RU2537329C2

RU2537329C2 - Сплав на основе палладия и способ упрочнения палладиевых сплавов, применяемых для изготовления ювелирных изделий

Info

Publication number: RU2537329C2
Application number: RU2011149542/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Алексеевич Костин; Александр Константинович Николаев
Original assignee: Сергей Алексеевич Костин
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2015-01-10
Also published as: RU2011149542A; EA201400647A1; WO2013085420A1

Abstract

Изобретение относится к металлургии благородных металлов и сплавов, используемых для изготовления ювелирных изделий. Сплав на основе палладия содержит, мас%: палладий 50-95, никель 3-5, кремний 0,5-2, медь 1-40, золото 1-30, индий 1-10, галлий 1-10, бор 0,01-1,0, при суммарном содержании никеля и кремния до 5% в стехиометрическом соотношении, определяющем образование интерметаллида Ni₂Si, либо сплав содержит, мас.%: палладий 50-85, никель 11-13,5, алюминий 1,5-4, медь 1-40, золото 1-30, индий 1-10, галлий 1-10, бор 0,01-1,0, при суммарном содержании никеля и алюминия до 15% в стехиометрическом соотношении, соответствующем интерметаллидам Ni₃Al, NiAl, Ni₂Al₃. Способ получения сплавов на основе палладия включает выплавку сплавов указанных составов и их термическую обработку, содержащую нагрев и выдержку при температуре образования пересыщенного твердого раствора, закалку до температуры менее 100°С, старение при температуре от 300 до 800°С в течение от 5 мин до 24 час и последующее охлаждение. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств палладиевого сплава. 3 н. и 2 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к металлургии благородных металлов и сплавов, используемых для изготовления ювелирных изделий.

Палладий - металл белого цвета, относится к платиновой группе. Он обладает высокой коррозионной стойкостью и хорошей технологичностью при обработке давлением в холодном состоянии, прекрасно полируется и не тускнеет. Недостатком нелегированного палладия являются низкие прочностные свойства и высокая, как у всей платиновой группы металлов, температура плавления - 1554°С. В мягком состоянии палладий имеет временное сопротивление растяжению σ_в=180-190 МПа, условный предел текучести σ_0,2 =49-50 МПа и твердость всего 40-50 HV. Даже холодная деформация на 90% увеличивает временное сопротивление всего вдвое, что ощутимо меньше, чем у такого металла, как медь в любых состояниях производства. Весь перечисленный комплекс положительных свойств и качеств палладия делает разработку прочных сплавов на основе палладия весьма перспективным. Поскольку, при существенно меньшей стоимости, чем у лидера ювелирной промышленности - платины, палладий по цвету и свойствам, включая взаимодействие с другими благородными и неблагородными цветными металлами, близок к платине.

Известны сплавы на основе палладия, которые могут использоваться для изготовления ювелирных изделий по патентам РФ №№2395604, 2362823, 2331689, 2319758, 2405051, 2349660, 2349659, 2331683, 2331684. Однако ни одно из известных решений полностью не раскрывает сплавов реальных товарных композиций.

Известен сплав на основе палладия по патенту РФ №2220218 (опубл. 27.12.2003), который можно использовать для изготовления ювелирных изделий. Известный сплав в качестве добавок содержит кобальт, медь, индий, галлий, иридий, кадмий и/или висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%: палладий 60-94, кобальт 2-15, медь 2-15, индий 0,5-5, галлий 1-3, иридий 0,01-1,0, кадмий и/или висмут 0,1-10. Предложенный сплав и соотношение его компонентов обеспечивает пониженную температуру плавления за счет включения висмута, что облегчает работу со сплавом при литье. Добавка кадмия в указанном интервале приводит якобы к снижению окисляемости сплава, что улучшает поверхность исходной литой заготовки и снижает прочность сплава при деформировании. Однако используемые в известном сплаве легирующие добавки кадмия и висмута с низкими температурами кипения токсичны, что делает его производство несовместимым с принятыми санитарными нормами.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение прочностных свойств (по крайней мере, твердости) палладия. Кроме того, заявляемые варианты сплавов на основе палладия отличаются от известного палладиевого сплава по патенту РФ №2220218 тем, что не содержат токсичных, с низкой температурой кипения, а следовательно, и нетехнологичных при их производстве легирующих компонентов, обладают сравнительно низкой температурой плавления, хорошими технологичными свойствами в процессе литья, горячей и холодной деформации, способностью упрочняться в процессе термической или термомеханической обработки.

Заявленный технический результат достигается тем, что повышение прочностных свойств палладия достигается путем его легирования

- никелем и кремнием в количестве суммарно 5% при соотношении никеля к кремнию как 3,5-4,5/1, необходимом для образования химического соединения Ni₂Si,

- никелем и алюминием суммарно в количестве 15% при соотношении никеля и алюминия, необходимом для образования по крайней мере одного из химических соединений Ni₃Al, NiAl и Ni₂Al₃.

Кроме того, в качестве дополнительных легирующих компонентов сплав содержит, по меньшей мере, один элемент из группы медь, золото, индий, галлий, бор.

Заявляемая группа изобретений: сплав на основе палладия содержит

(1) палладий в количестве 50-95%; никель 3-5%; кремний 0,5-2%; медь 1-40%; золото 1-30%; индий 1-10%; галлий 1-10%; бор 0,01-1,0%

или

(2) палладий в количестве 50-85%, никель 11-13,5%, алюминий 1,5-4%; медь 1-40%; золото 1-30%; индий 1-10%; галлий 1-10%; бор 0,01-1,0%.

Новизна заявляемых сплавов определяется прежде всего тем, что упрочняющими фазами, выделяющимися при распаде твердого раствора, являются интерметаллиды, не содержащие в своем составе металла - растворителя (основы). Данный факт является принципиальным, так как позволяет легировать сплавы любых основ с тем же высоким эффектом упрочнения в результате термической или термомеханической обработки. Кроме того, дополнительное легирование палладиевых сплавов медью, золотом, индием и галлием как каждым, так и в любом сочетании, обеспечивает снижение температуры плавления палладиевого сплава в соответствии с диаграммами состояния Pd-Cu, Pd-Au, Pd-In, Pd-Ga, повышение литейных свойств, плотности изделий, возможность изменения цвета от белого до желтого и золотисто-розового с различными оттенками.

Кроме того, эти легирующие элементы могут дополнительно упрочнять сплавы заявляемого состава в результате воздействия твердорастворного механизма, межатомного взаимодействия и структурных факторов.

Например, включение бора, являющегося раскислителем сплава, снижает влияние кислорода и уменьшает потерю легирующих компонентов на угар.

Известен сплав платина-галлий-палладий для ювелирной промышленности по международной заявке WO 00/32829 (опубл. 08.06.2000), к которому применима термическая обработка. Однако основой сплава является платина, а палладий входит только в качестве дополнительного легирующего элемента, улучшающего свойства сплава, в количестве менее 3%.

Заявляемый способ упрочнения палладиевых сплавов, применяемых для изготовления ювелирных изделий, основан на эффекте дисперсионного твердения (нанофазное упрочнение). Термическая обработка дисперсионно твердеющих сплавов заключается в их нагреве до образования пересыщенного твердого раствора, последующего по возможности быстрого охлаждения - закалки, и старении, в результате которого твердый раствор распадается с выделением нанофазных частиц фаз-упрочнителей.

Заявляемый способ отличается от известного способа композицией образующихся и выделяющихся интерметаллидов. При этом отличие от упрочнителей иного состава является существенным, как по методу образования, так и по структуре, характеру температур плавления, кинетике распада твердого раствора, эффекту упрочнения и его стабильности. Иными по сравнению с известным платиновым сплавом являются параметры и температурно-временные режимы самой термической обработки.

Заявляемый способ получения сплава на основе палладия для изготовления ювелирных изделий включает выплавку сплава (1) или (2) и его термическую обработку, содержащую нагрев и выдержку при температуре образования пересыщенного твердого раствора, закалку в воде, на воздухе, в вакууме или иной среде до температуры менее 100°С, старение при температурах от 300 до 800°С в течение времени от 5 мин до 24 час с охлаждением в любой среде и с любой скоростью.

При этом операция закалки может совмещаться как с литьем изделия в форму (закалка из литого состояния), так и осуществляться путем дополнительного нагрева отлитого изделия от температуры 800°С до предплавильной температуры сплава с выдержкой при этой температуре от 0 мин для закалки непосредственно при литье до 180 мин при дополнительном нагреве.

Способ может также включать операцию термомеханической обработки изделий из палладиевых сплавов, когда между закалкой и старением или после старения осуществляется пластическая деформация любым способом и с любой степенью в температурном интервале от комнатной температуры до температуры 1300°С, в зависимости от состава сплава.

Заявляемый способ может быть осуществлен с использованием вакуумных дуговых или индукционных печей или печей с защитной атмосферой. Отливки из сплава могут быть получены методом заготовительного литья в изложницу или литьем готовых изделий в специальные формы, в том числе по выплавляемым моделям. Деформация заготовок может быть осуществлена прокаткой, прессованием и волочением, штамповкой или ковкой, плетением.

Claims

1. Сплав на основе палладия для изготовления ювелирных изделий, содержащий палладий, никель, кремний, медь, золото, индий, галлий, бор при следующем соотношении компонентов, мас%: палладий 50-95, никель 3-5, кремний 0,5-2, медь 1-40, золото 1-30, индий 1-10, галлий 1-10, бор 0,01-1,0, при суммарном содержании никеля и кремния до 5% в стехиометрическом соотношении, определяющем образование интерметаллида Ni₂Si.

2. Сплав на основе палладия для изготовления ювелирных изделий содержащий палладий, никель, алюминий, медь, золото, индий, галлий, бор при следующем соотношении компонентов, мас%: палладий 50-85, никель 11-13,5, алюминий 1,5-4, медь 1-40, золото 1-30, индий 1-10, галлий 1-10, бор 0,01-1,0, при суммарном содержании никеля и алюминия до 15% в стехиометрическом соотношении, определяющем образование интерметаллидов Ni₃Al, NiAl, Ni₂Al₃.

3. Способ получения сплава на основе палладия для изготовления ювелирных изделий, включающий легирование палладиевой основы никелем и кремнием в суммарном количестве до 5% при соотношении никеля к кремнию, необходимом для образования интерметаллида Ni₂Si, или никелем и алюминием в суммарном количестве до 15% при соотношении никеля к алюминию, необходимом для образования интерметаллидов Ni₃Al, NiAl, Ni₂Al₃, и последующую термическую обработку, содержащую нагрев и выдержку при температуре образования пересыщенного твердого раствора, закалку до температуры менее 100 ⁰С, старение при температуре от 300 до 800 ⁰С в течение от 5 мин до 24 час и последующее охлаждение.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что нагрев изделия перед закалкой проводят от 800 ⁰С до предплавильной температуры с выдержкой до 180 мин.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что между закалкой и старением или после старения осуществляют термомеханическую обработку путем пластической деформации в температурном интервале от комнатной температуры до температуры 1300 ⁰С.