《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验方法》编制说明

《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则》

编制说明

一、编制工作概况

1任务来源

金属增材制造用粉末流动性的优劣会直接影响增材制造产品的性能表现，当

前表征金属增材制造用粉末流动性的方法主要为霍尔流动性测试和卡尼流动性

测试，但这两种测试方法并不适用于流动性较差的粉末（如铝合金粉末），往往

得不到有效的测试结果，而流变性能测试从另一维度给出了粉末流动性的表征结

果。本标准规定了民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则，通过进行多

元粉体数值测试方法，更加充分的理解粉体在加工中的表现，可较完整表征粉体

在不同情形下的流变特性，尤其适用于流动性较差的无法直接测量其流动性数据

的金属粉末。技术引领，标准先行，技术标准在增材制造的产业化发展中具有重

要的支撑和引领作用。基于增材制造技术在民用飞机领域发展应用的迫切需求，

中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院牵头向中国材料与试验团体标

准委员会（以下简称：CSTM标准委员会）提出《民用飞机增材制造用金属粉末

流变性能试验方法》立项申请，经审查后批准立项，专家组建议标准名称修改为

《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则》，项目编号为CSTM-SQ-

2022-00675，归口管理委员会为CSTM/FC66民机材料领域委员会。

2起草单位

本标准的牵头起草单位是中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，

参与起草单位是上海理工大学。

3主要工作过程

2022年3月成立《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则》标准

起草工作组，根据工作组成员专业方向确定分工，制定标准工作计划；

2022年4月收集并整理《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则》

相关资料，起草并确定标准大纲；

2022年5月整理并分析民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则试

验数据，组织工作组成员召开标准研讨会讨论标准制定的具体内容和指标，形成

标准草案；

2022年6-10月形成标准提案向CSTM标准委员会提交立项申请，论证项目

可行性进行立项审定答辩，12月2日由CSTM标准委员会发布立项公告正式立

项；

2023年3月修改完善标准内容，形成征求意见稿，公开征求意见。

二、标准制修订原则

本标准的制定主要遵循以下原则：

（1）编写格式参照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》

的规定；

（2）注意标准内容的完整性、准确性，条理清楚、相互协调，结构合理、

内容全面，简明易懂，便于应用。

三、国内外相关标准分析

本标准与ASTMD7891《StandardTestMethodforShearTestingofPowders

UsingtheFreemanTechnologyFT4PowderRheometerShearCell》的区别如下：

本标准涵盖了粉体流变性能的多项测试内容，如基本流动能、充气能、固结

能、可压性、剪切盒、壁面摩擦角测试，ASTMD7891仅涵盖剪切盒测试。

本标准以国产民机型号选型研发试验数据为基础，参考中国商飞已发布贯彻

的企业标准，建立民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则，为民用飞机

增材制造行业提供原材料粉末流变性能评价依据。

四、标准主要内容确定的论据

1范围

范围的编制格式遵循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》的规定。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（Powder

bedfusion）、粉末定向能量沉积（Powderdirectedenergydeposition）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

规范性引用文件引导语参考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》的规定，本标准没有规范性引用文件。

3术语和定义

本章节基于行业规则和粉末生产商、粉末测试商、粉末使用方的使用惯例，

规定了适用于本标准的术语定义，包括：基本流动能、固结能、可压性、充气能、

壁面摩擦角。

4原理

本章节基于适用于增材粉末使用的粉末流变测试通用技术原理进行概括总

结。

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。

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

本章节基于粉末流变性能测试设备厂商和测试单位的说设备说明手册及操

作规章。

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

增材制造用金属粉末。

7试验步骤

本章节基于粉末流变性能测试设备厂商和测试单位的说设备说明手册及操

作规章，考虑了试验条件。

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。

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。

五、主要试验（或验证）情况

本标准金属增材粉末流变性能试验数据来源于中国商飞某型号选型试验项

目，本标准参考中国商飞已发布贯彻的企业标准，本标准制定过程中收集并总结

了民机选区激光熔融件用AlSi10Mg合金粉末流变性能的相关技术资料作为参考

依据，并对多批次粉末流变特性测试结果进行分析。

六、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系

本标准与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准无冲突。

七、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据

本标准制定过程中尚无重大分歧意见。

八、标准水平建议及预期的社会经济效果

本标准为中国材料与试验团体标准。

本标准的制定将为民用飞机增材制造用金属粉末流变性能的测试方法提供

参考依据，粉末流变性能作为一种较新的粉末测试方法，为粉末流动性的表征提

供了新思路和解决方案，不仅如此，它还可模拟不同的加工环境，测量粉体对不

同环境的反应，非常适合于表征增材制造过程中粉末的实际流动行为，为更深入

理解金属增材制造过程中粉末特性的作用及意义提供了有力的测试方法支持。

九、贯彻标准的要求和措施建议

本标准为我国民机材料领域首份针对民机增材制造用金属粉末流变性能试

验通则的团体标准，将推动增材制造技术进步及在民用飞机领域的规模化应用，

促进增材制造产业发展及标准体系的完善。本标准反映了民用飞机领域对金属增

材制造用粉末流变性能的试验通则，建议尽快发布实施并积极向粉末生产商、打

印服务商、粉末测试方推荐此标准。

十、废止有关标准的建议

无。

十一、标准涉及专利情况说明

本标准不涉及专利。

十二、重要内容的解释和其它应予说明的事项

无。

《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则》

编制说明

一、编制工作概况

1任务来源

金属增材制造用粉末流动性的优劣会直接影响增材制造产品的性能表现，当

前表征金属增材制造用粉末流动性的方法主要为霍尔流动性测试和卡尼流动性

测试，但这两种测试方法并不适用于流动性较差的粉末（如铝合金粉末），往往

得不到有效的测试结果，而流变性能测试从另一维度给出了粉末流动性的表征结

果。本标准规定了民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则，通过进行多

元粉体数值测试方法，更加充分的理解粉体在加工中的表现，可较完整表征粉体

在不同情形下的流变特性，尤其适用于流动性较差的无法直接测量其流动性数据

的金属粉末。技术引领，标准先行，技术标准在增材制造的产业化发展中具有重

要的支撑和引领作用。基于增材制造技术在民用飞机领域发展应用的迫切需求，

中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院牵头向中国材料与试验团体标

准委员会（以下简称：CSTM标准委员会）提出《民用飞机增材制造用金属粉末

流变性能试验方法》立项申请，经审查后批准立项，专家组建议标准名称修改为

《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则》，项目编号为CSTM-SQ-

2022-00675，归口管理委员会为CSTM/FC66民机材料领域委员会。

2起草单位

本标准的牵头起草单位是中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，

参与起草单位是上海理工大学。

3主要工作过程

2022年3月成立《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则》标准

起草工作组，根据工作组成员专业方向确定分工，制定标准工作计划；

2022年4月收集并整理《民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则》

相关资料，起草并确定标准大纲；

2022年5月整理并分析民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则试

验数据，组织工作组成员召开标准研讨会讨论标准制定的具体内容和指标，形成

标准草案；

2022年6-10月形成标准提案向CSTM标准委员会提交立项申请，论证项目

可行性进行立项审定答辩，12月2日由CSTM标准委员会发布立项公告正式立

项；

2023年3月修改完善标准内容，形成征求意见稿，公开征求意见。

二、标准制修订原则

本标准的制定主要遵循以下原则：

（1）编写格式参照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》

的规定；

（2）注意标准内容的完整性、准确性，条理清楚、相互协调，结构合理、

内容全面，简明易懂，便于应用。

三、国内外相关标准分析

本标准与ASTMD7891《StandardTestMethodforShearTestingofPowders

UsingtheFreemanTechnologyFT4PowderRheometerShearCell》的区别如下：

本标准涵盖了粉体流变性能的多项测试内容，如基本流动能、充气能、固结

能、可压性、剪切盒、壁面摩擦角测试，ASTMD7891仅涵盖剪切盒测试。

本标准以国产民机型号选型研发试验数据为基础，参考中国商飞已发布贯彻

的企业标准，建立民用飞机增材制造用金属粉末流变性能试验通则，为民用飞机

增材制造行业提供原材料粉末流变性能评价依据。

四、标准主要内容确定的论据

1范围

范围的编制格式遵循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》的规定。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