中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外增材制造技術(shù)迅速發(fā)展，加工方法、設(shè)備、技術(shù)都在不斷革新優(yōu)化，原材料品質(zhì)和性能的提高已經(jīng)成為促進(jìn)增材制造領(lǐng)域進(jìn)步的重要階梯，相關(guān)工藝對(duì)金屬粉體材料的要求也越發(fā)苛刻，不僅要求金屬粉體具有優(yōu)良的球形度和粒徑分布來(lái)保證加工過(guò)程良好的流動(dòng)性，還要求粉末具有較高的純度和低的氧含量。

目前對(duì)金屬粉體原材料的檢測(cè)主要包括：顆粒形貌、粉體粒度、流動(dòng)性和松裝密度等方面，粉末取樣標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足隨機(jī)性和代表性原則。

金屬粉體的粒度分布檢測(cè)

粉體粒度是增材制造工藝過(guò)程控制和參數(shù)調(diào)整的重要依據(jù)。常用的金屬3D打印粉體的粒度范圍是15-53μm(SLM工藝)，53~105μm/53-150μm(EBM、LDM工藝)，分別對(duì)應(yīng)的顆粒目數(shù)范圍為：270~800目(SLM工藝)，150~270目/100-270目(EBM、LDM工藝)。

為了提高粉末熔融效率獲得良好致密度的成形零件，粉體粒徑分布要盡可能窄，常規(guī)檢測(cè)方法包括物理篩分法、沉降實(shí)驗(yàn)法、庫(kù)爾特計(jì)數(shù)法、激光衍射法等。

物理篩分法是利用粉末粒子的自重力，采用篩網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾得到數(shù)據(jù)，沉降實(shí)驗(yàn)法是將粉末浸入懸浮液中利用重力或者離心力進(jìn)行沉降觀察實(shí)驗(yàn)從而獲得數(shù)據(jù)，以上兩種方法因數(shù)據(jù)獲取困難且精度不高，因此在增材制造專(zhuān)用粉體的檢測(cè)中較少運(yùn)用。

當(dāng)下最主流的檢測(cè)方法為激光衍射法，其原理是基于散射理論利用不同大小的顆粒在一定角度下對(duì)光的衍射分布不同進(jìn)行測(cè)量，激光粒度法具有干法/濕法兩種進(jìn)樣系統(tǒng)，適用于干濕樣品的測(cè)定，可覆蓋絕大部分的增材制造粉體；激光衍射法因其提供了非�？煽康倪B續(xù)測(cè)量手段，且人工干預(yù)最小，適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用，目前，國(guó)內(nèi)外檢測(cè)設(shè)備以中國(guó)丹東百特和英國(guó)Malvern公司等生產(chǎn)的激光粒度儀為代表。

另外，無(wú)錫市檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證研究院的研究人員提到，動(dòng)態(tài)顆粒圖像分析法大大減少了由于顆粒黏結(jié)造成的分析誤差以及非球形顆粒取向造成的偏差，擺脫了靜態(tài)圖像分析對(duì)于取樣數(shù)量的制約，從而得到更具統(tǒng)計(jì)意義的結(jié)果，目前已得到行業(yè)內(nèi)越來(lái)越多的關(guān)注。

Bettersize3000plus激光圖像粒度粒形分析儀

金屬粉體的形貌檢測(cè)

不同工藝下制備的金屬粉體形狀各異，為了保證粉末在加工過(guò)程具有良好的流動(dòng)性，提高成形穩(wěn)定性，通常選用粉末要具有良好的球形度，具體檢測(cè)手段多使用光學(xué)顯微鏡法(OM)、掃描電鏡法(SEM)和透射電鏡法(TEM)。

光學(xué)顯微鏡因其簡(jiǎn)單高效而應(yīng)用最廣，但光學(xué)顯微鏡分辨率僅能達(dá)到0.1μm，只能觀察粉末的宏觀形貌，對(duì)具體的表面和內(nèi)部狀態(tài)無(wú)法勘測(cè)；掃描電鏡分辨率高，常用于對(duì)金屬粉體的微觀表面觀察，也是觀察異型粉、空心粉的有效檢測(cè)手段；透射電鏡因試樣制備復(fù)雜，費(fèi)用高，通常只用于科研工作，很少用于實(shí)際生產(chǎn)檢測(cè)。國(guó)內(nèi)外的掃描電鏡以中科科儀和賽默飛世爾等生產(chǎn)的電鏡為代表。

顯微鏡下的顆粒形貌圖與掃描電鏡下的顆粒形貌圖

此外，有研究人員認(rèn)為，動(dòng)態(tài)顆粒圖像分析法有望在未來(lái)成為主流的粒形檢測(cè)方法。采用動(dòng)態(tài)顆粒圖像分析時(shí)，顆粒連續(xù)不斷地通過(guò)相機(jī)的拍照區(qū)域，顆粒流動(dòng)時(shí)的取向是隨機(jī)的，從而實(shí)現(xiàn)多角度對(duì)顆粒粒度及粒形的精確檢測(cè)，系統(tǒng)應(yīng)用具有強(qiáng)大算法的計(jì)算軟件可以在測(cè)試完成的幾秒鐘內(nèi)給出所有顆粒的粒度及粒形參數(shù)，與前幾種方法相比可大幅度提升檢測(cè)效率并能精準(zhǔn)再現(xiàn)每個(gè)顆粒的形貌和尺寸。

金屬粉體流動(dòng)性檢測(cè)

粉末流動(dòng)性是決定增材制造最終成形零件質(zhì)量性能的關(guān)鍵指標(biāo)，粒徑越均勻、球形度越高，松裝密度越好，流動(dòng)性也越好，其檢測(cè)方法包括堆積角法、Carr法、粉體流變儀法、振實(shí)法、霍爾流速計(jì)法。

堆積角法是將粉末通過(guò)漏斗從某特定高度滑落，測(cè)量堆積圓錐與平臺(tái)的夾角，角度越小，粉末摩擦力越小，流動(dòng)性越高。

卡爾流動(dòng)性指數(shù)法是綜合評(píng)價(jià)影響粉體流動(dòng)性的影響因素，包括休止角、平板角、凝聚度、壓縮率、均齊度五項(xiàng)指數(shù)，用得分制的數(shù)值方法表示粉體流動(dòng)性的方法。這種方法數(shù)據(jù)分析全面，適用范圍廣，但是測(cè)量誤差大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。一般很少使用。

振實(shí)法是將金屬粉體分別測(cè)量出振實(shí)密度和松裝密度，比較其比值，數(shù)值越小，密度越高，流動(dòng)性越好。

霍爾流速計(jì)法是目前國(guó)內(nèi)外增材制造領(lǐng)域最廣泛應(yīng)用的檢測(cè)方法，其標(biāo)準(zhǔn)以50g金屬粉體流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)漏斗的時(shí)間為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。該種方法的檢測(cè)主要使用霍爾流速計(jì)，主要適用于流動(dòng)性好且能夠順利通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)漏斗的粉末，對(duì)于易團(tuán)聚、顆粒間摩擦阻力大的金屬粉體則不適用。

金屬粉體的流動(dòng)性也可根據(jù)其動(dòng)力學(xué)特性表征，粉體流變儀法就是根據(jù)這種原理測(cè)流動(dòng)性的儀器。粉末在氣流中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與粉末之間的摩擦阻力有關(guān)，粉體流變儀對(duì)運(yùn)動(dòng)中粉體遭遇的流動(dòng)阻力進(jìn)行測(cè)試，流動(dòng)性越好的粉體，阻力越小。

Micromeritics FT4粉體流變儀

參考來(lái)源：

[1]許德等：增材制造用金屬粉體研究進(jìn)展，哈爾濱工程大學(xué)

[2]高正江等：增材制造用金屬粉體原材料檢測(cè)技術(shù)，中航邁特粉冶科技(北京)有限公司

[3]蔣威：增材制造金屬粉體檢測(cè)方法及標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展，無(wú)錫市檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證研究院

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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