《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(biāo)準(zhǔn)

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(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)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(yīng)有正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本文件并未指出所有可能的安全問

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國家有關(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(shù)。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語和定義

下列術(shù)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(nèi)向下旋轉(zhuǎn)克服流動阻力所需要的能量，單位為mJ。

3.2固結(jié)能consolidatedenergy

螺旋槳葉在振實粉末內(nèi)向下旋轉(zhuǎn)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(nèi)向下運動所需要的能量，通常按給定正應(yīng)力的可壓縮百分比進行量化，單位為%。

3.4充氣能aeratedenergy

當(dāng)空氣被引入粉末中時，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)阻力和縱向阻力進行測量，獲得主要流變

性能參數(shù)，包括基本流動能。

1

T/CSTMXXXXX—2020

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

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

2

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(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。

3

T/CSTMXXXXX—2020

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(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。

4

T/CSTMXXXXX—2020

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(zé)任公司上海飛機設(shè)計研究院、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。

5

T/CSTMXXXXX—2020

參考文獻

[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)編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》給出的規(guī)則起草。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。

本文件由中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會民機材料領(lǐng)域委員會（CSTM/FC66）提出。

本文件由中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會民機材料領(lǐng)域委員會（CSTM/FC66）或技術(shù)委員會

（CSTM/FCXX/TCXX）歸口。

I

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(yīng)有正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本文件并未指出所有可能的安全問

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(shù)。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語和定義

下列術(shù)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(nèi)向下旋轉(zhuǎn)克服流動阻力所需要的能量，單位為mJ。

3.2固結(jié)能consolidatedenergy

螺旋槳葉在振實粉末內(nèi)向下旋轉(zhuǎn)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(nèi)向下運動所需要的能量，通常按給定正應(yīng)力的可壓縮百分比進行量化，單位為%。

3.4充氣能aeratedenergy

當(dāng)空氣被引入粉末中時，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)阻力和縱向阻力進行測量，獲得主要流變

性能參數(shù)，包括基本流動能。

1

T/CSTMXXXXX—2020

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

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

2

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(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