金属粉末的粒径是指单个颗粒的直径，通常用微米（μm）或纳米（nm）表示。粒度分布反映了粉末中不同大小颗粒的占比情况，直接影响材料的加工性能和最终产品质量。

壹、如何理解粒度分布?

1.粒度分布图的含义

·粒度分布图通常以累积分布曲线或频率分布直方图呈现。

·横轴（X轴）：颗粒粒径大小。

·纵轴（Y轴）：对应粒径颗粒的体积占比或累积百分比。

·分布越集中（如单峰窄分布），说明颗粒均匀性高，工艺稳定性更好；分布分散（如宽峰或多峰）则可能需调整配比。

2.D10：颗粒累积分布为10%的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的10%。

D50：颗粒累积分布为50%的粒径。也叫中位径或中值粒径，这是一个表示粒度大小的典型值，该值准确地将总体划分为二等份，也就是说有50%的颗粒超过此值，有50%的颗粒低于此值。如果一个样品的D50=5μm，说明在组成该样品的所有粒径的颗粒中，大于5μm的颗粒占50％，小于5μm的颗粒也占50％。

D90：颗粒累积分布为90%的粒径。即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的90%。

跨度值（Span）：计算公式为（D90-D10）/D50，反映分布宽度，跨度值越小，分布越均匀。

贰、粒度影响工艺的方式

1、堆积密度

细颗粒和粗颗粒的混合物可填充较大颗粒之间的空隙，从而提高最终产品的堆积密度和机械性能。粗颗粒占据主框架，提供结构支撑；细颗粒填充粗颗粒间的空隙，提高堆积密度（类似“沙子填石子”效应）。

2、表面光洁度和尺寸精度

细颗粒易于烧结，可生产出表面更光滑、尺寸精度更高的零件。

3、流动性

粉末的流动性受其粒度和形状分布的影响，细颗粒间摩擦增大，流动性降低；球形粉末光滑度高，可改善流动性。

4、烧结特性

细颗粒具有较大的表面积与体积比，可加快烧结速度和致密化。然而，它们也可能烧结的过快，导致晶粒长大，并可能降低最终零件的机械性能，可采用不同大小的颗粒混合，实现更高的致密度。

金属粉末的粒度分布是影响使用工艺的关键因素，从流动性和堆积密度到烧结行为和机械性能都有着很大的影响。针对特定应用优化粒度分布可以显著提高工艺的性能和效率，从而生产出更高质量、更具成本效益的产品。

叁、粒度分布对使用工艺影响的相关研究

1、加拿大团队通过两种不同雾化技术（即等离子体雾化和气体雾化）生产三批Ti6Al4V粉末，并对其进行粒度和流动性的表征，对不同层厚度和构建方向的测试样本进行3D打印和后处理，从而建立粉末特性与最终产品在几何和机械性能之间的相关性。研究得出结论，粒度分布（PSD）在粉末流动性中起着重要作用：（1）较大的平均粒径或较窄的PSD都会增强粉末的流动性；PSD的多峰分布有利于粉末的整体流动特性。（2）粉末动态流动行为仅受粉末平均粒径影响，不受粒径分布影响，粉末动态流动性随粒径增大而提高。这项研究表明，使用具有有限数量细颗粒的高度球形粉末可提高其流动性，并获得具有改善的机械和几何特性的LPBF组件。

2、有人员通过模拟仿真与实验结合研究粉末粒径对选择性激光熔化(SLM)可加工性的影响，研究探讨了三种粒径的AlSi10Mg粉末（0~20μm、20~53μm、53~105μm）在SLM过程中的铺粉行为差异。铺粉过程中，粒径小于20μm的粉末剧烈团聚形成大量空隙，粒径大于53μm粉末易形成少量大的空隙，中等粒径粉末床相对密度比细粒径和大粒径分别高7.69%和3.17%。最终实验结果表明：不同粒径粉末床存在的缺陷在多层熔化/凝固过程中通过熔融液体流动扩散，可得到一定缓解。细粉末样品具有最平坦的表面，但由于其粉末床内存在大量空隙，SLM成形时内部气孔无法全部排出，形成较多孔隙，致密度最低。而粗粉末由于粒径接近或超过激光光斑直径，易产生未熔，降低了致密度。可见SLM成形AlSi10Mg对粉末粒径敏感性强，中等粒径粉末SLM可加工性最好。

3、粉末粒度的变化会对激光粉末床熔融过程和随后的零件性能产生重大影响。有研究使用三批定制的17-4PH不锈钢粉末进行实验，这些粉末的粒度分布变化较小，累积粒度分布不相交，分别称为细粉、中粉和粗粉，从而更精确地分析出粒度的影响。研究发现，细粉的整体粉末性能最差，流动性差，而粗粉的整体流动性最好。使用相同工艺参数制造的部件的微观结构（即孔隙率、晶粒大小、相位和结晶纹理）基本相同，而中粉末生产的零件具有最高的机械性能（即硬度和拉伸强度），因此，使用粒度分布范围广泛的粉末可以生产出具有良好机械性能的零件。

4、金属注射成形(MIM)是一种近净成形粉末冶金技术，适用于经济高效地批量生产小型复杂部件。有实验研究了金属粉末粒度对17-4PH不锈钢最终性能的影响，采用三种不同粒度 (D50=33.0μm、7.91μm和4.04μm) 来制备MIM原料，并测试其硬度与拉伸强度等机械性能。通过混合、注塑、脱脂、烧结后对样品的密度和收缩率进行评估，研究起始粉末颗粒尺寸分布对烧结密度和收缩水平的影响。结果显示：较大颗粒尺寸的收缩率较小但最终烧结密度较差；样品的屈服强度、极限抗拉强度和硬度随着颗粒尺寸变细而增加。最终结果表明：D50=4.04μm粒度的粉末材料总体具有优越的机械性能，各方面均符合标准。

5、粘合剂喷射（BJ）是使用喷墨打印头将粘结剂喷射到金属粉末床上通过加热固化形成生坯，随后经过烧结成形等后处理加工，最终获得金属零件的制造方法。此方法的主要挑战是在烧结后处理过程中获得完全致密的产品。有实验为研究粒度分布对金属BJ中粉末堆积和烧结的影响，采用双峰粉末混合的方式，证明通过BJ制造高纯度铜的可行性。该研究使用铜粉证明了在金属BJ中使用双峰粉末混合物成功提高了粉末堆积密度和粉末流动性，以及提高了烧结密度，与单一尺寸粉末相比，打印的纯铜部件密度可以提高9.4%。除了增加烧结密度之外，使用双峰粉末混合物还显示出其他好处：（1）由于生坯密度增加，烧结收缩减少；（2）双峰粉末混合物对烧结条件不太敏感，可以用更少的能量输入进行烧结。

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