Prášek AlSi10Mg: Technický přehled

Přehled prášku AlSi10Mg

AlSi10Mg je prášková hliníková slitina složená převážně z hliníku spolu s křemíkem a hořčíkem jako hlavními legujícími prvky. Používá se široce v aditivní výroba, také známé jako 3D tisk, pro svou vynikající pevnost, trvanlivost, svařitelnost a odolnost vůči korozi.

Prášek AlSi10Mg lze zpracovat prostřednictvím Selektivní laserové tavení (SLM), Tavení elektronovým paprskem (EBM) a přímé laserové spékání kovů (DMLS) k výrobě složitých kovových dílů s jemnými detaily a přizpůsobenou geometrií. Jeho vlastnosti z něj činí vhodný materiál pro aplikace v letectví, automobilovém průmyslu, medicíně a průmyslu.

Tento článek poskytuje obsáhlý technický přehled o prášcích AlSi10Mg, který zahrnuje jejich složení, vlastnosti, aplikace, ceny, dodavatele a další klíčové informace pro inženýry materiálů, designéry produktů a profesionály v oblasti 3D tisku.

Klíčové detaily prášku AlSi10Mg:

• Kompozice:?Hliník s 9-11 % křemíku, 0,2-0,45 % hořčíku
• Tvar částice:?kulové, vysoká tekutost
• Rozsah velikostí:15-45 mikronů
• Hustota:?2,67 g/cm³
• Teplota tání:?~615¡«C
• Síla:Středně vysoký až vysoký
• Použití:?Aerospace, automotive, industrial 3D printing

Složení AlSi10Mg Prášek

Složení prášku AlSi10Mg sestává hlavně z hliníku s přídavky křemíku a hořčíku jako legujících prvků. Jmenovitý rozsah složení je uveden níže:

Element	Hmotnostní %
Hliník (Al)	Základ/zbytek
Křemík (Si)	9-11%
Hořčík (Mg)	0.2-0.45%
Jiné (Fe, Mn, atd.)	< 0,55 % celkem

Křemík se přidává do hliníku, aby se zlepšila odlévatelnost a zvýšily se mechanické vlastnosti jako je mez kluzu a tvrdost. Zvyšuje se tím tekutost při tavení a zlepšují se charakteristiky plnění.

Přidání hořčíku vede k vytvrzení srážkami, které zesiluje slitinu tepelným zpracováním. Hořčík také zlepšuje odolnost proti korozi.

Stopová množství železa, manganu a dalších prvků mohou být přítomné jako nečistoty až do maxima 0,55 %. Úrovně přísad do slitiny lze v rozmezí měnit tak, aby se vlastnosti přizpůsobily požadavkům aplikace.

Tabulka: Jmenovitý rozsah složení prášku slitiny AlSi10Mg

Element	Minimální hmotnostní %	Maximální hm. %
Hliník	Bal.	Bal.
Křemík	9	11
Hořčík	0.2	0.45
Další	–	0.55

Vlastnosti prášku AlSi10Mg

Hliník AlSi10Mg vykazuje vlastnosti, díky kterým je vhodný pro náročné aplikace napříč leteckým, automobilovým a průmyslovým odvětvím. Hlavní vlastnosti jsou uvedeny níže:

Mechanické vlastnosti

• Vysoká pevnost a tvrdost
• Dobrá tažnost ve žíhaném stavu
• Vynikající svařitelnost
• Vysoká únavová pevnost

Fyzické vlastnosti

• Hustota: 2,67 g/cm3
• Teplota tání: ~615 °C
• Tepelná vodivost: 130 W/m-K
• Koeficient tepelné roztažnosti: 21-24 x 10^-6 K^-1

Další

• Dobrá odolnost vůči korozi
• Vynikající potiskovatelnost a povrchová úprava
• Biokompatibilní dle ISO 10993 a ASTM F67
• Nemagnetické

Hustota je srovnatelná s hliníkovými slitinami jako AlSi12 a AlSi7Mg. Bod tání je také podobný jako u standardních licích slitin Al-Si. Tyto vlastnosti umožňují zpracování a zpevňování slinutím a tavením.

Tabulka: Přehled klíčových vlastností prášku AlSi10Mg

Nemovitost	Typické hodnoty
Hustota	2,67 g/cm³
Teplota tání	615°C
Tepelná vodivost	130 W/(m·K)
Elektrický odpor	4–8 x 10^-8 ´Îm
Youngův modul	70-80 GPa
Poissonův poměr	0.33
Mez kluzu	215 až 365 MPa
Pevnost v tahu	330-430 MPa
Prodloužení	8-10%
Tvrdost	80-100 Brinell

Poznámka: Vlastnosti závisí na přesném složení, metodě výroby, orientaci ve stavbě, tepelném zpracování atd. Uvedené hodnoty jsou typické nebo standardní.

Mechanické vlastnosti jako vysoká mez kluzu a pevnost v tahu spolu s dobrou tvárností činí slitinu AlSi10Mg vhodnou pro vysoce výkonné součásti všech průmyslových odvětví. Slitina se může uměle zestárnout, aby se ještě více zvýšila pevnost. Vynikající odolnost proti korozi se dosahuje za pomocí přídavků křemíku, čímž vzniká ochranná oxidová vrstva. Celkově slitina AlSi10Mg poskytuje všestrannou kombinaci vlastností pro kovovou aditivní výrobu.

Aplikace prášku AlSi10Mg

Lehké, pevné a tisknutelné vlastnosti prášku AlSi10Mg z něj dělají jednu z nejpoužívanějších slitin v aditivní výrobě. Některé typické aplikace zahrnují:

Letectví a kosmonautika: Lopatky turbíny, trysky raket, konstrukční držáky, komponenty satelitů, součásti UAV

Automobilový: Díly hnacího ústrojí, písty, turbodmychadla, tepelné výměníky

Průmysl: Robotika, nástroje, přípravky a upínky, hřídele

Lékařské: Ortopedické implantáty, protetika, chirurgické nástroje

Jiné: Chladiče, hydraulická potrubí, kryty, chladicí kanály

Slitina AlSi10Mg umožňuje složité, optimalizované geometrie, které zvyšují výkonnost a účinnost v uvedených aplikacích. Jemné struktury, jichž je dosažitelné pomocí 3D tisku, vylepšují přenos tepla, proudění kapalin i další vlastnosti.

Vynikající poměr pevnosti k hmotnosti u AlSi10Mg snižuje hmotnost součásti a zároveň udržuje její mechanické vlastnosti. To pomáhá zlepšit spotřebu paliva u vozidel a snížit startovací náklady u kosmických aplikací.

Tabulka: Přehled využití slitiny AlSi10Mg v průmyslu

Sektor	Typické aplikace
Letectví a kosmonautika	Turbínová lopatka, konstrukční držáky, raketové trysky, satelity
Automotivní	Pohonná jednotka, písty, turbodmychadla, tepelné výměníky
Průmyslový	Robotika, nástroje, přípravky a fixace
Medical	Ortopedické implantáty, protézy
Obecně	Chladiče, hydraulické rozdělovače, kryty

Slitina AlSi10Mg je certifikovaná pro použití v letectví dle norem AMS4967 a AMS4169. Rozsáhlá kvalifikace a testování dokazují jeho vlastnosti v extrémních podmínkách. Biokompatibilita dle norem ISO 10993 a ASTM F67 umožňuje jeho použití v medicínských přístrojích a implantátech. Celkově je AlSi10Mg všestranný, lehký materiál pro kritické aplikace.

Zpracovatelnost prášku AlSi10Mg

Prášek AlSi10Mg lze zpracovávat pomocí hlavních metod aditivní výroby kovů, jako jsou:

• Selektivní laserové tavení (SLM)
• Přímé laserové spékání kovu (DMLS)
• Tavení elektronovým paprskem (EBM)

Laserové metody: SLM a DMLS používají vysoce výkonný laser ke selektivnímu spojování oblastí práškového lože za účelem vytváření dílů po vrstvách. Zpracovaný materiál má vlastnosti srovnatelné s konvenčními hliníkovými slitinami. SLM obvykle používá vyšší výkon laseru pro úplné tavení. DMLS má nižší výkon pro spékání práškových částic.

Tavení elektronovým paprskem: EBM používá jako tepelný zdroj elektronový paprsek na tavení a spojování materiálu. Dosahuje vyšších výrobních rychlostí než procesy s lasery, protože rychle spojuje každou vrstvu. Vlastnosti materiálu jsou podobné SLM a DMLS.

Parametry tisku: Typické parametry SLM – Laserový výkon 175-350 W, Rychlost skenování 700-1500 mm/s, Tloušťka vrstvy 20-100 µm. Pro EBM – Výkon svazku 3-7 kW, Rychlost skenování 1000-2500 mm/s, Tloušťka vrstvy 50-200 µm.

Další metody: Powder AlSi10Mg lze také použít v potrubí pro pojivo, kdy se selektivně nanáší kapalné pojivo pro vytvoření tvaru. „Zelená“ část je pak slinovaná. Možné je také nanášení za studena.

Tabulka: AM procesy kompatibilní s práškem slitiny AlSi10Mg

Proces	Zdroj tepla	Popis
Ahoj	Laser	Selektivní laserové tavení
DMLS	Laser	Přímé spékání kovů laserem
EBM	Elektronový paprsek	Tavení elektronovým paprskem
Binder jetování	Tekuté pojivo	Pojiva tištěné a poté slinované
Studený nástřik	Kinetická	Prášek rozprášený na podklad

Prášek AlSi10Mg má vysokou absorbanci laseru/elektronového paprsku a vynikající tekutost a hustota balení. To má za následek dobrou rozprostíratelnost po loži prášku a účinné tavení/slinování. Velikost částic a sférická morfologie hrají také klíčovou roli.

Obecně řečeno AlSi10Mg nabízí skvělou zpracovatelnost napříč PBF a souvisejícími metodami pro výrobu složitých geometrií s dobrým povrchem a rozlišením znaků.

Vlastnosti a kvalita prášku

AlSi10Mg powder používaný v AM procesech vykazuje následující charakteristiky:

• Sferický tvar prášku s hladkým povrchem
• Tekající schopnost s minimální aglomerací
• Zdánlivá hustota ~1,2-1,6 g/cm³
• Hustota sypaná asi ~2,2-2,7 g/cm3
• Distribuce jednotné kompozice
• Vysoká čistota s nízkou vnitřní pórovitostí
• Řízení distribuce velikosti částic

Tvar částice: Sferická morfologie prášku zajišťuje dobrý tok a rozprostírání v práškovém loži. Výsledkem jsou jednotné teploty tavení a vlastnosti materiálu. Plynová atomizace se běžně používá k dosažení sfericity > 90 %.

Tečení: Prášky s dobrou sypkostí se na práškových ložích rovnoměrně rozprostírají a vytvářejí hustý bal. Příklady jsou sypací rychlosti 23-27 s/50 g přes Hallův trychtýř.

Velikost částic: Distribuce velikosti částic je obecně 10-45 Ã×m nebo 15-45 Ã×m. Větší částice ~35-45 Ã×m zlepšují průtok, zatímco menší částice ~15-25 Ã×m zvyšují hustotu a rozlišení.

Kontrola kompozice: Přesná kontrola složení v rámci specifikace maximalizuje výkon materiálu. Je zajištěno rovnoměrné rozložení legujících prvků.

Čistota: Vysoká čistota s nízkou pórovitostí a vměstky zabraňuje poruchám procesu. Obsah kyslíku <1000 ppm.

Tabulka: Typické charakteristiky a vlastnosti prášků AlSi10Mg

Parametr	Typická hodnota	Překladatel a editor
Tvar částice	Sférický >90 %	Sypavost, hustota
Velikost částic (Ã×m)	15-45	Hustota, rozlišení
Průtoková rychlost (s/50 g)	23-27	Ukládání práškového lože
Zadaná hustota (g/cm3)	1.2-1.6	Recyklovatelnost
Hsťová hustota (g/cm³)	2.2-2.7	Zelená hustota
Čistota	99,5%	Omezování chybovosti
Kyslík (ppm)	méně než 1 000	Čisté tavení

Parametry, jako je rozložení tvaru částic (PSD) a Hausnerův poměr, značí kvalitu prášku. Přísná kontrola nad plynovou atomizací vede k vysoké shodě mezi sériemi. Prášek je dodáván se zprávou o složení a certifikáty pro analýzu specifické šarže (COA).

Dodavatelé prášku AlSi10Mg

Mezi přední celosvětové dodavatele prášků AlSi10Mg pro aditivní výrobu patří:

AP&C

• Obchodní název: Atomizovaný hliníkový prášek 5056
• Rozsah velikostí (Ã×m): 15-45, 23-53
• Balení: Láhve 5 kg až krabice 1 t s argonem

GE Additive

• Název produktu: AlSi10Mg
• Velikostní rozsah (mm): 15-45
• Balení: 10 kg láhve s argonem

Sandvik Osprey

• Produkt: Osprey AlSi10Mg
• Částice: Sférické, D50 40 µm
• Balení: lahve naplněné argonem

LPW Technologie

• Produkt: AlSi10Mg AM prášek
• Velikostní rozsah (mm): 15-45
• Balení: 2 ÿ 12 kg lahví v argonu

SLM Solutions

• Produkt: SLM AlSi10Mg
• Velikostní rozsah (mm): 15-45
• Balení: plechovky 10 litrů, 2 kg lahve

Tabulka: Dodavatelé prášku AlSi10Mg a specifikace

Dodavatel	Produkt	Velikost (Š×D)	Balení
AP&C	Rozprášená Al 5056	15-45	Lahve/krabice s AR
GE Additive	AlSi10Mg	15-45	10 kg láhve s Ar
Sandvik Osprey	Osprey AlSi10Mg	D50 40	Argonové láhve
LPW	AlSi10Mg AM	15-45	Lahve Argonu o hmotnosti 2–12 kg
SLM Solutions	SLM AlSi10Mg	15-45	Plechovky/láhve s AR

Výrobci na vyžádání mohou dodat vlastní varianty AlSi10Mg s optimalizovanými frakcemi nebo distribucemi částic.

Cenová předpověď pro prášek AlSi10Mg

Cena prášku AlSi10Mg pro zpracování AM se běžně pohybuje v rozmezí 90–150 Kč za kg podle množství a výrobce.

Úvahy o cenotvorbě:

• Množství prášku – Náklady na balení klesají u hromadných objednávek kvůli nižším nákladům na balení
• Varianty kompozice ‎– Menší přídavky nebo optimalizace mohou zvýšit náklady
• Kvalita a certifikace – vyžší čistota/konzistence zvyšuje cenu
• Výrobce – Prémioví dodavatelé mají tendenci mít vyšší ceny
• Obaly - Specializované obaly (plechovky, lahve atd.) ovlivňují cenu

Orientační ceny:

Množství	Cena za kg (USD)
1 kg	$140-200
10 kg	$120-160
100 kg	$100-130
1 000 kg a více	$90-110

Náklady na dopravu, daně a případné požadavky na zvláštní certifikaci mohou přispět ke konečné dodací ceně. Velké objednávky OEM často získávají od výrobců slevy na základě smluv.

Tabulka: cenových rozmezí prášku AlSi10Mg s ohledem na objem objednávky

Množství objednávky	Cena za kg (USD)
1 kg	$140-200
10 kg	$120-160
100 kg	$100-130
1 000 kg a více	$90-110

Volba prášku AlSi10Mg

Klíčové aspekty pro výběr prášku AlSi10Mg zahrnují:

Požadavky na aplikaci: Požadavky na výkonnost, jako je pevnost, tvrdost, tažnost, životnost atd. Aplikace mohou vyžadovat i konkrétní materiálové certifikace.

Procesní proměnné AM: Porovnání rozsahu, tvaru a rozložení velikosti částic s modelem tiskárny, tloušťkou vrstvy, výkonem laseru a souvisejícími parametry.

Kvalita a konzistence: Šarže prášků, které spolehlivě odpovídají složení, čistotě, vlastnostem částic atd., jsou pro využití ve výrobě kritické.

Dostupnost a dodací lhůty: Pro prototypickou práci může být klíčová dostupnost malých množství, zatímco pro výrobu jsou nutné hromadné objednávky a stabilní dlouhodobé zásobování.

Cenová politika: Cena za kg se bude lišit v závislosti na množství, nákladech na přepravu, maržích dodavatelů atd. Velké smlouvy OEM mají lepší ceny.

Technická podpora: Výrobci s vysokou technickou odborností v oblasti výroby kovových prášků a AM mohou poskytnout vedení o nejlepších možnostech prášku.

Při výběru prášku AlSi10Mg se doporučuje pracovat s osvědčenými dodavateli a na návrhu části AM spolupracovat v rané fázi.

Výhody a nevýhody prášku AlSi10Mg

Klady

• Vysoká pevnost s dobrou tažností
• Vynikající odolnost vůči korozi
• Dobře svařitelné a obrobitelné
• Dobré tepelné vlastnosti
• Vysoce kvalifikovaný pro použití v letectví
• Biokompatibilní pro lékařské implantáty

Nevýhody

• Nižší mez kluzu než slitiny AlSi7Mg a AlSi12
• Náchylné na vady porozity při tisku
• Vysoká odrazivost vyžaduje větší výkon laseru
• Neoptimální pro aplikace s vysokou teplotou >150°C
• Dražší než prášky z čistého hliníku

Časté dotazy

Q. Jaké je chemické složení prášku AlSi10Mg?

A. Typická kompozice je hliníková báze s 9-11% silikonu a 0,2-0,45% hořčíku. Zbytek jsou stopové prvky v množství <0,55 % celkem.

Q. Jaká je hustota materiálu AlSi10Mg a prášku AlSi10Mg?

A. Hustota je okolo 2,67 g/cc pro slitinu v bloku i prášek.

O. Jaké jsou mechanické vlastnosti dílů AlSi10Mg vyrobených pomocí AM?

A. Tištěný AlSi10Mg má v podmínkách, v nichž byl vytvořen, pevnost v tahu 330-430 MPa, mez kluzu 215-365 MPa a tažnost 8-10 %. Další zlepšení vlastností může přinést tepelné zpracování.

Q. Jaká velikost částic se doporučuje pro prášek AlSi10Mg v AM?

A. Rozsah velikosti částic 15-45 mikronů se běžně používá, i když se distribuce velikostí mohou optimalizovat pro specifické tiskárny a požadovanou tloušťku vrstvy.

Q. Můžete strojově/svařovat díly AlSi10Mg AM?

A. Ano, díly AlSi10Mg vyrobené 3D tiskem lze obrábět a svařovat konvenčními metodami po vhodném tepelném zpracování ke zmírnění napětí.

Q. Je prášek AlSi10Mg znovu použitelný?

A. Prášek AlSi10Mg lze obvykle recyklovat 5–10krát, dokud není nutné jej obnovit, v závislosti na AM procesu a úrovních kontaminace.

Závěr

AlSi10Mg je důležitá slitina hliníkového prášku pro aditivní zpracování kovů, která nachází využití v leteckém, automobilovém, lékařském a průmyslovém průmyslu. Mezi hlavní výhody patří vysoký poměr pevnosti k hmotnosti, odolnost proti korozi, vynikající mechanické vlastnosti a široké certifikace pro náročné aplikace.

AM umožňuje vytvářet složitější optimalizované geometrie, které nelze odlévat nebo obrábět. Prášek AlSi10Mg s kontrolovanými vlastnostmi částic a složením je rozhodující pro dosažení bezchybných dílů. Přední světoví dodavatelé dodávají vysoce kvalitní prášek přizpůsobený procesům AM, jako jsou DMLS a SLM.