Aluminium-Silizium-Legierungspulver ist ein Metallpulver, das aus Aluminium und Silizium besteht und für verschiedene Anwendungen wie additive Fertigung, Löten, Schweißen und thermisches Spritzen verwendet wird. Dieses leichte Material bietet hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit.
Aluminium-Silizium-Legierung Pulverzusammensetzung
Aluminium-Silizium-Legierungen enthalten Silizium als Hauptlegierungselement. Andere Legierungselemente wie Magnesium und Kupfer können ebenfalls in geringen Mengen vorhanden sein.
Der Siliziumgehalt reicht von 5% bis 20%, wobei die üblichen Zusammensetzungen zwischen 10-15% Si liegen. Aluminium bildet zusammen mit kleineren Elementen die Restzusammensetzung.
Ein höherer Siliziumgehalt sorgt für mehr Festigkeit, während ein höherer Aluminiumgehalt die Duktilität erhöht. Spezifische Zusammensetzungen werden auf der Grundlage der gewünschten Materialeigenschaften und des Herstellungsverfahrens maßgeschneidert.
| Element | Zusammensetzung Bereich |
|---|---|
| Silizium (Si) | 5-20% |
| Aluminium (Al) | Bilanz |
| Magnesium (Mg) | 0-5% |
| Kupfer (Cu) | 0-5% |
Aluminium-Silizium-Legierungspulver Merkmale
Aluminium-Silizium-Legierungspulver hat einzigartige Eigenschaften, die es für Spezialanwendungen geeignet machen:
- Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
- Gute Korrosionsbeständigkeit
- Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit
- Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
- Gute Formbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen
- Höherer Schmelzpunkt als reines Aluminium
- Kann durch Wärmebehandlung verstärkt werden
- Fließfähigkeit ermöglicht Einsatz in der additiven Fertigung
Die Steuerung der Partikelgrößenverteilung und -morphologie während der Zerstäubung führt zu Pulver, das für bestimmte Prozesse geeignet ist. Übliche Größenbereiche sind 15-150 Mikrometer. Es gibt unregelmäßige, kugelförmige und satellitenförmige Partikel.
| Eigentum | Beschreibung |
|---|---|
| Partikelform | Unregelmäßig, kugelförmig, Satellit |
| Partikelgröße (μm) | 15-150 |
| Scheinbare Dichte (g/cc) | 1.5-3.5 |
| Fließfähigkeit | Ausgezeichnet |
| Schmelzpunkt (°C) | 570-650 |
Aluminium-Silizium-Legierungspulver Herstellung
Aluminium-Silizium-Legierungspulver wird durch Zerstäubungsprozesse hergestellt, bei denen das geschmolzene Metall in Tröpfchen zerteilt wird, die zu feinen, kugelförmigen Pulverteilchen erstarren.
Gaszerstäubung verwendet Hochdruck-Inertgas, um den Flüssigmetallstrom in einen Sprühnebel aus Metalltröpfchen zu zerstäuben. Gasverdüstes Pulver hat eine kugelförmige Morphologie, die ideal für AM ist.
Wasserzerstäubung bricht den Schmelzestrom durch Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahlen auf. Dadurch entsteht ein unregelmäßiges, nicht kugelförmiges Pulver, das sich für das thermische Spritzen eignet.
Die Zusammensetzung des Flüssigmetalls, die Zerstäubungsparameter und die Abkühlungsgeschwindigkeit bestimmen die endgültigen Pulvereigenschaften. Das Sieben und Klassifizieren nach dem Prozess stellt sicher, dass das Pulver den Spezifikationen entspricht.
| Prozess | Beschreibung | Typische Pulvereigenschaften |
|---|---|---|
| Gaszerstäubung | Verwendet ein inertes Gas wie Stickstoff oder Argon | Kugelförmige Morphologie, 15-150 μm Größe |
| Wasserzerstäubung | Setzt Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahlen ein | Unregelmäßige Form, 15-150 μm Größe |
Aluminium-Silizium-Legierungspulver Anwendungen
Die leichte Festigkeit und die thermischen Eigenschaften von Aluminium-Silizium-Legierungen machen ihre Pulver für die folgenden Anwendungen nützlich:
Additive Fertigung - Wird in Pulverbettschmelzverfahren und Verfahren der gerichteten Energieabscheidung zur Herstellung komplexer, leichter Bauteile mit guten Eigenschaften verwendet.
Schweißen und Löten - Bieten hervorragende Fließ- und Kapillareigenschaften beim Schweißen und liefern gleichzeitig gestanzte Lötzusatzwerkstoff-Vorformlinge.
Thermisches Spritzen - Als Beschichtungen gespritzt, um Verschleißfestigkeit, thermische Barrieren und Korrosionsschutz bei geringem Gewicht zu bieten.
Metall-Spritzgießen - Ermöglicht die Herstellung komplizierter, netzförmiger Kleinteile durch pulvermetallurgische Verfahren.
| Anmeldung | Vorteile | Beispiel Industrien |
|---|---|---|
| Additive Fertigung | Komplexe, leichte Teile | Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie |
| Schweißen und Löten | Ausgezeichnete Fließeigenschaften | Automobilindustrie, Bauwesen |
| Thermisches Spritzen | Verschleiß- und korrosionsbeständige Beschichtungen | Industrielle Ausrüstung, Öl und Gas |
| Metall-Spritzgießen | Verschlungene, netzförmige Teile | Elektronik, Konsumgüter |
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Aluminium-Silizium-Legierungspulver Spezifikationen
Pulver aus Aluminium-Silizium-Legierungen sind in verschiedenen Standardqualitäten und unter eigenen Herstellerbezeichnungen erhältlich. Gängige Aluminiumsorten enthalten 10-15% Silizium wie z.B.:
- 4032, 4045, 4145 - 10-13% Si-Legierungen mit mittlerer Festigkeit
- 4047, A357 - 11-13% Si-Gusslegierungen
- 2319, 6061 - Legierungen für die Luft- und Raumfahrt mit mittelhohem Si
Die genaue Zusammensetzung der Legierung entspricht den festgelegten Spezifikationen, in denen die zulässigen Elementbereiche, die Pulvereigenschaften, das Herstellungsverfahren, die Qualitätsprüfungen und die Verpackungsanforderungen aufgeführt sind.
Internationale Normungsorganisationen wie ASTM International bieten anerkannte Spezifikationen für Aluminiumlegierungspulver:
| Standard | Titel | Anmeldung |
|---|---|---|
| ASTM B841 | Standard-Spezifikation für Pulver aus Aluminium-Silizium-Legierungen und pulvermetallurgische Erzeugnisse | Additive Fertigung, MIM |
| AWS A5.10 | Schweißzusatzwerkstoffe - Drahtzusatzwerkstoffe und Stäbe | Schweißen und Löten |
| AWS C3.4M/C3.4 | Aluminium Hartlötflussmittel | Lötfüllstoffe und Flussmittel |
Aluminium-Silizium-Legierungspulver Anbieter
Viele große Hersteller und spezialisierte Metallpulverproduzenten bieten verschiedene Pulverprodukte aus Aluminium-Silizium-Legierungen an. Ihr fundiertes Werkstoffwissen und ihre hochentwickelten Pulveranlagen ermöglichen maßgeschneiderte Legierungen und gleichbleibende Qualität.
Sowohl die Lohnveredelung als auch die Standardqualitäten aus dem Lagerbestand können erworben werden. Einige führende globale Lieferanten sind:
- Sandvik Fischadler
- Höganäs
- Zimmerer-Zusatzstoff
- Linde Gas
- Rio Tinto Metall-Pulver
- AP&C-Pulvermetallurgie
- Praxair
Die Preise liegen zwischen $50-150 USD pro kg, abhängig von Faktoren wie Auftragsvolumen, Legierungszusammensetzung, Pulverqualität und Größenverteilung, Verpackungsart (Dosen, Fässer usw.) und Vorlaufzeit.
| Anbieter | Typische Preisgestaltung | Standard-Paketgröße | Vorlaufzeiten |
|---|---|---|---|
| Sandvik, Höganäs | $100-150 pro kg | 15-25 kg Behälter | 8-10 Wochen |
| Zimmermannszusatz, Linde | $75-125 pro kg | 10-50 kg Fässer/Kartons | 4-8 Wochen |
| AP&C, Rio Tinto | $50-100 pro kg | 500-1.000 kg große Säcke | 6-12 Wochen |
Vergleich von Aluminium-Legierungen für Metal AM
Aluminiumlegierungen wie AlSi10Mg, Scalmalloy und 6061 bieten unterschiedliche mechanische Eigenschaften. Die Verwendung von DED-Verfahren mit Drahtvorschub oder Pulverbettschmelzen ermöglicht leichte, leistungsstarke Teile.
Zu den Schlüsselfaktoren bei der Auswahl eines Legierungspulvers gehören die Verarbeitbarkeit, das anisotrope Verhalten, die Notwendigkeit von Wärmebehandlungen, die Oberflächenbeschaffenheit und die Anwendungsanforderungen.
| Legierung | Beschreibung | Baubarkeit | Mechanische Eigenschaften | Post-Processing-Anforderungen |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | Übliche Gusslegierung mit guter Fließfähigkeit und 10% Si | Sehr gut | Zugfestigkeit 330-420 MPa, Härte 75-90 HB | Kann heißisostatisches Pressen (HIP), Wärmebehandlung erfordern |
| Scalmalloy | Al-Mg-Sc-Legierung für AM entwickelt, Scandium verfeinert Körner | Ausgezeichnet | Streckgrenze über 460 MPa, Dehnung 8% | Gute Eigenschaften im Ist-Zustand, minimale Nachbearbeitung |
| 6061 | Wärmebehandelbare mittelhohe Si-Legierung, Luft- und Raumfahrtqualität | Durchschnittlich, Risse können auftreten | Zugfestigkeit 240-290 MPa, Härte 73-88 HB | Wärme- und Alterungsbehandlungen verbessern die Eigenschaften der Lösung |
AlSi10Mg ist eine vielseitige Option zur Herstellung dichter Bauteile mit mittlerer Festigkeit, die sich für Automobil- und Industrieanwendungen eignen. Eine HIP- und T6-Wärmebehandlung kann die Eigenschaften weiter verbessern. Scalmalloy liefert aufgrund der feinen Mikrostruktur die beste Festigkeit direkt aus dem Drucker. 6061 erfordert eine Wärmebehandlung, um seine vollen Eigenschaften zu erreichen, und wird nach der Konditionierung bevorzugt in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Vorteile und Beschränkungen von Al-Si-Legierungen
Aluminium-Silizium-Legierungen bieten eine Reihe von Vorteilen, stellen aber auch einige Herausforderungen bei der additiven Fertigung dar:
Vorteile
- Höhere Festigkeit als Aluminium, aber geringere Dichte als Stähle
- Hervorragende Fließfähigkeit ermöglicht komplexe Geometrien beim Gießen und AM
- Gute Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit
- Legierungen wie AlSi10Mg lassen sich leicht und rissfrei drucken
- Geringere Eigenspannungen im Vergleich zu anderen Materialien
- Meistens gute Maßgenauigkeit und Oberflächengüte
Beschränkungen
- Geringere Höchsttemperaturfähigkeit als bei Nickel- oder Titanlegierungen
- Hohe Wärmeleitfähigkeit erschwert kontrollierte Erwärmung
- Hohe Reflektivität stellt einige AM-Laserverfahren vor Herausforderungen
- Hoher Wärmeausdehnungskoeffizient erfordert Stützen
- Pulver kann explosiv sein, wenn es sehr fein oder oxidiert ist.
- Begrenzte Anzahl von validierten Legierungssorten für AM
Insgesamt ermöglichen Aluminium-Silizium-Pulver leichte und thermisch leistungsfähige Komponenten für Anwendungen im Automobilbau, in der Luft- und Raumfahrt, in der Industrie und in der Konsumgüterindustrie, wobei der Bereich der druckbaren Materialien weiter ausgebaut wird.
Häufig gestellte Fragen
| F: Wofür wird Aluminium-Silizium-Legierungspulver verwendet? | A: Aluminium-Silizium-Legierungspulver wird in der additiven Fertigung, beim Schweißen, Löten, thermischen Spritzen und Metallspritzguss eingesetzt, um leichte, hochfeste Komponenten und Schutzbeschichtungen mit guten thermischen Eigenschaften in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Öl- und Gas- sowie Konsumgüterindustrie herzustellen. Der Siliziumgehalt sorgt für Festigkeit und Gießbarkeit, während das Aluminium für Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit sorgt. |
|---|---|
| F: Ist Aluminium-Silizium-Legierungspulver sicher in der Handhabung? | A: Wie jedes feine Metallpulver kann auch Aluminium-Silizium-Pulver unter bestimmten Bedingungen (Pulverkonzentration, Sauerstoffgehalt, Feuchtigkeit usw.) eine Staubexplosionsgefahr darstellen. Eine geeignete Schutzausrüstung für den sicheren Umgang mit Pulver sowie Maßnahmen wie Inertgasabschirmung und Sicherheitsbelüftung tragen dazu bei, die Risiken zu mindern und einen sicheren Betrieb des Pulvers zu ermöglichen. |
| F: Ist für Aluminium-Silizium-Legierungspulver eine Wärmebehandlung erforderlich? | A: Bestimmte Aluminium-Silizium-Legierungen wie 6061 sind auf Wärmebehandlungen wie Lösungsglühen und Alterung angewiesen, um optimale mechanische Eigenschaften zu erzielen. Andere Legierungen wie AlSi10Mg erreichen mit minimaler Nachbearbeitung gute Eigenschaften direkt aus dem Drucker, während Scalmalloy für hohe Festigkeit ohne Wärmebehandlung ausgelegt ist. Die spezifische Legierungszusammensetzung und die beabsichtigte Anwendung bestimmen die Notwendigkeit einer thermischen Nachbehandlung. |
| F: Welche Partikelgröße ist für Aluminium-Silizium-Legierungspulver AM am besten geeignet? | A: Bei Pulverbettschmelzverfahren in der additiven Fertigung von Metallen liegt der typische Größenbereich für Aluminium-Silizium-Legierungspulver bei 15-100 Mikrometern. Feinere Partikel unter etwa 10 Mikrometer können schwierig zu verarbeiten sein und eine Staubgefahr darstellen, während sich größere Partikel über 150 Mikrometer negativ auf die Auflösung, die Oberflächengüte und die Porosität der Ablagerung auswirken. Eine auf die Maschine und die vorgesehene Anwendung zugeschnittene Partikelgrößenverteilung zwischen 15 und 100 Mikrometern optimiert die AM-Verarbeitung. |
| F: Können Aluminium-Silizium-Legierungen in 3D gedruckt werden? | A: Ja, gängige Aluminium-Silizium-Legierungen wie AlSi10Mg, 6061, Scalmalloy und A357 können mit den wichtigsten additiven Metallherstellungsverfahren wie Laser-Pulverbettschmelzen (LPBF), Elektronenstrahlschmelzen (EBM) und gerichtete Energieabscheidung (DED) verarbeitet werden. Die Parameter sind auf die Kompatibilität der Legierungen mit Temperaturen, Atmosphären, Heiz-/Kühlraten und Nachbearbeitungsprozessen zugeschnitten, die speziell für Bauteile mit hoher Dichte optimiert sind. |
| F: Wie hoch ist die Härte einer Aluminium-Silizium-Legierung? | A: Die Härte von Aluminium-Silizium-Legierungen variiert je nach Siliziumgehalt und Wärmebehandlung und liegt zwischen etwa 73-120 HB (Brinell-Härte). Die Härtewerte einiger gebräuchlicher Zusammensetzungen liegen bei 75-90 HB für AlSi10Mg, 85-105 HB für die Gusslegierung A357 und 87-93 HB für die Legierung 6061. Durch Aushärtung kann die Härte weiter auf über 100 HB erhöht werden. Höheres Silizium erhöht die Streckgrenze und die Härte. |
