СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЗОЛОТА
GOLD-BASED ALLOY MODIFYING METHOD

Настоящее изобретение относится к области металлургии сплавов цветных металлов, в частности к модифицированию сплавов на основе золота, предназначенных для изготовления ювелирных изделий.
Известен способ модифицирования сплавов цветных металлов, включающий подачу расплава металла в индуктор, обработку его переменным магнитным полем, охлаждение и последующую кристаллизацию, при этом модифицирование и удержание расплава металла осуществляется непосредственно в области кристаллизации путем воздействия на него переменным электромагнитным полем повышенной частоты, а охлаждение осуществляют подачей охлаждающей жидкости непосредственно на поверхность расплава (Заявка №2011106625/02, опубл. 27.08.2012). Однако этот способ применим для сплавов цветных металлов, имеющих небольшой удельный вес (в основном алюминиевых), тогда как для сплавов золота необходимо значительное увеличение мощности генератора для удержания расплава в электромагнитном поле и на практике эта задача для сплавов тяжелых металлов еще не решена.
Наиболее близким к изобретению является сплав на основе золота (патент №2391425 Сплав на основе золота, опубл. 10.06.2010 бюл. №16), полученный следующим образом:
- сплавление цинка с серебром,
- расплавление золота,
- добавление лигатуры цинк-серебро в расплав,
- введение меди
- введение рутения.
Недостатком известного способа является плохая растворимость рутения в золоте из-за его высокой температуры плавления, в связи с чем, распределение рутения по объему сплава происходит неравномерно, а это приводит к снижению модифицирующего эффекта и наличию в структуре сплава нерастворившихся включений рутения.
Основная задача изобретения заключается в повышении качества и модифицирующей способности лигатурного материала, выражающейся в измельчении зеренного строения слитков сплавов золота.
Достигается это тем, что в способе модифицирования сплавов на основе золота, включающем приготовление расплава с использованием рутения, согласно изобретению, предварительно осаждают рутений из электролита гальваническим способом на серебро, и вводят его в расплав в виде лигатуры Ag-Ru с содержанием рутения в количестве 0,001 до 0,01 масс.% непосредственно перед кристаллизацией.
Отличием предлагаемого технического решения от прототипа является последовательность приготовление лигатурного материала для модифицирования. Нанесение рутения на серебро позволяет улучшить его растворение в золоте, в результате чего в сплаве происходит полное усвоение введенного рутения и его равномерное распределение по длине и сечению слитка. Кроме того, данный способ обеспечивает точное определение количества введенного в расплав рутения.
Рутений в пределах 0,001 до 0,01 мас.%, являясь модифицирующей добавкой, дает возможность получить мелкозернистую структуру, обеспечивая необходимый диапазон изменения размеров зерен в пределах 5-10 мкм, при этом повышается пластичность сплава и идет выравнивание механических свойств по дине литой заготовки.
Введение рутения в количестве меньше 0,001 мас.% не приводит к устойчивому эффекту модифицирования в связи с малым его количеством и техническими трудностями с получением такого тонкого слоя на лигатурном материале, а увеличение свыше 0,01 мас.% нецелесообразно, так как это ведет к значительному удорожанию сплава при небольшом увеличении модифицирующего эффекта.
Сущность изобретения поясняется примером. Для опробования предложенного способа были приготовлены сплавы, химический состав которых приведен в табл.1.
Таблица 1
Химический состав сплавов
Обозначение
Содержание элемента, %
Au
Ag
Cu
Zn
Ru
Сплав 1
58,5
5,0
33,2
2,9
0,4
Сплав 2
58,5
5,0
33,59
2,9
0,01
Осаждение рутения может производиться, например, из сульфаматного электролита, в результате чего на пластине серебра образуется слой рутения, толщина которого может варьироваться в зависимости от заданного количества модификатора в пределах 0,001 до 0,01 мас.%.
Сплав 1 был приготовлен по используемому в прототипе способу прямым сплавлением основных компонентов в индукционной печи в атмосфере инертного газа.
Для приготовления сплава 2 была изготовлена пластина серебра заданной массы, на которую производилось осаждение рутения из сульфаматного электролита следующего состава:
сульфамат рутения Ru (NH<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>) в пересчете на металл, г/л
4-7
сульфаминовая кислота (NH<sub>2</sub>SO<sub>2</sub>OH), г/л
45-55
температура, °С
70
плотность тока dk, А/дм<sup>2</sup>
5-10
выход по току η<sub>к</sub>, %
12-13
3
Толщина слоя рутения за 30 мин электролиза оказалась равной 5 мкм, при этом использовался нерастворимый анод из платины. Составление электролита производилось путем сплавления в алундовом стакане порошка рутения с предварительно просушенными щелочью и окислителем, поскольку едкий калий и азотнокислый калий в сухом состоянии гигроскопичны и при сплавлении непросушенных реактивов бурно вскипают, теряя воду при этом расплав по мере образования гидроокиси рутения чернеет. Полученную гидроокись Ru(ОН) растворяли в водном растворе сульфаминовой кислоты. Электролит фильтровали с целью улавливания, не прореагировавшего рутения. В результате из этого электролита на пластине серебра получили светлые и плотные покрытия рутения толщиной до 5 мкм. Далее полученную лигатуру Ag-Ru вводили в расплав золота непосредственно перед кристаллизацией.
С целью определения модифицирующего эффекта проводили исследования структуры металлографическими методами. Микроструктура полуфабрикатов показана на рис.1 в литом (а, в) и деформированном состоянии (б, г) для сплава 1 (а, б) и для сплава 2 (б, г). Обработка литых заготовок проводилась в холодном состоянии методом сортовой прокатки в калибрах со степенью деформации 41%. Видно, что в обоих сплавах рутений обеспечивает получение благоприятной структуры сплавов, являясь эффективным модификатором. Однако в структуре сплава 1, который в соответствии с прототипом модифицировали рутением в виде порошка, выявились грубые включения (см. рис.1, а, б). Это связано с тем, что рутений не успел раствориться при приготовлении сплава, так как он ограниченно растворяется не только в твердом, но и в жидком состоянии. Для исключения образования таких включений уменьшили количество рутения и ввели его в виде лигатуры (Ag-Ru) в расплав непосредственно перед кристаллизацией. Микроструктура сплава 2, полученного по предлагаемому способу представлена на рисунке 1в, г. Видно, что избыточные кристаллы не растворившегося рутения в данном сплаве отсутствуют, что более благоприятно сказалось на свойствах и качестве получаемых полуфабрикатов и изделий из них. При этом мелкозернистая структура наблюдалась по всей длине литой заготовки.
Таким образом, литые и деформированные полуфабрикаты из сплава, полученного заявляемым способом, обладают равномерной мелкозернистой структурой по всей длине, что характеризует высокое качество и эффективность модифицирования.