ES2697223T3 - Alloy for casting lost wax - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para colar a la cera perdida una aleación de plata que contiene germanio, comprendiendo dicha colada patrones unidos a un árbol, comprendiendo dicho procedimiento: fundir una aleación de plata-cobre-germanio que comprende o bien (a) además de impurezas el 93-95,5% en peso de plata, el 0,7-1,2% en peso de germanio, el 0,05-0,08% en peso de silicio y boro en una cantidad eficaz para conferir refinamiento del grano, el resto cobre, estando dicha aleación libre de zinc añadido o bien (b) el 95,84-96% en peso de plata, el 0,7-1,2% en peso de germanio, opcionalmente el 0,2-1,0% en peso de zinc, el 0,05-0,08% en peso de silicio y boro en una cantidad eficaz para conferir refinamiento del grano, el resto cobre; verter la aleación fundida en una envoltura fraguada hidráulicamente a base de aglutinante de yeso, y permitir que la envoltura y la aleación se enfríen; y recuperar una colada que tiene un aspecto plateado limpio cuando se retira de la envoltura, sustancialmente libre de grietas y sustancialmente libre de porosidad por contracción.A method for casting a germanium-containing silver alloy to the lost wax, said laundry comprising patterns attached to a tree, said method comprising: melting a silver-copper-germanium alloy comprising either (a) in addition to impurities the 93- 95.5% by weight of silver, 0.7-1.2% by weight of germanium, 0.05-0.08% by weight of silicon and boron in an amount effective to confer refinement of the grain, the rest copper, said zinc-free alloy being added or (b) 95.84-96% by weight of silver, 0.7-1.2% by weight of germanium, optionally 0.2-1.0% by weight of zinc, 0.05-0.08% by weight of silicon and boron in an amount effective to confer refinement of the grain, the remainder copper; pouring the molten alloy into a hydraulically set shell using gypsum binder, and allow the shell and alloy to cool; and recovering a laundry having a clean silver appearance when removed from the wrap, substantially free of cracks and substantially free of shrinkage porosity.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

ALEACIÓN PARA COLAR A LA CERA PERDIDAALLOY TO GLAD TO THE LOST WAX

Campo de la invenciónField of the invention

La presente invención se refiere a aleaciones de colada de plata, a una colada a la cera perdida usando las aleaciones y a artículos de colada a la cera perdida de las aleaciones.The present invention relates to silver casting alloys, to a lost wax casting using the alloys and casting articles to the lost wax of the alloys.

Antecedentes de la invenciónBACKGROUND OF THE INVENTION

Durante mucho tiempo se ha deseado producir coladas a la cera perdida en plata con un color vivo y brillante bruto de la colada.For a long time, it has been desired to produce castings of lost wax in silver with a bright and vivid color of the cast.

La colada a la cera perdida de plata esterlina y las aleaciones desox convencionales la revisa Jorg Fischer-Bühner, Advances in the Prevention of Investment Casting Defects Assisted by Computer Simulation, Simposio de Santa-Fe sobre la fabricación de joyas, 2010, cuyo contenido se incorpora en el presente documento como referencia.The lost-wax casting of sterling silver and conventional deoxy alloys is reviewed by Jorg Fischer-Bühner, Advances in the Prevention of Investment Casting Defects Assisted by Computer Simulation, Santa-Fe Symposium on the Manufacture of Jewelry, 2010, whose content is incorporated in this document as a reference.

Fischer-Buhner comentan¡ diversos componentes de aleación. El cobre sigue siendo la principal adición en variaciones de plata esterlina convencional a pesar de sus muchas desventajas. Acelera la decoloración superficial. Reduce el punto de fusión de la plata y conduce a un amplio intervalo de fusión, haciendo que la aleación sea intrínsecamente propensa a agrietamiento en caliente. Se oxida fácilmente, lo que conduce a capas de óxido en la superficie oscuras sobre árboles brutos de colada durante el enfriamiento en aire tras el vertido o durante el recalentamiento, por ejemplo para soldadura. También conduce a oxidación interna o subsuperficial que puede revelarse como “manchas por fuego” (áreas grises, azuladas o rojizas) sobre superficies acabadas. Se usa zinc hasta ~ 2,5% en peso. Disminuye la tensión superficial de la masa fundida, aumenta la fluidez y el llenado de formas y reduce la rugosidad de la superficie. Junto con el silicio, ayuda a evitar el desarrollo de capas de óxido de cobre oscuras y manchas por fuego. Sin embargo, la elevada presión de vapor del zinc puede conducir a pérdida de Zn por evaporación según las condiciones de fusión y a humos de zinc. Se usa silicio hasta ~ 0,2% en peso. Tiene mayor afinidad por el oxígeno que la plata, el cobre y el zinc y, por tanto, actúa como desoxidante de la aleación fundida, pero dependiendo del equipo y las condiciones del proceso también puede dar lugar a escoria en superficie. Evita la formación de capas de óxido de cobre oscuras mediante formación preferente de capas de óxido de silicio vivas y blancas sobre árboles brutos de colada. Como el zinc, aumenta la fluidez y ayuda al llenado de formas. También amplía el intervalo de fusión y tiende a segregar y formar fases de bajo punto de fusión a lo largo de los límites de grano, lo que conduce a un riesgo aumentado de agrietamiento en caliente. Si se usan en grandes cantidades, el silicio y el zinc pueden reducir la velocidad de decoloración superficial.Fischer-Buhner commented on various alloy components. Copper remains the main addition in variations of conventional sterling silver despite its many disadvantages. Accelerates surface discoloration. It reduces the melting point of silver and leads to a wide melting range, making the alloy intrinsically prone to hot cracking. It oxidizes easily, which leads to dark oxide layers on the surface of rough casting trees during cooling in air after pouring or during reheating, for example for welding. It also leads to internal or subsurface oxidation that may reveal itself as "fire stains" (gray, bluish or reddish areas) on finished surfaces. Zinc is used up to ~ 2.5% by weight. It reduces the surface tension of the melt, increases the fluidity and the filling of forms and reduces the roughness of the surface. Together with silicon, it helps prevent the development of dark copper oxide layers and fire stains. However, the high vapor pressure of zinc can lead to loss of Zn by evaporation depending on the melting conditions and zinc fumes. Silicon is used up to ~ 0.2% by weight. It has greater affinity for oxygen than silver, copper and zinc and, therefore, acts as a deoxidizer of the molten alloy, but depending on the equipment and the process conditions it can also lead to slag on the surface. It avoids the formation of dark copper oxide layers by preferential formation of live and white silicon oxide layers on raw cast trees. Like zinc, it increases fluidity and helps filling forms. It also extends the melting range and tends to segregate and form low melting point phases along the grain boundaries, which leads to an increased risk of hot cracking. If used in large quantities, silicon and zinc can reduce the rate of surface discoloration.

Un color de árbol bruto de colada vivo y brillante es a menudo una necesidad práctica, especialmente para empresas que llevan a cabo preengaste de gemas. En tales casos Fischer-Bühner considera actualmente que aleaciones con un nivel de silicio de medio a alto son la única elección segura. Aunque las capas de óxido de cobre oscuras sobre superficies de árbol bruto de colada obtenidas para aleaciones libres de silicio pueden retirarse mediante decapado, a veces son difíciles de retirar completamente debajo de las gemas. Un alto nivel de silicio proporciona el color de árbol bruto de colada más vivo en todas las condiciones de fabricación y el color de metal más blanco tras el acabado, haciéndolo particularmente atractivo para el preengaste de gemas. Además, la mayor fluidez de una aleación de este tipo permite menores temperaturas de la caja de moldear, lo que reduce el riesgo de dañar las gemas.A vivid and bright coarse color of the casting tree is often a practical necessity, especially for companies that carry out pre-wear of gems. In such cases Fischer-Bühner currently considers that alloys with a medium to high silicon level are the only safe choice. Although dark copper oxide layers on raw casting tree surfaces obtained for silicon-free alloys can be removed by pickling, they are sometimes difficult to completely remove under the gems. A high level of silicon gives the color of the most vivid casting tree in all manufacturing conditions and the whitest metal color after finishing, making it particularly attractive for the pre-wear of gems. In addition, the greater fluidity of an alloy of this type allows lower temperatures of the mold box, which reduces the risk of damaging the gems.

Dependiendo de la composición de la aleación, la viveza de los árboles brutos de colada también depende significativamente del procedimiento de enfriamiento de las cajas de moldear tras el vertido. Un procedimiento de enfriamiento convencional común consiste en retirar la caja de moldear de la cámara de caja de moldear ~ 1 min después del vertido seguido por enfriamiento en aire durante otros 10-20 min antes de extinguir. Para aleaciones libres de silicio, la superficie del árbol bruto de colada se cubre entonces mediante una capa de óxido de cobre de gris a oscura dependiendo de la temperatura de la caja de moldear. La oxidación puede reducirse drásticamente si una caja de moldear se mantiene durante un periodo prolongado (por ejemplo 3-5 min) en la cámara de caja de moldear a vacío o gas protector que a continuación va seguido por la retirada del caja de moldear de la máquina y extinción inmediata. En este caso sólo se observa una alteración del color ligeramente gris, a veces amarillenta y se evita la oxidación interna (subsuperficial) del cobre en la aleación que elimina manchas por fuego para aleaciones libres de Si y mejora significativamente la calidad de la chatarra. Para aleaciones que contienen Si, una modificación del procedimiento de este tipo no es significativa, puesto que la viveza del árbol bruto de colada no está afectada por diferentes procedimientos de enfriamiento de la caja de moldear. Sin embargo, un enfriamiento más protegido reduce el consumo de silicio y también mejora la calidad de la chatarra.Depending on the composition of the alloy, the liveliness of the gross casting trees also depends significantly on the cooling procedure of the mold boxes after pouring. A common conventional cooling procedure consists of removing the molding box from the mold box chamber ~ 1 min after pouring followed by cooling in air for another 10-20 min before extinguishing. For silicon-free alloys, the surface of the raw casting tree is then covered by a copper oxide layer from gray to dark depending on the temperature of the mold box. The oxidation can be drastically reduced if a molding box is kept for a prolonged period (for example 3-5 min) in the vacuum molding box or protective gas chamber which is then followed by removal of the molding box from the mold. machine and immediate extinction. In this case, only a slightly gray, sometimes yellowish color alteration is observed and internal oxidation (copper subsurface) in the alloy that eliminates fire stains for Si-free alloys and significantly improves the quality of the scrap is avoided. For alloys containing Si, a modification of the process of this type is not significant, since the liveliness of the raw casting tree is not affected by different cooling procedures of the mold box. However, a more protected cooling reduces the consumption of silicon and also improves the quality of the scrap.

Especialmente para aleaciones con un amplio intervalo de fusión, como todas las aleaciones de plata 925, el “agrietamiento en caliente” o “desgarro en caliente” puede ser un problema. El agrietamiento en caliente se produce principalmente cuando actúa tensión mecánica sobre el metal durante las fases finales de solidificación, por tanto, cuando sólo hay una pequeña cantidad de metal líquido que queda entre los granos en crecimiento. La contracción térmica del metal en solidificación acoplada con la expansión térmica del material de cera perdida (calentamiento hasta cuando está en contacto con el metal caliente) ejerce tensiones locales y desgarra el metal. Fischer-Buhner explica que las aleaciones que contienen silicio son más propensas a agrietamiento en caliente que las aleaciones libres de silicio. El riesgo algo aumentado de agrietamiento en caliente de aleaciones que contienen silicio en comparación con aleaciones libres de silicio puede entenderse teóricamente. El silicio tiende a segregarse en áreas de límites de granos durante la solidificación donde finalmente forma fases de baja fusión. Esto amplía el intervalo de fusión, desde una amplitud de normalmente ~120oC para aleaciones libres de silicio hasta ~150-170oC para niveles de silicio de medio a alto y también aumenta el tiempo de solidificación. Por ejemplo, un artículo que necesitaría 1,5 min para la finalización de la solidificación si se cuela en una aleación libre de silicio a una temperatura de la caja de moldear de 500°C necesita alrededor de 2,5 min si se cuela en una aleación con contenido en sillico de medio a alto. Por tanto, la zona de peligro (intervalo de temperatura y tiempo) durante la cual puede producirse agrietamiento en caliente se amplía para aleaciones que contienen silicio.Especially for alloys with a wide melting range, like all 925 silver alloys, "hot cracking" or "hot tearing" can be a problem. Hot cracking occurs mainly when mechanical tension acts on the metal during the final phases of solidification, therefore, when there is only a small amount of liquid metal remaining between the growing grains. The contraction The heat of the solidification metal coupled with the thermal expansion of the lost wax material (heating up when in contact with the hot metal) exerts local stresses and tears the metal. Fischer-Buhner explains that silicon-containing alloys are more prone to hot cracking than silicon-free alloys. The somewhat increased risk of hot cracking of silicon-containing alloys as compared to silicon-free alloys can theoretically be understood. Silicon tends to segregate in areas of grain boundaries during solidification where it eventually forms low melting phases. This extends the melting range, from an amplitude of typically ~ 120 ° C for silicon-free alloys to ~ 150-170 ° C for medium to high silicon levels and also increases the solidification time. For example, an article that would need 1.5 min for the completion of solidification if cast in a silicon-free alloy at a molding box temperature of 500 ° C needs about 2.5 min if it is cast in a alloy with a medium to high seat content. Therefore, the danger zone (temperature and time interval) during which hot cracking can occur is extended for silicon-containing alloys.

Las denominadas aleaciones de plata esterlina “des-ox” están disponibles, entre otros, de United Precious Metal Refining, Inc. (“UPM”) que reivindica en su página web que tiene los únicos granos de colada de plata esterlina desoxidados con silicio disponibles y que se dice que tienen las ventajas de capacidad de colada, porosidad reducida, ausencia de incrustaciones por fuego y resistencia a la decoloración superficial. Se describen aleaciones des-ox en dos patentes estadounidenses de UPM. El documento US-A-4793446 (Bernhard I) describe una composición de aleación de plata que consiste esencialmente en los elementos expuestos en la tabla más adelante. Una composición típica comprende el 92,5% en peso de plata, aproximadamente el 0,5% en peso de cobre, aproximadamente el 4,25% en peso de zinc, aproximadamente el 0,48% en peso de estaño, aproximadamente el 0,02% en peso de indio, aproximadamente el 1,25% en peso de una aleación de boro-cobre que contiene el 2% de boro y el 98% de cobre, y el 1% de una aleación de silicio-cobre que contiene aproximadamente el 10% de silicio y aproximadamente el 90% de cobre. Está presente plata en el porcentaje mínimo necesario para calificarse como o bien plata para monedas o bien plata esterlina, según sea apropiado. Se añade cobre (2,625% en peso) como agente de endurecimiento convencional para plata así como el principal agente portador para los demás materiales. Se añade zinc para reducir el punto de fusión de la aleación, para añadir blancura, para actuar como un sustituto de cobre, como desoxidante y para mejorar la fluidez de la aleación. Se añade estaño para proporcionar resistencia a la decoloración superficial, y por su efecto de endurecimiento. Se añade indio como agente de refinamiento del grano y para mejorar la capacidad de humectación de la aleación. El silicio (0,1% en peso) actúa como desoxidante que reduce la porosidad de la aleación recolada y tiene un ligero efecto de endurecimiento. Se añade boro para reducir la tensión superficial de la aleación fundida y para permitir que se mezcle de manera homogénea.The so-called "des-ox" sterling silver alloys are available, among others, from United Precious Metal Refining, Inc. ("UPM"), which claims on its website that it has the only available sterilized silver grains with silicon available and that it is said to have the advantages of casting capacity, reduced porosity, absence of incrustations by fire and resistance to surface discoloration. Des-ox alloys are described in two US patents of UPM. US-A-4793446 (Bernhard I) discloses a silver alloy composition consisting essentially of the elements set forth in the table below. A typical composition comprises 92.5% by weight of silver, about 0.5% by weight of copper, about 4.25% by weight of zinc, about 0.48% by weight of tin, about 0%. , 02% by weight of indium, approximately 1.25% by weight of a boron-copper alloy containing 2% boron and 98% copper, and 1% of a silicon-copper alloy containing about 10% silicon and about 90% copper. Silver is present in the minimum percentage necessary to qualify as either silver for coins or sterling silver, as appropriate. Copper (2.625% by weight) is added as a conventional hardening agent for silver as well as the main carrier agent for the other materials. Zinc is added to reduce the melting point of the alloy, to add whiteness, to act as a copper substitute, as a deoxidizer and to improve the fluidity of the alloy. Tin is added to provide resistance to surface discoloration, and for its hardening effect. Indian is added as a grain refining agent and to improve the wettability of the alloy. Silicon (0.1% by weight) acts as a deoxidizer which reduces the porosity of the recolated alloy and has a slight hardening effect. Boron is added to reduce the surface tension of the molten alloy and to allow it to mix homogeneously.

El documento US-A-5039479 (Bernhard II) describe una composición de metal maestra para elaborar aleaciones del tipo anterior, siendo el estaño aparentemente opcional. Una aleación usada como ejemplo de referencia en el documento EP-B-0752014 (Eccles I) y que se dice que se elabora según Bernhard II consiste en el 92,5% en peso de plata, el 3,29% en peso de cobre, el 3,75% en peso de zinc, el 0,25% en peso de indio, el 0,01% en peso de boro y el 0,2% en peso de silicio; es razonable concluir que este es un análisis de una aleación comercial de UPM.US-A-5039479 (Bernhard II) discloses a master metal composition for making alloys of the above type, tin being apparently optional. An alloy used as a reference example in EP-B-0752014 (Eccles I) and said to be made according to Bernhard II consists of 92.5% by weight of silver, 3.29% by weight of copper , 3.75% by weight of zinc, 0.25% by weight of indium, 0.01% by weight of boron and 0.2% by weight of silicon; it is reasonable to conclude that this is an analysis of a commercial alloy of UPM.

Como resultado de debates con Melvin Bernhard de UPM, Anthony Eccles de Apecs Investment Castings Pty Ltd desarrolló las aleaciones dadas a conocer en el documento EP-B-0752014 (Eccles I) como se expone en la tabla más adelante. Se dice que el zinc influye en el color de la aleación y actúa como agente reductor para óxidos de plata y cobre. Se dice que el silicio proporciona resistencia a las incrustaciones por fuego y para mantener buen color. Se dice que el germanio proporciona resistencia a las incrustaciones por fuego y propiedades de endurecimiento por trabajo y pueden proporcionarse indio y boro para la modificación de la reología, reducción de la tensión superficial y refinamiento del grano. En Eccles I se dice que una desventaja de las aleaciones en Bernhard I y Bernhard II es que presentan malas propiedades de endurecimiento por trabajo y no logran la resistencia mecánica de productos trabajados en plata esterlina tradicional. Muchos hallazgos de plata, por ejemplo, perlas, eslabones, amuletos, barras finales y similares se elaboran mediante colada a la cera perdida, y no se pretende que se trabajen después de que se hayan colado, de modo que la referencia al endurecimiento por trabajo en Eccles I desaconseja el uso de las aleaciones dadas a conocer para colar a la cera perdida. Lo mismo es cierto para muchos productos de joyería acabados elaborados mediante colada a la cera perdida, por ejemplo, anillos y pulseras.As a result of discussions with Melvin Bernhard of UPM, Anthony Eccles of Apecs Investment Castings Pty Ltd developed the alloys disclosed in EP-B-0752014 (Eccles I) as set forth in the table below. It is said that zinc influences the color of the alloy and acts as a reducing agent for silver and copper oxides. It is said that silicon provides resistance to fire incrustations and to maintain good color. It is said that germanium provides resistance to scale by fire and hardening properties by work and indium and boron can be provided for the modification of rheology, reduction of surface tension and grain refinement. In Eccles I it is said that one disadvantage of the alloys in Bernhard I and Bernhard II is that they have poor hardening properties and do not achieve the mechanical strength of products worked in traditional sterling silver. Many finds of silver, for example, pearls, links, amulets, end bars and the like are made by casting the lost wax, and are not intended to be worked after they have been cast, so the reference to work hardening in Eccles I discourages the use of the alloys given to know to strain the lost wax. The same is true for many finished jewelry products made by casting lost wax, for example, rings and bracelets.

El documento WO 96/22400 (Eccles II) da a conocer que en algunas aleaciones desox se desea un alto contenido en cobre por la capacidad de cobre para conferir dureza, y pretende producir aleaciones con alto contenido en cobre que presentan incrustaciones por fuego reducidas, porosidad y formación de óxidos reducidas y tamaño de grano reducido en relación con plata esterlina convencional. La disolución dada a conocer va a proporcionar aleaciones que tienen la composición general establecida en la tabla más adelante, estando constituyentes opcionales entre paréntesis. Se apreciará que la novedad esencial con respecto a Eccles I es la ausencia de zinc, aunque un alto contenido en estaño se considera aceptable. La memoria explica que aleaciones con alto contenido en cobre son propensas inherentemente a incrustaciones por fuego y que crear una plata esterlina con alto contenido en cobre, libre de incrustaciones por fuego fue inesperado. En particular, se encontró inesperadamente que la elección de aditivo desoxidante (silicio) proporcionó la facilidad de un alto contenido en cobre sin producción de incrustaciones por fuego significativa, mientras que los desoxidantes agresivos más comunes tales como zinc no. Se consideró la resistencia a las incrustaciones por fuego de particular importancia para el trabajo en caliente para conferir dureza y el uso de germanio como agente de aleación proporcionó aleaciones que son tanto resistentes a incrustaciones por fuego como endurecibles por trabajo y que eran más duras que las aleaciones de la técnica anterior debido a su elevado contenido en cobre. Los aditivos de modificación de la reología tales como indio y boro son componentes opcionales pero no se indicó la capacidad del boro de actuar como refinador del grano. Las realizaciones dadas a conocer fueron aleaciones de Ag-Cu-Ge-Si y Ag-Cu-Ge-Si-In y no hubo realización que contuviera boro. Sin embargo, las aleaciones de Eccles II nunca se desarrollaron para dar un producto comercial a pesar de sus propiedades aparentemente deseables, y se cree que un motivo principal es una propensión al desarrollo de grietas que habría impedido su uso para colar a la cera perdida y para los que ninguno de Bernhard I, Bernhard II, Eccles I y Eccles II da a conocer una solución. Además, no hay divulgación o sugerencia de que las aleaciones deban usarse para colar a la cera perdida y la mención repetida de formación de chapas, laminación y endurecimiento por trabajo desaconsejan el uso de estas aleaciones para ese fin.WO 96/22400 (Eccles II) discloses that in some desox alloys a high copper content is desired for the copper capacity to confer hardness, and it is intended to produce alloys with a high copper content which have reduced fire incrustations, porosity and formation of reduced oxides and reduced grain size in relation to conventional sterling silver. The disclosed solution will provide alloys having the general composition set forth in the table below, with optional constituents being in parentheses. It will be appreciated that the essential novelty with respect to Eccles I is the absence of zinc, although a high tin content is considered acceptable. The report explains that alloys with high copper content are inherently prone to fire incrustations and that creating a sterling silver with high copper content, free of scale by fire was unexpected. In particular, it was unexpectedly found that the choice of deoxidizing additive (silicon) provided the ease of a high copper content without significant fire incrustation production, while the more common aggressive deoxidizers such as zinc did not. Fire resistance was considered particularly important for hot working to confer hardness and the use of germanium as an alloying agent provided alloys that are both resistant to scale by Fire as hardenable by work and which were harder than the alloys of the prior art due to their high copper content. Rheology modification additives such as indium and boron are optional components but the ability of boron to act as a grain refiner was not indicated. The disclosed embodiments were alloys of Ag-Cu-Ge-Si and Ag-Cu-Ge-Si-In and there was no embodiment containing boron. However, Eccles II alloys were never developed to give a commercial product despite its seemingly desirable properties, and it is believed that a major motive is a propensity to develop cracks that would have prevented its use to strain the lost wax and for which none of Bernhard I, Bernhard II, Eccles I and Eccles II discloses a solution. In addition, there is no disclosure or suggestion that alloys should be used for casting lost wax and repeated mention of sheeting, rolling and work hardening discourage the use of these alloys for that purpose.

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La patente GB-B-2255348 (Rateau, Albert y Johns; Metaleurop Recherche) da a conocer una aleación de plata que mantiene las propiedades de dureza y lustre inherentes en aleaciones de Ag-Cu mientras se reducen problemas que resultan de la tendencia del contenido en cobre a oxidarse. Las aleaciones son aleaciones de Ag-Cu-Ge ternarias que contienen al menos el 92,5% en peso de Ag, el 0,5-3% en peso de Ge y el resto, además de impurezas, cobre. Las aleaciones son inoxidables en aire ambiental durante operaciones convencionales de producción, transformación y acabado, son fácilmente deformables cuando están frías, se latonan fácilmente y se dice que no dan lugar a contracción significativa en la colada. También presentan superior ductilidad y resistencia a la tracción. El germanio ejerce una función protectora que es responsable de la combinación ventajosa de propiedades presentadas por las nuevas aleaciones, y está en disolución sólida tanto en las fases de plata como de cobre. Se dice que la microestructura de la aleación está constituida por dos fases, una disolución sólida de germanio y cobre en plata rodeada por una disolución sólida filamentosa de germanio y plata y cobre que contiene por sí misma unas pocas fases dispersas de Cu-Ge intermetálicas. El germanio en la fase rica en cobre inhibe la oxidación superficial de esa fase formando un recubrimiento protector de GeO y/o GeO2 delgado que evita manchas por fuego durante el latonado y recocido a la llama. Además, el desarrollo de decoloración superficial se retarda de manera apreciable mediante la adición de germanio, volviéndose la superficie ligeramente amarilla en lugar de negra y retirándose fácilmente los productos de decoloración superficial mediante agua del grifo normal. La aleación es útil, entre otros, en joyería y artesanía en plata. Se sometieron a prueba agentes de refinamiento del grano convencionales, siendo los materiales específicos evaluados o sugeridos oro, níquel, manganeso o platino. No se notificó colada a la cera perdida de la aleación.GB-B-2255348 (Rateau, Albert and Johns, Metaleurop Recherche) discloses a silver alloy that maintains the inherent hardness and luster properties of Ag-Cu alloys while reducing problems resulting from the tendency of the content in copper to oxidize. The alloys are ternary Ag-Cu-Ge alloys containing at least 92.5% by weight of Ag, 0.5-3% by weight of Ge and the remainder, in addition to impurities, copper. The alloys are stainless in ambient air during conventional operations of production, transformation and finishing, are easily deformable when cold, are easily brazed and are said to not give rise to significant shrinkage in the casting. They also have superior ductility and tensile strength. Germanium exerts a protective function that is responsible for the advantageous combination of properties presented by the new alloys, and is in solid solution in both the silver and copper phases. It is said that the microstructure of the alloy is constituted by two phases, a solid solution of germanium and copper in silver surrounded by a solid filament solution of germanium and silver and copper that contains by itself a few dispersed intermetallic Cu-Ge phases. The germanium in the copper-rich phase inhibits the surface oxidation of that phase forming a protective coating of GeO and / or GeO 2 thin that prevents staining by fire during the brass and annealing to the flame. In addition, the development of surface discoloration is appreciably delayed by the addition of germanium, the surface becoming slightly yellow instead of black and the surface discoloration products being easily removed by normal tap water. The alloy is useful, among others, in jewelry and silver crafts. Conventional grain refining agents were tested, with the specific materials evaluated or suggested gold, nickel, manganese or platinum. No loss of the lost wax of the alloy was reported.

El documento US-A-6168071 (Johns) describe y reivindica, entre otros, una aleación de plata/germanio que tiene un contenido en Ag de al menos el 77% en peso, un contenido en Ge de entre el 0,5 y el 3% en peso, siendo el resto cobre además de cualquier impureza, aleación que contiene boro como refinador del grano a una concentración de hasta aproximadamente 20 partes por millón. El boro se proporciona como una aleación de cobre-boro, por ejemplo, que contiene el 2% en peso de boro y confiere mayor resistencia y ductilidad a la aleación y que permite que se obtengan juntas fuertes y estéticamente agradables usando soldadura por resistencia o por láser. Se explicó que las aleaciones de plata de refinamiento del grano habían demostrado ser difíciles y que un experto habitual en la técnica no habría considerado previamente boro con este fin, y que es eficaz para inhibir el crecimiento del grano incluso a temperaturas de soldadura. De nuevo, no se notificó colada a la cera perdida de la aleación.US-A-6168071 (Johns) describes and claims, among others, a silver / germanium alloy having an Ag content of at least 77% by weight, a Ge content of between 0.5 and 3% by weight, the remainder being copper in addition to any impurity, alloy containing boron as refiner of the grain at a concentration of up to about 20 parts per million. Boron is provided as a copper-boron alloy, for example, which contains 2% by weight of boron and confers greater strength and ductility to the alloy and which allows strong and aesthetically pleasing joints to be obtained using resistance welding or by To be. It was explained that silver refinement alloys of the grain had proved difficult and that one of ordinary skill in the art would not have previously considered boron for this purpose, and that it is effective in inhibiting grain growth even at welding temperatures. Again, the cast wax lost from the alloy was not reported.

El documento EP-B-1631692 da a conocer una aleación ternaria resistente a la decoloración superficial y a las manchas por fuego de plata, cobre y germanio que contiene desde más del 93,5% en peso hasta el 95,5% en peso de Ag, desde el 0,5 hasta el 3% en peso de Ge y el resto, además de componentes secundarios (si los hubiera), impurezas y refinador del grano, cobre. Se notifica colada a la cera perdida de la tira y se dice que la tira está libre de defectos cortos en caliente (agrietamiento). El aspecto de la tira como colada no se evaluó.EP-B-1631692 discloses a ternary alloy resistant to surface discoloration and fire stains of silver, copper and germanium containing from more than 93.5% by weight to 95.5% by weight of Ag , from 0.5 to 3% by weight of Ge and the rest, in addition to secondary components (if any), impurities and grain refiner, copper. Casting is reported to the lost wax of the strip and the strip is said to be free of short hot defects (cracking). The appearance of the strip as a cast was not evaluated.

El documento GB2426250 (Johns) da a conocer una aleación de plata que comprende el 92,5 - 97% en peso de Ag, el 1-4,5% en peso de Cu, el 0,4-4% en peso Zn, el 0,8-1,5% en peso Ge, del 0 al 0,2% en peso de Si, In o Sn y el 0-0,2% en peso de Mn, siendo el resto boro como refinador del grano, componentes secundarios e impurezas. Alternativamente, puede estar presente silicio desde el 0,05 - 2% en peso. Dicha aleación comprende preferiblemente boro como refinador del grano añadido como boruro de cobre o como hidruro de cobre, por ejemplo borohidruro de sodio. En un ejemplo, una aleación que comprende el 94,7% en peso de Ag, el 1,2% en peso de Ge, el 3,9% en peso de Cu y el 0,2% en peso de Si junto con por ejemplo 80 ppm de boro se convierte en aglomerados de colada que vuelven a fundirse y usarse para colar a la cera perdida usando una envoltura unida a sulfato de calcio. La colada producía tenía un acabado plateado mate, podía pulirse fácilmente y daba productos que presentaban excelente dureza y resistencia a manchas por fuego. Se encuentran ejemplos similares en los documentos GB-A-2438045 (Johns), US 2008/069722 (Johns) y US 2008/078484 (Johns).GB2426250 (Johns) discloses a silver alloy comprising 92.5-97% by weight of Ag, 1-4.5% by weight of Cu, 0.4-4% by weight Zn, 0.8-1.5% by weight Ge, from 0 to 0.2% by weight of Si, In or Sn and 0-0.2% by weight of Mn, the rest being boron as refiner of the grain, secondary components and impurities. Alternatively, silicon may be present from 0.05-2% by weight. Said alloy preferably comprises boron as a refiner of the added grain as copper boride or as copper hydride, for example sodium borohydride. In one example, an alloy comprising 94.7% by weight of Ag, 1.2% by weight of Ge, 3.9% by weight of Cu and 0.2% by weight of Si together with example 80 ppm of boron becomes agglomerates of castings that are re-melted and used to strain the lost wax using an envelope bound to calcium sulfate. The cast produced had a matte silver finish, could be easily polished and gave products that had excellent hardness and resistance to fire stains. Similar examples are found in GB-A-2438045 (Johns), US 2008/069722 (Johns) and US 2008/078484 (Johns).

Sumario de la invenciónSummary of the invention

Las aleaciones de AgCuGe del tipo descrito anteriormente han sido útiles en colada continua y para la producción de objetos forjados a partir de la chapa, tira, tubo o similares resultantes, pero su rendimiento como aleaciones de colada a la cera perdida ha sido menos bueno debido a alteración del color que surge durante la colada a la cera perdida. Los artículos de estas aleaciones, cuando se retiran de la envoltura, han presentado una alteración del color significativa que ha requerido procesamiento prolongado para la retirada.AgCuGe alloys of the type described above have been useful in continuous casting and for the production of forged articles from the resulting sheet, strip, tube or the like, but their performance as casting alloys to the lost wax has been less good because to alteration of the color that arises during the casting to the lost wax. The articles of these alloys, when removed from the wrap, have exhibited a significant color alteration that has required prolonged processing for removal.

Ahora se ha encontrado que la adición de silicio a las aleaciones evita en gran medida o completamente tal alteración del color y también defectos de agrietamiento y no da lugar al agrietamiento y otros problemas de procesamiento asociados con aleaciones convencionales que contienen silicio cuando se usan en colada a la cera perdida.It has now been found that the addition of silicon to the alloys largely or completely prevents such color alteration and also cracking defects and does not result in cracking and other processing problems associated with conventional silicon-containing alloys when used in laundry. to the lost wax.

La invención proporciona un procedimiento para colar a la cera perdida una aleación de plata que contiene germanio, comprendiendo dicha colada patrones unidos a un árbol, siendo dicho procedimiento tal como se define en la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas.The invention provides a process for casting a germanium-containing silver alloy to the lost wax, said laundry comprising patterns attached to a shaft, said process being as defined in claim 1 of the appended claims.

Breve descripción de los dibujosBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

En los dibujos adjuntos se ilustran pruebas para determinar el agrietamiento durante la colada a la cera perdida, en los que la figura 1 es un diagrama que representa una colada de prueba de aleación para mostrar el rendimiento de la aleación en la colada a la cera perdida de anillos, y las figuras 2-4 son micrografías que muestran secciones del anillo de colada en la posición 7 en la figura 1.The accompanying drawings illustrate tests for determining cracking during lost-wax casting, in which Figure 1 is a diagram representing an alloy test casting to show the performance of the lost-wax casting of rings, and Figures 2-4 are micrographs showing sections of the casting ring in position 7 in Figure 1.

Descripción de realizaciones preferidasDescription of preferred embodiments

Colada a la cera perdidaLost wax casting

El procedimiento general para elaborar moldes de envoltura sólidos en la industria de joyería implica unir patrones que tienen configuraciones de las coladas de metal deseadas a un sistema de canal de colada para formar una disposición o “árbol”. Los patrones y sistema de canal de colada pueden estar hechos de cera, plásticos u otro material fungible. Para formar el molde, la disposición o árbol que consiste en el patrón o patrones unidos al sistema de canal de colada se colocan en un caja de moldear que se llena con una suspensión de envoltura refractaria que se permite que se endurezca en el caja de moldear alrededor del árbol o disponerse para formar el molde. Después de que se endurezca la suspensión de envoltura, los patrones se funden fuera del molde mediante calentamiento en un horno, estufa o autoclave. Entonces se quema el molde hasta una temperatura elevada para retirar agua y eliminar por quemado cualquier material de patrón residual en las cavidades de colada.The general procedure for making solid wrap molds in the jewelry industry involves joining patterns having configurations of the desired metal castings to a casting channel system to form an arrangement or "tree". The patterns and casting system can be made of wax, plastics or other fungible material. To form the mold, the arrangement or tree consisting of the pattern or patterns attached to the casting system are placed in a molding box that is filled with a refractory wrap suspension that is allowed to harden in the molding box around the tree or be arranged to form the mold. After the wrapping suspension hardens, the patterns melt out of the mold by heating in an oven, stove or autoclave. The mold is then burned to an elevated temperature to remove water and burn-off any residual pattern material in the pouring cavities.

Tienen lugar reacciones específicas con una envoltura unida a sulfato de calcio durante el quemado. Después de eliminar la cera, cuando la temperatura de la caja de moldear se eleva por encima de 100°C (212°F), se evapora agua libre y el yeso (CaSO4.2H2O) comienza a perder su agua de hidratación. Sin embargo, la transformación completa de yeso en la forma anhidra de sulfato de calcio (anhidrita) se produce a lo largo de un amplio intervalo de temperatura, a través de transformaciones complejas de la red cristalina. Estas transformaciones tienen lugar con una contracción del volumen considerable, que es particularmente intensa a 300-450°C (572-842°F). Si fuera a usarse yeso solo para producir una envoltura para fundición a la cera perdida, los moldes se agrietarían durante el servicio y también producirían coladas mucho menores que los patrones originales. Se usa sílice para compensar esta contracción del yeso y para regular la expansión térmica del molde. Existe sílice en varias formas cristalinas, y dos de ellas se usan en la producción de polvos de envoltura. El cuarzo es la forma más fácilmente disponible y su conversión desde las formas cristalinas a hasta b está acompañada por un aumento en el volumen a alrededor de 570°C (1058°F). La cristobalita es el otro constituyente principal del polvo de envoltura y esta forma de sílice también experimenta un aumento significativo en el volumen a medida que se transforma desde su estructura cristalina a hasta b a alrededor de 270°C (518°F). Por tanto, estas dos formas alotrópicas de sílice se usan para anular el efecto de contracción del aglutinante de yeso.Specific reactions take place with an envelope bound to calcium sulfate during burning. After removing the wax, when the temperature of the mold box rises above 100 ° C (212 ° F), free water evaporates and the gypsum (CaSO4.2H2O) begins to lose its water of hydration. However, the complete transformation of gypsum into the anhydrous form of calcium sulfate (anhydrite) occurs over a wide temperature range, through complex transformations of the crystal lattice. These transformations take place with a contraction of considerable volume, which is particularly intense at 300-450 ° C (572-842 ° F). If plaster were to be used only to produce a casket for lost wax casting, the molds would crack during service and also produce much smaller castings than the original patterns. Silica is used to compensate for this contraction of the gypsum and to regulate the thermal expansion of the mold. There is silica in various crystalline forms, and two of them are used in the production of wrapping powders. Quartz is the most readily available form and its conversion from crystalline forms to b is accompanied by an increase in volume at about 570 ° C (1058 ° F). The cristobalite is the other major constituent of the casing powder and this form of silica also experiences a significant increase in volume as it transforms from its crystalline structure to b up to around 270 ° C (518 ° F). Therefore, these two allotropic forms of silica are used to cancel out the contraction effect of the gypsum binder.

Las formulaciones de envoltura convencionales usadas para moldes no ferrosos están compuestas por un aglutinante y un material refractario constituido por una combinación de partículas finas y gruesas. Habitualmente, un material refractario típico es completamente o al menos en parte sílice, tal como cuarzo, cristabolita o tridimita. Otros materiales refractarios tales como mullita calcinada y pirofilita también pueden usarse como parte del material refractario. Se usa casi de manera universal polvo de yeso (sulfato de calcio hemihidratado) como aglutinante para moldes previstos para colar oro, plata y otros metales y aleaciones que tienen puntos de fusión relativamente bajos. El estado de la técnica anterior a esta invención se revisa en el artículo de Jorg Fischer-Buhner comentado anteriormente. Se apreciará que las condiciones para la colada a la cera perdida difieren significativamente de las condiciones para colada continua, por ejemplo, para la fabricación de varillas, barras, tubos, tiras y secciones en donde no se usa envoltura y la colada va seguida rápidamente por extinción con agua. Una indicación en una referencia de la técnica anterior de que una aleación es adecuada para colar no debe interpretarse que significa que es adecuada para todas las formas de colada. En particular, tal como se comentó anteriormente, la aleación puede tener un buen rendimiento en colada continua pero puede tener un mal rendimiento en colada a la cera perdida, tal como se indicó anteriormente.Conventional wrap formulations used for non-ferrous molds are composed of a binder and a refractory material consisting of a combination of fine and coarse particles. Typically, a typical refractory material is completely or at least partially silica, such as quartz, crystalbolite or tridymite. Other refractory materials such as calcined mullite and pyrophyllite can also be used as part of the refractory material. Gypsum powder (calcium sulfate hemihydrate) is almost universally used as a binder for molds intended for casting gold, silver and other metals and alloys having relatively low melting points. The state of the art prior to this invention is reviewed in the article by Jorg Fischer-Buhner commented previously. It will be appreciated that the conditions for casting lost wax differ significantly from the conditions for continuous casting, for example, for the manufacture of rods, bars, tubes, strips and sections where wrapping is not used and the laundry is quickly followed by extinction with water. An indication in a prior art reference that an alloy is suitable for casting should not be interpreted to mean that it is suitable for all forms of casting. In particular, as discussed above, the alloy can have a good performance in continuous casting but can have a poor performance in casting the lost wax, as indicated above.

PlataSilver

Las realizaciones de la presente aleación tienen un contenido en plata que cumple con las normas para plata esterlina y de Britania.The embodiments of the present alloy have a silver content that complies with the standards for sterling silver and Britannia.

La plata esterlina tiene un contenido en plata mínimo del 92,5% en peso. Sin embargo, las realizaciones tienen un contenido en plata del 93 - 95,5% en peso, por ejemplo aproximadamente el 93,5% en peso o más, creyéndose que la aparición de reducción en la elución de cobre en comparación con la de aleaciones 925 está en el intervalo del 93,0-93,5% en peso de Ag.Sterling silver has a minimum silver content of 92.5% by weight. However, the embodiments have a silver content of 93-95.5% by weight, for example about 93.5% by weight or more, it being believed that the appearance of reduction in copper elution compared with that of alloys 925 is in the range of 93.0-93.5% by weight of Ag.

Un motivo por el cual es factible reducir el contenido en cobre de la aleación para mejorar las propiedades físicas y reducir la elución de cobre en comparación con aleaciones de plata 925 convencionales es debido a las propiedades de endurecimiento únicas del sistema de AgCuGe. El endurecimiento puede producirse o bien mediante enfriamiento lento solo o mediante cocción a baja temperatura, lo que es ventajoso porque la extinción de cualquier aleación de plata calentada al rojo en agua fría conducirá siempre a agrietamiento y fallo de juntas de soldadura. Se ha observado una diferencia sorprendente en las propiedades entre aleaciones de plata esterlina convencionales y otras aleaciones de plata de la familia de Ag-Cu por un lado, y aleaciones de plata de la familia de Ag-Cu-Ge por otro lado. El enfriamiento gradual de, por ejemplo, las aleaciones de tipo esterlina binarias da como resultado precipitados gruesos y poco endurecimiento por precipitación, mientras que el enfriamiento gradual de aleaciones de Ag-Cu-Ge que contienen opcionalmente componentes secundarios da como resultado precipitados finos y endurecimiento por precipitación útil, especialmente en aquellas realizaciones en las que la aleación de plata contiene una cantidad eficaz de refinador del grano, por ejemplo, boro.One reason why it is feasible to reduce the copper content of the alloy to improve physical properties and reduce copper elution compared to conventional 925 silver alloys is due to the unique hardening properties of the AgCuGe system. Hardening can occur either by slow cooling alone or by cooking at low temperature, which is advantageous because the quenching of any silver alloy heated to red in cold water will always lead to cracking and failure of weld joints. A striking difference has been observed in the properties between conventional sterling silver alloys and other silver alloys of the Ag-Cu family on the one hand, and silver alloys of the Ag-Cu-Ge family on the other hand. The gradual cooling of, for example, binary-type sterile alloys results in coarse precipitates and little precipitation hardening, while the gradual cooling of Ag-Cu-Ge alloys optionally containing secondary components results in fine precipitates and hardening by useful precipitation, especially in those embodiments in which the silver alloy contains an effective amount of grain refiner, for example, boron.

Pruebas experimentales han demostrado que las aleaciones de Ag-Cu-Ge de contenido en Ag del 93,5% en peso y más se endurecen por precipitación tras enfriamiento desde una temperatura de fusión o recocido por cocción a por ejemplo 200°C-400°C y que cocer la aleación puede lograr una dureza de 65 o más, preferiblemente 70 HV o más y todavía más preferiblemente 75 HV o más, lo que es igual a o superior a la dureza de la plata esterlina convencional usada para elaborar joyería y otros artículos de plata. Estas propiedades ventajosas se cree que son el resultado de la combinación de Cu y Ge en la aleación de plata y son independientes de la presencia y las cantidades de Zn u otros componentes para aleación secundarios.Experimental tests have shown that Ag-Cu-Ge alloys of Ag content of 93.5% by weight and more are hardened by precipitation after cooling from a melting or annealing temperature by baking to for example 200 ° C-400 ° C and that firing the alloy can achieve a hardness of 65 or more, preferably 70 HV or more and still more preferably 75 HV or more, which is equal to or greater than the hardness of conventional sterling silver used to make jewelry and other articles silver. These advantageous properties are believed to be the result of the combination of Cu and Ge in the silver alloy and are independent of the presence and amounts of Zn or other secondary alloying components.

La adición de germanio a plata esterlina cambia la conductividad térmica de la aleación en comparación con plata esterlina convencional. La International Annealed Cooper Scale (IACS) es una medida de la conductividad en metales. En esta escala el valor del cobre es del 100%, la plata pura es del 106% y la plata esterlina convencional del 96%, mientras que una aleación esterlina que contiene el 1,1% de germanio tiene una conductividad del 65%. La importancia es que la plata esterlina y otras aleaciones de plata que contienen germanio no disipan el calor tan rápidamente como la plata esterlina convencional o sus equivalentes que no contienen germanio, una pieza tardará más en enfriarse, y el endurecimiento por precipitación hasta un nivel comercialmente útil (por ejemplo hasta aproximadamente una dureza Vickers de 70 o más, preferiblemente hasta una dureza Vickers de 110 o más, más preferiblemente hasta 115 o más) puede tener lugar durante el enfriamiento con aire natural o durante el enfriamiento con aire controlado lento. La aleación de plata de Ag 973 partes por mil y que contiene aproximadamente el 1,0% en peso de Ge, el resto cobre, se ha endurecido ventajosamente por precipitación mediante enfriamiento con aire gradual desde una temperatura de recocido, y se cree que las aleaciones de Ag-Cu-Ge con un contenido en plata por encima de este nivel también pueden endurecerse por precipitación, y esta propiedad se conserva tras la incorporación de silicio.The addition of germanium to sterling silver changes the thermal conductivity of the alloy compared to conventional sterling silver. The International Annealed Cooper Scale (IACS) is a measure of conductivity in metals. On this scale the value of copper is 100%, pure silver is 106% and conventional sterling silver is 96%, while a sterling alloy containing 1.1% germanium has a conductivity of 65%. The importance is that sterling silver and other germanium-containing silver alloys do not dissipate heat as quickly as conventional sterling silver or its germanium-free equivalents, a piece will take longer to cool, and hardening by precipitation to a commercial level useful (for example up to about a Vickers hardness of 70 or more, preferably up to a Vickers hardness of 110 or more, more preferably up to 115 or more) may take place during cooling with natural air or during cooling with slow controlled air. The silver alloy of Ag 973 parts per thousand and containing about 1.0% by weight of Ge, the copper moiety, has been advantageously hardened by precipitation by gradual air cooling from an annealing temperature, and it is believed that the Ag-Cu-Ge alloys with a silver content above this level can also be hardened by precipitation, and this property is retained after incorporation of silicon.

El beneficio de no tener que extinguir para lograr el efecto de endurecimiento es una ventaja principal de las presentes aleaciones de plata. Hay muy pocas veces en la producción práctica en las que un platero puede extinguir con seguridad una pieza de trabajo prácticamente acabado. El riesgo de distorsión y daño a las juntas soldadas cuando se extingue desde una temperatura elevada haría que el procedimiento no fuera viable comercialmente. De hecho, la plata esterlina convencional también puede endurecerse por precipitación pero sólo con extinción desde la temperatura de recocido y éste es un motivo por el que no se usa endurecimiento por precipitación para la plata esterlina.The benefit of not having to extinguish to achieve the hardening effect is a major advantage of the present silver alloys. There are very few times in the practical production in which a silversmith can safely extinguish a practically finished work piece. The risk of distortion and damage to welded joints when extinguished from a high temperature would make the process commercially unviable. In fact, conventional sterling silver can also be hardened by precipitation but only with extinction from the annealing temperature and this is one reason why precipitation hardening is not used for sterling silver.

Con el fin de distinguir las operaciones de recocido y endurecimiento por precipitación (que son consideradas distintas por los plateros), las temperaturas de recocido pueden definirse como temperaturas por encima de 500°C, mientras que las temperaturas de endurecimiento por precipitación puede definirse que están en el intervalo de 150°C - 400°C, permitiendo el valor inferior de 150°C que realizaciones de las aleaciones de la invención se endurezcan por precipitación en un horno doméstico. El recocido tiene lugar generalmente durante un periodo de tiempo relativamente corto (de aproximadamente 45 minutos máximo, a temperaturas por encima de 500°C) y está diseñado para recristalizar la estructura de aleación de metal trabajada para permitir que tengan lugar operaciones de trabajo adicionales. El endurecimiento por precipitación tiene lugar durante tiempos más largos (2-3 horas a la temperatura inferior) y está diseñado para aumentar la dureza de la aleación de metal alterando la solubilidad sólida de una fase secundaria presente en la aleación.In order to distinguish annealing and precipitation hardening operations (which are considered different by silversmiths), annealing temperatures can be defined as temperatures above 500 ° C, while precipitation hardening temperatures can be defined as being in the range of 150 ° C - 400 ° C, the lower value of 150 ° C allowing embodiments of the alloys of the invention to be harden by precipitation in a domestic furnace. Annealing generally takes place over a relatively short period of time (approximately 45 minutes maximum, at temperatures above 500 ° C) and is designed to recrystallize the worked metal alloy structure to allow additional work operations to take place. The precipitation hardening takes place over longer times (2-3 hours at the lower temperature) and is designed to increase the hardness of the metal alloy by altering the solid solubility of a secondary phase present in the alloy.

Realizaciones adicionales de la presente aleación son de plata de Britania que tiene un contenido en plata mínimo del 95,84% en peso, y tendrá normalmente un contenido en plata del 96% en peso. Tales aleaciones conservan la capacidad de endurecerse por precipitación tal como se describió anteriormente. También se contempla un contenido en plata en el intervalo del 96 - 97,2% en peso.Further embodiments of the present alloy are of Britania silver having a minimum silver content of 95.84% by weight, and will normally have a silver content of 96% by weight. Such alloys retain the ability to harden by precipitation as described above. A silver content in the range of 96-97.2% by weight is also contemplated.

GermanioGermanium

Las realizaciones de la presente aleación tienen un contenido en germanio del 0,7-1,2% en peso. Las realizaciones de la aleación 935 y aleación 960 pueden tener un contenido en germanio del 0,7% en peso, pero puede obtenerse una resistencia a la decoloración superficial y un rendimiento mejorados por ejemplo en la aleación 935 a un contenido en germanio del 1,0-1,2% en peso, por ejemplo del 1,1% en peso.Embodiments of the present alloy have a germanium content of 0.7-1.2% by weight. The embodiments of alloy 935 and alloy 960 can have a germanium content of 0.7% by weight, but improved surface discoloration resistance and performance can be obtained for example in alloy 935 at a germanium content of 1, 0-1.2% by weight, for example 1.1% by weight.

SilicioSilicon

Puede añadirse silicio en cantidades del 0,05 - 0,08% en peso con un valor de referencia del 0,07% en peso (700 ppm) y puede añadirse como una aleación de CuSi que contiene, por ejemplo, el 10-30% en peso de Si. En una aleación en la que está presente germanio, por ejemplo, en al menos cantidades iguales es totalmente compatible con el germanio de modo que los dos elementos (que son ambos metaloides en el grupo IV de la tabla periódica) forman fase(s) individual(es) y la tendencia del silicio a migrar hasta los límites de grano se reduce o elimina. En consecuencia pueden obtenerse las ventajas que surgen de la incorporación de silicio en cuanto a desoxidación y formación de coladas vivas y el agrietamiento y otros problemas asociados con aleaciones de plata que contienen silicio convencionales no aparecen o se alivian significativamente. En las realizaciones el % en peso de silicio es < 20% del % en peso de germanio, por ejemplo < 10% del peso del germanio, por ejemplo, aproximadamente el 10% del peso del germanio.Silicon can be added in amounts of 0.05 - 0.08% by weight with a reference value of 0.07% by weight (700 ppm) and can be added as a CuSi alloy containing, for example, 10-30 % by weight of Si. In an alloy in which germanium is present, for example, in at least equal amounts it is fully compatible with germanium so that the two elements (which are both metalloids in group IV of the periodic table) form individual phase (s) (en) and the tendency of silicon to migrate to grain boundaries is reduced or eliminated. Accordingly, the advantages arising from the incorporation of silicon in deoxidation and formation of living castings can be obtained and the cracking and other problems associated with conventional silicon-containing silver alloys do not appear or are significantly alleviated. In embodiments, the wt% of silicon is <20% wt% of germanium, for example <10 wt% of germanium, for example, about 10% of the weight of germanium.

BoroBoron

El uso de boro como refinador del grano es una necesidad práctica cuando se realiza colada a la cera perdida de plata que tiene un contenido en germanio apreciable. Se introduce ventajosamente en el momento de la fabricación del grano de colada que tiene entonces el contenido en boro necesario para el refinamiento del grano tras volver a fundir y colar a la cera perdida.The use of boron as refiner of the grain is a practical necessity when casting the lost wax of silver having an appreciable germanium content. It is advantageously introduced at the time of manufacture of the casting grain which then has the boron content necessary for refining the grain after remelting and casting the lost wax.

Un método convencional de introducción de boro en una aleación de metal precioso o aleación maestra es a través del uso de la aleación maestra del 98% en peso de Cu, el 2% en peso de B. Muchos fabricantes han podido usar esa aleación sin dificultad pero otros han comunicado que introduce puntos duros en los productos. Estos puntos duros se cree que son partículas de CuB22 que no están en fase de equilibrio que se forman en cobre saturado con boro cuando se enfría desde la fase líquida hasta la fase sólida. Los puntos duros pueden no detectarse hasta que la aleación para joyería de metal precioso se haya pulido y examinado dando como resultado costes innecesarios para el procesamiento de un producto insatisfactorio en última instancia.A conventional method of introducing boron into a precious metal alloy or master alloy is through the use of the master alloy of 98% by weight of Cu, 2% by weight of B. Many manufacturers have been able to use that alloy without difficulty. but others have reported that it introduces hard points in the products. These hard points are believed to be particles of CuB 22 that are not in the equilibrium phase that are formed in copper saturated with boron when cooled from the liquid phase to the solid phase. The hard points may not be detected until the precious metal jewelry alloy has been polished and examined resulting in unnecessary costs for the processing of an ultimately unsatisfactory product.

Puede introducirse un compuesto de boro en una aleación de plata fundida en la fase gaseosa, mezclarse ventajosamente con un gas portador, que ayuda en la creación de una acción de agitación en la aleación fundida y que dispersa el contenido en boro de la mezcla de gas en dicha aleación. Los gases portadores adecuados incluyen, por ejemplo, hidrógeno, nitrógeno y argón. El compuesto de boro gaseoso y el gas portador pueden introducirse desde arriba en el interior de un recipiente que contiene plata fundida, por ejemplo, un crisol en horno de fundición de plata, una cuchara de colada o una artesa de colada usando una lanza metalúrgica que puede ser un cuerpo tubular alargado de material refractario, por ejemplo, grafito o puede ser un tubo de metal chapado en material refractario y se sumerge en su extremo inferior en el metal fundido. La lanza es preferiblemente de longitud suficiente para permitir la inyección del compuesto de boro gaseoso y gas portador de manera profunda en el interior de la aleación de plata fundida. Alternativamente, el gas que contiene boro puede introducirse en la plata fundida desde el lateral o desde abajo, por ejemplo, usando un tampón de burbujeo permeable a los gases o una boquilla de inyección sumergida.A boron compound can be introduced into a molten silver alloy in the gas phase, advantageously mixed with a carrier gas, which aids in the creation of a stirring action in the molten alloy and disperses the boron content of the gas mixture. in said alloy. Suitable carrier gases include, for example, hydrogen, nitrogen and argon. The gaseous boron compound and the carrier gas can be introduced from above into a container containing molten silver, for example, a crucible in a silver melting furnace, a ladle or a tundish using a metallurgical lance which it may be an elongated tubular body of refractory material, for example, graphite or it may be a metal tube plated in refractory material and submerged at its lower end in the molten metal. The lance is preferably of sufficient length to allow injection of the gaseous boron and carrier gas compound deep into the interior of the molten silver alloy. Alternatively, the boron-containing gas can be introduced into the molten silver from the side or from below, for example, using a gas-permeable bubbling buffer or a submerged injection nozzle.

La aleación que va a calentarse puede colocarse en un crisol de grafito sólido, protegido por una atmósfera de gas inerte que puede, por ejemplo, ser nitrógeno libre de oxígeno que contiene <5 ppm de oxígeno y <2 ppm de humedad y se calienta mediante calentamiento por resistencia eléctrica usando bloques de grafito. Tales hornos tienen una función incorporada para burbujear gas inerte a través de la masa fundida. La adición de pequeñas cantidades de gas que contiene boro que puede descomponerse térmicamente al gas inerte que se burbujea a través de la masa fundida proporciona fácilmente unos pocos ppm deseados o unas pocas decenas de ppm de contenido en boro. Se cree que la introducción del compuesto de boro en la aleación como corriente de gas diluido a lo largo de un periodo de tiempo, sirviendo el gas portador gas de la corriente de gas para agitar la aleación o metal fundido, en vez de en una o más cantidades relativamente grandes, es favorable desde el punto de vista de evitar el desarrollo de puntos duros en el metal o la aleación de boro. Los compuestos que pueden introducirse en plata u oro fundido o aleaciones de los mismos de este modo incluyen trifluoruro de boro, diborano o trimetilboro que están disponibles en cilindros presurizados diluidos con hidrógeno, argón, nitrógeno o helio, prefiriéndose diborano porque, aparte del boro, el único otro elemento que se introduce en la aleación es hidrógeno. Aún una posibilidad adicional es burbujear gas portador a través de la plata fundida para efectuar la agitación de la misma y añadir un compuesto de boro sólido, por ejemplo, NaBH4 o NaBF4 en la corriente de gas fluidizado como polvo finamente dividido que forma un aerosol.The alloy to be heated can be placed in a solid graphite crucible, protected by an inert gas atmosphere which can, for example, be oxygen-free nitrogen containing <5 ppm oxygen and <2 ppm moisture and heated by heating by electrical resistance using graphite blocks. Such furnaces have a built-in function for bubbling inert gas through the melt. The addition of small amounts of boron-containing gas that can be thermally decomposed to the inert gas that is bubbled through the melt easily provides a few desired ppm or a few tens of ppm of boron content. It is believed that the introduction of the boron compound into the alloy as a stream of gas diluted over a period of time, the gas carrying gas serving the gas stream to stir the alloy or molten metal, rather than into a more relatively large quantities, it is favorable from the point of view of avoiding the development of hard points in the metal or boron alloy. Compounds that can be introduced into silver or molten gold or alloys thereof in this manner include boron trifluoride, diborane or trimethylboro which are available in pressurized cylinders diluted with hydrogen, argon, nitrogen or helium, with diborane being preferred because, apart from boron, The only other element that is introduced into the alloy is hydrogen. Still a further possibility is to bubble carrier gas through the molten silver to effect agitation thereof and to add a solid boron compound, for example, NaBH 4 or NaBF 4 in the fluidized gas stream as a finely divided powder forming a aerosol.

También puede introducirse un compuesto de boro en la aleación de oro o plata fundida en la fase líquida, o bien como tal o bien en un disolvente orgánico inerte. Los compuestos que pueden introducirse de esta manera incluyen alquilboranos o alcoxialquilboranos tales como trietilborano, tripropilborano, tri-n-butilborano y metoxidietilborano que, para manejo seguro, pueden disolverse en hexano o THF. El compuesto de boro líquido puede introducirse y sellarse en recipientes de lámina de plata o cobre que se asemeja a una cápsula o sobre usando maquinaria de llenado de líquido/cápsula o líquido/sobre conocida y usando una atmósfera protectora para dar cápsulas o sobres llenos u otros pequeños recipientes normalmente con una capacidad de 0,5-5 ml, más normalmente de aproximadamente 1-1,5 ml. Las cápsulas o sobres llenos en número apropiados pueden entonces sumergirse individualmente o como uno o más grupos en la aleación de plata fundida. Aún una posibilidad adicional es atomizar el compuesto que contiene boro líquido en una corriente de gas portador que se usa para agitar la plata fundida tal como se describió anteriormente. Las gotitas pueden tomar la forma de un aerosol en la corriente de gas portador, o pueden vaporizarse en la misma.A boron compound can also be introduced into the molten gold or silver alloy in the liquid phase, either as such or in an inert organic solvent. Compounds which can be introduced in this manner include alkylborane or alkoxyalkylborane such as triethylborane, tripropylborane, tri-n-butylborane and methoxydiethylborane which, for safe handling, can be dissolved in hexane or THF. The liquid boron compound can be introduced and sealed in silver or copper foil containers resembling a capsule or envelope using liquid / capsule filling machinery or liquid / sachet known and using a protective atmosphere to give filled capsules or sachets or other small containers normally with a capacity of 0.5-5 ml, more usually about 1-1.5 ml. Capsules or envelopes filled in appropriate numbers can then be dipped individually or as one or more groups in the molten silver alloy. Still a further possibility is to atomize the liquid boron containing compound into a stream of carrier gas which is used to stir the molten silver as described above. The droplets can take the form of an aerosol in the carrier gas stream, or they can be vaporized therein.

De manera conveniente, el compuesto de boro se introduce en la aleación de plata fundida en la fase sólida, por ejemplo usando un borano sólido, por ejemplo decaborano B10H14 (p.f. 100°C, p.e. 213°C). Sin embargo, el boro se añade de manera conveniente en forma de o bien un hidruro de metal que contiene boro o bien un fluoruro de metal que contiene boro. Cuando se usa un hidruro de metal que contiene boro, los metales adecuados incluyen sodio, litio, potasio, calcio, zinc y mezclas de los mismos. Cuando se usa un fluoruro de metal que contiene boro, el sodio es el metal preferido. El más preferido es borohidruro de sodio, NaBH4 que tiene un peso molecular de 37,85 y contiene el 28,75% de boro.Conveniently, the boron compound is introduced into the molten silver alloy in the solid phase, for example using a solid borane, for example decaborane B10H14 (mp 100 ° C, bp 213 ° C). However, boron is conveniently added in the form of either a metal hydride containing boron or a boron-containing metal fluoride. When a metal hydride containing boron is used, suitable metals include sodium, lithium, potassium, calcium, zinc and mixtures thereof. When a metal fluoride containing boron is used, sodium is the preferred metal. Most preferred is sodium borohydride, NaBH 4 which has a molecular weight of 37.85 and contains 28.75% boron.

Puede añadirse boro a los otros componentes fundidos tanto en la primera fundición como a intervalos durante la colada para compensar la pérdida de boro si la aleación se mantiene en el estado fundido durante un periodo de tiempo, como en un procedimiento de colada continua para el grano. Esta función no está disponible cuando se usa una aleación maestra de cobre/boro porque añadir boro cambia al contenido en cobre y, por tanto, las proporciones globales de los diversos constituyentes en la aleación.Boron can be added to the other molten components both in the first casting and at intervals during casting to compensate for the loss of boron if the alloy is kept in the molten state for a period of time, such as in a continuous casting process for the grain . This function is not available when a copper / boron master alloy is used because adding boron changes the copper content and, therefore, the overall proportions of the various constituents in the alloy.

Se ha encontrado que, cuando se añade un borano o borohidruro, pueden incorporarse más de 20 ppm en una aleación de plata sin el desarrollo de puntos duros de boro. Esto es ventajoso porque el boro se pierde rápidamente de la plata fundida: según un experimento, el contenido en boro en la plata fundida decae con una semivida de aproximadamente 2 minutos. El mecanismo para este decaimiento no está claro, pero puede ser un proceso oxidativo. Por tanto, es deseable incorporar más de 20 ppm de boro en una aleación como primera colada, es decir, antes de colar a la cera perdida o antes de laminar para dar una tira, y pueden incorporarse cantidades de, por ejemplo, hasta 50 ppm, normalmente hasta 80 ppm, y en algunos casos hasta 800 o incluso 1000 ppm. Por tanto podría producirse según el presente método un grano de colada de plata que contiene aproximadamente 40 ppm de boro. Debido a la pérdida de boro durante la refundición posterior y colada a la cera perdida, el contenido en boro de piezas acabadas puede estar más próximo a las 1-20 ppm de la técnica anterior, pero la capacidad para lograr concentraciones de boro iniciales relativamente altas significa que puede lograrse una consistencia mejorada durante las etapas de fabricación y en los productos acabados finales. Además un contenido en boro mayor es deseable para aleaciones maestras que se fundirán con metales preciosos para elaborar el grano de colada y se fundirán luego adicionalmente para colada a la cera perdida.It has been found that, when a borane or borohydride is added, more than 20 ppm can be incorporated into a silver alloy without the development of boron hard spots. This is advantageous because boron is rapidly lost from the molten silver: according to one experiment, the boron content in the molten silver drops with a half-life of about 2 minutes. The mechanism for this decay is not clear, but it can be an oxidative process. Therefore, it is desirable to incorporate more than 20 ppm of boron into an alloy as the first cast, ie, before casting the lost wax or before laminating to a strip, and amounts of, for example, up to 50 ppm can be incorporated. , normally up to 80 ppm, and in some cases up to 800 or even 1000 ppm. Thus, a silver melt grain containing approximately 40 ppm boron could be produced according to the present method. Due to the loss of boron during subsequent remelting and casting to lost wax, the boron content of finished parts may be closer to 1-20 ppm of the prior art, but the ability to achieve relatively high initial boron concentrations it means that an improved consistency can be achieved during the manufacturing stages and in the final finished products. In addition, a higher boron content is desirable for master alloys that will melt with precious metals to make the casting grain and then melt further for casting the lost wax.

Componentes secundariosSecondary components

Las realizaciones de las presentes aleaciones están libres de zinc añadido u otros metales añadidos salvo cobre, germanio, boro y silicio y tienen la ventaja, entre otras, de simplicidad de formulación y de producción. A un contenido en plata mayor y un contenido en germanio relativamente bajo, la adición de zinc en otras realizaciones puede ser deseable, por ejemplo, en cantidades del 0,2-1% en peso, por ejemplo de aproximadamente el 0,4% en peso. Pueden añadirse otros metales en pequeñas cantidades, por ejemplo hasta el 0,2% en peso siempre que no interfieran con las propiedades globales de la aleación, y tales metales incluye, por ejemplo, galio que en algunas realizaciones puede disminuir adicionalmente defectos de agrietamiento. En las realizaciones, también pueden estar presentes pequeñas cantidades de indio, de modo que una aleación 960 puede comprender boro en cantidades de ppm como refinador del grano, indio, galio, zinc, silicio, germanio, cobre y plata.The embodiments of the present alloys are free of added zinc or other metals added except copper, germanium, boron and silicon and have the advantage, among others, of simplicity of formulation and production. At a higher silver content and a relatively low germanium content, the addition of zinc in other embodiments may be desirable, for example, in amounts of 0.2-1% by weight, for example about 0.4% by weight. weight. Other metals may be added in small amounts, for example up to 0.2% by weight as long as they do not interfere with the overall properties of the alloy, and such metals include, for example, gallium which in some embodiments may further decrease cracking defects. In the embodiments, small amounts of indium may also be present, so that an alloy 960 may comprise boron in amounts of ppm as grain refiner, indium, gallium, zinc, silicon, germanium, copper and silver.

Aleaciones a modo de ejemplo Alloys by way of example

Una realización de una aleación 935 tiene el 93,5% en peso de Ag, el 1,1% en peso de Ge, 700 ppm de Si, 3-60 por ejemplo 10 ppm de B, siendo el resto cobre. Una realización de una aleación 960 tiene el 96% en peso de Ag, el 0,65% en peso de zinc, el 0,7% en peso de Ge, 700 ppm de silicio, 3-60 por ejemplo 10 ppm de boro, resto cobre. Las aleaciones anteriores presentan coladas libres de manchas vivas tras colada a la cera perdida y están o bien sustancialmente libres de grietas y huecos o bien tienen significativamente menos huecos, véase la figura 1 que muestra una colada de prueba convencional para un anillo que presenta porosidad macroscópica y las figuras 2-7 que son micrografías de las aleaciones ilustradas en la proximidad de la posición 7 donde el cuerpo del anillo se une al canal de colada y que muestra poca porosidad o ninguna. Se apreciará, puesto que el metal fundido se contrae al enfriarse, que un canal de colada debe solidificarse por último para permitir que un metal fundido se alimente a la colada de enfriamiento, puesto que el metal se contrae al enfriarse y para minimizar el desarrollo de porosidad por contracción. Por tanto, el área más sensible a presentar porosidad por contracción (o el potencial de agrietamiento debido a agrietamiento en caliente o desgarro en caliente) es el área en donde el canal de colada y el artículo que va a colarse se unen. Esto es por lo que se eligió P7 como la región en la que había la mayor posibilidad de que estuviera presente porosidad por contracción. One embodiment of alloy 935 is 93, 5% by weight of Ag, 1.1% by weight of Ge, Si 700 ppm, 3-60 ppm eg 10 B, being the remainder copper. One embodiment of an alloy 960 has 96% by weight of Ag, 0.65% by weight of zinc, 0.7% by weight of Ge, 700 ppm of silicon, 3-60 for example 10 ppm of boron, copper rest. The above alloys exhibit free stain castings after casting to the lost wax and are either substantially free of cracks and voids or have significantly fewer voids, see Figure 1 showing a conventional test cast for a ring having macroscopic porosity and Figures 2-7 which are micrographs of the illustrated alloys in the vicinity of the position 7 where the body of the ring is attached to the casting channel and showing little or no porosity. It will be appreciated, since the molten metal shrinks upon cooling, that a casting channel must ultimately solidify to allow a molten metal to be fed into the cooling melt, since the metal contracts as it cools and to minimize the development of the metal. porosity by contraction. Therefore, the area most sensitive to presenting contraction porosity (or the potential for cracking due to hot cracking or hot tearing) is the area where the pouring channel and the article to be cast are joined. This is why P7 was chosen as the region where contraction porosity was most likely to be present.

Claims (5)

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para colar a la cera perdida una aleación de plata que contiene germanio, comprendiendo dicha colada patrones unidos a un árbol, comprendiendo dicho procedimiento:A method for casting a silver alloy containing germanium into the lost wax, said laundry comprising patterns attached to a tree, said method comprising: fundir una aleación de plata-cobre-germanio que comprende o bienmelt a silver-copper-germanium alloy comprising either (a) además de impurezas el 93-95,5% en peso de plata, el 0,7-1,2% en peso de germanio, el 0,05-0,08% en peso de silicio y boro en una cantidad eficaz para conferir refinamiento del grano, el resto cobre, estando dicha aleación libre de zinc añadido o bien(a) in addition to impurities, 93-95.5% by weight of silver, 0.7-1.2% by weight of germanium, 0.05-0.08% by weight of silicon and boron in an amount effective to confer refinement of the grain, the remainder copper, said zinc-free alloy being added or (b) el 95,84-96% en peso de plata, el 0,7-1,2% en peso de germanio, opcionalmente el 0,2-1,0% en peso de zinc, el 0,05-0,08% en peso de silicio y boro en una cantidad eficaz para conferir refinamiento del grano, el resto cobre;(b) 95.84-96% by weight of silver, 0.7-1.2% by weight of germanium, optionally 0.2-1.0% by weight of zinc, 0.05-0 , 08% by weight of silicon and boron in an amount effective to confer refinement of the grain, the remainder copper; verter la aleación fundida en una envoltura fraguada hidráulicamente a base de aglutinante de yeso, y permitir que la envoltura y la aleación se enfríen; ypouring the molten alloy into a hydraulically set shell using gypsum binder, and allow the shell and alloy to cool; Y recuperar una colada que tiene un aspecto plateado limpio cuando se retira de la envoltura, sustancialmente libre de grietas y sustancialmente libre de porosidad por contracción.recovering a laundry having a clean silver appearance when removed from the wrap, substantially free of cracks and substantially free of shrinkage porosity. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la plata es aproximadamente el 93,5% en peso.2. The process according to claim 1, wherein the silver is approximately 93.5% by weight. 3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el germanio es el 1,0-1,2% en peso.3. The process according to claim 2, wherein the germanium is 1.0-1.2% by weight. 4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la aleación comprende el 95,84-96% en peso de plata y el 0,7% en peso de germanio.4. The process according to claim 1, wherein the alloy comprises 95.84-96% by weight of silver and 0.7% by weight of germanium. 5. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que la colada es un anillo. The method according to any preceding claim, wherein the cast is a ring.
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