專利名稱:具有提高的硬度的金合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種具有提高的硬度的金基合金。本發(fā)明還涉及一種獲得具有提高的硬度的金基合金的方法。本發(fā)明還涉及使用析出物(precipitate)來使金合金硬化的用途。本發(fā)明還涉及包括至少一個(gè)由這種類型的合金制成的構(gòu)件的鐘表或珠寶。本發(fā)明的一個(gè)目的是制造一種金基合金,其不僅與純金而且與已知的金基合金相比具有提聞的硬度品質(zhì)。主要應(yīng)用是鐘表制造術(shù)、珠寶和牙科。
背景技術(shù):
使金硬化是一個(gè)老問題,其自古以來就傾向于使用合金來獲得充分的機(jī)械特征以至少確保制品的阻力。實(shí)際上,通過塑性變形對材料進(jìn)行冷加工的方法,其非常適合一些金屬,不適合金,因?yàn)榻鹪谧冃纹陂g具有很小的固結(jié),并且還在比較低的溫度下重新結(jié)晶。顆粒尺寸優(yōu)化法,其理論上提高了材料的彈性極限,也不適合金,因?yàn)榻鹩捎诟鱾€(gè)晶粒之間存在用于變位的自由通路的足夠的主動(dòng)滑動(dòng)系統(tǒng)而具有下文稱為“FCC”的面心立方結(jié)構(gòu)。對合金元素進(jìn)行溶液熱處理是最常用的方法,其通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,且其充其量僅提供以維氏規(guī)格計(jì)大約150至155HV的中等硬度。已作出各種嘗試 ,例如以包含金和從鋁、鎵或硅之中選擇的另一種金屬的二元合金或者甚至以最大金濃度為15%的包含銅的類似偽二元合金如申請人為Steinemann的EP專利No. O 284 699中那樣來細(xì)化顆粒大小。這種類型的化合物提供了中心立方結(jié)構(gòu)和小于50微米的晶粒大小,其提供了一定延展性,該延展性不是在本發(fā)明中希望的品質(zhì)。從申請人為九州大學(xué)的美國專利No. 5 338 378也已知具有隨著時(shí)間推移并且在體溫下提高的硬度的牙科合金的制備,其采用具有67%至82%的金、18%至33%的銅和2%至8%的至少一種從鎵、鋁和鋅之中選擇的其他金屬的合金。該合金在使用前在被加熱至650° C與700° C之間,之后經(jīng)歷硬化操作。類似地,申請人為Hafner GmbH的歐洲專利No. O 978 572公開了一種包含70%至80%的金、15%至25%的銅、0%至15%的銀和O. 1%至5%的鎵的合金,其接著在800° C下的首次處理的在400° C下的二次處理期間以無法解釋的方式幾乎不氧化并取得在環(huán)境溫度下隨著時(shí)間推移而提高的硬度。還已知以下文獻(xiàn)稱為Dl的文獻(xiàn)申請人為PILOT PEN的日本專利申請No 8 013060A公開了一種獲得具有提高的硬度和若干可能的組分的金基合金的方法-15%至19%的銅和4%至10%的銀,以及O. 3%至1%的鋁和/或鎂。-或15%至19%的銅、4%至10%的銀、O.3%至1%的鋁和/或鎂以及O. 3%至2%的鋅。O. 1%至1%的釕和/或鈷被混入該混合物中。但是,該組分對應(yīng)于在本發(fā)明中不主張權(quán)利的玫瑰金。
稱為D2的文獻(xiàn)申請人為HAFNER的歐洲專利申請No. O 978 5762A1公開了一種包含70%至80%的金和15%至25%的銅的合金,向其添加O. 1%至5%的鎵。根據(jù)一些變型,其還可包含0. 1%至3%的鋅,和/或O. 5%至5%的銀,和/或O.1至O. 5%的硅和/或O. 1%至2%的鐵和/或O. 1%至O. 3%的銦,和/或O. 1%至O. 5%的鋁和/或O. 1%至3%的錫。稱為D3的文獻(xiàn)申請人為OHTA MICHIO的美國專利申請No. 5 38378A公開了一種牙科用金合金,其在20至30天緩慢老化,在此期間其硬度進(jìn)一步提高。其包含82%至67%的金、18%至33%的銅和0%至2%的從鎵和鋅之間選擇的硬化加速劑。該合金被加熱至650° C與700° C之間并且被水激冷。在另一種組成中,其包含2%至8%的這種類型的加速劑,該加速劑包含從由1%至4%的鎵、O. 4%至2%的鋁和1%至5%的鋅組成的群組之中選擇的至少一種金屬。在另一種組成中,其包含1%至4%的鎵。在另一種組成中,其包含1%至5%的鋅。稱為D4的文獻(xiàn)2004年刊登的作者為SUSS、RAINER的文章“18carat yellow goldalloys with increased hardness”公開了具有提高的硬度的金合金以及附加金屬在獲得物理特性和特定顏色兩方面的影響。稱為D5的文獻(xiàn)2010年5月20日刊登的作者為FISCHER-BOHNER的文章“Metallurgy of gold”詳細(xì)說明了金及其合金的冶煉。已經(jīng)表明的是,根據(jù)所有完成的許多研究,知道如何選擇具有合適硬度的金合金,而不必始終理解行之有效地產(chǎn)生期望硬度的物理-化學(xué)機(jī)制。簡言之,已知方法常常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的,未很好地掌握要點(diǎn),并且形成一方面僅具有平均硬度而另一方面具有與純金截然不同的很特別的色彩的合金。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及開發(fā)一種合金,該合金具有以維氏規(guī)格計(jì)大于250HV的良好的硬度特性,以及與當(dāng)前通過對合金元素進(jìn)行溶液熱處理金屬獲得的大約155HV的硬度相當(dāng)?shù)暮诵挠捕忍匦?。也很重要的是金的外觀及其要保留的光彩。因此,本發(fā)明涉及一種稱為3N 18克拉黃色金基合金,其特征在于,該金基合金由以重量百分比計(jì)包含以下成分的混合物構(gòu)成-至少75%的金,-針對其與金形成析出物的能力而選擇的從0.5%至2. 1%的第二金屬,所述第二金屬為鋁,-針對其有利于高溫穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)的能力并且針對其提高所述第二金屬在金中的可溶性以及調(diào)節(jié)合金顏色的能力而選擇的20%至25%、或者優(yōu)選地22. 4%至24. 5%的至少一種附加金屬,-針對所述合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的0%至0.5%的一種或多種成分,所述混合物還包含得自所述第二金屬和金之間的反應(yīng)的至少一種析出物,該析出物從所述第二金屬與金的析出物之中選擇以形成金屬間化合物(intermetalliccompound),從而為所述合金提供超過250HV的硬度以便改善所述合金的結(jié)構(gòu)硬化,所述所選擇的析出物為鋁與金析出物Al2Au515 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征,所述附加金屬是銀。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)特征,所述附加金屬是銀,并且通過濃度低于銀的另一種附加金屬補(bǔ)足(completed)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別的特征,所述另一種附加金屬是銅。本發(fā)明還涉及一種用于獲得具有提高的硬度的金基合金的方法,其特征在于-針對其與金形成析出物的能力而選擇第二金屬,所述第二金屬是鋁;-一方面針對其有利于穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)的能力且另一方面針對其提高所述第二金屬在金中的高溫可溶性的能力而選擇至少一種附加金屬;-創(chuàng)造用于將所述第二金屬與金的析出物嵌入從金、所述第二金屬和所述至少一種附加金屬的混合物的溶液熱處理得到的FCC結(jié)構(gòu)中的條件;-制備以重量百分比計(jì)包含以下成分的混合物-至少75%的金,-O. 5%至2. 1%的所述第二金屬, -20%至25%、優(yōu)選從22. 4%至24. 5%的至少一種所述附加金屬,-0%至O. 5 %的針對所述合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的一種或多種成分,所述第二金屬和所述附加金屬被選擇成從所述第二金屬與金的所述第二析出物之中獲得,所述第二金屬與金的至少一種特定析出物形成金屬間化合物從而為所述合金提供超過250HV的硬度的金屬間化合物;-所述混合物通過被加熱至650°C與700° C之間而進(jìn)行溶液熱處理;-在所述溶液熱處理后,以環(huán)境溫度硬化的形式進(jìn)行快速冷卻;-在所述快速冷卻后,在200°C與250° C之間的溫度下執(zhí)行回火結(jié)構(gòu)化處理以形成所述第二金屬與金的至少一種所選擇的析出物,其為鋁與金析出物Al2Au5 ;-所述至少一種所選擇的析出物通過將所述回火結(jié)構(gòu)化處理維持至少60分鐘的充足時(shí)間段而以受控方式生長,以獲得期望硬度;-執(zhí)行在環(huán)境溫度下的冷卻。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征,所述至少一個(gè)所選擇的析出物的選擇被限制為單一析出物。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征,所述回火結(jié)構(gòu)化處理在所述快速冷卻后進(jìn)行至少24小時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征,選擇銀作為所述附加金屬。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征,選擇銀作為所述附加金屬并且添加濃度低于銀的另一種附加金屬。特別地,選擇銅作為所述另一種附加金屬。本發(fā)明還涉及使用析出物來使金合金硬化的用途,其特征在于,所述析出物是用于使金合金硬化的鋁與金析出物Al2Au5,所述金合金包含至少75%的金、O. 5%至2. 1%的鋁、一方面針對其有利于穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)的能力且另一方面針對其提高鋁在金中的可溶性的能力在銀和銅之中選擇的20%至25%的至少一種附加金屬,以及0%至O. 5%的針對所述金合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的一種或多種成分,通過將所述鋁與金析出物Al2Au5嵌入從包含金、鋁、所述至少一種附加金屬、所述所選擇的成分一如果所述合金具有所述所選擇的成分、以及鋁與金析出物的所述混合物的溶液熱處理獲得的FCC結(jié)構(gòu)中而獲得所述用途,所述嵌入可通過本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還涉及包括至少一個(gè)由這種類型的合金制成的構(gòu)件的鐘表、珠寶或牙科部件。在涉及18克拉合金的描述的優(yōu)選實(shí)施例中,合金保留了純金的特定外觀。由于其提高的硬度,所獲得的合金更耐刮擦并且完全適合鐘表和珠寶且特別適合于其可視構(gòu)件例如手表的寶石座和中間部分以及珠寶結(jié)構(gòu)、手鐲、別針、扣子和其他物品。本發(fā)明提供了一種實(shí)施和復(fù)制簡單的方法,且其在短處理時(shí)間內(nèi)可靠地生產(chǎn)具有超過250HV的要求硬度的金合金。所獲得的合金可以立即使用而無需任何另外的老化處理。
在參考附圖閱讀以下描述后,本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見,在附圖中-圖1是以18克拉合金為例的根據(jù)本發(fā)明的偽二元合金Au-Ag-Al的相圖,其示出了在X軸上根據(jù)鋁濃度、也就是鋁質(zhì)量和總合金質(zhì)量之間的比率且在I軸上根據(jù)在此以攝氏度為單位示出的溫度的各相。-圖2是與通過標(biāo)準(zhǔn)方法獲得18克拉金相比在圖1的圖表的優(yōu)選范圍A內(nèi)制造的根據(jù)本發(fā)明的合金在I軸上根據(jù)維氏硬度且在X軸上根據(jù)時(shí)間的圖表。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)目的是制造金基合金,其不僅與純金而且與已知的金基合金相比具有提聞的硬度品質(zhì)。本發(fā)明通過在此選擇成形成特定析出物的特定元素的選擇而采用結(jié)構(gòu)硬化法。在金可以在非常特別的物理-化學(xué)條件下與其他金屬形成的各種析出物之中,應(yīng)當(dāng)選擇通過實(shí)施適當(dāng)處理可以控制其偉晶作用和生長以優(yōu)化機(jī)械特性且在此特別是提高硬度的那些析出物。特別地,本發(fā)明通過創(chuàng)造特定方法而改善的機(jī)械特征是與合金的核心硬度以及對于在鐘表術(shù)和珠寶中確保耐刮擦性能或者至少使刮擦的影響最小化而言非常重要的表面硬度兩者都有關(guān)的硬度。因此,這對于大部分用于珠寶中的金合金而言情況完全不同,所述金合金通常被開發(fā)成包括確保與金接近的外觀的所需的最低含金量,并且要求高成形水平,以便允許在易于成形和焊接的中空本體或板材中層壓或拉伸。本發(fā)明的發(fā)明步驟在于研究將析出物嵌入面心立方結(jié)構(gòu)或FCC中并且允許它們以受控方式生長以便獲得大于常規(guī)硬度的硬度的可行性。本發(fā)明更具體地涉及具有高含金量的合金、且更具體地以重量計(jì)包含至少75%的含金量的18克拉合金的領(lǐng)域。鋁的選擇由于該金屬與金形成不同析出物的能力而為本發(fā)明所特有=Al2Au5,AlAu2, AlAu。這三種析出物可產(chǎn)生具有提高的硬度的合金。這些合金Au/Ag/Al/Al2Au5 或 Au/Cu/A1/A12Au5 或 Au/Ag/Cu/A1/A12Au5 在天然狀態(tài)下不存在,并且如果使用的話必須制造它們。本發(fā)明提出了以下的優(yōu)選制造方法。優(yōu)選執(zhí)行該方法以獲得Al2Au5析出物,其當(dāng)混入合金時(shí)在加工或轉(zhuǎn)化操作期間提供通常阻力。因此,形成該Al2Au5析出物并且優(yōu)選僅形成該Al2Au5析出物,因?yàn)槠洚a(chǎn)生優(yōu)于其他兩種析出物AlAu2和AlAu的特性。Al2Au5析出物必須在FCC結(jié)構(gòu)的核心獲得。僅由金和鋁形成的二元合金難以加工并且很脆,這使其不適合于大部分珠寶用途。因此需要通過混入至少一種其他合金元素來穩(wěn)定FCC相以確保金屬間化合物在高溫下的可溶性,并且還確保最長可能的FCC相,也就是鋁含量的最寬可能的范圍。高溫穩(wěn)定性意味著所涉及的溫度范圍內(nèi)僅存在FCC相,所述溫度范圍沿圖1的平衡圖的長形單個(gè)范圍可見。已測試不同的試驗(yàn)用偽二元合金。第二金屬可以從鋁、銀、鉻、銅、鐵、鉿、鎂、鈮、鈀、鉬和釩之中選擇,不過此列表不是窮盡的。附加金屬優(yōu)選地可從銀、鋁、鉻、銅、鐵、鉿、鎂、鈮、鈀、鉬和釩之中選擇。實(shí)驗(yàn)證明,選擇銀作為附加金屬對于金屬間化合物在高溫下的可溶性且對于獲得長FCC相最特別地有利,這是因?yàn)殂y-金可溶性是完全的,并且銀還可以溶解鋁。本發(fā)明創(chuàng)新地試圖形成如在圖1中可見的偽二元合金相Au-Ag-Al。該圖表在x軸上根據(jù)鋁的濃度、也就是鋁質(zhì)量與總合金質(zhì)量的比率且在y軸上根據(jù)在此以攝氏度為單位示出的溫度以常規(guī)方式示出了各相。圖1中的圖表示出了 75%金質(zhì)量濃度的優(yōu)選情況,也就是18克拉合金的優(yōu)選情況。該圖表是示出了可溶性的 極限的部分可溶性圖表,所述極限在圖表中基本是豎直的,且其分隔各相。每一相都具有與下一相不同的確定的組分。在這些相中的每一相中,原子被局部地重新組織以形成析出物,其是固定組分的確定的化合物。為了獲得期望的Al2Au5析出物并且僅獲得該析出物,可取的是保持在圖1中稱為A的第一范圍內(nèi),其中僅存在一方面FCC形式的合金兀素和另一方面Al2Au5析出物。為了保持在該范圍內(nèi),鋁的濃度必須保持小于2. 1%。將觀察到的濃度范圍為O. 1%至2. 1%的鋁以確保僅獲得Al2Au515圖1中稱為B的第二范圍對應(yīng)于Al2Au5和AlAu2析出物與FCC形式的合金元素共存的相。圖1中稱為C的第三范圍對應(yīng)于僅AlAudF出物與FCC形式的合金元素共存的相。圖1中的圖表表明,為了在范圍A內(nèi)獲得最佳組分的合金,一種方法在于加熱所有合金元素,然后處于圖1的范圍D內(nèi),其對應(yīng)于鋁的溶液熱處理。在界定范圍D的固相線和液相線之間的溫度下的稀釋熱處理允許均質(zhì)溶液熱處理金由于所選擇的一種或多種附加元素、特別是銀而處于FCC結(jié)構(gòu)下,且FCC結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在高溫下,特別是在介于400° C與700° C之間的溫度下,在相FCC_A1中觀察到鋁的高可溶性。一種或多種附加元素也有利于鋁在金中可溶性。合金然后變成亞穩(wěn)態(tài)的。對范圍A的極端部分實(shí)現(xiàn)的例如在大約400° C與700° C之間且理想地大約650° C的升溫接著諸如水淬硬化等快速冷卻。因此,鋁原子沒有時(shí)間重組。在可變時(shí)間段但優(yōu)選接近24小時(shí)后,合金經(jīng)歷在對于所涉及的鋁濃度由范圍A的溶線限定的溫度范圍內(nèi)經(jīng)歷結(jié)構(gòu)化回火處理。在任何情況下,該結(jié)構(gòu)化回火處理不超過400° C。在回火期間,Al2Au5析出物發(fā)育并生長。優(yōu)選地,結(jié)構(gòu)化回火溫度高于200° C以有利于析出物生長,并且還限制熱處理的持續(xù)時(shí)間。圖2是在X軸上根據(jù)維氏硬度且在橫坐標(biāo)上根據(jù)時(shí)間的圖表。在200° C下的結(jié)構(gòu)化回火處理的圖2的示例中可以看到,在大約2小時(shí)后很快地獲得超過250HV的硬度。如果延長結(jié)構(gòu)化回火處理則該硬度將進(jìn)一步提高,但不明顯,即使希望最大硬度,并且延長處理超過10小時(shí)毫無意義,這種情況下獲得大約280HV的硬度。圖2借助對比示出了以傳統(tǒng)18K或18克拉金合金獲得150HV的硬度水平。如果在較低溫度例如100° C下進(jìn)行結(jié)構(gòu)化回火處理,則超過200HV的硬度將僅在10至15小時(shí)后獲得,并且必須進(jìn)一步延長處理以達(dá)到大約250HV的水平。所獲得的Al2AujF出物比金硬。根據(jù)本發(fā)明,必要的是有助于Al2AujF出物的存在并且優(yōu)選地抑制僅包含金和鋁的析出物形成為這一種Al2Au5析出物,其具有最佳特征,目的是為了解決使合金硬化的技術(shù)問題。優(yōu)選地,為使Al2Au5析出物最佳地發(fā)育,合并不包含任何其他不同于金、鋁和附加金屬、優(yōu)選銀的任何其他金屬,所述附加金屬選擇成提高金屬間化合物可溶性并在鋁濃度范圍的幅度方面盡可能多地延長相D?;氐揭徊糠智笆霈F(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo),顯然未論證鋁的作用。文獻(xiàn)Dl公開了粉色金(pink gold)合金。通過分析文獻(xiàn)Dl的結(jié)果的變化,無法斷定鋁作為合金硬化劑的意義。銅 與銀一樣是硬化元素,α =0.05。銅的作用是與金形成有序/無序反應(yīng),形成具有提高的硬度的AuCu型化合物。銀/銅混合物的作用與銅本身的作用相似。也公開了粉色金的文獻(xiàn)D2的情況相同。鋁的添加看上去并未在其中起到任何特別的作用,如果加工方法并不是出于形成有利于提高合金硬度的單一金與鋁析出物的目的而執(zhí)行,則這是可以理解的。文獻(xiàn)D3也專門用于制造粉色金。該文獻(xiàn)聲稱合金保持單相,這在物理上是不可能的無法接受該文獻(xiàn)的教導(dǎo)。文獻(xiàn)D4公開了一種略帶桃色的黃金。不可能評估鋁的特定作用,因?yàn)楹辖鹬写嬖诘乃衅渌匾呀?jīng)有助于硬化過程。該文獻(xiàn)指出,在鋁超過O. 4%的情況下,合金變得相當(dāng)黑。該缺陷在根據(jù)本發(fā)明形成的合金的情況下并不可見,即使鋁含量達(dá)2%。應(yīng)當(dāng)注意,實(shí)驗(yàn)人員按照文獻(xiàn)D4的指示將無法獲得Al2Au5析出物,不僅由于添加了改變鋁的可溶性的諸如鋅的元素,而且由于> O. 4%的低招濃度。文獻(xiàn)D5介紹了通過使用銅的公知有序/無序轉(zhuǎn)變來使金(75%)-銀-銅合金硬化。文獻(xiàn)D5的圖7. 12的75%金-12. 5%銀-12. 5%銅的組分提供了 220HV的預(yù)期硬度,其比通過本發(fā)明獲得的硬度低得多。簡言之,鋁和金析出物Al2Au5的制造將HV硬度提高了大約50HV。簡言之,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同之處在于,其為在合適組分的合金內(nèi)發(fā)育Al2Au5創(chuàng)造了條件,所述合金包含金、鋁和針對其有利于穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)和提高鋁在金中的可溶性兩種能力而選擇的至少一種附加金屬,該附加金屬優(yōu)選是銀。最佳重量百分比組分為從O. 1%至2. 1%且優(yōu)選地從O. 5%至2. 1%的鋁以及至少75%的金以便滿足珠寶的法定標(biāo)準(zhǔn),以及由至少一種附加金屬形成的補(bǔ)足物,其可由針對流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的少量至少一種其他成分補(bǔ)足。附加金屬也可以是銅。也可以結(jié)合幾種金屬,每一種金屬都具有要求該附加金屬具有的特性,也就是一方面有利于穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)的能力且另一方面提高鋁在金中可溶性的能力。銀是最佳元素,并且可添加以上列出的清單中的其他金屬元素以調(diào)節(jié)合金的顏色。該元素清單制訂成使得其中包含的元素滿足提高鋁在高溫下在FCC結(jié)構(gòu)中的可溶性的條件。特別地,銅在存在金和鋁的情況下在滿足這些特定條件方面次于銀。銅的使用由于成本原因而保持可行,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如銀有利,并且如果使用的話始終應(yīng)該與銀結(jié)合,同時(shí)確保銀的濃度始終高于合金中的銅的濃度。在使用從鉻、銅、鐵、鉿、鎂、鈮、鈀、鉬和釩(該清單不是窮盡的)之中選擇的不同于銀或銅的附加金屬的情況下,應(yīng)該記住鋁可以與這些附加金屬中的某些金屬形成析出物,但優(yōu)選地希望形成Al2AujF出物。因此,除銀和鋁外,優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)僅使用這些元素鉻、銅、鐵、鉿、鎂、銀、鈕、鉬和銀。而且,包含不同附加金屬的每一 種新組分都需要完整的測試以確定文獻(xiàn)中不存在的對應(yīng)的相圖,以分析在每一相內(nèi)形成的析出物和金屬間化合物成分,并且檢查這些化合物是否不利地影響金合金的機(jī)械特性。這些研究和實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)長時(shí)間且昂貴,并且不能隨機(jī)進(jìn)行。其目的是基于不同案例確定將觀察到的鋁濃度范圍以獲得Al2Au5析出物且優(yōu)選地僅獲得該析出物。簡言之,本發(fā)明提供了一種稱為3N 18克拉基于黃金的合金,其特征在于,該合金由以重量百分比計(jì)包含以下成分的混合物構(gòu)成-至少75%的金,-從O.5%至2. 1%的針對其與金形成析出物的能力而選擇的第二金屬,所述第二金屬為鋁,-20%至25%、或者優(yōu)選地22. 4%至24. 5%的針對其有利于高溫穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)的能力并且針對其提高所述第二金屬在金中的可溶性以及調(diào)節(jié)合金顏色的能力而選擇的至少一種附加金屬,-0%至O. 5%的針對所述合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的一種或多種成分,所述混合物還包括所述第二金屬與金的至少一種所述析出物,所述析出物從所述第二金屬與金的所述析出物之中選擇以形成為所述合金提供超過250HV的硬度以便改善所述合金的結(jié)構(gòu)硬化的金屬間化合物,所述所選擇的析出物是鋁與金析出物Al2Au515有利地,第二金屬是鋁并且所選擇的析出物是鋁與金析出物Al2Au5,其為合金提供了具有非常好的硬度特性,也就是超過250HV且接近280HV的硬度。該Al2Au5析出物還在轉(zhuǎn)變期間或者在加工時(shí)為合金提供非常好的阻力,因?yàn)樗词购辖鹱兊靡姿?。?yōu)選地,附加金屬為銀,其確保了整個(gè)混合物適當(dāng)可溶。
在一個(gè)特定實(shí)施例中,附加金屬為重量百分比含量優(yōu)選地占重量的10%至12. 5%的銀,且其通過地重量百分比含量優(yōu)選占重量的10%至12. 5%的另一種附加金屬補(bǔ)足,以調(diào)節(jié)合金的顏色。有利地,針對所述合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的至少一種所述成分從鋅、鈷或銥之中選擇。用于獲得具有提高的硬度的金基合金的方法優(yōu)選包括-針對其與金形成析出物的能力而選擇第二金屬,所述第二金屬為鋁;-一方面針對其有利于穩(wěn)定的FCC的能力且另一方面針對其提高所述第二金屬在金中的高溫可溶性的能力而選擇至少一種附加金屬;-創(chuàng)造用于將所述第二金屬與金的析出物嵌入從金、所述第二金屬和所述至少一種附加金屬的混合物的溶液熱處理得到的FCC結(jié)構(gòu)中的條件;-制備以重量百分比計(jì)包含以下成分的混合物
-至少75%的金,-O. 5%至2. 1%的所述第二金屬,-20%至25%、優(yōu)選地從22. 4%至24. 5%的至少一種所述附加金屬,-0%至O. 5%的針對所述合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的一種或多種成分,所述第二金屬和所述附加金屬被選擇成從所述第二金屬與金的所述第二析出物之中獲得所述第二金屬與金的至少一種所述特定析出物以形成為所述合金提供超過250HV的硬度的金屬間化合物,所述所選擇的析出物是鋁與金析出物Al2Au5 ;-通過加熱至400°C與700° C之間且優(yōu)選地650° C與700° C來對所述混合物進(jìn)行溶液熱處理;-在所述溶液熱處理后,優(yōu)選地以環(huán)境溫度硬化的形式執(zhí)行快速冷卻;-在所述快速冷卻后,在200°C與400° C之間且優(yōu)選200° C與250° C之間的溫度下進(jìn)行結(jié)構(gòu)化回火處理以形成所述第二金屬與金的所述至少一種所選擇的析出物,其是鋁與金析出物Al2Au5 ;-通過維持所述結(jié)構(gòu)化回火處理充分的時(shí)段或時(shí)間、優(yōu)選至少60分鐘來允許所述至少一種所選擇的析出物的受控生長,以獲得所需硬度;-在環(huán)境溫度下冷卻。優(yōu)選地,所選擇的析出物的選擇局限于一種析出物,在此情況下是鋁與金析出物Al2Au5O有利地,在快速冷卻后進(jìn)行結(jié)構(gòu)化回火處理至少24小時(shí)。優(yōu)選地,選擇鋁作為第二金屬,并且選擇鋁和金析出物Al2Au5作為所選擇的析出物。有利地,選擇銀作為附加金屬。在一個(gè)變型中,選擇銀作為附加金屬并添加具有與銀相似的特性的另一種附加金屬,以調(diào)節(jié)合金的顏色。諸如機(jī)械合金法或PVD的其他方法也可包括形成鋁與金析出物Al2Au515但是,與以上列舉的操作模式中一樣,應(yīng)當(dāng)創(chuàng)造用于將這種很特別的析出物嵌入合金的面心立方結(jié)構(gòu)中的條件和用于發(fā)育這種析出物以便為合金提供期望的硬度特性的條件。本發(fā)明還涉及析出物用于使金合金硬化的用途。根據(jù)本發(fā)明,該析出物是用于使金合金硬化的鋁與金析出物Al2Au5,所述金合金包含至少75%的金、從O. 5%至2. 1%的鋁和從20%至25%或優(yōu)選從22. 4%至24. 5%的至少一種附加金屬,所述附加金屬一方面針對其有利于穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)的能力且另一方面針對其提高鋁在金中的可溶性的能力而在銀和銅之中選擇,以及從0%至O. 5%的針對所述金合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的一種或多種成分,所述用途得自所述鋁與金析出物Al2Au5嵌入從由金、鋁、所述至少一種附加金屬、如果所述合金包含的話 所述所選擇的成分以及鋁與金析出物構(gòu)成的所述混合物的溶液熱處理獲得的FCC結(jié)構(gòu)中,所述嵌入優(yōu)選可通過上述方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還涉及包括至少一個(gè)由這種類型的合金制成的構(gòu)件的鐘表、珠寶或牙科部件。
權(quán)利要求
1.一種3N 18克拉黃色金基合金,其特征在于,所述合金由以重量百分比計(jì)包含以下成分的混合物構(gòu)成 -至少75%的金, -針對與金形成析出物的能力而選擇的從O. 5%至2. 1%的第二金屬,所述第二金屬為招, -一方面針對有利于穩(wěn)定的面心立方(FCC)結(jié)構(gòu)的能力且另一方面針對提高所述第二金屬在金中的高溫可溶性的能力而選擇的從20%至25%的至少一種附加金屬; -針對所述合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的從0%至O. 5%的一種或多種成分,所述混合物還包括從所述第二金屬與金的析出物之中選擇的至少一種析出物,以便形成金屬間化合物,從而為所述合金提供超過250HV的硬度以便改善所述合金的結(jié)構(gòu)硬化,所選擇的析出物是鋁與金析出物Al2Au515
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金基合金,其特征在于,所述附加金屬為銀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的金基合金,其特征在于,所述附加金屬是重量百分比含量為10%至12. ·5%的銀,并且由濃度低于重量百分比含量為10%至12. 5%的銀的另一種附加金屬補(bǔ)足。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金基合金,其特征在于,所述另一種附加金屬為銅。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的金基合金,其特征在于,針對所述合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的至少一種成分是從鋅、鈷或銥之中選擇的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的金基合金,其特征在于,所述至少一種附加金屬的比率介于22. 4%與24. 5%之間。
7.一種用于獲得具有提高的硬度的金基合金的方法,其特征在于 -針對與金形成析出物的能力而選擇第二金屬,所述第二金屬是鋁; -一方面針對有利于穩(wěn)定的FCC的能力且另一方面針對提高所述第二金屬在金中的高溫可溶性的能力而選擇至少一種附加金屬; -創(chuàng)造用于將所述第二金屬與金的析出物嵌入從金、所述第二金屬和所述至少一種附加金屬的混合物的溶液熱處理得到的FCC結(jié)構(gòu)中的條件; -制備以重量百分比計(jì)包含以下成分的混合物 -至少75%的金, -O. 5%至2. 1%的所述第二金屬, -20%至25%的至少一種附加金屬, -針對所述合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的從0%至O. 5%的一種或多種成分,所述第二金屬和所述附加金屬被選擇成從所述第二金屬與金的析出物之中獲得,所述第二金屬與金的至少一種特定析出物形成金屬間化合物從而為所述合金提供超過250HV的硬度; -所述混合物通過被加熱至650° C與700° C之間而進(jìn)行溶液熱處理; -在所述溶液熱處理后,以環(huán)境溫度硬化的形式進(jìn)行快速冷卻; -在快速冷卻后,在200° C與250° C之間的溫度下執(zhí)行回火結(jié)構(gòu)化處理以形成所述第二金屬與金的至少一種所選擇的析出物,該所選擇的析出物是鋁與金析出物Al2Au5 ; -所述至少一種所選擇的析出物通過將所述回火結(jié)構(gòu)化處理維持至少60分鐘的充足時(shí)間段而以受控方式生長,以獲得期望硬度; -執(zhí)行在環(huán)境溫度下的冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,所述快速冷卻通過水淬硬化而實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法,其特征在于,所述至少一種所選擇的析出物的選擇被約束為單一析出物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,在所述快速冷卻后,進(jìn)行所述結(jié)構(gòu)化回火處理至少24小時(shí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,選擇銀作為所述至少一種附加金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,選擇銀作為所述至少一種附加金屬并且添加濃度低于銀的至少另一種附加金屬。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,選擇銅作為所述至少另一種附加金屬。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,針對所述至少一種附加金屬而選擇的比率介于22. 4%與24. 5%之間。
15.一種鐘表或珠寶,包括至少一個(gè)由根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的具有提高的硬度的金合金制成的構(gòu)件和/或通過根據(jù)權(quán)利要求7至14中任一項(xiàng)所述的方法獲得的金合金制成的構(gòu)件。
16.一種利用析出物來使金合金硬化的用途,其特征在于,所述析出物是用于使金合金硬化的鋁與金析出物Al2Au5,所述金合金包含至少75%的金、O. 5%至2. 1%的鋁、一方面針對有利于穩(wěn)定的FCC結(jié)構(gòu)的能力且另一方面針對提高鋁在金中的可溶性的能力而在銀和銅之中選擇的20%至25%的至少一種附加金屬,以及針對所述金合金的流動(dòng)性和顆粒尺寸的優(yōu)化而選擇的0%至O. 5%的一種或多種成分,通過將所述鋁與金析出物Al2Au5嵌入從包含金、鋁、所述至少一種附加金屬、所述所選擇的成分一如果所述合金具有所述所選擇的成分、以及鋁與金析出物的混合物的溶液熱處理獲得的FCC結(jié)構(gòu)中而獲得所述用途,所述嵌入可經(jīng)由根據(jù)權(quán)利要求7至14中任一項(xiàng)所述的方法實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金合金。其包含至少75%的金、能夠與金形成析出物的0.5%至2.1%的鋁、能夠有利于穩(wěn)定的面心立方結(jié)構(gòu)并且能夠提高鋁在金中的可溶性的附加金屬、以及選擇成獲得超過250HV的硬度的析出物。所選擇的鋁與金的析出物為鋁與金析出物Al2Au5,其包含0.5%至2.1%的鋁和包含大部分銀的附加金屬的補(bǔ)足物。獲得這種合金的方法調(diào)節(jié)析出物在稀釋和硬化后的結(jié)構(gòu)化回火處理期間的受控生長。本發(fā)明涉及使用鋁和金析出物Al2Au5來使金合金硬化的用途。本發(fā)明還涉及包括至少一個(gè)由這種類型的合金制成的構(gòu)件的鐘表或珠寶。
文檔編號C22C5/02GK103038377SQ201180032311
公開日2013年4月10日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者J-F·迪奧納, S·博爾班 申請人:斯沃奇集團(tuán)研究和開發(fā)有限公司