ЮВЕЛИРНЫЙ СПЛАВ ПЛАТИНЫ
JEWELLERY TITANIUM ALLOY

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к ювелирным сплавам платины, применяемым для изготовления ювелирных изделий, преимущественно цепочек, колец и микролитья изделий по выплавляемым моделям.
Платина в чистом виде в ювелирном деле практически не применяется из-за низких механических свойств - недостаточных прочности и твердости. Ее свойства улучшают незначительными добавками других металлов, повышающих износостойкость изделий. Полученные, таким образом, сплавы на основе платины широко используются в ювелирном деле благодаря высоким потребительским качествам. Они имеют красивый внешний вид, коррозионную устойчивость к воздействию внешних факторов, прекрасно сочетаются с драгоценными камнями, хорошо обрабатываются.
Наибольшим спросом на мировом рынке пользуются высокопробные ювелирные платиновые изделия 950 и 990 проб.
В частности, известен ювелирный сплав на основе платины 950 пробы, содержащий, мас.%:
платина
95,0-95,5
медь
остальное
(Межгосударственный стандарт ГОСТ 30649-99. «Сплавы на основе благородных металлов ювелирные. Марки». Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск, стр.4, опубл. 28.05.99 г.).
Данный сплав широко используется в ювелирном деле и может быть принят в качестве аналога к заявляемому сплаву.
Сплав-аналог используется в основном для изготовления колец методами штамповки и, в меньшей степени, для цепевязания. Недостаточная поверхностная твердость и низкая износостойкость изделий, изготовленных из этого сплава, осложняют его широкое применение для изготовления ювелирных цепочек.
Из уровня техники известен ювелирный сплав платины, содержащий, мас.%: платина - 95,0; палладий - 4,5; иридий - 0,5 [Бреполь Э. Теория и практика ювелирного дела. 3-е изд., пер. с нем., Л., «Машиностроение», 1977, стр.57].
Добавка иридия повышает твердость, а следовательно, износоустойчивость платины. Добавка палладия улучшает обрабатываемость и ковкость, осветляет цвет сплава, снижает температуру плавления сплавов платины. Данный сплав может использоваться как для микролитья в ювелиром деле, так и при изготовлении цепочек, является наиболее близким по составу к заявляемому сплаву и принят в качестве прототипа.
Сплав-прототип имеет красивый внешний вид, характеризуется относительно высокими потребительскими качествами, в том числе повышенной поверхностной твердостью и износостойкостью изготовленных из него изделий. Основным недостатком данного сплава является недостаточная стабильность его физико-механических свойств, вызванная нередким проявлением неоднородности структуры, формирующейся на стадии литья полуфабрикатов и сохраняющейся от исходных заготовок вплоть до готовой проволоки, что существенно затрудняет процесс машинного цепевязания. Следует отметить дефицитность и высокую стоимость иридия, входящего в состав сплава-прототипа, в концентрации около 0,5%.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка состава ювелирного сплава платины 950 пробы, обладающего повышенной стабильностью физико-механических свойств, содержащего меньшее количество дефицитного и дорогостоящего иридия и не уступающего сплаву-прототипу по внешнему виду.
Технический результат достигается тем, что ювелирный сплав платины, содержащий палладий и иридий, дополнительно содержит вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%:
платина
95,0-95,5
иридий
0,01-0,4
вольфрам
0,01-0,4
палладий
остальное
Общим для известного и заявляемого ювелирных сплавов на основе платины является наличие в сплаве палладия и иридия.
Содержание платины в сплаве обусловлено необходимостью обеспечения требуемой 950 пробы для конечных ювелирных изделий.
Включение в состав сплава дополнительного компонента - вольфрама приводит к улучшению структуры, формирующейся при кристаллизации расплава. Вольфрам является эффективным модификатором сплава и наряду с иридием положительно влияет на формирование мелкозеренной однородной структуры, повышая стабильность физико-механических свойств сплава. Частичная замена иридия на относительно дешевый вольфрам приводит не только к удешевлению ювелирного сплава платины, но и благоприятно влияет на характер его пластической деформации, повышает технологические свойства полуфабрикатов, не ухудшая внешнего вида готовых изделий.
Наличие палладия, иридия и вольфрама в ювелирном сплаве платины в указанном соотношении компонентов является оптимальным. Превышение содержания вольфрама, равно как и иридия, более 0,4% в заявляемом сплаве нецелесообразно, так как приводит к нежелательному повышению тугоплавкости и твердости сплава.
Снижение содержания вольфрама или иридия в сплаве ниже 0,01% также нежелательно, так как ведет к уменьшению их модифицирующего воздействия на структуру кристаллизующегося расплава и сопровождается снижением стабильности физико-механических характеристик получаемых полуфабрикатов.
Пример.
Получение ювелирного сплава платины 950 пробы проводили прямым сплавлением следующих компонентов: платины аффинированной в слитках (ПлА-0, чистотой 99,98%); палладия аффинированного (ПдА-1, чистотой 99,95%); вольфрама в порошке (чистотой 99,95%%, поставщик ЗАО «Лаверна-Холдинг»); иридия в порошке (ИА-1, чистотой 99,95%).
В плавильный тигель из диоксида циркония индукционной вакуумной установки FIM/FPT фирмы «ITALIMPIANTI ORAFI» загрузили шихту, приготовленную из расчетных количеств компонентов: 2380,0 г платины, 114,0 г палладия, 3,75 г вольфрама и 2,50 г иридия.
Установку вакуумировали и заполнили затем инертным газом - аргоном. Плавку шихты проводили в среде аргона. После полного расплавления компонентов выдержали полученный расплав в течение 15 минут и произвели его слив в массивную медную изложницу.
После охлаждения извлекли из изложницы слиток сплава в форме бруска прямоугольной формы массой 2495,3 г (или 99,80% от загрузки).
После механической зачистки поверхности полученный слиток был опробован, проба подвергнута химическому анализу.
Химический анализ пробы показал, что полученный ювелирный сплав платины содержит 95,35% платины, 0,11% вольфрама, 0,10% иридия, остальное - палладий.
Полученный ювелирный сплав платины соответствует 950 пробе, характеризуется меньшим, в сравнении с прототипом, содержанием дефицитного и дорогостоящего иридия, имеет красивый характерный для платины цветовой оттенок, достаточную для изготовления ювелирных изделий микротвердость (960-1030 МПа в литом состоянии).
Металлографический анализ шлифов показал, что в полученном литом сплаве отсутствуют химическая неоднородность и пористость, сплав по всему объему имеет мелкозернистую структуру с размером зерна в пределах 35-50 мкм, что обусловлено совместным модифицирующим воздействием иридия и вольфрама.
3
2
2
V
V
Были измерены плотность (20,85 г/см при 20°C) и твердость сплава в отожженном состоянии (H=87 кгс/мм) и в нагартованном состоянии (H=135 кгс/мм).
Полученный ювелирный сплав платины был прокован в прутки, из которых прокаткой и волочением была изготовлена проволока. Из полученной проволоки методом машинного цепевязания были изготовлены ювелирные цепочки «Гурмета» (номенклатура НЦ 41-002⌀0,30). Выход годного составил более 90%. Сплав показал высокую стабильность физико-механических свойств и был рекомендован к использованию в ювелирном производстве.