合金粉体及应用其的激光添加材料制造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种合金粉体及应用其的激光添加材料制造工艺。
【背景技术】
[0002] 模具是产品量产的重要工具，不论是电子、通讯、光电、精密机械或运输工具等产 品的升级，均有赖于模具产业技术能力的提升。同时面对全球化的竞争压力与整个大环境 的快速变化，模具业更是扮演协助产业升级的关键性角色，对工业发展非常的重要。
[0003] 然而，模具的硬度及耐温性直接影响模具的使用寿命，连带影响后端产品的质量 与功能，而模具的工艺及制作成本更影响了产业的竞争力。因此，如何提升模具的硬度与耐 温性以及其工艺是目前模具相关业者积极努力的目标。
【发明内容】
[0004] 本发明涉及一种合金粉体及应用其的激光添加材料制造工艺。
[0005] 根据本发明的一实施例，提出一种合金粉体。合金粉体包括52~60%重量百分比 的镍与铁的组合、16~22%重量百分比的钴或锰、以及其余部分为铬或铝的至少其中之一。
[0006] 根据本发明的另一实施例，提出一种激光添加材料制造工艺。激光添加材料制造 工艺包括以下步骤：提供一合金粉体，包括52~60%重量百分比的镍与铁的组合、16~22% 重量百分比的钴或锰、及其余部分为铬或铝的至少其中之一；对合金粉体进行一激光烧结 步骤以形成一合金制品；以及选择性地对合金制品进行一热处理步骤。
【附图说明】
[0007] 为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合附 图，作详细说明如下：
[0008] 图1示出了依照本发明的一实施例的合金粉体的制造方法示意图。
[0009] 图2示出了依照本发明的一实施例的积层制造方法的示意图。
[0010] 图3示出了依照本发明的一实施例的进行激光添加材料制造工艺的合金粉体的 温度-时间关系图。
【具体实施方式】
[0011] 本发明的实施例中，合金粉体应用于激光添加材料制造工艺以制作合金制品，固 溶态的合金制品具有低硬度有利于后续的加工，而热处理后的合金制品具有高硬度，并且 具有良好的制品质量，可广泛应用于多种模具。以下参照附图详细叙述本发明的实施例。实 施例所提供的细部结构及步骤为举例说明之用，并非对本发明欲保护的范围做限定。具有 通常知识者当可依据实际的需要对这些结构及步骤加以修饰或变化。
[0012] 根据本发明的实施例，以下提出一种合金粉体。
[0013] -实施例中，合金粉体包括52~60%重量百分比的镍与铁的组合、16~22%重量 百分比的钴或锰、以及其余部分为铬或铝的至少其中之一。也就是说，实施例的合金粉体的 组成中，镍加上铁占整个合金粉体的重量百分比为52~60%,合金粉体并包括16~22%重 量百分比的钴或16~22%重量百分比的锰。并且，合金粉体的其余部分为铬、或铝、或铬和 铝之组合。
[0014] 实施例中，合金粉体中，镍占合金粉体的重量百分比例如为12~30%，铁占合金粉 体的重量百分比例如为26~48%。
[0015] 一实施例中，铬占合金粉体的重量百分比例如为16~22%。
[0016] 一实施例中，铝占合金粉体的重量百分比例如为大于0至8%。另一实施例中，铝占 合金粉体的重量百分比例如为3~5%。
[0017] 根据本发明的实施例，以下提出一种激光添加材料制造工艺。于一些实施例中，激 光添加材料制造工艺包括以下步骤。
[0018] 首先，提供一合金粉体。合金粉体的性质如前所述，在此不再赘述。合金粉体的制 造方法例如包括下列步骤：提供一金属原料，以及以一机械方法、一化学方法或一喷雾方法 处理金属原料以形成合金粉体。
[0019] 金属原料例如是纯金属或合金材料。实施例中，金属原料选自：铁、镍、钴、锰、铬、 铝、任两种或两种以上所述金属的合金、或前述的组合。举例而言，一实施例中，合金粉体包 括镍、铁、铝及钴，则金属原料则包括镍、铁、铝及钴的纯金属、任两种或两种以上所述金属 的合金、或前述的组合。另一实施例中，合金粉体包括镍、铁、铝及锰，则金属原料则包括镍、 铁、铝及锰的纯金属、任两种或两种以上所述金属的合金、或前述的组合。
[0020] 接着，将对金属原料以机械方法、化学方法或喷雾方法进行处理。于一些实施例 中，形成合金粉体的机械方法例如包括机械加工法、捣碎法、球磨法、冷流冲击法以及机械 合金法的至少其中之一，化学方法例如包括电解法、热分解法、金属氧化物还原法、液相沉 淀法以及气相沉积法的至少其中之一，喷雾方法例如包括气体喷雾法、水喷雾法、油喷雾 法、离心喷雾法、真空或溶解气体喷雾法以及超音速喷雾法的至少其中一。
[0021] 图1示出了依照本发明的一实施例的合金粉体的制造方法示意图。本实施例中， 合金粉体采用真空感应熔炼气喷雾（VIGA)工艺所制作。如图1所示，将具有预定组成比例 的金属原料置入真空炉10中，接着令金属原料在真空炉10中进行熔炼，熔炼温度大约为 1300~1600°C。金属原料在真空炉10内融熔后，由真空炉10导入喷粉反应室20,接着合 金粉体30便经由出口 20e取出。喷粉过程中，经由控制金属原料的熔汤的温度以及液态金 属的压力（PM;kg/cm2)、流率（m M;kg/sec)及黏度（vm;m2/sec)，可以调整并优化合金粉体 的特性。相较于机械方式的球磨法，以喷雾方法制作而成的合金粉体30的粒径较小，且组 成成分亦较均匀。
[0022] 接着，对合金粉体30进行一激光烧结步骤以形成一合金制品。激光烧结步骤例如 包括以下步骤。
[0023] 首先，对预定制作的合金制品的构造进行图档建立，可以利用设计软件或3D扫描 的方式建议3D图档。然后，利用专业软件对3D图文件进行修补、特殊结构设计以及结构特 性分析。然后，进行积层制造的前置准备，包括对3D图档进行切层、建立支撑结构与切层。 然后，导入合金粉体并采用积层制造方法进行合金制品的制作。于激光烧结步骤所制作出 的合金制品具有低硬度，例如HRC22~28。
[0024] 图2示出了依照本发明的一实施例的积层制造方法的示意图。如图2所示，利用 前述3D图文件的切层图案进行2D加工。详细来说，将聚焦的激光束L例如沿着扫描方向 D移动并照射于预先铺层的合金粉体30上，对加工区的合金粉体30进行烧结，使合金粉体 30达到熔点附近的温度而形成如图2所示的融熔区M，激光束L移开融熔区M后，融熔区M 快速冷却凝固而呈现固溶态，如图2所示的固态区S，而尚未被激光束L烧结的部分仍为合 金粉体30。接着，不断地重复铺覆合金粉体30的层以及以激光束L对该层进行烧结的步 骤，可逐层堆栈成几乎近似于3D图档的合金制品。具有固溶态的合金制品具有低硬度，大 约是HRC22~28,因此非常利于后续的加工。
[0025] 接着，可选择性地对低硬度的合金制品进行精细加工。精细加工的步骤例如可以 利用线切割加工机、放电加工机、或五轴加工机等进行。此阶段中，例如可以对制品的表面 进行细部结构加工或制作表面粗糙度。