مسحوق سبائك الألومنيوم AlSi10Mg عالي القوة إلى الوزن للطباعة الإضافية

AlSi10Mg هو سبيكة الألومنيوم-السيليكون-المغنيسيوم شبه الايوتيكية والتي يمكن القول إنها مسحوق الألومنيوم الأكثر استخدامًا ويتم فهمه بشكل جيد في مجال التصنيع المضاف للمعادن (AM) ،وخاصة في عمليات الاندماج بالمسحوق بالليزرشعبيتها نابعة من مزيج ممتاز من القدرة على الطباعة الجيدة، ونسبة القوة إلى الوزن العالية، والخصائص الحرارية، والفعالية من حيث التكلفة.

تم تطويرها في الأصل للصب التقليدي (حيث يعرف باسم A360) ، تكوينها مناسب بشكل استثنائي لخصائص التصلب السريع للطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يؤدي إلىالهياكل الدقيقة المستقرة والخصائص الميكانيكية المتفوقة مقارنة بنظيرها المصبوب.

يتم التحكم بالتركيبة بدقة لضمان أداء مثالي. التكوين القياسي المتوافق مع المعايير مثل ASTM B928 / AMS 4345 هو:

• إمكانية طباعة ممتازة:يحتوي نظام الـ Al-Si eutectic على نطاق تجميد واسع نسبيًا ، مما يقلل من الإجهادات المتبقية وتوجه التشقق الساخن (تشقق التجمد) أثناء عملية LPBF.هذا يجعلها واحدة من أكثر سبائك الألومنيوم مغفرة وموثوقة للطباعة.
• قوة جيدة وصلابة:في حالة "المطبوعة" ، فإنه يوفر خصائص ميكانيكية لائقة. ومع ذلك ، يتم إطلاق إمكاناته الحقيقية من خلال المعالجة الحرارية (انظر القسم 5).
• سلكية حرارية عالية:يحتوي على موصلات حرارية جيدة، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات مثل مبادلات الحرارة، وألواح التبريد، والحجرات الإلكترونية.
• الكثافة المنخفضة (~ 2.67 غرام/سم3):يوفر نسبة قوة عالية إلى الوزن، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات الطيران والفضاء والسيارات والروبوتات حيث توفير الوزن هو أمر بالغ الأهمية.
• مقاومة جيدة للتآكل:يقدم مقاومة محترمة للتآكل الجوي، على غرار سبائك الألومنيوم والسيليكون الأخرى.

جودة المسحوق مهمة بقدر تكوينه الكيميائي. خصائص المسحوق الرئيسية تشمل:

• توزيع حجم الجسيمات (PSD):عادة ما تتراوح من 15 إلى 63 ميكرون لأنظمة LPBF القياسية. قد تستخدم بعض الأنظمة توزيعًا أكثر تشدداً (على سبيل المثال ، 20-45 ميكرومتر) لتحقيق دقة تفاصيل أكثر دقة.
• التشكيل:يجب أن تكون الجسيمات كروية لضمان قابلية التدفق الجيدة ، وهو أمر ضروري لإنشاء طبقة مستوى مستوى متساوية كثيفة من الطبقة إلى الطبقة. يمكن للجزيئات غير الكروية أن تسبب إعادة طلاء سيئة ،مما يؤدي إلى عيوب.
• قابلية التدفق:يتم قياسها بواسطة مقياس تدفق هال (على سبيل المثال ، < 35 s / 50g) ، والقدرة الجيدة على التدفق تضمن عملية طباعة متسقة وموثوقة.
• الكثافة الظاهرة/كثافة الصنبور:الكثافة العالية (> 50٪ من النظرية) تشير إلى كفاءة التعبئة الجيدة ، مما يؤدي إلى زيادة كثافة الجزء النهائي.
• انخفاض في نسبة الرطوبة والأكسيد:يجب تخزين المسحوق والتعامل معه في جو جاف ومسيطر عليه (غالباً في بيئة أرغون) لمنع الأكسدة واستقطاب الهيدروجين ، مما قد يسبب مسامية في الأجزاء المطبوعة.

معدلات التبريد السريعة (~ 10 ^ 5 - 10 ^ 6 K / s) في LPBF تخلق بنية صغيرة دقيقة للغاية غير متوازنة.يتكون من مصفوفة من الألومنيوم المشبعة (α-Al) مع شبكة خلية / دندريتية دقيقة للغاية من السيليكونهذا الهيكل الدقيق يساهم في قوة جيدة "كما طبعت".

يتم استخدام المعالجة الحرارية لتخصيص الخصائص الميكانيكية لتطبيقات محددة.

• تخفيف الضغط (T1):طلاء في درجة حرارة منخفضة (~ 300 درجة مئوية لمدة ساعتين) للحد من الإجهادات المتبقية الداخلية من عملية البناء دون تغيير هائل للبنية الدقيقة.
• الشيخوخة المباشرة (T5):يتم تجديد الجزء بشكل مصطنع (على سبيل المثال ، 160-180 درجة مئوية لمدة 4-12 ساعة) مباشرة بعد الطباعة. وهذا يؤدي إلى تراكم جسيمات Mg2Si الدقيقة داخل المصفوفة ،زيادة القوة والصلابة مع تقليل التشوه.
• المعالجة الحرارية للمحلول والشيخوخة (T6):هذا هو المعالجة الأكثر شيوعًا للحصول على أقصى قدر من القوة. يتم حل الجزء عند درجة حرارة عالية (~ 520-540 درجة مئوية) ، وتخفيفه ، ثم الشيخوخة.هذه العملية تجعل شبكة السيليكون خشنة (تقلل قليلاً من الدقة) ولكنها تعزز صلابة هطول الأمطار، مما يعطي أعلى قوة الشد والصلابة.

الـ AlSi10Mg متعددة الاستخدامات وتستخدم في العديد من الصناعات:

• الفضاء الجويمكونات الدعامات، أجزاء الأقمار الصناعية، إطارات الطائرات بدون طيار، ومكونات المقصورة غير الهيكلية.
• السيارات:دعامات خفيفة الوزن ، مكونات المحرك (مثل مجاميع الاستيعاب) ، ومبادلات الحرارة ، والأجهزة الهيدروليكية المخصصة.
• الصناعية:أجهزة الروبوتات، والعوارض، والمكونات الآلية الخفيفة الوزن.
• إدارة الحرارة:مخزونات الحرارة، وألواح البرد للأجهزة الإلكترونية، وقنوات التبريد للقالب (التبريد المتوافق).
• إنتاج النماذج الأولية:النماذج الأوليّة الوظيفيّة التي تتطلّب خصائص مثل المعادن لاختبارها.

• إمكانية طباعة ممتازة ومعدلات نجاح عالية
• قوة محددة جيدة (نسبة القوة إلى الوزن).
• خصائص حرارية مواتية
• متوفرة على نطاق واسع وموثقة بشكل جيد.
• فعالة من حيث التكلفة مقارنة مع سبائك AM عالية الأداء الأخرى (على سبيل المثال ، Scalmalloy®).

• صلابة معتدلة:وخاصة في حالة T6 ، فإن التمدد عند الكسر أقل من بعض سبائك الألومنيوم المصنوعة.
• ليس للتطبيقات عالية الحرارة:تتدهور الخصائص الميكانيكية بشكل ملحوظ فوق ~ 200 درجة مئوية بسبب تقشير هباءات تعزيز.
• الخصائص غير النظرية:يمكن أن تكون الخصائص الميكانيكية مختلفة قليلاً في الاتجاه الرأسي (البناء) مقارنة بالاتجاه الأفقي بسبب طبيعة طبقة بطبقة من AM.