Результат интеллектуальной деятельности: Сплав белого цвета на основе золота 585 пробы

Настоящее изобретение относится к области металлургии сплавов на основе золота, предназначенных для изготовления ювелирных изделий и имеющих белый цвет.

Наиболее часто в качестве компонента сплавов на основе золота, придающего им благородный белый цвет, применяется никель, однако он вызывает аллергию, и Директива ЕС 76/769/ЕЕС запрещает его использование в ювелирных изделиях, вступающих в прямой и долговременный контакт с кожей человека. В связи с этим актуальна разработка новых безникелевых сплавов на основе золота белого цвета.

Известен сплав на основе золота белого цвета 585 пробы (Патент РФ №2430982, С22С 5/02, 10.10.2011), обладающий высоким уровнем механических свойств. Однако ограниченная растворимость выступающего в роли модификатора рутения в золоте из-за высокой температуры плавления приводит к образованию крупных включений в структуре сплава, что становится причиной возникновения брака при обработке давлением и требует иного способа введения его в расплав (Патент РФ №2507284, С1 С22С 5/02 С22С 1/03, 20.02.2014).

Наиболее близким к изобретению является сплав золота 585 пробы (Патент РФ №2586175, С22С 5/02, 10.06.2016), содержащий следующие компоненты мас. %: золото 58,5-59,0; палладий 7,5-10,0; медь 5,0-6,0; цинк 1,4-1,6; индий 0,4-0,6; родий 0,01-0,10; серебро остальное. Он обладает однородной мелкозернистой структурой, высоким уровнем прочностных и пластических характеристик. Однако его применение при производстве ювелирных изделий удорожает их из-за высокой рыночной стоимости родия.

Основной задачей изобретения является создание нового безникелевого сплава на основе золота белого цвета 585 пробы, имеющего повышенный уровень механических свойств и их равномерное распределение по длине и сечению слитка, расширяющих область применения сплава при изготовлении ювелирных изделий, и обладающего более низкой стоимостью.

Для решения поставленной задачи предложенный сплав на основе золота, содержащий палладий, медь, цинк, серебро, индий и родий, дополнительно содержит рутений при следующем соотношении компонентов, мас. %:

золото - 58,5-59,0;

палладий - 7,0-9,0;

медь - 5,0-6,0;

цинк - 1,4-1,6;

индий - 0,4-0,6;

родий-0,01-0,05

рутений - 0,01-0,05;

серебро - остальное.

Содержание золота в сплаве обусловлено обеспечением пробности и соответствует стандартной 585 пробе (ГОСТ 30649-99).

Содержание палладия в пределах 7,0-9,0 мас. % оптимально для замещения никеля, повышает коррозионную стойкость, снижает твердость и обеспечивает устойчивый белый цвет сплава.

Медь в пределах 5,0-6,0 мас. % понижает температуру плавления и обеспечивает необходимую пластичность сплава.

Цинк в пределах 1,4-1,6 мас. % снижает температуру плавления и выступает в роли раскислителя.

Индий в пределах 0,4-0,6 мас. % повышает механические свойства сплава и обеспечивает необходимый интервал температуры его плавления - 950±500°С. Наличие индия и палладия в указанных количествах обеспечивает повышение механических свойств и отсутствие растрескивания при пайке.

В качестве модифицирующих добавок использовались родий и рутений.

Родий позволяет получить равномерную мелкозернистую структуру, повышает пластичность и прочностные свойства в процессе деформации, выравнивает их по длине и сечению литой заготовки.

Рутений обеспечивает получение мелкозернистой структуры при литье, так же повышает пластичность сплава и вызывает выравнивание свойств по длине литой заготовки.

Применение одновременно родия и рутения позволяет обеспечить высокий модифицирующий эффект, поскольку введение рутения значительно влияет на структуру в литом состоянии, а родия - в деформированном. При этом возможно снижение количества вводимого дорогостоящего родия за счет компенсирования его количества использованием рутения.

Серебро в заявленных пределах придает сплаву пластичность, мягкость и ковкость, повышает коррозионную стойкость при литье и понижает температуру плавления.

Сплав был получен прямым сплавлением основных компонентов в индукционной печи в атмосфере инертного газа (аргона). Индий и родий вводились в расплав непосредственно перед литьем, введение рутения осуществлялось в соответствии с известным способом модифицирования сплавов на основе золота (Патент РФ №2507284, C1 С22С 5/02 С22С 1/03, 20.02.2014) - перед кристаллизацией сплава в виде лигатуры серебро-рутений, полученной осаждением рутения из электролита гальваническим способом на серебро. Температурный интервал сплава определялся методом дифференциально-термического анализа. Состав сплава контролировался с помощью количественного химического анализа. После литья полуфабрикаты из сплава подвергались гомогенизационному отжигу в атмосфере инертного газа (аргона).

Временное сопротивление разрыву и предел текучести определяли на деформированных образцах с помощью разрывной машины типа H5KS. Структуру образцов сплава анализировали с помощью металлографических методов исследования. Для сравнения в таблице 1 приведены составы заявляемого и известных сплавов.

Для изучения деформируемости слитки известных и заявляемого сплавов обрабатывали с помощью сортовой прокатки в три прохода с промежуточными отжигами после каждого, далее полученные прутки подвергали волочению на стане барабанного типа до диаметра проволоки 0,25 мм, которую затем также отжигали и направляли на цепевязание. Физико-механические свойства деформированных образцов заявляемого и известного сплавов (степень деформации 75%) представлены в таблице 2.

Известный сплав, модифицированный родием, в литом состоянии имеет больший размер зерна (рис. 1, ×100) и однородную, поскольку не происходит образования крупных включений, структуру с тонкоразветвленными дендритными кристаллами. После сортовой прокатки (рис. 3, ×100) и волочения (рис. 5, ×50) происходит образование волокнистой структуры и увеличение прочностных и пластических свойств.

Одновременное введение родия и рутения в заявляемом сплаве приводит к образованию однородного, дисперсного дендритного строения по всему сечению слитка (рис. 2, ×50), что говорит об эффективном модифицирующем действии рутения, при этом зерна имеют меньший размер. После сортовой прокатки (рис. 4, ×100) и волочения (рис. 6, ×50) хорошо просматривается однородная по длине и сечению полуфабриката волокнистая структура деформированного материала, при этом сохраняется высокий уровень пластических и прочностных свойств по сравнению с известными сплавами.

Заявляемый сплав по сравнению с известными имеет более однородную мелкозернистую структуру, обладает высокими технологическими и эксплуатационными свойствами. Кроме того, обладает меньшей себестоимостью производства, поскольку стоимость рутения до десяти раз ниже стоимости родия, и заявляемый сплав содержит его вдвое меньше. А одновременное модифицирование родием и рутением обеспечивает достижение более высоких прочностных и пластических характеристик по сравнению с известным сплавом.

Таким образом, применение заявляемого сплава по сравнению с известными дает не менее выраженный модифицирующий эффект и тем самым позволяет повысить механические и технологические свойства сплава, при этом снижая его стоимость, и использовать его в производстве ювелирных изделий с применением методов обработки металлов давлением и литья.