RU2479656C1 - Jewellery cast alloy of white colour based on palladium - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to palladium-based alloys used mainly for manufacture of jewellery of assay 900 and 950 using casting methods. White-colour alloy contains the following components, wt %: palladium - 90.0-95.5; silicon - 0.1-0.3; silver is the rest.

EFFECT: high-standard white alloy based on palladium has improved casting properties, optimum hardness, high industrial safety, which allows manufacturing jewellery using casting methods with required consumer properties oriented to a world market.

2 ex, 4 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к сплавам на основе палладия, применяемых преимущественно для изготовления ювелирных изделий 900 и 950 проб методами литья.The present invention relates to the metallurgy of noble metals, in particular to palladium-based alloys, used mainly for the manufacture of jewelry 900 and 950 samples by casting.

Сплавы на основе палладия широко используются в ювелирном производстве благодаря высоким потребительским качествам, приближающим их к изделиям из платины. При относительно невысокой стоимости они имеют красивый внешний вид, коррозионную устойчивость к воздействию внешних факторов, хорошую полируемость, хорошо обрабатываются методами литья и обработки металлов давлением. Наибольшим спросом на мировом рынке в последнее время пользуются высокопробные ювелирные палладиевые изделия, в частности изделия 900 и 950 проб. Вместе с тем, в России до последнего времени были стандартизованы и производились лишь ювелирные палладиевые сплавы не выше 850 пробы.Palladium-based alloys are widely used in jewelry production due to their high consumer qualities, which bring them closer to platinum products. At a relatively low cost, they have a beautiful appearance, corrosion resistance to external factors, good polishability, are well processed by casting and metal forming methods. Recently, high-quality palladium jewelry products, in particular 900 and 950 samples, have been in greatest demand on the world market. At the same time, in Russia until recently, only jewelry palladium alloys no higher than 850 samples were standardized and produced.

В частности, известен сплав на основе палладия, содержащий, мас.%:In particular, an alloy based on palladium is known, containing, wt.%:

палладийpalladium 85,0-85,5;85.0-85.5; сереброsilver 12,5-13,5;12.5-13.5; никельnickel остальное.rest.

(Государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р51152-98 «Сплавы на основе благородных металлов ювелирные. Марки» / Госстандарт России. - Москва: ИПК Издательство стандартов. - 1998. - С.4).(State standard of the Russian Federation GOST R51152-98 "Alloys based on precious metals jewelry. Stamps" / Gosstandart of Russia. - Moscow: IPK Publishing house of standards. - 1998. - P.4).

К недостаткам данного сплава относятся: невозможность его использования при изготовлении высокопробных (900 и 950 проб) ювелирных изделий. Кроме того, данный сплав имеет высокую температуру плавления, а также содержит никель. Высокая температура плавления затрудняет использование данного сплава при изготовлении ювелирных изделий методами литья, а никель по директивам ЕЭС не рекомендуется использовать в изделиях, вступающих в долговременный контакт с кожей человека. Все это затрудняет его использование при изготовлении ювелирных изделий методами литья, ориентированных на мировой рынок.The disadvantages of this alloy include: the impossibility of its use in the manufacture of high-grade (900 and 950 samples) jewelry. In addition, this alloy has a high melting point and also contains nickel. The high melting point makes it difficult to use this alloy in the manufacture of jewelry by casting, and nickel according to the EEC directives is not recommended for use in products that come into long-term contact with human skin. All this complicates its use in the manufacture of jewelry by casting methods oriented to the world market.

Наиболее близким к изобретению по составу является ювелирный сплав белого цвета на основе палладия, содержащий, мас.%:Closest to the invention in composition is a white colored jewelry alloy based on palladium, containing, wt.%:

палладийpalladium 95,0-99,5;95.0-99.5; кобальтcobalt 0,2-3,0;0.2-3.0; иридийiridium 0,05-0,6;0.05-0.6; сереброsilver 0,1-1,5;0.1-1.5; железоiron 0,05-0,6;0.05-0.6; медьcopper остальное.rest.

(Пат. 2405051 Российская Федерация, МПК C22C 5/04. Ювелирный сплав белого цвета на основе палладия / В.Н.Ефимов, С.Н.Ельцин, С.Н.Мамонов и др. (РФ) - №2009122355/02; заявл. 10.06.2009; опубл. 27.11.2010).(Pat. 2405051 Russian Federation, IPC C22C 5/04. Jewelry white alloy based on palladium / V.N. Efimov, S.N. Yeltsin, S.N. Mamonov and others (RF) - No. 2009122355/02; Declared June 10, 2009; publ. November 27, 2010).

Данный сплав принят в качестве прототипа.This alloy is adopted as a prototype.

Сплав-прототип на основе сложного многокомпонентного состава имеет красивый белый цвет с блеском, напоминает платину и позволяет в заявленном интервале концентраций компонентов использовать его при изготовлении высокопробных изделий вплоть до 990 пробы методами обработки металлов давлением при изготовлении цепочек, в том числе машинным методом.The prototype alloy based on a complex multicomponent composition has a beautiful white color with a luster, resembles platinum and allows using it in the claimed range of component concentrations in the manufacture of high-quality products up to 990 samples by metal forming methods in the manufacture of chains, including by machine.

К основным недостаткам данного сплава следует отнести:The main disadvantages of this alloy include:

- содержание в нем кобальта - 0,2-3,0 мас.%, который характеризуется токсичностью и так же, как никель, по директивам ЕЭС его не рекомендуется использовать в изделиях, вступающих в долговременный контакт с кожей человека;- the content of cobalt in it is 0.2-3.0 wt.%, which is characterized by toxicity and, like nickel, it is not recommended to use it in products that come into long-term contact with human skin according to EEC directives;

- многокомпонентность состава неизбежно приводит к появлению дендритной ликвации, к неоднородности химического состава и неравномерности физико-механических свойств в объеме получаемых изделий методами литья, что снижает выход годного продукции;- the multicomponent composition inevitably leads to the appearance of dendritic segregation, to the heterogeneity of the chemical composition and the unevenness of the physico-mechanical properties in the volume of the products obtained by casting methods, which reduces the yield of products;

- использование в качестве легирующих компонентов в составе сплава, как тугоплавких металлов - кобальт, железо и иридий, так относительно легкоплавких металлов - серебро и медь, приводит к увеличению температурного интервала кристаллизации и, как следствие, вызывает снижение литейных свойств, усложняет технологию изготовления ювелирных изделий методами литья и снижает выход годного продукции.- the use of alloying components in the alloy as refractory metals - cobalt, iron and iridium, and relatively low-melting metals - silver and copper, leads to an increase in the temperature range of crystallization and, as a result, causes a decrease in casting properties, complicates the technology for manufacturing jewelry casting methods and reduces the yield of products.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка состава литейного ювелирного сплава белого цвета на основе палладия, позволяющего использовать его при изготовлении высокопробных ювелирных изделий вплоть до 950 пробы, ориентированных на мировой рынок методами литья, а также повышение промышленной безопасности.The main task to which the proposed technical solution is directed is to develop the composition of a white palladium-based foundry jewelry alloy, which can be used in the manufacture of high-quality jewelry up to 950 samples oriented to the world market by casting methods, as well as increasing industrial safety.

Технический результат достигается тем, что литейный ювелирный сплав белого цвета на основе палладия, содержащий серебро, отличается тем, что дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved in that a white palladium-based foundry jewelry alloy containing silver is characterized in that it additionally contains silicon in the following ratio of components, wt.%:

палладийpalladium 90,0-95,5;90.0-95.5; кремнийsilicon 0,1-0,3;0.1-0.3; сереброsilver остальное.rest.

Общим для известного и заявляемого ювелирных сплавов на основе палладия является наличие в сплаве серебра.Common to the known and claimed jewelry alloys based on palladium is the presence of silver in the alloy.

Выбор граничных значений параметров компонентов, указанных в формуле изобретения, обусловлен следующим.The choice of boundary values of the parameters of the components indicated in the claims is due to the following.

Содержание палладия в сплаве обусловлено требуемой пробностью для высокопробных ювелирных изделий (900 или 950 пробы).The palladium content in the alloy is determined by the required fineness for high-grade jewelry (900 or 950 samples).

Отличие от сплава-прототипа заключается в дополнительном введении в заявляемый сплав кремния и отсутствие других компонентов, как кобальта, иридия, железа и меди. Оптимальное содержание кремния в сплаве установлено опытным путем. Добавка кремния в количестве 0,1-0,3 мас.% снижает температуру расплава, улучшает его жидкотекучесть. Дальнейшее увеличение содержания кремния в составе вызывает повышение твердости сплава и снижение жидкотекучести, появляется склонность к потускнению при определенных условиях окружающей среды, и сплав может полностью стать непригодным к последующей обработке методами литья. При содержании кремния менее 0,1 мас.% не обеспечивается необходимый уровень прочности получаемых ювелирных изделий и снижается их потребительская ценность.The difference from the prototype alloy is the additional introduction of silicon into the inventive alloy and the absence of other components, such as cobalt, iridium, iron and copper. The optimum silicon content in the alloy was established empirically. The addition of silicon in an amount of 0.1-0.3 wt.% Reduces the temperature of the melt, improves its fluidity. A further increase in the silicon content in the composition causes an increase in the hardness of the alloy and a decrease in fluidity, a tendency to tarnish under certain environmental conditions appears, and the alloy may become completely unsuitable for subsequent processing by casting methods. When the silicon content is less than 0.1 wt.%, The required level of strength of the obtained jewelry is not ensured and their consumer value is reduced.

Снижение количества легирующих компонентов в составе предлагаемого сплава существенно снизит появление дендритной ликвации, повысит однородность физико-механических свойств в объеме получаемых изделий методами литья и увеличит выход годного продукции. Кроме того, отсутствие в составе предлагаемого сплава кобальта удовлетворяет директивам ЕЭС, повышает промышленную безопасность и позволит изготавливать качественные ювелирные изделия, ориентированными на мировой рынок.The decrease in the number of alloying components in the composition of the proposed alloy will significantly reduce the appearance of dendritic segregation, increase the uniformity of physical and mechanical properties in the volume of the obtained products by casting methods and increase the yield of products. In addition, the absence of cobalt alloy in the composition of the proposed alloy satisfies the EEC directives, increases industrial safety and will make it possible to produce high-quality jewelry oriented to the world market.

Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь. Дополнительное введение кремния в состав литейного ювелирного сплава белого цвета на основе палладия, содержащего серебро, обеспечивает повышение литейных свойств, достижение оптимальной твердости, повышает промышленную безопасность и позволяет изготавливать ювелирные изделия методами литья с требуемыми потребительскими качествами, ориентированными на мировой рынок.Thus, there is a causal relationship between the hallmarks and the task at hand. The additional introduction of silicon into the composition of the white jewelry casting alloy based on palladium containing silver provides an increase in casting properties, optimal hardness, improves industrial safety and allows jewelry to be made using casting methods with the required consumer qualities that are oriented to the world market.

Пример 1. Приготовление сплава 900 пробы.Example 1. Preparation of alloy 900 samples.

Получение литейного ювелирного сплава белого цвета на основе палладия проводили прямым сплавлением чистых компонентов, а именно: палладия аффинированного в слитках (чистотой 99,95%); серебра в гранулах (чистотой 99,95%); кремния аффинированного в порошке (чистотой 99,95%).The preparation of a white palladium-based foundry jewelry alloy was carried out by direct fusion of pure components, namely: bullion-refined palladium (purity 99.95%); silver granules (99.95% pure); refined silicon powder (99.95% purity).

В плавильный тигель из диоксида циркония индукционной вакуумной установки УИПВ-63-10-0,01 фирмы «РЭЛТЕК» загрузили шихту, составленную из расчетного количества компонентов, а именно: палладия - 362,0 г; серебра - 37,2 г; кремния - 0,8 г. Установку вакуумировали до остаточного давления 60 Па и затем заполняли аргоном. Плавку шихты проводили в среде аргона. После полного плавления компонентов выдержали полученный расплав в течение 5 минут и производили его слив в массивную медную изложницу. Температурный интервал полученного сплава палладия определялся методом дифференциально-термического анализа. После литья сплав подвергался гомогенизационному отжигу в атмосфере инертного газа (аргона). Далее после охлаждения извлекали из изложницы полученный слиток сплава в форме бруска прямоугольной формы. После механической зачистки поверхности полученный слиток был опробован. Состав сплава контролировался с помощью количественного химического анализа.In the melting crucible made of zirconium dioxide of the induction vacuum unit UIPV-63-10-0.01 of the RELTEC company, a charge composed of the calculated amount of components was loaded, namely: palladium - 362.0 g; silver - 37.2 g; silicon - 0.8 g. The installation was evacuated to a residual pressure of 60 Pa and then filled with argon. The mixture was melted in argon medium. After complete melting of the components, the obtained melt was held for 5 minutes and drained into a massive copper mold. The temperature range of the obtained palladium alloy was determined by differential thermal analysis. After casting, the alloy was subjected to homogenization annealing in an inert gas (argon) atmosphere. Then, after cooling, the obtained alloy ingot in the form of a squared bar was extracted from the mold. After mechanical cleaning of the surface, the obtained ingot was tested. The composition of the alloy was controlled by quantitative chemical analysis.

Химический анализ пробы показал, что полученный ювелирный сплав на основе палладия соответствует 900 пробе, имеет белый цвет с отливом, напоминающим платину.Chemical analysis of the sample showed that the obtained jewelry alloy based on palladium corresponds to 900 samples, has a white color with a tint resembling platinum.

Пример 2. Приготовление сплава 950 пробы.Example 2. Preparation of alloy 950 samples.

Получение данного литейного ювелирного сплава проводили по технологии, не отличающейся от представленной в примере 1, прямым сплавлением чистых компонентов. В плавильный тигель загрузили шихту, составленную из расчетного количества компонентов, а именно: палладия - 382,0 г; серебра - 17,2 г; кремния - 0,8 г. После механической зачистки поверхности отлитый слиток был опробован. Химический анализ пробы показал, что полученный ювелирный сплав на основе палладия соответствует 950 пробе, имеет белый цвет с отливом, напоминающим платину.The preparation of this foundry jewelry alloy was carried out according to a technology that does not differ from that presented in Example 1, by direct fusion of pure components. A mixture composed of the calculated amount of components was loaded into the melting crucible, namely: palladium - 382.0 g; silver - 17.2 g; silicon - 0.8 g. After mechanical cleaning of the surface, the cast ingot was tested. Chemical analysis of the sample showed that the obtained jewelry alloy based on palladium corresponds to 950 samples, has a white color with a tint resembling platinum.

Для исследования технологических свойств отливок из предлагаемого сплава определялись температура плавления, микротвердость и коэффициент отражения в видимом диапазоне волн (прибор SPECORD-M40).To study the technological properties of castings from the proposed alloy, the melting temperature, microhardness, and reflection coefficient in the visible wavelength range were determined (SPECORD-M40 device).

Для сравнения в таблицах 1-4 приведены составы заявляемого сплава, физико-химические свойства, а также коэффициент отражения в сравнении с известным сплавом.For comparison, tables 1-4 show the compositions of the inventive alloy, physico-chemical properties, and also the reflection coefficient in comparison with the known alloy.

Таблица 1Table 1 Составы заявляемого и известного сплавов 900 пробыThe compositions of the claimed and known alloys 900 samples № п/пNo. p / p СплавAlloy Химический состав сплава, массовая доля компонента, мас.%The chemical composition of the alloy, the mass fraction of the component, wt.% PdPd AgAg SiSi CoCo IrIr FeFe CuCu 1one с содержанием Si меньше 0,1%with Si content less than 0.1% 90,590.5 9,459.45 0,050.05 -- -- -- -- 22 заявляемыйclaimed 90,590.5 9,49,4 0,10.1 -- -- -- -- 33 90,590.5 9,39.3 0,20.2 -- -- -- -- 4four 90,590.5 9,29.2 0,30.3 -- -- -- -- 55 с содержанием Si больше 0,3%with a Si content of more than 0.3% 90,590.5 9,159.15 0,350.35 -- -- -- --

Таблица 2table 2 Свойства заявляемого и известного сплавов 900 пробыProperties of the claimed and known alloys 900 samples №No. СплавAlloy Температура плавления максимальная, °CMaximum melting point, ° C Твердость HV, МПаHardness HV, MPa Котр., %Kotr.% 1one с содержанием Si меньше 0,1%with Si content less than 0.1% 14451445 13701370 8080 22 заявляемыйclaimed 14501450 14101410 7979 33 14521452 14251425 7979 4four 14541454 14401440 7979 55 с содержанием Si больше 0,3%with a Si content of more than 0.3% 14621462 14801480 7878

Таблица 3Table 3 Составы заявляемого и известного сплавов 950 пробыThe compositions of the claimed and known alloys 950 samples № п/пNo. p / p СплавAlloy Химический состав сплава, массовая доля компонента, мас.%The chemical composition of the alloy, the mass fraction of the component, wt.% PdPd AgAg SiSi CoCo IrIr FeFe CuCu 1one с содержанием Si меньше 0,1%with Si content less than 0.1% 95,595.5 4,454.45 0,050.05 -- -- -- -- 22 заявляемыйclaimed 95,595.5 4,44.4 0,10.1 -- -- -- -- 33 95,595.5 4,34.3 0,20.2 -- -- -- -- 4four 95,595.5 4,24.2 0,30.3 -- -- -- -- 55 с содержанием Si больше 0,3%with a Si content of more than 0.3% 95,595.5 4,154.15 0,350.35 -- -- -- -- 66 известныйfamous 95,595.5 1,01,0 -- 1,91.9 0,40.4 0,50.5 0,70.7

Таблица 4Table 4 Свойства заявляемого и известного сплавов 950 пробыProperties of the claimed and known alloys 950 samples №No. СплавAlloy Температура плавления максимальная, °CMaximum melting point, ° C Твердость HV, МПаHardness HV, MPa Котр., %Kotr.% 1one с содержанием Si меньше 0,1%with Si content less than 0.1% 14601460 13801380 8181 22 заявляемыйclaimed 14661466 14201420 8080 33 14701470 14401440 8080 4four 14751475 14601460 8080 55 с содержанием Si больше 0,3%with a Si content of more than 0.3% 14821482 15001500 7878 66 известныйfamous 15301530 17401740 7777

Как видно из таблиц, заявляемый сплав с различным химическим составом в заявленном диапазоне соотношения компонентов (сплавы №№2-4) по сравнению с известным благодаря оптимальному сочетанию в сплаве компонентов в указанном количественном соотношении обладает более низкой температурой плавления - 1450÷1475°C, оптимальной твердостью - 1410÷1460 МПа, совпадает по пробности и цвету с основными сплавами палладия, имеющими пробы 900 и 950.As can be seen from the tables, the inventive alloy with different chemical composition in the claimed range of component ratios (alloys No. 2-4) compared with the known due to the optimal combination of components in the alloy in the specified quantitative ratio has a lower melting point - 1450 ÷ 1475 ° C, optimal hardness - 1410 ÷ 1460 MPa, coincides in fineness and color with the main palladium alloys having samples 900 and 950.

Таким образом, применение заявляемого сплава по сравнению с прототипом обеспечивает повышение литейных свойств, достижение оптимальной твердости, повышает промышленную безопасность и позволяет изготавливать качественные ювелирные изделия методами литья с требуемыми потребительскими свойствами, ориентированными на мировой рынок.Thus, the use of the inventive alloy in comparison with the prototype provides an increase in casting properties, achieving optimal hardness, increases industrial safety and allows the manufacture of high-quality jewelry by casting with the required consumer properties, oriented to the world market.

Claims (1)

Литейный ювелирный сплав белого цвета на основе палладия, содержащий серебро, отличающийся тем, что дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
палладий 90,0-95,5 кремний 0,1-0,3 серебро остальное Palladium-based white foundry jewelry alloy containing silver, characterized in that it additionally contains silicon in the following ratio of components, wt.%:
palladium 90.0-95.5 silicon 0.1-0.3 silver rest