Ювелирный сплав на основе палладия

Ювелирный сплав на основе палладия

Реферат

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

Сплавы на основе палладия широко используются в ювелирном производстве благодаря высоким потребительским качествам, приближающим их к изделиям из платины: красивый внешний вид, коррозионная устойчивость к воздействию внешних факторов, хорошая полируемость, возможность получения сплавов с различными цветовыми оттенками, хорошая обрабатываемость, в том числе методами пластической деформации и микролитья, относительно невысокая стоимость.

Наибольшим спросом в последнее время пользуются высокопробные ювелирные палладиевые изделия (в России - стандартной 850 пробы).

Известен ювелирный сплав на основе палладия белого цвета, содержащий по массе, %:

- палладий - 85,0

- серебро- 13,0

- никель - 2,0.

(Межгосударственный стандарт ГОСТ 30649-99. «Сплавы на основе благородных металлов ювелирные. Марки». Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск, стр.4, опубл. 28.05.99 г.).

К недостаткам известного сплава относятся высокий температурный интервал плавления (1420-1500°С), недостаточная пластичность и склонность к потускнению при определенных условиях окружающей среды. Все это затрудняет его широкое использование при производстве ювелирных изделий.

Наиболее близким по составу к заявляемому является ювелирный сплав на основе палладия белого цвета, содержащий по массе, %:

- палладий - 85,0-90,0

- никель - 5,5-12,0

- медь - 1,5-2,0

- цинк - 2,0-2,5

- индий - 1,0-1,5

[патент РФ №2244762, заявл. 10.11.2003 г., рег. № заявки 2003132834/02, опубл. 20.01.2005 г. Авторы: Ермаков А.В., Горских Т.С., Сюткина В.И.].

Данный сплав принят в качестве прототипа.

Сплав-прототип имеет красивый белый цвет с блеском, напоминает платину, хорошо полируется и имеет относительно высокие потребительские качества. К основным недостаткам данного сплава относятся высокая твердость (Н_v=160 кгс/мм² в отожженном состоянии), удорожающая его полировку и затрудняющая его применение при изготовлении ювелирных изделий. Кроме того, высокое содержание никеля в сплаве (до 12% мас.) является отрицательным фактором, затрудняющим реализацию и сертификацию таких ювелирных изделий на рынках стран Европейского Сообщества, где в последние годы принят ряд ограничений относительно содержания никеля в ювелирных изделиях.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка состава ювелирного сплава на основе палладия, близкого по внешнему виду к сплавам платины, обладающего меньшей (в сравнении с прототипом) твердостью и имеющего пониженное содержание никеля. Заявляемый сплав может быть использован при производстве из него ювелирных изделий микролитьем, а также любыми видами пластической деформации, в том числе применяться для вытягивания проволоки и машинного цепевязания. Снижение содержания никеля в сплаве расширяет круг потенциальных покупателей и облегчает реализацию изготовленных из него ювелирных изделий.

Технический результат достигается тем, что в ювелирный сплав на основе палладия, содержащий медь, никель, цинк и индий, дополнительно вводят галлий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

палладий - 85,0-90,5;

медь - 5,0-10,0;

никель - 3,0-5,4;

цинк - 0,5-1,5;

индий - 0,2-0,8;

галлий - 0,2-1,0.

Общим для известного и заявляемого ювелирных сплавов на основе палладия является наличие в сплаве меди, никеля, цинка и индия.

Содержание палладия в сплаве обусловлено требованием обеспечения пробности, т.е. при изготовлении из сплава ювелирного изделия последнее должно соответствовать стандартной 850 пробе (ГОСТ 30649-99) либо 900 пробе.

Содержание меди в сплаве в заявленном количестве является оптимальным, так как снижает температуру плавления сплава, уменьшает интервал кристаллизации и, в сочетании с заявленными количествами палладия и никеля, обеспечивает требуемое снижение твердости сплава как в нагартованном, так и в отожженном состоянии.

Увеличение содержания меди в сплаве более 10% мас., а также снижение содержания никеля менее 3% нецелесообразны, так как приводят к ухудшению белого цветового тона и увеличивают склонность ювелирных изделий к потускнению при неблагоприятных условиях окружающей среды.

Добавка в сплав никеля в заявленных пределах в сочетании с палладием и цинком обеспечивает сплаву красивый белый цвет, близкий по тону к изделиям из сплавов платины.

Превышение содержания никеля более 5,4% и цинка более 1,5% в заявляемом сплаве нежелательны, так как приводят к возрастанию твердости сплава и, соответственно, увеличению трудозатрат на полировку изготовленных из него ювелирных изделий. При этом осложняется применение методов глубокой штамповки, требуется большее число промежуточных отжигов, увеличивается расход полировальных материалов.

Кроме того, повышенное содержание никеля в сплаве нежелательно, так как осложняет реализацию и сертификацию изготовленных из него ювелирных изделий и сужает круг потенциальных покупателей. Увеличение же содержания в сплаве цинка более 1,5% ведет к возрастанию его неконтролируемых потерь в газовую фазу вследствие высокой летучести и осложняет процедуру плавки и литья сплава.

Введение в сплав галлия в количестве от 0,2% до 1,0% в сочетании с добавкой индия в заявленных пределах позволяет улучшить литейные свойства сплава, существенно снизить его твердость и температуру плавления, и, вместе с тем, сохранить красивый внешний вид (белый цвет, блеск). Увеличение содержания как галлия, так и индия сверх заявленных пределов нецелесообразно, так как ведет к повышению твердости и хрупкости ювелирного сплава, ухудшает его цветовой тон, снижает потребительскую ценность.

Пример приготовления сплава.

Получение ювелирного сплава на основе палладия проводили сплавлением компонентов в два этапа.

На первом этапе прямым сплавлением неблагородных компонентов получили лигатуру требуемого состава.

Для этого в плавильный тигель индукционной вакуумной установки УИПВ-63-10-0,01 фирмы «РЭЛТЕК» загрузили медь, цинк, никель, индий и галлий в расчетных количествах: использовали 405,0 г меди марки М-00, 262,5 г никеля марки Н-00, 50,0 г цинка марки Цн-00, 20,0 г индия марки Ин-00 и 20,0 г галлия (чистотой 99,95%, поставщик ЗАО «Лаверна-Холдинг»).

Установку закрыли крышкой, вакуумировали камеру печи с помощью механического вакуумного насоса до остаточного давления 60 Па и заполнили затем инертным газом - аргоном. Плавку шихты проводили в среде аргона. После полного плавления компонентов выдержали полученный расплав в течение 2 минут и произвели его слив в массивную медную изложницу.

После охлаждения извлекли из изложницы слиток полученной лигатуры в форме бруска прямоугольной формы (массой 747,1 г или 98,6% от загрузки). Отливка в верхней части имела небольшую усадочную раковину.

После механической зачистки поверхности полученный слиток был опробован с помощью фрезерного станка.

Химический анализ пробы указал, что полученная лигатура содержит 54,1% меди, 35,0% никеля, 2,65% галлия, 2,68% индия, остальное - цинк (т.е. 5,57%).

Полученный слиток лигатуры был разрезан на части и использован затем для второго этапа получения ювелирного сплава на основе палладия.

Для этого в плавильный тигель из диоксида циркония индукционной вакуумной установки УИПВ-63-10-0,01 фирмы «РЭЛТЕК» загрузили полученную лигатуру в количестве 690,0 г и расчетное количество (3972,2 г) палладия чистотой 99,95%.

Установку вакуумировали до остаточного давления 60 Па и заполнили затем инертным газом - аргоном. Плавку шихты проводили в среде аргона. После полного расплавления компонентов выдержали полученный расплав в течение 5 минут и произвели его слив в массивную медную изложницу.

После охлаждения извлекли из изложницы слиток сплава в форме бруска прямоугольной формы массой 4661,0 г (или 99,97% от загрузки).

После механической зачистки поверхности полученный слиток был опробован, проба подвергнута химическому анализу.

Химический анализ пробы показал, что полученный ювелирный сплав на основе палладия содержит 85,2% палладия, 8,1% меди, 5,2% никеля, 0,4% индия, 0,4% галлия и остальное (0,7%) - цинк.

Были измерены плотность сплава (11,34 г/см³ при 20°С) и твердость сплава в отожженном состоянии (Н_v=62,8 кгс/мм²) и в нагартованном состоянии (Н_v=125,8 кгс/мм²).

Полученный ювелирный сплав на основе палладия соответствует 850 пробе, имеет белый цвет, вдвое меньшую твердость (в сравнении с прототипом) и пониженное содержание никеля. Сплав был использован при производстве ювелирных изделий, преимущественно методами микролитья и машинного цепевязания.

Ювелирный сплав на основе палладия, содержащий медь, никель, цинк и индий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит галлий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

палладий	85,0-90,5
медь	5,0-10,0
никель	3,0-5,4
цинк	0,5-1,5
индий	0,2-0,8
галлий	0,2-1,0