高品質(zhì)的3D打印金屬粉末，還要經(jīng)過(guò)振實(shí)密度分析儀這些考驗(yàn)
點(diǎn)擊次數(shù)：1315次 更新時(shí)間：2020-03-12
隨著金屬3D打印技術(shù)在近年的快速發(fā)展，其在航天航空、汽車(chē)、軍工、醫(yī)療植入物等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，金屬3D打印粉末也迎來(lái)了全面的爆發(fā)。許多企業(yè)和機(jī)構(gòu)就紛紛開(kāi)設(shè)了專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)室或工廠(chǎng)，重金投入金屬粉末的研發(fā)和生產(chǎn)。那么金屬粉末的性能該如何評(píng)價(jià)呢，業(yè)內(nèi)對(duì)于金屬粉末的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有化學(xué)成分、粒度分布及粒度分布、粉末形貌、粉末松裝密度和振實(shí)密度分析儀、粉末流動(dòng)性等。下面小編將帶您一起學(xué)習(xí)金屬粉末性能指標(biāo)及測(cè)試方法。
對(duì)于金屬3D打印而言，因?yàn)榇蛴∵^(guò)程中金屬重熔后，元素以液體形態(tài)存在，或者可能存在易揮發(fā)元素的揮發(fā)損失，且粉末的形態(tài)存在衛(wèi)星球、空心粉等問(wèn)題，因此有可能在局部生成氣孔缺陷，或者造成打印后的零部件的成分異于原始粉末或者母合金的成分，從而影響到工件的致密性及其力學(xué)性能。因此，對(duì)不同體系的金屬粉末，氧含量均為一項(xiàng)重要指標(biāo)。
以鈦合金為例，業(yè)內(nèi)對(duì)該指標(biāo)的一般要求在1300~1500ppm，亦即氧元素在金屬中所占的質(zhì)量百分比在0.13~0.15%之間。由于目前用于金屬3D打印的粉末制備技術(shù)主要以霧化法為主(包括超音速真空氣體霧化和旋轉(zhuǎn)電極霧化等技術(shù))，粉末存在大的比表面積，容易產(chǎn)生氧化，因此粉末制備過(guò)程中要對(duì)氣氛進(jìn)行嚴(yán)格控制。在航空航天等特殊應(yīng)用領(lǐng)域，客戶(hù)對(duì)此指標(biāo)的要求更為嚴(yán)格。部分客戶(hù)也要求控制氮含量指標(biāo)，一般要求在500ppm以下，也即氮元素在金屬中所占的質(zhì)量百分比在0.05%以下。
振實(shí)密度分析儀：將粉末裝入振動(dòng)容器中，在規(guī)定的條件下經(jīng)過(guò)振實(shí)后測(cè)得的粉末密度，粉體材料振實(shí)后的體積是指顆粒體積+顆粒上的開(kāi)孔和閉孔體積+顆粒間振實(shí)后空隙體積。一般振實(shí)密度比松裝密度高20%~30%。
粉體是一個(gè)分散體系，測(cè)試密度時(shí)，就是用粉體的質(zhì)量(m)除以粉體的體積(V)從而得到粉體的密度。粉體的體積可以看成是由如下3個(gè)部分組成的，即：粉體顆粒之間的間隙所占的體積(Vinter-p)，粉體顆粒上的孔的體積(Vintra-p)，粉體顆粒材料的骨架體積(Vt)。根據(jù)測(cè)得的粉體的體積不同，粉體的密度可以用堆積密度(bulkdensity)、表觀(guān)密度(apparentdensity)、真密度(truedensity或skeletaldensity)3種密度來(lái)表達(dá)。
(1)真密度：指粉體質(zhì)量m除以不包括顆粒內(nèi)外空隙的體積(真實(shí)體積)，求得的密度。即排除所有的空隙占有的體積后，求得的物質(zhì)本身的密度(m/Vt)。
(2)粒密度：指粉體質(zhì)量m除以包括顆粒內(nèi)空隙在內(nèi)的體積所得的密度。即排除粒子之間的空隙，但不排除粒子本身的細(xì)小孔隙，求得的粒子本身的密度。(m/Vt+V內(nèi))
(3)堆密度又稱(chēng)松密度：指粉體質(zhì)量m除以該粉體所占容器的體積，求得的密度。其所用的體積包括粒子本身的孔隙以及粒子之間空隙在內(nèi)的總體積。(m/V,V=Vt+V內(nèi)+V間)
測(cè)定粉體的真密度和顆粒密度的方法與相應(yīng)的孔隙率的測(cè)定方法是一致的。在測(cè)定松密度時(shí)，當(dāng)裝填時(shí)不施加任何外力測(cè)得密度為松(堆)密度，施加外力而使粉體緊填充狀態(tài)下所測(cè)得密度較緊松(堆)密度。
對(duì)于同一種粉體，真密度>粒密度>堆密度。出于各種不同的考慮，粉體的堆積密度是一個(gè)變化的值，因?yàn)榉垠w的堆積情況常常受到許多因素的干擾，如振動(dòng)、受壓、團(tuán)聚等，因而體積會(huì)發(fā)生變化，因此該值的測(cè)量只能作為參考，而不能作為的特性指標(biāo)來(lái)表達(dá)粉體的性能；表觀(guān)密度和真密度是由粉體顆粒的孔隙情況和材料的種類(lèi)決定的，而材料本身的孔隙分布和孔隙率一半是不變的，材料的性質(zhì)也是固定的，所以這兩種密度也是確定的值，表達(dá)了樣品本身特性，所以在進(jìn)行粉體的振實(shí)密度分析儀測(cè)試時(shí)關(guān)心的更多的是這兩個(gè)密度。