关于通过激光粉末床熔融合成的SS316L零件在闭环生产中的超声雾化技术 奥尔加·巴什马科娃（Olga Bashmakova）、 列昂尼德·费奥多连科（Leonid Fedorenko）、 安德烈·瓦西里耶夫（Andrey Vasilev）、 鲍里斯·佐托夫（Boris Zotov）、 安德烈·乌尔茹姆采夫（Andrey Urzhumtsev）、 阿里·卡沃西·西西（Ali Kavousi Sisi）、 玛丽亚·良格（Maria Lyange）、 伊万·佩列文（Ivan Pelevin）、 米哈伊尔·吉尔维季诺夫（Mikhail Gilvitinov）以及 斯坦尼斯拉夫·切尔尼希金（Stanislav Chernyshikhin） + 其他2位作者

《Journal of Manufacturing and Materials Processing》：On the Ultrasonic Atomization of SS316L Parts Manufactured via Laser Powder Bed Fusion for the Closed-Loop Production Olga Bashmakova, Leonid Fedorenko, Andrey Vasilev, Boris Zotov, Andrey Urzhumtsev, Ali Kavousi Sisi, Maria Lyange, Ivan Pelevin, Mikhail Gilvitinov and Stanislav Chernyshikhin + 2 authors

　　摘要 可持续的原料管理仍然是激光束粉末床熔融（PBF-LB）技术中的一个主要挑战，因为传统的再利用策略通常仅限于筛分和混合，而无法实现材料的完全再生。超声雾化（UA）提供了一种根本不同的粉末生产方法，该方法基于高频振动在熔融金属表面诱导的毛细波不稳定性。与湍流驱动的雾化不同，UA中的液滴形成主要受超声频率和熔体的内在热物理性质的控制，从而能够实现高球度的准确定性粒子形成，并减少卫星颗粒（即非球形颗粒）的产生。本研究探讨了将PBF-LB制造的316L不锈钢零件通过超声雾化转化为可重复使用粉末的闭环途径。打印出的棒材在电流和振动幅度的可控变化条件下被重新熔化并雾化。所得粉末在形态、内部微观结构、粒径分布、化学成分和气体杂质含量方面进行了表征。与初始气体雾化粉末相比，超声雾化产生的粉末具有更高的球度、更低的内部孔隙率以及更好的流动性，同时保留了主要的合金元素。尽管在名义上的惰性条件下存在残余氧气，但回收后观察到了氧气含量的增加，这归因于选择性的高温氧化作用。这些结果建立了一个将固化的PBF-LB材料转化为二次原料的机制框架，并确定了控制闭环回收过程中结构和成分稳定性的关键参数。

关键词： 废料回收； 超声雾化； 316L； 增材制造； 激光粉末床熔融； 闭环生产

1. 引言
用于粉末基技术和增材制造（AM）的金属粉末通常通过多种雾化方法生产，包括气体雾化、离心雾化、等离子体雾化、超声雾化等[1,2,3]。雾化是一种常用的获得球形金属粉末的方法，这些粉末具有高流动性、良好的分散性和堆积密度等优点，对于各种制造技术至关重要。气体雾化是应用最广泛的工业方法，因为它生产率高且适用材料范围广，尽管其通常会导致相对较宽的粒径分布和卫星颗粒的形成[4]。离心雾化技术，如旋转盘或电极工艺，可以提供优异的粒子球度和高化学纯度，但在生产率和可实现的粒径范围上存在局限性[5]。相比之下，超声雾化（UA）基于高频超声振动在熔融金属表面诱导的毛细波不稳定性，这些振动的频率通常在20–60 kHz范围内[7,8,9]。这些毛细波的特征波长以及由此产生的液滴大小主要由超声频率和熔体的内在热物理性质（如表面张力和密度）决定[10,11,12]。这种频率控制的分裂机制能够实现粒径的准确定性控制，从而获得比传统雾化方法更窄的粒径分布。液滴脱离时产生的空气动力学干扰很小，主要依靠表面张力作用形成球形颗粒，因此产生的颗粒具有极高的球度，卫星颗粒数量极少。尽管超声雾化过程中的冷却速率（约10^3–10^4 K·s^-1）低于基于等离子体的工艺，但仍然足以确保快速固化，同时减少残余应力并最小化工艺引起的形态缺陷[7,13,14]。
在增材制造技术中，激光束粉末床熔融（PBF-LB）因其众多优势而备受青睐，包括几乎完全自由的产品设计、高分辨率和低材料浪费[15]。对于PBF-LB而言，粉末的流动性、颗粒球度以及粒径分布的严格控制是决定粉末铺展行为、层均匀性和熔池稳定性的关键参数[16,17]。从这个角度来看，超声雾化作为一种生产具有明确且可重复粉末特性的PBF-LB原料的研究途径非常具有吸引力。
对于316L奥氏体不锈钢来说，由于其良好的焊接性能和工艺稳定性，在PBF-LB中得到了广泛应用。超声雾化为回收PBF-LB产生的金属废弃物（包括支撑结构和 failed builds）提供了独特的方法，将其转化为适合粉末床处理的二次原料[18,19]。与基于重复筛分和混合的传统再利用策略不同，这种方法涉及材料的完全重新熔化，从而能够控制颗粒形态和粒径分布的重组，同时系统地评估与回收原料相关的化学成分和杂质水平的变化。在这种情况下，超声雾化提供了一个明确的实验框架，可以分离颗粒大小和形态的影响因素，并研究雾化参数对最终粉末特性的影响。此外，这种方法还允许详细评估由于反复熔化和雾化引起的氧气吸收、元素成分稳定性以及相组成变化，以及它们对粉末可加工性、PBF-LB工艺稳定性和制造零件质量的综合影响。除了对316L的直接相关性外，开发这种回收途径的动机还在于减少PBF-LB中的材料损失和废弃物产生，提高整体材料利用率，并建立可扩展的加工概念，这些概念可以应用于更昂贵和稀缺的合金；在这方面，316L作为一种成本效益高且特性明确的模型材料，适用于系统方法的发展。
本研究的目的是通过系统地研究雾化参数和原料来源对产生的二次粉末的形态、粒径分布、化学成分、氧含量和相组成的影响，来评估超声雾化作为PBF-LB处理后的316L不锈钢废弃物回收途径的可行性。

2. 材料与方法
实验工作按照图1a所示的流程进行。图1. 实验示意图（a）和提出的闭环工作周期（b）。最初的不锈钢粉末用于首次PBF-LB打印，以获得棒材，然后这些棒材用于超声雾化。所得到的二次粉末通过筛分系统得到适合PBF-LB的粒径分布，随后用于第二次打印循环。因此，实现了一个完整的工作周期（图1b），模拟了使用316L钢作为示例，通过超声雾化回收有缺陷的构建物、支撑结构和其他PBF-LB工艺废弃物，获得二次粉末，并验证其适用于后续3D打印循环。

2.1. 原材料与PBF-LB工艺
本研究使用了粒径在15–53 μm范围内的原始316L不锈钢粉末（供应商：Onsint，莫斯科，俄罗斯）作为起始材料。该粉末具有球形颗粒，适用于各种增材应用，包括PBF-LB。
超声雾化的起始材料是由原始316L不锈钢粉末通过激光粉末床熔融制成的棒材。PBF-LB工艺在Onsint AM150（莫斯科，俄罗斯）系统上进行，该系统配备了镱光纤激光器（IPG Photonics，马尔堡，MA，美国），最大激光功率为500 W，波长为1070 nm，光斑尺寸为80 μm。激光合成过程在氩气氛围中进行。工作区域的残余氧含量不超过0.01%。通过PBF-LB工艺，生产出了120根高度为100 mm、直径为5 mm的棒材。主要工艺参数包括激光功率200 W、扫描速度1200 mm/s、扫描步长0.08 mm和层厚度0.03 mm。

2.2. 超声雾化
棒材在ATO Lab Plus US35超声金属粉末雾化（UA）设备上进行雾化（3D LAB sp. z o.o.，华沙，波兰）；该设备的示意图如图2所示。为了确定能够确保高粉末质量和最大雾化工艺生产率的最佳雾化工艺条件，准备了18个样品。初步雾化参数是根据文献数据[18,22,23,24]选定的。每个样品的可变参数是电流和超声系统振动的幅度。泵功率和超声振动频率等参数保持不变，分别为60%和35 kHz。雾化过程中的氧含量不超过100 ppm。表1展示了所有样品的工艺条件及其在后续章节中的编号。
表1. 通过PBF-LB获得的棒材的超声雾化工艺参数。
为了确保结果的可靠性并获得足够的粉末用于研究，每个样品雾化了三根棒材。值得注意的是，将电流增加到180 A会导致雾化过程不稳定，从而停止了喷涂过程，所得粉末未进一步研究。
进行了初步试验以确定UA工艺的操作稳定性窗口。结果发现，电流超过170–180 A会导致电弧不稳定和熔体流动性过高，而电流低于70–85 A则会导致形成过大的熔融液滴，难以进行控制雾化。在后一种情况下，雾化过程发生在不规则且不稳定的状态。因此，系统研究被限制在70–160 A的电流范围内，在此范围内实现了稳定的液滴形成和可重复的雾化条件。
为了去除原始棒材的残余物和不适合PBF-LB工艺的大型粉末颗粒，雾化后的粉末在ED-6700电动振动台（Ekros，圣彼得堡，俄罗斯）上通过筛网（网孔尺寸为53 μm）进行筛分。雾化过程的效率通过可用粉末的产量来评估，即颗粒粒径小于53 μm的粉末占总棒材质量的百分比。棒材和雾化粉末的质量在ZMD-2实验室天平（Fangrui，深圳，中国）上测量。

2.3. 粉末分析
使用Tescan Vega 3 SBH扫描电子显微镜（Tescan，布拉诺，捷克共和国）进行研究，该显微镜配备了二次电子（SE）和背散射电子（BSE）探测器。此外，SEM图像在ImageJ ver. 2.16.0/1.54p软件中进行处理，以评估粉末颗粒的球度。球度系数的计算公式如下：
????=4????????2 (1)
其中Cs是球度系数，S是颗粒投影面积（单位：μm2），P是颗粒投影的周长（单位：μm）。
化学成分的现场测定使用能量色散X射线光谱（EDS）进行。粉末的化学成分使用电感耦合等离子体光学发射光谱仪PlasmaQuant 9100 Elite（Analytik Jena，耶拿，德国）进行研究。测量结果使用Aspect PQ ver. 1.4软件进行处理，该软件具有自动基线和光谱噪声校正算法。对于在1–18条件下雾化的每个粉末样品，选择了2.0 g的样品进行分析。为了研究Al、Cr、Ni、Mn、Mo、Cu、V和Co等元素，其中一个粉末样品溶解在由20 mL蒸馏水、5 mL硫酸和7 mL硝酸组成的溶液中。向加热后的溶液中加入硝酸，煮沸2分钟后冷却。冷却后的溶液转移到500 mL容量瓶中，并用蒸馏水定容。对于Si的分析，向粉末样品中加入20 mL蒸馏水和5 mL硫酸。将溶液加热，然后加入7 mL硝酸和2 mL氢氟酸。在冷却24小时后的溶液中分析Si含量。同时，通过不添加粉末样品重复溶解和稀释程序来制备化学空白样品。这个空白样品用于校正来自酸和蒸馏水的背景信号。使用现成的校准溶液进行校准。根据校准图，将设备直接测得的每个元素的浓度（单位：mg/L或ppm）转换为粉末中的质量分数。
为了进行金相检查，粉末颗粒被压入导电环氧树脂中。研磨和抛光在Polylab P12Mk机器（Kemika，莫斯科，俄罗斯）上进行。为了揭示微观结构，将粉末样品置于由30毫升蒸馏水、20毫升盐酸和10克三价氯化铁组成的溶液中30分钟。使用Analysette 22粒度分析仪（Fritsch，Idar-Oberstein，德国）通过激光衍射研究了粉末的粒度分布。粒子分布的宽度通过以下公式计算的跨度来估计：???????????=??90???10??50 （2）氧的质量分数通过在惰性气流中还原熔化并在ONH-100分析仪（Melytec，莫斯科，俄罗斯）上进行测量。粉末的流速根据ISO 4490 [25]标准使用霍尔漏斗进行测量。

3. 结果与讨论
3.1. 粉末形态
本工作的第一步是研究在不同条件下通过超声雾化获得的粉末。为此，与原始的316L不锈钢粉末进行了比较分析。图3显示了316L不锈钢粉末样品的扫描电子显微镜（SEM）显微图像。图3A、B显示了原始316L粉末；图3C、D显示了316L UA粉末70A60%；图3E、F显示了UA粉末160A80%。图3. 316L粉末的SEM显微图像：（A、B）原始粉末；（C、D）UA粉末样品70A60%；（E、F）UA粉末样品160A80%。根据SEM显微图像（图3），原始316L不锈钢粉末的颗粒主要为球形。观察到大量表面缺陷，如卫星体和壳层。当再结晶颗粒与熔滴碰撞时，会形成壳层。此外，粉末中还存在聚集体和接近球形的颗粒。原始粉末的球形系数平均为0.56。通过超声雾化的颗粒比原始316L粉末的颗粒更接近球形。在不同雾化参数下获得的粉末样品的球形系数值在0.84–0.90之间变化。颗粒表面光滑，卫星体数量极少。高度球形颗粒的产生是超声雾化机制的直接结果：在毛细波作用下，液滴破裂是孤立的，形成的颗粒之间相互作用很小，不会形成卫星体和壳层。在更高放大倍数下对颗粒形态的详细分析显示了颗粒大小与表面质量之间的关系（图4A、B）：颗粒大小越大，表面起伏越明显。在超声雾化的316L颗粒上观察到的明显表面起伏可以归因于超声雾化特有的毛细波驱动的破裂机制，以及脱落液滴的快速固化。在雾化过程中，熔池表面形成稳定的毛细波，赋予液滴周期性的调制，这部分被新形成的液滴继承。如果固化速度足够快，这些表面扰动会被动力学冻结，从而产生 characteristic 的微观起伏。颗粒大小增加引起的粗糙度可以通过液滴冷却时间与直径的二次方关系来解释，这允许较大的液滴在完全固化之前维持更长时间的液体表面不稳定性。因此，非线性毛细波演化、热毛细对流和二次熔体重新分布可以更充分地发展，导致表面结构增强。在超声雾化和离心雾化产生的快速凝固金属液滴中也报告了类似的尺寸依赖性粗糙化效应，支持了所提出的机制。图4. UA粉末的元素分布图：（A）100A60%；（B）100A60%；以及（C）70A80%。获得的元素分布图显示，在小于5微米的雾化颗粒表面有铝和硅含量增加的区域（图4A、B）。此外，在70A80%和100A80%的粉末样品中，发现表面有锰、硅和氧含量高的区域（图4C）。在100A60%和70A80%的雾化条件下产生的部分颗粒上检测到局部富集Mn、Si和O的表面区域，较高的振幅导致更强烈的空化和毛细波，从而破坏了表面液膜[26]。这种成分特征表明形成了锰-硅酸盐氧化物相，这可以通过液滴飞行和快速固化过程中Mn和Si的优先氧化来解释。由于它们对氧的高亲和力，这两种元素倾向于向熔池表面聚集，在那里它们容易与雾化气氛中的剩余氧发生反应。这些加工条件下的高温熔池和延长的液态持续时间进一步促进了元素扩散、蒸发-凝结现象和热毛细对流，从而增强了局部氧化的形成。在特定的雾化条件下，这种特征的出现表明雾化强度、液滴热历史和表面氧化动力学之间存在强耦合，这在基于回收的粉末生产中尤其相关。因此，与气体雾化相比，超声雾化显著改善了粉末的形态。卫星体和聚集体的数量减少以及球形系数的增加直接影响粉末的重力流变特性，因此在PBF-LB过程中形成粉末层时，预计会减少颗粒间的摩擦、改善流动性并获得更紧密的堆积。除了颗粒形态外，粉末的一个重要特性是粒度分布，它直接影响流动性和堆积行为。图5显示了超声雾化参数对316L粉末粒度分布的影响。在研究的范围内，电流和振动幅度对累积粒度分布的影响有限。特征值相对稳定：D10在13.5到15.0微米之间变化，D50在31.0到34.0微米之间，D90大约为49微米。值得注意的是，粒度测量是在筛分雾化的粉末后进行的。因此，对于D90来说，不预期会有较大的粒度范围差异，因为分类过程本身限制了分布。

3.2. 粉末微观结构
图7显示了通过气体雾化和超声雾化获得的颗粒的代表性截面SEM图像。这两种粉末都展示了快速凝固的奥氏体不锈钢典型的微观结构，由单个液滴快速凝固过程中形成的蜂窝状-树枝状网络组成。对于原始气体雾化的粉末（图7A），内部结构在颗粒横截面上相对均匀，没有明显的径向梯度。没有观察到明显的核-壳层形态，表明热量提取足够快，抑制了液滴内的强内部热梯度。在一些颗粒内部偶尔观察到小的圆形孔洞，这可以归因于捕获的气体或最终凝固阶段的收缩。通过超声雾化的颗粒（图7B）显示出明显更细粒度且更均匀的蜂窝状-树枝状形态。整体结构比气体雾化的参考粉末更均匀。与气体雾化的参考粉末相比，内部颗粒的数量较少，且在所研究的颗粒中没有观察到明显的中心收缩空洞。

3.3. 粉末的化学组成
表3显示了确定粉末化学组成的结果，使我们能够比较通过气体雾化和超声雾化方法获得的316L粉末样品的化学组成，并评估超声雾化对材料化学稳定性的影响。表3. 316L粉末样品的化学组成[重量%]。发现硅（Si）的质量分数比规定的高出0.2%，这可能是由于源材料的异质性以及微量铝（Al）、铜（Cu）、钴（Co）和钒（V）的存在。主要合金元素（铬（Cr）、镍（Ni）和钼（Mo）的含量在标准范围内。为了研究超声雾化对316L粉末化学组成的影响，在最小和最大雾化参数下获得了粉末样品，即电流为70安培和振动幅度为60%，以及电流为160安培和振动幅度为80%。结果分析显示以下模式：在雾化的粉末中，锰（Mn）的质量分数显著减少了三倍以上（从0.88%减少到0.27–0.28%）。这种化学组成的变化是由于Mn的蒸发，其在粉末组成中具有最高的平衡蒸气压。Mn的蒸发很可能发生在PBF-LB过程中，因为熔池温度很高。此外，这个过程是316L不锈钢雾化过程的特征[18,22]。将Mn引入316L不锈钢作为技术添加剂对于脱氧钢和将硫转化为难熔的锰硫化物是必要的，这 prevent 了硅硫化物在晶界处的形成，从而防止了钢的红脆性和热脆性。Mn还稳定了奥氏体相[28]。添加锰（Mn）可以提高钢材的硬度和抗拉强度[28,29]。由于雾化过程的特性，金属颗粒在电弧中的暴露时间以及雾化过程中的熔融状态持续时间明显长于激光束粉末床熔融（PBF-LB）工艺。因此，可以假设在超声波喷涂过程中锰的蒸发量会比PBF-LB工艺更多。这一结论与研究[30]中的数据一致。此外，PBF-LB过程中过量的锰蒸发可能导致激光束不稳定，因为会形成冷凝蒸汽，并出现诸如关键词孔和从熔池中喷射出的熔融飞溅物等副作用。为了最小化锰蒸发对PBF-LB工艺获得的产品质量和性能的影响，应采取以下策略：优化PBF-LB工艺参数，以确保在充分熔化的同时控制锰的蒸发量在一个可接受的水平；并在粉末层表面建立足够快速的层流保护气体流动，以去除蒸发产物。与此相关的是，上述锰蒸发过程需要在循环雾化及PBF-LB工艺过程中进行控制。

在PBF-LB工艺过程中，由于锰与氧的亲和力较高，预计锰会沿晶界偏聚，形成纳米氧化物，从而阻碍位错的运动[31,32]。锰的蒸发可能会减少316L钢的蠕变程度，但这一假设仍需进一步研究。

测得的雾化粉末中铬（Cr）、镍（Ni）和钼（Mo）的含量处于该材料典型的范围内，证实了该工艺在主要合金元素方面的化学稳定性。

与原始粉末相比，雾化粉末中的硅（Si）含量略有增加。这些化学成分的变化可能与粉末颗粒中硅的局部分布不均有关。比较不同雾化条件下（70A60%和160A80%）获得的粉末的化学成分发现，在所研究的电流强度和振动幅度范围内，这些变化并未导致316L不锈钢的化学成分发生显著变化。

图8显示了初始气体雾化粉末以及超声波雾化粉末中的氧（O）和氮（N）含量。回收粉末的氧浓度始终高于参考材料，而氮含量在实验误差范围内几乎保持不变。分析采用惰性气体熔融法进行，该方法可以确定总氧含量，无论氧是以溶解形式存在还是以氧化物相的形式存在。因此，观察到的氧含量增加反映了材料氧平衡的真实变化。氮含量的没有相应增加表明，在空气处理过程中（例如水分吸附或常温下的表面污染）没有引入额外的氧；相反，这种变化与高温过程中的反应有关。氧含量增加的最可能原因是由于在加工过程中的高温阶段（即PBF-LB熔化和/或后续重熔和雾化过程中）发生了额外的氧化反应。即使在名义上为惰性的气氛中，也始终存在残余的氧分压。在熔池形成和雾化过程中，熔融钢对氧有很强的化学亲和力，从而允许选择性氧化发生而不显著吸收氮。这一解释与雾化参数的依赖性相符：较高的电流（对应较高的熔融温度）会导致氧含量增加，而较大的振动幅度则可能由于液态金属与周围大气的相互作用时间较短而降低氧含量。一些颗粒表面存在Mn-Si-O富集区域进一步支持了高温暴露后固化过程中的氧固定现象。

总体而言，氧含量的增加源于非理想惰性条件下的选择性高温氧化。即使在受控气氛中进行加工，仍存在一定的氧分压，在熔融温度下这种分压具有热力学意义，导致回收材料中的氧逐渐积累。这意味着在实际的回收过程中，氧含量应被视为一个受工艺影响的参数，而不是恒定的材料属性。随着回收循环的重复，氧含量预计会以递减的速度增加，并趋于一个由氧化反应与合金脱氧能力平衡决定的准稳定状态。从应用角度来看，这表明回收粉末不一定需要作为独立的原料使用：将回收粉末与低氧含量的原始粉末混合可能是保持关键部件氧含量在规格范围内的实际方法。

一次回收循环后氧含量的增加也会影响后续的再雾化过程。从热力学角度来看，连续的线性氧积累是不太可能的，因为高温加工过程中的氧化受残余氧分压和合金脱氧能力的制约。在初始氧化和氧化物相稳定后，系统预计会达到一个准平衡状态，此时氧的吸收受到工艺气氛和熔体化学性质的限制。因此，后续回收循环更可能导致氧含量逐渐稳定，而非无限增长。这一点对于评估封闭式粉末回收策略的长期可行性非常重要。

超声波雾化的效率基于可用粉末的产量与两个工艺参数（电流和振动幅度）的关系进行了评估。如图9所示，可用粉末的产量范围为47%至63%。在最小电流70 A和最低振动幅度60%的情况下，获得了最高的产量（63%）。当振动幅度在70%和80%时，平均产量逐渐下降。例如，在60%的振幅下，所有样本的平均产量为59%；而在70%和80%的振幅下，平均产量分别为53%和51%。就电流对产量的影响而言，电流越大，产量往往越高。

此外，在超声波破碎之前熔融液滴的稳定性对工艺效率也有重要影响。在初步观察中，发现在所研究的电流范围内的下限处形成了相对较大的熔融液滴。这些液滴需要足够的振动能量才能稳定地发生毛细波破碎；否则，破碎过程可能变得不太可控，从而降低可用粉末的比例。在高电流值下，熔体的流动性增加可能会接近电弧稳定性的极限，这也可能影响雾化行为。因此，有效产量取决于是否存在一个稳定的操作窗口，在该窗口内液滴形成和毛细波破碎过程能够得到控制。

产量对工艺条件（电流和幅度）的非线性依赖于次要因素。雾化效率不仅受施加功率的影响，还受振动表面形成的液层稳定性的控制。电流主要影响熔体的温度，进而影响液态金属的粘度和表面张力。在低电流下，熔体保持较高的粘度，抑制了毛细波的形成，导致较大的液滴分离，从而降低了目标产物的产量。电流的增加会降低粘度，促进稳定的毛细波形成，从而使液滴分离更加规律，球形颗粒的比例更高。振动幅度主要控制液滴分离的动力学。较高的幅度会加速液体的位移，减少液滴形成所需的时间。虽然这可能有助于破碎，但过快的分离会破坏毛细波行为，促进飞溅和异形颗粒的形成，从而降低可用产物的产量。这解释了为什么在电流从60%增加到80%时观察到产量下降的现象。中间幅度处的非单调行为表明了从稳定的毛细波雾化向更混乱的破碎方式之间的转变。

因此，超声波雾化的效率取决于热输入（使得能够形成稳定的液膜）与分离动力学（控制破碎机制）之间的平衡。最佳条件对应于在高电流和中等振动幅度（60%）下实现的稳定毛细波雾化模式，此时液滴形成规律，可用粉末的产量最高。需要注意的是，在实际应用中，支撑结构和有缺陷的PBF-LB部件可能具有复杂的几何形状。然而，由于回收过程包括在超声波雾化之前的完全重熔，部件的原始形状不会影响液滴的形成。复杂形状的部件需要进行初步的机械尺寸减小或重熔成中间原料，这是标准冶金预处理步骤，不会限制所提出方法的可行性。

研究表明，超声波雾化可以用于通过激光束粉末床熔融（PBF-LB）回收 consolidated 316L不锈钢部件。该过程包括重新熔化制造的棒材并生产适合进一步粉末床处理的二次粉末。关于研究结果，可以得出以下结论：超声波雾化产生的粉末颗粒高度球形，卫星颗粒和团聚体的数量显著减少。颗粒形态受到毛细波-液滴分离和表面张力驱动的球形化的控制，从而提高了几何均匀性。超声波雾化颗粒的内部微观结构更细腻、更均匀，内部孔隙率低于参考粉末。这表明固化条件更稳定，液滴形成过程中的熔体循环减少。主要合金元素（Cr、Ni、Mo）在回收雾化后仍保持316L合金的成分范围。由于高温过程中的蒸发，锰含量明显减少，而硅含量略有增加。这些变化在不同雾化工艺参数范围内变化不大。回收粉末的氧含量增加，而氮含量几乎保持不变。这种行为表明在非理想惰性条件下的选择性高温氧化，而非简单的大气污染。因此，氧含量在回收过程中成为一个受工艺影响的参数，并可能在多次循环后达到稳定状态。

超声波雾化的效率受振动表面上液膜稳定性的控制。增加热输入有助于稳定的毛细波破碎，从而提高产量；而过大的振动幅度则会使液滴形成不稳定。本研究中最佳工艺参数窗口对应于较高的电流和较低的振动幅度。筛分后的颗粒尺寸分布在不同工艺参数下相对稳定（D50 ≈ 31 μm），其宽度减小，提高了粉末的流动性。总体而言，超声波雾化证明了将PBF-LB废弃物转化为可重复使用的粉末原料的能力，同时保持了化学稳定性和有利的粉末特性。未来的研究将重点关注二次雾化粉末在PBF-LB固化后的材料性能分析。