一种硬质足金补口材料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201611128923.0 | 申请日 | 2016-12-09 | 公开(公告)号 | CN106702244A | 公开(公告)日 | 2017-05-24 |
| 申请人 | 上海交通大学; | 发明人 | 金明江; 金学军; 左舜贵; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种硬质足金补口材料及其制备方法，该补口材料包括如下组分及重量百分比：镝60%~85%、铟10%~15%、锌0.5%~10%、钴2%~10%；镝与铟两种元素的重量配比为84~86:14~16。本发明以稀土元素镝作为主要的强化元素，其第二相硬化物为Au4Dy，搭配铟元素使镝的 熔化 温度 降至1100℃，确保其适应常规的贵金属首饰熔炼工艺，添加锌提高足金在 铸造 过程中的流动性，钴元素有助于促进Au4Dy析出形核；本发明使得足金的硬度在铸态和时效状态下分别达到69.3Hv和105.1HV以上，满足各类首饰材料的选用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种补口材料，其特征在于：包括如下组分及重量百分比：镝60％～85％、铟10％～ |
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| 说明书全文 | 一种硬质足金补口材料及其制备方法技术领域背景技术[0002] 当前，足金饰品依然是国人在首饰市场的首选，足金的用量也在首饰市场占据主导地位。普通足金的机械性能表现较软，足金首饰容易发生磨损或变形，削弱首饰的外观、亮度。在珠宝钻石等镶嵌类首饰中，足金也常常用作托架材料，力学性能的薄弱往往导致镶钻或宝石的脱落。因此，在保证足金成色的前提下，提高足金的硬度，同时兼顾足金饰品制备加工过程中的流动性、加工性能等，是饰品加工市场的迫切需求。 [0003] 目前市场上较为成熟的硬质足金饰品叫做“3D硬金”，通过电铸技术，可以获得纳米尺度晶粒尺寸存在的层状硬金，细晶强化效应极为突出，使得该材料在保持高纯度的同时具有非常高的硬度。但是电铸工艺只能加工薄壁饰品件，限制了首饰设计的自由度。而且，这种纳米晶粒能量极高，在焊接加热下容易导致晶粒粗化，使得饰品硬度急剧下降，失去硬化效应。“3D硬金”加工工艺还涉及黄金的电解溶液，往往会用到剧毒的氰化物，对环境造成极大的影响。 [0004] 通过微合金强化技术，特别是引入第二相是较为理想的强化方式，该技术的关键在于第二相的设计和有效实现硬化目的的工艺技术。中国专利98113521.8公开的“首饰用超强高纯合金材料”，提出使用钛作为强化元素，引入第二相强化析出物为Au4Ti，可以大幅度提高足金的硬度。但是，钛元素本身具有非常活泼的化学属性以及较高的熔化温度，必须要投入价格高昂的熔炼、加工设备及设定精密的工艺才能发挥其作用，因此在传统的首饰加工行业中的推广遇到非常大的困难，难以大范围的推广。 发明内容[0006] 为了实现以上目的，本发明通过包括以下技术方案实现的：一种补口材料，包括如下组分及重量百分比：镝60％～85％、铟10％～15％、锌0.5％～10％、钴2％～10％；所述镝与所述铟两种元素的重量配比为85:15。本发明以稀土元素镝作为主要的强化元素，其第二相硬化物为Au4Dy，使用铟元素按可以降低镝的熔化温度，添加锌可以提高足金在铸造过程中的流动性；钴元素不溶于足金熔体，是另一种辅助强化相，其周围应力场有助于促进Au4Dy的析出形核。 [0007] 优选地，该补口材料由如下组分及重量百分比组成：镝80％～85％、铟13％～15％、锌0.5％～10％、钴2％～10％。 [0008] 优选地，所述镝与所述铟两种元素的重量配比为84.5～85.5:14.5～15.5。 [0009] 更优选地，所述镝与所述铟两种元素的重量配比为85：15。该重量配比能够使得共晶合金的熔点最低，熔炼效果最好。 [0010] 本发明公开一种制备上述所述补口材料的方法，包括以下步骤：1)在惰性气氛保护下，按照重量比例称取所述镝和所述铟，加入至熔炼炉内进行熔炼；2)待所述镝和所述铟完全熔化后，依次加入所述锌和所述钴，并振动搅拌均匀；3)浇铸成块，然后加工成丝材或颗粒。 [0011] 优选地，所述钴为粉末状。本发明中钴元素以粉末形态加入，还起到形核剂作用从而显著地细化晶粒，提高足金综合力学性能。 [0012] 优选地，在所述步骤1)中熔炼的温度为1400℃～1500℃。 [0013] 优选地，在所述步骤2)中待所述镝和所述铟完全熔化后，降低熔体温度至1100℃～1250℃，依次加入所述锌和所述钴。 [0014] 本发明公开一种硬质足金的制备方法，包括以下步骤：1)将上述所述补口材料与纯度不小于99.9％的纯金按重量比为1:100进行配料，使用熔炼工艺进行熔炼，获得硬质足金；2)将所述硬质足金进行时效处理。 [0015] 优选地，所述步骤1)中的所述熔炼的温度为1150℃～1200℃。 [0016] 优选地，所述步骤1)获得所述硬质足金的硬度达到69.3Hv以上。 [0017] 优选地，所述步骤2)中所述时效处理的温度为450℃～600℃。 [0018] 优选地，所述步骤2)中所述时效处理的时间为0.5-3h。 [0019] 优选地，所述步骤2)中，经时效处理后所述硬质足金的硬度达到105.1Hv以上。 [0020] 本发明还公开一种上述所述的方法制备的硬质足金。 [0021] 综上所述，本发明提供一种硬质足金补口材料及其制备方法，本发明的有益效果： [0022] 本发明以稀土元素镝作为主要的强化元素，其第二相硬化物为Au4Dy。使用铟元素按比例搭配可以使镝的熔化温度降低，确保其适应常规的贵金属首饰熔炼工艺。添加锌可以提高足金在铸造过程中的流动性。钴元素不溶于足金熔体，是另一种辅助强化相，其周围应力场有助于促进Au4Dy的析出形核。同时本发明中钴元素以粉末形态加入，还起到形核剂作用，从而显著地细化晶粒，提高足金综合力学性能。本发明的硬质足金在铸态和时效状态下硬度分别达到69.3Hv和105.1HV以上，满足各类首饰材料的选用。 具体实施方式[0023] 下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。 [0024] 实施例1 [0025] 首先制备补口材料，按重量比进行配料，镝75.0％，铟13.2％，锌3.5％，钴粉8.3％钴粉平均直径为2mm。将镝和铟两种金属放在石墨坩埚内，锌块和钴粉分两格分别放置在炉顶夹层中，该夹层可由外部机械控制倾注加料。关闭炉门后抽真空至5*10-3Pa，然后充入氩气，气压为0.8个大气压。在惰性气氛保护下按比例熔炼镝-铟二元合金，熔化温度达到1450℃使二元合金完全熔化，然后下调功率将熔体温度降低至1150℃，迅速依次加入锌块和钴粉，并对坩埚进行振动搅拌，浇铸到预先放置的模具中，获得足金补口材料。为了配料方便，将足金补口材料切割成小块，方便配料。 [0026] 将足金补口材料与纯度不小于99.9％的纯金按1:100比例配料，使用安井设备熔炼获得硬质足金，熔化温度为1200℃，获得铸态硬质足金样品。切割部分硬质足金样品在500℃进行时效处理1小时，获得时效状态硬质足金样品。 [0027] 分别切割铸态硬质足金样品和时效状态的硬质足金样品，进行硬度测试。 [0028] 实施例2 [0029] 首先制备补口材料，按重量比进行配料，镝80.0％，铟14.1％，锌块2.0％，钴粉3.9％，钴粉平均直径为1mm。将镝和铟两种金属放在石墨坩埚内，锌块和钴粉分两格分别放置在炉顶夹层中。关闭炉门后抽真空至3*10-3Pa，然后充入氩气，气压为0.8个大气压。在惰性气氛保护下按比例熔炼镝-铟二元合金，熔化温度达到1400℃使二元合金完全熔化，然后下调功率熔体温度降低至1200℃，迅速依次加入锌块和钴粉，并对坩埚进行振动搅拌，浇铸到预先放置的模具中，获得足金补口材料。将足金补口材料压片切割成小块，方便配料。 [0030] 第二步熔炼硬质足金，将该足金补口材料与纯度不小于99.9％纯金按1:100比例配料，使用安井设备熔炼获得硬质足金，熔化温度为1200℃，获得铸态硬质足金样品。切割部分硬质足金样品在550℃进行时效处理40分钟，获得时效状态硬质足金样品。 [0031] 分别切割铸态硬质足金样品和时效状态的硬质足金样品，进行硬度测试。 [0032] 实施例3 [0033] 首先制备补口材料，按重量比进行配料，镝70.0％，铟12.4％，锌块9.0％，钴粉8.6％，钴粉平均直径为20mm。将镝和铟两种金属放在石墨坩埚内，锌块和钴粉分两格分别放置在炉顶夹层中。关闭炉门后抽真空至5*10-3Pa，然后充入氩气，气压为0.8个大气压。在惰性气氛保护下按比例熔炼镝-铟二元合金，熔化温度达到1480℃使二元合金完全熔化，然后下调功率降低熔体温度至1120℃，迅速依次加入锌块和钴粉，并对坩埚进行振动搅拌，浇铸到预先放置的模具中，获得足金补口材料。将补口材料压片切割成小块，方便配料。 [0034] 第二步熔炼硬质足金，将该补口材料与纯度不小于99.9％纯金按1:100比例配料，使用常规安井设备熔炼获得硬质足金，熔化温度为1180℃，获得铸态硬质足金样品。切割部分硬质足金样品在600℃进行时效处理30分钟，获得时效状态硬质的足金样品。 [0035] 分别切割铸态硬质足金样品和时效状态硬质足金样品，进行硬度测试。 [0036] 实施例4 [0037] 首先制备补口材料，按重量比进行配料，镝82.5％，铟14.6％，锌块0.8％，钴粉2.1％，钴粉平均直径为50微米。将镝和铟两种金属放在石墨坩埚内，锌块和钴粉分两格分别放置在炉顶夹层中。关闭炉门后抽真空至5*10-3Pa，然后充入氩气，气压为0.8个大气压。 在惰性气氛保护下熔炼镝-铟二元合金，熔化温度达到1450℃使二元合金完全熔化，然后下调功率降低熔体温度至1140℃，迅速依次加入锌块和钴粉，并对坩埚进行振动搅拌，浇铸到预先放置的模具中，获得补口材料。然后将补口材料压片切割成小块，方便配料。 [0038] 第二步熔炼硬质足金，将该补口材料与纯度不小于99.9％的纯金按1:100比例配料，使用常规安井设备熔炼获得硬质足金，熔化温度为1160℃，获得铸态硬质足金样品。切割部分硬质足金样品在450℃进行时效处理3小时，获得时效状态的硬质足金样品。 [0039] 测试结果 [0040] 测试实施例1至4获得硬质足金样品在铸态和时效状态的硬度，测试结果分别如见表1和表2所示。 [0041] 表1实施例1至4获得的硬质足金样品在铸态的硬度(单位：Hv) [0042] [0043] [0044] 表2实施例1至4获得的硬质足金样品在时效状态的硬度(单位：Hv)[0045] 1 2 3 4 5 平均硬度 实施例1 113.9 117.5 110.8 114.5 118.6 115.1 实施例2 128.8 131.4 130.2 125.9 127.1 128.7 实施例3 106.2 104.7 107.1 101.8 105.9 105.1 实施例4 145.2 138.7 139.7 140.9 142.2 141.3 [0046] 从表1可以看出，本发明的硬质足金样品在铸态下硬度达到了69.3Hv以上，在时效处理之后更是可以达到105.1Hv以上，分别比普通24K金提高了3倍和4倍以上。这些硬度指标达到了目前报道的国际先进标准，适于在镶嵌类珠宝首饰以及奢侈品手表表盘、电子产品等方面推广应用。 [0047] 综上，本发明以稀土元素镝作为主要的强化元素，其第二相硬化物为Au4Dy。使用铟元素按比例搭配可以使镝的熔化温度降低，确保其适应常规的贵金属首饰熔炼工艺。添加锌可以提高足金在铸造过程中的流动性。钴元素有助于促进Au4Dy的析出形核。同时本发明中钴元素以粉末形态加入，还起到形核剂作用，从而显著地细化晶粒，提高足金综合力学性能。本发明的硬质足金在铸态和时效状态下硬度分别达到69.3Hv和105.1HV以上，满足各类首饰材料的选用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。 [0048] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。 |
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