國家著手制定的增材制造高熵合金粉檢測指標

來源：拜恩檢測

高熵合金是最近十幾年才興起的新材料，主要是指由五種或五種以上等量或大約等量金屬形成的合金。 高強度、高硬度、耐腐蝕、耐磨、耐高溫、抗輻射以及軟磁性等等優(yōu)點，都是高熵合金得以被市場認可的原因所在。

尤其是在高溫、高壓、高速等極限環(huán)境下，高熵合金制造成的金屬零部件可以維持較好的力學性能。此外在惡劣的氣候環(huán)境、腐蝕性溶液、強動態(tài)載荷條件下，高熵合金的性能都表現(xiàn)極為優(yōu)異。由此高熵合金在海洋工程、核工業(yè)、發(fā)動機工業(yè)、硬質刀具工業(yè)都有著廣泛應用空間。

促進高熵合金增材制造應用
為了規(guī)范增材制造行業(yè)，國家計劃修訂了一系列的相關標準予以指導。

增材制造用高熵合金粉是增材制造高熵合金的重要原料，同時采用增材制造技術可以開展小批量、復雜形狀的高熵合金零件的開發(fā)和制備。采用增材制造技術制備的高熵合金零部件，其晶粒細小、組織成分均勻，可以有效解決傳統(tǒng)制備高熵合金材料結晶組織粗大，內(nèi)部易形成疏松和成分偏析的弊端，還可以大幅加快新品開發(fā)速度和響應時間，促進高熵合金在各個領域廣泛應用。

所以，國家就增材制造用高熵合金粉檢測標準也在著手制定。

高熵合金粉的關鍵性能檢測指標和工藝性能參數(shù)主要有化學成分、粒度、松裝密度、振實密度、流動性等指標 。增材制造工藝需要實現(xiàn)致密化成形，不同的增材制造工藝對粉末的粒度有不同的要求，而且粉末的化學成分、松裝密度、振實密度、流動性等性能指標不僅會影響增材制造工藝過程，并且也會對最終成形坯體的顯微組織、力學性能、尺寸精度、表面質量等產(chǎn)生影響。

l 化學成分分析
目前批量化生產(chǎn)增材制造用高熵合金粉末的牌號主要有 FeCoNiCrMn，F(xiàn)eCoNiCrMo，F(xiàn)eCoNiCrAl，F(xiàn)eCoNiCrTi，F(xiàn)eCoNiCr。其中這五種高熵合金化學成分中各主元素按照等原子比構成，然后換算成對應的質量百分數(shù)；雜質元素主要包含氧、氮氣體元素以及碳、磷、硫等雜質。通過調(diào)研相關單位生產(chǎn)的高熵合金粉末化學成分報告以及實際應用需求設置恰當合理的化學成分范圍。其中產(chǎn)品中主元素 Fe、Mn、Ni、Mo、Co、Cr、Al、Ti 以及雜質元素 C、S、P、O、N 含量分析按供需雙方協(xié)商確定的方法進行。

l 粒度檢測
不同工藝所制備的高熵合金粉的粒度區(qū)間有差別，但可通過篩分進行粒度級配。參考不同高熵合金粉的用途、粒度組成、粒度范圍、粒度分布，我們可以把粒度分為兩大類別，具體如下：

第Ⅰ類要求：F適用于選區(qū)激光熔融增材制造領域的，選區(qū)激光熔融增材制造技術多用于制造尺寸較小、表面光潔度要求較高的精密零件，需要使用尺寸小于 63μm 的較細的高熵合金粉末，因為通常細小的粉末可以直接獲得精度高、表面光潔度好的零件，所以該領域粉末粒度范圍為≤63μm，粒度組成為：＞63μm 不大于 5%，D10為 15μm～25μm；D90 為 50μm～65μm；

第Ⅱ類要求：F適用于激光熔覆、電子束熔化增材制造領域的，該技術激光、電子束能量密度高，可熔化粉末粒徑要大于選區(qū)激光熔融增材制造技術所需粉末，且制造效率更高，該技術領域所需粉末粒度范圍為 45μm～150μm，粒度組成為：≤45μm 不大于 5%，＞150μm 不大于 5%，D10 為 40μm～55μm；D90 不大于 160μm；

l 松裝密度檢測
粉末松裝密度是粉末在規(guī)定條件下自由充滿標準容器后所測得的堆積密度，即粉末松散填裝時單位體積的質量，是粉末的一種工藝性能。松裝密度是粉末多種性能的綜合體現(xiàn)，可以反映出粉末的密度、顆粒形狀、顆粒密度和表面狀態(tài)、粉末的粒度及粒度分布等。粉末顆粒形狀越規(guī)則、顆粒表面越光滑、顆粒越致密，粉末的松裝密度會越大。通常情況，松裝密度隨顆粒尺寸的減小、顆粒非球狀系數(shù)的增大以及表面粗糙度的增加而減小。

松裝密度檢測要求：
Ⅰ類要求：FFeCoNiCrMn 松裝密度不小于 3.8g/cm3，F(xiàn)eCoNiCrMo 松裝密度不小于 4.2g/cm3，F(xiàn)eCoNiCr 松裝密度不小于 4.0g/cm3，F(xiàn)eCoNiCrAl、FeCoNiCrTi 松裝不小于 3.2g/cm3；

Ⅱ類要求：FFeCoNiCrMn 松裝密度不小于 4.0g/cm3，F(xiàn)eCoNiCrMo 松裝密度不小于 4.4g/cm3，F(xiàn)eCoNiCr松裝密度不小于 4.2g/cm3，F(xiàn)eCoNiCrAl、FeCoNiCrTi 松裝不小于 3.4g/cm3；

l 振實密度檢測
振實密度是粉末在容器中經(jīng)過機械振動達到較理想排列狀態(tài)的粉末密度，其相對于松裝密度增大的百分數(shù)是粉末多種物理性能，如粉末粒度及其分布、顆粒形狀及其表面粗糙度、比表面積等的綜合體現(xiàn)。粉末振實密度越大，說明粉末的相對流動性越好。

松裝密度檢測要求：
Ⅰ類要求：FeCoNiCrMn 振實密度不小于 4.4g/cm3，F(xiàn)eCoNiCrMo 振實密度不小于 5.0g/cm3，F(xiàn)eCoNiCr 振實密度不小于 4.4g/cm3，F(xiàn)eCoNiCrAl、FeCoNiCrTi 振實不小于 3.8g/cm3；

Ⅱ類要求：FFeCoNiCrMn 振實密度不小于 4.6g/cm3，F(xiàn)eCoNiCrMo 振實密度不小于 5.2g/cm3，F(xiàn)eCoNiCr松裝密度不小于 4.6g/cm3，F(xiàn)eCoNiCrAl、FeCoNiCrTi 振實不小于 4.2g/cm3；

l 流動性檢測
流動性是指以一定量粉末流過規(guī)定孔徑的標準漏斗所需要的時間，通常采用霍爾流速漏斗，流動性單位為 s/50g，表征粉末流動的難易程度，數(shù)值越小流動性越好。粉末的粒度、濕度、靜電以及粉末是否為球形均會影響粉末的流動特性。無論對于鋪粉還是送粉的增材制造工藝，粉末的流動性均會影響增材制造過程和制件性能。具體要求如下

以上就是國家計劃對增材制造用高熵合金粉要求的檢測指標。由于此前國內(nèi)并沒有增材制造用高熵合金粉的相關國家標準或行業(yè)標準，而且國外也沒有相關標準可供參考。所以，此次對高熵合金粉標準制定尚屬首次。但是，高熵合金制造的產(chǎn)業(yè)和技術在中國已經(jīng)相當成熟穩(wěn)定，根據(jù)相關企業(yè)標準和技術資料，此次制定的國家標準在指標要求也是遠超國際市場上的產(chǎn)品質量要求， 所以相關企業(yè)可以參考以上指標，對自家產(chǎn)品進行質量把控。