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本文中，我們展示了使用Microtrac的SYNC分析儀，通過動態(tài)圖像分析（DIA）和激光衍射（LD）技術，表征了典型的金屬粉末和金屬合金的尺寸和形狀。這些儀器的優(yōu)點是分析時間短，重復性好，以及極佳的分辨率。對于每個單獨的顆粒，測量給出了許多不同的尺寸和形狀參數(shù)，測量一結束即刻得到所有數(shù)據(jù)。形狀參數(shù)以各種粒度的比例表征，通常數(shù)值范圍從0到1。每個參數(shù)的數(shù)據(jù)可以以體積和數(shù)量分布方式用頻率分布和累積分布表征，每個單個粒子都有完整的參數(shù)數(shù)據(jù)集。

SYNC: 結合動態(tài)圖像分析（DIA）和激光衍射（LD）分析儀新穎的SYNC分析儀

是一個革命性的儀器，將LD和DIA技術結合在一起，可同時在相同的樣品池中測量相同的樣品。LD（一種光散射）技術已經(jīng)被金屬粉末工業(yè)使用了幾十年，用作金屬粉末供應商控制粒度分布的出貨QC認證的實際標準，以及粉末冶金生產(chǎn)商的來料QC驗證。

SYNC的光學工作臺如圖1所示。三個激光，有藍色和紅色兩種顏色可供選擇，線性二極管探測器陣列使經(jīng)過顆粒的散射光被收集的范圍高達163度。相對于大顆粒，小顆粒的散射光在較大角度，散射光強度較低。SYNC的LD算法通過測量的光通量分布反向計算顆粒粒度分布。使用改進的Mie理論，算法修正了非球形和半透明顆粒。同時，快速LED頻閃燈照亮粒子，一組光學裝置聚焦樣品透射光，數(shù)碼相機拍攝顆粒圖像的完整的視頻文件。

圖1. SYNC的光學平面圖，結合了DIA和LD技術。

圖2為用于金屬粉末工業(yè)的LD粒度分布報告

圖2：來自SYNC的LD粒度分布，包括百分比，匯總統(tǒng)計值，以及頻率和累積分布圖

DIA后處理軟件的特點是顆粒查看顯示（GUI）和散點圖顯示。這些可用于鑒定和量化金屬粉批次中團聚顆粒的百分比。金屬粉末供應商可以在發(fā)貨之前回收不良批次（太多團聚顆粒），而金屬部件生產(chǎn)商可以拒絕接收不良的來料從而避免浪費時間和金錢來處理它。 

SYNC可以使用兩個形狀參數(shù)定量金屬粉末樣品的團聚，不能單獨用粒度表征，因為這些團聚體存在于整個粒度分布中。形狀參數(shù)包括測量的長寬比和顆粒的外部邊界形成的凸度值。 

這里將解釋一個使用SYNC的示例。這里使用的參數(shù)是寬度比長度的縱橫比 （寬長比）和實積比（Solidity）。Solidity為 1的顆粒是指具有完全外凸邊界沒有凹陷的粒子。W/L寬長比為1的顆粒是一個完美的球體。 

使用SYNC軟件的搜索功能可以分離和量化團聚體，其中包括所有不在紅色矩形內(nèi)的顆粒，如圖3所示。樣品中團聚體占總體積的23%，占總數(shù)量的12% 。這是金屬粉末和制造業(yè)的關鍵質(zhì)量控制信息。

圖3: 用動態(tài)圖像分析儀（SYNC）分析金屬粉末的顆粒形狀。除了定量結果外，記錄的圖像還可以直觀地了解形態(tài)和尺寸差異。球形粒子具有更高的縱橫比集中在圖的右側。在以球形為主的大量顆粒中檢測到少量的不規(guī)則顆粒是DIA的一大優(yōu)點。

DIA和LD相對于其他粒度技術的優(yōu)點

對于金屬粉末，機械篩分技術仍然被一些公司用于粒度分析。篩分技術的絕對粒度下限由實際可用的最小網(wǎng)孔尺寸來定義，通常為20 μ m（氣流噴射篩分），這是遠遠高于許多AM和MIM樣品的平均粒度的。因此，氣流噴射篩分法不適用于測試細粉的精確可靠的整體尺寸分布。它經(jīng)常被用來只用一個篩網(wǎng)檢測超大顆粒的量，例如45μm或63μm篩網(wǎng)尺寸。另一個缺點是篩分技術無法給出粒子形態(tài)的信息。

金屬粉末行業(yè)在20世紀70年代開始用激光衍射法替代篩分法。從此，包括現(xiàn)在，激光衍射法成為這些行業(yè)廣泛應用的技術，并在這些行業(yè)有望保持其用于證明和驗證粒度分布的標準方法。激光衍射分析儀易于操作，并提供快速穩(wěn)健的結果，其技術和特點都很好理解。動態(tài)圖像分析在這些行業(yè)有快速增長，因為圖像分析可以在形狀參數(shù)上設置QC指標來控制性能，這是單獨的粒度分布無法實現(xiàn)的。

比較與結論

隨著金屬注射成型和增材制造技術的日益普及，對特定性能特殊設計的金屬粉末的需求日益增加。不僅是化學成分，顆粒粒度和形狀對粉末的加工性能也至關重要。根據(jù)不同的應用，粉末必須滿足各種規(guī)格。激光衍射粒度分析已經(jīng)深深融入這些行業(yè)，并將保持下去。SYNC的激光衍射（LD） + 動態(tài)圖像分析（DIA）可以提供所有有關金屬粉末尺寸和形狀的數(shù)據(jù)。DIA與電鏡/光學顯微鏡相比，可以測量更多的顆粒， 因此更加具有統(tǒng)計意義，并提供更好的重復性。一次測量只需要1到3分鐘，可實現(xiàn)樣品高通量和連續(xù)的質(zhì)量控制。對于粉末生產(chǎn)商和金屬零件制造商來說，SYNC是精確、高效的工具，可以大大提高質(zhì)量控制過程。

大昌華嘉科學儀器部

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