CN110106388A - 一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺。按重量百分比计，合金的组成为：Mo:0.3‑0.5wt.%,Bi:0.4‑0.5wt.%,Sb:2.0‑3.0wt.%,Ta:0.1‑0.2wt.%,In:5.0‑8.0wt.%,Co:1.0‑2.0wt.%,Ag:4.0‑6.0wt.%,Cu:5.0‑10.0wt.%，余量为铂。该材料可以为首饰行业提供一种具有斯斑效应的铂合金，也就是合金表面可以形成入射光衍射效应。除了能形成色彩斑斓的外观外，该合金在满足高端首饰用铂合金的需求外，还可以获得极大的社会价值和经济价值。

Description

一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铂合金。
背景技术
铂及其铂合金广泛的应用于首饰，工艺品，牙科材料，餐具和货币等领域。在工业方面，铂合金还可以作为电接触材料和医疗器械材料等。采用铂合金制备的首饰具有非常美丽高雅的色调，相对于K金。由于其格调高雅和保值的优势，深受人们的喜爱。在国内，特别是少数民族平时穿戴或者节日装饰用，需求量非常的大。近年来，随着人们生活水平的提高，首饰用铂合金的市场需求量份额急速扩展，这也间接的说明了铂合金在首饰领域的重要地位。
目前而言，国内外已经开发了很多种类的首饰用铂合金。这些多种类的铂合金不仅种类众多，而且外表色泽多变。但是目前在首饰界，首饰用贵金属合金最令人瞩目的品种是金合金中的斯斑金。斯斑金是利用金合金中的马氏体或者类似于马氏体的相变所产生的表面浮凸与精细层状结构在光线作用下产生的光栅栏衍射效应，从而使得金合金表面能产生类似于贝壳的斑斓闪烁的效果。这就是人们所称的斯斑效应，具有这种效应的金合金也被称为斯斑金。采用这种金合金制作的首饰在国内外取得了非常令人满意的接受程度和销售量，也变成了首饰用金合金在未来几十年内的研发和产业化目标。
和金比起来，铂也具有贵金属的突出特点。除了价格昂贵外，还具有高贵典雅的色泽。首饰用铂合金在添加了合适的合金元素后，除了具有非常优异的颜色，还能具有突出的性能（力学性能，耐腐蚀性能等）。特别是，铂合金的强度和加工硬化性能特别适合于镶嵌钻石，可以做成非常漂亮的首饰。
开发具有斯斑效应的首饰用合金，并不一定非要局限于在合金中形成由马氏体转变造成的浮凸和层状微结构。该类合金表面色彩斑斓的效果是由层状的微结构对入射光造成的颜色，因而完全可以通过其它类型的相变来达到类似的效果。人们对先进首饰材料的需求是随着我国经济的快速发展而急剧提高的。随着国内外首饰市场竞争的激烈化，必须加快创新步伐来开发新型斯斑铂。这不仅是我国首饰行业生存和发展的需求，也是当今首饰行业发展的主要方向。本专利就是为了解决这些现状而提出的一种材料学上的解决方案，也就是通过底层的热力学和晶体学信息来调控和由于铂合金中的相变和晶体学的信息，开发出具有微结构衍射效应的首饰用铂合金来满足国内外的需求。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺。该合金由于在相变过程中发生多元合金的共晶类型相变而产生了层状微结构。除了当光线照射到该合金表面后能够产生珍珠斑的色彩斑斓的效果外，还能够具有非常优异的力学性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺。按重量百分比计,该合金组成为：Mo:0.3-0.5wt.%,Bi:0.4-0.5wt.%,Sb:2.0-3.0wt.%,Ta:0.1-0.2wt.%,In:5.0-8.0wt.%,Co:1.0-2.0wt.%,Ag:4.0-6.0wt.%,Cu:5.0-10.0wt.% ，余量为铂。
上述一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺，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1700-1800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）最终热处理工序为：500-600度保温2.5-3.0小时随炉冷却。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）目前为止，具有斯斑效应的合金主要是马氏体或者类马氏体合金。由于该类合金可以在马氏体相变过程中在结构中形成浮凸和层状的微结构，当光线照射到该类合金表面时便能产生衍射现象，形成表面色彩斑斓的观感。当调节合金成分和热处理工艺时，这些浮凸和马氏体层状微结构的间距就会发生改变，这样对入射光衍射产生的斯斑效应就会改变。这样，根据不同的艺术欣赏角度和要求来通过改变材料和工艺来获得各种尺寸，粒度，颜色的花纹。但是，能够产生斯斑效应的不仅仅是马氏体相变，通过合理的材料设计也能够通过其它类型的相变来获得满足衍射需求的精细层状微结构。本专利就是从实际需要出发，提供了一种非马氏体相变导致的斯斑铂合金及其工艺。.
（2）该材料的设计原理是基于多元合金在凝固过程中的共晶类型相变。对于多元合金而言，当熔体从高温降低过程中，可以通过合适的成分选择使得熔体在降温的过程中不经过两相区而直接进入三相区，发生三相的共晶型相变（liq=alpha+beta）。由于多元合金的共晶型相变在一定的温度区间内完成，可以设计合适的冷却速度和合金中的成分来获得最佳的层间距以及共晶组织在最终合金中的体积比，因为在冷却的过程中还会有其它类型的相变发生。为了获得合适的斯斑效应，这就需要共晶体的体积含量要在80%以上。这些由多元共晶相变生成的层状结构造成的入射光衍射现象，是一种新型的开发首饰用斯斑合金的方法，也是本专利设计的核心所在。
（3）传统的由马氏体相变造成的斯斑效应合金，在进行淬火前通常要进行抛光。这增加了在首饰制造过程中表面缺陷的比例。本专利申请保护的新型斯斑合金，其机制是多元合金凝固过程中产生的共晶组织，因而完全可以在首饰制备完成后最后进行抛光操作，这大大简化了废品率的产生。此外，通过调节冷却速度，还可以控制共晶层的间距以及晶体的取向，使得合金获得格具特色的闪烁花纹。本专利申请保护的斯斑类合金，其层状间距范围为2-5微米。其中层状的组织占整个体积比的80-90%。该材料经过抛光后合金的主色仍然为铂色，但是闪烁着白，红，蓝等绚丽色彩。因而，斯斑铂饰品具有非常独特的闪烁花纹，更具备美学观赏和收藏价值。
（4）该合金的熔点范围为1250-1300度，当熔体在降温的过程中发生凝固时，可以体现出非常优异的流动性能和填充模具性能。此外，在冶炼的时候，具有非常低的吸气能力，并能最大限度的降低在铸锭中产生浮渣的生成。当采用传统工艺对该材料进行铸造后，可以降低铸造时产生的热裂倾向，且可以优化铸造过程中空洞过大和疏松明显等技术难题。该材料由于是共晶类型的首饰用合金，因而不能通过随后的压力加工进行下一步的成型过程。在使用中，该材料通常在切割，抛光后就可以获得斯斑效果。因而，该材料常常用作镶嵌在首饰中的装饰部分。
（5）该材料具有非常优异的力学性能来满足加工和使用过程中的需求。其屈服强度为450-480MPa，抗拉强度为560-580MPa，延伸率为15-20%。采用该材料制备的铂首饰，对常见的腐蚀性环境有很好的抵抗作用。在模拟的人工海水中，该材料的腐蚀速度为1.0-2.0x10-4mm/年，因而该材料在首饰的实际使用年限内（小于10年）使用而没有明显的腐蚀现象发生。
具体实施方式
实施例1
一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺。按重量百分比计,该合金组成为: Mo:0.3wt.%,Bi:0.4wt.%,Sb:2.5wt.%,Ta:0.1wt.%,In:5.2wt.%,Co:1.8wt.%,Ag:4.5wt.%,Cu:6.0wt.% ，余量为铂。
上述一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺，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1750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）最终热处理工序为：520度保温2.5小时随炉冷却。
该合金的熔点为1280度，当熔体在降温的过程中发生凝固时，可以体现出非常优异的流动性能和填充模具性能。该材料具有非常优异的力学性能来满足加工和使用过程中的需求。其屈服强度为460MPa，抗拉强度为580MPa，延伸率为16%。该合金其层状间距范围为3微米。其中层状的组织占整个体积比的85%。在模拟的人工海水中，该材料的腐蚀速度为1.4x10-4mm/年，因而该材料在首饰的实际使用年限内（小于10年）使用而没有明显的腐蚀现象发生。
实施例2
一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺。按重量百分比计,该合金组成为: Mo:0.4wt.%,Bi: 0.5wt.%,Sb:2.8wt.%,Ta:0.1wt.%,In:7.0wt.%,Co:1.8wt.%,Ag:4.5wt.%,Cu:6.0wt.% ，余量为铂。
上述一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺，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1780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）最终热处理工序为：580度保温2.5小时随炉冷却。
该合金的熔点为1260度，当熔体在降温的过程中发生凝固时，可以体现出非常优异的流动性能和填充模具性能。该材料具有非常优异的力学性能来满足加工和使用过程中的需求。其屈服强度为480MPa，抗拉强度为560MPa，延伸率为16%。该合金其层状间距范围为5微米。其中层状的组织占整个体积比的82%。在模拟的人工海水中，该材料的腐蚀速度为1.8x10-4mm/年，因而该材料在首饰的实际使用年限内（小于10年）使用而没有明显的腐蚀现象发生。
实施例3
一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺。按重量百分比计,该合金组成为: Mo:0.4wt.%,Bi:0.4wt.%,Sb:2.5wt.%,Ta:0.1wt.%,In:5.8wt.%,Co:1.4wt.%,Ag:5.2wt.%,Cu:7.5wt.% ，余量为铂。
上述一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺，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1750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）最终热处理工序为：540度保温2.6小时随炉冷却。
该合金的熔点为1290度，当熔体在降温的过程中发生凝固时，可以体现出非常优异的流动性能和填充模具性能。该材料具有非常优异的力学性能来满足加工和使用过程中的需求。其屈服强度为470MPa，抗拉强度为560MPa，延伸率为18%。该合金其层状间距范围为2-5微米。其中层状的组织占整个体积比的86%。在模拟的人工海水中，该材料的腐蚀速度为1.5x10-4mm/年，因而该材料在首饰的实际使用年限内（小于10年）使用而没有明显的腐蚀现象发生。

Claims (2)

1.一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺，其特征在于按重量百分比计，合金的化学成分为：Mo:0.3-0.5wt.%,Bi:0.4-0.5wt.%,Sb:2.0-3.0wt.%,Ta:0.1-0.2wt.%,In:5.0-8.0wt.%,Co:1.0-2.0wt.%,Ag:4.0-6.0wt.%,Cu:5.0-10.0wt.%，余量为铂。
2.根据权利要求1所述一种层状结构多元共晶反应型首饰用铂合金及其工艺，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1700-1800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）最终热处理工序为：500-600度保温2.5-3.0小时随炉冷却。
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