AlSi10Mg-pulver: En teknisk översikt

Översikt över AlSi10Mg-pulver

AlSi10Mg är ett aluminiumlegeringspulver som huvudsakligen består av aluminium tillsammans med kisel och magnesium som de viktigaste legeringselementen. Det används ofta i metall additiv tillverkning, även kallat 3D-printing, tack vare dess utmärkta styrka, hållbarhet, svetsbarhet och korrosionsbeständighet.

AlSi10Mg-pulver kan bearbetas genom selektiv lasersmältning (SLM), smältning med elektronstråle (EBM) och direkt metallasersintring (DMLS) för att skapa komplexa metalldelar med fina detaljer och anpassade geometrier. Dess egenskaper gör den lämplig för tillämpningar inom flyg- och rymdindustrin, fordonsindustrin, den medicinska sektorn och industrin.

Den här artikeln ger en omfattande teknisk översikt över AlSi10Mg-pulver som täcker dess sammansättning, egenskaper, applikationer, prissättning, leverantörer och annan viktig information för materialingenjörer, produktdesigners och 3D-utskriftspersonal.

AlSi10Mg-pulver Viktiga detaljer:

• Sammansättning: Aluminium med 9-11% kisel, 0,2-0,45% magnesium
• Partikelform: Sfärisk, hög flödesförmåga
• Storleksintervall: 15-45 mikrometer
• Densitet: 2,67 g/cc
• Smältpunkt: ~615°C
• Styrka: Medelhög till hög
• Används: 3D-utskrifter för flyg- och fordonsindustrin samt industrin

Sammansättning av AlSi10Mg-pulver

Sammansättningen av AlSi10Mg-pulver består huvudsakligen av aluminium med tillsatser av kisel och magnesium som legeringselement. Det nominella sammansättningsintervallet anges nedan:

Element	Vikt %
Aluminium (Al)	Bas/rest
Kisel (Si)	9-11%
Magnesium (Mg)	0.2-0.45%
Annat (Fe, Mn, etc.)	< 0,55% totalt

Kisel tillsätts aluminium för att förbättra gjutbarheten och förbättra mekaniska egenskaper som sträckgräns och hårdhet. Det ökar flytförmågan vid smältning och förbättrar matningsegenskaperna.

Tillsatsen av magnesium resulterar i utskiljningshärdning som stärker legeringen genom värmebehandling. Magnesium förbättrar också korrosionsbeständigheten.

Spårmängder av järn, mangan och andra element kan förekomma som föroreningar upp till maximalt 0,55%. Nivåerna av legeringstillsatser kan varieras inom intervallet för att skräddarsy egenskaperna enligt applikationskraven.

Nominellt sammansättningsområde för AlSi10Mg legeringspulver

Element	Minimum wt%	Maximalt wt%
Aluminium	Bal.	Bal.
Kisel	9	11
Magnesium	0.2	0.45
Övriga	–	0.55

Egenskaper hos AlSi10Mg-pulver

AlSi10Mg har egenskaper som gör den lämplig för krävande tillämpningar inom flyg-, fordons- och industrisektorerna. De viktigaste egenskaperna lyfts fram nedan:

Mekaniska egenskaper

• Hög hållfasthet och hårdhet
• God duktilitet i glödgat tillstånd
• Utmärkt svetsbarhet
• Hög utmattningshållfasthet

Fysikaliska egenskaper

• Densitet: 2,67 g/cc
• Smältpunkt: ~615°C
• Värmeledningsförmåga: 130 W/m-K
• Värmeutvidgningskoefficient: 21-24 x 10^-6 K^-1

Övriga

• God korrosionsbeständighet
• Utmärkt tryckbarhet och ytfinish
• Biokompatibel per ISO 10993 och ASTM F67
• Icke-magnetisk

Densiteten är jämförbar med aluminiumlegeringar som AlSi12 och AlSi7Mg. Smältpunkten liknar också standardlegeringar för Al-Si-gjutning. Dessa egenskaper möjliggör bearbetning och konsolidering via sintring och smältning.

Översikt över viktiga egenskaper hos AlSi10Mg-pulver

Fastighet	Typiska värden
Täthet	2,67 g/cc
Smältpunkt	~615°C
Termisk konduktivitet	130 W/m-K
Elektrisk resistivitet	4-8 x 10^-8 Ωm
Young's modul	70-80 GPa
Poissonförhållande	0.33
Utbyteshållfasthet	215-365 MPa
Draghållfasthet	330-430 MPa
Töjning	8-10%
Hårdhet	80-100 Brinell

Obs! Egenskaper beror på exakt sammansättning, tillverkningsmetod, byggriktning, värmebehandling etc. Värden som visas är typiska eller standardvärden.

De mekaniska egenskaperna som hög sträck- och draghållfasthet tillsammans med god duktilitet gör AlSi10Mg lämplig för högpresterande delar i olika branscher. Legeringen kan åldershärdas för att ytterligare förbättra hållfastheten. Utmärkt korrosionsbeständighet uppnås genom att kiseltillsatser skapar ett skyddande oxidskikt. Sammantaget ger AlSi10Mg en mångsidig kombination av egenskaper för metall-AM.

Användningsområden för AlSi10Mg-pulver

AlSi10Mg-pulverets lätta, starka och tryckbara egenskaper gör det till en av de mest använda legeringarna inom additiv tillverkning. Några typiska tillämpningar inkluderar:

Aerospace: Turbinblad, raketmunstycken, strukturella fästen, satellitkomponenter, UAV-delar

Fordon: Delar till drivlinan, kolvar, turboaggregat, värmeväxlare

Industriell: Robotteknik, verktyg, jiggar och fixturer, drivaxlar

Medicinsk: Ortopediska implantat, proteser, kirurgiska instrument

Övriga: Kylflänsar, hydrauliska grenrör, höljen, kylkanaler

AlSi10Mg möjliggör komplexa, optimerade geometrier som förbättrar prestanda och effektivitet i ovanstående applikationer. De fina strukturer som kan åstadkommas med 3D-printning förbättrar värmeöverföring, vätskeflöde och andra egenskaper.

Det utmärkta förhållandet mellan styrka och vikt hos AlSi10Mg minskar komponentvikten samtidigt som den mekaniska prestandan bibehålls. Detta bidrar till att förbättra bränsleekonomin i fordon och sänka uppskjutningskostnaderna i rymdtillämpningar.

 Översikt över AlSi10Mg-tillämpningar inom olika branscher

Sektor	Typiska tillämpningar
Flyg- och rymdindustrin	Turbinblad, strukturella fästen, raketmunstycken, satelliter
Fordon	Drivlina, kolvar, turboaggregat, värmeväxlare
Industriell	Robotteknik, verktyg, jiggar och fixturer
Medicinsk	Ortopediska implantat, proteser
Allmänt	Kylflänsar, hydrauliska grenrör, höljen

AlSi10Mg är certifierat för flyg- och rymdtillämpningar och uppfyller standarder som AMS4967 och AMS4169. Omfattande kvalifikationer och tester validerar dess prestanda i extrema miljöer. Biokompatibiliteten enligt ISO 10993 och ASTM F67 möjliggör användning i medicintekniska produkter och implantat. Sammantaget ger AlSi10Mg en mångsidig lättviktslösning för kritiska applikationer.

Bearbetbarhet för AlSi10Mg-pulver

AlSi10Mg-pulver kan bearbetas med hjälp av de vanligaste metoderna för additiv tillverkning av metall, t.ex:

• Selektiv lasersmältning (SLM)
• Direkt metallsintring med laser (DMLS)
• Smältning med elektronstråle (EBM)

Laserbaserade metoder: SLM och DMLS använder en högeffektslaser för att selektivt smälta samman regioner i en pulverbädd för att bygga upp delar lager för lager. Det konsoliderade materialet har egenskaper som är jämförbara med konventionella aluminiumlegeringar. SLM använder vanligtvis högre lasereffekt för full smältning. DMLS har lägre effekt för sintring av pulverpartiklar.

Smältning med elektronstråle: EBM använder en elektronstråle som värmekälla för att smälta och foga samman material. Den kan uppnå högre bygghastigheter än laserprocesser eftersom den smälter varje lager snabbt. Materialegenskaperna liknar dem hos SLM och DMLS.

Parametrar för utskrift: Typiska SLM-parametrar - Lasereffekt 175-350 W, skanningshastighet 700-1500 mm/s, skikttjocklek 20-100 μm. För EBM - Stråleffekt 3-7 kW, skanningshastighet 1000-2500 mm/s, skikttjocklek 50-200 μm.

Andra metoder: AlSi10Mg-pulver kan också användas vid bindemedelsstrålning där ett flytande bindemedel selektivt deponeras för att forma formen. Den "gröna" delen sintras sedan. Deponering med kall spray är också möjlig.

AM-processer som är kompatibla med pulver av legeringen AlSi10Mg

Process	Värmekälla	Beskrivning
SLM	Laser	Selektiv lasersmältning
DMLS	Laser	Lasersintring av direktmetall
EBM	Elektronstråle	Smältning med elektronstråle
Sprutning av bindemedel	Flytande bindemedel	Bindern tryckt och sedan sintrad
Kall spray	Kinetisk	Pulver sprutas på substrat

AlSi10Mg-pulver har hög absorbans för laser-/elektronstrålen samt utmärkt flöde och packningstäthet. Detta resulterar i god spridbarhet över pulverbädden och effektiv smältning/sintring. Partikelstorleken och den sfäriska morfologin spelar också en viktig roll.

Sammantaget erbjuder AlSi10Mg utmärkt bearbetbarhet med PBF och relaterade metoder för att tillverka komplexa geometrier med god ytfinhet och upplösning.

Pulvrets egenskaper och kvalitet

AlSi10Mg-pulver som används i AM-processer uppvisar följande egenskaper:

• Sfärisk pulvermorfologi med slät yta
• Flytbarhet med minimal agglomerering
• Skenbar densitet ~1,2-1,6 g/cc
• Tappdensitet ~2,2-2,7 g/cc
• Enhetlig fördelning av sammansättningen
• Hög renhet med låg inre porositet
• Kontrollerad partikelstorleksfördelning

Partikelform: Sfärisk pulvermorfologi ger bra flöde och spridbarhet över pulverbädden. Det resulterar i enhetlig smältning och materialegenskaper. Gasatomisering används ofta för att uppnå sfäriskhet >90%.

Flytbarhet: Pulver med hög flytbarhet sprids jämnt och packas tätt på pulverbäddsplattformar. Flödeshastigheter på 23-27 s/50 g genom Hall-tratten är typiska.

Partikelstorlek: Partikelstorleksfördelningen är i allmänhet 10-45 μm eller 15-45 μm. Större partiklar ~35-45 μm förbättrar flödet medan mindre partiklar ~15-25 μm förbättrar densiteten och upplösningen.

Kontroll av sammansättning: Tät kontroll av sammansättningen inom specifikationen maximerar materialets prestanda. Enhetlig fördelning av legeringselement säkerställs.

Renhet: Hög renhet med låg porositet och inneslutningar förhindrar processdefekter. Syrehalt <1000 ppm.

Typiska kännetecken och egenskaper hos AlSi10Mg-pulver

Parameter	Typiskt värde	Roll
Partikelns form	Sfärisk >90%	Flytbarhet, densitet
Partikelstorlek (μm)	15-45	Densitet, upplösning
Flödeshastighet (s/50g)	23-27	Pulverbäddsförpackning
Skenbar densitet (g/cc)	1.2-1.6	Återvinningsbarhet
Tappdensitet (g/cc)	2.2-2.7	Grön densitet
Renhet	>99,5%	Minskning av defekter
Syre (ppm)	<1000	Ren smältning

Parametrar som partikelformfördelning (PSD) och Hausner-förhållande indikerar pulverkvaliteten. Strikt kontroll över gasatomiseringen resulterar i hög konsistens från batch till batch. Pulvret levereras med sammansättningsrapport och partispecifika analyscertifikat (COA).

AlSi10Mg pulver leverantörer

Några av de största globala leverantörerna av AlSi10Mg-pulver för AM inkluderar

Met3DP

• Handelsnamn: Atomiserat aluminiumpulver 5056
• Storleksintervall (μm): 15-45, 23-53
• Förpackning: 5 kg flaskor till 1 ton lådor med argon

GE Additiv

• Produktnamn: AlSi10Mg
• Storleksintervall (μm): 15-45
• Förpackning: 10 kg flaskor med argon

Sandvik Osprey

• Produkt: Osprey AlSi10Mg
• Partiklar: Sfäriska, D50 40 μm
• Förpackning: Argonfyllda flaskor

LPW-teknik

• Produkt: AlSi10Mg AM-pulver
• Storleksintervall (μm): 15-45
• Förpackning: 2 - 12 kg flaskor i argon

SLM-lösningar

• Produkt: SLM AlSi10Mg
• Storleksintervall (μm): 15-45
• Förpackning: 10 liters burkar, 2 kg flaskor

Leverantörer och specifikationer för AlSi10Mg-pulver

Leverantör	Produkt	Storlek (μm)	Förpackning
Met3DP	AlSi10Mg	15-45	Flaskor/boxar med Ar
GE Additiv	AlSi10Mg	15-45	10 kg flaskor med Ar
Sandvik Osprey	Osprey AlSi10Mg	D50 40	Argonflaskor
LPW	AlSi10Mg AM	15-45	2-12 kg flaskor i Ar
SLM-lösningar	SLM AlSi10Mg	15-45	Burkar/flaskor med Ar

Anpassade varianter av AlSi10Mg med optimerade partikelfraktioner eller fördelningar kan erhållas från tillverkare på begäran.

Priser för AlSi10Mg-pulver

Priset på AlSi10Mg-pulver för AM-bearbetning varierar vanligtvis från $90-150 per kg baserat på kvantitet och tillverkare.

Överväganden om prissättning:

• Pulvermängd - Priserna sänks för bulkbeställningar på grund av lägre förpackningskostnader
• Kompositionsvarianter - Mindre tillägg eller optimeringar kan öka kostnaden
• Kvalitet och certifiering - högre renhet/konsistens ökar kostnaden
• Tillverkare - Premiumleverantörer tenderar att ha högre prissättning
• Förpackning - Specialförpackningar (burkar, flaskor etc.) påverkar priset

Indikativ prissättning:

Kvantitet	Pris per kg (USD)
1 kg	$140-200
10 kg	$120-160
100 kg	$100-130
1.000+ kg	$90-110

Frakt, skatter och eventuella särskilda certifieringskrav kan öka den slutliga leveranskostnaden. Stora OEM-order får ofta rabatterade priser från tillverkare via avtal.

Prisintervall för AlSi10Mg-pulver baserat på orderkvantitet

Beställning Antal	Pris per kg (USD)
1 kg	$140-200
10 kg	$120-160
100 kg	$100-130
1.000+ kg	$90-110

Met3DP AlSi10Mg pulver pris:

Metallpulver	Storlek	Kvantitet	Pris/kg	Storlek	Kvantitet	Pris/kg
AlSi10Mg	15-45 μm	1KG	70	15-53 μm	1KG	51
		10KG	42		10KG	33
		100KG	34.6		100KG	23.5

Att välja AlSi10Mg-pulver

Viktiga överväganden för att välja AlSi10Mg-pulver inkluderar:

Krav för ansökan: Prestandabehov som styrka, hårdhet, duktilitet, utmattningslivslängd etc. Applikationer kan också kräva specifika materialcertifieringar.

Variabler för AM-processen: Anpassning av partikelstorlek, form och fördelning till skrivarmodell, skikttjocklek, strålningseffekt och relaterade parametrar.

Kvalitet och konsekvens: Pulverbatcher som på ett tillförlitligt sätt uppfyller kraven på sammansättning, renhet, partikelegenskaper etc. är kritiska för produktionsanvändning.

Tillgänglighet och ledtider: För prototyper kan tillgången till små kvantiteter vara avgörande, medan produktionen kräver stora beställningar och stabila långsiktiga leveranser.

Prissättning: Priset per kg beror på kvantitet, fraktkostnader, leverantörsmarginaler etc. Stora OEM-kontrakt ger bättre priser.

Teknisk support: Tillverkare med stark teknisk expertis inom metallpulverproduktion och AM kan ge vägledning om de bästa pulveralternativen.

Att arbeta med etablerade leverantörer och samarbeta tidigt i designprocessen för AM-delar rekommenderas vid val av AlSi10Mg-pulver.

För- och nackdelar med AlSi10Mg-pulver

Proffs

• Hög hållfasthet med god duktilitet
• Utmärkt korrosionsbeständighet
• Lätt svetsbar och maskinbearbetningsbar
• Goda termiska egenskaper
• Mycket kvalificerad för användning inom flyg- och rymdindustrin
• Biokompatibel för medicinska implantat

Nackdelar

• Lägre sträckgräns än AlSi7Mg- och AlSi12-legeringar
• Känslig för porositetsdefekter under tryckningen
• Hög reflektivitet kräver högre lasereffekt
• Inte optimal för applikationer med höga temperaturer >150°C
• Dyrare än pulver av olegerat aluminium

Pulverproduktionsmetoder för AlSi10Mg-pulver vid 3D-utskrift

AlSi10Mg-pulver för 3D-printing produceras vanligtvis genom två huvudsakliga metoder:

1. Atomisering av gas

Gasatomisering är en allmänt använd teknik för att producera högkvalitativa metallpulver, inklusive AlSi10Mg. I denna process injiceras en smält ström av AlSi10Mg-legering i en trycksatt kammare fylld med en inert gas, t.ex. kväve eller argon. Högtrycksgasen finfördelar den smälta metallen till fina droppar, som sedan stelnar till sfäriska pulverpartiklar.

2. Plasmaatomisering

Plasmaatomisering är en process som liknar gasatomisering, men den använder en plasmabrännare i stället för en gasström under tryck. Plasmabrännaren genererar en extremt het, joniserad gas som atomiserar den smälta metallen till ännu finare pulverpartiklar. Denna metod är särskilt lämplig för att producera pulver med mycket små partikelstorlekar.

Utrustning för produktion av AlSi10Mg-pulver

Produktionen av AlSi10Mg-pulver för 3D-utskrift kräver specialutrustning, inklusive:

• Smältugn: En högtemperaturugn används för att smälta AlSi10Mg-legeringen till önskad gjuttemperatur.

• Atomiseringskammare: I denna trycksatta kammare finns finfördelningsmunstycket och inertgas- eller plasmabrännaren för finfördelning av den smälta metallen.

• System för uppsamling av pulver: Ett system med filter och uppsamlare fångar upp de finfördelade pulverpartiklarna och separerar dem från gasströmmen.

• Klassificering och konditionering av pulver: Det uppsamlade pulvret klassificeras och konditioneras för att säkerställa en jämn partikelstorleksfördelning och flytbarhet.

Ytterligare överväganden

• Material för råmaterial: Renheten och sammansättningen av råmaterialet AlSi10Mg-legering påverkar avsevärt kvaliteten på det resulterande pulvret.

• Atomiseringsparametrar: Atomiseringsparametrarna, t.ex. gastryck, inställningar för plasmabrännare och munstycksdesign, påverkar pulvrets partikelstorlek, morfologi och egenskaper.

• Efterbearbetning: Pulvret kan genomgå ytterligare bearbetningssteg, t.ex. siktning, värmebehandling eller ytmodifiering, för att förbättra dess egenskaper för specifika 3D-utskriftstillämpningar.

Vanliga frågor

Q. Vad är den kemiska sammansättningen av AlSi10Mg-pulver?

A. Den typiska sammansättningen är aluminiumbas med 9-11% kisel och 0,2-0,45% magnesium. Återstående är andra spårämnen på <0,55% totalt.

Q. Vad är densiteten för AlSi10Mg och AlSi10Mg-pulver?

A. Densiteten är cirka 2,67 g/cc för både legeringen i bulk och pulverform.

Q. Vilka är de mekaniska egenskaperna hos AlSi10Mg-delar tillverkade med AM?

A. Tryckt AlSi10Mg har en draghållfasthet på 330-430 MPa, en sträckgräns på 215-365 MPa och en töjning på 8-10% i byggt skick. Värmebehandling kan förbättra egenskaperna ytterligare.

Q. Vilken partikelstorlek rekommenderas för AlSi10Mg-pulver i AM?

A. Ett partikelstorleksintervall på 15-45 mikrometer används vanligen, men storleksfördelningen kan optimeras för specifika skrivare och krav på skikttjocklek.

Q. Kan ni maskinbearbeta/svetsa AlSi10Mg AM-delar?

A. Ja, AlSi10Mg-delar som tillverkats genom 3D-utskrift kan bearbetas och svetsas med konventionella metoder efter en lämplig värmebehandling för avspänning.

Q. Är AlSi10Mg-pulver återanvändbart?

A. AlSi10Mg-pulver kan normalt återvinnas 5-10 gånger innan en uppdatering behövs, beroende på AM-process och föroreningsnivåer.

Slutsats

AlSi10Mg är ett viktigt aluminiumlegeringspulver för additiv tillverkning av metall och används inom flyg- och rymdindustrin, fordonsindustrin, medicinska och industriella applikationer. Viktiga fördelar är bl.a. högt hållfasthets-/viktförhållande, korrosionsbeständighet, utmärkta mekaniska egenskaper och breda certifieringar för krävande applikationer.

AM möjliggör komplexa optimerade geometrier som inte är möjliga via gjutning eller maskinbearbetning. AlSi10Mg-pulver med kontrollerade partikelegenskaper och sammansättning är avgörande för att uppnå felfria detaljer. Ledande globala leverantörer tillhandahåller högkvalitativt pulver som är skräddarsytt för AM-processer som DMLS och SLM.