据悉，来自捷克奥斯特拉发大学的研究人员对金属粉末表征和流动性方法的研究成果2020年12月发表于Nature。

金属零件可以通过多种传统和现代技术来获得。这些现代技术大多数都使用金属粉末作为原材料，然后将其进一步加工成各种最终产品。可以通过例如压制、烧结、热喷涂技术或更现代的增材制造技术来加工金属粉末，例如选择性激光熔化SLM、激光粉末喂入的LPF、粘结剂喷射(binder jetting, BJ)，电子束粉末床融合(electron-beam powder-bed fusion, EPBF)和其他方法。当然，对技术生产工艺的选择会导致最终产品的定性性质不同，但是对于所有技术而言，所用金属粉末的输入特性都很重要。在确定的粉末参数中，包括流动性、化学成分、粒度、光学性质、热物理性质、表面张力等。每个增材制造生产过程对金属粉末的特定参数都有其自己的要求。

随着增材制造技术的兴起，越来越需要金属粉末的表征。需要使金属粉末的特性与特定机器精确匹配，并确保高度一致的生产。因此，该研究对十种金属粉末（金属粉末316 L、Zn、Sn、Al、Cu、Mn、Fe、青铜、Ti和Mo粉末）进行详细表征，并测定这些粉末的粒度分布、形态、静态和确定了动态休止角和有效内摩擦角（AIFE）。

研究人员使用静态AOR确定金属粉末的流速，并通过改变AOR来补充以描述样品的变化行为。此外，基于RST、PFT和FT4装置的剪切测试，确定了金属粉末的流动性。基于专利PV2015-239，已获得专利的设备用于确定金属粉末的静态AOR。俄斯特拉发技术大学VSB –静态和动态放电角度测量装置和方法的验证如下图所示，即所谓的Zenegero。

设置AOR的设备

十种金属粉末静态AOR的出现

下图提供了动态休止角(dynamic angle of repose, DAOR)测量的摘要。大部分样品表现出随着旋转频率从0.2Hz增加到0.6Hz，测量角度的平均值增加的特征。下图显示了所有样品，即金属粉末316L、Sn、Ti、Fe、青铜粉末、Al、Cu、Zn、Mn和Mo粉末。

对于金属粉末316 L样品，测量了从0.2到0.6 Hz的旋转速度的平均角度值的最大总差。从0.2 Hz的滚动运动到0.6 Hz的级联运动，随着旋转频率的增加，流动特性也会发生变化。来自三个局部速度的角度的平均值具有较高的标准偏差，即49.4°±±9°。锡粉样品发现了字符1材料的平均角度值的最小差异。角度的平均值的偏差最小，为44.8°±1.5°。因此，锡粉具有最佳的总体动态流动稳定性。通过在DAOR测量期间观察流动的性质，还可以在所有测试频率下以恒定的滚动运动来确认稳定性。流动特性随着铝粉频率的增加而变化最大。在较低的频率下，铝粉表现出滚动运动，并逐渐出现白内障运动。

AIFE是基于三种常用设备确定的：RST，PFT和FT4。下图是十种金属粉末出现AIFE，显示了RST，PFT和FT4的测量值范围。在除铝以外的所有金属粉末测试中，绝对值范围在PFT机中最低。这可能是由于评估软件的方法所致。FT4机器的结果显示，金属粉末的AIFE有效角值最大（最明显）变化。在铝粉的情况下，这种较大的宽度可能是由于它是轻质软金属并且很容易发生其（塑性）变形这一事实。对于钛粉，其中90％的颗粒最大为452 µm，可以得出结论，有效角度值的相当大的变化是由颗粒的大小和形状精确给出的。在测量过程中，较大的钛颗粒会楔入玻璃圆柱体和测量叶轮（剪切头）之间的空间中。尽管该空间的大小为1 mm（图4），但是钛颗粒的形状允许这样的布置，该布置引起叶轮对运动方向的阻力的增加，并因此也导致剪切应力的增加。

十种金属粉末出现AIFE

本研究的目的是评估金属粉末的流动特性，并根据混合物的机械物理特性，颗粒对流动特性和其他参数的可能依赖性进行研究。评估使用了几种常规方法，这些方法基于散装材料的已知分类，并且仍然是当前使用的方法，例如在数字化或工业4.0领域。

文章来源：Characterization and flowability methods for metal powders

• Jiri Zegzulka, Daniel Gelnar, Lucie Jezerska, Rostislav Prokes & Jiri Rozbroj