DE102009017596B3

DE102009017596B3 - Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für Mokume Gane Schmuck

Info

Publication number: DE102009017596B3
Application number: DE102009017596A
Authority: DE
Inventors: Helmut Heinzel; Steffen Peischl; Van-Phu Nguyen
Original assignee: AMI Doduco GmbH
Current assignee: C Hafner GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: WO2010118820A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs (1) für Mokume Gane Schmuck (4), das als Schicht- oder Faserwerkstoffverbund wenigstens zwei metallische Komponenten (2, 3) unterschiedlicher Farbe aufweist, wobei mehrere aus der ersten Komponente (2) hergestellte Teile unter Ausbildung von Zwischenräumen in einer Kokille angeordnet und anschließend die Zwischenräume zur Ausbildung der zweiten Komponente (3) mit einer überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer bestehenden Schmelze gefüllt werden. Die Erfindung betrifft ferner ein solches Halbzeug und ein daraus hergestelltes Mokume Gane Schmuckstück.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für Mokume Gane Schmuck sowie ein entsprechendes Halbzeug.
Der japanische Begriff Mokume Gane bedeutet wörtlich übersetzt etwa Holzmaserung-Metall und beschreibt somit das Aussehen von Mokume-Gane Schmuckstücken. Halbzeuge für Mokume Gane Schmuck bestehen aus zwei oder mehr metallischen Komponenten unterschiedlicher Farbe, so dass daraus hergestellte Schmuckstücke eine charakteristische Maserung haben.
Traditionell werden als Halbzeuge für Mokume Gane Schmuck Schichtblöcke verwendet, die aus übereinander geschichteten und miteinander verschweißten Metallblechen bestehen. Die Herstellung derartiger Schichtblöcke ist beispielsweise aus der DE 20 2008 002 080 U1 bekannt und aufwendig. Insbesondere kann es leicht vorkommen, dass der Schweißprozess unvollständig oder fehlerhaft ist und es deshalb bei der Verarbeitung des Halbzeugs zu Materialtrennungen oder Anrissen zwischen den Blechkomponenten kommen kann.
Als Alternative zu dem aufwendigen Verschweißen ist es auch bekannt, die Bleche eines Blechpakets miteinander zu verlöten. Auch bei derartigen Schichtblöcken besteht jedoch das Problem, dass die Verbindung aufeinander liegender Bleche häufig unzureichend ist und es deshalb bei der Weiterverarbeitung zu Materialtrennungen oder Anrissen zwischen den einzelnen Blechen kommen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstiger qualitativ hochwertige Halbzeuge für Mokume Gane Schmuck hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit dem im Anspruch 1 angegeben Merkmalen sowie durch ein Halbzeug mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Halbzeug für Mokume Gane Schmuck wird als Schicht- oder Faserwerkstoffverbund schmelzmetallurgisch hergestellt, indem mehrere aus der ersten Komponente des Halbzeugs hergestellte Teile unter Ausbildung von Zwischenräumen in einer Kokille angeordnet und anschließend die Zwischenräume zur Ausbildung der zweiten Komponente mit einer überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer bestehenden Schmelze gefüllt werden. Bevorzugt sind die aus der ersten Komponente hergestellten Teile Bleche, so dass das Halbzeug ein Schichtwerkstoffverbund ist. Die aus der ersten Komponente bestehenden Teile können jedoch beispielsweise auch Stangen sein, so dass sich durch Ausgießen der Zwischenräume ein Faserwerkstoffverbund ergibt.
Durch die schmelzmetallurgische Herstellung ergibt sich vorteilhaft eine sehr gute Haftung der Komponenten des Halbzeugs miteinander. Bindefehler können praktisch vollständig vermieden werden.
Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens besteht insbesondere darin, dass problemlos auch größere Halbzeuge hergestellt werden können, da das in einem Ofen zur Verfügung stehende Volumen weitgehend ausgenutzt wer den kann. Bei dem bekannten Verschweißen von Paketen aus aufeinander gestapelten Blechen lassen sich nur sehr schwer Halbzeuge mit mehr als 10 bis 15 cm Kantenlänge herstellen, da mit zunehmender Größe die Wahrscheinlichkeit von unvollständigen oder fehlerhaften Verbindungen zwischen Blechabschnitten stark zunimmt. Zudem verliert Stahl bei den zum Verschweißen erforderlichen Temperaturen seine Festigkeit, so dass die zum Erzeugen des Pressdrucks verwendeten Werkzeuge nicht zusammen mit dem Block auf die zum Verschweißen erforderliche Temperatur erhitzt werden dürfen. Aus diesen Gründen haben im Handel erhältliche Schichtblöcke für Mokume Gane Schmuck nur eine Kantenlänge von etwa 10 cm. Erfindungsgemäß hergestellte Halbzeuge können jedoch problemlos eine Kantenlänge von 20 cm, 30 cm oder mehr aufweisen und eine Masse von 100 g, 200 g oder mehr haben.
Bei einem erfindungsgemäßen Halbzeug hat die erste Komponente einen höheren Schmelzpunkt als die zweite Komponente, bevorzugt einen mindestens 50 K, insbesondere mindestens 100 K höheren Schmelzpunkt. Da die zweite Komponente als Schmelze in Zwischenräume zwischen aus der ersten Komponente hergestellten Teilen eingefüllt wird, entsteht die zweite Komponente bei einem erfindungsgemäßen Halbzeug mit einem Gefüge, das eine Gussstruktur aufweist. Die Gussstruktur der zweiten Komponente eines erfindungsgemäßen Halbzeugs zeichnet sich in der Regel durch Stengelkristalle aus. Diese Stengelkristalle sind typischer Weise quer zu der angrenzenden Komponente hin orientiert, also bei einem Schichtwerkstoffverbund quer zu den Schichten orientiert. Die erste Komponente weist dagegen ein Rekristallisationsgefüge auf.
Erfindungsgemäß hergestellte Halbzeuge können auf kleinere Querschnitte gewalzt und zu Stäben gezogen werden, die tordiert werden. Bei diesen Arbeitsschritten wird das Material stark verformt und muss deshalb in der Regel vor weiteren Bearbeitungsschritten geglüht werden. Bei einer solchen Anlass- oder Temperbehandlung bildet sich typischerweise in allen Komponenten ein Rekristallisationsgefüge, so dass die ursprünglich vorhandene Gussstruktur verschwindet. Ein erfindungsgemäßes Halbzeug kann beispielsweise ein Stab sein, dessen Enden um 5 Umdrehungen oder mehr gegeneinander verdreht sind. Ein solcher Stab hat eine Länge von vorzugsweise mehr als 20 cm, insbesondere mehr als 30 cm. Der Durchmesser eines solchen Stabs kann beispielsweise 5 mm bis 15 mm betragen.
Bei einem erfindungsgemäßen Halbzeug besteht die zweite Komponente überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer. Die erste Komponente kann theoretisch auch aus Edelstahl bestehen, um Materialkosten einzusparen. Bevorzugt besteht jedoch auch die erste Komponente und somit das gesamte Halbzeug überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer. Die Komponenten eines erfindungsgemäßen Halbzeugs können dabei aus reinem Kupfer oder aus einem reinen Edelmetall, beispielsweise reinem Gold, Silber oder Palladium bestehen. Bevorzugt werden für die Komponenten eines erfindungsgemäßen Halbzeugs aber Edelmetall- und/oder Kupferlegierungen verwendet, beispielsweise Ag925, Au750, Au500, Pd900 oder Pd500.
Besonders bevorzugt ist, dass die erste Komponente überwiegend, also zumindest zu 50 Gew.-%, aus Platinmetall, insbesondere Palladium besteht. Platinmetalle und ihre Legierungen haben einen vorteilhaft hohen Schmelzpunkt, so dass sich bei der Herstellung des Halbzeugs die Zwischenräume besonders leicht mit Schmelze der zweiten Komponente ausfüllen lassen. Die zweite Komponente besteht bevorzugt überwiegend aus einem oder mehreren Elementen der elften Gruppe des Periodensystems, also überwiegend aus Kupfer, Silber und/oder Gold.
Bei einem erfindungsgemäßen Halbzeug macht die gegossene Komponente wenigstens ein Fünftel des Volumens des Halbzeugs aus, damit diese Komponente mit ihrer Farbe bei einem fertigen Mokume Gane Schmuckstück auch optisch deutlich in Erscheinung treten und die für Mokume Gane Schmuckstücke charakteristische Maserung erzeugen kann. Bevorzugt macht die gegossene Komponente wenigstens ein Viertel, besonders bevorzugt wenigstens ein Drittel, des Volumens des Halbzeugs aus.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs kann zur Ausbildung der zweiten Komponente Schmelze aus einem Tiegel in die Zwischenräume der aus der ersten Komponente hergestellten Teile gegossen werden. Bevorzugt ist jedoch, dass das Material zur Ausbildung der zweiten Komponente zwischen und/oder über den in der Kokille angeordneten Teilen, die aus Material der ersten Komponente hergestellt sind, angeordnet und anschließend durch Erhitzen aufgeschmolzen wird. Auf diese Weise kann das Aufschmelzen problemlos unter einer Schutzgasatmosphäre durch geführt und eine Oxidation folglich vermieden werden. Beim Aufschmelzen des Materials für die zweite Komponente bildet sich dann eine Schmelze, welche die Zwischenräume lückenlos ausfüllt.
Das Material für die zweite Komponente kann beispielsweise ein Barren sein, der auf die aus der ersten Komponente hergestellten Teile in der Kokille platziert wird. Möglich ist es aber auch, Granulat oder Pulver der zweiten Komponente zu verwenden und dieses zwischen und/oder über den aus der ersten Komponente hergestellten Teilen aufzuschichten. Wenn es sich bei der zweiten Komponente um eine Legierung handelt, was bevorzugt ist, kann das Material für die zweite Komponente als Granulat unterschiedlicher Materialien eingesetzt werden, so dass sich die Legierung erst beim Aufschmelzen bildet. Bevorzugt wird das Material aber als Legierung in fester Form in die Kokille eingefüllt.
Um ein Halbzeug mit mehr als zwei farblich unterschiedlichen Komponenten herzustellen, können in einer Kokille Teile aus unterschiedlichem Material, beispielsweise Bleche aus Platin und Bleche aus Palladium angeordnet, und die Zwischenräume mit einem weiteren Material, beispielsweise Gold, ausgegossen werden.
Die Komponenten eines erfindungsgemäßen Halbzeugs können jeweils aus einer einzigen Phase bestehen oder mehrere Phasen aufweisen, beispielsweise eutektische Legierungen sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbzeugs; und
2 ein Beispiel eines aus dem Halbzeug hergestellten Mokume Gane Schmuckstücks.
Das in 1 dargestellte Halbzeug 1 ist ein Schichtverbund aus zwei metallischen Komponenten 2, 3 unterschiedlicher Farbe, beispielsweise einer rötlichen Gold- und Kupferlegierung und einer silbernen Edelmetalllegierung, beispielsweise auf Basis von Silber oder einem Platinmetall. Die einzelnen Schichten des dargestellten Halbzeugs 1 haben eine Stärke von 0,5 mm bis 3,0 mm, bevorzugt 0,8 bis 1,5 mm. Die einzelnen Schichten können alle dieselbe Stärke haben, wie dies in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Möglich ist es aber auch, dass die Stärken der einzelnen Schichten von einander abweichen. Bevorzugt ist dabei, dass sich die Schichtstärken von einander höchstens um einen Faktor 2, bevorzugt höchstens um einen Faktor 1,5 unterscheiden.
Das dargestellte Halbzeug 1 kann hergestellt werden, indem aus der ersten Komponente 2 hergestellte Teile unter Ausbildung von Zwischenräumen in einer Kokille angeordnet und anschließend die Zwischenräume zur Ausbildung der zweiten Komponente 3 mit einer überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer bestehenden Schmelze gefüllt werden. Die aus der ersten Komponente 2 hergestellten Teile können in der Kokille stehend angeordnet werden und beispielsweise Bleche sein. Diese Bleche können flach ausgebildet sein. Möglich ist es auch, gebogene oder zickzackförmig gefaltete Bleche zu verwenden und in dem Halbzeug 1 so eine zusätzliche Struktur zu erzeugen. Gebogene oder zickzackförmig gefaltete Bleche haben zudem den Vorteil, sich leichter stehend in einer Kokille anordnen zu lassen. Mit einer Halterung oder einer entsprechend ausgebildeten Kokille lassen sich jedoch auch flache Bleche stehend anordnen. Beispielsweise kann eine Kokille in einer inneren Seitenwand Schlitze aufweisen, in denen ein Randbereich von in der Kokille angeordneten Blechen gehalten werden kann, so dass die Bleche in der Kokille nicht umfallen
2 zeigt ein Beispiel eines aus dem dargestellten Halbzeug 1 hergestellten Mokume Gane Schmuckstücks 4. Bei dem aus dem Halbzeug 1 hergestellten Ring 4 sind deutlich die beiden farblich unterschiedlichen Komponenten 2, 3 des Halbzeugs 1 zu erkennen.
Detaillierte Ausführungsbeispiele:

1. In eine Graphitkokille mit einer Innenabmessung von 20 mm Breite, 30 mm Höhe und 100 mm Länge werden mittig hochkant mit etwa gleichem Abstand zueinander 4 Pd-Bleche mit den Abmessungen 1 × 20 × 100 mm gestellt. Auf die Bleche wird ein Barren Sterlingssilber gelegt, dessen Volumen ausreicht, um die Zwischenräume der Kokille zu füllen. Die Kokille wird in einem Induktionsofen auf eine Temperatur knapp oberhalb des Schmelzpunktes von Sterlingssilber (ca. 896°C) erwärmt, so dass dieses bei Erreichen seiner Schmelztemperatur in die freien Spalten zwischen den Pd-Blechen und der Kokille fließt und diese lückenlos ausfüllt. Sobald der durch das Beobachtungsfenster zu erkennende Schmelzvorgang beendet ist, wird der Heizstrom des Ofens abgeschaltet, damit der Gussblock erstarrt und als fertiger Schichtverbund mit lamellarem Aufbau Ag/Pd/Ag/Pd/Ag/Pd/Ag/Pd/Ag aus der Kokille entnommen werden kann.
2. In der Kokille von Beispiel 1 wird auf die in gleicher Weise angeordneten Pd-Bleche eine entsprechende Menge einer Gelbgoldlegierung, beispielsweise Au750 gelegt und durch erwärmen über deren Schmelzpunkt von etwa 900°C zum Schmelzen gebracht, so dass auch hier die Zwischenräume der Pd-Bleche und zur Kokillenwand lückenlos gefüllt werden. Nach dem Erkalten der Au-Legierung liegt ein Schichtverbund Au/Pd/Au/Pd/Au/Pd/Au/Pd/Au vor.
3. In einer Kokille mit der Innenabmessung 7 mm Breite, 30 mm Höhe und 99 mm Länge werden an den Kokillenlängswänden und in der Kokillenmitte 3 Pd-Bleche mit den Abmessungen 1 × 20 × 99 mm gestellt. Auf die Pd-Bleche wird ein Cu-Barren gelegt im Ofen erschmolzen, so dass wie in den Beispielen 1 und 2 die Zwischenräume der Pd-Bleche gefüllt werden und ein Schichtverbund Pd/Cu/Pd/Cu/Pd entsteht. Nach dem Erkalten kann der Schichtverbundblock aus der Kokille entnommen und dessen Außenflächen gereinigt werden. Der so vorbereitete Block wird nun mittig in die Kokille aus Beispiel 1 und 2 gestellt, in der vorher bereits jeweils zwei weitere Pd-Bleche an den Kokillenlängsseiten angebracht wurden. Auf die Pd-Bleche an den Kokillenlängsseiten werden nun zwei vorbereitete Barren aus Sterlingssilber mit Schmelzpunkt 896°C oder einer Goldlegierung mit Schmelzpunkt 830°C bis 920°C und den Abmessungen 6,5 × 20 × 99 mm gelegt und auf eine Temperatur knapp ober halb deren Schmelzpunkt erwärmt, so dass diese in die freien Zwischenräume fließen und somit nach deren Erstarrung ein Schichtverbund Ag/Pd/Cu/Pd/Cu/Pd/Ag entstanden ist. Bei einem solchen zweiten Schmelzvorgang sollte die Schmelztemperatur des ersten Schmelzvorgangs nicht überschritten werden, damit das Material aus dem ersten Schmelzvorgang nicht erneut flüssig wird.

Die in der beschriebenen Weise hergestellten Schichtverbundbarren können unmittelbar als Halbzeug für Mokume Gane Schmuck verwendet werden. Möglich ist es auch, die Schichtverbundbarren zur Herstellung eines Halbzeugs weiteren Bearbeitungsschritten zu unterziehen. Beispielsweise können die Schichtverbundbarren auf kleinere Querschnitte gewalzt oder gezogen werden.

1: Halbzeug
2: erste Komponente
3: zweite Komponente
4: Schmuckstück

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs (1) für Mokume Gane Schmuck (4), das als Schicht- oder Faserwerkstoffverbund wenigstens zwei metallische Komponenten (2, 3) unterschiedlicher Farbe aufweist, wobei mehrere aus der ersten Komponente (2) hergestellte Teile unter Ausbildung von Zwischenräumen in einer Kokille angeordnet und anschließend die Zwischenräume zur Ausbildung der zweiten Komponente (3) mit einer überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer bestehenden Schmelze gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile Bleche sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (2) einen mindestens 50°K höheren Schmelzpunkt als die zweite Komponente (3) aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der ersten Komponente (2) hergestellten Teile in der Kokille stehend angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Material zur Ausbildung der zweiten Komponente (3) zwischen und/oder über den in der Kokille angeordneten Teilen, die aus Material der ersten Komponente (2) hergestellt sind, angeordnet und anschließend durch Erhitzen aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Komponente (2) ein Material mit einen Schmelzpunkt von mindestens 1200°C verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das als erste Komponente (2) ein Material verwendet wird, das zu mindestens 50 Gew.-% aus einem oder mehreren Platinmetallen besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Komponente (2) ein Material verwendet wird, das zu mindestens 50 Gew.-% aus Palladium besteht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Komponente (3) ein Material verwendet wird, das zu mindestens 50 Gew.-% aus einem oder mehreren Elementen der 11. Gruppe des Periodensystems besteht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1) tordiert wird.
Halbzeug für Mokume Gane Schmuck, das als Schicht- oder Faserwerkstoffverbund wenigstens zwei metallische Komponenten (2, 3) unterschiedlicher Farbe aufweist, wobei wenigstens eine der Komponenten (3) überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer besteht und wenigstens ein Fünftel des Volumens des Halbzeugs ausmacht, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens ein Fünftel des Volumens ausmachende Komponente (3) eine Gussstruktur hat.
Halbzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussstruktur Stengelkristalle enthält.
Halbzeug nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Stengelkristalle zu der angrenzenden Komponente hin orientiert sind.
Halbzeug nach einem der Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (2, 3) als Schichten vorliegen, wobei die Stengelkristalle quer zu den Schichten orientiert sind.
Halbzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1) die erste und die zweite Komponente (2, 3) in mehreren aufeinander folgenden Schichten enthält.
Halbzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1) mindestens 4 Schichten aufweist.