編輯推薦：本文對十種金屬粉末（316 L，Zn，Sn，Al，Cu，Mn，Fe，青銅，Ti，Mo粉末）的特性進行了表征，包括這些金屬粉末的粒度分布、形貌以及靜態和動態的休止角（AOR）和有效內摩擦角（AIFE）。這些表征及評估都促進了對于塊體材料的理解，揭示了塊體材料的規律，對于金屬粉末在各領域中的應用推廣具有重要意義。

隨著添加技術在生產應用中的不斷興起，需要我們更加精確地根據金屬粉末的特性來選擇與之相匹配的特定機器設備，以確保能夠在生產過程中保持高度的一致性。因此，對于金屬粉末的表征得到了越來越多的重視。如何對金屬粉末進行科學而準確地表征是一個亟待解決的問題。

近日，捷克斯特拉瓦技術大學的Lucie Jezerska（通訊作者）對十種金屬粉末（金屬粉末316 L，Zn，Sn，Al，Cu，Mn，Fe，青銅，Ti和Mo粉末）的粒度分布、形貌以及靜態和動態的休止角（AOR）和有效內摩擦角（AIFE）等特性進行了表征。相關論文以題為“Characterization and fowability methods for metal powders”發表于Scientific Reports上。

論文鏈接 https://www.nature.com/articles/s41598-020-77974-3#Abs1

本研究中，對于金屬粉末的有效內摩擦角（AIFE）參數和流量指數的測量和確定，采用了三種常用的旋轉剪切裝置：RST-01.pc計算機控制的環形剪切測試儀、布魯克菲爾德PFT粉末流動性測試儀和FT4粉末流變儀。結果表明，不同設備所測得的數值并不完全相同。

圖1 不同流動性等級的范圍以及流動性分類

圖2 十種金屬粉末的粒度分布

表1 三種旋轉剪切裝置的AIFE數值及測量標準偏差

圖3 FT4、RST、PFT所測得金屬粉末AIFE數值比較

表2 三種旋轉剪切裝置的流動指數ffc

在大多數情況下，FT4所測得的ffc值最低，但Zn和Mo粉是例外。樣品的ffc值可能與剪切面尺寸有關，剪切面尺寸最大的是RST（8482 mm2），然后是PFT（4750 mm2），最小的是FT4（1879 mm2）。一般來說，塊體材料通過更大的橫截面時，能夠更好地流動。

圖4 三種旋轉剪切裝置的剪切室：左-RST，中-PFT，右-FT4

根據休止角（AOR）的測量結果，可以將樣品分為兩組：自由流動的（50%的樣本）和流動性能合格的。Sn粉末的休止角（AOR）最小，為30.2°，Ti粉末的靜態休止角（AOR）最大，為44.9°。

表3 靜態AOR及測量標準偏差（σsd）和各金屬粉末的流動特性

對于AIFE較小且ffc值較高的金屬粉末樣品，其動態休止角（AOR）通常較小。并且在改變滾筒旋轉頻率的情況下，確定了流動穩定性的三種特征：1.隨著滾筒旋轉頻率的增加，一部分樣品的動態休止角呈現增加的趨勢，這包含Zn、Mn和Mo粉以外的所有樣品。2.隨著滾筒旋轉頻率的增加，一部分樣品的動態休止角呈現下降的趨勢，包含Mo粉和部分Mn粉。3.在滾筒旋轉頻率發生改變時，部分樣品的角度的變化非常小，如Zn粉，這是在ffc和AIFE方面流動性都較好的一種表現。

圖5 前5種金屬粉末的DAOR數值

圖6 后5種金屬粉末的DAOR數值研究發現樣品316 L，Zn，Sn和Al粉末中以球形為主的單個顆粒對于流動特性具有基本性的影響，這也得到了AIFE測量結果的證實。

圖7 被測金屬粉末的FT4 + RST+ PFT的AIFE綜合數值的比較，將材料分為了兩組。

總的來說，通過研究獲得的結果表明，就精準確定金屬粉末的流動特性而言，單個樣品需要采用單獨的方法。本文所提出的所有評估都加深了對塊體材料性能的了解。通過比較不同的金屬粉末、測量設備及測量方法，可以逐步揭示塊體材料的規律，并對將其應用于金屬粉末的3D打印等領域具有十分重大的意義。