การบ่งลักษณะผงโลหะและความสามารถในการไหล

ในเดือนธันวาคม 2020 Nature ตีพิมพ์งานของนักวิจัยมหาวิทยาลัยออสตราวา (เช็กเกีย) เกี่ยวกับวิธีบ่งลักษณะผงโลหะและความสามารถในการไหล

ชิ้นส่วนโลหะเกิดจากวิธีดั้งเดิมและวิธีสมัยใหม่ วิธีสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ผงโลหะเป็นวัตถุดิบ แล้วแปรรูปต่อด้วยการอัด การเผาผนึก การพ่นความร้อน หรือการผลิตแบบเติมเนื้อ เช่น การหลอมเลเซอร์แบบเลือกจุด (SLM) การป้อนผงด้วยเลเซอร์ (LPF) การพ่นสารยึด (BJ) วิธีเบดผงลำอิเล็กตรอน (EPBF) และวิธีอื่น การเลือกวิธีเปลี่ยนสมบัติของชิ้นส่วน แต่ทุกวิธีสมบัติขาเข้าของผงสำคัญ: ความสามารถในการไหล องค์ประกอบเคมี ขนาดอนุภาค สมบัติเชิงแสงและอุณหฟิสิกส์ ความตึงผิว และสมบัติอื่น แต่ละวิธีเติมเนื้อมีข้อกำหนดของตนเองต่อพารามิเตอร์ผง

เมื่อการผลิตแบบเติมเนื้อแพร่หลาย การบ่งลักษณะผงโลหะยิ่งสำคัญ สมบัติผงต้องเข้ากับเครื่องแต่ละเครื่อง และการผลิตต้องสม่ำเสมอ บทความบ่งลักษณะผงโลหะสิบชนิด (316L, Zn, Sn, Al, Cu, Mn, Fe, บรอนซ์, Ti และ Mo): การกระจายขนาดอนุภาค สัณฐาน มุมกองสถิตและพลวัต และมุมเสียดทานภายในยังผล (AIFE)

อัตราการไหลออกประเมินผ่านมุมกองสถิต (AOR) และเสริมด้วยการเปลี่ยน AOR เพื่ออธิบายพฤติกรรมตัวอย่าง ความสามารถในการไหลยังหาด้วยการทดสอบเฉือนบนเครื่อง RST, PFT และ FT4 AOR สถิตวัดบนเครื่องที่คุ้มครองตามสิทธิบัตร PV2015-239 การทดสอบเครื่องและวิธีสำหรับมุมไหลสถิตและพลวัตของมหาวิทยาลัยเทคนิคออสตราวา VSB แสดงด้านล่าง อุปกรณ์เรียกว่า Zenegero

อุปกรณ์ตั้ง AOR

AOR สถิตของผงโลหะสิบชนิด

ด้านล่างคือบทสรุปการวัดมุมกองพลวัต (DAOR) ในตัวอย่างส่วนใหญ่ มุมเฉลี่ยที่วัดได้เพิ่มขึ้นเมื่อความถี่หมุนเพิ่มจาก 0.2 Hz เป็น 0.6 Hz รูปแสดงทุกตัวอย่าง: 316L, Sn, Ti, Fe, บรอนซ์, Al, Cu, Zn, Mn และ Mo

ในผง 316L ผลต่างของมุมเฉลี่ยเมื่อหมุนจาก 0.2 ถึง 0.6 Hz มากที่สุด เมื่อความถี่เพิ่ม รูปแบบการไหลเปลี่ยนจากการกลิ้งที่ 0.2 Hz เป็นการไหลแบบน้ำตกที่ 0.6 Hz ค่าเฉลี่ยของมุมที่ความเร็วเฉพาะที่สามค่ามีส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานใหญ่: 49.4° ± 9° ในดีบุก การกระจายของมุมเฉลี่ยน้อยสุด: 44.8° ± 1.5° ดังนั้นผงดีบุกมีเสถียรภาพโดยรวมของการไหลพลวัตดีสุด ที่รูปแบบการไหลระหว่างวัด DAOR เสถียรภาพยืนยันด้วยการกลิ้งสม่ำเสมอทุกความถี่ทดสอบ การไหลของผงอะลูมิเนียมเปลี่ยนตามความถี่มากสุด: กลิ้งที่ความถี่ต่ำ แล้วค่อยเป็นระบอบ cataract

AIFE หาบนเครื่องที่ใช้แพร่หลายสามเครื่อง: RST, PFT และ FT4 รูปแสดง AIFE ของผงสิบชนิดและช่วงของ RST, PFT และ FT4 ในผงทุกชนิดยกเว้นอะลูมิเนียม ช่วงสัมบูรณ์บน PFT น้อยสุด ซึ่งอาจมาจากซอฟต์แวร์ประเมิน บน FT4 การเปลี่ยนของมุม AIFE ยังผลมากสุด ในอะลูมิเนียม ช่วงกว้างอาจเกี่ยวกับการเป็นโลหะเบา อ่อน และเสียรูปถาวรง่าย ในไทเทเนียม ซึ่ง 90 % ของอนุภาคไม่หยาบกว่า 452 µm การกระจายชัดของมุมยังผลขึ้นกับขนาดและรูปร่างอนุภาค ขณะวัด อนุภาคไทเทเนียมที่ใหญ่กว่าไปติดระหว่างกระบอกแก้วกับใบวัด (หัวเฉือน) ช่องว่างคือ 1 mm แต่รูปร่างอนุภาคไทเทเนียมเพิ่มความต้านของใบทวนทิศทางการเคลื่อนที่ จึงเพิ่มความเค้นเฉือน

AIFE ของผงโลหะสิบชนิด

เป้าหมายของบทความคือประเมินการไหลของผงโลหะและความสัมพันธ์ที่เป็นไปได้กับสมบัติเชิงกลและกายของของผสม ของอนุภาค และพารามิเตอร์อื่น ใช้วิธีทั่วไปที่ยึดชั้นวัสดุเทกองที่รู้จัก วิธียังใช้ต่อไป รวมถึงเมื่อแปลงเป็นดิจิทัลและในบริบทอุตสาหกรรม 4.0

แหล่งที่มา: Characterization and flowability methods for metal powders

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