CN110055437A - 一种具有斯斑效应14k耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺 - Google Patents

一种具有斯斑效应14k耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有斯斑效应14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺。按重量百分比计，合金的组成为：In:4.0‑6.0wt.%,Ni:5.0‑8.0wt.%,Y:0.2‑0.6wt.%,Ta:0.2‑0.5wt.%,Re:2.0‑2.5wt.%,Ge:0.1‑0.2wt.%,Cr:0.4‑0.8wt.%,Au:58.0‑59.0wt.%,余量为银。该合金为首饰用金合金提供了一种具备斯斑效应的金合金，也就是采用该材料制备的金首饰表面会有珍珠斑的色彩斑斓。由于首饰表面观感出众且冶炼和加工工艺简单，该材料在用于首饰行业后在解决国内外市场急需的同时，也会获得极大的经济价值。

Description

一种具有斯斑效应14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种金基合金。
背景技术
纯金具有非常美丽的黄色光泽，且化学稳定性好。在加热的时候不容易发生颜色的改变，也就是极好的抗氧化性能。纵观历史和国内外的消费市场，黄金一直被用作首饰材料，受到人们的青睐。随着近代消费意识的提升，黄金制备的首饰花样不停的翻新。以往单一的黄金首饰逐渐被美观且品种繁多的金合金代替。这些金合金，除了用于首饰外，也多用于表壳，表带，眼镜架和各种工艺品。这些金合金除了具备不同的色泽（常见的是白色，黄色，红色和粉红等颜色），化学稳定性好，表面抗变色性能好，以及具有优良的加工工艺。
这些金合金都属于传统的饰品用金合金。近年来，随着人们对生活水平进一步提升的需要，人们利用合金相变和晶体结构来进一步开发新一代的金基合金材料，用于高端首饰行业的需求。其中，最著名的便是斯斑合金（Spangold）。Spangold是由spangle和gold两个词构成的复合名词，意思是斑斓闪烁的金合金。也就是说，这种合金在抛光后，由于相变的作用便会在光线的照射下产生色彩斑斓的效果。这种类型的合金在引入首饰装饰用贵金属中后，便引起了国内外广泛的关注。
尽管斯斑合金由于在阳光的照耀下能够产生类似于贝壳色彩斑斓的效果，但是国际上对该类合金产品的开发还处在初级阶段。已有的金基斯斑合金除了会出现由于腐蚀性问题而导致的斯斑效果衰退的现象，还会导致由于发生使用中的时效而导致首饰变脆，发生脆断的现象。这些现状严重的制约了该类首饰用合金材料在世界范围内的进一步推广和产业化。
随着我国经济的进一步发展，人们对首饰用的合金材料需求越来越旺盛。斯斑合金行业难题长时间不解决，不仅影响到了该类产品的市场销售量和使用体验，也严重的限制了该类产品在国际市场的占有量。合金中的晶体结构和相变是设计该类合金的底层性信息，耦合了热力学和动力学手段的设计方法可以对该类材料进行先进创新的前沿性手段。因而，面对国内外市场激烈的市场竞争，必须加快创新的步伐来开发新型斯斑合金。这不仅是我国首饰行业生存和发展的需求，也是当今世界发展的主要趋势。本专利就是为了解决这些行业难题而提供的一种新型的金基斯斑合金，在具备珍珠般的色泽后，还能体现出优异的耐腐蚀性能和耐脆断能力。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有斯斑效应14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺。该金合金用于制备首饰后，除了外观在光线的照射下能够产生类似于贝壳表面的斯斑效应外，还能够具有优异的耐腐蚀和耐脆断能力。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有斯斑效应的14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺。按重量百分比计,该合金组成为：In:4.0-6.0wt.%,Ni:5.0-8.0wt.%,Y:0.2-0.6wt.%,Ta:0.2-0.5wt.%,Re:2.0-2.5wt.%,Ge:0.1-0.2wt.%,Cr:0.4-0.8wt.%,Au:58.0-59.0wt.%,余量为银。
上述一种具有斯斑效应的14K耐腐蚀耐脆断金合金的制备和使用方法，包括如下的步骤：（a）配料：按照如上的质量百分比进行原料的称量；（b）冶炼：采用氩气保护的非真空感应熔炼炉进行熔炼，其中坩埚采用石墨坩埚；在1150-1200度保温10分钟并利用电磁搅拌将合金熔体充分搅拌，然后进行铁模具进行铸造，并采用水冷进行快速冷却;（c）随后的压力加工和热处理：将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为5-8%;每四次轧制后中间退火温度为400-500度，保温1.0-2.0小时;最后将材料轧制成厚度为10-15mm的板材;在首饰成型过程中抛光后，需要进行最后的淬火工程，工艺为在真空加热到600-700度并保温40-50分钟后，将合金进行水淬。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）传统首饰材料的表面要通过打磨获得镜面般的效果，但是并不能取得色彩斑斓的效果。要想在首饰表面获得斯斑合金的效果，也就是类似贝壳在光的照耀下产生的靓丽色彩现象，就必须对合金的相变和晶体结构进行微观上的调控。其中，当合金中能产生马氏体相变时，表面产生的浮凸构成的栅栏结构能够对光产生衍射，便产生了贝壳般的效果。目前，在国际范围内，基于斯斑合金的首饰品种非常少，而用于开发该类首饰的合金材料更是寥寥无几。随着我国经济的快速发展，在首饰行业进一步占领国际市场就必须对传统的斯斑合金进行材料学上的创新来设计出具有优异性能的新型斯斑合金。这种市场需求恰恰体现在了本专利申请保护的一种具有斯斑效应的14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺。
（2）该合金的熔点为960-1020度，具有非常优异的流动性能和填充铸模性能。同时，在冶炼的过程中具有非常低的吸气性能，并能最大限度的减少浮渣的生成。在采用传统的铸造工艺铸造后，铸件的表面状态好，合金的收缩倾向小，整体上合金的孔洞比例小于0.5%体积比。在经过轧制后，该合金的密实度能达到理论密度的99.8%以上。此外，该材料还可以克服传统斯斑合金中出现的硬点缺陷，也就是首饰表面或者内部出现硬度很高的异物，也叫金渣。这些硬点在首饰抛光的时候会出现非常严重的划痕，严重的降低了首饰表面的光洁度和顾客的接受度。传统上，这种问题都是在首饰的抛光过程中才发现的，因而后期要花费大量的人力物力来进行修补。更为严重的是，对于细小分布的硬点，最终还会难以修复导致报废。因而，本专利申请保护的首饰用金合金，在材料结构的基础上提供了一种克服传统斯斑金合金具有的硬点缺陷现象。
（3）该合金具有好的力学性能来胜任首饰材料的要求，其中屈服强度为150-180MPa，抗拉强度达到了270-300MPa，延伸率为15-20%，维氏硬度在固溶处理随炉冷却和淬火后分别为90-100和180-190。由于该材料的塑性极其突出，可以利用冷冲压的条件进行首饰制造，其中变形量可以达到20%以上而不会发生加工过程中的硬化而导致的开裂。同时，在淬火发生马氏体转变后，由于硬度性能突出，即使指甲在表面划过也不会产生任何划痕。
（4）该材料在铸态和淬火态下具有黄色色泽，经过抛光和淬火后合金的主色仍然为黄色，但是闪烁着白，红，蓝等绚丽色彩。每个晶粒都呈现出非常规则排列有板条状或者孪晶构成的层状结构。采用该材料制备的首饰对强酸、强碱性汗水的抗腐蚀性也较稳定，在模拟人工汗水的条件下腐蚀速度为1.5-2.010-4mm/年，因而该材料在实际使用中10年内没有明显的腐蚀现象发生。
（5）此外，该材料可以克服传统金合金中出现的有序化导致的结构脆断。也就是在常见的金合金成分范围内，在铸造后的冷却过程中或者在焊接后的冷却过程中，甚至在镶石上火漆的冷却过程中，都会形成有序化结构而增加材料的脆性，使得在对饰件进行铸造后处理过程中，稍微受到外力或冲击就可能引起饰件断裂，给首饰生产带来很大困扰和难度。该合金具有长时间的时效稳定性，在使用5年后，由于自然时效导致的强度和硬度上升引起的塑性变形量下降不超过1-2%。该材料在制备成首饰后，在使用5年后，不会发生脆断和表面脱落的现象。
具体实施方式
实施例1
一种具有斯斑效应的14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺。按重量百分比计,该合金组成为:In:4.2wt.%,Ni:5.0wt.%,Y:0.4wt.%,Ta:0.2wt.%,Re:2.1wt.%,Ge:0.1wt.%,Cr:0.5wt.%,Au:58.0wt.%,余量为银。
上述一种具有斯斑效应的14K耐腐蚀耐脆断金合金的制备和使用方法，包括如下的步骤：（a）配料：按照如上的质量百分比进行原料的称量；（b）冶炼：采用氩气保护的非真空感应熔炼炉进行熔炼，其中坩埚采用石墨坩埚；在1160度保温10分钟并利用电磁搅拌将合金熔体充分搅拌，然后进行铁模具进行铸造，并采用水冷进行快速冷却;（c）随后的压力加工和热处理：将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为5%;每四次轧制后中间退火温度为400度，保温1.0小时;最后将材料轧制成厚度为12mm的板材;在首饰成型过程中抛光后，需要进行最后的淬火工程，工艺为在真空加热到620度并保温40分钟后，将合金进行水淬。
该合金的熔点为980度，具有非常优异的流动性能和填充铸模性能。该合金具有好的力学性能来胜任首饰材料的要求，其中屈服强度为160MPa，抗拉强度达到了275MPa，延伸率为18%，维氏硬度在固溶处理随炉冷却和淬火后分别为90和185。采用该材料制备的首饰对强酸、强碱性汗水的抗腐蚀性也较稳定，在模拟人工汗水的条件下腐蚀速度为1.810-4mm/年，因而该材料在实际使用中10年内没有明显的腐蚀现象发生。该合金具有长时间的时效稳定性，在使用5年后，由于自然时效导致的强度和硬度上升引起的塑性变形量下降不超过1%。该材料在制备成首饰后，在使用5年后，不会发生脆断和表面脱落的现象。
实施例2
一种具有斯斑效应的14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺。按重量百分比计,该合金组成为:In:5.0wt.%,Ni:6.2wt.%,Y:0.4wt.%,Ta:0.5wt.%,Re:2.0wt.%,Ge:0.2wt.%,Cr:0.7wt.%,Au:59.0wt.%,余量为银。
上述一种具有斯斑效应的14K耐腐蚀耐脆断金合金的制备和使用方法，包括如下的步骤：（a）配料：按照如上的质量百分比进行原料的称量；（b）冶炼：采用氩气保护的非真空感应熔炼炉进行熔炼，其中坩埚采用石墨坩埚；在1160度保温10分钟并利用电磁搅拌将合金熔体充分搅拌，然后进行铁模具进行铸造，并采用水冷进行快速冷却;（c）随后的压力加工和热处理：将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为7%;每四次轧制后中间退火温度为450度，保温1.4小时;最后将材料轧制成厚度为12mm的板材;在首饰成型过程中抛光后，需要进行最后的淬火工程，工艺为在真空加热到680度并保温45分钟后，将合金进行水淬。
该合金的熔点为1005度，具有非常优异的流动性能和填充铸模性能。该合金具有好的力学性能来胜任首饰材料的要求，其中屈服强度为172MPa，抗拉强度达到了295MPa，延伸率为16%，维氏硬度在固溶处理随炉冷却和淬火后分别为94和182。采用该材料制备的首饰对强酸、强碱性汗水的抗腐蚀性也较稳定，在模拟人工汗水的条件下腐蚀速度为1.610- 4mm/年，因而该材料在实际使用中10年内没有明显的腐蚀现象发生。该合金具有长时间的时效稳定性，在使用5年后，由于自然时效导致的强度和硬度上升引起的塑性变形量下降不超过1%。该材料在制备成首饰后，在使用5年后，不会发生脆断和表面脱落的现象。
实施例3
一种具有斯斑效应的14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺。按重量百分比计,该合金组成为:In:4.8wt.%,Ni:6.0wt.%,Y:0.5wt.%,Ta:0.3wt.%,Re:2.4wt.%,Ge:0.1wt.%,Cr:0.5wt.%,Au:58.0wt.%,余量为银。
上述一种具有斯斑效应的14K耐腐蚀耐脆断金合金的制备和使用方法，包括如下的步骤：（a）配料：按照如上的质量百分比进行原料的称量；（b）冶炼：采用氩气保护的非真空感应熔炼炉进行熔炼，其中坩埚采用石墨坩埚；在1160度保温10分钟并利用电磁搅拌将合金熔体充分搅拌，然后进行铁模具进行铸造，并采用水冷进行快速冷却;（c）随后的压力加工和热处理：将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为6%;每四次轧制后中间退火温度为480度，保温1.0-2.0小时;最后将材料轧制成厚度为10mm的板材;在首饰成型过程中抛光后，需要进行最后的淬火工程，工艺为在真空加热到650度并保温40分钟后，将合金进行水淬。
该合金的熔点为970度，具有非常优异的流动性能和填充铸模性能。该合金具有好的力学性能来胜任首饰材料的要求，其中屈服强度为164MPa，抗拉强度达到了290MPa，延伸率为16%，维氏硬度在固溶处理随炉冷却和淬火后分别为92和184。采用该材料制备的首饰对强酸、强碱性汗水的抗腐蚀性也较稳定，在模拟人工汗水的条件下腐蚀速度为1.910-4mm/年，因而该材料在实际使用中10年内没有明显的腐蚀现象发生。该合金具有长时间的时效稳定性，在使用5年后，由于自然时效导致的强度和硬度上升引起的塑性变形量下降不超过2%。该材料在制备成首饰后，在使用5年后，不会发生脆断和表面脱落的现象。

Claims (2)

1.一种具有斯斑效应14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺，其特征在于按重量百分比计，合金的化学成分为：In:4.0-6.0wt.%,Ni:5.0-8.0wt.%,Y:0.2-0.6wt.%,Ta:0.2-0.5wt.%,Re:2.0-2.5wt.%,Ge:0.1-0.2wt.%,Cr:0.4-0.8wt.%,Au:58.0-59.0wt.%,余量为银。
2.根据权利要求1所述一种具有斯斑效应14K耐腐蚀耐脆断金合金及其工艺，其特征在于包含如下步骤：（a）配料：按照如上的质量百分比进行原料的称量；（b）冶炼：采用氩气保护的非真空感应熔炼炉进行熔炼，其中坩埚采用石墨坩埚；在1150-1200度保温10分钟并利用电磁搅拌将合金熔体充分搅拌，然后进行铁模具进行铸造，并采用水冷进行快速冷却;（c）随后的压力加工和热处理：将所得的铸锭在室温下进行轧制，每道次轧下量为5-8%;每四次轧制后中间退火温度为400-500度，保温1.0-2.0小时;最后将材料轧制成厚度为10-15mm的板材;在首饰成型过程中抛光后，需要进行最后的淬火工程，工艺为在真空加热到600-700度并保温40-50分钟后，将合金进行水淬。
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