金属粉末铁

3D打印行业金属粉末的氧氮氢分析 | 原料粉末vs再生粉末越来越多的金属零件是通过3D打印来生产的。这个新技术为具有复杂结构零件的生产提供了可能性，特别是一些无法使用常规方法生产的零件。此外,模型可以通过技术图纸实现，而无需使用定制的工具。三维打印零件的质量很大程度上受到原材料的质量影响。为了降低生产成本，金属粉末需要经常被回收。经过多次使用，氧、氮和氢的含量和相关的力学性能可能改变。因此，分析金属粉末中氧、氮和氢的含量，可以确保3D打印产品的质量。各种应用于3D打印行业的金属粉末都可以使用inductar ONH cube进行分析。仪器：inductar ONH cube 氧氮氢分析仪技术细节：载气：氦气样品质量：100-1000mg金属粉末原料的钛和不锈钢粉末以及再生的钛和不锈钢粉末的测试结果参照下表。再生粉末与原料的氧、氮和氢含量相比，变化很大，尤指是氧的含量，由于颗粒的粒度极小同时具有非常大的比表面积，颗粒很容易被氧化。甚至ppm级别的含量变化都可以改变3D打印粉末的性能。因此，分析需要使用精度高，检测限低的检测方法。采用inductar ONH cube进行元素分析是十分好的分析选择。inductar ONH cube 氧氮氢分析仪应用领域：黑色系金属合金，有色金属，有色金属，碳化物及陶瓷材料，地质矿物，氧氮氢分析。特点：无需配备石墨电极清扫刷进行清扫，提高做样效率可编程气体分流，通过睡眠模式进入省气模式无需配备动力气以及外置水冷机，可单坩埚完成测试，节省成本专利的球夹连接，实现免工具维护

球形金属粉末作是金属3D打印最重要的原材料，是3D打印产业链中最重要的环节，与3D打印技术的发展息息相关。在“2013年世界3D打印技术产业大会”上，世界3D打印行业的权威专家对3D打印金属粉末给予明确定义，即指尺寸小于1mm的金属颗粒群，包括纯金属粉末、合金粉末及具有金属性质的某些难溶化合物粉末。目前3D打印用金属粉末材料主要集中在钛合金、高温合金、钴铬合金、高强钢和模具钢等方面。随着金属3D打印技术的飞速发展, 球形金属粉末的市场将保持高增长态势。2016年3D打印金属粉末的市场规模约为2.5亿美元，预计2025年市场规模将达到50亿美元。为满足3D打印装备及工艺要求，金属粉末必须具备较低的氧氮含量、良好的球形度、较窄的粒度分布区间和较高的松装密度等特征。当前我国生产的金属粉末性能难以满足高端客户需求，高质量 3D 打印用金属粉末需依赖进口。因此，研究3D打印金属粉末的制备尤为重要。本文特整理了当前3D打印用金属粉末的4种制备方法，供大家参考。1、气雾化法 气雾化法是利用惰性气体在高速状态下对液态金属进行喷射，使其雾化、冷凝后形成球形粉。根据热源的不同又可以将气雾化法细分为电极感应熔炼气雾化(EIGA)和等离子惰性气体雾化(PIGA)两种工艺，采用惰性气体既能防止产物氧化，又能避免环境污染。在 EIGA 工艺中，为电极形式的预合金棒将在不使用熔炼坩埚的情况下进行感应熔炼和雾化，其工艺原理图如下图所示。采用气雾化法所得粉末粒度分布广，大部分为细粉，杂质易于控制，但粉末由于粒径不同而冷却速度不同，导致颗粒内部易产生气泡，形成空心结构，粉末形状不均匀，出现行星球等，对粉末后期应用造成不利影响。 电极感应熔炼气雾化(EIGA)原理及其生产的金属粉末图片来源：南极熊3D打印2、等离子旋转电极雾化法(PREP) 等离子旋转电极雾化法(PREP)是生产高纯球形钛粉较常用的离心雾化技术，其基本原理是自耗电极端面被等离子体电弧熔化为液膜，并在旋转离心力作用下高速甩出形成液滴，然后液滴在表面张力的用下球化并冷凝成球形粉末。PREP 因采用自耗电极，制备出的粉末纯净度较高，且该技术不使用高速惰性气体雾化金属液流，避免了“伞效应”引起的空心粉和卫星粉颗粒的形成。因此，相对于气雾化而言，PREP 制备的粉末中空心粉和卫星粉更少。PREP 制备的粉末球形度可达 99.5%以上，但是粉末粒径分布较窄，主要介于 50～150μm，存在着粉末尺寸 偏大的问题并且细粉收得率很低。目前俄罗斯最先进的 PREP 技术也只能收得约 15%的细粉(～45μm)，难以服务于微细球形钛粉市场。 等离子旋转电极雾化法(PREP)原理及其生产的金属粉末图片来源：南极熊3D打印3、等离子丝材雾化法（PA） 等离子丝材雾化法（PA）是加拿大 AP&C 公司特有的金属粉末制备技术，PA 工艺是以纯度高的金属或合金丝为原料，以等离子枪为加热源，原料丝材被等离子体瞬间熔化的同时被高温气体雾化，形成的微小液滴在表面张力的作用下球化并在下落过程中冷却固化为球形颗粒的一种工艺。以合金丝为原料制备各种材质球形粉末的工艺，可实现高水平的可追溯性和较好的颗粒大小控制。该工艺生产出的粉末粒径分布范围窄，平均粒径约为 40μm，细粉收得率高（80%），几乎没有卫星球；粉末纯度高（低氧，无夹杂），球形度高，伴生颗粒非常少。具有出色的流动性和表观密度、振实密度。主要服务对象为生物医疗和航空航天工业，产品畅销20 余个国家。 等离子丝材雾化法（PA）原理及其生产的金属粉末图片来源：南极熊3D打印近年来，国外关于 PA 技术的研究取得了不少进展，现有技术已能够在单位时间内所消耗气体与原料的质量比小于20的条件下，制备大量(至少80%)粒径分布为0～106μm的金属粉末。加拿大 AP＆C 公司是 PA 技术的专利持有者，加拿大 Pyro Genesis 公司也拥有相关类似专利，但均不对外出售等离子雾化设备。由于国外公司专利保护及技术封锁，一直以来国内关于 PA技术的研究进展缓慢。 4、射频等离子球化法 射频等离子体球化法是利用射频电磁场作用对各种气体（多为惰性气体）进行感应加热，产生射频等离子，利用等离子区的极高温度熔化非球状粉末。随后粉末经过一个极大的温度梯度，迅速冷凝成球状小液滴，从而获得球形粉末。射频等离子球化技术（PS）图片来源：南极熊3D打印目前国外在这方面研究较多的公司有代表性的包括：英国 LPW 技术公司和加拿大的泰克纳公司。其中，泰克纳 (TEKNA) 公司所开发的射频等离子体粉体处理系统，在世界范围内处于领先地位，可以实现 Ti、Ti-6Al-4V、W、Mo、Ta、Ni 等金属及其合金粉末的生产。 国内北京科技大学在射频等离子球化方面也进行了大量的研究，以不规则形状的大颗粒TiH2 粉末为原料，经过射频等离子高温区后 TiH2 粉末脱氢分解、爆碎，即发生“氢爆”。爆开的金属液滴下落过程中，在表面张力的作用下缩聚成规则的球状，得到微细球形粉末。所收得的粉末粒度范围可以达到 20~50μm，细粉收得率更是高达 80%以上，各项性能参数均不逊于国际一流队列的粉末，图 6 是氢化钛粉末经射频等离子球化前后粉末形貌图。同时，该团队还将该方法创新性地应用到了钨、高温合金、钕铁硼等金属粉末的球化处理当中，均取得了显著的成果。射频等离子体制备球形钛粉示意图图片来源：南极熊3D打印球化前后的粉末形貌对比图片来源：南极熊3D打印

探索未来的关键材料！合金材料研究正在掀起科技浪潮，为我们的生活带来无限可能。其应用前景非常广阔，无论是在航空航天、汽车制造、电子产品、可再生能源还是医疗领域，高性能的合金材料都是推动进步的核心力量。随着科技的飞速发展，对合金材料的需求和性能要求不断提升，研究人员正致力于开发出更多高性能、低成本、环境友好的的新型合金材料，以满足不断变化的应用需求。对于晶泰科技的客户——合金材料研究实验室的研究人员而言，精确的金属粉末称量是影响他们研究的重要因素之一。整个研究中金属粉末称量面对各种挑战，如流动性差的粉末、静电吸附、环境因素影响以及潜在的安全风险。为了应对挑战，客户选择使用晶泰科技 ChemPlus 桌面型固体加样仪，来确保金属粉末加样称量的精准性，为合金材料研究提供坚实的基础。客户在合金材料研究实验过程中，选择了 3 种代表性的金属粉末，设置了 50/1000/2000mg 3 个目标加样量，记录 ChemPlus 桌面型固体加样仪对于不同粉末在不同目标加样量下的称量数据：平均加样值、加样偏差、加样时间等。&bull 测试粉末样品：3 种（因研究保密性，不展示具体粉末名称，有相似需求的客户，晶泰科技提供样品免费测试服务，可联系我们）；&bull 目标加样量：50mg、1000mg 和 2000mg；&bull 每种粉末样品分装到定制实验小瓶。表1.三种金属粉末自动加样称量实验数据经过对测试数据的综合分析，我们得出以下结论：ChemPlus 桌面型固体加样仪在称量合金材料研究中具有代表性的三种金属粉末方面表现出高度的准确性和稳定性。具体的性能表现如下：&bull ChemPlus 能够有效处理吸潮结块、流动性差以及易氧化的金属粉末，在测试过程中表现出良好的操作性，没有出现堵塞现象表明其适用性广泛，能够满足多样化的实验需求。&bull 在进行加样称量时，ChemPlus 对于所有预定目标重量的偏差控制在了 0.1mg 的精确范围内，反映出其突出的称量精度。&bull 当进行中量程加样操作时，ChemPlus 能够以更快的速度达成目标加样，展示出较高的友好性和快速精确的加样称量能力。&bull 将 ChemPlus 系统置于手套箱内进行操作，能够顺利执行金属粉末 C 的自动加样称重任务，并且支持与其他系统的集成。综上所述，ChemPlus 桌面型固体加样仪在精确控制金属粉末加样过程中展现出了高效性和可靠性，适用于进行合金材料研究中金属粉末加样称量。&bull 高通量：可放置多种固体原料和接收容器，全面提升效率；&bull 适用范围广：样品无需特殊处理，覆盖吸潮结块、较大颗粒、蓬松、流动性差的粉末；&bull 智能算法参数调节：自适应加粉算法，多类型粉末智能识别；&bull 压电陶瓷激振技术：多类型粉末出粉更流畅；&bull 除静电：有效降低静电效应，加样更准确；&bull 成本可控：耗材价格低廉，节省成本；&bull 占地小：整机尺寸小，桌面型；&bull 兼容性广：可兼容多种实验室常用尺寸小瓶；&bull 数据追踪：条形码或二维码样品管理，支持审计追踪；&bull 简易交互软件：可视化操作软件，易上手使用。ChemPlus 这款结构紧凑的桌面型固体加样仪，帮助客户合金材料研究实验室，提高了金属粉末加样称量的效率、精准性和安全性，为研究人员节省了宝贵的科研时间。ChemPlus 适用性非常广泛，支持多种固体原料和兼容不同接收容器，无需人工值守，自动完成重复耗时的称重固体加样操作；同时，ChemPlus 自动化粉末加样技术能够处理多种粉末，覆盖吸潮结块、较大颗粒、蓬松、流动性差的粉末，自适应加粉算法，多类型粉末智能识别，无需针对特定粉末进行设置或者优化加样参数；自动化高通量的加样，避免研究人员直接接触可能具有毒性或易燃性的粉末。在此客户案例中也为客户定制专属实验小瓶和托盘；并且支持集成到无水无氧体系手套箱中。