Трехмерный анализ формы частиц с помощью рентгеновской компьютерной томографии: экспериментальная методика и алгоритмы анализа металлических порошков

Summary

Размер и форма частиц порошка не являются независимыми величинами. Обычные методы измерения не измеряют эти взаимосвязанные параметры в трех измерениях (3D). Описан метод 3D-измерения/анализа, основанный на рентгеновской компьютерной томографии, которая позволяет измерять размер и форму и классифицировать частицы порошка в соответствии с обоими параметрами.

Abstract

Измерение распределения частиц в порошке по размерам является обычным занятием в науке и промышленности. Измерение распределения частиц по форме встречается гораздо реже. Однако форма и размер частиц порошка не являются независимыми величинами. Все известные методы измерения размера/формы либо принимают сферическую форму, либо измеряют форму только в двух измерениях. Представленный здесь метод, основанный на рентгеновской компьютерной томографии (XCT), измеряет размер и форму в 3D без каких-либо предположений. Начиная с 3D-изображения частиц, метод может математически классифицировать частицы в соответствии с формой, например, частицы, состоящие из нескольких более мелких частиц, сваренных вместе, в отличие от отдельных частиц, которые не обязательно имеют сферическую форму. Конечно, определение одного числа как «размера» или «формы» случайной несферической частицы невозможно в принципе, что приводит к множеству способов оценки размера и формы частицы с помощью различных взаимосвязанных параметров, которые могут быть сгенерированы из этой полной трехмерной характеристики в виде средних значений и распределений. Описаны необходимые экспериментальные процедуры, математический и компьютерный анализ, а также приведен пример для металлического порошка. Этот метод ограничен частицами, которые могут быть визуализированы с помощью XCT с минимальным содержанием около 1000 вокселей на объем частицы.

Introduction

Измерение распределения частиц в порошке по размерам является обычным занятием в науке и промышленности ^1,2.  Измерение распределения формы частиц встречается реже, но и размер, и форма, а также материал, из которого они изготовлены, определяют их свойства, либо отдельно, либо в каком-либо матричном материале 3,4,5,6,7. Материалы, размер и форма частиц которых представляют интерес, включают портландцемент, песок и г....

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующий протокол составлен для частиц металлического порошка с размером, в соответствии с приближением объемного эквивалента сферического диаметра (VESD, диаметр сферы с тем же объемом, что и частица), от 10 мкм до 100 мкм. Предположим, что металл имеет плотность в единицах г/^см3. На этапах подготовки образца следует надевать перчатки, а также средства защиты глаз. Важно прочитать все шаги в Протоколе 1, так как некоторое оборудование должно быть готово до начала работы Протокола.

1. Приготовление эпоксидно-порошковой смеси

1. Приготовьте примерно 25 г быстротвердеющей (5 м....

Results

Компания ASTM инициировала программу проверки квалификации (AMPM, Additive Manufacturing Powder Metallurgy) для металлического порошка, используемого для лазерного сплавления порошкового слоя, в рамках которой участники проводят серию стандартных испытаний металлического порошка, а ASTM составляет статистическое распределение этих результатов в отчете для участников⁶¹. Образцы металлического порошка раздаются два раза в год всем участникам. Сотрудники NIST выступа.......

Discussion

Метод определения 3D-размера и формы металлических частиц на основе XCT имеет больше возможных применений, но также и некоторые ограничения. Ограничения будут устранены в первую очередь.

Быстроотверждаемая эпоксидная смола используется для того, чтобы вязкость эпоксидной смолы была достаточно высокой, чтобы предотвратить осаждение порошка под действием силы тяжести во время отверждения эпоксидной смолы или, по крайней мере, сократить время, в течение которого .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Эпоксидка	Ellsworth Adhesives https://www.ellsworth.com/products/adhesives/epoxy/hardman-doublebubble-extra-fast-set-epoxy-red-package-3.5-g-packet/	Хардман Часть #4001	Дело 100