CN109136632A - 一种无磁铂钴铬合金及其制备方法 - Google Patents

一种无磁铂钴铬合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无磁铂钴铬合金及其制备方法。该无磁铂钴铬合金按质量含量计，包括Pt 94.4～97.6％、Co 1.8～3.4％和Cr 0.6～2.2％。铬是一种反磁性材料，将其掺杂到铂钴合金中可以消除其磁性。本发明在真空电弧炉中将铂，钴，铬充分熔炼，将熔炼好的合金在真空电阻炉中进行固溶处理并水淬，得到晶粒尺寸大小均匀且微观形貌为等轴晶组织的Pt‑Co‑Cr合金，经检测合金为顺磁性，磁化率＜5.0×10‑5，维氏硬度为120～180HV，在可见光范围内的平均反射率在63％以上。本发明制备的铂钴铬合金具有良好的抗腐蚀性、良好的加工性和较高的光泽度，同时硬度提高，磁性消除，在首饰方面具有巨大的市场前景。

Description

一种无磁铂钴铬合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及贵金属合金首饰材料技术领域，特别涉及一种无磁铂钴铬合金及其制备方法。
背景技术
铂是目前应用广泛的贵金属首饰材料，铂延展性好，色泽明亮，且不损伤人体肌肤，制成贵金属首饰深受人们喜爱。但铂自身的硬度较低，加工成型后难以长期保持首饰的精美结构，而且铂单质的耐高温化学腐蚀性较差，无法长期佩戴，因此，人们通常在铂金属中加入钴，钴既能提高铂贵金属首饰成型后的硬度又能提升铂金属首饰的高温耐化学腐蚀特性。
虽然铂钴合金具有了一定的机械加工性能，不易遭受化学腐蚀形成氧化层，但AmarKumbhar研究报道铂钴合金磁性较高，表现为铁磁性，会吸引一些金属制品粘合到珠宝饰品上，对饰品造成污染和破坏。另一方面，由于传统观念的影响，消费者认为磁性较强的首饰，铂纯度较低，导致铂钴合金首饰材料的推广受到限制。
同样，饰品市场上用铂铜、铂钌合金替代铂钴合金，虽然使用铜、钌替代钴能够消除铂钴合金的磁性，满足了消费者的佩戴需求，但是它们熔融后比铂钴合金的流动性都要差，从而不利于贵金属首饰的铸造成型，难于加工出更加精美的首饰。因此，为了满足消费者的佩戴需求和提升铂金属首饰的性能，如何消弱铂钴合金的磁性且保持铂钴合金的加工性能是一个急需解决的关键技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无磁铂钴铬合金及其制备方法。本发明提供的无磁铂钴铬合金材料为顺磁性、加工性能好、耐磨耐腐蚀、光泽度高，适合加工制作贵金属首饰。
本发明提供了一种无磁铂钴铬合金，按质量含量计，包括Pt 94.4～97.6％、Co1.8～3.4％和Cr 0.6～2.2％；
优选的，所述无磁铂钴铬合金包括Pt 96％、Co 2.4～3.0％和Cr 1.0～1.6％。
优选的，所述无磁铂钴铬合金维氏硬度为120～180HV。
本发明还提供了上述技术方案所述的无磁铂钴铬合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将合金原料熔炼后冷却，得到合金坯；
(2)将所述步骤(1)得到的合金坯依次进行固溶处理和水淬，得到无磁铂钴铬合金。
优选的，所述步骤(1)中的熔炼为真空电弧熔炼；所述真空电弧熔炼在氩气保护条件下进行。
优选的，所述步骤(1)中熔炼的电流为90～130A。
优选的，所述步骤(1)中熔炼的温度为1800～2000℃。
优选的，所述步骤(1)中熔炼的次数为3～5次；单次熔炼的时间为1～5min。
优选的，所述步骤(2)中固溶处理在氩气保护条件下进行。
优选的，所述步骤(2)中固溶处理的温度为950～1150℃，固溶处理的时间为0.5～3h。
有益效果：本发明提供了一种无磁铂钴铬合金，按质量含量计，包括Pt 94.4～97.6％、Co 1.8～3.4％、Cr 0.6～2.2％。铬和钴相比，对铂具有更好的固溶强化效果，本发明将Cr加入到Pt-Co合金中，铬比钴对铂具有更好的提升成型硬度的效果，且保持了铂钴合金的高温流动性能，加工性能良好；本发明严格控制各个元素的含量，所得无磁铂钴铬合金光泽度高，具有较好的耐磨性和耐化学腐蚀性。
实施例结果表明，本发明提供的无磁铂钴铬合金晶粒尺寸大小均匀且微观形貌为等轴晶组织；经室温下外加磁场测试，该合金表现为顺磁性，磁化率＜5.0×10-5，本发明提供的无磁铂钴铬合金即使在外加高强磁场下仅表现为弱磁性，进行首饰加工后不改变其顺磁性质，制成的首饰自然佩戴状态下为无磁合金，不吸附铁磁物质；经测试合金的维氏硬度为120～180HV，成型后硬度较高耐磨损，合金在可见光范围内的平均反射率＞63％，光泽度高。
本发明提供了上述方案所述无磁铂钴铬合金的制备方法，本发明将原料熔炼后进行固溶处理和水淬，制备方法简单，成本低。
附图说明
图1为本发明实例1制备的Pt-3Co-1Cr无磁铂钴铬合金锭外观图；
图2为本发明实施例1制备的Pt-3Co-1Cr合金的磁化曲线图；
图3为Pt-5Co合金的磁化曲线图；
图4为本发明实施例1制备的Pt-3Co-1Cr合金在可见光范围内(波长为380-780nm)的反射率曲线图；
图5为本发明实施例1制备的Pt-3Co-1Cr合金在100μm分辨率下的金相显微组织照片；
图6为本发明实施例2制备的Pt-2.4Co-1.6Cr无磁铂钴铬合金锭外观图；
图7为本发明实施例2制备的Pt-2.4Co-1.6Cr合金的磁化曲线图；
图8为本发明实施例2制备的Pt-2.4Co-1.6Cr合金在100μm分辨率下的金相显微组织照片。
具体实施方式
本发明提供了一种无磁铂钴铬合金，按质量含量计，包括Pt 94.4～97.6％、Co1.8～3.4％和Cr 0.6～2.2％。
本发明提供的无磁铂钴铬合金，按质量含量计，包括Pt 94.4～97.6％，优选为95～97％，更优选为96％。在本发明中，所述Pt是一种化学元素，其单质俗称白金，质地较软，具有良好的延展性、导热性和导电性，但是在高温时表面氧化生成二氧化铂，高温下能够与硫、磷、卤素发生反应，铂作为一种贵金属首饰材料，一般通过掺杂其他金属元素形成合金，以提高其加工性能和耐腐蚀性能。
本发明提供的无磁铂钴铬合金，按质量含量计，包括Co 1.8～3.4％，优选为2.4～3％，更优选为2.7％。在本发明中，所述Co是一种化学元素，在高温下，铂和钴可无限互溶，铂钴二元合金的固溶体为面心立方晶格，铂钴合金具有稳定的强磁性，在本发明中，钴元素的添加可提升铂金属的硬度，提高加工性能，作为贵金属首饰材料，铂钴合金还具有超强的耐化学腐蚀性能。
本发明提供的无磁铂钴铬合金，包括Cr 0.6～2.2％，优选为1.0～1.6％，更优选为1.3％。在本发明中，所述Cr是一种化学元素，具有反铁磁性，铬元素的添加可改变铂钴二元合金的固溶体结构，高温固溶处理的铂钴铬合金呈顺磁性，达到了消磁目的；且Cr比Co对Pt具有更好的固溶强化效果，本发明将Cr加入到Pt-Co合金中，可使合金整体硬度进一步提高。
本发明还提供了上述技术方案所述的无磁铂钴铬合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将合金原料熔炼后冷却，得到合金坯；
(2)将所述步骤(1)得到的合金坯依次进行固溶处理和水淬，得到无磁铂钴铬合金。
本发明将合金原料熔炼后冷却，得到合金坯。本发明对所述合金原料的种类和来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的铂、钴、铬材料，所述金属原料的纯度均达到99.9％以上即可，具体的如铂片、钴片和铬片。本发明对各种合金原料的比例没有特殊的限定，能够使最终合金成分满足要求即可。
在本发明中，当使用铂片、钴片和铬片为合金原料时，所述熔炼前优选采用铂片将钴片和铬片包裹成饼状，然后再进行熔炼。
在本发明中，所述熔炼优选为真空电弧熔炼，所述真空电弧熔炼的温度优选为1800～2000℃，更优选为1850～1950℃，最优选为1900℃；所述熔炼的电流优选为90～130A，更优选为100～120A，最优选为110A。在本发明中，所述熔炼优选在保护气氛下进行；所述保护气氛具体为氩气保护气氛。当采用真空电弧熔炼时，本发明优选先将真空电弧炉炉腔内的真空度抽至1.0×10-3Pa以下，再通入氩气保护气体。在本发明中，每次真空电弧熔炼后都要随炉冷却，防止连续熔炼过程中温度过高破坏熔炼炉。
在本发明中，所述熔炼的次数优选为3～5次，更优选为4次；所述熔炼的时间优选为1～5min，更优选为1～3min，每次熔炼的条件优选和上述方案一致，在此不再赘述，本发明通过反复熔炼达到充分熔炼的目的。
得到合金坯后，本发明将合金坯依次进行固溶处理和水淬，得到无磁铂钴铬合金。本发明优选将所述熔炼得到的合金坯随炉自然冷却，合金坯冷却后再进行固溶处理；所述固溶处理优选在真空电阻炉中进行。在本发明中，所述固溶处理的温度优选为950～1150℃，更优选为1000～1100℃，最优选为1050℃；所述固溶处理的时间优选为0.5～3h,更优选为0.5～2h，最优选为1.5h；在本发明中，所述固溶处理优选在保护气氛下进行；所述保护气氛优选为氩气保护气氛。当采用真空电阻炉固溶处理时，本发明优选先将真空电阻炉炉腔内的真空度抽至1.0×10-2Pa以下，再通入氩气保护气体。
固溶处理之后，本发明将固溶态合金坯进行水淬，得到无磁铂钴铬合金。本发明优选将固溶态合金坯趁热取出并立即放到冰水中进行水淬。
本发明通过固溶处理使过剩相充分溶解到固溶体中，从而强化固溶体，提高合金的强度、韧性及抗腐蚀性能，消除应力，获得适宜晶粒度的合金；再通过水淬冷却得到具有等轴晶组织、结构均匀的无磁铂钴铬合金。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的无磁铂钴铬合金及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
称取Pt片9.6g，Co片0.3g，Cr片0.1g，并用Pt片将Co片和Cr片包裹成饼状放入真空电弧炉中进行熔炼，熔炼前先将真空电弧炉抽真空为1.0×10-3Pa，然后充入氩气作为保护气体，将真空电弧炉的熔炼电流调整为120A，熔炼温度为1900℃，熔炼时间为1min，每次熔炼后都进行随炉冷却，反复熔炼4次得到合金坯；将合金坯随炉冷却后，转入真空电阻炉中进行固溶处理，固溶前先将真空电阻炉抽真空为1.0×10-2Pa，然后充入氩气作为保护气体，真空电阻炉的温度为1000℃，固溶时间为2h，然后取出锭子马上放到冰水中进行水淬，得到组织结构均匀的Pt-3Co-1Cr合金。
本实施例制备的Pt-3Co-1Cr合金锭外观如图1所示；根据GB/T4340-2009《金属材料维氏硬度试验》测定合金的显微维氏硬度，结果显示该合金维氏硬度可达160HV；
对Pt-3Co-1Cr合金的磁性进行测量，所得室温磁性测量数据如图2所示；根据图2的磁化曲线可以看出，本发明所得Pt-3Co-1Cr合金的磁化率μ＝M/H＝1.44×10-5(M＝磁化强度，H＝磁场强度)，材料表现为顺磁性，达到了消磁的效果；
作为对比，本发明制备了Pt-5Co合金，其室温磁性测量数据如图3所示，根据图3的磁化曲线可以看出，Pt-5Co合金表现为铁磁性；
对Pt-3Co-1Cr合金的反射率进行检测，所得结果如图4所示，根据图4可以看出，该合金在可见光范围内的平均反射率为63％，具有极佳的光泽度；
本实施例制备的Pt-3Co-1Cr合金的金相显微照片如图5所示，根据图5可以看出，该合金晶粒尺寸大小均匀，呈现为等轴晶组织。
实施例2
称取Pt片9.6g，Co片0.24g，Cr片0.16g，并用Pt片将Co片和Cr片包裹成饼状放入真空电弧炉中进行熔炼，熔炼前先将真空电弧炉抽真空为1.0×10-3Pa，然后充入氩气作为保护气体，将真空电弧炉的熔炼电流调整为100A，熔炼温度为1850℃，熔炼时间为2.5min，每次熔炼后都进行随炉冷却，反复熔炼4次得到合金坯；将合金坯随炉冷却后，转入真空电阻炉中进行固溶处理，固溶前先将真空电阻炉抽真空为1.0×10-2Pa，然后充入氩气作为保护气体，真空电阻炉的温度为1100℃，固溶时间为1h，然后取出锭子马上放到冰水中进行水淬，得到组织结构均匀的Pt-3Co-1Cr合金。
本实施例制备的Pt-2.4Co-1.6Cr合金锭外观如图6所示；根据GB/T4340-2009《金属材料维氏硬度试验》测定合金的显微维氏硬度，结果显示该合金维氏硬度可达165HV；
对Pt-2.4Co-1.6Cr合金的磁性进行测量，所得室温磁性测量数据如图7所示；根据图7的磁化曲线可以看出，本发明所得Pt-3Co-1Cr合金的磁化率μ＝M/H＝7.02×10-6(M＝磁化强度，H＝磁场强度)，材料表现为顺磁性，达到了消磁的效果；
本实施例制备的Pt-2.4Co-1.6Cr合金的金相显微照片如图8所示，根据图8可以看出，该合金晶粒尺寸大小均匀，呈现为等轴晶组织。
由以上实施例可以看出，本发明按照Pt 94.4～97.6％、Co 1.8～3.4％和Cr 0.6～2.2％的元素比例进行实验，通过在铂钴合金中添加铬元素，严格控制铬元素的含量，经熔炼、固溶、冷淬得到了具有晶粒尺寸大小均匀且微观形貌为等轴晶组织的Pt-Co-Cr合金，经多次检测，按照上述元素比例和制备方法制备的铂钴铬合金均表现为顺磁性，自然状态下不吸附铁磁类金属，合金冷却成型后的硬度得到了大幅提高，该合金具有良好的抗化学腐蚀性、良好的加工性和较高的光泽度，在首饰方面具有巨大的市场前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无磁铂钴铬合金，按质量百分含量计，包括Pt 94.4～97.6％、Co 1.8～3.4％和Cr 0.6～2.2％。
2.根据权利要求1所述的无磁铂钴铬合金，其特征在于，包括Pt 96％、Co 2.4～3.0％和Cr 1.0～1.6％。
3.根据权利要求1或2所述的无磁铂钴铬合金，其特征在于，所述无磁铂钴铬合金的维氏硬度为120～180HV。
4.权利要求1～3任意一项所述的无磁铂钴铬合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将合金原料熔炼后冷却，得到合金坯；
(2)将所述步骤(1)得到的合金坯依次进行固溶处理和水淬，得到无磁铂钴铬合金。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的熔炼为真空电弧熔炼；所述真空电弧熔炼在氩气保护条件下进行。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中熔炼的电流为90～130A。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为1800～2000℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的次数为3～5次；单次熔炼的时间为1～5min。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中固溶处理在氩气保护条件下进行。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中固溶处理的温度为950～1150℃，固溶处理的时间为0.5～3h。
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