СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЗОЛОТА, УПРОЧНЕННЫЙ ИНТЕРМЕТАЛЛИДАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НИКЕЛЬ, (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК C22C5/02 

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к сплавам на основе золота, предназначенным для использования в различных отраслях промышленности, в частности для изготовления ювелирных изделий.

Золото обладает уникальным комплексом свойств, которого не имеет ни один другой металл. Оно обладает самой высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред, по электро- и теплопроводности уступает лишь серебру и меди, способность золота к отражению инфракрасных лучей близка к 100%. Золото хорошо паяется и сваривается под давлением. Такая совокупность полезных свойств золота послужила его широкому использованию в различных отраслях промышленности: электронике, космической и авиационной технике и т.д. Однако основная масса золота идет на получение сплавов, используемых для изготовления ювелирных изделий, монет, медалей, зубных протезов, сусального золота, декоративных покрытий.

Золото технической чистоты в отожженном состоянии имеет невысокую прочность и твердость.

Для повышения прочностных характеристик золота используют легирование золота элементами, способствующими дисперсионному твердению сплава при последующей термообработке. Одним из таких элементов является никель. Легирование золота никелем повышает твердость золота по механизму твердорастворного упрочнения.

Известны сплавы на основе золота, содержащие в качестве одного из основных легирующих компонентов до 15 мас. % никеля (JP 05-195114 А, С22С 5/02, опубликован 03.08.1993; RU 2156824 C1, С22С 5/02, опубликован 27.09.2000; RU 2151211 C1, C22C 5/02, 20.06.2000; RU 2361942 C1, C22C 5/02, 20.07.2009). Недостатком известных сплавов является недостаточный уровень механических свойств, обусловленный при термической обработке твердорастворным упрочнением.

Наиболее близким к предложенному изобретению является сплав, содержащий, мас. %: 56-60 золота, 3-5 никеля, 7,5-8,5 серебра, 0,8-1,2 титана, 0,01-0,03 бора, 0,001-0,003 кальция, медь - остальное (RU 2326954 С2, С22С 5/02, 20.06.2008). Недостатком сплавов является их низкая твердость.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание сплава на основе золота, обладающего оптимальным сочетанием 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 золота, содержащий никель, медь, бор, дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас. %:

золото 50-95 никель 3-5 кремний 0,5-2 бор 0,01-1,0 медь остальное, при суммарном содержании   никеля и кремния до 5%,

при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидом Ni₂Si.

По другому варианту осуществления изобретения технический результат достигается тем, что сплав на основе золота, содержащий никель, медь, бор, дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. %:

золото 50-85 никель 11-13,5 алюминий 1,5-4 бор 0,01-1,0 медь остальное, при суммарном содержании   никеля и алюминия до 15%,

при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидами Ni₃Al, NiAl, Ni₂Al₃.

Сплавы по обоим вариантам могут дополнительно содержать, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, содержащей до 30 мас. % палладия, до 30 мас. % платины, до 30 мас. % серебра, до 10 мас. % индия, до 10 мас. % галлия.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Дисперсионное твердение при низкотемпературном отжиге приводит к росту твердости с одновременным снижением пластичности, что позволяет повысить износостойкость сплавов.

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.

Упрочнение сплавов на основе золота основано на эффекте дисперсионного твердения. Термическая обработка 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 интерметаллидов. 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. Способ упрочнения сплавов на основе золота включает введение в состав сплава двух компонентов, образующих между собой химическое соединение. В качестве таких компонентов в одном из вариантов изобретения используют никель и кремний, а в другом варианте - никель и алюминий. Их количественное содержание в сплавах определяется стехиометрическим соотношением, необходимым для образования при последующей термической или термомеханической обработке интерметаллидов Ni₂Si и Ni₃Al, NiAl, Ni₂Al₃ соответственно.

Являясь раскислителем, бор в количестве 0,01-1% снижает влияние кислорода при выплавке сплавов, уменьшает потерю легирующих компонентов на угар и уменьшает размер зерна, увеличивая при этом жидкотекучесть расплава.

Медь повышает твердость золотого сплава, сохраняя ковкость и тягучесть. Увеличение содержания меди в сплаве выше 40 мас. % приводит к снижению прочностных характеристик сплава, а также понижает его антикоррозионные свойства.

Упрочнение сплавов на основе золота, содержащих никель и кремний или алюминий, основано на механизме дисперсионного твердения, реализуемого посредством термической или термомеханической обработки. Термическая обработка заключается в нагреве сплава до образования пересыщенного твердого раствора, последующего быстрого охлаждения - закалки и старения, в результате которого твердый раствор распадается с выделением упрочняющих нанофазных частиц Ni₂Si или Ni₃Al, NiAl, Ni₂Al₃.

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

Примеры реализации изобретения.

Пример 1. Был получен сплав нижеприведенного химического состава: 75% Au, 4% Ni, 1% Si, 19,5% Cu, до 0,5% В, примесей не более 0,1%.

Шихтовые материалы были загружены в тигель из искусственного сапфира, который был помещен в разогреваемый графитовый тигель. Плавка велась в вакуумной печи резистивного нагрева. Температура плавки составила 1250°С. Были получены слитки цилиндрической формы диаметром 30 мм и высотой 8 мм. Для улучшения литейных свойств сплава и повышения жидкотекучести был введен бор. Кроме того, металлографический анализ показал уменьшение размеров зерна. Введение меди позволило получить насыщенный "красный" цвет интересных оттенков.

Для увеличения твердости слитки подвергли термической обработке по схеме: нагрев сплава до температуры 920°С, обеспечивающей образование пересыщенного твердого раствора, выдержка при этой температуре в течение одного часа, проведение закалки в воде от этой температуры до температуры менее 100°С. После этого провели старение при температуре 480°С в течение одного часа.

Твердость сплава после термообработки составляла 270 НВ, что почти в два раза превышало твердость литых сплавов с твердорастворным упрочнением.

Пример 2. Был получен сплав нижеприведенного химического состава: 75% Au, 12% Ni, 3% Al, 9,9% Ag, до 0,1% В, примесей не более 0,1%.

Плавка велась аналогично примеру 1 при температуре 1250°С. Сплав получился красивого "белого" оттенка с равномерным металлическим блеском.

После выдержки сплава при температуре 940°С в течение одного часа была проведена закалка в воду. Старение проводили при температуре 470°C с выдержкой в течение двух часов.

Полученный после термообработке сплав имел твердость 260 НВ, по сравнению с литым сплавов, твердость которого составляла 125 НВ, с сохранением литейных свойств и пластичности.

Таким образом, заявленные сплавы обладают высокими литейными свойствами. Они имеют высокую твердость в сочетании с пластичностью и интересные цветовые оттенки, что позволяет изготавливать из них ювелирные изделия с высокими потребительскими свойствами.

Изобретение относится к металлургии благородных металлов и сплавов, в частности к сплавам на основе золота, и может быть использовано в электронике, авиакосмической промышленности, ювелирном производстве. По одному из вариантов сплав содержит, мас.%: золото - 50-95, никель - 3-5, кремний - 0,5-2, бор - 0,01-1,0, медь - остальное, при суммарном содержании никеля и кремния, не превышающем 5%, при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидом Ni₂Si. По второму варианту сплав содержит, мас.%: золото - 50-85, кобальт - 11-13,5, алюминий - 1,5-4, бор - 0,01-1,0, медь - остальное, при суммарном содержании никеля и алюминия, не превышающем 15%, при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидами Ni₃Al, NiAl, Νi₂Αl₃. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств, особенно твердости, при сохранении уровня литейных свойств и пластичности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Сплав на основе золота, содержащий никель, медь и бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
золото 50-95 никель 3-5 кремний 0,5-2 бор 0,01-1,0 медь остальное, при суммарном содержании   никеля и кремния до 5%,

при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидом Ni₂Si.

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, содержащей до 30 мас.% палладия, до 30 мас.% платины, до 30 мас.% серебра, до 10 мас.% индия, до 10 мас.% галлия.

3. Сплав на основе золота, содержащий никель, медь и бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
золото 50-85 никель 11-13,5 алюминий 1,5-4 бор 0,01-1,0 медь остальное, при суммарном содержании   никеля и алюминия до 15%,

при этом после термической или термомеханической обработки сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидами Ni₃Al, NiAl, Ni₂Al₃.

4. Сплав по п. 3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, содержащей до 30 мас.% палладия, до 30 мас.% платины, до 30 мас.% серебра, до 10 мас.% индия, до 10 мас.% галлия.