DE2807587A1 - Platinlegierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Platinlegierung, die sich insbesondere für die Herstellung von Schmuckstücken eignet und einen Platingehalt von mindestens 95 Gew.-I, von Verunreinigungen abgesehen, aufweist.

Obgleich bestimmte erfindungsgemäße Legierungen duktil sind und nach den üblichen bekannten metallurgischen Methoden zu einem blattförmigen Material oder Drähten verarbeitet werden können, besteht doch ein Gegenstand der Erfindung in einer Platinlegierung, die leichter als die bisher bekannten Platinlegierungen durch Gießen verarbeitet werden kann.

In den vergangenen Jahren hat Platin als Schmuckmetall immer mehr an Bedeutung gewonnen. Das reine Metall weist jedoch einen vergleichsweise hohen Schmelzpunkt von 1769°C auf und ist infolgedessen schwer zu gießen und beispielsweise nach dem von den Juwelieren häufig angewandten Wachs-ümhüllungs-Gießverfahren, im Angelsächsischen als'lost-wax investment casting processes" bezeichnet, nur schwer zu verarbeiten. Infolge des hohen Schmelzpunktes bringt ein Erhitzen einer Platinlegierung oder von Platinmetall zwecks Erzielung einer ausreichenden Fließfähigkeit Probleme mit sich. So greift das geschmolzene Metall oder greift die geschmolzene Legierung oftmals die Schmelzbehälter oder Formmaterialien an. Überdies ist die Menge an Metall, das in einer Verfahrensstufe vergossen werdenkann, beschränkt. Hinzu kommt, daß nach der Londoner Goldschmiede-Innung die mit einem Feingehaltsstempel versehenen Schmuckstücke einen Mindest-Platingehalt von 95 Gew.-S des Metalles aufweisen müssen.

Gegenstand der Erfindung ist es_s ©in© Legierung anzugeben„ die sich zur Herstellung von Platinschmuckstücken eignet„ di© den Erfordernissen der Londoner Goldschmiede-Innung genügt uad sich trotzdem leichter vergießen läßt als reiaes Platin, und ziiar als Folge davon, daß der Schmelzpunkt der Legierung wesentlich unter dem Schmelzpunkt von reinem Platin liegt ο

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Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß man zu Platinlegierungen der erwünschten Eigenschaften dann gelangt, wenn man Platinlegierungen mit einem Platingehalt von mindestens 95 Gew.-i, 1,5 bis 3,5 Gew.-I Gallium und mindestens einem weiteren bestimmten Metall - abgesehen von Verunreinigungen - herstellt.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine für die Herstellung von Schmuckstücken geeignete Platinlegierung mit einem Platingehalt von - von Verunreinigungen abgesehen - mindestens 95 Gew.-I, die gekennzeichnet ist durch einen Gehalt an 1,5 bis 3,5 Gew.-I Gallium und zum Ausgleich mindestens eines der Metalle Indium, Gold, Palladium, Silber, Kupfer, Cobalt, Nickel, Ruthenium, Iridium und Rhodium.

Es hat sich gezeigt, daß Gallium besonders vorteilhaft als Legierungsmetall ist.

Vorzugsweise liegt der Galliumgehalt bei 2 bis 3 Gew.-I. Der Rest der Legierung besteht in besonders vorteilhafter Weise aus Gold, vorzugsweise 2 bis 3 Gew.-i Gold.

In vorteilhafter Weise läßt sich der Legierung des weiteren ein Deoxidationsmittel zusetzen, beispielsweise Yttrium, um die Gießtemperatur zu vermindern. Dies Deoxidationsmittel, vorzugsweise Yttrium, liegt vorzugsweise in einer Menge von bis zu 0,1 Gew.-* vor.

Ein vergleichsweise hoher Goldgehalt ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Legierung zur Herstellung von an Verzierungen reichen Schmuckstücken verwendet wird, wohingegen ein vergleichsweise geringer Goldgehalt dann von Vorteil sein kann, wenn die Legierung zur Herstellung von elastischen oder federharten Gegenständen verwendet wird, beispielsweise Spangen, Schnallen oder ösen oder Verschlüssen.

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Eine Legierung mit 3 % Ga, 2 I Au und 95 I Pt weist eine Härte nach der Vickers-Pyramid-Zahl von 200 auf. In vielen Fällen jedoch sind bei der Herstellung von Platinschmuckstücken härtere Legierungen erforderlich, beispielsweise bei der Herstellung von Federn, Spangen, Schnallen, Verschlüssen und dergleichen.

Eine besonders vorteilhafte Legierung für diesen Verwendungszweck enthält beispielsweise 0,5 bis 3,5 Gew.-% Indium, während der Rest oder das Ausgleichsmetall, sofern ein solches vorhanden ist (ausschließlich Verunreinigungen) aus einem oder mehreren der angegebenen Metalle ausschließlich Indium besteht.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, 2,5 bis 3,0 Gew.-% Gallium und 1,0 bis 1,5 Gew.-\ Indium zu verwenden. Weist die Legierung ein weiteres Metall als Restmetall oder Ausgleichsmetall auf, so kann dies in vorteilhafter Weise aus Gold, Silber oder Palladium bestehen.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Es wurde eine Reihe von ternären Legierungen mit 2 bis 4 Gew.-S Gallium vergossen, um ihre Schmelzbereiche zu ermitteln und um den Effekt der Zugabe der Legierungsmetalle auf die Härtewerte der Platin-Gallium-Legierung festzustellen.

Die Ergebnisse der Versuche sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt. Im Falle einiger der weicherem Legierungen mit Härtewerten von weniger als 180 Hv wurden Zentrifugal-Gießver= suche im kleineren Maßstab durchgeführt» Die zur Durchführung dieser Versuche verwendete Anlage oder Hüll© bestand aus Kerrs Platinits das zum Vergießen von Platinlegierungen nach dem bekannten Wachs-Verfahren (last wax process) verwendet wird» Da die Schmelzpunkte dieser Legierungen hoch liegen,, erfolgt© das Schmelzen unter Verwendung eines Sauerstoff-Wasserstoff-Brenners»

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Zusammensetzung, Gew.-I

Ga In Pt

Tabelle 1
Härte HV

Gegos- kalt bear- Solidus Liquidus sen beitet und ⁰C ⁰C getempert

4 95 Ag Vergleich 290 1

4 95 Ag Vergleich 360 1

3,5 96,5 Vergleich 292

3,5 95 Au 339

1,5

3,0 95 Au 183

2,0

3,0 95 Cu 180

2,0

3,0 95 Ru 164

2,0

3,0 95 Ir 154

2,0

3,0 95 Ru 154

2,0

3,0 95 Co 230

2,0

3,0 95 Ru Au 170 1,0 1,0

3,0 95 Rh Au 187 1,0 1,0

3,0 1,0 96 240

3,0 1,5 95,5 240

3,0 1,0 95,0 Au 245

1,0

3,0 0,5 95 1,5 167

Au

2,5 95 Ag 145

2,5

2,5 95 Pd 154

2,5

2,5 95 Au 171

2,5

182

165

195

206 220 223

1490 1500

1560

1525

1580

1560

1600 1600

1600

1590

1600

1620

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Fortsetzung von Tabelle 1

Zusammensetzung, Gew.-I	In Pt	Au 3,0
Ga	2,5 95	Ag 3,0
2,5	95
2,0	95
2,0

Härte HV

Gegos- kalt bear- Solidus Liquidus sen beitet und ⁰C ⁰C getempert

285 134

130

1560
1580

1560

1600

Weitere Legierungen, die sich als besonders vorteilhaft erwiesen haben, sind solche mit 95 Gew.-I Pt, 3 Gew.-I Ga sowie 2 Gew.-I Ag oder Pd. Eine weitere vorteilhafte Legierung ist eine solche mit 2 Gew.-$ Ga und 3 Gew.-I Pd.

Bei den durchgeführten Versuchen wurden sogenannte "dress ring castings" erzeugt, da dieser Gießtyp mit seiner feinen Klauen-Fassung einen guten Anhaltspunkt für die Flüssigkeit oder Fließfähigkeit der Legierungen bietet»

Aus den Ergebnissen dieser Versuche ergibt sich beispielsweise, daß die Silber enthaltenden Legierungen, insbesondere solche mit 2,5 I Ag und 2,5 % Ga gute Gießqualitäten aufwiesen. Der hohe Dampfdruck des Silbers führt jedoch zu einem beträchtlichen Verlust während des Schmelzprozesses.

Aus den durchgeführten Versuchen ergab sich des weiteren, daß di© Gold enthaltenden Legierungen, obgleich si& einen hohen Schmelzbereich aufwiesen, doch gute Gießqualitäten aufwiesen.

Es wurden des weiteren Versuche wohl des Goldes wie auch des Silbers minderung der Verdampfung des Silbers

die Vorteile £ unter Ver= Vergießen voa zwei

weiteren Legierungen mit 1 Gew.-ί Au / 1 Gew.-% Ag / 3 Gewi-I Ga/ Pt (18*: bis 193 Hv wie gegossen).

Obgleich der Silberverlust beim Schmelzen vermindert wurde, wurde der Verlust jedoch nicht ganz vollständig ausgeschaltet und der Schmelzbereich wurde nicht verbessert. Eine Legierung mit 3 Gew.-% Ga erwies sich ebenfalls als ungeeignet auf Grund ihrer hohen Härte.

Es wurden des weiteren Gießversuche in größerem Maßstab durchgeführt, wobei Stämme mit bis zu 7 "Dress-Ringen" hergestellt wurden. Die zunächst durchgeführten Versuche wurden durchgeführt mit drei Legierungen, nämlich: 3 Gew.-I Ga (lediglich zu Vergleichszwecken); 2,5 Gew.-$ Ga sowie 2,5 Gew.-fc Au sowie schließlich

2 Gew..-ΐ Ga und 3 Gew.-I Au.

Diese Gießversuche, die an der Luft beendet wurden, zeigten, daß die Legierung mit 2 Gew.-I Ga sowie 3 Gew.-i Au, die den höchsten Schmelzbereich aufwies, weniger Ober-Hitze erforderte als die anderen Legierungen mit höheren Galliumgehalten, um die Anlage-Stämme oder Anlagebäume (investment trees) zu füllen.

Die Gießtemperaturen im Falle dieser ersten Versuche waren wie folgt:

Legierung Gieß-Temperatur Ergebnis

3 Gew.-I Ga 196O°C 2 von 6 Ringen voll

ständig

2,5 Gew.-l Ag, 1990⁰C alle vollständig

1 C Γα.χ.1 _t An

2,5 Gew.-I Au

2 Gew.-» Ga, 196O°C alle vollständig

3 Gew.-I Au

Es wurden die Effekte des Vergießens unter reduzierenden Atmosphären überprüft. Es zeigte sich jedoch, daß die Ergebnisse dieser Versuche vergleichsweise unregelmäßig waren. Die Strahlungs-Pyra-

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meter, die zur Überwachung der Gießtemperaturen angewandt wurden, führten zu unzuverlässigen Werten, wenn eine schützende Atmosphäre verwendet wurde. Es wurde des weiteren versucht, die Temperatur der Schmelze mit einem Thermoelement nach Feussner zu messen. Das Fehlen einer geeigneten hitzebeständigen Umhüllung, die den angewandten hohen Temperaturen hätten widerstehen können, verhinderte die Gewinnung genauer Ergebnisse. Eine Gasanalyse dieser unter verschiedenen Atmosphären vergossenen Legierungen zeigte jedoch Unterschiede im Sauerstoffgehalt. Verwiesen wird auf die folgende Tabelle 2.

Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß die erhöhte Fließfähigkeit oder Flüssigkeit der Legierungen mit einem Goldgehalt im Vergleich zu binären Gallium-Platin-Legierungen auf der Fähigkeit der Verhinderung der Bildung von Galliumoxid beruht«

In weiteren Versuchen wurde eine Epoxidierung⁰ einer Legierung mit 2 GeWo-% Ga und 3 Gew»~^?u Au vor dem Vergießen bei 190O⁰C durchgeführt t und zwar durch Zusatz von Calciumborid auf die Oberfläche der Schmelze» Der erhaltene Stamm oder Baum (tree) ergab 4 von 7 vollständig gefüllten Ringen₈ was eine bemerkenswerte Verbesserung des Gießprozesses ohne eine jed© schützende Gasabdeckung darstellt _s obgleich ein® Prüfung der Ringe zeigte, daß das Borid eine gewisse Metall-Form-Reaktion begünstigt hatte»

Legierungen mit 2 Gew«.-§ Gs und 3 Gew<,~§ Au ermöglichen eine niedrigere Anlagen-Gießtemperatur als bekannte Legierungen,, wobei die Gießtemperatur in Luft von feinteili-gen Komponenten um 80 bis 90⁰C niedriger war als im Fall© von bekannten Legierungen«

Di©s läßt sich verbessern durch Zusatz eines Dso2cidationsmittels₀ beispielsweise O₀I S Yttrium,, welches di© erforderliche Temperatur ma weitere 30⁶C vermindert» Der Zusatz von Yttrium reduziert die Oxidbildung ©ha®-die Anlagenreaktion zu fördern» Versuchs©rgebniss© habe» des weiteren gezeigt„ dai ein Sehselzen unter einer reduzie·= r©nd wirkenden Ätiaospaär© ss ©riiöglichts die Legierung bei einer noea geringeren Temperatur zu vergießen_s d„ho bsi ©iner Temperatur

Legierung

Gew.-I

Ga

Atmosphäre bei

O2

Tabelle

2

Dichte

Hv

UTS

I

0,1 I Prttf-

Vergießen

-Gehalt

gZcm3

T.S.I.

Dehnung

spannung

Gew.-t

Ga

(Streckgrenze) T.S.I.

3

,5 Gew.·

-I Ga -I Au

Luft

70

ρ 5 Gew.· 95 Gew.-

-I Ga -% Au

ppm £

19,8

153

17,0

32

9,0

3

Gew.-!

Ga Ali

101 H2ZN2

12

2, 2,

Gew.-I Gew o-l

Ga Au

Luft

26

ppm (

20,0

171

18,5

20

11,8

GB

2, 2;

101 H2ZN2

14

ppm £

CC GO

2 3

Luft

18

ppm

20,3

134

22,5

19,6

10,5

*·> O

2 3

101 H2ZN2

8

PPm ( r

m

V ppm

Die Gießabfälle oder Gießrückstände können von neuem vergossen werden, wobei in vorteilhafter Weise etwa 25 % frisches Material in jeder Stufe mit dem Deoxidationsmittel zugegeben i^erden können.

Eine Überprüfung der Korngröße der Ringe, die mit der 2 Gew.-% Ga und 3 Gew.-% Au enthaltenden Legierung gegossen itfurden, zeigte keine wesentliche oder bedeutsame Porosität. Die Legierung läßt sich im Rahmen aller normaler Schmuck-Herstellungsverfahren anwenden, denen normalerweise Gießverfahren zugrunde liegen«

Eine Anzahl der oben erwähnten Versuchslegierungen wurde auf ihre Verwendbarkeit zur Herstellung von Schnallen^ Spangen, ösen und dergleichen (clasp applications) überprüft« Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigten, daß ©ine Anzahl dieser Legierungen geeignete Härtewerte aufwies„ und zwar in dem gegossenem Zustand,, obgleich die Verarbeitung von einigen dieser Legierungen in blattförmiges Material die Temper-Härte auf unter den erforderlichen Wert verminderte«

Die größte Verminderung in der Härte zeigte sich im Falle der 3,5 Gew.-I Ga enthaltenden Legierung;, in welchem Fall© eine Abnahme von ungefähr 110 festgestellt wurde« Es zeigt© sich j©docSi_p daß die Härtewerte von anderen Legierungen um ein©» beträchtlich geringeren Wert abnahmen« Eine Überprüfung der Gußstruktur der Legierung mit 3₉5 G©w,-% Ga zeigte_D daß die hohe Gußhärte auf ©in© stark ausgehöhlt© Struktur oder Kernstruktur (cored structur©) zurückgeführt werden kann, mit einer feinen, Dispersion einer zwei= ten Phase j, der intermetallischen Verbindung Pt_Ga_e Nachfolgende ?iärmebehandlungen und Wärineverformungen führten zu ©in©r vollstän» dig homogenea ein-phasig©n Legierung mit dem geringeren Härfcswert»

Ein Vergleich der mechanischen Eigenschaften dieser Legierungen mit dem existierenden Schnallen- und Spangenlegierumgen (clasp alloys) zeigt, daß sich insbesondere die Legierungen mit 1,5 6<§w.=% In uad 3 G©w»-% Ga sowie 1 Gew.-^ In₅ 1 Gewo-I Au sowie 3 Gsw.-I Ga ilasbesonder© als Ersatz für Feder-Spangen- und Schnallen-Anwendungen

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Platinlegierung mit einem Platingehalt von - von Verunreinigungen abgesehen - mindestens 95 Gew.-I, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 1,5 bis 3,5 Gew.-% Gallium und zum Ausgleich mindestens eines der Metalle Indium, Gold, Palladium, Silber, Kupfer, Cobalt, Nickel, Ruthenium, Iridium und Rhodium.

   2. Platinlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Galliumgehalt von 2 bis 3 Gew.-%.

   3. Platinlegierung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Ausgleichsmetalle in einer Konzentration von 2 bis 3 Gew.-I vorliegen.

   4. Platinlegierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Ausgleichsmetall 2 bis 3 Gew.-t Gold enthält»

   5ο Platinlegierung nach einem der Anspruch© 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 2 Gewo-§ Gallium, 3 Gew.-l Gold sowie 95 Gew.-^e. Platin.

   8U9834/Q884

   ORlGiMAL SUSPECTED

   6. Platinlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 1,5 bis 3,5 Gew.-I Gallium, 0,5 bis 3,5 Gew.-I Indium
   sowie gegebenenfalls zum Ausgleich einen oder mehreren der angegebenen Ausgleichsmetalle außer Indium.

   7. Platinlegierung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Galliumgehalt von 2,5 bis 3,0 Gew.-I sowie einen Indiumgehalt von
   1,0 bis 1,5 Gew.-I.

   8. Platinlegierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Ausgleichsmetall Gold, Silber oder Palladium enthält.

   9. Platinlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Deoxidatxonsmxttel.

   10. Platinlegierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Deoxidationsmittel Yttrium in einer Menge von bis zu 0,1 Gew. enthält.