Tỷ lệ trọng lượng cường độ cao AlSi10Mg bột hợp kim nhôm để sản xuất phụ gia

AlSi10Mg là một hợp kim nhôm-silicon-magnesium gần như eutectic có thể được cho là bột nhôm được sử dụng rộng rãi nhất và được hiểu rõ nhất trong lĩnh vực sản xuất phụ gia kim loại (AM),đặc biệt là trong các quy trình Laser Powder Bed Fusion (LPBF)Sự phổ biến của nó xuất phát từ sự kết hợp tuyệt vời của khả năng in tốt, tỷ lệ sức mạnh cao so với trọng lượng, tính chất nhiệt và hiệu quả chi phí.

Ban đầu được phát triển cho đúc truyền thống (nơi nó được gọi là A360), thành phần của nó đặc biệt phù hợp với các đặc điểm cứng nhanh của in 3D, dẫn đếncấu trúc vi mô ổn định và tính chất cơ học vượt trội so với đối tác đúc của nó.

Thành phần được kiểm soát chính xác để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Một thành phần tiêu chuẩn phù hợp với các tiêu chuẩn như ASTM B928 / AMS 4345 là:

• Khả năng in xuất sắc:Hệ thống Al-Si eutectic có phạm vi đông lạnh tương đối rộng, làm giảm thiểu căng thẳng dư thừa và xu hướng nứt nóng (nứt cứng) trong quá trình LPBF.Điều này làm cho nó một trong những hợp kim nhôm tha thứ và đáng tin cậy nhất để in.
• Sức mạnh và độ cứng tốt:Trong tình trạng "như in", nó cung cấp các tính chất cơ học tốt. Tuy nhiên, tiềm năng thực sự của nó được mở khóa thông qua xử lý nhiệt (xem phần 5).
• Độ dẫn nhiệt cao:Hiển thị tính dẫn nhiệt tốt, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng như bộ trao đổi nhiệt, tấm làm mát và vỏ điện tử.
• Mật độ thấp (~ 2,67 g/cm3):Cung cấp tỷ lệ sức mạnh-trọng lượng cao, rất quan trọng đối với các ứng dụng hàng không vũ trụ, ô tô và robot, nơi tiết kiệm trọng lượng là tối quan trọng.
• Chống ăn mòn tốt:Có khả năng chống ăn mòn khí quyển tương tự như các hợp kim nhôm-silicon khác.

Chất lượng của bột cũng quan trọng như thành phần hóa học của nó.

• Phân bố kích thước hạt (PSD):Thông thường dao động từ 15 đến 63 micron cho các hệ thống LPBF tiêu chuẩn.
• Hình thái:Các hạt phải hình cầu để đảm bảo khả năng chảy tốt, điều này rất cần thiết để tạo ra một lớp lớp bột dày đặc đồng đều sau lớp.dẫn đến các khiếm khuyết.
• Khả năng lưu thông:Được đo bằng máy đo lưu lượng Hall (ví dụ, < 35 s/50g).
• Mật độ bề ngoài/mật độ vòi:Mật độ cao (> 50% của lý thuyết) cho thấy hiệu quả đóng gói tốt, dẫn đến mật độ bộ phận cuối cùng cao hơn.
• Độ ẩm và hàm lượng oxit thấp:Bột phải được lưu trữ và xử lý trong một bầu không khí khô, được kiểm soát (thường là trong môi trường argon) để ngăn ngừa oxy hóa và hấp thụ hydro, có thể gây ra độ xốp trong các bộ phận in.

Tốc độ làm mát nhanh (~ 10 ^ 5 - 10 ^ 6 K / s) trong LPBF tạo ra một cấu trúc vi mô rất mỏng, không cân bằng.Nó bao gồm một ma trận nhôm siêu bão hòa (α-Al) với một mạng lưới tế bào / dendritic cực kỳ mịn của siliconCấu trúc tốt này góp phần vào sức mạnh tốt "như in".

Điều trị nhiệt được sử dụng để điều chỉnh các tính chất cơ học cho các ứng dụng cụ thể.

• Giảm căng thẳng (T1):Một nến nhiệt độ thấp (~ 300 °C trong 2 giờ) để giảm căng thẳng dư thừa bên trong từ quá trình chế tạo mà không thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô.
• Sức lão hóa trực tiếp (T5):Bộ phận được lão hóa nhân tạo (ví dụ, 160-180 °C trong 4-12 giờ) ngay sau khi in. Điều này làm rơi các hạt Mg2Si tinh khiết trong ma trận,tăng cường sức mạnh và độ cứng trong khi giảm thiểu biến dạng.
• Phương pháp xử lý nhiệt dung và lão hóa (T6):Đây là phương pháp xử lý phổ biến nhất để đạt được độ bền tối đa.Quá trình này làm cứng mạng lưới silicon (giảm độ dẻo dai một chút) nhưng tối đa hóa độ cứng do mưa, tạo ra độ bền kéo và độ cứng cao nhất.

AlSi10Mg linh hoạt và được sử dụng trên nhiều ngành công nghiệp:

• Không gian:Các thành phần hỗ trợ, các bộ phận vệ tinh, khung máy bay không người lái và các thành phần không cấu trúc của cabin.
• Ô tô:Nắp nhẹ, các thành phần động cơ (ví dụ: bộ thu hút), bộ trao đổi nhiệt và phụ kiện thủy lực tùy chỉnh.
• Công nghiệp:Máy hiệu ứng cuối robot, gips, thiết bị và các thành phần tự động hóa nhẹ.
• Quản lý nhiệt:Các thùng tản nhiệt, các tấm lạnh cho thiết bị điện tử và các kênh làm mát cho khuôn (nhiệt độ phù hợp).
• Xây dựng nguyên mẫu:Các nguyên mẫu chức năng đòi hỏi các tính chất giống kim loại để thử nghiệm.

• Khả năng in xuất sắc và tỷ lệ thành công xây dựng cao.
• Sức mạnh cụ thể tốt (tỷ lệ sức mạnh so với trọng lượng).
• Tính chất nhiệt thuận lợi.
• Có sẵn rộng rãi và được ghi chép kỹ lưỡng.
• Hiệu quả về chi phí so với các hợp kim AM hiệu suất cao khác (ví dụ: Scalmalloy®).

• Độ dẻo dai trung bình:Đặc biệt là trong điều kiện T6, độ kéo dài khi phá vỡ thấp hơn một số hợp kim nhôm rèn.
• Không dành cho các ứng dụng nhiệt độ cao:Tính chất cơ học suy giảm đáng kể trên ~ 200 °C do sự thô của các chất lắng đọng tăng cường.
• Tính chất Anisotropic:Các tính chất cơ học có thể hơi khác nhau theo hướng dọc (xây dựng) so với hướng ngang do bản chất lớp theo lớp của AM.