NL9401960A

NL9401960A - Cadmium-free solder alloys for soldering jewellery

Info

Publication number: NL9401960A
Application number: NL9401960A
Authority: NL
Inventors: Rudolf Douwes; Friedrich Heinrich Himmelbauer; Paul Martin Gaikhorst; Paulus Hendricus Franc Beuming
Original assignee: Schoene Edelmetaal B V
Priority date: 1994-11-23
Filing date: 1994-11-23
Publication date: 1996-07-01

Abstract

Cadmium-free gold solder alloy for soldering jewellery. This alloy contains no nickel and has a gold content which matches the gold content of the product to be soldered. The proportion of silver is between 0 and 33 wt %, while 8-70 wt % of copper, 0-10 wt % of zinc, 0-5 wt % of tin and 0.5-8 wt % of indium are present. To provide a series of alloys having a decreasing melting point but otherwise identical characteristics, the joint not being allowed to be brittle and being readily machinable, the invention proposes that the ratio between the zinc and indium content be chosen to be between 1.1 and 1.8.

Description

Cadmiumvrije soldeerlegeringen voor het solderen van sieradenCadmium-free brazing alloys for jewelry brazing

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een cadmiumvrijegoudsoldeerlegering voor het solderen van een sieraad en dergelijke,omvattende een tenminste met het percentage van het sieraag overeenkomendgoudgehalte tussen 33 en 90 gew.t, 0-33 gew.% Ag, 8- 30 gew.t Cu, 0-10 gew.t Zn, 0,5 - 8 gew.t In en 0-8 gew.t Sn.The present invention relates to a cadmium-free gold solder alloy for soldering a jewelery and the like, comprising a gold content corresponding to at least the percentage of the decorative layer between 33 and 90 wt.%, 0-33 wt.% Ag, 8-30 wt.% Cu , 0-10 parts by weight Zn, 0.5 - 8 parts by weight In and 0-8 parts by weight Sn.

Een dergelijke soldeerlegering is bekend uit het Amerikaansoctrooischrift 4.473.621.Such a solder alloy is known from U.S. Patent 4,473,621.

Voor het solderen van sieraden werden reeksen soldeer gebruiktmet aflopend smeltpunt of smelttrajekt. Daardoor is het mogelijk ombijvoorbeeld een gouden sieraad op te bouwen uit verschillende goudendelen.For soldering jewelry, sets of solder with decreasing melting point or melting range were used. This makes it possible, for example, to build up a gold piece of jewelry from different gold pieces.

Door de verschillende keurings- en waarborginstanties wordtsteeds als eis gesteld dat het goudaandeel van het soldeer tenminste evenhoog is als dat van het sieraad om aan de keurmerkeisen te voldoen.The various inspection and guarantee authorities always require that the gold content of the solder be at least as high as that of the jewelery in order to meet the certification requirements.

Optimale soldeereigenschappen werden verkregen door detoepassing van cadmium. De laatste jaren bestaat echter een toenemendeafkeer van het gebruik van het giftige cadmium.Optimal soldering properties were obtained by the use of cadmium. In recent years, however, there has been an increasing aversion to the use of the toxic cadmium.

Daarom is door velen gezocht naar een soldeerlegering voor gouddie enerzijds de mogelijkheid heeft in een reeks soldeerlegeringen metafnemende temperatuur gerealiseerd te voorzien, maar anderzijds eenvoldoende goudpercentage heeft om aan de eisen van de verschillendeoverheden te voldoen.Therefore, many have sought a gold solder alloy which, on the one hand, has the ability to provide a range of brazing alloys with decreasing temperature, but on the other has a sufficient gold percentage to meet the requirements of the various governments.

Daarbij is het vanzelfsprekend van belang dat de kleur van hetsoldeer zodanig gevarieerd kan worden, dat deze nauwkeurig kan wordenaangepast aan de kleur van het te bewerken sieraad.It is, of course, important that the color of the solder can be varied so that it can be accurately matched to the color of the jewelery to be processed.

In het Amerikaans octrooischrift 4.473.621 wordt eencadmiumvrije goudsoldeerlegering beschreven. Deze bestaat, behalve uitgoud, ook uit een groot aandeel koper, zink, nikkel en indium.U.S. Patent 4,473,621 describes a cadmium-free gold solder alloy. Besides gold, it also consists of a large proportion of copper, zinc, nickel and indium.

De aanwezigheid van nikkel kan aanleiding geven totnikkelallergie en tevens ontstaat er een conflict met de EuropeseCommissie, die nikkelgehalte kleiner dan 0,05 gew.t voorstelt, (zieEuropese normen voor nikkel in sieraden).The presence of nickel can give rise to nickel allergy and there is also a conflict with the European Commission, which proposes a nickel content of less than 0.05 wt., (See European standards for nickel in jewelery).

Tevens is in de stand der techniek getracht cadmium uitsluitenddoor indium te vervangen. Dit omdat het bekend is dat indium eenverhoudingsgewijs laag smeltpunt heeft en goed vloeit. Daarbij was hetnoodzakelijk meer dan 5% indium toe te voegen. Dit had echter alsresultaat dat de verbinding te hard werd, hetgeen enerzijds tot brosheid leidde en anderzijds slechte bewerkbaarheid gaf.It has also been attempted in the prior art to replace cadmium exclusively with indium. This is because indium is known to have a relatively low melting point and to flow well. It was necessary to add more than 5% indium. However, this resulted in the compound becoming too hard, which on the one hand led to brittleness and on the other hand gave poor workability.

Deze bewerkbaarheid is van groot belang voor edelsmeden endergelijke.This machinability is of great importance to goldsmiths and the like.

In het Amerikaans octrooischrift 5.240.172 wordt verdergoudsoldeerlegering besproken, die echter dient te worden toegepast in detandtechniek.U.S. Pat. No. 5,240,172 discusses further gold solder alloy, which, however, is to be used in the dental art.

Toepassingen in de tandtechniek verschilt van de toepassingvoor sieraden, doordat in de tandtechniek niet de strikte eis aan hetgoudpercentage door de verschillende keuringsinstanties wordt gesteld,omdat gebitselementen vanzelfsprekend niet van een dergelijk keurmerkvoorzien zijn.Applications in dental technology differ from the application for jewelery in that the strict requirement for the gold percentage is not imposed by the various inspection authorities in dental technology, because teeth naturally do not have such a hallmark.

Het doel van de onderhavige uitvinding is in eensoldeerlegering van het bovengenoemde soort te voorzien waarbij geennikkel aanwezig is terwijl een aanzienlijke deformatie mogelijk is van degesoldeerde delen zonder dat breuk van de soldeerverbinding door brosheidplaatsvindt en anderzijds bewerking gemakkelijk te verwezenlijken is.The object of the present invention is to provide a solder alloy of the above-mentioned type with no nickel present, while allowing considerable deformation of the soldered parts without breaking the solder joint through brittleness and, on the other hand, processing is easy to accomplish.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven cadiumvrijesoldeerlegering verwezenlijkt doordat naast de afwezigheid van nikkel deverhouding zink/indium zodanig gekozen wordt dat deze tussen 1,1 en 1,8ligt.This object is achieved in a cadium-free solder alloy described above in that, in addition to the absence of nickel, the zinc / indium ratio is chosen to be between 1.1 and 1.8.

Gebleken is dat bij een dergelijke verhouding het mogelijk iseen reeks soldeerlegeringen voor elk percentage goud (bijvoorbeeld 8,14 -en 18-karaats) samen te stellen, waarbij een aflopende smelttemperatuurkan worden verwezenlijkt terwijl elk van deze soldeersoorten goed vloeiten bij de produktie voldoende deformatie (tot 50%) tussen de gesoldeerdedelen mogelijk maakt zonder dat een extra gloeistap noodzakelijk is.Bovendien is verrassenderwijs gebleken dat een zo verkregen soldeerverhoudingsgewijs zacht is en bijzonder eenvoudig te bewerken is.It has been found that at such a ratio it is possible to assemble a series of solder alloys for any percentage of gold (e.g. 8.14 and 18 carats), whereby a decreasing melting temperature can be achieved while each of these solder fluids flow sufficiently in production ( up to 50%) between the soldered parts without the need for an additional annealing step. Moreover, it has surprisingly been found that a solder obtained in this way is relatively soft and particularly easy to work with.

Door het hogere kookpunt van zink is het gevaar van wegdampenverhoudingsgewi j s beperkt.Due to the higher boiling point of zinc, the danger of the vapor ratio ratio is limited.

Volgens een van voordeel zijnde uitvoering ligt de verhoudingzink/indium tussen 1,4 en 1,6 en is meer in het bijzonder 1,5. Daarbijligt het zinkaandeel bij voorkeur tussen 1,5 en 9 gew.% en hetindiumaandeel bij voorkeur tussen 1 en 6 gew.%.According to an advantageous embodiment, the zinc / indium ratio is between 1.4 and 1.6 and more particularly 1.5. The zinc share is preferably between 1.5 and 9% by weight and the indium share is preferably between 1 and 6% by weight.

Begrepen moet worden, dat afhankelijk van de edelheid van hette bewerken sieraad de samenstelling van de soldeerlegering gevarieerdwordt. Daarbij is echter de bovenstaande verhouding zink/indium steedsessentieel.It should be understood that, depending on the nobility of the piece of jewelry to be processed, the composition of the solder alloy is varied. However, the above zinc / indium ratio is always essential.

Indien bijvoorbeeld een 14-karaats goudlegering gebruikt wordt met tenminste 58,5% goud, zal een dergelijke soldeerlegering bovendienomvatten 14-24 gew.% Ag, ongeveer 14,5 gew.% Cu, 2,5-8 gew.% Zn en1,6 - 5,5 gew.t In.For example, if a 14K gold alloy is used with at least 58.5% gold, such a brazing alloy will additionally include 14-24% by weight Ag, about 14.5% by weight Cu, 2.5-8% by weight Zn and 1, 6 - 5.5 parts by weight In.

Bij toepassing als 18-karaats soldeer, d.w.z. ten minste 75%goud omvattende, wordt bij voorkeur 0-10 gew.% Ag, 8-12 gew.% Cu, 3 -5 gew.% Zn en 2 - 3,5 gew.% In gebruikt. Heer in het bijzonder ligt hetzilverpercentage tussen 3 en 10 gew.% en is ongeveer 9 gew.% koperaanwezig.When used as an 18-carat solder, ie comprising at least 75% gold, 0-10 wt.% Ag, 8-12 wt.% Cu, 3 -5 wt.% Zn and 2 - 3.5 wt. % In used. In particular, the silver percentage is between 3 and 10 wt% and about 9 wt% copper is present.

Voor minder edel soldeer, zoals 8-karaats soldeer, is hetnoodzakelijk de legering te voorzien van elementen om het hechten envloeien te bevorderen. Daartoe worden bij voorkeur gallium of germaniummet een aandeel tussen 1 en 4 gew.% gebruikt.For less noble solder, such as 8-carat solder, it is necessary to provide the alloy with elements to promote bonding and flow. For this purpose, gallium or germanium with a proportion between 1 and 4% by weight is preferably used.

Begrepen zal worden dat de samenstelling van de legering effektheeft op de kleur van de legering. Toevoegen van koper zal de kleur rodermaken terwijl verhoging van het In-percentage een witte legering zalgeven.It will be understood that the composition of the alloy has an effect on the color of the alloy. Adding copper will make the color redder while increasing the In percentage will give a white alloy.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van 14- en 18-karaatssoldeer volgens de uitvinding nader worden uiteengezet.The invention will be explained in more detail below with reference to the 14- and 18-carat solder according to the invention.

Voorbeeld I: 14-karaats geelgoudsoldeer volgens de uitvinding samenstelling in gewichtspromillage:Example I: 14-carat yellow gold solder according to the invention composition in weight distribution:

Uit het bovenstaande blijkt dat een reeks legeringen verschaftkan worden met dalend smeltpunt. Bij proeven is bovendien gebleken datal deze soldeerlegeringen verbindingen geven die eenvoudig te bewerkenzijn, een deformeerbaarheid van ten minste 50% hebben en een kleur diegoed overeenkomt met die van het moedermateriaal.From the above, it appears that a range of alloys can be provided with a falling melting point. In addition, tests have shown that all these solder alloys provide compounds which are easy to process, have a deformability of at least 50%, and have a color similar to that of the parent material.

Voorbeeld II: 18-karaats geelgoudsoldeer volgens de uitvinding samenstelling in gewichtspromillageExample II: 18-carat yellow gold solder according to the invention composition in weight permillage

De legeringen uit de Voorbeelden II en lil vertoonden bijzondergoede vloei- en hechteigenschappen terwijl de verbindingen eenvoudig tebewerken waren en voldoende deformeerbaarheid vertoonden. De bovenstaandelegeringen bevatten geen schadelijke stoffen en oxideren niet tijdens hetsolderen. Bovendien is volledig aan het bezwaar van legeringen uit destand der techniek tegemoet gekomen die te bros zijn.The alloys of Examples II and III exhibited particularly good flow and bond properties while the compounds were easy to process and exhibited sufficient deformability. The above alloys do not contain any harmful substances and do not oxidize during soldering. In addition, the drawback of prior art alloys which are too brittle has been fully addressed.

De bovenstaande voorbeelden betreffen 8,14- en 18-karaatssoldeerlegeringen. Begrepen zal echter worden, dat dergelijke legeringenaangepast zullen worden indien andere eisen worden gesteld aan hetpercentage goud dat aanwezig moet zijn, zoals bijvoorbeeld in 9- of 10-karaats goud. Deze en andere wijzigingen worden geacht binnen het bereikvan de bijgevoegde conclusies te liggen.The above examples concern 8.14 and 18 carat brazing alloys. It will be understood, however, that such alloys will be modified if other requirements are imposed on the percentage of gold to be present, such as, for example, 9 or 10 carat gold. These and other changes are considered to be within the scope of the appended claims.

Claims

Cadmium-free gold solder alloy for soldering jewelery and the like, comprising a gold content corresponding to at least the percentage of the jewelery between 33 and 90% by weight, 0-33% by weight Ag, 8-30% by weight Cu, 0-10% by weight. % Zn, 0.5 - 8 wt.% In and 0 * 8 wt.% Sn., Characterized in that the alloy contains no (0 wt.%) Nickel and that the ratio Zn / ln is between 1.1 and 1.8.

Cadmium-free gold solder alloy according to claim 1, wherein said ratio Zn / ln is between 1.4 and 1.6.

Cadmium-free gold solder alloy according to any one of the preceding claims, wherein said ratio Zn / ln is 1.5 and the zinc content is between 1.5 and 9% by weight and the indium content is between 1 and 6% by weight.

Cadmium-free gold solder alloy according to any one of the preceding claims, comprising at least 58.5 wt% Au, 14-24 wt% Ag, about 14.5 wt% Cu, 2.5-8 wt% Zn and 1.6 - 5.5 wt% In.

Cadmium-free gold solder alloy according to any one of the preceding claims, comprising at least 75 wt.% Au, 0-10 wt.% Ag, 0.5-10 wt.% Cu, 3-5 wt.% Zn and 2 - 5.5 wt% In.