AT16717U1

AT16717U1 - Verfahren zur Herstellung eines Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes für Schmuck oder Uhren

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Publication number: AT16717U1
Application number: ATGM50157/2018U
Authority: AT
Original assignee: Oesterreichische Akademie Der Wss
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-07-15
Also published as: WO2020056436A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Diamant- Verbundwerkstoffes für Schmuck oder Uhren, wobei Diamantnanopartikel (1) und Metallpulver, vorzugsweise gebildet mit Edelmetall, insbesondere Gold, Silber und/oder Platin, zu einer Mischung (7) vermischt werden und die Mischung (7) durch plastische Verformung unter Druckbeaufschlagung kompaktiert wird. Um eine Fertigung von Schmuck mit einer hohen Festigkeit, insbesondere hohen Kratzfestigkeit bzw. hohen Abriebfestigkeit, zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Diamantnanopartikel (1) eine durchschnittliche Größe kleiner als 100 nm aufweisen und eine Kompaktierung der Mischung (7) mit einem Druck größer als 1 GPa erfolgt.

Description

Beschreibung

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES METALL-DIAMANT-VERBUNDWERKSTOFFES FÜR SCHMUCK ODER UHREN

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes für Schmuck oder Uhren, wobei Diamantnanopartikel und Metallpulver, vorzugsweise gebildet mit Edelmetall, insbesondere Gold, Silber und/oder Platin, zu einer Mischung vermischt werden und die Mischung durch plastische Verformung unter Druckbeaufschlagung kompaktiert wird.

[0002] Schmuck, insbesondere Körperschmuck, wird üblicherweise mit hochwertigen Edelmetallen, wie beispielsweise Gold, Silber oder Platin, hergestellt. Je nach konkreter Zusammensetzung weisen Schmuckstücke dabei eine unterschiedliche Härte bzw. eine unterschiedliche Robustheit gegenüber äußeren Belastungen auf. Insbesondere im alltäglichen Gebrauch tritt beispielsweise häufig ein Zerkratzen einer Oberfläche eines Schmuckes, beispielsweise eines Ringes, auf. Dies ist insofern bei Schmuck von besonderer Relevanz, als eine Beschädigung eines Schmuckes nicht nur eine Ansehnlichkeit des Schmuckes beeinträchtigt, sondern auch mit einem Wertverlust des Schmuckes verbunden ist. Die gilt analog auch für Uhren, insbesondere ein Uhrengehäuse oder ein Uhrband einer Uhr.

[0003] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem ein Metall-Diamant-Verbundwerkstoff hergestellt werden kann, welcher eine Fertigung von Schmuck oder Uhren mit einer hohen Festigkeit, insbesondere hohen Kratzfestigkeit bzw. hohen Abriebfestigkeit, ermöglicht.

[0004] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Diamantnanopartikel eine durchschnittliche Größe kleiner als 100 nm aufweisen und eine Kompaktierung der Mischung mit einem Druck größer als 1 GPa erfolgt.

[0005] Grundlage der Erfindung ist die Idee, eine Widerstandsfähigkeit, insbesondere eine Kratzfestigkeit bzw. Abriebfestigkeit, einer Schmucklegierung dadurch zu erhöhen, dass diese mit Teilchen hoher Härte verstärkt werden. Hierzu besonders geeignet sind Diamanten, da diese einerseits eine hohe Härte aufweisen und andererseits Diamanten ein grundsätzlich hoher Wertgehalt zugeschrieben wird, sodass diese einen Wert eines Schmuckes nicht negativ beeinflussen. Indem das Metallpulver mit Diamantnanopartikeln, welche eine durchschnittliche Größe kleiner als 100 nm aufweisen, vermischt wird, kann auf effiziente Weise eine insbesondere makroskopisch auftretende bzw. wahrnehmbare Eigenschaftsänderung einer Festigkeit, insbesondere Kratzfestigkeit bzw. Abriebfestigkeit, sowie Härte des Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes geändert bzw. erhöht werden, da die Diamantnanopartikel durch Vermischen mit dem Metallpulver im gesamten Metallpulver praktikabel verteilt werden. Das Metallpulver ist dabei vorzugsweise mit Edelmetall, insbesondere mit Gold, Silber, Platin und/oder Palladium, gebildet. Zweckmäßig kann dabei das Metallpulver, je nach Anwendungszweck, mit unterschiedlichen Metallen bzw. Metalllegierungen gebildet sein. Durch eine Kompaktierung, also einer Verdichtung, der Mischung mit einem Druck größer als 1 GPa wird sichergestellt, dass ein beständiger Verbund aus Metall-Diamantnanopartikeln aufrechterhalten bleibt. Um einen robusten Metall-Diamantnanopartikel-Verbund zu erhalten, hat sich zur Kompaktierung der Mischung insbesondere ein Druck zwischen 1 GPa und 10 GPa, bevorzugt zwischen 2GPa und 5GPa, insbesondere etwa 4 GPa, erwiesen.

[0006] Eine besonders hohe Kratzfestigkeit bzw. Abriebfestigkeit ist erreichbar, wenn die Diamantnanopartikel eine durchschnittliche Größe kleiner als 50 nm, bevorzugt zwischen 1 nm und 10 nm, aufweisen.

[0007] Zweckmäßig ist es, wenn ein Vermischen der Diamantnanopartikel mit dem Metallpulver in einem Lösungsmittel erfolgt. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine Mischung hoher Homogenität. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Diamantnanopartikel und das Metallpulver dem Lösungsmittel zugegeben werden und in diesem durch Verrühren, beispiels-

weise mit einer Rührvorrichtung, wie einem Rührstab, vermischt werden. Als Lösungsmittel geeignet ist beispielsweise Alkohol, insbesondere Isopropanol, Methanol oder Ethylenglykol. Das Lösungsmittel wird dabei vorteilhaft nach der Ultraschallbehandlung durch Verdampfen des Lösungsmittels wieder entfernt.

[0008] Besonders praktikabel ist es, wenn ein Vermischen der Diamantnanopartikel mit dem Metallpulver mit einer Kugelmühle und/oder mit einem Attritor erfolgt. Dies ermöglicht einerseits eine gleichmäßige Verteilung der Diamantnanopartikel im Metallpulver und führt zusätzlich zu einer Zerkleinerung von Metallpulverpartikeln bzw. zu einer Verfeinerung des Metallpulvers. Ublicherweise ist dabei vorgesehen, dass in einem in Bewegung bzw. Rotation versetzten Mahlraum das Metallpulver und die Diamantnanopartikel durch frei im Mahlraum bewegliche kugelförmige bzw. kugelähnliche Mahlkörper vermischt werden und das Metallpulver derart mechanische belastet wird, dass es verfeinert wird.

[0009] Günstig ist es, wenn die Diamantnanopartikel vor einem Mischen mit dem Metallpulver zur Deagglomeration einer Ultraschallbehandlung, insbesondere in einem Lösungsmittel, unterzogen werden. Dadurch können Agglomerate bzw. Cluster von Diamantnanopartikeln aufgebrochen bzw. aufgelöst werden. Besonders effizient ist die Deagglomeration, wenn die Ultraschallbehandlung in einem Lösungsmittel bzw. einem Ultraschallbad mit einem Lösungsmittel durchgeführt wird. Als Lösungsmittel geeignet ist beispielsweise Alkohol, insbesondere Isopropanol, Methanol oder Ethylenglykol. Das Lösungsmittel wird dabei zweckmäßig nach der Ultraschallbehandlung durch Verdampfen des Lösungsmittels wieder entfernt.

[0010] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Mischung zur Deagglomeration einer Ultraschallbehandlung, insbesondere in einem Lösungsmittel, unterzogen wird. Dadurch können Agglomerate von Metallpulverpartikeln und/oder Diamantnanopartikeln aufgebrochen bzw. aufgelöst werden. Die Ultraschallbehandlung kann dabei vor oder nach einem Verfahrensschritt einer Vermischung der Diamantnanopartikel mit dem Metallpulver in einer Kugelmühle durchgeführt, um gebildete Agglomerate bzw. Cluster aufzulösen. Besonders effizient ist die Deagglomeration, wenn die Ultraschallbehandlung in einem Lösungsmittel bzw. einem Ultraschallbad mit einem Lösungsmittel durchgeführt wird. Als Lösungsmittel geeignet ist beispielsweise Alkohol, insbesondere Isopropanol, Methanol oder Ethylenglykol. Das Lösungsmittel wird dabei zweckmäßig nach der Ultraschallbehandlung durch Verdampfen des Lösungsmittels wieder entfernt.

[0011] Um eine hohe Homogenisierung der Mischung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn ein Vermischen mit mechanischem Legieren, insbesondere mit einer Kugelmühle und/oder mit einem Attritor, bevorzugt mit einer Planetenkugelmühle und/oder einer Schwingkugelmühle, durchgeführt wird. Beim mechanischen Legieren werden das Metallpulver und die Diamantnanopartikel unter hohem Energieaufwand derart vermahlen, dass die Metallpulverpartikel üblicherweise stark verformt, durch Diffusion verbunden und/oder wieder aufgebrochen werden. Dies führt effizient zu einer besonders gleichmäßigen Verteilung der Diamantnanopartikel im Metallpulver. Praktikabel kann das mechanische Legieren in einer Kugelmühle und/oder einem Attritor durchgeführt werden. Besonders effizient erfolgt das mechanische Legieren in einer Schwingkugelmühle und/oder in einer Planetenkugelmühle. Insbesondere kann somit sowohl ein einfaches Vermischen als auch ein Vermischen mit mechanischem Legieren in einer Kugelmühle durchgeführt werden, wodurch eine Prozessführung besonders einfach und zeiteffizient durchführbar ist.

[0012] Um eine hohe Festigkeit des Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes zu erreichen, ist es günstig, wenn die Mischung mit Hochverformung, insbesondere High-Pressure-Torsion, kompaktiert wird. Hochverformung, auch Severe-Plastic-Deformation genannt, basiert darauf, durch starke plastische Verformung, üblicherweise in einem Temperaturbereich zwischen 20°C und mehreren 100°C, Kornfeinung zu bewirken. Da eine Festigkeit von metallischen Werkstoffen mit abnehmender Korngröße zunimmt, führt dies zu einer Festigkeitssteigerung des verformten Werkstoffes. Somit ermöglicht eine Kompaktierung mit Hochverformung einerseits eine hohe Robustheit des Metall-Diamant-Werkstoffes, sodass insbesondere ein massiver Festkörper gebildet wird, und zudem eine weitere Festigkeitssteigerung durch eine Verringerung der metal-

lischen Korngrößen sowie insbesondere weiterer Auflösung von restlichen Diamantnanopartikelagglomeraten.

[0013] Praktikable Methoden der Hochverformung sind beispielsweise Equal-Channel-AngularPressing (ECAP), Accumulative-Roll-Bonding (ARB) oder High-Pressure-Torsion (HPT) und dessen dem Fachmann bekannten Varianten.

[0014] Für eine besonders ausgeprägte Robustheit und Festigkeit des Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes hat es sich bewährt, wenn die Mischung mit High-Pressure-Torsion kompaktiert wird. Hierbei wird die Mischung üblicherweise zwischen zwei Stempeln unter hohem hydrostatischen Druck torsionsverformt. Einstellbare Parameter sind dabei insbesondere eine Temperatur, ein hydrostatischer Druck sowie ein Verformungsgrad, angegeben in einer Anzahl von Umdrehungen um die Torsionsachse. Als geeignet, um eine hohe Robustheit des MetallDiamant-Verbundwerkstoffes zu bewirken, hat sich ein Druck zwischen 1 GPa und 10 GPa, bevorzugt zwischen 2 GPa und 6 GPa, insbesondere etwa 4 GPa, erwiesen. Wenn das Metallpulver mit Silber, Gold und/oder Platin gebildet ist, hat sich ein Druck zwischen 3 GPa und 5 GPa, bevorzugt etwa 4 GPa als günstig für eine besonders ausgeprägte Robustheit erwiesen. Eine Kompaktierung der Mischung kann dadurch sehr effizient durchgeführt werden. Durch eine bei High-Pressure-Torsion bewirkte Scherverformung der Mischung, wird zudem eine ausgeprägte Nanostrukturierung des Metallpulvers ermöglicht. Insbesondere können dabei metallische Korngrößen bis unter 100 nm erzeugt werden, sodass eine besonders hohe Festigkeit bzw. Härte von Metallpulverstrukturen des Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes bewirkt wird.

[0015] Vorteilhaft ist es, wenn die Mischung mit High-Pressure-Torsion kompaktiert wird, wobei ein Verformungsschritt mit mehr als 3 Umdrehungen, insbesondere etwa 10 Umdrehungen, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 300°C und 500°C, vorgesehen ist. Es hast sich gezeigt, dass dadurch eine besonders robuste Kompaktierung der Mischung bzw. ein besonders robuster Metall-Diamant-Werkstoff erreicht wird. Eine effiziente Kompaktierung kann praktikabel schon dadurch erreicht werden, dass der Verformungsschritt bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und etwa dem 0,8-fachen einer Schmelztemperatur des Metallpulvers erfolgt. Die Kompaktierung ist besonders ausgeprägt und belastbar, wenn der Verformungsschritt bei einer Temperatur zwischen 300°C und 500°C, insbesondere zwischen 350°C und 400°C, durchgeführt wird. Es hat sich als günstig herausgestellt, wenn die Kompaktierung mit HighPressure-Torsion einen Verformungsschritt mit weniger als 2 Umdrehungen, insbesondere etwa 1 Umdrehung, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 20°C und 200°C, vorsieht. Die Festigkeit und Robustheit des Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes ist dadurch stark und nachhaltig ausgeprägt.

[0016] Für eine besonders hohe und nachhaltige Festigkeit hat es sich bewährt, wenn beide vorgenannten Verformungsschritte vorgesehen sind und insbesondere der Verformungsschritt bei niedrigeren Temperaturen nach dem Verformungsschritt bei höheren Temperaturen durchgeführt wird. So ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mischung mit High-Pressure-Torsion kompaktiert wird, wobei ein Verformungsschritt mit mehr als 3 Umdrehungen, insbesondere etwa 10 Umdrehungen, bei einer Temperatur zwischen 300°C und 500°C vorgesehen ist und anschließBend ein weiterer Verformungsschritt mit weniger als 2 Umdrehungen, insbesondere etwa 1 Umdrehung, bei einer Temperatur zwischen 20°C und 200°C vorgesehen ist.

[0017] Eine hohe Praktikabilität, um Stabprodukte zu erhalten, wird erreicht, wenn die Mischung mit Extrudieren kompaktiert wird. Das Extrudieren kann dabei alternativ oder zusätzlich zu einem Kompaktieren mit Hochverformung, beispielsweise durch High-Pressure-Torsion, erfolgen. Beim Extrudieren bzw. bei einer Extrusion wird die Mischung unter Druck, insbesondere kontinuierlich, durch eine Matrize bzw. Düse gepresst, welche eine formgebende Öffnung aufweist. Um eine ausreichende Festigkeit bzw. Robustheit einer kompaktierten Mischung bzw. des Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes zu bewirken, ist auch hier vorgesehen, dass die Kompaktierung bzw. Extrusion bei einem Druck größer als 1 GPa erfolgt. Dadurch kann an einem Ausgang der formgebenden Öffnung die kompaktierte Mischung als, insbesondere kontinuierlich austretender, Strang entnommen werden, welcher zweckmäßig abgelängt und weiterverar-

beitet werden kann. Für eine robuste Kompaktierung hat es sich als zweckdienlich erwiesen, wenn die Matrize und/oder eine formgebende Öffnung der Matrize zumindest abschnittsweise mit einem nicht runden Querschnitt, insbesondere ellipsenförmigen oder polygonalen Querschnitt, bevorzugt mit einem variierenden Querschnitt, ausgebildet ist. Als besonders geeignet hat es sich erwiesen, wenn die Mischung mit Hochdrucktorsionextrusion (HPTE) kompaktiert wird. Hierbei erfolgt eine Extrusion, indem die Mischung unter Druck, insbesondere kontinuierlich, durch die Matrize bzw. Düse gepresst wird, wobei zumindest ein Teilstück der Matrize bzw. Düse rotierend ausgebildet ist. Indem das zumindest eine Teilstück der Matrize, zumindest abschnittsweise mit nicht rundem Querschnitt, insbesondere ellipsenförmigen oder polygonalen Querschnitt, bevorzugt mit einem variierenden Querschnitt, ausgebildet ist, kann effizient eine Scherverformung der Mischung bewirkt werden. Dies ermöglicht eine hohe Festigkeit bzw. Härte des Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes.

[0018] Es hat sich bewährt, dass die Kompaktierung bei einer Temperatur zwischen 100°C und dem 0,8-fachen einer Schmelztemperatur des Metallpulvers erfolgt. Dies ermöglicht ein effizientes Verdichten der Mischung und damit eine Herstellung eines robusten Metall-DiamantVerbundwerkstoffes. Als besonders günstig hat sich dabei eine Temperatur zwischen 200°C und 700°C, insbesondere zwischen 300°C und 400°C, erwiesen.

[0019] Ein Vermischen und/oder Kompaktieren kann besonders effizient durchgeführt werden, wenn das Metallpulver eine durchschnittliche Korngröße zwischen 100 nm und 10 um aufweist.

[0020] Als besonders günstig für eine hohe Robustheit und/oder Duktilität des Metall-DiamantVerbundwerkstoffes hat es sich erwiesen, wenn ein Massenanteil der Diamantnanopartikel in der Mischung kleiner als 5%, insbesondere zwischen 0,5% und 2 %, ist.

[0021] Mit Vorteil ist ein Verfahren zur Fertigung von Schmuck oder Uhren vorgesehen, wobei ein Schmuck oder eine Uhr mit einem mit einem erfindungsgemäß hergestellten MetallDiamant-Verbundwerkstoff gebildet wird. Entsprechend den vorteilhaften Merkmalen und/oder Wirkungen eines erfindungsgemäßen Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes kann dadurch ein Schmuck mit insbesondere hoher Kratzfestigkeit bzw. Abriebfestigkeit hergestellt werden.

[0022] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigt:

[0023] Fig. 1 eine schematische Darstellung von drei aufeinanderfolgenden Prozessschritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens;

[0024] Fig. 2a bis Fig. 2" eine schematische Darstellung eines ersten Prozessschrittes der Fig. 1 mit einer Ultraschallbehandlung von Diamantnanopartikeln und eine Vermischung der Diamantnanopartikel mit Edelmetallpulver zu einer Mischung in einem Lösungsmittel;

[0025] Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Prozessschrittes der Fig. 1 mit einem weiteren Vermischen der Diamantnanopartikel mit dem Edelmetallpulver mit einer Kugelmühle;

[0026] Fig. 4a und Fig. 45 eine schematische Darstellung eines dritten Prozessschrittes der Fig. 1 mit einer Kompaktierung der Mischung.

[0027] Fig. 1 stellt schematisch drei aufeinanderfolgende Prozessschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes dar. Ein erster Prozessschritt P1, detailliert dargestellt in Fig. 2a bis Fig. 2f, umfasst dabei eine Ultraschallbehandlung von Diamantnanopartikeln 1 zur Deagglomeration der Diamantnanopartikel 1 in einem Lösungsmittel 2 sowie ein Vermischen der Diamantnanopartikel 1 mit Edelmetallpulver 5 im Lösungsmittel 2. Zweckmäßig erfolgt anschließend in einem zweiten Prozessschritt P2, dargestellt in Fig. 3, ein weiteres Vermischen der Diamantnanopartikel 1 mit dem Edelmetallpulver 5 mit einer Kugelmühle. Schließlich erfolgt in einem dritten Prozessschritt P3, dargestellt in Fig. 4a und Fig. 4b, eine Kompaktierung bzw. Verdichtung der Mischung 7 mit High-Pressure-

Torsion oder Extrudieren.

[0028] Fig. 2a bis Fig. 2f stellen den ersten Prozessschritt dar. Diamantnanopartikel 1 werden in Ethylenglykol als Lösungsmittel 2 gelöst und bilden eine Dispersion, dargestellt in Fig. 2a. Anschließend kann es zweckmäßig sein, wenn ein Verrühren der Dispersion mit einer Rührvorrichtung 3 erfolgt, um große Agglomerate von Diamantnanopartikeln 1 aufzubrechen, dargestellt in Fig. 2b. Die Dispersion wird dann einer Ultraschallbehandlung mit einer als Ultraschallbad ausgebildeten Ultraschallvorrichtung 4 unterzogen, um insbesondere auch kleine Agglomerate aufzubrechen bzw. aufzulösen, dargestellt in Fig. 2c. Im nächsten Behandlungsschritt wird der Dispersion Edelmetallpulver 5 zugefügt, dargestellt in Fig. 2d und die Dispersion, nunmehr gebildet mit Diamantnanopartikeln 1 und Edelmetallpulver 5, mit einer Rührvorrichtung 3 homogenisiert, gezeigt in Fig. 2e. Eine Mischung 7 aus Diamantnanopartikeln 1 und Edelmetallpulver 5 wird schließlich erhalten, indem das Lösungsmittel 2 durch Erhitzen mit einer Heizvorrichtung 6 verdampft wird, dargestellt in Fig. 2f. Damit ist eine Mischung 7 mit guter Homogenität erreicht.

[0029] Um eine Homogenität der Mischung 7 zu verbessern, kann zweckmäßig im zweiten Prozessschritt P2 die Mischung 7 aus Diamantnanopartikel 1 und Edelmetallpulver 5 mit einer Kugelmühle weiter vermischt werden. Ist die Homogenität der Mischung 7 bereits ausreichend, kann es praktikabel sein, den zweiten Prozessschritt P2 zu überspringen.

[0030] Der zweite Prozessschritt P2 ist in Fig. 3 anhand einer Planetenkugelmühle dargestellt.

[0031] Hierbei wird die Mischung 7 sowie Mahlkörper 9 in einen Mahlraum 8 der Planentenkugelmühle eingebracht. Ein Vermischen erfolgt dann üblicherweise durch Rotation des Mahlraumes 8 um eine Längsachse des Mahlraumes 8 sowie durch gleichzeitige Rotation des Mahlraumes 8 um eine weitere außerhalb des Mahlraumes 8 gelegene Rotationsachse. ZweckmäBig erfolgt dabei in einem ersten Vermischungsschritt ein Vermischen derart, dass bei insbesondere niedrigen Geschwindigkeiten der Kugelmühle, insbesondere der Planetenkugelmühle, ein Durchmischen von Diamantnanopartikeln 1 und Edelmetallpulver 5 sowie eine Zerkleinerung von Edelmetallpulverpartikeln erfolgt, und in einem weiteren Vermischungsschritt ein Vermischen mit mechanischem Legieren durchgeführt wird. Dies gewährleistet eine hohe Homogenisierung der Mischung 7.

[0032] Anschließend erfolgt in einem dritten Prozessschritt P3 eine Kompaktierung bzw. Verdichtung der Mischung 7 mit High-Pressure-Torsion, dargestellt in Fig. 4a, oder mit Extrusion, dargestellt in Fig. 4b. Zur Kompaktierung mit High-Pressure-Torsion wird die Mischung 7 zwischen zwei Stempeln 10, ersichtlich in Fig. 4a, bei einem Druck zwischen 1 GPa und 10 GPa, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 300°C und 500°C, mit etwa 3 Umdrehungen torsionsverformt. Dadurch wird die Mischung 7 effizient verfestigt und ein robuster MetallDiamant-Verbundwerkstoff erhalten, welcher eine besonders ausgeprägte Härte und Abriebfestigkeit bzw. Kratzfestigkeit aufweist. Anschließend wird ein weiterer Verformungsschritt mit High-Pressure-Torsion bei einer geringeren Temperatur, bevorzugt zwischen 20°C und 200°C, mit etwa 1 bis 2 Umdrehungen durchgeführt, wodurch eine Edelmetallkorngröße im MetallDiamant-Verbundwerkstoffes verringert und eine Härte bzw. Abriebfestigkeit weiter erhöht wird. Der Metall-Diamant-Verbundwerkstoff ist damit ausgezeichnet geeignet, um Schmuck mit diesem zu fertigen.

[0033] Um ein Stabprodukt zu erhalten, kann die Mischung 7 praktikabel mit Extrusion kompaktiert werden, wobei, wie in Fig. 4b ersichtlich, die Mischung 7 mit einem Druck von mehr als 1GPa mit einem Kolben 13 durch eine Matrize 11 gepresst wird. Dadurch kann am Ausgang der Matrize 11 die kompaktierte Mischung 7 als Strang entnommen werden, welcher zweckmäßig abgelängt und weiterverarbeitet werden kann. Fig. 4b stellt eine Kompaktierung der Mischung 7 mit Hochdrucktorsionextrusion dar. Hierbei ist ein Teilstück 12 der Matrize 11 rotierend ausgebildet, um eine Torsionsverformung der Mischung 7 zu bewirken. Die Matrize 11 ist zudem abschnittsweise mit varlierendem Querschnitt ausgebildet, sodass während der Extrusion eine Scherverformung von einer Wand der Matrize 11 auf die Mischung 7 aufgebracht wird.

[0034] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes ermöglicht es, Schmuck mit einer hohen Kratzfestigkeit bzw. Abriebfestigkeit zu fertigen. Hierzu wird ein robuster und belastbarer Verbund aus Edelmetall und Diamantnanopartikeln 1 geschaffen, wobei die Diamantnanopartikel 1 besonders gleichmäßig bzw. homogen im Edelmetall verteilt sind. Durch die Verwendung von Diamantnanopartikeln 1 zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften eines Verbundwerkstoffes für Schmuck, wird eine Widerstandsfähigkeit des Schmuckes erhöht, ohne dabei eine Wertigkeit des Schmuckes zu reduzieren.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Metall-Diamant-Verbundwerkstoffes für Schmuck oder Uhren, wobei Diamantnanopartikel (1) und Metallpulver, vorzugsweise gebildet mit Edelmetall, insbesondere Gold, Silber und/oder Platin, zu einer Mischung (7) vermischt werden und die Mischung (7) durch plastische Verformung unter Druckbeaufschlagung kompaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantnanopartikel (1) eine durchschnittliche Größe kleiner als 100 nm aufweisen und eine Kompaktierung der Mischung (7) mit einem Druck größer als 1GPa erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantnanopartikel (1) eine durchschnittliche Größe kleiner als 50 nm, bevorzugt zwischen 1 nm und 10 nm, aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantnanopartikel (1) vor einem Mischen mit dem Metallpulver zur Deagglomeration einer Ultraschallbehandlung, insbesondere in einem Lösungsmittel (2), unterzogen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (7) zur Deagglomeration einer Ultraschallbehandlung, insbesondere in einem Lösungsmittel (2), unterzogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vermischen der Diamantnanopartikel (1) mit dem Metallpulver mit einer Kugelmühle und/oder mit einem Attritor erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vermischen mit mechanischem Legieren, insbesondere mit einer Kugelmühle und/oder mit einem Attritor, durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (7) mit Hochverformung kompaktiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (7) mit High-Pressure-Torsion kompaktiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (7) mit HighPressure-Torsion kompaktiert wird, wobei ein Verformungsschritt mit mehr als 3 Umdrehungen, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 300°C und 500°C, vorgesehen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (7) mit High-Pressure-Torsion kompaktiert wird, wobei ein Verformungsschritt mit weniger als 2 Umdrehungen, insbesondere etwa 1 Umdrehung, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 20°C und 200°C, vorgesehen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (7) mit HighPressure-Torsion kompaktiert wird, wobei ein Verformungsschritt mit mehr als 3 Umdrehungen, insbesondere etwa 10 Umdrehungen, bei einer Temperatur zwischen 300°C und 500°C vorgesehen ist und anschließend ein weiterer Verformungsschritt mit weniger als 2 Umdrehungen, insbesondere etwa 1 Umdrehung, bei einer Temperatur zwischen 20°C und 200°C vorgesehen ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (7) mit Extrudieren kompaktiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung (7) mit Hochdrucktorsionextrusion kompaktiert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompaktierung bei einer Temperatur zwischen 100°C und dem 0,8-fachen einer Schmelztemperatur des Metallpulvers erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver eine durchschnittliche Korngröße zwischen 100 nm und 10 um aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massenanteil der Diamantnanopartikel in der Mischung (7) kleiner als 5%, insbesondere zwischen 0,5% und 2 %, ist.

17. Verfahren zur Fertigung von Schmuck oder Uhren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmuck oder eine Uhr mit einem mit einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 16 hergestellten Metall-Diamant-Verbundwerkstoff gebildet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen