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无测量、不制造！粉末冶金质量控制解决方案

发布：马尔文帕纳科

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粉末冶金与增材制造

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。使用粉末冶金工艺而不是传统工艺（如机械加工）具有以下优点：

显著节省成本
尺寸精度高
后处理极少
零件可重复性好
更高的尺寸自由度和成分复杂性
减少浪费

粉末冶金的主要工艺包括：

压制和烧结
金属粉末注射成型
热/冷等静压制
增材制造

自 20 世纪 20 年代以来，传统的粉末冶金工艺（如压制和烧结）已被用于生产金属组件，而热等静压制 (HIP) 和金属粉末注射成型 (MIM) 等工艺则分别于 20 世纪 60 年代和 70 年代开始使用。

增材制造是一种相对较新的技术，允许使用激光、电子束局部熔融金属粉末，或在烧结后粘结粉末。

金属粉末质量主要影响因素

金属粉末在所有粉末冶金工艺中都是常见的，因此粉末制造工艺及相应的粉末特性至关重要，并且二者之间具有内在联系。制造金属粉末的主要途径是：

粉碎固体金属
从溶液中沉淀出盐
羰基金属热解（羰基法）
金属氧化物的固态还原
电沉积
熔融金属的雾化

粉末制造工艺的选择取决于金属/合金、粉末冶金工艺以及该工艺所需的粉末特性。关键粉末特性包括：

粒度分布
颗粒形状
微观结构
表面状况
元素组成

粒度分布范围与工艺

Malvern Panalytical

解决方案

对于粉末冶金与增制造材料质量的影响因素，的专业解决方案可以帮助解决所有这些问题：

压制和烧结

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与其他粉末冶金工艺一样，粉末特性对于压制和烧结很重要，粉合料的颗粒堆积和松装密度至关重要。的压制和烧结表征解决方案可用于：

预测和控制粉末堆积，以提供所需的体积缩小和冷焊程度
确保颗粒之间实现最佳接触，以实现更高效的烧结
测量和控制金属粉末的批次间波动
确保模具中具有最佳流动性和堆积，以防止烧结组件出现缺陷
确保合金具有正确的元素组成和相结构
确定烧结件的残余应力、应变和织构

压制和烧结步骤示意图

增材制造

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粉末层增材制造工艺的效率和成品组件的质量在很大程度上取决于粉末的流动行为和堆积密度。的增材制造表征解决方案可用于：

确保始终如一的粉末供应并防止产品质量波动
为采用不同撒布器或耙式设计的机器确定合适的粉末
优化雾化条件以实现所需的粉末特性
预测并优化粉末堆积密度和流动特性
确保粉末具有正确的元素组成和相结构
确定制造组件的残余应力、应变和织构

叠层增材制造工艺的粉末床工艺图

金属粉末注射成型

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原料的流变特性对于 MIM 应用至关重要，因为它们会影响熔融原料的均匀性、原料通过模具流入模腔中的效率以及生坯在冷却时的力学性能。的金属粉末注射成型表征解决方案可用于：

优化颗粒负载，以尽量减少部件收缩和空隙形成
确保注射成型过程中适当的原料流变性和挤出后的尺寸稳定性
优化粘合剂特性，包括分子量和结构，以实现流动行为和脱脂性能
确保金属粉末供应一致，具有正确的粒度、元素组成和相结构

金属粉末注射成型步骤示意图

等静压制

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等静压制可在高温（热等静压制 (HIP)）或环境温度（冷等静压制 (CIP)）下执行。具有相对较宽但一致的粒度分布的球形粉末是HIP 的首选，因为它们能提供更高的填充密度。对于 CIP，某些颗粒不规则性可能有助于增强冷焊效果，理想情况下不会影响粉末流动和堆积。

相成分和晶粒尺寸也很重要，因为它们会影响粉末硬度和熔融特性，从而影响压制效率和烧结行为。

的等静压制表征解决方案可用于：

预测和控制堆积密度并尽量减少烧结部件中的空隙形成
指定和控制金属粉末质量
优化模具中的粉末流动并保持工艺效率
确保粉末具有适当的相结构和元素组成

热等静压制（HIP）步骤示意图

Malvern Panalytical

对应表征仪器

Morphologi 4

全自动颗粒粒径粒形分析仪

直接测量金属粉末的粒度和形状

Morphologi4 使用伸长率、圆度、凸度等参数报告形状信息，以量化颗粒不规则性和表面粗糙度。与手动显微镜和电子显微镜相比，自动成像更高效，可提供数万颗粒的统计数据。

更高效的自动成像，可提供数万颗粒的统计数据

Mastersizer 3000 激光粒度仪

精确的粒度测量，省时省力

Mastersizer 3000 解决了传统筛分分析的许多缺点：

实现更快、更简单的分析
测量范围扩大，包括测量非常细小的颗粒
更好的测量分辨率可提高产品质量
无故障维护

MS3000激光衍射原理示意图

OMNISEC

先进的多检测器GPC/SEC 系统

OMNISEC 是凝胶渗透色谱法 (GPC)/尺寸排阻色谱法 (SEC) 系统，用于测量绝对分子量、分子大小、特性粘度、枝化和其他参数。

OMNISEC凝胶渗透色谱仪原理示意图

EPSILON 系列

台式X射线荧光光谱仪

用于简单元素分析的台式 XRF 光谱仪

X 射线荧光法 (XRF) 通常由金属粉末生产商和组件制造商用于确定金属合金的元素组成并检测是否存在污染物。元素组成对于合金尤其重要，因为合金元素浓度的微小变化便会影响其化学和物理特性，包括强度、硬度、疲劳寿命和耐化学性。

XRF原理示意图

Aeris 台式 X 射线衍射仪

X 射线衍射仪，用于确定金属粉末及其制造组件的微观结构表征，包括：

相成分
晶粒尺寸
织构（晶粒取向）
残余应力/应变

这些表征会影响硬度、强度和疲劳寿命等特性，并受诸如雾化、激光熔融和粉末压实等热工艺和机械工艺的影响。

Aeris 台式 X 射线衍射仪，是首款全自动 X 射线衍射仪，可轻松整合到相关流程中。独特的触摸屏用户界面让您可以轻松完成测量过程，还可以在 HighScore软件中分析结果，以获得丰富的晶体学信息。

系列熔融制样设备

当熔融制样技术与其他样品制备方法（如压片或酸消解）进行比较时，会发现其有诸多优势。在金属制备中使用熔融的主要优势之一是，该技术不受矿物或颗粒粒度效应的影响，从而可提高 XRF 结果的精度和准确度。

熔融制样流程示意图

在线粒度测量

生产高质量金属粉末需要严格的工艺控制。成熟的在线和线上粒度测量技术可提供连续的工艺监控和支持完整工艺自动化的数据流。因此，在线测量技术既能够降低成本，还能够实时控制严格的粒度指标，提高产品批次间的稳定性。

同时，连续的粒度测量在高附加值的增材制造粉末回收利用方面也有扮演着重要作用。凭借久经考验的跟踪记录和强大的可靠性，在线和线上粒度测量技术能够帮助金属粉末生产厂家为粉末冶金建立可靠的供应链体系，帮助增材用户监控和优化粉末管理工艺，产生巨大的经济效益。

INSITEC 稳健、可靠、实时粒度测量，用于工艺控制

PARSUM 用于筛分应用的在线粒度测量

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粉末冶金与增材制造

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公司使命目标

Malvern Panalytical 的使命是通过对材料进行化学、物性和结构分析，打造出更胜一筹的客户导向型创新解决方案和服务，从而提高效率和产生可观的经济效益。通过利用包括人工智能和预测分析在内的最近技术发展，我们能够逐步实现这一目标。这将让各个行业和组织的科学家和工程师可解决一系列难题，如最大程度地提高生产率、开发更高质量的产品，并缩短产品上市时间。