Karakterisasi serbuk logam dan daya alir

Pada Desember 2020, Nature menerbitkan artikel para peneliti Universitas Ostrava (Republik Ceko) tentang metode karakterisasi dan daya alir serbuk logam.

Komponen logam dibuat dengan metode tradisional dan metode modern. Banyak metode modern berawal dari serbuk logam dan mengubahnya melalui pengepresan, sintering, penyemprotan, atau manufaktur aditif: peleburan laser selektif (SLM), pengumpanan serbuk laser (LPF), penyemprotan pengikat (BJ), dan unggun serbuk berkas elektron (EPBF). Pilihan metode mengubah sifat komponen, tetapi sifat masukan serbuk tetap penting dalam setiap kasus: daya alir, komposisi kimia, ukuran partikel, sifat optik dan termofisika, serta tegangan permukaan. Setiap proses aditif menetapkan parameternya sendiri bagi serbuk.

Semakin luas manufaktur aditif dipakai, semakin penting karakterisasi serbuk logam. Sifat serbuk harus cocok untuk setiap mesin, dan pembuatan harus seragam. Artikel mengarakterisasi sepuluh serbuk logam (316L, Zn, Sn, Al, Cu, Mn, Fe, bronze, Ti, Mo): distribusi ukuran partikel, morfologi, sudut diam statis dan dinamis, serta sudut gesek dalam efektif (AIFE).

Kecepatan keluar dinilai dengan sudut diam statis (AOR), dan perubahan AOR melengkapi uraian perilaku sampel. Daya alir juga ditentukan dengan uji geser RST, PFT, dan FT4. AOR statis diukur dengan instrumen yang dilindungi paten PV2015-239. Di bawah ini disajikan uji instrumen serta metode sudut keluar statis dan dinamis dari Universitas Teknik Ostrava VSB. Instrumen tersebut bernama Zenegero.

Instrumen pengaturan AOR

AOR statis sepuluh serbuk logam

Berikut ringkasan pengukuran sudut diam dinamis (DAOR). Pada sebagian besar sampel, sudut rata-rata yang terukur naik ketika frekuensi putaran berubah dari 0.2 Hz menjadi 0.6 Hz. Gambar menampilkan seluruh sampel: 316L, Sn, Ti, Fe, bronze, Al, Cu, Zn, Mn, dan Mo.

Pada serbuk 316L, selisih sudut rata-rata antara 0.2 Hz dan 0.6 Hz adalah yang terbesar. Ketika frekuensi naik, bentuk aliran berubah dari bergulir pada 0.2 Hz menjadi kaskade pada 0.6 Hz. Rata-rata sudut pada tiga kecepatan lokal memiliki simpangan baku yang besar, 49.4° ± 9°. Timah memiliki sebaran sudut rata-rata yang terkecil, 44.8° ± 1.5°. Karena itu serbuk timah memberikan stabilitas keseluruhan terbaik bagi aliran dinamis. Pada pengukuran DAOR, bergulir yang tetap pada seluruh frekuensi uji menegaskan stabilitas tersebut. Aliran serbuk aluminium lebih berubah terhadap frekuensi: bergulir pada frekuensi rendah, lalu beralih bertahap ke rezim cataract.

AIFE ditentukan pada tiga instrumen yang lazim dipakai: RST, PFT, dan FT4. Gambar menunjukkan AIFE sepuluh serbuk serta rentang RST, PFT, dan FT4. Untuk semua serbuk kecuali aluminium, rentang mutlak PFT adalah yang terkecil. Hal itu dapat bergantung pada perangkat lunak evaluasi. Pada FT4, perubahan sudut AIFE efektif adalah yang terbesar. Rentang aluminium yang lebar dapat berkaitan dengan sifatnya sebagai logam yang ringan, lunak, dan mudah terdeformasi secara plastis. Untuk titanium, yang 90% partikelnya tidak lebih besar dari 452 µm, sebaran sudut efektif yang jelas bergantung pada ukuran dan bentuk partikel. Saat pengukuran, partikel titanium yang lebih besar tersangkut di antara silinder kaca dan bilah ukur (kepala geser). Celahnya 1 mm, tetapi bentuk partikel titanium meningkatkan hambatan bilah pada arah yang berlawanan dengan gerakan dan menaikkan tegangan geser.

AIFE sepuluh serbuk logam

Tujuan artikel adalah menilai aliran serbuk logam dan kemungkinan ketergantungannya pada sifat mekanis serta fisis campuran, partikel, dan parameter lain. Metode yang dipakai adalah metode umum berdasarkan klasifikasi bahan curah yang sudah dikenal. Terhadap digitalisasi maupun Industri 4.0, metode ini tetap dipakai.

Sumber: Characterization and flowability methods for metal powders

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