EP2588635B1 - Alliage d'or à dureté améliorée - Google Patents

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EP2588635B1
EP2588635B1 EP11725466.4A EP11725466A EP2588635B1 EP 2588635 B1 EP2588635 B1 EP 2588635B1 EP 11725466 A EP11725466 A EP 11725466A EP 2588635 B1 EP2588635 B1 EP 2588635B1
Authority
EP
European Patent Office
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gold
metal
precipitate
alloy
aluminium
Prior art date
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Active
Application number
EP11725466.4A
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German (de)
English (en)
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EP2588635A2 (fr
Inventor
Jean-François DIONNE
Stewes Bourban
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swatch Group Research and Development SA
Original Assignee
Swatch Group Research and Development SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Swatch Group Research and Development SA filed Critical Swatch Group Research and Development SA
Priority to EP11725466.4A priority Critical patent/EP2588635B1/fr
Publication of EP2588635A2 publication Critical patent/EP2588635A2/fr
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/14—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of noble metals or alloys based thereon
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A44—HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44C—PERSONAL ADORNMENTS, e.g. JEWELLERY; COINS
    • A44C27/00—Making jewellery or other personal adornments
    • A44C27/001—Materials for manufacturing jewellery
    • A44C27/002—Metallic materials
    • A44C27/003—Metallic alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/02—Alloys based on gold

Definitions

  • the invention relates to a gold-based alloy, known as 18K yellow gold type 3N, having improved hardness.
  • the invention also relates to a process for obtaining a gold-based alloy with improved hardness.
  • the invention further relates to the use of a precipitate for hardening a gold alloy.
  • the invention also relates to a timepiece, jewelery or jewelery comprising at least one component made of such an alloy.
  • the main applications are watchmaking, jewelery, jewelery and dentistry.
  • the hardening of gold is an old problem, which, since antiquity, has led to the use of alloys in order to obtain sufficient mechanical characteristics to ensure at least the holding of the manufactured objects. Indeed, the process of hardening by plastic deformation of the material, which applies well to certain metals, applies poorly to gold since it has only very little consolidation during deformation, and more, recrystallizes at relatively low temperatures.
  • the method of refining the grain size theoretically allowing to increase the elastic limit of the material, is not suitable either for gold, which has a cubic face-centered structure, hereinafter referred to as CFC, since there are enough active sliding systems for the free passage of dislocations from one grain to another.
  • the dissolution of alloying elements is the most commonly used method, often empirically, and provides only poor hardness, of the order of 150 to 155 HV on the Vickers scale in the best case .
  • a patent EP 0 978 572 in the name of Hafner GmbH describes an alloy consisting of 70% to 80% gold, 15% to 25% copper, 0% to 15% silver, and 0.1% to 5% gallium, which, unexplained, oxidizes little during a second treatment at 400 ° C following a first treatment at 800 ° C, and acquires a hardness that increases with time at room temperature.
  • EP 0 978 572 A1 in the name of HAFNER describes an alloy with 70 to 80% gold and 15 to 25% copper, to which is added 0.1 to 5% gallium. According to certain variants it could still contain: 0.1 to 3% of zinc, and / or 0.5 to 5% of silver, and / or 0.1 to 0.5% of silicon, and / or of 0 , 1 to 2% iron and / or 0.1 to 0.3% indium, and / or 0.1 to 0.5% aluminum and / or 0.1 to 3% tin.
  • said addition metal is silver, and the ratio between the aluminum mass on the one hand, and the total mass of gold, silver and silver on the other hand. of aluminum, is less than 0.03.
  • an addition metal is silver in a mass content of 10% to 12.5% of the total, and is supplemented by another addition metal of concentration lower than that money in a mass content of 10% to 12.5% of the total.
  • said other addition metal is copper.
  • the selection of said at least one selected precipitate is restricted to a single precipitate which is the Al 2 Au 5 aluminum and gold precipitate.
  • said structuring income is made at least 24 hours after said sudden cooling.
  • the silver is chosen for the said at least one additive metal.
  • silver is chosen for said addition metal, and another addition metal of concentration lower than that of silver is added thereto.
  • copper is chosen for the said other additive metal.
  • the invention also relates to the use of a precipitate for hardening an 18-carat gold alloy with a hardness greater than 250 HV, characterized in that said precipitate is a precipitate of aluminum and gold Al 2 to 5 and is formed in the form of an intermetallic to improve the structural hardening of said alloy, and characterized in that said precipitate is a precipitate of aluminum and gold Al 2 Au 5 for curing an alloy of gold containing at least 75% gold, from 0.5% to 2.1% aluminum, and from 20% to 25% of at least one addition metal selected from silver and copper and chosen for its ability to favor a stable cubic face-centered CFC structure on the one hand, and for its ability to increase the solubility of aluminum in gold on the other hand, and from 0% to 0.5% of one or more components selected for the fluidity and refinement of the grain size of said gold alloy, said use resulting from the insert ion of said precipitate of aluminum and gold Al 2 Au 5 , in a face-centered cubic CFC structure resulting from the dissolution of said mixture consisting of gold
  • the invention also relates to a timepiece, jewelery, jewelery or dentistry comprising at least one component made of such a gold alloy with improved hardness, or obtained by this method.
  • the alloy retains the specific appearance of pure gold.
  • This alloy obtained, by its improved hardness, is more resistant to scratches, and is entirely appropriate for timepieces, jewelery or jewelery, and in particular for their visible components such as glasses and watch frames, and jewelry structures, bracelets, clasps, buckles, and other items.
  • the invention provides a simple, reproducible method of implementation which makes it possible to obtain with certainty a gold alloy with a required hardness, greater than 250 HV, with a low treatment time.
  • the alloy obtained is directly usable without requiring additional aging.
  • the invention uses a method of structural hardening, by the selection of particular elements, which are here chosen to form particular precipitates.
  • particular elements which are here chosen to form particular precipitates.
  • various precipitates that can form gold with other metals under very specific physico-chemical conditions, it is a question of choosing those which can be controlled, by the implementation of an appropriate treatment, the germination and growth, to optimize the mechanical characteristics, and in particular here to improve the hardness.
  • the mechanical characteristic that the present invention makes it possible to improve, by the creation of a particular process is the hardness, which concerns both the core hardness of the alloy, and the surface hardness which is very important in watches, jewelery, jewelery to resist scratches or at least to minimize the effects.
  • the inventive step of the invention was to search for the possibility of insertion, in a cubic face-centered or CFC structure, of precipitates, and to grow them in a controlled manner, so as to obtain a hardness greater than the usual hardness. .
  • the invention relates more particularly to the field of gold alloys with a high gold content, and particularly 18-carat alloys, comprising at least 75% of their weight of gold.
  • Al 2 Au 5 precipitate which provides, embedded in an alloy, a normal behavior during machining or processing operations. It is thus necessary to obtain the creation of this Al 2 Au 5 precipitate, and preferably to obtain the creation of this Al 2 Au 5 precipitate alone, since it confers better properties on the alloy than the two. other precipitates AlAu 2 and AlAu.
  • This precipitate Al 2 Au 5 must be obtained within a CFC structure.
  • a binary alloy composed solely of gold and aluminum is inconvenient to develop, and is very fragile, making it unsuitable for most jewelery and jewelery jobs. It is therefore necessary to stabilize the CFC phase by the incorporation of at least one other alloying element making it possible to ensure the intermetallic solubility at high temperature, and also to ensure the longest possible CFC phase; for a range of aluminum content as wide as possible.
  • High temperature stability means that only the CFC phase (or FCC according to the English name on the figure 1 ) is present in the considered temperature range, which can be seen in the long elongated range of the equilibrium diagram of the figure 1 .
  • the second metal may be selected from aluminum, silver, chromium, copper, iron, hafnium, manganese, niobium, palladium, platinum, vanadium, this list is not exhaustive.
  • An addition metal can be chosen preferably from silver, aluminum, chromium, copper, iron, hafnium, manganese, niobium, palladium, platinum, vanadium.
  • the invention has sought to create the phase diagram of the pseudo-binary alloy Au-Ag-Al, as visible on the figure 1 .
  • This diagram represents, in a conventional way, the different phases, as a function, on the one hand, of the abscissa of the aluminum concentration, that is to say on the ratio between the aluminum mass and the total mass of the alloy, and on the other hand on the ordinate of the temperature, here represented in degrees Celsius.
  • the diagram of the figure 1 represents the preferred case of a concentration in gold mass of 75%, the preferred case of an 18-carat alloy.
  • a on figure 1 a first field called A on figure 1 , in which only the elements of the alloy in CFC form coexist on the one hand, and the precipitates of Al 2 Au 5 on the other hand.
  • the concentration of aluminum, to remain in this area, must remain below 2.1%.
  • the range of concentrations to be respected is 0.1% to 2.1% of aluminum in order to be certain to develop only Al 2 Au 5 .
  • a second domain called B on the figure 1 corresponds to a phase where the Al 2 Au 5 and AlAu 2 precipitates coexist with the elements of the alloy in CFC form.
  • the third domain called C on the figure 1 corresponds to a phase where only the precipitates of AlAu 2 coexist with the elements of the alloy in CFC form.
  • the diagram of the figure 1 shows that, to obtain an alloy in an optimal composition in the domain A, a method of obtaining is to heat up all the elements of the alloy, then to be in the domain D of the figure 1 , corresponding to a dissolution of aluminum.
  • a dilution heat treatment at a temperature between the solidus and the liquidus delimiting the D domain, allows homogeneous dissolution: the gold is in CFC structure, thanks to the chosen element or addition elements, in particular the silver, and the CFC structure is stable.
  • High solubility of aluminum in the CFC_A1 phase is observed at high temperature, in particular at temperatures between 400 ° C. and 700 ° C. This or these addition elements also facilitate the solubility of aluminum in gold.
  • the alloy is then made metastable.
  • the rise in temperature carried out for example between about 400 ° C. and 700 ° C. for the end portion of area A, ideally around 650 ° C., is followed by rapid cooling, such as water quenching. , or similar.
  • rapid cooling such as water quenching. , or similar.
  • aluminum atoms do not have time to reorganize.
  • the alloy is subjected to structuring income treatment, in the temperature range defined by the solvus of the A domain for the aluminum concentration considered. In any case, this structuring income does not exceed the temperature of 400 ° C.
  • the structuring tempering temperature is greater than 200 ° C to facilitate this growth of the precipitates, and also limit the duration of the heat treatment.
  • the figure 2 is a Vickers hardness chart in ordinate as a function of time on the abscissa.
  • a structuring income at 200 ° C a hardness greater than 250 HV is obtained very quickly, after about 2 hours. This hardness will still increase if the structuring income treatment is prolonged, but asymptotically, and it is hardly useful, even if the maximum hardness is sought, to prolong the treatment beyond ten or so years. hours, where one reaches a hardness of the order of 280 HV.
  • the figure 2 shows, for comparison, the hardness level of 150 HV obtained with an 18 K gold or 18 K gold alloy, conventional.
  • the structuring income is made at a lower temperature, for example 100 ° C, a hardness greater than 200 HV will be obtained after 10 to 15 hours, and the treatment must be further extended to reach a level of order of 250 HV.
  • the precipitate Al 2 Au 5 obtained is harder than gold.
  • the alloy contains no other metal than gold, aluminum, and an addition metal, preferably silver, chosen to increase intermetallic solubility and to maximize phase D, in terms of range amplitude of aluminum concentrations.
  • Document D4 describes a yellow gold pulling towards the rose. It is impossible to highlight the specific role of aluminum since all the other elements present in the alloy already contribute to hardening. This document notes that beyond 0.4% of aluminum the alloy darkens considerably. This disadvantage is not visible in the case of the alloy produced according to the invention, even at a content of 2% of aluminum. It should be noted that the experimenter who follows the instructions of this document D4 will not get a precipitate Al 2 Au 5 , because, on the one hand added elements such as zinc which modify the solubility of aluminum, and on the other hand the low concentration> 0.4% of aluminum.
  • Document D5 explains the hardening of the gold (75%) - silver-copper alloy by the order / disorder transformation well known with copper.
  • the 75% gold-12.5% silver -12.5% copper composition of FIG. 7.12 of document D5 gives a hardness of 220 HV, which is much lower than that obtained by the invention.
  • the manufacture of the Al 2 Au 5 aluminum and gold precipitate makes it possible to increase the HV hardness by about 50 HV.
  • the invention differs from the prior art in that it creates the conditions for the development of Al 2 Au 5 precipitates, in an alloy of suitable composition comprising gold, aluminum, and at least one addition metal selected for its ability to promote a stable CFC structure on the one hand, and to increase the solubility of aluminum in gold on the other hand, this addition metal being preferably 'money.
  • the optimum composition in mass is from 0.5% to 2.1% of aluminum, and at least 75% of gold in order to respect the legal requirement in jewelery and jewels, and the complement consisting of at least one metal of addition, which may be supplemented by a small proportion of at least one other selected component for the fluidity and refinement of the grain size.
  • the addition metal can also be copper. It is also possible to combine several metals each having the properties that this adduct must have, namely the ability to promote a stable CFC structure on the one hand, and the ability to increase the solubility of the aluminum in gold on the other hand.
  • Silver is the best element, and the other metallic elements listed above can be added to adjust the tint of the alloy. This list of elements has been drawn up so that the elements contained therein satisfy the condition of increasing the solubility of aluminum in the high temperature CFC structure.
  • copper is less favorable than silver for fulfilling these particular functions in the presence of gold and aluminum.
  • the use of copper is still possible for reasons of cost, but is much less favorable than silver, and should always, in case of employment, be combined with money, paying attention that the concentration of money always be greater than the concentration of copper in the alloy.
  • addition metals for example selected from chromium, copper, iron, hafnium, manganese, niobium, palladium, platinum, vanadium since this list is not exhaustive, it should be borne in mind that aluminum could form precipitates with some of these addition metals, but it is preferable to form Al 2 Au 5 precipitates. So, in addition to silver and aluminum, it is preferable to use these elements alone: chromium, copper, iron, hafnium, manganese, niobium, palladium, platinum, vanadium
  • each new composition with different addition metals requires a complete experiment in order to define the corresponding phase diagrams, nonexistent in the literature, to analyze the precipitates and other intermetallics created within each of the phases, to verify that these compounds do not alter the mechanical properties of the gold-based alloy.
  • These studies and experiments are long and expensive and can not be conducted at random. They are also intended to determine, on a case by case basis, the range of aluminum concentrations to be observed in order to obtain Al 2 Au 5 precipitates, and preferably only this one.
  • the second metal is aluminum and the precipitate selected is the Al 2 Au 5 aluminum and gold precipitate, which makes it possible to obtain an alloy with very good hardness characteristics, which is greater than 250 HV, and in particular in the vicinity of 280 HV.
  • This Al 2 Au 5 precipitate also provides the alloy with good resistance during its transformation or its machining, because it does not make the alloy brittle.
  • the addition metal is silver, which ensures good dissolution of the entire mixture.
  • the addition metal is silver, preferably in a mass content of from 10% to 12.5% of the total, and is supplemented with another metal of addition, preferably in a in mass from 10% to 12.5% of the total, to adjust the shade of the alloy.
  • At least one said selected component for the fluidity and refinement of the grain size of said alloy is selected from zinc, cobalt or iridium.
  • the selection of selected precipitates is restricted to a single precipitate, in this case the Al 2 Au 5 aluminum and gold precipitate.
  • the structuring income is made at least 24 hours after the quenching.
  • Aluminum is preferably chosen for the second metal, and the precipitate of Al 2 Au 5 aluminum and gold is selected as the selected precipitate.
  • the addition metal is silver.
  • silver is used as the addition metal and another addition metal with silver-like characteristics is added to adjust the color of the alloy.
  • the invention further relates to the use of a precipitate for hardening a gold alloy.
  • this precipitate is a precipitate of aluminum and gold Al 2 Au 5 for the hardening of a gold alloy comprising at least 75% gold, from 0.5% to 2.1% d aluminum, and from 22.4% to 24.5%, of at least one addition metal selected from silver and copper and selected for its ability to promote a CFC-centered cubic structure stable on the one hand , and for its ability to increase the solubility of aluminum in gold on the other hand, and from 0% to 0.5% of one or more selected components for the fluidity and refinement of grain size said gold alloy, said use resulting from the insertion of said precipitate of aluminum and gold Al 2 Au 5 , into a structure cubic face-centered CFC resulting from the dissolution of said mixture consisting of gold, aluminum, said at least one addition metal, said selected components if said alloy contains, and aluminum precipitates with gold, said insertion being preferably achievable by the method described above.
  • the invention also relates to a timepiece, jewelery, jewelery or dentistry comprising at least one component made of such an alloy.

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Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne un alliage à base d'or, dit or jaune 18 carats type 3N, présentant une dureté améliorée.
  • L'invention concerne encore un procédé d'obtention d'un alliage à base d'or, à dureté améliorée.
  • L'invention concerne encore l'utilisation d'un précipité pour le durcissement d'un alliage d'or.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, de bijouterie ou de joaillerie comportant au moins un composant réalisé en un tel alliage.
  • L'invention a pour but la réalisation d'un alliage à base d'or, qui possède des qualités de dureté améliorées par rapport, non seulement à l'or pur, mais aussi par rapport aux alliages à base d'or connus.
  • Les applications principales sont l'horlogerie, la bijouterie, la joaillerie et la dentisterie.
    • Arrière-plan de l'invention
  • Le durcissement de l'or est un problème ancien, qui, depuis l'antiquité, a conduit à l'utilisation d'alliages afin d'obtenir des caractéristiques mécaniques suffisantes pour assurer au moins la tenue des objets fabriqués. En effet, le procédé d'écrouissage par déformation plastique du matériau, qui s'applique bien à certains métaux, s'applique mal à l'or puisque celui-ci ne présente que très peu de consolidation lors de la déformation, et, de plus, recristallise à des températures relativement basses. Le procédé d'affinement de la taille des grain, permettant théoriquement d'élever la limite élastique du matériau, n'est pas approprié non plus pour l'or, qui a une structure cubique faces centrées, dite ci-après CFC, puisqu'il y a suffisamment de systèmes de glissement actifs pour le libre passage des dislocations d'un grain à un autre.
  • La mise en solution d'éléments d'alliage est le procédé le plus couramment employé, souvent de façon empirique, et ne procure que des duretés médiocres, de l'ordre de 150 à 155 HV sur l'échelle Vickers dans le meilleur des cas.
  • Différentes tentatives ont été faites, par exemple pour affiner la taille de grain comme dans le document de brevet EP 0 284 699 au nom de Steinemann avec un alliage binaire contenant de l'or et un autre métal choisi parmi l'aluminium, le gallium ou le silicium, ou encore avec un alliage pseudo-binaire similaire comportant encore du cuivre, pour au plus 15% de la concentration en or. Un tel composé donne une structure cubique centrée et une taille de grain inférieure à 50 microns, ce qui permet d'obtenir une certaine ductilité, ce qui n'est pas la qualité recherchée ici.
  • On connaît encore la préparation d'alliages dentaires présentant une dureté croissante dans le temps et à la température du corps, par le document de brevet US 5 338 378 au nom de Université de Kyushu, qui met en oeuvre un alliage avec 67% à 82 % d'or, 18% à 33% de cuivre, et 2% à 8% d'au moins un autre métal pris parmi le gallium, l'aluminium et le zinc, cet alliage subit une opération de trempe après une chauffe entre 650 et 700°C, avant son utilisation. De façon similaire un brevet EP 0 978 572 au nom de Hafner GmbH décrit un alliage composé de 70% à 80% d'or, de 15% à 25% de cuivre, de 0% à 15% d'argent, et de 0,1% à 5% de gallium, qui, de façon inexpliquée, s'oxyde peu lors d'un second traitement à 400°C qui suit un premier traitement à 800°C, et acquiert une dureté qui croît avec le temps à température ambiante.
  • On connaît encore les documents suivants :
    • Le document dit D1 : JP 8 013060 A au nom de PILOT PEN, décrit l'obtention d'un alliage d'or de dureté améliorée avec plusieurs compositions possibles :
      • 15 à 19% de cuivre et 4 à 10% d'argent, et 0,3 à 1% d'aluminium et/ou de magnésium,
      • ou bien 15 à 19% de cuivre, 4 à 10% d'argent, 0,3 à 1% d'aluminium et/ou de magnésium, et 0,3 à 2% de zinc.
    On incorpore à ce mélange de 0,1 à 1% de ruthénium et/ou de cobalt. Toutefois, cette composition correspond à un or rose, ce qui n'est pas revendiqué ici.
  • Le document dit D2 : EP 0 978 572 A1 au nom de HAFNER, décrit un alliage avec 70 à 80% d'or et 15 à 25% de cuivre, auxquels s'ajoute 0,1 à 5% de gallium. Selon certaines variantes il put encore contenir : 0,1 à 3% de zinc, ou/et 0,5 à 5% d'argent, ou/et de 0,1 à 0,5% de silicium, ou/et de 0,1 à 2% de fer ou/et de 0,1 à 0,3% d'indium, ou/et de 0,1 à 0,5% d'aluminium ou/et de 0,1 à 3% d'étain.
  • Le document dit D3 : US 5 38 378 A au nom de OHTA MICHIO, décrit un alliage d'or dentaire avec un vieillissement lent de 20 à 30 jours et au cours duquel sa dureté augmente encore. Il comporte de 82 à 67% d'or, de 18 à 33% de cuivre, de 0 à 2% d'un accélérateur de durcissement choisi parmi le gallium et le zinc. L'alliage est soumis à une chauffe à 650-700°C et trempé à l'eau. Dans une autre composition, il comporte de 2 à 8% d'un tel accélérateur, qui comporte au moins un métal choisi parmi le groupe consistant en 1 à 4% de gallium, de 0,4 à 2% d'aluminium, et de 1 à 5% de zinc. Dans une autre composition, il comporte de 1 à 4% de gallium. Dans une autre composition, il comporte de 1 à 5% de zinc.
  • Le document dit D4 : Article « 18 carat yellow gold alloys with increased hardness », de SUSS, RAINER, publié en 2004, décrit des alliages d'or à dureté améliorée, et l'influence des métaux d'addition, tant pour l'obtention de caractéristiques physiques que de coloris particuliers.
  • Le document dit D5 : Article « Metallurgy of gold » de FISCHER-BÜHNER, publié le 20.05.2010, détaille la métallurgie de l'or et de ses alliages.
  • Il s'avère que, parmi les multiples études réalisées, on sait sélectionner des alliages d'or de dureté convenable, sans toujours comprendre le mécanisme physico-chimique conduisant de façon infaillible à la dureté recherchée.
  • En somme, les procédés connus sont souvent empiriques, peu maîtrisés, et donnent souvent naissance à des alliages qui, d'une part n'ont qu'une dureté moyenne, et d'autre part ont une coloration très particulière et très différente de celle de l'or pur.
    • Résumé de l'invention
  • Il s'agit, dans le cadre de l'invention, de mettre au point un alliage qui possède des propriétés de bonne dureté, supérieure à 250 HV sur l'échelle Vickers, ainsi que des propriétés de dureté équivalentes à coeur, en comparaison avec les duretés de l'ordre de 155 HV couramment obtenus par mise en solution d'éléments d'alliage métalliques.
  • Il est, encore, important de pouvoir conserver l'aspect de l'or, ainsi que son éclat.
  • A cet effet l'invention concerne un alliage à base d'or, dit or jaune 18 carats type 3N, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange comportant en masse :
    • au moins 75% d'or,
    • de 0,5% à 2,1% d'un second métal choisi pour son aptitude à constituer des précipités avec l'or, ce second métal étant l'aluminium ;
    • de 22,4% à 24,5%, d'au moins un métal d'addition choisi pour son aptitude à favoriser une structure cubique faces centrées CFC stable à haute température, et pour son aptitude à augmenter la solubilité dudit second métal dans l'or, et pour ajuster la couleur de l'alliage, ledit métal d'addition étant choisi parmi les éléments suivants : argent, aluminium, chrome, cuivre, fer, hafnium, manganèse, niobium, palladium, platine, vanadium ;
    • de 0% à 0,5% d'un ou plusieurs composants sélectionnés pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage, choisis parmi le zinc, le cobalt ou l'iridium ;
    ledit mélange comportant encore au moins un dit précipité de réaction dudit second métal avec l'or, sélectionné parmi lesdits précipités dudit second métal avec l'or pour constituer un intermétallique conférant audit alliage une dureté supérieure à 250 HV, de façon à améliorer le durcissement structural dudit alliage, ledit précipité sélectionné étant le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5, et caractérisé en ce que le seul précipité d'or et d'aluminium présent dans ledit alliage est ledit précipité sélectionné d'aluminium et d'or Al2Au5.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit métal d'addition est l'argent, et le rapport entre la masse d'aluminium d'une part, et d'autre part le total des masses d'or, d'argent et d'aluminium, est inférieur à 0,03.
  • Selon une autre caractéristique encore de l'invention, un métal d'addition est l'argent dans une teneur en masse de 10% à 12,5% du total, et est complété par un autre métal d'addition de concentration inférieure à celle de l'argent dans une teneur en masse de 10% à 12,5% du total.
  • Selon une caractéristique particulière de l'invention, ledit autre métal d'addition est le cuivre.
  • L'invention concerne encore un procédé d'obtention d'un alliage à base d'or, à dureté améliorée, caractérisé en ce que :
    • on choisit un second métal pour son aptitude à constituer des précipités avec l'or, ce second métal étant l'aluminium ;
    • on choisit au moins un métal d'addition pour son aptitude à favoriser une structure cubique faces centrées CFC stable d'une part, et pour son aptitude à augmenter la solubilité à haute température dudit second métal dans l'or d'autre part, ledit métal d'addition étant choisi parmi les éléments suivants: argent, aluminium, chrome, cuivre, fer, hafnium, manganèse, niobium, palladium, platine, vanadium ;
    • on crée les conditions d'insertion, dans une structure cubique faces centrées CFC résultant de la mise en solution d'un mélange d'or, dudit second métal, et dudit au moins un métal d'addition, de précipités dudit second métal avec l'or,
    • on prépare un mélange comportant en masse :
      • au moins 75% d'or,
      • de 0,5% à 2,1% dudit second métal,
      • de 22,4% à 24,5%, d'au moins un dit métal d'addition,
      • de 0% à 0,5% d'un ou plusieurs composants sélectionnés pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage, choisis parmi le zinc, le cobalt ou l'iridium,
        ledit second métal et ledit métal d'addition étant choisis pour obtenir, parmi lesdits précipités dudit second métal avec l'or, au moins un dit précipité particulier dudit second métal avec l'or pour constituer un intermétallique conférant audit alliage une dureté supérieure à 250 HV ;
    • on met en solution ledit mélange par une mise en température entre 650°C et 700°C;
    • on effectue un refroidissement brusque après ladite mise en solution sous la forme d'une trempe à température ambiante;
    • on effectue après ledit refroidissement brusque un traitement de revenu structurant à une température comprise entre 200°C et 250°C pour donner naissance audit au moins un précipité sélectionné dudit second métal avec l'or qui est le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5 ;
    • on fait croître de façon contrôlée ledit au moins un précipité sélectionné en maintenant ledit revenu structurant pendant une durée suffisante, d'au moins 60 minutes, pour obtenir la dureté requise ;
    • on effectue un refroidissement à l'ambiante.
  • Selon une caractéristique de l'invention, on restreint la sélection dudit au moins un précipité sélectionné à un seul précipité qui est le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, on effectue ledit revenu structurant au moins 24 heures après ledit refroidissement brusque.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, on choisit pour ledit au moins un métal d'addition l'argent.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, on choisit pour ledit métal d'addition l'argent et on y ajoute un autre métal d'addition de concentration inférieure à celle de l'argent.
  • De façon particulière, on choisit pour ledit autre métal d'addition le cuivre.
  • L'invention concerne encore l'utilisation d'un précipité pour le durcissement d'un alliage à base d'or 18 carats à une dureté supérieure à 250 HV, caractérisée en ce que ledit précipité est un précipité d'aluminium et d'or Al2Au5 et est constitué sous forme d'un intermétallique pour améliorer le durcissement structural dudit alliage, et caractérisée en ce que ledit précipité est un précipité d'aluminium et d'or Al2Au5 pour le durcissement d'un alliage d'or comportant au moins 75% d'or, de 0,5% à 2,1% d'aluminium, et de 20% à 25% d'au moins un métal d'addition choisi parmi l'argent et le cuivre et choisi pour son aptitude à favoriser une structure cubique faces centrées CFC stable d'une part, et pour son aptitude à augmenter la solubilité de l'aluminium dans l'or d'autre part, et de 0% à 0,5% d'un ou plusieurs composants sélectionnés pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage d'or, ladite utilisation résultant de l'insertion dudit précipité d'aluminium et d'or Al2Au5, dans une structure cubique faces centrées CFC résultant de la mise en solution dudit mélange constitué d'or, d'aluminium, dudit au moins un métal d'addition, desdits composants sélectionnés si ledit alliage en comporte, et de précipités d'aluminium avec l'or, et encore caractérisé en ce que ledit métal d'addition est choisi parmi les éléments suivants: argent, aluminium, chrome, cuivre, fer, hafnium, manganèse, niobium, palladium, platine, vanadium.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, de bijouterie, de joaillerie ou de dentisterie comportant au moins un composant réalisé en un tel alliage d'or à dureté améliorée, ou obtenu par ce procédé.
  • Dans le mode de réalisation préférentiel de la description, concernant un alliage 18 carats, l'alliage conserve l'aspect spécifique à l'or pur. Cet alliage obtenu, par sa dureté améliorée, est davantage résistant aux rayures, et est tout à fait approprié pour des pièces d'horlogerie, de bijouterie ou de joaillerie, et en particulier pour leurs composants visibles tels que lunettes et carrures de montres, et structures de bijoux, bracelets, fermoirs, boucles, et autres articles.
  • L'invention procure un procédé de mise en oeuvre simple, reproductible, permettant d'obtenir avec certitude un alliage d'or avec une dureté requise, supérieure à 250 HV, avec une durée de traitement faible. L'alliage obtenu est directement utilisable, sans nécessiter de vieillissement supplémentaire.
    • Description sommaire des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :
    • la figure 1 est un diagramme de phases d'un alliage pseudo-binaire Au-Ag-Al selon l'invention, dans un exemple d'alliage à 18 carats, et qui représente les différentes phases, en fonction, d'une part en abscisse de la concentration d'aluminium, c'est-à-dire du rapport entre la masse d'aluminium et la masse totale de l'alliage, et d'autre part en ordonnée de la température, ici représentée en degrés Celsius ;
    • la figure 2 est un diagramme de dureté Vickers en ordonnée, en fonction du temps en abscisse, d'un alliage selon l'invention réalisé dans un domaine préférentiel A du diagramme de la figure 1 en comparaison d'un or 18 carats obtenu de manière standard.
    Description détaillée des modes de réalisation préférés
  • L'invention a pour but la réalisation d'un alliage à base d'or, qui possède des qualités de dureté améliorées par rapport, non seulement à l'or pur, mais aussi par rapport aux alliages à base d'or connus.
  • L'invention met en oeuvre un procédé de durcissement structural, par la sélection d'éléments particuliers, qui sont ici choisis pour former des précipités particuliers. Parmi les différents précipités que peut former l'or avec d'autres métaux, dans des conditions physico-chimiques bien particulières, il s'agit de choisir ceux dont on peut contrôler, par la mise en oeuvre d'un traitement approprié, la germination et la croissance, pour optimiser les caractéristiques mécaniques, et en particulier ici pour améliorer la dureté.
  • En particulier, la caractéristique mécanique que la présente invention permet d'améliorer, par la création d'un procédé particulier, est la dureté, qui concerne aussi bien la dureté à coeur de l'alliage, que la dureté superficielle qui est très importante en horlogerie, bijouterie, joaillerie pour résister aux rayures ou du moins pour en minimiser les effets.
  • On est donc dans un cas de figure très différent de la plupart des alliages d'or, utilisés en bijouterie, qui sont élaborés le plus souvent de façon à comporter le titre d'or minimal garantissant un aspect proche de celui de l'or, et avec la recherche d'une grande formabilité, de façon à permettre le laminage, ou encore l'étirement, en corps creux ou en feuilles, faciles à mettre en forme, et faciles à souder.
  • La démarche inventive de l'invention a consisté à rechercher la possibilité d'insertion, dans une structure cubique faces centrées ou CFC, de précipités, et de les y faire croître de manière contrôlée, de façon à obtenir une dureté supérieure à la dureté usuelle.
  • L'invention concerne plus particulièrement le domaine des alliages d'or à haute teneur en or, et tout particulièrement les alliages 18 carats, comportant au moins 75% de leur poids d'or.
  • La sélection de l'aluminium est propre à l'invention, en raison de l'aptitude de ce métal à former avec l'or différents précipités: Al2Au5, AlAu2, AlAu. Ces trois précipités permettent d'obtenir des alliages avec une dureté améliorée.
  • Ces alliages Au/Ag/Al/ Al2Au5 ou Au/Cu/Al/ Al2Au5 ou Au/Ag/Cu/Al/ Al2Au5 n'existent pas à l'état naturel, il faut les fabriquer afin de pouvoir les utiliser. L'invention en propose ci-après un mode de fabrication préféré.
  • On préfère conduire le procédé de façon à obtenir le précipité Al2Au5, qui procure, incorporé dans un alliage, une tenue normale au cours d'opérations d'usinage ou de transformation. Il s'agit donc d'obtenir la création de ce précipité Al2Au5, et, de préférence, d'obtenir la création de ce précipité Al2Au5 seul, car il confère de meilleures propriétés à l'alliage que les deux autres précipités AlAu2 et AlAu.
  • La création de ce précipité Al2Au5 doit être obtenue au sein d'une structure CFC. Un alliage binaire composé uniquement d'or et d'aluminium est malcommode à élaborer, et est très fragile, ce qui le rend inapte à la plupart des emplois en bijouterie ou joaillerie. Il est donc nécessaire de stabiliser la phase CFC par l'incorporation d'au moins un autre élément d'alliage permettant d'assurer la solubilité intermétallique à haute température, et aussi d'assurer une phase CFC la plus longue possible, c'est-à-dire pour une plage de teneur d'aluminium la plus large possible. La stabilité à haute température signifie que seule la phase CFC (ou FCC selon l'appellation anglaise sur la figure 1) est présente dans la plage de températures considérée, ce que l'on peut voir sur le long domaine allongé du diagramme d'équilibre de la figure 1.
  • Différents essais d'alliages pseudo-binaires ont été testés.
  • Le second métal peut être choisi parmi l'aluminium, l'argent, le chrome, le cuivre, le fer, le hafnium, le manganèse, le niobium, le palladium, le platine, le vanadium, cette liste n'étant pas exhaustive.
  • Un métal d'addition peut être choisi de préférence parmi l'argent, l'aluminium, le chrome, le cuivre, le fer, le hafnium, le manganèse, le niobium, le palladium, le platine, le vanadium.
  • L'expérimentation démontre que le choix de l'argent en tant que métal d'addition est le plus particulièrement favorable à la solubilité intermétallique à haute température, et à l'obtention d'une phase CFC longue, car la miscibilité argent-or est complète, et car l'argent peut dissoudre également de l'aluminium.
  • De façon innovante, l'invention s'est attachée à créer le diagramme de phases de l'alliage pseudo-binaire Au-Ag-Al, tel que visible sur la figure 1. Ce diagramme représente de façon classique les différentes phases, en fonction, d'une part en abscisse de la concentration d'aluminium, c'est-à-dire du rapport entre la masse d'aluminium et la masse totale de l'alliage, et d'autre part en ordonnée de la température, ici représentée en degrés Celsius. Le diagramme de la figure 1 représente le cas préféré d'une concentration en masse d'or de 75%, soit le cas préféré d'un alliage 18 carats.
  • C'est un diagramme à miscibilité partielle, et l'on observe des limites de solubilité, sensiblement verticales sur le diagramme, qui séparent des phases chacune de composition définie et différente de la voisine. Dans chacune de ces phases, les atomes se réorganisent localement pour former des précipités, qui sont des composés définis de composition fixe.
  • Afin d'obtenir le précipité Al2Au5 souhaité, et lui seul, il convient de se restreindre à un premier domaine appelé A sur la figure 1, dans lequel ne coexistent que les éléments de l'alliage sous forme CFC d'une part, et les précipités de Al2Au5 d'autre part. La concentration en aluminium, pour rester dans ce domaine, doit rester inférieure à 2,1%. La plage de concentrations à respecter est 0,1% à 2,1% d'aluminium afin d'être certain de ne développer que du Al2Au5.
  • Un second domaine appelé B sur la figure 1 correspond à une phase où coexistent, avec les éléments de l'alliage sous forme CFC, les précipités de Al2Au5 et de AlAu2.
  • Le troisième domaine appelé C sur la figure 1 correspond à une phase où coexistent, avec les éléments de l'alliage sous forme CFC, seulement les précipités de AlAu2.
  • Le diagramme de la figure 1 montre que, pour obtenir un alliage dans une composition optimale dans le domaine A, un mode d'obtention consiste à opérer une mise en température de tous les éléments de l'alliage, puis de se trouver dans le domaine D de la figure 1, correspondant à une mise en solution de l'aluminium. Un traitement thermique de dilution, à une température entre le solidus et le liquidus délimitant le domaine D, permet une mise en solution homogène: l'or est en structure CFC, grâce à l'élément ou aux éléments d'addition choisis, notamment l'argent, et la structure CFC est stable. On observe une grande solubilité de l'aluminium dans la phase CFC_A1, à haute température, en particulier aux températures comprises entre 400°C et 700°C. Ce ou ces éléments d'addition facilitent aussi la solubilité de l'aluminium dans l'or.
  • L'alliage est ensuite rendu métastable. La montée en température, effectuée par exemple entre environ 400°C et 700°C pour la partie extrême du domaine A, idéalement aux environs de 650°C, est suivie d'un refroidissement rapide, tel qu'une trempe à l'eau, ou similaire. Ainsi, les atomes d'aluminium n'ont pas le temps de se réorganiser. Après une durée variable, mais de préférence voisine de 24 heures, l'alliage est soumis à un traitement de revenu structurant, dans la gamme de températures définie par le solvus du domaine A pour la concentration en aluminium considérée. En tout état de cause, ce revenu structurant ne dépasse pas la température de 400°C. Pendant ce revenu, les précipités de Al2Au5 se développent et croissent. De préférence, la température de revenu structurant est supérieure à 200°C pour faciliter cette croissance des précipités, et aussi limiter la durée du traitement thermique.
  • La figure 2 est un diagramme de dureté Vickers en ordonnée en fonction du temps en abscisse. On voit, sur l'exemple de la figure 2 d'un revenu structurant à 200°C, qu'une dureté supérieure à 250 HV est obtenue très vite, après environ 2 heures. Cette dureté va encore croître si l'on prolonge le traitement de revenu structurant, mais de façon asymptotique, et il n'est guère utile, même si on recherche la dureté maximale, de prolonger le traitement au-delà d'une dizaine d'heures, où l'on atteint une dureté de l'ordre de 280 HV. La figure 2 montre, à titre de comparaison, le niveau de dureté de 150 HV obtenu avec un alliage d'or 18 K, ou 18 carats, conventionnel.
  • Si l'on effectue le revenu structurant à une température plus basse, par exemple 100°C, une dureté supérieure à 200 HV ne sera obtenue qu'après 10 à 15 heures, et le traitement doit encore être prolongé pour atteindre un niveau de l'ordre de 250 HV.
  • Le précipité Al2Au5 obtenu est plus dur que l'or.
  • Il est essentiel, selon l'invention, de favoriser la présence du précipité Al2Au5, et, de préférence selon l'invention, de restreindre la formation de précipités constitués uniquement d'or et d'aluminium à ce seul précipité Al2Au5 qui possède les meilleures caractéristiques, pour permettre de résoudre le problème technique du durcissement de l'alliage.
  • De préférence, afin de permettre le développement optimal des précipités Al2Au5, l'alliage ne comporte pas d'autre métal que de l'or, de l'aluminium, et un métal d'addition, de préférence l'argent, choisi pour augmenter la solubilité intermétallique et pour allonger au maximum la phase D, en termes d'amplitude de plage de concentrations d'aluminium.
  • Si on reprend certains enseignements de l'art antérieur cité plus haut, il est flagrant que le rôle de l'aluminium n'y est pas mis en évidence.
  • Le document D1 décrit un alliage d'or rose. L'analyse de la variance de ses résultats ne permet pas d'affirmer que l'aluminium soit significatif comme élément durcissant de l'alliage. Le cuivre, comme l'argent, y est durcissant, α=0,05. L'effet du cuivre est de créer une réaction ordre/désordre avec l'or, avec la formation d'un composé du type AuCu, de dureté augmentée. L'effet du mélange argent/cuivre est analogue à l'effet du cuivre seul.
  • Il en est de même du document D2, qui divulgue aussi un or rose, l'ajout de l'aluminium ne semble pas y jouer de rôle particulier, ce qui s'explique si on ne conduit pas le procédé d'élaboration de façon à obtenir la formation d'un seul précipité d'or et d'aluminium avantageux pour l'augmentation de la dureté de l'alliage.
  • Le document D3, est encore dévolu à la fabrication d'or rose. Ce document prétend que l'alliage reste monophasique, ce qui est impossible physiquement : ses enseignements ne peuvent être retenus.
  • Le document D4 décrit un or jaune tirant vers le rose. Il est impossible d'y mettre en valeur le rôle spécifique de l'aluminium puisque tous les autres éléments présents dans l'alliage contribuent déjà au durcissement. Ce document fait remarquer qu'au-delà de 0,4% d'aluminium l'alliage se noircit considérablement. Cet inconvénient n'est pas visible dans le cas de l'alliage élaboré selon l'invention, même à une teneur de 2% d'aluminium. Il est à noter que l'expérimentateur qui suit les instructions de ce document D4 n'obtiendra pas de précipité Al2Au5, en raison, d'une part des éléments ajoutés tels le zinc qui modifient la solubilité de l'aluminium, et d'autre part de la faible concentration >0,4% d'aluminium.
  • Le document D5 explique le durcissement de l'alliage or (75%)-argent-cuivre par la transformation ordre/désordre bien connue avec le cuivre. La composition 75% d'or- 12,5% d'argent -12,5% de cuivre de la figure 7.12 du document D5 laisse espérer une dureté de 220 HV, bien inférieure à celle obtenue par l'invention.
  • En somme, la fabrication du précipité d'aluminium et d'or Al2Au5 permet d'augmenter la dureté HV de 50 HV environ.
  • En somme, l'invention se distingue de l'art antérieur en ce qu'elle crée les conditions de développement de précipités Al2Au5, au sein d'un alliage de composition adéquate comportant de l'or, de l'aluminium, et au moins un métal d'addition choisi pour son aptitude à favoriser une structure CFC stable d'une part, et à augmenter la solubilité de l'aluminium dans l'or d'autre part, ce métal d'addition étant de préférence l'argent.
  • La composition optimale en masse est de 0,5 % à 2,1% d'aluminium, et au moins 75% d'or afin de respecter l'aloi légal en bijouterie et joaillerie, et le complément constitué par au moins un métal d'addition, qui peut être complété par une faible proportion d'au moins un autre composant sélectionné pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain.
  • Le métal d'addition peut aussi être du cuivre. Il est, encore, possible de cumuler plusieurs métaux ayant chacun les propriétés que doit avoir ce métal d'addition, à savoir l'aptitude à favoriser une structure CFC stable d'une part, et l'aptitude à augmenter la solubilité de l'aluminium dans l'or d'autre part.
  • L'argent est le meilleur élément, et les autres éléments métalliques de la liste énoncée plus haut peuvent être ajoutés pour ajuster la teinte de l'alliage. Cette liste des éléments a été dressée de sorte à ce que les éléments y figurant satisfont la condition d'augmenter la solubilité de l'aluminium dans la structure CFC à haute température.
  • Notamment le cuivre se montre moins favorable que l'argent pour remplir ces fonctions particulières en présence d'or et d'aluminium. L'emploi du cuivre reste possible pour des raisons de coût, mais est nettement moins favorable que l'argent, et devrait toujours, en cas d'emploi, être combiné à de l'argent, en prêtant attention que la concentration d'argent soit toujours supérieure à la concentration de cuivre dans l'alliage.
  • Lors de l'emploi d'autres métaux d'addition que l'argent ou le cuivre, par exemple choisis parmi le chrome, le cuivre, le fer, le hafnium, le manganèse, le niobium, le palladium, le platine, le vanadium, cette liste n'étant pas exhaustive, il convient de prêter attention au fait que l'aluminium pourrait former des précipités avec certains de ces métaux d'addition, mais qu'on souhaite former préférentiellement des précipités Al2Au5. Donc, en plus de l'argent et l'aluminium, il faut utiliser préférentiellement ces seuls éléments : le chrome, le cuivre, le fer, le hafnium, le manganèse, le niobium, le palladium, le platine, le vanadium
  • De plus, chaque nouvelle composition avec différents métaux d'addition nécessite de mener une expérimentation complète afin de définir les diagrammes de phase correspondants, inexistants dans la littérature, d'analyser les précipités et autres intermétalliques créés au sein de chacune des phases, de vérifier que ces composés n'altèrent pas les propriétés mécaniques de l'alliage à base d'or. Ces études et expérimentations sont longues et coûteuses et ne peuvent être menées au hasard. Elles ont encore pour but de déterminer, au cas par cas, la plage de concentrations d'aluminium à respecter pour obtenir des précipités Al2Au5, et de préférence seulement celui-ci.
  • En résumé, l'invention permet l'obtention d'un alliage à base d'or, dit or jaune 18 carats type 3N, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange comportant en masse :
    • au moins 75% d'or,
    • de 0,5% à 2,1% d'un second métal choisi pour son aptitude à constituer des précipités avec l'or, ce second métal étant l'aluminium ; 22,4% à 24,5%, d'au moins un métal d'addition choisi pour son aptitude à favoriser une structure cubique faces centrées CFC stable à haute température, et pour son aptitude à augmenter la solubilité dudit second métal dans l'or, et pour ajuster la couleur de l'alliage,
    • de 0% à 0,5% d'un ou plusieurs composants sélectionnés pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage,
    ledit mélange comportant encore au moins un dit précipité dudit second métal avec l'or, sélectionné parmi lesdits précipités dudit second métal avec l'or pour constituer un intermétallique conférant audit alliage une dureté supérieure à 250 HV, de façon à améliorer le durcissement structural dudit alliage, ledit précipité sélectionné étant le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5.
  • Le second métal est l'aluminium et le précipité sélectionné est le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5, qui permet d'obtenir un alliage avec de très bonnes caractéristiques de dureté, qui est supérieure à 250 HV, et notamment au voisinage de 280 HV. Ce précipité Al2Au5 procure également à l'alliage une bonne tenue lors de sa transformation ou de son usinage, car il ne rend pas l'alliage cassant.
  • Préférentiellement, le métal d'addition est l'argent, qui assure une bonne mise en solution de l'ensemble du mélange.
  • Dans une réalisation particulière, le métal d'addition est l'argent, de préférence dans une teneur en masse de 10% à 12,5% du total, et il est complété par un autre métal d'addition, de préférence dans une teneur en masse de 10% à 12,5% du total, pour ajuster la teinte de l'alliage.
  • De façon avantageuse selon l'invention, au moins un dit composant sélectionné pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage est choisi parmi le zinc, le cobalt ou l'iridium.
  • Le procédé d'obtention d'un alliage à base d'or, à dureté améliorée, consiste de préférence en ce que :
    • on choisit un second métal pour son aptitude à constituer des précipités avec l'or, ce second métal étant l'aluminium ;
    • on choisit au moins un métal d'addition pour son aptitude à favoriser une structure cubique faces centrées CFC stable d'une part, et pour son aptitude à augmenter la solubilité à haute température dudit second métal dans l'or d'autre part ;
    • on crée les conditions d'insertion, dans une structure cubique faces centrées CFC résultant de la mise en solution d'un mélange d'or, dudit second métal, et dudit au moins un métal d'addition, de précipités dudit second métal avec l'or ;
    • on prépare un mélange comportant en masse :
      • au moins 75% d'or,
      • de 0,5% à 2,1% dudit second métal,
      • de 20% à 25%, ou de préférence selon l'invention de 22,4% à 24,5%, d'au moins un dit métal d'addition,
      • de 0% à 0,5% d'un ou plusieurs composants sélectionnés pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage,
        ledit second métal et ledit métal d'addition étant choisis pour obtenir, parmi lesdits précipités dudit second métal avec l'or, au moins un dit précipité particulier dudit second métal avec l'or pour constituer un intermétallique conférant audit alliage une dureté supérieure à 250 HV, ledit précipité sélectionné étant le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5;
    • on met en solution ledit mélange par une mise en température entre 650°C et 700°C;
    • on effectue un refroidissement brusque après ladite mise en solution, de préférence sous la forme d'une trempe à température ambiante;
    • on effectue après ledit refroidissement brusque un traitement de revenu structurant à une température comprise entre 200°C et 250°C pour donner naissance audit au moins un précipité sélectionné dudit second métal avec l'or qui est le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5. ;
    • on fait croître de façon contrôlée ledit au moins un précipité sélectionné en maintenant ledit revenu structurant pendant une durée suffisante, de préférence d'au moins 60 minutes, pour obtenir la dureté requise ;
    • on effectue un refroidissement à l'ambiante.
  • De façon préférée selon l'invention, on restreint la sélection de précipités sélectionnés à un seul précipité, en l'occurrence le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5.
  • Avantageusement, on effectue le revenu structurant au moins 24 heures après le refroidissement brusque.
  • De préférence, on choisit pour le second métal l'aluminium, et on choisit pour précipité sélectionné le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5.
  • De façon avantageuse, on choisit comme métal d'addition l'argent.
  • Dans une variante de réalisation, on choisit comme métal d'addition l'argent et on y ajoute un autre métal d'addition ayant des caractéristiques similaires à l'argent, pour ajuster la teinte de l'alliage.
  • D'autres procédés comme la mécano-synthèse ou le PVD peuvent aussi conduire à la fabrication du précipité d'aluminium et d'or Al2Au5. Il convient toutefois de créer, comme dans les modes opératoires listés ci-dessus, les conditions d'insertion de ce précipité très particulier dans la structure cubique faces centrées de l'alliage, et les conditions de développement de ce précipité afin de procurer à l'alliage les caractéristiques de dureté recherchées.
  • L'invention concerne encore l'utilisation d'un précipité pour le durcissement d'un alliage d'or. Selon l'invention ce précipité est un précipité d'aluminium et d'or Al2Au5 pour le durcissement d'un alliage d'or comportant au moins 75% d'or, de 0,5% à 2,1% d'aluminium, et de 22,4% à 24,5%, d'au moins un métal d'addition choisi parmi l'argent et le cuivre et choisi pour son aptitude à favoriser une structure cubique faces centrées CFC stable d'une part, et pour son aptitude à augmenter la solubilité de l'aluminium dans l'or d'autre part, et de 0% à 0,5% d'un ou plusieurs composants sélectionnés pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage d'or, ladite utilisation résultant de l'insertion dudit précipité d'aluminium et d'or Al2Au5, dans une structure cubique faces centrées CFC résultant de la mise en solution dudit mélange constitué d'or, d'aluminium, dudit au moins un métal d'addition, desdits composants sélectionnés si ledit alliage en comporte, et de précipités d'aluminium avec l'or, ladite insertion étant réalisable de préférence par le procédé décrit précédemment.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, de bijouterie, de joaillerie ou de dentisterie comportant au moins un composant réalisé en un tel alliage.

Claims (19)

  1. Alliage à base d'or, dit or jaune 18 carats type 3N, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange comportant en masse :
    - au moins 75% d'or,
    - de 0,5% à 2,1% d'un second métal choisi pour son aptitude à constituer des précipités avec l'or, ce second métal étant l'aluminium ;
    - de 22,4% à 24,5% d'au moins un métal d'addition choisi pour son aptitude à favoriser une structure cubique faces centrées CFC stable d'une part, et pour son aptitude à augmenter la solubilité dudit second métal dans l'or d'autre part, ledit métal d'addition étant choisi parmi les éléments suivants: argent, aluminium, chrome, cuivre, fer, hafnium, manganèse, niobium, palladium, platine, vanadium,
    - de 0% à 0,5% d'un ou plusieurs composants sélectionnés pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage, choisis parmi le zinc, le cobalt ou l'iridium,
    ledit mélange comportant encore au moins un dit précipité dudit second métal avec l'or, sélectionné parmi lesdits précipités dudit second métal avec l'or pour constituer un intermétallique conférant audit alliage une dureté supérieure à 250 HV, de façon à améliorer le durcissement structural dudit alliage, ledit précipité sélectionné étant le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5, et caractérisé en ce que le seul précipité d'or et d'aluminium présent dans ledit alliage est ledit précipité sélectionné d'aluminium et d'or Al2Au5.
  2. Alliage à base d'or selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal d'addition est l'argent, et en ce que le rapport entre la masse d'aluminium d'une part, et d'autre part le total des masses d'or, d'argent et d'aluminium, est inférieur à 0,03.
  3. Alliage à base d'or selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que un dit métal d'addition est l'argent dans une teneur en masse de 10% à 12,5% du total, et est complété par un autre métal d'addition de concentration inférieure à celle de l'argent dans une teneur en masse de 10% à 12,5% du total.
  4. Alliage à base d'or selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit autre métal d'addition est le cuivre.
  5. Procédé d'obtention d'un alliage à base d'or, à dureté améliorée, caractérisé en ce que :
    - on choisit un second métal pour son aptitude à constituer des précipités avec l'or, ce second métal étant l'aluminium ;
    - on choisit au moins un métal d'addition pour son aptitude à favoriser une structure cubique faces centrées CFC stable d'une part, et pour son aptitude à augmenter la solubilité à haute température dudit second métal dans l'or d'autre part, ledit métal d'addition étant choisi parmi les éléments suivants: argent, aluminium, chrome, cuivre, fer, hafnium, manganèse, niobium, palladium, platine, vanadium ;
    - on crée les conditions d'insertion, dans une structure cubique faces centrées CFC résultant de la mise en solution d'un mélange d'or, dudit second métal, et dudit au moins un métal d'addition, de précipités dudit second métal avec l'or,
    - on prépare un mélange comportant en masse :
    - au moins 75% d'or,
    - de 0,5% à 2,1% dudit second métal,
    - de 22,4% à 24,5%.d'au moins un dit métal d'addition,
    - de 0% à 0,5% d'un ou plusieurs composants sélectionnés pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage, choisis parmi le zinc, le cobalt ou l'iridium,
    - ledit second métal et ledit métal d'addition étant choisis pour obtenir, parmi lesdits précipités dudit second métal avec l'or, au moins un dit précipité particulier dudit second métal avec l'or pour constituer un intermétallique conférant audit alliage une dureté supérieure à 250 HV ;
    - on met en solution ledit mélange par une mise en température entre 650°C et 700°C;
    - on effectue un refroidissement brusque après ladite mise en solution sous la forme d'une trempe à température ambiante;
    - on effectue après ledit refroidissement brusque un traitement de revenu structurant à une température comprise entre 200°C et 250°C pour donner naissance audit au moins un précipité sélectionné dudit second métal avec l'or qui est le précipité d'aluminium et d'or Al2Au5;
    - on fait croître de façon contrôlée ledit au moins un précipité sélectionné en maintenant ledit revenu structurant pendant une durée suffisante, d'au moins 60 minutes, pour obtenir la dureté requise ;
    - on effectue un refroidissement à l'ambiante.
  6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on effectue ledit refroidissement brusque par une trempe à l'eau.
  7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on restreint la sélection dudit au moins un précipité sélectionné à un seul précipité.
  8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'on effectue ledit revenu structurant au moins 24 heures après ledit refroidissement brusque.
  9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'on choisit pour ledit au moins un métal d'addition l'argent.
  10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on prépare ledit mélange avec le rapport entre la masse d'aluminium d'une part, et d'autre part le total des masses d'or, d'argent et d'aluminium, qui est inférieur à 0,03.
  11. Procédé selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'on choisit pour ledit au moins un métal d'addition l'argent et on y ajoute un autre au moins un métal d'addition de concentration inférieure à celle de l'argent.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on choisit pour ledit au moins un autre métal d'addition le cuivre.
  13. Pièce d'horlogerie, de bijouterie ou de joaillerie comportant au moins un composant réalisé en un alliage d'or à dureté améliorée selon l'une des revendications 1 à 4 ou/et obtenu par un procédé selon l'une des revendications 5 à 12.
  14. Utilisation d'un précipité d'aluminium et d'or pour le durcissement d'un alliage à base d'or 18 carats à une dureté supérieure à 250 HV, caractérisée en ce que ledit précipité est un précipité d'aluminium et d'or Al2Au5 et est constitué sous forme d'un intermétallique pour améliorer le durcissement structural dudit alliage, et caractérisée en ce que ledit précipité est un précipité d'aluminium et d'or Al2Au5 pour le durcissement d'un alliage d'or comportant au moins 75% d'or, de 0,5% à 2,1% d'aluminium, et de 20% à 25% d'au moins un métal d'addition choisi parmi l'argent et le cuivre et choisi pour son aptitude à favoriser une structure cubique faces centrées CFC stable d'une part, et pour son aptitude à augmenter la solubilité de l'aluminium dans l'or d'autre part, et de 0% à 0,5% d'un ou plusieurs composants sélectionnés pour la fluidité et l'affinement de la taille de grain dudit alliage d'or, ladite utilisation résultant de l'insertion dudit précipité d'aluminium et d'or Al2Au5, dans une structure cubique faces centrées CFC résultant de la mise en solution dudit mélange constitué d'or, d'aluminium, dudit au moins un métal d'addition, desdits composants sélectionnés si ledit alliage en comporte, et de précipités d'aluminium avec l'or, et encore caractérisé en ce que ledit métal d'addition est choisi parmi les éléments suivants: argent, aluminium, chrome, cuivre, fer, hafnium, manganèse, niobium, palladium, platine, vanadium.
  15. Utilisation d'un précipité selon la revendication 14, caractérisée en ce que ledit métal d'addition est l'argent, et en ce que ledit métal d'addition est l'argent, et en ce que le rapport entre la masse d'aluminium d'une part, et d'autre part le total des masses d'or, d'argent et d'aluminium, est inférieur à 0,03.
  16. Utilisation d'un précipité selon la revendication 14, caractérisée en ce que un dit métal d'addition est l'argent, et est complété par un autre métal d'addition de concentration inférieure à celle de l'argent.
  17. Utilisation d'un précipité selon la revendication 16, caractérisée en ce que ledit autre métal d'addition est le cuivre.
  18. Utilisation d'un précipité selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisée en ce que ladite insertion est réalisée par le procédé selon l'une des revendications 5 à 12.
  19. Utilisation d'un précipité selon l'une des revendications 14 à 18, caractérisée en ce que le seul précipité d'or et d'aluminium présent dans ledit alliage est ledit précipité sélectionné d'aluminium et d'or Al2Au5.
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