淺析適用于熔絲3D打印的925銀合金絲的制備技術(shù)

常占河 趙宏達(dá) 柳 泉 于志凱 劉 革 宋俊俊

（1.東北大學(xué)科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，遼寧 沈陽(yáng) 110000；2.沈陽(yáng)東創(chuàng)貴金屬材料有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

0 前言

3D打印是一種快速成型的制造技術(shù)，能夠制造出復(fù)雜外觀和結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，該優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)制造技術(shù)所無(wú)法比擬的。與基于金屬粉末的3D打印相比，熔絲沉積成型（FDM）3D打印（以下簡(jiǎn)稱為熔絲 3D打?。┛梢栽诟叩某练e速率下打印中到大型金屬部件，熔絲3D打印的材料使用效率更高，因此其材料成本更低廉和環(huán)保。3D打印雖然不受復(fù)雜性限制，但它受制于體積大小，體積越大，打印時(shí)間、成本都成倍提高，即“三次方定律”。綜上所述，基于熔絲3D打印大幅提高了材料的利用率，可能是金屬3D打印技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向[1-2]。

3D打印技術(shù)可廣泛地應(yīng)用在銀基真空鍍膜靶材、工業(yè)零部件、銀質(zhì)器皿和銀飾品等領(lǐng)域。用于3D打印的銀粉價(jià)格高昂，為節(jié)約原材料和降低成本，絲材更適用于這類基于貴金屬的3D打印技術(shù)。銀及銀合金絲的制備過(guò)程包括熔煉、鑄造和壓力加工等工藝環(huán)節(jié)，但是銀在冶煉過(guò)程中易吸氧而造成銀和銀合金的鑄造組織缺陷，還有銀合金比純銀更硬，其加工難度更高。只有原材料的含氧率非常低，3D打印制品才更致密，輪廓尺寸更精確，成品的質(zhì)量和性能更優(yōu)異。為滿足基于銀及銀合金線的3D打印的技術(shù)要求，本文探討了3D打印用的銀合金金屬絲的制備技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，并解決了制備過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題，開發(fā)了一套用于3D打印的925銀銅鋅合金線材的制備技術(shù)。

1 熔煉過(guò)程

采用進(jìn)口的赫利氏 925銀補(bǔ)口，配銀到 92.5%wt.，裝料到石墨坩堝中。采用真空中頻感應(yīng)熔化爐加熱，真空度在5Pa時(shí)，充氬氣洗滌兩次，最終保持在壓力為250Pa的氬氣保護(hù)下，熔煉925銀合金，最高熔化溫度達(dá) 1100℃。 澆鑄到 340×160×30mm 或 φ27/40×340mm 的鑄模中，待降溫后開爐開模，于室溫冷卻。

液態(tài)合金中的Zn等合金元素?fù)]發(fā)非常嚴(yán)重，嚴(yán)重污染真空爐體，甚至爐蓋頂端的內(nèi)腔因懸浮的大量的Zn粉塵，處于腔體最頂端的紅外測(cè)溫槍無(wú)法探測(cè)到合金溫度。液態(tài)合金熔化過(guò)程中，放氣嚴(yán)重，能夠清晰地觀察到坩堝內(nèi)壁與液態(tài)合金之間存在通氣孔，溢出大量氣體，直至放氣結(jié)束，熔體液面始穩(wěn)定平復(fù)。

回爐料以加工切屑為主時(shí)，由于切屑密度低，必須在大氣下填料，此時(shí)回爐料因氧化而出現(xiàn)大量的熔渣，漂浮在合金液表面。向液面處添加適量的硼砂，石英棒攪拌熔體，并用硼砂粘附表面熔渣，最后使熔渣成團(tuán)狀而去除。合金液面外露，合上爐蓋，抽真空，Ar氣清洗，除氣，最后澆鑄。

2 壓力加工中出現(xiàn)的問(wèn)題

中頻感應(yīng)加熱爐，在大氣下熔鑄φ27mm的925銀棒，經(jīng)680～700℃退火 60min后，在孔型軋機(jī)中熱開坯，直徑由27mm縮頸到約22mm左右，二次退火30min，熱開后立即開裂，在菱形截面處對(duì)角開裂（如下圖）。可能的原因是，第二次退火溫度過(guò)高和時(shí)間較長(zhǎng)，可能導(dǎo)致晶粒粗大，造成穿晶或沿晶斷裂，斷口成冰糖式的斷口，斷面解離。第二次退火溫度降低效果可能更好。

9 25銀棒料真空熔鑄并鑄錠，經(jīng)680℃退火60min后，直徑由40mm變?yōu)?8mm，變形量約 30%時(shí)，開裂，裂紋出現(xiàn)在菱柱棱上，密布大量橫紋。

3 優(yōu)化工藝

377×180×30mm的鑄錠，首先經(jīng)刨床刨平表面，鑄錠的減厚約 6mm。在電阻爐中，640℃退火 1h，空冷，由24mm軋制成 10mm。剪裁后，10×10mm的板條。這時(shí)組織成加工態(tài)組織，可在孔型軋機(jī)上直接捻頭，拉絲到φ2mm甚至更細(xì)的銀線。

4 結(jié)語(yǔ)

925銀的軋制性能類似于純銀，加工性能很好，比銀更硬，因此需要退火溫度更高，比純銀高60℃，為640℃。925銀線的含氧量很低，低于50ppm，適用于熔絲3D打印技術(shù)。