Порошок AlSi10Mg: технический обзор

Обзор AlSi10Mg порошка

AlSi10Mg — алюминиевый порошок, состоящий в основном из алюминия, а также из кремния и магния в качестве основных легирующих элементов. Он широко используется в металлургии аддитивное производство, также известный как 3D-печать благодаря своей превосходной прочности, долговечности, свариваемости и коррозионной стойкости.

AlSi10Mg порошок может быть обработан Селективное лазерное плавление (СЛМ) Плавление электронным лучом (EBM) и прямую лазерную спеканию металлов (DMLS) для создания сложных металлических деталей с тонкой детализацией и пользовательской геометрией. Его свойства делают его подходящим для применения в аэрокосмической, автомобильной, медицинской и промышленной сфере.

В этой статье представлен подробный технический обзор порошка AlSi10Mg, охватывающий его состав, свойства, применение, цены, поставщиков и другую важную информацию для инженеров по материалам, дизайнеров продуктов и специалистов по 3D-печати.

Ключевые характеристики порошка AlSi10Mg:

• Состав продукта:? Алюминий 9-11% кремния, 0,2-0,45% магния
• Форма частицы:?Шаровидные, высокая сыпучесть
• Диапазон размеров:?15-45 микрон
• Плотность:?2,67 г/куб.см
• Температура плавления:?~615¡«C
• Сила:?Средний-высокий
• Применение:Аэрокосмическая, автомобильная, промышленная 3D-печать

Состав порошка AlSi10Mg

Состав порошка AlSi10Mg состоит в основном из алюминия с добавками 10% кремния и 0,5% магния в качестве легирующих элементов. Номинальный диапазон состава приведен ниже:

Элемент	Весовые %
Алюминий (Al)	Основание/остаток
Кремний (Si)	9-11%
Магний (Mg)	0.2-0.45%
Другое (Fe, Mn и пр.)	< 0,55 % (всего)

Кремний добавляют в алюминий для улучшения литейных свойств и характеристик механических свойств, таких как предел текучести и твердость. Он увеличивает текучесть во время плавления и улучшает литейные характеристики.

Добавление магния приводит к дисперсионному твердению, которое усиливает сплав посредством термической обработки. Магний также улучшает коррозионную стойкость.

Микропримеси железа, марганца и других элементов могут присутствовать в виде примесей до 0,55% максимум. Уровни добавок легирующих элементов могут изменяться в пределах определенного диапазона для настройки свойств в соответствии с требованиями применения.

Таблица: Диапазон номинального состава порошка сплава AlSi10Mg

Элемент	Мин. вес.%	Макс., % масс.
Алюминий	Баланс	Баланс
Кремний	9	11
Магний	0.2	0.45
Другое	–	0.55

Свойства порошка AlSi10Mg

AlSi10Mg демонстрирует свойства, которые делают его пригодным для требовательных применений в аэрокосмической, автомобильной и промышленной отраслях. Ключевые свойства выделены ниже:

Механические свойства

• Высокая прочность и твердость
• Хорошая пластичность в отожженном состоянии
• Отлично сваривается
• Высокая усталостная прочность

Физические свойства

• Плотность: 2,67 г/см³
• Температура плавления: ~615¡«C
• Коэффициент теплопроводности: 130 Вт/(м·К)
• Коэффициент теплового расширения 21-24 x 10^-6 K^-1

Другое

• Хорошая стойкость к коррозии
• Превосходная печатность и отделка поверхности
• Биосовместимость согласно стандартам ISO 10993 и ASTM F67
• Н немагнитный

Плотность сопоставима с алюминиевыми сплавами, типа AlSi12 и AlSi7Mg. Температура плавления также аналогична стандартным литейным сплавам Al-Si. Эти свойства позволяют осуществлять обработку и уплотнение посредством спекания и плавления.

Таблица: Обзор основных свойств порошка AlSi10Mg

Имущество	Типичные значения
Плотность	2,67 г/см³
Температура плавления	~615¡«C
Теплопроводность	130 Вт/(м·К)
Удельное электрическое сопротивление	4-8 × 10^-8 мкм
Модуль Юнга	70-80 ГПа
Коэффициент Пуассона	0.33
Предел текучести	215-365 МПа
Прочность на растяжение	330-430 МПа
Удлинение	8-10%
Твердость	80–100 по Бринеллю

Примечание: Свойства зависят от точного состава, метода изготовления, ориентации сборки, термообработки и т. д. Показаны типичные или стандартные значения.

Механические свойства, такие как высокая текучесть и прочность на разрыв, вместе с хорошей пластичностью делают AlSi10Mg подходящим для высокопроизводительных деталей в различных отраслях промышленности. Сплав можно подвергнуть закалке для дальнейшего повышения прочности. Отличная коррозионная стойкость достигается за счет добавления кремния, создающего защитный оксидный слой. В целом, AlSi10Mg обеспечивает универсальную комбинацию свойств для металлического АМ.

Области применения порошка AlSi10Mg

Характеристики легкого, прочного и пригодного для печати порошка AlSi10Mg делают его одним из наиболее широко используемых сплавов в аддитивном производстве. Вот некоторые типичные варианты его применения:

Аэронавтика и космонавтика: Лопатки турбин, сопла ракеты, структурные скобы, компоненты спутников, части БПЛА

Автомобильный: Детали трансмиссии, поршни, турбонагнетатели, теплообменники

Индустриальный: Робототехника, оснастка, приспособления и приспособления, карданные валы

Медицинский: Ортопедические имплантаты, протезы, хирургические инструменты

Другое: Радиаторы, гидроманифольды, корпуса, охлаждающие каналы

AlSi10Mg позволяет создавать сложные, оптимизированные геометрические формы, улучшающие производительность и эффективность в вышеперечисленных применениях. Тонкие структуры, возможные благодаря 3D-печати, улучшают теплопередачу, поток жидкости и другие свойства.

Отличное соотношение прочности и веса AlSi10Mg снижает вес компонентов, сохраняя при этом механическую производительность. Это помогает улучшить топливную экономичность транспортных средств и снизить стартовые затраты в космических применениях.

Таблица: Обзор областей применения AlSi10Mg в различных отраслях.

Сектор	Типичные сферы применения
Аэрокосмическая отрасль	Турбинные лопатки, кронштейны конструкций, ракетные сопла, спутники
Автомобильный	Силовой агрегат, поршни, турбонагнетатели, теплообменники
Промышленный	Робототехника, оснастка, приспособления и приборы
Медицинский	Ортопедические имплантаты, протезы
Генерал	Радиаторы, гидравлические коллекторы, корпуса

AlSi10Mg сертифицирован для аэрокосмических приложений, отвечающих таким стандартам, как AMS4967 и AMS4169. Обширные квалификации и испытания подтверждают его работоспособность в экстремальных условиях. Биосовместимость в соответствии с ISO 10993 и ASTM F67 позволяет использовать его в медицинских устройствах и имплантатах. В целом, AlSi10Mg предоставляет разностороннее легкое материальное решение для критических приложений.

Обрабатываемость порошка AlSi10Mg

Порошок AlSi10Mg может обрабатываться основными методами добавочного производства металла, такими как:

• Селективное лазерное плавление (SLM)
• Прямое лазерное спекание металлов (PLSM)
• Плавление электронным лучом (EBM)

Лазерные методы SLM и DMLS используют высокомощный лазер для выборочного сплавления областей порошкового основания с целью наращивания деталей слой за слоем. Сплавленный материал имеет свойства, сопоставимые с традиционными алюминиевыми сплавами. SLM обычно использует более высокую мощность лазера для полного плавления. DMLS использует меньшую мощность для спекания порошковых частиц.

плавка электронным лучом: В EBM в качестве источника тепла используется электронный луч для плавления и сплавления материала. Этот метод позволяет достичь более высоких скоростей сборки, чем процессы с использованием лазера, поскольку он быстро сплавляет каждый слой. Свойства материала аналогичны методам SLM и DMLS.

Параметры печати: Типичные параметры SLM – мощность лазера 175–350 Вт, скорость сканирования 700–1500 мм/с, толщина слоя 20–100 мкм. Для EBM – мощность луча 3–7 кВт, скорость сканирования 1000–2500 мм/с, толщина слоя 50–200 мкм.

И другие методы: Кроме того, порошок AlSi10Mg может использоваться при струйной печати связующим веществом, где связующая жидкость избирательно наносится для формирования фигуры. После этого “зеленая” часть спекается. Также возможно осаждение холодным распылением.

Таблица: Совместимые с порошком сплава AlSi10Mg процессы AM

Процесс	Источник тепла	Описание
Приветствие	Лазер	Селективное лазерное плавление
DMLS	Лазер	Прямое лазерное спекание металлов
ЕБМ	Электронный луч	Плавление электронным лучом
Струйное связывание	Жидкое связующее вещество	Связующее напечатано, затем спечено
Холодный напыл	Кинетическая	Порошок распыляется на подложку.

Порошок AlSi10Mg обладает высокой поглощающей способностью по отношению к лазерному/электронному лучу, а также превосходной сыпучестью и плотностью упаковки. Благодаря этому он хорошо распределяется по порошковому слою и эффективно плавится/спекается. Размер частиц и сферическая морфология также играют ключевую роль.

В целом AlSi10Mg обеспечивает превосходную обрабатываемость через PBF и связанные методы изготовления сложных геометрий с хорошим качеством поверхности и высоким разрешением.

Характеристики и качество порошка

Порошок AlSi10Mg, используемый в процессах AM, характеризуется следующим:

• Сферическая форма частиц порошка с гладкой поверхностью
• Текучесть с минимальным комкованием
• Кажущаяся плотность от ~1,2 до 1,6 г/см³
• Плотность при постукивании ~2,2-2,7 г/см³
• Равномерное распределение состава
• Высокая чистота с низкой внутренней пористостью
• Контролируемое распределение размера частиц

Форма частицы: Сферическая морфология порошка обеспечивает хорошую текучесть и способность к распылению по порошковому слою. Она приводит к равномерному плавлению и однородным свойствам материала. Газовая атомизация обычно используется для достижения сферичности >90%.

Сыпучесть: Порошки с высокой текучестью равномерно распределяются и плотно упаковываются в платформы порошкового слоя. Типичный расход в 23-27 с/50 г через воронку Холла.

Размер частиц: Распределение размера частиц обычно составляет 10–45 Ã×м или 15–45 Ã×м. Более крупные частицы ~35–45 Ã×м улучшают поток, а более мелкие ~15–25 Ã×м повышают плотность и разрешение.

Контроль компоновки: Строгий контроль состава в пределах спецификации максимизирует эффективность материала. Обеспечено равномерное распределение легирующих элементов.

Чистота: Высокая чистота с низким содержанием пор и включений предотвращает брак при обработке. Содержание кислорода < 1000 частей на миллион.

Таблица: Типичные характеристики и свойства порошков AlSi10Mg

Параметр	Типичное значение	Роль
Форма частиц	Сферический >90%	Текучесть, плотность
Размер частиц (Ã×м)	15-45	Плотность, разрешение
Скорость потока (s/50g)	23-27	Уплотнение порошкового слоя
Кажущаяся плотность (г/см3)	1.2-1.6	Возможность переработки
Насыпная плотность (г / см³)	2.2-2.7	Насыпная плотность
Чистота	>99,5%	Уменьшение брака
Кислород (ppm)	<1000	Чистое плавление

Такие параметры, как распределение форм частиц (PSD) и соотношение Хауснера, указывают на качество порошка. Строгий контроль за газовой атомизацией приводит к последовательной согласованности партии за партией. Порошок поставляется с отчетом о составе и сертификатами анализа, действительными для конкретной партии (COA).

Поставщики порошка AlSi10Mg

Крупнейшие мировые поставщики порошков AlSi10Mg для AM включают:

AP&C

• Торговое название: Атомизированный порошок алюминия 5056
• Диапазон размеров (Ã×м): 15–45, 23–53
• Упаковка: бутылки по 5 кг в коробки по 1 метрической тонне с аргоном.

GE Additive

• Название продукта: AlSi10Mg
• Диапазон размера (мм): 15–45
• Упаковка: баллоны весом 10 кг с аргоном

Sandvik Osprey

• Продукт: Osprey AlSi10Mg
• Частицы: сферические, D50 40 мкм
• Упаковка: баллоны, заполненные аргоном

Технология LPW

• Продукт: порошок AlSi10Mg AM
• Диапазон размера (мм): 15–45
• Упаковка: 2 бутылки по 12 кг в аргоне.

SLM Solutions

• Продукт: SLM AlSi10Mg
• Диапазон размера (мм): 15–45
• Фасовка: Канистра 10 л, Флакон 2 кг

Таблица: поставщики порошка AlSi10Mg и спецификации

Поставщик	Продукт	Размер (ДxШxВ)	Упаковка
AP&C	Атомизированный Al 5056	15-45	Бутылки/коробки с Ar
GE Additive	AlSi10Mg	15-45	10 кг баллонов с Ar
Sandvik Osprey	Сплав Osprey AlSi10Mg	D50 40	Баллоны с аргоном
LPW	AlSi10Mg AM	15-45	2-12 кг бутылки в Ar
SLM Solutions	SLM AlSi10Mg	15-45	Банки/бутылки с Ар

Производители могут по запросу поставлять пользовательские варианты AlSi10Mg с оптимизированными фракциями или распределениями частиц.

Цены на порошок AlSi10Mg

Цена порошка AlSi10Mg для обработки AM, как правило, находится в диапазоне 90–150 долларов за кг в зависимости от количества и производителя.

Учитываемые моменты при определении цен:

• Количество порошка - цены уменьшаются при оптовых заказах из-за низкой стоимости упаковки
• Варианты составов - Незначительные добавления или оптимизации могут повысить стоимость
• Качество и сертификация - Более высокая чистота/постоянство увеличивает стоимость
• Производитель - У поставщиков премиум-уровня, как правило, более высокие цены
• Упаковка — специальная упаковка (банки, бутылки и т.д.) влияет на цену

Примерный список цен:

Количество	Цена за кг (USD)
1 кг	$140-200
10 кг.	$120-160
100 кг	$100-130
свыше 1000 кг	$90-110

Стоимость доставки, налоги и любые специальные требования к сертификации могут быть добавлены к окончательной стоимости поставки. Крупные заказы OEM часто получают льготные тарифы от производителей в соответствии с договорами.

Таблица: Диапазоны цен на порошок AlSi10Mg в зависимости от объема заказа

Количество заказа	Цена за кг (USD)
1 кг	$140-200
10 кг.	$120-160
100 кг	$100-130
свыше 1000 кг	$90-110

Выбор порошка AlSi10Mg

При выборе порошка AlSi10Mg необходимо учитывать следующие важные факторы:

Требования к кандидату: Такие эксплуатационные характеристики, как прочность, твёрдость, ковкость, срок эксплуатации до разрушения и т. д. Приложения могут также требовать наличия специальных сертификатов для материалов.

Переменные процесса AM: Соответствие диапазона размеров частиц, формы и распределения модели принтера, толщине слоя, мощности луча и соответствующим параметрам.

Качество и согласованность: Партии порошка со стабильными характеристиками состава, чистоты, размера частиц и т. д. имеют решающее значение для использования в производстве.

Наличие и сроки поставки: Если речь идёт о прототипах, то критическим фактором может быть доступность малых количеств, тогда как для серийного производства требуются крупные партии и стабильные долгосрочные поставки.

Цена: Цена за кг зависит от объема, стоимости доставки, прибыли поставщика и т. д. Крупные OEM-контракты имеют лучшую цену.

Техническая поддержка: Производители с богатыми техническими познаниями в области производства металлических порошков и аддитивного производства способны предоставлять рекомендации по выбору оптимального порошка.

При выборе порошка AlSi10Mg рекомендуется сотрудничать с проверенными поставщиками и объединять усилия на ранних стадиях процесса проектирования деталей AM.

Достоинства и недостатки AlSi10Mg порошка

Преимущества

• Высокая прочность с хорошей пластичностью
• Отличная коррозионная стойкость
• Легко свариваемый и обрабатываемый.
• Хорошие тепловые свойства
• Широко квалифицированный для использования в аэрокосмической промышленности
• Биосовместимый для медицинских имплантатов

Минусы

• Ниже условного предела прочности, чем сплавы AlSi7Mg и AlSi12
• Подвержены дефектам пористости во время печати
• Высокая отражательная способность требует большей мощности лазера
• Неоптимально для применения в условиях высоких температур, превышающих 150¡«C
• Дороже, чем безлегированные порошки алюминия

Часто задаваемые вопросы

В. Каков химический состав порошка AlSi10Mg?

A. Типичный состав: алюминиевая основа с 9-11% кремния и 0,2-0,45% магния. Оставшаяся часть - другие микроэлементы при <0,55% общей доли.

Q. Какова плотность AlSi10Mg и AlSi10Mg powder?

Плотность как у сыпучего сплава, так и у порошковой формы составляет приблизительно 2,67 г/см³.

Q. Каковы механические свойства деталей из AlSi10Mg, изготовленных при помощи AM?

А. Печатный AlSi10Mg обладает прочностью на разрыв 330–430 МПа, пределом текучести 215–365 МПа и удлинением 8–10% в готовом виде. Термическая обработка может далее улучшить свойства.

В. Какой размер частиц рекомендуется для порошка AlSi10Mg в АМ?

A. Чаще всего используют диапазон размеров частиц 15–45 мкм, однако распределение размеров можно оптимизировать для конкретных принтеров и требований к толщине слоя.

В. Можно ли обрабатывать/сваривать детали AlSi10Mg методом АМ?

A. Да, детали AlSi10Mg, изготовленные методом 3D-печати, могут быть обработаны и сварены традиционными методами после соответствующей термообработки для снятия напряжений.

Q. Можно ли повторно использовать порошок AlSi10Mg?

Порошок A. AlSi10Mg обычно можно перерабатывать от 5 до 10 раз, прежде чем потребуется обновление, в зависимости от процесса AM и уровня загрязнения.

Заключение

AlSi10Mg — это важный порошок алюминиевого сплава для аддитивного производства, который находит применение в аэрокосмической, автомобильной, медицинской и промышленной областях. К основным преимуществам относятся высокое отношение прочности к весу, коррозионная стойкость, отличные механические свойства и широкие сертификаты для требовательных применений.

AM обеспечивает сложные оптимизированные геометрические параметры, невозможные при литье или механической обработке. Порошок AlSi10Mg с контролируемыми параметрами частиц и составом имеет решающее значение для получения изделий без дефектов. Ведущие мировые поставщики предлагают высококачественный порошок, адаптированный для процессов AM, таких как DMLS и SLM.