ЮВЕЛИРНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ПАЛЛАДИЯ, УПРОЧНЕННЫЙ ИНТЕРМЕТАЛЛИДАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ ЖЕЛЕЗО, (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК C22C5/04 

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к сплавам на основе палладия, предназначенным для изготовления ювелирных изделий.

Долгое время палладий использовался в производстве сплавов для ювелирного производства только в качестве лигатуры к золотому сплаву для получения золота белого цвета. В последнее время палладий стали использовать в качестве основного компонента ювелирных сплавов. Это обусловлено тем, что палладий, являясь драгоценным металлом, стоит дешевле платины и обладает рядом уникальных свойств: он гипоаллергичен, легок и пластичен, поэтому ювелирные украшения из палладия гораздо легче изделий из золота и платины, что очень важно для таких украшений, как серьги, он имеет более светлую окраску, чем платина, не тускнеет на воздухе, на его поверхности не образуются царапины и трещины, а зеркальный блеск сохраняется десятилетия. Однако по своим химическим свойствам палладий уступает платине и другим металлам платиновой группы. Кроме того, нелегированный палладий обладает низкими прочностными свойствами, такими как упругие характеристики, твердость, предел прочности, которые важны при креплении драгоценных камней на ювелирном изделии. Таким образом, разработка прочных сплавов на основе палладия, обладающего комплексом присущих ему положительных свойств, является весьма перспективной.

Известны сплавы для ювелирных изделий на основе палладия, содержащие в качестве основного компонента железо (JP 2008240006 А, С22С 5/04, опубликован 09.10.2008; JP 4235233 А, С22С 5/04, опубликован 24.08.1992). Сплавы имеют высокую коррозионную стойкость, пластичность, термическую стабильность, однако указанные сплавы обладают недостаточным уровнем механических свойств, особенно твердости, что не позволяет широко использовать их для получения ювелирных изделий, особенно в сочетании с камнями.

Известны ювелирные сплавы на основе палладия, содержащие, мас.%: 75-99,5 палладия, до 20 железа, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей до 20 меди, до 20 золота, до 15 индия, до 15 галлия, до 5 алюминия (ЕР 267318 А, С22С 5/04, опубликовано 18.05.1988). Сплавы обладают хорошей технологичностью, стойки к потемнению и по сравнению со сплавами на основе платины и серебра имеют более низкую стоимость. Недостатком известных сплавов является их низкая твердость, что ограничивает их использование для изготовления ювелирных изделий с камнями, где приходится соотносить твердость камней и металлов для их оправы. Указанный сплав принят в качестве наиболее близкого аналога.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание сплава на основе палладия, обладающего оптимальным для изготовления ювелирных изделий комплексом физико-механических свойств.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств, особенно твердости, при сохранении уровня литейных свойств и пластичности.

Технический результат достигается тем, что сплав на основе палладия для изготовления ювелирных изделий, содержащий железо и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей медь, золото, индий, галлий, дополнительно содержит кремний и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

палладий 50-95 железо 3-5 кремний 0,5-2 бор 0,01-1,0 по крайней мере один элемент, выбранный   из группы, содержащей:   медь до 40 золото до 30 индий до 10 галлий до 10,

при этом суммарное содержание железа и кремния не превышает 5%, а после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидом Fe₂Si.

В другом варианте осуществления изобретения технический результат достигается тем, что сплав на основе палладия для изготовления ювелирных изделий, содержащий железо, алюминий и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей медь, золото, индий, галлий, дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

палладий 50-85 железо 11-13,5 алюминии 1,5-4 бор 0,01-1,0 по крайней мере один элемент, выбранный   из группы, содержащей:   медь до 40 золото до 30 индий до 10 галлий до 10,

причем суммарное содержание железа и алюминия не превышает 15%, а после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидами Fe₃Al, FeAl, Fe₂Al₃.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Увеличение твердости сплавов очень важно для ювелирных изделий, т.к. позволяет сохранять их блеск после полировки более продолжительное время и уменьшает количество царапин. Сплавы системы Pd-Fe, имеющие узкий интервал кристаллизации, образуют после кристаллизации непрерывный ряд твердых растворов. Легирование сплавов указанной системы компонентами, образующими с железом химическое соединение, позволяет повысить твердость сплава за счет механизма дисперсионного твердения. В качестве таких элементов в настоящем изобретения были использованы по одному из вариантов кремний, образующий с железом интерметаллид Fe₂Si, а по другому варианту - алюминий, образующий с железом интерметаллиды Fe₃Al, FeAl, Fe₂Al₃. Заявленные сплавы обладают способностью упрочняться в процессе термической или термомеханической обработки, при этом они имеют сравнительно низкую температуру плавления и хорошую технологичность при литье, горячей и холодной деформации.

Термическая обработка заявленных дисперсионно твердеющих сплавов заключается в их нагреве до образования пересыщенного твердого раствора, последующего быстрого охлаждения (закалки) и старения. В результате такой термической обработки твердый раствор распадается с выделением нанофазных частиц фаз - упрочнителей. Упрочняющий эффект при этом достигается за счет выделяющихся нанофазных частиц интерметаллидов Fe₂Si или Fe₃Al, FeAl, Fe₂Al₃. 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.

При термомеханической обработке между закалкой и старением или после старения осуществляют пластическую деформацию.

Введение бора в количестве 0,01-1% снижает влияние кислорода при выплавке палладиевых сплавов, уменьшает потерю легирующих компонентов на угар, увеличивая при этом жидкотекучесть расплава. Являясь раскислителем, бор уменьшает размер зерна, что в свою очередь увеличивает прочностные характеристики сплавов. Кроме того, введение бора в сплав на основе палладия снижает температуру плавления сплавов вследствие образования эвтектики.

Легирование сплава медью до 40%, золотом до 30%, индием до 10%, галлием до 10% как каждым, так и в любом сочетании обеспечивает снижение температуры плавления палладиевого сплава, повышение литейных свойств и плотности готового изделия.

Варьирование их содержания в сплавах на основе палладия в указанных пределах позволяет также изменять цвет сплава от белого до желтого и золотисто-розового с различными оттенками. Ограничение содержания указанных элементов в сплаве обусловлено снижением при увеличении их содержания в сплаве прочностных характеристик.

Примеры реализации изобретения

Пример 1

Был получен сплав нижеприведенного химического состава: 95% Pd, 3% Fe, 2% Si, 0,1% В, 0,5% Au, примесей не более 0,1%.

Плавка велась в вакуумной печи резистивного нагрева. В разогреваемый графитовый тигель был помещен тигель из искусственного сапфира с шихтовыми материалами. Температура плавки составила 1710°С. Были получены слитки цилиндрической формы диаметром 30 мм и высотой 8 мм. Следует отметить, что введение бора позволило улучшить литейные свойства сплава, повысить жидкотекучесть. Кроме того, металлографический анализ показал уменьшение размеров зерна. Полученные слитки подвергали термической обработке по схеме: нагрев сплава до температуры, обеспечивающей образование пересыщенного твердого раствора и равной 960°С, выдержка при этой температуре в течение 1 часа, проведение от этой температуры закалки в воду до температуры менее 100°С, старение при температуре 490°С в течение одного часа.

Твердость сплава после термообработки составляла 200 НВ, что почти в два раза превышало твердость литых сплавов с твердорастворным упрочнением.

Пример 2

Был получен сплав нижеприведенного химического состава: 85% Pd, 13% Fe, 2% Al, 0,1% В, 0,05% Au, примесей не более 0,1%.

Плавка велась аналогично примеру 1 при температуре 1710°С. Закалку в воду осуществляли после выдержки сплава при температуре 970°С в течение одного часа. Старение проводили при температуре 470°С с выдержкой в течение двух часов.

Полученный после термообработки сплав имел твердость 240 НВ, что превышает твердость литого сплава, составляющую 125 НВ, с сохранением при этом литейных свойств и пластичности.

Таким образом, заявленные сплавы обладают оптимальным уровнем твердости при сохранении высоких литейных свойств и пластичности, что позволяет изготавливать из них качественные ювелирные изделия.

Изобретение относится к металлургии благородных металлов и сплавов, в частности к сплавам на основе палладия, используемым в ювелирном производстве. По одному из вариантов сплав содержит, мас.%: палладий 50-95, железо 3-5, кремний 0,5-2, бор 0,01-1,0, по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей: медь до 40, золото до 30, индий до 10, галлий до 10, при суммарном содержании железа и кремния, не превышающем 5%, при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидом Fe₂Si. По второму варианту сплав содержит, мас.%: палладий 50-85, железо 11-13,5, алюминий 1,5-4, бор 0,01-1,0, по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей: медь до 40, золото до 30, индий до 10, галлий до 10, при суммарном содержании железа и алюминия, не превышающем 15%, при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидами Fe₃Al, FeAl, Fe₂Al₃. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств, особенно твердости, при сохранении уровня литейных свойств и пластичности. 2 н.п. ф-лы, 2 пр.

1. Сплав на основе палладия для изготовления ювелирных изделий, содержащий железо и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей медь, золото, индий, галлий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
палладий 50-95 железо 3-5 кремний 0,5-2 бор 0,01-1,0 по крайней мере один элемент, выбранный   из группы, содержащей:   медь до 40 золото до 30 индий до 10 галлий до 10,

при суммарном содержании железа и кремния, не превышающем 5%, при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидом Fe₂Si.

2. Сплав на основе палладия для изготовления ювелирных изделий, содержащий железо, алюминий и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей медь, золото, индий, галлий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
палладий 50-85 железо 11-13,5 алюминий 1,5-4 бор 0,01-1,0 по крайней мере один элемент, выбранный   из группы, содержащей:   медь до 40 золото до 30 индий до 10 галлий до 10,

при суммарном содержании железа и алюминия, не превышающем 15%, при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидами Fe₃Al, FeAl, Fe₂Al₃.