CN115637366A - 一种珠宝合金 - Google Patents

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麦淑君
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Abstract

本发明提供一种珠宝合金,该珠宝合金在改善AuIn2机械性能的同时保留其迷人的蓝色色调。在一个实施例中,机械性能包括断裂韧性和硬度。在一个实施例中,该珠宝合金主要由以下成分构成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%选自Fe和Ge中的一种或多种元素;以及0.001至1.0wt%选自Rh、Ir和Ru中的一种或多种元素。

Description

一种珠宝合金
技术领域
本发明涉及金合金的成分,所述金合金具有诱人的蓝色以及改进的抗断裂性和硬度。本发明还涉及使用至少一个这种金合金制成部件的装饰品或首饰。
背景技术
AuAl2、AuGa2和AuIn2等基于金属间化合物的金合金由于具有诱人的颜色而受到珠宝行业的特别关注。例如,属于18克拉金的AuAl2因其强烈的紫色色调而被称为“紫金”;AuGa2和AuIn2被称为“蓝金”,其中属于14克拉金的AuGa2仅呈现轻微的蓝色,且显得较为灰暗;而属于11克拉金的AuIn2则呈清澈的浅蓝色比AuGa2更具吸引力。
然而,由于金金属间化合物的固有脆性,这些有色金合金在珠宝制造中的难以广泛应用。这些合金很容易在碰撞时碎裂成碎片。改善这些合金机械性能的其中一种方法是改变合金成分,一般是通过稍微偏离AuX2的化学计量成分或添加少量其他合金元素。这些方式在不牺牲AuX2独特颜色的情况下,可以形成更多的延展相或者实现晶粒细化以加强晶体结构。例如,美国专利6,929,776公开了一种基于AuAl2的紫金,该紫金与0.5至4wt%的Pd和1至2wt%的Ni形成合金以提高断裂韧性,可以承受100kg载荷的洛氏B硬度测试而不会破碎。在日本专利61-30642中,AuAl2化学计量成分略有偏差,并与0.5至5wt%的一种或多种选自Si、Mg、Ca、Zn和Mn的元素合金化,以降低AuAl2基紫金的脆性并提供可加工性。在中国专利102676864中,AuAl2紫金通过与0.3至0.7wt%的Cu和0.03至0.5wt%的选自La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Sc和Y的至少一种稀土金属合金化使其获得更好的可加工性和延展性。
然而,在美国专利6,929,776、日本专利61-30642和中国专利102676864中提到的合金元素在AuIn2蓝金中不能产生相同的强化效果。为了使制造AuIn2蓝金首饰变得可行,有必要寻找新的方法来克服其两个主要的内在缺点,即脆性和低硬度。由于AuIn2(46.2wt%Au和53.8wt%In)的维氏硬度仅为49HV,其太软的机械性能不足以用于珠宝制造。AuIn2的脆性可以通过在100kg载荷下的洛氏B硬度试验中破碎来证明。根据美国专利6,929,776,能够承受洛氏B硬度测试是认定合金是否适用于珠宝制造的经验衡量标准。合金如果在洛氏B硬度测试期间破碎或破裂,它将因太脆而不能用于珠宝制造。而如果合金能够经受洛氏B硬度测试而不形成裂纹,则认为它具有足够的抗断裂性能用于珠宝制造。
发明内容
综上,本发明的其中一个目的是通过提供一种含有至少两种其他合金元素的基于AuIn2的新型金合金来显著提高AuIn2金合金的抗断裂性和硬度。需要强调的是使用合金元素组合能产生协同效应获得所需的晶粒细化从而同时提高抗断裂性和硬度。如果各个合金元素不按特定组合添加,则不能同时提高抗断裂性和硬度;也就是说,合金变得更硬但缺乏抗断裂性,或者合金变得更抗断裂但柔软。
本发明的另一个目的是提供一种包含至少两种其他合金元素的基于AuIn2的新型金合金,所述新型金合金可以承受100kg载荷的洛氏B硬度测试而不会破碎或形成裂纹。
本发明的另一个目的是提供一种包含至少两种其他合金元素的基于AuIn2的新型金合金,所述新型金合金的维氏硬度与普通925银合金相当。优选地,该金合金的维氏硬度至少为70HV。
本发明的另一个目的是提供一种包含至少两种其他合金元素的基于AuIn2新型金合金,所述新型金合金在抗断裂性、硬度和颜色三者间提供有利的折衷方案能满足珠宝制造领域内对力学和美学的要求,从而在避免失去蓝色色调的同时,最大限度地提高抗断裂性和硬度。蓝色色调可以通过CIELAB坐标测量,该坐标是颜色的3维测量系统。L*轴在0处定义黑色、100处定义白色以测量亮度分量,a*轴在正值处定义红色、负值处定义绿色以测量红绿色分量,b*轴在正值处定义黄色、负值处定义蓝色以测量黄蓝分量。
具体实施方式
本发明提供一种珠宝合金,所述珠宝合金在改进AuIn2的机械性能同时保留其吸引人的蓝色色调。在一个实施例中,所述机械性能包括断裂韧性和硬度。在一个实施例中,所述珠宝合金主要由以下成分所构成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%的选自Fe和Ge中的一种或多种元素;以及0.001至1.0wt%的选自Rh、Ir和Ru中的一种或多种元素。
在一个实施例中,所述珠宝合金主要由以下成分所构成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%Fe或Ge;以及0.001至1.0wt%的Rh、Ir或Ru。
在一个实施例中,所述珠宝合金主要由以下成分所构成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%Fe;以及0.001至1.0wt%Ir。
在一个实施例中,所述珠宝合金主要由以下成分所构成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%Ge;以及0.001至1.0wt%Ru。
在一个实施例中,所述珠宝合金主要由以下成分所构成:44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%选自Fe和Ge中的的一种或多种元素;以及0.01至0.5wt%选自Rh、Ir和Ru中的一种或多种元素。
在一个实施例中,所述珠宝合金主要由以下成分所构成:44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;以及一个选自以下群组的元素组合:0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Rh;0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Ir;0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Ru;0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Rh;0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Ir;以及0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Ru。
在一个实施例中,所述珠宝合金主要由以下成分所构成:46.1wt%Au、53.7wt%In以及一个选自以下群组的元素组合:0.1wt%Fe和0.1%Rh;0.1wt%Fe和0.1%Ir;0.1wt%Fe和0.1wt%Ru;0.1wt%Ge和0.1wt%Rh;0.1wt%Ge和0.1wt%Ir;以及0.1wt%Ge和0.1wt%Ru。
在一个实施例中,所述珠宝合金具有以下一种或多种特性:i)能够经受洛氏B硬度测试而不形成裂纹;ii)维氏硬度至少为70HV;以及iii)CIELAB坐标的b*值不高于-3.9、a*值不高于-3.4。
在一个实施例中,所述首饰合金与化学计量的AuIn2相比具有相似的颜色但其抗断裂性和硬度则提高。
在一个实施例中,本发明提供一种珠宝或装饰品,所述珠宝或装饰品包括至少一个由本发明的珠宝合金制成的部件。
在一个实施例中,本发明提供一种基于AuIn2的新型合金。在另一个实施例中,所述新型合金能够承受100kg载荷的洛氏B硬度测试而不会破碎或形成裂纹。在另一个实施例中,所述新型合金具有至少70HV的维氏硬度。在另一个实施例中,所述合金具的CIELAB坐标有不高于-3.9的b*值和不高于-3.4的a*值。
在一个实施例中,所述金合金包括43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%选自Fe和Ge中的至少一种合金元素;以及0.001至1.0wt%选自Rh、Ir和Ru中的至少一种合金元素;所述金合金中所有合金元素的百分比加起来为100%。
在一个实施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In、0.01至0.5wt%选自Fe和Ge中的至少一种合金元素;以及0.01至0.5wt%选自Rh、Ir和Ru中的至少一种合金元素;所述金合金中所有合金元素的百分比加起来为100%。
在一个实施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Fe;以及0.01至0.5wt%Rh;所述金合金中所有合金元素的百分比加起来为100%。
在一个实施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Fe;以及0.01至0.5wt%Ir;所述金合金中所有合金元素的百分比加起来为100%。
在一个实施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Fe;以及0.01至0.5wt%Ru;所述金合金中所有合金元素的百分比加起来为100%。
在一个实施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Ge;以及0.01至0.5wt%Rh;所述金合金中所有合金元素的百分比加起来为100%。
在一个实施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Ge;以及0.01至0.5wt%Ir;所述金合金中所有合金元素的百分比加起来为100%。
在一个实施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Ge;以及0.01至0.5wt%Ru;所述金合金中所有合金元素的百分比加起来为100%。
在一个实施例中,所述金合金包括46.1wt%Au;53.7wt%In;0.1wt%Fe;以及0.1wt%Ir。
在一个实施例中,所述金合金包括46.1wt%Au;53.7wt%In;0.1wt%Ge;以及0.1wt%Ru。
通过参考以下实施例将更好地理解本发明,但是本领域技术人员必然理解具体实施例仅属说明性质,并不限定本发明,而本发明的保护范围是由随后的权利要求书所定义。
本申请中引用了各种参考文献或出版物。为更全面地描述本发明所属领域的现有技术,在此通过引用将这些参考文献或出版物的全部公开内容并入本申请。应当注意,过渡性术语“包括”或“包含”是包容性或开放式的,不排除附加的、未列举的元素或方法步骤。
根据下表1中列出的条件生产以下合金。合金1至6是用于与本发明对比,而合金7和8则是根据本发明所生产。
表1
Figure BDA0003514211110000051
表2是合金1至8的抗断裂性及维氏硬度。通过与合金2至6对比可以得知,归功于使用合金元素组合的协同效应,根据本发明实施例
添加至少两种合金元素的合金7和8的抗断裂性和硬度均优于仅添加一种合金元素。为与化学计量的AuIn2(合金1)的颜色进行比较,表3展示合金1、7和8的CIELAB坐标。合金7和8保留了蓝色色调。
本发明的基于AuIn2的新型合金(合金7和8)满足珠宝制造中所预期对抗断裂性、硬度和颜色的要求。合金7和8具有能够承受100kg载荷的洛氏B硬度测试的抗断裂性、至少70HV的维氏硬度和CIELAB坐标中的b*值不高于-3.9和a*值不高于-3.4。相比之下,用于对比的各种合金(合金1至6)均不能同时满足对于抗断裂和硬度的要求。
如上所述,在保留诱人蓝色色调的同时改进AuIn2的机械性能是归因于使用合金元素组合的协同效应。在一个实施例中,与Ir和Ru在金中具有相似溶解度的铂族金属预期可互换使用并在所得金合金中产生相似的效果。在另一个实施方案中,在铂族金属组中的Rh具有与Ir和Ru类似的在金中非常低的溶解度。
表2
Figure BDA0003514211110000061
表3
Figure BDA0003514211110000062
表4是为证明本发明的改进是归功于在基于AuIn2的新型合金添加至少两种合金元素所获得的协同效应而进一步进行的试验结果。本发明的一个实施例与现有技术中有类似成分的合金对比。本发明添加了0.1wt%Rh和0.1wt%Fe的基于AuIn2的新型合金的维氏硬度增加了约45%达到71Hv而抗断裂性也显着提高,并且保留了蓝色色调。在基于AuIn2的新型合金添加至少两种合金元素使机械性能得到如此显着的改善一种意想不到的效果,它严格取决于合金系统中的特定成分。如表4所示,无论是否向AuPt合金添加0.1wt%Rh和0.1wt%Fe其机械性能均没有显着变化。显然,在基于AuIn2的新型合金添加至少两种合金元素使机械性能得到如此显着的改善是归因于基于AuIn2的新型合金与合金元素组合的协同效应,而该效果并不能从其他的金合金中,如AuPt合金,直接得知。
表4
Figure BDA0003514211110000071

Claims (10)

1.一种珠宝合金,所述珠宝合金主要由以下成分构成:
a.43.0至49.0wt%Au;
b.51.0至57.0wt%In;
c.0.001至1.0wt%选自Fe和Ge中的一种或多种元素;以及
d.0.001至1.0wt%选自Rh、Ir和Ru中的一种或多种元素。
2.根据权利要求1所述的珠宝合金,所述珠宝合金主要由以下成分构成:
a.43.0至49.0wt%Au;
b.51.0至57.0wt%In;
c.0.001至1.0wt%Fe或Ge;以及
d.0.001至1.0wt%Rh、Ir或Ru。
3.根据权利要求1所述的珠宝合金,所述珠宝合金主要由以下成分构成:
a.43.0至49.0wt%Au;
b.51.0至57.0wt%In;
c.0.001至1.0wt%Fe;以及
d.0.001至1.0wt%Ir。
4.根据权利要求1所述的珠宝合金,所述珠宝合金主要由以下成分构成:
a.43.0至49.0wt%Au;
b.51.0至57.0wt%In;
c.0.001至1.0wt%Ge;以及
d.0.001至1.0wt%Ru。
5.根据权利要求1所述的珠宝合金,所述珠宝合金主要由以下成分构成:
a.44.5至47.5wt%Au;
b.52.5至55.5wt%In;
c.0.01至0.5wt%选自Fe和Ge中的一种或多种元素;以及
d.0.01至0.5wt%选自Rh、Ir和Ru中的一种或多种元素。
6.根据权利要求1所述的珠宝合金,所述珠宝合金主要由以下成分构成:44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;以及一个选自以下群组的元素组合:
a.0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Rh;
b.0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Ir;
c.0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Ru;
d.0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Rh;
e.0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Ir;以及
f.0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Ru。
7.根据权利要求1所述的珠宝合金,所述珠宝合金主要由以下成分构成:46.1wt%Au;53.7wt%In以及一个选自以下群组的元素组合:
a.0.1wt%Fe和0.1%Rh;
b.0.1wt%Fe和0.1%Ir;
c.0.1wt%Fe和0.1%Ru;
d.0.1wt%Ge和0.1%Rh;
e.0.1wt%Ge和0.1%Ir;以及
f.0.1wt%Ge和0.1%Ru。
8.根据权利要求1所述的珠宝合金,所述珠宝合金具有以下一种或多种特性:
a.能够经受洛氏B硬度测试而不形成裂纹;
b.维氏硬度至少为70HV;以及
c.CIELAB坐标的b*值不高于-3.9、a*值不高于-3.4。
9.根据权利要求1所述的珠宝合金,所述首饰合金与化学计量的AuIn2相比具有相似的颜色但其抗断裂性和硬度则提高。
10.一种珠宝或装饰品,所述珠宝或装饰品包括至少一个由根据权利要求1所述的珠宝合金所制成的部件。
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陈澎旭;白晓军;李梦奇;雷卓;向雄志;黄应钦;: "饰品用银合金添加元素研究进展", 黄金, no. 07, pages 55 *

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