一种银镍3D打印材料及其制备方法与流程

本发明涉及电工触头材料领域，具体涉及一种银镍3d打印材料及其制备方法。

背景技术：

1、银镍电接触材料因其优良的抗熔焊性能和耐电弧侵蚀性能，被广泛应用于低压开关装置及继电器中。然而，在密封、高温环境条件下，继电器内部热量无法散失，触点温度高，导致触点表面析出银包发生粘连现象。这种问题的改善通常通过工艺流程优化、镍增强的改性、加入添加物等方式或方法。

2、传统的银镍材料制造方法主要包括机械混合、粉末冶金等。这些方法存在一些局限性，如银和镍密度差异大，导致镍颗粒在银镍基体中分布不均匀，影响材料的电性能和使用寿命。此外，制备高质量的、品种繁多、形状复杂多样的电触头及其一体化组件需要多套复杂的工艺及设备，占地面积大，导致高昂的生产成本。

3、为了解决上述问题，近年来，3d打印技术逐渐被应用于金属材料的制造中。3d打印技术具有能定制复杂几何形状、材料广泛、设计周期短、产品质量高等优点，特别是在制造性能优异的双金属材料零部件方面具有优势。然而，现有的金属增材制造技术如电化学增材制造、粉床熔融和直接能量沉积等无法制造具有复杂几何形状、高精度、高结合强度的双金属材料零部件。因此，如何将银镍粉体与增材制造技术结合，制备具有异形触头、梯度成分触头的复杂几何结构，并提高材料的抗熔焊性能，成为当前亟待解决的技术问题。

4、关于解决新材料研发、成分筛选、梯度材料、高通量实验的问题，目前已经有了一些发明专利。例如：

5、cn111097904a公开了一种保留镍粉各向异性的银镍电接触材料及其制备方法。该方法通过3d喷头式粉末成型打印、保留镍粉各向异性、微波烧结致密化、后处理等步骤，获得各向异性电磁性能的agni材料。该材料通过电磁场的作用快速熄灭电弧，提高了触点材料在密封高温条件下的抗熔焊性能，且生产工序少，生产过程简单、流程短、易于批量生产。然而，该专利仍存在3d喷头式粉末成型打印设备和微波烧结条件需要进一步优化的问题。

6、cn104821248a提出了一种agc电触头及其一体化组件的制造方法。该方法首先制备覆膜银-碳复合粉并装入3d打印机粉末缸中，然后通过计算机建立agc电触头及其一体化组件的三维模型，完成agc电触头及其一体化组件的3d打印成型。该发明通过3d打印实现agc电触头及其一体化组件从原材料到成品的直接快速成型，节约原料和生产成本，同时可实现零库存、零时间交付。然而，该专利仍存在ag纳米粉与微米粉混合比例需要进一步合理设计的问题。

7、但是上述现有技术存在以下缺点：

8、传统的银镍材料制造方法中，银和镍密度差异大，导致镍颗粒在银镍基体中分布不均匀，影响材料的电性能和使用寿命。制备高质量的、品种繁多、形状复杂多样的电触头及其一体化组件需要多套复杂的工艺及设备，占地面积大，导致高昂的生产成本。现有的金属增材制造技术如电化学增材制造、粉床熔融和直接能量沉积等无法制造具有复杂几何形状、高精度、高结合强度的双金属材料零部件。在3d打印过程中，打印参数和磁场单元的制备方法需要进一步优化，以提高电触头的性能，如提高打印精度和表面光洁度，减少残余应力和缺陷本发明采用银镍复合粉末与粘结剂交替逐层堆积的打印方式，结合激光金属沉积（lmd）处理和等离子后处理，显著提高了零件的表面质量和光洁度，消除了3d打印带来的表面球化、层间微孔隙等缺陷，提升了零件的尺寸精度。现有技术中，银镍电接触材料在密封、高温环境条件下容易发生粘连现象，影响触点性能和使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在银镍材料密度差异大、制备工艺复杂且成本高、难以实现快速筛选最优配方的问题，本发明提供了一种银镍3d打印材料及其制备方法，通过将银镍粉体与增材制造技术结合，采用3d打印工艺制备银镍-添加物复合材料。

2、本发明的所述银镍3d打印材料及其制备方法，包括以下步骤：

3、（1）原料准备：将银粉和镍粉混合，加入添加物，经球磨混料得到银镍-添加物复合粉末；

4、（2）3d打印前处理：将银镍-添加物复合粉末在惰性气氛下进行预热处理；

5、（3）3d打印：将预热后的粉末装入打印机中进行3d打印，打印过程采用粉末与有机粘结剂交替逐层堆积成型：每完成一层粉末铺置后，在粉末层轮廓范围内均匀涂布一层有机粘结剂，重复铺粉-涂布粘结剂循环，直至完成整个零件生坯；

6、（4）激光重熔改性处理：采用激光金属沉积对打印得到的零件进行表面处理；

7、（5）等离子后处理：将处理后的零件置于真空环境中进行等离子处理；

8、（6）热空脱脂烧结：将处理后的零件在惰性气氛下进行热空脱脂处理；

9、（7）冷却：自然冷却至室温，得到所述银镍3d打印材料。

10、优选的，步骤（1）所述镍粉质量分数为10-40wt%，银粉质量分数为60-90wt%；所述添加物不超过总含量的5wt%。

11、优选的，步骤（1）所述添加物为cr、w、ti、co、v的金属粉末或金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物中的一种或多种。

12、优选的，步骤（1）所述球磨转速为300-500rpm，时间为4-8h；所述球磨介质为氧化锆球；所述氧化锆球的粒径为1-6mm；球磨后得到银镍-添加物复合粉末的d50 粒径控制在3-10μm。

13、优选的，步骤（2）所述惰性气氛为氩气或者氮气中的至少一种；所述预热处理的温度为60-100℃，时间为30-60min。

14、优选的，步骤（3）所述打印温度为150-200℃，层厚为20-50μm；打印平台逐层下降高度为20-30μm。

15、优选的，步骤（3）所述粘结剂涂覆厚度3-8μm，粘结剂固含量5-15wt%；所述粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛（pvb）中的一种或多种；所述粘结剂均为有机树脂粘结剂，可热解脱除。

16、优选的，步骤（4）所述激光金属沉积的处理温度为300-400℃，功率为200-300w，时间为扫描处理时间为10-30min。

17、优选的，步骤（5）所述等离子处理的功率为2-3kw，处理时间为30-60min。

18、优选的，步骤（6）所述热空脱脂烧结的温度为400-600℃，时间为60-90min；所述惰性气氛为氩气或者氮气中的至少一种。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、1.银和镍在基体中分布均匀，显著提高了材料的电性能和使用寿命；

21、2.借助多独立料管硬件条件，可制备梯度成分银镍触头；

22、3.采用3d打印-lmd-等离子-热空脱脂烧结整套工艺，提高了材料的致密性和导电性；

23、4.通过定向设计的3d打印工艺，可灵活调整银镍粉的配比（10-40wt%），实现材料性能的可调控性；

24、5.制备的电触头具有异形结构或梯度成分结构，表面质量高，结合强度好，适用于密封、高温环境。

25、本发明的银镍3d打印材料可用于新材料研发、成分筛选、梯度材料、高通量实验等领域，具有重要的应用价值。