适用于增材制造的未来的ONH分析仪

在这次访谈中，彼得·帕普尔维斯基（Peter Paplewski）博士讨论了ONH分析在添加剂制造中的重要性，以及可以由技术人员操作的未来防护分析仪的开发。

为什么元素分析在添加剂制造中很重要？

用于添加剂制造的金属粉末的初始质量和进一步处理在最终产品的质量和特性中起着重要作用。建立了诸如粒径，分布和粒子形态之类的参数，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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尽管金属具有出色的特性，但从日常生活中我们都知道它们可能容易腐蚀。无论我们称其为降解，氧化，衰老还是腐蚀，症状始终相同：金属在固体（金属）和气相（氛围）之间的界面处被氧化。

有些因素决定了这种化学反应的速度，在这种情况下，重要的是要意识到添加剂制造与焊接有关（一层），但与传统制造没有任何共同点。在增材制造过程中，金属在短时间内处于熔融状态。

Ti，Al，Mg等各种金属在这种状态下具有极高的反应性，即使与痕量的非金属杂质（O，C，H，N等）反应。实际上，该原理应用于商业气体纯化系统中，以生产实验室分析所需的超高纯度载气，例如在气相色谱中。

对于粉末冶金过程，每个过程步骤都会有氧气吸收：从粉末产生，其存储，机器中粉末床的调理开始，添加剂制造工艺本身，然后进行粉末回收步骤。没有恒定的质量/过程控制包括确定氧气用户是“盲目飞行”，没有必要的数据以优化：建立对建筑的一致性，产量和最终产品质量。

在制造过程中，哪些因素可以改变金属粉末的组成？这对最终产品有什么影响？

在回答这个问题之前，我们需要清楚地定义“构图”的含义，并强调经常被忽略的一个重要事实。在增材制造过程中，稳定的合金元素（金属组成）不会改变。

例如，Inconel®718等级不会改变其Ni，Cr，Mo等。内容仅仅是因为它融化并重新固化。组成的变化仅发生在光，挥发性的非金属元素上。这些可以引入或将金属基质通过气相保留。

加速粉末降解过程的一种主要“成分”或污染源是水。以湿度的形式，到处都有水。众所周知，环境水分水平在危险的氢诱发的封闭或焊接行业延迟裂缝方面有所不同。

同样，常识是，在湿度高的环境（例如，海上或海岸）中，腐蚀发生的速度要快得多，而且在干燥的沙漠中，腐蚀发生的速度也比干燥的沙漠中发生得多，尽管两种大气中的氧含量均相同。同样重要的是要指出，水分的行为就像是涂层表面的膜，即使被真空系统的去除也很慢。

任何表面都代表了氧化，水分吸附和生长氢氧化物层的潜在目标。由于用于添加剂制造的粉末的粒径很小，因此表面很大，这使整个过程都容易受到氧化的影响。

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确定此改变速度和产量的因素和过程参数是：

粒度：尺寸越小，特定表面越高，初始氧气水平（提供了相同的粉末生产参数）越高，并且在此过程中的氧气摄取趋势越高。

温度：温度越高，反应速度越快。从化学动力学中，人们知道这种关系是指数式的，而不是线性的。打印参数，粉末床中零件的方向（建立布局，从而产生热影响区），但储存和调节温度也会产生影响。

浓度杂质像水分，氧气，屏蔽气中的碳氢化合物。Ti和Al等金属非常反应性，因为它们在升高温度下与氮反应。对于这些金属，即使是屏蔽气中存在的氮杂质（通常是氩）也会导致氮摄取。在这种情况下：添加剂机器的任何形式的泄漏（例如在门上）都会产生巨大影响。

最后，博览会时间。

通常，氧，氢和氮的影响为负。这些元素与金属形成稳定的夹杂物（金属氧化物或硝酸盐），并降解机械性能，拉伸强度，延性和产生孔隙率（增加孔隙率和杂质含量）。最负面的影响具有氢，但是破坏机制及其与添加剂制造的相关性取决于金属粉的碱金属。

为什么不仅能够监测O/N/H，还可以监测碳和硫，这很重要？

已知碳是主导钢的机械性能的合金元素。它的影响不太对其他金属，例如Ni，Ti，但在添加剂制造过程中仍然可以改变碳的水平，碳可以使材料以CO或CO的形式留下₂。

碳与氛围中存在的水类似，诸如环境灰尘含有碳的物质，并且很容易污染粉末床。考虑粘合剂喷射或其他AM的其他方式，除了直接的金属印刷外，情况是不同的：您可以根据最终产品的碳含量监视和控制通常的DE结合步骤。

G6 Leonardo是Bruker的最新ONH分析仪。该产品如何满足添加剂制造中对分析解决方案的日益增长的需求？

这G6 Leonardo应用惰性气体融合原理，这是一种快速，可靠和体积的方法，分析了整个样品样品，而不仅仅是表面。添加剂制造中的样品制备很容易，可以通过生产测试样品或分析具有相同打印参数制造的支撑结构的部分来测试最终部分。该方法适用于每个主要金属制造商的QC/QA，但据说很复杂，只能在大金属生产地点实验室人员使用。

G6 Leonardo的这种变化是由没有复杂的“铃铛和哨子”设计而设计的，它可以由技术人员而不是科学家进行操作。G6 Leonardo采用了与Bruker的高端分析仪相同的经过验证的检测系统，但其安装要求较少，运行成本较低，并提供了行业中的鲁棒性。

最大的更改是其新的软件包，该软件包允许出厂校准的方法并提供完整的审核步道，但易于操作。这些特征使G6 Leonardo成为添加剂制造的非常有吸引力的解决方案。

是什么让G6 Leonardo与市场上的其他ONH分析仪区分开来？

除了开创性的软件包外，G6 Leonardo还提供了与Bruker的高端分析仪G8 Galileo相同的独特功能。

它可与FusionControl一起使用，可控制真实的无触点无线电计
样品温度；氧直接以CO的形式直接测量，而无需先前的化学化学转化为CO₂（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。

漂流对ONH分析有何影响？在开发G6 Leonardo时，Bruker如何克服这个问题？

漂移检测器基线需要频繁控制校准有效性或重新校准。一个流程耗费时间和金钱，没有生产样品的可用性。较短的时间尺度上的检测器漂移会影响检测的极限。

为了在最大可能的程度上克服漂移，布鲁克在每个检测器上使用专用的物理参考通道，并在必要时对检测器进行高精度的温度控制。

它的环境压力流系统使其不受泄漏或环境压力变化的不知情，而无需容易出现的流动补偿。

您为什么选择氩气载体而不是氦气？这提供了什么优势？

氩气比氦气便宜得多，几乎在每个添加剂制造厂都可以使用，并且始终可用。该星球上的氦气资源是有限的：它正在扩散到外层空间，并且不会被自然过程所填充，并且像MRT这样的超导应用的氦气需求很高。因此，氦气很昂贵，有时甚至不可用。

样品的温度如何影响元素分析？G6 Leonardo如何防止过热，这为用户带来了什么好处？

温度是ONH分析最重要的参数之一。温度确定化学反应是否完整，根本没有激活或另一种反应途径，并形成不需要的副产品。

没有常见的“一个人适合所有”温度和蛮力方法：由于侧反应，“最高温度，总是总是”不适用。G6 Leonardo凭借其独特的FusionControl，可确保分析在适当的温度下进行，从而通过热应力而获得最小维护或磨损的可信赖结果。

您认为该产品将如何在未来十年中发展？

但是，很难说未来会有什么能力，到目前为止，G6 Leonardo受到金属行业工作的人的好感。该产品旨在在许多不同的设置中使用，而添加剂制造只是一个例子。

随着时间的流逝，我希望较小的金属生产商和供应链能将该产品实施到其工作流程中。就目前而言，我可以肯定地说，G6 Leonardo拥有所有基因取得成功，我对未来非常乐观。

读者在哪里可以找到更多信息？

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• 布鲁克还提供产品专家的应用程序支持和培训，并维护全球的演示实验室。在那里，您有机会在分析自己的样本时进行动手演示。
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关于Peter Paplewski博士

Peter Paplewski博士是德国Karlsruhe的Bruker Axs的Spark-OES和CS/ONH-分析的产品线经理。他获得了硕士学位和博士学位。在Wuppertal大学的无机化学中，研究强调了气相中新型小型，短暂的分子的合成和表征。

在他的学术研究之后，他于2001年开始担任Agilent Technologies渠道合作伙伴的研发科学家，然后过渡到原子排放探测器的产品管理。他于2010年加入Bruker，担任金属和无机固体（尤其是金属）的CS/ONH元素分析产品经理。