一种用于增材制造的未来证明的ONH分析仪

在这次采访中，Peter Paplewski博士讨论了ONH分析在增材制造中的重要性，以及可以由技术人员操作的未来防分析仪的开发。

为什么在添加剂制造中的元素分析很重要？

增材制造用金属粉末的初始质量和进一步处理对最终产品的质量和性能起着重要的作用。诸如粒度、分布和颗粒形态等参数是确定的，但这些参数仅代表表征的“机械”部分，忽略了冶金/化学部分。

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虽然金属具有奇妙的性能，但我们从日常生活中都知道，它们很容易被腐蚀。无论我们叫它退化、氧化、老化或腐蚀，其症状都是一样的:金属在固(金属)气相(气氛)界面处被氧化。

有某些因素决定了这种化学反应的速度，在这种情况下，重要的是要认识到增材制造与焊接(逐层)有关，但与传统制造没有共同之处。在增材制造过程中，金属在短时间内处于熔融状态。

各种金属如Ti、Al、Mg在这种状态下反应非常活跃，甚至与微量非金属杂质(O、C、H、N等)发生反应。事实上，这一原理应用于商业气体净化系统，以生产超高纯度的载气，用于实验室分析，如气相色谱。

对于粉末冶金工艺来说，在每一个工艺步骤中都有氧气吸收:从粉末生产开始，它的存储，在机器中的粉末床的调节，添加剂制造过程本身，然后是粉末回收步骤。如果没有持续的质量/过程控制包括氧测定用户是“飞盲”，无需优化的必要数据：构建的一致性，产量和最终产品质量。

在制造过程中可以改变金属粉末的组成是什么？这对最终产品有什么影响？

在我回答这个问题之前，我们需要清楚地定义与“组成”的意义，并强调通常被忽视的重要事实。在添加剂制造过程中不会改变稳定的合金元素（金属组合物）。

例如，Inconel®718年级不会因为它被熔化和重新固化而改变其Ni，Cr，Mo等。该组合物的变化仅在光线上发生，挥发性非金属元素。这些可以通过气相引入或离开金属基质。

加速粉末降解过程的一个主要“成分”或污染源是水。以湿度的形式，水无处不在。众所周知，在焊接行业中，环境湿度水平会导致危险的氢致脆化或延迟断裂。

在具有高湿度（例如海洋或海岸）的环境中，腐蚀比在干燥的沙漠中发生腐蚀，避免的环境越来越快，虽然两个气氛中的氧含量是相同的，但腐蚀发生得比越来越快。结果也重要的是，这种水分表现得像涂层表面的薄膜，并且甚至通过真空系统慢慢去除。

任何表面都是潜在的氧化目标，水分吸附和氢氧化物层的生长。由于用于添加剂制造的粉末的粒径很小，表面很大，这使得整个过程容易氧化。

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确定这种改变的速度和产量的因素和过程参数是：

粒子尺寸：尺寸越小，比表面越高，初始氧水平越高（施加相同的粉末生产参数），较高的氧气摄取过程中的趋势越高。

温度温度越高，反应越快。从化学动力学中我们知道这种关系是指数关系，而不是线性关系。打印参数、零件在粉床中的方向(建造布局和热影响区)以及存储和调节温度都会产生影响。

浓度杂质比如保护气体中的水分，氧气，碳氢化合物。像钛和铝这样的金属非常活泼，因为它们在高温下与氮发生反应。对于这些金属，即使是保护气体(通常是氩气)中存在的氮杂质也会导致氮的吸收。在这种情况下:任何形式的泄漏(如门上的泄漏)都可能产生巨大的影响。

最后,博览会时间．

一般来说，氧、氢、氮的影响是负的。这些元素与金属形成稳定的夹杂物(金属氧化物或氮化物)，降低金属的力学性能、抗拉强度、延展性，并产生孔隙(增加孔隙率和杂质含量)。负影响最大的是氢，但损伤机制及其与增材制造的相关性取决于金属粉末的母材。

为什么不仅要监测O/N/H，还要监测碳和硫呢?

已知碳是占据钢的机械性能的合金元素。它的影响较少，如Ni，Ti，但仍然碳水平在添加剂制造过程中可以改变，碳可以将材料以CO或CO的形式留下₂．

碳类似于水，存在于环境中，像周围的灰尘等物质含有碳，很容易污染粉末床。考虑到粘合剂喷射或其他AM方式，除了直接金属印刷，情况是不同的:你可以通过最终产品的碳水平监测和控制通常的脱胶步骤。

G6 Leonardo是Bruker的最新Onh分析仪。该产品如何应对添加剂制造中的分析解决方案的日益增长？

的G6 Leonardo.采用惰性气体熔化原理，快速、可靠、容量法分析整个样品，而不仅仅是表面。增材制造中的样品制备容易，可以通过制作测试样品或分析用相同打印参数制造的支撑结构的零件来测试最终零件。该方法适用于各原金属生产企业的QC/QA，但据说该方法比较复杂，仅适用于大型金属生产现场的实验室人员。

G6 LEONARDO的设计没有复杂的“铃声和哨声”，其变化在于它可以由技术人员操作，而不是科学家。G6 LEONARDO采用了与Bruker高端分析仪相同的成熟检测系统，但安装要求更低，运行成本更低，并提供了行业所需的健壮性。

最大的变化是它的新软件包，允许工厂校准方法，并提供完整的审计跟踪，但易于操作。这些特性使G6 LEONARDO成为增材制造非常有吸引力的解决方案。

G6 LEONARDO与市场上其他ONH分析仪的区别是什么?

除了具有突破性的软件包，G6 LEONARDO提供了与布鲁克的高端分析仪G8 GALILEO相同的独特功能。

它可以使用FusionControl，一个无与伦比的高温计控制真实
样品温度;氧以CO的形式直接测量，而不事先化学转化为CO₂(并且在最佳温度下)。最后，G6 LEONARDO带有SampleCare^TM值提供额外的可靠性和鲁棒性。

漂移对ONH分析有什么影响?布鲁克在开发G6 LEONARDO时如何克服这个问题?

漂移的探测器基线需要频繁地控制校准有效性或重新校准。一个过程成本计算时间和金钱，没有生产样本的可用性。较短时间尺度的探测器漂移会影响检测限。

为了克服最大可能的程度，Bruker在每个检测器上使用专用的物理参考通道，在必要时对探测器应用高精度温度控制。

它的环境压力流量系统使其对泄漏或环境压力变化不敏感，不需要容易出错的流量补偿。

你为什么选择氩气容器而不是氦气?这样做有什么好处?

氩比氦便宜得多，几乎每个添加剂制造工厂都有，而且一直都有。这个星球上的氦资源是有限的:它正在向外太空扩散，而不是通过自然过程来补充，而且像捷运这样的超导应用对氦的需求很高。因此，氦价格昂贵，有时甚至无法获得。

样品的温度如何影响元素分析?G6 LEONARDO如何防止过热，这为用户提供了什么好处?

温度是ONH分析的重要参数之一。温度决定了一个化学反应是否完成，是否完全不被激活，或者采用另一种反应途径，并生成不需要的副产物。

没有通用的“一刀切”的温度和蛮力方法:“最高温度，总是”是不适用的，因为副作用。通过其独特的FusionControl, G6 LEONARDO确保分析在正确的温度下运行，提供可靠的结果，最小的维护或由于热应力造成的磨损。

您认为产品在未来十年中将如何发展？

然而，很难说未来会持有什么，因此，G6 Leonardo在金属工业中的工作人员得到了很好的接受。该产品专为许多不同的设置而设计，具有添加剂制造只是其中的一个示例。

随着时间的推移，我希望小型金属生产商和供应链能够将这种产品应用到他们的工作流程中。现在，我可以有把握地说，G6 LEONARDO具备成功的所有基因，我对未来非常乐观。

读者在哪里可以找到更多的信息?

• 有关G6 LEONARDO的更多信息，请点击这里。
• 布鲁克还提供应用支持和产品专家培训，并在全球维护演示实验室。在那里，您有机会在分析自己的示例时进行实际演示。
• 此外，布鲁克还为许多应用程序提供了实验室报告和具体指南。欢迎与我们的专家团队讨论您的分析挑战。

关于彼得·帕普列夫斯基博士

Peter Paplewski博士是德国Karlsruhe Bruker AXS spark-OES和CS/ onh分析的产品线经理。他获得了伍珀塔尔大学无机化学硕士学位和博士学位，主要研究方向是新型小的、短命的气相分子的合成和表征。

在他的学术研究之后，他于2001年开始作为安捷伦技术的渠道合作伙伴的研发科学家，其次是转换为原子发射探测器的产品管理。他于2010年加入了Bruker作为Metals和无机固体的CS / ONH元素分析的产品经理，特别是金属。