金属3D打印粉体颗粒:球形度检测技术研究

点击量:901 发布时间:2017-03-17 作者:状迈(上海)增材制造技术有限公司
3D打印技术对粉体的流动性要求很高,球形度的大小直接影响了颗粒的流动性和堆积性能。目前球形度的检测主要靠扫描电镜图,此方法的缺点是检测不能量化。因此量化颗粒的球形度检测方法很有必要。
 
 
1.  原理 
1.1  定义 
颗粒球形度定义为颗粒的周长等效直径与颗粒面积等效直径之比,此定义为二维描述。 
 
 
 
1.2  扫描电镜测试粉末颗粒形貌 
扫描电镜测试原理为从电子枪阴极发出的直径 20μm~30μm的电子束,受到阴阳极之间加速电压的作用,射向镜筒,经过聚光镜及物镜的会聚作用,缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下,电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测,经过放大、转换,变成电压信号,最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描,并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步,这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像,这种图象反映了样品表面的形貌特征。通过此种方法可以获得放大倍数不等、不同位置粉末表面形貌特征。 
 
1.3 IPP软件 
IPP软件全称为 Image-Pro Plus,广泛应用于医学、医疗、药学和生命科学等领域。其计数和测量功能强大,可快速分割SEM图像中明暗区域、获取测量结果,并基于测量结果自动分类和统计;提高了工作效率。利用该技术可实现SEM图中颗粒快速划分、剔除拍摄不完整颗粒,对完整颗粒的周长和面积进行当量直径计算,根据公式快速得出颗粒球形度数值。 
 
2.  测量方法与数据分析 
2.1  测量方法 
根据公式,只要测的颗粒群中完整颗粒的周长和对应颗粒的面积,就可计算其球形度,进一步,可计算整张 SEM图中颗粒球形度。 图1给出了一组 SEM图,分别为两个不同位置,同等放大倍数图片。从图中直观看图 1-a球形度较图1-b差,但无法量化。
 
 
导入IPP软件,进行分割,分割后颗粒如图 2:
 
 
 
根据软件计算功能,计算颗粒周长等效直径与颗粒面积等效直径比值。图 3-a表明SEM图a球形度分散但更多球形颗粒,平均球形度系数较接近1;图3-b 表明SEM图 b球形度分散度较小,两图用量化指标对比图  a球形度高于图 b。
 
 
 
 
 
 
 
本文在理论上引用了原有二维球形度概念,运用扫描电镜图片和 IPP软件结合的方式,表征颗粒球形度,解决了颗粒球形度难以量化问题,具有推广价值。
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