《民用飛機(jī)增材制造用金屬粉末流變性能試驗(yàn)通則》征求意見(jiàn)稿

ICS77.040.99

CCSH71

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX—2023

民用飛機(jī)增材制造用金屬粉末

流變性能試驗(yàn)通則

Generalrulesfortestingrheologicalpropertiesofmetalpowdersusedin

additivemanufacturingofcivilaircraft

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX—2020

民用飛機(jī)增材制造用金屬粉末流變性能試驗(yàn)通則

警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問(wèn)

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧?，并保證符合國(guó)家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了民用飛機(jī)增材制造用金屬粉末流變性能試驗(yàn)通則。

本文件適用于民用飛機(jī)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(shù)。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒(méi)有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1基本流動(dòng)能basicflowenergy

螺旋槳葉在特定體積的粉末內(nèi)向下旋轉(zhuǎn)克服流動(dòng)阻力所需要的能量，單位為mJ。

3.2固結(jié)能consolidatedenergy

螺旋槳葉在振實(shí)粉末內(nèi)向下旋轉(zhuǎn)克服流動(dòng)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(nèi)向下運(yùn)動(dòng)所需要的能量，通常按給定正應(yīng)力的可壓縮百分比進(jìn)行量化，單位為%。

3.4充氣能aeratedenergy

當(dāng)空氣被引入粉末中時(shí)，克服粉末中葉片旋轉(zhuǎn)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(cè)試

將被測(cè)粉末裝在底端密閉的測(cè)試容器中，施加一定外部變量，啟動(dòng)螺旋槳葉使其旋轉(zhuǎn)上下貫穿粉末

樣品，計(jì)算螺旋槳葉通過(guò)粉末時(shí)所施加的扭矩和阻力，對(duì)旋轉(zhuǎn)阻力和縱向阻力進(jìn)行測(cè)量，獲得主要流變

性能參數(shù)，包括基本流動(dòng)能。

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T/CSTMXXXXX—2020

4.2固結(jié)性測(cè)試

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

旋轉(zhuǎn)上下貫穿粉末樣品，計(jì)算螺旋槳葉通過(guò)粉末時(shí)所施加的扭矩和阻力，對(duì)旋轉(zhuǎn)阻力和縱向阻力進(jìn)行測(cè)

量，獲得主要流變性能參數(shù)，包括固結(jié)能。

4.3充氣能測(cè)試

將空氣引入粉體柱的底部，通過(guò)測(cè)量流動(dòng)能的降低來(lái)量化粉體流動(dòng)性的變化。

4.4剪切盒測(cè)試

剪切頭平面接觸到粉體表面時(shí)引發(fā)正應(yīng)力，當(dāng)剪切頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，粉床產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致剪切應(yīng)力增加，

直至粉床屈服或發(fā)生剪切，得到最大剪切應(yīng)力。

4.5壁面摩擦測(cè)試

當(dāng)壁面摩擦頭接觸到粉末并旋轉(zhuǎn)時(shí)，粉床會(huì)阻礙其運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)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(yù)定時(shí)長(zhǎng)以固定速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，測(cè)得保持該旋轉(zhuǎn)所需的扭矩，從而得到穩(wěn)態(tài)剪

切應(yīng)力。

5儀器和設(shè)備

5.1粉體流變儀

它由計(jì)算機(jī)控制，在測(cè)試過(guò)程中，力傳感器位于測(cè)試容器的下方并固定在支撐測(cè)試容器的臺(tái)面上。

5.2螺旋槳葉

它可以用來(lái)調(diào)節(jié)粉體試樣，消除粉體歷史影響因素，使其處于均質(zhì)分散狀態(tài)，在粉體內(nèi)產(chǎn)生可重復(fù)

的應(yīng)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(yīng)力。在施加該固結(jié)應(yīng)力時(shí)，剪切頭轉(zhuǎn)動(dòng)，以在槳葉下方的剪切

區(qū)域產(chǎn)生剪切應(yīng)力。

5.4壁面摩擦頭

當(dāng)不銹鋼盤(pán)片接觸到粉體頂部時(shí)，壁面摩擦頭向下移動(dòng)到粉體表面，并產(chǎn)生正應(yīng)力。壁面摩擦頭繼

續(xù)向下移動(dòng)，直到產(chǎn)生所需的正應(yīng)力。然后開(kāi)始緩慢旋轉(zhuǎn)壁面摩擦頭，并產(chǎn)生剪切應(yīng)力，在不銹鋼盤(pán)片

與粉體表面間建立剪切平面。

5.5測(cè)量容器

可被固定的容納被測(cè)粉體的容器。

5.6剪切盒

旋轉(zhuǎn)剪切盒模塊包括盛放粉體樣品的容器和剪切頭，剪切頭運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生垂直和旋轉(zhuǎn)應(yīng)力。

6樣品

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增材制造用金屬粉末。

7試驗(yàn)步驟

7.1基本流動(dòng)能測(cè)試

基本流動(dòng)能的測(cè)試方法和步驟如下：

a)烘干被測(cè)金屬粉末，在室溫下進(jìn)行測(cè)試；

b)啟動(dòng)所選的測(cè)試程序；

c)將樣品放置于測(cè)試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個(gè)樣品，使其處于均質(zhì)分散狀態(tài)；

e)通過(guò)切分組件將多余的粉末從測(cè)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(guò)粉體樣品，測(cè)量所需要的能量；

g)重復(fù)測(cè)量三次，取平均值。

7.2固結(jié)能測(cè)試

固結(jié)能的測(cè)試方法和步驟如下：

a)烘干被測(cè)金屬粉末，在室溫下進(jìn)行測(cè)試；

b)啟動(dòng)所選的測(cè)試程序；

c)將樣品放置于測(cè)試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個(gè)樣品，使其處于均質(zhì)分散狀態(tài)；

e)使用振動(dòng)裝置振動(dòng)，使粉體達(dá)到預(yù)固結(jié)狀態(tài)。經(jīng)客戶同意，振動(dòng)也可采用人工操作的方式進(jìn)行；

f)通過(guò)切分組件將多余的粉末從測(cè)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(guò)粉體樣品，測(cè)量所需要的能量；

h)重復(fù)測(cè)量三次，取平均值。

7.3可壓性測(cè)試

可壓性的測(cè)試方法和步驟如下：

a)烘干被測(cè)金屬粉末，在室溫下進(jìn)行測(cè)試；

b)啟動(dòng)所選的測(cè)試程序；

c)將樣品放置于測(cè)試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個(gè)樣品，使其處于均質(zhì)分散狀態(tài)；

e)通過(guò)切分組件將多余的粉末從測(cè)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(cè)量粉體的可壓性；

g)重復(fù)測(cè)量三次，取平均值。

7.4充氣能測(cè)試

充氣能的測(cè)試方法和步驟如下：

a)烘干被測(cè)金屬粉末，在室溫下進(jìn)行測(cè)試；

b)啟動(dòng)所選的測(cè)試程序；

c)將樣品放置于測(cè)試容器中；

d)從充氣底座充入受控氣流，可以是壓縮空氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w；

e)螺旋槳葉通過(guò)粉體樣品，測(cè)量所需要的能量；

f)重復(fù)測(cè)量三次，取平均值。

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7.5剪切盒測(cè)試

剪切盒的測(cè)試方法和步驟如下：

a)烘干被測(cè)金屬粉末，在室溫下進(jìn)行測(cè)試；

b)啟動(dòng)所選的測(cè)試程序；

c)將樣品放置于測(cè)試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個(gè)樣品，使其處于均質(zhì)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(guò)切分組件將多余的粉末從測(cè)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(jìn)行剪切盒測(cè)試；

h)重復(fù)測(cè)量三次，取平均值。

7.6壁面摩擦角測(cè)試

壁面摩擦角的測(cè)試方法和步驟如下：

a)烘干被測(cè)金屬粉末，在室溫下進(jìn)行測(cè)試；

b)啟動(dòng)所選的測(cè)試程序；

c)將樣品放置于測(cè)試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個(gè)樣品，使其處于均質(zhì)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(guò)切分組件將多余的粉末從測(cè)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(jìn)行壁面摩擦角測(cè)試；

h)重復(fù)測(cè)量三次，取平均值。

8試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容：

a)本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)及名稱；

b)粉末批次號(hào)；

c)測(cè)量容器尺寸；

d)壁面摩擦頭盤(pán)片粗糙度；

e)基本流動(dòng)能、固結(jié)能、可壓性、充氣能、剪切盒、壁面摩擦角測(cè)試結(jié)果；

f)任何可能影響試驗(yàn)結(jié)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(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院、上海理工大學(xué)。

本文件主要起草人：黃文靜、梁恩泉、侯娟、楊義、王皞。

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參考文獻(xiàn)

[1]ASTMD7891StandardTestMethodforShearTestingofPowdersUsingtheFreeman

TechnologyFT4PowderRheometerShearCell

_________________________________

6

T/CSTMXXXXX—2020

前言

本文件參照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，GB/T20001.4《標(biāo)

準(zhǔn)編寫(xiě)規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》給出的規(guī)則起草。

請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。

本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)民機(jī)材料領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC66）提出。

本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)民機(jī)材料領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC66）或技術(shù)委員會(huì)

（CSTM/FCXX/TCXX）歸口。

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民用飛機(jī)增材制造用金屬粉末流變性能試驗(yàn)通則

警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問(wèn)

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國(guó)家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了民用飛機(jī)增材制造用金屬粉末流變性能試驗(yàn)通則。

本文件適用于民用飛機(jī)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(shù)。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒(méi)有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1基本流動(dòng)能basicflowenergy

螺旋槳葉在特定體積的粉末內(nèi)向下旋轉(zhuǎn)克服流動(dòng)阻力所需要的能量，單位為mJ。

3.2固結(jié)能consolidatedenergy

螺旋槳葉在振實(shí)粉末內(nèi)向下旋轉(zhuǎn)克服流動(dòng)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(nèi)向下運(yùn)動(dòng)所需要的能量，通常按給定正應(yīng)力的可壓縮百分比進(jìn)行量化，單位為%。

3.4充氣能aeratedenergy

當(dāng)空氣被引入粉末中時(shí)，克服粉末中葉片旋轉(zhuǎn)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(cè)試

將被測(cè)粉末裝在底端密閉的測(cè)試容器中，施加一定外部變量，啟動(dòng)螺旋槳葉使其旋轉(zhuǎn)上下貫穿粉末

樣品，計(jì)算螺旋槳葉通過(guò)粉末時(shí)所施加的扭矩和阻力，對(duì)旋轉(zhuǎn)阻力和縱向阻力進(jìn)行測(cè)量，獲得主要流變

性能參數(shù)，包括基本流動(dòng)能。

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4.2固結(jié)性測(cè)試

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

旋轉(zhuǎn)上下貫穿粉末樣品，計(jì)算螺旋槳葉通過(guò)粉末時(shí)所施加的扭矩和阻力，對(duì)旋轉(zhuǎn)阻力和縱向阻力進(jìn)行測(cè)

量，獲得主要流變性能參數(shù)，包括固結(jié)能。

4.3充氣能測(cè)試

將空氣引入粉體柱的底部，通過(guò)測(cè)量流動(dòng)能的降低來(lái)量化粉體流動(dòng)性的變化。

4.4剪切盒測(cè)試

剪切頭平面接觸到粉體表面時(shí)引發(fā)正應(yīng)力，當(dāng)剪切頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，粉床產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致剪切應(yīng)力增加，

直至粉床屈服或發(fā)生剪切，得到最大剪切應(yīng)力。

4.5壁面摩擦測(cè)試

當(dāng)壁面摩擦頭接觸到粉末并旋轉(zhuǎn)時(shí)，粉床會(huì)阻礙其運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)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(yù)定時(shí)長(zhǎng)以固定速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，測(cè)得保持該旋轉(zhuǎn)所需的扭矩，從而得到穩(wěn)態(tài)剪

切應(yīng)力。

5儀器和設(shè)備

5.1粉體流變儀

它由計(jì)算機(jī)控制，在測(cè)試過(guò)程中，力傳感器位于測(cè)試容器的下方并固定在支撐測(cè)試容器的臺(tái)面上。

5.2螺旋槳葉

它可以用來(lái)調(diào)節(jié)粉體試樣，消除粉體歷史影響因素，使其處于均質(zhì)分散狀態(tài)，在粉體內(nèi)產(chǎn)生可重復(fù)

的應(yīng)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(yīng)力。在施加該固結(jié)應(yīng)力時(shí)，剪切頭轉(zhuǎn)動(dòng)，以在槳葉下方的剪切

區(qū)域產(chǎn)生剪切應(yīng)力。

5.4壁面摩擦頭

當(dāng)不銹鋼盤(pán)片接觸到粉體頂部時(shí)，壁面摩擦頭向下移動(dòng)到粉體表面，并產(chǎn)生正應(yīng)力。壁面摩擦頭繼

續(xù)向下移動(dòng)，直到產(chǎn)生所需的正應(yīng)力。然后開(kāi)始緩慢旋轉(zhuǎn)壁面摩擦頭，并產(chǎn)生剪切應(yīng)力，在不銹鋼盤(pán)片

與粉體表面間建立剪切平面。

5.5測(cè)量容器

可被固定的容納被測(cè)粉體的容器。

5.6剪切盒

旋轉(zhuǎn)剪切盒模塊包括盛放粉體樣品的容器和剪切頭，剪切頭運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生垂直和旋轉(zhuǎn)應(yīng)力。

6樣品

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增材制造用金屬粉末。

7試驗(yàn)步驟

7.1基本流動(dòng)能測(cè)試

基本流動(dòng)能的測(cè)試方法和步驟如下：

a)烘干被測(cè)金屬粉末，在室溫下進(jìn)行測(cè)試；

b)啟動(dòng)所選的測(cè)試程序；

c)將樣品放置于測(cè)試容器中；

d)使用螺旋槳葉輕輕分散整個(gè)樣品，使其處于均質(zhì)分散狀態(tài)；

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

f)螺