《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则》征求意见稿

ICS77.040.99

CCSH71

团体标准

T/CSTMXXXXX—2023

民用飞机增材制造用金属粉末

流变性能试验通则

Generalrulesfortestingrheologicalpropertiesofmetalpowdersusedin

additivemanufacturingofcivilaircraft

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTMXXXXX—2020

民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则

警示——使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问

题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1范围

本文件规定了民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则。

本文件适用于民用飞机增材制造用金属粉末。

本文件适用于粉末床熔融（Powderbedfusion）、粉末定向能量沉积（Powderdirectedenergy

deposition）等以金属粉末作为原材料的增材制造技术。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1基本流动能basicflowenergy

螺旋桨叶在特定体积的粉末内向下旋转克服流动阻力所需要的能量，单位为mJ。

3.2固结能consolidatedenergy

螺旋桨叶在振实粉末内向下旋转克服流动阻力所需要的能量，单位为mJ。

3.3可压性compressibility

透气压头在粉末内向下运动所需要的能量，通常按给定正应力的可压缩百分比进行量化，单位为%。

3.4充气能aeratedenergy

当空气被引入粉末中时，克服粉末中叶片旋转阻力所需的能量，单位为mJ。

3.5壁面摩擦角wallfrictionangle

表示粉末颗粒与固体壁间摩擦特性的物理量，单位为°。

4原理

4.1稳定性测试

将被测粉末装在底端密闭的测试容器中，施加一定外部变量，启动螺旋桨叶使其旋转上下贯穿粉末

样品，计算螺旋桨叶通过粉末时所施加的扭矩和阻力，对旋转阻力和纵向阻力进行测量，获得主要流变

性能参数，包括基本流动能。

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T/CSTMXXXXX—2020

4.2固结性测试

将被测粉末装在底部密封的测试容器中，随后将粉末振实，施加一定外部变量，启动螺旋桨叶使其

旋转上下贯穿粉末样品，计算螺旋桨叶通过粉末时所施加的扭矩和阻力，对旋转阻力和纵向阻力进行测

量，获得主要流变性能参数，包括固结能。

4.3充气能测试

将空气引入粉体柱的底部，通过测量流动能的降低来量化粉体流动性的变化。

4.4剪切盒测试

剪切头平面接触到粉体表面时引发正应力，当剪切头转动时，粉床产生阻力，导致剪切应力增加，

直至粉床屈服或发生剪切，得到最大剪切应力。

4.5壁面摩擦测试

当壁面摩擦头接触到粉末并旋转时，粉床会阻碍其运动，导致扭矩不断增加，克服阻力的瞬间可得

最大扭矩。壁面摩擦头按预定时长以固定速度继续旋转，测得保持该旋转所需的扭矩，从而得到稳态剪

切应力。

5仪器和设备

5.1粉体流变仪

它由计算机控制，在测试过程中，力传感器位于测试容器的下方并固定在支撑测试容器的台面上。

5.2螺旋桨叶

它可以用来调节粉体试样，消除粉体历史影响因素，使其处于均质分散状态，在粉体内产生可重复

的应力条件。

5.3剪切头

剪切头用于在粉体上引发已知的正应力。在施加该固结应力时，剪切头转动，以在桨叶下方的剪切

区域产生剪切应力。

5.4壁面摩擦头

当不锈钢盘片接触到粉体顶部时，壁面摩擦头向下移动到粉体表面，并产生正应力。壁面摩擦头继

续向下移动，直到产生所需的正应力。然后开始缓慢旋转壁面摩擦头，并产生剪切应力，在不锈钢盘片

与粉体表面间建立剪切平面。

5.5测量容器

可被固定的容纳被测粉体的容器。

5.6剪切盒

旋转剪切盒模块包括盛放粉体样品的容器和剪切头，剪切头运动时产生垂直和旋转应力。

6样品

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T/CSTMXXXXX—2020

增材制造用金属粉末。

7试验步骤

7.1基本流动能测试

基本流动能的测试方法和步骤如下：

a)烘干被测金属粉末，在室温下进行测试；

b)启动所选的测试程序；

c)将样品放置于测试容器中；

d)使用螺旋桨叶轻轻分散整个样品，使其处于均质分散状态；

e)通过切分组件将多余的粉末从测试池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齐平；

f)螺旋桨叶由顶至底下行通过粉体样品，测量所需要的能量；

g)重复测量三次，取平均值。

7.2固结能测试

固结能的测试方法和步骤如下：

a)烘干被测金属粉末，在室温下进行测试；

b)启动所选的测试程序；

c)将样品放置于测试容器中；

d)使用螺旋桨叶轻轻分散整个样品，使其处于均质分散状态；

e)使用振动装置振动，使粉体达到预固结状态。经客户同意，振动也可采用人工操作的方式进行；

f)通过切分组件将多余的粉末从测试池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齐平；

g)螺旋桨叶由顶至底下行通过粉体样品，测量所需要的能量；

h)重复测量三次，取平均值。

7.3可压性测试

可压性的测试方法和步骤如下：

a)烘干被测金属粉末，在室温下进行测试；

b)启动所选的测试程序；

c)将样品放置于测试容器中；

d)使用螺旋桨叶轻轻分散整个样品，使其处于均质分散状态；

e)通过切分组件将多余的粉末从测试池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齐平；

f)将透气压头安装到仪器上，向下压缩粉体样品，测量粉体的可压性；

g)重复测量三次，取平均值。

7.4充气能测试

充气能的测试方法和步骤如下：

a)烘干被测金属粉末，在室温下进行测试；

b)启动所选的测试程序；

c)将样品放置于测试容器中；

d)从充气底座充入受控气流，可以是压缩空气、氮气或其他惰性气体；

e)螺旋桨叶通过粉体样品，测量所需要的能量；

f)重复测量三次，取平均值。

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T/CSTMXXXXX—2020

7.5剪切盒测试

剪切盒的测试方法和步骤如下：

a)烘干被测金属粉末，在室温下进行测试；

b)启动所选的测试程序；

c)将样品放置于测试容器中；

d)使用螺旋桨叶轻轻分散整个样品，使其处于均质分散状态；

e)将透气压头安装到仪器上，向下压缩粉体样品；

f)通过切分组件将多余的粉末从测试池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齐平；

g)换透气压头为剪切头，进行剪切盒测试；

h)重复测量三次，取平均值。

7.6壁面摩擦角测试

壁面摩擦角的测试方法和步骤如下：

a)烘干被测金属粉末，在室温下进行测试；

b)启动所选的测试程序；

c)将样品放置于测试容器中；

d)使用螺旋桨叶轻轻分散整个样品，使其处于均质分散状态；

e)将透气压头安装到仪器上，向下压缩粉体样品；

f)通过切分组件将多余的粉末从测试池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齐平；

g)换透气压头为壁面摩擦头，进行壁面摩擦角测试；

h)重复测量三次，取平均值。

8试验报告

试验报告应当包括下列内容：

a)本标准编号及名称；

b)粉末批次号；

c)测量容器尺寸；

d)壁面摩擦头盘片粗糙度；

e)基本流动能、固结能、可压性、充气能、剪切盒、壁面摩擦角测试结果；

f)任何可能影响试验结果的操作及外因。

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附录A

（资料性）

起草单位和主要起草人

本文件起草单位：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院、上海理工大学。

本文件主要起草人：黄文静、梁恩泉、侯娟、杨义、王皞。

5

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参考文献

[1]ASTMD7891StandardTestMethodforShearTestingofPowdersUsingtheFreeman

TechnologyFT4PowderRheometerShearCell

_________________________________

6

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前言

本文件参照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》，GB/T20001.4《标

准编写规则第4部分：试验方法标准》给出的规则起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国材料与试验团体标准委员会民机材料领域委员会（CSTM/FC66）提出。

本文件由中国材料与试验团体标准委员会民机材料领域委员会（CSTM/FC66）或技术委员会

（CSTM/FCXX/TCXX）归口。

I

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民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则

警示——使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问

题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1范围

本文件规定了民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则。

本文件适用于民用飞机增材制造用金属粉末。

本文件适用于粉末床熔融（Powderbedfusion）、粉末定向能量沉积（Powderdirectedenergy

deposition）等以金属粉末作为原材料的增材制造技术。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1基本流动能basicflowenergy

螺旋桨叶在特定体积的粉末内向下旋转克服流动阻力所需要的能量，单位为mJ。

3.2固结能consolidatedenergy

螺旋桨叶在振实粉末内向下旋转克服流动阻力所需要的能量，单位为mJ。

3.3可压性compressibility

透气压头在粉末内向下运动所需要的能量，通常按给定正应力的可压缩百分比进行量化，单位为%。

3.4充气能aeratedenergy

当空气被引入粉末中时，克服粉末中叶片旋转阻力所需的能量，单位为mJ。

3.5壁面摩擦角wallfrictionangle

表示粉末颗粒与固体壁间摩擦特性的物理量，单位为°。

4原理

4.1稳定性测试

将被测粉末装在底端密闭的测试容器中，施加一定外部变量，启动螺旋桨叶使其旋转上下贯穿粉末

样品，计算螺旋桨叶通过粉末时所施加的扭矩和阻力，对旋转阻力和纵向阻力进行测量，获得主要流变

性能参数，包括基本流动能。

1

T/CSTMXXXXX—2020

4.2固结性测试

将被测粉末装在底部密封的测试容器中，随后将粉末振实，施加一定外部变量，启动螺旋桨叶使其

旋转上下贯穿粉末样品，计算螺旋桨叶通过粉末时所施加的扭矩和阻力，对旋转阻力和纵向阻力进行测

量，获得主要流变性能参数，包括固结能。

4.3充气能测试

将空气引入粉体柱的底部，通过测量流动能的降低来量化粉体流动性的变化。

4.4剪切盒测试

剪切头平面接触到粉体表面时引发正应力，当剪切头转动时，粉床产生阻力，导致剪切应力增加，

直至粉床屈服或发生剪切，得到最大剪切应力。

4.5壁面摩擦测试

当壁面摩擦头接触到粉末并旋转时，粉床会阻碍其运动，导致扭矩不断增加，克服阻力的瞬间可得

最大扭矩。壁面摩擦头按预定时长以固定速度继续旋转，测得保持该旋转所需的扭矩，从而得到稳态剪

切应力。

5仪器和设备

5.1粉体流变仪

它由计算机控制，在测试过程中，力传感器位于测试容器的下方并固定在支撑测试容器的台面上。

5.2螺旋桨叶

它可以用来调节粉体试样，消除粉体历史影响因素，使其处于均质分散状态，在粉体内产生可重复

的应力条件。

5.3剪切头

剪切头用于在粉体上引发已知的正应力。在施加该固结应力时，剪切头转动，以在桨叶下方的剪切

区域产生剪切应力。

5.4壁面摩擦头

当不锈钢盘片接触到粉体顶部时，壁面摩擦头向下移动到粉体表面，并产生正应力。壁面摩擦头继

续向下移动，直到产生所需的正应力。然后开始缓慢旋转壁面摩擦头，并产生剪切应力，在不锈钢盘片

与粉体表面间建立剪切平面。

5.5测量容器

可被固定的容纳被测粉体的容器。

5.6剪切盒

旋转剪切盒模块包括盛放粉体样品的容器和剪切头，剪切头运动时产生垂直和旋转应力。

6样品

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增材制造用金属粉末。

7试验步骤

7.1基本流动能测试

基本流动能的测试方法和步骤如下：

a)烘干被测金属粉末，在室温下进行测试；

b)启动所选的测试程序；

c)将样品放置于测试容器中；

d)使用螺旋桨叶轻轻分散整个样品，使其处于均质分散状态；

e)通过切分组件将多余的粉末从测试池中取出，使粉末的水平表面和容器上表面齐平；

f)螺