DE3304598C2

DE3304598C2 - Legierungen auf der Basis von Palladium

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Publication number: DE3304598C2
Application number: DE19833304598
Authority: DE
Inventors: Evgenij S. Bogoljubov; Marat B. Leningrad Gorelik; Nelli B. Gorina; Inessa B. Sverdlovsk Kljueva; Michail A. Moskau/Moskva Ljubovny; Viktoria P. Moskau/Moskva Polyakova; Ljubov K. Popova; Bella D. Leningrad Razuvaeva; Evgenij M. Savitsky; Igor P. Leningrad Star&ccaron;enko; Nikolai I. Timofeev; Valerij P. Moskau/Moskva Urva&ccaron;ev; Konstantin S. Vasiliev
Original assignee: Institut Metallurgii Imeni Aa Bajkova Akademii Nauk Sssr Moskau/moskva Su
Current assignee: Institut Metallurgii Imeni Aa Bajkova Akademii Nauk Sssr Moskau/moskva Su
Priority date: 1983-02-10
Filing date: 1983-02-10
Publication date: 1986-05-22
Also published as: DE3304598A1

Abstract

Die Legierung auf der Basis von Palladium enthält 12 bis 51 Gew.-% Indium, 1,0 bis 27,0 Gew.-% eines Elementes, das aus der Kupfer, Skandium, Magnesium, Aluminium, Gallium umfassenden Gruppe gewählt ist und 48-61 Gew.-% Palladium. Die erfindungsgemäßen Legierungen auf der Basis von Palladium können in der Schmuckwarenindustrie zur Herstellung von Schmuckwaren, und zwar Schmuck, Haushaltsartikeln weitgehend Anwendung finden. Die erfindungsgemäßen Legierungen können auch im Präzisionsgerätebau sowie in der Elektronik verwendet werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen auf der Basis von Palladium, die Indium sowie Gallium und/oder Kupfer enthalten.

Die bekannten 500er und 850er Palladiumlegierungen (50% Palladium, 45% Silber, 5% Nickel oder 85% Palladium, 30% Silber und 2% Nickel) weisen eine graue Farbe auf und eignen sich nicht für die Verwendung in der Schmuckwarenind'jstrie.

Aus der DE-AS 10 22 385 ist die Verwendung von Palladiumlegierungen, die Indium sowie Gallium und/oder Kupfer enthalten, als Werkstoff für elektrische Unterbrecherkontakte bekannt, bei denen der Gesamtgehalt an Indium und/oder Gallium 20%, und wenn Kupfer vorhanden ist, bis 30% beträgt.

Es sind ferner Legierungen bekannt, die chemische Verbindungen von Palladium mit Zink, Magnesium, Kadmium und Silber darstellen. Diese Legierungen besitzen verschiedene Färbungen; die Palladium-Zink-Legierung ist z. B. gelb, die Zink-Palladium-Magnesium-Legierung mattgelb, die Palladium-Silber-Cadmium-Legierung hellgelb. Zu den Nachteilen dieser Werkstoffe gehören eine geringe Korrosionsbeständigkeit und eine geringe Härte.

Schließlich ist eine Legierung auf der Basis von Palladium bekannt, die 35 bisä5% Indium, 0,03 bis 0,1 % Eisen. 0,1 bis 1,0% Aluminium und 0,03 bis 0,1% Zinn enthält. Diese Legierung ist korrosionsbeständig und weist eine Härte von 1900 bis 2600 N/mm² und eine Färbung von hellgelb bis fliederfarben in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen Palladium und Indium auf (SU-PS 4 90 853). Zu den wesentlichen Nachteilen dieser Legicrung gehören eine geringe Bruchfestigkeit (a_g = 20 N/mm²), eine hohe Schmelztemperatur von etwa 1300⁰C sowie eine nicht genügend hohe Farbsättigung nach der Farbenskala.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Legierungen auf der Basis von Palladium zu schaffen, die eine solche Zusammensetzung besitzen, daß sie eine erhöhte Bruchfestigkeit, eine niedrige Schmelztemperatur sowie durch hohe ästhetische Kennwerte eine hervorragende Eignung für die Schmuckwarenindustrie aufweisen.
Dies wird bei einer Legierung auf der Basis von Palladium der eingangs erwähnten Art erreicht durch die in den Kennzeichen der Ansprüche 1 und 3 aufgeführten Merkmale.

Besonders vorteilhafte Zusammensetzungen dieser Legierungen sind in den Ansprüchen 2 und 4 gekennzeichnet.

Bei den erfindungsgemäßen Palladiumlegierungen, die Skandium, Magnesium und/oder Aluminium enthalten, ist eine Färbung von zitronengelb bis zur Fliederfarbe in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen dem Komponenten zu verzeichnen. Die Härte dieser Legierungen vergrößert sich im Vergleich zu der bekannten Legierung um das l,5fache. Die Bruchfestigkeit ist im Vergleich zu der bekannten Palladiumlegierung um das 7fache höher, und die Schmelztemperatur ist um 300⁰C vermindert. Hohe dekorative Kennwerte, eine ausgezeichnete Polierbarkeit und eine breite Farbenskala gestatten es, diese Legierung mit Gold zu vergleichen. Dabei sind die Herstellungskosten etwa um das 5fache niedriger.

Die Härte der Legierungen, die 27 bis 36% Indium und 6 bis 15% Skandium, Magnesium und/oder Aluminium

enthalten, ist im Vergleich zu der bekannten Legierung praktisch auf das Doppelte erhöht und erreicht einen Wert von 4500 N/mm². Es verbessern sich folglich die Polierbarkeit und die Verschleißfestigkeit. Weiterhin ergibt sich eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit und Stabilität bezüglich der Farbenskala ohne daß eine Festigkeitseinbuße in Kauf genommen werden muß.

Legierungen, die 36 bis 49,5% Indium und 1 bis 10% Kupfer und bis zu 61% Palladium enthalten, besitzen eine

im Vergleich zu der bekannten Legierung bei gleicher Härte um das 7fache erhöhte Bruchfestigkeit, d. h. die Bruchfestigkeit dieser Legierungen liegt bei 140 N/mm². Die Farbsättigung ist in einer breiten Farbenskala erhöht, und die Schmelztemperatur beträgt etwa 1180° C, wobei die Korrosionsbeständigkeit auch verbessert ist.

In den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 sind die Daten erfindungsgemäßer Legierungen angeführt:

Tabelle 1

Beispiel	1	Gehalt der Legierungen an Komponenten, in %	2	Kupfer	1.0	Härte Bruch	Gallium	Skandium	Magnesium	1,5%	Aluminium Palladium	2V:- 1,5%	8
	2	Indium	3	4,0	HV festig-	4	5	6	HCl	7	CH₃COOH H₂SO₄	49,5
I	3	2	7,0	N/mm² keit a_g	_	_	_		_		50,0
4	49,5	10,0	N/mm²	—	—	—	7	—	8 9	52,0
5	46,0	—	3 4	—	—	—		—		54,0
6	41,0	—	—	—	—		—		48,0
7	36,0	—	1,0	—	—		—	53,0
8	51,0	—	11,0	—	—	—	61,0
9	36,0	—	27,0	—	—	—	58,0
10	12,0	—	—	15	—	—	58,0
11	27	—	—	12	—	—	58,0
12	30,0	—	—	6	—	—	58,0
13	36	—	—	—	15	—	58,0
14	27	—	—	—	12	—	58,0
15	30,0	—	—	—	6	—	58,0
16	36,0	—	—	—	—	15	58,0
Tabelle	27		—	—	—	12	58,0
Beispiel	30	Eigenschaften der Legierungen	—	—	—	6
Nr.	36	Farbe					Oberflächen
				Korrosionsbeständigkeit in Medien		beschaffenheit
		Schmelz- (Stunde)
		tempera- 2%
1	2	tür, NaOH
°C	10
5 6

fliederfarben goldfarben gelb
hellgelb fliederfarben

rotgelb hellgelb rötlichgelb
fliederfarbenrot rötlich hellgelb zitronengelb
gelb

grau-gelb

hellgelb

gelb

1800

1900 2050 2000 1600

150

1240
1220
1210
1250

150
150
150
200

3200 3400

2900 -

3100 -

2700 -

2900 -

3000 -

2800 -

4200 4500

4000 -

200
200

- 200

- 200
200
200

150

150 150 150 150

150 150 200

200

200 200 200

200

200 200 200

150

200 200

200 200 200

200

200 200 200

glänzend ohne

Korrosionsspuren

desgl.

ohne

Korrosionsspuren,

glänzend

desgl. desgl.

desgl. desgl. desgl.

glänzend ohne Korrosionsspuren

desgl.

Die Bewertung der dekorativen Kennwerte der hergestellten Legierungen wurde nach der Methodik durchgeführt, die von der Internationalen Kommission für Beleuchtung(lKB-1931) angenommen wurde. Die Farbqualität wurde nach der Bestimmung des Farbtones und der Sättigung (Farbreinheit) bewertet. Die Berechnung der Koordinaten der Farbe und der Farbigkeit wurde nach dem Verfahren der abgewogenen Ordinaten durchgeführt. Als Ausgangsangaben für die Berechnung dienten die Ergebnisse der Messung des Spiegelreflexkoeffizienten der Legierungen im sichtbaren Teil des Spektrums in einem Wellenlängenbereich von 3800-770 Ä. Die Korrosionsbeständigkeit der Legierungen wurde visuell und mittels eines Mikroskops bestimmt; es wurde auch der Masseverlust im Vergleich zur Masse des Ausgangsversuchsstückes bezogen auf die Flächeneinheit bewertet. Die Erprobungen wurden in sauren und alkalischen Medien durchgeführt, die Haushaltsmedien entsprechen.

Die Messung der Härte der Legierungen wurde mittels eines »Vickers«-Geräts bei einem Druck von 5 kp durchgeführt.

Die Schmelztemperatur der Legierungen auf der Basis einer Palladium-Indium-Verbindung beträgt 1250 bis

1300^cC in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen den Komponenten. Dabei ergab sich, daß ein Legieren mit Gallium es gestattet, nicht nur die Schmelztemperatur zu vermindern und die Struktur der festen Lösung zu bewahren, sondern auch die Farbenskala der Legierung unter der Aufrechterhaltung einer hohen Korrosionsbeständigkeit zu erweitern.

Zur Herstellung von Legierungen auf der Basis von Palladium mit einer erhöhten Härte und folglich mit einer erhöhten Polierbarkeit und eine^r hohen Verschleißfestigkeit wurde die Möglichkeit der Herstellung von verfestigten ternären festen Lösungen nach dem quasibinären Schnitt Pd In-Pd Me (Sc, Mg, Al) benutzt. Die Substitution von Indium in einer Palladium-Indium-Verbindung durch ähnliche Metalle (Magnesium, Aluminium, Skandium) im mittleren Teil des polythermischen Schnittes gestattet es. neben einer Erhöhung der Härte gleichzeitig die Farbenskala der Legierungen aufrechtzuerhalten und zu erweitern.

Die Untersuchungen der Eigenschaften der Legierungen wurden nach der oben genannten Methodik durchgeführt

Die Legierungen des Systems Pd-In—Cu; Pd-In—Ga; PdIn-Pd Me (Sc, Mg, AI) wurden durch direkte Einschmelzung der Legierungskomponenten in einem Lichtbogenvakuumofen auf einem wassergekühlten Kupferherd mit einer nichtabschmelzenden Elektrode in einem Inertgas hergestellt.

Auf diese Weise wurden Legierungen geschaffen, die Indium, in einer Menge von 12 bis 51 %, ein Element, das aus der Kupfer, Skandium, Magnesium, Aluminium, Gallium umfassenden Gruppe gewählt ist. in einer Menge von 1,0 bis 27,0% und Palladium in einer Menge von 48 bis 61 % enthalten. Dabei ergab sich im einzelnen:

Ein Indiumgehalt von unter 12% oder von über 51% führt zu einem Verschwinden der Färbung der gelben Farbenskala, und die Legierungen nehmen eine graue Farbe an.

Ein Gehalt der Legierung an Kupfer, Skandium, Magnesium, Aluminium, Gallium in einer Menge von unter einem Gewichtsprozent ermöglichte es nicht, den Effekt einer Vergrößerung der Bruchfestigkeit der Legierung zu erzielen; das Vorhandensein von über 27% der genannten Elemente in einer Legierung führte zum Verschwinden der Färbung der Legierungen und zur Senkung der Korrosionsbeständigkeit derselben.

Bei einem Gehalt an Kupfer von unter 1% ist eine geringe Bruchfestigkeit der Legierung zu verzeichnen; wenn die Legierung über 10% Kupfer und neben Kupfer nach 36 bis 49,5% Indium und 54,0 bis 49,5% Palladium enthält, werden durch die Bildung einer leichtabschmelzenden Phase eine Senkung der Korrosionsbeständigkeit der Legierung und eine Verminderung des Wertes der Bruchfestigkeit der Legierungen hervorgerufen.

Ein Indium-gehalt der erfindungsgemäßen Legierung von 12 bis 51% ermöglicht die Herstellung von Legierungen, mit einer breiten Farbenskala. Bei einem Galliumgehalt von unter 1% wird keine ausreichende Senkung der Schmelztemperatur der Legierung erzielt; ein Galliumgehalt von über 27% führt zu einer Einengung der Farbenskala der Legierung, d. h. die Legierungen werden grau.

Ferner werden von Palladium mit Indium und mit einem Element, das aus der Skandium, Magnesium, Aluminium umfassenden Gruppe gewählt ist, die alle in einem äquimolaren Verhältnis genommen wurden, Verbindungen mit gleicher kristalliner Struktur vom Typ CsCl gebildet.

Bei einer Erweiterung der Konzentrationsgrenzen bezogen auf Indium (breiter als der angemeldete Bereich von 27 bis 36%) und auf den Gehalt an einem Element, das aus der Skandium, Magnesium, Aluminium umfassenden Gruppe gewählt ist (breiter als der angemeldete Bereich von 6 bis 15%) weisen die Legierungen eine Zweiphasen-Struktur auf, werden grau und besitzen geringe Härtewerte.

Auf diese Weise sind mit der Erfindung Legierungen auf der Basis von Palladium geschaffen, die neben der erwünschten breiten Farbenskala von hellgelb bis zu fliederfarben eine hohe Härte, die 4500 N/mm² erreicht, d. h„ eine erhöhte Verschleißfestigkeit und eine gute Polierbarkeit besitzen.

Die erfindungsgemäßen Legierungen weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit in verdünnten Säuren und Laugen, unter verschiedenen Klimabedingungen und in Haushaltsmedien auf. Erzeugnisse aus den erfindungsgemäßen Legierungen, die hohe ästhetische, den Goldlegierungen vergleichbare Kennwerte aufweisen, besitzen eine höhere Verschleißfestigkeit und sind im Vergleich zu den goldhaltigen Legierungen etwa um das 5fache billiger.

Wichtigste Farbcharakteristiken der Goldlegierungen und einiger bekannter Legierungen auf der Basis von Palladium-Indium-System

Zusammensetzung der Legierungen, in %

Koordinaten der Farbigkeit
nach dem IK B-System, 1931
X Y

dominierender
Farbton
Ad in nm

Grad der larbsättigung

375er Goldlegierung 583er Goldlegierung Silber

Kupfer

Palladiumlegierung, enthaltend: a)42,7% Indium und 3% Kupfer b)49,5% Indium und 1% Kupfer c)24% Indium und 19,0% Gallium d) 12,0% Indium und 27,0% Gallium

0,321	0,330	574
0,356	0,345	583,5
0,394	0,389	579
0,356	0,335	589
0,359	0,345	584,5
0,342	0,327	592
0,322	0,335	576
0.325	0.340	577

0,070 0.205 0.435 0,183

0.211 0.115 0,091

Ergänzung zu der Charakteristik für die Bewertung der Legierungsfarben:

Die Werte der Farbsättigung (Farbreinheit) wurden ausgehend von der Gleichung wie folgt ermittelt:

₁ ₎

x_e x_w y^ y_w

worin:

x, y Koordinaten der Farbigkeit der Legierungen,

Xw, yw Koordinaten der Farbigkeit einer »Cw-Standardquelle,

A-^₁ y_g Koordinaten der Farbigkeit des Grenzstimulus, d. h., des Spektralstimulus, der dem /W-Wert für eine io

Legierung entspricht, ,

ίκ bedeuten. K.

15 'Λ

to

40 45 SO 55

Claims

Patentansprüche:

1. Legierung auf der Basis von Palladium, die Indium sowie Gallium und/oder Kupfer enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben Gallium und/oder Kupfer oder anstelle davon Skandium, Magnesium und/oder Aluminium enthält, wobei der Gesamtgehalt an diesen Elementen 1,0 bis 27% beträgt und sie weiterhin aus 12 bis 51% Indium und Palladium als Rest besteht

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 27 bis 36% Indium und 6 bis 15% Skandium, Magnesium und/oder Aluminium enthält

3. Legierung auf der Basis von Palladium, die Indium sowie Kupfer und/oder Gallium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 12 bis 51% Indium, 1 bis 27% Kupfer und/oder Gallium und bis zu 61% Palladium als Rest besteht

4. Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß sie 36 bis 49,5% Indium und 1 bis 10% Kupfer enthält