PL186996B1 - Sposób wytwarzania artefaktu z metalu szlachetnego - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania artefaktu z metalu szlachetnego, w którym to sposobie proszek metalu szlachetnego prasuje sie w bryle o okreslonym ksztalcie, przy czym co najmniej 80% wagowych proszku wytwarza sie metoda wodnego rozpylania strumienia stopionego metalu szlachetnego, a wymieniona bryle spieka sie i nastepnie modyfikuje sie ksztalt i/lub wymiary bryly, znamienny tym, ze wymienione modyfikowanie przeprowadza sie przez dotlaczanie, kucie, walcowanie pierscieni, a nastepnie wymieniona bryle wyzarza sie. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania artefaktu z metalu szlachetnego, szczególnie wyrobów biżuteryjnych takich jak obrączki.

Powszechnie stosowany sposób wytwarzania obrączek ślubnych, opracowany przez Karla Klinka, obejmuje następujące czynności. Na początku wytwarza się długie sztaby złota w ciągłym procesie odlewniczym, sztaby następnie dzieli się na płyty, ważące typowo około 20 kg, o grubości około 25,4 mm. Powierzchnie płytek obrabia się skrawaniem, w celu usunięcia chropowatości pozostałej po procesie odlewniczym, a następnie płytki wyżarza się, w celu homogenizacji metalu, a następnie poddaje walcowaniu w celu uzyskania cieńszej blachy. W praktyce, płytki poddaje się licznym naprzemiennym etapom walcowania i wyżarzania, typowo pomiędzy pięcioma etapami wyżarzania stosuje się cztery etapy walcowania. Po osiągnięciu żądanej grubości, typowo około 2,5 mm, z blachy za pomocą odpowiedniej tłoczni wytłacza się podkładki, które następnie wyżarza się i formuje w puste stożki, które następnie ponownie się wyżarza i poddaje się wyciąganiu w celu otrzymania cylindrów. W kolejnym etapie wyżarzania, cylindry „dotłacza się” to jest ściska do w przybliżeniu ustalonej wysokości obrączek. Po jeszcze jednym etapie wyżarzania, ściśnięte cylindry poddaje się działaniu „walcarki do pierścieni”, to jest przepuszcza pomiędzy rolkami, w celu uzyskania półobrobionych obrączek ślubnych, które wówczas są gotowe do przeprowadzenia czynności końcowych, takich jak polerowanie, nadawanie szlifu brylantowego i/lub grawerowanie.

Powyższy sposób posiada wiele wad. W szczególności, wymagane liczne czynności powodują, że sposób ten jest długotrwały i kosztowny. Ponadto, szczególnie podczas obróbki skrawaniem, okrawania i wytłaczania podkładek, powstaje bardzo wiele odpadów. W rezultacie, wydajność końcowego produktu, to jest uformowanych obrączek ślubnych, jest niska, typowo stanowi około 30% pierwotnej wagi wytopu.

Zgłoszenie patentowe US 4479823, odpowiadające niemieckiemu opisowi patentowemu DE 3240256, ujawnia sposób wytwarzania proszku stopu przejściowego przydatnego do łączenia z rtęcią (amalgamacji), z wytworzeniem dentystycznego materiału wypełniającego, przy czym sposób obejmuje przeprowadzanie stopu zawierającego srebro, cynę i miedź w proszek o kształcie kulek. Proszkowanie prowadzi się na przykład metodą proszkowania gazem obojętnym lub wodą pod wysokim ciśnieniem. Uzyskany proszek osusza się i formuje w wyrób o spoistym kształcie. Tak więc, kwadratowe bloki można formować metodą mechanicznego prasowania, a okrągłe pręty można formować izostatycznie. Ukształtowany wyrób następnie spieka się w podwyższonej temperaturze, w szczególności w temperaturze rekrystalizacji w zakresie 150-350°C, przez około pół godziny, w atmosferze redukującej. Spiekany wyrób następnie proszkuje się metodą obróbki skrawaniem, na przykład mieląc lub tocząc, z wytworzeniem proszku stopu przejściowego.

Niemiecki opis patentowy nr C-3336526 (Degussa AG) ujawnia spiekane przedkuwki na wytłoczki wykonane z różnych metali szlachetnych (w szczególności złota, srebra, palladu,

186 996 platyny i ich stopów) do wytwarzania biżuterii i takich wyrobów jak monety, medale i talerze, przy czym przedkuwki są porowate w 8 do 35% objętości. Wymienione przedkuwki wykazują doskonałą podatność na tłoczenie, a zatem można je całkowicie wybić po jednym lub dwóch cyklach tłoczenia. Przykład 6 tego opisu patentowego ujawnia mieszaninę 95% wagowych sproszkowanego stopu złota i 5% wagowych proszku szklanego wytwarzaną metodą rozpylania, którą formuje się wytłaczając pod ciśnieniem 2 x 10⁸ Pa, w celu wytworzenia tłocznika o około 70% gęstości teoretycznej. Po jednej godzinie spiekania w temperaturze 800°C, porowatość równa jest 20% objętości. Uzyskane koliste przedkuwki można całkowicie wybić w zestawie słupowym do matryc w dwóch cyklach (w porównaniu z typowymi przedkuwkami 0 tej samej wartości karatowej, które wymagają co najmniej 5-8 cykli).

Japoński opis patentowy nr 64-65203 (Tokuriki Honten Co. Ltd.) ujawnia pręt srebro/tlenek metalu przydatny do zastosowania w kontaktach elektrycznych o średnim obciążeniu. Taki pręt wytwarza się metodą zgrzewania, pod ciśnieniem i w temperaturze 600°C lub wyższej, powłoki srebra na zewnętrznej powierzchni materiału srebro/tlenek metalu, która zawiera od 5 do 30% wagowych tlenku rozproszonego w srebrze. Uzyskany kompozyt formuje się do uzyskania wymaganej średnicy, nadając powłoce srebra grubość pomiędzy 0,02 mm i 0,3 mm. Tlenki obejmują tlenki kadmu, cyny, antymonu, cynku lub indu. W przykładzie roboczym, srebro, kadm i antymon stapia się razem i następnie proszkuje metodą rozpylania wody. Proszek poddaje się utlenianiu wewnętrznemu w temperaturze 700°C i substancję, opisaną jako „sprasowana i spiekana”, następnie umieszcza się w tulei wykonanej ze srebra i następnie nakrywa pokrywami również wykonanymi ze srebra. Kęs kompozytu ogrzano do temperatury 850°C i wytłaczano na gorąco z wytworzeniem pręta o średnicy 10 mm, z którego następnie otrzymano pręt kompozytowy o średnicy 3 mm przez wielokrotne wyżarzanie i wyciąganie. W innym przykładzie roboczym, srebrną tuleję i pokrywy zastąpiono tuleją i pokrywami wykonanymi ze srebra z zawartością 0,1% wagowych niklu.

Aggie Beynon, „Powder Metallurgy”, Metalsmith (Fall 1982) opisuje wytwarzanie artefaktów wykonanych z heterogenicznych mieszanin metali. Sposób obejmuje ładowanie warstwowo do wykroju matrycy różnych sproszkowanych metali, ubijanie w celu usunięcia powietrza, a następnie prasowanie pod ciśnieniem do zespolenia proszków w zieloną wypraskę, na tyle trwałą aby można było ją przenosić. Korzystne ciśnienia obejmują 206,8 do 275,8 MPa. Zieloną wypraskę następnie spieka się pod zmniejszonym ciśnieniem, w piecu nastawionym albo na 732°C dla mieszaniny srebro-monel lub na 816°C dla mieszaniny miedź-monel. Zależnie od przeznaczenia artefaktów, spiekaną wypraskę mieli się, zwija lub tnie. W publikacji stwierdzono, że przeprowadzono kilka doświadczeń wykorzystujących 14 karatowe zmielone złoto i rozpylany 8 karatowy proszek złota, ale proszki złota były słabo zadowalające: zmielone cząstki złota były za duże w porównaniu do innych substancji, co powodowało duże kurczenie podczas spiekania, podczas gdy w przypadku rozpylanego złota, proszek wiązał się tylko wtedy, gdy był unieruchomiony w miejscu przez przylegający metal.

Wytwarzanie proszków metalu metodą rozpylania jest dobrze znaną techniką metalurgiczną (na przykład Andrew J. Yule i John J. Dunkley, Atomisation of Melts for Powder Production and Spray Deposition, Clarendon Press, Oxford (1994) i zgłoszenie patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4401609, którą fachowcy w dziedzinie mogą łatwo zastosować do wytwarzania proszku metalu szlachetnego w toku procesu według niniejszego wynalazku.

Sposób wytwarzania artefaktu z metalu szlachetnego, w którym to sposobie proszek metalu szlachetnego prasuje się w bryłę o określonym kształcie, przy czym co najmniej 80% wagowych proszku wytwarza się metodą wodnego rozpylania strumienia stopionego metalu szlachetnego, a wymienioną bryłę spieka się i następnie modyfikuje się kształt i/lub wymiary bryły, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wymienione modyfikowanie przeprowadza się przez dotłaczanie, kucie, walcowanie pierścieni, a następnie wymienioną bryłę wyżarza się.

Korzystnie, jako strumień stopionego metalu stosuje się strumień grawitacyjnie wypływający z otworu.

186 996

Korzystnie, rozpylanie przeprowadza się przez uderzenie co najmniej jednego strumienia wody w strumień stopionego metalu.

Korzystnie, proszek metalu osusza się przed prasowaniem.

Modyfikowanie kształtu i/lub wymiarów bryły do produkcji obrączki przeprowadza się przez walcowanie pierścieni.

Pomiędzy wymienionym spiekaniem i walcowaniem pierścieni przeprowadza się dotłaczanie bryły.

Korzystnie, dotłaczanie przeprowadza się przez prasowanie bryły i tym samym zmniejsza się jej wysokość przez sprasowanie, ściskanie lub zgniatanie bryły.

Pomiędzy wymienionym dotłaczaniem i walcowaniem pierścieni przeprowadza się kolejne wyżarzanie bryły.

Do wytwarzania obrączki proszek metalu prasuje się tworząc bryłę o wydrążonym cylindrycznym kształcie, a ukształtowaną bryłę spieka się, spiekaną bryłę ściska się w celu zmniejszenia jej wysokości, po czym tak uzyskaną bryłę poddaje się spiekaniu, i następnie walcuję się w obrączkę, którą poddaje się wyżarzaniu.

Spiekanie ukształtowanej bryły prowadzi się w czasie od 0,25 godziny do 2 godzin, a dalsze spiekanie sprasowanej bryły prowadzi się w czasie od 8 do 120 godzin.

Do wytwarzania obrączki proszek metalu prasuje się tworząc bryłę o wydrążonym cylindrycznym kształcie, a ukształtowaną bryłę spieka się, po czym tak uzyskaną bryłę korzystnie ściska się zmniejszając jej wysokość, walcuje się w obrączkę, którą poddaje się wyżarzaniu.

Spiekanie ukształtowanej bryły prowadzi się w czasie od 8 do 120 godzin.

Ukształtowaną bryłę formuje się przez prasowanie proszku w tłoczniku.

Korzystnie, ukształtowanej bryle nadaje się metodą prasowania proszku kształt tulei, którą wtórnie dzieli się, uzyskując wiele wydrążonych cylindrycznych brył.

Korzystnie, ukształtowana bryła kurczy się na wysokość podczas spiekania.

Korzystnie, artefakt jest obrączką ślubną.

Korzystnie, bryłę otrzymaną przez prasowanie proszku spieka się, a następnie poddaje się kuciu, które prowadzi się za pomocą stempli o wymaganym profilu.

Bryłę otrzymaną przez prasowanie proszku spieka się, a następnie poddaje się dotłaczaniu.

Jako metal szlachetny stosuje się złoto, stop zawierający złoto, srebro, stop zawierający srebro, platynę, stop zawierający platynę, pallad, lub stop zawierający pallad.

Korzystnie, jako metal szlachetny stosuje się stop zawierający od 30% wagowych do 95% wagowych złota lub stosuje się platynę, lub stop zawierający co najmniej 80% wagowych platyny.

Stosuje się metal tworzący artefakt o porowatości poniżej 8% objętościowych.

Ponadto stosuje się metal tworzący artefakt o zawartości tlenku, mierzonego jako tlen, nie większej niż 0,01% wagowego metalu.

Sposób według niniejszego wynalazku może dawać znacznie większe korzyści, w porównaniu do typowego sposobu. Tak więc stwierdzono, że możliwe jest uzyskanie lepszej wydajności produktu, typowo co najmniej 85%, a nawet 90-95% wagowych pierwotnego wytopu. Ponadto, sposób jest mniej czasochłonny i bardziej ekonomiczny, a czasy serii produkcyjnych ulegają znacznemu skróceniu. Tak więc, stwierdzono, że możliwe jest, stosując niniejszy sposób, otrzymanie półobrobionych obrączek w czasie około pięciu dni, w porównaniu do dziesięciu dni zazwyczaj potrzebnych przy zastosowaniu typowego sposobu Karla Klinka. Można także zmniejszyć koszty robocizny.

Stwierdzono, że w produkcie końcowym średni wymiar ziarna wynosi na ogół poniżej 0,025 mm i zazwyczaj 0,005-0,010 mm. Ten względnie mały wymiar ziarna zmniejsza tak zwany „efekt skórki pomarańczowej”, który może negatywnie zmienić wygląd obrączek i podobnych wyrobów otrzymywanych typowymi sposobami. Stwierdzono, że metal w wykończonych produktach otrzymanych według niniejszego wynalazku ma ciągliwość porównywalną lub większą od ciągliwości metalu w obrączkach wykonanych sposobem Karla Klinka, co zwiększa możliwość dopasowywania średnicy obrączki, uzyskanej według niniejszego wynalazku, do większej liczby rozmiarów palca. Ponadto stwierdzono, że obrączki otrzymane według niniejszego wynalazku są twardsze, niż otrzymane według sposobu Karla Klinka,

186 996 a obrączka staje się bardziej odporna na zarysowanie, ścieranie, a wygrawerowane lub wykrojone wzory zachowują ostrość przez dłuższy okres czasu. Należy oczekiwać więc, że dzięki zastosowaniu niniejszego sposobu, zwroty uszkodzonych obrączek przez klientów znacznie zmniejszą się.

Stosowany w opisie termin „wyżarzanie” używany jest w szerokim zakresie i obejmuje nie tylko całkowite wyżarzanie, ale także częściowe wyżarzanie lub dowolny etap ogrzewania, w którym naprężenie wywoływane w bryle na dowolnym poprzedzającym etapie jest co najmniej częściowo zmniejszane.

Sformułowanie stosowane w opisie „metal szlachetny” dotyczy nie tylko pierwiastka metalu szlachetnego, takiego jak złoto, srebro lub platyna, w czystej lub w zasadzie czystej postaci, ale także stopu o znacznej zawartości, na przykład co najmniej 30% wagowych, pierwiastka metalu szlachetnego lub mieszaniny pierwiastków metali szlachetnych.

Sposób przeznaczony do wytwarzania obrączki na przykład obrączki ślubnej lub bransolety obejmuje, pomiędzy etapami spiekania bryły otrzymanej przez prasowanie i wyżarzanie, dalszy etap modyfikowania kształtu i/lub wymiarów bryły, a modyfikacja może obejmować lub składać się z etapu walcowania pierścieni.

Przykłady wykonania:

W pewnych wymienionych wcześniej rozwiązaniach, sposób obejmuje, pomiędzy etapem spiekania i modyfikacji, dodatkowy etap nadawania kształtu i/lub wymiarów sprasowanej, spiekanej bryle. Nadawanie bryle kształtu i/lub wymiarów można prowadzić przez dotłaczanie spiekanej, sprasowanej bryły, jak również przez dalsze prasowanie, zagęszczanie lub zgniatanie. Typowo, etap kształtowania prowadzi się w celu regulacji wysokości wypraski. Gdy sposób przeznaczony jest do wytwarzania obrączki, spiekana prasowana bryła może mieć kształt wydrążonego cylindra, który następnie dotłacza się w bryłę o pierścieniowym kształcie.

W niektórych rozwiązaniach, szczególnie gdy spiekanie sprasowanej bryły prowadzi się przez względnie krótki okres czasu, może być potrzebne poddanie bryły kolejnemu etapowi spiekania, w szczególności przed etapem walcowania pierścieni i, na ogół, po etapie powtórnego prasowania.

Niektóre rozwiązania niniejszego wynalazku dotyczą sposobu obejmującego, pomiędzy wymienionymi etapami spiekania otrzymanej przez prasowanie i wyżarzanie bryły, dalszy etap powtórnego prasowania i następnie poddania jej ponownemu spiekaniu, i który ewentualnie obejmuje ponadto, pomiędzy wymienionymi etapami ponownego spiekania i wyżarzania, kolejny etap walcowania pierścieni.

Metal w artefakcie wytwarzanym niniejszym sposobem powinien być homogeniczny lub w zasadzie homogeniczny. Tak więc, pożądane jest aby obszary (na przykład warstwy lub domeny) o różnej budowie metalicznej nie były widoczne gołym okiem. Heterogeniczność ma tendencje do zmniejszenia wytrzymałości i spójności artefaktu.

Zalecane jest, aby metal w artefakcie nie ulegał całkowicie lub w zasadzie nie ulegał utlenianiu. Korzystna zawartość tlenku (mierzona jako tlen) w metalu powinna być nie większa niż 1,0% wagowy metalu, a szczególnie nie większa niż 0,1% wagowego na przykład nie większa niż 0,01 % wagowych.

W początkowym stadium procesu wytwarzania obrączek ślubnych z 9-cio karatowego stopu złota, odważone ilości złota, srebra, miedzi i cynku, w proporcjach odpowiednich do uzyskania zamierzonego 9-cio karatowego stopu, umieszcza się w naczyniu do topienia lub tyglu. Postać, w której metale dodaje się do naczynia lub tygla, na przykład złom, ziarna lub proszek, nie jest cechą krytyczną. Metale następnie razem topi się. Mieszanie można przeprowadzić typowo, na przykład mieszając mechanicznie lub indukcyjnie. Ciekły stop następnie wylewa się do kadzi pośredniej, o powierzchni dna zaopatrzonej w jedną lub więcej otworów wylotowych. Jeden lub każdy wylot korzystnie ma średnicę otworu od 1,5 mm do 7 mm. Stopiony stop przepływa przez jeden lub wszystkie otwory, wypływając z nich w charakterze spływającego ciekłego strumienia. Najbardziej odpowiednia temperatura wylewania metalu będzie, oczywiście, zależeć od budowy metalu. Temperatura wylewania będzie na ogół wynosić od (1,1 x likwidusa) do (1,5 x likwidusa), korzystnie od (1,2 x likwidusa) do (1,3 x likwidusa). Temperatura kadzi pośredniej będzie na ogół w zakresie od (0,5 x likwidusa) do (1,3 x

186 996 likwidusa), korzystnie aż do (1,1 x likwidusa) na przykład aż do (1,0 x likwidusa). O ile nie wskazano tego inaczej, w tym opisie likwidus (który oznacza temperaturę, w której metal lub stop podczas ogrzewania ulega całkowitemu stopieniu) jest wyrażony w stopniach Celsjusza.

Spływający ciekły strumień stopionego metalu poddaje się działaniu jednego lub więcej strumieni wody pod wysokim ciśnieniem, uzyskując tym samym jego rozpylenie, i ochładza z wytworzeniem proszku. Dogodnie, można stosować typowy układ 4 dyszowy z wodą pod ciśnieniem od 6,89 do 51,71 MPa, korzystnie 13,79 do 27,58 MPa i zazwyczaj 17,24 MPa. Zgodnie z tym można wybrać szybkość przepływu i wymiar szczeliny dyszy (dysz) wytwarzającej strumień (strumienie). Korzystnie, pewną część lub całą wodę odzyskaną z procesu rozpylania zawraca się do dalszego wykorzystania, jednakże, zawracaną wodę, jeśli to konieczne, można uzupełnić na przykład zwykłą wodą z sieci.

Proszek odzyskuje się w zbiorniku lub innym naczyniu zbierającym, z którego przenosi się go do metalowego korytka, po którym transportuje się go do pieca suszącego powietrzem, typowo w temperaturze około 110°C. Normalnie, wymagany jest powtórny etap suszenia w celu odprowadzenia cząsteczek wody, które mogły pozostać przyczepione do powierzchni cząstek metalu. Takie wtórne suszenie można przeprowadzić pod zmniejszonym ciśnieniem, szczególnie pod próżnią, w temperaturze około 180°C.

Osuszony proszek następnie przesiewa się, jeśli to konieczne, w celu usunięcia większych i gruboziarnistych cząstek (które można następnie zawrócić), tym samym poprawiając późniejsze spiekanie. Większe i gruboziarniste cząstki można usunąć na siatce, filtrze lub sicie, pozostawiając cząstki o wymiarze 125 pm lub większym. Korzystnie, proszek poddawany prasowaniu ma średni wymiar cząstek od 15 do 45 pm (mikronów), zazwyczaj około 20 pm. Korzystnie, od 45 do 75%, korzystniej 55 do 65% i zazwyczaj około 60% proszku, w przeliczeniu na masę, przechodzi przez standardowe 38 pm sito.

Proszek uzyskany z etapu przesiewania nadaje się bezpośrednio do dalszego przerobu. Jednakże, w praktyce przemysłowej, normalnie pożądana jest standaryzacja gęstości pozornej proszku, w celu uzyskania stałej gęstości wypełnienia tłocznika do prasowania. Wreszcie, może być korzystne mierzenie pozornej gęstości każdej szarży pozyskanej z etapu przesiewania i mieszanie szarż w odpowiednich proporcjach w celu osiągnięcia żądanej gęstości.

Proszek otrzymany przez rozpylanie wody powinien stanowić co najmniej 80%, wagowo, proszku użytego w etapie prasowania, korzystnie co najmniej 90%, korzystniej co najmniej 95% i najkorzystniej 98-100%. Pozostałą część proszku, jeśli jest potrzebna, może stanowić proszek metalu szlachetnego otrzymany innymi metodami na przykład metodą rozpylania gazu, elektrolizy, redukcji tlenkiem, z zastosowaniem hydrometalurgii lub mielenia, lub innych mechanicznych metod zmniejszania wymiarów.

W celu wytworzenia obrączek, proszek można następnie prasować, stosując typowe prasy do metalurgicznego prasowania proszku i odpowiednie tłoczniki i stemple, formując obiekty („wypraski”) o wydrążonym, w zasadzie cylindrycznym kształcie. Stosowane ciśnienie na ogół mieści się w zakresie 154 do 1544,MPa, korzystnie 386 do 1,081 MPa, korzystniej 463 do 849 MPa i typowo około 618 MPa. Średnicę i szerokość przedmiotu można regulować, zależnie od wymiaru wytwarzanego pierścienia. Można także regulować wagę pierścienia w przeliczeniu na tłocznik. Chociaż zgłaszający nie chce wiązać się żadną teorią, przyjmuje się, że etap rozpylania wody powoduje rozrost cząstek do kształtów umożliwiających im wzajemne skuteczne dopasowywanie się podczas prasowania.

Jako alternatywę procesu prasowania z zastosowaniem tłocznika i stempla, proszek metalu można najpierw sprasować do kształtu tulei na przykład umieszczając proszek pomiędzy trzpieniem i giętką tuleją, na przykład z gumy lateksowej, w prasie izostatycznej. Uzyskaną metalową tuleję można następnie poddać, na przykład na odpowiedniej tokarce, serii cięć poprzecznych do jej osi wzdłużnej w celu uzyskania wydrążonych, w zasadzie cylindrycznych przedmiotów. Jednakże, ta alternatywna procedura nie jest obecnie korzystna.

Prasowanie korzystnie przeprowadza się jako w zasadzie etap „obróbki plastycznej na zimno” lub „obróbki plastycznej na gorąco”, to jest w temperaturze powyżej 0°C, ale nie przekraczającej 100°C, korzystniej w temperaturze nie przekraczającej 50°C i najkorzystniej w temperaturze otoczenia (zazwyczaj od 10-30°C).

186 996

Wypraski, wytworzone dowolnym sposobem, korzystnie mają stosunek grubości ściany do jej wysokości od 1:0,5 do 1:3,5, korzystniej od 1:1,5 do 1:3,0 i zazwyczaj około 1:2 do 1:2,5.

Wydrążone, w zasadzie cylindryczne przedmioty („wypraski”) następnie spieka się, w celu co najmniej częściowego związania lub połączenia cząstek razem. Korzystnie, spiekanie prowadzi się w temperaturze od (0,6 x solidusu) do (0,99 x solidusu). O ile nie wskazano tego inaczej, w tym opisie solidus (który oznacza temperaturę, w której ogrzewany metal lub stop zaczyna się topić) jest wyrażony w stopniach Celsjusza. Korzystnie, spiekanie prowadzi się w atmosferze redukującej, na przykład w atmosferze składającej się z zasadniczo 90-95% objętościowych azotu i 5-10% objętościowych wodoru. Ten etap spiekania korzystnie prowadzi się przez co najmniej 0,25 godziny, korzystniej od 0,5 do 2 godzin i zazwyczaj przez około 1 godzinę, w odpowiednim piecu.

Wydrążony, w zasadzie cylindryczny przedmiot otrzymany po spiekaniu („spiekana wypraska”) następnie dotłacza się, w szczególności zmniejsza wysokość, metodą ściskania. (Aby uniknąć nieporozumień, wysokość oznacza tu wymiar zdjęty zgodnie z kierunkiem długości palca, na którym będzie noszona obrączka.) Korzystnie, zmniejszenie wysokości - zmierzonej wzorem [(HB - HA)/HB] x 100%, w którym HB oznacza wysokość przed dotłaczaniem i HA oznacza wysokość po dotłaczaniu - wynosi co najmniej 8% i najkorzystniej co najmniej 10%. Ponownie, mimo że zgłaszający nie chce wiązać się żadną teorią, przyjmuje się, że ta operacja dotłaczania lub zgniatania powoduje naprężenie prasowanej i spiekanej substancji, tym samym przenosząc energię do tej substancji, co ułatwia jej uformowanie. W wytwarzaniu obrączek ta operacja będzie na ogół nadawać wydrążonemu, w zasadzie cylindrycznemu przedmiot, kształt w zasadzie pierścieniowy (lub „kształt opony”). Niniejszy wynalazek nie jest jednak ograniczony do jakiegokolwiek konkretnego przekroju poprzecznego pierścieni. Obrączki wytwarzane według niniejszego wynalazku mogą mieć dowolny typowy kształt przekroju poprzecznego, na przykład kolisty, eliptyczny lub litery D.

Przedmioty po dotłaczaniu następnie poddaje się dalszemu, i zazwyczaj końcowemu, etapowi spiekania, korzystnie przez co najmniej 8 godzin, korzystniej od 12 do 120 godzin i zazwyczaj przez około 24 godziny. Korzystnie, spiekanie prowadzi się w temperaturze od (0,6 x solidusa) do (0,99 x solidusa). Korzystnie, spiekanie prowadzi się w atmosferze redukującej, na przykład składającej się z 90-95% objętościowych azotu i 5-10% objętościowych wodoru. Korzystnie, metal w uzyskanym obiekcie powinien mieć niską porowatość, korzystnie łączna zawartość pustych przestrzeni powinna stanowić mniej niż 8% objętościowych, korzystniej poniżej 7% objętościowych, najkorzystniej 0 do 6% objętościowych i zazwyczaj tylko 1-5%) objętościowych.

Uzyskany przedmiot można następnie poddać walcowaniu pierścienia, co można przeprowadzić typowym sposobem tak, aby uzyskać półobrobione artefakty, w szczególności półobrobione obrączki ślubne, które, po kontroli, można następnie poddać wyżarzaniu. Walcowanie pierścieni korzystnie prowadzi się jako w zasadzie etap „obróbki plastycznej na zimno” lub „obróbki plastycznej na gorąco”, to jest w temperaturze powyżej 0°C, ale nie przekraczającej 100°C, korzystniej w temperaturze nie przekraczającej 50°C i najkorzystniej w temperaturze otoczenia (zazwyczaj od 10-30°C).

Etap wyżarzania, który normalnie jest etapem wyżarzania końcowego, na ogół przeprowadza się w celu całkowitego zestalenia (zagęszczenia) metalu (walcowanie pierścieni ponownie wywołuje naprężenia w metalu). Wyżarzanie może także zapobiec korozji naprężeniowej w końcowym artefakcie, szczególnie z nisko karatowymi stopami złota. Na ogół, wyżarzanie prowadzi się przez 0,25 do 10 godzin, korzystnie od 0,33 do 4 godzin. Korzystnie, wyżarzanie prowadzi się w temperaturze (0,4 x solidusa) lub wyższej na przykład od (0,6 x solidusa) do (0,99 x solidusa). Korzystnie, wyżarzanie prowadzi się w atmosferze redukującej, na przykład składającej się z 90-95% objętościowych azotu i 5-10% objętościowych wodoru.

Wyżarzanie będzie na ogół zmiękczać metal i stopień zmiękczenia można określić na próbkach przed i po wyżarzaniu, stosując standardowy test twardości Vickersa (opisany w BS 427 lub w ISO ó507/l i 6507/2). Zmiękczanie może towarzyszyć późniejszemu wymiarowaniu lub innym operacjom prowadzonym na obrączce lub innym artefakcie. Jednakże, w przy186 996 padku kopert zegarka i tym podobnych, zmiękczanie spowodowane wyżarzaniem powinno być możliwie nieznaczne, ponieważ koperty zegarków są typowo poddawane na końcu obróbce skrawaniem, którą najlepiej przeprowadza się na względnie twardym materiale. Zatem, termin „wyżarzanie” stosowany w opisie, obejmuje także nie tylko całkowite wyżarzanie, ale także częściowe wyżarzanie lub ogrzewanie, mające na celu usunięcie co najmniej części naprężenia powstającego w bryle w dowolnym, wcześniejszym etapie. Wyżarzanie jest także korzystne, gdy artefaktami są monety lub przedkuwki na medaliony, ponieważ przygotowuje je do końcowego wybijania lub stemplowania.

Po wyżarzaniu obrączki można poddać typowym czynnościom końcowym, takim jak polerowanie, nadawanie szlifu brylantowego i/lub grawerowanie.

Rozwiązania opisane powyżej można modyfikować. Tak więc, niektóre korzystne rozwiązania niniejszego wynalazku wymagają jednego lub wielu etapów spiekania, łączny czas spiekania wynosi co najmniej 8 godzin, korzystnie co najmniej 12 godzin, korzystniej co najmniej 18 godzin. Stwierdzono także, że gdy pierwszy etap spiekania, to jest spiekanie wypraski, prowadzi się przez wystarczający okres czasu, drugi etap spiekania można pominąć. W tym przypadku, wypraski korzystnie spieka się przez co najmniej 8 godzin, korzystniej od \2 do 120 godzin i zazwyczaj przez około 24 godziny. Korzystnie takie spiekanie prowadzi się w temperaturze od (0,6 x solidusa) do (0,99 x solidusa). Korzystnie, spiekanie prowadzi się w atmosferze redukującej na przykład składającej się z 90-95% objętościowych azotu i 5-10% objętościowych wodoru.

Spiekanie i/lub wyżarzanie można także prowadzić w innej atmosferze niż redukująca. Tak więc, pod uwagę można wziąć spiekanie i/lub wyżarzanie platyny lub stopu platyny w powietrzu.

Gdy prasowanie prowadzono z wystarczającą dokładnością, i szczególnie gdy wypraskę spiekano przez przedłużony okres czasu, tak jak to opisano powyżej, można pominąć etap dotłaczania. Tak więc, w wytwarzaniu obrączek, prasowaną bryłę można poddać przedłużonemu etapowi spiekania, spiekane wypraski albo poddać walcowaniu pierścieni lub dotłaczaniu, a uzyskane bryły następnie poddać walcowaniu pierścieni.

W celu ilustracji, powyżej opisano sposób według niniejszego wynalazku wytwarzania obrączek ślubnych z 9-cio karatowego stopu złota. Należy rozumieć, jednakże, że sposób według wynalazku można zastosować do wytwarzania artefaktów innych niż obrączki ślubne na przykład innych typów obrączek, medalionów, kopert zegarków i podobnych wyrobów biżuteryjnych, a także sztab i monet. Na przykład koperty zegarków można wytwarzać metodą ubijania proszku do kolistej, wydrążonej przedkuwki, którą następnie spieka się. Spiekaną bryłę można później poddać kuciu (na przykład z zastosowaniem stempli o wymaganym profilu) i następnie ogrzewać w celu co najmniej częściowego usunięcia naprężenia (etap ogrzewania jest rozumiany w opisie jako „wyżarzanie”). Uzyskaną bryłę można wykończyć obróbką skrawaniem i/lub polerowaniem i/lub podobnymi. W rozwiązaniach przeznaczonych do wytwarzania artefaktów innych niż obrączki lub obiekty typu obrączki, korzystnie jest aby w bryle, otrzymanej przez prasowanie - która może być w postaci stałej płytki na przykład stałego krążka - stosunek długiego wymiaru (średnicy w przypadku krążków) do wysokości wynosił 1:3,5 do 40:1, korzystniej 1:2 do 30:1. Oczywiście, gdy otrzymanym artefaktem nie jest obrączka lub przedmiot typu obrączki, nie będzie możliwe przeprowadzenie etapu walcowania pierścieni opisanego powyżej. W takich przypadkach zatem, etap walcowania pierścieni można zastąpić innym odpowiednim etapem modyfikowania kształtu i/lub wymiarów bryły, otrzymanej po spiekaniu wypraski, po dotłaczaniu lub po drugim etapie spiekania, lub etap ten można całkowicie pominąć. Dzięki temu otrzymana bryła będzie, na przykład, po prostu dotłaczana i spiekana, lub etap modyfikowania kształtu można przeprowadzić po początkowym etapie spiekania.

Ponadto, wynalazek nie ogranicza się do zastosowania 9 karatowego stopu złota (37,5% złota). Faktycznie, można zastosować dowolną klasę stopu złota, w szczególności stop złota o wartości 8 karatów lub wyższej. Zawartość złota w stopie złota, na przykład dla biżuterii, korzystnie wynosi od 30% do 95% wagowych, co obejmuje zazwyczaj wartości od 8 karatów (33,3% złota) do 22 karatów (91,6% złota), chociaż nie wyklucza się większych zawartości

186 996 złota lub nawet czystego (100%) lub w zasadzie czystego złota. Ponadto, chociaż zazwyczaj wykorzystuje się żółty stop złota, pod uwagę można wziąć również, na przykład biały lub czerwony stop złota. Ponadto, w procesie można wykorzystać metale szlachetne inne niż złoto, na przykład srebro, platynę, stopy platyny, szczególnie stopy zawierające 80 lub więcej procent platyny, pallad i stopy palladu. Pod uwagę można wziąć także stopy dwóch lub więcej metali szlachetnych, lub zawierające dwa lub więcej metali szlachetnych.

Wynalazek zilustrowano ponadto w oparciu o następujące przykłady.

Przykład I

Wytwarzanie obrączek ślubnych o przekroju „D” z 9-cio karatowego żółtego złota, każda o masie 6,4 grama.

Cynk, miedź, srebro i złoto umieszczano w tyglu z glinki grafitowej, w indukcyjnym piecu do topienia, aż do uzyskania całkowitej masy 10 kg, w powyższej kolejności i w następujących proporcjach: Au 37,52%, Ag 10,4%, Cu 44,08% i Zn 8% wagowych. Aby zapobiec utlenianiu, do substancji wyjściowych następnie dodano kawałki węgla drzewnego i zastosowano płomień wodorowy, i mieszaninę ogrzano do temperatury 1060°C, podwyższając temperaturę w piecu. Z chwilą uzyskania wymaganej temperatury do wytopu dodano 1 g odtleniacza litowego.

Temperaturę wytopu następnie podwyższono do 1070°C i metal wylano do kadzi pośredniej o średnicy dyszy 4,7 mm. Kadź pośrednią uprzednio ogrzano do temperatury 1100°C i zzist.osowano osłonę wodorową. Następnie do dysz poniżej wylewu kadzi pośredniej dostarczono wodę pod ciśnieniem 1725 MPa i strumień wypływający z kadzi pośredniej rozpylano do proszku i zbierano w zbiorniku. Proszek pozostawiono do sedymentacji przez 1 godzinę przed usunięciem wody. Proszek następnie osuszono przez noc w temperaturze 110°C, a następnie ogrzewano przez kolejne 4 godziny w temperaturze 180°C, w piecu pod ciśnieniem obniżonym do 200 Pa.

Cząstki większe niż 125 pm usunięto przez przesianie, a proszek wymieszano aby poprawić jednorodność. (Jeśli to konieczne, na tym etapie można następnie dodać proszek 9-cio karatowego, żółtego złota o odpowiedniej gęstości pozornej w celu ustalenia gęstości pozornej w zakresie 4,17 do 4,23 g · cm³).

Proszek następnie sprasowano w prasie pracującej pod ciśnieniem 618 MPa, w celu uzyskania cylindrycznych wyprasek o średnicy zewnętrznej 14,5 mm, średnicy wewnętrznej 9 mm, wadze 6,4 g i wysokości nominalnej 6,7 mm. Uzyskane wypraski spiekano przez 1 godzinę w temperaturze 780°C, w atmosferze 95% azotu/5% wodoru. Wypraski następnie dotłoczono do wysokości 6,1 mm, a następnie spiekano przez dalsze 24 godziny w temperaturze 780°C, w tej samej atmosferze azot/wodór.

Następnie z wyprasek wytworzono, typową metodą walcowania pierścieni, obrączki ślubne na wymagane rozmiary palca, i półobrobione obrączki wyżarzano przez 0,5 godziny w temperaturze 780°C w atmosferze azot/wodór.

Przykład 2

Wytwarzanie 18 karatowych obrączek ślubnych damskich w stylu „królewskim” („Court”), każda o wadze 5,1 grama.

Miedź, srebro i złoto umieszczano w tyglu tak, jak to opisano w przykładzie 1, aż do uzyskania całkowitej masy 10 kg, w następujących proporcjach: Au 75,1%, Ag 13,9% i Cu 11,0% wagowych. Następnie zastosowano procedurę opisaną w przykładzie 1, w celu uzyskania 18 karatowego proszku złota, z tym, że temperaturę wytopu podwyższono do 1070°C przed dodaniem odtleniacza litowego, i następnie do 1080°C przed wylaniem.

Gęstość pozorną proszku uregulowano do 5,85-5,90 g · cm'³, jeśli było to konieczne, dodając 18 karatowy proszek żółtego złota o odpowiedniej gęstości pozornej, i proszek następnie prasowano tak, jak to opisano w przykładzie 1, z wytworzeniem cylindrycznych wyprasek o średnicy zewnętrznej 14,0 mm, średnicy wewnętrznej 9 mm, wysokości nominalnej 5,9 mm i wadze 5,1 g.

Wypraski spiekano przez 1 godzinę w temperaturze 870°C w atmosferze 95% azotu/5% wodoru, dotłoczono do wysokości 5,1 mm, a następnie spiekano przez dalsze 24 godziny w temperaturze 870°C w tej samej atmosferze azot/wodór.

186 996

Następnie z wyprasek wytworzono, typową metodą walcowania pierścieni, obrączki ślubne na wymagane rozmiary palca, i półobrobione obrączki wyżarzano przez 0,5 godziny w temperaturze 870°C w atmosferze azot/wodór.

Przykład 3

Wytwarzanie obrączek ślubnych o przekroju „D” z 9-cio karatowego żółtego złota, każda o wadze 6,4 grama.

Aż do etapu prasowania proszku zastosowano procedurę opisaną w przykładzie 1. W tym przykładzie, proszek prasowano w prasie pracującej pod ciśnieniem 772 MPa, w celu uzyskania cylindrycznych wyprasek o średnicy zewnętrznej 14,5 mm, średnicy wewnętrznej 9 mm, wadze 6,4 g i wysokości nominalnej 6,4 mm. Uzyskane wypraski spiekano przez 24 godziny w temperaturze 780°C, w atmosferze 95% azotu/5% wodoru. Stwierdzono, że powoduje to kurczenie się wyprasek do wysokości około 6,0 mm. Następnie z wyprasek wytworzono, typową metodą walcowania pierścieni, obrączki ślubne na wymagane rozmiary palca, i półobrobione obrączki wyżarzano przez 0,5 godziny w temperaturze 780°C, w atmosferze 95% azotu/5% wodoru.

Należy oczywiście rozumieć, że niniejszy wynalazek opisano powyżej całkowicie przykładowo, oraz że modyfikacji jego szczegółów można dokonywać zgodnie z zakresem wynalazku.

186 996

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (23)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania artefaktu z metalu szlachetnego, w którym to sposobie proszek metalu szlachetnego prasuje się w bryłę o określonym kształcie, przy czym co najmniej 80% wagowych proszku wytwarza się metodą wodnego rozpylania strumienia stopionego metalu szlachetnego, a wymienioną bryłę spieka się i następnie modyfikuje się kształt i/lub wymiary bryły, znamienny tym, że wymienione modyfikowanie przeprowadza się przez dotłaczanie, kucie, walcowanie pierścieni, a następnie wymienioną bryłę wyżarza się.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako strumień stopionego metalu stosuje się strumień grawitacyjnie wypływający z otworu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że rozpylanie przeprowadza się przez uderzenie co najmniej jednego strumienia wody w strumień stopionego metalu.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proszek metalu osusza się przed prasowaniem.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że modyfikowanie kształtu i/lub wymiarów bryły do produkcji obrączki przeprowadza się przez walcowanie pierścieni.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że pomiędzy wymienionym spiekaniem i walcowaniem pierścieni przeprowadza się dotłaczanie bryły.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że dotłaczanie przeprowadza się przez prasowanie bryły i tym samym zmniejsza się jej wysokość przez sprasowanie, ściskanie lub zgniatanie bryły.
8. 8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że pomiędzy wymienionym dotłaczaniem i walcowaniem pierścieni przeprowadza się kolejne wyżarzanie bryły.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do wytwarzania obrączki proszek metalu prasuje się tworząc bryłę o wydrążonym cylindrycznym kształcie, a ukształtowaną bryłę spieka się, spiekaną bryłę ściska się w celu zmniejszenia jej wysokości, po czym tak uzyskaną bryłę poddaje się spiekaniu, i następnie walcuje się w obrączkę, którą poddaje się wyżarzaniu.
10. 10. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że spiekanie ukształtowanej bryły prowadzi się w czasie od 0,25 godziny do 2 godzin, a dalsze spiekanie sprasowanej bryły prowadzi się w czasie od 8 do 120 godzin.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do wytwarzania obrączki proszek metalu prasuje się tworząc bryłę o wydrążonym cylindrycznym kształcie, a ukształtowaną bryłę spieka się, po czym tak uzyskaną bryłę, korzystnie, ściska się zmniejszając jej wysokość, walcuje się w obrączkę, którą poddaje się wyżarzaniu.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że spiekanie ukształtowanej bryły prowadzi się w czasie od 8 do 120 godzin.
13. 13. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że ukształtowaną bryłę formuje się przez prasowanie proszku w tłoczniku.
14. 14. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że ukształtowanej bryle nadaje się metodą prasowania proszku kształt tulei, którą wtórnie dzieli się, uzyskując wiele wydrążonych cylindrycznych brył.
15. 15. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że ukształtowana bryła kurczy się na wysokość podczas spiekania.
16. 16. Sposób według zastrz. 5 albo 9 albo 11, znamienny tym, że artefakt jest obrączką ślubną.
17. 17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że bryłę otrzymaną przez prasowanie proszku spieka się, a następnie poddaje się kuciu.
18. 18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że kucie prowadzi się za pomocą stempli o wymaganym profilu.

    186 996
19. 19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że bryłę otrzymaną przez prasowanie proszku spieka się, a następnie poddaje się dotłaczaniu.
20. 20. Sposób według zastrz. 1 albo 5, albo 9, albo 11, znamienny tym, że jako metal szlachetny stosuje się złoto, stop zawierający złoto, srebro, stop zawierający srebro, platynę, stop zawierający platynę, pallad lub stop zawierający pallad.
21. 21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że jako metal szlachetny stosuje się stop zawierający od 30% wagowych do 95% wagowych złota lub stosuje się platynę, lub stop zawierający co najmniej 80% wagowych platyny.
22. 22. Sposób według zastrz. 1 albo 5, albo 9, albo 11, znamienny tym, że stosuje się metal tworzący artefakt o porowatości poniżej 8% objętościowych.
23. 23. Sposób według zastrz. 1 albo 5, albo 9, albo 11, znamienny tym, że stosuje się metal tworzący artefakt o zawartości tlenku, mierzonego jako tlen, nie większej niż 0,01% wagowego metalu.