CN113383099A - 具有改善机械性能的银合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了银合金组合物，其由至少90.0％重量的银、0.01‑1.5％重量的锆、镁、钛中的每一种和余量的铜组成，具有改善的机械性能。银合金中的合金金属赋予其高的“铸态”和“60％冷加工”硬度，并具有可加工的弹性、降低的比重和耐磨性。

Description

具有改善机械性能的银合金

发明领域

本发明涉及银合金组合物，其由至少90.0％重量的银，0.01-1.5％重量的锆，镁和钛中的每一种以及余量的铜组成，具有改善的机械性能。银合金中的合金金属赋予其高的“铸态”和“60％冷加工”硬度，并具有可加工的弹性、降低的比重和耐磨损性。

发明背景

像金一样的银金属被认为是一种贵金属，非常柔软，具有可塑性和延展性。银具有亮白金属光泽，可以进行高度抛光，表现出高导电性、导热性、反射性和良好的耐腐蚀性。银的这些固有特性使其成为广泛工业应用的良好材料选择。除铸币外，银还用于制造珠宝、高价值餐具和器皿。银还可应用于医疗器械、牙科、光学、电气和电子设备、照相化合物、伏打电池的导电表面以及其他各种工业应用的成型、挤压和模制件。

被归类为“足银”的银至少含有99.5％的纯银，然而，由足银制成的产品很容易凹陷或弯曲变形，且容易损坏。因此，纯银很少被使用。

足银非常柔软和有韧性，由于其固有的缺乏硬度，单独使用是不可行的。足银金属的维氏硬度约为25HV。为了增强结构和增加硬度，银传统上与铜形成合金。铜通常用于生产纹银，纹银必须含有至少92.5％的银。纹银合金是外观至上、强度和耐用性尤为重要时的首选材料，如珠宝、铸币和银器。

纹银合金在市场上有售，在文献中也有描述。这些合金中的一些声称具有诸如高“铸态”硬度和通过热处理硬化的能力(可逆淬透性)等特征。示例性专利有如美国专利5817195、美国专利5039479、美国专利5037708、美国专利6139652、美国专利2006045792、美国专利9267191描述了纯银或纹银合金，具有一种或多种基础元素，如锌、铟、锡、镓、少量二氧化硅、贵金属等。

EP3329024提供一种可时效硬化的纹银合金，其包含92.5-96.8％重量的银(Ag)；0.7-1.9％重量的钯(Pd)；2.5-6.8％重量的锌(Zn)和铟(In)；最多0.25％重量的任选锗(Ge)和/或硅(Si)；最多3％重量的铜(Cu)；最多2％重量的锡(Sn)和/或镓(Ga)。该组合物的合金在硬化后具有约100-120HV的硬度(与标准纹银合金相当)和“铸态”或不小于50-60HV的均化硬度(与标准纹银合金相当)。

WO2012125516描述了含钛的纹银合金，其包含约92.5％重量至约99.5％重量的银和约0.5％重量至约7.0％重量的钛，以及选自钯、铌、铝、锗、硼、锌、铜和锆中的第三金属，其具有改善的硬度。

WO2017021818公开了一种可时效硬化的纹银合金，包含92.5-96.8％重量的银；0.7-1.9％重量的钯；2.5-6.8％重量的锌(Zn)和铟(In)；最多0.25％重量的锗(Ge)和/或硅(Si)；最大重量百分比为3％的铜(Cu)；最多2％重量的锡(Sn)和/或镓(Ga)，并且还可以进一步包括最多0.2％重量的铝(Al)、镁(Mg)、锰(Mn)、钛(Ti)，形成氧化物及用作晶粒细化剂、去氧化剂的其他元素的保护层。WO2017021818的纹银合金具有约48至120HV的维氏硬度。

此外，在现有技术中有描述以金、钯、锌、锗、铂和周期表中的其他金属作为合金金属的银合金，以获得或增强银合金对于其特定应用的性能。示例性专利/专利申请/专利公开包括但不限于US3929474、WO2004066354、WO03028669、CN1248044(A)、CN102699567or或DE19821386。

银合金的机械性能如硬度在现有技术中通过时效硬化得到改善，时效硬化需要将混合物加热到高温，然后冷却，再加热到中温，然后再次冷却。

鉴于以上所述，本发明人认为，存在提供银合金组合物的范围，该银合金组合物可进一步硬化，具有可加工的弹性和抗磨损性。

本发明基于开发具有至少90％重量银的银合金的目的，该银合金具有改进的“铸态”和“冷加工(60％)硬化”硬度、改进的可加工弹性和耐磨性。

发明概述:

为了达到上述目的，本发明提供了一种具有改善的机械性能的合金组合物，包括:

i.0.01至1.5％重量的锆；

ii.0.01至1.5％重量的镁；

iii.0.01至1.5％重量的钛；

至少90.0％重量的银，并且其中所述合金的余量还包括铜。

因此，具有改善的机械性能的银合金组合物包括:

i.90.0％重量至99.5％重量的银；

ii.0.01至1.5％重量的锆；

iii.0.01至1.5％重量的镁；

iv.0.01至1.5％重量的钛；和

v.0.1至9.97％重量的铜。

在另一个优选方面，本发明公开了具有改善的机械性能的纹银合金组合物，包括:

i.92.5％重量的银；

ii.0.15％重量的锆；

iii.0.15％重量的镁；

iv.0.15％重量的钛；和

v.7.05％重量的铜。

在又一个优选方面，本发明公开了具有改善机械性能的银合金组合物，包括:

i.97％重量的银；

ii.0.15％重量的锆；

iii.0.15％重量的镁；

iv.0.15％重量的钛；和

v.2.55％重量的铜。

与含有至少90％银的常规铜银合金相比，本发明的银基合金显示出改进的硬度，更有弹性，显示出显著的耐磨性和抗撕裂性，在抛光过程中银的损失最小，保持了银制品的美观性而不会引起永久变形，并保持了银的色泽。

在以下描述中，本发明的其他目的和由此产生的优点对于本领域技术人员来说将是显而易见的。所有提到的百分比均为“合金总重量的重量百分比”。

发明内容:

申请人惊奇地发现，向银中加入适量的合金元素锆、镁和钛，银的重量百分比至少为90％，余量为铜，提供了一种具有优异机械性能的银合金，其具有改进的硬度，可加工的弹性，降低的比重，抗磨损，适用于珠宝、铸币、装饰物品、器具等。

尽管现有技术依赖于时效硬化方法，该方法需要加热来改善银合金的机械性能，例如硬度，但是本发明使用适量的合适合金对“铸造”银合金和“冷加工”银合金进行强化/硬化。

整个说明书中使用的术语“弹性”是指合金/产品在不引起永久变形的情况下可以产生多大的挠曲。因此，高弹性挠曲是必要的，因为它可以产生更恒定的力度，并且具有更大的工作范围。

因此，本发明公开了一种具有改善的机械性能的合金组合物，包括:

i.0.01至1.5％重量的锆；

ii.0.01至1.5％重量的镁；

iii.0.01至1.5％重量的钛；

至少90.0％重量的银，并且其中所述合金的余量还包括铜。

在一个实施方案中，本发明公开了具有改善机械性能的银合金组合物，包括:

i.90.0％重量至99.5％重量的银；

ii.0.01至1.5％重量的锆；

iii.0.01至1.5％重量的镁；

iv.0.01至1.5％重量的钛；和

v.0.1至9.97％重量的铜。

在另一个优选实施方案中，本发明公开了具有改善机械性能的纹银合金组合物，包括:

i.92.5％重量的银；

ii.0.15％重量的锆；

iii.0.15％重量的镁；

iv.0.15％重量的钛；和

v.7.05％重量的铜。

在另一个优选实施方案中，本发明公开了具有改善机械性能的银合金组合物，包括:

i.97％重量的银；

ii.0.15％重量的锆；

iii.0.15％重量的镁；

iv.0.15％重量的钛；和

v.2.55％重量的铜。

与常规银合金相比，本发明包含锆、镁和钛作为至少90％重量银的合金金属的合金，具有相当高的“铸态”硬度以及“冷加工”时的硬度。

因此，本发明的银合金具有在130-150HV范围内的相当高的“铸态”维氏硬度。

此外，高“铸态”银合金的冷加工硬化(60％)导致该合金具有150-180HV范围内的维氏硬度。

本发明的银合金的平均比重在9.95至10.15克/立方厘米之间。

本发明的合金显示出与常规纹银非常相似的色泽。本发明合金具有至少90％重量的银，更有弹性，从而保持了珠宝和银饰的美感，而不会永久变形。

本发明合金具有至少90％重量的银，显示出显著的耐磨性和抗撕裂性，在抛光过程中银的损失最小，并保持银的颜色和光泽。

在一个实施例中，即使有铜的存在，本发明的纹银合金也具有传统纹银合金所不具备的改善的高“铸态”硬度和“冷加工硬度”以及弹性。

类似地，当与97％重量的银以及常规金属如铜形成合金时，选自锆、镁、钛的合金金属的适当比例为银合金提供了改进的高“铸态”硬度和“冷加工硬度”以及用于制造银器、硬币和装饰品的弹性。

在一个实施方案中，本发明提供了选自锆、镁和钛的适当比例的合金金属的用途，其与至少90％重量的银和其它常规合金金属相容，并赋予合金固溶强化/硬化性能。本发明的合金在“铸造”和“冷加工”时都具有高硬度；高弹性，比重降低，磨损减少，适用于制作珠宝、硬币、银器和装饰品。

为了便于本领域技术人员更好理解，参考实施例更详细地描述了本发明，这些实施例仅是说明性的，且不限于本发明。

例1:

如以下实施例2和3所示，通过固溶法制备包含至少90％重量的银和不同比例的合金金属锆、钛、镁和铜的合金。为了比较的目的，通过类似的方法制备常规银合金。

因此，向足银中加入合金金属钛、锆、镁和铜，在真空炉中混合并熔化以形成熔体，将获得的熔体铸模并冷却，再将“铸态”合金在室温下进一步冷加工至60％以获得合金。

例2:

本合金的成分:

·银(Ag)-92.5％重量

·钛(Ti)-0.15％重量

·锆(Zr)-0.15％重量

·镁(Mg)-0.15％重量

·铜(Cu)-7.05％重量

传统纹银:

·银(Ag)-92.5％重量

·铜(Cu)-7.5％重量

比重:结果表明，本实施例纹银合金的平均比重显著降低。传统纹银合金的比重为10.36克/立方厘米，而本发明的纹银合金的平均比重为9.98克/立方厘米，比传统纹银合金低3.668％。

硬度:本纹银合金的高“铸态”硬度以及冷加工(60％)硬度明显高于常规纹银合金。本发明的纹银合金硬度的提高使之成为大有潜力的商业合金，因为传统的纹银合金对于珠宝应用来说过软。

弹性:即使对于本发明的纹银合金的较高克重，也观察到更高的挠曲，这表明银合金弹性增强，适用于珠宝首饰的制造。

例3:

本合金的成分:

·银(Ag)-97.0％重量

·钛(Ti)-0.15％重量

·锆(Zr)-0.15％重量

·镁(Mg)-0.15％重量

·铜(Cu)-2.55％重量

传统银器:

·银(Ag)-97.0％重量

·铜(Cu)-3.0％重量

比重:结果显示，本发明包含97％重量银的银合金的平均比重显著降低。而常规银合金(97％重量的银)的比重为10.44克/立方厘米，但本银合金(97％重量的银)的平均比重为10.12克/立方厘米，比常规银合金低3.065％。

硬度:本发明银合金(97％重量的银)的高“铸态”硬度以及冷加工(60％)硬度明显高于常规银合金(97％重量的银)。本发明银合金硬度的提高使本发明合金成为一种大有潜力的商业合金。

弹性:即使对于更高克数的本发明银合金，也观察到更高的挠曲。

Claims (5)

1.一种含有至少90.0％重量银的具有改善机械性能的合金组合物，包括:

i.0.01至1.5％重量的锆；

ii.0.01至1.5％重量的镁；

iii.0.01至1.5％重量的钛；

且其中余量是铜。

2.如权利要求1所述的具有改善机械性能的合金组合物，包括:

i.90.0％重量至99.5％重量的银；

ii.0.01至1.5％重量的锆；

iii.0.01至1.5％重量的镁；

iv.0.01至1.5％重量的钛；和

v.0.1至9.97％重量的铜。

3.如权利要求2所述的具有改善机械性能的合金组合物，包括:

i.92.5％重量的银；

ii.0.15％重量的锆；

iii.0.15％重量的镁；

iv.0.15％重量的钛；和

v.7.05％重量的铜。

4.如权利要求2所述的具有改善机械性能的合金组合物，包括:

i.97％重量的银；

ii.0.15％重量的锆；

iii.0.15％重量的镁；

iv.0.15％重量的钛；和

v.2.55％重量的铜。

5.如权利要求1-4中任一项所述的具有改善机械性能的合金组合物具有：(I)“铸态”硬度在130-150HV的范围内；(ii)“冷加工硬度”在冷加工硬化后150-180HV范围内(60％)；可加工的弹性、降低的比重和抗磨损性。