ЛИТЕЙНЫЙ ЮВЕЛИРНЫЙ СПЛАВ БЕЛОГО ЦВЕТА НА ОСНОВЕ ПАЛЛАДИЯ
JEWELLERY CAST ALLOY OF WHITE COLOUR BASED ON PALLADIUM

Настоящее изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к сплавам на основе палладия, применяемых преимущественно для изготовления ювелирных изделий 900 и 950 проб методами литья.
Сплавы на основе палладия широко используются в ювелирном производстве благодаря высоким потребительским качествам, приближающим их к изделиям из платины. При относительно невысокой стоимости они имеют красивый внешний вид, коррозионную устойчивость к воздействию внешних факторов, хорошую полируемость, хорошо обрабатываются методами литья и обработки металлов давлением. Наибольшим спросом на мировом рынке в последнее время пользуются высокопробные ювелирные палладиевые изделия, в частности изделия 900 и 950 проб. Вместе с тем, в России до последнего времени были стандартизованы и производились лишь ювелирные палладиевые сплавы не выше 850 пробы.
В частности, известен сплав на основе палладия, содержащий, мас.%:
палладий
85,0-85,5;
серебро
12,5-13,5;
никель
остальное.
(Государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р51152-98 «Сплавы на основе благородных металлов ювелирные. Марки» / Госстандарт России. - Москва: ИПК Издательство стандартов. - 1998. - С.4).
К недостаткам данного сплава относятся: невозможность его использования при изготовлении высокопробных (900 и 950 проб) ювелирных изделий. Кроме того, данный сплав имеет высокую температуру плавления, а также содержит никель. Высокая температура плавления затрудняет использование данного сплава при изготовлении ювелирных изделий методами литья, а никель по директивам ЕЭС не рекомендуется использовать в изделиях, вступающих в долговременный контакт с кожей человека. Все это затрудняет его использование при изготовлении ювелирных изделий методами литья, ориентированных на мировой рынок.
Наиболее близким к изобретению по составу является ювелирный сплав белого цвета на основе палладия, содержащий, мас.%:
палладий
95,0-99,5;
кобальт
0,2-3,0;
иридий
0,05-0,6;
серебро
0,1-1,5;
железо
0,05-0,6;
медь
остальное.
(Пат. 2405051 Российская Федерация, МПК C22C 5/04. Ювелирный сплав белого цвета на основе палладия / В.Н.Ефимов, С.Н.Ельцин, С.Н.Мамонов и др. (РФ) - №2009122355/02; заявл. 10.06.2009; опубл. 27.11.2010).
Данный сплав принят в качестве прототипа.
Сплав-прототип на основе сложного многокомпонентного состава имеет красивый белый цвет с блеском, напоминает платину и позволяет в заявленном интервале концентраций компонентов использовать его при изготовлении высокопробных изделий вплоть до 990 пробы методами обработки металлов давлением при изготовлении цепочек, в том числе машинным методом.
К основным недостаткам данного сплава следует отнести:
- содержание в нем кобальта - 0,2-3,0 мас.%, который характеризуется токсичностью и так же, как никель, по директивам ЕЭС его не рекомендуется использовать в изделиях, вступающих в долговременный контакт с кожей человека;
- многокомпонентность состава неизбежно приводит к появлению дендритной ликвации, к неоднородности химического состава и неравномерности физико-механических свойств в объеме получаемых изделий методами литья, что снижает выход годного продукции;
- использование в качестве легирующих компонентов в составе сплава, как тугоплавких металлов - кобальт, железо и иридий, так относительно легкоплавких металлов - серебро и медь, приводит к увеличению температурного интервала кристаллизации и, как следствие, вызывает снижение литейных свойств, усложняет технологию изготовления ювелирных изделий методами литья и снижает выход годного продукции.
Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка состава литейного ювелирного сплава белого цвета на основе палладия, позволяющего использовать его при изготовлении высокопробных ювелирных изделий вплоть до 950 пробы, ориентированных на мировой рынок методами литья, а также повышение промышленной безопасности.
Технический результат достигается тем, что литейный ювелирный сплав белого цвета на основе палладия, содержащий серебро, отличается тем, что дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
палладий
90,0-95,5;
кремний
0,1-0,3;
серебро
остальное.
Общим для известного и заявляемого ювелирных сплавов на основе палладия является наличие в сплаве серебра.
Выбор граничных значений параметров компонентов, указанных в формуле изобретения, обусловлен следующим.
Содержание палладия в сплаве обусловлено требуемой пробностью для высокопробных ювелирных изделий (900 или 950 пробы).
Отличие от сплава-прототипа заключается в дополнительном введении в заявляемый сплав кремния и отсутствие других компонентов, как кобальта, иридия, железа и меди. Оптимальное содержание кремния в сплаве установлено опытным путем. Добавка кремния в количестве 0,1-0,3 мас.% снижает температуру расплава, улучшает его жидкотекучесть. Дальнейшее увеличение содержания кремния в составе вызывает повышение твердости сплава и снижение жидкотекучести, появляется склонность к потускнению при определенных условиях окружающей среды, и сплав может полностью стать непригодным к последующей обработке методами литья. При содержании кремния менее 0,1 мас.% не обеспечивается необходимый уровень прочности получаемых ювелирных изделий и снижается их потребительская ценность.
Снижение количества легирующих компонентов в составе предлагаемого сплава существенно снизит появление дендритной ликвации, повысит однородность физико-механических свойств в объеме получаемых изделий методами литья и увеличит выход годного продукции. Кроме того, отсутствие в составе предлагаемого сплава кобальта удовлетворяет директивам ЕЭС, повышает промышленную безопасность и позволит изготавливать качественные ювелирные изделия, ориентированными на мировой рынок.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь. Дополнительное введение кремния в состав литейного ювелирного сплава белого цвета на основе палладия, содержащего серебро, обеспечивает повышение литейных свойств, достижение оптимальной твердости, повышает промышленную безопасность и позволяет изготавливать ювелирные изделия методами литья с требуемыми потребительскими качествами, ориентированными на мировой рынок.
Пример 1. Приготовление сплава 900 пробы.
Получение литейного ювелирного сплава белого цвета на основе палладия проводили прямым сплавлением чистых компонентов, а именно: палладия аффинированного в слитках (чистотой 99,95%); серебра в гранулах (чистотой 99,95%); кремния аффинированного в порошке (чистотой 99,95%).
В плавильный тигель из диоксида циркония индукционной вакуумной установки УИПВ-63-10-0,01 фирмы «РЭЛТЕК» загрузили шихту, составленную из расчетного количества компонентов, а именно: палладия - 362,0 г; серебра - 37,2 г; кремния - 0,8 г. Установку вакуумировали до остаточного давления 60 Па и затем заполняли аргоном. Плавку шихты проводили в среде аргона. После полного плавления компонентов выдержали полученный расплав в течение 5 минут и производили его слив в массивную медную изложницу. Температурный интервал полученного сплава палладия определялся методом дифференциально-термического анализа. После литья сплав подвергался гомогенизационному отжигу в атмосфере инертного газа (аргона). Далее после охлаждения извлекали из изложницы полученный слиток сплава в форме бруска прямоугольной формы. После механической зачистки поверхности полученный слиток был опробован. Состав сплава контролировался с помощью количественного химического анализа.
Химический анализ пробы показал, что полученный ювелирный сплав на основе палладия соответствует 900 пробе, имеет белый цвет с отливом, напоминающим платину.
Пример 2. Приготовление сплава 950 пробы.
Получение данного литейного ювелирного сплава проводили по технологии, не отличающейся от представленной в примере 1, прямым сплавлением чистых компонентов. В плавильный тигель загрузили шихту, составленную из расчетного количества компонентов, а именно: палладия - 382,0 г; серебра - 17,2 г; кремния - 0,8 г. После механической зачистки поверхности отлитый слиток был опробован. Химический анализ пробы показал, что полученный ювелирный сплав на основе палладия соответствует 950 пробе, имеет белый цвет с отливом, напоминающим платину.
Для исследования технологических свойств отливок из предлагаемого сплава определялись температура плавления, микротвердость и коэффициент отражения в видимом диапазоне волн (прибор SPECORD-M40).
Для сравнения в таблицах 1-4 приведены составы заявляемого сплава, физико-химические свойства, а также коэффициент отражения в сравнении с известным сплавом.
Таблица 1
Составы заявляемого и известного сплавов 900 пробы
№ п/п
Сплав
Химический состав сплава, массовая доля компонента, мас.%
Pd
Ag
Si
Co
Ir
Fe
Cu
1
с содержанием Si меньше 0,1%
90,5
9,45
0,05
-
-
-
-
2
заявляемый
90,5
9,4
0,1
-
-
-
-
3
90,5
9,3
0,2
-
-
-
-
4
90,5
9,2
0,3
-
-
-
-
5
с содержанием Si больше 0,3%
90,5
9,15
0,35
-
-
-
-
Таблица 2
Свойства заявляемого и известного сплавов 900 пробы
№
Сплав
Температура плавления максимальная, °C
Твердость HV, МПа
Котр., %
1
с содержанием Si меньше 0,1%
1445
1370
80
2
заявляемый
1450
1410
79
3
1452
1425
79
4
1454
1440
79
5
с содержанием Si больше 0,3%
1462
1480
78
Таблица 3
Составы заявляемого и известного сплавов 950 пробы
№ п/п
Сплав
Химический состав сплава, массовая доля компонента, мас.%
Pd
Ag
Si
Co
Ir
Fe
Cu
1
с содержанием Si меньше 0,1%
95,5
4,45
0,05
-
-
-
-
2
заявляемый
95,5
4,4
0,1
-
-
-
-
3
95,5
4,3
0,2
-
-
-
-
4
95,5
4,2
0,3
-
-
-
-
5
с содержанием Si больше 0,3%
95,5
4,15
0,35
-
-
-
-
6
известный
95,5
1,0
-
1,9
0,4
0,5
0,7
Таблица 4
Свойства заявляемого и известного сплавов 950 пробы
№
Сплав
Температура плавления максимальная, °C
Твердость HV, МПа
Котр., %
1
с содержанием Si меньше 0,1%
1460
1380
81
2
заявляемый
1466
1420
80
3
1470
1440
80
4
1475
1460
80
5
с содержанием Si больше 0,3%
1482
1500
78
6
известный
1530
1740
77
Как видно из таблиц, заявляемый сплав с различным химическим составом в заявленном диапазоне соотношения компонентов (сплавы №№2-4) по сравнению с известным благодаря оптимальному сочетанию в сплаве компонентов в указанном количественном соотношении обладает более низкой температурой плавления - 1450÷1475°C, оптимальной твердостью - 1410÷1460 МПа, совпадает по пробности и цвету с основными сплавами палладия, имеющими пробы 900 и 950.
Таким образом, применение заявляемого сплава по сравнению с прототипом обеспечивает повышение литейных свойств, достижение оптимальной твердости, повышает промышленную безопасность и позволяет изготавливать качественные ювелирные изделия методами литья с требуемыми потребительскими свойствами, ориентированными на мировой рынок.