一種高成色高硬度金合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高成色高硬度金合金材料，是由以下組分構(gòu)成：鈧、鈣、鎂、金以及雜質(zhì)。一種高成色高硬度金合金材料的制備方法，包括以下步驟：a、制備金鈧中間合金；b、制備金鈣中間合金；c、制備金鎂中間合金；d、配料；e、將上步配料好的各中間混合均勻并放置在真空電弧爐中的第一銅坩堝的底部，然后在上面鋪放Au9999純金；在第二銅坩堝中放置鈦球，封閉爐門，進(jìn)行第一次抽真空，充入氬氣；第二次抽真空，充入氬氣；f、先清除殘留氧，然后將第一銅坩堝內(nèi)的物料熔清，調(diào)整電流，啟動磁攪拌電源，保持1~1.5min，然后斷電并使金屬液凝固；g、將鑄錠進(jìn)行固溶處理，再冷加工，時效處理。本發(fā)明制得的足金合金晶粒細(xì)小，析出相彌散分布在基體中，硬度高。
【專利說明】一種高成色高硬度金合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高成色高硬度金合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國人佩戴黃金首飾已有數(shù)千年歷史，長期以來都是崇尚高成色金首飾(根據(jù)IS09202: 1991，足金指金含量不低于99.0wt%的金合金，千足金指金含量不低于99.9wt%的金合金)。金飾品市場開放后，傳統(tǒng)的東方文化和消費偏好并沒有改變，足金首飾依然保持黃金消費中最大的份額。但是，傳統(tǒng)足金首飾在制造和使用過程中存在一些突出的問題。由于純金的硬度很低(在退火態(tài)下只有HV27)，難以滿足高精度的首飾加工工藝，難以鑲嵌寶石，工藝復(fù)雜的時尚款式很難做好，難做成造型復(fù)雜、花紋細(xì)致、鏤空雕刻的首飾，致使高純度的黃金飾品始終處于粗放、藝術(shù)性不足的尷尬境地，在黃金首飾的開發(fā)拓展上存在著一定的局限性，大大制約了純金產(chǎn)品作為高檔消費品的藝術(shù)價值。在佩戴使用飾品方面，由于硬度強(qiáng)度不足，飾品容易變形，表面容易磨損而失去光澤。隨著國內(nèi)物質(zhì)文化生活水平的提高，消費者對足金飾品的要求也較以往更高，不僅要保證高的成色，也對飾品的結(jié)構(gòu)款式和使用性能等方面有更高的期望。因此，對足金材料進(jìn)行改性處理，開發(fā)含金量滿足要求的高強(qiáng)度、高硬度足金首飾材料和生產(chǎn)工藝，成為飾用高成色金研究領(lǐng)域的一個新熱點和急需解決的難題。
[0003]國內(nèi)外一些研究人員在研究高強(qiáng)度足金材料方面進(jìn)行了探索和嘗試，主要有Au-T1、Au-Zr、Au-RE等合金系。Geoffrey Gafner等人最早提出了用鈦強(qiáng)化足金,并開發(fā)了990Au-10Ti合金，它是一種具有時效硬化能力的合金，呈金黃色，具有一定的抗磨損能力，成為近年來足金改性研究的重要基礎(chǔ)，許多后來的研究都是在Au-Ti系的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)。但是由于該合金含有較多的鈦，熔煉工藝復(fù)雜，而且對合金的顏色有一定影響。Au-Zr體系也是國外研究較多的改性足金之一，在足金中添加鋯有兩種強(qiáng)化機(jī)理:一是通過時效過程形成鋯彌散析出相的彌散強(qiáng)化，二是形成置換型固溶體的固溶強(qiáng)化，與鈦相比，鋯的添加對合金顏色的影響不大，但其濃度稍高時易導(dǎo)致合金脆化。Au-RE系合金是以稀土元素對金進(jìn)行改性，研究結(jié)果表明稀土元素加入金中可以起到細(xì)化晶粒的作用，鑄態(tài)時可以形成高熔點氧化物成為合金的形核核心，在退火過程中可以在晶界析出阻止晶粒長大，是有效的晶粒細(xì)化劑，可以改善足金的強(qiáng)度性能?？傮w而言，足金改性后取得了一定的效果，強(qiáng)度硬度有不同程度的提高，但是還存在許多問題，主要表現(xiàn)為:強(qiáng)度性能不足，有些改性足金通過各種途徑處理后最終硬度也只有HV60左右，有些足金形變硬度可達(dá)HV110，但是容易出現(xiàn)自然時效軟化情況，難以滿足 生產(chǎn)和使用要求；有些改性足金的色澤不佳，在使用過程中容易出現(xiàn)黯淡無光的問題；有些改性足金的生產(chǎn)條件苛刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高成色高硬度金合金材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種高成色高硬度金合金材料，其是由以下含量的組分構(gòu)成:
0.15-0.35%wt 鈧、0.04-0.10%wt 鈣、0.01-0.06%wt 鎂、金 99.49-99.77% 以及余量為
其它不可避免的雜質(zhì)。
[0006]—種高成色高硬度金合金材料的制備方法，包括以下步驟:
a.制備金鈧中間合金:按(89-91):1的質(zhì)量比將Au9999純金和Sc9999純鈧在真空電弧爐中熔融，制得金鈧中間合金；
b.制備金鈣中間合金:按質(zhì)量比(159-161):1將Au9999純金和Ca999純鈣在真空電弧爐中熔融，制得金鈣中間合金；
c.制備金鎂中間合金:按質(zhì)量比為(269-271):1將Au9999純金和Mg9999純鎂在真空電弧爐中熔融，制得金鎂中間合金；
d.配料:將步驟a中制備的金鈧中間合金、步驟b中制備的金鈣中間合金、步驟c中制備的金鎂中間合金、Au9999純金剪成顆粒并作為原料進(jìn)行配料，配料原則為:配料后，以使得本制備方法最后所得的產(chǎn)品中，鈧元素的質(zhì)量百分比為0.15-0.25%，鈣元素的質(zhì)量百分比為0.05-0.10%，鎂元素的質(zhì)量百分比為0.02-0.06%，金元素99.49-99.77%以及其它不可避免的雜質(zhì)余量；
e、將上步配料好的金鈧中間合金、金鈣中間合金、金鎂中間合金混合均勻并放置在真空電弧爐中的第一銅坩堝的底部，然后在上面鋪放上步配料好的Au9999純金；在第二銅坩堝中放置鈦球，封閉爐門，進(jìn)行第一次抽真空，然后第一次充入氬氣；進(jìn)行第二次抽真空，然后第二次充入氬氣；
f、用6(T70A電流引弧后先熔化鈦球以清除殘留的氧，然后將弧焰對準(zhǔn)第一銅坩堝內(nèi)的物料，調(diào)整電流為10(Tll0A，待第一銅坩堝內(nèi)的物料熔清后，調(diào)整電流為8(T90A，啟動磁攪拌電源，保持廣1.5min，然后斷`電并使金屬液凝固；
g、將凝固后的鑄錠翻轉(zhuǎn)后再反復(fù)進(jìn)行步驟f的操作2-3次，最后將電流調(diào)整到10(T110A，熔清后移開弧焰，使金屬液在水冷銅錠模中凝固成鑄錠；
h、將上步得到的鑄錠在65(T750°C固溶處理，再進(jìn)行冷加工，然后在20(T300°C時效處理2~12h即可。
[0007]步驟d中，所述的顆粒的粒徑在l_5mm。
[0008]步驟e中，所述的鈦球的直徑為10_15mm。
[0009]步驟e中，第一次抽真空至3 X KT3Pa,第一次充入U1氣至0.8~latm。
[0010]步驟e中，第二次抽真空至3 X l(T3Pa，第二次充入氬氣至I~1.latm。
[0011]步驟h中，所述的冷加工為軋壓、拉拔、沖壓。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過真空電弧熔煉、激冷凝固、固溶處理、形變強(qiáng)化、時效處理等綜合措施，制得的足金合金晶粒細(xì)小，析出相彌散分布在基體中。改性后的足金硬度顯著提高，亮度高于Au9999，而色度基本接近，耐蝕性基本保持不變。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的高成色高硬度金合金與Au9999的加工硬化行為對比；
圖2是本發(fā)明的高成色高硬度金合金的時效行為；
圖3是本發(fā)明的高成色高硬度金合金的顯微組織圖；圖4是Au9999的顯微組織圖；
圖5是本發(fā)明的高成色高硬度金合金中鈧在基底中的分布圖；
圖6是本發(fā)明的高成色高硬度金合金中鈣在基底中的分布圖；
圖7是本發(fā)明的高成色高硬度金合金中鎂在基底中的分布圖；
圖8是本發(fā)明的高成色高硬度金合金在人工汗液中的極化曲線與Au9999對比圖。
【具體實施方式】
[0014]一種高成色高硬度金合金材料，其是由以下含量的組分構(gòu)成:
0.15-0.25%wt 鈧、0.05-0.10%wt 鈣、0.02-0.06%wt 鎂、金 99.49-99.77%wt 以及其它不可避免的雜質(zhì)余量。
[0015]一種高成色高硬度金合金材料的制備方法，包括以下步驟:
a.制備金鈧中間合金:按(89-91):1的質(zhì)量比將Au9999純金和Sc9999純鈧在真空電弧爐中熔融，制得金鈧中間合金；
b.制備金鈣中間合金:按 質(zhì)量比(159-161):1將Au9999純金和Ca999純鈣在真空電弧爐中熔融，制得金鈣中間合金；
c.制備金鎂中間合金:按質(zhì)量比為(269-271):1將Au9999純金和Mg9999純鎂在真空電弧爐中熔融，制得金鎂中間合金；
d.配料:將步驟a中制備的金鈧中間合金、步驟b中制備的金鈣中間合金、步驟c中制備的金鎂中間合金、Au9999純金剪成顆粒并作為原料進(jìn)行配料，配料原則為:配料后，以使得本制備方法最后所得的產(chǎn)品中，鈧元素的質(zhì)量百分比為0.15-0.25%，鈣元素的質(zhì)量百分比為0.05-0.10%，鎂元素的質(zhì)量百分比為0.02-0.06%，金元素的質(zhì)量百分比為99.49-99.77%以及其它不可避免的雜質(zhì)余量；
e、將上步配料好的金鈧中間合金、金鈣中間合金、金鎂中間合金混合均勻并放置在真空電弧爐中的第一銅坩堝的底部，然后在上面鋪放上步配料好的Au9999純金；在第二銅坩堝中放置鈦球，封閉爐門，進(jìn)行第一次抽真空，然后第一次充入氬氣；進(jìn)行第二次抽真空，然后第二次充入氬氣；
f、用6(T70A電流引弧后先熔化鈦球以清除殘留的氧，然后將弧焰對準(zhǔn)第一銅坩堝內(nèi)的物料，調(diào)整電流為10(Tll0A，待第一銅坩堝內(nèi)的物料熔清后，調(diào)整電流為8(T90A，啟動磁攪拌電源，保持廣1.5min，然后斷電并使金屬液凝固；
g、將凝固后的鑄錠翻轉(zhuǎn)后再反復(fù)進(jìn)行步驟f的操作2-3次，最后將電流調(diào)整到10(T110A，熔清后移開弧焰，使金屬液在水冷銅錠模中凝固成鑄錠；
h、將上步得到的鑄錠在65(T750°C固溶處理，再進(jìn)行冷加工，然后在20(T300°C時效處理2~12h即可。
[0016]步驟d中，所述的顆粒的粒徑在l_5mm。
[0017]步驟e中，所述的鈦球的直徑為10_15mm。
[0018]步驟e中，第一次抽真空至3 X KT3Pa,第一次充入U1氣至0.8~latm。
[0019]步驟e中，第二次抽真空至3 X l(T3Pa，第二次充入氬氣至I~1.latm。
[0020]步驟h中，所述的冷加工為軋壓、拉拔、沖壓。
[0021]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明:實施例1:
本實施例的高成色高硬度金合金的制備方法，包括以下步驟:
a.將質(zhì)量比為Au9999純金:Sc9999純鈧=90:1的純金和純鈧在真空電弧爐中熔融，制得金鈧中間合金。
[0022]b.將質(zhì)量比為將質(zhì)量比為Au9999純金:Ca999純鈣=160:1的純金和純鈣在真空電弧爐中熔融，制得金鈣中間合金。
[0023]c.將質(zhì)量比為Au9999純金:Mg9999純鎂=270:1的純金和純鎂在真空電弧爐中熔
融，制得金鎂中間合金。
[0024]d.按照質(zhì)量百分比為27%的金鈧中間合金、18%的金鈣中間合金、13%的金鎂中間合金、其余為Au9999純金配料，所述原材料都經(jīng)過剪碎均呈小顆粒狀(粒徑為l_5mm)。
[0025]e.將金鈧中間合金、金鈣中間合金、金鎂中間合金放置在真空電弧爐的銅坩堝的底部，然后在上面放置Au9999純金。在另一銅坩堝中心放置鈦球(鈦球直徑為15mm)，封閉爐門，抽真空到I X 10?,然后充入氬氣到0.8atm,再次抽真空到I X 10?,然后再充入氬氣到1.02atm。用65A電流引弧后先熔化鈦球以清除可能殘留的氧，然后將弧焰對準(zhǔn)銅坩堝內(nèi)原料，調(diào)整電流為110A，待原料熔清后，調(diào)整電流為85A，啟動磁攪拌電源，保持1.5min,然后停電使金屬液凝固。將鑄錠翻轉(zhuǎn)后再熔煉，反復(fù)3次，最后將電流調(diào)整到105A，熔清后迅速移開弧焰，使金屬液在水冷銅錠模中凝固成錠。
[0026]f.制備的足金鑄錠在700°C固溶處理，再通過軋壓、拉拔、沖壓的方式進(jìn)行冷加工，然后在250°C時效處理4h。`
[0027]本實施例制備的高成色高硬度金合金，經(jīng)過測定，成分按重量百分比由以下組分組成:
鈧0.25%、鈣0.07%、鎂0.03%、金99.64%以及不可避免的雜質(zhì)余量。
[0028]本實施例制得的高成色高硬度金合金，含金量為99.64%，鑄態(tài)硬度達(dá)到HV64，經(jīng)700°C固溶處理后，固溶態(tài)硬度達(dá)到HV55，而Au9999只有HV 27。對固溶態(tài)材料進(jìn)行軋壓變形，單次加工量約20%,每次加工后檢測硬度，并與Au9999材料進(jìn)行對比，見附圖1。固溶態(tài)的改性足金材料冷形變量為80%時，硬度可達(dá)到HV118，而Au9999只有HV73。對冷加工后的材料進(jìn)行時效處理，其硬度隨時效溫度和時效時間的變化規(guī)律見附圖2，在250°C的時效4h時硬度最高，可達(dá)到HV133。掃描電鏡下觀察本實施例的合金的顯微組織，并與Au9999材料進(jìn)行對比，見附圖3-4，兩者都呈現(xiàn)較明顯的單一固溶體結(jié)構(gòu)，其中可見部分孿晶結(jié)構(gòu)，這種金相呈現(xiàn)了再結(jié)晶良好的面心立方結(jié)構(gòu)特點，但是本實施例合金的晶粒比Au9999更細(xì)，說明微量的鈧、鈣和加快凝固冷卻速度可起到有效的晶粒細(xì)化作用，這種細(xì)化作用有助于提高合金的強(qiáng)度和硬度。經(jīng)微區(qū)成分掃描分析，鈧、鈣、鎂主要彌散分布在基體中，沒有形成明顯的偏聚現(xiàn)象，見附圖5-7。用LK2005A電化學(xué)工作站檢測材料的極化行為，見附圖8，Au9999在37°C人工汗液中的點蝕電位為1.19V，而本實施例合金的點蝕電位為1.17V，耐點蝕性能方面幾乎沒有影響。改性足金材料與Au9999的顏色坐標(biāo)值見附表1，兩者的色度值a*和b*很接近，但是改性合金的亮度值明顯優(yōu)于Au9999，這對于獲得高亮的表面效果非常有利。
[0029]表1
【權(quán)利要求】
1.一種高成色高硬度金合金材料，其特征在于:其是由以下含量的組分構(gòu)成: . 0.15-0.25%wt 鈧、0.05-0.10%wt 鈣、0.02-0.06%wt 鎂、金 99.49-99.77% 以及余量為其它不可避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1所述的一種高成色高硬度金合金材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: a.制備金鈧中間合金:按(89-91):1的質(zhì)量比將Au9999純金和Sc9999純鈧在真空電弧爐中熔融，制得金鈧中間合金； b.制備金鈣中間合金:按質(zhì)量比(159-161):1將Au9999純金和Ca999純鈣在真空電弧爐中熔融，制得金鈣中間合金； c.制備金鎂中間合金:按質(zhì)量比為(269-271):1將Au9999純金和Mg9999純鎂在真空電弧爐中熔融，制得金鎂中間合金； d.配料:將步驟a中制備的金鈧中間合金、步驟b中制備的金鈣中間合金、步驟c中制備的金鎂中間合金、Au9999純金剪成顆粒并作為原料進(jìn)行配料，配料原則為:配料后，以使得本制備方法最后所得的產(chǎn)品中，鈧元素的質(zhì)量百分比為0.15-0.25%，鈣元素的質(zhì)量百分比為0.05-0.10%，鎂元素的質(zhì)量百分比為0.02-0.06%，金元素99.49-99.77%，其它不可避免的雜質(zhì)余量； e、將上步配料好的金鈧中間合金、金鈣中間合金、金鎂中間合金混合均勻并放置在真空電弧爐中的第一銅坩堝的底部，然后在上面鋪放上步配料好的Au9999純金；在第二銅坩堝中放置鈦球，封閉爐門，進(jìn)行第一次抽真空，然后第一次充入氬氣；進(jìn)行第二次抽真空，然后第二次充入氬氣； f、用6(T70A電流引弧后先熔化鈦球以清除殘留的氧，然后將弧焰對準(zhǔn)第一銅坩堝內(nèi)的物料，調(diào)整電流為100-ll0A，待第一銅坩堝內(nèi)的物料熔清后，調(diào)整電流為8(T90A，啟動磁攪拌電源，保持1-1.5min，然后斷電并使金屬液凝固； g、將凝固后的鑄錠翻轉(zhuǎn)后再反復(fù)進(jìn)行步驟f的操作2-3次，最后將電流調(diào)整到100-110A，熔清后移開弧焰，使金屬液在水冷銅錠模中凝固成鑄錠； h、將上步得到的鑄錠在650-750°C固溶處理，再進(jìn)行冷加工，然后在200-300°C時效處理2~12h即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高成色高硬度金合金材料的制備方法，其特征在于:步驟d中,所述的顆粒的粒徑在1-5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高成色高硬度金合金材料的制備方法，其特征在于:步驟e中，所述的鈦球的直徑為10-15mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高成色高硬度金合金材料的制備方法，其特征在于:步驟e中，第一次抽真空至3 X 10?,第一次充入氬氣至0.8~latm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高成色高硬度金合金材料的制備方法，其特征在于:步驟e中，第二次抽真空至3 X 10?,第二次充入氬氣至1~1.latm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高成色高硬度金合金材料的制備方法，其特征在于:步驟h中，所述的冷加工為軋壓、拉拔、沖壓。
【文檔編號】C22F1/14GK103695692SQ201310676211
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】袁軍平, 王昶, 申柯婭, 林善偉, 陳家輝 申請人:廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院