Алюминиевый порошок AlSi10Mg: Технический обзор

Алюминиевый порошок AlSi10Mg представляет собой алюминиевый сплав, содержащий кремний и магний в качестве основных легирующих элементов. Этот металлический порошок стал популярным выбором для аддитивного производства, такого как селективное лазерное спекание (SLS) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS), благодаря своим превосходным механическим свойствам, легкости, коррозионной стойкости и высокому соотношению прочности и веса.

В данной статье представлен полный технический обзор алюминиевого порошка AlSi10Mg с описанием его состава, свойств, методов производства, областей применения, преимуществ и недостатков. Количественные данные представлены в виде таблиц, а также мнения и субъективные комментарии помогут читателям лучше понять этот передовой инженерный материал.

Состав порошка алюминия AlSi10Mg

Состав алюминиевого порошка AlSi10Mg следующий:

Элемент	Вес %
Алюминий (Al)	Остаток
Кремний (Si)	9-11%
Магний (Mg)	0.2-0.45%
Железо (Fe)	< 0,55%
Марганец (Mn)	< 0,45%
Титан (Ti)	< 0,15%

Высокое содержание кремния обеспечивает хорошую текучесть и литейную способность, а также повышенную прочность и твердость. Добавка магния повышает прочность за счет упрочнения твердых растворов и закалки осадком.

В качестве примесей присутствуют также небольшие количества железа, марганца и титана. Более жесткий контроль над составом позволяет порошку этого сплава достигать лучшего постоянства свойств конечных деталей.

Свойства порошка алюминия AlSi10Mg

AlSi10Mg ценится за отличное соотношение прочности и веса и хорошую коррозионную стойкость. Вот некоторые из основных свойств этого порошка алюминиевого сплава:

Механические свойства

Недвижимость	Значение
Плотность	2,68 г/куб. см
Предельная прочность на разрыв	430 МПа
Предел текучести	270 МПа
Модуль Юнга	73 ГПа
Удлинение при разрыве	8%
Твердость	120 HB

Низкая плотность по сравнению со сталями, а также высокая прочность и жесткость делают AlSi10Mg привлекательным заменителем легких сплавов во многих областях применения. Удлинение указывает на умеренную пластичность алюминиевого сплава, а твердость по Бринеллю достаточно высока для хорошей износостойкости.

Физические свойства

Недвижимость	Значение
Температура плавления	~600°C
Теплопроводность	150 Вт/м-К
Электрическое сопротивление	3,5 x 10^-6 Ω-см
Коэффициент теплового расширения	21 x 10^-6 K^-1

Умеренно высокая температура плавления в сочетании с хорошей теплопроводностью позволяет использовать AlSi10Mg в методах термической обработки, применяемых в аддитивном производстве. Свойства электрического и теплового расширения типичны для алюминиевых сплавов.

Коррозионные свойства

• Отличная коррозионная стойкость в нейтральных водных средах
• Устойчивость к воздействию большинства кислот и щелочей
• Восприимчивость к точечной и щелевой коррозии под действием хлоридов

В целом порошок AlSi10Mg обладает очень хорошей коррозионной стойкостью благодаря наличию на его поверхности защитного оксидного слоя. Это делает его пригодным для использования во влажной среде и в условиях контакта с водой.

Производство алюминиевых порошков AlSi10Mg

Порошок AlSi10Mg для AM-процессов обычно производится методом:

• Распыление - Струя расплавленного металла распадается струей газа или воды на мелкие капли, которые застывают в порошок. В результате получается сферический порошок, идеально подходящий для порошковой плавки.
• Плазменный вращающийся электродный процесс (PREP) - Сплав расплавляется плазменной дугой и центробежно распыляется вращающимися электродными дисками. Получается сферический порошок с хорошей текучестью.
• Газовая атомизация - Инертный газ, например аргон или азот, используется для распыления расплавленного сплава, в результате чего получается мелкий сферический порошок. Наиболее широко используемый процесс.

Основные свойства порошка:

• Диапазон размеров частиц - от 15 до 45 мкм
• Морфология - Сферическая форма с некоторыми спутниками
• Текучесть - отличная, при скорости потока по Холлу > 30 с/50 г
• Кажущаяся плотность - ~2,7 г/куб. см
• Плотность отвода - до 80% плотности сплава

Эти свойства делают AlSi10Mg легко совместимым с такими распространенными процессами AM, как селективное лазерное плавление и электронно-лучевое плавление, которые включают в себя распределение и выравнивание порошка.

Области применения алюминиевой пудры AlSi10Mg

К основным областям применения порошка сплава AlSi10Mg относятся:

Аэрокосмическая промышленность: Кронштейны, элементы планера, детали двигателя

Автомобили: Детали шасси, элементы навесного оборудования, шестерни трансмиссии

Промышленность: Детали робототехники, оснастка, компоненты станков

Медицина: Ортопедические имплантаты, протезы, хирургические инструменты

Потребитель: Корпуса для электроники, спортивные товары, автомобильные аксессуары

Благодаря легкости и прочности этот сплав может применяться в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях, где требуется высокая мобильность. AlSi10Mg позволяет изготавливать высокопрочные специализированные металлические детали методом AM для различных отраслей промышленности.

Порошок AlSi10Mg для аддитивного производства

AlSi10Mg - один из наиболее популярных порошков алюминиевых сплавов, используемых в таких процессах AM-плавки с порошковым слоем, как:

• Селективное лазерное плавление (SLM)
• Селективное лазерное спекание (SLS)
• Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)
• Электронно-лучевое плавление (ЭЛП)

Преимущества использования порошка AlSi10Mg в АМ:

• Детали, прочность которых превышает прочность деталей из литых сплавов
• Почти полная плотность до 99,8%
• Отличная шероховатость поверхности и геометрическая точность
• Возможность создания сложных геометрических форм с помощью АМ
• Уменьшение количества отходов по сравнению с субтрактивными методами
• Облегчение по сравнению с титановыми или стальными деталями
• Постоянство и повторяемость механических свойств

AlSi10Mg позволяет существенно снизить вес по сравнению с традиционными материалами, при этом не уступая или превосходя их по эксплуатационным характеристикам. Это обуславливает его широкое применение в авиационной, космической, автомобильной и медицинской отраслях.

Однако такие факторы, как контроль пористости, анизотропия, остаточные напряжения и требования к термообработке, требуют особого внимания при печати на этом сплаве.

Поставщики порошка AlSi10Mg

К числу основных мировых поставщиков порошка из алюминиевого сплава AlSi10Mg относятся:

Компания	Назначение изделия
Met3DP	AlSi10Mg
Arcam AB	AlSi10Mg
Плотник	AlSi10Mg
EOS	AlSi10Mg
Присадки GE	AlSi10Mg
Технология LPW	AlSi10Mg
Praxair	Al-43
Sandvik	Osprey AlSi10Mg

Эти поставщики порошков имеют большой опыт производства AlSi10Mg в соответствии с жесткими стандартами, предъявляемыми к AM. Они также предоставляют технические данные, характеристики материалов и рекомендации по параметрам для облегчения AM-обработки.

Ценообразование на порошок AlSi10Mg

Цена порошка AlSi10Mg, пригодного для АМ, может составлять от $50/кг до $120/кг в зависимости от:

• Уровни чистоты
• Постоянство химического состава
• Диапазон размеров частиц и их распределение
• Морфология порошка (сферичность и текстура поверхности)
• Количество поставок
• Географический регион

Высококачественный порошок AlSi10Mg, распыляемый газом и предназначенный для ответственных применений, стоит более $100/кг, в то время как более дешевый порошок с менее жесткими техническими требованиями может стоить ~$60/кг в оптовых объемах.

Прайс-лист Met3DP AlSi10Mg:

Металлический порошок	Размер	Количество	Цена/кг	Размер	Количество	Цена/кг
AlSi10Mg	15-45 мкм	1 кг	$70	15-53 мкм	1 кг	$51
AlSi10Mg	15-45 мкм	10 кг	$42	15-53 мкм	10 кг	$33
AlSi10Mg	15-45 мкм	100 кг	$34.6	15-53 мкм	100 кг	$23.5

Запрос на получение лучшей цены от Met3DP!

AlSi10Mg в сравнении с альтернативными вариантами для АМ

AlSi10Mg конкурирует с несколькими альтернативными легкими сплавами и материалами при выборе порошка для AM. Вот как это выглядит в сравнении:

Сплав	Плюсы	Cons
AlSi10Mg	Прочность, коррозионная стойкость, свариваемость	Более низкая максимальная температура
Ti6Al4V порошок	Высокая прочность, биосовместимость	Дорого, высокая плотность
AlSi7Mg порошок	Повышенная пластичность	Более низкая прочность по сравнению с AlSi10Mg
порошок in625	Высокая прочность при термообработке	Ограниченная коррозионная стойкость
Алюминий 6061	Широко распространенная доступность	Более низкая прочность по сравнению с AlSi10Mg
Углеродное волокно	Очень низкая масса	Сложность печати, анизотропность

Для большинства применений AlSi10Mg обеспечивает наилучшее сочетание механических характеристик, коррозионной стойкости, свариваемости и экономической эффективности. По прочности он превосходит алюминий 6061 и при этом не требует больших затрат на титановые сплавы.

Преимущества и ограничения применения AlSi10Mg для АМ

Преимущества

• Высокая удельная прочность, превосходящая некоторые титановые сплавы
• Почти 30% имеет меньшую плотность по сравнению со сталью
• Преимущество по стоимости по сравнению с такими экзотическими сплавами, как титан и инконель
• Более высокая коррозионная стойкость по сравнению с магниевыми и углепластиковыми композитами
• Повышенная пластичность по сравнению с очень высокопрочными алюминиевыми сплавами
• Возможность интеграции элементов жесткости и решеток для повышения жесткости
• Более высокая скорость изготовления по сравнению с реактивными металлами, такими как титан
• Возможность многократной переработки порошка

Ограничения

• Более низкая максимальная рабочая температура по сравнению со сталями и титановыми сплавами
• Чувствительность к термическому короблению и растрескиванию по сравнению со сталями
• При строительстве требуются дополнительные опорные конструкции
• Более высокий уровень пористости, чем у сталей
• Термообработка, необходимая для получения оптимальных свойств
• Более анизотропные механические свойства по сравнению с изотропными материалами, например, сталями
• Шероховатость поверхности часто требует проведения финишных операций
• Ограниченная биосовместимость по сравнению с титаном

Понимание этих компромиссов позволяет сделать правильный выбор для конкретных применений и условий эксплуатации.

Порошок AlSi10Mg - часто задаваемые вопросы

Здесь приведены ответы на некоторые распространенные вопросы о порошке AlSi10Mg для АМ:

Вопрос: Какой размер частиц лучше всего подходит для АМ с порошком AlSi10Mg?

О: Диапазон размеров частиц 15-45 мкм хорошо подходит для большинства процессов АМ. Более мелкий порошок с размером менее 10 мкм может вызвать проблемы с пылью, в то время как более крупные частицы с размером более 60 мкм ухудшают плотность и качество поверхности.

Вопрос: Как влияет содержание кремния на свойства AlSi10Mg?

Ответ: Увеличение содержания кремния с ~9% до ~11% повышает текучесть порошка. При этом повышается твердость и термическая стабильность за счет некоторого снижения пластичности и вязкости разрушения.

Вопрос: Почему газовая атомизация является предпочтительным методом изготовления порошка AM AlSi10Mg?

О: Газовое распыление позволяет точно контролировать сферическую морфологию и узкое распределение частиц, необходимое для процессов AM. При этом удается избежать проблем с загрязнением, возникающих при распылении воды.

Вопрос: Как следует термически обрабатывать детали из AlSi10Mg после AM-обработки?

О: Типичная термическая обработка - растворение при 530-550°C в течение 1-3 часов с последующим горячим изостатическим прессованием (ГИП) и последующим старением при 160-180°C в течение 6-8 часов для достижения оптимальной прочности.

Вопрос: Легко ли сваривается AlSi10Mg для последующей обработки АМ-деталей?

Ответ: Да, AlSi10Mg можно сваривать с использованием присадочных сплавов 5ХХХ. Хорошая свариваемость позволяет дополнительно соединять и модифицировать АМ-детали из AlSi10Mg.

Вопрос: Требуется ли сушка порошка AlSi10Mg перед AM-обработкой?

О: Рекомендуется предварительная сушка при температуре 80-100°C в течение 2-4 часов для удаления поверхностной влаги, которая может вызвать такие проблемы, как комкование и пористость при АМ-сборке.

Заключение

Порошок алюминиевого сплава AlSi10Mg стал одним из самых популярных материалов для аддитивного производства металлических деталей в различных отраслях промышленности. Такие его свойства, как высокое соотношение прочности и массы, хорошая коррозионная стойкость, отличная текучесть и простота последующей обработки, делают AlSi10Mg универсальным выбором для АМ.

По мере развития процессов AM AlSi10Mg способен создавать более легкие и прочные компоненты с оптимизированной геометрией, что будет способствовать появлению нового поколения инновационных разработок. При постоянном совершенствовании сплавов и оптимизации параметров возможности этого материала будут еще больше расширяться.

Related post about Порошок AlSi10Mg для 3d-печати:

AlSi10Mg для металлической 3D-печати: Определяющее руководство