《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則》征求意見稿

ICS77.040.99

CCSH71

團體標準

T/CSTMXXXXX—2023

民用飛機增材制造用金屬粉末

流變性能試驗通則

Generalrulesfortestingrheologicalpropertiesofmetalpowdersusedin

additivemanufacturingofcivilaircraft

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

中關村材料試驗技術聯盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX—2020

民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則

警示——使用本文件的人員應有正規(guī)實驗室工作的實踐經驗。本文件并未指出所有可能的安全問

題。使用者有責任采取適當的安全和健康措施，并保證符合國家有關法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則。

本文件適用于民用飛機增材制造用金屬粉末。

本文件適用于粉末床熔融（Powderbedfusion）、粉末定向能量沉積（Powderdirectedenergy

deposition）等以金屬粉末作為原材料的增材制造技術。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1基本流動能basicflowenergy

螺旋槳葉在特定體積的粉末內向下旋轉克服流動阻力所需要的能量，單位為mJ。

3.2固結能consolidatedenergy

螺旋槳葉在振實粉末內向下旋轉克服流動阻力所需要的能量，單位為mJ。

3.3可壓性compressibility

透氣壓頭在粉末內向下運動所需要的能量，通常按給定正應力的可壓縮百分比進行量化，單位為%。

3.4充氣能aeratedenergy

當空氣被引入粉末中時，克服粉末中葉片旋轉阻力所需的能量，單位為mJ。

3.5壁面摩擦角wallfrictionangle

表示粉末顆粒與固體壁間摩擦特性的物理量，單位為°。

4原理

4.1穩(wěn)定性測試

將被測粉末裝在底端密閉的測試容器中，施加一定外部變量，啟動螺旋槳葉使其旋轉上下貫穿粉末

樣品，計算螺旋槳葉通過粉末時所施加的扭矩和阻力，對旋轉阻力和縱向阻力進行測量，獲得主要流變

性能參數，包括基本流動能。

1

T/CSTMXXXXX—2020

4.2固結性測試

將被測粉末裝在底部密封的測試容器中，隨后將粉末振實，施加一定外部變量，啟動螺旋槳葉使其

旋轉上下貫穿粉末樣品，計算螺旋槳葉通過粉末時所施加的扭矩和阻力，對旋轉阻力和縱向阻力進行測

量，獲得主要流變性能參數，包括固結能。

4.3充氣能測試

將空氣引入粉體柱的底部，通過測量流動能的降低來量化粉體流動性的變化。

4.4剪切盒測試

剪切頭平面接觸到粉體表面時引發(fā)正應力，當剪切頭轉動時，粉床產生阻力，導致剪切應力增加，

直至粉床屈服或發(fā)生剪切，得到最大剪切應力。

4.5壁面摩擦測試

當壁面摩擦頭接觸到粉末并旋轉時，粉床會阻礙其運動，導致扭矩不斷增加，克服阻力的瞬間可得

最大扭矩。壁面摩擦頭按預定時長以固定速度繼續(xù)旋轉，測得保持該旋轉所需的扭矩，從而得到穩(wěn)態(tài)剪

切應力。

5儀器和設備

5.1粉體流變儀

它由計算機控制，在測試過程中，力傳感器位于測試容器的下方并固定在支撐測試容器的臺面上。

5.2螺旋槳葉

它可以用來調節(jié)粉體試樣，消除粉體歷史影響因素，使其處于均質分散狀態(tài)，在粉體內產生可重復

的應力條件。

5.3剪切頭

剪切頭用于在粉體上引發(fā)已知的正應力。在施加該固結應力時，剪切頭轉動，以在槳葉下方的剪切

區(qū)域產生剪切應力。

5.4壁面摩擦頭

當不銹鋼盤片接觸到粉體頂部時，壁面摩擦頭向下移動到粉體表面，并產生正應力。壁面摩擦頭繼

續(xù)向下移動，直到產生所需的正應力。然后開始緩慢旋轉壁面摩擦頭，并產生剪切應力，在不銹鋼盤片

與粉體表面間建立剪切平面。

5.5測量容器

可被固定的容納被測粉體的容器。

5.6剪切盒

旋轉剪切盒模塊包括盛放粉體樣品的容器和剪切頭，剪切頭運動時產生垂直和旋轉應力。

6樣品

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T/CSTMXXXXX—2020

增材制造用金屬粉末。

7試驗步驟

7.1基本流動能測試

基本流動能的測試方法和步驟如下：

a)烘干被測金屬粉末，在室溫下進行測試；

b)啟動所選的測試程序；

c)將樣品放置于測試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個樣品，使其處于均質分散狀態(tài)；

e)通過切分組件將多余的粉末從測試池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齊平；

f)螺旋槳葉由頂至底下行通過粉體樣品，測量所需要的能量；

g)重復測量三次，取平均值。

7.2固結能測試

固結能的測試方法和步驟如下：

a)烘干被測金屬粉末，在室溫下進行測試；

b)啟動所選的測試程序；

c)將樣品放置于測試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個樣品，使其處于均質分散狀態(tài)；

e)使用振動裝置振動，使粉體達到預固結狀態(tài)。經客戶同意，振動也可采用人工操作的方式進行；

f)通過切分組件將多余的粉末從測試池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齊平；

g)螺旋槳葉由頂至底下行通過粉體樣品，測量所需要的能量；

h)重復測量三次，取平均值。

7.3可壓性測試

可壓性的測試方法和步驟如下：

a)烘干被測金屬粉末，在室溫下進行測試；

b)啟動所選的測試程序；

c)將樣品放置于測試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個樣品，使其處于均質分散狀態(tài)；

e)通過切分組件將多余的粉末從測試池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齊平；

f)將透氣壓頭安裝到儀器上，向下壓縮粉體樣品，測量粉體的可壓性；

g)重復測量三次，取平均值。

7.4充氣能測試

充氣能的測試方法和步驟如下：

a)烘干被測金屬粉末，在室溫下進行測試；

b)啟動所選的測試程序；

c)將樣品放置于測試容器中；

d)從充氣底座充入受控氣流，可以是壓縮空氣、氮氣或其他惰性氣體；

e)螺旋槳葉通過粉體樣品，測量所需要的能量；

f)重復測量三次，取平均值。

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7.5剪切盒測試

剪切盒的測試方法和步驟如下：

a)烘干被測金屬粉末，在室溫下進行測試；

b)啟動所選的測試程序；

c)將樣品放置于測試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個樣品，使其處于均質分散狀態(tài)；

e)將透氣壓頭安裝到儀器上，向下壓縮粉體樣品；

f)通過切分組件將多余的粉末從測試池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齊平；

g)換透氣壓頭為剪切頭，進行剪切盒測試；

h)重復測量三次，取平均值。

7.6壁面摩擦角測試

壁面摩擦角的測試方法和步驟如下：

a)烘干被測金屬粉末，在室溫下進行測試；

b)啟動所選的測試程序；

c)將樣品放置于測試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個樣品，使其處于均質分散狀態(tài)；

e)將透氣壓頭安裝到儀器上，向下壓縮粉體樣品；

f)通過切分組件將多余的粉末從測試池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齊平；

g)換透氣壓頭為壁面摩擦頭，進行壁面摩擦角測試；

h)重復測量三次，取平均值。

8試驗報告

試驗報告應當包括下列內容：

a)本標準編號及名稱；

b)粉末批次號；

c)測量容器尺寸；

d)壁面摩擦頭盤片粗糙度；

e)基本流動能、固結能、可壓性、充氣能、剪切盒、壁面摩擦角測試結果；

f)任何可能影響試驗結果的操作及外因。

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附錄A

（資料性）

起草單位和主要起草人

本文件起草單位：中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院、上海理工大學。

本文件主要起草人：黃文靜、梁恩泉、侯娟、楊義、王皞。

5

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參考文獻

[1]ASTMD7891StandardTestMethodforShearTestingofPowdersUsingtheFreeman

TechnologyFT4PowderRheometerShearCell

_________________________________

6

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前言

本文件參照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》，GB/T20001.4《標

準編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標準》給出的規(guī)則起草。

請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。

本文件由中國材料與試驗團體標準委員會民機材料領域委員會（CSTM/FC66）提出。

本文件由中國材料與試驗團體標準委員會民機材料領域委員會（CSTM/FC66）或技術委員會

（CSTM/FCXX/TCXX）歸口。

I

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民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則

警示——使用本文件的人員應有正規(guī)實驗室工作的實踐經驗。本文件并未指出所有可能的安全問

題。使用者有責任采取適當的安全和健康措施，并保證符合國家有關法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則。

本文件適用于民用飛機增材制造用金屬粉末。

本文件適用于粉末床熔融（Powderbedfusion）、粉末定向能量沉積（Powderdirectedenergy

deposition）等以金屬粉末作為原材料的增材制造技術。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1基本流動能basicflowenergy

螺旋槳葉在特定體積的粉末內向下旋轉克服流動阻力所需要的能量，單位為mJ。

3.2固結能consolidatedenergy

螺旋槳葉在振實粉末內向下旋轉克服流動阻力所需要的能量，單位為mJ。

3.3可壓性compressibility

透氣壓頭在粉末內向下運動所需要的能量，通常按給定正應力的可壓縮百分比進行量化，單位為%。

3.4充氣能aeratedenergy

當空氣被引入粉末中時，克服粉末中葉片旋轉阻力所需的能量，單位為mJ。

3.5壁面摩擦角wallfrictionangle

表示粉末顆粒與固體壁間摩擦特性的物理量，單位為°。

4原理

4.1穩(wěn)定性測試

將被測粉末裝在底端密閉的測試容器中，施加一定外部變量，啟動螺旋槳葉使其旋轉上下貫穿粉末

樣品，計算螺旋槳葉通過粉末時所施加的扭矩和阻力，對旋轉阻力和縱向阻力進行測量，獲得主要流變

性能參數，包括基本流動能。

1

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4.2固結性測試

將被測粉末裝在底部密封的測試容器中，隨后將粉末振實，施加一定外部變量，啟動螺旋槳葉使其

旋轉上下貫穿粉末樣品，計算螺旋槳葉通過粉末時所施加的扭矩和阻力，對旋轉阻力和縱向阻力進行測

量，獲得主要流變性能參數，包括固結能。

4.3充氣能測試

將空氣引入粉體柱的底部，通過測量流動能的降低來量化粉體流動性的變化。

4.4剪切盒測試

剪切頭平面接觸到粉體表面時引發(fā)正應力，當剪切頭轉動時，粉床產生阻力，導致剪切應力增加，

直至粉床屈服或發(fā)生剪切，得到最大剪切應力。

4.5壁面摩擦測試

當壁面摩擦頭接觸到粉末并旋轉時，粉床會阻礙其運動，導致扭矩不斷增加，克服阻力的瞬間可得

最大扭矩。壁面摩擦頭按預定時長以固定速度繼續(xù)旋轉，測得保持該旋轉所需的扭矩，從而得到穩(wěn)態(tài)剪

切應力。

5儀器和設備

5.1粉體流變儀

它由計算機控制，在測試過程中，力傳感器位于測試容器的下方并固定在支撐測試容器的臺面上。

5.2螺旋槳葉

它可以用來調節(jié)粉體試樣，消除粉體歷史影響因素，使其處于均質分散狀態(tài)，在粉體內產生可重復

的應力條件。

5.3剪切頭

剪切頭用于在粉體上引發(fā)已知的正應力。在施加該固結應力時，剪切頭轉動，以在槳葉下方的剪切

區(qū)域產生剪切應力。

5.4壁面摩擦頭

當不銹鋼盤片接觸到粉體頂部時，壁面摩擦頭向下移動到粉體表面，并產生正應力。壁面摩擦頭繼

續(xù)向下移動，直到產生所需的正應力。然后開始緩慢旋轉壁面摩擦頭，并產生剪切應力，在不銹鋼盤片

與粉體表面間建立剪切平面。

5.5測量容器

可被固定的容納被測粉體的容器。

5.6剪切盒

旋轉剪切盒模塊包括盛放粉體樣品的容器和剪切頭，剪切頭運動時產生垂直和旋轉應力。

6樣品

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增材制造用金屬粉末。

7試驗步驟

7.1基本流動能測試

基本流動能的測試方法和步驟如下：

a)烘干被測金屬粉末，在室溫下進行測試；

b)啟動所選的測試程序；

c)將樣品放置于測試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個樣品，使其處于均質分散狀態(tài)；

e)通過切分組件將多余的粉末從測試池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齊平；

f)螺