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Alliage complexes à moyenne et basse teneur en argent ayant les propriétés des alliages à titre élevé en ce métal
La présente invention a pour objet la découver- te de certains domaines d'alliages d'argent, contenant de 30 à 70% de ce dernier métal, et présentant très sensible- ment les mêmes,propriétés que les alliages à titre élevé, particulièrement du point de vue couleur, inaltérabilité¯ et usinage, tout en restant de constitution macrographi- quement homogène.
De nombreux alliages possédant des titres moyens analogues, et renfermant principalement comme au- tres métaux constituants un où plusieurs des suivants:
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cuivre, nickel, zinc, cadmium, ont déjà été préconisés, mais n'ont jamais pu se développer du point de vue indus- triel par suite d'inconvénients graves, parmi lesquels; -hétérogénéité chimique révélée par macrogaphie, due à la non-miscibilité quasi-totale, à l'état solide aus- si bien qu'à l'état liquide, de l'argent et du nickel seuls, ou même, dans certains domaines de compositions, en présence d'autres métaux ; -teinte jaunâtre causée par de trop fortes pro- portions en cuivre, la coloration tirant même parfois sur le rose et le mauve pour des teneurs trop grandes en zinc et en cadmium;
-altérabilité, même après décapage, due à une proportion trop élevée en cuivre vis-à-vis des teneurs en autres métaux; -difficulté de travail médanique motivée soit par .une trop grande teneur en nickel, soit par certaines proportions défavorables de zinc ou de cadmium, pouvant entratner la formation de.constituants durs et fragiles.
Les recherches ayant aboutit à la présente dé- couverte ont montré que pour certaines combinaisons de te- neurs des métaux essentiels : argent, nickel, cuivre, zinc, les inconvénients précédents pouvaient tous être évités et les propriétés cherchées obtenues. Lesdites combinai- sons sont régies par les caractères essentiels suivants:
1 ) Le nickel étant indispensable pour mainte- nir la couleur blanche et l'inaltérabilité, on réalise la miscibilité macrographique totale de ce métal dans cer- taines limites, et ce par l'introduction de cuivre ou de zinc ou de ces deux éléments ; c'est cette miscibilité to- tale qui conditionne, en substance, les alliages suivant
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la présente invention ;
2 ) Ce point étant acquis on a constaté, suivant la présente invention, que la détermination des teneurs optima de l'alliage définitif, en fonction de la teneur d'argent choisie à l'avance, peut se faire expérimentale- ment, d'après les données usuelles de la technique, suivant les directives suivantes: d'une part, fixation de la te- neur en nickel aussi élevée et aussi voisine de la limite de miscibilité que possible, compatible avec les commodi- tés de travail mécanique - d'autre part, et simultané- ment, fixation de proportions en cuivre et en zinc telles que le cuivre en trop grande quantité n'entraine pas de co- loration jaune et d'altérabilité, et que le zinc en trop forte teneur ne cause pas lui-même de coloration propre défavorable et de difficultés d'usinage.
Dans ces compositions, le zinc peut être rempla- cé partiellement ou totalement par le cadmium.
Il n'est pas possible, dans l'état actuel de la science, de trouver une loi mathématiquement définie per- mettant de calculer les proportions optima des constituants et et est pourquoi le moyen le plus simple consiste à dé- terminer ces proportions par la voie expérimentale qui vient d'être dite). Il est d'autre part évident que des al- liages très voisins de ceux optima et situés dans la zone de miscibilité possèdent des propriétés encore satisfai- santes, et il n'est pas non plus possible de délimiter .scientifiquement les domaines intéressants puisque le nom- bre des variables est au minimum de quatre.
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Ce Brevet englobe donc tous les alliages nou- veaux qui, d'une part, s'étendant en-deçà de la limite de miscibilité du nickel, pour une teneur donnée en argent entre 30 et 70%, d'autre part tolérant des variations de proportions du cuivre et du zinc ou des additions mini- mes d'autres métaux,.conservent, obligatoirement, les pro- priétés essentielles mentionnées au premier paragraphe et ne se confondent pas, par conséquent , avec les allia- ges réalisés jusqu'à ce jour dans cet ordre d'idées et présentant les colorations, altérabilité, hétérogénéité, etc, qui ont été rappelées.
A titre d'exemple, les compositions suivantes conviennent particulièrement soit pour des monnaies, soit pour l'orfèvrerie: Argent...35 Argent 40 Argent.. 45 Argent,.50 Nickel...12 Nickel .. 12 Nickel.. 11 Nickel..10 Cuivre...38 Cuivre .. 35 Cuivre.. 32 Cuivre..30 Zinc ....15 Zinc .....13 Zinc.....12 Zinc ...10
Il est bien entendu que l'hétérogénéité rédhi- bitoire dont il a été parlé pour certaine alliages voisins est d'ordre macrographique et non miprographique, La struc ture micrographique des alliages visés dans ce Brevet est au contraire presque,toujours à deux constituants, solu- tion solide et eutectiques, absolument comme les alliages d'argent de titre légal à 900, 835 et 800 millièmes.
Dans le cas où l'on destiné ces alliages à des fabrications exigeant un titre final déterminé à quelques millièmes près, la préparation en fonderie s'effectue pré- férablement suivant les modalités ci-après pour éviter les pertes en zinc, métal relativement volatil, et lélé- wation corrélative du titre. On prépare un alliage binai-
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re argent-zinc, correspondant aux teneurs finales en ces deux-éléments dans l'alliage définitif, ceci à partir d' une charge de zinc pur solide, placée au milieu de par- ties d'argent pur solide suffisamment divisé. L'échauf- fement doit être réalisé d'une façon bien continue et suffisamment lente pour que les premièresnpartioules du zinc liquide s'allient aussitôt, vers 420 , à l'argent.
Utilisant ainsi le fait que le liquidas du diagramme bi- naire s'élève graduellement du point de fusion du zinc à celui de l'argent, on évite, par une réalisation ins- tantanée et continue des alliages intermédiaires, la vaporisation du zinc,qui, sans cela, commence pratique- ment au-dessous de la température théorique de 918 .
A mesure que l'on augmente la température, l'alliage s'enrichit en argent jusqu'à l'obtention des proportions désirées.
'Les mêmes remarques sont valables pour le cad- mium dont les points de fusion et de volatilisation, res- pectivement 321 et 778 , sont encore plus bas que ceux du zinc, et rendent l'élaboration plus difficile.
Il est également avantageux d'ajouter à l'allia- ge intermédiaire argent-zinc (ou argent cadmium) ainsi obtenu, un alliage cuivre-nickel préparé lui aussi à l'a- vance, ces deux derniers métaux étant, ainsi qu'on le sait, miscibles en toutes proportions Cette précaution facilite la miscililité du nickel dans l'alliage définitif et elle mérite d'être observée même lorsqu'on ne recher- che pas un titre rigoureusement exact;
Cette technique d'élaboration n'exclue pas l'em- ploi de couvertes et additions appropriées, pour protéger la surface du bain contre les gaz des fours, et affiner l'alliage.
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D'autre part, afin de réaliser la solidification correcte des lingots et éviter en eux des ségrégations chimiques, il y a lieu d'observer pour chaque type d'al- liage, les valeurs optima des vitesses de solidification, et de régler par conséquent, d'une part, la température de coulée, et d'autre part la nature, la température et lee dimensions extérieures et intérieures des lingotiè- res.
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Complex alloys of medium and low silver content having the properties of high titer alloys of this metal
The object of the present invention is the discovery of certain fields of silver alloys, containing from 30 to 70% of the latter metal, and exhibiting very substantially the same properties as high titer alloys, particularly silver. color, inalterability and machining point of view, while remaining macrographically homogeneous.
Numerous alloys having similar average titers, and mainly containing as other constituent metals one or more of the following:
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copper, nickel, zinc, cadmium, have already been recommended, but have never been able to develop from an industrial point of view owing to serious drawbacks, among which; -chemical heterogeneity revealed by macrogaphy, due to almost total immiscibility, in the solid state as well as in the liquid state, silver and nickel alone, or even, in certain fields of compositions, in the presence of other metals; - yellowish tint caused by too high a proportion of copper, the coloring sometimes even tending to pink and mauve for too high zinc and cadmium contents;
-alterability, even after pickling, due to a too high proportion of copper vis-à-vis the contents of other metals; -difficulty of medanic work motivated either by .a too great nickel content, or by certain unfavorable proportions of zinc or cadmium, which can entail the formation of hard and fragile constituents.
The researches which led to the present discovery have shown that for certain combinations of contents of the essential metals: silver, nickel, copper, zinc, the above drawbacks could all be avoided and the desired properties obtained. The said combinations are governed by the following essential characteristics:
1) Nickel being essential to maintain the white color and inalterability, the total macrographic miscibility of this metal is achieved within certain limits, and this by the introduction of copper or zinc or of these two elements; it is this total miscibility which conditions, in substance, the following alloys
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the present invention;
2) This point being acquired, it has been observed, according to the present invention, that the determination of the optimum contents of the final alloy, as a function of the silver content chosen in advance, can be carried out experimentally, from after the usual technical data, according to the following guidelines: on the one hand, setting the nickel content as high and as close to the miscibility limit as possible, compatible with the convenience of mechanical work - d 'on the other hand, and simultaneously, fixing proportions of copper and zinc such that copper in too large a quantity does not lead to yellow coloration and deterioration, and that zinc in too high a content does not cause itself of unfavorable own coloring and machining difficulties.
In these compositions, the zinc can be partially or totally replaced by cadmium.
It is not possible, in the present state of science, to find a mathematically defined law allowing to calculate the optimum proportions of the constituents and and is why the simplest way is to determine these proportions by the experimental method which has just been mentioned). It is on the other hand evident that alloys very close to those optimum and situated in the zone of miscibility have still satisfactory properties, and it is not possible either to define scientifically the fields of interest since the number of variables is a minimum of four.
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This patent therefore covers all the new alloys which, on the one hand, extend below the miscibility limit of nickel, for a given silver content of between 30 and 70%, on the other hand which tolerate variations. proportions of copper and zinc or of minimal additions of other metals,. preserves, necessarily, the essential properties mentioned in the first paragraph and therefore do not merge with the alloys made up to this day in this order of ideas and presenting the colorations, alterability, heterogeneity, etc., which were recalled.
By way of example, the following compositions are particularly suitable either for coins or for goldsmiths: Silver ... 35 Silver 40 Silver .. 45 Silver, .50 Nickel ... 12 Nickel .. 12 Nickel .. 11 Nickel..10 Copper ... 38 Copper .. 35 Copper .. 32 Copper..30 Zinc .... 15 Zinc ..... 13 Zinc ..... 12 Zinc ... 10
It is understood that the annoying heterogeneity of which it has been spoken for certain neighboring alloys is of a macrographic and not miprographic order. The micrographic structure of the alloys referred to in this Patent is on the contrary almost, always with two constituents, solu - solid and eutectic tion, just like the silver alloys of legal grade at 900, 835 and 800 thousandths.
In the case where these alloys are intended for production requiring a final titer determined to within a few thousandths, the preparation in the foundry is preferably carried out according to the following procedures to avoid losses of zinc, a relatively volatile metal, and the corresponding designation of the title. A binai alloy is prepared
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re silver-zinc, corresponding to the final contents of these two-elements in the final alloy, this from a charge of solid pure zinc, placed in the middle of sufficiently divided solid pure silver parts. The heating must be carried out in a very continuous manner and sufficiently slow for the first parts of the liquid zinc to combine immediately, around 420, with the silver.
Using thus the fact that the liquidas of the binary diagram gradually rises from the melting point of zinc to that of silver, one avoids, by an instantaneous and continuous production of the intermediate alloys, the vaporization of the zinc, which , without it, starts at substantially below the theoretical temperature of 918.
As the temperature is increased, the alloy becomes enriched in silver until the desired proportions are obtained.
The same remarks are valid for cadmium whose melting and volatilization points, respectively 321 and 778, are even lower than those of zinc, and make the production more difficult.
It is also advantageous to add to the intermediate silver-zinc alloy (or silver cadmium) thus obtained, a copper-nickel alloy also prepared in advance, the latter two metals being, as is discussed above. Known, miscible in all proportions. This precaution facilitates the miscilility of nickel in the final alloy and it deserves to be observed even when a strictly exact title is not sought;
This production technique does not exclude the use of suitable covers and additions, to protect the surface of the bath against the gases from the furnaces, and to refine the alloy.
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On the other hand, in order to achieve the correct solidification of the ingots and to avoid chemical segregation in them, it is necessary to observe for each type of alloy, the optimum values of the solidification rates, and consequently to adjust , on the one hand, the casting temperature, and on the other hand the nature, the temperature and the external and internal dimensions of the ingots.
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