
金属粉末的颗粒形貌是决定其工艺性能的关键因素之一。球形粉末的流动性和铺粉均匀性优于不规则形状粉末;卫星粉(附着在大颗粒表面的小颗粒)会降低流动性;空心粉则在增材制造过程中容易形成气孔缺陷。因此,颗粒形貌的观测和分析是粉末质量控制中不可或缺的环节。
一、扫描电镜(SEM)的应用
扫描电镜是观察金属粉末颗粒形貌最常用的工具。通过SEM图像,可以直观地评估以下特征:
颗粒的球形度——理想球形颗粒的表面光滑、轮廓规则。卫星粉的比例和分布——附着在大颗粒表面的小颗粒数量。粉末表面的粗糙程度——表面粗糙的颗粒通常具有更高的比表面积。团聚体的存在——多个颗粒通过烧结颈或范德华力结合形成的团聚体。
GB/T 40067-2021《碳化钨粉末微观组织及缺陷检测方法》规定了碳化钨粉末微观组织观察及缺陷分析的扫描电子显微镜检测方法,适用于粒度为0.1 μm~0.5 μm碳化钨粉末的微观组织及缺陷的扫描电子显微镜检测。该标准为超细粉末的SEM检测提供了规范化的操作依据。
在SEM检测中,通常需要配合能谱分析(EDS)对颗粒进行微区化学成分分析,识别不同形貌颗粒的元素组成差异。文献研究表明,SEM/EDS分析可用于粉末颗粒的微区分析,能够在纳米水平上获取元素分布信息。
二、显微CT在空心粉分析中的应用
显微CT(Micro-CT)是一种三维无损检测技术,能够在不破坏粉末的前提下获取颗粒的内部结构信息。研究表明,显微CT是表征增材制造用金属粉末质量的理想工具,可以准确获取粉末的粒度、体积、球形度等几何特征参数,并定量分析空心粉的比例。
以增材制造用GH3625粉末为例,研究采用扫描电镜观察粉末的二维微观结构,通过显微CT表征粉末的三维结构,共检测了20576个粉末颗粒,实现了对粉末质量的全面评估。
显微CT的优势在于能够识别常规二维观察中难以发现的内部孔洞和空心结构。但其局限性也需要注意:对于微米级细粉,显微CT的分辨率可能不足以精确表征细微的内部缺陷,且测试成本相对较高。
三、粒度与形貌的关联分析
颗粒形貌与粒度分布数据结合分析,能够提供更全面的粉末评价。激光衍射法假设颗粒为球形,对于非球形颗粒可能给出偏大的粒径结果。而图像分析法(包括SEM图像的统计分析和动态图像分析)能够同时获取粒度和形貌信息,为粉末质量的综合评价提供补充数据。ISO 13322-2:2021和GB/T 21649.2-2017为动态图像分析法提供了标准依据。

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