Nature | 金属粉末表征和流动性研究
<p class="ql-align-justify" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: justify; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">据悉，来自<strong>捷克奥斯特拉发大学</strong>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。</p><p class="ql-align-justify" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: justify; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">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。</p><p class="ql-align-justify" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: justify; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">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）。</p><p class="ql-align-justify" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: justify; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">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。</p><p class="ql-align-center" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: center; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);"><img src="/static/upload/image/20230610/1686408744291064.png" style="border: 0px; margin: 10px auto 0px; padding: 0px; display: block; height: auto; max-width: 100%;"/></p><p class="ql-align-center" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: center; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">设置AOR的设备</p><p class="ql-align-center" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: center; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);"><img src="/static/upload/image/20230610/1686408745458823.png" style="border: 0px; margin: 10px auto 0px; padding: 0px; display: block; height: auto; max-width: 100%;"/></p><p class="ql-align-center" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: center; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);"><img src="/static/upload/image/20230610/1686408745279188.png" style="border: 0px; margin: 10px auto 0px; padding: 0px; display: block; height: auto; max-width: 100%;"/></p><p class="ql-align-center" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: center; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">十种金属粉末静态AOR的出现</p><p class="ql-align-justify" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: justify; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">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。</p><p class="ql-align-justify" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: justify; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">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。</p><p class="ql-align-justify" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: justify; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">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。</p><p class="ql-align-center" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: center; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);"><img src="/static/upload/image/20230610/1686408745701050.jpeg" style="border: 0px; margin: 10px auto 0px; padding: 0px; display: block; height: auto; max-width: 100%;"/></p><p class="ql-align-center" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: center; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);"><img src="/static/upload/image/20230610/1686408745187330.jpeg" style="border: 0px; margin: 10px auto 0px; padding: 0px; display: block; height: auto; max-width: 100%;"/></p><p class="ql-align-center" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: center; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">十种金属粉末出现AIFE</p><p class="ql-align-justify" style="border: 0px; margin-top: 0.63em; margin-bottom: 1.8em; padding: 0px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; text-align: justify; color: rgb(25, 25, 25); font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">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。</p><h1 style="font-size: 1.25em; margin: 0.63em 0px 1.8em; border: 0px; padding: 0px; color: rgb(25, 25, 25); line-height: 38px; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; font-family: "PingFang SC", Arial, 微软雅黑, 宋体, simsun, sans-serif; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">文章来源：Characterization and flowability methods for metal powders</h1><ul style="list-style-type: none;" class=" list-paddingleft-2"><li><p>Jiri Zegzulka, Daniel Gelnar, Lucie Jezerska, Rostislav Prokes & Jiri Rozbroj</p></li></ul><p><br/></p>