EP4198157A1 - Alliage de platine - Google Patents

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EP4198157A1
EP4198157A1 EP21214514.8A EP21214514A EP4198157A1 EP 4198157 A1 EP4198157 A1 EP 4198157A1 EP 21214514 A EP21214514 A EP 21214514A EP 4198157 A1 EP4198157 A1 EP 4198157A1
Authority
EP
European Patent Office
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weight
platinum alloy
content
alloy according
alloy
Prior art date
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Pending
Application number
EP21214514.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jonas Vannod
Gregory Kissling
Vincent Fays
Christian Charbon
Denis Vincent
Stéphane Lauper
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Nivarox Far SA
Original Assignee
Nivarox Far SA
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Filing date
Publication date
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Priority to US17/975,827 priority patent/US11702722B2/en
Priority to JP2022173243A priority patent/JP7429757B2/ja
Priority to CN202211502878.6A priority patent/CN116262953A/zh
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Pending legal-status Critical Current

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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • 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
    • C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
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    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
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    • G04B19/12—Selection of materials for dials or graduations markings
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    • G04B3/00—Normal winding of clockworks by hand or mechanically; Winding up several mainsprings or driving weights simultaneously
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    • G04B3/048—Operation exclusively by axial movement of a push-button, e.g. for chronographs
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    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0074—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for treatment of the material, e.g. surface treatment
    • G04D3/0092—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for treatment of the material, e.g. surface treatment for components of the time-indicating mechanism, e.g. dials

Definitions

  • the present invention relates to a platinum alloy.
  • the invention also relates to an article, in particular to a decorative article, and more specifically to a watch component, made of this alloy.
  • the addition elements will therefore respond to a technical constraint specific to the element.
  • the first classical addition elements are ruthenium, cobalt, copper, iridium.
  • Platinum-ruthenium alloys have a universal use for jewelry and watchmaking, especially for machined products.
  • the platinum ruthenium alloy has the characteristic of being the whitest platinum alloy on the market. Unfortunately, this alloy is difficult to cast due to its high casting temperature and relatively low melting range. In addition, this alloy does not easily lend itself to traditional machining techniques such as bar turning, milling and drilling.
  • the object of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks by proposing a novel platinum alloy which is dazzlingly white, easy to cast while having good machinability.
  • the present invention relates to a platinum alloy consisting by weight of 95.00 to 96.00% Pt, 1.00 to 4.95% Ru, 0.05 to 2.00% Ge, from 0 to 2.00% Au and any impurities with a total content less than or equal to 0.50%.
  • the Ru content is between 2.00 and 4.95% by weight. More preferably, it is between 3.00 and 4.95% by weight. Particularly preferably, the Ru content is between 3.50 and 4.80% by weight.
  • the Ge content is between 0.05 and 1.50% by weight. More preferably, it is between 0.05 and 1.00% by weight. Particularly preferably, the Ge content is between 0.07 and 0.70% by weight.
  • the Au content is between 0.05 and 1.50% by weight. More preferably, the Au content is between 0.10 and 1.00% by weight. Particularly preferably, the Au content is between 0.10 and 0.70% by weight.
  • the ruthenium brings some hardening and whiteness to the alloy.
  • the addition of germanium significantly increases the hardness of the alloy.
  • the addition of germanium increases the machinability of the alloy and allows the melting range to be increased while reducing the casting temperature.
  • the addition of gold has this same beneficial effect on machinability and castability.
  • the alloy according to the invention has a yellowness index Yi10° of between 7 and 8 and a hardness HV2 of between 140 and 230.
  • the alloy according to the invention has a single-phase structure of the face-centered cubic type, free from precipitation of intermetallics such as GePt3, GePt2, Ge2Pt3, GePt, Ge3Pt2, GeRu, which would reduce hardening by solid solution and could generate defects during the polishing steps (presence of hard spots).
  • composition of this alloy therefore makes it possible to reach an excellent compromise between hardness, machinability and flowability, without having a negative impact on the white color of the alloy.
  • the present invention also relates to an article and in particular a watch component made of this alloy.
  • the alloy of the present invention is a platinum alloy at 95% by weight.
  • the platinum alloy consists by weight of 95.00 to 96.00% Pt, 1.00 to 4.95% Ru, 0.05 to 2.00% Ge, 0 to 2.00% Au and impurities possible with a total content ⁇ 0.50%.
  • the alloy is made up of these different elements and impurities, ie. that the total of Pt, Ru, Ge, Au and any impurities reaches the percentage of 100%.
  • the Ru content is between 2.00 and 4.95% by weight. More preferably, it is between 3.00 and 4.95% by weight. Particularly preferably, the Ru content is between 3.50 and 4.80% by weight.
  • the Ge content is between 0.05 and 1.50% by weight. More preferably, it is between 0.05 and 1.00% by weight. Particularly preferably, the Ge content is between 0.07 and 0.70% by weight.
  • the Au content is between 0.05 and 1.50% by weight. More preferably, the Au content is between 0.10 and 1.00% by weight. Particularly preferably, the Au content is between 0.10 and 0.70% by weight.
  • the platinum alloy consists, by weight, of 95.00 to 96.00% of Pt, of 2.00 to 4.90% of Ru, of 0.05 to 1.50% of Ge, of 0.05 to 1.50% of Au and any impurities with a total content ⁇ 0.50%.
  • the platinum alloy consists, by weight, of 95.00 to 96.00% of Pt, of 3.00 to 4.85% of Ru, 0.05 and 1.00% of Ge, of 0.10 to 1.00% of Au and any impurities with a total content ⁇ 0.50%.
  • the platinum alloy consists, by weight, of 95.00 to 96.00% of Pt, of 3.50 to 4.83% of Ru, 0.07 and 0.70% of Ge, of 0.10 to 0.70% of Au and any impurities with a total content ⁇ 0.50%.
  • the platinum alloys according to the invention find a particular application for the production of a watch component and more specifically of a watch component for dressing such as a middle part, a back, a bezel, a pusher, a crown, a bracelet, a bracelet clasp, a dial, a hand and a dial index.
  • this alloy can be used for any article and more specifically any decorative article, for example, in the field of jewelry or jewelry.
  • the alloy according to the invention has a hardness HV2 of between 140 and 230, and optionally between 150 and 210 and a yellowness index Yi10° as defined below of between 7 and 8.
  • the alloy according to the invention has a single-phase structure of face-centered cubic type, free from precipitation of intermetallics such as GePt3, GePt2, Ge2Pt3, GePt, Ge3Pt2, GeRu.
  • Comparative Example No. 1 is devoid of germanium and comprises gold and ruthenium. Samples No. 2 to No. 11 contain gold and germanium while samples No. 12 and No. 13 do not contain gold. The measurements were carried out on annealed and polished samples.
  • L*a*b* colorimetric values in CIELAB colorimetric space were measured with a KONICA MINOLTA CM-2600d spectrophotometer with D65 illuminant and 10° viewing angle.
  • the Yellowness index Yi10° which is an indicator of the whiteness of the alloy, was calculated on the basis of the L*a*b* values according to the ASTM E313 standard. The lower this index, the whiter the alloy.
  • a significant and almost linear increase in hardness is observed with the addition of germanium in alloys No. 2 to No. 13 while maintaining a similar yellowness index which is included in the interval 7 to 8.
  • the alloys according to the invention have a hardness of between 150 and 196 HV2 compared to 138 HV2 for the reference alloy No. 1 without germanium.
  • the addition of a low germanium content with a content of 0.1% by weight in alloys No. 5 and 7 already has a significant effect with a hardness value reaching 150 HV2. With an addition of 0.5% by weight of germanium, the hardness rises to 196 HV2. It is observed that the addition of germanium has a significant effect on the hardness whether or not the alloy contains gold.

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Abstract

L'invention se rapporte à un alliage de platine constitué, en poids, des éléments suivants :- 95.00 à 96.00% de Pt,- 1.00 à 4.95% de Ru,- 0.05 à 2.00% de Ge,- 0 à 2.00% d'Au,- les impuretés éventuelles avec une teneur totale ≤ 0.50%.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention se rapporte à un alliage de platine. L'invention se rapporte également à un article, notamment à un article décoratif, et plus spécifiquement à un composant horloger, réalisé dans cet alliage.
    • Arrière-plan technologique
  • Il existe sur le marché plusieurs familles d'alliages à base de platine utilisées en horlogerie et bijouterie. Ces alliages ont la particularité d'être principalement utilisés par un titre internationalement reconnu de 95% poids, ce qui limite fortement la teneur des éléments d'addition. Les éléments d'addition vont donc répondre à une contrainte technique spécifique à l'élément. Les premiers éléments d'addition classiques sont le ruthénium, le cobalt, le cuivre, l'iridium. Les alliages de platine au ruthénium ont une utilisation universelle pour la bijouterie et l'horlogerie notamment pour les produits usinés. L'alliage de platine au ruthénium a pour caractéristique d'être l'alliage de platine le plus blanc sur le marché. Malheureusement, cet alliage est difficile à couler en raison de sa température de coulée élevée et de son intervalle de fusion relativement faible. De plus, cet alliage ne se prête que difficilement aux techniques d'usinage traditionnelles telles que le décolletage, le fraisage et le perçage.
    • Résumé de l'invention
  • La présente invention a pour objet de pallier aux inconvénients précités en proposant un nouvel alliage de platine éclatant de blancheur, facile à couler tout en ayant une bonne aptitude à l'usinage.
  • A cet effet, la présente invention se rapporte à un alliage de platine constitué en poids, de 95.00 à 96.00% de Pt, de 1.00 à 4.95% de Ru, de 0.05 à 2.00% de Ge, de 0 à 2.00% d'Au et des impuretés éventuelles avec une teneur totale inférieure ou égale à 0.50%.
  • De préférence, la teneur en Ru est comprise entre 2.00 et 4.95% en poids. Plus préférentiellement, elle est comprise entre 3.00 et 4.95% en poids. De manière particulièrement préférée, la teneur en Ru est comprise entre 3.50 et 4.80% en poids.
  • De préférence, la teneur en Ge est comprise entre 0.05 et 1.50% en poids. Plus préférentiellement, elle est comprise entre 0.05 et 1.00% en poids. De manière particulièrement préférée, la teneur en Ge est comprise entre 0.07 et 0.70% en poids.
  • De préférence, la teneur en Au est comprise entre 0.05 et 1.50% en poids. Plus préférentiellement, la teneur en Au est comprise entre 0.10 et 1.00% en poids. De manière particulièrement préférée, la teneur en Au est comprise entre 0.10 et 0.70% en poids.
  • Le ruthénium amène un certain durcissement et la blancheur de l'alliage. L'ajout de germanium augmente significativement la dureté de l'alliage. De plus, l'ajout de germanium augmente l'usinabilité de l'alliage et permet d'augmenter l'intervalle de fusion tout en réduisant la température de coulée. L'ajout d'or a ce même effet bénéfique sur l'usinabilité et la coulabilité.
  • Typiquement, l'alliage selon l'invention a un yellowness index Yi10° compris entre 7 et 8 et une dureté HV2 comprise entre 140 et 230.
  • Avantageusement, l'alliage selon l'invention a une structure monophasée de type cubique à face centrée, exempte de précipitation d'intermétalliques tels que GePt3, GePt2, Ge2Pt3, GePt, Ge3Pt2, GeRu, qui réduiraient le durcissement par solution solide et pourraient générer des défauts lors des étapes de polissage (présence de points durs).
  • La composition de cet alliage permet donc d'atteindre un excellent compromis entre dureté, usinabilité et coulabilité et ce sans impacter négativement sur la couleur blanche de l'alliage.
  • La présente invention concerne également un article et en particulier un composant horloger réalisé dans cet alliage.
    • Description détaillée de l'invention
  • L'alliage de la présente invention est un alliage de platine au titre de 95% en poids.
  • Selon l'invention, l'alliage de platine est constitué en poids, de 95.00 à 96.00% de Pt, de 1.00 à 4.95% de Ru, de 0.05 à 2.00% de Ge, de 0 à 2.00% d'Au et des impuretés éventuelles avec une teneur totale ≤ 0.50%. L'alliage est constitué de ces différents éléments et impuretés, c.à.d. que l'ensemble du Pt, du Ru, du Ge, de l'Au et des impuretés éventuelles atteint le pourcentage de 100%.
  • De préférence, la teneur en Ru est comprise entre 2.00 et 4.95% en poids. Plus préférentiellement, elle est comprise entre 3.00 et 4.95% en poids. De manière particulièrement préférée, la teneur en Ru est comprise entre 3.50 et 4.80% en poids.
  • De préférence, la teneur en Ge est comprise entre 0.05 et 1.50% en poids. Plus préférentiellement, elle est comprise entre 0.05 et 1.00% en poids. De manière particulièrement préférée, la teneur en Ge est comprise entre 0.07 et 0.70% en poids.
  • De préférence, la teneur en Au est comprise entre 0.05 et 1.50% en poids. Plus préférentiellement, la teneur en Au est comprise entre 0.10 et 1.00% en poids. De manière particulièrement préférée, la teneur en Au est comprise entre 0.10 et 0.70% en poids.
  • Avantageusement, selon une première variante, l'alliage de platine est constitué, en poids, de 95.00 à 96.00% de Pt, de 2.00 à 4.90% de Ru, de 0.05 à 1.50% de Ge, de 0.05 à 1.50% d'Au et des impuretés éventuelles avec une teneur totale ≤ 0.50%.
  • Avantageusement, selon une deuxième variante, l'alliage de platine est constitué, en poids, de 95.00 à 96.00% de Pt, de 3.00 à 4.85% de Ru, 0.05 et 1.00% de Ge, de 0.10 à 1.00% d'Au et des impuretés éventuelles avec une teneur totale ≤ 0.50%.
  • Avantageusement, selon une troisième variante, l'alliage de platine est constitué, en poids, de 95.00 à 96.00% de Pt, de 3.50 à 4.83% de Ru, 0.07 et 0.70% de Ge, de 0.10 à 0.70% d'Au et des impuretés éventuelles avec une teneur totale ≤ 0.50%.
  • Les alliages de platine selon invention trouvent une application particulière pour la réalisation d'un composant horloger et plus spécifiquement d'un composant horloger d'habillage tel qu'une carrure, un fond, une lunette, un poussoir, une couronne, un maillon de bracelet, un fermoir de bracelet, un cadran, une aiguille et un index de cadran. De manière générale, cet alliage peut être utilisé pour tout article et plus spécifiquement tout article décoratif, par exemple, dans le domaine de la bijouterie ou de la joaillerie.
  • L'alliage selon l'invention a une dureté HV2 comprise entre 140 et 230, et éventuellement entre 150 et 210 et un yellowness index Yi10° tel que défini ci-après compris entre 7 et 8.
  • Avantageusement, l'alliage selon l'invention a une structure monophasée de type cubique à face centrée, exempte de précipitation d'intermétalliques tels que GePt3, GePt2, Ge2Pt3, GePt, Ge3Pt2, GeRu.
  • Pour préparer l'alliage de platine selon l'invention, on procède de la façon suivante :
    • Les principaux éléments entrant dans la composition de l'alliage ont une pureté entre 999 et 999.9 pour mille et sont désoxydés.
    • On place les éléments de la composition de l'alliage dans un creuset que l'on chauffe jusqu'à fusion des éléments.
    • Le chauffage est réalisé dans un four à induction étanche sous pression partielle d'argon
    • L'alliage fondu est coulé dans une lingotière.
    • Après solidification, on fait éventuellement subir au lingot une trempe à l'eau.
    • Le lingot refroidi est ensuite laminé à froid puis recuit. Le taux d'écrouissage entre chaque recuit est de 40 à 80%.
    • Chaque recuit dure 20 à 120 minutes et se fait entre 900°C et 1100°C sous une atmosphère réductrice composée de H2 pur ou d'un mélange de H2 et N2.
    • Le refroidissement après les recuits se fait par une trempe à l'eau ou un refroidissement à l'air libre.
  • Les valeurs colorimétriques et la dureté de différents alliages selon l'invention préparés avec le procédé décrit ci-dessus sont données dans le tableau 1 avec un exemple comparatif. La composition de l'exemple comparatif N°1 est dépourvue de germanium et comporte de l'or et du ruthénium. Les échantillons N°2 à N°11 comportent de l'or et du germanium tandis que les échantillons N°12 et N°13 ne comportent pas d'or. Les mesures ont été réalisées sur des échantillons recuits et polis.
  • Les valeurs colorimétriques L*a*b* dans l'espace colorimétrique CIELAB (conforme aux normes CIE n°15, ISO 7724/1, DIN 5033 Teil 7, ASTM E-1164) ont été mesurées avec un spectrophotomètre KONICA MINOLTA CM-2600d avec un illuminant D65 et un angle d'observation de 10°. Le Yellowness index Yi10° qui est un indicateur de la blancheur de l'alliage a été calculé sur base des valeurs L*a*b* selon la norme ASTM E313. Plus cet index est bas, plus l'alliage est blanc.
  • On observe une augmentation significative et quasi linéaire de la dureté avec l'ajout de germanium dans les alliages N°2 à N°13 tout en maintenant un yellowness index similaire qui est compris dans l'intervalle 7 à 8. Les alliages selon l'invention ont une dureté comprise entre 150 et 196 HV2 par rapport à 138 HV2 pour l'alliage de référence N°1 sans germanium. L'addition d'une faible teneur de germanium avec une teneur de 0.1% en poids dans les alliages N°5 et 7 a déjà un effet significatif avec une valeur de dureté atteignant 150 HV2. Avec une addition de 0.5% en poids de germanium, la dureté monte à 196 HV2. On observe que l'ajout de germanium a un effet significatif sur la dureté que l'alliage comporte ou non de l'or.
    Figure imgb0001

Claims (18)

  1. Alliage de platine constitué, en poids, des éléments suivants :
    - 95.00 à 96.00% de Pt,
    - 1.00 à 4.95% de Ru,
    - 0.05 à 2.00% de Ge,
    - 0 à 2.00% d'Au,
    - les impuretés éventuelles avec une teneur totale ≤ 0.50%.
  2. Alliage de platine selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en Ru est comprise entre 2.00 et 4.95% en poids.
  3. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Ru est comprise entre 3.00 et 4.95% en poids.
  4. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Ru est comprise entre 3.50 et 4.80% en poids.
  5. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Ge est comprise entre 0.05 et 1.50% en poids.
  6. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Ge est comprise entre 0.05 et 1.00% en poids.
  7. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Ge est comprise entre 0.07 et 0.70% en poids.
  8. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Au est comprise entre 0.05 et 1.50% en poids.
  9. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Au est comprise entre 0.10 et 1.00% en poids.
  10. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en Au est comprise entre 0.10 et 0.70% en poids.
  11. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué, en poids, de 95.00 à 96.00% de Pt, de 2.00 à 4.90% de Ru, de 0.05 à 1.50% de Ge, de 0.05 à 1.50% d'Au et des impuretés éventuelles avec une teneur totale ≤ 0.50%.
  12. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué, en poids, de 95.00 à 96.00% de Pt, de 3.00 à 4.85% de Ru, 0.05 et 1.00% de Ge, de 0.10 à 1.00% d'Au et des impuretés éventuelles avec une teneur totale ≤ 0.50%.
  13. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué, en poids, de 95.00 à 96.00% de Pt, de 3.50 à 4.83% de Ru, 0.07 et 0.70% de Ge, de 0.10 à 0.70% d'Au et des impuretés éventuelles avec une teneur totale ≤ 0.50%.
  14. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé qu'il a une dureté HV2 comprise entre 140 et 230, de préférence entre 150 et 210 et un yellowness index Yi10° compris entre 7 et 8.
  15. Alliage de platine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa structure est monophasée de type cubique à face centrée, exempte de précipitation d'intermétalliques tels que GePt3, GePt2, Ge2Pt3, GePt, Ge3Pt2, GeRu.
  16. Article réalisé dans l'alliage de platine selon l'une des revendications précédentes.
  17. Article selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un article décoratif.
  18. Article selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un composant horloger choisi parmi le groupe comprenant une carrure, un fond, une lunette, un poussoir, une couronne, un maillon de bracelet, un fermoir de bracelet, un cadran, une aiguille et un index de cadran.
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