DE202017103172U1 - Kupfer-Silber-Gold-Legierung, daraus gebildeter Goldschmiedewerkstoff sowie daraus hergestelltes Goldschmiede- und Schmuckwerkstück - Google Patents
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Abstract
Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück umfassend einen aus einer mindestens 35 Gew.-% Silber, insbesondere mindestens 40 Gew.-% Silber und vorzugsweise maximal 60 Gew.-% Silber, bevorzugt 40 Gew.-%–50 Gew.-% Silber, und 1,2–1,3 Gew.-% Germanium, insbesondere 1,25 Gew.-% Germanium, sowie 1,0–15 Gew.-% Zink aufweisenden, anlaufgeschützten Kupfer-Silber-Gold-Legierung hergestellten Formkörper.
Description
- Die Erfindung richtet sich auf ein einen aus einer Kupfer-Silber-Gold-Legierung hergestellten Formkörper umfassendes Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück, eine Kupfer-Silber-Gold-Legierung insbesondere zur Verwendung als Werkstoff zur Herstellung eines anlaufgeschützten Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstücks und einen aus einer Kupfer-Silber-Gold-Legierung bestehenden Goldschmiedewerkstoff.
- Die Verwendung von Kupfer-Silber-Gold-Legierungen auf dem Gebiet der Goldschiede- und Schmuckwerkstücke ist allgemein bekannt. Derartige Legierungen liegen in unterschiedlichen Zusammensetzungen und daraus resultierender Farbigkeit vor. Hierbei wird bei der ternären Legierung der Gehalt der einzelnen Legierungselemente in Relation zueinander meistens unter dem Gesichtspunkt, eine geänderte farbliche Abstufung zu erzielen, verändert.
- Ein bekannter Nachteil des gewählten Drei-Stoff-Systems Kupfer-Silber-Gold (Cu-Ag-Au) ist die geringe Anlaufbeständigkeit einer daraus gebildeten Legierung, insbesondere bei höheren Anteilen an Silber und Kupfer. Das hohe Oxidationspotential von Kupfer wirkt sich nachteilig aus, da sich durch Oxidation an der Oberfläche ein Kupfer-(carbonat-sulfat-chlorid)-hydroxid-Gemisch bildet und bei Anwesenheit von Schwefelwasserstoff Kupfersulfid.
- Silber selbst besitzt ein hohes Redoxpotential und sollte gegen die Oxidation durch Sauerstoff stabil sein. Silber- und Silberlegierungsoberflächen laufen allerdings mit der Zeit schwarz an, da elementares Silber mit Schwefelwasserstoff in Anwesenheit von Luftsauerstoff Silbersulfid bildet, was einen weiteren Nachteil darstellt.
- Um diese Probleme abzumildern, zu vermeiden oder zu verzögern, ist die Bildung einer schützenden Schicht an der bzw. auf der Oberfläche notwendig, so dass keine Reaktionsoberfläche für die Kupfer- und/oder Silberanteile zur Verfügung steht. Meist wird hier eine zusätzliche, sehr dünne, kostenintensive Rhodiumschicht mittels galvanischer Abscheidung aufgebracht, deren Lebensdauer nur begrenzt ist.
- Ein Anlaufschutz kann auch durch das Zulegieren weitere Legierungskomponenten erreicht werden. Diese dienen der Bildung eines Oxidfilms als Schutz vor angreifenden Ionen oder sogar als Opferanode. In Reinsilber werden neben den klassischen Oxidschichten aus Zinn und Zink Additionen von Kobalt und Chrom in der Literatur beschrieben, die einen kohärenten Schutzfilm auf der Oberfläche bilden, der ein Anlaufen verhindert. Hinsichtlich der Verformbarkeit stellen diese Legierungselemente jedoch ein Problem dar, da durch das Zulegieren meist eine Festigkeitszunahme zu verzeichnen ist.
- Bei einem Vierstoffsystem Silber-Gold-Kupfer-Zink gilt Zink in geringen Konzentrationen als lösbar und fungiert im Herstellungsprozess als Entgaser und Reduktionsmittel und stellt damit die Opferanode dar. Zusätzlich unterdrückt es die Bildung von geordneten Phasen im binären Gold-Kupfer System. Bei der Zugabe von Zink verändert sich eine rote Legierung zu einem rötlich-gelben Farbeindruck oder ganz zu gelb und kann durch Phasenbildung die Verformbarkeit verschlechtern. Als weiterer Nachteil derartiger Vierstofflegierungen ist die Reaktion des Zinks auf Ammoniak bekannt, das in der Haut vorkommt, was zu Anlaufprodukten an der Oberfläche von händisch angefassten und aus einer derartigen Legierung hergestellten Formkörpern, insbesondere Schmuckstücken, führt.
- Die Addition von Germanium zu insbesondere Kupfer umfassenden Silberlegierungen soll das Anlaufen reduzieren, da durch das Germanium zum einen ein geringerer Anteil Sauerstoff im Kupfer gelöst ist und zum anderen sich ein Oxidfilm ausbildet. Aus der
GB 2 255 348 B1 US 2008/0118392 A1 - Eine Silber-Kupfer-Germanium Legierung zur Anwendung in Dentallegierungen, die zudem auch Goldanteile umfassen kann, offenbart die
US 4,124,380 A1 . Durch das Germanium wird der Anlaufschutz erhöht, wobei eine Zumischung von 0,5–2 Gew.-% an Germanium als effektiv beschrieben wird. Als nachteilig wird angesehen, dass bei einer Zugabe von 1,2 bis 1,3 Gew.-% Germanium sich die Farbgebung ins weißliche verschiebt. Eine derartige Legierung kann auch Goldbestandteile umfassen und beispielsweise eine Zusammensetzung von 55–65 Gew.-% Silber, 20–25 Gew.-% Kupfer, 0,5–2 Gew.-% Germanium und 3–7 Gew.-% Gold aufweisen. - In den Dokumenten
EP 2 453 028 B1 undGB 2 438 198 A1 - Im Vierstoffsystem Silber-Gold-Kupfer-Germanium wird Germanium jedoch im Gold- und Silberwirtsgitter gelöst. Die dadurch nachteilige Ausbildung der Hume-Rothery Phasen von Kupfer-Germanium kann durch eine geringe Konzentration minimiert werden. In der
GB 2 438 198 A1 - Zusätzlich liegt auch eine metastabile Ausbildung von Hume-Rothery Phasen im System Silber-Germanium vor, die sich nachteilig auf den Verformungsprozess auswirken.
- Neben dem Zulegieren von bestimmten Metallen in eine Metallmatrix, die die Anlaufbeständigkeit erhöhen, ist das Aufbringen einer Nanoschicht aus organischem Material auf einer Silberoberfläche durch einen Tauchprozess aus der Praxis bekannt. Eine geordnete, aus organischen Molekülen gebildete Schicht stellt dabei eine einlagige Schicht dar. Der damit bewirkte Mechanismus umfasst eine Umfunktionalisierung der Silbermetalloberfläche mittels einer molekularen Schicht, um die Dichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Edelmetallschicht zu erhöhen, ohne dass andere funktionelle oder optische Eigenschaften verändert werden. In Abhängigkeit von der Wahl der Moleküle, können die Moleküle durch das Anlegen einer definierten Spannung kompakt ausgerichtet werden, wodurch sich die Anlaufbeständigkeit der Materialoberfläche erhöht. Nachteilig ist, dass hier das Zulegieren weiterer Legierungselemente den Aufbau einer Nanoschicht stören oder gar verhindern kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die die Herstellung von Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstücken aus einer durchgehend farbigen und anlaufbeständigen Silberlegierung ohne Entmischungserscheinungen und mit guter Verformbarkeit ermöglicht.
- Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch ein Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück umfassend einen aus einer mindestens 35 Gew.-% Silber, insbesondere mindestens 40 Gew.-% Silber und vorzugsweise maximal 60 Gew.-% Silber, bevorzugt 40 Gew.-%–50 Gew.-% Silber, und 1,2–1,3 Gew.-% Germanium, insbesondere 1,25 Gew.-% Germanium, sowie 1,0–15 Gew.-% Zink aufweisenden, anlaufgeschützten Kupfer-Silber-Gold-Legierung hergestellten Formkörper.
- Ebenso wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Kupfer-Silber-Gold-Legierung umfassend mindestens 35 Gew.-% Silber, insbesondere mindestens 40 Gew.-% Silber und vorzugsweise maximal 60 Gew.-% Silber, bevorzugt 40 Gew.-%–50 Gew.-% Silber, und 1,2–1,3 Gew.-% Germanium, insbesondere 1,25 Gew.-% Germanium, sowie 1,0–15 Gew.-% Zink, insbesondere zur Verwendung als Werkstoff zur Herstellung eines anlaufgeschützten Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstücks.
- Schließlich wird die vorstehende Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch einen Goldschmiedewerkstoff bestehend aus einer mindestens 35 Gew.-% Silber, insbesondere mindestens 40 Gew.-% Silber und vorzugsweise maximal 60 Gew.-% Silber, bevorzugt 40 Gew.-%–50 Gew.-% Silber, und 1,2–1,3 Gew.-% Germanium, insbesondere 1,25 Gew.-% Germanium, sowie 1,0–15 Gew.-% Zink umfassenden Kupfer-Silber-Gold-Legierung.
- Die verwendete Kupfer-Silber-Gold-Legierung ist anlaufgeschützt, zeichnet sich durch eine durchgehende Farbigkeit aus und weist aufgrund des Germaniumanteils einen kohärenten Schutzfilm und aufgrund des Zinkanteils eine schützende Oxidschicht auf.
- Durch die beschriebene Maßnahme wird eine Legierung bereitgestellt, die sich insbesondere für eine Verwendung in der Schmuck- und Uhrenindustrie eignet. Die erfindungsgemäße Legierung stellt dabei eine kostengünstige und prozesstechnisch sichere Alternative zu den bisher bekannten Systemen dar. Es lässt sich eine durchgehende Farbigkeit einstellen mit einem technisch optimierten Anlaufschutz. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße 5-Stoff-Legierung ein deutlich verbessertes Anlaufverhalten mit einem deutlich geringeren Risiko gegenüber anderer Legierungssysteme zeigt, ohne dass intermetallische Phasen auftreten. Bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Legierungsanteile liegt zudem keine zu hohe Festigkeit vor. Gerade bei den nachgeschalteten Umformprozessen hat sich die sich bei der erfindungsgemäßen Legierung einstellende Festigkeit als sehr vorteilhaft, d. h. gut zu verarbeiten, erwiesen Die erfindungsgemäße Legierung ist insbesondere für den Schmuckguss mit den diesem nachgeschalteten Prozessschritten, wie z. B. Walzen, Laserschneiden, Schleifen und/oder Polieren, geeignet. Insbesondere beim Drahterodieren hat sich der Anlaufschutz als sehr vorteilhaft erweisen.
- Vorteilhaft gestaltet sich auch, dass die ausgewählten Legierungselemente eine Farbigkeit in dem Legierungsmaterial einstellen, die bei Temperaturvariation innerhalb des Schmuckprozesses gleichmäßig und durchgehend ist, ohne dass sich eine Entmischung innerhalb des Materials zeigt.
- In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung zeichnen sich das Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück sowie die Kupfer-Silber-Gold-Legierung weiterhin dadurch aus, dass die Kupfer-Silber-Gold-Legierung über die Silber-, Germanium- und Zinkanteile hinausgehend bis auf Unreinheiten aus Gold und Kupfer besteht, wobei der Kupferanteil höher als der Goldanteil ist.
- Hierbei ist es dann weiterhin zweckmäßig, wenn der Goldanteil der Kupfer-Silber-Gold-Legierung 10–20 Gew.-% und der Kupferanteil der Kupfer-Silber-Gold-Legierung 20–45 Gew.-% beträgt, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
- Für den Fall, dass sich eine in das Rosefarbene gehende, definierte Farbigkeit des aus der Legierung gebildeten Materials ergeben soll, hat sich eine Kupfer-Silber-Gold-Legierung als vorteilhaft erwiesen, die aus 40 Gew.-% Silber, 16,65 Gew.-% Gold, 40,60 Gew.-% Kupfer, 1,25 Gew.-% Germanium und 1,5 Gew.-% Zink besteht, wodurch sich das erfindungsgemäße Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück sowie die erfindungsgemäße Kupfer-Silber-Gold-Legierung weiterhin auszeichnen.
- Für den Fall, dass sich eine in das Gelbfarbene gehende, definierte Farbigkeit des aus der Legierung gebildeten Materials ergeben soll, hat sich eine Kupfer-Silber-Gold-Legierung als vorteilhaft erwiesen, die aus 50 Gew.-% Silber, 16,65 Gew.-% Gold, 20,55 Gew.-% Kupfer, 1,25 Gew.-% Germanium und 11,55 Gew.-% Zink besteht, wodurch sich das erfindungsgemäße Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück sowie die erfindungsgemäße Kupfer-Silber-Gold-Legierung weiterhin auszeichnen.
- Für den Fall, dass sich wiederum eine in das Rosefarbene gehende, definierte Farbigkeit des aus der Legierung gebildeten Materials ergeben soll, hat sich weiterhin eine Kupfer-Silber-Gold-Legierung als vorteilhaft erwiesen, die aus 40 Gew.-% Silber, 18,0 Gew.-% Gold, 35,0 Gew.-% Kupfer, 1,25 Gew.-% Germanium und 1,5 Gew.-% Zink besteht, wodurch sich das erfindungsgemäße Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück sowie die erfindungsgemäße Kupfer-Silber-Gold-Legierung in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls auszeichnen.
- Von Vorteil ist es weiterhin, wenn bei einem Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück der aus der Kupfer-Silber-Gold-Legierung hergestellte Formkörper eine aus organisch-chemischen Verbindungen der Gruppe der Thiole gebildete Oberflächenschicht aufweist, was die Erfindung weiterhin vorsieht. Gerade bei einer solchen Ausgestaltung der Erfindung zeichnen sich die erfindungsgemäßen Legierungsanteile gegenüber bekannten Legierungen dadurch vorteilhaft aus, dass sich eine geschlossene Schicht ausbildet, die das Anlaufen noch weiter hinauszögert und zeitgleich den Aufbau einer Silber bzw. Kupfersulfidschicht reduziert.
- Schließlich zeichnet sich die Erfindung in Ausgestaltung auch noch dadurch aus, dass der Goldschmiedewerkstoff aus einer Kupfer-Silber-Gold-Legierung nach einem der Ansprüche 9–13 besteht.
- Bei den nachfolgend in Tabelle 1 aufgelisteten Ausführungsbeispielen wird die Anlaufbeständigkeit nach erfolgtem Gieß- und Umformprozess betrachtet. Der Goldgehalt beträgt in allen Beispielen 16,65 Gew.-% (ausgedrückt als 166,5 g/1000 g), wobei mögliche Verunreinigungen außer Acht gelassen werden.
- Die Legierungsversuche werden mittels eines Kurzzeitversuchs (1–2% Ammomniumsulfidlösung und unterschiedlichen Expositionszeiten) bezüglich Veränderungen des Farbeindrucks und der Oberfläche bewertet. Die Zahlenwerte drücken jeweils den Anteil einer Legierungskomponente in Gramm (g) an der jeweiligen Gesamtlegierungsmasse von 1000 Gramm (g) aus. Tabelle 1: Ausführungsbeispiele
Versuch 1 Versuch 2 Versuch 3 Versuch 5 Versuch 6 Versuch 7 gelb gelb rose rose rose rose Feingold 166,5 166,5 166,5 166,5 166,5 166,5 Feinsilber 425 500 487,5 371 467,5 400 Kupfer 320,8 205,5 333,5 450 333,5 406 Zink 75,2 115,5 20 15 Germanium 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 Summe 1000 1000 1000 1000 1000 1000 - Aus den Versuchen zu gelbfarbenen Silberlegierungen ergibt sich, dass der höhere Zinkanteil gegenüber einem reduzierten Kupferanteil eine Optimierung in der Anlaufbeständigkeit im Fünfstoffsystem Silber-Gold-Kupfer-Zink-Germanium darstellt. In den rosefarbenen Legierungen zeigt sich hingegen ein Gehalt von 1,5% Zink für eine optimale Anlaufbeständigkeit bei gleichzeitig hoher Umformbarkeit bei gleichem Germaniumgehalt als optimal. Optimiert wird die Anlaufbeständigkeit weiterhin durch das Aufbringen einer Oberflächenschicht aus Thiolen einer funktionalen Thiolgruppe. Hierbei lassen sich Zeiten von über 10 min erreicht, bevor ein Grauschleier sichtbar wird.
- Eine weitere, in der Tabelle nicht dargestellte Optimierung lässt sich im rosefarbenen Bereich durch einen höheren Anteil an Gold (180 g/1000 g) bei gleichzeitig vermindertem Kupferanteil erreichen. Auch in diesem Fall wird lässt sich ein Anlaufen erst nach 10 min beobachten.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- GB 2255348 B1 [0008]
- US 2008/0118392 A1 [0008]
- US 4124380 A1 [0009]
- EP 2453028 B1 [0010]
- GB 2438198 A1 [0010, 0011]
Claims (15)
- Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück umfassend einen aus einer mindestens 35 Gew.-% Silber, insbesondere mindestens 40 Gew.-% Silber und vorzugsweise maximal 60 Gew.-% Silber, bevorzugt 40 Gew.-%–50 Gew.-% Silber, und 1,2–1,3 Gew.-% Germanium, insbesondere 1,25 Gew.-% Germanium, sowie 1,0–15 Gew.-% Zink aufweisenden, anlaufgeschützten Kupfer-Silber-Gold-Legierung hergestellten Formkörper.
- Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Silber-Gold-Legierung über die Silber-, Germanium- und Zinkanteile hinausgehend bis auf Unreinheiten aus Gold und Kupfer besteht, wobei der Kupferanteil höher als der Goldanteil ist.
- Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Goldanteil der Kupfer-Silber-Gold-Legierung 10–20 Gew.-% und der Kupferanteil der Kupfer-Silber-Gold-Legierung der 20–45 Gew.-% beträgt.
- Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Silber-Gold-Legierung aus 40 Gew.-% Silber, 16,65 Gew.-% Gold, 40,60 Gew.-% Kupfer, 1,25 Gew.-% Germanium und 1,5 Gew.-% Zink besteht.
- Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Silber-Gold-Legierung aus 50 Gew.-% Silber, 16,65 Gew.-% Gold, 20,55 Gew.-% Kupfer, 1,25 Gew.-% Germanium und 11,55 Gew.-% Zink besteht.
- Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Silber-Gold-Legierung aus 40 Gew.-% Silber, 18,0 Gew.-% Gold, 35,0 Gew.-% Kupfer, 1,25 Gew.-% Germanium und 1,5 Gew.-% Zink besteht.
- Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Kupfer-Silber-Gold-Legierung hergestellte Formkörper eine aus organisch-chemischen Verbindungen der Gruppe der Thiole gebildete Oberflächenschicht aufweist.
- Kupfer-Silber-Gold-Legierung umfassend mindestens 35 Gew.-% Silber, insbesondere mindestens 40 Gew.-% Silber und vorzugsweise maximal 60 Gew.-% Silber, bevorzugt 40 Gew.-%–50 Gew.-% Silber, und 1,2–1,3 Gew.-% Germanium, insbesondere 1,25 Gew.-% Germanium, sowie 1,0–15 Gew.-% Zink, insbesondere zur Verwendung als Werkstoff zur Herstellung eines anlaufgeschützten Goldschmiede- und/oder Schmuckwerkstücks.
- Kupfer-Silber-Gold-Legierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie über die Silber-, Germanium- und Zinkanteile hinausgehend bis auf Unreinheiten aus Gold und Kupfer besteht, wobei der Kupferanteil höher als der Goldanteil ist.
- Kupfer-Silber-Gold-Legierung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Goldanteil der Kupfer-Silber-Gold-Legierung 10–20 Gew.-% und der Kupferanteil der Kupfer-Silber-Gold-Legierung 20–45 Gew.-% beträgt.
- Kupfer-Silber-Gold-Legierung nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 40 Gew.-% Silber, 16,65 Gew.-% Gold, 40,60 Gew.-% Kupfer, 1,25 Gew.-% Germanium und 1,5 Gew.-% Zink besteht.
- Kupfer-Silber-Gold-Legierung nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 50 Gew.-% Silber, 16,65 Gew.-% Gold, 20,55 Gew.-% Kupfer, 1,25 Gew.-% Germanium und 11,55 Gew.-% Zink besteht.
- Kupfer-Silber-Gold-Legierung nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 40 Gew.-% Silber, 18,0 Gew.-% Gold, 35,0 Gew.-% Kupfer, 1,25 Gew.-% Germanium und 1,5 Gew.-% Zink besteht.
- Goldschmiedewerkstoff bestehend aus einer mindestens 35 Gew.-% Silber, insbesondere mindestens 40 Gew.-% Silber und vorzugsweise maximal 60 Gew.-% Silber, bevorzugt 40 Gew.-%–50 Gew.-% Silber, und 1,2–1,3 Gew.-% Germanium, insbesondere 1,25 Gew.-% Germanium, sowie 1,0–15 Gew.-% Zink umfassenden Kupfer-Silber-Gold-Legierung.
- Goldschmiedewerkstoff nach Anspruch 14 bestehend aus einer Kupfer-Silber-Gold-Legierung nach einem der Ansprüche 9–13.
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