浅析适用于熔丝3D打印的925银合金丝的制备技术

常占河 赵宏达 柳 泉 于志凯 刘 革 宋俊俊

（1.东北大学科技产业集团，辽宁 沈阳 110000；2.沈阳东创贵金属材料有限公司，辽宁 沈阳 110000）

0 前言

3D打印是一种快速成型的制造技术，能够制造出复杂外观和结构的产品，该优势是传统制造技术所无法比拟的。与基于金属粉末的3D打印相比，熔丝沉积成型（FDM）3D打印（以下简称为熔丝 3D打印）可以在更高的沉积速率下打印中到大型金属部件，熔丝3D打印的材料使用效率更高，因此其材料成本更低廉和环保。3D打印虽然不受复杂性限制，但它受制于体积大小，体积越大，打印时间、成本都成倍提高，即“三次方定律”。综上所述，基于熔丝3D打印大幅提高了材料的利用率，可能是金属3D打印技术未来的发展方向[1-2]。

3D打印技术可广泛地应用在银基真空镀膜靶材、工业零部件、银质器皿和银饰品等领域。用于3D打印的银粉价格高昂，为节约原材料和降低成本，丝材更适用于这类基于贵金属的3D打印技术。银及银合金丝的制备过程包括熔炼、铸造和压力加工等工艺环节，但是银在冶炼过程中易吸氧而造成银和银合金的铸造组织缺陷，还有银合金比纯银更硬，其加工难度更高。只有原材料的含氧率非常低，3D打印制品才更致密，轮廓尺寸更精确，成品的质量和性能更优异。为满足基于银及银合金线的3D打印的技术要求，本文探讨了3D打印用的银合金金属丝的制备技术关键点，并解决了制备过程中出现的实际问题，开发了一套用于3D打印的925银铜锌合金线材的制备技术。

1 熔炼过程

采用进口的赫利氏 925银补口，配银到 92.5%wt.，装料到石墨坩埚中。采用真空中频感应熔化炉加热，真空度在5Pa时，充氩气洗涤两次，最终保持在压力为250Pa的氩气保护下，熔炼925银合金，最高熔化温度达 1100℃。 浇铸到 340×160×30mm 或 φ27/40×340mm 的铸模中，待降温后开炉开模，于室温冷却。

液态合金中的Zn等合金元素挥发非常严重，严重污染真空炉体，甚至炉盖顶端的内腔因悬浮的大量的Zn粉尘，处于腔体最顶端的红外测温枪无法探测到合金温度。液态合金熔化过程中，放气严重，能够清晰地观察到坩埚内壁与液态合金之间存在通气孔，溢出大量气体，直至放气结束，熔体液面始稳定平复。

回炉料以加工切屑为主时，由于切屑密度低，必须在大气下填料，此时回炉料因氧化而出现大量的熔渣，漂浮在合金液表面。向液面处添加适量的硼砂，石英棒搅拌熔体，并用硼砂粘附表面熔渣，最后使熔渣成团状而去除。合金液面外露，合上炉盖，抽真空，Ar气清洗，除气，最后浇铸。

2 压力加工中出现的问题

中频感应加热炉，在大气下熔铸φ27mm的925银棒，经680～700℃退火 60min后，在孔型轧机中热开坯，直径由27mm缩颈到约22mm左右，二次退火30min，热开后立即开裂，在菱形截面处对角开裂（如下图）。可能的原因是，第二次退火温度过高和时间较长，可能导致晶粒粗大，造成穿晶或沿晶断裂，断口成冰糖式的断口，断面解离。第二次退火温度降低效果可能更好。

9 25银棒料真空熔铸并铸锭，经680℃退火60min后，直径由40mm变为28mm，变形量约 30%时，开裂，裂纹出现在菱柱棱上，密布大量横纹。

3 优化工艺

377×180×30mm的铸锭，首先经刨床刨平表面，铸锭的减厚约 6mm。在电阻炉中，640℃退火 1h，空冷，由24mm轧制成 10mm。剪裁后，10×10mm的板条。这时组织成加工态组织，可在孔型轧机上直接捻头，拉丝到φ2mm甚至更细的银线。

4 结语

925银的轧制性能类似于纯银，加工性能很好，比银更硬，因此需要退火温度更高，比纯银高60℃，为640℃。925银线的含氧量很低，低于50ppm，适用于熔丝3D打印技术。