CN115261664B - 一种无镍无锌的金合金及其制备方法、应用 - Google Patents

一种无镍无锌的金合金及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无镍无锌的金合金及其制备方法、应用，所述金合金含有以下含量的成分：Au 5‑20份、Ag 40‑65份、Cu 10‑35份、碳化铬0.01‑1.5份、氮化钒0.05‑1.2份、铝0.1‑3份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到。本发明解决了现有以Au、Ag、Cu为主要原料的金合金在硬度等方面的不足，提高了该类金合金的硬度；调整、选择合适的延伸率以提高其力学性能和加工性能。

Description

一种无镍无锌的金合金及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于贵金属加工技术领域，具体涉及一种无镍无锌金合金及其制备方法。
背景技术
黄金均具有质地软、难于加工、硬度低、容易被外物刻划等缺点。现有技术中合金强化主要通过细晶强化、固溶强化以及析出强化等方式实现。细晶强化必须保证足金的晶粒维持在微米尺度以下才能展现高硬度，但是实际生产过程中热处理不可避免，会使得晶粒长大，并导致硬度下降。国内外研究人员还提出了微合金强化的方式硬化足金，该方式主要通过固溶强化以及析出强化等方式实现。固溶强化是一种不错的强化方式，但是由于成色的限制，添加固溶强化元素的量十分有限，因此固溶强化对足金硬度的提高不够明显，难以满足市场需要。相对而言，析出强化是较为理想的强化方式，其中析出元素的选择和添加方式是提高足金硬度的关键。
在制备Au、Ag、Cu为主要成分的金合金时，改变各原料的用量，所产生的合金性能千差万别。使用黄金制备饰品并不能针对所有的使用群众，在制备一种普通大众均能用的饰品时，金合金常容易想到被作为该类饰品常见的原料。因此需要一款针对普通人群使用而进行设计的金合金以及其饰品。而在金合金中，降低Au使用量并提高Ag使用量，存在一个很大的弊端在于得到的金合金的硬度、耐划伤、加工性能以及颜色等方面存在缺陷，从而影响该类金合金的拓展使用。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种无镍无锌金合金及其制备方法，解决了现有以Au、Ag、Cu为主要原料的金合金在硬度等方面的不足，提高了无镍无锌金合金的硬度，进一步调整、选择合适的延伸率和硬度，从而提高了加工性能与使用效果；调整该类金合金的颜色，增加其使用感官效果；减少了贵重金属金的用量，降低了生产成本。
本发明提高一种无镍无锌的金合金，含有以下含量的成分：Au 5-20份、Ag 40-65份、Cu 10-35份、碳化铬 0.01-1.5份、氮化钒 0.05-1.2份、铝0.1-3份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到。
所述无镍无锌的金合金的维氏硬度为180HV1或以上。
所述熔炼温度为1950-2150℃；优选2000-2050℃，可以为2000℃、2010℃、2020℃、2030℃、2040℃、2050℃、2060℃、2070℃、2080℃、2090℃、2100℃、2110℃、2120℃、2130℃、2140℃等。
所述无镍无锌的金合金中优选Au 10-15份，以重量份计，还可选择6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19份，或5.5、6.5、7.5、8.5、19.5、18.5、17.5、16.5份等。
所述无镍无锌的金合金中优选Ag 50-60份，以重量份计，还可选择42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64份等，或41、43、45、63、61、59份等。
所述无镍无锌的金合金中优选Cu 15-25份，以重量份计，还可选择12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34份，或11、13、15、17、19、33、31、29、27份等。
所述无镍无锌的金合金中优选碳化铬 0.5-1份，以重量份计，还可选择0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9份等。
所述无镍无锌的金合金中优选氮化钒 0.2-0.8份，以重量份计，还可选择0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1份等。
所述无镍无锌的金合金中优选铝1.5-2份，以重量份计，还可选择0.6、0.8、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8份等，或0.5、0.7、0.9、1.1、2.9、2.7、2.5、2.3份等。
本发明还提供一种无镍无锌的金合金的制备方法，所使用的制备方法可以是金合金制备领域常见制备方法或者结合制备需求对常规方法进行调整得到。进一步可选择所述制备工艺包括将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为1950-2150℃。
本发明还提供一种无镍无锌的金合金的应用。本发明所述的无镍无锌的金合金在饰品中进行应用。其中，所述饰品包括首饰、头冠、手环、镯子、手链、钟表等。
有益效果：本发明Au、Ag、Cu为主要原料的无镍无锌金合金在硬度等方面的不足，提高了该类金合金的硬度；调整、选择合适的延伸率与硬度，以提高其加工性能和使用性能；改善了该类金合金的颜色以扩大其使用范围；该金合金中减少了贵重金属金的用量从而降低了生产成本。
本发明中碳化铬、氮化钒在增加本发明金合金的硬度、以及力学性能上具有协同效果。得到的金合金硬度在180HV1以上。
本发明选择Au 5-20份、Ag 40-65份、Cu 10-35份，产品的黄色偏移效果较好，具有较好的黄色偏移效果值b*以及亮度L*，具有相对较好的颜色效果，可以提高该类金合金的使用与应用范围。本发明金合金的亮度值L*高于90，黄色偏移效果较好，b*值高于10。
本发明在Au、Ag、Cu基础上添加碳化铬、氮化钒和铝改进了金合金的硬度、亮度和延伸率，本发明金合金延伸率高于25%，具有很好的力学性能和加工性能。
本发明添加碳化铬和氮化钒后虽然能显著增加金合金的硬度，但是两者的添加会使得金合金的亮度、黄色偏移效果以及延伸率产生不利影响，而本发明进一步添加了铝后可以减轻或者消除由碳化铬和氮化钒带来的亮度、黄色偏移效果以及延伸率上的不利影响。
附图说明
图1：实施例和对比例的金合金的硬度对比图。
图2：实施例和对比例的金合金的黄色偏移b*数值对比图。
图3：实施例和对比例的金合金的延伸率对比图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。除特别说明以外，实施例中的实验条件和方法均采用本领域常规条件和方法进行。
实施例1：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Au 12份、Ag 54份、Cu 29份、碳化铬 0.8份、氮化钒 0.6份、铝1.5份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
实施例2：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Au 20份、Ag 65份、Cu 13份、碳化铬 0.01份、氮化钒 0.05份、铝0.1份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
实施例3：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Au 8份、Ag 60份、Cu 24份、碳化铬 1.5份、氮化钒 1.2份、铝3份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
对比例1：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Au 12份、Ag 54份、Cu 29份、氮化钒 0.6份、铝1.5份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
对比例2：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Au 12份、Ag 54份、Cu 29份、碳化铬 0.8份、铝1.5份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
对比例3：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Au 12份、Ag 54份、Cu 29份、铝1.5份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
对比例4：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Au 12份、Ag 54份、Cu 29份、碳化铬 0.8份、氮化钒 0.6份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
对比例5：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Au 12份、Ag 54份、Cu 29份、碳化铬 0.8份、氮化钒 0.6份、铝10份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
对比例6：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Ag 65份、Cu 32份、碳化铬0.8份、氮化钒 0.6份、铝1.5份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
对比例7：一种无镍无锌的金合金，为以下含量的成分：Au 20份、Ag 77份、碳化铬0.8份、氮化钒 0.6份、铝1.5份，上述物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；所述熔炼温度为2020℃。
性能测试：
（1）、硬度测试：
维氏硬度测试：本发明关于实施例和对比例金合金的密度测试方法为来自于GB/T4340.1-2009所记载的测试方法。测试的试验结果见下表，其中，维氏硬度的单位为HV1。
试验组 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例7
Au 12 20 8 12 12 12 12 12 0 20
Ag 54 65 60 54 54 54 54 54 65 77
Cu 29 13 24 29 29 29 29 29 32 0
碳化铬 0.8 0.01 1.5 0 0.8 0 0.8 0.8 0.8 0.8
氮化钒 0.6 0.05 1.2 0.6 0 0 0.6 0.6 0.6 0.6
铝 1.5 0.1 3 1.5 1.5 1.5 0 10 1.5 1.5
维氏硬度 189 180 186 170 169 147 190 181 188 171
从上述表中实施例1-3以及对比例1-7金合金的维氏硬度测试测试结果可知，本发明实施例1-3维氏硬度值均在180HV1以上。实施例1相较于其他实施例，具有更好的维氏硬度。
对比例1相较于实施例1不含碳化铬，对比例2相较于实施例1不含氮化钒，对比例3相较于实施例1不含碳化铬和氮化钒，对比例4相较于实施例1不含铝，对比例5相较于实施例1具有更高的铝含量。实施例1维氏硬度为189HV1；而对比例1-5维氏硬度值分别为170HV1、169HV1、147HV1、190HV1、181HV1。通过实施例1和对比例1-2试验结果的数值比较可知，对比例1-2相较于实施例1分别不含碳化铬、氮化钒后，其维氏硬度值减少了约19-20个单位值，不含有碳化铬或氮化钒的金合金相较于本发明实施例1在硬度上减少较大。通过实施例1和对比例3试验结果的数值比较可知，对比例3相较于实施例1不含碳化铬和氮化钒后，其硬度减少为42个单位值，不含有碳化铬和氮化钒的金合金相较于本发明实施例1在硬度上减少非常明显。由上可知，本发明中碳化铬、氮化钒在增加本发明金合金的硬度技术效果上具有协同效果，能显著增加本申请金合金的硬度。
本发明对比例5相较于实施例1不含1.5份的铝，但是得到的金合金的硬度比实施例1高1个单位值，这是由于铝的硬度较低引起的。对比例6省略Au后，得到的金合金具有较高的硬度，对比例7省略Cu后，得到的金合金的硬度降低。
（2）、颜色指数测试：
将实施例和对比例金合金材料打磨抛光，并经过清洗、烘干后，用CM2600d 测色仪检测颜色，测试的试验结果见下表。其中，颜色指数 L* 为亮度值，a* 为红-绿色度值，b*为黄-蓝色度值; YI 为黄度指数。
试验组 L* a* b*
实施例1 90.81 3.86 11.73
实施例2 92.03 2.13 12.42
实施例3 91.94 3.09 10.25
对比例6 92.13 3.46 8.32
对比例7 93.48 0.46 11.25
本发明实施例1-3金合金具有较好的亮度，亮度值L*分别为90.81、92.03和91.94，均高于90；其中，实施例2和实施例3的亮度值较高；实施例1-3的金合金具有较好的黄色偏移效果b*值，其b*值分别为11.73、12.42和10.25，均高于10，其中，实施例1和2具有很好的黄色偏移效果b*值。
对比例6中Au含量为0，Cu和Ag含量为65和32份，虽然其亮度值很高，但是黄色偏移效果b*值差，b*值为8.32，b*低。对比例7的Au、Ag含量高，Cu含量为0，虽然其黄色偏移效果b*值以及亮度均好，但是其硬度值低。
本发明实施例1-3具有合适的亮度和黄色偏移效果b*值，本发明金合金选择合适的金银铜含量并添加其他原料得到的金合金具有合适的亮度与黄色偏移效果以及兼顾较好的硬度效果，具有较好的应用前景。
（3）、力学性能测试
本发明实施例与对比例延伸率性能测试如下表。
试验组 实施例1 实施例2 实施例3 对比例4 对比例5
延伸率δ 25.1% 30.5% 27.3% 24.9% 30.2%
本发明实施例1-3的延伸率均在25%以上，具有很好的力学性能和加工性能。对比例4和对比例5中调整铝的比重后，得到的合金的延伸率差别较大。本发明实施例1-3具有很好的延伸率，其加工性能好。
如前研究可知，本发明添加碳化铬和氮化钒使得本发明硬度较好，两者协同提高本发明体系的金合金的硬度。下述内容是关于进一步研究与探讨本发明碳化铬、氮化钒以及铝对本发明金合金的颜色以及延伸率的影响。
其中，用于颜色测试的金合金产品的组成如下表，其制备方法与实施例相同。得到 的产品的颜色检测结果具体如下表：
试验组 参考组1 参考组2 参考组3 参考组4 试验组1
Au 8 8 8 8 8
Ag 60 60 60 60 60
Cu 24 24 24 24 24
碳化铬 0 1.5 0 1.5 1.5
氮化钒 0 0 1.2 1.2 1.2
铝 0 0 0 0 3
L* 92.36 90.12 89.76 87.83 91.94
a* 3.12 2.83 2.87 2.64 3.09
b* 10.63 9.10 9.03 8.02 10.25
延伸率δ 27.6% 25.0% 25.1% 23.8% 27.3%
通过上述表中检测数据可以发现，上述由8份金、60份银和24份铜得到的金银铜合金参考组1的L*、a*、b*值以及延伸率分别为92.15、3.12、10.43以及27.5%。参考组2中添加了1.5份的碳化铬，参考组3中添加了1.2份氮化钒，参考组4中添加了1.5份的碳化铬和1.2份氮化钒，通过颜色以及延伸率测试可知，参考组中添加碳化铬、氮化钒对亮度、黄色偏移效果以及延伸率产生不利的影响，特别是同时添加有碳化铬和氮化钒后，得到的金合金的亮度、黄色偏移效果以及延伸率效果不利影响比较大。而试验组1中除了添加有碳化铬和氮化钒后，还添加有铝，使得试验组1相较于参考组1在亮度、黄色偏移效果以及延伸率技术效果上降低微弱数值。由此可见，虽然添加碳化铬和氮化钒能显著增加本发明金合金的硬度，但是两者的添加会降低金合金的亮度、黄色偏移效果以及延伸率，而本发明进一步添加了铝后可以减轻或者消除由碳化铬和氮化钒带来的亮度、黄色偏移效果以及延伸率上的不利影响。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无镍无锌的金合金，其特征在于：由以下含量的成分组成：Au 5-20份、Ag 40-65份、Cu 10-35份、碳化铬 0.01-1.5份、氮化钒 0.05-1.2份、铝1.2-3份，物质的含量以重量份计；所述无镍无锌的金合金是将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；熔炼温度为1950-2150℃。
2.如权利要求1所述的无镍无锌的金合金，其特征在于，所述金合金的维氏硬度为180HV1或以上。
3.如权利要求1所述的无镍无锌的金合金，其特征在于，所述金合金中Au 10-15份。
4.如权利要求1所述的无镍无锌的金合金，其特征在于，所述金合金中Ag 50-60份。
5.如权利要求1所述的无镍无锌的金合金，其特征在于，所述金合金中Cu 15-25份。
6.如权利要求1所述的无镍无锌的金合金，其特征在于，所述金合金中碳化铬 0.5-1份。
7.如权利要求1所述的无镍无锌的金合金，其特征在于，所述金合金中氮化钒 0.2-0.8份。
8.如权利要求1所述的无镍无锌的金合金，其特征在于，所述金合金中铝1.5-2份。
9.如权利要求1-8任意一项所述的无镍无锌的金合金的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括将熔炼的原料进行熔炼、浇铸得到铸锭，然后将铸锭轧压、退火制备得到；熔炼温度为1950-2150℃。
10.如权利要求1-8任意一项所述的无镍无锌的金合金在饰品中的应用。
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