFe粉末的表面改性，經過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。

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表面涂覆技術

表面涂覆技術，是利用已有的物理、化學制備方法，在金屬顆粒表面直接生成一層殼狀結構的表面改性技術，該技術涵蓋方法種類眾多，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，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)星粉和低過剩自由能3個不利特征。在此過程中，等離子體轟擊會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改性后的鈦粉，經過燒結，成功制備出更高致密性的塊體金屬鈦，該技術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密度導致的較高的傳質擴散速率，燒結的致密性也因而得以提高。

資料來源：

陳睿鐸等

:金屬粉體材料表面改性技術及應用研究進展，西南交通大學材料科學與工程學院，鋼鐵研究學報

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