袁靜美
金屬粉末是指尺寸小于1mm的金屬顆粒群。包括單一金屬粉末、合金粉末以及具有金屬性質(zhì)的某些難熔化合物粉末，是粉末冶金的主要原材料。
金屬單質(zhì)一般都是銀白色的，當(dāng)金屬在一定條件下時，就是黑色的粉末。大多金屬粉末是黑的。
粉末性能：金屬粉末屬于松散狀物質(zhì)，其性能綜合反映了金屬本身的性質(zhì)和單個顆粒的性狀及顆粒群的特性。一般將金屬粉末的性能分為化學(xué)性能、物理性能和工藝性能。化學(xué)性能是指金屬含量和雜質(zhì)含量。物理性能包括粉末的平均粒度和粒度分布，粉末的比表面和真密度，顆粒的形狀、表面形貌和內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)。工藝性能是一種綜合性能，包括粉末的流動性、松裝密度、振實(shí)密度、壓縮性、成形性和燒結(jié)尺寸變化等。此外，對某些特殊用途還要求粉末具有其他的化學(xué)和物理特性，如催化性能、電化學(xué)活性、耐蝕性能、電磁性能、內(nèi)摩擦系數(shù)等。金屬粉末的性能在很大程度上取決于粉末的生產(chǎn)方法及其制取工藝。粉末的基本性能可用特定的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法測定。粉末粒度及其分布的測定方法很多，一般用篩分析法(>44μm)、沉降分析法(0.5～100μm)、氣體透過法、顯微鏡法等。超細(xì)粉末(<0.5μm)用電子顯微鏡和X射線小角度散射法測定。金屬粉末習(xí)慣上分為粗粉、中等粉、細(xì)粉、微細(xì)粉和超細(xì)粉五個等級。
金屬粉分類及應(yīng)用
一、3D打印
在現(xiàn)代制造業(yè)中，3D打印技術(shù)正迅速發(fā)展，并在各個領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。其中，3D打印金屬粉末是實(shí)現(xiàn)高性能金屬零部件制造的重要材料之一。常用的3D打印金屬粉末及其廣泛應(yīng)用領(lǐng)域：
1.不銹鋼粉末：
不銹鋼粉末由鐵、鎳和鉻等元素組成，具有出色的耐腐蝕性和機(jī)械性能。該粉末廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天和醫(yī)療器械等行業(yè)，制造強(qiáng)度高、耐腐蝕的零部件。
2.鈦合金粉末：
鈦合金粉末具有卓越的強(qiáng)度和輕量化特性，用于航空航天、醫(yī)療植入物和高性能運(yùn)動器材的制造。這種粉末由純鈦與其他金屬元素(如鋁、釩等)合金化而成。
3.鋁合金粉末：
鋁合金粉末由鋁與其他金屬元素(如銅、鎂等)合金化制成，具有高強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。它在汽車制造、航空航天和船舶工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
4.鎳合金粉末：
鎳合金粉末由鎳與其他合金元素(如鉬、鉻等)合金化，具有卓越的高溫、耐腐蝕和磨損性能。這種粉末被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)、化工設(shè)備和石油工業(yè)等領(lǐng)域。
5.銅合金粉末：
銅合金粉末由銅與其他金屬元素(如錫、鋅等)組成，具有良好的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能。因此，它廣泛應(yīng)用于電子器件、電氣連接件和工藝制品等領(lǐng)域。
6.鐵合金粉末：
鐵合金粉末用于制造高強(qiáng)度、耐磨損的零部件，例如汽車零件和機(jī)械組件。
7.高熵合金粉末：
高熵合金粉末是一種由多種元素組成、且成分相對均勻的材料。由于其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)和非凝固形態(tài)，高熵合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性。應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、能源和化工等領(lǐng)域的高溫和腐蝕環(huán)境下的零部件制造。
8.鎢合金粉末：
鎢合金粉末被用于制造高溫工具和電極，廣泛應(yīng)用于航空航天、電燈和電子工業(yè)等領(lǐng)域。
9.錫合金粉末：
錫合金粉末被用于制造焊接材料和電子組件，具有良好的可焊性和耐腐蝕性。
10.銀合金粉末：
銀合金粉末在電子器件、導(dǎo)電粘接以及醫(yī)療器械領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，因?yàn)榫哂辛己玫膶?dǎo)電性和抗腐蝕性。
這些3D打印金屬粉末通過粉末床熔融、粉末擠出或粉末燒結(jié)等方式進(jìn)行加工，可以制造出復(fù)雜形狀形狀和高性能的金屬零件。不同的金屬粉末適用于不同的領(lǐng)域和應(yīng)用需求，為制造業(yè)提供了更多的選擇和靈活性。
例如不銹鋼粉末廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)中制造強(qiáng)度高、耐腐蝕的零部件，如發(fā)動機(jī)組件、排氣系統(tǒng)和制動系統(tǒng)。同時，在航空航天領(lǐng)域，鈦合金粉末的輕量化特性使其成為航空發(fā)動機(jī)部件、機(jī)身結(jié)構(gòu)和渦輪葉片的首選材料。此外，鋁合金粉末在汽車制造中被廣泛應(yīng)用于制造車身結(jié)構(gòu)、底盤零件和進(jìn)氣系統(tǒng)。
鎳合金粉末在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用十分重要，適用于燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)、煉油裝備和航空發(fā)動機(jī)中的熱部件制造。銅合金粉末則常用于電子器件的導(dǎo)電部件和微機(jī)械系統(tǒng)的制造。同時，鉛合金粉末在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在防輻射保護(hù)設(shè)備和核醫(yī)學(xué)影像技術(shù)中。
鎢合金粉末被廣泛應(yīng)用于高溫工具和電極制造，因?yàn)槠涓呷埸c(diǎn)、高密度和高硬度特性使其非常適用于航天器件、電子器件和化學(xué)加工設(shè)備。此外，錫合金粉末在電子焊接過程中扮演著重要角色，為電子連接和封裝提供高質(zhì)量的焊接點(diǎn)。銀合金粉末則常用于電子器件的導(dǎo)電粘接、觸點(diǎn)和連接器制造。
不同的3D打印金屬粉末在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，滿足了各個行業(yè)對于高性能、輕量化和耐腐蝕性能的需求。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，可以預(yù)見，更多種類的金屬粉末將被開發(fā)和應(yīng)用，進(jìn)一步推動制造業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。
二、電解水制氫
電解水制氫技術(shù)是一種通過電解水分子生成氫氣和氧氣的方法，廣泛應(yīng)用于綠色氫氣的生產(chǎn)中。根據(jù)不同的電解質(zhì)和工作原理，電解水制氫技術(shù)可以分為幾種類型，包括堿性電解水(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水(PEM)、高溫固體氧化物電解水(SOEC)等。
金屬粉在電解水制氫中的應(yīng)用主要集中在催化劑的設(shè)計和優(yōu)化上。目前使用的催化劑多為過渡金屬如銅、鈷、鎳、鐵等的化合物，這些材料在電解環(huán)境中容易腐蝕，導(dǎo)電性也不夠理想。因此，研究人員正在開發(fā)新型材料和改進(jìn)催化劑結(jié)構(gòu)以提高電解水制氫的效率和穩(wěn)定性。
此外，電解水制氫技術(shù)的發(fā)展還面臨一些挑戰(zhàn)，包括如何降低能耗、提高法拉第效率以及如何與可再生能源更好地結(jié)合。未來的研究方向可能會集中在進(jìn)一步提高催化劑性能、開發(fā)新型電解材料以及優(yōu)化電解過程等方面。
三、高導(dǎo)屏蔽材料
金屬粉在高導(dǎo)屏蔽材料中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在其優(yōu)異的導(dǎo)電性能，使其成為電磁屏蔽材料的重要組成部分。例如，銀粉和銅粉因其高導(dǎo)電性被廣泛用于電磁屏蔽涂料中，盡管銀粉價格昂貴且密度大，但其屏蔽效果顯著，適用于特殊場合。此外，銀包銅粉作為一種復(fù)合材料，既具有銀的高導(dǎo)電性，又降低了成本，是替代純銀粉的理想選擇。
金屬填充型導(dǎo)電塑料也是利用金屬粉末(如黃銅纖維、不銹鋼纖維)作為填料，通過混煉分散和成型加工，形成具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的屏蔽材料。這種材料的優(yōu)點(diǎn)在于省力、經(jīng)濟(jì)，并且屏蔽性能長期穩(wěn)定。在電磁屏蔽塑料中，金屬系屏蔽塑料通常使用銀粉、銅粉和鎳粉等作為導(dǎo)電填料，盡管這些材料的導(dǎo)電性能良好，但由于高填充量會降低塑料的力學(xué)性能和增加密度，限制了其應(yīng)用。
此外，金屬涂層技術(shù)也被用于增強(qiáng)基膜的屏障特性，如金屬涂層膜可以有效降低氧氣和水蒸氣的滲透率，廣泛應(yīng)用于柔性包裝行業(yè)。然而，金屬涂層的一個主要缺點(diǎn)是缺乏透明度，這在某些應(yīng)用中可能是一個限制因素。
金屬粉在高導(dǎo)屏蔽材料中的應(yīng)用主要依賴于其高導(dǎo)電性和良好的屏蔽效果，但同時也需要考慮成本、密度和加工性能等因素以滿足不同應(yīng)用場景的需求。
?在電磁屏蔽材料中，金屬粉的占比大約為35%。?這種比例適用于導(dǎo)電復(fù)合材料，其中通過填充金屬粉、金屬纖維、炭黑、碳纖維等導(dǎo)電填料，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)以達(dá)到屏蔽效果?。2023年導(dǎo)電屏蔽金屬粉末市場規(guī)模達(dá)到93.85億元。
圖表：2020-2023年導(dǎo)電屏蔽金屬粉末市場規(guī)模
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