金屬3D 打印粉體顆粒：球形度檢測(cè)技術(shù)研究

金屬3D打印現(xiàn)在如火如荼，粉末材料的性能要求也越來(lái)越明確、細(xì)分。下面是一篇南極熊覺得比較有價(jià)值的金屬3D 打印粉體顆粒球形度檢測(cè)技術(shù)研究方案，以饗讀者。

3D打印技術(shù)對(duì)粉體的流動(dòng)性要求很高，球形度的大小直接影響了顆粒的流動(dòng)性和堆積性能。目前球形度的檢測(cè)主要靠掃描電鏡圖，此方法的缺點(diǎn)是檢測(cè)不能量化。因此量化顆粒的球形度檢測(cè)方法很有必要。

1.  原理
1.1  定義
顆粒球形度定義為顆粒的周長(zhǎng)等效直徑與顆粒面積等效直徑之比，此定義為二維描述。

1.2  掃描電鏡測(cè)試粉末顆粒形貌
掃描電鏡測(cè)試原理為從電子槍陰極發(fā)出的直徑 20μm～30μm的電子束，受到陰陽(yáng)極之間加速電壓的作用，射向鏡筒，經(jīng)過聚光鏡及物鏡的會(huì)聚作用，縮小成直徑約幾毫微米的電子探針。在物鏡上部的掃描線圈的作用下，電子探針在樣品表面作光柵狀掃描并且激發(fā)出多種電子信號(hào)。這些電子信號(hào)被相應(yīng)的檢測(cè)器檢測(cè)，經(jīng)過放大、轉(zhuǎn)換，變成電壓信號(hào)，最后被送到顯像管的柵極上并且調(diào)制顯像管的亮度。顯像管中的電子束在熒光屏上也作光柵狀掃描，并且這種掃描運(yùn)動(dòng)與樣品表面的電子束的掃描運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格同步，這樣即獲得襯度與所接收信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的掃描電子像，這種圖象反映了樣品表面的形貌特征。通過此種方法可以獲得放大倍數(shù)不等、不同位置粉末表面形貌特征。

1.3 IPP軟件
IPP軟件全稱為 Image-Pro Plus，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、醫(yī)療、藥學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域。其計(jì)數(shù)和測(cè)量功能強(qiáng)大，可快速分割SEM圖像中明暗區(qū)域、獲取測(cè)量結(jié)果，并基于測(cè)量結(jié)果自動(dòng)分類和統(tǒng)計(jì)；提高了工作效率。利用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)SEM圖中顆粒快速劃分、剔除拍攝不完整顆粒，對(duì)完整顆粒的周長(zhǎng)和面積進(jìn)行當(dāng)量直徑計(jì)算，根據(jù)公式快速得出顆粒球形度數(shù)值。

2.  測(cè)量方法與數(shù)據(jù)分析
2.1  測(cè)量方法
根據(jù)公式，只要測(cè)的顆粒群中完整顆粒的周長(zhǎng)和對(duì)應(yīng)顆粒的面積，就可計(jì)算其球形度，進(jìn)一步，可計(jì)算整張 SEM圖中顆粒球形度。 圖1給出了一組 SEM圖，分別為兩個(gè)不同位置，同等放大倍數(shù)圖片。從圖中直觀看圖 1-a球形度較圖1-b差，但無(wú)法量化。

導(dǎo)入IPP軟件，進(jìn)行分割，分割后顆粒如圖 2：

根據(jù)軟件計(jì)算功能，計(jì)算顆粒周長(zhǎng)等效直徑與顆粒面積等效直徑比值。圖 3-a表明SEM圖a球形度分散但更多球形顆粒，平均球形度系數(shù)較接近1；圖3-b 表明SEM圖 b球形度分散度較小，兩圖用量化指標(biāo)對(duì)比圖  a球形度高于圖 b。

本文在理論上引用了原有二維球形度概念，運(yùn)用掃描電鏡圖片和 IPP軟件結(jié)合的方式，表征顆粒球形度，解決了顆粒球形度難以量化問題，具有推廣價(jià)值。

作者：李愛紅，湯鑫，王力強(qiáng)  （廣州納聯(lián)材料科技有限公司）