Rasio Berat Kekuatan Tinggi AlSi10Mg Aluminium Alloy Powder Untuk Manufaktur Aditif

AlSi10Mg adalah paduan aluminium-silikon-magnesium hampir eutektik yang bisa dibilang merupakan bubuk aluminium yang paling banyak digunakan dan dipahami di bidang manufaktur aditif logam (AM), khususnya dalam proses Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Popularitasnya berasal dari kombinasi yang sangat baik dari kemampuan cetak yang baik, rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, sifat termal, dan efektivitas biaya.

Awalnya dikembangkan untuk pengecoran tradisional (di mana ia dikenal sebagai A360), komposisinya sangat cocok untuk karakteristik pemadatan cepat dari pencetakan 3D, menghasilkan mikrostruktur yang halus dan stabil serta sifat mekanik yang unggul dibandingkan dengan rekan cornya.

Komposisi dikontrol secara tepat untuk memastikan kinerja yang optimal. Komposisi standar yang sesuai dengan standar seperti ASTM B928 / AMS 4345 adalah:

• Kemampuan Cetak yang Sangat Baik:Sistem eutektik Al-Si memiliki rentang pembekuan yang relatif luas, yang meminimalkan tegangan sisa dan kecenderungan retak panas (retak pemadatan) selama proses LPBF. Ini menjadikannya salah satu paduan aluminium yang paling mudah dimaafkan dan andal untuk dicetak.
• Kekuatan dan Kekerasan yang Baik:Dalam kondisi "sebagaimana dicetak", ia menawarkan sifat mekanik yang baik. Namun, potensi sejatinya dibuka melalui perlakuan panas (lihat Bagian 5).
• Konduktivitas Termal Tinggi:Menunjukkan konduktivitas termal yang baik, membuatnya cocok untuk aplikasi seperti penukar panas, pelat pendingin, dan selungkup elektronik.
• Kepadatan Rendah (~2.67 g/cm³):Menyediakan rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, yang sangat penting untuk aplikasi dirgantara, otomotif, dan robotika di mana penghematan berat sangat penting.
• Ketahanan Korosi yang Baik:Menawarkan ketahanan yang terhormat terhadap korosi atmosfer, mirip dengan paduan aluminium-silikon lainnya.

Kualitas bubuk sama pentingnya dengan komposisi kimianya. Sifat bubuk utama meliputi:

• Distribusi Ukuran Partikel (PSD):Biasanya berkisar antara 15 hingga 63 mikron untuk sistem LPBF standar. Beberapa sistem dapat menggunakan distribusi yang lebih ketat (misalnya, 20-45 µm) untuk resolusi detail yang lebih halus.
• Morfologi:Partikel harus berbentuk bola untuk memastikan kemampuan alir yang baik, yang penting untuk membuat lapisan bed bubuk yang seragam dan padat lapis demi lapis. Partikel non-sferis dapat menyebabkan pelapisan ulang yang buruk, yang menyebabkan cacat.
• Kemampuan Alir:Diukur dengan Hall Flowmeter (misalnya, < 35 s/50g). Kemampuan alir yang baik memastikan proses pencetakan yang konsisten dan andal.
• Kepadatan Tampak/Kepadatan Keran:Kepadatan tinggi (>50% dari teoretis) menunjukkan efisiensi pengepakan yang baik, yang mengarah pada kepadatan bagian akhir yang lebih tinggi.
• Kadar Kelembaban dan Oksida Rendah:Bubuk harus disimpan dan ditangani dalam atmosfer kering dan terkontrol (seringkali dalam lingkungan argon) untuk mencegah oksidasi dan pengambilan hidrogen, yang dapat menyebabkan porositas pada bagian yang dicetak.

Laju pendinginan yang cepat (~10^5 - 10^6 K/s) dalam LPBF menciptakan mikrostruktur yang sangat halus dan tidak seimbang. Ini terdiri dari matriks aluminium yang sangat jenuh (α-Al) dengan jaringan seluler/dendritik silikon yang sangat halus. Struktur halus ini berkontribusi pada kekuatan "sebagaimana dicetak" yang baik.

Perlakuan panas digunakan untuk menyesuaikan sifat mekanik untuk aplikasi tertentu.

• Pereda Tegangan (T1):Anneal suhu rendah (~300°C selama 2 jam) untuk mengurangi tegangan sisa internal dari proses pembangunan tanpa secara signifikan mengubah mikrostruktur.
• Penuaan Langsung (T5):Bagian tersebut secara artifisial di usia (misalnya, 160-180°C selama 4-12 jam) langsung setelah pencetakan. Ini mengendapkan partikel Mg₂Si halus di dalam matriks, meningkatkan kekuatan dan kekerasan sambil meminimalkan distorsi.
• Perlakuan Panas dan Penuaan Larutan (T6):Ini adalah perlakuan yang paling umum untuk kekuatan maksimum. Bagian tersebut dilarutkan pada suhu tinggi (~520-540°C), dipadamkan, dan kemudian di usia. Proses ini mengkasarkan jaringan silikon (mengurangi keuletan sedikit) tetapi memaksimalkan pengerasan presipitasi, menghasilkan kekuatan tarik dan kekerasan tertinggi.

AlSi10Mg serbaguna dan digunakan di berbagai industri:

• Dirgantara:Komponen braket, bagian satelit, rangka drone, dan komponen kabin non-struktural.
• Otomotif:Braket ringan, komponen mesin (misalnya, manifold asupan), penukar panas, dan fitting hidrolik khusus.
• Industri:End-effector robotik, jig, perlengkapan, dan komponen otomatisasi ringan.
• Manajemen Termal:Heat sink, pelat dingin untuk elektronik, dan saluran pendingin untuk cetakan (pendinginan konformal).
• Prototipe:Prototipe fungsional yang membutuhkan sifat seperti logam untuk pengujian.

• Kemampuan cetak yang sangat baik dan tingkat keberhasilan pembangunan yang tinggi.
• Kekuatan spesifik yang baik (rasio kekuatan terhadap berat).
• Sifat termal yang menguntungkan.
• Tersedia secara luas dan terdokumentasi dengan baik.
• Hemat biaya dibandingkan dengan paduan AM berkinerja tinggi lainnya (misalnya, Scalmalloy®).

• Keuletan Sedang:Terutama dalam kondisi T6, perpanjangan saat putus lebih rendah daripada beberapa paduan aluminium tempa.
• Bukan untuk Aplikasi Suhu Tinggi:Sifat mekanik menurun secara signifikan di atas ~200°C karena pengkasaran endapan penguat.
• Sifat Anisotropik:Sifat mekanik dapat sedikit berbeda dalam arah vertikal (bangun) dibandingkan dengan arah horizontal karena sifat AM lapis demi lapis.