Đặc trưng bột kim loại và khả năng chảy

Tháng 12 năm 2020, Nature đăng một bài của các nhà nghiên cứu Đại học Ostrava (Cộng hòa Séc) về phương pháp đặc trưng bột kim loại và khả năng chảy.

Chi tiết kim loại được tạo bằng phương pháp truyền thống và phương pháp hiện đại. Hầu hết phương pháp hiện đại dùng bột kim loại làm nguyên liệu, rồi gia công tiếp bằng ép, thiêu kết, phun nhiệt hoặc chế tạo cộng, như nóng chảy laser chọn lọc (SLM), cấp bột laser (LPF), phun chất kết dính (BJ), phương pháp lớp bột chùm điện tử (EPBF) và các phương pháp khác. Việc chọn phương pháp làm đổi tính chất của chi tiết, nhưng với mọi phương pháp thì tính chất đầu vào của bột đều quan trọng: khả năng chảy, thành phần hóa học, cỡ hạt, tính chất quang và nhiệt vật lý, sức căng bề mặt và các tính chất khác. Mỗi phương pháp cộng đặt yêu cầu riêng cho các thông số bột.

Khi chế tạo cộng phổ biến hơn, việc đặc trưng bột kim loại càng quan trọng: tính chất bột phải phù hợp từng máy, và việc chế tạo phải đều. Bài báo đặc trưng mười bột kim loại (316L, Zn, Sn, Al, Cu, Mn, Fe, đồng thiếc, Ti và Mo): phân bố cỡ hạt, hình thái, góc nghỉ tĩnh và động, cùng góc ma sát trong hiệu dụng (AIFE).

Tốc độ chảy ra được đánh giá qua góc nghỉ tĩnh (AOR) và được bổ sung bằng sự thay đổi AOR để mô tả ứng xử của mẫu. Khả năng chảy còn được xác định bằng thử cắt trên các thiết bị RST, PFT và FT4. AOR tĩnh được đo trên một thiết bị được bảo hộ theo bằng sáng chế PV2015-239. Việc thử thiết bị và phương pháp cho góc chảy tĩnh và động của Đại học Kỹ thuật Ostrava VSB được nêu dưới đây; thiết bị được gọi là Zenegero.

Thiết bị chỉnh AOR

AOR tĩnh của mười bột kim loại

Dưới đây là tóm tắt đo góc nghỉ động (DAOR). Với hầu hết mẫu, góc trung bình đo được tăng khi tần số quay tăng từ 0,2 Hz lên 0,6 Hz. Các hình cho mọi mẫu: 316L, Sn, Ti, Fe, đồng thiếc, Al, Cu, Zn, Mn và Mo.

Với bột 316L, chênh lệch các góc trung bình khi quay từ 0,2 đến 0,6 Hz là lớn nhất. Khi tần số tăng, kiểu chảy đổi từ lăn ở 0,2 Hz sang thác ở 0,6 Hz. Trung bình các góc ở ba tốc độ cục bộ có độ lệch chuẩn lớn: 49,4° ± 9°. Với thiếc, độ phân tán của góc trung bình nhỏ nhất: 44,8° ± 1,5°. Vì vậy bột thiếc có độ ổn định tổng thể tốt nhất của dòng chảy động. Ở kiểu chảy trong khi đo DAOR, độ ổn định được xác nhận bởi sự lăn đều ở mọi tần số thử. Dòng chảy của bột nhôm đổi mạnh nhất theo tần số: lăn ở tần số thấp, sau đó dần sang chế độ cataract.

AIFE được xác định trên ba thiết bị phổ biến: RST, PFT và FT4. Các hình cho AIFE của mười bột và các khoảng của RST, PFT và FT4. Với mọi bột trừ nhôm, khoảng tuyệt đối trên PFT là nhỏ nhất; điều này có thể do phần mềm đánh giá. Trên FT4, sự thay đổi của góc AIFE hiệu dụng là lớn nhất. Với nhôm, khoảng rộng có thể liên quan đến việc đây là kim loại nhẹ, mềm và dễ biến dạng dẻo. Với titan, trong đó 90 % hạt không thô hơn 452 µm, độ phân tán rõ của góc hiệu dụng phụ thuộc vào cỡ và hình dạng hạt. Khi đo, các hạt titan lớn hơn bị kẹt giữa ống thủy tinh và cánh đo (đầu cắt). Khe hở là 1 mm, nhưng hình dạng hạt titan làm tăng sức cản của cánh ngược chiều chuyển động và do đó làm tăng ứng suất cắt.

AIFE của mười bột kim loại

Mục tiêu của bài báo là đánh giá sự chảy của bột kim loại và một sự phụ thuộc có thể có vào tính chất cơ và lý của hỗn hợp, của hạt và các thông số khác. Đã dùng các phương pháp thông thường dựa trên các lớp vật liệu rời đã biết; chúng vẫn được dùng, kể cả khi số hóa và trong bối cảnh Công nghiệp 4.0.

Nguồn: Characterization and flowability methods for metal powders

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