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3D打?。ㄔ霾闹圃欤┮恢北蛔u(yù)為現(xiàn)代工業(yè)4.0的標(biāo)志性技術(shù)之一。北京某新材料科技有限公司便是以研制增材制造技術(shù)為主的高精尖技術(shù)公司。由于增材制造屬于新興技術(shù)，相關(guān)的國內(nèi)外參考標(biāo)準(zhǔn)有限，尤其是它的原材料要求，可找到的相關(guān)資料不多，當(dāng)然，為了促進(jìn)我國增材制造行業(yè)發(fā)展，從18年開始，國家陸續(xù)出臺了部分增材制造的國標(biāo)，只不過相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)還是處于完善階段。
在冶金、航空、軍工、汽車等領(lǐng)域，鉻零部件具有高硬度、耐磨性、抗高溫等特性，因此被廣泛應(yīng)用。3D打出的鉻零部件，可高度定制，具有曲面、孔和槽等特征，而相比傳統(tǒng)制造工藝這些都是難以實(shí)現(xiàn)的。對于增材制造技術(shù)來說，金屬粉末是關(guān)鍵的原料，尤其是要求球形度高、粒度分布較窄、氧含量低、流動性好。
但是由于國內(nèi)外尚無增材制造用金屬鉻粉的相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可依，所以就沒有相應(yīng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求和檢驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)范，導(dǎo)致各生產(chǎn)廠家制粉工藝也不完全一致，產(chǎn)品參數(shù)不在同一基準(zhǔn)上，從而給產(chǎn)品的生產(chǎn)和評價(jià)帶來不便，阻礙了金屬鉻增材制造技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
二、研發(fā)技術(shù)介紹
該新材料公司研發(fā)的增材制造用金屬鉻粉主要制備方法為等離子體球化法，該方法利用感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電磁能將通入其中的氣體(一般為氬氣)電離，它是通過電磁感應(yīng)的方式來產(chǎn)生的等離子體，故可以制備出潔凈的球形粉末顆粒。此外，由此產(chǎn)生的等離子體具有高溫(溫度高達(dá)10000K)、高焓、高能量密度等特點(diǎn)，可以為物理化學(xué)反應(yīng)提供一個(gè)高溫的反應(yīng)環(huán)境，利用這一特點(diǎn)使得在球形粉體制備領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
等離子球化制備球形粉末技術(shù)是利用其高溫特性，將任何被送入其中的顆粒經(jīng)過對流、傳導(dǎo)、輻射、化學(xué)四種傳熱機(jī)制的作用，在表面張力和快速急冷的共同作用下迅速收縮成型，成型的粉末顆粒流動性明顯提升，具有分散性好、球形度高等特點(diǎn)，從而能夠有效地促進(jìn)球形鉻粉在增材制造領(lǐng)域中的應(yīng)用。
三、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分析
由于沒有直接的國家標(biāo)準(zhǔn)可依據(jù)。我們只能參考了金屬鉻、金屬粉末及增材制造相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求， 在綜合了多方面資料后，我們推薦可參考如下標(biāo)準(zhǔn)，對金屬鉻粉進(jìn)行檢測。
GB/T 3211-2008 《金屬鉻》
GB/T 35022-2018《增材制造主要特性和測試方法零件和粉末原材料》
GB/T 1480-2012 《金屬粉末 干篩分法測定粒度》
GB/T 19077-2016 《粒度 分布 激光衍射法》
GB/T 1479.1-2011《金屬粉末 松裝密度的測定 第 1 部分：漏斗法》
GB/T 5162-2006 《金屬粉末 振實(shí)密度的測定》
GB/T 1482-2010 《金屬粉末流動性的測定 標(biāo)準(zhǔn)漏斗法(霍爾流速計(jì))》
GB/T 4702.6-2016《金屬鉻 鐵、鋁、硅和銅含量的測定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》
四、檢測項(xiàng)目確認(rèn)
參考 GB/T 35022-2018《增材制造主要特性和測試方法零件和粉末原材料》。增材制造用金屬粉末原材料主要可檢測：粉末粒度及分布、形狀或形態(tài)、比表面積、松裝或表觀密度、振實(shí)密度、流動性、灰分、氫氧氮碳和硫含量、熔融溫度火玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等。在與該公司技術(shù)人員充分溝通以后，我們最終決定檢測該鉻粉的化學(xué)成分、粒度、松裝密度、振實(shí)密度、流動性五個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目。
1. 化學(xué)成分
金屬鉻的各元素的化學(xué)成分要求可以依據(jù)GB/T 3211-2008來執(zhí)行。當(dāng)然有些廠商為了確保增材制造用金屬鉻粉后續(xù)成形制件的綜合性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求也會制定自己的產(chǎn)品化學(xué)成分要求。具體科根據(jù)檢測方的要求來執(zhí)行?；瘜W(xué)成分分析的檢測方法可以依據(jù)GB/T 4702.6-2016《金屬鉻 鐵、鋁、硅和銅含量的測定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》來執(zhí)行。
2. 粒度分析
此次檢測的增材制造用金屬鉻粉主要通過等離子球化法制備，一般通過標(biāo)準(zhǔn)篩分進(jìn)行粒度分級。同增材制造工藝對粉末粒度分布的要求不同。該企業(yè)將粉末分為三類：Ⅰ類適用于選區(qū)激光熔融增材制造工藝，粒度范圍為15～53μm；Ⅱ類適用于電子束熔化增材制造工藝，粒度范圍為45～150μm；Ⅲ類適用于激光能量沉積增材制造工藝，粒度范圍為30～4250μm。粒度檢測按照GB/T1480《金屬粉末干篩分法測定粒度》和GB/T19077《粒度分布激光衍射法》的規(guī)定執(zhí)行。
3. 松裝密度檢測
粉末松裝密度是粉末在規(guī)定條件下自由充滿標(biāo)準(zhǔn)容器后所測得的堆積密度，即粉末 松散填裝時(shí)單位體積的質(zhì)量，是粉末的一種工藝性能。松裝密度是粉末多種性能的綜合體現(xiàn)，可以反映出粉末的密度、顆粒形狀、顆粒表面狀態(tài)、顆粒的粒度及粒度分布等，對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性以及產(chǎn)品質(zhì)量的控制都有重要的影響。通常情況下，粉末顆粒形狀越規(guī)則、顆粒表面越光滑、顆粒越致密，粉末的松裝密度會越大。較高的粉末松裝密度有利于增材制造工藝的設(shè)置和優(yōu)化，并確保增材制造最終產(chǎn)品致密度達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)品要求。松裝密度應(yīng)不小于 4.0g/m，檢測可按照 GB/T1479.1《金屬粉末 松裝密度的測定 第 1 部分：漏斗法》 的規(guī)定執(zhí)行。
4. 振實(shí)密度檢測
振實(shí)密度是粉末在容器中經(jīng)過機(jī)械振動達(dá)到較理想排列狀態(tài)的粉末集體密度，其相對于松裝密度主要是粉末多種物理性和工藝性能的綜合體現(xiàn)，如粉末粒度及其分布、顆粒形狀及其表面粗糙度、比表面積等的綜合體現(xiàn)。一般來說，振實(shí)密度越大，說明粉末的流動性能越好。振實(shí)密度應(yīng)不小于5.0g/cm3，檢測可按照GB/T5162《金屬粉末振實(shí)密度的測定》的規(guī)定執(zhí)行。
5. 流動性檢測
粉末流動性是指以一定量粉末流過規(guī)定孔徑的標(biāo)準(zhǔn)漏斗所需要的時(shí)間來表示，通常采用的單位為s/50g，其數(shù)值愈小說明該粉末的流動性愈好，它是粉末的一種工藝性能。粉末流動性能與很多因素有關(guān)，如粉末顆粒尺寸、形狀和粗糙度、比表面等。一般地說，增加顆粒間的摩擦系數(shù)會使粉末流動困難。通常球形顆粒的粉末流動性最好，而顆粒形狀不規(guī)則、尺寸小、表面粗糙的粉末，其流動性差。另外，粉末流動性受顆粒間粘附作用的影響，顆粒表面水分、氣體等的吸附會降低粉末的流動性。粉末的流動性對粉末冶金成形、增材制造制件性能影響很大。產(chǎn)品流動性應(yīng)不大于 20s/50g，檢測可按照GB/T1482《金屬粉末流動性的測定標(biāo)準(zhǔn)漏斗法(霍爾流速計(jì))》的規(guī)定執(zhí)行。
在增材制造中，原材料的性能會極大的影響到最終零件的成品特性。增材制造用金屬鉻粉的研發(fā)和應(yīng)用對其行業(yè)發(fā)展和推動具有重要的作用。雖然我國尚未出臺相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但是市場需求已經(jīng)形成一定規(guī)模了，像類似該新材料科技有限公司的產(chǎn)品實(shí)際已經(jīng)到了大規(guī)模投產(chǎn)的階段。所以相關(guān)指標(biāo)、采樣、制備、檢測方法等規(guī)范化，除了委托檢測機(jī)構(gòu)給出專業(yè)方案外，還是亟待一份權(quán)威的國家標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)約制的。上文給出的五個(gè)關(guān)鍵性能檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，僅供大家參考。
在冶金、航空、軍工、汽車等領(lǐng)域，鉻零部件具有高硬度、耐磨性、抗高溫等特性，因此被廣泛應(yīng)用。3D打出的鉻零部件，可高度定制，具有曲面、孔和槽等特征，而相比傳統(tǒng)制造工藝這些都是難以實(shí)現(xiàn)的。對于增材制造技術(shù)來說，金屬粉末是關(guān)鍵的原料，尤其是要求球形度高、粒度分布較窄、氧含量低、流動性好。
但是由于國內(nèi)外尚無增材制造用金屬鉻粉的相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可依，所以就沒有相應(yīng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求和檢驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)范，導(dǎo)致各生產(chǎn)廠家制粉工藝也不完全一致，產(chǎn)品參數(shù)不在同一基準(zhǔn)上，從而給產(chǎn)品的生產(chǎn)和評價(jià)帶來不便，阻礙了金屬鉻增材制造技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
二、研發(fā)技術(shù)介紹
該新材料公司研發(fā)的增材制造用金屬鉻粉主要制備方法為等離子體球化法，該方法利用感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電磁能將通入其中的氣體(一般為氬氣)電離，它是通過電磁感應(yīng)的方式來產(chǎn)生的等離子體，故可以制備出潔凈的球形粉末顆粒。此外，由此產(chǎn)生的等離子體具有高溫(溫度高達(dá)10000K)、高焓、高能量密度等特點(diǎn)，可以為物理化學(xué)反應(yīng)提供一個(gè)高溫的反應(yīng)環(huán)境，利用這一特點(diǎn)使得在球形粉體制備領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
等離子球化制備球形粉末技術(shù)是利用其高溫特性，將任何被送入其中的顆粒經(jīng)過對流、傳導(dǎo)、輻射、化學(xué)四種傳熱機(jī)制的作用，在表面張力和快速急冷的共同作用下迅速收縮成型，成型的粉末顆粒流動性明顯提升，具有分散性好、球形度高等特點(diǎn)，從而能夠有效地促進(jìn)球形鉻粉在增材制造領(lǐng)域中的應(yīng)用。
三、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分析
由于沒有直接的國家標(biāo)準(zhǔn)可依據(jù)。我們只能參考了金屬鉻、金屬粉末及增材制造相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求， 在綜合了多方面資料后，我們推薦可參考如下標(biāo)準(zhǔn)，對金屬鉻粉進(jìn)行檢測。
GB/T 3211-2008 《金屬鉻》
GB/T 35022-2018《增材制造主要特性和測試方法零件和粉末原材料》
GB/T 1480-2012 《金屬粉末 干篩分法測定粒度》
GB/T 19077-2016 《粒度 分布 激光衍射法》
GB/T 1479.1-2011《金屬粉末 松裝密度的測定 第 1 部分：漏斗法》
GB/T 5162-2006 《金屬粉末 振實(shí)密度的測定》
GB/T 1482-2010 《金屬粉末流動性的測定 標(biāo)準(zhǔn)漏斗法(霍爾流速計(jì))》
GB/T 4702.6-2016《金屬鉻 鐵、鋁、硅和銅含量的測定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》
四、檢測項(xiàng)目確認(rèn)
參考 GB/T 35022-2018《增材制造主要特性和測試方法零件和粉末原材料》。增材制造用金屬粉末原材料主要可檢測：粉末粒度及分布、形狀或形態(tài)、比表面積、松裝或表觀密度、振實(shí)密度、流動性、灰分、氫氧氮碳和硫含量、熔融溫度火玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等。在與該公司技術(shù)人員充分溝通以后，我們最終決定檢測該鉻粉的化學(xué)成分、粒度、松裝密度、振實(shí)密度、流動性五個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目。
1. 化學(xué)成分
金屬鉻的各元素的化學(xué)成分要求可以依據(jù)GB/T 3211-2008來執(zhí)行。當(dāng)然有些廠商為了確保增材制造用金屬鉻粉后續(xù)成形制件的綜合性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求也會制定自己的產(chǎn)品化學(xué)成分要求。具體科根據(jù)檢測方的要求來執(zhí)行?；瘜W(xué)成分分析的檢測方法可以依據(jù)GB/T 4702.6-2016《金屬鉻 鐵、鋁、硅和銅含量的測定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》來執(zhí)行。
2. 粒度分析
此次檢測的增材制造用金屬鉻粉主要通過等離子球化法制備，一般通過標(biāo)準(zhǔn)篩分進(jìn)行粒度分級。同增材制造工藝對粉末粒度分布的要求不同。該企業(yè)將粉末分為三類：Ⅰ類適用于選區(qū)激光熔融增材制造工藝，粒度范圍為15～53μm；Ⅱ類適用于電子束熔化增材制造工藝，粒度范圍為45～150μm；Ⅲ類適用于激光能量沉積增材制造工藝，粒度范圍為30～4250μm。粒度檢測按照GB/T1480《金屬粉末干篩分法測定粒度》和GB/T19077《粒度分布激光衍射法》的規(guī)定執(zhí)行。
3. 松裝密度檢測
粉末松裝密度是粉末在規(guī)定條件下自由充滿標(biāo)準(zhǔn)容器后所測得的堆積密度，即粉末 松散填裝時(shí)單位體積的質(zhì)量，是粉末的一種工藝性能。松裝密度是粉末多種性能的綜合體現(xiàn)，可以反映出粉末的密度、顆粒形狀、顆粒表面狀態(tài)、顆粒的粒度及粒度分布等，對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性以及產(chǎn)品質(zhì)量的控制都有重要的影響。通常情況下，粉末顆粒形狀越規(guī)則、顆粒表面越光滑、顆粒越致密，粉末的松裝密度會越大。較高的粉末松裝密度有利于增材制造工藝的設(shè)置和優(yōu)化，并確保增材制造最終產(chǎn)品致密度達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)品要求。松裝密度應(yīng)不小于 4.0g/m，檢測可按照 GB/T1479.1《金屬粉末 松裝密度的測定 第 1 部分：漏斗法》 的規(guī)定執(zhí)行。
4. 振實(shí)密度檢測
振實(shí)密度是粉末在容器中經(jīng)過機(jī)械振動達(dá)到較理想排列狀態(tài)的粉末集體密度，其相對于松裝密度主要是粉末多種物理性和工藝性能的綜合體現(xiàn)，如粉末粒度及其分布、顆粒形狀及其表面粗糙度、比表面積等的綜合體現(xiàn)。一般來說，振實(shí)密度越大，說明粉末的流動性能越好。振實(shí)密度應(yīng)不小于5.0g/cm3，檢測可按照GB/T5162《金屬粉末振實(shí)密度的測定》的規(guī)定執(zhí)行。
5. 流動性檢測
粉末流動性是指以一定量粉末流過規(guī)定孔徑的標(biāo)準(zhǔn)漏斗所需要的時(shí)間來表示，通常采用的單位為s/50g，其數(shù)值愈小說明該粉末的流動性愈好，它是粉末的一種工藝性能。粉末流動性能與很多因素有關(guān)，如粉末顆粒尺寸、形狀和粗糙度、比表面等。一般地說，增加顆粒間的摩擦系數(shù)會使粉末流動困難。通常球形顆粒的粉末流動性最好，而顆粒形狀不規(guī)則、尺寸小、表面粗糙的粉末，其流動性差。另外，粉末流動性受顆粒間粘附作用的影響，顆粒表面水分、氣體等的吸附會降低粉末的流動性。粉末的流動性對粉末冶金成形、增材制造制件性能影響很大。產(chǎn)品流動性應(yīng)不大于 20s/50g，檢測可按照GB/T1482《金屬粉末流動性的測定標(biāo)準(zhǔn)漏斗法(霍爾流速計(jì))》的規(guī)定執(zhí)行。
在增材制造中，原材料的性能會極大的影響到最終零件的成品特性。增材制造用金屬鉻粉的研發(fā)和應(yīng)用對其行業(yè)發(fā)展和推動具有重要的作用。雖然我國尚未出臺相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但是市場需求已經(jīng)形成一定規(guī)模了，像類似該新材料科技有限公司的產(chǎn)品實(shí)際已經(jīng)到了大規(guī)模投產(chǎn)的階段。所以相關(guān)指標(biāo)、采樣、制備、檢測方法等規(guī)范化，除了委托檢測機(jī)構(gòu)給出專業(yè)方案外，還是亟待一份權(quán)威的國家標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)約制的。上文給出的五個(gè)關(guān)鍵性能檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，僅供大家參考。
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