铝硅镁合金粉末以其低密度、高比强度和优良的耐腐蚀性,它结合了低热膨胀系数、高导热性、良好机械强度和优异的耐磨性等优点,近年来成为航空航天、汽车工业及3D打印领域的明星材料。


铝硅镁粉末是以铝(Al)为基体,含有较高比例的硅(Si)和镁(Mg)的合金粉末。硅含量较高可以提升合金的硬度、耐磨性和热稳定性等性能,镁元素的加入则主要是为了提高合金的韧性、抗应力腐蚀能力和焊接性能。通常硅含量可在7%-10%左右,镁含量在1%-10%之间,具体比例根据实际应用需求而定。

密度:其密度比纯铝稍高,由于硅和镁的加入而有所变化。一般密度范围在 2.5-2.8g/cm³ 左右。密度的具体数值取决于硅和镁的含量,硅含量增加会使密度增大,镁含量的影响相对较小。
颜色:多呈浅灰色或银灰色。这是因为硅的存在改变了铝原本亮白色的外观,而镁的加入对颜色影响不大。

颗粒形态与粒度:颗粒形态可以是球形、近球形或不规则形状。粒度范围较广,从几微米到几百微米不等。如用于3D打印的高硅铝镁合金粉末,粒度一般在1-100μm之间,这样的粒度有助于保证打印过程中的流动性和成型精度。

耐腐蚀性:镁元素的加入显著增强了合金的耐腐蚀性。镁在合金表面形成一层含镁的氧化膜,与硅形成的氧化硅保护膜协同作用,能有效抵御海水、大气等多种环境的腐蚀。在海洋机械作业环境中,高硅铝镁合金粉末制成的部件比普通铝合金部件表现出更好的抗腐蚀性能。
与其他物质的反应性:在高温下,合金粉末中的铝、硅、镁都可能与氧气、氮气等气体发生反应。镁比铝和硅更活泼,在氧化环境中会优先氧化,生成氧化镁(MgO)。这些反应会在一定程度上改变合金表面的成分和性能,在一些高温应用场景中需要考虑这种反应对材料性能的影响。

雾化法:气体雾化法是常用的制备方式。将高硅铝镁合金原料在熔炉中熔化后,通过高速的惰性气体(如氩气)将液态合金吹散成微小液滴,液滴在冷却过程中凝固形成粉末。这种方法能够生产出粒度均匀、球形度较高的粉末,适用于对粉末质量要求较高的应用,如 3D 打印和高性能零部件制造。
机械合金化法:把铝粉、硅粉和镁粉按照一定比例混合,在高能球磨机中进行长时间研磨。在研磨过程中,粉末颗粒不断地碰撞、冷焊和破碎,使三种元素充分合金化。这种方法可以精确控制合金的成分,但生产效率相对较低,且粉末颗粒可能会因为加工过程而产生一定的晶格畸变和加工硬化。

航空航天领域:制造飞机机翼、机身框架等结构部件。其低密度、高比强度和良好的耐腐蚀性等特点,保证结构的安全性和可靠性前提下轻量化。一些新型民用飞机的机翼前缘部分,使用高硅铝镁合金粉末制造的部件可以有效抵抗气流冲刷和腐蚀,轻量化有助于提高飞机的燃油效率。
汽车工业:在汽车发动机缸体、轮毂等部件制造中有广泛应用。铝硅镁合金的良好的导热性、耐磨性和抗腐蚀能力,能够提高发动机的散热性能和零部件的使用寿命。以汽车发动机缸体为例,使用高硅铝镁合金粉末制造的缸体可以更好地承受高温、高压的工作环境,并且重量较轻,有利于汽车的轻量化。
3D打印领域:可用于制造各种复杂形状的零部件,使零部件的快速原型制造和小批量生产中,通过选择性激光熔化(SLM)等3D打印技术,利用铝硅镁合金粉末可以制造出具有复杂内部结构和高精度的部件,大大缩短了产品的研发周期和生产成本。

铝硅合金粉末推荐:
AlSi7Mg:良好的铸造性能,能轻松制造复杂形状的部件。其强度和硬度可以满足一般机械零件要求,加工性能出色,易于切削等机械加工。在耐腐蚀性和热稳定性方面也有不错表现,在机械制造等领域应用广泛。
AlSi10Mg:强度较高,适合制造承受较大载荷的零件,如汽车和航空航天部件。铸造性能优良,能铸薄壁复杂件。具有良好的韧性、抗疲劳性和热性能,热导率高、热膨胀系数低。虽加工难度稍高,但在诸多领域应用价值很高。
瑞拓美可依据客户需求,通过调整硅的体积比例(含硅量7%—70%),已成功开发出多种高性能的高硅铝合金材料,如图:
这些材料具备低热膨胀系数(CTE)、低密度、高热导率、优良的导电性能、提供卓越的电磁干扰EMI/射频干扰屏蔽效果、高硬度、优秀的热机械稳定性、高度致密、易于机械加工、便于表面镀层保护,并且兼容标准的微电子组装流程等特性。

在汽车发动机活塞等部件的制造中,硅含量一般在16%-25%。这个范围内的高硅铝合金具有良好的耐磨性和低热膨胀系数。例如,硅含量为 18%-20% 的高硅铝合金用于活塞制造时,能够有效抵抗活塞在高温、高压和高速运动下的磨损,并且由于其较低的热膨胀系数,可以减少活塞与气缸壁之间因热膨胀产生的间隙变化,从而提高发动机的效率和可靠性。
硅含量通常在40%-70%。高硅含量使得合金具有与硅芯片相近的热膨胀系数,能够很好地与芯片进行匹配,从而防止芯片在温度变化时因热应力而损坏。如在一些功率半导体器件的封装中,使用硅含量为50%-60% 的高硅铝合金,既可以为芯片提供良好的散热通道,又能保证芯片在不同工作温度下的稳定性。
硅含量大概在12% - 20%,这个区间的高硅铝合金在保证一定强度和硬度的同时,还能保持较低的密度。例如,在飞机机翼的一些非关键结构件中,采用硅含量为14%-16%的高硅铝合金,利用其轻质高强的特性来减轻飞机重量,提高燃油效率,同时满足相应的力学性能要求。

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