CH716441B1 - Process for manufacturing precious metal alloys and precious metal alloys thus obtained. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une poudre d'un alliage formé d'un borure d'un métal précieux, le procédé consistant à faire réagir une source dudit métal précieux avec une source de bore dans un sel ou un mélange de sels à l'état fondu. La poudre peut être enrichie en métal précieux par frittage. La présente invention concerne également un alliage formé d'un borure d'un métal précieux, ledit alliage comprenant des nanoparticules cristallines de MxBy avec M qui est un métal précieux, réparties dans une matrice amorphe de B ou dans une matrice amorphe de B et de M z B a . Un alliage de métal précieux obtenu est un alliage d'or 18 carats et de bore de composition AuB 6 . Les alliages et les poudres d'alliages sont utilisés pour la fabrication de pièces pour l'horlogerie ou la bijouterie.The present invention relates to a method of making a powder of an alloy formed from a boride of a precious metal, the method comprising reacting a source of said precious metal with a source of boron in a salt or a mixture of salts in the molten state. The powder can be enriched with precious metal by sintering. The present invention also relates to an alloy formed from a boride of a precious metal, said alloy comprising crystalline nanoparticles of MxBy with M which is a precious metal, distributed in an amorphous matrix of B or in an amorphous matrix of B and M z B a. A precious metal alloy obtained is an alloy of 18 carat gold and boron of composition AuB 6. Alloys and alloy powders are used in the manufacture of parts for watchmaking or jewelry.
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'alliages de métaux précieux. La présente invention concerne également de tels alliages de métaux précieux et les pièces réalisées avec ces alliages. En particulier, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'alliages légers de métaux précieux obtenus à partir d'or, d'argent, de platine, de palladium, de ruthénium ou d'iridium. Les alliages légers de métaux précieux dont il est question ici sont titrables, c'est-à-dire qu'il s'agit d'alliages dont le rapport entre la masse du métal précieux qui entre dans la composition de l'alliage et la masse totale de cet alliage est déterminé par la loi. The present invention relates to a method of manufacturing precious metal alloys. The present invention also relates to such alloys of precious metals and to parts made with these alloys. In particular, the present invention relates to a process for manufacturing light alloys of precious metals obtained from gold, silver, platinum, palladium, ruthenium or iridium. The light alloys of precious metals in question here are titratable, that is to say that they are alloys whose ratio between the mass of the precious metal which enters into the composition of the alloy and the total mass of this alloy is determined by law.
Arrière-plan technologique de l'inventionTechnological background of the invention
[0002] Au sens de la présente invention et dans tout ce qui suit, on entend par métal précieux un métal choisi dans le groupe constitué par l'or, l'argent, le platine, le palladium, le ruthénium et l'iridium. [0002] For the purposes of the present invention and in what follows, the term “precious metal” is understood to mean a metal chosen from the group consisting of gold, silver, platinum, palladium, ruthenium and iridium.
[0003] Les métaux précieux tels que l'or sont utilisés dans de nombreux domaines comme la bijouterie et l'horlogerie. L'or a comme inconvénient d'être facilement déformable avec pour corollaire qu'un simple impact suffit à déformer le bijou réalisé à l'aide de ce métal précieux. C'est pourquoi on a cherché très tôt à améliorer les propriétés mécaniques de l'or en l'alliant avec d'autres éléments métalliques. A cet égard, l'argent et le cuivre sont les deux principaux métaux utilisés pour améliorer la rigidité de l'or. L'alliage de l'or avec d'autres éléments métalliques tels que l'argent ou le cuivre conduit à des alliages métalliques dont la dureté est supérieure à celle de l'or. Néanmoins, ces alliages d'or ont comme inconvénient de présenter une masse volumique élevée. C'est pourquoi il a été tenté d'allier l'or avec des éléments métalliques de masse volumique plus faible. [0003] Precious metals such as gold are used in many fields such as jewelry and watchmaking. Gold has the disadvantage of being easily deformable with the corollary that a simple impact is enough to deform the jewel made using this precious metal. This is why we tried very early to improve the mechanical properties of gold by alloying it with other metallic elements. In this regard, silver and copper are the two main metals used to improve the rigidity of gold. The alloying of gold with other metallic elements such as silver or copper leads to metallic alloys whose hardness is greater than that of gold. However, these gold alloys have the drawback of having a high density. This is why attempts have been made to alloy gold with metallic elements of lower density.
[0004] Des essais ont été effectués pour tenter d'allier l'or (Au) qui est un métal lourd, c'est-à-dire un métal dont la masse volumique est élevée (environ 19.3 g.cm<-3>), avec le bore (B) qui est un métal très léger, c'est-à-dire dont la masse volumique est faible (environ 2.3 g.cm<-3>). Néanmoins, les tentatives effectuées jusqu'à aujourd'hui pour tenter d'allier l'or et le bore se sont soldées par des échecs ou, au mieux, ont abouti à des taux de dissolution du bore très faibles, ne permettant pas d'envisager une production industrielle. Les matériaux résultant de la combinaison de l'or et du bore se sont en effet révélés instables et il s'est avéré impossible de réaliser des composants massifs titrables tels que de l'or 18 carats à l'aide de cette combinaison. Ces problèmes s'expliquent notamment par le fait qu'au cours d'un procédé classique d'alliage par fusion des éléments, on ne parvient pas à mélanger l'or et le bore. En effet, en raison de sa masse volumique élevée, l'or a tendance à sédimenter au fond du creuset, tandis que le bore dont la masse volumique est plus faible, surnage. Tests were carried out to try to alloy gold (Au) which is a heavy metal, that is to say a metal with a high density (approximately 19.3 g.cm <-3> ), with boron (B) which is a very light metal, that is to say of which the density is low (approximately 2.3 g.cm <-3>). However, attempts to date to try to ally gold and boron have failed or, at best, resulted in very low boron dissolution rates, not allowing for consider industrial production. The materials resulting from the combination of gold and boron have indeed proven to be unstable and it has been found impossible to achieve titratable massive components such as 18 karat gold using this combination. These problems are explained in particular by the fact that during a conventional process of alloying by melting the elements, it is not possible to mix the gold and the boron. Indeed, because of its high density, gold tends to sediment at the bottom of the crucible, while boron, which has a lower density, floats.
[0005] Ainsi, de nombreux documents tels que le chapitre 10 du Handbook of Solid State Chemistry, First Edition, Edited by Richard Dronskowski, Shinichi Kikkawa, and Andreas Stein, publié en 2017 relèvent l'impossibilité de réaliser des borures de métaux précieux riches en bore, à savoir des borures métalliques MxBy où M est un métal avec un rapport y sur x supérieur ou égal à 1. [0005] Thus, many documents such as chapter 10 of the Handbook of Solid State Chemistry, First Edition, Edited by Richard Dronskowski, Shinichi Kikkawa, and Andreas Stein, published in 2017 note the impossibility of producing rich precious metal borides boron, namely metal borides MxBy where M is a metal with a y to x ratio greater than or equal to 1.
[0006] A titre d'exemple, dans le cas du palladium, on a pu obtenir des borures métalliques dont la teneur en bore n'excédait pas Pd6B à Pd2B. On est parvenu à obtenir PtB0.7pour le platine, ce qui se situe à la limite basse des borures métalliques riches en bore. Pour un or 18 carat, c'est-à-dire renfermant 75% en masse d'or, il est nécessaire d'avoir une composition proche ou égale à AuB5.7, ce qui, à la connaissance de la Demanderesse, n'a pas été réalisé pour l'instant. For example, in the case of palladium, it was possible to obtain metal borides whose boron content did not exceed Pd6B to Pd2B. We have succeeded in obtaining PtB0.7 for platinum, which is at the lower limit of metal borides rich in boron. For 18-carat gold, that is to say containing 75% by mass of gold, it is necessary to have a composition close to or equal to AuB5.7, which, to the knowledge of the Applicant, does not has not yet been completed.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
[0007] La présente invention a pour but de fournir un procédé de fabrication d'alliages légers de métaux précieux permettant notamment d'obtenir des alliages légers de métaux précieux stables d'un point de vue physicochimique et à l'aide desquels il est possible de réaliser des composants massifs. Plus précisément, le procédé selon l'invention consiste à réaliser un alliage d'un métal précieux et de bore par réaction d'une source dudit métal précieux avec une source de bore dans un mélange de sels fondus agissant comme solvant. La source de bore se présente à l'état de poudre, éventuellement faiblement agrégée, et la source de métal précieux se présente également à l'état de poudre. Le mélange de la source de bore, de la source de métal précieux et du ou des sels peut ensuite être soumis à un broyage doux, par exemple réalisé au moyen d'un mortier, cette opération s'effectuant sous atmosphère sèche, c'est-à-dire exempte d'humidité, et de préférence inerte. The object of the present invention is to provide a process for manufacturing light alloys of precious metals making it possible in particular to obtain light alloys of precious metals which are stable from a physicochemical point of view and with the aid of which it is possible to produce massive components. More precisely, the process according to the invention consists in producing an alloy of a precious metal and boron by reacting a source of said precious metal with a source of boron in a mixture of molten salts acting as a solvent. The source of boron is in the state of powder, possibly weakly aggregated, and the source of precious metal is also in the state of powder. The mixture of the source of boron, of the source of precious metal and of the salt (s) can then be subjected to gentle grinding, for example carried out by means of a mortar, this operation being carried out in a dry atmosphere. that is to say free from moisture, and preferably inert.
[0008] De préférence, la source de bore est un borohydrure de sodium et la source de métal précieux est un chlorure dudit métal précieux. L'alliage issu de ce procédé est formé de nanoparticules de borure de métal précieux MxBy où M est le métal précieux réparties dans une matrice de bore B. Préférentiellement, le rapport y/x des nanoparticules de borure de métal précieux MxByest supérieur ou égal à 1 et, plus préférentiellement, supérieur ou égal à 2. Le procédé selon l'invention permet ainsi de réaliser des alliages de métaux précieux riches en bore. Preferably, the source of boron is a sodium borohydride and the source of precious metal is a chloride of said precious metal. The alloy resulting from this process is formed from precious metal boride nanoparticles MxBy where M is the precious metal distributed in a boron matrix B. Preferably, the y / x ratio of the precious metal boride nanoparticles MxBy is greater than or equal to 1 and, more preferably, greater than or equal to 2. The process according to the invention thus makes it possible to produce alloys of precious metals rich in boron.
[0009] Selon une forme d'exécution de l'invention, l'alliage de métal précieux et de bore est directement utilisé pour fabriquer une pièce par métallurgie des poudres. According to one embodiment of the invention, the alloy of precious metal and boron is directly used to manufacture a part by powder metallurgy.
[0010] Selon une autre forme d'exécution de l'invention, l'alliage de métal précieux et de bore issu du procédé par synthèse en sels fondus selon l'invention est enrichi en métal précieux avant de fabriquer la pièce par métallurgie des poudres. According to another embodiment of the invention, the alloy of precious metal and boron resulting from the process by synthesis of molten salts according to the invention is enriched in precious metal before manufacturing the part by powder metallurgy .
[0011] La présente invention concerne ainsi l'alliage de métal précieux et de bore directement issu du procédé de fabrication par synthèse en sels fondus ainsi que l'alliage enrichi en métal précieux. Elle concerne également les pièces, en particulier les pièces d'horlogerie ou de bijouterie, réalisées avec l'alliage de métal précieux et de bore directement issu du procédé de fabrication par réaction en sels fondus ou avec ce même alliage enrichi en métal précieux. En effet, il est possible que le rapport y/x soit trop élevé pour réaliser, par exemple, un or 18 carats. Dans ce cas, la matrice de bore est enrichie avec le métal précieux. The present invention thus relates to the alloy of precious metal and boron directly resulting from the manufacturing process by synthesis in molten salts as well as the alloy enriched in precious metal. It also relates to parts, in particular timepieces or jewelry parts, made with the alloy of precious metal and boron directly resulting from the manufacturing process by reaction with molten salts or with this same alloy enriched in precious metal. Indeed, it is possible that the y / x ratio is too high to achieve, for example, an 18 carat gold. In this case, the boron matrix is enriched with the precious metal.
[0012] Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des alliages de métal précieux et de bore qui présentent à la fois d'excellentes propriétés mécaniques et une faible masse volumique. A la connaissance de la Demanderesse, le procédé selon l'invention offre, pour la première fois, la possibilité d'allier, à une échelle industrielle, un composant de masse volumique très faible, en l'occurrence le bore, avec un métal précieux, notamment mais non exclusivement l'or, dont la masse volumique est élevée. De façon remarquable, dans le procédé selon l'invention, le métal précieux sélectionné et le bore s'allient intimement, sans qu'à aucun moment un phénomène de ségrégation entre les deux matériaux ne puisse être observé. The process according to the invention makes it possible to obtain alloys of precious metal and of boron which exhibit both excellent mechanical properties and a low density. To the knowledge of the Applicant, the process according to the invention offers, for the first time, the possibility of combining, on an industrial scale, a component of very low density, in this case boron, with a precious metal. , especially but not exclusively gold, the density of which is high. Remarkably, in the process according to the invention, the precious metal selected and the boron combine intimately, without at any time a phenomenon of segregation between the two materials being observed.
Description détaillée d'un mode de mise en oeuvre de l'inventionDetailed description of an embodiment of the invention
[0013] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un borure d'un métal précieux, aussi appelé ci-après alliage de métal précieux et de bore, et un procédé de fabrication d'une pièce réalisée dans cet alliage. L'alliage est fabriqué par synthèse dans des sels fondus, synthèse également connue sous sa dénomination anglo-saxonne Synthesis in Molten Salts ou SMS. Cette synthèse consiste à mettre en présence des substances réactives du métal précieux et du bore dans un milieu comprenant des sels. Lorsque l'on chauffe l'ensemble, les sels fondent, agissant par conséquent à la façon d'un milieu liquide. La synthèse de l'alliage de métal précieux et de bore dans des sels fondus fait appel à une source de métal et à une source de bore. La source de métal peut être choisie parmi le groupe comprenant les sulfates, les carbonates, les acétates, les nitrates, les acétylacétonates et les halogénures du métal précieux. Préférentiellement, la source de métal précieux est un halogénure et, plus précisément encore, un chlorure du métal précieux (MCIx). Le métal précieux est choisi parmi l'or (Au), l'argent (Ag), le platine (Pt), le palladium (Pd), le ruthénium (Rh) et l'iridium (Ir) et, plus préférentiellement, parmi l'or, l'argent, le platine et l'iridium. La source de bore peut être choisie parmi le groupe comprenant les boranes (BxHy) et les borohydrures (MBH4). Préférentiellement, la source de bore est du borohydrure de sodium (NaBH4). Ainsi, la réaction est préférentiellement réalisée en présence d'un chlorure du métal précieux, tel que AuCl3pour l'or (Au), et de borohydrure de sodium (NaBH4). Concernant les sels agissant comme milieu de réaction, ils sont préférentiellement solubles dans l'eau pour permettre la récupération du borure après la réaction. A titre d'exemple, il peut s'agir d'un mélange d'un ou plusieurs sels de métaux alcalins et plus précisément d'halogénures, de carbonates, de sulfates ou encore de nitrates. Préférentiellement, il s'agit d'un mélange eutectique de chlorure de lithium et de chlorure de potassium dans un rapport 45-50% en poids de LiCI et 55-50% en poids de KCI qui a un point de fusion aux alentours de 355°C. Le sel est préférentiellement présent dans une quantité molaire supérieure à celle de la quantité molaire totale du bore dans la source de bore et du métal dans la source de métal précieux. The present invention relates to a method of manufacturing a boride of a precious metal, also referred to below as an alloy of precious metal and of boron, and a method of manufacturing a part made of this alloy. The alloy is produced by synthesis in molten salts, a synthesis also known by its Anglo-Saxon name Synthesis in Molten Salts or SMS. This synthesis consists in bringing together the reactive substances of the precious metal and of boron in a medium comprising salts. When the whole is heated, the salts melt, thus acting like a liquid medium. The synthesis of the alloy of precious metal and boron in molten salts uses a source of metal and a source of boron. The source of metal can be selected from the group comprising sulfates, carbonates, acetates, nitrates, acetylacetonates and halides of the precious metal. Preferably, the source of precious metal is a halide and, more precisely still, a chloride of the precious metal (MCIx). The precious metal is chosen from gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Rh) and iridium (Ir) and, more preferably, from gold, silver, platinum and iridium. The source of boron can be chosen from the group comprising boranes (BxHy) and borohydrides (MBH4). Preferably, the source of boron is sodium borohydride (NaBH4). Thus, the reaction is preferably carried out in the presence of a chloride of the precious metal, such as AuCl3 for gold (Au), and of sodium borohydride (NaBH4). As regards the salts acting as a reaction medium, they are preferably soluble in water to allow recovery of the boride after the reaction. By way of example, it may be a mixture of one or more alkali metal salts and more precisely of halides, carbonates, sulphates or even nitrates. Preferably, it is a eutectic mixture of lithium chloride and potassium chloride in a ratio of 45-50% by weight of LiCl and 55-50% by weight of KCI which has a melting point around 355 ° C. The salt is preferably present in a molar quantity greater than that of the total molar quantity of boron in the source of boron and of the metal in the source of precious metal.
[0014] Le sel est typiquement solide à température ambiante et est mis en fusion à une température comprise entre 100 et 1000°C, de préférence entre 355 et 900°C pendant la réaction. Idéalement, on se place au-dessus de la température de fusion du mélange de sels, mais en-dessous de la température de vaporisation de ce mélange. A titre d'exemple, le mélange Lil/KI se vaporise partiellement au-delà de 850°C. The salt is typically solid at room temperature and is melted at a temperature between 100 and 1000 ° C, preferably between 355 and 900 ° C during the reaction. Ideally, one places oneself above the melting temperature of the mixture of salts, but below the vaporization temperature of this mixture. For example, the Lil / KI mixture partially vaporizes above 850 ° C.
[0015] En outre, le milieu réactif peut optionnellement comporter un ou plusieurs additifs ayant pour fonction de contrôler la taille des particules et/ou la morphologie du borure obtenu. Il peut, à titre d'exemple, s'agir d'un iodure tel qu'un iodure de potassium ou de sodium. La quantité d'additif est préférentiellement comprise entre 1 et 100 moles par mole de métal de la source de métal précieux. [0015] In addition, the reactive medium can optionally comprise one or more additives having the function of controlling the size of the particles and / or the morphology of the boride obtained. It may, by way of example, be an iodide such as potassium or sodium iodide. The amount of additive is preferably between 1 and 100 moles per mole of metal of the precious metal source.
[0016] Le procédé peut être réalisé à pression ambiante ou à une pression supérieure à la pression ambiante. L'atmosphère peut être contrôlée. Ainsi, l'utilisation de sels de lithium et de potassium nécessite de devoir travailler sous atmosphère inerte, en raison de la sensibilité de ces produits chimiques à l'eau et/ou à l'oxygène. Par conséquent, les précurseurs sont manipulés et mélangés sous atmosphère inerte d'argon. La synthèse proprement dite est menée sous atmosphère d'argon et non d'azote, étant donné que l'azote est susceptible de réagir avec certaines espèces de bore et de conduire à la formation de nitrure de bore. The method can be carried out at ambient pressure or at a pressure greater than ambient pressure. The atmosphere can be controlled. Thus, the use of lithium and potassium salts requires having to work in an inert atmosphere, due to the sensitivity of these chemicals to water and / or oxygen. Therefore, the precursors are handled and mixed under an inert argon atmosphere. The actual synthesis is carried out under an atmosphere of argon and not of nitrogen, given that nitrogen is capable of reacting with certain species of boron and of leading to the formation of boron nitride.
[0017] Le procédé est réalisé en mélangeant la source de métal précieux, la source de bore et le ou les sels. Le tout est chauffé à la température désirée pour fondre le sel ou le mélange de sels et maintenu à cette température pendant un temps préférentiellement compris entre 30 minutes et 10 heures. Après la réaction, on laisse le milieu réactif refroidir de préférence naturellement. On obtient des borures de métal sous la forme d'agrégats dispersés dans un volume de sels figés. Pour éliminer les sels, on effectue des cycles de lavage/centrifugation dans un solvant polaire tel que de l'eau ou du méthanol. The method is carried out by mixing the source of precious metal, the source of boron and the salt (s). The whole is heated to the desired temperature to melt the salt or the mixture of salts and maintained at this temperature for a time preferably between 30 minutes and 10 hours. After the reaction, the reactive medium is preferably allowed to cool naturally. Metal borides are obtained in the form of aggregates dispersed in a volume of fixed salts. To remove the salts, washing / centrifugation cycles are carried out in a polar solvent such as water or methanol.
[0018] L'alliage issu de ce procédé de fabrication en sels fondus se présente sous forme d'une poudre formée d'agrégats de nanoparticules cristallines de borure métallique MxBydispersées dans une matrice de bore B amorphe. On entend par particules nanométriques des particules dont la taille est comprise entre 5 et 200 nm, de préférence entre 10 et 100 nm. Les agrégats ont typiquement une taille comprise entre 0.3 et 1 micromètre. Préférentiellement, le rapport stoechiométrique y/x du borure métallique MxByqui compose les nanoparticules cristallines est supérieur ou égal à 1 et, plus préférentiellement, supérieur ou égal à 2. Ainsi, pour un alliage d'or 18 carats, les nanoparticules doivent répondre à la composition AuByavec y proche de 6. The alloy resulting from this molten salt manufacturing process is in the form of a powder formed from aggregates of crystalline nanoparticles of metal boride MxBydispersed in an amorphous boron B matrix. The term “nanometric particles” is understood to mean particles whose size is between 5 and 200 nm, preferably between 10 and 100 nm. Aggregates typically have a size between 0.3 and 1 micrometer. Preferably, the stoichiometric ratio y / x of the metal boride MxBy which composes the crystalline nanoparticles is greater than or equal to 1 and, more preferably, greater than or equal to 2. Thus, for an 18 carat gold alloy, the nanoparticles must meet the requirement. AuByavec composition y close to 6.
[0019] Selon une première forme d'exécution de l'invention, l'alliage issu du procédé de fabrication par synthèse en sels fondus est directement utilisé pour fabriquer une pièce par métallurgie des poudres. La poudre formée des agrégats est utilisée comme telle ou est préalablement broyée pour obtenir une poudre avec un d50 inférieur à 70 µm. Autrement dit, 50% des particules formant la poudre ont un diamètre inférieur ou égal à 70 µm. According to a first embodiment of the invention, the alloy resulting from the manufacturing process by synthesis of molten salts is directly used to manufacture a part by powder metallurgy. The powder formed from the aggregates is used as such or is ground beforehand to obtain a powder with a d50 of less than 70 μm. In other words, 50% of the particles forming the powder have a diameter less than or equal to 70 μm.
[0020] Selon une seconde forme d'exécution de l'invention, l'alliage est enrichi en métal précieux avant la fabrication de la pièce par métallurgie des poudres. Cet enrichissement est réalisé via les étapes additionnelles consistant à : se munir d'une quantité de la poudre de l'alliage précité, la poudre pouvant être directement issue du procédé de synthèse en sels fondus ou être broyée pour atteindre le d50 inférieur à 70 µm; se munir d'une quantité de poudre de métal précieux. Il peut s'agir du même métal précieux que celui utilisé comme source pour obtenir l'alliage par synthèse en sels fondus. Il est également envisageable d'enrichir l'alliage avec un autre métal précieux ou encore avec un mélange de métaux précieux. Cette poudre présente un d50 inférieur à 70 µm; mélanger ces deux quantités de poudres et fritter le mélange résultant afin d'obtenir, après frittage, un alliage comprenant des nanoparticules cristallines de borure métallique MxByavec M qui est le métal précieux, réparties dans une matrice formée de bore B amorphe et de borure métallique MzBa, avec z et a qui peuvent être égaux ou inférieurs à respectivement x et y. On notera que la stoechiométrie des particules de borure métallique dispersées dans la matrice de bore n'est habituellement pas la même que celle des particules de borure métallique qui forment la matrice avec le bore. Les particules de borure métallique qui forment la matrice avec le bore ont souvent une fraction molaire z du métal égale, voire légèrement supérieure, à la fraction molaire a du bore.According to a second embodiment of the invention, the alloy is enriched in precious metal before the manufacture of the part by powder metallurgy. This enrichment is carried out via the additional steps consisting of: provide a quantity of the powder of the aforementioned alloy, the powder possibly coming directly from the process of synthesis in molten salts or being ground to reach the d50 of less than 70 μm; take a quantity of precious metal powder. It may be the same precious metal as that used as the source to obtain the alloy by synthesis in molten salts. It is also possible to envisage enriching the alloy with another precious metal or even with a mixture of precious metals. This powder has a d50 of less than 70 μm; mix these two quantities of powders and sinter the resulting mixture in order to obtain, after sintering, an alloy comprising crystalline nanoparticles of metal boride MxBy with M which is the precious metal, distributed in a matrix formed of amorphous boron B and metal boride MzBa , with z and a which can be equal to or less than x and y respectively. Note that the stoichiometry of the metal boride particles dispersed in the boron matrix is usually not the same as that of the metal boride particles which form the matrix with boron. The particles of metal boride which form the matrix with boron often have a mole fraction z of the metal equal to or even slightly greater than the mole fraction a of boron.
[0021] On précisera que des éléments autres que des métaux précieux comme, par exemple, du nickel, peuvent être ajoutés au mélange durant cette étape. On notera également qu'à l'issue de l'opération de frittage, le produit obtenu est réduit à l'état de poudre, typiquement par micronisation. It will be specified that elements other than precious metals such as, for example, nickel, can be added to the mixture during this step. It will also be noted that at the end of the sintering operation, the product obtained is reduced to the powder state, typically by micronization.
[0022] Le procédé de fabrication de la pièce, que ce soit avec l'alliage selon la première variante ou avec l'alliage selon la seconde variante, comporte ensuite les étapes suivantes : compacter la poudre par application d'une pression uni-axiale ; soumettre ladite poudre compactée à un traitement de frittage par plasma à étincelles (Spark Plasma Sintering ou flash sintering) sous une pression comprise entre 0,5 GPa et 10 GPa, ou bien à un traitement de compression isostatique à chaud (Hot Isostatic Pressing ou HIP) sous une pression comprise entre 80 bars et 2200 bars, le traitement étant effectué à une température comprise entre 400°C et 2100 °C afin d'obtenir au moins un lingot d'un alliage de métal précieux et de bore ; usiner le lingot d'alliage de métal précieux et de bore afin d'obtenir la pièce recherchée, ou bien réduire le lingot d'alliage de métal précieux et de bore à l'état de poudre par un traitement de micronisation, et obtenir la pièce recherchée par traitement de la poudre résultant du traitement de micronisation.The part manufacturing process, whether with the alloy according to the first variant or with the alloy according to the second variant, then comprises the following steps: compact the powder by applying uniaxial pressure; subjecting said compacted powder to a spark plasma sintering treatment (Spark Plasma Sintering or flash sintering) under a pressure of between 0.5 GPa and 10 GPa, or else to a hot isostatic compression treatment (Hot Isostatic Pressing or HIP ) under a pressure of between 80 bars and 2200 bars, the treatment being carried out at a temperature of between 400 ° C and 2100 ° C in order to obtain at least one ingot of an alloy of precious metal and boron; machining the precious metal and boron alloy ingot in order to obtain the desired part, or else reducing the precious metal and boron alloy ingot to the powder state by a micronization treatment, and obtaining the desired part by treating the powder resulting from the micronization treatment.
[0023] Une fois que l'on a micronisé le lingot d'alliage de métal précieux et de bore, une première possibilité pour obtenir la pièce massive recherchée consiste à introduire la poudre résultant du traitement de micronisation dans un moule et à soumettre ce moule à une pression uni-axiale ou isostatique. Once the precious metal and boron alloy ingot has been micronized, a first possibility to obtain the desired solid part consists in introducing the powder resulting from the micronization treatment in a mold and in subjecting this mold at uni-axial or isostatic pressure.
[0024] Une fois que l'on a micronisé le lingot d'alliage de métal précieux et de bore, une deuxième possibilité pour obtenir la pièce massive recherchée consiste à soumettre la poudre résultant du traitement de micronisation à un traitement de fabrication additive tridimensionnelle. Once the precious metal and boron alloy ingot has been micronized, a second possibility for obtaining the desired solid part consists in subjecting the powder resulting from the micronization treatment to a three-dimensional additive manufacturing treatment.
[0025] Le traitement de fabrication additive tridimensionnelle peut être du type à impression directe. Les techniques de fabrication additives tridimensionnelles du type direct disponibles sont le frittage laser, encore connu sous sa dénomination anglo-saxonne Selective Laser Melting ou SLM et le frittage par bombardement d'électrons également connu sous sa dénomination anglo-saxonne E-beam melting. The three-dimensional additive manufacturing processing can be of the direct printing type. The three-dimensional additive manufacturing techniques of the direct type available are laser sintering, also known by its Anglo-Saxon name Selective Laser Melting or SLM, and sintering by electron bombardment also known by its Anglo-Saxon name E-beam melting.
[0026] Le traitement de fabrication additive tridimensionnelle peut être du type à impression indirecte. Les techniques de fabrication additives tridimensionnelles du type indirect disponibles sont : impression par jet d'encre (Inkjetting) : la poudre résultant du traitement de micronisation du lingot d'alliage de métal précieux et de bore est dispersée dans l'encre. L'encre est imprimée couche après couche, chaque couche étant durcie par exposition au rayonnement d'une source de lumière par exemple UV avant dépôt de la couche suivante. nanoparticule jetting (NPJ) : cette technique, notamment développée par la société XJet, est semblable à l'impression par jet d'encre liquide, à la différence près que l'encre est composée de nanoparticules en suspension résultant du traitement de micronisation. La suspension est ensuite projetée, puis séchée couche par couche. Digital Light Projecting (DLP) : cette technique consiste à projeter par réflexion sur un miroir l'image de la pièce que l'on souhaite structurer sur un lit de poudre contenant les particules de poudre résultant du traitement de micronisation dispersées dans un photopolymère.The three-dimensional additive manufacturing processing can be of the indirect printing type. The indirect type three-dimensional additive manufacturing techniques available are: Inkjet printing (Inkjetting): the powder resulting from the micronization treatment of the precious metal boron alloy ingot is dispersed in the ink. The ink is printed layer after layer, each layer being cured by exposure to radiation from a light source, for example UV, before depositing the next layer. nanoparticle jetting (NPJ): this technique, developed in particular by the XJet company, is similar to liquid inkjet printing, except that the ink is composed of nanoparticles in suspension resulting from the micronization treatment. The suspension is then sprayed, then dried layer by layer. Digital Light Projecting (DLP): this technique consists in projecting by reflection on a mirror the image of the part that you want to structure on a powder bed containing the powder particles resulting from the micronization treatment dispersed in a photopolymer.
[0027] Une fois que l'on a micronisé le lingot d'alliage de métal précieux et de bore, une troisième possibilité pour obtenir la pièce massive recherchée consiste à soumettre la poudre résultant du traitement de micronisation du lingot à un traitement de fabrication additive tridimensionnelle, d'injection ou de micro-injection en présence d'un liant polymérique. Ainsi, la poudre résultant du traitement de micronisation du lingot d'alliage de métal précieux et de bore est mélangée avec le liant polymérique afin d'obtenir une charge d'alimentation (feedstock). On réalise ensuite une pièce verte (green body) dont la forme correspond au profil de la pièce recherchée en soumettant la charge d'alimentation soit à une injection ou à une micro-injection, soit à une technique de fabrication additive. Once we have micronized the precious metal and boron alloy ingot, a third possibility to obtain the desired solid part consists in subjecting the powder resulting from the micronization treatment of the ingot to an additive manufacturing treatment three-dimensional, injection or micro-injection in the presence of a polymeric binder. Thus, the powder resulting from the micronization treatment of the precious metal and boron alloy ingot is mixed with the polymeric binder in order to obtain a feedstock. A green part is then produced, the shape of which corresponds to the profile of the part sought by subjecting the feedstock either to an injection or to a micro-injection, or to an additive manufacturing technique.
[0028] Parmi les techniques disponibles de fabrication additive indirectes en présence d'un liant polymérique, on peut citer : Solvent on Granulate jetting : cette technique consiste à projeter un solvant sur un lit de granulats formé par la charge d'alimentation ou feedstock. Les dimensions de ces granulats sont de l'ordre de 10 µm à 50 µm. La pièce recherchée est imprimée couche par couche, les granulats s'agglomérant grâce au liant. FFD (Fused Filament Déposition) : des filaments dont les dimensions sont dans le domaine du millimètre sont réalisés en agglomérant la charge d'alimentation ou feedstock. Ces filaments sont ensuite chauffés et la matière dont ils sont faits s'échappent d'une buse dont le diamètre est de l'ordre de 40 µm et permettent d'imprimer la pièce recherchée en trois dimensions. micro-extrusion.Among the techniques available for indirect additive manufacturing in the presence of a polymeric binder, mention may be made of: Solvent on Granulate jetting: this technique consists in spraying a solvent on a bed of aggregates formed by the feedstock or feedstock. The dimensions of these aggregates are of the order of 10 μm to 50 μm. The desired part is printed layer by layer, the aggregates agglomerating thanks to the binder. FFD (Fused Filament Deposition): filaments whose dimensions are in the millimeter range are made by agglomerating the feedstock or feedstock. These filaments are then heated and the material from which they are made escapes from a nozzle whose diameter is of the order of 40 μm and make it possible to print the desired part in three dimensions. micro-extrusion.
[0029] En variante, le mélange entre le liant et la poudre peut être directement réalisé lors de la fabrication additive en utilisant la technique de binder jetting qui consiste à projeter un jet d'encre contenant un solvant et un liant sur un lit de poudre formé par les particules de poudre résultant du traitement de micronisation. [0029] As a variant, the mixing between the binder and the powder can be carried out directly during additive manufacturing using the binder jetting technique which consists in projecting an ink jet containing a solvent and a binder on a bed of powder formed by the powder particles resulting from the micronization treatment.
[0030] Quant au liant, il est choisi dans le groupe formé par le polyéthylène glycol (PEG), le cellulose acétate butyrate (CAB), le nano-cellulose (dérivé nanométrique du cellulose), l'amidon de maïs, le sucre, l'acide polylactique (Polylactic Acid ou PLA), le polyéthylène, le polypropylène, la cire synthétique ou naturelle et l'acide stéarique. As for the binder, it is chosen from the group formed by polyethylene glycol (PEG), cellulose acetate butyrate (CAB), nano-cellulose (nanometric derivative of cellulose), corn starch, sugar, polylactic acid (Polylactic Acid or PLA), polyethylene, polypropylene, synthetic or natural wax and stearic acid.
[0031] Une pièce brune (brown body) est obtenue en soumettant la pièce verte à une étape d'élimination du liant polymérique appelée étape de déliantage au cours de laquelle la pièce verte est traitée chimiquement, puis thermiquement dans un four pour brûler le liant polymérique résiduel, cette étape de déliantage s'effectuant typiquement en phase gazeuse dans une atmosphère d'acide nitrique ou d'acide oxalique et à une température comprise entre 100°C et 140°C. A brown part (brown body) is obtained by subjecting the green part to a step of removing the polymeric binder called debinding step during which the green part is treated chemically, then thermally in an oven to burn the binder residual polymer, this debinding step typically taking place in the gas phase in an atmosphere of nitric acid or oxalic acid and at a temperature between 100 ° C and 140 ° C.
[0032] Finalement, la pièce brune est soumise à un traitement de frittage sous atmosphère protégée et à une température comprise entre 700°C et 1800°C afin d'obtenir la pièce recherchée. Finally, the brown part is subjected to a sintering treatment in a protected atmosphere and at a temperature between 700 ° C and 1800 ° C in order to obtain the desired part.
[0033] On notera qu'il est possible, après le traitement de frittage, de soumettre la pièce issue de l'étape de frittage à une étape de post-traitement par compression isostatique à chaud (Hot Isostatic Pressing ou HIP) sous une pression comprise entre 500 bars et 2200 bars, et à une température comprise entre 600°C et 2100°C. It will be noted that it is possible, after the sintering treatment, to subject the part resulting from the sintering step to a post-treatment step by hot isostatic compression (Hot Isostatic Pressing or HIP) under a pressure between 500 bars and 2200 bars, and at a temperature between 600 ° C and 2100 ° C.
[0034] La pièce ainsi fabriquée est réalisée dans un alliage en borure de métal précieux. Cet alliage est, selon la première variante, formé de nanoparticules cristallines de MxBy où M est le métal précieux réparties dans une matrice amorphe de bore B. Selon la seconde variante, l'alliage enrichi en métal précieux comporte les nanoparticules cristallines de MxByréparties dans une matrice amorphe de bore B et de borure de métal précieux MzBa. Le métal précieux M est choisi parmi l'or (Au), l'argent (Ag), le platine (Pt), le palladium (Pd), le ruthénium (Rh) et l'iridium (Ir). Préférentiellement, il est choisi parmi l'or, l'argent, le platine et l'iridium et plus préférentiellement il s'agit d'or. De préférence, le rapport y/x des nanoparticules MxByest supérieur ou égal à 1, plus préférentiellement, il est supérieur ou égal à 2. Quant au rapport a/z, il est typiquement inférieur ou égal à 1. The part thus manufactured is made of a precious metal boride alloy. This alloy is, according to the first variant, formed of crystalline nanoparticles of MxBy where M is the precious metal distributed in an amorphous matrix of boron B. According to the second variant, the alloy enriched in precious metal comprises the crystalline nanoparticles of MxByeparticles in a amorphous matrix of boron B and precious metal boride MzBa. The precious metal M is chosen from gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Rh) and iridium (Ir). Preferably, it is chosen from gold, silver, platinum and iridium and more preferably it is gold. Preferably, the y / x ratio of the MxBy nanoparticles is greater than or equal to 1, more preferably, it is greater than or equal to 2. As for the a / z ratio, it is typically less than or equal to 1.
[0035] Les alliages légers de métaux précieux dont il est question ici sont titrables, c'est-à-dire qu'il s'agit d'alliages dont le rapport entre la masse du métal précieux qui entre dans la composition de l'alliage et la masse totale de cet alliage est déterminé par la loi. Un alliage de métal précieux remarquable obtenu grâce au procédé de l'invention est un alliage d'or et de bore 18 carats de composition AuB6avec une masse volumique comprise entre 6.6 et 7 g/cm<3>. On notera également que la poudre d'or utilisée dans le cadre de la présente invention est préférentiellement une poudre d'or 1⁄2 jaune vif 24 carats. The light alloys of precious metals in question here are titratable, that is to say that they are alloys of which the ratio between the mass of the precious metal which enters into the composition of the alloy and the total mass of this alloy is determined by law. A remarkable precious metal alloy obtained by the process of the invention is an 18 carat gold and boron alloy of AuB6 composition with a density of between 6.6 and 7 g / cm <3>. It will also be noted that the gold powder used in the context of the present invention is preferably a 24 carat 1⁄2 bright yellow gold powder.
[0036] La pièce peut, en particulier, être une pièce d'horlogerie ou de bijouterie et, plus précisément, une pièce d'habillage telle qu'une carrure, un fond, une lunette, un poussoir, un maillon de bracelet, un cadran, une aiguille, un index de cadran, etc. The part can, in particular, be a timepiece or jewelry piece and, more precisely, a covering part such as a caseband, a back, a bezel, a pusher, a bracelet link, a dial, needle, dial index, etc.
[0037] Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et que diverses modifications et variantes simples peuvent être envisagées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications annexées. It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments which have just been described and that various modifications and simple variants can be envisaged by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. as defined by the appended claims.
Claims (23)
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Publications (2)
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ID=74194359
Family Applications (2)
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- 2019-07-18 CH CH00920/19A patent/CH716504B1/en unknown
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Also Published As
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