ITMI20110750A1 - Leghe platino-cobalto aventi migliorata durezza - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
“LEGHE PLATINO-COBALTO AVENTI MIGLIORATA DUREZZAâ€
La presente invenzione riguarda leghe platino-cobalto aventi migliorata durezza, particolarmente adatte per l’uso in oreficeria.
Nel settore orafo à ̈ particolarmente sentita l’esigenza di disporre di leghe di platino aventi elevata durezza per la realizzazione di oggetti preziosi, quali ad esempio gioielli, monete, ornamenti, accessori, orologi, tramite colaggio a cera persa o lavorazione meccanica di precisione. Tali oggetti vengono in genere marcati come “95% Pt†, secondo standard internazionali che definiscono la purezza del platino negli oggetti preziosi. Da notare che, nell’ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, le percentuali sono da intendersi – eccetto dove diversamente indicato - come percentuali in peso rispetto al peso complessivo della lega.
Per quanto riguarda la durezza delle leghe preziose, questa viene normalmente determinata sulla base del metodo Vickers, secondo procedure standardizzate a livello internazionale. La durezza viene quindi espressa come numero di Vickers (HV). A tale proposito si veda ad esempio l'articolo di Chris Corti, "The Role of Hardness in Jewelry Alloys", The Santa Fe Symposium on Jewelry Manufacturing Technology 2008, ed. Eddie Bell (Albuquerque: Met-Chem Research, 2008), p. 103-120.
Il platino (Pt) puro ha una durezza bassissima, pari a 40 HV, mentre le più comuni leghe al 95% di Pt hanno i seguenti valori tipici di durezza:
Pd 5% 50 HV
Ir 5% 80 HV
Au 5% 90 HV
Ru 5% 130 HV
Cu 5% 120 HV
Co 5% 135 HV
Cu+Co 5% 125 HV.
A causa della loro bassissima durezza, le leghe del platino con palladio (Pd), iridio (Ir) ed oro (Au) possono essere efficacemente utilizzate solo tramite lavorazione meccanica, mentre le altre leghe, più dure, vengono in genere destinate anche ad altre tecniche di lavorazione, quale il colaggio a cera persa.
Nel caso del colaggio a cera persa, le leghe di Pt con rutenio (Ru) o rame (Cu) forniscono risultati poco soddisfacenti soprattutto a causa della bassa fluidità , che rende difficile ad esempio la produzione di oggetti in filigrana, ed a cuasa della presenza di porosità .
Al contrario, le leghe del Pt con il cobalto (Co) presentano le migliori proprietà in termini di lavorabilità tramite stampaggio, in particolare grazie all’elevata fluidità ed alla qualità superficiale degli oggetti, caratterizzata da bassissima porosità . Tuttavia le leghe Pt-Co hanno proprietà ferromagnetiche che comportano diversi problemi durante la lavorazione al banco e durante le operazioni di riciclo degli scarti di lavorazione.
In ogni caso, le leghe di Pt sopra indicate hanno una durezza massima pari a 135 HV, che in pratica porta all’ottenimento di oggetti preziosi aventi insoddisfacente resistenza a sollecitazioni meccaniche relativamente modeste, quali quelle determinate da un uso quotidiano, che può causare la formazione di incisioni, abrasioni, perdita di forma e di lucentezza superficiale. Ciò determina non pochi problemi per la commercializzazione di oggetti in Pt, i quali si pongono in una fascia di prezzo più elevata rispetto ad altri metalli preziosi quali oro, argento e palladio, per cui richiedono standard qualitativi molto alti per garantire la soddisfazione del cliente.
Conseguentemente, molti sforzi sono stati profusi per ottenere leghe di Pt aventi prestazioni migliorate in termini di durezza.
Ad esempio, il brevetto US 4.165.983 riguarda leghe contenenti almeno il 95% di Pt e da 1,5% a 3,5% di gallio, il restante essendo costituito da almeno un metallo scelto tra indio, oro, palladio, argento, rame, cobalto, nickel, rutenio, iridio e rodio. Preferibilmente la quantità di gallio à ̈ da 2 a 3%. Particolarmente preferite sono le leghe Pt-Ga-Au. Vengono in particolare esemplificate varie leghe al 95% di Pt aventi valori di durezza differenti, tra cui:
Ir 2%/Ga 3% 154 HV
Au 2,5%/Ga 2,5% 171 HV
Ru 2%/Ga 3% 164 HV
Cu 2%/Ga 3% 180/165 HV
Co 2%/Ga 3% 230 HV
Pd 2,5%/Ga 2,5% 154 HV
Il brevetto US 5.846.352 à ̈ relativo a leghe di Pt contenenti da 1 a 9% di Ga e quantità minori, fino al 3%, di altri metalli, in particolare Ir, Pa, Co, Cu, Au, In, Ag. Preferibilmente il gallio à ̈ presente in una quantità da 2 a 7%. Particolarmente vantaggiosa sarebbe l’aggiunta di iridio in quantità da 0,1 a 1,5%. Tali leghe vengono in genere sottoposte a trattamento termico allo scopo di raggiungere una durezza di almeno 300 HV. Il trattamento termico viene in genere realizzato tramite riscaldamento fino ad almeno 1700°F (927°C), raffreddamento rapido sotto i 200°F (93°C), e quindi riscaldamento ad una temperatura di almeno 900°F (482°C) fino ad ottenere la durezza desiderata.
Nel brevetto US 6.562.158 viene invece descritto un metodo per realizzare oggetti preziosi che comprende formulare una lega di platino contenente almeno il 95% di Pt, da 1 a 5% di gallio e una quantità inferiore al 3% di palladio. La lega viene quindi sottoposta a trattamento termico allo scopo di aumentare la durezza iniziale di almeno il 20%, senza però raggiungere valori superiori a 350 HV. Preferibilmente, la lega ha un valore di durezza iniziale da 150 a 200 HV, la quale viene aumentata fino a circa 250-325 HV dopo il trattamento termico.
Sulla base dell’esperienza della Richiedente, una durezza delle leghe di Pt superiore a circa 220 HV, misurata sul materiale subito dopo la colata, senza alcun trattamento termico (la cosiddetta durezza “as cast†), può risultare non adatta per le successive lavorazioni, ad esempio per l'incastonatura di pietre preziose su anelli di gioielleria. Inoltre, leghe che presentano potenzialità di indurimento tramite trattamento termico di invecchiamento possono presentare un'ampia variazione di durezza in stato grezzo di colata, la quale comporta l'ottenimento di risultati non uniformi in funzione del design dell'oggetto da produrre, della sua geometria e dei parametri di processo utilizzati.
Inoltre, à ̈ stato osservato che l’aggiunta di quantità consistenti di altri metalli, in particolare di gallio, allo scopo di raggiungere durezze superiori a 150 HV porta ad un evidente ampliamento dell’intervallo di fusione, con conseguenti effetti indesiderati sul processo di solidificazione della lega durante le operazioni di colaggio a cera persa. Infatti, per tali leghe la solidificazione comporta la formazione di un complesso reticolo cristallino di solidificazione, che porta ad una diminuzione della fluidità durante la colata ed all’aumento dei rischi di sviluppare porosità rispetto alle leghe più tenere. Pertanto, i potenziali benefici derivanti da una maggiore durezza vengono in pratica annullati dagli svantaggi derivanti, ad esempio, da maggiori perdite di metallo durante le operazioni di rifinitura, aumento degli scarti, incompleto riempimento dello stampo e limitazioni nella qualità superficiale del manufatto.
Rimane pertanto assai sentita l’esigenza di disporre di una lega di platino, adatta per la produzione di oggetti di oreficeria aventi un contenuto di Pt non inferiore al 94%, che presenti la seguente combinazione di caratteristiche:
- durezza in condizioni grezze di colata o dopo trattamento di ricottura compresa nell’intervallo da 150 HV a 220 HV;
- sostanziale assenza di proprietà ferromagnetiche, che sono invece presenti nelle comuni leghe Pt/Co 95%/5%;
- facilità di lavorazione per colaggio a cera persa, grazie ad elevata fluidità del fuso e bassissima porosità , tale da garantire ottimali proprietà superficiali, così come in genere presenti nelle comuni leghe Pt/Co;
- elevata duttilità così da consentire l'utilizzo dei processi di finitura meccanica comunemente realizzati sulle leghe più tenere, aventi durezza inferiore a 150 HV.
La Richiedente ha ora trovato che tale problema tecnico può essere risolto realizzando una lega di platino che comprende quantità basse di Ga e/o In (inferiori al 3,0%) ed allo stesso tempo quantità di Co entro l'intervallo da 3,0 e 4,7%. In tal modo à ̈ possibile ottenere valori di durezza entro l'intervallo da 150 HV a 220 HV, senza peggiorare la lavorabilità della lega. In particolare, vengono mantenute le proprietà di fluidità del metallo fuso e di qualità superficiale tipiche delle leghe Pt/Co 95%/5%, e nel contempo elevata duttilità tale da consentire di effettuare agevolmente le usuali lavorazioni meccaniche. Inoltre, la Richiedente ha sorprendentemente trovato che à ̈ sufficiente sostituire una quantità pari ad almeno 0,3% di Co con Ga e/o In per ottenere una sostanziale riduzione delle proprietà ferromagnetiche della lega. In un primo aspetto la presente invenzione riguarda pertanto una lega di platino che comprende:
da 94,0 a 96,0% in peso di Pt;
da 3,0 a 4,7% in peso di Co;
da 0,3 a 2,0% in peso di un metallo scelto tra Ga ed In, o loro miscele.
Preferibilmente, il Pt à ̈ presente in una quantità da 95,0% a 95,5% in peso, più preferibilmente da 95,0 a 95,2% in peso.
Per quanto riguarda la quantità complessiva di Ga e/o In, questa à ̈ preferibilmente da 0,5% a 1,5% in peso, più preferibilmente da 0,7% a 1,1% in peso. Una quantità di Ga e/o In superiore al 2,0% porta ad un indesiderato aumento della durezza, del grezzo di colata o dopo trattamento di ricottura, fino a valori superiori a 220 HV.
Preferibilmente, il Co à ̈ presente in una quantità da 3,5% a 4,5% in peso, più preferibilmente da 3,9 a 4,3% in peso. Una quantità di Co superiore al 4,7% porta ad un'indesiderata diminuzione della durezza del grezzo di colata o dopo trattamento di ricottura, fino a valori inferiori a 150 HV.
In una forma preferita di realizzazione, la lega in accordo con la presente invenzione comprende inoltre una quantità inferiore a 1,7% in peso, preferibilmente inferiore a 1,5% in peso, ancor più preferibilmente inferiore a 1,3% in peso, di almeno un ulteriore metallo scelto tra: Cu, Sn, Ni, Fe, Mn, W, Au, Ag, Pd, Ru, Rh e Ir. L'aggiunta di detto almeno un ulteriore metallo, la quale viene effettuata preferibilmente in sostituzione di una corrispondente quantità di Co, consente di aumentare l'effetto anti-ferromagnetico esercitato da Ga e/o In.
In una forma preferita di realizzazione, la lega in accordo con la presente invenzione comprende inoltre una quantità inferiore a 0,2% in peso, di almeno un ulteriore elemento scelto tra: Si, P, B, Li, Al, Ge, Zn, Ca, Y, Mo, Re, Ta, Zr, Nb, Ti, Os, e Hf. L'aggiunta di detto almeno un ulteriore elemento, la quale viene effettuata in sostituzione di una corrispondente quantità di almeno uno degli altri elementi presenti, consente principalmente di ottenere un effetto di disossido del getto grezzo di colata ed un affinamento del grano cristallino.
Secondo un altro aspetto, la presente invenzione riguarda l'uso di una lega come sopra definita per la realizzazione di oggetti di oreficeria.
La produzione della lega in accordo con la presente invenzione può essere effettuata tramite simultanea miscelazione di tutti i componenti nelle proporzioni predefinite. Preferibilmente, la lega in accordo con la presente invenzione può essere prodotta tramite una lega madre che contiene tutti i componenti nelle proporzioni predefinite eccetto il Pt. Tale lega madre viene poi combinata con il Pt nelle quantità desiderate così da ottenere la lega finale avente la composizione predefinita.
In un ulteriore aspetto, la presente invenzione riguarda pertanto una lega madre, utilizzabile per produrre una lega come sopra definita tramite miscelazione con una quantità prefissata di Pt, che comprende:
da 50,0% a 94,0% in peso di Co;
da 5,0 a 50,0% in peso di un metallo scelto tra Ga ed In, o loro miscele.
Nel caso della lega madre, occorre notare che le percentuali in peso sono riferite al peso complessivo della lega madre stessa.
Preferibilmente, la quantità complessiva di Ga e/o In nella lega madre à ̈ da 8,3% a 37,5% in peso, più preferibilmente da 11,6% a 27,5% in peso. Preferibilmente, il Co à ̈ presente nella lega madre in una quantità da 58,3% a 92,5% in peso, più preferibilmente da 65,0% a 92,5% in peso.
La lega madre in accordo con la presente invenzione può inoltre eventualmente comprendere una quantità inferiore a 42,5% in peso, preferibilmente inferiore a 37,5% in peso, ancor più preferibilmente inferiore a 32,5% in peso, di almeno un ulteriore metallo scelto tra: Cu, Sn, Ni, Fe, Mn, W, Au, Ag, Pd, Ru, Rh e Ir.
La lega madre in accordo con la presente invenzione può inoltre eventualmente comprendere una quantità inferiore a 5,0% in peso, di almeno un ulteriore elemento scelto tra: Si, P, B, Li, Al, Ge, Zn, Ca, Y, Mo, Re, Ta, Zr, Nb, Ti, Os, e Hf.
In una forma preferita di realizzazione, allo scopo di ulteriormente migliorare la lavorabilità delle leghe secondo la presente invenzione (ad esempio per laminazione), dopo la loro produzione queste vengono preferibilmente sottoposte ad un trattamento di ricottura ad una temperatura compresa tra 900°C e 1000°C, per un tempo variabile in funzione della massa in lavorazione, ad esempio per 30 min. Tale trattamento di ricottura si à ̈ rivelato particolarmente utile per le leghe secondo l'invenzione aventi un tenore complessivo di Ga e/o In relativamente elevato, in genere superiore a 0,75%.
La presente invenzione verrà ora ulteriormente illustrata tramite alcuni esempi di realizzazione, i quali vengono forniti a puro scopo esemplificativo ma non limitativo della portata dell’invenzione stessa.
ESEMPI
Sono state realizzate numerose leghe contenenti 95,0% in peso di Pt in accordo con la presente invenzione così come riportato nella seguente Tabella 1, per le quali à ̈ stata misurata la durezza secondo il metodo Vickers.
TABELLA 1
Esempio Composizione della lega in Durezza HV aggiunta a 95.0% Pt (grezzo di colata/dopo omogeneizzazione) Co In Ga altri
%peso %peso %peso %peso
4.7 0.3 -- -- 153 4.6 -- 0.4 -- 151 4.5 0.3 0.2 -- 157 4.5 0.3 -- 0.2 Ru 153 3.2 0.3 -- 1.5 Ru 151 4.2 -- 0.3 0.5 Ru 150 4.5 0.5 -- -- 160 4.2 0.5 0.3 -- 165 4.0 0.5 -- 0.5 Cu 157 3.5 0.3 0.2 1.0 Ru 160 3.5 -- 0.5 1.0 Au 152 4.25 0.75 -- -- 165 4 0.75 0.25 -- 169 4.125 -- 0.875 -- 163 3.5 -- 0.75 0.75 Ir 155 4 1 -- -- 175 3.75 1 -- 0.25 Cu 170 3 0.5 0.5 1.0 Au 165 3 0.75 0.25 1.0 Ir 160 3.75 1.25 170 3.5 1.5 196 3 1.5 0.5 Ru 185 3 1 0.5 0.5 Pd 175 3 2 218 3 1.75 0.25 Cu 202 3 1.5 0.5 Ir 184 3 1.5 0.5 Pd 173 Fluidità .
Per valutare la fluidità delle leghe allo stato fuso e quindi la loro capacità di riempimento dello stampo, à ̈ stato utilizzato un modello standard che consiste di una griglia sostanzialmente quadrata, avente lato pari a circa 5 cm, così come mostrata nella Figura 1. La temperatura di preriscaldo dei cilindri era pari a 850°C. Le prove di colata sono state realizzate con le leghe riportate in Tabella 1 (indicate sinteticamente come "95PtCo+") e, per confronto, con leghe 95PT5Co, 95PT5Ir e 90Pt10Ru. Le fotografie riportate in Figura 1 rappresentano i risultati ottenuti con i quattro diversi tipi di lega. E' evidente che le leghe in accordo con la presente invenzione sono state in grado di riempire in modo uniforme lo stampo, senza formazione di discontinuità od irregolarità di riempimento. Tale comportamento à ̈ risultato del tutto analogo a quello della lega 95Pt5Co. Al contrario, le leghe 95PT5Ru e 90Pt10Ir hanno fornito risultati insoddisfacenti: a causa della loro scarsa fluidità il riempimento dello stampo à ̈ stato solo parziale.
Prove di lavorabilità .
Per valutare la lavorabilità delle leghe secondo la presente invenzione sono stati eseguiti dei processi di laminazione in quadro. Per ciascuna lega come riportata in Tabella 1, sono state fuse delle barre del peso di 50 grammi, a sezione quadrata con lato di 8 mm. Il materiale à ̈ stato colato all'interno di una staffa grafitica preriscaldata a 300°C. le barre sono state deformate plasticamente mediante un laminatoio a gole. Con un tenore complessivo di In e/o Ga compreso tra 0,3% e 0,75% la riduzione di sezione subita della barra senza formazione di cricche à ̈ stata pari al 90%. Con un tenore complessivo di Ga e/o In superiore a 0,75% à ̈ possibile ottenere una riduzione di sezione sostanzialmente identica, ottenendo quindi un filo privo di cricche o rotture. Per agevolare la lavorazione, in particolare delle leghe aventi tenore complessivo di Ga e/o In superiore a 0,75%, à ̈ stato effettuato un trattamento di ricottura intermedio a 900°C per un tempo di 30 min.
Proprietà ferromegnetiche.
Le proprietà ferromagnetiche delle leghe secondo l'invenzione sono state valutate su una massa di 1 grammo delle lega secondo l'Esempio 14 di Tabella 1. Una calamita à ̈ stata avvicinata a tale massa fino ad una distanza di 2 cm, senza osservare alcuno spostamento della massa, a dimostrazione della sostanziale assenza di proprietà ferromagnetiche.
La stessa prova à ̈ stata eseguita con una massa di 1 grammo di una lega 95Pt5Co: tale campione à ̈ stato immediatamente attratto dalla medesima calamita utilizzata per la lega secondo l'invenzione.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Lega di platino che comprende: da 94,0 a 96,0% in peso di Pt; da 3,0 a 4,7% in peso di Co; da 0,3 a 2,0% in peso di un metallo scelto tra Ga ed In, o loro miscele.
- 2. Lega secondo la rivendicazione 1, in cui il Pt à ̈ presente in una quantità da 95,0% a 95,5% in peso, preferibilmente da 95,0 a 95,2% in peso.
- 3. Lega secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il Ga e/o In à ̈/sono presenti in una quantità complessiva da 0,5% a 1,5% in peso, preferibilmente da 0,7% a 1,1% in peso.
- 4. Lega secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il Co à ̈ presente in una quantità da 3,5% a 4,5% in peso, preferibilmente da 3,9 a 4,3% in peso.
- 5. Lega secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una quantità inferiore a 1,7% in peso, preferibilmente inferiore a 1,5% in peso, più preferibilmente inferiore a 1,3% in peso, di almeno un ulteriore metallo scelto tra: Cu, Sn, Ni, Fe, Mn, W, Au, Ag, Pd, Ru, Rh e Ir.
- 6. Lega secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una quantità inferiore a 0,2% in peso di almeno un ulteriore elemento scelto tra: Si, P, B, Li, Al, Ge, Zn, Ca, Y, Mo, Re, Ta, Zr, Nb, Ti, Os, e Hf.
- 7. Lega madre, utilizzabile per produrre una lega di platino secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 tramite miscelazione con una quantità prefissata di Pt, detta lega madre comprendendo: da 50,0% a 94,0% in peso, preferibilmente da 58,3% a 92,5% in peso, più preferibilmente da 65,0% a 92,5% in peso, di Co; da 5,0 a 50,0% in peso, preferibilmente da 8,3% a 37,5% in peso, più preferibilmente da 11,6% a 27,5% in peso, di un metallo scelto tra Ga ed In, o loro miscele; le percentuali in peso essendo riferite al peso complessivo della lega madre.
- 8. Lega madre secondo la rivendicazione 7, comprendente inoltre una quantità inferiore a 42,5% in peso, preferibilmente inferiore a 37,5% in peso, più preferibilmente inferiore a 32,5% in peso, di almeno un ulteriore metallo scelto tra: Cu, Sn, Ni, Fe, Mn, W, Au, Ag, Pd, Ru, Rh e Ir.
- 9. Lega madre secondo la rivendicazione 7 o 8, comprendente inoltre una quantità inferiore al 5,0% in peso, di almeno un ulteriore elemento scelto tra: Si, P, B, Li, Al, Ge, Zn, Ca, Y, Mo, Re, Ta, Zr, Nb, Ti, Os, e Hf.
- 10. Processo per la produzione di una lega di platino secondo una qualsisi delle rivendicazioni da 1 a 6, che comprende miscelare una quantità prefissata di Pt con una lega madre secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 9 in una quantità tale da ottenere la lega di platino avente una composizione predefinita.
- 11. Processo secondo la rivendicazione 10, in cui la lega così ottenuta viene sottoposta ad un trattamento di ricottura ad una temperatura compresa tra 900°C e 1000°C, per un tempo variabile in funzione della massa in lavorazione.
- 12. Uso di una lega secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 per la realizzazione di oggetti di oreficeria.
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| WO2022074363A1 (en) * | 2020-10-05 | 2022-04-14 | Alloyed Limited | A platinum alloy composition |
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2011
- 2011-05-04 IT IT000750A patent/ITMI20110750A1/it unknown
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