《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗方法》編制說明

《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則》

編制說明

一、編制工作概況

1任務(wù)來源

金屬增材制造用粉末流動性的優(yōu)劣會直接影響增材制造產(chǎn)品的性能表現(xiàn)，當(dāng)

前表征金屬增材制造用粉末流動性的方法主要為霍爾流動性測試和卡尼流動性

測試，但這兩種測試方法并不適用于流動性較差的粉末（如鋁合金粉末），往往

得不到有效的測試結(jié)果，而流變性能測試從另一維度給出了粉末流動性的表征結(jié)

果。本標(biāo)準(zhǔn)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，通過進(jìn)行多

元粉體數(shù)值測試方法，更加充分的理解粉體在加工中的表現(xiàn)，可較完整表征粉體

在不同情形下的流變特性，尤其適用于流動性較差的無法直接測量其流動性數(shù)據(jù)

的金屬粉末。技術(shù)引領(lǐng)，標(biāo)準(zhǔn)先行，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在增材制造的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中具有重

要的支撐和引領(lǐng)作用?；谠霾闹圃旒夹g(shù)在民用飛機領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用的迫切需求，

中國商用飛機有限責(zé)任公司上海飛機設(shè)計研究院牽頭向中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)

準(zhǔn)委員會（以下簡稱：CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會）提出《民用飛機增材制造用金屬粉末

流變性能試驗方法》立項申請，經(jīng)審查后批準(zhǔn)立項，專家組建議標(biāo)準(zhǔn)名稱修改為

《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則》，項目編號為CSTM-SQ-

2022-00675，歸口管理委員會為CSTM/FC66民機材料領(lǐng)域委員會。

2起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)的牽頭起草單位是中國商用飛機有限責(zé)任公司上海飛機設(shè)計研究院，

參與起草單位是上海理工大學(xué)。

3主要工作過程

2022年3月成立《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則》標(biāo)準(zhǔn)

起草工作組，根據(jù)工作組成員專業(yè)方向確定分工，制定標(biāo)準(zhǔn)工作計劃；

2022年4月收集并整理《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則》

相關(guān)資料，起草并確定標(biāo)準(zhǔn)大綱；

2022年5月整理并分析民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則試

驗數(shù)據(jù)，組織工作組成員召開標(biāo)準(zhǔn)研討會討論標(biāo)準(zhǔn)制定的具體內(nèi)容和指標(biāo)，形成

標(biāo)準(zhǔn)草案；

2022年6-10月形成標(biāo)準(zhǔn)提案向CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會提交立項申請，論證項目

可行性進(jìn)行立項審定答辯，12月2日由CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會發(fā)布立項公告正式立

項；

2023年3月修改完善標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，形成征求意見稿，公開征求意見。

二、標(biāo)準(zhǔn)制修訂原則

本標(biāo)準(zhǔn)的制定主要遵循以下原則：

（1）編寫格式參照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)編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》

的規(guī)定；

（2）注意標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的完整性、準(zhǔn)確性，條理清楚、相互協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)合理、

內(nèi)容全面，簡明易懂，便于應(yīng)用。

三、國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

本標(biāo)準(zhǔn)與ASTMD7891《StandardTestMethodforShearTestingofPowders

UsingtheFreemanTechnologyFT4PowderRheometerShearCell》的區(qū)別如下：

本標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了粉體流變性能的多項測試內(nèi)容，如基本流動能、充氣能、固結(jié)

能、可壓性、剪切盒、壁面摩擦角測試，ASTMD7891僅涵蓋剪切盒測試。

本標(biāo)準(zhǔn)以國產(chǎn)民機型號選型研發(fā)試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參考中國商飛已發(fā)布貫徹

的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則，為民用飛機

增材制造行業(yè)提供原材料粉末流變性能評價依據(jù)。

四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容確定的論據(jù)

1范圍

范圍的編制格式遵循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)編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標(biāo)

準(zhǔn)》的規(guī)定。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（Powder

bedfusion）、粉末定向能量沉積（Powderdirectedenergydeposition）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

規(guī)范性引用文件引導(dǎo)語參考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)編寫規(guī)則第4部分：試驗

方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，本標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語和定義

本章節(jié)基于行業(yè)規(guī)則和粉末生產(chǎn)商、粉末測試商、粉末使用方的使用慣例，

規(guī)定了適用于本標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語定義，包括：基本流動能、固結(jié)能、可壓性、充氣能、

壁面摩擦角。

4原理

本章節(jié)基于適用于增材粉末使用的粉末流變測試通用技術(shù)原理進(jìn)行概括總

結(jié)。

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(zhuǎn)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(zhuǎn)阻力和縱向阻力進(jìn)行測量，獲得主要流變性能參數(shù)，包括基本流動能。

4.2固結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)阻力和縱向阻力進(jìn)行測量，獲得主要流變性能參數(shù)，包括

固結(jié)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(yīng)力，當(dāng)剪切頭轉(zhuǎn)動時，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壁面摩擦測試

當(dāng)壁面摩擦頭接觸到粉末并旋轉(zhuǎn)時，粉床會阻礙其運動，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)定時長以固定速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，測

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

本章節(jié)基于粉末流變性能測試設(shè)備廠商和測試單位的說設(shè)備說明手冊及操

作規(guī)章。

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(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，剪切頭轉(zhuǎn)動，

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(chǎn)生正

應(yīng)力。壁面摩擦頭繼續(xù)向下移動，直到產(chǎn)生所需的正應(yīng)力。然后開始緩慢旋轉(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(zhuǎn)剪切盒模塊包括盛放粉體樣品的容器和剪切頭，剪切頭運動時產(chǎn)生垂直和

旋轉(zhuǎn)應(yīng)力。

6樣品

增材制造用金屬粉末。

7試驗步驟

本章節(jié)基于粉末流變性能測試設(shè)備廠商和測試單位的說設(shè)備說明手冊及操

作規(guī)章，考慮了試驗條件。

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(jìn)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(zhì)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(fù)測量三次，取平均值。

7.2固結(jié)能測試

固結(jié)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(jìn)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(zhì)分散狀態(tài)；

e)使用振動裝置振動，使粉體達(dá)到預(yù)固結(jié)狀態(tài)。經(jīng)客戶同意，振動也可采用人

工操作的方式進(jìn)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(fù)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(jìn)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(zhì)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(fù)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(jìn)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(fù)測量三次，取平均值。

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(jìn)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(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(jìn)行剪切盒測試；

h)重復(fù)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(jìn)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(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(jìn)行壁面摩擦角測試；

h)重復(fù)測量三次，取平均值。

8試驗報告

試驗報告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容：

a)本標(biāo)準(zhǔn)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(jié)能、可壓性、充氣能、剪切盒、壁面摩擦角測試結(jié)果；

f)任何可能影響試驗結(jié)果的操作及外因。

五、主要試驗（或驗證）情況

本標(biāo)準(zhǔn)金屬增材粉末流變性能試驗數(shù)據(jù)來源于中國商飛某型號選型試驗項

目，本標(biāo)準(zhǔn)參考中國商飛已發(fā)布貫徹的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)制定過程中收集并總結(jié)

了民機選區(qū)激光熔融件用AlSi10Mg合金粉末流變性能的相關(guān)技術(shù)資料作為參考

依據(jù)，并對多批次粉末流變特性測試結(jié)果進(jìn)行分析。

六、與有關(guān)的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)與有關(guān)的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標(biāo)準(zhǔn)無沖突。

七、對征求意見及重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)制定過程中尚無重大分歧意見。

八、標(biāo)準(zhǔn)水平建議及預(yù)期的社會經(jīng)濟(jì)效果

本標(biāo)準(zhǔn)為中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)的制定將為民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能的測試方法提供

參考依據(jù)，粉末流變性能作為一種較新的粉末測試方法，為粉末流動性的表征提

供了新思路和解決方案，不僅如此，它還可模擬不同的加工環(huán)境，測量粉體對不

同環(huán)境的反應(yīng)，非常適合于表征增材制造過程中粉末的實際流動行為，為更深入

理解金屬增材制造過程中粉末特性的作用及意義提供了有力的測試方法支持。

九、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

本標(biāo)準(zhǔn)為我國民機材料領(lǐng)域首份針對民機增材制造用金屬粉末流變性能試

驗通則的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，將推動增材制造技術(shù)進(jìn)步及在民用飛機領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，

促進(jìn)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)體系的完善。本標(biāo)準(zhǔn)反映了民用飛機領(lǐng)域?qū)饘僭?/p>

材制造用粉末流變性能的試驗通則，建議盡快發(fā)布實施并積極向粉末生產(chǎn)商、打

印服務(wù)商、粉末測試方推薦此標(biāo)準(zhǔn)。

十、廢止有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無。

十一、標(biāo)準(zhǔn)涉及專利情況說明

本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利。

十二、重要內(nèi)容的解釋和其它應(yīng)予說明的事項

無。

《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則》

編制說明

一、編制工作概況

1任務(wù)來源

金屬增材制造用粉末流動性的優(yōu)劣會直接影響增材制造產(chǎn)品的性能表現(xiàn)，當(dāng)

前表征金屬增材制造用粉末流動性的方法主要為霍爾流動性測試和卡尼流動性

測試，但這兩種測試方法并不適用于流動性較差的粉末（如鋁合金粉末），往往

得不到有效的測試結(jié)果，而流變性能測試從另一維度給出了粉末流動性的表征結(jié)

果。本標(biāo)準(zhǔn)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，通過進(jìn)行多

元粉體數(shù)值測試方法，更加充分的理解粉體在加工中的表現(xiàn)，可較完整表征粉體

在不同情形下的流變特性，尤其適用于流動性較差的無法直接測量其流動性數(shù)據(jù)

的金屬粉末。技術(shù)引領(lǐng)，標(biāo)準(zhǔn)先行，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在增材制造的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中具有重

要的支撐和引領(lǐng)作用?；谠霾闹圃旒夹g(shù)在民用飛機領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用的迫切需求，

中國商用飛機有限責(zé)任公司上海飛機設(shè)計研究院牽頭向中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)

準(zhǔn)委員會（以下簡稱：CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會）提出《民用飛機增材制造用金屬粉末

流變性能試驗方法》立項申請，經(jīng)審查后批準(zhǔn)立項，專家組建議標(biāo)準(zhǔn)名稱修改為

《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則》，項目編號為CSTM-SQ-

2022-00675，歸口管理委員會為CSTM/FC66民機材料領(lǐng)域委員會。

2起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)的牽頭起草單位是中國商用飛機有限責(zé)任公司上海飛機設(shè)計研究院，

參與起草單位是上海理工大學(xué)。

3主要工作過程

2022年3月成立《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則》標(biāo)準(zhǔn)

起草工作組，根據(jù)工作組成員專業(yè)方向確定分工，制定標(biāo)準(zhǔn)工作計劃；

2022年4月收集并整理《民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則》

相關(guān)資料，起草并確定標(biāo)準(zhǔn)大綱；

2022年5月整理并分析民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則試

驗數(shù)據(jù)，組織工作組成員召開標(biāo)準(zhǔn)研討會討論標(biāo)準(zhǔn)制定的具體內(nèi)容和指標(biāo)，形成

標(biāo)準(zhǔn)草案；

2022年6-10月形成標(biāo)準(zhǔn)提案向CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會提交立項申請，論證項目

可行性進(jìn)行立項審定答辯，12月2日由CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會發(fā)布立項公告正式立

項；

2023年3月修改完善標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，形成征求意見稿，公開征求意見。

二、標(biāo)準(zhǔn)制修訂原則

本標(biāo)準(zhǔn)的制定主要遵循以下原則：

（1）編寫格式參照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)編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》

的規(guī)定；

（2）注意標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的完整性、準(zhǔn)確性，條理清楚、相互協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)合理、

內(nèi)容全面，簡明易懂，便于應(yīng)用。

三、國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

本標(biāo)準(zhǔn)與ASTMD7891《StandardTestMethodforShearTestingofPowders

UsingtheFreemanTechnologyFT4PowderRheometerShearCell》的區(qū)別如下：

本標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了粉體流變性能的多項測試內(nèi)容，如基本流動能、充氣能、固結(jié)

能、可壓性、剪切盒、壁面摩擦角測試，ASTMD7891僅涵蓋剪切盒測試。

本標(biāo)準(zhǔn)以國產(chǎn)民機型號選型研發(fā)試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參考中國商飛已發(fā)布貫徹

的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立民用飛機增材制造用金屬粉末流變性能試驗通則，為民用飛機

增材制造行業(yè)提供原材料粉末流變性能評價依據(jù)。

四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容確定的論據(jù)

1范圍

范圍的編制格式遵循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)編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標(biāo)

準(zhǔn)》的規(guī)定。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