AlSi10Mg 铝粉是一种以硅和镁为主要合金元素的铝合金。这种金属粉末具有优异的机械性能、轻质、耐腐蚀和高强度重量比，已成为选择性激光烧结（SLS）和直接金属激光烧结（DMLS）等增材制造应用的热门选择。
本文对铝硅镁粉末进行了全面的技术概述，包括其成分、性能、生产方法、应用、优势和局限性。文章以表格形式提供了定量数据，并附有见解和主观评论，以帮助读者深入了解这种先进的工程材料。
AlSi10Mg 铝粉成分
AlSi10Mg 铝粉的成分如下：
| 要素 | 重量 % |
|---|---|
| 铝 (Al) | 剩余 |
| 硅 (Si) | 9-11% |
| 镁（Mg） | 0.2-0.45% |
| 铁（Fe） | < 0.55% |
| 锰 (Mn) | < 0.45% |
| 钛 (Ti) | < 0.15% |
高硅含量可带来良好的流动性和铸造性，并提高强度和硬度。镁的添加可通过固溶强化和沉淀硬化提高强度。
此外，还含有少量的铁、锰和钛等杂质元素。对成分的严格控制使这种合金粉末在最终零件性能方面达到更好的一致性。
AlSi10Mg 铝粉特性
AlSi10Mg 具有出色的强度重量比和良好的耐腐蚀性。以下是这种铝合金粉的一些主要特性：
机械性能
| 物业 | 价值 |
|---|---|
| 密度 | 2.68 克/立方厘米 |
| 极限拉伸强度 | 430 兆帕 |
| 屈服强度 | 270 兆帕 |
| 杨氏模量 | 73 GPa |
| 断裂伸长率 | 8% |
| 硬度 | 120 HB |
AlSi10Mg 的密度比钢低，同时具有较高的强度和刚度，因此在许多应用中都是极具吸引力的轻质替代品。延伸率表明铝合金具有适度的延展性，而布氏硬度值足够高，具有良好的耐磨性。
物理特性
| 物业 | 价值 |
|---|---|
| 熔点 | ~600°C |
| 导热性 | 150 瓦/米-千克 |
| 电阻率 | 3.5 x 10^-6 Ω-cm |
| 热膨胀系数 | 21 x 10^-6 K^-1 |
AlSi10Mg 具有适中的高熔点和良好的导热性，适合采用增材制造所涉及的热加工方法。其电气和热膨胀特性是典型的铝合金特性。
腐蚀特性
- 在中性水环境中具有出色的耐腐蚀性能
- 耐大多数酸碱侵蚀
- 易受氯化物的点蚀和缝隙腐蚀
总体而言，由于 AlSi10Mg 粉末表面具有氧化保护层，因此具有非常好的耐腐蚀性。因此，它适用于潮湿环境和与水接触的应用。
铝硅镁粉生产
用于 AM 工艺的 AlSi10Mg 粉末通常通过以下方法生产：
- 雾化 - 合金熔融金属流在气体或水射流的作用下分解成细小的液滴，然后凝固成粉末。这样产生的球形粉末非常适合粉末床熔化。
- 等离子旋转电极工艺（PREP） - 合金由等离子弧熔化，并由旋转电极盘离心雾化。可获得流动性良好的球形粉末。
- 气体雾化 - 使用氩气或氮气等惰性气体雾化熔融合金，形成细小的球形粉末。使用最广泛的工艺。
关键粉末属性：
- 粒度范围 - 15 至 45 微米
- 形态 - 球形，有一些卫星
- 流动性 - 极佳，霍尔流量 > 30 秒/50 克
- 表观密度 - ~2.7 g/cc
- 抽头密度 - 高达 80% 的合金密度
这些特性使得 AlSi10Mg 很容易与选择性激光熔化和电子束熔化等涉及粉末铺展和整平的普通 AM 工艺兼容。
铝硅镁粉的应用
AlSi10Mg 合金粉末的一些主要用途包括
航空航天 支架、机身部件、发动机部件
汽车 底盘部件、连杆组件、传动齿轮
工业 机器人零件、工具、机器部件
医疗 整形外科植入物、假肢装置、手术器械
消费者： 电子外壳、体育用品、汽车配件
这种合金重量轻、强度高，适用于航空航天、汽车和医疗领域中对重量敏感的移动应用。AlSi10Mg 可以利用 AM 技术生产出高强度的定制金属零件，适用于各种行业应用。
用于增材制造的 AlSi10Mg 粉末
AlSi10Mg 是粉末床熔融 AM 工艺中最常用的铝合金粉末之一：
- 选择性激光熔化（SLM）
- 选择性激光烧结（SLS）
- 直接金属激光烧结（DMLS）
- 电子束熔化（EBM）
在 AM 中使用 AlSi10Mg 粉末的好处：
- 强度超过铸造合金部件的部件
- 接近全密度，高达 99.8%
- 出色的表面光洁度和几何精度
- 通过 AM 可以实现复杂的几何形状
- 与减法相比，减少了浪费
- 与钛或钢部件相比，重量更轻
- 一致且可重复的机械性能
与传统材料相比，AlSi10Mg 可大幅减轻重量，同时性能达到或超过传统材料。这促使它在航空、航天、汽车和医疗领域得到广泛应用。
然而，在使用这种合金进行印刷时，需要特别考虑气孔控制、各向异性、残余应力和热处理要求等因素。
AlSi10Mg 粉末供应商
铝 AlSi10Mg 合金粉末的一些主要全球供应商包括
| 公司名称 | 产品名称 |
|---|---|
| AP&C | ALC-42 |
| Arcam AB | AlSi10Mg |
| 木匠 | AlSi10Mg |
| EOS | AlSi10Mg |
| 通用电气添加剂 | AlSi10Mg |
| LPW 技术 | AlSi10Mg |
| 普莱克斯 | Al-43 |
| 山特维克 | 鹗 AlSi10Mg |
这些粉末供应商在按照 AM 要求的严格标准生产 AlSi10Mg 方面拥有丰富的经验。他们还提供技术数据、材料表征和参数指南，以帮助 AM 加工。
硅铝镁合金粉定价
适用于 AM 的 AlSi10Mg 粉末的价格从 $50/kg 到 $120/kg 不等：
- 纯度水平
- 化学成分的一致性
- 粒度范围和分布
- 粉末形态（球形度和表面纹理）
- 供应量
- 地理区域
用于关键应用的高质量气体雾化 AlSi10Mg 粉末的价格超过 $100/kg，而规格要求不那么严格的廉价粉末的批量价格约为 $60/kg。
用于 AM 的 AlSi10Mg 与替代品的比较
在选择用于 AM 的粉末时，AlSi10Mg 要与几种其他轻质合金和材料竞争。以下是它的比较：
| 合金 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| AlSi10Mg | 强度、耐腐蚀性、可焊性 | 降低最高温度 |
| Ti6Al4V | 高强度、生物相容性 | 昂贵、高密度 |
| AlSi7Mg | 更高的延展性 | 强度低于 AlSi10Mg |
| 斯卡莫洛伊 | 热处理后强度高 | 有限的耐腐蚀性 |
| 铝 6061 | 广泛可用性 | 强度低于 AlSi10Mg |
| 碳纤维 | 质量极低 | 印刷难度大，各向异性 |
对于大多数应用而言，AlSi10Mg 是机械性能、耐腐蚀性、可焊性和成本效益的最佳组合。其强度超过 6061 铝，同时避免了钛合金的高昂成本。
用于 AM 的 AlSi10Mg 的优势和局限性
优势
- 比强度高，超过某些钛合金
- 近 30% 密度比钢低
- 与钛和inconel 等异种合金相比具有成本优势
- 耐腐蚀性优于镁或碳纤维复合材料
- 延展性优于超高强度铝合金
- 能够集成加强元件和网格，以提高刚度
- 与钛等活性金属相比，成型速度更快
- 粉末可多次循环使用
局限性
- 最高工作温度低于钢或钛合金
- 与钢相比，易受热膨胀和开裂影响
- 建造过程中需要额外的支撑结构
- 孔隙率高于钢材
- 需要进行热处理以获得最佳性能
- 与各向同性材料（如钢）相比，机械性能更各向异性
- 表面粗糙往往需要进行精加工
- 与钛相比，生物相容性有限
了解了这些权衡因素，就可以针对具体应用和运行条件做出适当的选择。
硅铝镁合金粉 - 常见问题
以下是有关 AM 用 AlSi10Mg 粉末的一些常见问题的答案：
问：哪种粒度的 AlSi10Mg 粉末最适合用于 AM？
答：15-45 微米的粒度范围适用于大多数 AM 工艺。10 微米以下的较细粉末会引起粉尘问题，而 60 微米以上的较大颗粒则会损害密度和表面光洁度。
问：硅含量对 AlSi10Mg 性能有何影响？
答：将硅从 ~9% 增加到 ~11% 可提高粉末流动性。它还能提高硬度和热稳定性，但会损失一些延展性和断裂韧性。
问：为什么气体雾化是制造 AM AlSi10Mg 粉末的首选方法？
答：气体雾化可精确控制 AM 工艺所需的球形形态和窄颗粒分布。它避免了水雾化带来的污染问题。
问：AM 加工后应如何对 AlSi10Mg 零件进行热处理？
答：典型的热处理方法是在 530-550°C 下固溶 1-3 小时，然后进行热等静压 (HIP)，再在 160-180°C 下熟化 6-8 小时，以达到最佳强度。
问：AlSi10Mg 是否易于焊接，可用于 AM 零件的后处理？
答：是的，AlSi10Mg 可以使用 5XXX 填充合金进行焊接。良好的焊接性允许对 AlSi10Mg AM 零件进行更多的连接和改装。
问：在 AM 加工之前，AlSi10Mg 粉末是否需要干燥？
答：建议在 80-100°C 的温度下预干燥 2-4 小时，以去除表面水分，这些水分可能会导致 AM 制品出现起球和气孔等问题。
结论
AlSi10Mg 铝合金粉末已成为各行各业金属零件增材制造的主要材料之一。AlSi10Mg 具有高强度重量比、良好的耐腐蚀性、优异的流动性和易于后处理等特性，使其成为 AM 的多功能选择。
随着 AM 工艺的不断成熟，AlSi10Mg 已准备好提供更轻、更坚固、具有优化几何形状的部件，以推动下一代设计创新。随着合金的不断开发和参数的不断优化，这种材料的功能将进一步扩大。