Bubuk paduan aluminium Al6061 berkualitas tinggi untuk manufaktur aditif

Al6061 adalah salah satu paduan aluminium tempa yang paling serbaguna dan banyak digunakan dalam manufaktur tradisional (misalnya, ekstrusi, menempa, mesin CNC).penggunaannya dalam pembuatan aditif berbasis bubuk (AM), khususnya Laser Powder Bed Fusion (LPBF), adalahsecara signifikan lebih menantang dan kurang umumdaripada paduan casting seperti AlSi10Mg atau AlSi7Mg.

Bubuk Al6061 "kualitas tinggi"dirancang untuk mengatasi tantangan ini, bertujuan untuk mereplikasi kombinasi yang sangat baik dari kekuatan, weldability, dan ketahanan korosi yang membuat bentuk tempa begitu populer.Mencetak dengan sukses dengan Al6061 membutuhkan kontrol yang tepat dari karakteristik bubuk dan parameter pencetakan canggih.

Komposisinya adalah kunci untuk sifatnya dan selaras dengan standar seperti ASTM B928 atau AMS 4417.

• Rasio kekuatan-ke-berat yang sangat baik:Sebuah ciri dari seri 6xxx.
• Ketahanan korosi yang baik:Khususnya terhadap kondisi atmosfer, lebih baik daripada banyak paduan seri 2xxx atau 7xxx.
• Ketangguhan dan Duktilitas Tinggi:Dalam keadaan yang diobati panas sepenuhnya, ia menawarkan elongasi yang baik, membuatnya cocok untuk aplikasi struktural.
• Kemampuan Pengelasan yang sangat baik:Dalam bentuk tempa, sangat dapat dilas. Ini diterjemahkan ke dalam potensi yang baik untuk perbaikan atau manufaktur hibrida dengan AM.
• Tantangan Hot Cracking:Ini adalahhambatan utamaDalam LPBF, rentang pengerasan Al6061 sangat luas, sehingga sangat rentan terhadap retakan pengerasan (perpecahan panas) selama pendinginan kolam lebur yang cepat.

Agar Al6061 memiliki kesempatan untuk mencetak dengan sukses, kualitas bubuk sangat penting:

• Distribusi ukuran partikel (PSD):Dikendalikan ketat, biasanya15 - 45 μmatau20 - 63 μmDistribusi sempit meningkatkan aliran dan kepadatan pengemasan.
• Morfologi: Sferisitas hampir sempurnaSetiap partikel satelit atau ketidakaturan akan sangat menghambat aliran dan menyebabkan cacat.
• Kelayakan aliran:Harus sangat baik (misalnya, aliran Hall < 30 s/50g). aliran yang buruk akan mengakibatkan lapisan yang tidak merata dan porositas tinggi.
• Kandungan Kelembaban dan Oksida Rendah:Ini sangat penting karena bubuk harus diproduksi, disimpan, dan ditangani di bawah atmosfer inert (Argon) untuk meminimalkan oksida permukaan, yang dapat memperburuk retakan dan menciptakan inklusi.
• Kemurnian Kimia:Bubuk berkualitas tinggi akan memiliki kontrol ketat terhadap unsur jejak yang dapat memperburuk retakan panas.

Masalah Dasar:Berbeda dengan AlSi10Mg yang hampir euteks, Al6061 mengeras pada kisaran suhu yang luas.zona lembut yang rentan di mana film cair antara dendrit terkoyak oleh tekanan termal, menyebabkan retakan pengerasan yang membuat bagian tidak berguna.

Strategi untuk Mencetak yang Sukses:

• Optimasi Parameter Proses:Menggunakan laser bertenaga tinggi dan strategi pemindaian khusus untuk menciptakan kolam lebur yang stabil dan mengelola gradien termal.
• Penanaman Nanopartikel (Pendekatan Lanjutan):Metode penelitian dan industri yang paling sukses melibatkan doping bubuk Al6061 dengan nanopartikel rekayasa khusus (misalnya, Zirconium (Zr), Scandium (Sc), atau Titanium Carbide (TiC)).Partikel-partikel ini bertindak sebagai situs nukleasi untuk halus, biji-bijian yang setara, secara efektif "menambal" batas biji-bijian yang rentan dan mencegah penyebaran retakan.paduan "bebas retak" seri 6xxx(misalnya, variasi seperti A6061-RAM atau Scalmalloy® untuk seri 7xxx).

Al6061 merespons dengan baik pada pengolahan panas T6 standar, yang penting untuk mencapai potensi mekaniknya yang penuh.

• Pengolahan panas larutan:~530°C untuk waktu yang cukup untuk melarutkan unsur paduan ke dalam matriks.
• Menghilangkan:Pendinginan cepat, biasanya dalam air.
• Penuaan Buatan:~ 160-175 °C selama 8-18 jam untuk merendahkan partikel Mg2Si halus, meningkatkan kekuatan secara signifikan.

Karena tantangan, aplikasi untuk Al6061 yang diproduksi LPBF lebih khusus tetapi menargetkan komponen yang secara tradisional menggunakan 6061 tempa:

• Prototipe dan Alat Ruang Udara:Jig, perlengkapan, dan prototipe fungsional yang perlu cocok dengan sifat dari bagian tempa akhir.
• Mobil:Bracket khusus dan komponen struktur ringan di mana fleksibilitas dinilai.
• Produksi hibrida:Digunakan dalam proses Deposisi Energi Terarah (DED) untuk memperbaiki atau menambahkan fitur ke komponen 6061 yang ada.

Keuntungan (Ketika berhasil dicetak & diobati):

• Keterkenalannya:Sifat material yang dipahami oleh para insinyur.
• Kombinasi yang sangat baik dari sifat:Kekuatan yang baik, fleksibilitas tinggi, dan ketahanan korosi yang besar.
• Kemampuan pengelasan:Cocok untuk pasca-pemrosesan dan integrasi dengan komponen lain.

Batasan:

• Sangat sulit untuk diproses dengan LPBF:Kerentanan tinggi terhadap retakan panas membuatnya tidak dapat diandalkan untuk geometri yang kompleks tanpa set parameter canggih atau modifikasi bahan.
• Densitas As-Printed yang lebih rendah:Sangat sulit untuk mencapai kepadatan > 99,5% yang khas dari AlSi10Mg.
• Membutuhkan Keahlian Khusus:Bukan bahan "plug-and-play"; membutuhkan R & D yang signifikan dan proses optimasi.
• Biaya:Bubuk berkualitas tinggi dan kebutuhan untuk pengembangan parameter yang luas meningkatkan biaya keseluruhan.