ЮВЕЛИРНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ПАЛЛАДИЯ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к сплавам на основе палладия, предназначенным для изготовления ювелирных изделий.

Долгое время палладий использовался в производстве сплавов для ювелирного производства только в качестве лигатуры к золотому сплаву для получения золота белого цвета. В последнее время палладий стали использовать в качестве основного компонента ювелирных сплавов. Это обусловлено тем, что палладий, являясь драгоценным металлом, стоит дешевле платины и обладает рядом уникальных свойств: он гипоаллергичен, легок и пластичен, поэтому ювелирные украшения из палладия гораздо легче изделий из золота и платины, что очень важно для таких украшений, как серьги, он имеет более светлую окраску, чем платина, не тускнеет на воздухе, на его поверхности не образуются царапины и трещины, а зеркальный блеск сохраняется десятилетия. Однако по своим химическим свойствам палладий уступает платине и другим металлам платиновой группы. Кроме того, нелегированный палладий обладает низкими прочностными свойствами, которые важны при креплении драгоценных камней на ювелирном изделии. Таким образом, разработка прочных сплавов на основе палладия, обладающего комплексом присущих ему положительных свойств, является весьма перспективной.

Известны литейные сплавы для ювелирных изделий на основе палладия, содержащие для снижения температуры плавления и повышения пластичности цинк или кремний (RU 2244762 C1, C22C 5/02, опубликован 20.01.2005; RU 2479656 C1, C22C 5/04, опубликован 20.04.2013). Сплавы имеют хорошую жидкотекучесть, что способствует получению из них изделий методом литья с высокой точностью, однако указанные сплавы обладают недостаточным уровнем механических свойств, что не позволяет широко использовать их для получения изделий формоизменением.

Известен ювелирный сплав на основе палладия, содержащий никель и платину, в который для повышения прочности введены бор и цирконий (RU 2395604 C1, C22C 5/04, опубликован 27.07.2010). Однако прочность сплава недостаточна для изготовления ювелирных изделий с камнями, а содержание в нем платины в количестве 12-15% значительно увеличивает его стоимость.

Известен ювелирный сплав на основе палладия, содержащий, мас. %: 3,0-5,4 никеля, 5,0-10,0 меди, 0,5-1,5 цинка, 0,2-0,8 индия, 0,2-1,0 галлия, 85,0-90,5 палладия (RU 2331683 C2, C22C 5/04, опубликовано 20.03.2008). Сплав близок по внешнему виду к сплавам платины, имеет пониженное содержание никеля, но обладает небольшой твердостью. Указанный сплав принят в качестве наиболее близкого аналога.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание сплава на основе палладия, имеющего белый цвет, близкий к платине, обладающего оптимальным для изготовления ювелирных изделий комплексом физико-механических свойств.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств, особенно твердости, палладиевого сплава при сохранении уровня литейных свойств, пластичности и белого цвета, близкого к платине.

Технический результат достигается тем, что сплав на основе палладия для изготовления ювелирных изделий, содержащий никель, дополнительно содержит кремний, бор и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, содержащей медь, золото, индий, галлий, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, содержащей медь, золото, индий, галлий в количестве менее 1,0 каждый, при суммарном содержании никеля и кремния, не превышающем 5%, при этом сплав имеет структуру, упрочненную интерметаллидом Ni₂Si.

В другом варианте осуществления изобретения технический результат достигается тем, что сплав на основе палладия для изготовления ювелирных изделий, содержащий никель и палладий, дополнительно содержит алюминий, бор и, по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, содержащей медь, золото, индий, галлий, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащее медь, золото, индий, галлий, в количестве менее 1,0 каждый, при суммарном содержании никеля и алюминия, не превышающем 15%, при этом сплав имеет структуру, упрочненную алюминидами никеля.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Увеличение твердости сплавов очень важно для ювелирных изделий, т.к. позволяет сохранять их блеск после полировки более продолжительное время и уменьшает количество царапин. Заявленные сплавы обладают способностью упрочняться в процессе термической или термомеханической обработки, при этом они имеют сравнительно низкую температуру плавления и хорошую технологичность при литье, горячей и холодной деформации.

Упрочнение заявленных палладиевых сплавов основано на эффекте дисперсионного твердения. Термическая обработка дисперсионно твердеющих сплавов заключается в их нагреве до образования пересыщенного твердого раствора, последующего быстрого охлаждения (закалки) и старения. В результате такой термической обработки твердый раствор распадается с выделением нанофазных частиц фаз - упрочнителей. Упрочняющий эффект при этом достигается за счет композиции образующихся и выделяющихся интерметаллидов. Отличие от упрочнителей иного состава является существенным как по методу образования, так и по структуре, характеру температур плавления, кинетике распада твердого раствора, эффекту упрочнения и его стабильности. Способ упрочнения палладиевых сплавов, применяемых для изготовления ювелирных изделий, посредством использования эффекта дисперсионного твердения, обеспечивающего необходимую технологичность в процессе их изготовления и эксплуатации, включает легирование палладиевой основы двумя компонентами, образующими между собой химическое соединение. В качестве таких компонентов в одном из вариантов изобретения используют никель и кремний, а в другом варианте - никель и алюминий. Их количественное содержание в сплавах определяется стехиометрическим соотношением, необходимым для образования интерметаллидов Ni₂Si и Ni₃Al, NiAl, Ni₂Al₃ соответственно.

Являясь раскислителем, бор в количестве 0,01-1% снижает влияние кислорода при выплавке сплавов, уменьшает потерю легирующих компонентов на угар и уменьшает размер зерна.

Легирование сплава в любом сочетании медью, золотом, индием, галлием обеспечивает снижение температуры плавления палладиевого сплава, повышение литейных свойств и плотности изделия. Ограничение их количественного содержания менее 1,0 каждого обусловлено сохранением цвета сплава близким к платиновому.

Примеры реализации изобретения

Пример 1

Был получен сплав нижеприведенного химического состава:

Pd - основа, 3,2% Ni, 1,1% Si, 0,08% В, 0,08% Au, примесей не более 0,1%.

Плавка велась в вакуумной печи резистивного нагрева. В разогреваемый графитовый тигель был помещен тигель из искусственного сапфира с шихтовыми материалами. Плавка велась при температуре 1730°C. Были получены слитки цилиндрической формы диаметром 30 мм и высотой 8 мм. Следует отметить, что введение бора увеличило жидкотекучесть сплавов и привело к уменьшению линейной усадки. Структурный анализ показал уменьшение размеров зерна. Это существенно улучшает потребительские свойства данных сплавов.

Заявленные сплавы являются дисперсионно твердеющими, поэтому с целью увеличения их твердости были проведены работы по подбору режимов термообработки (закалка + старение), в результате которых были установлены диапазоны температур нагрева и выдержки под закалку, составляющие от 950 до 1150°C и от 10 до 30 минут соответственно, и диапазоны температур и выдержки при старении, составляющие от 450 до 600°C и от 2 до 4 часов соответственно.

В конкретном примере реализации закалку осуществляли в воду после выдержки сплава при температуре 1000°C в течение 15 мин. После чего сплав старили при температуре 490°C в течение 4 часов.

Твердость сплава после термообработки составляла 200 НВ, что почти в два раза превышало твердость литых сплавов с твердорастворным упрочнением. Сплав имел красивый теплый оттенок, обусловленный введением в него золота в указанных пределах, при сохранении характерного белого цвета и блеска. Это стало видно после полировки с применением стандартных паст, использующихся в ювелирном производстве.

Пример 2

Получали сплав, содержащий Pd - основа, 11,8% Ni, 2,8% Al, 0,07% B, 0,08% Au, примесей не более 0,1%.

Плавка велась аналогично примеру 1 при температуре 1730°C. Закалку в воду осуществляли после выдержки сплава при температуре 1000°C в течение 15 мин. Старение проводили при температуре 520°C с выдержкой 4 часа.

Полученный после термообработки сплав имел твердость 300 НВ, которая на девяносто единиц превышает твердость литого сплава, составляющую 210 НВ, при этом сохраняется платиновый цвет сплава.

Таким образом, заявленные сплавы обладают оптимальным уровнем твердости и имеют красивый белый цвет при сохранении высоких литейных свойств и пластичности, что позволяет изготавливать из них качественные ювелирные изделия с требуемыми свойствами.