CN107385266A - 高强度足金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强度足金材料，包括：In 0.01wt％～0.6wt％；Ga 0.01wt％～0.6wt％；Sn 0.01wt％～0.6wt％；Ge 0～0.6wt％；Co 0～0.6wt％；Ni 0～0.6wt％；所述In、Ga、Sn、Ge、Co和Ni的总含量不超过1wt％；余量的Au。本发明采用的合金元素在黄金中添加量小，且有很好的固溶度，可以和黄金直接熔炼，不需要制备预合金；合金元素成本低，熔炼损耗小，节省生产成本。并且本发明添加的合金元素的熔点普遍低于黄金，且不容易氧化，对熔炼设备的温度和真空度没有特别要求，不需要定制特殊的熔炼和铸造设备，足金材料成型和加工容易，生产投入低。

Description

高强度足金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及黄金材料技术领域，尤其涉及一种高强度足金材料及其制备方法。

背景技术

中国人对黄金自古以来就非常喜爱，黄金首饰也是国内生产规模和销量最大的贵金属首饰，但黄金本身硬度很低，将其加工成较薄较细的首饰时，极容易变形，佩戴时也容易磨损，所以传统黄金的特点都是粗大厚重，这极大的限制了黄金产品的设计与开发。相比而言，现在市场上流行的K金首饰，通过加入25％及以上的合金元素，其材料强度得到了很大提升，可以设计和生产出很轻、很薄、很细的产品，但由于K金材料中加入了大量的铜、银、锌等合金元素，佩戴时间长了往往容易变色；另外，由于K金饰品生产工艺复杂、加工损耗较大，所以加工费用较高，且产品的金含量较低，所以其不具有保值功能，在消费者需要更换或回收首饰时，其回收价格远远低于销售价格。因此，如果能够综合这两种材料的优势，通过提升黄金材料的硬度，使它能够加工成各种轻巧精细的高成色黄金饰品，佩戴时既不容易变形又不会变色，且具有成色高、保值性强的优点，将是对国内珠宝首饰行业的一个补充和突破。

目前，要在保证黄金首饰成色的同时又明显提高其硬度的方法，主要包括微合金强化法、表面硬化法和晶粒细化硬化法，其中后两种方法主要通过改变材料的原子结构而不是成分进行硬化，其处理工序复杂，适用产品有局限性，且材料不能熔化再利用，生产成本高，经济性不佳。只有通过微合金强化的黄金，才可以反复熔炼使用，且适用于铸造和机械加工的各类首饰生产工艺，是真正能够运用于批量化、规模化生产的技术方案。

现在有一些公开的高纯度黄金强化的配方，包括湖北金兰公司的钛和稀土配方，上海交通大学的钙、稀土和晶粒细化剂配方等，这些配方都是通过添加少量的合金元素，使其在金基体中分布均匀，从而提高黄金硬度，并保持材料的延展性和加工性能的方法。

但现有配方中，添加的合金元素熔点高、元素稀少、与黄金固溶性不好，且普遍采用了稀土，所以它们都要用高温、高真空度的熔炼设备制作预合金，导致产品生产周期长、成本高；同时其所采用的合金元素与黄金熔合比较困难，导致其生产的首饰产品的成分均匀性和稳定性难以保证。所以，现有方案都难以实现规模化、批量化的高含量黄金材料及其饰品的生产。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高强度足金材料及其制备方法，制备的足金材料具有较高的强度，且制备工艺和设备相对简单。

本发明提供了一种高强度足金材料，包括：

所述In、Ga、Sn、Ge、Co和Ni的总含量不超过1wt％；

余量的Au。

本发明通过在纯金材料中添加In、Ga、Sn、Ge、Co和Ni，提升黄金的硬度达到3倍以上，且制备方法简单，采用常规的首饰生产设备和工艺，即可制作更薄、更轻、更适合加工的足金首饰。

本发明包含的主增强元素为铟、镓和锡，经过研究发现，上述三种元素若单一元素添加，足金材料强化效果不明显甚至容易脆化，只有当上述三种元素以合适比例混合使用时，材料才具有优异的增强效果。

其中，所述In的含量优选为0.1wt％～0.4wt％，更优选为0.2wt％～0.4wt％，在本发明的某些具体实施例中，其含量为0.2wt％，0.3wt％或0.4wt％。

所述Ga的含量优选为0.1wt％～0.4wt％，更优选为0.2wt％～0.4wt％，在本发明的某些具体实施例中，其含量为0.2wt％，0.3wt％或0.4wt％。

所述Sn的含量优选为0.1wt％～0.4wt％，更优选为0.2wt％～0.3wt％，在本发明的某些具体实施例中，其含量为0.2wt％或0.3wt％。

本发明包含的次增强元素为锗、钴和镍中的任意一种或多种，这三种元素与前三种元素结合，可以起到补充增强作用，这三种元素的作用一方面是为了进一步增强材料硬度，另一方面是为了将增强合金元素总量添加到1％，使金的含量达到99％，这样既符合首饰行业国家标准GB 11887中对足金含金量的要求，又可以节约足金产品中的贵金属材料。

优选的，所述Ge、Co和Ni的总含量不超过0.6wt％。

其中，所述Ge的含量优选为0.05wt％～0.2wt％，更优选为0.05wt％～0.1wt％，在本发明的某些具体实施例中，其含量为0.05wt％或0.1wt％。

所述Co的含量优选为0.05wt％～0.2wt％，更优选为0.05wt％～0.1wt％，在本发明的某些具体实施例中，其含量为0.05wt％或0.1wt％。

所述Ni的含量优选为0.05wt％～0.2wt％，更优选为0.05wt％～0.1wt％，在本发明的某些具体实施例中，其含量为0.05wt％或0.1wt％。

在本发明的某些具体实施例中，所述高强度足金材料包括：

在本发明的另外一些具体实施例中，所述高强度足金材料包括：

在本发明的另外一些具体实施例中，所述高强度足金材料包括：

在本发明的另外一些具体实施例中，所述高强度足金材料包括：

以上具体实施例仅为本发明的某几组具体配方，并不代表本发明的所有保护范围。

本发明提供的上述高强度足金材料的硬度为相同状态下纯金材料的3倍以上，所述纯金材料指Auwt％≥99.99％的材料。

本发明提供了上述高强度足金材料的制备方法，包括以下步骤：

将In、Ga、Sn、Ge、Co和Ni按比例混合，然后与Au混合熔炼均匀，得到所述高强度足金材料。

在本发明的某些具体实施例中，与Au混合后，在中频感应炉中进行熔炼。

为减少氧化和损耗，上述熔炼可以在真空炉体中加惰性气体保护完成，也可以在敞开环境中，同时在熔体表面添加硼砂等覆盖剂。所述熔炼的温度优选为1100～1300℃。熔炼时可以采用石英棒进行搅拌，使合金熔炼均匀，冷却后凝固即可实现强度优化。本发明提供的合金材料，在经过机械加工后，其强化效果会更加明显。

本发明添加的合金元素，熔点远低于黄金熔点，特别是镓元素，其熔点只有29.7℃，其他元素包括锗、钴、镍等，熔点也在1500℃以下，而且它们都与黄金有很好的熔合性，这些元素微量添加时，能够很容易的在1100～1300℃时与黄金熔炼均匀，且不要求高真空和惰性气体保护的熔炼环境。采用首饰行业现有的熔炼设备，可以使本发明的足金材料熔炼均匀，而且损耗很小。在后续生产中，也可以用常规的首饰生产设备和工艺对这种足金进行铸造、机械加工或退火，不需要投资新的生产线即可实现硬度高、厚度薄、重量轻的足金产品的批量化生产。这些产品对国内传统黄金饰品市场是一个拓展，也符合国际珠宝首饰行业的发展方向。

与现有技术相比，本发明提供了一种高强度足金材料，包括：In0.01wt％～0.6wt％；Ga 0.01wt％～0.6wt％；Sn 0.01wt％～0.6wt％；Ge 0～0.6wt％；Co 0～0.6wt％；Ni0～0.6wt％；所述In、Ga、Sn、Ge、Co和Ni的总含量不超过1wt％；余量的Au。本发明采用的合金元素在黄金中添加量小，且有很好的固溶度，所以可以和黄金直接熔炼，不需要制备预合金；合金元素成本低，熔炼损耗小，节省生产成本。并且本发明添加的材料的熔点普遍低于黄金，且不容易氧化，对熔炼设备的温度和真空度没有特别要求，不需要定制特殊的熔炼设备，生产投入低。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的高强度足金材料及其制备方法进行详细描述。

以下样品成色指金含量。

实施例1

首先，将0.4％的铟、0.3％的镓、0.2％的锡、0.05％的锗和0.05％的钴混合，再加入99％的高纯金(金含量99.99％)，使用真空感应熔炼法进行熔炼，一次性将合金元素与纯金投入坩埚内熔炼。为保证样品的均匀性，熔炼中采用电磁搅拌，且样品熔炼两次，然后凝固得到目标足金材料。分别将足金材料进行铸造和冷轧成0.5mm厚度的金片，采用火试金法测试样品的金含量，采用显微硬度计对样品进行硬度测量，得到的数据如表1所示：

表1实施例1足金材料硬度测试结果

样品状态	样品成色	硬度检测值
			轧制态	Au99.08	252.8HV0.1/10
铸造态	Au99.11	98.2HV0.1/20
			退火态	Au99.10	75.5HV0.1/20

比较例1

为了便于比较，采用完全相同的设备模具、生产工序、材料重量和产品款式制作出纯金(Au9999)样品，采用的材料是纯度为99.99％的黄金原料，分别将纯金材料进行铸造和冷轧成0.5mm厚度的金片，采用ICP法测试样品的金含量，采用显微硬度计对样品进行硬度测量，得到的数据如表2所示：

表2比较例1合金材料硬度测试结果

样品状态	样品成色	硬度检测值
			轧制态	Au99.99	71.4HV0.1/10
铸造态	Au99.99	32.5HV0.1/20
			退火态	Au99.99	28.3HV0.1/20

实施例2

首先，将0.3％的铟、0.2％的镓、0.3％的锡、0.1％的锗和0.1％的镍混合，再加入99％的高纯金(金含量99.99％)，使用开放式的感应炉进行熔炼，熔炼时表面添加硼砂覆盖剂，将合金元素采用纯金片包裹，和黄金一起投入坩埚内熔炼。为保证样品的均匀性，样品熔炼两次，且熔炼中采用石英棒进行搅拌，然后凝固得到目标足金材料。分别将足金材料进行铸造和冷轧成0.5mm厚度的金片，采用火试金法测试样品的金含量，采用显微硬度计对样品进行硬度测量，得到的数据如表3所示：

表3实施例2足金材料硬度测试结果

样品状态	样品成色	硬度值
			轧制态	Au99.09	235.6HV0.1/10
铸造态	Au99.10	89.5HV0.1/20
			退火态	Au99.12	70.3HV0.1/20

实施例3

首先，将0.2％的铟、0.4％的镓、0.3％的锡、0.05％的钴和0.05％的镍混合，再加入99％的高纯金(金含量99.99％)，使用开放式的感应炉进行熔炼，熔炼时表面添加硼砂覆盖剂，将合金元素采用纯金片包裹，和黄金一起投入坩埚内熔炼。为保证样品的均匀性，样品熔炼两次，且熔炼中采用石英棒进行搅拌，然后凝固得到目标足金材料。分别将足金材料进行铸造和冷轧成0.5mm厚度的金片，采用火试金法测试样品的金含量，采用显微硬度计对样品进行硬度测量，得到的数据如表4所示：

表4实施例3足金材料硬度测试结果

样品状态	样品成色	硬度检测值
			轧制态	Au99.06	232.5HV0.1/10
铸造态	Au99.09	92.1HV0.1/20
			退火态	Au99.09	69.7HV0.1/20

实施例4

首先，将0.3％的铟、0.2％的镓、0.2％的锡、0.1％的锗、0.1％的钴和0.1％的镍混合，再加入99％的高纯金(金含量99.99％)，使用开放式的感应炉进行熔炼，熔炼时表面添加硼砂覆盖剂，将合金元素采用纯金片包裹，和黄金一起投入坩埚内熔炼。为保证样品的均匀性，样品熔炼两次，且熔炼中采用石英棒进行搅拌，然后凝固得到目标足金材料。分别将足金材料进行铸造和冷轧成0.5mm厚度的金片，采用火试金法测试样品的金含量，采用显微硬度计对样品进行硬度测量，得到的数据如表5所示：

表5实施例4足金材料硬度测试结果

样品状态	样品成色	硬度检测值
			轧制态	Au99.08	229.4HV0.1/10
铸造态	Au99.10	88.5HV0.1/20
			退火态	Au99.11	67.2HV0.1/20

比较例2

首先，将0.3％的镓、0.2％的锡、0.2％的锗、0.2％的钴和0.1％的镍混合，再加入99％的高纯金(金含量99.99％)，使用开放式的感应炉进行熔炼，熔炼时表面添加硼砂覆盖剂，将合金元素采用纯金片包裹，和黄金一起投入坩埚内熔炼。为保证样品的均匀性，样品熔炼两次，且熔炼中采用石英棒进行搅拌，然后凝固得到目标足金材料。分别将足金材料进行铸造和冷轧成0.5mm厚度的金片，采用火试金法测试样品的金含量，采用显微硬度计对样品进行硬度测量，得到的数据如表6所示：

表6比较例2足金材料硬度测试结果

样品状态	样品成色	硬度检测值
			轧制态	Au99.10	160.2HV0.1/10
铸造态	Au99.12	64.5HV0.1/20
			退火态	Au99.11	42.5HV0.1/20

比较例3

首先，将0.3％的铟、0.3％的锡、0.2％的锗和0.2％的镍混合，再加入99％的高纯金(金含量99.99％)，使用开放式的感应炉进行熔炼，熔炼时表面添加硼砂覆盖剂，将合金元素采用纯金片包裹，和黄金一起投入坩埚内熔炼。为保证样品的均匀性，样品熔炼两次，且熔炼中采用石英棒进行搅拌，然后凝固得到目标足金材料。分别将足金材料进行铸造和冷轧成0.5mm厚度的金片，采用火试金法测试样品的金含量，采用显微硬度计对样品进行硬度测量，得到的数据如表7所示：

表7比较例3足金材料硬度测试结果

样品状态	样品成色	硬度检测值
			轧制态	Au99.06	176.3HV0.1/10
铸造态	Au99.08	72.2HV0.1/20
			退火态	Au99.09	55.8HV0.1/20

比较例4

首先，将0.2％的铟、0.4％的镓、0.2％的钴和0.2％的镍混合，再加入99％的高纯金(金含量99.99％)，使用开放式的感应炉进行熔炼，熔炼时表面添加硼砂覆盖剂，将合金元素采用纯金片包裹，和黄金一起投入坩埚内熔炼。为保证样品的均匀性，样品熔炼两次，且熔炼中采用石英棒进行搅拌，然后凝固得到目标足金材料。分别将足金材料进行铸造和冷轧成0.5mm厚度的金片，采用火试金法测试样品的金含量，采用显微硬度计对样品进行硬度测量，得到的数据如表8所示：

表8比较例4足金材料硬度测试结果

样品状态	样品成色	硬度检测值
			轧制态	Au99.13	172.4HV0.1/10
铸造态	Au99.12	70.4HV0.1/20
			退火态	Au99.14	56.7HV0.1/20

由上述实施例及比较例可知，本发明采用In、Ga和Sn作为主增强材料，Ge、Co、Ni作为次增强材料，有效的提高了Au的强度。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高强度足金材料，其特征在于，包括：

所述In、Ga、Sn、Ge、Co和Ni的总含量不超过1wt％；

余量的Au。

2.根据权利要求1所述的高强度足金材料，其特征在于，所述In的含量为0.1wt％～0.4wt％，所述Ga的含量为0.1wt％～0.4wt％，所述Sn的含量为0.1wt％～0.4wt％。

3.根据权利要求1所述的高强度足金材料，其特征在于，所述Ge、Co和Ni的总含量不超过0.6wt％。

4.根据权利要求1所述的高强度足金材料，其特征在于，所述Ge的含量为0.05wt％～0.2wt％，所述Co的含量为0.05wt％～0.2wt％，所述Ni的含量为0.05wt％～0.2wt％。

5.根据权利要求1所述的高强度足金材料，其特征在于，包括：

6.根据权利要求1所述的高强度足金材料，其特征在于，包括：

7.根据权利要求1所述的高强度足金材料，其特征在于，包括：

8.根据权利要求1所述的高强度足金材料，其特征在于，所述高强度足金材料的硬度为相同状态下纯金材料的3倍以上。

9.权利要求1～8任一项所述的高强度足金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将In、Ga、Sn、Ge、Co和Ni按比例混合，然后与Au混合熔炼均匀，得到所述高强度足金材料。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为1100℃～1300℃。