CN108823455A - 一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18k白金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料。按照重量百分比,该合金的成分为:Sr:0.4‑0.6wt.%,Ru:0.6‑0.8wt.%,Mg:1.5‑2.5wt.%,Cr:2.0‑3.0wt.%,In:10.0‑12.0wt.%,Ag:5.0‑8.0wt.%,余量为金。该专利解决了目前K白金中普遍含有能令人产生过敏的镍元素。通过合金成分的优化和创新开发了不含镍的人体友好型K白金材料，有效地突破了首饰领域内的发展瓶颈。可以预计，该材料的实施和产业化会取得丰硕的经济成果和社会效益。

Description

一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种金合金。
背景技术
黄金是一种贵重金属，是人类最早发现和开发利用的金属之一。它是制作首饰和钱币的重要原料，又是国家的重要储备物资，素以金属之王著称。它不仅被视为美好和富有的象征，而且还以其特有的价值，造福于人类的生活。黄金的一个重要应用领域是装饰材料，包括首饰等。黄金还可以用于日用品，如镀金钟表、皮带扣、打火机、钢笔等。钟表王国瑞士国度不大，但其饰品业每年用金量达40吨左右，其中95％都用在制表业上。日本仅一家手表厂一年消耗金盐就达1吨，相当于消耗黄金680公斤。黄金的用途越来越广，消耗量也越来越大，因而引起世界各国对黄金的格外关切和浓厚的兴趣。
柔软的黄金很容易变形，也很容易磨损。因此，人们就开始尝试在纯金中加入少量其它合金元素来增加黄金的硬度,其中银、铜、锌等都是现在常用被添加到黄金中增加强度和韧性的金属。加入了合金元素的金，也就是金合金。确定金合金中金含量的制位在英文中叫Karat，按英文字头也可简称K。因此，装饰用的金合金又称为K金。金合金的颜色随着合金元素的选择不同而有很大的改变。当金中加入铜时,便形成了红金;加入了银,镍或者钯便形成了白金。
K白金并不是纯度较低的铂金。也就是说，K白金根本不含铂。由于铂金产出稀少，价格昂贵，加上熔点高，因而一般国家很少用铂来生产真正的K白金。通常，选用黄金和钯或镍 、银、铜、锌等金属熔炼成一种白色合金，并将它称之为K白金。所以，K白金是用黄金和钯或镍、银、铜、锌等金属熔炼而成的白色合金。所以，更加确切地说，K白金应称为白色的金合金。在纯度、稀有度、耐久性以及天然的颜色和光泽上，白色K金都无法与铂相提并论。但是由于具备了铂的白色光泽以及金的保值性，K白金在问世后就得到了极大的市场欢迎，并在世界范围内取得了很大的市场销售量。
由于K白金中使用了镍作为增白元素，由镍导致的首饰过敏反应已经成为整个社会都必须面对的问题。对于时髦的首饰消费者来说，自身的镍过敏体质变成了他们的噩梦。根据国内外的使用表明，相当部分佩戴含镍K白金合制备的首饰易出现疼痛红肿、水疱症状。这些人对硬币、皮带搭扣，甚至电话机接触皮肤后也能引起过敏反应。原因就在于，这些物品均含有镍，工业生产中最常见的皮肤接触性过敏物质。国际范围内已经获得科学家公认研究表明，镍会附着在一种特殊的免疫系统蛋白质上，该蛋白质参与身体识别有害入侵物质的过程中。在受影响的人的体内，免疫系统会把镍当作一种感染性物质，当免疫系统反应过激时，身体就会出现一系列典型症状，如灼热、痒、红肿、水疱等。也就是说，镍源附着在生物蛋白上后，就会引发一系列的生物化学反应。它会释放一些分子信号，致使血流增加、组织渗漏、免疫细胞大量涌入，最终形成感染。尽管免疫反应是身体的自卫行为，但是它经常伴有一些副作用。
因而，在首饰行业内，开发和产业化一种具有K白金色泽的无镍金合金具有极其现实的市场意义。通过先进的材料设计技术可以通过底层性的热力学和动力学手段对合金材料进行创新,并且对10K红金的低温脆断问题的解决和产业化会有很大的市场价值。面对日趋激烈的国际国内市场竞争，必须加快结构调整步伐，这不仅是我国首饰行业生存与发展的需要，也是当今世界相关领域的发展趋势。简单而言,通过技术创新和优化设计来突破制约我国18K白金生产与使用发展瓶颈。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料。按重量百分比计,合金的组成为Sr:0.4-0.6wt.%,Ru:0.6-0.8wt.%,Mg:1.5-2.5wt.%,Cr:2.0-3.0wt.%,In:10.0-12.0wt.%,Ag:5.0-8.0wt.%,余量为金。
上述一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料。的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用石墨坩埚;金属熔化后采用低流量的氩气保护，避免大的气流使合金元素严重烧损;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;金合金浇铸采用直径50-100mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为30-40%;每两次轧制后中间退火温度为380度，保温0.5小时;最后将材料轧制成厚度为10-20mm的金板;在首饰成型过程中，需要进行中间退火处理，消除加工过程中的应力;其中，均匀化温度为350度，时间为1-2小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）在首饰用的金合金制造领域，经常由于工艺方面的需要添加一些合金元素来提升金合金的性能。其中，镍是长期以来使用的增加首饰亮度的金属，已经是K白金中不可或缺的组成。镍加入到金合金后，不仅镍本身具备低廉价格的特性，还可以使得金合金最终具有强度更高，熔点温度更低，流动性更好的特点。镍在传统上就是黄金的增白剂，在首饰领域人们一般认为当镍的成分在9-12wt.%就可以获得接近白色的合金。但是在这种合金必须要采用熔模铸造，原因是镍也是很好的硬化元素。在使得合金硬度增大的同时，也显著降低了韧性。此外，镍的加入也使得首饰用K白金有了对人体过敏的过敏源。部分人在佩戴改了首饰后，会出现明显的过敏现象。为了解决这些难题，提高K白金的市场占有量，本专利提供了一种不含镍的K白金，且该材料具有优异的耐腐蚀性能。
（2）该材料具有和K白金同样的白色色泽和良好的物理性能，低廉的价格、较低的液相线温度、良好的机械和铸造性能以及良好的漂白效果。是一种比较理想的含镍白色金合金的替代品。随着合金含量在优化范围的变动，该合金的机械性能可以进行很大程度的调整。同时，该合金由于液相线比较低，850度左右，因而适合于铸造。本专利申请保护的金合金使晶粒得到细化。此外，该合金可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。冶炼加工方法简单，生产成本比较低，降低了对设备要求。
（3）该材料由于进行了成分优化，在晶界及晶内也不会发生低熔点元素富集的情况下，不会促使晶间腐蚀倾向增大。该合金在满足对抗拉强度和表面硬度的要求下,还具有极其优异的弹性性能。该材料的屈服强度为250-280MPa,抗拉强度为320-340MPa,延伸率为20-30%,弹性模量为180-190GPa。这些优良的性能使得该合金可以广泛的用于针形物件和弹簧物件的生产。
（4）该合金在空气中的耐蚀性属于较稳定材料，在弱酸、弱碱汗水中属于稳定型材料，其耐蚀性靠加入热力学稳定性较高的合金元素。在腐蚀环境中，能形成钝化的保护膜，这种膜在不同的介质中，由于去极化作用的结果，从而表现出不同的耐腐蚀性能，对强酸、强碱性汗水的抗腐蚀性也较稳定。该合金在海洋性环境下腐蚀速度为1.410-4mm/年，因而采用该材料制备的首饰在相关环境下使用10内都没有明显的腐蚀现象发生。可以预计，该材料的实施和产业化毕竟取得优异的经济效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1
一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料。按重量百分比计，合金的组成为Sr:0.4wt.%,Ru:0.6wt.%,Mg:1.5wt.%,Cr:2.0wt.%,In:10.0wt.%,Ag:5.0wt.%,余量为金。上述一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用石墨坩埚;金属熔化后采用低流量的氩气保护，避免大的气流使合金元素严重烧损;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;金合金浇铸采用直径50-100mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为30-40%;每两次轧制后中间退火温度为380度，保温0.5小时;最后将材料轧制成厚度为10-20mm的金板;在首饰成型过程中，需要进行中间退火处理，消除加工过程中的应力;其中，均匀化温度为350度，时间为1-2小时。
该材料具有和K白金同样的白色色泽和良好的物理性能，低廉的价格、较低的液相线温度、良好的机械和铸造性能以及良好的漂白效果。是一种比较理想的含镍白色金合金的替代品。随着合金含量在优化范围的变动，该合金的机械性能可以进行很大程度的调整。同时，该合金由于液相线比较低，850度左右，因而适合于铸造。该合金在满足对抗拉强度和表面硬度的要求下,还具有极其优异的弹性性能。该材料的屈服强度为250-280MPa,抗拉强度为320-340MPa,延伸率为20-30%,弹性模量为180-190GPa。这些优良的性能使得该合金可以广泛的用于针形物件和弹簧物件的生产。该合金在空气中的耐蚀性属于较稳定材料，在弱酸、弱碱汗水中属于稳定型材料，其耐蚀性靠加入热力学稳定性较高的合金元素。在腐蚀环境中，能形成钝化的保护膜，这种膜在不同的介质中，由于去极化作用的结果，从而表现出不同的耐腐蚀性能，对强酸、强碱性汗水的抗腐蚀性也较稳定。该合金在海洋性环境下腐蚀速度为1.4 10-4mm/年，因而采用该材料制备的首饰在相关环境下使用10内都没有明显的腐蚀现象发生。
实施例2
一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料。按重量百分比计，合金的组成为Sr:0.6wt.%,Ru:0.8wt.%,Mg:2.5wt.%,Cr:3.0wt.%,In:12.0wt.%,Ag:6.0wt.%,余量为金。上述一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用石墨坩埚;金属熔化后采用低流量的氩气保护，避免大的气流使合金元素严重烧损;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;金合金浇铸采用直径50-100mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为30-40%;每两次轧制后中间退火温度为380度，保温0.5小时;最后将材料轧制成厚度为10-20mm的金板;在首饰成型过程中，需要进行中间退火处理，消除加工过程中的应力;其中，均匀化温度为350度，时间为1-2小时。
该材料具有和K白金同样的白色色泽和良好的物理性能，低廉的价格、较低的液相线温度、良好的机械和铸造性能以及良好的漂白效果。是一种比较理想的含镍白色金合金的替代品。随着合金含量在优化范围的变动，该合金的机械性能可以进行很大程度的调整。同时，该合金由于液相线比较低，850度左右，因而适合于铸造。该合金在满足对抗拉强度和表面硬度的要求下,还具有极其优异的弹性性能。该材料的屈服强度为250-280MPa,抗拉强度为320-340MPa,延伸率为20-30%,弹性模量为180-190GPa。这些优良的性能使得该合金可以广泛的用于针形物件和弹簧物件的生产。该合金在空气中的耐蚀性属于较稳定材料，在弱酸、弱碱汗水中属于稳定型材料，其耐蚀性靠加入热力学稳定性较高的合金元素。在腐蚀环境中，能形成钝化的保护膜，这种膜在不同的介质中，由于去极化作用的结果，从而表现出不同的耐腐蚀性能，对强酸、强碱性汗水的抗腐蚀性也较稳定。该合金在海洋性环境下腐蚀速度为1.4 10-4mm/年，因而采用该材料制备的首饰在相关环境下使用10内都没有明显的腐蚀现象发生。
实施例3
一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料。按重量百分比计，合金的组成为Sr:0.5wt.%,Ru:0.7wt.%,Mg:1.8wt.%,Cr:2.5wt.%,In:11.0wt.%,Ag:6.0wt.%,余量为金。上述一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用石墨坩埚;金属熔化后采用低流量的氩气保护，避免大的气流使合金元素严重烧损;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;金合金浇铸采用直径50-100mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为30-40%;每两次轧制后中间退火温度为380度，保温0.5小时;最后将材料轧制成厚度为10-20mm的金板;在首饰成型过程中，需要进行中间退火处理，消除加工过程中的应力;其中，均匀化温度为350度，时间为1-2小时。
该材料具有和K白金同样的白色色泽和良好的物理性能，低廉的价格、较低的液相线温度、良好的机械和铸造性能以及良好的漂白效果。是一种比较理想的含镍白色金合金的替代品。随着合金含量在优化范围的变动，该合金的机械性能可以进行很大程度的调整。同时，该合金由于液相线比较低，850度左右，因而适合于铸造。该合金在满足对抗拉强度和表面硬度的要求下,还具有极其优异的弹性性能。该材料的屈服强度为250-280MPa,抗拉强度为320-340MPa,延伸率为20-30%,弹性模量为180-190GPa。这些优良的性能使得该合金可以广泛的用于针形物件和弹簧物件的生产。该合金在空气中的耐蚀性属于较稳定材料，在弱酸、弱碱汗水中属于稳定型材料，其耐蚀性靠加入热力学稳定性较高的合金元素。在腐蚀环境中，能形成钝化的保护膜，这种膜在不同的介质中，由于去极化作用的结果，从而表现出不同的耐腐蚀性能，对强酸、强碱性汗水的抗腐蚀性也较稳定。该合金在海洋性环境下腐蚀速度为1.4 10-4mm/年，因而采用该材料制备的首饰在相关环境下使用10内都没有明显的腐蚀现象发生。

Claims (3)

1.一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料；按重量百分比计,合金的组成为Sr:0.4-0.6wt.%,Ru:0.6-0.8wt.%,Mg:1.5-2.5wt.%,Cr:2.0-3.0wt.%,In:10.0-12.0wt.%,Ag:5.0-8.0wt.%,余量为金。
2.权利要求1所述一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料，其特征在于包括如下冶炼步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用石墨坩埚;金属熔化后采用低流量的氩气保护，避免大的气流使合金元素严重烧损;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;金合金浇铸采用直径50-100mm的钢模，并采用水冷的方式降温。
3.据权利要求1所述一种具有高弹性模量且可以避免镍过敏的18K白金材料，其特征在于包含如下使用步骤：将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为30-40%;每两次轧制后中间退火温度为380度，保温0.5小时;最后将材料轧制成厚度为10-20mm的金板;在首饰成型过程中，需要进行中间退火处理，消除加工过程中的应力;其中，均匀化温度为350度，时间为1-2小时。
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