一颗高质量钛合金粉末，是如何形成的：从EIGA工艺看粉末典型缺陷

图1. 卫星粉（Satellite Particles）

细小颗粒附着在较大颗粒表面，是气雾化制粉过程中较常见的粉末缺陷之一，可能影响粉末流动性和铺粉稳定性

卫星粉是气雾化金属粉末中较常见的一类形貌缺陷。

在显微镜下观察，可以看到一些较大的球形颗粒表面附着着细小颗粒，类似小颗粒围绕主颗粒分布，因此被称为卫星粉。轻微情况下，颗粒表面只有少量附着；严重时，细小颗粒可能较密集地覆盖在主颗粒表面。

卫星粉的形成，主要与雾化过程中的液滴运动有关。

在EIGA制粉过程中，高速惰性气体会将熔融金属液流破碎成大小不同的液滴。较大的液滴惯性更大，飞行和凝固过程相对较慢；较小的液滴质量轻，更容易受到气流影响。当小液滴追上尚未完全凝固的大液滴时，就可能附着在其表面，冷却后形成卫星结构。

液流状态也会影响卫星粉比例。如果电极送料不够稳定，或感应加热功率发生波动，金属液流会出现粗细不均，雾化过程中更容易产生大量细小液滴，从而增加卫星粉形成概率。

卫星粉过多会增加粉末颗粒之间的摩擦，影响流动性和铺粉稳定性。对于金属3D打印而言，粉末能否稳定、均匀地铺展，是后续成形质量的重要基础。

图2. 空心粉（Hollow Particles）
颗粒外观通常保持球形，但内部存在封闭空腔，

这类缺陷多与液滴凝固过程中的气体卷入或凝固收缩有关

空心粉的特点是外观看起来仍然接近球形，但颗粒内部存在封闭空腔。相比卫星粉，这类缺陷更难从外观直接判断，通常需要通过截面观察或专门检测才能识别。

空心粉的形成，常与气体卷入和液滴凝固过程有关。

在雾化过程中，高速惰性气体冲击熔融金属液流，少量气体可能被卷入液滴内部。液滴在飞行过程中快速冷却，内部气泡来不及逸出，就会被凝固的金属外壳包裹，形成空心结构。

对于较大液滴而言，表面可能先快速凝固形成外壳，内部金属继续凝固时发生收缩，也可能形成内部空腔。

空心粉比例过高，可能影响粉末真实密度，并增加后续成形过程中内部缺陷的风险。对于航空、医疗等对材料可靠性要求较高的应用场景，空心粉控制通常是粉末质量管理中的重要内容。

图3. 片状颗粒（Flake Particles）

液滴在雾化过程中受到气流拉伸或撞击后形成非球形颗粒，

与球形粉末相比，其流动性和铺粉性能通常较差

理想的钛合金粉末通常希望具备较好的球形度。球形颗粒有利于提升流动性和铺粉稳定性，也更适合粉末床等增材制造工艺。

但在实际制粉过程中，偶尔会出现片状、薄片状或边缘较锐利的非球形颗粒。

这类颗粒可能来自液滴被高速气流过度拉伸，也可能来自未完全凝固的液滴撞击设备内壁后迅速冷却。当熔融金属没有充分破碎成稳定液滴，或飞行路径、冷却状态发生波动时，就更容易形成这类异常形貌。

片状颗粒的流动性较差，在筛分过程中也更容易造成堵网。虽然其占比通常不高，但在高端粉末质量控制中仍然需要关注。

图4. 团聚物（Agglomerated Particles）

多个颗粒发生粘连形成团聚体，团聚物会影响粉末分散性和流动性，

也是粉末质量控制过程中关注的典型缺陷之一

除了单颗粒形貌缺陷，粉末之间也可能发生团聚。

团聚物通常表现为多个球形颗粒相互粘连，形成较大的颗粒团块。根据形成原因，可以大致理解为热团聚和冷团聚。

热团聚多发生在液滴尚未完全凝固时。如果相邻颗粒仍处于高温或半熔融状态，彼此接触后容易发生粘连，冷却后形成较稳定的团聚体。雾化腔温度、粉末飞行路径和冷却条件，都会影响热团聚发生的概率。

冷团聚更多与细粉有关。超细粉末比表面积大，颗粒之间更容易受到静电或表面吸附作用影响，形成松散团聚。

团聚物会影响粉末分散性和流动性，也可能影响筛分和后续使用过程。因此，在粉末生产和分级过程中，需要通过工艺控制与筛分管理共同降低团聚风险。

高质量粉末，来自过程控制

从电极熔炼到气体雾化，从液滴飞行到快速凝固，一颗钛合金粉末的形成过程很短，但影响因素很多。

液流是否稳定，雾化气流是否均匀，冷却过程是否可控，腔体气氛是否稳定，都会影响最终粉末质量。