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高品质的3D打印金属粉末,还要经过振实密度分析仪这些考验

点击次数:202次  发布时间:2020-03-10
  随着金属3D打印技术在近年的快速发展,其在航天航空、汽车、军工、医疗植入物等方面的应用越来越广泛,金属3D打印粉末也迎来了全面的爆发。许多企业和机构就纷纷开设了专门的实验室或工厂,重金投入金属粉末的研发和生产。那么金属粉末的性能该如何评价呢,业内对于金属粉末的评价指标主要有化学成分、粒度分布及粒度分布、粉末形貌、粉末松装密度和振实密度分析仪、粉末流动性等。下面小编将带您一起学习金属粉末性能指标及测试方法。
 
  对于金属3D打印而言,因为打印过程中金属重熔后,元素以液体形态存在,或者可能存在易挥发元素的挥发损失,且粉末的形态存在卫星球、空心粉等问题,因此有可能在局部生成气孔缺陷,或者造成打印后的零部件的成分异于原始粉末或者母合金的成分,从而影响到工件的致密性及其力学性能。因此,对不同体系的金属粉末,氧含量均为一项重要指标。
 
  以钛合金为例,业内对该指标的一般要求在1300~1500ppm,亦即氧元素在金属中所占的质量百分比在0.13~0.15%之间。由于目前用于金属3D打印的粉末制备技术主要以雾化法为主(包括超音速真空气体雾化和旋转电极雾化等技术),粉末存在大的比表面积,容易产生氧化,因此粉末制备过程中要对气氛进行严格控制。在航空航天等特殊应用领域,客户对此指标的要求更为严格。部分客户也要求控制氮含量指标,一般要求在500ppm以下,也即氮元素在金属中所占的质量百分比在0.05%以下。
 
  振实密度分析仪:将粉末装入振动容器中,在规定的条件下经过振实后测得的粉末密度,粉体材料振实后的体积是指颗粒体积+颗粒上的开孔和闭孔体积+颗粒间振实后空隙体积。一般振实密度比松装密度高20%~30%。
 
  粉体是一个分散体系,测试密度时,就是用粉体的质量(m)除以粉体的体积(V)从而得到粉体的密度。粉体的体积可以看成是由如下3个部分组成的,即:粉体颗粒之间的间隙所占的体积(Vinter-p),粉体颗粒上的孔的体积(Vintra-p),粉体颗粒材料的骨架体积(Vt)。根据测得的粉体的体积不同,粉体的密度可以用堆积密度(bulkdensity)、表观密度(apparentdensity)、真密度(truedensity或skeletaldensity)3种密度来表达。
 
  (1)真密度:指粉体质量m除以不包括颗粒内外空隙的体积(真实体积),求得的密度。即排除所有的空隙占有的体积后,求得的物质本身的密度(m/Vt)。
 
  (2)粒密度:指粉体质量m除以包括颗粒内空隙在内的体积所得的密度。即排除粒子之间的空隙,但不排除粒子本身的细小孔隙,求得的粒子本身的密度。(m/Vt+V内)
 
  (3)堆密度又称松密度:指粉体质量m除以该粉体所占容器的体积,求得的密度。其所用的体积包括粒子本身的孔隙以及粒子之间空隙在内的总体积。(m/V,V=Vt+V内+V间)
 
  测定粉体的真密度和颗粒密度的方法与相应的孔隙率的测定方法是一致的。在测定松密度时,当装填时不施加任何外力测得密度为松(堆)密度,施加外力而使粉体最紧填充状态下所测得密度较紧松(堆)密度。
 
  对于同一种粉体,真密度>粒密度>堆密度。出于各种不同的考虑,粉体的堆积密度是一个变化的值,因为粉体的堆积情况常常受到许多因素的干扰,如振动、受压、团聚等,因而体积会发生变化,因此该值的测量只能作为参考,而不能作为的特性指标来表达粉体的性能;表观密度和真密度是由粉体颗粒的孔隙情况和材料的种类决定的,而材料本身的孔隙分布和孔隙率一半是不变的,材料的性质也是固定的,所以这两种密度也是确定的值,表达了样品本身特性,所以在进行粉体的振实密度分析仪测试时关心的更多的是这两个密度。
 
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