CN1084795C - 高纯度的硬质金合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高纯度金合金的制造方法，包括①添加微量元素；②通过热处理，以较低的加工率进行硬质化至18K程度，改善作为高纯度金的缺点的加工性、耐热性、耐损伤性和耐久性等。本发明的高纯度金合金能以较低的加工率进行硬质化至18K程度，而且，硬质化的高纯度金合金通过其后的钎焊/焊接等加热处理不会出现极端的软化。此外，没有经过塑性加工仅仅是铸造而成的产品，具有和经过塑性加工进行硬质化的产品相同的硬度的特征。

Description

高纯度的硬质金合金及其制造方法
技术领域
一般的珠宝饰品的金基材是14K、18K等的合金，为提高其硬度和抗张力等，需要加入Ni、Pd、Zn等，而且添加量较多。因此这种合金从纯度的角度来讲，不能称之为纯金。
本发明的高纯度的金合金的纯度在99.7％以上，制造方法包括①添加微量元素；②通过热处理，以较低的加工率进行硬质化至18K程度，改善作为高纯度金的缺点的加工性、耐热性和耐损伤性等。
背景技术
高纯度的黄金珠宝饰品的硬度较低，在日常生活中被长期佩带后就很难维持其美观性。而且，由于制造过程中进行的钎焊等加热处理，不可避免地使其硬度大幅度下降。作为装饰品其适用性受到了限制。
本发明的材料的金含量在99.85％以上，可制得维氏硬度(Hv)较高的物质，其铸造品在100以上，加工品在150以上。可称之为纯金的组成，其铸造品和加工品(加工率：99.6％)的硬度分别超过100Hv和150Hv。添加了Gd后，热处理过的本发明的纯金的硬度显著上升，耐热性有所提高、因摩擦或搔挠不易引起瑕庇、而且受其他物质的干扰而发生的变化减少、经钎焊等热处理后的硬度下降也减少。
从以上的观点出发，为了长时间保持纯金的高级感而进行的以得到高纯度硬质纯金为目的的研究开发的结果表明，所得到的高硬度材料的金含量在99.7重量％以上，添加了50ppm以上作为合金成分的Gd，另外还复合添加了其他一些元素，累积量为100ppm-3000ppm。这种材料经热处理后减少了硬度的下降，如果添加的元素减少则硬度会降低，硬度大致和抗拉强度成正比例。
经过固溶化处理等加热处理方法、急冷、老化处理，就得到了上述的高纯度合金。通过焊接、钎焊等处理使硬度的下降减少，能长期维持较高的美观性，是一种很好的适用于高纯度黄金珠宝饰品的材料。
发明的揭示
本发明的目的是提供改善了作为高纯度金合金的缺点的加工性、耐热性、耐损伤性等性质的高纯度硬质金合金及其制造方法。
本发明提供了以纯度为99.7重量％以上的Au中，含有50ppm以上的Gd以及一种以上的其他元素，这些添加元素的含量共计100-3000ppm为特征的高纯度硬质金合金。
较好的是上述的合金中提到的其他元素包括Al或Ca，添加元素中Gd的比例占10重量％以上。此外，较好的是上述的合金中其他的元素包括Si，添加元素中Gd的比例占50重量％以上。
这些金合金以维氏硬度计，能达到150Hv以上的高硬度。
而且，本发明提供了一种高纯度硬质金合金的制造方法，它以铸造纯度为99.7重量％以上的高纯度金合金后，于700℃以上进行固溶化处理，然后于150℃-350℃进行老化时处理，或只在150℃-350℃进行老化处理为特征。
本发明还提供了一种高纯度硬质金合金的制造方法，它以铸造对应纯度为99.7重量％以上的Au，含有50ppm以上的Gd的高纯度金合金后，于700℃以上进行固溶化处理，然后于150℃-350℃进行老化处理，或只在150℃-350℃进行老化处理为特征。
此外，本发明进一步提供了一种高纯度硬质金合金的制造方法，它以铸造对应纯度为99.7重量％以上的Au，含有一种以上的100ppm以上的稀土类以及碱土类元素的高纯度金合金后，于700℃以上进行固溶化处理，然后于150℃-350℃进行老化处理，或只在150℃-350℃进行老化处理为特征。
本发明中，将金含量在99.7重量％以上的合金作为装饰材料使用是因为要显示出金的高级感，就必须要有高含量的金的缘故。经过添加50ppm以上的Gd、热处理等加工，使硬度有所上升，而经过钎焊、焊接等处理又使硬度的下降减少，实现了添加的效果。
经过添加微量元素和热处理的方法，使铸造品和加工品的硬质化效果都显著地显现出来。硬质化高纯度金合金的软化曲线变得缓和，硬度、抗拉强度以及耐热性升高。
通过选择添加第3种元素，来选择热处理硬质化和加工硬质化。为铸造品时，①元素的复合添加；②通过热处理进行的硬质化，当合金为加工品时，还需考虑通过加工再硬质化。对于本发明的硬质化，较适用的是热处理硬质化的方法，所以在制造过程的初期就表现出来。它能使加工所需的成本大幅度下降，还能减少多余的加工时间。
Gd和其他元素的添加累积量为100-3000ppm，复合添加的各成分共存，在制造的初期可提高其硬度，又可减少因加热造成的硬度下降，且经时变化小，作为高纯度的硬质金合金，这样的添加量是合适的。
以下是对图的简单说明
图1表示的是本发明的高纯度硬质化金合金的热处理条件的影响。
图2表示的是高纯度硬质化金合金的添加元素的影响。
图3表示的是高纯度硬质化金合金的老化处理温度的影响。
图4表示的是根据高纯度硬质化金合金的热处理的有无，决定的热处理条件的影响。
实施发明的最佳状态
下面通过实施例对本发明进行具体的说明。图1和图2的评价试样是通过以下步骤制成的，首先通过高频真空熔化的方法，将各组分的金合金和纯金熔化，铸造成20mm×20mm×150mm的锭，然后经过热处理、滚压加工、模加工，制成0.8mmΦ的金属线。
图4的评价试样是通过高频溶化后，连续铸造成的8mmΦ的金属线。然后经固溶化处理、老化处理、滚压加工以及模加工，进行硬度、抗拉强度以及元素的分析。
铸造后再经固溶化处理，加工后再经老化处理，能使硬质化程度显著提高，也证实了热处理硬质化效果很好。
在铸造后、热处理前后、加工处理前后对本发明的金合金装饰材料和纯金材料进行显微维氏硬度(载重：100g)的测定，其结果如图1所示。添加的Gd较少时，热处理效果和耐热性都会降低，添加的Si较多，则加工时会出现裂缝。复合添加了Gd和Ca的合金的硬度达到了170Hv，与只添加了Gd的合金相比，约高出40％，与只添加了Ca的合金相比，约高出25％。
添加了稀土类元素，使耐热性有上升的趋势，其中Gd上升的最多，如图2所示的那样热处理效果显著。
复合添加了Gd和Si的合金为铸造品时的Hv是100，与只添加了Gd的合金相比，约高出64％。只添加了Si的合金的耐热性极度下降。
对老化处理硬质化的Gd(稀土类)和加工处理硬质化的Ca(碱土类金属)进行评估，两者的效果都很好。使用本发明的制造方法，如图4所示，能使硬度上升约30％，对于元素的复合添加也能达到同样的效果。对于老化处理温度，如图3所示，添加了Gd后，老化处理温度为150℃-350℃时，显示出较高的硬度。
本发明的高纯度金合金装饰材料与市售的纯金装饰材料相比，其硬度高、耐热性有所改善、即使加热也几乎不会使硬度降低。而且，10个月后再对其硬度、抗拉强度以及色调进行了测试，几乎没有发现经时变化。
本发明的高纯度硬质化金合金材料作为各种装饰品使用时，具有能长时间维持以上各种性质等在工业上有用的特性。
本发明的高纯度硬质化金合金还可被应用于电子零件、医疗器械等其他领域。

Claims (4)

1.一种高纯度硬质金合金，其特征在于，由50～3000ppm的Gd及余量的纯度99.7重量％以上的Au组成，所述合金在经过固溶化处理和老化处理后获得，其硬度为150Hv或150Hv以上。
2.如权利要求1所述的高纯度硬质金合金，其特征还在于，由50ppm或50ppm以上的Gd，1种或多种选自Ca、Al或Si的元素，余量的纯度99.7重量％以上的Au组成，Gd和Ca、Al、Si的总量为100～3000ppm。
3.权利要求1所述的高纯度硬质金合金的制造方法，其特征在于，包括以下3个步骤：
(a)铸造由50～3000ppm的Gd及余量的纯度99.7重量％以上的Au组成的高纯度硬质金合金；
(b)在700℃以上的温度下，对所述合金进行固溶化处理；
(c)在150～350℃的温度下，对所述合金进行老化处理。
4.如权利要求3所述的高纯度硬质金合金的制造方法，其特征还在于，铸造由50ppm或50ppm以上的Gd，1种或多种选自Ca、Al或Si的元素，余量的纯度99.7重量％以上的Au组成的高纯度硬质金合金，Gd和Ca、Al、Si的总量为100～3000ppm。
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