3D打印（增材制造）用金属铬粉主要检测哪些性能？

来源：拜恩检测

3D打印（增材制造）一直被誉为现代工业4.0的标志性技术之一。北京某新材料科技有限公司便是以研制增材制造技术为主的高精尖技术公司。由于增材制造属于新兴技术，相关的国内外参考标准有限，尤其是它的原材料要求，可找到的相关资料不多，当然，为了促进我国增材制造行业发展，从18年开始，国家陆续出台了部分增材制造的国标，只不过相关的产品标准还是处于完善阶段。

一、需求背景
在冶金、航空、军工、汽车等领域，铬零部件具有高硬度、耐磨性、抗高温等特性，因此被广泛应用。3D打出的铬零部件，可高度定制，具有曲面、孔和槽等特征，而相比传统制造工艺这些都是难以实现的。对于增材制造技术来说，金属粉末是关键的原料，尤其是要求球形度高、粒度分布较窄、氧含量低、流动性好。

但是由于国内外尚无增材制造用金属铬粉的相关国际标准、国家标准或行业标准可依，所以就没有相应统一的标准要求和检验验收规范，导致各生产厂家制粉工艺也不完全一致，产品参数不在同一基准上，从而给产品的生产和评价带来不便，阻碍了金属铬增材制造技术的发展和产业化进程。

二、研发技术介绍
该新材料公司研发的增材制造用金属铬粉主要制备方法为等离子体球化法，该方法利用感应线圈产生的电磁能将通入其中的气体(一般为氩气)电离，它是通过电磁感应的方式来产生的等离子体，故可以制备出洁净的球形粉末颗粒。此外，由此产生的等离子体具有高温(温度高达10000K)、高焓、高能量密度等特点，可以为物理化学反应提供一个高温的反应环境，利用这一特点使得在球形粉体制备领域发挥更大的作用。

等离子球化制备球形粉末技术是利用其高温特性，将任何被送入其中的颗粒经过对流、传导、辐射、化学四种传热机制的作用，在表面张力和快速急冷的共同作用下迅速收缩成型，成型的粉末颗粒流动性明显提升，具有分散性好、球形度高等特点，从而能够有效地促进球形铬粉在增材制造领域中的应用。

三、依据标准分析
由于没有直接的国家标准可依据。我们只能参考了金属铬、金属粉末及增材制造相关的标准要求， 在综合了多方面资料后，我们推荐可参考如下标准，对金属铬粉进行检测。

GB/T 3211-2008 《金属铬》
GB/T 35022-2018《增材制造主要特性和测试方法零件和粉末原材料》
GB/T 1480-2012 《金属粉末 干筛分法测定粒度》
GB/T 19077-2016 《粒度 分布 激光衍射法》
GB/T 1479.1-2011《金属粉末 松装密度的测定 第 1 部分：漏斗法》
GB/T 5162-2006 《金属粉末 振实密度的测定》
GB/T 1482-2010 《金属粉末流动性的测定 标准漏斗法(霍尔流速计)》
GB/T 4702.6-2016《金属铬 铁、铝、硅和铜含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法》

四、检测项目确认
参考 GB/T 35022-2018《增材制造主要特性和测试方法零件和粉末原材料》。增材制造用金属粉末原材料主要可检测：粉末粒度及分布、形状或形态、比表面积、松装或表观密度、振实密度、流动性、灰分、氢氧氮碳和硫含量、熔融温度火玻璃化转变温度等。在与该公司技术人员充分沟通以后，我们最终决定检测该铬粉的化学成分、粒度、松装密度、振实密度、流动性五个关键项目。

1. 化学成分
金属铬的各元素的化学成分要求可以依据GB/T 3211-2008来执行。当然有些厂商为了确保增材制造用金属铬粉后续成形制件的综合性能达到设计要求也会制定自己的产品化学成分要求。具体科根据检测方的要求来执行。化学成分分析的检测方法可以依据GB/T 4702.6-2016《金属铬 铁、铝、硅和铜含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法》来执行。

2. 粒度分析
此次检测的增材制造用金属铬粉主要通过等离子球化法制备，一般通过标准筛分进行粒度分级。同增材制造工艺对粉末粒度分布的要求不同。该企业将粉末分为三类：Ⅰ类适用于选区激光熔融增材制造工艺，粒度范围为15～53μm；Ⅱ类适用于电子束熔化增材制造工艺，粒度范围为45～150μm；Ⅲ类适用于激光能量沉积增材制造工艺，粒度范围为30～4250μm。粒度检测按照GB/T1480《金属粉末干筛分法测定粒度》和GB/T19077《粒度分布激光衍射法》的规定执行。

3. 松装密度检测
粉末松装密度是粉末在规定条件下自由充满标准容器后所测得的堆积密度，即粉末 松散填装时单位体积的质量，是粉末的一种工艺性能。松装密度是粉末多种性能的综合体现，可以反映出粉末的密度、颗粒形状、颗粒表面状态、颗粒的粒度及粒度分布等，对产品生产工艺的稳定性以及产品质量的控制都有重要的影响。通常情况下，粉末颗粒形状越规则、颗粒表面越光滑、颗粒越致密，粉末的松装密度会越大。较高的粉末松装密度有利于增材制造工艺的设置和优化，并确保增材制造最终产品致密度达到目标产品要求。松装密度应不小于 4.0g/m，检测可按照 GB/T1479.1《金属粉末 松装密度的测定 第 1 部分：漏斗法》 的规定执行。

4. 振实密度检测
振实密度是粉末在容器中经过机械振动达到较理想排列状态的粉末集体密度，其相对于松装密度主要是粉末多种物理性和工艺性能的综合体现，如粉末粒度及其分布、颗粒形状及其表面粗糙度、比表面积等的综合体现。一般来说，振实密度越大，说明粉末的流动性能越好。振实密度应不小于5.0g/cm3，检测可按照GB/T5162《金属粉末振实密度的测定》的规定执行。

5. 流动性检测
粉末流动性是指以一定量粉末流过规定孔径的标准漏斗所需要的时间来表示，通常采用的单位为s/50g，其数值愈小说明该粉末的流动性愈好，它是粉末的一种工艺性能。粉末流动性能与很多因素有关，如粉末颗粒尺寸、形状和粗糙度、比表面等。一般地说，增加颗粒间的摩擦系数会使粉末流动困难。通常球形颗粒的粉末流动性最好，而颗粒形状不规则、尺寸小、表面粗糙的粉末，其流动性差。另外，粉末流动性受颗粒间粘附作用的影响，颗粒表面水分、气体等的吸附会降低粉末的流动性。粉末的流动性对粉末冶金成形、增材制造制件性能影响很大。产品流动性应不大于 20s/50g，检测可按照GB/T1482《金属粉末流动性的测定标准漏斗法(霍尔流速计)》的规定执行。

五、方案反馈
在增材制造中，原材料的性能会极大的影响到最终零件的成品特性。增材制造用金属铬粉的研发和应用对其行业发展和推动具有重要的作用。虽然我国尚未出台相关的标准规定，但是市场需求已经形成一定规模了，像类似该新材料科技有限公司的产品实际已经到了大规模投产的阶段。所以相关指标、采样、制备、检测方法等规范化，除了委托检测机构给出专业方案外，还是亟待一份权威的国家标准来指导约制的。上文给出的五个关键性能检测方法及标准依据，仅供大家参考。