TWI772247B - 珠寶合金 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種珠寶合金,該珠寶合金在改善AuIn 2機械性能的同時保留其迷人的藍色色調。在一個實施例中,機械性能包括斷裂韌性和硬度。在一個實施例中,該珠寶合金主要由以下成分構成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%選自Fe和Ge中的一種或多種元素;以及0.001至1.0wt%選自Rh、Ir和Ru中的一種或多種元素。

Description

珠寶合金
發明領域
本發明涉及金合金的成分,所述金合金具有誘人的藍色以及改進的抗斷裂性和硬度。本發明還涉及使用至少一個這種金合金製成部件的裝飾品或首飾。
發明背景
AuAl 2、AuGa 2和AuIn 2等基於金屬間化合物的金合金由於具有誘人的顏色而受到珠寶行業的特別關注。 例如,屬於18克拉金的AuAl 2因其強烈的紫色色調而被稱為“紫金”;AuGa 2和AuIn 2被稱為“藍金”,其中屬於14克拉金的AuGa 2僅呈現輕微的藍色,且顯得較為灰暗;而屬於11克拉金的AuIn 2則呈清澈的淺藍色比AuGa 2更具吸引力。
然而,由於金金屬間化合物的固有脆性,這些有色金合金在珠寶製造中的難以廣泛應用。這些合金很容易在碰撞時碎裂成碎片。改善這些合金機械性能的其中一種方法是改變合金成分,一般是通過稍微偏離AuX 2的化學計量成分或添加少量其他合金元素。這些方式在不犧牲AuX 2獨特顏色的情況下,可以形成更多的延展相或者實現晶粒細化以加強晶體結構。例如,美國專利6,929,776公開了一種基於AuAl 2的紫金,該紫金與0.5至4wt%的Pd和1至2wt%的Ni形成合金以提高斷裂韌性,可以承受100kg載荷的洛氏B硬度測試而不會破碎。在日本專利61-30642中,AuAl 2化學計量成分略有偏差,並與0.5至5wt%的一種或多種選自Si、Mg、Ca、Zn和Mn的元素合金化,以降低AuAl 2基紫金的脆性並提供可加工性。在中國專利102676864中,AuAl 2紫金通過與0.3至0.7wt%的Cu和0.03至0.5wt%的選自La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Sc和Y的至少一種稀土金屬合金化使其獲得更好的可加工性和延展性。
然而,在美國專利6,929,776、日本專利61-30642和中國專利102676864中提到的合金元素在AuIn 2藍金中不能產生相同的強化效果。為了使製造AuIn 2藍金首飾變得可行,有必要尋找新的方法來克服其兩個主要的內在缺點,即脆性和低硬度。由於AuIn 2(46.2wt%Au和53.8wt%In)的維氏硬度僅為49HV,其太軟的機械性能不足以用於珠寶製造。AuIn 2的脆性可以通過在100kg載荷下的洛氏B硬度試驗中破碎來證明。根據美國專利6,929,776,能夠承受洛氏B硬度測試是認定合金是否適用於珠寶製造的經驗衡量標準。合金如果在洛氏B硬度測試期間破碎或破裂,它將因太脆而不能用於珠寶製造。而如果合金能夠經受洛氏B硬度測試而不形成裂紋,則認為它具有足夠的抗斷裂性能用於珠寶製造。
發明概要
綜上,本發明的其中一個目的是通過提供一種含有至少兩種其他合金元素的基於AuIn 2的新型金合金來顯著提高AuIn 2金合金的抗斷裂性和硬度。需要強調的是使用合金元素組合能產生協同效應獲得所需的晶粒細化從而同時提高抗斷裂性和硬度。如果各個合金元素不按特定組合添加,則不能同時提高抗斷裂性和硬度;也就是說,合金變得更硬但缺乏抗斷裂性,或者合金變得更抗斷裂但柔軟。
本發明的另一個目的是提供一種包含至少兩種其他合金元素的基於AuIn 2的新型金合金,所述新型金合金可以承受100kg載荷的洛氏B硬度測試而不會破碎或形成裂紋。
本發明的另一個目的是提供一種包含至少兩種其他合金元素的基於AuIn 2的新型金合金,所述新型金合金的維氏硬度與普通925銀合金相當。優選地,該金合金的維氏硬度至少為70HV。
本發明的另一個目的是提供一種包含至少兩種其他合金元素的基於AuIn 2新型金合金,所述新型金合金在抗斷裂性、硬度和顏色三者間提供有利的折衷方案能滿足珠寶製造領域內對力學和美學的要求,從而在避免失去藍色色調的同時,最大限度地提高抗斷裂性和硬度。藍色色調可以通過CIELAB坐標測量,該坐標是顏色的3維測量系統。 L*軸在0處定義黑色、100處定義白色以測量亮度分量, a*軸在正值處定義紅色、負值處定義綠色以測量紅綠色分量, b*軸在正值處定義黃色、負值處定義藍色以測量黃藍分量。
較佳實施例之詳細說明
本發明提供一種珠寶合金,所述珠寶合金在改進AuIn 2的機械性能同時保留其吸引人的藍色色調。在一個實施例中,所述機械性能包括斷裂韌性和硬度。在一個實施例中,所述珠寶合金主要由以下成分所構成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%的選自Fe和Ge中的一種或多種元素;以及0.001至1.0wt%的選自Rh、Ir和Ru中的一種或多種元素。
在一個實施例中,所述珠寶合金主要由以下成分所構成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%Fe或Ge;以及0.001至1.0wt%的Rh、Ir或Ru。
在一個實施例中,所述珠寶合金主要由以下成分所構成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%Fe;以及0.001至1.0wt%Ir。
在一個實施例中,所述珠寶合金主要由以下成分所構成:43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%Ge;以及0.001至1.0wt%Ru。
在一個實施例中,所述珠寶合金主要由以下成分所構成:44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%選自Fe和Ge中的的一種或多種元素;以及0.01至0.5wt%選自Rh、Ir和Ru中的一種或多種元素。
在一個實施例中,所述珠寶合金主要由以下成分所構成:44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;以及一個選自以下群組的元素組合:0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Rh;0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt% Ir;0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Ru;0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Rh;0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Ir;以及0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Ru。
在一個實施例中,所述珠寶合金主要由以下成分所構成:46.1wt%Au、53.7wt%In以及一個選自以下群組的元素組合:0.1wt%Fe和0.1%Rh;0.1wt%Fe和0.1%Ir;0.1wt%Fe和0.1wt%Ru;0.1wt%Ge和0.1wt%Rh;0.1wt%Ge和0.1wt%Ir;以及0.1wt%Ge和0.1wt%Ru。
在一個實施例中,所述珠寶合金具有以下一種或多種特性:i)能夠經受洛氏B硬度測試而不形成裂紋;ii)維氏硬度至少為70HV;以及iii)CIELAB坐標的 b*值不高於-3.9、 a*值不高於-3.4。
在一個實施例中,所述首飾合金與化學計量的AuIn 2相比具有相似的顏色但其抗斷裂性和硬度則提高。
在一個實施例中,本發明提供一種珠寶或裝飾品,所述珠寶或裝飾品包括至少一個由本發明的珠寶合金製成的部件。
在一個實施例中,本發明提供一種基於AuIn 2的新型合金。 在另一個實施例中,所述新型合金能夠承受100kg載荷的洛氏B硬度測試而不會破碎或形成裂紋。 在另一個實施例中,所述新型合金具有至少70HV的維氏硬度。在另一個實施例中,所述合金具的CIELAB坐標有不高於-3.9的 b*值和不高於-3.4的 a*值。
在一個實施例中,所述金合金包括43.0至49.0wt%Au;51.0至57.0wt%In;0.001至1.0wt%選自Fe和Ge中的至少一種合金元素;以及0.001至1.0wt%選自Rh、Ir和Ru中的至少一種合金元素;所述金合金中所有合金元素的百分比加起來為100%。
在一個實施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In、0.01至0.5wt%選自Fe和Ge中的至少一種合金元素;以及0.01至0.5wt%選自Rh、Ir和Ru中的至少一種合金元素;所述金合金中所有合金元素的百分比加起來為100%。
在一個實施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5 至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Fe;以及0.01至0.5wt%Rh;所述金合金中所有合金元素的百分比加起來為100%。
在一個實施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Fe;以及0.01至0.5wt%Ir;所述金合金中所有合金元素的百分比加起來為100%。
在一個實施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Fe;以及0.01至0.5wt%Ru;所述金合金中所有合金元素的百分比加起來為100%。
在一個實施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5 至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Ge;以及0.01至0.5wt%Rh;所述金合金中所有合金元素的百分比加起來為100%。
在一個實施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Ge;以及0.01至0.5wt%Ir;所述金合金中所有合金元素的百分比加起來為100%。
在一個實施例中,所述金合金包括44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;0.01至0.5wt%Ge;以及0.01至0.5wt%Ru;所述金合金中所有合金元素的百分比加起來為100%。
在一個實施例中,所述金合金包括46.1wt%Au;53.7wt%In;0.1wt%Fe;以及0.1wt%Ir。
在一個實施例中,所述金合金包括46.1wt%Au;53.7wt%In;0.1wt%Ge;以及0.1wt%Ru。
通過參考以下實施例將更好地理解本發明,但是本領域技術人員必然理解具體實施例僅屬說明性質,並不限定本發明,而本發明的保護範圍是由隨後的申請專利範圍所定義。
本申請中引用了各種參考文獻或出版物。為更全面地描述本發明所屬領域的現有技術,在此通過引用將這些參考文獻或出版物的全部公開內容併入本申請。應當注意,過渡性術語“包括”或“包含”是包容性或開放式的,不排除附加的、未列舉的元素或方法步驟。
根據下 1中列出的條件生產以下合金。合金1至6是用於與本發明對比,而合金7和8則是根據本發明所生產。
表1
合金 Au wt% In wt% Rh wt% Ir wt% Ru wt% Fe wt% Ge wt%
1 (對比) 46.2 53.8 - - - - -
2 (對比) 46.1 53.7 0.2 - - - -
3 (對比) 46.1 53.8 - 0.1 - - -
4 (對比) 46.1 53.8 - - 0.1 - -
5 (對比) 46.1 53.8 - - - 0.1 -
6 (對比) 46.1 53.8 - - - - 0.1
7 (本發明) 46.1 53.7 - 0.1 - 0.1 -
8 (本發明) 46.1 53.7 - - 0.1 - 0.1
表2是合金1至8的抗斷裂性及維氏硬度。通過與合金2至6對比可以得知,歸功於使用合金元素組合的協同效應,根據本發明實施例添加至少兩種合金元素的合金7和8的抗斷裂性和硬度均優於僅添加一種合金元素。為與化學計量的AuIn 2(合金1)的顏色進行比較, 3展示合金1、7和8的CIELAB坐標。合金7和8保留了藍色色調。
本發明的基於AuIn 2的新型合金(合金7和8)滿足珠寶製造中所預期對抗斷裂性、硬度和顏色的要求。合金7和8具有能夠承受100kg載荷的洛氏B硬度測試的抗斷裂性、至少70HV的維氏硬度和CIELAB坐標中的 b*值不高於-3.9和 a*值不高於-3.4。相比之下,用於對比的各種合金(合金1至6)均不能同時滿足對於抗斷裂和硬度的要求。
如上所述,在保留誘人藍色色調的同時改進AuIn 2的機械性能是歸因於使用合金元素組合的協同效應。在一個實施例中,與Ir和Ru在金中具有相似溶解度的鉑族金屬預期可互換使用並在所得金合金中產生相似的效果。在另一個實施方案中,在鉑族金屬組中的Rh具有與Ir和Ru類似的在金中非常低的溶解度。
表2
合金 抗斷裂性能否承受100kg載荷的洛氏 B硬度測試? 維氏硬度 HV
1 (對比) 粉碎 49
2 (對比) 56
3 (對比) 55
4 (對比) 55
5 (對比) 64
6 (對比) 66
7 (本發明) 74
8 (本發明) 77
表3
合金 L* a* b*
1 (對比) 79.32 -3.73 -4.22
7 (本發明) 79.19 -3.58 -4.02
8 (本發明) 79.37 -3.55 -4.09
表4是為證明本發明的改進是歸功於在基於AuIn 2的新型合金添加至少兩種合金元素所獲得的協同效應而進一步進行的試驗結果。本發明的一個實施例與現有技術中有類似成分的合金對比。本發明添加了0.1wt%Rh和0.1wt%Fe的基於AuIn 2的新型合金的維氏硬度增加了約45%達到71Hv而抗斷裂性也顯著提高,並且保留了藍色色調。在基於AuIn 2的新型合金添加至少兩種合金元素使機械性能得到如此顯著的改善一種意想不到的效果,它嚴格取決於合金系統中的特定成分。如 4所示,無論是否向AuPt合金添加0.1wt%Rh和0.1wt%Fe其機械性能均沒有顯著變化。顯然,在基於AuIn 2的新型合金添加至少兩種合金元素使機械性能得到如此顯著的改善是歸因於基於AuIn 2的新型合金與合金元素組合的協同效應,而該效果並不能從其他的金合金中,如AuPt合金,直接得知。
4
合金成分(wt%) 維氏硬度 抗斷裂性
Au 46.1In 53.7Rh 0.1Fe 0.1(本發明) 71 100公斤載荷洛氏B硬度試驗後保持完好;不可延展和變形
Au 46.2In 53.8 49 在100 kg 負載下進行洛氏B硬度測試後破碎
Au 90.7Pt 8.4Ag 0.7Rh 0.1Fe 0.1 58 非常有延展性和可變形性 
Au 90.9Pt 8.4Ag 0.7 53 非常有延展性和可變形性

Claims (11)

  1. 一種珠寶合金,所述珠寶合金主要由以下成分構成:a. 43.0至49.0wt%Au;b. 51.0至57.0wt%In;c. 0.001至1.0wt%選自Fe和Ge中的一種或多種元素;以及d. 0.001至1.0wt%選自Rh、Ir和Ru中的一種或多種元素。
  2. 如請求項1所述的珠寶合金,所述珠寶合金主要由以下成分構成:a. 43.0至49.0wt%Au;b. 51.0至57.0wt%In;c. 0.001至1.0wt%Fe或Ge;以及d. 0.001至1.0wt%Rh、Ir或Ru。
  3. 如請求項1所述的珠寶合金,所述珠寶合金主要由以下成分構成:a. 43.0至49.0wt%Au;b. 51.0至57.0wt%In;c. 0.001至1.0wt%Fe;以及d. 0.001至1.0wt%Ir。
  4. 如請求項1所述的珠寶合金,所述珠寶合金主要由以下成分構成:a. 43.0至49.0wt%Au;b. 51.0至57.0wt%In;c. 0.001至1.0wt%Ge;以及d. 0.001至1.0wt%Ru。
  5. 如請求項1所述的珠寶合金,所述珠寶合金主要由以下成分構成:a. 44.5至47.5wt%Au;b. 52.5至55.5wt%In;c. 0.01至0.5wt%選自Fe和Ge中的一種或多種元素;以及d. 0.01至0.5wt%選自Rh、Ir和Ru中的一種或多種元素。
  6. 如請求項1所述的珠寶合金,所述珠寶合金主要由以下成分構成:44.5至47.5wt%Au;52.5至55.5wt%In;以及一個選自以下群組的元素組合:a. 0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Rh;b. 0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Ir;c. 0.01至0.5wt%Fe和0.01至0.5wt%Ru;d. 0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Rh;e. 0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Ir;以及f. 0.01至0.5wt%Ge和0.01至0.5wt%Ru。
  7. 如請求項1所述的珠寶合金,所述珠寶合金主要由以下成分構成:46.1wt%Au;53.7wt% In以及一個選自以下群組的元素組合:a. 0.1wt%Fe和0.1%Rh;b. 0.1wt%Fe和0.1%Ir;c. 0.1wt%Fe和0.1%Ru;d. 0.1wt%Ge和0.1%Rh;e. 0.1wt%Ge和0.1%Ir;以及f. 0.1wt%Ge和0.1%Ru。
  8. 如請求項1所述的珠寶合金,所述珠寶合金具有以下一種或多種特性: a. 能夠經受洛氏B硬度測試而不形成裂紋;b. 維氏硬度至少為70HV;以及c. CIELAB坐標的b*值不高於-3.9、a*值不高於-3.4。
  9. 如請求項1所述的珠寶合金,所述首飾合金與化學計量的AuIn2相比具有相似的顏色但其抗斷裂性和硬度則提高。
  10. 一種珠寶,所述珠寶包括至少一個由如請求項1所述的珠寶合金所製成的部件。
  11. 一種裝飾品,所述裝飾品包括至少一個由如請求項1所述的珠寶合金所製成的部件。
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