Proszek AlSi10Mg: Przegląd techniczny

Przegląd proszku AlSi10Mg

AlSi10Mg to proszek stopu aluminium składający się głównie z aluminium wraz z krzemem i magnezem jako głównymi pierwiastkami stopowymi. Jest szeroko stosowany w metalach produkcja addytywna, znany również jako druk 3D, ze względu na jego doskonałą wytrzymałość, trwałość, spawalność i odporność na korozję.

Proszek AlSi10Mg może być przetwarzany przez selektywne topienie laserowe (SLM), topienie wiązką elektronów (EBM) i bezpośredniego spiekania laserowego metali (DMLS) w celu tworzenia złożonych części metalowych z drobnymi detalami i niestandardowymi geometriami. Jego właściwości sprawiają, że nadaje się do zastosowań lotniczych, motoryzacyjnych, medycznych i przemysłowych.

Niniejszy artykuł zawiera kompleksowy przegląd techniczny proszku AlSi10Mg, obejmujący jego skład, właściwości, zastosowania, ceny, dostawców i inne kluczowe informacje dla inżynierów materiałowych, projektantów produktów i specjalistów ds. druku 3D.

Proszek AlSi10Mg Kluczowe szczegóły:

• Skład: Aluminium z krzemem 9-11%, magnez 0,2-0,45%
• Kształt cząsteczki: Kulisty kształt, wysoka płynność
• Zakres rozmiarów: 15-45 mikronów
• Gęstość: 2,67 g/cm3
• Temperatura topnienia: ~615°C
• Siła: Średni do wysokiego
• Zastosowania: Lotnictwo, motoryzacja, przemysłowy druk 3D

Skład proszku AlSi10Mg

Skład proszku AlSi10Mg składa się głównie z aluminium z dodatkiem krzemu i magnezu jako pierwiastków stopowych. Nominalny zakres składu podano poniżej:

Element	Waga %
Aluminium (Al)	Podstawa/reszta
Krzem (Si)	9-11%
Magnez (Mg)	0.2-0.45%
Inne (Fe, Mn itp.)	< 0,55% ogółem

Krzem jest dodawany do aluminium w celu poprawy właściwości odlewniczych i mechanicznych, takich jak granica plastyczności i twardość. Zwiększa płynność podczas topienia i poprawia właściwości podawania.

Dodatek magnezu powoduje utwardzenie wydzieleniowe, które wzmacnia stop poprzez obróbkę cieplną. Magnez poprawia również odporność na korozję.

Śladowe ilości żelaza, manganu i innych pierwiastków mogą być obecne jako zanieczyszczenia do maksymalnie 0,55%. Poziomy dodatków stopowych można zmieniać w zakresie, aby dostosować właściwości do wymagań aplikacji.

Nominalny zakres składu proszku stopu AlSi10Mg

Element	Minimum wt%	Maksymalny wt%
Aluminium	Bal.	Bal.
Krzem	9	11
Magnez	0.2	0.45
Inne	–	0.55

Właściwości proszku AlSi10Mg

AlSi10Mg wykazuje właściwości, dzięki którym nadaje się do wymagających zastosowań w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i przemysłowym. Kluczowe właściwości zostały wyróżnione poniżej:

Właściwości mechaniczne

• Wysoka wytrzymałość i twardość
• Dobra ciągliwość w stanie wyżarzonym
• Doskonała spawalność
• Wysoka wytrzymałość zmęczeniowa

Właściwości fizyczne

• Gęstość: 2,67 g/cc
• Temperatura topnienia: ~615°C
• Przewodność cieplna: 130 W/m-K
• Współczynnik rozszerzalności cieplnej: 21-24 x 10^-6 K^-1

Inne

• Dobra odporność na korozję
• Doskonała drukowność i wykończenie powierzchni
• Biokompatybilny na ISO 10993 i ASTM F67
• Niemagnetyczny

Gęstość jest porównywalna do stopów aluminium takich jak AlSi12 i AlSi7Mg. Temperatura topnienia jest również podobna do standardowych stopów odlewniczych Al-Si. Właściwości te umożliwiają przetwarzanie i konsolidację poprzez spiekanie i topienie.

Przegląd kluczowych właściwości proszku AlSi10Mg

Nieruchomość	Typowe wartości
Gęstość	2,67 g/cm3
Temperatura topnienia	~615°C
Przewodność cieplna	130 W/m-K
Rezystywność elektryczna	4-8 x 10^-8 Ωm
Moduł Younga	70-80 GPa
Współczynnik Poissona	0.33
Wytrzymałość na rozciąganie	215-365 MPa
Wytrzymałość na rozciąganie	330-430 MPa
Wydłużenie	8-10%
Twardość	80-100 Brinell

Uwaga: Właściwości zależą od dokładnego składu, metody produkcji, orientacji budowy, obróbki cieplnej itp. Podane wartości są typowe lub standardowe.

Właściwości mechaniczne, takie jak wysoka granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie, a także dobra ciągliwość sprawiają, że AlSi10Mg nadaje się do produkcji wysokowydajnych części w różnych gałęziach przemysłu. Stop może być utwardzany wydzieleniowo w celu dalszego zwiększenia wytrzymałości. Doskonała odporność na korozję osiągana jest dzięki dodatkom krzemu tworzącym ochronną warstwę tlenku. Ogólnie rzecz biorąc, AlSi10Mg zapewnia wszechstronną kombinację właściwości dla metalu AM.

Zastosowania proszku AlSi10Mg

Lekkie, wytrzymałe i nadające się do druku właściwości proszku AlSi10Mg sprawiają, że jest on jednym z najczęściej stosowanych stopów w produkcji addytywnej. Niektóre typowe zastosowania obejmują:

Aerospace: Łopatki turbin, dysze rakiet, wsporniki strukturalne, elementy satelitów, części UAV

Motoryzacja: Części układu napędowego, tłoki, turbosprężarki, wymienniki ciepła

Przemysłowe: Robotyka, oprzyrządowanie, przyrządy i osprzęt, wały napędowe

Medyczne: Implanty ortopedyczne, protetyka, narzędzia chirurgiczne

Inne: Radiatory, kolektory hydrauliczne, obudowy, kanały chłodzące

AlSi10Mg umożliwia tworzenie złożonych, zoptymalizowanych geometrii, które poprawiają wydajność i efektywność w powyższych zastosowaniach. Drobne struktury możliwe dzięki drukowi 3D poprawiają transfer ciepła, przepływ płynów i inne właściwości.

Doskonały stosunek wytrzymałości do wagi AlSi10Mg zmniejsza wagę komponentów przy jednoczesnym zachowaniu wydajności mechanicznej. Pomaga to zmniejszyć zużycie paliwa w pojazdach i obniżyć koszty startu w zastosowaniach kosmicznych.

 Przegląd zastosowań AlSi10Mg w różnych branżach

Sektor	Typowe zastosowania
Lotnictwo i kosmonautyka	Łopatki turbin, wsporniki strukturalne, dysze rakiet, satelity
Motoryzacja	Układ napędowy, tłoki, turbosprężarki, wymienniki ciepła
Przemysłowy	Robotyka, oprzyrządowanie, przyrządy i osprzęt
Medyczny	Implanty ortopedyczne, protetyka
Ogólne	Radiatory, kolektory hydrauliczne, obudowy

AlSi10Mg jest certyfikowany do zastosowań lotniczych, spełniając normy takie jak AMS4967 i AMS4169. Szeroko zakrojone kwalifikacje i testy potwierdzają jego wydajność w ekstremalnych warunkach. Biokompatybilność zgodna z normami ISO 10993 i ASTM F67 pozwala na zastosowanie w urządzeniach medycznych i implantach. Ogólnie rzecz biorąc, AlSi10Mg zapewnia wszechstronne, lekkie rozwiązanie materiałowe do krytycznych zastosowań.

Przetwarzalność proszku AlSi10Mg

Proszek AlSi10Mg może być przetwarzany za pomocą głównych metod produkcji dodatków metalowych, takich jak:

• Selektywne topienie laserowe (SLM)
• Bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS)
• Topienie wiązką elektronów (EBM)

Metody laserowe: SLM i DMLS wykorzystują laser o dużej mocy do selektywnego stapiania obszarów złoża proszku w celu tworzenia części warstwa po warstwie. Skonsolidowany materiał ma właściwości porównywalne do konwencjonalnych stopów aluminium. SLM zazwyczaj wykorzystuje wyższą moc lasera do pełnego stopienia. DMLS ma niższą moc do spiekania cząstek proszku.

Topienie wiązką elektronów: EBM wykorzystuje wiązkę elektronów jako źródło ciepła do topienia i stapiania materiału. Pozwala to osiągnąć wyższe tempo produkcji niż procesy laserowe, ponieważ szybko stapia każdą warstwę. Właściwości materiału są podobne do SLM i DMLS.

Parametry drukowania: Typowe parametry SLM - moc lasera 175-350 W, prędkość skanowania 700-1500 mm/s, grubość warstwy 20-100 μm. Dla EBM - moc wiązki 3-7 kW, prędkość skanowania 1000-2500 mm/s, grubość warstwy 50-200 μm.

Inne metody: Proszek AlSi10Mg może być również stosowany w technologii binder jetting, w której ciekłe spoiwo jest selektywnie osadzane w celu uformowania kształtu. "Zielona" część jest następnie spiekana. Możliwe jest również napylanie na zimno.

Procesy AM kompatybilne z proszkiem stopu AlSi10Mg

Proces	Źródło ciepła	Opis
SLM	Laser	Selektywne topienie laserowe
DMLS	Laser	Bezpośrednie spiekanie laserowe metali
EBM	Wiązka elektronów	Topienie wiązką elektronów
Rozpylanie spoiwa	Płynne spoiwo	Spoiwo drukowane, a następnie spiekane
Zimny spray	Kinetic	Proszek natryskiwany na podłoże

Proszek AlSi10Mg charakteryzuje się wysoką absorpcją wiązki laserowej/elektronowej oraz doskonałą gęstością płynięcia i upakowania. Skutkuje to dobrą rozprowadzalnością w złożu proszku i wydajnym topieniem/spiekaniem. Kluczową rolę odgrywa również wielkość cząstek i ich sferyczna morfologia.

Ogólnie rzecz biorąc, AlSi10Mg oferuje doskonałą przetwarzalność w PBF i powiązanych metodach wytwarzania złożonych geometrii z dobrym wykończeniem powierzchni i rozdzielczością elementów.

Charakterystyka i jakość proszku

Proszek AlSi10Mg stosowany w procesach AM wykazuje następujące właściwości:

• Sferyczna morfologia proszku o gładkiej powierzchni
• Płynność przy minimalnej aglomeracji
• Gęstość pozorna ~1,2-1,6 g/cc
• Gęstość kranu ~2,2-2,7 g/cc
• Jednolity rozkład składu
• Wysoka czystość i niska porowatość wewnętrzna
• Kontrolowany rozkład wielkości cząstek

Kształt cząsteczki: Sferyczna morfologia proszku zapewnia dobry przepływ i rozprowadzalność w złożu proszku. Skutkuje to jednolitym topieniem i właściwościami materiału. Atomizacja gazowa jest powszechnie stosowana w celu osiągnięcia sferyczności >90%.

Płynność: Proszki o wysokiej sypkości rozprowadzają się równomiernie i są gęsto upakowane na platformach złoża proszku. Typowe prędkości przepływu przez lejek Halla wynoszą 23-27 s/50 g.

Wielkość cząstek: Rozkład wielkości cząstek wynosi zazwyczaj 10-45 μm lub 15-45 μm. Większe cząstki ~35-45 μm poprawiają przepływ, podczas gdy mniejsze ~15-25 μm zwiększają gęstość i rozdzielczość.

Kontrola składu: Ścisła kontrola składu w ramach specyfikacji maksymalizuje wydajność materiału. Zapewniona jest równomierna dystrybucja pierwiastków stopowych.

Czystość: Wysoka czystość z niską porowatością i wtrąceniami zapobiega wadom procesu. Zawartość tlenu <1000 ppm.

Typowe cechy i właściwości proszków AlSi10Mg

Parametr	Typowa wartość	Rola
Kształt cząsteczki	Sferyczny >90%	Płynność, gęstość
Wielkość cząstek (μm)	15-45	Gęstość, rozdzielczość
Natężenie przepływu (s/50g)	23-27	Pakowanie w złożu proszkowym
Gęstość pozorna (g/cc)	1.2-1.6	Możliwość recyklingu
Gęstość kranowa (g/cc)	2.2-2.7	Gęstość zieleni
Czystość	>99,5%	Redukcja defektów
Tlen (ppm)	<1000	Czyste topienie

Parametry takie jak rozkład kształtu cząstek (PSD) i współczynnik Hausnera wskazują na jakość proszku. Ścisła kontrola nad atomizacją gazu zapewnia wysoką spójność między partiami. Proszek jest dostarczany z raportem składu i certyfikatami analizy (COA) dla poszczególnych partii.

Dostawcy proszku AlSi10Mg

Niektórzy z głównych światowych dostawców proszków AlSi10Mg dla AM obejmują:

Met3DP

• Nazwa handlowa: rozpylony proszek aluminiowy 5056
• Zakres rozmiarów (μm): 15-45, 23-53
• Opakowanie: Butelki 5 kg do pudełek 1 tona metryczna z argonem

GE Additive

• Nazwa produktu: AlSi10Mg
• Zakres rozmiarów (μm): 15-45
• Opakowanie: 10 kg butle z argonem

Sandvik Osprey

• Produkt: Osprey AlSi10Mg
• Cząsteczki: Sferyczne, D50 40 μm
• Opakowanie: Butelki wypełnione argonem

Technologia LPW

• Produkt: Proszek AlSi10Mg AM
• Zakres rozmiarów (μm): 15-45
• Opakowanie: 2 butelki 12 kg w argonie

SLM Solutions

• Produkt: SLM AlSi10Mg
• Zakres rozmiarów (μm): 15-45
• Opakowanie: 10-litrowe puszki, 2-kilogramowe butelki

Dostawcy i specyfikacje proszku AlSi10Mg

Dostawca	Produkt	Rozmiar (μm)	Opakowanie
Met3DP	AlSi10Mg	15-45	Butelki/pudełka z Ar
GE Additive	AlSi10Mg	15-45	Butle 10 kg z Ar
Sandvik Osprey	Osprey AlSi10Mg	D50 40	Butle z argonem
LPW	AlSi10Mg AM	15-45	Butelki 2-12 kg w Ar
SLM Solutions	SLM AlSi10Mg	15-45	Puszki/butelki z Ar

Niestandardowe odmiany AlSi10Mg ze zoptymalizowanymi frakcjami lub rozkładami cząstek mogą być dostarczane przez producentów na żądanie.

Ceny proszku AlSi10Mg

Cena proszku AlSi10Mg do przetwarzania AM zazwyczaj waha się od $90-150 za kg w zależności od ilości i producenta.

Rozważania dotyczące cen:

• Ilość proszku - ceny są niższe w przypadku zamówień hurtowych ze względu na niższe koszty pakowania.
• Warianty kompozycji - Drobne dodatki lub optymalizacje mogą zwiększyć koszty.
• Jakość i certyfikacja - wyższa czystość/spójność zwiększa koszty
• Producent - dostawcy premium mają zazwyczaj wyższe ceny
• Opakowanie - Specjalistyczne opakowania (puszki, butelki itp.) wpływają na cenę.

Orientacyjne ceny:

Ilość	Cena za kg (USD)
1 kg	$140-200
10 kg	$120-160
100 kg	$100-130
1,000+ kg	$90-110

Wysyłka, podatki i wszelkie specjalne wymagania certyfikacyjne mogą zwiększyć ostateczny koszt dostawy. Duże zamówienia OEM często otrzymują zniżki od producentów w ramach umów.

Zakres cen proszku AlSi10Mg w zależności od ilości zamówienia

Ilość zamówienia	Cena za kg (USD)
1 kg	$140-200
10 kg	$120-160
100 kg	$100-130
1,000+ kg	$90-110

Cena proszku Met3DP AlSi10Mg:

Metalowy proszek	Rozmiar	Ilość	Cena/kg	Rozmiar	Ilość	Cena/kg
AlSi10Mg	15-45 μm	1 KG	70	15-53μm	1 KG	51
		10 KG	42		10 KG	33
		100 KG	34.6		100 KG	23.5

Wybór proszku AlSi10Mg

Kluczowe czynniki wpływające na wybór proszku AlSi10Mg obejmują:

Wymagania dotyczące aplikacji: Potrzeby w zakresie wydajności, takie jak wytrzymałość, twardość, plastyczność, trwałość zmęczeniowa itp. Zastosowania mogą również wymagać określonych certyfikatów materiałowych.

Zmienne procesu AM: Dopasowanie zakresu wielkości, kształtu i rozkładu cząstek do modelu drukarki, grubości warstwy, mocy wiązki i powiązanych parametrów.

Jakość i spójność: Partie proszków, które niezawodnie spełniają wymagania dotyczące składu, czystości, charakterystyki cząstek itp. mają kluczowe znaczenie dla zastosowań produkcyjnych.

Dostępność i czas realizacji: W przypadku prototypów dostępność małych ilości może być kluczowa, podczas gdy produkcja wymaga zamówień hurtowych i stabilnych długoterminowych dostaw.

Ceny: Cena za kg zależy od ilości, kosztów wysyłki, marży dostawcy itp. Duże kontrakty OEM zapewniają lepsze ceny.

Wsparcie techniczne: Producenci posiadający dużą wiedzę techniczną w zakresie produkcji proszków metali i AM mogą udzielić wskazówek dotyczących najlepszych opcji proszków.

Przy wyborze proszku AlSi10Mg zaleca się współpracę z uznanymi dostawcami i współpracę na wczesnym etapie procesu projektowania części AM.

Plusy i minusy proszku AlSi10Mg

Plusy

• Wysoka wytrzymałość i dobra ciągliwość
• Doskonała odporność na korozję
• Łatwe do spawania i obróbki mechanicznej
• Dobre właściwości termiczne
• Szerokie kwalifikacje do zastosowań w przemyśle lotniczym
• Biokompatybilność dla implantów medycznych

Wady

• Niższa granica plastyczności niż w przypadku stopów AlSi7Mg i AlSi12
• Podatność na defekty porowatości podczas drukowania
• Wysoki współczynnik odbicia wymaga wyższej mocy lasera
• Nieoptymalny do zastosowań wysokotemperaturowych >150°C
• Droższe niż niestopowe proszki aluminiowe

Metody produkcji proszku AlSi10Mg w druku 3D

Proszek AlSi10Mg do druku 3D jest zwykle wytwarzany dwiema głównymi metodami:

1. Atomizacja gazu

Atomizacja gazowa jest szeroko stosowaną techniką produkcji wysokiej jakości proszków metali, w tym AlSi10Mg. W procesie tym stopiony strumień stopu AlSi10Mg jest wtryskiwany do komory ciśnieniowej wypełnionej gazem obojętnym, takim jak azot lub argon. Gaz pod wysokim ciśnieniem rozpyla stopiony metal na drobne kropelki, które następnie zestalają się w kuliste cząstki proszku.

2. Atomizacja plazmowa

Atomizacja plazmowa jest procesem podobnym do atomizacji gazowej, ale wykorzystuje palnik plazmowy zamiast strumienia gazu pod ciśnieniem. Palnik plazmowy generuje niezwykle gorący, zjonizowany gaz, który rozpyla stopiony metal na jeszcze drobniejsze cząstki proszku. Metoda ta jest szczególnie odpowiednia do produkcji proszków o bardzo małych rozmiarach cząstek.

Sprzęt do produkcji proszku AlSi10Mg

Produkcja proszku AlSi10Mg do druku 3D wymaga specjalistycznego sprzętu, w tym:

• Piec do topienia: Piec wysokotemperaturowy służy do topienia stopu AlSi10Mg do żądanej temperatury odlewania.

• Komora atomizacji: W tej komorze ciśnieniowej znajduje się dysza rozpylająca i palnik gazu obojętnego lub plazmy do rozpylania stopionego metalu.

• System zbierania proszku: System filtrów i kolektorów wychwytuje rozpylone cząstki proszku i oddziela je od strumienia gazu.

• Klasyfikacja i kondycjonowanie proszków: Zebrany proszek jest klasyfikowany i kondycjonowany w celu zapewnienia spójnego rozkładu wielkości cząstek i płynności.

Dodatkowe rozważania

• Materiał wsadowy: Czystość i skład surowca stopu AlSi10Mg znacząco wpływają na jakość otrzymanego proszku.

• Parametry atomizacji: Parametry atomizacji, takie jak ciśnienie gazu, ustawienia palnika plazmowego i konstrukcja dyszy, wpływają na wielkość cząstek, morfologię i właściwości proszku.

• Przetwarzanie końcowe: Proszek może być poddawany dalszym etapom przetwarzania, takim jak przesiewanie, obróbka cieplna lub modyfikacja powierzchni, w celu poprawy jego właściwości dla określonych zastosowań druku 3D.

Najczęściej zadawane pytania

Q. Jaki jest skład chemiczny proszku AlSi10Mg?

A. Typowy skład to aluminium z 9-11% krzemu i 0,2-0,45% magnezu. Pozostałe to inne pierwiastki śladowe o łącznej wartości <0,55%.

Q. Jaka jest gęstość proszku AlSi10Mg i AlSi10Mg?

A. Gęstość wynosi około 2,67 g / cm3 zarówno dla stopu luzem, jak i postaci proszku.

Q. Jakie są właściwości mechaniczne części AlSi10Mg wykonanych metodą AM?

A. Wydrukowany AlSi10Mg ma wytrzymałość na rozciąganie 330-430 MPa, granicę plastyczności 215-365 MPa i wydłużenie 8-10% w stanie powykonawczym. Obróbka cieplna może dodatkowo poprawić właściwości.

Q. Jaki rozmiar cząstek jest zalecany dla proszku AlSi10Mg w AM?

A. Powszechnie stosowany jest zakres wielkości cząstek od 15 do 45 mikronów, choć rozkład wielkości można zoptymalizować pod kątem konkretnych drukarek i wymagań dotyczących grubości warstwy.

Q. Czy można obrabiać/spawać części AlSi10Mg AM?

A. Tak, części AlSi10Mg wykonane za pomocą druku 3D mogą być obrabiane i spawane konwencjonalnymi metodami po odpowiedniej obróbce cieplnej odprężającej.

Q. Czy proszek AlSi10Mg jest wielokrotnego użytku?

A. Proszek AlSi10Mg można zazwyczaj poddać recyklingowi 5-10 razy, zanim konieczne będzie odświeżenie, w zależności od procesu AM i poziomu zanieczyszczenia.

Wnioski

AlSi10Mg jest ważnym proszkiem stopu aluminium do produkcji dodatków metalowych, znajdującym zastosowanie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, medycznym i przemysłowym. Kluczowe zalety obejmują wysoki stosunek wytrzymałości do masy, odporność na korozję, doskonałe właściwości mechaniczne i szerokie certyfikaty dla wymagających zastosowań.

AM umożliwia uzyskanie złożonych, zoptymalizowanych geometrii, które nie są możliwe do uzyskania poprzez odlewanie lub obróbkę skrawaniem. Proszek AlSi10Mg o kontrolowanej charakterystyce i składzie cząstek ma kluczowe znaczenie dla uzyskania części wolnych od wad. Wiodący światowi dostawcy zapewniają wysokiej jakości proszek dostosowany do procesów AM, takich jak DMLS i SLM.