1.2 等离子雾化法（PA）
等离子雾化法PA（Plasma Atomization）是加拿大AP&C公司独有的金属粉末制备技术。采用对称安装在熔炼室顶端离子体炬，形成高温的等离子体焦点，温度甚至可以高达10000K，专用送料装置将金属丝送入等离子体焦点，原材料被迅速熔化或汽化，被等离子体高速冲击分散雾化成超细液滴或气雾状，在雾化塔中飞行沉积过程中，与通入雾化塔中的冷却氩气进行热交换冷却凝固成超细粉末，PA设备原理图见图2。
PA法制得的金属粉末呈近规则球形，粉末整体粒径偏细。AP&C公司同瑞典Arcam公司合作，针对当前增材制造市场的快速发展，对产能进行的扩建和提升。由于等离子炬温度高，理论上PA法可制备现的所有高熔点金属合金粉末，但由于该技术采用丝材雾化制粉，限制了较多难变形合金材料粉末的制备，如钛铝金属间化合物等，同时原材料丝材的预先制备提高了制粉成本，为保证粉末粒度等品质控制，生产效率有待提升。
图2 PA设备原理图
1.3 气雾化法（GA）
目前，增材制造用金属粉末材料的气雾化制备常用技术包括有坩埚的真空感应熔炼雾化VIGA（Vacuum Induction-melting Gas Atomization）和无坩埚的电极感应熔炼气雾化EIGA（Electrode Induction-melting inert Gas Atomization），两种方法原理如图3、图4所示。其中VIGA法主要适用于铁基合金、镍基合金、钴基合金、铝基合金、铜基合金等粉末的生产制备，而EIGA法主要应用于活性金属及其合金、金属间化合物、难熔金属等粉末材料的制备，例如钛及钛合金、钛铝金属间化合物的生产。为了得到更好的粉末形貌和更高的细粉收得率，国内外对合金熔炼和雾化喷嘴技术进行了大量研究。
图3 VIGA原理示意图
图4 EIGA原理示意图
国外采用气雾化法制备金属粉末由来已久，美国在1985年发表了采用水冷铜坩埚作为熔炼装置的惰性气体雾化技术（VIGA-CC），并在1988年建立了生产线。德国ALD公司于上世纪90年代公布了EIGA的专利，同一时期，日本住友采用此技术迅速建立了年产60T的气雾化钛粉生产线。
近年来，粉末生产商和制粉设备制造商通过对气雾化制粉技术的改进，发展了诸如超声气雾化、紧耦合气雾化、层流气雾化以及热气体雾化技术，并针对增材制造技术特点，对相关技术进行了改进。从2015年9月起，普莱克斯推出增材制造专用的钛合金粉末，并迅速占领了全球大部分市场。同年，老牌粉末制造商Hoeganaes 推出了针对于激光选区熔化SLM应用的粉末材料，并制定了针对增材制造气雾化金属粉末的试验标准。
国内气雾化制粉技术起步较晚，最早集中在科研院所及高校。北京航空材料研究院、钢铁研究总院、北京矿冶研究总院等单位通过引进国外先进制粉科研设备，逐步掌握了气雾化制粉技术。而针对增材制造用金属粉末，国内并没有进行系统研究，大部分粉末主要针对传统粉末冶金、热喷涂等工艺研制，粉末对于增材制造工艺的适用性较差。
随着金属增材制造技术的发展，越来越多的院所和企业开始进行增材制造用金属粉末的研发。中航迈特公司通过消化吸收德国、英国先进技术，自主研发建造多条EIGA、VIGA制粉装置。经过工艺技术攻关，钛基合金粉末细粉（≤45μm）收得率达到30%~55%左右，掌握了一整套球形钛基合金粉末制备核心关键技术，达到或超越了同类型进口设备技术水平。粉末经过分级处理后，满足激光选区熔化SLM、激光快速成型LSF等增材制造工艺使用要求。
2 方法对比
PREP法制备的粉末粒度范围分布较窄，不易获得微细粉末，细粉收得率较低，由于细粉成本居高不下，这使得其在SLM工艺应用上受到较大限制。该技术制备的粗粉在激光快速成型LSF工艺中获得应用。
PA法已经用于常规牌号钛及钛合金粉末的批量制备，通粉中含有卫星粉、片状粉、纳米颗粒等，经处理后其粉末流动性良好。由于需要丝材作为原材料，该技术在制备难变形金属材料方面遇到瓶颈，材料适用范围窄。在生产镍基合金、铁基合金等非活性金属粉末方面，其生产成本较高。
VIGA法制粉由于其效率高、合金适应范围广、成本低、粉末粒度可控等优势，是全球范围内增材制造粉末供应商普遍采用的技术方法。EIGA法在制备活性金属粉末方面相比于PREP法具有节约材料，生产灵活，细粉产出多等优势，适宜SLM工艺用钛合金粉末的生产制备。
关于三种方法的对比，总结于表2。
表2 几种金属粉末制备方法对比
3 结语
全球增材制造技术产业正处于高速发展期，在增材制造材料、装备、工艺、应用等方面，欧美发展更为全面系统。我国增材制造技术发展多集中于打印成型过程，在合金材料研究方面重视不够，粉末材料的制造装置及工艺技术研究投入明显不足，新合金粉末材料开发和多工艺复合低成本制粉技术尚未广泛开展，这些基础性装备建设和工艺技术研究的缺失很大程度上影响了我国自主增材制造材料技术体系的建设和发展。
中航迈特粉冶科技（北京）有限公司经多年技术攻关，自主开发了大容量微细钛合金制粉装置及其工艺技术，填补国内空白，实现增材制造用钛合金关键金属材料国产化；形成一整套自主知识产权，摆脱依赖进口局面，助力我国金属增材制造材料技术的自主发展。
