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增材制造用金属粉末原材料检测技术

日期: 2017-05-11
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增材制造用金属粉末的物理性能包括松装密度、振实密度、流动性等,忽略了这些性能的变化,可能会出现同样的工艺参数与粉末粒度分布打印出的零件性能完全不同的现象。
本文继上篇粉末化学成分检测方法之后,讨论金属粉末物理性能的检测方法。

2、  金属粉末物理性能检测

(1)松装密度
粉末在松散状态下落入一个已知体积的杯中,测得的单位容积质量叫做粉末的松装密度。粉末的松装密度是一个综合性能,它受粉末粒度、粒度分布、颗粒形状、颗粒内孔隙等因素的影响。这里介绍两种比较方便测量松装密度的方法。
①  漏斗法:粉末从漏斗孔按一定高度自由落下充满体积一定的容器,再测出容器中粉末的质量,测定仪器如图1所示。这种方法简单、快捷,但无法测量流动性差的粉末。
  
②  斯柯特容量计:对于不能自由流过漏斗法中孔径为5mm的漏斗的金属粉末应采用斯柯特容器法,标准GB 1479.2—2011对这种器具的使用有参照规定(斯柯特容量计见图2)。粉末从上方经过筛网流到下方的柱体中,柱体中的倾斜挡板可以将粉末充分分散,防止粉末团聚,测得的松装密度更准确,特别适合超细粉末、潮湿的粉末、有磁性的粉末等流动性较差的粉末,可以用于3D打印用金属粉末的常规生产检测。

(2)振实密度

金属粉末的振实密度是将一定量的粉末装在容器中,通过振动装置(如图3)振动,直至粉末的体积不再减少。粉末的质量除以振实后的体积得到它的振实密度。

国标GB/T 5162-2006对金属粉末的振实密度的测量有具体的规定,金属3D打印粉末可以采用这种方法,测量三次取算数平均值报出最终结果。一般振实密度比松装密度高20%~50%。对于增材制造用粉,由于球形金属粉末间的“搭桥较少”,松装密度普遍高于形状不规则的粉末。

图3 振实密度测试仪
(3)流动性
粉末的流动性是粉末填充一定形状容器的能力,而球形粉末可以提高粉末的流动性,以实现高质量的铺粉布料的平整与顺畅。影响因素包括颗粒形状、粒度组合、相对密度和颗粒间的粘附作用。如颗粒越大,形状越规则,粒度组成中细粉比例小,相对密度增加表面积吸附水分及气体少,流动性就好。另外,流动性还与粉末的松装密度有关。一般来说,粉末的松装密度越高,流动性越好。

金属粉末的流动性通常有两种表征方法:霍尔流速和安息角。
①   霍尔流速
金属粉末的霍尔流动性是指50g金属粉末流过标准尺寸漏斗孔所需时间,单位为(s/50g)。其倒数是单位时间流出粉末的质量,称为流速。目前国内测量流动性按标准GB/T 1482-2010进行,其装置如图4所示。


②  安息角
对于无法顺利通过标准漏斗的粉末,通常采用安息角表征粉末流动性。

金属粉末安息角的测量参照《GB/T 16913 粉尘物性试验方法 安息角的测定》,采用注入限定底面法,将粉末从漏斗注入到水平料盘上,测量粉尘堆积斜面与底部水平面所夹锐角。通常,金属粉末的安息角要求≤45°。

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