ES2227106T3 - Aleaciones de oro y aleaciones madres para obtener tales aleaciones de oro. - Google Patents

Abstract

Aleación de oro amarillo caracterizada por el hecho que comprende, en términos de peso, al menos: Oro: en el intervalo 74=Au=77% o en el intervalo 57=Au=60%; Iridio: 0<Ir=0, 2%; Germanio: 0<Ge=2%; Plata: 0<Ag=34%; Cinc: 0<Zn=12%; Cobre: Cu suficiente para llegar al 100%; y opcionalmente uno o más de los siguientes elementos: Silicio: 0<Si=0, 15%; Litio: 0<Li=0, 15%; no más del 4% en peso de al menos uno de los elementos del grupo constituido por cobalto, estaño e indio; no más del 0, 15% en peso de al menos uno de los elementos del grupo constituido por magnesio y boro; y no más del 0, 4% en peso de al menos uno de los elementos del grupo constituido por rutenio, renio y platino.

Description

Aleaciones de oro y aleaciones madres para obtener tales aleaciones de oro.

La presente invención se refiere a aleaciones de oro y aleaciones madres para obtener tales aleaciones de oro, principalmente para la fabricación de objetos preciosos tales como productos de joyería y orfebrería, monedas y medallas.

Uno de los problemas fundamentales es el de obtener aleaciones de oro que presenten una buena fluidez (es decir, una buena capacidad para llenar el molde) al momento de la colada.

Según los procedimientos normalmente utilizados en la actualidad, esto se logra agregando a la aleación un poco de silicio, que, además de darle un efecto fluidificante a las aleaciones, también tiene un efecto desoxidante.

Durante el período del proceso en el cual el metal se mantiene en estado derretido, el silicio tiende a combinarse con el oxígeno que hay en los materiales originales y en la atmósfera circunstante.

Esto da lugar a una habilidad protectora del silicio que se manifiesta durante la producción de gránulos por colada y durante el proceso para producir las piezas fundidas que comprende el derretimiento, sobrecalentamiento y llenado de la cavidad del molde hecho de material refractario.

Sin embargo, el uso del silicio en aleaciones de oro también da lugar a una considerable desventaja constituida por el hecho que esas aleaciones exhiben, una vez solidificadas, un grano cristalino de tamaño relativamente grande, con consiguiente degrado de las propiedades mecánicas (especialmente en el caso de aleaciones de oro de 18 quilates), y una consiguiente fragilidad no deseada de las mismas piezas.

Visto este problema, un método seguido por los operadores del sector para reducir el tamaño del grano ha sido el de agregarle a las aleaciones una adecuada cantidad de elementos tales como iridio, rutenio, cobalto, níquel y renio, que tienden a refinar el grano cristalino.

Sin embargo, tampoco esta solución carece totalmente de desventajas.

En primer lugar, el silicio tiende a combinarse con los elementos de refinación comúnmente usados dando lugar a la formación de siliciuros que terminan por constituir aglomerados esferoidales de compuestos ínter metálicos con alta rigidez, originando imperfecciones conocidas como puntos duros (hard spots).

Tales inclusiones pueden aparecer sobre la superficie de la pieza terminada después del proceso de elaboración final, lo cual lleva aparejada la reelaboración de la pieza, o su descarte.

A partir de los documentos EP 381.994 y JP 63.169.347 se conoce también el agregado de germanio a las aleaciones de oro para mejorar su capacidad de moldeo y su fluidez bajando el punto de fusión.

En esta situación el cometido técnico que constituye la base de la presente invención es el de proporcionar aleaciones de oro y aleaciones madres para obtener tales aleaciones de oro que supere las desventajas mencionadas con anterioridad.

En particular el cometido técnico de la presente invención es el de proporcionar aleaciones de oro y aleaciones madres para obtener tales aleaciones de oro que presenten una excelente fluidez en el estado derretido incluso sin el agregado de silicio.

El cometido técnico específico y los objetivos mencionados se logran substancialmente mediante aleaciones de oro y aleaciones madres para obtener tales aleaciones de oro, según está descrito en las reivindicaciones que están más adelante.

Un elemento alternativo al silicio es el germanio el cual, en el porcentaje de empleo descrito en la presente invención, tiene propiedades de fluidificación muy marcadas, superiores a las del silicio: tal como se describe abajo, esta característica queda claramente demostrada con experimentos de fusión comparativos entre aleaciones a base de silicio y aleaciones a base de germanio, estas últimas descritas en la presente invención.

Además, el baño de aleaciones a base de germanio exhibe una superficie extremadamente limpia y libre de escorias, característica debida al hecho que los óxidos de germanio que podrían estar presentes en la superficie del baño desaparecen por sublimación a temperaturas de aproximadamente 710ºC. Con respecto a las aleaciones a base de silicio, por lo tanto, se reduce drásticamente la posibilidad de inclusiones de partículas de óxido en las piezas fundidas, con el consiguiente riesgo de fragilidad.

Asimismo, también se ha comprobado que concentraciones de germanio que varían entre 0,05% y 2% en peso han conducido a un aumento de la fluidez considerada mayor que aquellas provistas por el silicio en las normales concentraciones de uso, si bien exhiben un aumento del tamaño del grano, como consecuencia de dicho agregado, que es decididamente menor que el observado en las aleaciones de silicio. Por ende, en el caso de aleaciones de germanio, con bajo o nulo contenido de silicio, aparte de obtener el efecto fluidificante, superior al del silicio, también se mejoran las características mecánicas de la aleación, como se puede ver a partir de los datos ilustrados abajo.

Además, se ha observado un notable efecto de mejora del germanio sobre la ductilidad de la aleación obtenida, superior al efecto del silicio.

También es interesante el uso combinado de germanio y pequeñas cantidades de silicio: esta combinación permite obtener piezas fundidas "limpias y brillantes", sin provocar el inmediato degrado de las propiedades mecánicas como se puede observar con el uso de mayores cantidades de únicamente silicio.

Por consiguiente, también se evita el problema de la formación de puntos duros, dañinos a la hora de pulir las piezas terminadas, impidiendo la inserción en la aleación de elementos de refinación (con el objetivo de llevar las propiedades mecánicas a los valores funcionales anteriores) tales como cobalto y ní-
quel.

El efecto de mejora del germanio sobre las propiedades mecánicas también se puede exhibir en aleaciones blancas a base de níquel, tal como se puede ver a partir de las formulaciones descritas a continuación.

Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán aún más de manifiesto a partir de la descripción detallada de algunas realizaciones preferidas pero no exclusivas de aleaciones de oro y aleaciones madres para obtener tales aleaciones de oro, y a partir de las figuras anexas, en las cuales:

- la figura 1 muestra, en forma gráfica, el efecto de diferentes elementos y compuestos sobre el tamaño del grano de una aleación de oro;

- la figura 2 muestra, en forma gráfica, el efecto de la cantidad de silicio y germanio sobre el tamaño del grano de la aleación de oro;

- la figura 3 muestra, en forma gráfica, el efecto de los elementos y compuestos de la figura 1 sobre la máxima carga soportable por la aleación de oro obtenida con los mismos;

- la figura 4 muestra, en forma gráfica, el efecto de los elementos y compuestos de la figura 1 sobre las propiedades de ductilidad (estiramiento debido a tracción) de la aleación.

La aleación de oro de la presente invención está definida en la reivindicación 1.

Como se ha señalado previamente, la característica fundamental de dicha aleación es la de contener germanio como elemento fluidificante, pudiendo al mismo tiempo no contener silicio.

Para completar la aleación satisfaciendo de la mejor manera especiales requerimientos productivos, también se pueden utilizar otros elementos químicos.

En segundo lugar, la aleación también puede contener, en una proporción que no supere el 4% del peso, al menos uno de los elementos del grupo constituido por cobalto, manganeso, estaño e indio.

Para mejorar las calidades de la aleación, también es posible agregar uno o varios elementos desoxidantes tales como magnesio, silicio, boro y litio, cada uno de ellos en una proporción que no supere el 0,15% del peso.

Nótese que, incluso cuando se agrega silicio a la aleación, se añade solamente en pequeñas cantidades (en particular no superiores al 0,05% del peso en aleaciones de 18 quilates, y no superiores al 0,15% del peso en aleaciones de 14 quilates) simplemente para garantizar la protección de la aleación contra la formación de óxidos, y no para mejorar su fluidez.

Debido a particulares exigencias productivas en las cuales se requiere un tamaño de grano sumamente reducido, la aleación también puede comprender elementos de refinación tales como rutenio, renio y platino en una adecuada cantidad y preferentemente no superior al 0,4% del peso.

Para la producción de objetos preciosos, además, hay dos intervalos preferenciales para la cantidad de oro presente en la aleación.

Un primer intervalo preferido es aquel asociado con la obtención de oro de 18 quilates, en el cual la cantidad de oro presente en la aleación está entre el 74% y el 77% del peso.

Un segundo intervalo preferido es aquel asociado con la obtención de oro de 14 quilates, en el cual la cantidad de oro presente en la aleación está entre el 57% y el 60% del peso.

Las aleaciones madres para obtener las aleaciones de oro expuestas arriba están definidas en la reivindicación 2.

A continuación se exponen algunos ejemplos de aleaciones de oro que se pueden obtener con una composición según la presente invención.

Ejemplo A

Aleación de oro amarillo de 14 quilates cuya composición en términos de porcentaje de peso es la siguiente:

Oro

58,5

con la aleación madre comprendiendo (como porcentaje sobre el peso de la aleación de oro):

Plata	8,0
Cinc	6,0

Iridio	0,01
Germanio	0,4

Cobre, lo necesario para alcanzar el 100% (en este caso específico, 27,09%).

Ejemplo B

Aleación de oro amarillo de 18 quilates cuya composición en términos de porcentaje de peso es la siguiente:

Oro

75,0

con la aleación madre comprendiendo (como porcentaje sobre el peso de la aleación de oro):

Plata	15,0
Iridio	0,01
Germanio	0,2

Cobre, lo necesario para alcanzar el 100% (en este caso específico, 9,79%).

Ejemplo C

Aleación de oro amarillo de 18 quilates cuya composición en términos de porcentaje de peso es la siguiente:

Oro

75,0

con la aleación madre comprendiendo (como porcentaje sobre el peso de la aleación de oro):

Plata	12,5
Cinc	0,5
Germanio	0,25
Silicio	0,04

Cobre, lo necesario para alcanzar el 100% (en este caso específico, 11,71%).

Para obtener las tres mencionadas aleaciones de oro amarillo descritas en los ejemplos A, B y C, un proceso preferencial incluye las siguientes etapas:

- fundición en una atmósfera controlada o en un gas inerte tal como argón, de los elementos en la respectiva dosis, dentro de crisoles de grafito o de cerámica a una temperatura comprendida entre 880 y 940ºC;

- posterior calentamiento a una temperatura comprendida entre 970 y 1.030ºC antes de realizar la colada;

- colada del material en apropiados moldes;

- enfriamiento del molde en aire;

- posterior enfriamiento del molde en agua.

La presente invención logra importantes ventajas.

En primer lugar, los experimentos de laboratorio conducidos por la Solicitante han demostrado que el uso de germanio en concentraciones de peso comprendidas entre 0,05% y 2% conduce a un aumento de la fluidez de la aleación en el estado derretido que es incluso mayor que aquel provocado por el uso de silicio en normales concentraciones de uso.

Asimismo, el aumento del tamaño del grano consiguiente al uso de germanio fue menor que el que tiene lugar en aleaciones tradicionales que contienen silicio, como se puede ver en las figuras 1 y 2.

La figura 1 muestra la variación de las dimensiones del grano cristalino de la aleación como consecuencia de la adición, en la misma, de los elementos y compuestos indicados en la coordenada "x". Queda claro que la influencia del silicio (CuSi) sobre el incremento del tamaño del grano es considerablemente mayor que la influencia del germanio (Ge).

La figura 2 muestra el efecto de la concentración del silicio y germanio sobre la dimensión del grano de la aleación de oro. También en este caso, es evidente que una baja concentración de silicio, en el gráfico de 0 a 300 ppm, lleva aparejado un considerable aumento del tamaño del grano cristalino, incluso superando el aumento del tamaño provocado por agregados de germanio en concentraciones 10 veces superiores.

Esto tiene repercusiones positivas sobre el funcionamiento mecánico de la aleación, como se puede ver en la figura 3, que muestra la variación (positiva o negativa) de la máxima carga soportable (medida con una prueba de tracción) por la aleación, como consecuencia de la adición a la aleación de las mismas cantidades de diferentes elementos o compuestos indicados en la coordenada "x".

La figura 4 muestra el porcentaje de variación del estiramiento de la aleación de oro sometida a una prueba de tracción, en función del agregado, en cantidades iguales, de los elementos y compuestos, indicados en la coordenada "x", a la aleación.

El uso de germanio en vez de silicio también ha producido efectos positivos sobre el porcentaje de estiramiento de la aleación como consecuencia de la prueba de tracción.

Con respecto al uso combinado de germanio y silicio, para mejorar la fluidez y disminuir la oxidación de la aleación respectivamente, se lograron resultados muy alentadores.

El uso combinado de esos dos elementos dio lugar a aleaciones desoxidadas que al mismo tiempo muestran un muy buen funcionamiento mecánico, generalmente mejor que el exhibido por las aleaciones en la cuales se usa el silicio sea como elemento fluidificante, sea como elemento desoxidante.

Asimismo, las aleaciones obtenidas según la presente invención (se trate de aleaciones de oro o de aleaciones madres para obtener tales aleaciones de oro), gracias al pequeño tamaño del grano cristalino, normalmente pueden no exigir el uso de otros elementos de refinación.

De todos modos, en el caso de ser necesario el uso de elementos de refinación para obtener dimensiones del grano aún menores, no tiene lugar la formación de siliciuros, gracias a la ausencia, o casi ausencia, de silicio.

Cabe además hacer notar que la presente invención es relativamente fácil de poner en acto y también que el costo relacionado a la puesta en acto de la presente invención sigue estando dentro de los estándares del sector.

Claims (2)

1. Aleación de oro amarillo caracterizada por el hecho que comprende, en términos de peso, al menos:

Oro: en el intervalo 74\leqAu\leq77% o en el intervalo 57\leqAu\leq60%;

Iridio: 0<Ir\leq0,2%;

Germanio: 0<Ge\leq2%;

Plata: 0<Ag\leq34%;

Cinc: 0<Zn\leq12%;

Cobre: Cu suficiente para llegar al 100%;

y opcionalmente uno o más de los siguientes elementos:

Silicio: 0<Si\leq0,15%;

Litio: 0<Li\leq0,15%;

no más del 4% en peso de al menos uno de los elementos del grupo constituido por cobalto, estaño e indio;

no más del 0,15% en peso de al menos uno de los elementos del grupo constituido por magnesio y boro; y

no más del 0,4% en peso de al menos uno de los elementos del grupo constituido por rutenio, renio y platino.

2. Aleación madre para obtener aleaciones de oro amarillo según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho que comprende, en peso, al menos:

Iridio: 0<Ir\leq0,4%;

Germanio: 0<Ge\leq4%;

Plata: 0<Ag\leq72%;

Cinc: 0<Zn\leq25%;

Cobre: Cu suficiente para llegar al 100%;

y opcionalmente uno o más de los siguientes elementos:

Silicio: 0<Si\leq0,36%;

Litio: 0<Li\leq0,36%;

no más del 8% de al menos uno de los elementos del grupo constituido por cobalto, estaño e indio;

no más del 0,36% de al menos uno de los elementos del grupo constituido por magnesio y boro; y

no más del 0,96% en peso de al menos uno de los elementos del grupo constituido por rutenio, renio y platino.