中国粉体网讯 金属粉体材料是金属材料的重要组成部分，广泛应用于飞机、汽车、电子器件等关键零部件的制造，航天、能源、电子、医疗等均是金属粉末的重大需求领域。随着高端制造业的发展，对金属粉体材料的要求越来越高，尤其是对金属粉末成分的均匀性和多样性以及金属粉末的化学稳定性提出了更高的要求。
采用表面改性技术对金属粉体材料进行表面处理，可赋予金属粉体材料更多的组分和性能，满足现代制造业对多组分、多功能金属粉体材料的需求。
目前，用于粉体表面改性的主要技术有镀层技术、渗层技术、机械合金化技术、表面涂覆技术，凭借在诸多方面的应用，证明了对粉体表面进行改性处理必要性。
镀层改性技术
镀层技术在金属粉体表面改性方面应用广泛，该方法包括电镀、化学镀，通过对金属颗粒表面镀膜，以提升目标粉末相关性能。电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其他金属或合金的过程；而化学镀是一种不需要外加电流，直接在工件表面实现镀膜的技术，化学镀最大的优势在于能够在不加外加电源的情况下，制得具有均一致密涂层的金属粉体，非常适合金属元素的添加。
镀层技术示意图
化学镀的粉体在镀液中分散，化学沉积反应发生在每一个粉末颗粒的表面，最终粉末颗粒表面形成密度高、厚度均匀的一层“镀层外壳”，“外壳”和处在心部的粉末基体组成了一种“球壳结构”，以完成对金属粉体表面的改性，经过改性后的粉体可以用作激光熔覆、3D打印、粉末冶金等的原材料，以完成合金、复合材料等块体的制备，有着很大的发展潜力。
例如银铜复合粉末，兼具银和铜2种金属的优异性能，不仅克服了银导电膏中银迁移的缺陷，而且保持了银粉本身具有的良好导电性、热稳定性和抗氧化性。作为导电填料、工业催化、电子浆料等替代材料，它可为厂家降低生产成本，同时为国家节约贵金属资源，具有广阔的市场前景和巨大的研发潜力。
在铜粉表面先镀锡，再镀银，在保护气氛下对复合粉末进行热处理，促进镀层之间金属原子的扩散，这样一来，银和铜之间便增加了一个以锡为主体的过渡层，并且当中间层锡质量分数为10%时，Cu-Sn-Ag复合粉末能够具有良好的镀层附着力和抗氧化性能，可制备出更好性能的Ag-Cu合金粉末。
渗层技术
在金属粉体表面改性领域，渗层技术主要是指气体渗层技术，即气体化学热处理技术，该技术起初是从金属加工领域中发展起来的一种热处理工艺，利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构，以提高零件表面的耐磨性、疲劳强度、抗蚀性等，包括渗氮、渗碳等。
近年来随着先进金属及粉末技术的不断进步，化学热处理不仅仅用来作为结构件的表面强化处理，对于复合材料的制备、改善材料其他功能性方面，也有举足轻重的地位，其中就包括对金属粉体材料表面的改性处理。
例如采用粉末冶金工艺结合气体渗氮生产块体高氮不锈钢部件，近年来引起了广泛关注。高氮不锈钢，是一种重要而有前途的结构工程材料，它具有优异的耐腐蚀性能和良好的力学性能，被用于制造生物医学和国防应用的无镍高氮不锈钢。
氮作为一种合金元素被容纳在奥氏体晶格的八面体间隙中，通过间隙固溶强化的方式提高了屈服强度，同时还降低了层错能，促进了可容纳大量塑性应变的变形孪生的运行，在不降低韧性的情况下实现了强度的增加。将不锈钢合金粉末置于气体氛围(N2/NH3)中渗氮后进行烧结成型，烧结后得到的块体能够最大程度地获得固溶氮含量。
气体化学热处理装置示意图
机械合金化技术
起初，该技术主要用于制取各组元分布十分均匀的混合金属粉末，整个过程不使用任何溶剂、粘合剂甚至水（因此被称之为“干涂覆”），利用传统的行星式球磨机或磁力辅助研磨机等装置，经过粉末颗粒与磨球之间长时间激烈的冲击、碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，导致不同种类的粉末颗粒相互间发生原子扩散，从而获得合金化粉末。随着技术的发展，研究者发现到其在金属粉体材料表面改性中的应用价值。
例如利用少许LaNi5颗粒，通过机械合金化处理将颗粒附着在目标金属颗粒上，可以实现对V、Nb和TiFe粉末的表面改性，经过LaNi5颗粒表面修饰的钒颗粒在室温下可以很容易地被激活，它比拥有洁净表面的钒颗粒具有更好抵抗氧气侵蚀的能力。
表面涂覆技术
表面涂覆技术，是利用已有的物理、化学制备方法，在金属颗粒表面直接生成一层壳状结构的表面改性技术，该技术涵盖方法种类众多，包括但不限于溶胶凝胶法、气相沉积法、乳液聚合法、湿法球磨法、放电等离子体改性法等。
例如采用放电等离子体改性技术，能有效消除雾化球形钛粉物理性能中存在的闭孔空心粉、卫星粉和低过剩自由能3个不利特征。在此过程中，等离子体轰击会先后造成颗粒的解体、活化的新鲜表面的形成和闭孔空心粉末的破碎。
利用放电等离子体烧结改性后的钛粉，经过烧结，成功制备出更高致密性的块体金属钛，该技术不仅可改善雾化制备球形金属粉末的物理性能，并且由于放电等离子体改性后的粉末中较高的位错密度导致的较高的传质扩散速率，烧结的致密性也因而得以提高。
资料来源：陈睿铎等:金属粉体材料表面改性技术及应用研究进展，西南交通大学材料科学与工程学院，钢铁研究学报
（中国粉体网编辑整理/平安）
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