Driedimensionale analyse van deeltjesvormen met behulp van röntgencomputertomografie: experimentele procedure en analyse-algoritmen voor metaalpoeders

Summary

De grootte en vorm van poederdeeltjes zijn geen onafhankelijke grootheden. Gebruikelijke meettechnieken meten deze met elkaar verweven parameters niet in drie dimensies (3D). Er wordt een 3D-meet-/analysetechniek beschreven, gebaseerd op röntgencomputertomografie, die grootte en vorm kan meten en poederdeeltjes kan classificeren op basis van beide parameters.

Abstract

Het meten van de grootteverdeling van de deeltjes in een poeder is een veel voorkomende activiteit in de wetenschap en de industrie. Het meten van de vormverdeling van de deeltjes is veel minder gebruikelijk. De vorm en grootte van poederdeeltjes zijn echter geen onafhankelijke grootheden. Alle bekende technieken voor het meten van maten/vormen gaan uit van een bolvorm of meten de vorm slechts in twee dimensies. De op röntgencomputertomografie (XCT) gebaseerde methode die hier wordt gepresenteerd, meet zowel de grootte als de vorm in 3D zonder enige aannames te doen. Uitgaande van een 3D-beeld van deeltjes, kan de methode deeltjes wiskundig classificeren op basis van vorm, bijvoorbeeld deeltjes die zijn samengesteld uit verschillende kleinere deeltjes die aan elkaar zijn gelast, in tegenstelling tot afzonderlijke deeltjes die niet noodzakelijkerwijs bolvormig zijn. Natuurlijk is het in principe niet mogelijk om een enkel getal te definiëren als de "grootte" of "vorm" van een willekeurig niet-bolvormig deeltje, wat leidt tot vele manieren om de deeltjesgrootte en -vorm te schatten via verschillende onderling verbonden parameters, die allemaal kunnen worden gegenereerd op basis van deze volledige 3D-karakterisering in de vorm van gemiddelden en verdelingen. De noodzakelijke experimentele procedures, wiskundige analyse en computeranalyse worden beschreven en er wordt een voorbeeld gegeven voor een metaalpoeder. De techniek is beperkt tot deeltjes die door XCT kunnen worden afgebeeld met een minimum van ongeveer 1000 voxels per deeltjesvolume.

Introduction

Het meten van de grootteverdeling van de deeltjes in een poeder is een veel voorkomende activiteit in de wetenschap en industrie ^1,2.  Het meten van de vormverdeling van de deeltjes is minder gebruikelijk, maar zowel de grootte als de vorm, samen met het materiaal waarvan de deeltjes zijn gemaakt, bepalen hun eigenschappen, alleen of in een soort matrixmateriaal 3,4,5,6,7. Materialen waarvan de deeltjesgrootte en -v....

Protocol

OPMERKING: Het volgende protocol is geschreven voor metaalpoederdeeltjes met een grootte, volgens een volume-equivalente bolvormige diameter (VESD, diameter van de bol met hetzelfde volume als deeltje) benadering, tussen 10 μm en 100 μm. Stel dat het metaal een dichtheid heeft in eenheden van g/cm³. Handschoenen moeten worden gedragen tijdens de voorbereidingsstappen van het monster, samen met oogbescherming. Het is belangrijk om alle stappen in Protocol 1 door te nemen, aangezien sommige apparatuur gereed moet zijn voordat het Protocol wordt gestart.

1. Bereiding van het epoxy-poedermengsel

Results

ASTM is een bekwaamheidstestprogramma (AMPM, Additive Manufacturing Powder Metallurgy) gestart voor metaalpoeder dat wordt gebruikt voor laserpoederbedfusie, waarbij deelnemers een reeks standaard metaalpoedertests uitvoeren en ASTM de statistische verdeling van deze resultaten samenstelt in een rapport aan de deelnemers⁶¹. Monsters van metaalpoeder worden twee keer per jaar uitgedeeld aan alle deelnemers. NIST-personeel dient als sommige van de technische adviseu.......

Discussion

De op XCT gebaseerde methode voor het karakteriseren van de 3D-grootte en -vorm van metaaldeeltjes heeft meer toepassingsmogelijkheden, maar ook enkele beperkingen. De beperkingen worden eerst aangepakt.

Een snel uithardende epoxy wordt gebruikt zodat de viscositeit van de epoxy hoog genoeg is om te voorkomen dat het poeder onder de zwaartekracht bezinkt terwijl de epoxy uithardt, of op zijn minst de tijd verkort waarin het bezinken zou kunnen plaatsvinden en .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Epoxy	Ellsworth Adhesives https://www.ellsworth.com/products/adhesives/epoxy/hardman-doublebubble-extra-fast-set-epoxy-red-package-3.5-g-packet/	Hardman Part # 4001	case of 100