一种金属粉末流动性检测装置及方法与流程

本发明涉及金属粉末检测技术领域，更具体的涉及一种金属粉末流动性检测装置及方法。

背景技术：

增材制造技术作为一项新型的绿色及柔性制造技术，在航空、航天、汽车、医疗、教育等领域得到了重要应用。但是，目前金属粉末原材料已经成为增材制造技术发展的关键技术瓶颈。其中，金属粉末流动性是金属粉末的最基本的特性之一，是指金属粉末流动的难易程度。一般球形金属粉末具有良好的流动性及铺展性，能够快速均匀地铺成薄层，有利于增材制造工艺的顺利进行，零件亦能获得高致密性和均匀性组织，使得其成为金属增材制造理想的原材料。因此，金属粉末的流动性是增材制造工艺中必须考虑的重要性能。

现有的粉末流动性检测方式通常是采用霍尔流速计进行，通过计时50g样粉从标准漏斗流过的时间来表征。在实际检测工作中发现，由于人工秒表计时存在人为误差，不能实现对金属粉末流动性进行精准测量。同时，一些研究发现，某些气雾化制备的金属粉末，在现有检测设备上检测出无流动性，但是却仍能够满足激光选区熔化成型(英文为：selectivelasermelting，简称slm)的铺粉要求，制造出较为理想的零件。由于现有的专业测量仪器的漏斗出料口孔径较小，无法用于该类粉末的流动性检测，粉末难以从漏斗出料口自然掉落，为此现有的测量设备无法对该类可用粉末的流动性时间进行测量评价。休止角是评判金属粉末流动性的另一参数，休止角越小，金属粉末的流动性越好，一般认为，金属粉末休止角≤35°，才能保证金属粉末能够适用于slm工艺。在实际工作中发现，有时单采用流动性时间来表征金属粉末流动性，有时又只采用休止角来评判金属粉末的流动性，因流动性和休止角是分别使用不同的专业测量仪器进行测量的，故使得目前较少情况下同时采用两者来综合评价金属粉末的流动性。

综上所述，现有的金属粉末流动性检测装置存在人工计时误差大，并不能同时测得流动性和休止角两个参数的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种金属粉末流动性检测装置及方法，用以解决现有的金属粉末流动性检测装置存在人工计时误差大，并不能同时测得流动性和休止角两个参数的问题。

本发明实施例提供了一种金属粉末流动性检测装置，包括：底座，第一立柱，第二立柱，激光测距仪，刻度尺，漏斗和水平圆台；

所述第一立柱和所述第二立柱并排设置在所述水平底座上；

所述漏斗通过支架设置在所述第二支柱上，所述漏斗内的孔径可调节；

所述第一立柱与所述第二立柱相对的第一侧壁上设置有所述刻度尺，且所述激光测距仪设置在所述第一侧壁上；

所述水平圆台设置在所述水平底座上，且位于所述漏斗正下方。

优选地，所述漏斗的底部伸出所述支架；

所述刻度尺的起始位置与所述水平圆台平齐，所述刻度尺结束位置与所述底座之间的距离大于所述漏斗的出料口与所述底座之间的距离。

优选地，还包括有滑块，直线导轨，丝杠，电机和限位孔；

所述激光测距仪通过所述滑块与所述直线导轨连接，所述直线导轨垂直于所述第一立柱内部，且所述直线导轨的上端与所述丝杠连接；

所述丝杠与设置在所述第一立柱上端的所述电机连接；

所述限位孔设置在所述第一立柱的第一侧壁上，所述激光测距仪通过所述限位孔在所述第一立柱上进行上下移动。

优选地，所述漏斗的孔径包括2.5mm、5.0mm、7.5mm、10.0mm；

所述漏斗的材料为非磁性耐腐蚀的金属材料；

所述漏斗的上部为敞口，底部出料口位置设有控制金属粉末流下的阀门。

优选地，所述非磁性耐腐蚀的金属材料为黄铜或者钨钢。

优选地，还包括显示屏，所述显示屏设置在所述第二立柱上，用于显示所述激光测距仪的测量结果和测量时间。

优选地，还包括溢料托盘；

所述溢料托盘设置在所述底座上，用于设置所述水平圆台。

优选地，所述水平圆台直径为50.8mm，材质为不锈钢。

本发明实施例还提供了一种金属粉末流动性检测方法，包括：

将激光测距仪调整与漏斗的出料口具有相同的水平位置处，通过所述激光测距仪确定所述激光测距仪与感应区之间的第一距离；

当金属粉末从所述漏斗流出时，通过所述激光测距仪确定所述激光测距仪与所述金属粉末之间的第二距离，通过计时器确定测量所述第二距离的持续时间，将所述持续时间确定所述金属粉末的流动性；

当收纳金属粉末的水平圆台四边溢出所述金属粉末并形成角锥体时，向下移动所述激光测距仪，通过所述激光测距仪确定所述激光测距仪与所述角锥体顶点之间的第三距离，确定所述第三距离与所述水平圆台之间的垂直距离，根据所述垂直距离和所述水平圆台的直径，确定所述金属粉末的休止角。

优选地，所述感应区设置在第二立柱上；

通过设置在第一立柱上的刻度尺确定所述角锥体顶点与所述水平圆台之间的垂直距离。

本发明实施例提供了一种金属粉末流动性检测装置及方法，该装置包括：底座，第一立柱，第二立柱，激光测距仪，刻度尺，漏斗和水平圆台；所述第一立柱和所述第二立柱并排设置在所述水平底座上；所述漏斗通过支架设置在所述第二支柱上，所述漏斗内的孔径可调节；所述第一立柱与所述第二立柱相对的第一侧壁上设置有所述刻度尺，且所述激光测距仪设置在所述第一侧壁上；所述水平圆台设置在所述水平底座上，且位于所述漏斗正下方。该装置通过激光测距仪确定粉末流动性时间代替传统流动性检测中所使用的秒表，具有检测速度快，精度高，操作方便的特点；使用本发明实施例中提供的可以与金属粉末相匹配的漏斗，激光测距仪，刻度尺和水平圆台，可以实现对金属粉末的流动性和休止角的测量，从而可以实现对金属粉末流动性进行多方面评价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种金属粉末流动性检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一立柱结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种金属粉末流动性检测装置结构示意图，如图1所示，该装置主要包括有水平底座1，第一立柱2-1，第二立柱2-2，激光测距仪3，高精度刻度尺4，漏斗6和水平圆台9。

具体地，如图1所示，第一立柱2-1和第二立柱2-2并排设置在水平底座1上，在第一立柱2-1和第二立柱2-2之间设置有水平圆台9。

进一步地，在第二立柱2-2与第一立柱2-1相对面上设置有支架5，并且在支架5的另一端设置了有漏斗6。在本发明实施例中，水平圆台9设置在漏斗6的正下方，该水平圆台9用于收纳来自于漏斗6流出的金属粉末。

进一步地，漏斗6的上部为敞口，这样方便向漏斗6内放入金属粉末，再者，金属粉末设置在漏斗6内之后，可以通过设置在漏斗6下方的阀门17控制金属粉末是否从漏斗6内流出。在实际应用中，由于金属粉末具有不同的粒径，因此，漏斗6内的孔径包括有多种尺寸，比如，漏斗6的孔径可以包括2.5mm、5.0mm、7.5mm和10.0mm等。在本发明实施例中，对漏斗6的孔径的具体尺寸不做限定。

进一步地，由于金属粉末需要从漏斗6中流入到水平圆台9上，在本发明实施例中，漏斗6的材料为非磁性耐腐蚀的金属材料，比如，可以为黄铜、钨钢等。

如图1和图2所示，第一立柱2-1与第二立柱2-2相对的第一侧壁上设置有高精度刻度尺4，激光测距仪3通过滑块11与直线导轨12连接，且直线导轨12垂直于第一立柱2-1的内部，直线导轨12的上端与丝杠13连接，丝杠13与设置在第一立柱2-1上端的小电机14连接。进一步地，限位孔15设置在第一立柱2-1的第一侧壁上，激光测距仪3通过限位孔15在第一立柱2-1上进行上下移动。

高精度刻度尺4的起始位置与水平圆台9平齐，高精度刻度尺4的结束位置与水平底座1之间的距离大于漏斗6的出料口16与水平底座1之间的距离，即高精度刻度尺4的结束位置高于漏斗6的出料口16的位置。

如图1所示，第二立柱2-2上还设置有显示屏8和感应区7，通过该显示屏8可以显示激光测距仪3的测量结果和每种测量结果对应的测量时间。设置在第二立柱2-2上的感应区7朝向激光测距仪3。

如图1所示，本发明实施例提供的测量装置，还包括有溢料托盘10，水准器18和水平调节螺钉19。具体地，该溢料托盘10设置在水平底座1上，用于设置水平圆台9。水准器18设置在水平底座1上，用于显示水平底座1是否水平；水平调节螺钉设置在水平底座1下方，用于调节水平底座1的水平度。进一步的，一共有三个水平调节旋钮18设置在水平底座1上，通过三个水平调节旋钮18来调节水平。

需要说明的是，在本发明实施例中，水平圆台9直径为50.8mm，材质为不锈钢。

为了更清楚的介绍本发明实施例提供的一种金属粉末流动性检测装置能够测得金属粉末的流动性和休止角，以下以实施例1～实施例5为例，具体介绍该装置的应用方法。

实施例1

步骤101，将称量好的50g金属粉末倒入漏斗6中，使得金属粉末充满漏斗6的底部；

步骤102，将激光测距仪3上下移动调整至与漏斗6的出料口16具有相同的水平位置处，开启激光测距仪3，使其稳定之后，显示屏8上输出第一距离s1，该第一距离为激光测距仪3与感应区7之间的距离；

步骤103，打开漏斗6底部的阀门17，当金属粉末开始流出时，由于激光测距仪3与感应区7之间出现了金属粉末，所以此时激光测距仪3测出了激光测距仪3与金属粉末之间的第二距离s2，并且在显示屏8上显示了s2且s2比s1小；需要说明的是，当激光测距仪3测试出激光测距仪3与金属粉末之间的第二距离时，则该距离对应的计时器开始自动计时，直至金属粉末完全流完，显示屏8上又输出距离定值s1，与第二距离s2对应的计时器结束计时，在本发明实施例中，将计时器记录的时间t确定为该金属粉末的流动性。

步骤104，从水平圆台9和溢料托盘10上取出被检测的金属粉末后，更换7.5mm孔径的漏斗6，称量150g～800g待检测金属粉末倒入漏斗6中，使得金属粉末充满漏斗6底部；

步骤105，打开漏斗6底部阀门17，金属粉末从出料口16流出，堆积在水平圆台9上，直至有金属粉末从圆台周边溢出，形成一稳定的角锥体；

步骤106，将激光测距仪3从与漏斗6的出料口16水平位置处开始向下移动，此时激光测距仪3测试的距离仍然为第一距离s1，相应地，显示屏8上显示的距离为第一距离s1，当激光测距仪3移动到金属粉末锥体上方时，缓慢移动，直至显示屏8上输出第三距离s3时，继续向下移动，发现距离数值越来越小，向上移动调节，找到s3与s1突然变化时的位置，停止移动，将第三距离确定为激光测距仪3与角锥体顶点之间的距离，然后通过高精度刻度尺4确定与角锥体顶点对应高度即为金属粉末椎体的高度，并且在显示屏8中显示此高度值为h。通过公式α＝arctan(h/r)，可以确定休止角α。需要说明的是，公式中r表示的是水平圆台9的半径。

需要说明的是，步骤104中称量150g～800g待检测金属粉末，根据金属粉末实际密度(常见增材制造用粉末密度，具有较小密度的钛合金的密度为4.5g/cm³，具有较大密度的钽的密度为16.65g/cm³)，选择30～50ml金属粉末进行测量，以保证有足够多的粉末能够形成椎体，直至从水平圆台9周边溢出。

步骤106中所述高度值h即为粉末椎体的高度，已知水平圆台9直径为50.8mm，半径r即为25.4mm，粉末椎体的斜面与底面的夹角为休止角，因此tanα＝h/r，休止角α＝arctan(h/r)。

实施例2

将称量好的50gtc4粉末倒入2.5mm孔径的漏斗6中，移动激光测距仪3至漏斗6的出料口16水平位置处，开启激光测距仪3，显示屏8上输出距离值150mm，打开漏斗6底部阀门17，tc4粉末开始流出，显示屏8上输出距离值约70mm，开始自动计时，直至tc4粉末完全流完，显示屏8上又输出距离值150mm，结束计时，关闭阀门17，输出计时结果30.00s即为该tc4粉末的流动性；

从水平圆台9和溢料托盘10上取出被检测的tc4粉末后，更换7.5mm孔径的漏斗6，称量150g待检测tc4粉末倒入漏斗6中，打开漏斗6底部阀门17，tc4粉末从出料口16流出，堆积在水平圆台9上，直至有金属粉末从圆台周边溢出，形成一稳定的角锥体，将激光测距仪3从与漏斗6的出料口16水平位置处开始向下移动，显示屏8上输出距离定值150mm，移动到金属粉末锥体上方时，缓慢移动，直至显示屏8上输出距离约70mm，继续向下移动，发现距离数值越来越小，向上移动调节，找到150mm与70mm突然变化时的位置，停止移动，高精度刻度尺4对应高度15.87mm，故休止角α＝arctan(h/25.4)＝32°。

实施例3

将称量好的50gta粉末倒入2.5mm孔径的漏斗6中，移动激光测距仪3至漏斗6的出料口16水平位置处，开启激光测距仪3，显示屏8上输出距离值150mm，打开漏斗6底部阀门17，ta粉末开始流出，显示屏8上输出距离值约70mm，开始自动计时，直至ta粉末完全流完，显示屏8上又输出距离值150mm，结束计时，关闭阀门17，输出计时结果6.45s即为该ta粉末的流动性；

从水平圆台9和溢料托盘10上取出被检测的ta粉末后，更换7.5mm孔径的漏斗6，称量800g待检测ta粉末倒入漏斗6中，打开漏斗6底部阀门17，ta粉末从出料口16流出，堆积在水平圆台9上，直至有金属粉末从圆台周边溢出，形成一稳定的角锥体，将激光测距仪3从与漏斗6的出料口16水平位置处开始向下移动，显示屏8上输出距离定值150mm，移动到金属粉末锥体上方时，缓慢移动，直至显示屏8上输出距离约70mm，继续向下移动，发现距离数值越来越小，向上移动调节，找到150mm与70mm突然变化时的位置，停止移动，高精度刻度尺4对应高度5.40mm，故休止角α＝arctan(h/25.4)＝12°。

实施例4

将称量好的50g316l粉末倒入2.5mm孔径的漏斗6中，移动激光测距仪3至漏斗6的出料口16水平位置处，开启激光测距仪3，显示屏8上输出距离值150mm，打开漏斗6底部阀门17，316l粉末开始流出，显示屏8上输出距离值约70mm，开始自动计时，直至316l粉末完全流完，显示屏8上又输出距离值150mm，结束计时，关闭阀门17，输出计时结果15.18s即为该316l粉末的流动性；

从水平圆台9和溢料托盘10上取出被检测的316l粉末后，更换7.5mm孔径的漏斗6，称量400g待检测316l粉末倒入漏斗6中，打开漏斗6底部阀门17，316l粉末从出料口16流出，堆积在水平圆台9上，直至有金属粉末从圆台周边溢出，形成一稳定的角锥体，将激光测距仪3从与漏斗6的出料口16水平位置处开始向下移动，显示屏8上输出距离定值150mm，移动到金属粉末锥体上方时，缓慢移动，直至显示屏8上输出距离约70mm，继续向下移动，发现距离数值越来越小，向上移动调节，找到150mm与70mm突然变化时的位置，停止移动，高精度刻度尺4对应高度10.78mm，故休止角α＝arctan(h/25.4)＝23°。

实施例5

将称量好的50gta15粉末倒入5.0mm孔径的漏斗6中，移动激光测距仪3至漏斗6的出料口16水平位置处，开启激光测距仪3，显示屏8上输出距离值150mm，打开漏斗6底部阀门17，ta15粉末开始流出，显示屏8上输出距离值约70mm，开始自动计时，直至ta15粉末完全流完，显示屏8上又输出距离值150mm，结束计时，关闭阀门17，输出计时结果36.11s即为该ta15粉末的流动性；

从水平圆台9和溢料托盘10上取出被检测的ta15粉末后，更换7.5mm孔径的漏斗6，称量250g待检测ta15粉末倒入漏斗6中，打开漏斗6底部阀门17，ta15粉末从出料口16流出，堆积在水平圆台9上，直至有金属粉末从圆台周边溢出，形成一稳定的角锥体，将激光测距仪3从与漏斗6的出料口16水平位置处开始向下移动，显示屏8上输出距离定值150mm，移动到金属粉末锥体上方时，缓慢移动，直至显示屏8上输出距离约70mm，继续向下移动，发现距离数值越来越小，向上移动调节，找到150mm与70mm突然变化时的位置，停止移动，高精度刻度尺4对应高度17.79mm，故休止角α＝arctan(h/25.4)＝35°。

综上所述，本发明实施例提供了一种金属粉末流动性检测装置及方法，该装置包括：底座，第一立柱，第二立柱，激光测距仪，刻度尺，漏斗和水平圆台；所述第一立柱和所述第二立柱并排设置在所述水平底座上；所述漏斗通过支架设置在所述第二支柱上，所述漏斗内的孔径可调节；所述第一立柱与所述第二立柱相对的第一侧壁上设置有所述刻度尺，且所述激光测距仪设置在所述第一侧壁上；所述水平圆台设置在所述水平底座上，且位于所述漏斗正下方。该装置通过激光测距仪确定粉末流动性时间代替传统流动性检测中所使用的秒表，具有检测速度快，精度高，操作方便的特点；使用本发明实施例中提供的可以与金属粉末相匹配的漏斗，激光测距仪，刻度尺和水平圆台，可以实现对金属粉末的流动性和休止角的测量，从而可以实现对金属粉末流动性进行多方面评价。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。