Proszek AlSi10Mg: przegląd techniczny

Przegląd sproszkowanego AlSi10Mg

AlSi10Mg jest aluminiowym proszkiem stopowym składającym się przede wszystkim z aluminium wraz z krzemem i magnezem jako głównymi elementami stopowymi. Jest powszechnie stosowany w metalurgii wytwarzanie przyrostowe, znane również jako druk 3D, ze względu na swoją doskonałą wytrzymałość, trwałość, spawalność i odporność na korozję.

Proszek AlSi10Mg może być przetwarzany poprzez Selektywne topienie laserowe (SLM), Wytapianie wiązką elektronową (EBM), a bezpośred metal lazerle sinterleme (DMLS), hassas detaylara ve özelleştirilmiş geometrilere sahip karmaşık metal parçalar oluşturmak için kullanılır. Bu özellikler onu uzay, otomotiv, tıbbi ve endüstriyel uygulamalar için uygun hale getirmektedir.

Niniejszy artykuł stanowi kompleksowy techniczny przegląd proszku AlSi10Mg, obejmujący jego skład, właściwości, zastosowania, cennik, dostawców oraz inne kluczowe informacje dla inżynierów materiałowych, projektantów produktów i specjalistów z dziedziny druku 3D.

Kluczowe szczegóły proszku AlSi10Mg:

• Skład:?Aluminum 9-11% krzemu, 0,2-0,45% magnezu
• Kształt cząstek:?Sferyczne, wysoka płynność
• Zakres rozmiarów:15-45 mikronów
• Gęstość:2,67 g/cm³
• Temperatura topnienia:?~615¡«C
• Moc:?Średnio wysokie
• Zastosowania:?Druk 3D dedykowany lotnictwu, motoryzacji i przemysłowi

Skład proszku AlSi10Mg

Skład proszku AlSi10Mg stanowi głównie aluminium z dodatkami krzemu i magnezu jako pierwiastków stopowych. Poniżej podano nominalny zakres składu:

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

Krzem dodawany jest do aluminium w celu poprawy jego właściwości odlewniczych oraz takich mechanicznych właściwości, jak granica plastyczności i twardość. Zwiększa płynność podczas topienia i polepsza charakterystykę natężenia przepływu.

Dodatek magnezu powoduje wydzielanie dyspersoidów utwardzających wzmacniających ten stop w wyniku obróbki cieplnej. Magnez poprawia także odporność na korozję.

Śladowe ilości żelaza, manganu i innych pierwiastków mogą być obecne jako nieczystości do maksymalnie 0,55%. Poziom dodatków stopowych może być różny w zależności od zakresu, aby dostosować właściwości do wymagań aplikacji.

Tabela: Nominalny zakres składu proszku ze stopu AlSi10Mg

Element	Minimalna zawartość wagowa procentowa	Maksymalny wt%
Aluminium	Bal.	Bal.
Krzem	9	11
Magnez	0.2	0.45
Inne	–	0.55

Właściwości proszku AlSi10Mg

AlSi10Mg wykazuje właściwości czyniące go odpowiednim do wymagających zastosowań w sektorze lotnictwa, motoryzacji i przemyśle. Poniżej wyróżniono kluczowe właściwości:

Właściwości mechaniczne

• Wysoka wytrzymałość i twardość
• Dobry poziom ciągliwości w stanie wyżarzenia
• Doskonała spawalność
• Wysoka wytrzymałość zmęczeniowa

Właściwości fizyczne

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

Inne

• Dobra odporność na korozję
• Znakomite właściwości druku i wykończenia powierzchni
• Zgodne z normami ISO 10993 i ASTM F67
• Bezamagnesowy

Gęstość jest porównywalna ze stopami aluminium, takimi jak AlSi12 i AlSi7Mg. Temperatura topnienia jest również podobna do standardowych stopów do odlewania Al-Si. Właściwości te umożliwiają przetwarzanie i konsolidację poprzez spiekanie i topienie.

Tabela: Przegląd głównych właściwości proszku AlSi10Mg

Nieruchomość	Typowe wartości
Gęstość	2,67 g/cm3
Temperatura topnienia	~615¡«C
Przewodność cieplna	130 W/m-K
Opór elektryczny	4–8 x 10^-8 ´Îm
Moduł Younga	70-80 GPa
Współczynnik Poissona	0.33
Wytrzymałość graniczna	215-365 MPa
Odporność na rozciąganie	330-430 MPa
Wydłużenie	8-10%
Twardość	80-100 Brinella

Uwaga: Właściowości 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, czynią AlSi10Mg odpowiednim materiałem dla części o wysokiej wydajności w różnych gałęziach przemysłu. W celu dalszego zwiększenia wytrzymałości stop można utwardzać wydzieleniowo. Doskonała odporność na korozję jest osiągana dzięki dodatkom krzemu tworzącym ochronną warstwę tlenkową. Ogólnie rzecz biorąc, AlSi10Mg zapewnia wszechstronne połączenie właściwości dla metalowego AM.

Zastosowania proszku AlSi10Mg

Niska waga, wytrzymałość i możliwości drukowania proszku AlSi10Mg sprawiają, że jest to jeden z najczęściej wykorzystywanych stopów w produkcji przyrostowej. Niektóre typowe zastosowania obejmują:

Astronautyka: Łopatki turbin, dysze rakietowe, uchwyty strukturalne, komponenty satelitarne, części bezzałogowych statków powietrznych

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

Przemysłowy: Robotyka, narzędzia, przyrządy i oprzyrządowanie, wały napędowe

Medyczny: Implanty ortopedyczne, protezy, instrumenty chirurgiczne

Inne: Radiatory, kolektory hydrauliczne, obudowy, kanały chłodzące

AlSi10Mg umożliwia zastosowanie złożonych zoptymalizowanych geometrii, które zwiększają wydajność i efektywność wyżej wymienionych zastosowań. Drobne struktury możliwe do uzyskania w drukowaniu 3D zwiększają przewodność cieplną, przepływ płynów i inne właściwości.

Doskonały stosunek wytrzymałości do wagi AlSi10Mg redukuje masę komponentu przy zachowaniu właściwości mechanicznych. Wspomaga to zwiększenie efektywności zużycia paliwa w pojazdach i obniża koszty startu w zastosowaniach kosmicznych.

Tabela: przegląd zastosowań AlSi10Mg w branżach

Sektor	Typowe zastosowania
Astronautyka	Łopatki turbin, wsporniki konstrukcyjne, dysze rakietowe, satelity
Motoryzacja	Układ napędowy, tłoki, turbosprężarki, wymienniki ciepła
Przemysłowy	Robotyka, oprzyrządowanie narzędziowe, wzorce i uchwyty
Medical	Implanty ortopedyczne, protezy
Generał	Radiatory, kolektory hydrauliczne, komory

AlSi10Mg jest certyfikowanym stopem spełniającym normy lotnicze AMS4967 i AMS4169. Szeroko zakrojone kwalifikacje oraz badania potwierdzają jego wydajność w ekstremalnych warunkach. Biokompatybilność zgodnie z normą ISO 10993 i ASTM F67 umożliwia stosowanie go w urządzeniach medycznych i implantach. Ogólnie rzecz biorąc, AlSi10Mg oferuje wszechstronną, lekką alternatywę materiałową do zastosowań krytycznych.

Przetwarzalność proszku AlSi10Mg

Proszek AlSi10Mg można przetworzyć przy użyciu głównych metod przyrostowej produkcji metali, takich jak:

• Selektywne laserowe spiekanie (SLS)
• Bezpośredni metalowy Laser Sintering (DMLS)
• EBM (Electron Beam Melting - topienie wiązką elektronów)

Metody oparte na laserach: SLM i DMLS wykorzystują laser o dużej mocy do selektywnego łączenia obszarów proszku na warstwie w celu stopniowego budowania części. Utrwalony materiał ma właściwości porównywalne ze standardowymi stopami aluminium. SLM zwykle używa lasera o większej mocy do pełnego stopienia. DMLS ma mniejszą moc do spiekania cząstek proszku.

Topienie wiązką elektronów: EBM wykorzystuje wiązkę elektronów, która jest źródłem ciepła do topienia i łączenia materiału. Może osiągnąć większe szybkości tworzenia niż procesy laserowe, ponieważ szybko łączy każdą warstwę. Właściwości materiału są podobne do SLM i DMLS.

Parametry wydruku: Typowe parametry SLM – Moc lasera 175-350 W, Prędkość skanowania 700-1500 mm/s, Grubość warstwy 20-100 Ã×m. Dla EBM – Moc wiązki 3-7 kW, Prędkość skanowania 1000-2500 mm/s, Grubość warstwy 50-200 Ã×m.

Inne metody: Proszek AlSi10Mg można również stosować w technologii wiązki wiążącej, w której ciekły spoiwo jest wybiórczo nanoszone w celu utworzenia kształtu. Następnie wypalany jest „zielony” element. Możliwe jest również osadzanie natryskiem na zimno.

Tabela: Procesy AM kompatybilne ze stopem AlSi10Mg w postaci proszku

Proces	Źródło ciepła	Opis
SLM	Laser	Selektywne topienie laserowe
DMLS	Laser	Wytop bezpośrodnio metalowy laserowy
EBM	Wiązka elektronów	Wytapianie wiązką elektronową
Drukowanie z wiązaniem za pomocą spoiwa	Płynna spoina	Spoiwo drukowane, następnie spiekanie
"Zimny spray"	Kinetyczny	Proszę bardzo, oto tłumaczenie: "Proszek rozpylony na podłoże"

Proszek AlSi10Mg charakteryzuje wysoka absorpcja wiązki laserowej/elektronowej oraz doskonały przepływ i gęstość pakowania. Prowadzi to do dobrej rozprowadzalności w złożu proszku oraz wydajnego topienia/spiekania. Kluczową rolę odgrywa również wielkość cząstek i morfologia sferyczna.

Generalnie AlSi10Mg oferuje doskonałą przetwarzalność w PBF oraz pokrewnych metodach wytwarzania złożonych geometrii o dobrym wykończeniu powierzchni i rozdzielczości detali.

Charakterystyka i jakość proszku

Proszek AlSi10Mg stosowany w procesach AM charakteryzuje się następującymi cechami:

• Kulista morfologia proszku o gładkiej powierzchni
• Płynność z minimalną aglomeracją
• Gęstość pozorna 1,2-1,6 g/cm3
• Gęstość usypana ~2,2-2,7 g/cm³
• Jednolity rozkład składu
• Wysoka czystość z niską wewnętrzną porowatością
• Kontynuowane rozkłady rozmiaru cząstek

Kształt cząstek: Kulista morfologia proszku zapewnia dobry przepływ i rozprowadzalność przez płytę proszkową. Daje to równomierne topnienie i właściwości materiału. Atomizacja gazowa jest zwykle stosowana do osiągnięcia sferyczności >90%.

Płynność: Proszki o wysokiej sypkości rozprowadzają się równomiernie i ściśle układają na platformach typu powder bed. Typowe szybkości przepływu wynoszą 23-27 s/50g przez lejek Halla.

Rozmiar cząstek: Ogólna dystrybucja wielkości cząstek mieści się w zakresie 10–45 Ã×m lub 15–45 Ã×m. Większe cząstki (~35–45 Ã×m) poprawiają przepływ, a mniejsze (~15–25 Ã×m) zwiększają gęstość i rozdzielczość.

Kontrola składu: Ścisła kontrola składu w ramach specyfikacji maksymalizuje osiągi materiału. Zapewnia równomierne rozmieszczenie pierwiastków stopowych.

Czystość: Wysoka czystość przy niskiej porowatości i wtrąceniach zapobiega powstawaniu wad procesowych. Zawartość tlenu < 1000 ppm.

Tabela: Typowe właściwości i cechy proszków AlSi10Mg

Parametr	Typowa wartość	Rola
Kształt cząstki	Kulisty >90%	Płynność, gęstość
Wielkość cząstki (×Âm)	15-45	Gęstość, rozdzielczość
Przepływ (s/50g)	23-27	Zagęszczanie w złożu proszkowym
Gęstość pozorna (g/cc)	1.2-1.6	Poddawanie się recyklingowi
Gęstość usypana (g/cm³)	2.2-2.7	Gęstość na zielono
Czystość	>99,5%	Redukowanie defektów
Tlen (ppm)	<1000	Czyste topienie

Parametry takie jak rozkład wielkości cząstek (Particle Shape Distribution, PSD) i wskaźnik Hausnera wskazują jakość proszku. Rygorystyczna kontrola nad rozpylaniem gazowym zapewnia dużą powtarzalność między partiami. Proszek jest dostarczany z raportem składu i certyfikatami analizy specyficznymi dla partii (COA).

Dostawcy proszku AlSi10Mg

Głównymi światowymi dostawcami proszków AlSi10Mg na potrzeby AM są:

AP&C

• Nazwa handlowa: Proszkowy atomowy aluminium 5056
• Zakres rozmiarów (×m): 15-45, 23-53
• Opakowanie: butelki 5 kg do pudeł 1 tony metrycznej z argonem

GE Additive

• Nazwa produktu: AlSi10Mg
• Zakres rozmiarów (Ã × m): 15–45
• Opakowanie: 10 kg butle z argonem

Sandvik Osprey

• Produkt: Osprey AlSi10Mg
• Cząstki: Kuliste, D50 40 ×m
• Opakowanie: Butelki wypełnione argonem

Technologia LPW

• Produkt: Proszek AlSi10Mg AM
• Zakres rozmiarów (Ã × m): 15–45
• Opakowanie: 2 butelki po 12 kg w argonie

SLM Solutions

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

Tabela: Dostawcy proszku AlSi10Mg i specyfikacje

Dostawca	Produkt	Rozmiar (Â×m)	Opakowanie
AP&C	Rozpylany Al 5056	15-45	Butelki/pudełka z Ar
GE Additive	AlSi10Mg	15-45	10 kg butelki z Ar
Sandvik Osprey	Osprey AlSi10Mg	D50 40	Butle z argonem
LPW	AlSi10Mg AM	15-45	2-12 kg butelek w Ar
SLM Solutions	SLM AlSi10Mg	15-45	Puszki/butelki z Ar

Klienci mogą zamówić niestandardowe warianty AlSi10Mg z optymalnie rozłożonymi lub dobranymi frakcjami od producentów.

Ceny AlSi10Mg w postaci proszku

Cena sproszkowanego AlSi10Mg do przetwarzania AM zwykle waha się od 90-150 złotych za kg na podstawie ilości i producenta.

Cenowe:

• Ilość proszku - Ceny zmniejszają się w przypadku zamówień hurtowych ze względu na niższe koszty pakowania
• Wersje kompozycji – niewielkie dodatki lub optymalizacje mogą zwiększać koszt
• Jakość i certyfikaty — wyższa czystość/jednorodność zwiększa koszt
• Producent — Dostawcy premium mają tendencję do wyższych cen
• Pakowanie — Specjalne materiały opakowaniowe (puszki, butelki itd.) wpływają na cenę

Orientacyjne ceny:

Ilość	Cena za kg (USD)
1 kg	$140-200
10 kg	$120-160
100 kg	$100-130
Ponad 1000 kg	$90-110

Koszty dostawy, podatki i specjalne wymagania certyfikacji mogą się składać na ostateczną cenę dostawy. Duże zamówienia OEM często otrzymują obniżone ceny od producentów na podstawie umów.

Tabela: przedziały cenowe 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
Ponad 1000 kg	$90-110

Wybór proszku AlSi10Mg

Kluczowe kwestie do rozważenia przy wyborze proszku AlSi10Mg obejmują:

Wymagania dotyczące aplikacji: Potrzeby dotyczące eksploatacji, takie jak wytrzymałość, twardość, plastyczność, żywotność zmęczeniową, itp. Zastosowania mogą również wymagać konkretnych certyfikatów materiałowych.

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

Jakość i spójność: Partie proszku, które niezawodnie spełniają kryteria pod względem składu, czystości, cech cząstek itp., mają kluczowe znaczenie dla zastosowań produkcyjnych.

Dostępność i czasy realizacji: W przypadku budowy prototypów kluczowa może być dostępność małych ilości, podczas gdy przy produkcji potrzebne są hurtowe zamówienia i stabilne dostawy długoterminowe.

Cennik: Cena za kg będzie zależeć od ilości, kosztów wysyłki, marży dostawcy itd. Duże kontrakty OEM uzyskują lepsze ceny.

Obsługa techniczna: Producenci dysponujący rozbudowaną wiedzą techniczną na temat produkcji proszków metalowych i AM mogą udzielić wskazówek na temat najlepszych opcji proszkowych.

Zaleca się współpracę z uznanymi dostawcami na wczesnym etapie projektowania części w technologii przyrostowej proszkowego topienia laserowego podczas wyboru proszku AlSi10Mg.

Zalety i wady proszku AlSi10Mg

Plusy

• Wysoka wytrzymałość z dobrym wydłużeniem
• Doskonała odporność na korozję
• Dobrze spawalne i nadające się do obróbki mechanicznej
• Dobre właściwości cieplne
• Szeroko zakwalifikowany do zastosowań w przemyśle lotniczym
• Biokompatybilny do implantów medycznych

Wady

• Niższy punkt plastyczności niż stopy AlSi7Mg i AlSi12
• podatny na wady porowatości podczas drukowania
• Wysoka zdolność odbijania wymaga większej mocy lasera
• Nie jest optymalny do stosowań w wysokich temperaturach >150¡«C
• Droższe niż sproszkowane aluminium niestopowe

Często zadawane pytania (FAQ)

Q. Jaki jest skład chemiczny proszku AlSi10Mg?

A. Typowa kompozycja to podstawa aluminiowa z 9–11% krzemu i 0,2–0,45% magnezu. Pozostałe elementy śladowe stanowią łącznie mniej niż 0,55%.

Q. Czym różni się gęstość AlSi10Mg od gęstości proszku AlSi10Mg?

A. Gęstość wynosi około 2,67 g/cm³ zarówno w przypadku luzem, jak i proszku.

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

A. Drukowane AlSi10Mg ma wytrzymałość na rozciąganie 330-430 MPa, wytrzymałość na rozciąganie 215-365 MPa i wydłużenie 8-10% w stanie jak wydrukowano. Obróbka cieplna może jeszcze bardziej poprawić właściwości.

Jaką wielkość cząstek zaleca się dla proszku AlSi10Mg w druku addytywnym?

A. Najczęściej stosowany jest zakres wielkości cząstek 15-45 mikronów, choć rozkłady wielkości mogą być optymalizowane pod kątem określonych drukarek i wymagań dotyczących grubości warstwy.

P. Czy można maszynowo spawać/spawać części AlSi10Mg AM?

A. Tak, części wykonane technologią druku 3D AlSi10Mg mogą być obrabiane i spawane tradycyjnymi metodami po odpowiednim obróbce cieplnej w celu odprężenia naprężeń.

Q. Czy proszek AlSi10Mg nadaje się do ponownego wykorzystania?

A. Proszek AlSi10Mg może być zazwyczaj poddawany recyklingowi 5-10 razy przed odświeżeniem, w zależności od procesu AM i poziomów zanieczyszczeń.

Wniosek

AlSi10Mg to ważny proszek aluminiowego stopu do produkcji dodatków metali, znajdujący zastosowanie w lotnictwie, przemyśle samochodowym, medycynie i przemyśle. Główne zalety to wysoki stosunek wytrzymałości do wagi, odporność na korozję, znakomite właściwości mechaniczne i szerokie certyfikacje dla wymagających zastosowań.

Technologia AM umożliwia tworzenie złożonych optymalnych geometrii, co nie jest możliwe w przypadku odlewania lub obróbki skrawaniem. Proszek AlSi10Mg o kontrolowanych właściwościach ziarna i składzie jest kluczowy do uzyskania elementów bez wad. Wiodący światowi dostawcy dostarczają wysokiej jakości proszek, który jest dostosowany do procesów AM, takich jak DMLS i SLM.