پودر آلیاژ آلومینیوم AlSi10Mg با نسبت استحکام به وزن بالا برای تولید افزودنی

AlSi10Mg یک آلیاژ آلومینیوم-سیلیکون-مگنیزیم نزدیک به eutectic است که مسلما گسترده ترین و شناخته شده ترین پودر آلومینیوم در زمینه تولید مواد افزودنی فلزی (AM) است.به خصوص در فرآیند فیوژن بستر پودر لیزر (LPBF)محبوبیت آن ناشی از ترکیبی عالی از قابلیت چاپ خوب، نسبت قدرت بالا به وزن، خواص حرارتی و هزینه موثر است.

در اصل برای ریخته گری سنتی (که در آن به عنوان A360 شناخته می شود) توسعه یافته است، ترکیب آن به طور استثنایی برای ویژگی های تثبیت سریع چاپ سه بعدی مناسب است.ساختار های کوچک پایدار و خواص مکانیکی برتر در مقایسه با همتایان ریخته شده آن.

ترکیب دقیق برای اطمینان از عملکرد بهینه کنترل می شود. ترکیب استاندارد مطابق با استانداردهای مانند ASTM B928 / AMS 4345:

• چاپی عالی:سیستم ال سیوتکتیک دارای محدوده یخ زدن نسبتا گسترده ای است که استرس های باقیمانده و تمایل به ترک شدن داغ (تشکیدن جامد سازی) را در طول فرآیند LPBF به حداقل می رساند.این باعث می شود که آن را یکی از آمرزنده ترین و قابل اعتماد ترین آلیاژ های آلومینیومی برای چاپ.
• قدرت و سختی خوب:در حالت "به عنوان چاپ شده" دارای خواص مکانیکی مناسب است. با این حال، پتانسیل واقعی آن از طریق درمان حرارتی باز می شود (ببین بخش 5).
• رسانایی حرارتی بالا:رسانایی حرارتی خوبی دارد، که آن را برای کاربردهایی مانند مبادله گرما، صفحات خنک کننده و محفظه های الکترونیکی مناسب می کند.
• تراکم کم (~2.67 g/cm3):نسبت وزن به قدرت بالا را فراهم می کند، که برای برنامه های هوافضا، خودرو و رباتیک که در آن صرفه جویی در وزن بسیار مهم است، بسیار مهم است.
• مقاومت خوب در برابر خوردگی:مقاومت قابل توجهی نسبت به خوردگی اتمسفر دارد، مشابه سایر آلیاژ های آلومینیوم و سیلیکون.

کیفیت پودر به اندازه ترکیب شیمیایی آن مهم است. خواص اصلی پودر شامل:

• توزیع اندازه ذرات (PSD):معمولاً بین 15 تا 63 میکروم برای سیستم های LPBF استاندارد وجود دارد. برخی از سیستم ها ممکن است از توزیع تنگ تر (به عنوان مثال 20-45 μm) برای وضوح دقیق تر استفاده کنند.
• مورفولوژی:ذرات باید کروی باشند تا قابلیت جریان خوبی را تضمین کنند، که برای ایجاد یک لایه یکسانی و متراکم بستر پودر پس از لایه ضروری است. ذرات غیر کروی می توانند باعث پوشش ضعیف شوند،که منجر به نقص می شود.
• جریان پذیری:اندازه گیری شده توسط Hall Flowmeter (به عنوان مثال، < 35 s / 50g). جریان خوبی یک فرآیند چاپ سازگار و قابل اعتماد را تضمین می کند.
• تراکم ظاهری/ تراکم شیر:تراکم بالا (>50٪ از نظری) نشان دهنده بهره وری بسته بندی خوب است که منجر به تراکم بالاتر قطعات نهایی می شود.
• کم رطوبت و محتوای اکسید:پودر باید در یک فضای خشک و کنترل شده (اغلب در یک محیط آرگون) ذخیره و دستکاری شود تا از اکسیداسیون و جذب هیدروژن جلوگیری شود، که می تواند باعث حفره در قطعات چاپ شده شود.

سرعت خنک شدن سریع (~ 10 ^ 5 - 10 ^ 6 K / s) در LPBF یک میکروسروکتوری بسیار نازک و غیر تعادل ایجاد می کند.شامل یک ماتریس آلومینیوم فوق اشباع شده (α-Al) با یک شبکه بسیار نازک سلولی / دندریت از سیلیکون است. این ساختار خوب به قدرت خوب "به عنوان چاپ شده" کمک می کند.

درمان حرارتی برای متناسب کردن خواص مکانیکی برای کاربردهای خاص استفاده می شود.

• کاهش استرس (T1):یک گرمایش با دمای پایین (~ 300 °C برای 2 ساعت) برای کاهش فشارهای باقیمانده داخلی از فرآیند ساخت بدون تغییر قابل توجهی در میکروسروکتور.
• پیری مستقیم (T5):قطعه به طور مصنوعی (به عنوان مثال، 160-180 °C برای 4-12 ساعت) بلافاصله پس از چاپ است.افزایش قدرت و سختی در حالی که به حداقل رساندن تحریف.
• درمان گرمایی محلول و پیری (T6):این رایج ترین روش برای حداکثر مقاومت است. قطعه در دمای بالا (~ 520-540 ° C) حل می شود ، خاموش می شود و سپس پیری می شود.این فرآیند شبکه سیلیکون را خشن می کند (تکلیت را کمی کاهش می دهد) اما سخت شدن بارش را به حداکثر می رساند، با بالاترین قدرت کششی و سختی.

AlSi10Mg همه کاره است و در صنایع متعدد استفاده می شود:

• هوافضا:قطعات براکت، قطعات ماهواره ای، قاب های هواپیماهای بدون سرنشین و قطعات کابین غیرساختاری.
• خودرو:براکت های سبک وزن، قطعات موتور (به عنوان مثال، انبوه کننده های جذب) ، مبادلات حرارتی و لوازم هیدرولیکی سفارشی.
• صنعتی:روبات ها، دستگاه ها، لوازم و اجزای اتوماتیک سبک
• مدیریت حرارتی:فاضلاب گرما، صفحات سرد برای الکترونیک و کانال های خنک کننده برای قالب ها (تبلیغ خنک کننده).
• نمونه سازي:نمونه های اولیه کاربردی که نیاز به خواص فلزی برای آزمایش دارند.

• امکان چاپ عالی و نرخ موفقیت ساخت بالا
• مقاومت خاص خوب (تعداد مقاومت نسبت به وزن)
• خواص حرارتی مطلوب
• به طور گسترده در دسترس و به خوبی مستند است.
• مقرون به صرفه در مقایسه با سایر آلیاژ های AM با عملکرد بالا (به عنوان مثال Scalmalloy®).

• انعطاف پذیری متوسط:به خصوص در شرایط T6، طول در شکستن کمتر از برخی از آلیاژ های آلومینیوم ساخته شده است.
• برای کاربردهای درجه حرارت بالا مناسب نیست:خواص مکانیکی به طور قابل توجهی بالاتر از ~ 200 °C به دلیل خشکی ورودی های تقویت کننده کاهش می یابد.
• خواص آنیزوتروپ:خواص مکانیکی می تواند به دلیل ماهیت لایه به لایه AM در جهت عمودی (ساخت) در مقایسه با جهت افقی کمی متفاوت باشد.