CN112981167A - 一种适用于激光增材制造的银合金粉末及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于激光增材制造的银合金粉末及其制备方法。该银合金粉末包含Si和Ge元素，且Si和Ge元素的质量占银合金粉末总质量的1‑2.5％。其制备步骤为：(1)在银合金中加入Si和Ge元素，然后将银合金和Si、Ge元素熔炼制成母合金；(2)对母合金进行真空气雾化制粉，得到由Si和Ge元素改性的银合金粉末；(3)将改性的银合金粉末进行筛分后，用于激光增材制造。本发明通过适当添加微量的Si、Ge元素，可有效提高银合金粉末对激光的吸收率，同时提高银合金粉末球形度和流动性，从而减少打印缺陷，可实现银合金的激光3D打印。

Description

一种适用于激光增材制造的银合金粉末及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料3D打印技术领域，具体涉及一种适用于激光增材制造的银合金粉末及其制备方法。

背景技术

金、银等贵金属目前主要应用于艺术品、首饰、手表等。随着经济的发展，个性化定制成为珠宝首饰等领域不可阻挡的发展趋势。传统失蜡浇铸工艺复杂、耗费时间长、对首饰形状结构有一定限制，而激光增材制造为定制化珠宝首饰的制造提供了十分便利的条件。激光选区熔化成形(Selective Laser Melting,SLM))技术作为增材制造技术的一种，采用聚焦激光束将金属或合金粉末逐层选区熔化、堆积，形成冶金结合、组织致密的实体。由于工艺简单、成型件尺寸精度高，激光选区熔化成形技术是制备金、银等贵金属材料零件最有前景的新方法之一。另外，在所有金属中，银具有最低的电阻率和最高的热导率，同时还具有较好的耐腐蚀性，因此，增材制造银合金零部件在化学、医学和电子电器等行业均有较大应用潜力。

激光增材制造银合金具有广阔应用前景，但也面临着重要问题：银对激光的吸收率很低。目前市面上大多数激光打印机采用波长为1064nm左右的Nd:YAG激光器或光纤激光器，在此波长下，银对激光的反射率达到95％以上，如此高的反射率使金属粉末无法吸收足够的激光能量，导致熔化不充分，熔体湿润性差，难以铺展开，导致气孔和球化现象，打印态材料致密度低、性能差；同时打印中反射的激光可能会损害打印机的光学系统。因此如何克服高反射率成为用激光增材制造银材料的关键。

研究表明，激光吸收率受材料的电导率和激光波长的直接影响。金属粉末的电导率越高，金属粉末对激光的吸收率就越小。而银、金、铜等金属材料对红外激光的反射率很高，吸收率很低。目前，已有利用短波长激光提高高反射率金属粉末的光吸收率研究，日本岛津公司和大阪大学的Suwa M.和Tsukamoto Masahiro等(Suwa M,et al.Proc.SPIE10900,High-Power Diode Laser Technology XVII,109000A(4March 2019)；doi:10.1117/12.2515510)在2017年开发了名为BLUE IMPACT的光纤耦合高亮蓝光激光器，可用于打印具有高激光反射率的金属材料。但这种方法成本较高，难以广泛应用。如果在银中添加其它元素，利用复合改性合金粉末替代原始粉末打印可以提高粉体对激光的吸收率，则能够使用现有打印机上所配备的红外光纤激光器，低成本地得到高品质的银合金打印样品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于激光增材制造的银合金粉末及其制备方法，以解决现有激光增材制造银合金存在的问题尤其是激光吸收率低的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于激光增材制造的银合金粉末，该银合金粉末包含Si和Ge元素，且Si和Ge元素的质量占所述银合金粉末总质量的1-2.5％。

进一步地，所述银合金粉末以质量百分比计，包括下述组分：Cu：0.5％-7.5％；Si：0.5％-2％；Ge：0.5％-2％；Ag：余量。

进一步地，所述银合金粉末的颗粒为球形形貌，其粒径为10-63μm。

本发明一种适用于激光增材制造的银合金粉末的制备方法，包括如下步骤：

(1)在银合金中加入Si和Ge元素，Si和Ge元素的质量占所述银合金总质量的1-2.5％；然后将银合金和Si、Ge元素熔炼制成母合金；母合金包括下述组分：Cu：0.5％-7.5％；Si：0.5％-2％；Ge：0.5％-2％；Ag：余量；

(2)对所述母合金进行真空气雾化制粉，得到由Si和Ge元素改性的银合金粉末；

(3)将步骤(2)得到的银合金粉末进行筛分后，筛分后的粉末粒径为10-63μm，用于激光增材制造。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本发明在银合金中同时添加微量Si和Ge元素，通过复合改性的方法提高银合金粉末对激光吸收率和流动性，提高其可打印性并改善打印件成形质量：通过添加Si元素，有助于增大合金溶液表面张力，提高合金粉末球形度，改善粉末流动性，使熔体能够充分铺展，减少缺陷的产生；通过添加Ge元素，降低合金导电率，提高合金基体对激光的吸收作用，减少打印中由于能量吸收不足，合金粉末不能完全熔化所引起的孔隙、微裂纹等缺陷；此外，添加的Si、Ge元素均能与银熔合良好，形成致密的共晶组织，提高银合金的打印质量。

(2)本发明利用添加微量Si、Ge元素复合改性后的银合金粉末，其打印性能优异，打印件无明显裂纹、孔隙等缺陷，且抛光后，表面光洁平滑，无缺陷引起的斑点等，能达到首饰级别的产品标准。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的银合金粉末宏观形貌。

图2为本发明实施例1采用激光增材制造的银合金工艺品照片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明。本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本发明提供一种适用于激光增材制造的银合金粉末，包括以下重量百分比的各组分：Cu：0.5％-7.5％，Si：0.5％-2％，Ge：0.5％-2％，余量为Ag；其中Si和Ge元素的质量百分比之和为银合金粉末总质量百分比的1％-2.5％。

实施例1

本实施例制备银合金粉末的具体步骤如下：

(1)按如下质量百分比对各组分进行定量配料：Cu：5.5％，Si：0.5％，Ge：1.5％，余量Ag。然后采用感应熔炼法制备母合金，将Ag、Cu、Si、Ge等原料放入坩埚中；然后，将熔炼室先抽真空，随后充入惰性气体；接着，逐渐增大电流使上述几种原料熔化并充分熔合在一起，形成成分均匀的母合金。

(2)对步骤(1)得到的母合金进行真空气雾化制粉。首先将母合金置于雾化制粉设备的坩埚中进行重熔，其次，将熔体倾倒入底部带有导流漏嘴的中间包内，最后，熔体自导流漏嘴流过雾化喷嘴，并在高速雾化气体的击打作用下破碎成细小的熔滴并在随后的冷却凝固过程中形成粉末，从而得到由Si和Ge元素改性的银合金粉末。

(3)将银合金粉末进行筛分，取粒径为10-63μm的银合金粉末用于激光增材制造。

图1为所制造的球形银合金粉末，可以看出，在添加Si元素后，所制造的银合金粉末的球形度很高，保证了粉末具有优异的流动性，有利于在打印过程中铺粉工艺的顺利进行。图2为采用激光增材制造的银合金工艺品，可以看出，采用添加Si和Ge元素改性的银合金粉末打印的物件经抛光后，表面光滑、无孔洞和裂纹等缺陷、无黑斑、具有金属光泽且光洁度高，达到了首饰级别的质量标准。

实施例2

本实施例制备银合金粉末的具体步骤如下：

(1)按如下质量百分比对各组分进行定量配料：Cu：5％，Si：1％，Ge：1.5％，余量Ag。然后采用感应熔炼，在惰性气体保护下，将Ag、Cu、Si、Ge熔炼制成母合金；

(2)对步骤(1)得到的母合金进行真空气雾化制粉，得到Si和Ge改性的银合金粉末；

(3)将银合金粉末进行机械筛分，取粒径为10-63μm的银合金粉末用于激光增材制造。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于激光增材制造的银合金粉末，其特征在于，所述银合金粉末包含Si和Ge元素，且Si和Ge元素的质量占所述银合金粉末总质量的1-2.5％。

2.根据权利要求1所述的一种适用于激光增材制造的银合金粉末，其特征在于，所述银合金粉末以质量百分比计，包括下述组分：Cu：0.5％-7.5％；Si：0.5％-2％；Ge：0.5％-2％；Ag：余量。

3.根据权利要求1所述的一种适用于激光增材制造的银合金粉末，其特征在于，所述银合金粉末的颗粒为球形形貌，其粒径为10-63μm。

4.一种适用于激光增材制造的银合金粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)在银合金中加入Si和Ge元素，Si和Ge元素的质量占所述银合金总质量的1-2.5％；然后将银合金和Si、Ge元素熔炼制成母合金；

(2)对所述母合金进行真空气雾化制粉，得到由Si和Ge元素改性的银合金粉末；

(3)将步骤(2)得到的银合金粉末进行筛分后，用于激光增材制造。

5.根据权利要求4所述一种适用于激光增材制造的银合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，母合金包括下述组分：Cu：0.5％-7.5％；Si：0.5％-2％；Ge：0.5％-2％；Ag：余量。

6.根据权利要求4所述的一种适用于激光增材制造的银合金粉末及其制备方法，其特征在于，所述步骤(3)，筛分后的粉末粒径为10-63μm。

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