超聲波霧化制備金屬粉末是利用超聲能量使金屬熔液在氣相中形成微細霧滴，霧滴冷卻凝固成為金屬粉末的過程。金屬超聲霧化主要有三種形式：第一種是金屬液直接或間接地與超聲變幅桿或超聲工具頭等超聲裝置部件接觸，這些超聲部件將功率源所產(chǎn)生的高頻電磁振蕩經(jīng)過超聲換能器轉(zhuǎn)化和超聲聚能器放大最終形成的高頻機械振動傳遞給金屬液流，金屬液流在超聲振動作用下被擊碎霧化；第二種是通過一些特殊的方法將超聲波的能量聚集在一個很小的空間體積內(nèi)，直接利用超聲波對金屬液霧化；第三種是將超聲霧化與傳統(tǒng)的霧化技術結(jié)合的超聲復合霧化技術。

技術原理

1. 超聲波空化效應

當高頻超聲波（通常為20kHz–2MHz）作用于液態(tài)金屬表面時，會引發(fā)液體內(nèi)部的空化效應，即在液體中產(chǎn)生周期性高壓與低壓交替的振動。低壓區(qū)形成微小氣泡（空化泡），高壓區(qū)使氣泡迅速崩潰，產(chǎn)生強烈的沖擊波和微射流，將液態(tài)金屬撕裂成微米級液滴。

2. 液滴形成與冷卻

分散的液滴在惰性氣體（如氮氣、氬氣）保護下快速冷卻凝固，形成球形度高、粒度分布均勻的金屬粉末。通過調(diào)節(jié)超聲波頻率、功率及熔體溫度，可精準控制粉末的粒徑（通常為1–100μm）。

接觸式超聲波霧化原理

制備工藝流程

1. 金屬熔煉

將金屬或合金加熱至熔點以上，形成均勻液態(tài)熔體（如鋁、鈦、不銹鋼等），并通過電磁攪拌或真空除氣減少雜質(zhì)。

2. 超聲波霧化

熔融金屬流經(jīng)特制噴嘴進入霧化室，超聲波換能器將高頻振動傳遞至金屬液流表面，觸發(fā)空化效應實現(xiàn)液滴破碎。

3. 冷卻與收集

霧化后的液滴在惰性氣氛中冷卻固化成粉末，隨后通過旋風分離器或靜電收集裝置分級篩分，獲得目標粒度的金屬粉末。

技術優(yōu)勢

1. 粉末性能優(yōu)異

- 球形度高（≥95%），流動性好，適用于3D打印等精密成型工藝。

- 粒度分布窄（如D50=15–45μm），減少后續(xù)篩分損耗。

- 低氧含量（<0.1%），適合制備高活性金屬（如鈦、鎂合金）。

超聲波霧化法制備的金屬粉末

2. 工藝環(huán)保

相比傳統(tǒng)水霧化或氣霧化技術，無需高壓氣體或水介質(zhì)，能耗降低30%–50%，且無廢水排放。

3. 材料適用性廣

可處理熔點低于1600°C的多種金屬及合金（如銅、鎳基高溫合金、貴金屬等）。

局限性

1. 設備成本高：超聲波換能器及耐高溫霧化室的設計與維護費用較高。

2. 產(chǎn)量限制：單次處理量較小（通常<50 kg/h），難以滿足大規(guī)模工業(yè)化需求。

3. 高熔點金屬挑戰(zhàn)：對鎢、鉬等超高溫熔體的霧化效率較低。

應用領域

結(jié)語

超聲波霧化技術憑借其高精度、低污染的優(yōu)勢，已成為高端金屬粉末制備的核心工藝之一。隨著裝備升級與復合工藝的創(chuàng)新，未來有望在新能源、微電子等新興領域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應用。

參考來源：
張康，等：金屬增材制造用粉末制備技術研究進展

黨新安，等：金屬超聲霧化技術的研究進展

鄒海平，等：3D打印用金屬粉末的制備技術發(fā)展現(xiàn)狀

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