2021-08-25
背景介紹
生(sheng)產高溫合(he)金粉(fen)末(mo)(mo)的(de)(de)主要方法(fa)是(shi)氣體(ti)霧化(hua)(hua)(hua)法(fa)和等離子旋轉(zhuan)電(dian)極法(fa)。前者(zhe)粉(fen)末(mo)(mo)顆(ke)(ke)粒(li)(li)細(xi)小，均勻性好，但霧化(hua)(hua)(hua)時(shi)粉(fen)末(mo)(mo)易污染；后(hou)者(zhe)粉(fen)末(mo)(mo)表面潔(jie)凈度好，但粉(fen)末(mo)(mo)粒(li)(li)徑(jing)及枝(zhi)晶粗(cu)大。當前霧化(hua)(hua)(hua)法(fa)制粉(fen)的(de)(de)發展方向是(shi)進一步細(xi)化(hua)(hua)(hua)粉(fen)末(mo)(mo)顆(ke)(ke)粒(li)(li)。由于旋轉(zhuan)電(dian)極法(fa)不可能制出像霧化(hua)(hua)(hua)法(fa)那(nei)么(me)細(xi)的(de)(de)粉(fen)末(mo)(mo)顆(ke)(ke)粒(li)(li)，如果(guo)只使用較細(xi)的(de)(de)粉(fen)末(mo)(mo)會大大增加(jia)粉(fen)末(mo)(mo)制件的(de)(de)生(sheng)產成本。測量生(sheng)產后(hou)粉(fen)末(mo)(mo)的(de)(de)粒(li)(li)徑(jing)分布可作為評價生(sheng)產工藝優劣(lie)的(de)(de)重要標準之一。
以3D打印中(zhong)常用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)到的(de)(de)金屬(shu)粉(fen)末為例(li)，常用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)粉(fen)末的(de)(de)粒(li)度(du)(du)范圍15-53μm（細(xi)粉(fen)），53-105μm（粗(cu)粉(fen)），而(er)純鎢粉(fen)由于其耐高溫難熔(rong)的(de)(de)天然屬(shu)性(xing)，粒(li)度(du)(du)范圍要控制在(zai)5-25μm。此粒(li)度(du)(du)范圍是根(gen)據不同能量源的(de)(de)金屬(shu)打印機(ji)劃分的(de)(de)，以激光作為能量源的(de)(de)打印機(ji)，因其聚焦光斑精細(xi)，較(jiao)(jiao)易熔(rong)化(hua)細(xi)粉(fen)，適合使用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)15-53μm（5-25μm）的(de)(de)粉(fen)末作為耗材，因為此粒(li)度(du)(du)范圍內的(de)(de)粉(fen)末既具有良好的(de)(de)流動(dong)性(xing)，又較(jiao)(jiao)易熔(rong)化(hua)。因此在(zai)金屬(shu)3D打印應用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)領域中(zhong)，金屬(shu)粒(li)徑分布決(jue)定了其應用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)范圍及應用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)設備。
因此測(ce)量(liang)金屬(shu)(shu)粉末的(de)粒徑分布無論對于金屬(shu)(shu)粉末的(de)生產和應用領域來講都是至關(guan)重要的(de)。
本文中(zhong)測試的(de)(de)樣品為(wei)GH1131高溫(wen)合金。GH1131是一種以鎢、鉬、鈮、氮等元(yuan)素復合固(gu)溶強(qiang)化(hua)的(de)(de)高性能(neng)鐵(tie)基(ji)高溫(wen)合金，含(han)鎳量約為(wei)28%，但其熱(re)強(qiang)性水(shui)平卻(que)與GH3044合金相當。 合金具有良(liang)好的(de)(de)熱(re)加工塑性和焊接、冷(leng)成(cheng)型工藝性能(neng)。主要產品有冷(leng)軋(ya)薄(bo)板(ban)、熱(re)軋(ya)中(zhong)板(ban)、棒材(cai)、扁鋼和絲(si)材(cai)等。可用(yong)于制作(zuo)(zuo)在(zai)700~1000℃短(duan)時工作(zuo)(zuo)的(de)(de)火箭發(fa)動機(ji)和在(zai)750℃長期工作(zuo)(zuo)的(de)(de)航(hang)空(kong)發(fa)動機(ji)的(de)(de)高溫(wen)部件。
本文采用Microtrac BLUEWAVE激光粒度(du)儀(yi)測定GH1131高溫合金樣(yang)品粒徑分(fen)布(bu)，尋找合適的(de)(de)分(fen)散(san)及(ji)測試條件(jian)，保證測試的(de)(de)準確性和重現性。
設備信息
設(she)備名(ming)稱：激(ji)光(guang)粒度儀
設備廠家：Microtrac
設備型(xing)號(hao)：BLUEWAVE
分(fen)散(san)設備：超聲清洗儀（Elma）
激光法粒徑測量原理
A
B
圖1 A、Microtrac BLUEWAVE 設備圖B、激光法粒徑測量原理圖
Microtrac BLUEWAVE激光(guang)粒度儀(yi)采用現代化模(mo)塊式設計，內置(zhi)高能量，高穩定性(xing)，超長壽(shou)命的固(gu)體二(er)極(ji)管激光(guang)器，專利三(san)激光(guang)光(guang)源(yuan)和雙鏡頭傅里(li)葉接收透鏡組(zu)合，無(wu)需掃描，平行通道實時收集所(suo)有散射光(guang)信號，提供全(quan)部的，持續(xu)一(yi)(yi)致的光(guang)強累計以(yi)滿足最高靈敏度的粒度分析(xi)。對非球(qiu)形的米氏(shi)理論修正，保證每一(yi)(yi)次樣品分析(xi)的測(ce)量精度。
測量參數
測量時間：30s
顆粒折射率：1.81
液體折射(she)率：1.33
流速：65%
樣品準備
取少量(liang)GH1131樣品分散到水中攪拌均勻，80W超聲(sheng)2min，取出再次混勻樣品后(hou)加(jia)入到SDC進樣器(qi)中，進行粒徑(jing)分布測(ce)試。
結果分析
GH1131高(gao)溫(wen)合金粉末樣(yang)(yang)品(pin)粒徑D50為39.06±0.94μm，如圖(tu)(tu)2所(suo)(suo)示(shi)(shi)(shi)，樣(yang)(yang)品(pin)為單峰分布，峰型較窄，表明樣(yang)(yang)品(pin)粒徑集(ji)中度高(gao)；如圖(tu)(tu)3所(suo)(suo)示(shi)(shi)(shi)，一次加樣(yang)(yang)3次測試粒徑分布圖(tu)(tu)重現(xian)性(xing)良好。如表1所(suo)(suo)示(shi)(shi)(shi)，2次取樣(yang)(yang)6次測量重現(xian)性(xing)良好。
圖2 GH1131高溫合金粉末粒徑分布圖
圖3 GH1131高溫合金粉末一次進樣三次粒徑分布對比圖
表1 GH1131高溫合金粉末2次進樣6次測量粒徑統計數據
結論
GH1131高(gao)溫合金(jin)粉末樣(yang)品采(cai)用上述分散(san)方(fang)法(fa)可使樣(yang)品均勻懸浮(fu)在分散(san)液中(zhong)，通(tong)過(guo)Microtrac BLUEWAVE激光粒(li)度儀測試GH1131高(gao)溫合金(jin)粉末樣(yang)品的重(zhong)復形和準確(que)度高(gao)，可將此(ci)分散(san)方(fang)法(fa)和粒(li)徑測試方(fang)法(fa)作為(wei)后續實驗的統一方(fang)法(fa)，對冶金(jin)行業中(zhong)GH1131高(gao)溫合金(jin)粉末樣(yang)品的生產和應(ying)用具有(you)重(zhong)要(yao)指(zhi)導(dao)意義。
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