Припой на основе платины для пайки ювелирных изделий

 

Изобретение относится к припоям на основе платиновых металлов, применяемых в производстве ювелирных изделий, а также может быть использовано в медицинской и электротехнической промышленности. Припой содержит следующие компоненты в мас.%: кремний 1-3, палладий 2-16, платина - остальное. Припой обладает более низкой температурой плавления и обеспечивает повышенную прочность паяного соединения, при этом сохраняется пробность и цветовая идентичность основы и паяного соединения готового ювелирного изделия. 1 ил, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, а именно к припоям на основе платиновых металлов, применяемых в производстве ювелирных изделий, а также может быть использовано в медицинской и электротехнической промышленности.

При изготовлении ювелирных изделий из благородных металлов, в частности на основе платины, мелкие детальки соединяются посредством припоя, в результате чего на границе основного сплава - припоя происходят структурные изменения, поэтому возникает проблема прочности участков соединения и создание сплава для припоя, который обладал бы высокими механическими свойствами, а также не отличался по цвету от основного сплава (основы).

Из общедоступной патентной информации известны припои, изготавливаемые из сплавов на основе благородных металлов или содержащие их в своем составе.

Известен сплав на основе платины, предназначенный для использования в ювелирной, медицинской и электротехнической промышленности (авт. св. СССР N 485165, C 22 C 5/00, заявл. 26.04.74, опублик. 25.09.75, БИ N 35). Известный сплав содержит кроме платины олово, железо, а также металл, выбранный из группы, содержащей индий, алюминий. Однако использование известного сплава в качестве припоя для ювелирных изделий не обеспечит цветовой идентичности основного сплава с припоем из-за присутствия в сплаве железа, что ухудшит внешний вид ювелирного изделия. Кроме того, большое количество неблагородных компонентов не обеспечивает пробность ювелирного изделия.

Известен платиновый сплав, содержащий, мас.%: Платина - 84 - 96 Галлий - 2 - 10 Олово - 1 - 10 (акц. заявка Японии N 61-272334, C 22 C 5/04, заявл. 27.05.85, опуб. 02.12.86). Сплав рекомендован для использования в производстве ювелирных изделий, обладает мелким зерном и хорошей обрабатываемостью. Однако известный сплав имеет высокую температуру плавления, поэтому его использование в качестве припоя для пайки ювелирных изделий на основе платины невозможно. Кроме того, наличие в сплаве большого количества неблагородных металлов снижает качество припаиваемой основы (благородность) за счет разубоживания.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к заявляемому является припой из сплава на основе платины ПлПд-10, содержащий, мас.%: Палладий - 10 Платина - 90 (Г. С.Хаяк и др. Промышленные изделия из благородных металлов и сплавов. Справочник. М.: Металлургия, 1985, с. 231).

Недостатком припоев из указанного сплава является высокая температура плавления, поэтому они могут использоваться только для определенного состава паяемых материалов, что ограничивает их применение. Известный сплав имеет низкую механическую прочность, что не позволяет получить качественное паяное соединение.

Задачей технического решения является снижение температуры плавления припоя и повышение прочности паяного соединения при сохранении пробности и цветовой идентичности основы и паяного соединения готового ювелирного изделия.

Поставленная задача достигается тем, что припой на основе платины, включающий палладий, согласно изобретению дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кремний - 1 - 3 Палладий - 2 - 16
Платина - Остальное
Выбор припоя на основе платины обусловлен изготавливаемым ювелирным изделием с целью обеспечения цветовой идентичности основного сплава и припоя и благородности всего изделия. Однако чистая платина для изготовления припоя практически не может быть использована из-за низкой прочности, поэтому для обеспечения высоких эксплуатационных свойств платинового припоя вводят добавки, которые дают возможность изменить его физико-механические свойства.

Добавка палладия в сплав заметно улучшает цвет платинового сплава и снижает его температуру плавления. Из всей группы платиновых металлов палладий обладает меньшей плотностью, что обеспечивает припою с добавкой палладия высокую технологичность, кроме того, палладий имеет пониженную стоимость и менее дефицитен.

Изучение структуры сплава на основе платины с добавкой палладия показало, что содержание в сплаве палладия в количестве 2 - 16% является оптимальным для замещения платины в сплаве. Уменьшение содержания палладия менее 2% повышает температуру плавления сплава, а более 16% - повышает его твердость, что приводит к ухудшению технологичности припоя.

Введение в сплав определенного количества кремния за счет образования интерметаллических соединений значительно улучшает эксплуатационные характеристики получаемого припоя. Содержание кремния в количестве 1 - 3% обеспечивает снижение его температуры плавления до 960-1300^oC. Исследования показали, что заявляемые пределы содержания кремния модифицируют микроструктуру сплава, в результате чего достигается получение оптимальной мелкоизмельченной структуры с регламентированным соотношением размеров структурных составляющих паяного соединения.

Содержание в сплаве 1% кремния обеспечивает наиболее высокие механические характеристики. При наличии его в большом количестве (более 3%) в паяном соединении образуется неоптимальная структура, резко снижающая пластические свойства паяного шва, так как процесс плавления и кристаллизации сплавов вблизи эвтектического состава сопровождаются реакциями поглощения и выделения тепла. Это существенно усложняет получение качественного паяного соединения.

Кроме того, увеличение содержания кремния ухудшает оптические свойства припойного сплава.

На чертеже приводится снимок микроструктуры поперечного шлифа основы и слоя припоя (паяного соединения) из заявляемого сплава, показывающий, что в заявляемых пределах содержания кремния основа хорошо сохраняется, припой не разрушает основу. Увеличение X560.

Припой предлагаемого состава благодаря снижению температуры плавления обеспечивает усиление диффузионных процессов в зоне пайки, платина равномерно распределяется между фазовыми составляющими паяного соединения, что обеспечивает его упрочнение и одинаковую пробность всему изделию.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Сплавы готовили прямым сплавлением платины, палладия и кремния. В качестве исходных компонентов использовали платину чистотой 99,9%, палладий - чистотой 99,9% и кремний марки KpOO чистотой 99,0%. Для получения сплавов были приготовлены шихты с различным содержанием компонентов (см. таблицу). Исходную шихту сплавляли в кварцевом тигле методом индукционного нагрева под защитой инертного газа - гелия в плавильной установке "Кристалл-704". Шихту нагревали до температуры 1240^oC, плавили, разливали при небольшом избыточном давлении гелия и получали сплав, который использовали в качестве припоя.

Приготовленный припой применяли для пайки платиновых сплавов в ювелирном производстве. Пайку осуществляли с помощью газовой горелки.

Свойства исследуемых сплавов и свойства паяных соединений определяли методами микроструктурного, термического и рентгеновского анализов. Эксплуатационные характеристики сплава и паяных соединений представлены в таблице.

Как видно из таблицы, заявляемый сплав имеет низкую температуру плавления и твердость, что позволяет использовать его в качестве припоя для пайки благородных металлов. Использование предлагаемого припоя обеспечивает высокую механическую прочность паяного соединения, цветовую окраску, идентичную цвету основы, и сохранение благородности всего ювелирного изделия.

Формула изобретения

Припой на основе платины для пайки ювелирных изделий, включающий палладий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кремний - 1 - 3
Палладий - 2 - 16
Платина - Остальноер

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2