Analyse tridimensionnelle de la forme des particules à l’aide de la tomodensitométrie à rayons X : procédure expérimentale et algorithmes d’analyse pour les poudres métalliques

Summary

La taille et la forme des particules de poudre ne sont pas des quantités indépendantes. Les techniques de mesure habituelles ne mesurent pas ces paramètres entrelacés en trois dimensions (3D). Une technique de mesure/analyse 3D, basée sur la tomographie à rayons X, est décrite, qui permet de mesurer la taille et la forme et de classer les particules de poudre en fonction des deux paramètres.

Abstract

La mesure de la distribution granulométrique des particules dans une poudre est une activité courante dans la science et l’industrie. La mesure de la distribution de la forme des particules est beaucoup moins courante. Cependant, la forme et la taille des particules de poudre ne sont pas des quantités indépendantes. Toutes les techniques de mesure de taille/forme connues prennent une forme sphérique ou mesurent la forme en deux dimensions seulement. La méthode basée sur la tomodensitométrie à rayons X (XCT) présentée ici mesure à la fois la taille et la forme en 3D sans faire d’hypothèses. À partir d’une image 3D de particules, la méthode permet de classer mathématiquement les particules en fonction de leur forme, par exemple des particules composées de plusieurs particules plus petites soudées ensemble, par opposition à des particules uniques qui ne sont pas nécessairement sphériques. Bien sûr, définir un nombre unique comme la « taille » ou la « forme » d’une particule non sphérique aléatoire n’est pas possible en principe, ce qui conduit à de nombreuses façons d’estimer la taille et la forme des particules via divers paramètres interconnectés, qui peuvent tous être générés à partir de cette caractérisation 3D complète sous forme de moyennes et de distributions. Les procédures expérimentales nécessaires, l’analyse mathématique et l’analyse informatique sont décrites et un exemple est donné pour une poudre métallique. La technique est limitée aux particules qui peuvent être imagées par XCT avec un minimum d’environ 1000 voxels par volume de particules.

Introduction

La mesure de la distribution granulométrique des particules dans une poudre est une activité courante dans la science et l’industrie ^1,2.  La mesure de la distribution de la forme des particules est moins courante, mais la taille et la forme, ainsi que le matériau à partir duquel les particules sont fabriquées, déterminent leurs propriétés, seules ou dans une sorte de matériau matriciel 3,4,5,6,7. Les matériaux don....

Protocol

REMARQUE : Le protocole suivant est écrit pour les particules de poudre métallique dont la taille, selon une approximation du diamètre sphérique équivalent-volume (VESD, diamètre de la sphère avec le même volume que la particule), est comprise entre 10 μm et 100 μm. Supposons que le métal ait une masse volumique en g/cm³. Des gants doivent être portés pendant les étapes de préparation de l’échantillon, ainsi qu’une protection oculaire. Il est important de relire toutes les étapes du Protocole 1, car certains équipements doivent être prêts avant de commencer le Protocole.

1. Préparation du mélange é....

Results

L’ASTM a lancé un programme d’essais d’aptitude (AMPM, Additive Manufacturing Powder Metallurgy) pour la poudre métallique utilisée pour la fusion laser sur lit de poudre, où les participants effectuent une batterie d’essais standard sur poudre métallique et l’ASTM compile la distribution statistique de ces résultats dans un rapport aux participants⁶¹. Des échantillons de poudre métallique sont distribués deux fois par an à tous les participants. Le personnel du N.......

Discussion

La méthode XCT pour caractériser la taille et la forme 3D des particules métalliques a plus d’applications possibles, mais aussi certaines limites. Les limitations seront abordées en premier.

Un époxy à durcissement rapide est utilisé de sorte que la viscosité de l’époxy soit suffisamment élevée pour empêcher la poudre de se déposer par gravité pendant le durcissement de l’époxy, ou du moins réduire le temps pendant lequel la sédimentation pourrait se produire.......

Materials

List of materials used in this article

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