CN1961088A - 铂合金及其制造方法 - Google Patents

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CN1961088A CNA2004800413831A CN200480041383A CN1961088A CN 1961088 A CN1961088 A CN 1961088A CN A2004800413831 A CNA2004800413831 A CN A2004800413831A CN 200480041383 A CN200480041383 A CN 200480041383A CN 1961088 A CN1961088 A CN 1961088A
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Abstract

本发明公开了一种铂合金,其包含:(a)55至63重量%的铂,(b)2至10重量%的钴,及(c)27至43重量%的铜。本发明还公开了一种铂合金,其包含:(a)70至79.5重量%的铂,(b)2至10重量%的钴,及(c)10.5至28重量%的铜。该铂合金具有用于制造诸如戒指、项链、耳环、手表带、手表体或其他珠宝的饰品的优异机械性能及光学特性。本发明还公开了一种制造该铂合金的方法及其在制造饰品中的用途。本发明还公开了包含该铂合金的饰品及其制造方法。

Description

铂合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及铂合金及其制造方法。具体而言,本发明涉及适合于制造饰品的铂合金,如戒指、项链、手镯、耳环、表带、表体及其他珠宝。此外,本发明还涉及由该铂合金制成的饰品及其制造方法。
背景技术
铂是贵金属且相对较昂贵。近年来,铂越来越突出地成为用于制造珠宝的金属。用于精细珠宝的铂通常以超过85重量%的高纯度销售。
纯铂(Pt1000)软并且不具有大多数珠宝应用的机械强度。因此,在大多数珠宝应用中使用多种铂合金。若与宝石相结合,铂合金由于其天然的颜色所以是理想的,其是低变应原性的(hypoallergenic),其具有高抗拉强度,并且由于其密度高而具有舒适的重量。
珠宝业使用三种主要类型的铂合金。这些类型是Pt950、Pt900及Pt850。这些合金的铂含量分别为95、90和85重量%。通常用于制造珠宝的可商购合金包括Pt/Ir 900/100(90重量%铂及10重量%铱)、PtCu950(95重量%铂及5重量%铜)及PtCo950(95重量%铂及5重量%钴)。
各种铂含量高的珠宝材料是现有技术中已知的。此处所用的术语“铂含量高”是指铂含量大于或等于85重量%的铂合金。
例如,第4,165,983号美国专利描述了一种用于制造珠宝的合金,其含有至少95重量%的铂、1.5至3.5重量%的镓,其余是铟、金、钯、银、铜、钴、镍、钌、铱和铑中的至少一种。第5,846,352号美国专利描述了一种用于制造珠宝的经热处理的铂镓合金,其含有1至9重量%的镓及少量的钯。特開昭61-133340描述了一种用于制造珠宝的合金,其由84至96重量%的铂、1至10重量%的镓、0.5至10重量%的铜及0.01至5重量%的钴组成。特開昭61-034133描述了一种用于制造珠宝的合金,其含有84至96重量%的铂、0.5至10重量%的钴、0.5至10重量%的铜及0.01至0.5的Y、B、CaB混合稀土金属。
虽然这些合金具有适合于制造珠宝的令人满意的机械性能及光学特性,但这些合金由于其铂含量高因而制造成本昂贵。
本领域中还已知一些铂含量低的珠宝材料。此处所用的术语“铂含量低”是指铂含量低于85重量%的铂合金。
第6,048,492号美国专利描述了一种用于珠宝制品的铂合金组合物,其含有约58.5重量%的铂、26.5至36.5重量%的钯及5至15重量%的铱、铜或钌。第2,279,763号美国专利描述了一种可延展的铂合金,其含有10至80重量%的铂、12至90重量%的钯及1至15重量%的钌。
已知的铂含量低的珠宝材料的缺点在于,其机械性能和物理性能通常比铂含量高的珠宝材料差。具体而言,已知的铂含量低的珠宝材料的可铸性不如铂含量高的合金好。此外,已知的铂含量低的珠宝材料的颜色不同于精细珠宝的大多数顾客所期望的Pt950合金的典型“铂色”。因此,铂含量低的珠宝材料通常由于美观的原因而被顾客拒绝。事实上,制造结合了铂含量高的材料的机械强度及可加工性以及光学特性的铂含量低的珠宝材料是非常困难的。
由于这些合金在性能及特性上具有潜在的改进,所以存在对适用于珠宝及艺术品应用的其他合金的需求。
已知的铂含量低的珠宝材料的另一个缺点在于,其通常包含铂及至少一种诸如钯和/或钌的其他贵金属的合金,它们本身是相对较昂贵的材料,因此由已知的铂含量低的材料制成的珠宝仍然比较昂贵。
因此,期望提供一种比现有的铂便宜的适合于珠宝的铂合金组合物,但仍能提供具有期望的技术特性和光学特性的铂珠宝产品。
还期望提供主要含有铂及非贵金属的铂含量低的合金,其中铂含量包括58.5重量%或75重量%,对应于24K标度中的14K或18K,从而使(熟悉与金合金有关的K标度的)顾客更容易理解合金中所含铂的重量百分比。
发明内容
本发明提供一种改进的铂含量低的合金组合物,其含有55至63重量%的铂、2至10重量%的钴及27至43重量%的铜。此外,本发明还提供一种合金,其含有70至79.5重量%的铂、2至10重量%的钴及10.5至28重量%的铜。
根据本发明的合金特别适合于制造饰品,如戒指、项链、耳环、表带、表体及其他珠宝。
令人惊奇地发现,虽然本发明合金的铂含量相对较低,其仍具有优异的机械性能和光学性能,因而极适合于制造饰品,例如任何种类的珠宝。与铂含量高的合金(如Pt850、Pt900、Pt950)相比,由于本发明合金的密度更低,可以明显更低的成本制造更薄更轻的结构和铸件。
与例如第6,048,492号美国专利所述的已知的铂含量低的合金相比,本发明的铂合金具有更低的熔化范围。由于熔化温度相对更低,它们比以前已知的铂合金更容易浇铸,并且能效更高。更低温的合金还允许更低的浇铸温度,以降低由于在提高的温度下更容易产生的收缩孔隙率、熔模铸造裂纹、杂质以及污染物导致的缺陷率。
由于改进的硬度、可加工性、可铸性、可变形性、磨损及磨蚀特性以及耐腐蚀性,根据本发明的合金特别适合于制造珠宝。本发明的铂合金组合物与95%铂的外观无差异,但明显更轻、密度更小,因而制造成本低。事实上,本发明的铂合金组合物具有与PtCu950合金基本相同的颜色和外观。
本发明还涉及制备本发明合金的方法,该方法是通过以特定的量配制及混合合金成分,并使它们在一起熔化而实施的。
可使该合金形成期望的形状。有许多操作,包括浇铸或制作。一些制作的实例可通过将该合金轧制成薄片、拉伸成线、塑模、浇铸、锻造、冲压或形成用作珠宝部件的物品或形状。
因此,本发明还涉及制造饰品的方法,该方法包括配制一种上述的铂合金,然后将该合金用作珠宝的部件。
此外,本发明还涉及这些合金在制造诸如珠宝的饰品中的用途。本发明还涉及包含这些合金的饰品。
因此,本发明的目的是提供一种改进的铂含量低的铂合金组合物。
本发明的另一个目的是提供一种改进的铂合金组合物,其适用于大规模商业市场的珠宝。
本发明的另一个目的是提供一种改进的铂合金组合物,与传统铂合金组合物相比,其明显更轻且密度更小。
本发明的另一个目的是提供比已知的铂合金更容易浇铸的铂合金。
本发明的另一个目的是提供一种改进的铂含量低的合金,其不含除铂以外的任何明显含量的贵重材料。
本发明的另一个目的是提供一种改进的铂含量低的合金,其不含任何明显含量的除铂以外的贵金属,其中铂的重量百分比等于14,以及24K标度中的18K。本发明的其他目的和优点在某种程度上是明显的,并且在某种程度上由以下描述而变得清楚。
具体实施方式
本发明的铂合金组合物包括55至63重量%或70至79.5重量%的铂。本发明合金组合物的铂含量明显低于珠宝业中常用的Pt850、Pt900及Pt950铂合金。
根据本发明的一个具体实施方案,该铂合金包含:
55至63重量%的铂;
2至10重量%的钴;及
27至43重量%的铜。
基于总的合金组合物,该合金的铂含量优选为57.5至59.9重量%,特别优选为58.5至59.0重量%。若该合金的铂含量小于55重量%,则该合金的可加工性和可冲压性显著下降,而且该合金丧失类似于铂的颜色。若该合金的铂含量大于63重量%,则该合金的制造成本显著增加,然而同时该合金的机械性能和化学性能并未显著提高。
基于总的合金组合物,本发明合金的钴含量优选为2.0至8.0重量%,特别优选为3.5至5.5重量%。若该合金的钴含量小于2重量%,则该合金的机械性能和可加工性显著下降,而且该合金丧失类似于铂的颜色。若该合金的钴含量大于10重量%,则该合金变得硬度过高。
本发明合金中的其余成分优选为铜。
本发明的铂合金还可包含0.001至2重量%的至少一种选自以下组中的第一金属:钯、铱及钌。还可添加这些元素的组合,使总量不超过合金组合物的2重量%。添加钯用于改变合金的颜色。可添加铱和/或钌作为金属硬化剂,以提高该合金的硬度,因为铱可在宽的浓度范围内逐步提高硬度而不会使合金的性能变差,所以铱是优选的硬化剂。
本发明的铂合金还可包含0.001至2重量%的至少一种选自以下组中的第二金属:铟和镓。还可添加这些元素的组合,使总量不超过合金组合物的2重量%。可添加铟和镓以提高该合金的沉淀硬化。
该合金可有利地包含一些性能改进剂中的任一种,这些性能改进剂包括:脱氧剂、晶粒细化剂(grain reducing agent)、减粘剂或变色剂。这些其他添加剂的数量及用量可根据该合金期望的机械性能而加以改变,并且可由本领域技术人员通过常规实验加以确定。
根据本发明的另一个具体实施方案,除杂质以外,铂合金主要由:
57.5至59.9重量%的铂,
3.5至4.5重量%的钴,及
35.6至39重量%的铜组成,
其中,0.001至2重量%的铜可被至少一种第一金属取代,并且0.001至2重量%的铜可被至少一种第二金属取代。
本发明的合金具有优异的机械性能和物理性能,如抗拉强度、维氏硬度及断裂伸长率。本发明铂合金的抗拉强度在450至800N/mm2的范围内。本发明铂合金的维氏硬度是在软化态下测得的,且在130至210HV10的范围内。本发明铂合金的断裂伸长率至少为约20%。
本发明的另一个优点在于,铂合金的色调基本上对应于非常美观的PtCu950合金的铂白色调。
根据本发明的另一个具体实施方案,铂合金包含:
70至79.5重量%的铂,
2至10重量%的钴,及
10.5至28重量%的铜。
该铂合金优选含有72至78重量%,特别优选74至76重量%的铂。若该合金的铂含量小于70重量%,则该合金的可加工性降低。若该合金的铂含量大于79.5重量%,则该合金的制造成本显著增加,然而同时该合金的机械性能和化学性能并未显著提高。
本发明的铂含量为70至79.5重量%的合金还可包含上述铂含量为55至63重量%的本发明合金的成分。此外,物理及化学性能,如抗拉强度、维氏硬度、断裂伸长率及颜色与上述铂含量为55至63重量%的本发明合金相同。
根据本发明的另一个具体实施方案,该合金主要由55至63重量%或70至79.5重量%的铂及一种或更多种非贵金属组成。
此处所用的术语“非贵金属”是指任何不属于贵金属族(金、银、汞、铼、钌、铑、钯、锇、铱和铂)的金属。可包含于本发明合金中的非贵金属例如是铜、铁、钴、镍、铟和/或镓。
此处所用的术语“主要由……组成”是指除杂质及性能改进添加剂,如硬化剂(如铱和/或钌)、脱氧剂、晶粒细化剂、减粘剂或变色剂(如钯)以外的所有合金成分,其中性能改进添加剂的总量小于5重量%,优选小于3重量%,更优选小于2重量%,特别优选小于1重量%,最优选小于0.5重量%。
根据一个优选的具体实施方案,本发明合金主要由55至63重量%的铂、2至10重量%的钴及27至43重量%的铜组成。根据另一个优选的具体实施方案,本发明合金主要由70至79.5重量%的铂、2至10重量%的钴及10.5至28重量%的铜组成。
本发明合金可通过本领域中公知的传统合金化方法制得。该合金的制造方法主要包括以特定的量熔化铂、钴、铜及其他成分的步骤。该方法还可包括通过冷加工或热处理使该合金硬化的步骤。
该方法可包括在使该合金硬化之前对该合金实施退火然后淬火的步骤。
该合金通常在保护气体中由熔体进行浇铸,然后成型。成型之后,可能在保护气体中,可对其实施热处理,以提高其机械性能。
为制备本发明的铂合金组合物,实施高温熔化法。这可通过使用本领域中公知的感应熔化装置加以实现。在任何时刻都必须非常小心,以限制金属污染物,因为铂容易被许多通常存在于环境中的元素污染。这些担心可通过在真空或惰性气氛中熔化金属,通过避免与其他金属接触,以及通过避免与基于二氧化硅的产品混合而得以解决。
铂合金优选通过在适合于铂合金的坩埚中感应加热而被熔化并混合。熔化之后,可将该合金倒入水中以形成丸状颗粒(grain-shot),然后干燥、称重并用于浇铸。
对于本发明合金的制备,本发明组合物的成分优选在感应炉中的二氧化硅坩埚(体积小,熔化快)或氧化锆坩埚(体积大,熔化慢)内熔化。优选在熔化过程中采用真空或惰性的气体,并且同时将该合金组合物的所有成分置于该坩埚中。在该合金的熔化过程中,熔融的金属优选应被“转动(turned)”(利用中至低频感应场)以实现金属的适当混合。
熔化步骤之后,可对所得合金块金元素实施冷轧和/或退火,以提高混合的机械质量。然后,混合的金属组合物可任选如前所述地再熔化,并制成丸状颗粒或板材。
本发明铂合金的制备还可包括退火步骤。可以本领域中公知的方式在炉中或用喷灯实施退火。退火温度取决于合金的铂含量及熔化点,本领域技术人员可通过常规实验容易地确定。优选在由保护气体控制气氛的炉中实施退火。
保护气体可为任何非氧化性的惰性气体,如氩、氮或其混合物;抗氧性气体,如氢、一氧化碳或“合成气体”或“裂化氨”(氮及百分之几的氢)。还可通过使用可商购的热处理外套加以包裹以防止物件被氧化。
该合金可广泛地用于各种不同的珠宝部件,如戒指、扣子、弹性部件、甚至宝石的压缩弹性设置等。
此外,若希望,该合金可反复实施退火及热处理/时效硬化。
此处所用的术语“时效硬化”基本上是术语“沉淀硬化”的同义词,这是由于在固溶体中形成了新组分(相)的细小颗粒。这些颗粒的存在使该合金中产生应力,并提高了其屈服强度及硬度。参见B.A.Rogers,“The Nature of Metals”,p.320(Iowa State University Press,1964);H.W.Polock,“Materials Science and Metallurgy”,p.266(Reston Pub.Inc.1981)及“The Metals Handbook”,pp.1-2(Am.Soc’y Metals,1986)。
该合金在其退火/软化态可通过标准珠宝制造技术进行加工:轧制、拉伸、焊接、成型、弯曲、冲压等。该合金可应用于弹簧、戒指中的宝石镶样、垂饰、手镯、链、贵金属艺术品等的各种不同的设计。
应注意考虑珠宝或艺术品的结构设计、部件的最小横截面积及形状。可使合金的设计适应于几乎所有的构造。这些设计的基本形式可以改变,从简单的薄片至环状及更复杂的螺旋状、V形等。物件可为线、薄片、所有类型的弹簧、垂饰、链状物、饰针等等。可采用标准的珠宝焊接技术,并可实施修理所需的加热。该合金可加以成型、弯曲、造形、退火,若制成块体,则弹力及硬度可通过热处理而重新获得。
饰品可通过浇铸制得。该合金的硬度还可通过热处理而进一步提高。热处理可在300至950℃,优选600至950℃,通常在约800℃下实施。该合金可通过标准的退火过程加以软化,通常在约850至950℃下。
该合金可以线材、薄片或其他制造件的形式加以使用,并且由于其硬度高并且展延性高而可以给出复杂的形状或外形。
根据本发明的合金例如可用于制造结婚戒指。该结婚戒指通常是通过从管材锯下毛坯,然后进一步通过合适的措施,如研磨、拉伸、锻造及抛光,加工该毛坯而制成的。
可由根据本发明的合金制成的其他珠宝物品例如包括戒指、项链、手镯、耳环、垂饰、领带夹、表带、表体、腕表、齿节(tooth picks)及其他饰品,如圆珠笔、开信刀、小折刀柄等。
以下实施例用于阐述本发明的某些方面,该实施例应理解为不对本
发明的范围加以限制。
实施例
将如下表中所示组成的合金称重,并在真空下于真空感应炉中的氧化锆坩埚内在1480至1500℃的温度下熔化,以获得均匀的熔体。将该合金浇铸至水冷的铜模具中,以形成尺寸为20×1430毫米的块体。在通过冷轧过程压缩75%之后,在氮气氛下以950℃对该合金实施退火。
下表中列出了如此形成的合金试样的物理性能。熔化范围是通过利用装配有Linseis发热元件及温度-时间绘图仪L250的Degussa电阻炉HR1/Pt/PtRH10测定该合金的冷却曲线而加以确定的。维氏硬度是根据EN ISO 14577利用Wolpert V-Testor 4521型装置测定的。抗拉强度、断裂伸长率及屈服强度是根据EN 10002利用Zwick Z010型装置测定的。通过视觉直观地测定颜色。
对比实施例
将可商购的Pt/Cu950/50合金称重,并在真空下于真空感应炉中的氧化锆坩埚内熔化,以获得均匀的熔体。将该合金浇铸至水冷的铜模具中,以形成尺寸为40×1140毫米的块体。在通过冷轧过程压缩至20毫米之后,于氮气氛下以950℃对该合金实施退火50分钟。进一步的变形步骤为8毫米、2.5毫米、1.0毫米。这些步骤之间,于950℃对该材料实施退火。
如上所述地测定如此形成的合金试样的物理性能,并列于下表中。
                       表
  实施例   对比实施例
  组成   Pt 58.6重量%Cu 37.3重量%Co 4.1重量%   Pt 95重量%Cu 5重量%
  密度   13.6   20.3
  颜色   铂白   铂白
  熔化范围   1360~1410   1730~1745
  可浇铸性   极好   较好
  硬度[HV]
  软化态   170   110
  20%冷轧   260   185
  40%冷轧   285   210
  60%冷轧   300   235
  抗拉强度[N/mm2]
  软化态   650   320
  实施例   对比实施例
  60%冷轧   ~1000   ~800
  屈服强度[N/mm2]   350   130
  断裂伸长率[%]   >30   >30
实验结果表明,与传统Pt/Cu 950/50合金相比,根据本发明的合金具有优越的浇铸性能、磨损及磨蚀特性。此外,实验结果还表明,与传统Pt/Cu 950/50合金相比,根据本发明的合金具有可比较的成型性能及色调。发现根据本发明的合金是用于制造诸如戒指、手镯或项链的珠宝物品的优异的材料。本发明合金的加工特性使得这些珠宝物品可利用例如挤压、焊接等已知的传统制造技术制得。
描述了本发明的原理及用于实施该原理的预期最优的具体实施方案。应理解为前述内容仅用于说明,并且可在不背离如下述权利要求书中定义的本发明真实范围的情况下而采用其他的手段和技术。

Claims (26)

1、一种铂合金,其包含:
55至63重量%的铂,
2至10重量%的钴,及
27至43重量%的铜。
2、一种铂合金,其包含:
70至79.5重量%的铂,
2至10重量%的钴,及
10.5至28重量%的铜。
3、根据权利要求1所述的铂合金,其中所述合金包含57.5至59.9重量%的铂。
4、根据权利要求1所述的铂合金,其中所述合金包含58.5至59.0重量%的铂。
5、根据权利要求2所述的铂合金,其中所述合金包含72至78重量%的铂。
6、根据权利要求2所述的铂合金,其中所述合金包含74至76重量%的铂。
7、根据权利要求1至6之一所述的铂合金,其中所述合金包含2.0至8.0重量%的钴。
8、根据权利要求1至7之一所述的铂合金,其中所述合金包含3.5至5.5重量%的钴。
9、根据权利要求1至8之一所述的铂合金,其中所述合金还包含0.001至2重量%的至少一种选自以下组中的第一金属:钯、铱及钌。
10、根据权利要求1至9之一所述的铂合金,其中所述合金还包含0.001至2重量%的至少一种选自以下组中的第二金属:铟和镓。
11、根据权利要求1、3、4及7至10之一所述的铂合金,其主要由:
57.5至59.9重量%的铂,
3.5至4.5重量%的钴,及
35.6至39重量%的铜组成,
其中,0.001至2重量%的铜可被至少一种所述第一金属取代,且0.001至2重量%的铜可被至少一种所述第二金属取代。
12、根据权利要求1至11之一所述的铂合金,其中所述合金的抗拉强度在450至800N/mm2的范围内。
13、根据权利要求1至12之一所述的铂合金,其中所述合金在软化态下测得的维氏硬度是在130至210HV10的范围内。
14、根据权利要求1至13之一所述的铂合金,其中所述合金的断裂伸长率至少为20%。
15、根据权利要求1至14之一所述的铂合金,其中所述合金的色调基本上对应于PtCu950合金的铂白色调。
16、根据权利要求1至15之一所述的合金的制造方法,其包括:(a)混合该合金的成分;及(b)熔化该合金。
17、一种用于装饰目的的铂色材料,其包含根据权利要求1至15之一所述的铂合金。
18、一种饰品,其包含根据权利要求1至15之一所述的铂合金。
19、根据权利要求18所述的饰品,其中所述饰品是戒指、项链、耳环、表带、表体或其他珠宝。
20、根据权利要求18或19所述的饰品的制造方法,其包括由根据权利要求1至15之一所述的合金形成所述饰品。
21、根据权利要求20所述的方法,其中将所述合金浇铸成所述饰品的形状。
22、根据权利要求1至15之一所述的铂合金的用途,其是用于制造饰品,如戒指、项链、耳环、表带、表体或其他珠宝。
23、一种铂合金,其主要由55至63重量%或70至79.5重量%的铂及一种或更多种非贵元素组成。
24、一种铂合金,其主要由约58.5重量%的铂及一种或更多种非贵元素组成。
25、一种铂合金,其主要由约75.0重量%的铂及一种或更多种非贵元素组成。
26、一种珠宝制品,其含有主要由55至63重量%或70至79.5重量%的铂及至少一种非贵元素组成的铂合金。
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