一、基本概念與成分

1. 定義

• 三者均指以鋁（Al）和硅（Si）為主要成分的合金粉末，屬于 Al-Si 系合金，因成分比例和應用場景不同衍生出不同名稱，本質上是同一類材料的不同表述。

2. 典型化學成分

• 常規比例：Si 含量通常在 5%~35% 之間，常見型號如：

• Al-12Si（硅含量約 12%）：熔點低（約 577℃），流動性好，是常用的釬焊和鑄造合金粉。

• 高硅鋁合金（Si 含量≥20%）：如 Al-20Si、Al-35Si，具有低膨脹系數和高耐磨性。

• 其他元素：部分型號添加鎂（Mg）、銅（Cu）、鐵（Fe）等，用于調整強度、耐蝕性或加工性。

二、物理化學特性

1. 熔點與熱性能

• 隨 Si 含量增加，熔點從純鋁的 660℃逐步降低至共晶點（Al-12.6Si，熔點 577℃），超過共晶點后熔點略有上升。

• 熱膨脹系數：Si 含量越高，熱膨脹系數越低（如 Al-35Si 的熱膨脹系數接近硅，適用于電子封裝）。

2. 力學性能

• 強度與硬度：Si 作為硬質相，可顯著提高合金強度和耐磨性（如 Al-20Si 的抗拉強度可達 200~300 MPa）。

• 塑性：高硅含量時塑性下降，需通過熱處理（如變質處理）改善。

3. 其他特性

• 耐蝕性：優于純鋁，在潮濕環境中表現穩定，但含雜質（如 Fe）時耐蝕性下降。

• 導電性：隨 Si 含量增加，導電性降低（純鋁電導率約 62% IACS，Al-12Si 約 30% IACS）。

三、制備工藝

1. 霧化法（主流工藝）

• 氣霧化：熔融金屬液被高壓氣體（如氮氣、氬氣）霧化成細小液滴，冷卻后形成球形粉末，粒度可控（10~100μm），適用于 3D 打印、熱噴涂。

• 水霧化：以高壓水為霧化介質，粉末粒徑較粗（50~200μm），成本低，適用于鑄造、釬焊填料。

2. 機械合金化法

• 通過球磨使 Al 和 Si 粉末發生固態擴散反應，可制備納米級復合粉末，用于復合材料。

3. 電解法 / 還原法

• 較少見，主要用于高純度或特殊形貌（如片狀）粉末制備。

四、分類與應用場景

1. 按 Si 含量分類及應用

• 低硅鋁合金粉（Si≤12%）

• 釬焊材料：作為鋁釬焊粉（如前文所述），用于鋁合金焊接（熔點低、流動性好）。

• 鑄造行業：壓鑄鋁合金（如 ADC12，對應 Al-12Si-Cu 系），用于汽車零件（發動機缸體、輪轂）。

• 典型：Al-12Si

• 應用：

• 中高硅鋁合金粉（12%<Si≤35%）

• 電子封裝：低膨脹系數，用于制造芯片載體、散熱基板（與硅芯片熱膨脹匹配）。

• 耐磨材料：活塞、氣缸套（Si 顆粒作為耐磨相）。

• 3D 打印：高硅鋁合金粉（如 Al-20Si）通過 SLM 技術制造高強度、耐高溫零件（航空航天結構件）。

• 典型：Al-20Si、Al-35Si

• 應用：

2. 按應用形態分類

• 球形粉：氣霧化制備，用于 3D 打印、熱噴涂（如超音速火焰噴涂，形成耐磨涂層）。

• 不規則粉：水霧化或機械破碎制備，用于鑄造、粉末冶金（如壓制燒結成零件）。

• 片狀粉：機械研磨制備，用于防腐涂料（形成致密氧化膜）、電磁屏蔽材料。