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国家计划对增材制造用高熵合金粉检测,这样要求_拜恩检测-专业第三方检测机构

发表时间:2021-06-23   来源:

高熵合金是最近十几年才兴起的新材料,主要是指由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。  高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨、耐高温、抗辐射以及软磁性等等优点,都是高熵合金得以被市场认可的原因所在。尤其是在高温、高压、高速等极限环境下,高熵合金制造成的金属零部件可以维持较好的力学性能。此外在恶劣的气候环境、腐蚀性溶液、强动态载荷条件下,高熵合金的性能都表现极为优异。由此高熵合金在海洋工程、核工业、发动机工业、硬质刀具工业都有着广泛应用空间。

 

高熵合金产品

作为掀起第四次工业革命的标志性技术,3D打印的增材制造业一直被国家给予厚望。为了规范增产制造行业,国家计划修订了一系列的相关标准予以指导。增材制造用高熵合金粉是增材制造高熵合金的重要原料,同时采用增材制造技术可以开展小批量、复杂形状的高熵合金零件的开发和制备。此外采用增材制造技术制备的高熵合金零部件,其晶粒细小、组织成分均匀,可以有效解决传统制备高熵合金材料结晶组织粗大,内部易形成疏松和成分偏析的弊端,还可以大幅加快新品开发速度和响应时间,促进高熵合金在各个领域广泛应用。所以,国家就增材制造用高熵合金粉检测标准也在着手制定。

高熵合金粉

高熵合金粉的关键性能检测指标和工艺性能参数主要有化学成分、粒度、松装密度、振实密度、流动性等指标 。增材制造工艺需要实现致密化成形,不同的增材制造工艺对粉末的粒度有不同的要求,而且粉末的化学成分、松装密度、振实密度、流动性等性能指标不仅会影响增材制造工艺过程,并且也会对最终成形坯体的显微组织、力学性能、尺寸精度、表面质量等产生影响。下面我就这些关键性检测指标详细为大家介绍一下。

 

化学成分分析

 目前批量化生产增材制造用高熵合金粉末的牌号主要有 FeCoNiCrMn,FeCoNiCrMo,FeCoNiCrAl,FeCoNiCrTi,FeCoNiCr。其中这五种高熵合金化学成分中各主元素按照等原子比构成,然后换算成对应的质量百分数;杂质元素主要包含氧、氮气体元素以及碳、磷、硫等杂质。通过调研相关单位生产的高熵合金粉末化学成分报告以及实际应用需求设置恰当合理的化学成分范围。其中产品中主元素 Fe、Mn、Ni、Mo、Co、Cr、Al、Ti 以及杂质元素 C、S、P、O、N 含量分析按供需双方协商确定的方法进行。

 

粒度检测

不同工艺所制备的高熵合金粉的粒度区间有差别,但可通过筛分进行粒度级配。参考不同高熵合金粉的用途、粒度组成、粒度范围、粒度分布,我们可以把粒度分为两大类别,具体如下:

第Ⅰ类要求: F适用于选区激光熔融增材制造领域的,选区激光熔融增材制造技术多用于制造尺寸较小、表面光洁度要求较高的精密零件,需要使用尺寸小于 63μm 的较细的高熵合金粉末,因为通常细小的粉末可以直接获得精度高、表面光洁度好的零件,所以该领域粉末粒度范围为≤63μm,粒度组成为:>63μm 不大于 5%,D10为 15μm~25μm;D90 为 50μm~65μm;;

第Ⅱ类要求: F适用于激光熔覆、电子束熔化增材制造领域的,该技术激光、电子束能量密度高,可熔化粉末粒径要大于选区激光熔融增材制造技术所需粉末,且制造效率更高,该技术领域所需粉末粒度范围为 45μm~150μm,粒度组成为:≤45μm 不大于 5%,>150μm 不大于 5%,D10 为 40μm~55μm;D90 不大于 160μm;

 

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、颗粒密度和表面状态、粉末的粒度及粒度分布等。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。通常情况,松装密度随颗粒尺寸的减小、颗粒非球状系数的增大以及表面粗糙度的增加而减小。

松装密度检测要求:

Ⅰ类要求: FFeCoNiCrMn 松装密度不小于 3.8g/cm3,FeCoNiCrMo 松装密度不小于 4.2g/cm3,

FeCoNiCr 松装密度不小于 4.0g/cm3,FeCoNiCrAl、FeCoNiCrTi 松装不小于 3.2g/cm3;

 

Ⅱ类要求: FFeCoNiCrMn 松装密度不小于 4.0g/cm3,FeCoNiCrMo 松装密度不小于 4.4g/cm3,FeCoNiCr松装密度不小于 4.2g/cm3,FeCoNiCrAl、FeCoNiCrTi 松装不小于 3.4g/cm3;

 

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密度,其相对于松装密度增大的百分数是粉末多种物理性能,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。粉末振实密度越大,说明粉末的相对流动性越好。

松装密度检测要求:

Ⅰ类要求: FeCoNiCrMn 振实密度不小于 4.4g/cm3,FeCoNiCrMo 振实密度不小于 5.0g/cm3,

FeCoNiCr 振实密度不小于 4.4g/cm3,FeCoNiCrAl、FeCoNiCrTi 振实不小于 3.8g/cm3;

 

Ⅱ类要求: FFeCoNiCrMn 振实密度不小于 4.6g/cm3,FeCoNiCrMo 振实密度不小于 5.2g/cm3,FeCoNiCr松装密度不小于 4.6g/cm3,FeCoNiCrAl、FeCoNiCrTi 振实不小于 4.2g/cm3;

 

 

流动性检测

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,通常采用霍尔流速漏斗,流动性单位为 s/50g,表征粉末流动的难易程度,数值越小流动性越好。粉末的粒度、湿度、静电以及粉末是否为球形均会影响粉末的流动特性。无论对于铺粉还是送粉的增材制造工艺,粉末的流动性均会影响增材制造过程和制件性能。具体要求如下

流动性要求

合金粉粒度检测

 

以上就是国家计划对增材制造用高熵合金粉要求的检测指标。由于此前国内并没有增材制造用高熵合金粉的相关国家标准或行业标准,而且国外也没有相关标准可供参考。所以,此次对高熵合金粉标准制定尚属首次。但是,高熵合金制造的产业和技术在中国已经相当成熟稳定,根据相关企业标准和技术资料,此次制定的国家标准在指标要求也是远超国际市场上的产品质量要求, 所以相关企业可以参考以上指标,对自家产品进行质量把控。

 

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