СОСТАВ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЮВЕЛИРНОГО СПЛАВА ПЛАТИНЫ
COMPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING JEWELER PLATINUM ALLOY

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к изготовлению и составу ювелирных сплавов платины, применяемых для производства ювелирных изделий, преимущественно цепочек.
Платина в чистом виде в ювелирном деле практически не применяется из-за низких механических свойств: недостаточной прочности и твердости. Свойства платины улучшаются незначительными добавками других металлов, повышающих износостойкость изделий. Полученные, таким образом, сплавы на основе платины широко используются благодаря высоким потребительским качествам. Они имеют красивый внешний вид, коррозионную устойчивость к воздействию внешних факторов, прекрасно сочетаются с драгоценными камнями, хорошо обрабатываются.
Известен состав и способ изготовления ювелирного сплава платины (RU 2561562 С1, 13.05.2014). Согласно, указанному патенту, существует состав ювелирного сплава на основе платины, который содержит по мас, %: платина 58,0-59,0; медь 35,5-36,0; кобальт 4,8-5,0; родий 0,5-0,7; палладий 0,1-0,29; иридий 0,01-0,1.
Данный сплав используется в ювелирном деле и может быть принят в качестве прототипа к заявляемому сплаву.
Получение сплава-прототипа сопровождается сложными операциями, что связано с введением большого числа легирующих и модифицирующих компонентов с высокими температурами плавления. Добавка кобальта, родия и иридий в сплаве-прототипе повышают его твердость, следовательно, и износостойкость ювелирных изделий получаемых из него. Имея высокую твердость, сплав имеет невысокую пластичность, что затрудняет получение цепочек в процессе деформации: прокатке, волочении и машинном цепевязание. Не высокая пластичность сплава при деформации осложняет его широкое применение для изготовления ювелирных цепочек. Также кобальт, входящий в состав сплава, является гипоаллергенным металлом. Следует отметить дефицитность и высокую стоимость иридия и родия, входящего в состав сплава-прототипа. Также сплав-прототип, имея в своем составе родий, который обладает необычайной белизной и является «красителем» для многих сплавов, не отвечает условиям цветности, которые необходимы для платиновых ювелирных изделий.
Способ изготовления ювелирного сплава платины, предложенный в патенте, является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и принят в качестве прототипа. Способ - прототип получения сплава заключается в том, что осуществляется в плавильной камере первый расплав чистых металлов заявленного состава, и одновременно в другой плавильной камере - второй расплав указанного состава из отработанных оборотных металлов. Расплавы готовят путем загрузки соответствующих компонентов в холодные тигли. Тигли помещают в плавильные камеры, в которых создают вакуум, разогревают компоненты обоих сплавов до их плавления в течение 40-120 с при температуре 1700-1900°С. После чего второй расплав очищают от примесей и смешивают с первым расплавом. Очистка от примесей одного из расплавов, смешивание двух расплавов эти операции увеличивают продолжительность получения слитка, создают сложность в аппаратурном оформлении и требуют дополнительных энергетических затрат. Быстрый нагрев в течении 40-120 с до температуры плавления компонентов без выдержки расплава при температуре способствует получению гетерогенной структуры сплава, что отрицательно сказывается на последующей пластической деформации.
В способе - прототипе полученную жидкую массу сливают в формы опоки при температуре опоки 800-900°С, выдерживают в течение 180-600 с, до момента получения отвержденного сплава, охлаждают и выдерживают в формах опоки до полного остывания при температуре окружающего воздуха 15-30°С. Охлаждение горячего отвержденного сплава с высокой температуры в опоке на воздухе сопровождается окислением слитка и формированием в структуре упорядоченного твердого раствора, что значительно повышает твердость слитка и негативно сказывается на его последующей обработке.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка способа изготовления и состава ювелирного сплава платины, который обладает хорошей пластичностью при достаточно высокой твердости. Предлагаемый сплав имеет твердость после отжига 1450 МПа и обладает и хорошей пластичностью (деформация между отжигами 78%). Однородный по химическому составу мелкозернистый сплав (размер зерен 30-40 мкм), полученный заявляемым способом изготовления, обладает высокой технологичностью при обработке и обеспечивает беспроблемные процессы деформации при производстве ювелирных цепей.
Технический результат состава ювелирного сплава достигается тем, что предлагаемый ювелирный сплав платины содержит палладий и цинк, как легирующие компоненты, и цирконий, как модифицирующий компонент, в следующих соотношениях, мас. %:
Платина 58,0-60,0;
Палладий 5,0-10,0;
Цинк 1,0-2,0;
Цирконий 0,01-0,05;
Медь остальное.
Общим для известного и заявляемого ювелирных сплавов на основе платины является наличие в сплаве меди.
Введение цинка в сплав от 1 мас. % до 2 мас. % повышается его жидкотекучесть, что благоприятно влияет на характер пластической деформации. При содержании цинка в сплаве выше 2% повышается порог хрупкости, что отрицательно сказывается при деформации сплава в производстве цепей.
Сплав имеет в своем составе медь, которая повышает твердость сплава, следовательно, повышается его износостойкость. Медь обеспечивает хорошую технологичность сплава при обработке, улучшает текучесть при его литье, облегчает удельный вес сплава. Повышение содержания меди способствует окисляемости сплава, что оказывает влияние на его цветность и отрицательно сказываться на механических свойствах.
Палладий, вводимый в сплав (от 5 мас. % до 10 мас. %), значительно повышает пластичность сплава. Палладий склонен к газонасыщению, особенно к поглощению водорода, который используется в защитной атмосфере при отжиге и пайке, следовательно, повышение содержания палладия не возможно для получения качественной готовой продукции.
Цирконий, вводится в сплав как модифицирующий компонент (0,01-0,05 мас. %). Введение модификатора позволяет получить при литье однородную по химическому составу, мелкозернистую структуру, благодаря которой сплав имеет повышенный комплекс механических свойств. Обладая высокой пластичностью, сплав имеет и высокую твердость, что отвечает за повышенную технологичность сплава при обработке.
Опытным путем установлено, что за пределами указанных значений компонентов сплава, в частности в случаях увеличения в сплаве процентного содержания платины, повышается расход дорогостоящей платины, а в случае снижения этого показателя и увеличения процентного содержания в сплаве других компонентов уменьшается стойкость сплава к окислению, снижаются потребительские свойства ювелирных изделий. При испытании данного сплава установлены оптимальные содержания компонентов.
Технический результат получен способом изготовления сплава, который достигается тем, что плавка сплава на основе платины осуществляется при загрузке всех чистых компонентов и модифицирующей добавки в один тигель одной плавильной камеры печи. После загрузки камеру герметизируют, создают в ней вакуум, заполняют аргоном и обеспечивают постепенный нагрев до температуры полного расплавления компонентов сплава, выдерживают при этой температуре в течение 10 минут. В инертной среде сливают сплав в изложницу, и после выдержки в течение 10 минут погружают в воду до полного охлаждения.
Сущность способа состоит в том, что при введении модифицирующей добавки и равномерного нагрева тигля до температуры плавления компонентов, выдержка расплава при этой температуре в течение 10 минут обеспечивает получение гомогенного состава сплава с мелкозернистой структурой. После слива в инертной атмосфере расплава в изложницу его выдерживают в течении 10 минут с последующим полным охлаждением сплава в воде. За 10 минут кристаллизации сплава он охлаждается до температуры 500-600°С, и дальнейшее его быстрое охлаждение в воде препятствует образованию упорядоченного твердого раствора, который значительно повышает твердость слитка и отрицательно влияет на его обработку. Получение гомогенной мелкозернистой структуры и отсутствие упорядоченного твердого раствора способствуют дальнейшей благоприятной пластической деформации слитка.
Пример.
Для получения ювелирного сплава на основе платины изначально необходимо подготовит лигатуру с модифицирующей добавкой, цирконий вводится в сплав через палладий. Получение лигатуры для ювелирного сплава на основе платины проводили сплавлением палладия аффинированного (ПдА-1, чистотой 99,95%) и брикетированного циркония. В плавильный тигель из диоксида циркония индукционной вакуумной установки FIM/FPT фирмы «ITALIMPIANTI ORAFI» загрузили шихту, приготовленную из расчетных количеств компонентов: 590 г палладия и 31,1 г циркония.
Установку вакуумировали и заполнили затем инертным газом - аргоном. Плавку шихты проводили в среде аргона. После полного расплавления компонентов в печи Т=1550-1600°С, выдержали полученный расплав в течение 15 минут и произвели его слив в медную изложницу. Сливали расплав в изложницу (Тизл=200-250°С) в инертной среде, выдерживали в течение 10 минут. Разобрали изложницу, извлекли из изложницы слиток сплава в форме пластинки прямоугольной формы и поместили в воду (Тводы=18-20°С) до полного охлаждения. После охлаждения слиток на ленточном станке ARG130 фирмы PILOUS (Чехия) разрезали на образцы 10×10×1,5 мм для ввода их в основном сплав платины.
Получение ювелирного сплава на основе платины проводили также прямым сплавлением следующих компонентов: платины аффинированной в слитках (ПлА-0, чистотой 99,98%); палладия аффинированного (ПдА-1, чистотой 99,95%); гранул меди, для введения цинка вводили латунь -35 и пластинка сплава палладий-цирконий.
В плавильный тигель из диоксида циркония индукционной вакуумной установки FIM/FPT фирмы «ITALIMPIANTI ORAFI» загрузили шихту, приготовленную из расчетных количеств компонентов: 643,5 г платины, 164,4 г палладия, 236,3 г меди, 49,8 г латуни-35 и 2,2 г пластинка сплава палладия с цирконием.
Установку вакуумировали и заполнили затем инертным газом - аргоном. Плавку шихты проводили в среде аргона. После полного расплавления компонентов при Т=1500-1550°С, выдержали полученный расплав в течение 15 минут и произвели его слив в массивную медную изложницу. Сливали расплав в изложницу (Тизл=200-250°С) в инертной среде, выдерживали в течение 10 минут. Разобрали изложницу и слиток поместили в воду (Тводы=18-20°С) до полного охлаждения. Получили слиток сплава в форме бруска прямоугольной формы, массой 1074,4 г (или 98% от загрузки).
После механической зачистки поверхности полученный слиток был опробован, проба подвергнута химическому анализу.
Химический анализ пробы показал, что полученный ювелирный сплав платины содержит мас. %: платины 58,75, палладия 4,9, меди 34,07, цинка 1,13, циркония 0,017.
Полученный ювелирный сплав платины соответствует 585 пробе, имеет красивый, характерный для платины цветовой оттенок, достаточную для изготовления ювелирных изделий микротвердость 1570 МПа в литом состоянии.
После литья слиток отожгли по режиму Т=950°С τ=30 минут в среде аргона (3 части) и аммиака (1 часть). Металлографический анализ шлифов показал, что в сплаве отсутствуют химическая неоднородность и пористость, сплав по всему объему имеет зеренную структуру с размером зерна в пределах 30-40 мкм. Размер зерна соответствует прошедшим процессам первичной рекристаллизации, сплав имеет оптимальное соотношение свойств: твердости и пластичности.
Полученный ювелирный платиновый сплав 585 пробы после отжига, подвергли прокатки и волочению с промежуточными отжигами для изготовления проволоки. Из полученной проволоки, благодаря ее высокой пластичности, методом машинного цепевязания и аргонодуговой сварки были изготовлены ювелирные цепочки «Гурмета» (номенклатура НЦ 41-002∅0,30).
Сплав был рекомендован к использованию в ювелирном производстве для изготовления цепочек.