CN106460094B - 由钛和金制成的轻质贵合金和由该钛和金的轻质贵合金制成的计时器或珠宝部件 - Google Patents
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Abstract
包含至少750质量‰金的由金和钛制成的轻质贵合金，其特征在于所述合金具有下式组成：TiaAubMcTd，其中a、b、c、d为原子比例使得：a+b+c+d＝1，0.45≤a≤0.55；0.41≤b≤0.495；0.025≤c≤0.13；0.001≤d≤0.025，其中M表示选自第一组的一种或多种元素，所述第一组包括Nb、V、Pd、Pt、Fe，且其中T表示选自第二组的最多两种元素，所述第二组包括Nb、V、Pd、Pt、Fe、Mo、Ta、W、Co、Ni、Ru、Rh、Ir、Cr、Mn、Cu、Zn、Ag、Al、B、Si、Ge、Sn、Sb、In，包含在所述合金中的所述金属M除外。由该由金和钛制成的轻质贵合金制成的用于计时器或者珠宝或个人装饰品的部件。
Description
技术领域
本发明涉及包含至少750质量‰金的金-钛基轻质贵合金。
本发明还涉及由所属金-钛基轻质贵合金制成的计时器或珠宝部件。
本发明涉及由18-开金合金制成的计时器或珠宝的结构部件或外部部件的领域。
背景技术
制表业中所用大多数贵金属合金的共同特征是它们的高密度-高于10g/cm3。事实上，用于制表业的两种主要贵金属金和铂具有约19.3和21.5g/cm3的相应密度。因此，这使得它们的合金是相对重的。
因为它们的高金含量，以及由于它们仅罕见地结合大量轻质元素这一事实，可分级的金合金通常是非常密实的。此外，如果金与大量轻质元素形成合金，则这通常产生易碎部件。
然而，已在等原子金属间化合物TiAu区中研究了Ti-Au体系。
在它们的二元或三元形式，已知这些合金具有形状记忆效应，特别是具有原子组成Ti50Au50和Ti50Ni10Au40的合金。
关于形状记忆效应，在将三元元素加入Ti50Au50合金中以后还观察到温度Ms的下降。
具有5、10、14、15和20原子％铁的TiAuFe合金以及TiAuCo和TiAuCoNb合金曾为特定研究的主题，对于所述问题没有可用的结果。
尽管这些合金的生物相容性经常被提及用于医疗应用，但尚没有提出组合物来既实现18开金纯度而没有过重又实现对制造外部计时器部件而言可接受的机械性能。
EP专利申请2548982A1公开了包含50％至99％钛的合金，更确切地讲，除钛外，包含一种贵金属，理想地5-15％贵金属的合金。应当指出包含5-15％金的金-钛合金不能实现18-开金纯度，因为没有达到所要求的75％金的质量含量。
美国专利4568398描述了包含95-40质量％钛的Ti-Au合金，但是其中组合物的其余部分，特别是低的金含量，使得该合金不能实现18-开金纯度。
WO专利申请2008/018109A1描述了具有6K至18K的纯度的金和钛合金，其具有形状记忆性能(这是不合意的)，或者超弹性，且具有断裂伸长。这些合金中大多数为含镍组合物，这对制造可能与人皮肤接触的外部计时器或珠宝部件而言是不理想的。该文件仅公开了两种18K组合物：Ti11.23Ni13.77Au75和Ti12.5Ni12.5Au75，质量计。这两种组合物与50原子％钛的含量相差很远且包含镍，使得它们不适用于外部计时器部件。
AUTIUM的专利申请WO2010/027329描述了Au-Ti-X合金，其中X表示选自周期表中约115种元素的至少一种元素，以及在特定方案中，超过10质量％的Ti，或10-50质量％的Ti，或58-85质量％的Au，或元素X选自Fe、Co、Cr、Mn、Mo、Pd、Nb、W、Al、Si，含量为至多8质量％。所公开的范围是极宽的，并且尽管它们可涵盖具有一定延展性的合金，它们并没有指出如何得到它们以及没有指出在所述最宽组成内的任何优选紧缩范围。因此本领域技术人员不能利用该文件来选择和制造容易成型以制造计时器或珠宝外部部件且在具有优异的机械性能的同时还比常规金合金轻的可被归类为18开金的合金。
DEGUSSA的专利GB 876887描述了用于电气电阻器的金合金，特别是含有1-5质量％的钛的Au-Ti-Fe合金。
SUNDER-PLASSMANN的专利DE 4306452描述了含有50-91质量％的金，9-50质量％的钛的二元齿科合金，或如下的齿科合金，其含有0-20质量％的铂和/或钯，和/或0-15质量％的适于齿科合金的其他元素：银、铜、钒、铁、铝、铌、钽、镓等。更特别地，一种方案限制了铂和钯最多10质量％，以及其他元素最多10质量％。另一方案含有50-83质量％的金和17-50质量％的钛。该文件公开的一种特定质量组成Ti42.2Au57.8涉及具有原子比组成Ti3Au的易碎的、脆的金属间化合物，其对于制造计时器外部部件不是有利的。冶金学家知道，合金的性能很大程度上受其微结构影响，但在这方面，该文件的教导截然相反。该文件仅给出了近似组成，具有非常宽的金、钛和合金化元素范围，这通常导致组成不适于意欲的制表用途，且这些范围的宽度涵盖了许多可能的合金，但是该文件没有确切指明具体范围的优点。
发明内容
本发明提出开发一种可归类为18-开金的合金，其容易成型以生产计时器或珠宝外部部件如表壳、手镯、珠宝件等并且还比常规金合金轻，同时具有优异的机械性能，如钛合金可满足的那些。
为此，本发明涉及包含至少750质量‰金的金-钛基轻质贵合金，其特征在于所述合金具有以下组成式：
TiaAubMcTd
其中a、b、c、d为原子比例使得：
a+b+c+d＝1，
0.45≤a≤0.55；0.41≤b≤0.495；0.025≤c≤0.13；0.001≤d≤0.025，
其中M表示选自第一组的一种或多种元素，所述第一组包括Nb、V、Pd、Pt、Fe，
且其中T表示选自第二组的最多两种元素，所述第二组包括Nb、V、Pd、Pt、Fe、Mo、Ta、W、Co、Ni、Ru、Rh、Ir、Cr、Mn、Cu、Zn、Ag、Al、B、Si、Ge、Sn、Sb、In，包含在所述合金中的所述金属M除外。
本发明还涉及由该金-钛基轻质贵合金制成的计时器或珠宝部件。
简言之，本发明涉及基于等原子比金属间化合物TiAu的延展性合金，其中相对于18-开纯度所需的质量含量的任何金过剩被另一非贵金属元素替代，使得钛仍占最终合金的50-51原子％，金占750质量‰(即18-开)。该合金具有足够的延展性以提供与常规钛合金类似的可成型性。
具体实施方式
除非另外描述，本说明书中表示的所有浓度都是原子比例，特别是关于金的。
本发明涉及下式的金-钛主导合金：
TiaAubMcTd
其中a、b、c、d为原子比例使得：
a+b+c+d＝1，
0.45≤a≤0.55；
0.41≤b≤0.495；
0.025≤c≤0.13；
0.001≤d≤0.025，
其中M表示选自第一组的一种或多种元素，所述第一组包括Nb、V、Pd、Pt、Fe，
其中金质量含量为大于或等于750‰，
且其中T表示选自第二组的最多两种元素，所述第二组包括Nb、V、Pd、Pt、Fe、Mo、Ta、W、Co、Ni、Ru、Rh、Ir、Cr、Mn、Cu、Zn、Ag、Al、B、Si、Ge、Sn、Sb、In，包含在该合金中的金属M除外。
参数“a”定义钛的含量。
参数“b”定义金的含量。
参数“c”定义元素M的总含量。
参数“d”定义元素T的总含量。
合金包含750质量‰金。金的该质量百分数自然与成合金元素的原子比例不矛盾，它是与纯度等级有关的额外条件，且与本发明中所述合金组成一点也不矛盾。
更特别地，对于涉及可能与使用者皮肤接触的部件的应用，合金不包括镍，且配方在T方面受限，所述T表示选自第三组的最多两种元素，所述第三组对应于除去镍的第二组，包括：Nb、V、Mo、Ta、W、Fe、Co、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Cr、Mn、Cu、Zn、Ag、Al、B、Si、Ge、Sn、Sb、In，包含在该合金中的金属M除外。
同样的备选涉及对可用于类似应用中的任何合金的全部描述。
更特别地，配方中钛的含量“a”、金的含量“b”和元素M的含量“c”限于以下形式：
TiaAubMcTd
其中0.48≤a≤0.52；0.42≤b≤0.48；0.025≤c≤0.10；0.001≤d≤0.025。
更特别地，配方中钛的含量“a”和M的含量“c”限于以下形式：
TiaAubMcTd
其中0.49≤a≤0.51；0.42≤b≤0.48；0.025≤c≤0.09；0.001≤d≤0.025。
更特别地，配方中钛的含量“a”、金的含量“b”和元素M的含量“c”限于以下形式：
TiaAubMcTd
其中0.50≤a≤0.51；0.42≤b≤0.47；0.025≤c≤0.08；0.001≤d≤0.025。
钛的原子含量的范围0.50-0.51对应于二元Ti-Au体系中等原子比金属间相TiAu在环境温度下的稳定性范围。
仍更特别地，T表示选自第四组的最多两种元素，所述第四组比第三组更有限，包括：Nb、V、Fe、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Cr、Cu、Ag、B，包含在合金中的金属M除外。
仍更特别地，M表示属于第五组的一种或多种元素，所述第五组对应于除去钒的第一组，并且包括：Nb、Pd、Pt、Fe。
仍更特别地，为使用硼作为晶粒细化剂，T一方面表示含量为0.03％至0.3％的硼，另一方面，至少在未达到0.1％的最小值“d”的情况下，表示足够量的来自第六组的仅一种元素使得值“d”(硼和来自第六组的所述元素的原子含量之和)为0.001-0.025，所述第六组包括：Nb、V、Fe、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Cr、Cu、Ag。
以下组合物提供特别有前景的合金式，其兼具实施容易性、降低的密度、有吸引力的外观和降低的过剩金含量，这对制表业和珠宝应用而言是重要的。
配方具有以下类型：
TiaAubMcTd
其中0.50≤a≤0.51；0.42≤b≤0.47；0.025≤c≤0.08；0.001≤d≤0.025，
其中M表示来自第五组的仅一种元素，所述第五组包括Nb、Pd、Pt、Fe，
且其中T表示含量为0.03％至0.3％的硼，至少在未达到0.1％的最小原子值“d”的情况下，足够量的来自第六组的仅一种元素使得值“d”(硼和来自第六组的所述元素的原子比例之和)为0.001-0.025，所述第六组包括：Nb、V、Fe、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Cr、Cu、Ag。
更特别地，M为铁。
更特别地，M为铌。
更特别地，M为铂。
更特别地，M为钯。
更特别地，合金中金的质量含量为小于780‰。
仍更特别地，合金中金的质量含量为小于760‰。
其中a＝0.50且d＝0.001原子组成的实例在下文中给出：-Ti0.50Au0.427Fe0.072B0.001Au的纯度：750.5‰
a＝0.50；b＝0.427；c＝0.072；d＝0.001-Ti0.50Au0.444Nb0.055B0.001 Au的纯度：750.6‰
a＝0.50；b＝0.444；c＝0.055；d＝0.001-Ti0.50Au0.466Pt0.033B0.001 Au的纯度：751.3‰
a＝0.50；b＝0.466；c＝0.033；d＝0.001-Ti0.50Au0.448Pd0.051B0.001 Au的纯度：750.3‰
a＝0.50；b＝0.448；c＝0.051；d＝0.001
其中a＝0.505且d表示两种元素的原子组成的其它实例描述于下文中：-Ti0.505Au0.4295Fe0.050Cr0.015B0.0005Au的纯度：753‰
a＝0.505；b＝0.4295；c＝0.05；d＝0.0155-Ti0.505Au0.4385Nb0.041Cr0.015B0.0005 Au的纯度：750.2‰
a＝0.505；b＝0.4385；c＝0.041；d＝0.0155-Ti0.505Au0.448Pd0.0365Rh0.01B0.0005 Au的纯度：752.1‰
a＝0.505；b＝0.448；c＝0.0365；d＝0.0105-Ti0.505Au0.463Pt0.031Ir0.0005B0.0005 Au的纯度：750.5‰
a＝0.505；b＝0.463；c＝0.031；d＝0.001。
在本发明的一个变化方案中，百分之几，特别是0-3％的Zr或Hf可代替一部分钛。合金的式则为：
NaAubMcTd
其中a、b、c、d为原子比例使得：
a+b+c+d＝1，
0.45≤a≤0.55；
0.41≤b≤0.495；
0.025≤c≤0.13；
0.001≤d≤0.025，
其中N为钛、锆、铪的组合物，锆的原子％为合金的0％至3％，铪的原子％为合金的0％至3％。
其中M表示选自第一组的一种或多种元素，所述第一组包括Nb、V、Pd、Pt、Fe，
其中金含量为大于或等于750‰，
且其中T表示选自第二组的最多两种元素，所述第二组包括Nb、V、Pd、Pt、Fe、Mo、Ta、W、Co、Ni、Ru、Rh、Ir、Cr、Mn、Cu、Zn、Ag、Al、B、Si、Ge、Sn、Sb、In，包含在该合金中的金属M除外。
本发明进一步涉及由该金-钛基轻质贵合金制成的计时器或者用于计时器或珠宝的部件。
本发明具有由上述特征产生的许多优点：
-这些合金具有小于或等于300HV的中等硬度，因此可使用普通变形方法成型；
-它们可以归类为18-开的纯度；
-它们与归类为18-开金的大多数合金相比是尤其轻的；
-无镍方案合金对人体是无害的。
由上述合金制造计时器外部部件可有利地使合金组成在不同的方面最佳化：
-通过加入降低熔点的元素来促进实施；
-通过改变代替贵金属的元素的量来改变合金的机械性能；
-通过进行各种轻微改进来得到具有结构硬化的合金。
Claims (15)
1.包含至少750质量‰金的金-钛基轻质贵合金，其特征在于所述合金具有以下组成式：
TiaAubMcTd
其中a、b、c、d为原子比例使得：
a+b+c+d＝1，
0.45≤a≤0.55；0.41≤b≤0.495；0.025≤c≤0.13；0.001≤d≤0.025，
其中M表示选自第一组的一种或多种元素，所述第一组由如下元素构成：Nb、V、Pd、Pt、Fe，
其中T表示选自第二组的最多两种元素，所述第二组由如下元素构成：Nb、V、Pd、Pt、Fe、Mo、Ta、W、Co、Ni、Ru、Rh、Ir、Cr、Mn、Cu、Zn、Ag、Al、B、Si、Ge、Sn、Sb、In，包含在所述合金中的作为M的元素除外，
该合金包含原子含量为0.03％至0.3％的硼，
且特征在于所述合金中金的质量含量为小于780‰。
2.根据权利要求1的合金，其特征在于T表示选自第三组的最多两种元素，所述第三组由如下元素构成：Nb、V、Pd、Pt、Fe、Mo、Ta、W、Ru、Rh、Ir、Cr、Mn、Cu、Zn、Ag、Al、B、Si、Ge、Sn、In，包含在所述合金中的作为M的元素除外。
3.根据权利要求1的合金，其特征在于T表示选自限制的第二组的最多两种元素，所述限制的第二组由如下元素构成：Nb、V、Pd、Pt、Fe、Mo、Ta、W、Co、Ni、Ru、Rh、Ir、Cr、Mn、Zn、Ag、Al、B、Si、Ge、Sn、Sb。
4.根据权利要求1的合金，其特征在于0.48≤a≤0.52；0.42≤b≤0.48；0.025≤c≤0.10；0.001≤d≤0.025。
5.根据权利要求4的合金，其特征在于0.49≤a≤0.51；0.42≤b≤0.48；0.025≤c≤0.09；0.001≤d≤0.025。
6.根据权利要求5的合金，其特征在于0.50≤a≤0.51；0.42≤b≤0.47；0.025≤c≤0.08；0.001≤d≤0.025。
7.根据权利要求6的合金，其特征在于T表示选自第四组的最多两种元素，所述第四组由如下元素构成：Nb、V、Pd、Pt、Fe、Ru、Rh、Ir、Cr、B、Cu、Ag，包含在所述合金中的作为M的元素除外。
8.根据权利要求7的合金，其特征在于M表示选自第五组的一种或多种元素，所述第五组由如下元素构成：Nb、Pd、Pt、Fe。
9.根据权利要求1-8中任一项的合金，其特征在于当硼的原子比例为小于0.10％时，T除硼外还包括选自第六组的仅一种其它元素，所述第六组由如下元素构成：Nb、V、Pd、Pt、Fe、Ru、Rh、Ir、Cr、Cu、Ag，包含在所述合金中的作为M的元素除外。
10.根据权利要求1的合金，其特征在于M为铁。
11.根据权利要求1的合金，其特征在于M为铌。
12.根据权利要求1的合金，其特征在于M为铂。
13.根据权利要求1的合金，其特征在于M为钯。
14.根据权利要求1的合金，其特征在于所述合金中金的质量含量为小于760‰。
15.计时器或珠宝部件，其由根据前述权利要求中任一项的金-钛基轻质贵合金制成。
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