Dreidimensionale Partikelformanalyse mittels Röntgen-Computertomographie: Experimentelles Vorgehen und Analysealgorithmen für Metallpulver

Summary

Größe und Form von Pulverpartikeln sind keine unabhängigen Größen. Übliche Messtechniken messen diese miteinander verflochtenen Parameter nicht in drei Dimensionen (3D). Es wird eine 3D-Mess-/Analysetechnik beschrieben, die auf der Röntgen-Computertomographie basiert und Größe und Form messen und Pulverpartikel nach beiden Parametern klassifizieren kann.

Abstract

Die Messung der Größenverteilung der Partikel in einem Pulver ist eine gängige Tätigkeit in Wissenschaft und Industrie. Die Messung der Formverteilung der Partikel ist deutlich seltener. Die Form und Größe der Pulverpartikel sind jedoch keine unabhängigen Größen. Alle bekannten Größen-/Formmesstechniken gehen entweder von einer kugelförmigen Form aus oder messen die Form nur in zwei Dimensionen. Die hier vorgestellte auf der Röntgen-Computertomographie (XCT) basierende Methode misst sowohl Größe als auch Form in 3D, ohne Annahmen zu treffen. Ausgehend von einem 3D-Bild von Partikeln kann das Verfahren Partikel mathematisch nach ihrer Form klassifizieren, zum Beispiel Partikel, die aus mehreren kleineren Partikeln bestehen, die miteinander verschweißt sind, im Gegensatz zu einzelnen Partikeln, die nicht unbedingt kugelförmig sind. Natürlich ist es prinzipiell nicht möglich, eine einzelne Zahl als "Größe" oder "Form" eines zufälligen nicht-sphärischen Partikels zu definieren, was zu vielen Möglichkeiten führt, die Partikelgröße und -form über verschiedene miteinander verknüpfte Parameter zu schätzen, die alle aus dieser vollständigen 3D-Charakterisierung in Form von Mittelwerten und Verteilungen generiert werden können. Es werden die notwendigen experimentellen Verfahren, die mathematische Analyse und die Computeranalyse beschrieben und ein Beispiel für ein Metallpulver gegeben. Die Technik ist auf Partikel beschränkt, die mit XCT mit einem Minimum von etwa 1000 Voxeln pro Partikelvolumen abgebildet werden können.

Introduction

Die Messung der Größenverteilung der Partikel in einem Pulver ist eine gängige Tätigkeit in Wissenschaft und Industrie ^1,2.  Die Messung der Formverteilung der Partikel ist weniger üblich, aber sowohl Größe als auch Form bestimmen zusammen mit dem Material, aus dem die Partikel hergestellt sind, ihre Eigenschaften, entweder allein oder in einer Art Matrixmaterial 3,4,5,6,7. Zu den Materialien, deren Partikelgröße un....

Protocol

HINWEIS: Das folgende Protokoll wurde für Metallpulverpartikel mit einer Größe zwischen 10 μm und 100 μm geschrieben, die einem volumenäquivalenten Kugeldurchmesser (VESD, Durchmesser der Kugel mit dem gleichen Volumen wie das Partikel) entspricht. Nehmen wir an, dass das Metall eine Dichte in der Einheit g/cm³ hat. Während der Probenvorbereitung sollten Handschuhe und ein Augenschutz getragen werden. Es ist wichtig, alle Schritte in Protokoll 1 durchzulesen, da einige Geräte bereit sein müssen, bevor das Protokoll gestartet wird.

1. Vorbereitung der Epoxid-Pulver-Mischung

1. Bereiten Si....

Results

ASTM hat ein Eignungsprüfungsprogramm (AMPM, Additive Manufacturing Powder Metallurgy) für Metallpulver initiiert, das für das Laser-Pulverbettschmelzen verwendet wird, bei dem die Teilnehmer eine Reihe von Standard-Metallpulvertests durchführen und ASTM die statistische Verteilung dieser Ergebnisse in einem Bericht an die Teilnehmer zusammenstellt⁶¹. Zweimal im Jahr werden Proben von Metallpulver an alle Teilnehmer verteilt. NIST-Mitarbeiter fungieren als einige .......

Discussion

Die XCT-basierte Methode zur Charakterisierung der 3D-Größe und -Form von Metallpartikeln hat mehr Anwendungsmöglichkeiten, aber auch einige Einschränkungen. Die Einschränkungen werden zuerst angesprochen.

Ein schnell aushärtendes Epoxidharz wird verwendet, so dass die Viskosität des Epoxidharzes hoch genug ist, um zu verhindern, dass sich das Pulver während der Aushärtung des Epoxidharzes unter der Schwerkraft absetzt, oder zumindest die Zeit zu verkürzen, in.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Epoxidharz	Ellsworth Klebstoffe https://www.ellsworth.com/products/adhesives/epoxy/hardman-doublebubble-extra-fast-set-epoxy-red-package-3.5-g-packet/	Hardman Teil # 4001	Fall 100