مسحوق سبائك الألومنيوم Al6061 عالي الجودة للتصنيع الإضافي

Al6061 هي واحدة من سبائك الألومنيوم المطاوع الأكثر تنوعًا والمستخدمة على نطاق واسع في التصنيع التقليدي (على سبيل المثال، البثق، والتزوير، والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي). ومع ذلك، فإن استخدامه في تصنيع المواد المضافة القائمة على المسحوق (AM)، وخاصة Laser Powder Bed Fusion (LPBF)، هو كذلكأكثر صعوبة بكثير وأقل شيوعامن صب السبائك مثل AlSi10Mg أو AlSi7Mg.

مسحوق Al6061 "عالي الجودة".تم تصميمه للتغلب على هذه التحديات، بهدف تكرار المزيج الممتاز من القوة وقابلية اللحام ومقاومة التآكل الذي يجعل الشكل المطاوع شائعًا للغاية. تتطلب الطباعة الناجحة باستخدام Al6061 تحكمًا دقيقًا في خصائص المسحوق ومعلمات الطباعة المتقدمة.

تعتبر التركيبة أساسية لخصائصها وتتوافق مع معايير مثل ASTM B928 أو AMS 4417.

• نسبة القوة إلى الوزن ممتازة:السمة المميزة لسلسلة 6xxx.
• مقاومة جيدة للتآكل:خاصة ضد الظروف الجوية، أفضل من العديد من السبائك من سلسلة 2xxx أو 7xxx.
• صلابة عالية وليونة:في حالته المعالجة بالحرارة بالكامل، فإنه يوفر استطالة جيدة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الهيكلية.
• قابلية اللحام ممتازة:في شكله المطاوع، فهو قابل للحام بدرجة كبيرة. وهذا يُترجم إلى إمكانات جيدة للإصلاح أو التصنيع الهجين باستخدام AM.
• تحدي التكسير الساخن:هذا هوالعائق الأساسيفي LPBF. نطاق التصلب لـ Al6061 واسع، مما يجعله عرضة بشدة للتشقق المتصلب (التمزق الساخن) أثناء التبريد السريع لحوض الذوبان.

لكي يحظى Al6061 بأي فرصة للطباعة الناجحة، فإن جودة المسحوق لها أهمية قصوى:

• توزيع حجم الجسيمات (PSD):عادة ما يتم التحكم فيها بإحكام15 - 45 ميكرومترأو20 - 63 ميكرومتر. يعمل التوزيع الضيق على تحسين التدفق وكثافة التعبئة.
• مورفولوجيا: كروية شبه مثاليةغير قابل للتفاوض. أي جزيئات أو مخالفات تابعة للأقمار الصناعية ستعيق التدفق بشدة وتسبب عيوبًا.
• قابلية التدفق:يجب أن يكون ممتازًا (على سبيل المثال، تدفق القاعة < 30 ثانية/50 جم). سيؤدي التدفق الضعيف إلى طبقات غير متساوية ومسامية عالية.
• انخفاض محتوى الرطوبة والأكسيد:هذا أمر بالغ الأهمية. يجب إنتاج المسحوق وتخزينه ومعالجته تحت جو خامل (الأرجون) لتقليل الأكاسيد السطحية، التي يمكن أن تؤدي إلى تفاقم التشقق وإنشاء شوائب.
• النقاء الكيميائي:سيكون للمسحوق عالي الجودة سيطرة صارمة على العناصر النزرة التي يمكن أن تؤدي إلى تفاقم التشققات الساخنة.

المشكلة الأساسية:على عكس AlSi10Mg القريب من سهل الانصهار، يتصلب Al6061 على نطاق واسع من درجات الحرارة. يؤدي هذا إلى تكوين منطقة طرية طويلة وهشة حيث تتمزق الأغشية السائلة بين التشعبات بسبب الضغوط الحرارية، مما يتسبب في حدوث شقوق تصلب تجعل الجزء عديم الفائدة.

استراتيجيات الطباعة الناجحة:

• تحسين معلمة العملية:استخدام أشعة ليزر عالية الطاقة واستراتيجيات مسح محددة لإنشاء مجموعة ذوبان مستقرة وإدارة التدرجات الحرارية.
• زرع الجسيمات النانوية (نهج متقدم):تشتمل أنجح الطرق البحثية والصناعية على تطعيم مسحوق Al6061 بجسيمات نانوية مصممة خصيصًا (مثل الزركونيوم (Zr) أو السكانديوم (Sc) أو كربيد التيتانيوم (TiC)). تعمل هذه الجسيمات كمواقع نواة للحبوب الدقيقة متساوية المحاور، حيث تعمل بشكل فعال على "ترقيع" حدود الحبوب الضعيفة ومنع انتشار الشقوق. يؤدي هذا إلى إنشاء فئة جديدة من المواد تسمى غالبًاسبائك سلسلة 6xxx "خالية من الشقوق".(على سبيل المثال، أشكال مختلفة مثل A6061-RAM أو Scalmalloy® لسلسلة 7xxx).

يستجيب Al6061 بشكل جيد للمعالجة الحرارية T6 القياسية، وهو أمر ضروري لتحقيق إمكاناته الميكانيكية الكاملة.

• المعالجة الحرارية للحل:~530 درجة مئوية لفترة كافية لإذابة عناصر صناعة السبائك في المصفوفة.
• التبريد:التبريد السريع، عادة في الماء.
• الشيخوخة الاصطناعية:~160-175 درجة مئوية لمدة 8-18 ساعة لترسيب جزيئات Mg₂Si الدقيقة، مما يزيد القوة بشكل ملحوظ.

نظرًا للتحديات، تعد تطبيقات Al6061 المنتجة بواسطة LPBF أكثر تخصصًا ولكنها تستهدف المكونات التي تستخدم تقليديًا 6061:

• نماذج وأدوات الفضاء الجوي:الرقصات والتركيبات والنماذج الأولية الوظيفية التي تحتاج إلى مطابقة خصائص الأجزاء النهائية المطاوع.
• السيارات:أقواس مخصصة ومكونات هيكلية خفيفة الوزن حيث يتم تقييم الليونة.
• التصنيع الهجين:يُستخدم في عمليات ترسيب الطاقة الموجهة (DED) لإصلاح أو إضافة ميزات إلى مكونات 6061 الموجودة.

المزايا (عند الطباعة والمعالجة بنجاح):

• الألفة:خصائص المواد مفهومة جيدا للمهندسين.
• مزيج ممتاز من الخصائص:قوة جيدة، ليونة عالية، ومقاومة كبيرة للتآكل.
• قابلية اللحام:مناسبة للمعالجة اللاحقة والتكامل مع المكونات الأخرى.

القيود:

• من الصعب للغاية معالجتها باستخدام LPBF:القابلية العالية للتكسير الساخن تجعله غير موثوق به بالنسبة للأشكال الهندسية المعقدة بدون مجموعات معلمات متقدمة أو تعديلات مادية.
• انخفاض الكثافة المطبوعة:من الصعب جدًا تحقيق كثافة > 99.5% النموذجية لـ AlSi10Mg.
• يتطلب خبرة متخصصة:ليست مادة "التوصيل والتشغيل"؛ يتطلب قدرًا كبيرًا من البحث والتطوير وتحسين العمليات.
• يكلف:يؤدي المسحوق عالي الجودة والحاجة إلى تطوير المعلمات على نطاق واسع إلى زيادة التكلفة الإجمالية.