Análise tridimensional da forma de partículas usando tomografia computadorizada de raios X: procedimento experimental e algoritmos de análise para pós metálicos

Summary

O tamanho e a forma das partículas de pó não são quantidades independentes. As técnicas de medição usuais não medem esses parâmetros entrelaçados em três dimensões (3D). É descrita uma técnica de medição/análise 3D, baseada em tomografia computadorizada de raios-X, que pode medir tamanho e forma e classificar partículas de pó de acordo com ambos os parâmetros.

Abstract

Medir a distribuição de tamanho das partículas em um pó é uma atividade comum na ciência e na indústria. Medir a distribuição de forma das partículas é muito menos comum. No entanto, a forma e o tamanho das partículas de pó não são quantidades independentes. Todas as técnicas conhecidas de medição de tamanho/forma assumem uma forma esférica ou medem a forma apenas em duas dimensões. O método baseado em tomografia computadorizada de raios-X (XCT) apresentado aqui mede tamanho e forma em 3D sem fazer suposições. A partir de uma imagem 3D de partículas, o método pode classificar matematicamente as partículas de acordo com a forma, por exemplo, partículas compostas por várias partículas menores soldadas entre si, em oposição a partículas únicas que não são necessariamente esféricas. É claro que definir um único número como o "tamanho" ou "forma" de uma partícula aleatória não esférica não é possível em princípio, levando a muitas maneiras de estimar o tamanho e a forma das partículas por meio de vários parâmetros interligados, que podem ser gerados a partir dessa caracterização 3D completa na forma de médias e distribuições. Os procedimentos experimentais necessários, análise matemática e análise computacional são descritos e um exemplo é dado para um pó metálico. A técnica é limitada a partículas que podem ser visualizadas por XCT com um mínimo de cerca de 1000 voxels por volume de partícula.

Introduction

Medir a distribuição de tamanho das partículas em um pó é uma atividade comum na ciência e na indústria ^1,2.  Medir a distribuição da forma das partículas é menos comum, mas tanto o tamanho quanto a forma, juntamente com o material do qual as partículas são feitas, determinam suas propriedades, isoladamente ou em algum tipo de material de matriz 3,4,5,6,7. Os materiais cujo tamanho e forma de partícula são de intere....

Protocol

NOTA: O protocolo a seguir é escrito para partículas de pó metálico com tamanho, de acordo com uma aproximação de diâmetro esférico equivalente a volume (VESD, diâmetro da esfera com o mesmo volume que a partícula), entre 10 μm e 100 μm. Suponha que o metal tenha uma densidade em unidades de g/cm³. Luvas devem ser usadas durante as etapas de preparação da amostra, juntamente com proteção para os olhos. É importante ler todas as etapas do Protocolo 1, pois alguns equipamentos precisam estar prontos antes de iniciar o Protocolo.

1. Preparação da mistura epóxi-pó

1. Prepare aproximadamente ....

Results

A ASTM iniciou um programa de testes de proficiência (AMPM, Additive Manufacturing Powder Metallurgy) para pó metálico usado para fusão em leito de pó a laser, onde os participantes realizam uma bateria de testes padrão de pó metálico e a ASTM compila a distribuição estatística desses resultados em um relatório para os participantes⁶¹. Amostras de pó metálico são distribuídas duas vezes por ano a todos os participantes. O pessoal do NIST atua como alguns dos consu.......

Discussion

O método baseado em XCT para caracterizar o tamanho e a forma 3D de partículas metálicas tem mais aplicações possíveis, mas também algumas limitações. As limitações serão abordadas primeiro.

Um epóxi de cura rápida é usado para que a viscosidade do epóxi seja alta o suficiente para evitar que o pó se assente sob a gravidade enquanto o epóxi está curando, ou pelo menos reduzindo o tempo durante o qual a sedimentação pode acontecer e a dispersão inicial bem espa.......

Materials

List of materials used in this article

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