中國粉體網(wǎng)訊 增材制造技術(shù)是當(dāng)今最有發(fā)展?jié)摿Φ闹圃旒夹g(shù)之一，它顛覆了傳統(tǒng)的加工理念，為未來的加工技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展空間。金屬粉體是最常用的金屬增材制造原料，然而，相對(duì)于傳統(tǒng)的基于粉體的加工技術(shù)，金屬增材制造技術(shù)對(duì)金屬粉體的粒徑分布、純度、球形度等指標(biāo)有特定的要求，用于熱噴涂、粉末冶金等工藝的金屬粉體不能直接用于金屬增材制造。因此，有必要對(duì)金屬粉體制備技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以滿足金屬增材制造的要求。
金屬熔體氣體霧化工藝（GA）是目前用于制備增材制造專用金屬粉體的主要工藝之一，具有成本低、適用范圍廣、細(xì)粉收得率高等優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)氣體霧化制粉工藝所制備的金屬粉體中往往含有大量的衛(wèi)星粉。
衛(wèi)星粉的影響
所謂的衛(wèi)星粉，即若干小顆粒粉體粘附在大顆粒粉體表面而形成的一種缺陷粉。衛(wèi)星粉的存在會(huì)降低金屬粉體的松裝密度、球形度以及流動(dòng)性，不利于粉末的鋪設(shè)過程，對(duì)金屬增材制造工藝（尤其是一些基于鋪粉技術(shù)的工藝）有著不可忽略的影響。
衛(wèi)星化3D打印金屬粉體
在激光金屬沉積工藝（LMD）中，粉體通過送粉器的負(fù)載氣流被輸送到熔化區(qū)，粉體的流動(dòng)性直接影響粉體的輸送效率，流動(dòng)性差會(huì)造成打印層粉體稀薄，從而導(dǎo)致打印層之間形成裂紋和孔洞。
在電子束選區(qū)熔化成形工藝（EBSM）與選區(qū)激光熔化成形工藝（SLM）等基于粉床鋪粉技術(shù)中，粉體通過刮刀在粉床鋪展成層，粉體的流動(dòng)性差會(huì)導(dǎo)致粉末沉積層中形成分散的空隙聚集區(qū)，也會(huì)導(dǎo)致打印件相對(duì)密度低、形成孔洞和裂紋等缺陷。
衛(wèi)星粉的形成機(jī)制及控制
衛(wèi)星粉形成過程中顆粒/熔滴的碰撞來源，包括宏觀尺度回流引起的粉塵回旋以及介觀尺度渦流引起的顆粒/液滴團(tuán)簇，據(jù)研究，霧化室的封閉結(jié)構(gòu)使其側(cè)壁附近產(chǎn)生宏觀尺度的渦流即回流，其中夾帶了一些完全凝固的小尺寸顆粒�；亓鲄^(qū)內(nèi)回旋上升的小尺寸顆粒與上游霧化氣流中未完全凝固的大尺寸液滴之間的碰撞是衛(wèi)星粉形成的主要原因之一。
因此，基于控制顆粒/熔滴碰撞來源與抑制顆粒/熔滴碰撞過程兩條途徑，建立多層次、多尺度的衛(wèi)星粉控制機(jī)制，能夠有效地抑制衛(wèi)星粉的形成。其中，采取氣體整流措施限制回流引起的粉塵回旋成了從宏觀尺度上控制衛(wèi)星粉形成的有效手段。
衛(wèi)星粉的表征
比利時(shí)的歐奇奧公司提出了贅生物指數(shù)的概念。贅生物指數(shù)是粉體表面粘連的顆粒數(shù)目的函數(shù)，隨著粘連的顆粒數(shù)目的增加而增大。根據(jù)粉體樣品的電鏡照片計(jì)算粉體的贅生物指數(shù)，采用粉體的贅生物指數(shù)來描述粉體的衛(wèi)星化程度。
贅生物指數(shù)被定義為：以球形顆粒投影的平均直徑的105%的圓為標(biāo)準(zhǔn)(允許球形顆粒有5%的橢圓度偏差)，超出該直徑的像素投影區(qū)域則被認(rèn)為是黏連的小顆粒。因此，該參數(shù)能定量給出分散的球體(用0表示)和黏連球體的各自比例，以及黏連球體附著微粒的數(shù)量比例，可直接用于3D打印金屬粉體的工藝評(píng)估和質(zhì)量控制。優(yōu)質(zhì)的3D打印球形粉體贅生物指數(shù)為0的比例應(yīng)該在80%以上，并且不應(yīng)該出現(xiàn)贅生物高于指數(shù)20%的顆粒。
贅生物指數(shù)雖然可以有效地反映球體顆粒衛(wèi)星化的程度，然而，采用贅生物指數(shù)衡量粉體的衛(wèi)星化程度可能存在一定偏差，這是因?yàn)槟承┱尺B在粉末表面的衛(wèi)星粉可能位于觀測(cè)背面，統(tǒng)計(jì)時(shí)會(huì)被遺漏從而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。
參考來源：
【1】赫新宇等:氣體霧化制粉工藝中基于氣體整流的衛(wèi)星粉控制技術(shù)，南方科技大學(xué)機(jī)械與能源工程系
【2】黎興剛等：面向金屬增材制造的氣體霧化制粉技術(shù)研究進(jìn)展，南方科技大學(xué)前沿與交叉科學(xué)研究院
【3】侯維強(qiáng)等：增材制造用高溫合金粉末制備技術(shù)及研究進(jìn)展，沈陽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
【4】劉文莉等：粒度粒形分析技術(shù)用于3D打印球形金屬粉末的球形度和衛(wèi)星化測(cè)定——兼議GB/T 39251—2020，儀思奇(北京)科技發(fā)展有限公司
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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