高品質的3D打印金屬粉末，還要經過振實密度分析儀這些考驗
點擊次數：1714次 更新時間：2020-03-12
隨著金屬3D打印技術在近年的快速發展，其在航天航空、汽車、軍工、醫療植入物等方面的應用越來越廣泛，金屬3D打印粉末也迎來了全面的爆發。許多企業和機構就紛紛開設了專門的實驗室或工廠，重金投入金屬粉末的研發和生產。那么金屬粉末的性能該如何評價呢，業內對于金屬粉末的評價指標主要有化學成分、粒度分布及粒度分布、粉末形貌、粉末松裝密度和振實密度分析儀、粉末流動性等。下面小編將帶您一起學習金屬粉末性能指標及測試方法。
對于金屬3D打印而言，因為打印過程中金屬重熔后，元素以液體形態存在，或者可能存在易揮發元素的揮發損失，且粉末的形態存在衛星球、空心粉等問題，因此有可能在局部生成氣孔缺陷，或者造成打印后的零部件的成分異于原始粉末或者母合金的成分，從而影響到工件的致密性及其力學性能。因此，對不同體系的金屬粉末，氧含量均為一項重要指標。
以鈦合金為例，業內對該指標的一般要求在1300~1500ppm，亦即氧元素在金屬中所占的質量百分比在0.13~0.15%之間。由于目前用于金屬3D打印的粉末制備技術主要以霧化法為主(包括超音速真空氣體霧化和旋轉電極霧化等技術)，粉末存在大的比表面積，容易產生氧化，因此粉末制備過程中要對氣氛進行嚴格控制。在航空航天等特殊應用領域，客戶對此指標的要求更為嚴格。部分客戶也要求控制氮含量指標，一般要求在500ppm以下，也即氮元素在金屬中所占的質量百分比在0.05%以下。
振實密度分析儀：將粉末裝入振動容器中，在規定的條件下經過振實后測得的粉末密度，粉體材料振實后的體積是指顆粒體積+顆粒上的開孔和閉孔體積+顆粒間振實后空隙體積。一般振實密度比松裝密度高20%~30%。
粉體是一個分散體系，測試密度時，就是用粉體的質量(m)除以粉體的體積(V)從而得到粉體的密度。粉體的體積可以看成是由如下3個部分組成的，即：粉體顆粒之間的間隙所占的體積(Vinter-p)，粉體顆粒上的孔的體積(Vintra-p)，粉體顆粒材料的骨架體積(Vt)。根據測得的粉體的體積不同，粉體的密度可以用堆積密度(bulkdensity)、表觀密度(apparentdensity)、真密度(truedensity或skeletaldensity)3種密度來表達。
(1)真密度：指粉體質量m除以不包括顆粒內外空隙的體積(真實體積)，求得的密度。即排除所有的空隙占有的體積后，求得的物質本身的密度(m/Vt)。
(2)粒密度：指粉體質量m除以包括顆粒內空隙在內的體積所得的密度。即排除粒子之間的空隙，但不排除粒子本身的細小孔隙，求得的粒子本身的密度。(m/Vt+V內)
(3)堆密度又稱松密度：指粉體質量m除以該粉體所占容器的體積，求得的密度。其所用的體積包括粒子本身的孔隙以及粒子之間空隙在內的總體積。(m/V,V=Vt+V內+V間)
測定粉體的真密度和顆粒密度的方法與相應的孔隙率的測定方法是一致的。在測定松密度時，當裝填時不施加任何外力測得密度為松(堆)密度，施加外力而使粉體緊填充狀態下所測得密度較緊松(堆)密度。
對于同一種粉體，真密度>粒密度>堆密度。出于各種不同的考慮，粉體的堆積密度是一個變化的值，因為粉體的堆積情況常常受到許多因素的干擾，如振動、受壓、團聚等，因而體積會發生變化，因此該值的測量只能作為參考，而不能作為的特性指標來表達粉體的性能；表觀密度和真密度是由粉體顆粒的孔隙情況和材料的種類決定的，而材料本身的孔隙分布和孔隙率一半是不變的，材料的性質也是固定的，所以這兩種密度也是確定的值，表達了樣品本身特性，所以在進行粉體的振實密度分析儀測試時關心的更多的是這兩個密度。