Bột AlSi10Mg: TÓM TẮT VỀ MẶT KỸ THUẬT

Tổng quan về bột AlSi10Mg

AlSi10Mg là bột hợp kim nhôm, chủ yếu được cấu thành từ nhôm cùng với silicon và magiê là những nguyên tố hợp kim chính. Nguyên liệu này được sử dụng rộng rãi trong kim loại sản xuất bồi đắp, còn được gọi là in 3D, do có độ bền, độ bền bỉ, khả năng hàn và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.

Bột AlSi10Mg có thể được xử lý thông qua Nung chảy chọn lọc bằng tia laser (SLM), Nung chảy chùm tia electron (EBM), và thiêu kết laser trực tiếp kim loại (DMLS) để tạo các bộ phận kim loại phức tạp với các chi tiết đẹp và hình học tùy chỉnh. Các tính chất của nó làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng hàng không, ô tô, y tế và công nghiệp.

Bài viết này cung cấp cho các kỹ sư vật liệu, nhà thiết kế sản phẩm, chuyên gia in 3D cái nhìn kỹ thuật toàn diện về bột AlSi10Mg, bao gồm thành phần, tính chất, ứng dụng, giá cả, nhà cung cấp và những thông tin quan trọng khác.

Thông tin chính về bột AlSi10Mg:

• Sáng tác:?Nhôm silicon 9-11%, magiê 0,2-0,45%
• Hình dạng hạt:?Hình cầu, tính lưu động cao
• Khoảng kích thước:? 15-45 micron
• Mật độ:?2.67 g/cc
• Điểm nóng chảy:?~615¡«C
• Sức mạnh:Trung bình đến cao
• Công dụng:?In ấn 3D hàng không vũ trụ, ô tô, công nghiệp

Thành phần của bột AlSi10Mg

Thành phần của bột AlSi10Mg chủ yếu là nhôm với các thành phần bổ sung là silic và magiê làm thành phần hợp kim. Dưới đây cung cấp phạm vi thành phần danh nghĩa:

Nguyên tố	Tỉ trọng
Nhôm (Al)	Cơ sở/phần còn lại
Silic (Si)	9-11%
Magie (Mg)	0.2-0.45%
Khác (Fe, Mn, v.v.)	<0,55% tổng cộng

Silicon được thêm vào nhôm để cải thiện khả năng đúc và tăng cường đặc tính cơ lý như độ bền kéo và độ cứng. Nó làm tăng tính chảy khi nóng chảy và cải thiện các đặc tính cấp liệu.

Việc bổ sung magie tạo nên phần làm cứng kết tủa, phần này giúp hợp kim cứng hơn thông qua xử lý nhiệt. Magie cũng làm tăng khả năng chống ăn mòn.

Có thể có một lượng nhỏ sắt, mangan và các nguyên tố khác tồn tại dưới dạng tạp chất, tối đa là 0,55%. Có thể thay đổi mức độ bổ sung hợp kim trong phạm vi để điều chỉnh các tính chất theo yêu cầu của ứng dụng.

Bảng: Khoảng thành phần danh định của bột hợp kim AlSi10Mg

Nguyên tố	Wt% tối thiểu	Trọng lượng % tối đa
Nhôm	Bal.	Bal.
Silicon	9	11
Magie	0.2	0.45
Khác	–	0.55

Tính chất của bột AlSi10Mg

Hợp kim AlSi10Mg biểu hiện các đặc tính giúp hợp kim phù hợp với các ứng dụng khắt khe trong các ngành hàng không, xe hơi và công nghiệp. Các đặc tính chính được nêu dưới đây:

Tính chất cơ học

• Độ bền và độ cứng cao
• Tính dễ uốn tốt khi ủ
• Tính hàn tuyệt vời
• Khả năng chịu mệt mỏi cao

Tính chất vật lý

• Mật độ: 2,67 g/cc
• Nhiệt độ nóng chảy: ~615¡«C
• Độ dẫn nhiệt: 130 W/m-K
• Hệ số giãn nở nhiệt: 21-24 x 10^-6 K^-1

Khác

• Kháng ăn mòn tốt
• Khả năng in tuyệt vời và lớp hoàn thiện bề mặt
• Tương thích sinh học theo tiêu chuẩn ISO 10993 và ASTM F67
• Không từ tính

Mật độ có thể sánh ngang với hợp kim nhôm như AlSi12 và AlSi7Mg. Điểm nóng chảy cũng tương tự như các hợp kim đúc Al-Si tiêu chuẩn. Các tính chất này cho phép gia công và hợp nhất thông qua phương pháp thiêu kết và nấu chảy.

Bảng: Tổng quan về các tính chất quan trọng của bột AlSi10Mg

Bất động sản	Giá trị điển hình
Mật độ	2,67 g/cc
Điểm Nóng Chảy	~615¡«C
Độ dẫn nhiệt	130 W/m-K
Độ điện trở	4-8 x 10^-8 ´Îm
Mô-đun Young	70-80 GPa
Hệ số Poisson	0.33
Cường độ chảy	215-365 MPa
Độ bền kéo	330-430 MPa
Kéo dài	8-10%
Độ cứng	80-100 Brinell

Lưu ý: Các tính chất phụ thuộc vào cấu tạo chính xác, phương pháp chế tạo, định hướng chế tạo, xử lý nhiệt, v.v. Các giá trị hiển thị là giá trị tiêu chuẩn hoặc điển hình.

Các tính chất cơ học như độ bền cao và cường độ kéo cùng với độ dẻo dai tốt làm cho AlSi10Mg phù hợp với các bộ phận có hiệu suất cao trong nhiều ngành công nghiệp. Hợp kim có thể được tôi luyện theo thời gian để tiếp tục tăng cường độ bền. Có được khả năng chống ăn mòn tuyệt vời thông qua các thành phần silicon tạo ra một lớp oxit bảo vệ. Nhìn chung, AlSi10Mg cung cấp sự kết hợp đa dạng của các tính chất cho AM kim loại.

Các ứng dụng của bột AlSi10Mg

Với đặc tính nhẹ, bền và khả năng in ấn nên bột AlSi10Mg là loại hợp kim được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất phụ gia. Một số ứng dụng tiêu biểu bao gồm:

Ngành hàng không vũ trụ: Các cánh quạt tua bin, miệng phun tên lửa, giá đỡ kết cấu, các thành phần vệ tinh, phụ tùng UAV

Ô tô: Các bộ phận của hệ thống truyền lực, piston, bộ tăng áp, bộ trao đổi nhiệt

Công nghiệp: Robot học, dụng cụ, đồ gá và đồ kẹp, trục dẫn động

Y tế: Cấy ghép chỉnh hình, thành phần giả, dụng cụ phẫu thuật

Khác: Bể tản nhiệt, ống phân phối thuỷ lực, vỏ, ống làm mát

AlSi10Mg cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp, tối ưu, nhằm cải thiện hiệu suất và hiệu quả của các ứng dụng nêu trên. Các cấu trúc chặt chẽ có thể tạo ra bằng cách in 3D giúp cải thiện truyền nhiệt, dòng chảy của chất lỏng và các tính chất khác.

Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng tuyệt vời của AlSi10Mg làm giảm trọng lượng thành phần trong khi vẫn duy trì hiệu suất cơ học. Điều này giúp cải thiện mức tiết kiệm nhiên liệu của xe và chi phí phóng thấp hơn trong các ứng dụng không gian.

Bảng: Tổng quan về các ứng dụng của AlSi10Mg trong nhiều ngành công nghiệp

Bạn đầu	Các ứng dụng điển hình
Hiệp công	Các cánh tua bin, các giá đỡ kết cấu, vòi phun tên lửa, vệ tinh
Ô tô	Hệ truyền động, piston, bộ tăng áp, bộ trao đổi nhiệt
Công nghiệp	Robot, dụng cụ, đồ gá và đồ kẹp
Y học	Cấy ghép chỉnh hình, chân tay giả
Chung	Tản nhiệt, ống phân phối thủy lực, vỏ

AlSi10Mg được chứng nhận cho các ứng dụng hàng không vũ trụ đáp ứng các tiêu chuẩn như AMS4967 và AMS4169. Các chứng nhận và thử nghiệm toàn diện đã xác thực hiệu suất của vật liệu này trong các môi trường khắc nghiệt. Tính tương hợp sinh học theo tiêu chuẩn ISO 10993 và ASTM F67 cho phép sử dụng trong các thiết bị y tế và vật liệu cấy ghép. Nhìn chung, AlSi10Mg cung cấp một giải pháp vật liệu nhẹ linh hoạt cho các ứng dụng quan trọng.

Khả năng gia công của bột AlSi10Mg

Bột AlSi10Mg có thể được xử lý thông qua các phương pháp chế tạo phụ gia kim loại chính như:

• Công nghệ Nung chảy Laser Chọn lọc (SLM)
• Kết tủa Laser Kim Loại Trực Tiếp (DMLS)
• Nung chảy chùm tia điện tử (EBM)

Phương pháp sử dụng Laser: SLM và DMLS sử dụng một tia laser công suất cao để liên kết vùng chọn lọc của một lớp bột nhằm tạo lớp từng lớp theo từng lớp. Vật liệu đã hợp nhất có các tính chất tương đương với hợp kim nhôm thông thường. SLM thường sử dụng laser công suất cao hơn để nung chảy hoàn toàn. DMLS có công suất thấp hơn để thiêu kết các hạt bột.

Nung chảy tia điện tử: EBM sử dụng chùm tia điện tử làm nguồn nhiệt để làm nóng chảy và hợp nhất vật liệu. Nó có thể đạt tốc độ tích tụ cao hơn so với quy trình laser vì nó hợp nhất từng lớp một cách nhanh chóng. Đặc tính vật liệu tương tự như SLM và DMLS.

Tham số in: Các tham số SLM điển hình - Công suất laser 175-350 W, Tốc độ quét 700-1500 mm/s, Độ dày lớp 20-100 Ã×m. Đối với EBM - Công suất chùm 3-7 kW, Tốc độ quét 1000-2500 mm/s, Độ dày lớp 50-200 Ã×m.

Các phương pháp khác: Bột AlSi10Mg cũng có thể được sử dụng trong phản lực liên kết, trong đó chất kết dính dạng lỏng sẽ được lắng đọng một cách có chọn lọc để tạo ra hình dạng. Sau đó, phần "xanh" được nung kết. Phun lắng lạnh cũng có thể thực hiện.

Bảng: Các quy trình MA tương thích với bột hợp kim AlSi10Mg

Quy trình	Nguồn nhiệt	Miêu tả
SLM	Laser	Nung chảy chọn lọc bằng tia laser
In Viet Nam DMLS dịch ra là: DMLS	Laser	Thiêu kết laser kim loại trực tiếp
EBM	Chùm electron	Nung chảy chùm tia electron
Phun tạo lớp kết dính	Chất kết dính dạng lỏng	Chất kết dính in, sau đó nung kết
Phun nguội	Động năng	Bột được phun lên bề mặt substrat.

Bột AlSi10Mg hấp thụ tốt chùm tia laser/electron, khả năng lưu thông và mật độ đóng kiện rất tốt. Tính năng này mang lại độ dàn trải tốt trên nền bột lắng và hiệu quả nóng chảy/sintering. Kích thước hạt và hình thái hình cầu cũng đóng vai trò chính.

Nhìn chung, AlSi10Mg mang lại khả năng gia công tuyệt vời qua phương pháp PBF và các phương pháp liên quan để chế tạo ra các hình dạng học phức tạp với bề mặt hoàn thiện đẹp và độ phân giải tính năng tuyệt vời.

Đặc điểm và chất lượng bột

Bột AlSi10Mg được sử dụng trong các quy trình AM thể hiện những đặc tính sau:

• Nguyên tử phấn hình cầu có bề mặt mịn
• Khả năng chảy với sự kết tụ tối thiểu
• Khối lượng riêng biểu kiến ~1,2-1,6 g/cc
• Mật độ đóng gói ~2.2-2.7 g/cc
• Phân phối thành phần đồng đều
• Độ tinh khiết cao với độ xốp bên trong thấp
• Phân bố kích thước hạt có kiểm soát

Hình dạng hạt: Hình dạng bột hình cầu giúp bột chảy và trải đều trên giường bột. Điều này dẫn đến tính chất tan chảy và vật liệu đồng đều. Phương pháp phun khí thường được sử dụng để đạt được độ hình cầu >90%.

Khả năng chảy trôi: Các loại bột có tính chảy tốt sẽ trải đều và đóng chặt trên các nền bột. Tốc độ chảy điển hình từ 23-27 s/ 50g qua phễu Hall.

Kích thước hạt: Phân bố kích thước hạt thường là 10-45 Ã×m hoặc 15-45 Ã×m. Các hạt lớn hơn ~35-45 Ã×m giúp cải thiện dòng chảy trong khi các hạt nhỏ hơn ~15-25 Ã×m giúp tăng mật độ và độ phân giải.

Điều khiển sáng tác: Kiểm soát chặt chẽ thành phần trong thông số kỹ thuật sẽ làm tăng tối đa hiệu suất vật liệu. Phân bổ đều các nguyên tố hợp kim.

Độ tinh khiết: Độ tinh khiết cao cùng với độ rỗng và tạp chất thấp sẽ ngăn ngừa tình trạng lỗi quy trình. Hàm lượng oxy <1000 ppm.

Bảng: Các đặc tính và tính chất thông thường của bột AlSi10Mg

Tham số	Giá trị thông thường	Vai trò
Hình dạng hạt	Hình cầu >90%	Khả năng chảy, mật độ
Kích thước hạt (Ã×m)	15-45	Mật độ, độ phân giải
Lượng dòng chảy (s/50g)	23-27	Bố trí lớp phủ bột
Mật độ biểu kiến (g/cc)	1.2-1.6	Khả năng tái chế
Tỷ trọng gõ (g/cc)	2.2-2.7	Tỷ trọng xanh
Sạch sẽ	99.5%	Giảm khuyết tật
Oxy (ppm)	<1000	Nấu chảy sạch

Các thông số như phân phối hình dạng hạt (PSD) và tỷ lệ Hausner cho biết chất lượng bột. Kiểm soát chặt chẽ quá trình phun khí dẫn đến độ đồng nhất cao giữa các lô. Bột được cung cấp kèm theo báo cáo thành phần và chứng nhận phân tích (COA) dành riêng cho từng lô.

Nhà cung cấp Bột AlSi10Mg

Một số nhà cung cấp toàn cầu lớn về bột AlSi10Mg cho AM bao gồm:

AP&C

• Tên thương mại: Bột nhôm nguyên tử 5056
• Phạm vi kích cỡ (Ã×m): 15-45, 23-53
• Bao bì: Từ bình 5 kg đến hộp 1 tấn có khí argon

GE Additive

• Tên sản phẩm: AlSi10Mg
• Kích cỡ (Â×m): 15-45
• Bao bì: Bình 10 kg có khí argon

Sandvik Osprey

• Sản phẩm: Osprey AlSi10Mg
• Các hạt: hình cầu, D50 40 Ã×m
• Bao bì: Bình chứa đầy A-gôn

Công nghệ LPW

• Sản phẩm: Bột AlSi10Mg AM
• Kích cỡ (Â×m): 15-45
• Bao bì: 2 chai 12 kg trong argon

Giải pháp SLM

• Sản phẩm: SLM AlSi10Mg
• Kích cỡ (Â×m): 15-45
• Đóng gói: Lon 10 lít, chai 2 kg

Bảng: Các nhà cung cấp bột AlSi10Mg và các thông số kỹ thuật

Nhà cung cấp	Sản phẩm	Kích thước (Ã×m)	Bao bì
AP&C	Al 5056 nguyên tử hóa	15-45	Chai/lọ chứa Ar
GE Additive	AlSi10Mg	15-45	Bình 10 kg có khí Ar
Sandvik Osprey	Osprey AlSi10Mg	D50 40	Bình đựng Argon
LPW	AlSi10Mg AM	15-45	2-12 bình kg trong Ar
Giải pháp SLM	SLM AlSi10Mg	15-45	Lon/chai đựng có Ar

Theo yêu cầu, các nhà sản xuất có thể cung cấp các biến thể tùy chỉnh của AlSi10Mg với các phân số hạt hoặc phân bố hạt tối ưu.

Giá bột AlSi10Mg

Giá bột AlSi10Mg để xử lý AM thường nằm trong khoảng 90-150 USD/kg dựa trên số lượng và nhà sản xuất.

Lưu ý về giá cả:

• Số lượng bột - Giá giảm đối với đơn đặt hàng số lượng lớn do chi phí đóng gói thấp hơn
• Các biến thể về thành phần – Các bổ sung hoặc tối ưu hóa nhỏ có thể làm tăng chi phí
• Chất lượng và chứng nhận – Độ tinh khiết/ổn định cao hơn làm tăng chi phí
• Nhà sản xuất – Các nhà cung cấp cao cấp thường có mức giá đắt hơn
• Bao bì – Bao bì chuyên dụng (lon, chai, v.v.) ảnh hưởng đến giá cả

Giá tham khảo:

Số lượng	Giá mỗi kg (USD)
1 kg	$140-200
10 kg	$120-160
100 kg	$100-130
Hơn 1.000 kg	$90-110

Giá thành giao hàng, thuế và bất kỳ chứng nhận đặc biệt nào có thể sẽ làm tăng giá thành giao hàng cuối cùng. Các đơn hàng lớn của OEM thường có giá ưu đãi từ nhà sản xuất theo hợp đồng.

Bảng: Phạm vi giá bột AlSi10Mg theo số lượng đặt hàng

Số lượng đơn hàng	Giá mỗi kg (USD)
1 kg	$140-200
10 kg	$120-160
100 kg	$100-130
Hơn 1.000 kg	$90-110

Lựa chọn bột AlSi10Mg

Những cân nhắc chính về việc lựa chọn bột AlSi10Mg bao gồm:

Yêu cầu ứng dụng: Các nhu cầu về hiệu suất như độ bền, độ cứng, độ dẻo, tuổi thọ chống mỏi, v.v. Các ứng dụng cũng có thể yêu cầu xác nhận vật liệu cụ thể.

Thông số biến quy trình AM: Phù hợp phạm vi kích thước hạt, hình dạng và phân phối với mẫu máy in, độ dày lớp, công suất chùm tia và các thông số liên quan.

Chất lượng và tính nhất quán: Các lô bột đạt được độ đồng đều, độ tinh khiết, đặc tính hạt....là rất quan trọng đối với việc sử dụng sản xuất.

Tính khả dụng và thời gian chờ: Đối với công việc tạo mẫu thì việc sẵn có số lượng nhỏ là mấu chốt trong khi sản xuất thì cần những đơn hàng lớn và nguồn cung ổn định lâu dài.

Giá bán: Giá mỗi kg phụ thuộc vào số lượng, chi phí vận chuyển, biên độ lợi nhuận của nhà cung cấp, v.v. Hợp đồng OEM lớn sẽ có giá tốt hơn.

Hỗ trợ kỹ thuật: Các nhà sản xuất có chuyên môn kỹ thuật mạnh trong sản xuất bột kim loại và AM có thể cung cấp hướng dẫn về các lựa chọn bột tốt nhất.

Khi chọn bột AlSi10Mg, người ta khuyên bạn nên làm việc với các nhà cung cấp uy tín và hợp tác ngay từ đầu trong quá trình thiết kế các thành phần AM.

Ưu và nhược điểm của bột AlSi10Mg

Ưu điểm

• Độ bền cao đi kèm với độ dẻo dai tốt
• Chống ăn mòn tuyệt vời
• Dễ hàn và gia công
• Tính chất nhiệt tốt
• Được chứng nhận sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ
• Tương hợp sinh học cho cấy ghép y khoa

Nhược điểm

• Độ bền chảy thấp hơn so với các hợp kim AlSi7Mg và AlSi12
• Dễ xảy ra lỗi do độ xốp trong quá trình in
• Độ phản chiếu cao đòi hỏi công suất laser cao hơn
• Không phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao >150°C
• Đắt hơn bột nhôm nguyên chất

Câu hỏi thường gặp

H. Cấu trúc hóa học của bột AlSi10Mg là gì?

A. Thành phần điển hình là nhôm nền có 9-11% silic và 0,2-0,45% magiê. Phần còn lại là các nguyên tố vi lượng khác ở tổng cộng <0,55%.

Q. Mật độ của AlSi10Mg và bột AlSi10Mg là bao nhiêu?

A. Khối lượng riêng của hợp kim dạng khối và dạng bột đều nằm trong khoảng 2,67 g/cc.

H. Các bộ phận AlSi10Mg được chế tạo bằng phương pháp AM có những tính chất cơ học nào?

A. In như AlSi10Mg có độ bền kéo 330-430 MPa, độ bền chảy 215-365 MPa và độ giãn dài 8-10% ở trạng thái như đã xây dựng. Xử lý nhiệt có thể cải thiện hơn nữa các đặc tính.

Q. Cỡ hạt nào được khuyến nghị cho bột AlSi10Mg trong AM?

A. Mức giới hạn kích thước hạt từ 15-45 micron thường được dùng, mặc dù sự phân bố kích thước có thể được tối ưu hóa cho các máy in cụ thể và yêu cầu độ dày lớp.

H. Bạn có thể gia công/hàn các bộ phận AlSi10Mg AM không?

A. Đúng, các bộ phận AlSi10Mg được chế tạo bằng phương pháp in 3D có thể được gia công và hàn bằng các phương pháp thông thường sau quá trình xử lý nhiệt giảm ứng suất thích hợp.

H. Bột AlSi10Mg có thể tái sử dụng được không?

A. Có thể tái chế bột AlSi10Mg từ 5-10 lần trước khi cần làm mới, tùy thuộc vào quy trình AM và mức độ nhiễm bẩn.

Kết luận

AlSi10Mg là một loại bột hợp kim nhôm quan trọng để sản xuất kim loại cộng, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, y tế, ô tô và hàng không vũ trụ. Những ưu điểm chính bao gồm tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, khả năng chống ăn mòn, các đặc tính cơ học tuyệt vời và chứng nhận rộng rãi cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Công nghệ Sản xuất Phụ gia (AM) cho phép tạo ra hình dạng học được tối ưu hóa phức tạp không thể thực hiện thông qua đúc hoặc gia công. Bột AlSi10Mg có đặc tính và thành phần hạt được kiểm soát là rất quan trọng để tạo ra các bộ phận không có khuyết tật. Các nhà cung cấp hàng đầu toàn cầu cung cấp bột chất lượng cao phù hợp với các quy trình AM như DMLS và SLM.