表征与检测
粉末冶金的每个环节都需要"看得见、量得出"的表征手段：粉末进厂要检验粒度和流动性，压坯要测密度和强度，烧结件要检测力学性能和金相组织。本节按流程顺序梳理常用的表征与检测方法。
粉末的表征
粒度及粒度分布
- 激光衍射法（Laser PSD）：最常用，报告 D10/D50/D90（累计分布 10%、50%、90% 对应的粒径）。
- 例如本站资料中 15
53 μm 规格的增材粉末，典型 D50 为 3040 μm（见金属粉末）。
- 例如本站资料中 15
- 筛分法：传统方法，适合较粗粉末（>38 μm），结果直观。
- 图像分析法：SEM 照片统计，能同时获得形貌信息。
颗粒形貌
用**扫描电子显微镜（SEM）**观察粉末形貌，判断：
- 球形度（增材制造的关键指标：球形度好 → 流动性好、铺粉均匀）；
- 空心粉/卫星粉比例（雾化粉末常见缺陷，影响打印质量）；
- 表面粗糙度与粘附细粉情况。
流动性与密度
| 指标 | 方法 | 参考标准 |
|---|---|---|
| 霍尔流速 | 50 g 粉末流过标准漏斗的时间（s/50g） | GB/T 1482、ISO 4490、ASTM B213 |
| 松装密度 | 标准漏斗自然堆积 | GB/T 1479、ISO 3923、ASTM B212 |
| 振实密度 | 振动一定次数后的密度 | GB/T 5162、ISO 3953、ASTM B527 |
化学成分与气体含量
- ICP-OES / XRF：合金元素成分分析；
- 红外氧氮氢分析仪：O、N、H 含量——增材制造粉末的生命线，氧含量随回收次数增加而累积，直接影响韧性和流动性；
- 碳硫分析仪：C、S 含量（铁基零件的碳含量决定烧结组织）。
压坯的表征
| 指标 | 方法 | 意义 |
|---|---|---|
| 压坯密度 | 质量/几何尺寸，或 Archimedes 法 | 评价压制工艺与粉末压缩性 |
| 压坯强度（生坯强度） | 三点弯曲或轴向压溃 | 评价自动压制中压坯的搬运能力 |
| 脱模力 / 弹性后效 | 压力传感器 / 尺寸测量 | 评价润滑剂效果、预测回弹量 |
| 密度分布 | 分层解剖测密度或硬度分布 | 评价模具与压制方式设计合理性 |
烧结体的检测
密度
- Archimedes 排水法：最常用，烧结密度直接决定力学性能（铁基零件密度从 6.5 提高到 7.2 g/cm³，抗拉强度几乎翻倍）。
- 直接测量法：规则形状零件可直接几何计算。
力学性能
| 性能 | 方法 | 备注 |
|---|---|---|
| 硬度 | 布氏/洛氏/维氏（HRB、HRC、HV） | 含油轴承等表面有孔隙时需注意表观硬度 |
| 拉伸性能 | GB/T 7963（烧结金属材料拉伸试样） | 屈服、抗拉、延伸率 |
| 冲击韧性 | 夏比冲击 | 孔隙敏感，离散性较大 |
| 疲劳性能 | 轴向/旋转弯曲疲劳 | 高端零件（粉末锻造连杆、AM 件）必测 |
| 高温力学 | 高温拉伸、持久/蠕变 | 高温合金（GH 系列）的关键指标 |
高温合金的拉伸和持久性能数据示例可参考GH3536 粉末资料中的常温/815 ℃ 拉伸与持久性能表。
金相组织
- 光学显微镜 / SEM：观察孔隙形貌与分布、晶粒度、相组成（珠光体/铁素体比例、奥氏体、强化相 γ'、碳化物等）。
- 孔隙的形貌（连通/孤立、圆整/尖角）直接影响力学性能。
- 增材制造件还需关注熔道形貌、枝晶取向和微观偏析。
本站资料中提供了 GH3536 打印态与热处理态的金相照片对比，可以直观感受热处理对组织的影响（见GH3536 金相组织）。
无损检测
| 方法 | 检出缺陷 | 适用 |
|---|---|---|
| X-CT（工业CT） | 内部孔隙、裂纹、未熔合 | AM 件、精密零件（可三维重建） |
| 超声检测 | 内部缺陷 | 大型锻件、HIP 件 |
| 渗透检测 | 表面开口缺陷 | 表面质量检查 |
| X 射线照相 | 内部密度变化 | 批量筛查 |
X-CT 对增材制造尤其重要：既能检查内部缺陷，也能复核复杂内腔（如随形流道）的成形质量。
检测环节在流程中的位置
统计过程控制（SPC）
现代粉末冶金工厂会对重量、尺寸、密度等易测参数做在线全检，并用 SPC 控制图监控过程稳定性——粉末冶金的优势在于大批量、低成本，只有过程受控才能保证成千上万件产品的一致性。
常用标准索引
| 领域 | 常用标准 |
|---|---|
| 金属粉末取样 | GB/T 5314、ISO 3954 |
| 粒度分布 | GB/T 13300（激光衍射）、ISO 13320 |
| 流动性/松装密度 | GB/T 1482、GB/T 1479、ASTM B213/B212 |
| 氧氮氢 | GB/T 5124（硬质合金）、ASTM E1409 |
| 烧结金属材料拉伸 | GB/T 7963、ISO 2740 |
| 烧结密度 | GB/T 3850、ISO 2738 |
| 增材制造金属粉末 | GB/T 39247（MIM 用粉）、GB/T 35351（ASTM F3049 粉末表征） |
小结
- 粉末阶段关注：粒度分布、形貌、流动性、松装密度、氧含量；
- 压坯阶段关注：密度及其分布、生坯强度；
- 烧结体阶段关注：密度、金相、硬度、力学性能，关键件辅以无损检测；
- 表征数据是工艺优化的眼睛——本站金属粉末栏目中的各牌号数据表，就是粉末表征结果的典型呈现。
最后，我们来看粉末冶金都用在哪里、未来往哪里走：应用与发展趋势。