淺析適用于熔絲3D打印的925銀合金絲的制備技術

常占河 趙宏達 柳 泉 于志凱 劉 革 宋俊俊

（1.東北大學科技產業集團，遼寧 沈陽 110000；2.沈陽東創貴金屬材料有限公司，遼寧 沈陽 110000）

0 前言

3D打印是一種快速成型的制造技術，能夠制造出復雜外觀和結構的產品，該優勢是傳統制造技術所無法比擬的。與基于金屬粉末的3D打印相比，熔絲沉積成型（FDM）3D打印（以下簡稱為熔絲 3D打印）可以在更高的沉積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保。3D打印雖然不受復雜性限制，但它受制于體積大小，體積越大，打印時間、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打印技術未來的發展方向[1-2]。

3D打印技術可廣泛地應用在銀基真空鍍膜靶材、工業零部件、銀質器皿和銀飾品等領域。用于3D打印的銀粉價格高昂，為節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。銀及銀合金絲的制備過程包括熔煉、鑄造和壓力加工等工藝環節，但是銀在冶煉過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，成品的質量和性能更優異。為滿足基于銀及銀合金線的3D打印的技術要求，本文探討了3D打印用的銀合金金屬絲的制備技術關鍵點，并解決了制備過程中出現的實際問題，開發了一套用于3D打印的925銀銅鋅合金線材的制備技術。

1 熔煉過程

采用進口的赫利氏 925銀補口，配銀到 92.5%wt.，裝料到石墨坩堝中。采用真空中頻感應熔化爐加熱，真空度在5Pa時，充氬氣洗滌兩次，最終保持在壓力為250Pa的氬氣保護下，熔煉925銀合金，最高熔化溫度達 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。

液態合金中的Zn等合金元素揮發非常嚴重，嚴重污染真空爐體，甚至爐蓋頂端的內腔因懸浮的大量的Zn粉塵，處于腔體最頂端的紅外測溫槍無法探測到合金溫度。液態合金熔化過程中，放氣嚴重，能夠清晰地觀察到坩堝內壁與液態合金之間存在通氣孔，溢出大量氣體，直至放氣結束，熔體液面始穩定平復。

回爐料以加工切屑為主時，由于切屑密度低，必須在大氣下填料，此時回爐料因氧化而出現大量的熔渣，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 壓力加工中出現的問題

中頻感應加熱爐，在大氣下熔鑄φ27mm的925銀棒，經680～700℃退火 60min后，在孔型軋機中熱開坯，直徑由27mm縮頸到約22mm左右，二次退火30min，熱開后立即開裂，在菱形截面處對角開裂（如下圖）。可能的原因是，第二次退火溫度過高和時間較長，可能導致晶粒粗大，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680℃退火60min后，直徑由40mm變為28mm，變形量約 30%時，開裂，裂紋出現在菱柱棱上，密布大量橫紋。

3 優化工藝

377×180×30mm的鑄錠，首先經刨床刨平表面，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。這時組織成加工態組織，可在孔型軋機上直接捻頭，拉絲到φ2mm甚至更細的銀線。

4 結語

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。