アルミシリコン合金粉 はアルミニウムとケイ素からなる金属粉末で、積層造形、ろう付け、溶接、溶射などさまざまな用途に使用される。この軽量な素材は、高い強度、耐摩耗性、熱伝導性を備えています。
アルミニウムシリコン合金粉末の組成
アルミニウム・シリコン合金は、主な合金元素としてシリコンを含む。マグネシウムや銅のような他の合金元素も少量含まれることがある。
シリコンの量は5%から20%で、一般的な組成は10-15% Siである。アルミニウムは微量元素とともに残りを構成する。
ケイ素の含有量が多いほど強度が増し、アルミニウムの含有量が多いほど延性が増す。特定の組成は、所望の材料特性と製造方法に基づいて調整される。
| エレメント | 組成範囲 |
|---|---|
| ケイ素 (Si) | 5-20% |
| アルミニウム（Al） | バランス |
| マグネシウム (Mg) | 0-5% |
| 銅（Cu） | 0-5% |
アルミニウムシリコンアロイ粉末の特徴
アルミニウムシリコン合金粉末は、特殊用途に適したユニークな特性を持っています：
- 高い強度対重量比
- 良好な耐食性
- 優れた熱伝導性
- 低熱膨張係数
- 高温下での優れた寸法安定性
- 純アルミニウムより高い融点
- 熱処理による強化が可能
- 流動性により積層造形に使用可能
微粒化の際に粒度分布と形態をコントロールすることで、特定のプロセスに適したパウダーが得られる。一般的な粒子径の範囲は15～150ミクロンである。粒子形状は不規則、球状、サテライトなどがあります。
| プロパティ | 説明 |
|---|---|
| 粒子形状 | 不規則、球形、衛星 |
| 粒子径（μm） | 15-150 |
| 見掛け密度(g/cc) | 1.5-3.5 |
| 流動性 | 素晴らしい |
| 融点 (°C) | 570-650 |
アルミニウムシリコンアロイパウダー 製造業
アルミニウム・シリコン合金粉末は、溶融金属を液滴に分解して凝固させ、微細な球状の粉末粒子にするアトマイズ工程を用いて製造される。
ガス噴霧 は、高圧の不活性ガスを使って液体金属流を微粒化し、金属液滴のスプレーにする。ガスアトマイズされた粉末は、AMに理想的な球状の形態を持つ。
水の霧化 は、高速ウォータージェットによって溶融ストリームを分解する。これにより、溶射に適した不規則で非球状の粉末が生成される。
液体金属の組成、霧化パラメータ、冷却速度が最終的な粉末の特性を決定します。後工程のふるい分けと分級により、パウダーが仕様に適合していることを確認します。
| プロセス | 説明 | 代表的な粉体特性 |
|---|---|---|
| ガス噴霧 | 窒素やアルゴンなどの不活性ガスを使用 | 球状形態、大きさ15-150μm |
| 水の霧化 | 高速ウォータージェット採用 | 不規則な形状、大きさ15～150μm |
アルミニウムシリコンアロイ粉末の用途
アルミ珪素合金の軽量強度と熱特性により、その粉末は以下の用途で有用である：
積層造形 - 粉末床溶融や指向性エネルギー蒸着プロセスで使用され、優れた特性を持つ複雑で軽量な部品を製造する。
溶接とろう付け - 溶接において優れた流動性と毛細管特性を提供し、スタンピングされたろう材プリフォームを提供する。
溶射 - 耐摩耗性、遮熱性、腐食防止を提供するコーティングとして、低重量でスプレーされる。
金属射出成形 - 粉末冶金のアプローチにより、複雑なネットシェイプの小型部品製造が可能。
| 申し込み | メリット | 産業例 |
|---|---|---|
| 積層造形 | 複雑で軽量な部品 | 航空宇宙、自動車 |
| 溶接とろう付け | 優れた流動特性 | 自動車、建設 |
| 溶射 | 耐摩耗性・耐食性コーティング | 産業機器、石油・ガス |
| 金属射出成形 | 複雑な網状の部品 | エレクトロニクス、消費者製品 |
アルミニウムシリコンアロイパウダー仕様
アルミニウムシリコン合金粉末は、様々な標準グレードとメーカー独自の呼称があります。一般的なアルミニウムのグレードは10-15%シリコンを含んでいます：
- 4032、4045、4145 - 10-13% Si合金、中強度
- 4047、A357 - 11-13% Si鋳造合金
- 2319, 6061 - 中高Si航空宇宙用合金
正確な合金組成は、許容元素範囲、粉末特性、製造方法、品質チェック、包装要件を記載した指定仕様に準拠している。
ASTM Internationalのような国際的な標準化団体は、公認のアルミニウム合金粉末の仕様を提供しています：
| スタンダード | タイトル | 申し込み |
|---|---|---|
| ASTM B841 | アルミニウム-シリコン合金粉末および粉末冶金製品の標準仕様書 | 積層造形、MIM |
| AWS A5.10 | 溶接消耗品 - ワイヤーフィラーメタルおよびロッド | 溶接とろう付け |
| AWS C3.4M/C3.4 | アルミブレージングフラックス | ろう材およびフラックス |
アルミニウムシリコンアロイパウダー サプライヤー
多くの大手メーカーや金属粉末専門メーカーが、様々なアルミニウムシリコン合金粉末製品を提供しています。彼らの深い材料専門知識と洗練された粉末工場は、オーダーメイドの合金と安定した品質を可能にします。
有料加工サービスと標準在庫グレードの両方が購入可能である。代表的なグローバル・サプライヤーは以下の通り：
- サンドビック・オスプレイ
- ヘガネス
- カーペンター添加剤
- リンデ・ガス
- リオ・ティント・メタル・パウダーズ
- AP&C 粉末冶金
- プラクセア
価格は、注文量、合金組成、粉末の品質と粒度分布、包装タイプ（缶、ドラム缶など）、リードタイムなどの要因に基づいて、1kgあたり$50～150米ドルの範囲である。
| サプライヤー | 一般的な価格 | 標準パッケージサイズ | リードタイムズ |
|---|---|---|---|
| サンドビック、ヘガネス | $100-150/kg | 15～25kgコンテナ | 8～10週間 |
| 大工用添加剤、リンデ | 1kgあたり$75-125 | 10-50 kgドラム/箱 | 4～8週間 |
| AP&C、リオ・ティント | $50〜100/kg | 500～1,000kgバルクバッグ | 6～12週間 |
メタルAM用アルミニウム合金の比較
AlSi10Mg、Scalmalloy、6061などのアルミニウム合金オプションは、異なる機械的特性を提供します。ワイヤーフィードベースのDEDまたは粉末床溶融法を使用することで、軽量で高性能な部品を作ることができます。
合金粉末を選択する際の主な要因には、造形性、異方性、熱処理の必要性、表面仕上げ、用途要件などがある。
| 合金 | 説明 | 施工性 | 機械的特性 | 後処理の必要性 |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | 流動性の良い一般的な鋳造合金で、10% Si | 非常に良い | 引張強さ330～420MPa、硬度75～90HB | 熱間静水圧プレス（HIP）、熱処理が必要な場合がある。 |
| スカルマロイ | AM用に設計されたAl-Mg-Sc合金、スカンジウムが結晶粒を微細化 | 素晴らしい | 降伏強さ460MPa以上、伸び8% | 良好なas-built特性、最小限の後処理 |
| 6061 | 熱処理可能な中高Si合金、航空宇宙グレード | 平均的なクラックの発生 | 引張強さ240～290MPa、硬度73～88HB | ソリューション・ヒート＆エイジング・トリートメントが特性を高める |
AlSi10Mg は、自動車および工業用途に適した中程度の強度を持つ高密度部品を製造できる汎用性の高いオプションです。HIPおよびT6熱処理により、さらに特性を高めることができます。 スカルマロイ 微細構造により、印刷直後の強度が最高である。 6061 完全な特性を得るには熱処理が必要で、コンディショニング後の航空宇宙用途が望ましい。
Al-Si合金の利点と限界
アルミニウム・シリコン合金は、付加製造においていくつかの利点をもたらすが、同時にいくつかの課題ももたらす：
メリット
- アルミニウムより強度が高いが、鋼鉄より密度が低い
- 優れた流動性により、鋳造やAMで複雑な形状が可能
- 優れた耐食性と溶接性
- AlSi10Mgのような合金は、クラックのない印刷が容易である。
- 他の材料に比べて残留応力が少ない
- 寸法精度と表面仕上げがほぼ良好
制限事項
- ニッケルやチタン合金よりも低い最高温度耐性
- 熱伝導率が高く、加熱制御が難しい
- 反射率の高さがAMレーザープロセスの課題に
- 熱膨張係数が高いため、サポートが必要
- 粉末は非常に細かいか酸化すると爆発する可能性がある。
- AM用に有効な合金グレードは限られている
全体として、アルミニウムシリコンパウダーは、自動車、航空宇宙、産業、消費者向けアプリケーションにおいて、軽量で熱的性能に優れたコンポーネントを実現し、印刷可能な材料も拡大し続けている。
よくある質問
| Q: アルミニウムシリコン合金粉末は何に使われるのですか？ | A: アルミニウム・シリコン合金粉末は、積層造形、溶接、ろう付け、溶射、金属射出成形などの用途に使用され、自動車、航空宇宙、石油・ガス、消費者向け製品産業において、軽量で高強度な部品や熱特性に優れた保護膜を製造する。シリコンは強度と鋳造性を付与し、アルミニウムは延性と耐食性を提供します。 |
|---|---|
| Q: アルミニウムシリコン合金粉末は安全ですか？ | A: 他の微細金属粉末と同様に、アルミニウムシリコンパウダーも、粉末濃度、酸素レベル、水分などの特定の条件下で粉塵爆発の危険をもたらす可能性があります。粉体を安全に取り扱うための適切な保護具、不活性ガスブランケット、安全換気などの対策は、あらゆるリスクを軽減し、安全な粉体操業を可能にします。 |
| Q: アルミニウムシリコン合金粉末は熱処理が必要ですか？ | A: 6061のような特定のアルミシリコン合金は、最適な機械的特性を得るために溶体化処理や時効処理などの熱処理に依存しています。AlSi10Mgのような他の合金は、最小限の後処理で適切な印刷直後の特性を得ることができますが、Scalmalloyは熱処理なしで高強度を得るように設計されています。特定の合金組成と用途によって熱処理の必要性が決まります。 |
| Q: アルミニウムシリコン合金粉末AMに最適な粒子径は？ | A: 金属積層造形における粉末床溶融法では、典型的なアルミニウムシリコン合金粉末のサイズ範囲は15～100ミクロンです。約10ミクロン以下の微細な粒子は加工が難しく、粉塵の危険性がある一方、150ミクロン以上の大きな粒子は解像度、表面仕上げ、堆積物の気孔率に悪影響を及ぼします。15～100ミクロンの範囲内であれば、機械と用途に合わせた粒度分布がAM処理を最適化します。 |
| Q: アルミニウム・シリコン合金を3Dプリントできますか？ | A: はい、AlSi10Mg、6061、Scalmalloy、A357などの一般的なアルミニウムシリコン合金は、レーザー粉末床溶融法（LPBF）、電子ビーム溶解法（EBM）、指向性エネルギー堆積法（DED）などの主要な金属積層造形法を使用して加工できます。パラメータは、特に高密度コンポーネント用に最適化された温度、雰囲気、加熱/冷却速度、および後処理を使用して、合金の適合性を調整します。 |
| Q: アルミニウムシリコン合金の硬度はどのくらいですか？ | A: アルミニウムシリコン合金の硬度は、シリコン含有量と熱処理によって約73～120HB（ブリネル硬度）の間で変化します。いくつかの一般的な組成のAs-built硬度値は、AlSi10Mgで75-90HB、A357鋳造合金で85-105HB、6061合金で87-93HBです。時効硬化は100HB以上の硬度をさらに増加させることができる。シリコンが高いほど降伏強度と硬度が高くなります。 |
