3D打印（增材制造）一直被譽為現代工業4.0的標志性技術之一。北京某新材料科技有限公司便是以研制增材制造技術為主的高精尖技術公司。由于增材制造屬于新興技術，相關的國內外參考標準有限，尤其是它的原材料要求，可找到的相關資料不多，當然，為了促進我國增材制造行業發展，從18年開始，國家陸續出臺了部分增材制造的國標，只不過相關的產品標準還是處于完善階段。該有限公司找到我們時，是想委托我們檢測一下新研發的金屬鉻粉的各項性能。
一、需求背景
在冶金、航空、軍工、汽車等領域，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，而相比傳統制造工藝這些都是難以實現的。對于增材制造技術來說，金屬粉末是關鍵的原料，尤其是要求球形度高、粒度分布較窄、氧含量低、流動性好。
但是由于國內外尚無增材制造用金屬鉻粉的相關國際標準、國家標準或行業標準可依，所以就沒有相應統一的標準要求和檢驗驗收規范，導致各生產廠家制粉工藝也不完全一致，產品參數不在同一基準上，從而給產品的生產和評價帶來不便，阻礙了金屬鉻增材制造技術的發展和產業化進程。
二、研發技術介紹
該新材料公司研發的增材制造用金屬鉻粉主要制備方法為等離子體球化法，該方法利用感應線圈產生的電磁能將通入其中的氣體(一般為氬氣)電離，它是通過電磁感應的方式來產生的等離子體，故可以制備出潔凈的球形粉末顆粒。此外，由此產生的等離子體具有高溫(溫度高達10000K)、高焓、高能量密度等特點，可以為物理化學反應提供一個高溫的反應環境，利用這一特點使得在球形粉體制備領域發揮更大的作用。
等離子球化制備球形粉末技術是利用其高溫特性，將任何被送入其中的顆粒經過對流、傳導、輻射、化學四種傳熱機制的作用，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，從而能夠有效地促進球形鉻粉在增材制造領域中的應用。
三、依據標準分析
由于沒有直接的國家標準可依據。我們只能參考了金屬鉻、金屬粉末及增材制造相關的標準要求， 在綜合了多方面資料后，我們推薦可參考如下標準，對金屬鉻粉進行檢測。
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 振實密度的測定》
GB/T 1482-2010 《金屬粉末流動性的測定 標準漏斗法(霍爾流速計)》
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射光譜法》
四、檢測項目確認
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、比表面積、松裝或表觀密度、振實密度、流動性、灰分、氫氧氮碳和硫含量、熔融溫度火玻璃化轉變溫度等。在與該公司技術人員充分溝通以后，我們最終決定檢測該鉻粉的化學成分、粒度、松裝密度、振實密度、流動性五個關鍵項目。
1. 化學成分
金屬鉻的各元素的化學成分要求可以依據GB/T 3211-2008來執行。當然有些廠商為了確保增材制造用金屬鉻粉后續成形制件的綜合性能達到設計要求也會制定自己的產品化學成分要求。具體科根據檢測方的要求來執行。化學成分分析的檢測方法可以依據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射光譜法》來執行。
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，一般通過標準篩分進行粒度分級。同增材制造工藝對粉末粒度分布的要求不同。該企業將粉末分為三類：Ⅰ類適用于選區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》的規定執行。
3. 松裝密度檢測
粉末松裝密度是粉末在規定條件下自由充滿標準容器后所測得的堆積密度，即粉末 松散填裝時單位體積的質量，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，可以反映出粉末的密度、顆粒形狀、顆粒表面狀態、顆粒的粒度及粒度分布等，對產品生產工藝的穩定性以及產品質量的控制都有重要的影響。通常情況下，粉末顆粒形狀越規則、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置和優化，并確保增材制造最終產品致密度達到目標產品要求。松裝密度應不小于 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》 的規定執行。
4. 振實密度檢測
振實密度是粉末在容器中經過機械振動達到較理想排列狀態的粉末集體密度，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，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。一般來說，振實密度越大，說明粉末的流動性能越好。振實密度應不小于5.0g/cm3，檢測可按照GB/T5162《金屬粉末振實密度的測定》的規定執行。
5. 流動性檢測
粉末流動性是指以一定量粉末流過規定孔徑的標準漏斗所需要的時間來表示，通常采用的單位為s/50g，其數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，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。產品流動性應不大于 20s/50g，檢測可按照GB/T1482《金屬粉末流動性的測定標準漏斗法(霍爾流速計)》的規定執行。
五、方案反饋
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和應用對其行業發展和推動具有重要的作用。雖然我國尚未出臺相關的標準規定，但是市場需求已經形成一定規模了，像類似該新材料科技有限公司的產品實際已經到了大規模投產的階段。所以相關指標、采樣、制備、檢測方法等規范化，除了委托檢測機構給出專業方案外，還是亟待一份權威的國家標準來指導約制的。上文給出的五個關鍵性能檢測方法及標準依據，僅供大家參考。
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