[發(fā)明專利]球形粉末的力學性能測試方法及納米壓痕測試塊

在審

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• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN107132138A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設計）人: 魏崇斌;馬小林;楊曉杰;王彩梅;張衛(wèi)平;許奎雪;李正一
• 申請（專利權(quán)）人: 北京愛康宜誠醫(yī)療器材有限公司
• 主分類號: G01N3/40
• 分類號: G01N3/40;G01N3/08;G01N1/28;G01N1/38;G01N1/36
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司11240
• 代理人: 趙囡囡,梁文惠

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及粉末材料的測試領域，具體而言，涉及一種球形粉末的力學性能測試方法及納米壓痕測試塊。

背景技術(shù)

球形粉末因其圓整度高、流動性好、雜質(zhì)含量低等優(yōu)點，是高性能粉末冶金近凈成形制造，特別是增材制造的重要基礎原料。近年來，航空、航天、汽車及醫(yī)療器材等行業(yè)對鈦/鈦合金、鈷鉻鉬合金、鎳基合金、鋁基合金和不銹鋼等需求量成倍增長，同時，以增材制造技術(shù)為代表的快速成型裝備及工藝技術(shù)(激光快速制造、電子束選區(qū)熔化技術(shù)等)獲得了飛速發(fā)展，特別是鈦及鈦合金、鈷鉻鉬合金、鉭金屬在人工關節(jié)植入物和個性化醫(yī)療方面的應用越來越廣泛。因此增材制造技術(shù)對材料的性能和適用性提出了更高要求，作為產(chǎn)業(yè)基礎的球形金屬粉末材料是增材制造產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的一環(huán)。

針對傳統(tǒng)的粉末冶金原料粉末的技術(shù)特點，已經(jīng)發(fā)展出了一套比較完善的粉末評價方法及標準，如粒徑、比表面積、粒度分布、粉體密度、流速、松裝密度、孔隙率等，但傳統(tǒng)的粉末表征和評價方法中沒有對單個粉末顆粒的硬度和模量的評價方法。現(xiàn)有技術(shù)對增材制造使用的氣霧化粉末已經(jīng)進行了初步的研究，如文獻(材料研究學報,1995,9(3):228-232.)對TC4粉末中不同粒徑粉末表面及內(nèi)部的顯微組織進行了表征，研究不同粒徑粉末的相組成；文獻(中國有色金屬學報，2016，26(5):980-987)對各粒徑氣霧化TC4粉末表面及內(nèi)部的顯微組織、間隙元素含量進行了表征分析。但是，與傳統(tǒng)的粉末冶金工業(yè)相比，目前雖然對增材制造使用的球形粉末進行了微觀組織的分析和表征，但還沒有對增材制造使用的球形粉末的硬度和模量等物理性能的測試方法和定量值的研究報道和測試方法。

因為球形粉末的粒徑在微米尺度，比如10～1000μm之間，傳統(tǒng)的硬度計和測試方法，很難對單個微納米級的球形粉末進行物理性能的定量測試。近年來發(fā)展的納米壓痕技術(shù)用于測量微納米尺度的硬度與彈性模量，也可以用于研究或測試薄膜等納米材料的接觸剛度、蠕變、彈性功、塑性功、斷裂韌性、應力-應變曲線、疲勞、存儲模量及損耗模量等特性，可適用于有機或無機、軟質(zhì)或硬質(zhì)材料的檢測分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩繪釉漆，光學薄膜，微電子鍍膜，保護性薄膜，裝飾性薄膜等等。但是，目前還沒有很好的制樣方法利用納米壓痕儀進行單顆球形粉末的測試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種球形粉末的力學性能測試方法及納米壓痕測試塊，以解決現(xiàn)有技術(shù)中球形粉末的力學性能無法測量的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種球形粉末的力學性能測試方法，包括：步驟S1，提供具有待測球形粉末的固化塊，且固化塊包括一體結(jié)合的樹脂層和待測球形粉末分散層；步驟S2，對固化塊進行研磨，得到可用于納米壓痕儀進行檢測的待測樣塊，其中待測樣塊的待測球形粉末分散層中各待測球形粉末的裸露面為平面；以及步驟S3，使用納米壓痕儀對待測樣塊進行檢測，得到球形粉末的硬度和彈性模量。

進一步地，上述步驟S1包括：將待測球形粉末置于鑲嵌模具中，優(yōu)選待測球形粉末完全覆蓋鑲嵌模具的底面；將樹脂和固化劑混合，形成混合物；將混合物置于鑲嵌模具中形成待固化物；以及使待固化物固化形成固化塊，待測球形粉末分散層靠近鑲嵌模具底部，樹脂層遠離鑲嵌模具底部。

進一步地，上述樹脂和固化劑的重量比為1:1～10:1。

進一步地，上述樹脂為快速環(huán)氧王、水晶王、低粘度環(huán)氧王，混合物在常溫下固化0.1～20h。

進一步地，上述步驟S2包括：在轉(zhuǎn)速為100～400轉(zhuǎn)/分的磨樣機上將樹脂層的遠離待測球形粉末分散層的表面研磨為平面；用500～2000目金相砂紙研磨待測球形粉末分散層的遠離樹脂層的表面5～10分鐘；冷風吹研磨后的固化快5～30秒，得到待測樣塊。

進一步地，上述步驟S3包括：將待測樣塊置于納米壓痕儀中，使用金剛石壓頭在單個待測球形粉末上加載力，并使加載深度為50nm～10000nm，讀取球形粉末的硬度和彈性模量。

進一步地，上述待測球形粉末的平均粒徑D的范圍為：0＜D≤1000μm。

進一步地，上述待測球形粉末為鈦/鈦合金球形粉末、鈷鉻鉬合金球形粉末、鎳基合金球形粉末、鋁基合金球形粉末、不銹鋼球形粉末、鎢金屬球形粉末、鎢合金球形粉末、鈹球形粉末、鎢鉬球形粉末、鉬球形粉末、鉭球形粉末、鎂合金球形粉末中的任意一種。

進一步地，上述鑲嵌模具為圓形模具或方形模具。