如果用于增材制造,，這兩種方法適合金屬粉末檢測(cè)空心粉率

來(lái)源：拜恩檢測(cè)

金屬粉末由于自身的物理特性，所以成為很多增材制造使用的原材料,。增材制造也就是3D打印,，被稱為工業(yè)革命4.0的標(biāo)志性技術(shù),。增材制造通常以金屬粉末作為原材料，三維模型作為藍(lán)本,，通過(guò)打印設(shè)備的加工處理,，最終制造出高度定制化的實(shí)體產(chǎn)品，故而金屬粉末的性能對(duì)增材制造的最終產(chǎn)品有著決定性影響,。目前,，增材制造用的金屬粉末加工工藝主要有球化法、霧化法,、旋轉(zhuǎn)電極法,，這些加工方法雖然是主流技術(shù)，但是在制造過(guò)程中總是不可避免的存在氣孔缺陷,，存在這種缺陷的粉末就叫空心粉,。空心粉率就是指空心粉相對(duì)粉末顆�,？倲�(shù)的比例,。

其實(shí)，金屬粉末的性能技術(shù)指標(biāo)有很多,，比如粒度,、比表面積、松裝密度,、振實(shí)密度,、流動(dòng)性等等。當(dāng)然用于增材制造的金屬粉末,，國(guó)家也有專門的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定,，該標(biāo)準(zhǔn)就是GB/T 39251-2020《增材制造 金屬粉末性能表征方法》。該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)金屬粉末的幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的檢測(cè)方法進(jìn)行了規(guī)定,。其中空心粉的檢測(cè)方法主要為金相法和工業(yè)CT掃描法,，這兩種方法雖然一直都是檢測(cè)空心粉率的最優(yōu)解，但是該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這兩種方法的介紹并不詳細(xì),，尤其是代表金相檢測(cè)的顯微鏡法,，只有很小段落的介紹， 類似實(shí)驗(yàn)步驟,，判定原則都是有待補(bǔ)充說(shuō)明的,。

我們之所以要強(qiáng)調(diào)空心粉率的檢測(cè)，就是因?yàn)榇�表氣孔缺陷的空心��,，�?huì)直接影響增材制造最終品的抗拉強(qiáng)度,、屈服強(qiáng)度等關(guān)鍵性能指標(biāo)，而且空心粉率過(guò)高直接會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的疲勞壽命下降,�,？招姆鄣恼急群统叽缰苯佑绊懙匠善芳�的使用性能和壽��,，所以我們需要對(duì)空心粉進(jìn)行有效控制，保證其質(zhì)量,。那么檢測(cè)金屬粉末空心粉的方法主要就是顯微鏡法,、工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像（CT）法，于是我們拜恩工程師覺(jué)得有必要為大家詳細(xì)介紹一下這兩種方法,。

一,、顯微鏡法檢測(cè)空心粉及空心粉率
顯微鏡法也就是金相檢測(cè)法，主要是采用金相鑲樣方法將金屬粉末進(jìn)行鑲樣,、磨拋,，得到粉末金相試樣，然后利用光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡-背散射電子成像觀察粉末顆粒的截面圖像,，統(tǒng)計(jì)出圖像中的粉末顆�,？倲�(shù)量和空心粉顆粒數(shù)量，經(jīng)計(jì)算得出該批次粉末樣品的空心粉率,。

步驟
首選將金屬粉末和鑲嵌材料進(jìn)行充分混合,。然后將粉末混合料采用熱鑲法或冷鑲法，制備得到粉末金相試樣,。接著對(duì)金相試樣進(jìn)行研磨,、拋光、試樣磨下量宜不小于 0.5 mm,，肉眼可見粉末顆粒的金屬光澤,，磨拋完成后清洗、干燥試樣,。然后利用光學(xué)顯微鏡（GB/T 13298）或利用掃描電子顯微鏡（GB/T 16594）對(duì)粉末金相試樣進(jìn)行觀察,，按照不同粒度粉末的推薦圖像放大倍數(shù)，在試樣磨拋面的不同位置觀察并拍攝顆粒截面圖像,。

判定原則
1.具有灰白色截面的顆粒均判定為金屬粉末顆粒,；
2.具有灰白色截面的顆粒出現(xiàn)封閉或半封閉暗色區(qū)域，判定為空心粉顆粒,；
3.根據(jù)顯微鏡法的特點(diǎn),，截面最大尺寸≤5 μm 且不存在空心的顆粒不計(jì)入粉末顆粒總數(shù)量,；
4.對(duì)于所有的粉末顆粒,，只要存在空心,，均計(jì)入空心粉顆粒數(shù)量,；對(duì)于不存在空心的顆粒，位于圖像邊緣無(wú)法顯示整個(gè)截面的顆粒不計(jì)入粉末顆�,？倲�(shù)量,；
5.對(duì)于團(tuán)聚的“衛(wèi)星粉”,，如果顆粒之間沒(méi)有相互嵌入，則分別統(tǒng)計(jì)數(shù)量,，如果顆粒之間相互嵌入,，則判定為一個(gè)顆粒；
6.磨拋時(shí)發(fā)生破損的非完整顆粒,，判定為一個(gè)顆粒,。
7.圖像中的顆粒數(shù)量可利用圖像分析軟件統(tǒng)計(jì)，空心粉顆粒數(shù)量的統(tǒng)計(jì)采用圖像分析軟件和人工統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法,。
8.統(tǒng)計(jì)的粉末顆�,？倲�(shù)量推薦不少于 3000（顆或個(gè)），或由供需雙方協(xié)定,。

采用顯微鏡法檢測(cè)空心粉率要注意的是,，無(wú)論是采用熱鑲法還是冷鑲法進(jìn)行粉末金相制樣，都是沒(méi)有差異的,。金屬粉末顆粒有不同的形態(tài),，不如不完整顆粒、微小尺寸顆粒,、“衛(wèi)星粉”顆粒等等,，都需要明確進(jìn)行識(shí)別和統(tǒng)計(jì)。對(duì)于尺寸≤5μm的顆粒,，可以不做統(tǒng)計(jì),，但是如果能觀測(cè)到空心，也需要做計(jì)數(shù)處理,。在此推薦觀測(cè)的粉末顆�,？倲�(shù)不少于3000（個(gè)或顆）。

二,、工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像（CT）法
CT法主要是利用工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像（CT）系統(tǒng),，對(duì)金屬粉末進(jìn)行斷層掃描，得到粉末的二維斷層圖像,，通過(guò)三維重構(gòu)軟件,，重構(gòu)出粉末顆粒的三維立體圖像，統(tǒng)計(jì)出二維或三維圖像中的粉末顆�,？倲�(shù)量和空心粉顆粒數(shù)量,，經(jīng)計(jì)算得出該批次粉末樣品的空心粉率。

步驟
1.根據(jù)金屬粉末粒度大小,，選取合適的試管規(guī)格和夾具,，將粉末樣品裝入試管中，試管兩端進(jìn)行封堵,，粉末裝入后應(yīng)適當(dāng)振實(shí),。
2.將試管裝在轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置,，裝夾保持垂直，試管水平旋轉(zhuǎn) 360°以確保樣品在檢測(cè)視場(chǎng)內(nèi),。
3.通過(guò)調(diào)節(jié) X 射線源電流,、電壓值得到二維斷層圖像最佳的灰度值區(qū)間，宜選用低電壓,、高電流以增加對(duì)比度,，在確保圖像清晰度的情況下，選用最大的放大倍數(shù),。
4.掃描試管的中間區(qū)域,，獲取粉末顆粒的二維斷層圖像，可利用重構(gòu)軟件將二維斷層圖像重構(gòu)為三維立體圖像信息,，并對(duì)圖像進(jìn)行對(duì)比度,、
亮度等調(diào)整，過(guò)濾不必要的材料,，如空氣等,，使圖像便于觀察。
5.采用分析軟件對(duì)粉末樣品的二維或三維圖像分別進(jìn)行粉末顆粒和空心粉顆粒數(shù)量統(tǒng)計(jì),，根據(jù)工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像（CT）法的特點(diǎn),，空心部分最大尺寸≤10 μm 的顆粒不計(jì)入空心粉顆粒數(shù)量，可根據(jù)需要選擇二維圖像分析或三維圖像分析,。
6.統(tǒng)計(jì)的粉末顆�,？倲�(shù)量推薦不少于 20000（顆或個(gè)），或由供需雙方協(xié)定,。

二維圖像分析
1.二維圖像切片掃描時(shí),，切片厚度要大于粉末顆粒的最大直徑；
2.利用設(shè)備的圖像分析軟件自動(dòng)識(shí)別樣品中所有的空心粉顆粒,；
3.顆�,？倲�(shù)量、空心粉顆粒的統(tǒng)計(jì)按照顯微鏡法的規(guī)定執(zhí)行,。

三維圖像分析
1.統(tǒng)計(jì)前采用分水嶺算法將粘附的粉末顆粒進(jìn)行分離,，分別統(tǒng)計(jì)顆
粒數(shù)量，不同顏色代表獨(dú)立的顆粒,；
2.統(tǒng)計(jì)前去除由于 CT 切片導(dǎo)致的非完整的顆粒,；
3.顆粒內(nèi)部出現(xiàn)封閉暗色區(qū)域即為空心顆粒。

采用工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像（CT）法時(shí),，我們要注意的是：不同廠家的儀器設(shè)備型號(hào),、軟件操作可能都有差異，當(dāng)然，以上的操作流程屬于通用方法,。我們?cè)趯?shí)際檢測(cè)時(shí)，要根據(jù)檢測(cè)儀器設(shè)備的能力進(jìn)行制樣,，選擇合適試管規(guī)格,。CT設(shè)備的檢測(cè)分辨率通常可以達(dá)到 3μm 以下,，但是對(duì)于粉末顆粒來(lái)說(shuō),，空心部分尺寸小于 10 μm 左右時(shí)，一般無(wú)法清晰辨別,，因此對(duì)于空心部分最大尺寸≤10 μm的顆粒,，不計(jì)入空心粉顆粒數(shù)量，但是依舊計(jì)入粉末顆�,？倲�(shù)量,。此推薦觀測(cè)的粉末顆粒總數(shù)不少于2000（個(gè)或顆）,。

以上便是增材制造用金屬粉末空心粉率兩種檢測(cè)方法,。顯微鏡法操作簡(jiǎn)便、成本較低,，缺點(diǎn)是制樣得到的空心粉顆粒截面具有隨機(jī)性,，并且容易受到人為操作誤差的影響。而工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像（CT）法的檢測(cè)對(duì)設(shè)備,、人員,、環(huán)境要求較高，所以一般需要委托專業(yè)第三方檢測(cè),，因此檢測(cè)成本較高,，耗時(shí)較長(zhǎng)，但是其單次檢測(cè)粉末量較大,，統(tǒng)計(jì)性較好,。所以大家可根據(jù) 可根據(jù)產(chǎn)品情況及實(shí)際需求，選擇合適的空心粉率檢測(cè)方法,。