趙寅星，馬社俊，聶中奎，朱莉莉，彭欣潔，彭 建

（1.河南省高技術(shù)創(chuàng)業(yè)服務(wù)中心，河南 鄭州 450003；2.河南省遠(yuǎn)洋粉體科技股份有限公司，河南 長(zhǎng)垣 453431；3.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044）

鋁及鋁合金粉是以鋁為主要元素，根據(jù)不同的用途適當(dāng)加入其他合金元素加工制備而成的金屬粉末，其顆粒外形尺寸通常小于1000μm。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2085-2007，鋁粉分為空氣霧化鋁粉、球磨鋁粉、粉碎鋁粉和氮?dú)忪F化鋁粉四類。鋁粉具有優(yōu)良的抗耐腐蝕性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性和塑性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、武器裝備、化工、汽車制造、鑄造、粉末冶金、3D打印、醫(yī)藥用品、鋁電解電容器陽(yáng)極箔、金屬顏料、電子漿料等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用并呈加速擴(kuò)大的趨勢(shì)[1,2]。

鋁粉生產(chǎn)制備工藝技術(shù)有多種，包括沖擊粉碎法、球磨法和霧化法等，本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)外鋁粉制備和應(yīng)用的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，對(duì)鋁粉的各種制備工藝和應(yīng)用前景進(jìn)行分析介紹。

1 鋁粉制備和應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

歐美國(guó)家對(duì)于鋁粉的生產(chǎn)制造和應(yīng)用發(fā)展研究起步較早，鋁粉的工業(yè)化生產(chǎn)歷史已超百年[3]。國(guó)內(nèi)外至今仍保持著對(duì)鋁粉研發(fā)的高度關(guān)注。Jing等人[4]對(duì)微米級(jí)片狀和球形鋁粉的著火特性和爆炸機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)添加鋁粉可以增加燃燒系統(tǒng)的能量，利用球磨技術(shù)可將球形鋁粉壓片，去除顆粒表面的氧化層，提高材料反應(yīng)活性。但因鋁粉的表面效應(yīng)對(duì)加劇爆炸危險(xiǎn)有顯著影響，片狀鋁粉的最大爆炸壓力上升率是球形鋁粉的4.19倍。王路路等人[5]研究發(fā)現(xiàn)立式球磨機(jī)對(duì)提高球形鋁粉活性的最佳條件為攪拌轉(zhuǎn)速1100r/min，研磨時(shí)間4h，助磨劑占鋁粉質(zhì)量比4%；所制備的活性鋁粉粒徑D50為1.108μm，片狀活性鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)由90.42%增加到98.42%。Azarhomayun等人[6]研究鋁粉對(duì)混凝土干縮、開(kāi)裂特性和力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)鋁粉的使用幾乎消除了混凝土的自由收縮，其抑制干燥收縮的效果增加了18%，最大裂縫寬度和最終裂縫面積分別減少了2.67%和27%。劉建良等人[7]研究活化單質(zhì)鋁粉的性能與急冷霧化工藝的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)多級(jí)急冷霧化制粉過(guò)程，工藝參數(shù)改變，如霧化壓力、霧化轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、熔體過(guò)熱度等，都會(huì)引起粉體粒度的變化。當(dāng)霧化壓力3.5MPa，霧化轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為6000r/min，含氧率小于0.1%時(shí)，鋁粉粒度可控制在10μm左右且形狀接近球狀。

國(guó)內(nèi)近期大量的相關(guān)研發(fā)更多集中在鋁粉應(yīng)用。Peng等人[8]利用激光沖擊小規(guī)模動(dòng)態(tài)壓實(shí)粉末的新方法，發(fā)現(xiàn)隨著激光能量的增加，鋁粉壓坯的力學(xué)性能逐漸提高。在1800mJ激光能量下，成功壓成了幾乎完全致密的鋁壓塊，最終相對(duì)密度為99.72%，壓塊的顯微硬度更是提高近60%。Men等人[9]通過(guò)將溶膠-凝膠法、親核反應(yīng)和原位聚合法結(jié)合制備彩色鋁顏料，此鋁顏料具有較高的色牢度和耐腐蝕性以及鮮艷的色彩，使得彩色鋁顏料在高性能彩色耐腐蝕涂料中凸顯應(yīng)用潛力。王延銘等人[10]采用粉末冶金的方法將鋁粉添加到低溫陶瓷結(jié)合劑中，使低溫陶瓷的抗折強(qiáng)度和平均抗沖擊強(qiáng)度分別提高42%和414%。李君君等人[11]將金屬鋁粉、納米Al2O3粉引入基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中，研究發(fā)現(xiàn)添加金屬鋁粉的陶瓷結(jié)合劑CBN復(fù)合材料抗折強(qiáng)度隨燒結(jié)溫度升高而提高，金屬鋁粉和納米Al2O3粉的復(fù)摻有利于玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鍵合。管東波等人[12]通過(guò)添加一定量的金屬鋁粉和多孔粉體至聚丙烯(PP)中，當(dāng)金屬鋁粉和多孔粉體的添加量分別為2wt%和9wt%時(shí)，復(fù)合材料具有較好的綜合性能，材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和球壓痕硬度同時(shí)改善。

2 鋁粉生產(chǎn)技術(shù)

鋁粉制備技術(shù)經(jīng)過(guò)一百多年的研究發(fā)展，在規(guī)模化生產(chǎn)方面已形成搗沖法、球磨法、霧化法等多種成熟工藝。

2.1 搗沖法

早期的鋁粉生產(chǎn)方式是“搗沖法”，把鋁碎屑放在搗沖機(jī)的凹槽內(nèi)，搗杵在機(jī)械帶動(dòng)下連續(xù)沖打凹槽內(nèi)的鋁屑，具有延展性的鋁在沖擊下逐漸變成薄片并且破碎，當(dāng)鋁屑變得非常微薄細(xì)小后，再篩選出符合要求的鋁粉作為產(chǎn)品。搗沖法缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率很低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，且生產(chǎn)過(guò)程中粉塵很多、容易起火和爆炸。

2.2 球磨法

在1867年，德國(guó)Hamtag使用密閉的球磨機(jī)生產(chǎn)制造片狀鋁粉。球磨法因生產(chǎn)能力大且過(guò)程容易控制，使大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)成為可能，因此機(jī)械球磨法逐漸發(fā)展成為鋁粉生產(chǎn)的主要方式。鋁粉生產(chǎn)工藝與過(guò)程由球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸、研磨介質(zhì)種類和運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定，通常在鋼制回轉(zhuǎn)圓筒中放入鋁塊、鋼球或鋼鍛件等研磨介質(zhì)，由圓筒旋轉(zhuǎn)過(guò)程產(chǎn)生的研磨和沖擊將鋁塊粉碎成粉體[13]。

球磨法一般分為干法球磨和濕法球磨。干法球磨的原理是在水平球罐中裝入磨球、待加工原料、助劑等在惰性氣氛保護(hù)下，開(kāi)機(jī)研磨制取份體。張紹波等人[14]通過(guò)干法球磨制取片狀鋁粉中，初始8h鋁屑在鋼球作用下細(xì)碎成層狀鋁粉，經(jīng)16h形成單層片狀鋁粉，25h獲得超細(xì)鋁粉。采用d=16mm鋼球比采用d=8mm鋼球球磨效率更高，在球磨過(guò)程中適當(dāng)停機(jī)冷卻獲得鋁粉平均粒徑更小。一般來(lái)說(shuō)，用于指紋鑒定和加氣節(jié)能混凝土的鋁粉常用干法球磨制得。干法球磨由于鋁粉在空氣中急劇氧化易產(chǎn)生爆炸，參數(shù)難以確定，國(guó)內(nèi)在這方面開(kāi)展的工作相對(duì)較少，但用干法球磨生產(chǎn)鋁粉有比用濕法球磨成本低、流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)的鋁粉活性更大等優(yōu)點(diǎn)。

濕法球磨是將球形或類球形金屬粉末、研磨介質(zhì)、助劑及溶劑加入球磨機(jī)中將前軀體金屬粉擠壓成片狀[15]。濕式球磨法在金屬片狀加工過(guò)程的能量由球磨機(jī)中的磨球與原料粉體的撞擊和摩擦提供。隨著球磨時(shí)間的增加，原料粉體的表面積和比表面能隨之增加，粉體顆粒的團(tuán)聚會(huì)有自動(dòng)降低比表面能的趨勢(shì)，加入一定量的球磨助劑可降低比表面能，阻止顆粒之間的團(tuán)聚。因此，球磨過(guò)程中球磨機(jī)轉(zhuǎn)速、球磨時(shí)間和球磨助劑的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)有重要影響。丁心雄等人[16]采用濕式球磨法制備鱗片狀鋅鋁合金，發(fā)現(xiàn)當(dāng)以球磨時(shí)間為9h、球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600r/min、以含二乙醇胺-馬來(lái)酸酐共聚物的復(fù)合助磨劑為球磨助劑（添加量為原料的2.5%）時(shí)，所制備的鱗片狀鋅鋁合金的片狀化程度良好，光亮度高，徑厚比為36，粒徑分布均勻，平均粒徑在9μm左右，能夠滿足富鋅鋁涂料要求。濕法球磨制備的片狀粉體相對(duì)干法制備而言，工藝稍微復(fù)雜，但所需的設(shè)備簡(jiǎn)單，產(chǎn)品均勻性好，含氧量低，合格率高。

2.3 霧化法

當(dāng)前，金屬粉末產(chǎn)品采用霧化法生產(chǎn)占比很大，北美生產(chǎn)的60%以上的金屬粉末是通過(guò)霧化法生產(chǎn)的。霧化法生產(chǎn)金屬粉末，可分為水霧化、氣體霧化、離心霧化和等離子霧化這四種方法[17]，如圖1所示。霧化法是將液體分解成細(xì)小液滴再凝固成顆粒的過(guò)程，與其他粉末生產(chǎn)的機(jī)械或化學(xué)方法相比，能夠控制粉末的生產(chǎn)速率和所需物理特性。

鋁粉霧化工藝流程如圖2所示[18]，將一定品位的鋁錠預(yù)熱后投入已升溫好的加熱爐中，待鋁錠化成熔體并達(dá)到一定的溫度后，在高壓氣流的作用下將熔體經(jīng)霧化器噴嘴呈霧狀噴出，經(jīng)冷卻后形成不同尺寸顆粒混合的原粉，再經(jīng)篩分來(lái)獲取不同顆粒大小規(guī)格的鋁粉產(chǎn)品。

圖1 四種不同的商業(yè)霧化方法示意圖[17]:(a)氣體霧化的頂端,(b)水霧化,(c)等離子體霧化,(d)等離子體旋轉(zhuǎn)電極過(guò)程(PREP)

圖2 鋁粉霧化工藝流程圖[18]

氣體霧化法[17]是獲得接近球形粉末的傳統(tǒng)制造工藝，在1872年由英國(guó)人Marriott首次獲得專利，使用蒸氣作為熔融材料的霧化氣體。該方法首先是在陶瓷坩堝或水冷銅坩堝中使用電弧或感應(yīng)線圈熔化合金原料錠，并在此狀態(tài)下保持一段時(shí)間使熔體加熱均勻，然后，將熔體以自由落體方式倒入，或通過(guò)具有高壓差的密閉耐火噴嘴噴射進(jìn)入霧化室，再由霧化的金屬液滴冷卻后形成粉末顆粒。高速噴射的霧化氣體通常采用氬氣或氮?dú)?，也可選用空氣或氦氣。霧化氣體的選擇取決于粉體成品的性能要求，氣體成本、導(dǎo)熱性以及與金屬熔體是否發(fā)生反應(yīng)。鋁粉的工業(yè)生產(chǎn)仍主要采用二戰(zhàn)期間發(fā)明的空氣霧化法，并持續(xù)發(fā)展優(yōu)化。常政剛等人[19]研究發(fā)現(xiàn)霧化氮?dú)鈮毫κ怯绊戜X粉顆粒大小的重要因素，霧化壓力越大，鋁粉的平均粒徑越小。

氣體霧化法具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)易、生產(chǎn)成本較低的特點(diǎn)，然而生產(chǎn)效率不高，高品質(zhì)球形鋁粉制備難度大，并且生產(chǎn)過(guò)程比較危險(xiǎn)，容易發(fā)生爆炸。

水霧化法[20]是將金屬熔體液從漏包的底部小孔沿著環(huán)形噴嘴中心孔軸線自由落下，高壓水由環(huán)形噴嘴高速噴出并揚(yáng)成一定的噴射角，而環(huán)形氣流形成封閉的圓錐形區(qū)域，于頂點(diǎn)交匯后又散開(kāi)，如圖3所示。金屬熔液在高速液流作用下分成負(fù)壓紊流區(qū)、原始液滴形成區(qū)、有效霧化區(qū)、飛行冷卻凝固區(qū)、顆粒急冷區(qū)5個(gè)區(qū)域。解傳娣等人[21]采用霧化工藝制備了鋁粉，發(fā)現(xiàn)保持其他霧化工藝參數(shù)不變，適當(dāng)?shù)奶岣咚膲毫κ逛X粉細(xì)粉量增加、粉末松裝密度變大、流動(dòng)性提高；而隨著漏嘴直徑的減小，鋁粉的細(xì)粉率有一個(gè)最大值；最佳霧化參數(shù)為熔融合金溫度950℃，水壓15MPa，漏嘴直徑5mm。

圖3 水霧化過(guò)程示意圖[20]

等離子霧化是由Pyr-GanesisInc公司和Hydro-Quebec(LTEE)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一種專利技術(shù)[22]。等離子體加熱法是利用等離子體對(duì)鋁源（鋁棒材或粗大鋁顆粒）的加熱作用，使其經(jīng)熔化、氣化、冷凝過(guò)程形成超細(xì)粉。等離子體工藝的生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單，獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是所得到的粉末顆粒是高度球形化且沒(méi)有伴生組織，主要源于等離子噴嘴的聚合作用形成長(zhǎng)擴(kuò)展熱區(qū)，使金屬液滴保持足夠長(zhǎng)時(shí)間的熔融狀態(tài)，從而憑借其表面張力作用形成理想球體。李明利等人[23]通過(guò)等離子霧化工藝成功制備粒徑為0.1～10μm的超細(xì)鋁粉，獲得的鋁粉結(jié)晶度和純度更高，具有更大的活性；并對(duì)制備納米鋁粉時(shí)防止粉體“拖尾”現(xiàn)象和不規(guī)則絮狀物產(chǎn)生進(jìn)行了介紹。

2.4 鋁合金粉制備技術(shù)

微細(xì)球形鋁合金粉主要采用氣體霧化法制備，該方法也被稱為快速凝固法，液態(tài)快速凝固可以顯著細(xì)化晶粒、減少偏析、增加固溶度、產(chǎn)生新的亞穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，能顯著改善工程材料的機(jī)械特性[24]。微細(xì)球形鋁合金粉生產(chǎn)過(guò)程的熔煉、霧化制粉、冷卻及分級(jí)采用全封閉的氮?dú)獗Ｗo(hù)，防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)，保證了生產(chǎn)安全，同時(shí)也有利于提高鋁合金細(xì)粉的回收率。實(shí)踐中通過(guò)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)（如霧化噴嘴結(jié)構(gòu)和類型、霧化氣體壓力和速度，霧化氮?dú)赓|(zhì)量等）的反復(fù)試驗(yàn)來(lái)獲得適合的粒徑范圍。

袁曉光[25]等應(yīng)用聯(lián)合氣體霧化和離心盤霧化法制備Al-Si合金粉末平均粒徑為14μm，但顆粒直徑小于40μm的粉末占60%，并且顆粒外形極不規(guī)則。米成群[26]等制得的微細(xì)球形含銅高硅高耐磨鋁硅合金粉末，其粒徑范圍在20～60μm之間，含氧量0.41%，Cu元素加入是用作合金變質(zhì)劑，減少初生Si相的數(shù)量和尺寸。董仁安[27]等以99.85%以上高純鋁和其它高純度合金元素單質(zhì)為原料，運(yùn)用高純氮?dú)庠谙到y(tǒng)中的高速循環(huán)流動(dòng)迅速冷卻，收集得到粉末粒徑在1～20μm范圍的球形鋁合金粉。在鋁合金體系中，ALSi12、ALSi10Mg等AL-Si合金應(yīng)用于增材制造零件技術(shù)相對(duì)比較成熟，已實(shí)現(xiàn)部分工程化應(yīng)用，但AL-Si系合金增材制造零件的力學(xué)性能不高，不能滿足高強(qiáng)度應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

也有研究表明添加少量元素Mg、Mn和輕稀土元素Er、Zr、Ti等，經(jīng)過(guò)均勻化處理得到待霧化合金，采用高溫霧化介質(zhì)進(jìn)行超音速霧化處理可得到優(yōu)質(zhì)粉末，能夠有效抑制AlMg合金3D打印過(guò)程中的裂紋，并且具有顯著的細(xì)晶和沉淀強(qiáng)化效果[28，29]。

鋁合金粉制備中存在的技術(shù)難題包括鋁粉易氧化、流動(dòng)性難以實(shí)現(xiàn)以及熱成型性差等，在一定程度上阻礙了3D打印在航空、汽車批量生產(chǎn)中輕量化應(yīng)用。解決這些問(wèn)題對(duì)于提高3D打印時(shí)的鋪粉效果、打印件的性能、豐富鋁合金3D打印粉末體系至關(guān)重要。許多文獻(xiàn)、專利公開(kāi)了一些制粉方法和鋁粉用作3D打印粉的通用成分，但并未篩選優(yōu)化粉末材料的組成與配比，粉體中的氧含量相對(duì)較高、流動(dòng)性不佳、熱成型性問(wèn)題沒(méi)有很好的改善，未見(jiàn)有規(guī)?；苽涑⒓?xì)鋁合金粉（20μm以下）的工藝。

3 鋁粉應(yīng)用前景分析

隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇、國(guó)內(nèi)科技進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)化升級(jí)的加快，以微細(xì)球形鋁粉為原料的軍民兩用產(chǎn)品市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，微細(xì)球形鋁粉的制備技術(shù)也成為一種常見(jiàn)的金屬粉體材料生產(chǎn)技術(shù)。同時(shí)，鋁及鋁合金粉產(chǎn)品在輕量化金屬零部件、金屬顏料、電子漿料、耐火材料、固態(tài)儲(chǔ)氫材料、高能燃料和軍工生產(chǎn)等領(lǐng)域也將具有更為廣闊的應(yīng)用前景（如圖4）。

圖4 鋁及鋁合金粉主要應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 金屬顏料

作為常規(guī)工業(yè)原料，隨著鋁粉加工技術(shù)的更新迭代，其使用范疇也隨之?dāng)U大。但僅僅是超細(xì)粉碎和分級(jí)技術(shù)現(xiàn)已無(wú)法達(dá)到終端制品對(duì)性能的要求，工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的升級(jí)，需要鋁粉材料具有超細(xì)粒度（如微納米級(jí)）和更均勻的粒度分布；同時(shí)，需要強(qiáng)化對(duì)粉體內(nèi)在因素（如成分、結(jié)構(gòu)、形貌）的控制，以滿足鋁顏料某些特別性能的要求。鋁粉微細(xì)化及純化已成為行業(yè)未來(lái)總體的發(fā)展方向，例如，納米片狀鋁粉材料具有極小的徑厚度（30nm～50nm），從而徑厚比遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)片狀鋁粉，使其具有更強(qiáng)的光反射能力，并且在涂料中能夠均勻水平分布，與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，微細(xì)化鋁粉顏料保護(hù)和裝飾效果更佳。目前，由于生產(chǎn)過(guò)程的高度危險(xiǎn)性，納米片狀鋁粉顏料的生產(chǎn)工藝仍處于研發(fā)階段，并沒(méi)有進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用。

鋁粉顏料產(chǎn)品將向環(huán)保型、水性化等環(huán)境友好方向發(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)生態(tài)意識(shí)的增強(qiáng)和環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，更環(huán)保的水性涂料將逐步取代傳統(tǒng)的溶劑型涂料。傳統(tǒng)鋁顏料制品用作水性涂料時(shí)，未經(jīng)處理的片狀鋁粉將會(huì)同水分子反應(yīng)生成大量的氫氣，降低涂料的金屬光澤和耐候性，因此盡管國(guó)際上鋁粉水性涂料已有近70年的發(fā)展歷史，但其新產(chǎn)品研發(fā)仍在繼續(xù)。我國(guó)對(duì)鋁粉水性顏料的研發(fā)還處于起步階段，能夠生產(chǎn)高端水性鋁顏料的企業(yè)寥寥無(wú)幾，產(chǎn)品的品質(zhì)以及生產(chǎn)效益也較低[30]。

3.2 電子漿料

電子漿料是制造電子元器件的基礎(chǔ)材料之一，是一種新型材料。電子漿料產(chǎn)業(yè)鏈的上游產(chǎn)品，主要是以銀粉、鋁粉等金屬粉末以及陶瓷粉、玻璃粉等無(wú)機(jī)粉體為原材料。太陽(yáng)能電池背場(chǎng)用鋁漿是新興的球形鋁粉需求市場(chǎng)，對(duì)鋁粉需求量較大，性能要求較高，價(jià)格也高，球形鋁粉粒徑D50范圍為1～10μm。雖然太陽(yáng)能漿料需求巨大，但國(guó)內(nèi)部分高端市場(chǎng)份額仍被國(guó)外企業(yè)所占領(lǐng)，因?yàn)楸M管背銀和背鋁漿料已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但與國(guó)際領(lǐng)先水平相比依舊存在較大差距。其次，技術(shù)壁壘高、附加價(jià)值更高的正銀漿料主要被杜邦、賀利氏、三星和臺(tái)灣和碩等企業(yè)壟斷，這四家企業(yè)占據(jù)了全球90%的電子漿料市場(chǎng)；國(guó)內(nèi)僅有部分企業(yè)處于研發(fā)與小批量生產(chǎn)階段，還未達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)，因此電子漿料國(guó)產(chǎn)化潛力巨大，可為對(duì)應(yīng)的鋁粉產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化提供較大空間。

市場(chǎng)上，鋁電解電容器陽(yáng)極箔的生產(chǎn)目前有兩種工藝。一種是采用減材生產(chǎn)的方式，對(duì)高純鋁光箔進(jìn)行化學(xué)腐蝕發(fā)坑處理以增加比表面積，在制造方面要求“兩高一薄”，即高純、高立方織構(gòu)和薄的表面氧化膜；另一種采用增材制造的方式，將鋁粉漿料涂覆堆砌（也稱涂覆工藝）在減薄的鋁箔表面，依靠鋁粉層的表面起伏來(lái)增加陽(yáng)極箔比表面積。增材制造方式是近年來(lái)研發(fā)應(yīng)用的新興工藝技術(shù)，與傳統(tǒng)電化學(xué)腐蝕技術(shù)獲得的陽(yáng)極箔相比，鋁箔兩邊堆砌的鋁粉表面積更加均勻，避免了傳統(tǒng)腐蝕技術(shù)鋁箔內(nèi)外層孔洞的表面積分布不均的缺點(diǎn)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)鋁電解電容器的輕量化和高比電容，并減少傳統(tǒng)工藝可能帶來(lái)的環(huán)境污染。國(guó)際上，運(yùn)用漿料涂覆堆砌制備鋁電解電容器陽(yáng)極箔的技術(shù)主要掌握在日本東洋鋁株式會(huì)社等少數(shù)跨國(guó)公司，雖然近幾年國(guó)內(nèi)科研工作者在新型鋁電解電容器陽(yáng)極箔制備技術(shù)等方面取得了眾多研究成果，但總體上工程化應(yīng)用仍處于起步階段。總之，在國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的背景下，未來(lái)10年，電極箔市場(chǎng)需求將隨著光伏產(chǎn)業(yè)、新能源汽車等新興市場(chǎng)帶來(lái)約100億元/年的增長(zhǎng)。

3.3 固體燃料

固體燃料推進(jìn)器可作為火箭、導(dǎo)彈及各種固體發(fā)動(dòng)機(jī)的能量源，其能量轉(zhuǎn)換效率對(duì)航空航天器的推力、續(xù)航和武器裝備的作戰(zhàn)能力起關(guān)鍵作用。鋁粉已經(jīng)成為固體推進(jìn)器里常用的添加原料，除了能起到提升發(fā)動(dòng)機(jī)理論比沖、推進(jìn)劑密度和燃燒溫度的作用，還可減緩高頻聲不穩(wěn)定燃燒。微米級(jí)鋁粉添加至固體推進(jìn)劑中能顯著提高推進(jìn)劑的能力水平，然而微米級(jí)鋁粉在燃燒時(shí)易凝聚，留下的殘?jiān)逊e在發(fā)動(dòng)機(jī)中，會(huì)使燃燒效率和發(fā)動(dòng)機(jī)的有效載荷均降低。因此，削弱鋁粉凝聚是提高鋁粉燃燒效率的重要課題，工業(yè)上使用納米級(jí)鋁粉將其替代從而改善凝聚現(xiàn)象已得到證實(shí)，且具有重要的實(shí)用價(jià)值。

鋁粉作為高能燃料，已經(jīng)廣泛用于火炸藥領(lǐng)域。相比普通炸藥，含鋁粉炸藥可反應(yīng)釋放更高的爆熱，能大幅度增強(qiáng)炸藥的殺傷力和有效射程。納米鋁粉的出現(xiàn)賦予了鋁粉添加劑在溫壓炸藥和增強(qiáng)爆炸炸藥上的應(yīng)用潛能，混合炸藥成分中加入納米鋁粉，可增加其密實(shí)度和比表面積，進(jìn)而在不改變材料能量密度的前提下，能夠顯著改善炸藥的爆炸性能。

固態(tài)儲(chǔ)氫含能材料的開(kāi)發(fā)，相對(duì)于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和低溫液化儲(chǔ)氫，是通過(guò)氫與材料間的相互作用形成固溶體或氫化物的固態(tài)氫儲(chǔ)存，由于其具有好的安全性和高的能量密度，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的儲(chǔ)氫技術(shù)之一。以鋁粉為原料的金屬鋁氫化物（如α-三氫化鋁AlH3）及其復(fù)合儲(chǔ)氫材料，具有貯氫密度高、安全高效及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可作為航空航天推進(jìn)器高能添加劑、新型軍工特能材料等，但因生產(chǎn)工藝技術(shù)復(fù)雜，目前仍處于試驗(yàn)研究和應(yīng)用探索階段。

3.4 耐火材料

基于氮?dú)忪F化鋁粉生產(chǎn)耐火材料也是未來(lái)鋁粉市場(chǎng)拓展的主要方向之一。目前，耐火材料用鋁粉主要為空氣霧化鋁粉，粒徑在100μm以上，價(jià)格便宜，但規(guī)則度差、抗氧化能力不強(qiáng)，造成生產(chǎn)的耐火材料性能不佳、廢品率高。與空氣霧化鋁粉相比，氮?dú)忪F化鋁粉粒徑小且均勻，性能更佳，制成的耐火磚與陶瓷材料硬度高及尺寸穩(wěn)定性更好，質(zhì)地精良，但造價(jià)成本也更高，現(xiàn)階段還未得到市場(chǎng)廣泛認(rèn)可。同時(shí)，氮?dú)忪F化鋁粉球形度和致密度高，能夠避免加熱過(guò)程中被點(diǎn)燃和氧化，并提高耐火材料的熱穩(wěn)定性，利于安全生產(chǎn)。

3.5 輕量化金屬結(jié)構(gòu)件

“輕量化”是航空航天、新能源汽車、軌道交通等領(lǐng)域重點(diǎn)研究的方向，輕量化材料的使用是實(shí)現(xiàn)零部件輕量化的重要手段。傳統(tǒng)鋁合金加工技術(shù)主要采用熔煉、鑄造和鍛造等工藝，因無(wú)法有效解決合金成分組織均勻性問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜精密鋁合金結(jié)構(gòu)件的性能要求和高效生產(chǎn)。粉末冶金及3D打印鋁合金結(jié)構(gòu)件可以做到零件致密、組織均勻，具有更加優(yōu)異的物理、化學(xué)及力學(xué)性能，因此，鋁合金3D打印技術(shù)和粉末冶金技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。

3D打印和粉末冶金用粉末材料需滿足成分均勻、粒徑細(xì)小、粒度分布窄、球形度高、流動(dòng)性好和松裝密度高等要求，因此，高純鋁及高性能鋁合金粉的制備是3D打印和粉末冶金的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)使用的高性能鋁合金粉末材料多依賴進(jìn)口，種類有限，且價(jià)格昂貴，如何攻克制備關(guān)鍵核心技術(shù)，降低3D打印及粉末冶金的整體成本，是其拓展應(yīng)用市場(chǎng)的重要前提。

4 市場(chǎng)展望

當(dāng)前，鋁粉在金屬顏料、電子漿料、固體燃料、耐火材料、武器裝備及輕量化金屬零部件等行業(yè)有著較大的發(fā)展?jié)摿Γ⑶倚枨罅柯源笥诠┙o量。同時(shí)，隨著科技進(jìn)步推動(dòng)鋁粉制品產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)，工業(yè)上對(duì)增強(qiáng)鋁粉的性能和制備技術(shù)有了更高的要求，因此，基于技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)提高鋁粉性能質(zhì)量和生產(chǎn)效益仍有較大發(fā)展空間；另外，隨著國(guó)際國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的加快、“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施和下游應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，國(guó)內(nèi)鋁及鋁合金粉市場(chǎng)容量到“十五五”末可望突破100億元/年大關(guān)。