由水霧化和還原工藝相結(jié)合所得的QMP 和Domfer 鐵粉中，具有相當(dāng)比例的多孔顆粒，因而它們的性能介于還原鐵粉和水霧化鐵粉之間。還原鐵粉與水霧化鐵粉相比，具有較低的松裝密度、較高的壓制性。水霧化鐵粉純度高、壓縮性高，為高密度、抗動(dòng)應(yīng)力結(jié)構(gòu)零件的上佳原料。工業(yè)鐵粉的應(yīng)用汽車零件制造業(yè)是粉末冶金機(jī)械零件的最大用戶，占其 的60%~72%，占所有鐵粉耗用量的50%左右。鐵粉也是發(fā)展高效電焊條的重要原料，其耗用量占鐵粉總耗用量的10%左右。鐵粉消耗于其他方面的應(yīng)用，諸如火焰切割、磁力探傷、脫氣物料、靜電復(fù)印顯影劑用載體、人體熱敷袋、合金 添加元素、催化劑、蓄電池電極、食品增鐵劑和谷物選種等，近年來得到迅速發(fā)展。火焰切割、磁力探傷、脫氣物料、靜電復(fù)印顯影劑用載體、人體熱敷袋、合金添加元素、催化劑、蓄電池電極、食品增鐵劑和谷物選種等，近年來得到迅速發(fā)展。

    1 超細(xì)鐵粉的制備

    1.1 化學(xué)法

    1.1.1 氣相還原法

    氣相還原法一般是將FeCl2 等鐵鹽在高溫下蒸發(fā)， 然后用H2 或NH3還原劑進(jìn)行還原來制備超細(xì)鐵粉。反應(yīng)過程分為鐵鹽脫水、蒸發(fā)以及氣相還原三個(gè)步驟。氣相還原法中鐵瞬間成核， 成核溫度低，鐵粉粒徑小， 粒度分布集中， 可以生產(chǎn)質(zhì)量較高的納米級(jí)超細(xì)鐵粉； 但因其在氣相時(shí)反應(yīng)， 反應(yīng)過程精細(xì)， 容易受裝置等的影響， 穩(wěn)定性不好， 目前尚未見大批量生產(chǎn)。利用氣相還原法制備了a- Fe， 即蒸發(fā)FeCl2晶體粉末， 在熱管爐中加熱氣相，并用H2或NH3作還原劑制備超細(xì)a- Fe 粉末。

    1.1.2 固相還原法

    固相還原法一般指的是在H2氣氛下， 將FeC2 O4•2H2 O 或FeOOH 等前驅(qū)體或鐵的氧化物分解、還原來制備超細(xì)鐵粉。以從鐵鹽溶液中沉淀析出的FeC2 O4•2H2 O作為前驅(qū)體， 經(jīng)熱分解、氫氣還原和表面鈍化處理后， 制取了長徑約50nm 的橢球或短棒狀a- Fe 金屬磁粉。這種工藝的特點(diǎn)是采用純化學(xué)試劑， 過程簡潔， 易操作， 設(shè)備投資少， 成本低， 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上將會(huì)有很好的前景。

    1.1.3 液相還原法

    溶液中的金屬鐵鹽（ 主要是Fe（Ⅱ） 和Fe（Ⅲ）鹽） 在強(qiáng)還原劑（ 如KBH4、NaBH4） 等的作用下， 還原為單質(zhì)金屬鐵粒子。用FeSO4和FeCl3 與過量的NaBH4 反應(yīng)， 還原制得的零價(jià)鐵顆粒90% 在納米級(jí)尺度范圍內(nèi)。以三乙基硼氫化鈉為原料， 甲苯為溶劑， 聚乙烯吡咯烷酮（ PVP） 為分散劑成功制得粒徑約50 nm 的鐵微粒。該法可在較低的溫度下制備非晶態(tài)的納米鐵磁粒子， 并且硼在合金中共沉積， 有利于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

    1.1.4 羰基法

    羰基鐵粉的制取方法一般分為普通熱分解法和激光熱分解法。普通熱分解法是讓Fe（ CO）5在一定溫度下直接分解制取鐵粉， 分解方程式如下:Fe（ CO） 5= Fe+ 5CO。采用在有保護(hù)性液體（ 即載液） 與分散劑存在的條件下， 熱分解羰基鐵來制取納米級(jí)金屬鐵顆粒。這樣不僅可以避免顆粒長大， 而且還可防止顆粒被氧化。但Fe（ CO） 5 通過普通熱分解得到的鐵粉平均粒徑較大， 純度不高， 所以現(xiàn)在一般采用激光熱解法制備羰基鐵粉。激光熱解法的原理是利用連續(xù)激光流動(dòng)體系， 將羰基化合物Fe（ CO） 5裂解來制備超細(xì)鐵粉。但由于羰基法系統(tǒng)成本較高， 且Fe（ CO） 5為有毒易爆物質(zhì)， 整個(gè)工藝流程的操作復(fù)雜， 這些阻礙了羰基法的應(yīng)用普及。

    1.1.5 微乳液法

    微乳液結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)大小或聚集分子層的厚度接近納米級(jí)， 從而為納米材料的制備提供了有效反應(yīng)器。透明的水滴在油中或油滴在水中形成的單分散體系散質(zhì)點(diǎn)直徑為5~ 100 nm， 其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

    超細(xì)鐵粉的微乳液法是在微乳液體系中采用有機(jī)強(qiáng)還原劑還原FeCl2等低價(jià)鐵鹽， 然后將水、有機(jī)物及其他懸浮物去除， 經(jīng)真空干燥， 用磁懸浮選出鐵微粒。其中w / o 型微乳液法或o/ w 型反向微乳液法是制備包裹型超細(xì)鐵粉的一種有效而簡便的方法。微乳液法制備的納米粉末顆粒均勻， 并且通過調(diào)節(jié)微乳液組成可調(diào)整產(chǎn)品粒徑， 成本較低， 產(chǎn)率較高，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

微乳液系示意圖

    1.1.6 電解法

    用高度拋光的不銹鋼作陰極， 工業(yè)純鐵或低碳鋼做陽極， 它們的材料可為黑色金屬廢料， 如軋鋼鐵鱗、低品位礦石、鋼、鑄鐵、海綿鐵壓塊等； 電解液為氯化物或硫酸鹽的水溶液； 電流通過電解槽產(chǎn)生鐵離子并被沉積在陰極上， 由此使靠近陰極面的金屬離子被耗盡而引起離子的遷移， 從而繼續(xù)用從陽極材料獲得的金屬離子供給電解槽， 這樣在陰極板上就沉積海綿狀或固體狀物質(zhì)而不斷地制造粉末。粉末由彎曲板定時(shí)刮取采集。

    1.1.7 冷凍干燥法

    冷凍干燥法是近年來開發(fā)出來的新型制備無機(jī)材料的方法， 其原理是先使干燥的溶液噴霧在冷凍劑中冷凍， 然后再在低溫低壓下真空干燥， 將溶劑升華除去， 就可以得到相應(yīng)物質(zhì)的超微顆粒。從熔融鐵鹽出發(fā)， 凍結(jié)后需要進(jìn)行分解， 最后得到超細(xì)鐵粉。

    1.2 物理法

    1.2.1 等離子體物理化學(xué)法

    1. 普通等離子體法。在真空容器中， 充給定壓氣體， 利用高溫?zé)嵩串a(chǎn)生等離子體， 將純鐵工件加熱、熔化， 在高溫下鐵迅速蒸發(fā)。同時(shí)等離子體又與熔化金屬發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)， 促使鐵水蒸發(fā)。鐵蒸汽經(jīng)循環(huán)泵輸送到集粉器中冷凝、沉積， 再經(jīng)穩(wěn)定化處理后， 即可獲得納米鐵粉。

    2. 直流電弧等離子體法。用電弧等離子體作為加熱源批量生產(chǎn)金屬粉末技術(shù)是Wada 首先嘗試的，但此裝置很難長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)， 超細(xì)粉的產(chǎn)量受到一次性投料量的限制。曾用該方法發(fā)展了一種連續(xù)生產(chǎn)金屬超細(xì)粉的裝置。用該方法生產(chǎn)金屬超細(xì)粉時(shí)， 生產(chǎn)率與氣氛中的氫氣比例、電弧參數(shù)、金屬熔點(diǎn)、蒸汽壓、熔球表面的氧化程度等有關(guān)。為了提高產(chǎn)率，利用斜陰極和鎢鐵混合物作為原料連續(xù)制備超細(xì)鐵粉。

    3. 活性氫熔融金屬反應(yīng)法。含有氫氣的等離子體與金屬鐵間產(chǎn)生電弧， 使鐵熔解， 而被電離活化的氫飽和溶解于熔融的鐵中并發(fā)生反應(yīng)后釋放。熔融的鐵經(jīng)強(qiáng)制蒸發(fā)冷凝后， 在氣體中形成鐵的超微粒子。M.U da 發(fā)展的活性氫等離子體--金屬反應(yīng)法是一種有實(shí)用價(jià)值的方法， 這種方法用電弧熔化金屬， 在壓力接近一個(gè)大氣壓的氫氣加氦氣的混合氣氛中進(jìn)行蒸發(fā)。采用H2- H2O 還

    原法， 在450℃的溫度下， 先后通入N2、H2- H2O 和H2， 冷卻后通入N2進(jìn)行鈍化， 制得粒徑分布在10~30 nm 的針形鐵晶粒。制備時(shí)鐵微粒的產(chǎn)量隨等離子體中氫氣濃度的增加而上升。

    1.2.2 蒸發(fā)法

    1. 蒸發(fā)凝聚法。又稱低壓凝聚法， 是在超真空（ < 10-4Pa） 蒸發(fā)室內(nèi)引入低壓（ 1~10-4Pa） 的惰性氣體（ 氦氣或氬氣） ， 將金屬鐵加熱， 使之氣化蒸發(fā)產(chǎn)生原子霧， 原子霧再與惰性氣體碰撞失去能量， 驟冷后形成納米級(jí)鐵顆粒。在高真空（ < 2×10-5Pa） 的蒸發(fā)腔內(nèi)通入高純的氬氣（ 純度為99.99%） ， 以金屬鉬為熱源對(duì)金屬鐵進(jìn)行加熱蒸發(fā)，然后對(duì)顆粒表面進(jìn)行長時(shí)間的鈍化處理。由此制成的納米鐵顆粒呈球形， 平均粒徑為10 nm， 且在空氣中表現(xiàn)穩(wěn)定， 沒有發(fā)生進(jìn)一步的氧化。

    2.真空蒸發(fā)法。在真空中使金屬蒸發(fā)， 然后將其蒸汽冷卻和凝結(jié)， 這種得到金屬超細(xì)粉末的方法稱為真空蒸發(fā)法。這種方法所得到的金屬粉末一般粒度均勻、分布窄。要是采用流動(dòng)油液面上的真空蒸發(fā)法， 讓高真空中蒸發(fā)的金屬原子在流動(dòng)的油液面上形成超微粒子， 則分散性更好。這種方法制備的超細(xì)粉粒度分布集中、顆粒均勻， 但在工業(yè)生產(chǎn)中真空環(huán)境難于實(shí)現(xiàn)。

    1.2.3 濺射法

    利用濺射現(xiàn)象代替蒸發(fā)來制備高熔點(diǎn)的超細(xì)鐵粉。主要分為離子濺射（ 在電場力的作用下， 離解Ar2 或H2， 用Ar+或H+轟擊陰極靶材， 在低壓惰性氣氛中形成納米鐵粒子） 、等離子體濺射（ 利用等離子體濺射固體靶材后使鐵原子成核， 并可控制粒子生長） 和激光侵蝕（ 用高功率激光侵蝕固體鐵的表面， 氣化離子） 。通過在不同的濺射角進(jìn)行收集以得到不同粒徑和不同結(jié)構(gòu)的高純超細(xì)粉末。用氧化鋁隔離鐵制成靶， 再把鐵和氧化鋁同時(shí)濺射到同一襯底上， 可得到納米級(jí)鐵微粒。這種方法的缺點(diǎn)是產(chǎn)額不高， 其主要原因是陰極上被濺射的區(qū)域很小。采用環(huán)形靶作陰極， 通過選擇靶的半徑和調(diào)整陽極與靶的垂直距離來確定入射角， 從而可以在整個(gè)靶環(huán)上形成濺射， 可提高一定的產(chǎn)額。但是濺射法需要在真空中進(jìn)行， 所以工業(yè)化生產(chǎn)有一定困難。

    1.2.4 高能球磨法

    利用球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)， 使硬球?qū)υ�料進(jìn)行強(qiáng)烈的撞擊、碾磨和攪拌， 把粉末粉碎為超細(xì)微粒的方法。這種方法一般用于高熔點(diǎn)的金屬或合金的制備， 產(chǎn)量高， 工藝簡單。但由于粉末在磨球的沖擊下， 多次反復(fù)地變形、斷裂、焊合， 不斷產(chǎn)生新的表面， 微粒容易粘結(jié)和氧化， 粉末粒度和純度不易控制。因此， 這種方法目前一般用于對(duì)產(chǎn)物粒度和純度要求不高， 產(chǎn)量較大的工業(yè)生產(chǎn)中。

    1.2.5 霧化法

    1.氣霧化法。該法是霧化真空熔煉爐中的金屬液采用高壓氮?dú)猓?或氬氣） 。與水霧化不同的是此法可生產(chǎn)球狀粉末粒子， 冷卻速度可達(dá)10 ℃ / s。在氣霧化的基礎(chǔ)上又引申出超聲波加載于霧化用氣源中， 以便制得更細(xì)、分布更均與的鐵粉。

    2.真空霧化法。該方法所用裝置與氣霧化法的真空熔煉爐有所不同， 前者是一種高15 cm、內(nèi)徑3m 的大型裝置， 霧化過程是通過虹吸噴釋壓（ 介質(zhì)為氬氣） 進(jìn)行。

    3. 離心霧化法。此法以自熔耗電極為原料， 邊熔邊滴邊霧化。霧化過程發(fā)生在兼作電極的高速旋轉(zhuǎn)坩堝的離心散射上。另外， 這種方法也有以電子束為熱源來熔化金屬的。