Análisis tridimensional de la forma de las partículas mediante tomografía computarizada de rayos X: procedimiento experimental y algoritmos de análisis para polvos metálicos

Summary

El tamaño y la forma de las partículas de polvo no son cantidades independientes. Las técnicas de medición habituales no miden estos parámetros entrelazados en tres dimensiones (3D). Se describe una técnica de medición/análisis 3D, basada en la tomografía computarizada de rayos X, que permite medir el tamaño y la forma y clasificar las partículas de polvo según ambos parámetros.

Abstract

Medir la distribución del tamaño de las partículas en un polvo es una actividad común en la ciencia y la industria. La medición de la distribución de la forma de las partículas es mucho menos común. Sin embargo, la forma y el tamaño de las partículas de polvo no son cantidades independientes. Todas las técnicas conocidas de medición de tamaño/forma asumen una forma esférica o miden la forma solo en dos dimensiones. El método basado en tomografía computarizada de rayos X (XCT) que se presenta aquí mide tanto el tamaño como la forma en 3D sin hacer ninguna suposición. A partir de una imagen 3D de partículas, el método puede clasificar matemáticamente las partículas según su forma, por ejemplo, partículas compuestas por varias partículas más pequeñas soldadas entre sí, en lugar de partículas individuales que no son necesariamente esféricas. Por supuesto, definir un solo número como el "tamaño" o la "forma" de una partícula no esférica aleatoria no es posible en principio, lo que lleva a muchas formas de estimar el tamaño y la forma de la partícula a través de varios parámetros interrelacionados, que se pueden generar a partir de esta caracterización 3D completa en forma de promedios y distribuciones. Se describen los procedimientos experimentales necesarios, el análisis matemático y el análisis informático y se da un ejemplo de un polvo metálico. La técnica se limita a partículas que pueden ser fotografiadas por XCT con un mínimo de aproximadamente 1000 vóxeles por volumen de partícula.

Introduction

La medición de la distribución del tamaño de las partículas en un polvo es una actividad común en la ciencia y la industria ^1,2.  La medición de la distribución de la forma de las partículas es menos común, pero tanto el tamaño como la forma, junto con el material del que están hechas las partículas, determinan sus propiedades, ya sea solas o en algún tipo de material de matriz 3,4,5,6,7. Los materiales cuyo tamaño ....

Protocol

NOTA: El siguiente protocolo está escrito para partículas de polvo metálico con tamaño, de acuerdo con una aproximación de diámetro esférico equivalente en volumen (VESD, diámetro de la esfera con el mismo volumen que la partícula), entre 10 μm y 100 μm. Supongamos que el metal tiene una densidad en unidades de g/cm³. Se deben usar guantes durante los pasos de preparación de la muestra, junto con protección para los ojos. Es importante leer todos los pasos del Protocolo 1, ya que algunos equipos deben estar listos antes de iniciar el Protocolo.

1. Preparación de la mezcla epoxi-polvo

1. ....

Results

ASTM ha iniciado un programa de pruebas de aptitud (AMPM, Fabricación Aditiva de Pulvimetalurgia) para el polvo metálico utilizado para la fusión de lecho de polvo láser, donde los participantes llevan a cabo una batería de pruebas estándar de polvo metálico y ASTM compila la distribución estadística de estos resultados en un informe para los participantes⁶¹. Las muestras de polvo metálico se distribuyen dos veces al año a todos los participantes. El personal del .......

Discussion

El método basado en XCT para caracterizar el tamaño y la forma 3D de las partículas metálicas tiene más aplicaciones posibles, pero también algunas limitaciones. Primero se abordarán las limitaciones.

Se utiliza un epoxi de curado rápido para que la viscosidad del epoxi sea lo suficientemente alta como para evitar que el polvo se asiente por gravedad mientras el epoxi se cura, o al menos reducir el tiempo durante el cual podría ocurrir la sedimentación y degra.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Epoxi	Adhesivos Ellsworth https://www.ellsworth.com/products/adhesives/epoxy/hardman-doublebubble-extra-fast-set-epoxy-red-package-3.5-g-packet/	Hardman Parte #4001	Caja de 100