一种多元铂钌合金及其制备方法与流程

本发明涉及一种合金及其制造方法，更具体地是指一种多元铂钌合金及其制备方法。

背景技术：

由于铂金具有较强的韧性，所以足铂的加工难度较大，因此一般不直接用足铂材料制作首饰，而是在足铂材料中配入其他的铂族金属，如钌，并根据需要配一些补口(在配置时必须严格按照国家规定的标准进行)，从而增加铂金材料的硬度和脆性。因此加工工艺较为复杂，对工艺的要求也就非常严格和规范。

钌(ru)为银白色金属，属于铂族元素，是铂(pt)的有效硬化剂，密度为12.3，熔点2310℃，其化学性质不活泼。铂(pt)呈银白色，具有金属光泽，硬度为4-4.5度，相对密度为21.45，延展性强，熔点高达1768℃。铂(pt)与钌(ru)虽共属于铂族金属，但密度、熔点等略有不同，因此在浇铸熔合的过程中，难度细数很大。

技术实现要素：

本发明的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种多元铂钌合金及其制备方法。

本发明的进一步目的在于为克服现有技术的不足，还提供一种多元铂钌合金的熔炼设备。

本发明的技术内容为：

一种多元铂钌合金，其组分按照质量百分比为铂95％、钌0.5-1％、铜2.5-4.5％、钯0-2.0％、钴0-0.3％。

其进一步技术内容为：所述组分按照质量百分比计为铂95％、钌0.5％、铜4.2％、钯0.2％、钴0.1％。

其进一步技术内容为：所述组分按照质量百分比计为铂95％、钌1％、铜2.2％、钯2.0％、钴0.3％。

其进一步技术内容为：所述组分按照质量百分比计为铂95％、钌0.6％、铜2.5％、钯1.6％、钴0.3％。

上述多元铂钌合金的制备方法，制备过程包括以下步骤：

(1)将各金属原料，按比例称重后，置于坩埚内；

(2)将坩埚盖置于坩埚的上方，并抽真空，达到设定真空值时，充入保护气体；

(3)启动加热，坩埚内升温，原料开始熔化；

(4)通过设于坩埚盖的石墨搅拌棒对坩埚里的金属液体进行搅拌；

(5)达到2350度之后，搅拌30秒-1分钟后，停止加热；

(6)将坩埚从加热位移出，置于油槽上方，使熔化的金属液体倒入油槽冷却成形为固体。

其进一步技术内容为：金属液体从坩埚倒入到油槽时，通过保护气体仓的保护；所述的保护气体仓内的气压为外界气压的1.05-1.1倍；所述保护气体仓设有上开口，及位于上开口的活动盖板，所述油槽置于保护气体仓的下方，坩埚的上边缘设有一出料下缺口，坩埚盖的下边缘设有一出料上缺口，倒金属液体时，先将坩埚移至上开口的上方，打开活动盖板，保护气体仓内持续加入保护气体，并保持内部压力外界气压的1.02-1.05倍；再旋转坩埚盖，使出料上缺口与出料下缺口对齐，并置于上开口处，将坩埚倾斜，将金属液体倒向保护气体仓内的油槽内。

本发明还公开了上述多元铂钌合金的熔炼设备，包括机座、立柱、横向支架、旋转支架和设于机座右端的加热装置，所述的加热装置设有加热腔，在加热装置的正背后设置有冷却油槽；所述的立柱上连接有横向支架，旋转支架的外端旋转联接有锥形筒状的坩埚。

其进一步技术内容为：所述横向支架上设有电动机，带动内设有的螺母件，通过与立柱平行固定的丝杆的作用，带动横向支架升降；横向支架的外端与坩埚通过滚动轴承进行连接形成一个旋转支架，所述旋转支架设有用于放入坩埚的固定腔。

其进一步技术内容为：所述的加热装置为工频加热装置，内设有位于加热腔四周的加热线圈，坩埚置于加热腔内，所述旋转支架的外端连接有旋转手柄。

其进一步技术内容为：坩埚上有坩埚盖,该坩埚盖设置有出料上缺口、石墨搅拌棒、密封套管以及气路联接口，所述坩埚的上边缘还有一出料下缺口；所述冷却油槽置于保护气体仓的下方,所述保护气体仓设有上开口，及与上开口滑动联接的活动盖板。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过在铂钌合金中按配方加入钯、铜、钴等元素后，使铂钌合金在色泽、硬度、密度、延展性上更具优势，且成本更低，对人体无害。采用本发明的合金配方，使得铂钌合金的性能稳定。采用本发明的制备方法，在熔炼过程和冷却过程均采用保护气体，不与空气直接接触，减少了被氧化的机会。可使砂眼出现概率大大降低，且合金硬度高，可达到124hv,延长度可达34％，镶嵌牢固且不易变形，产品样式和车花等各种特色工艺也不受硬度限制，可以广泛用于珠宝首饰品，如拉成丝或压成薄片制成项链、戒指和有纪念意义的图案等；同时也可以用于工业技术领域。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明一种多元铂钌合金的制备方法具体实施例的流程图；

图2a为本发明一种多元铂钌合金的熔炼设备具体实施例的主视示意图；

图2b为本发明一种多元铂钌合金的熔炼设备具体实施例的俯视示意图(图中未装入坩埚)；

图3为图2a、2b实施例的坩埚与加热装置的剖面示意图；

图4为图2a的a-a剖面图(顺利针九十度)；

图5为另一实施例的坩埚盖剖面图；

图6为另一实施例的保护气体仓的上开口的又一结构示意图。

附图标记

1机座2加热装置

3加热腔4立柱

5横向支架6坩埚

7冷却油槽8电动机

9滚动轴承10旋转手柄

11旋转支架12加热线圈

13出料下缺口14出料上缺口

15气路连接孔16石墨搅拌棒

17密封18保护气体仓

19上开口20活动盖板

21丝杆

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

本发明一种多元铂钌合金，其组分按照质量百分比为铂95％、钌0.5-1％、铜2.5-4.5％、钯0-2.0％、钴0-0.3％。

实施例一

本发明一种多元铂钌合金，组分按照质量百分比计为铂95％、钌0.5％、铜4.2％、钯0.2％、钴0.1％。

实施例二

本发明一种多元铂钌合金，组分按照质量百分比计为铂95％、钌1％、铜2.2％、钯2.0％、钴0.3％。

实施例三

本发明一种多元铂钌合金，组分按照质量百分比计为铂95％、钌0.6％、铜2.5％、钯1.6％、钴0.3％。

本发明一种多元铂钌合金具有以下特点：

完美色泽，恒久珍贵：钌(ru)是铂系元素地壳中含量最少的一个，稀有而珍贵，色泽为白。因此，铂钯钌铜钴五元合金，能充分体现铂金自然天成的白色光泽，无须镀铑。化学性质稳定，不易褪色，可恒久保持完美光泽。

高硬度，坚韧不变：相较于其他铂合金，铂钯钌铜钴五元合金的维氏硬度高达124hv，远远超过铂950/钯合金的70hv。充分保证了其在首饰镶嵌过程中的安全可靠，令宝石镶嵌的更为牢固。

高密度，永不磨损：铂金是所有金属中密度最高的贵金属之一，而钌的密度也高于钯的密度，因此，铂钯钌铜钴五元合金也具有较高的密度，保证了其制作出来的铂金首饰都不易被划伤或者磨损，更加经得起时间的考验，值得一生珍藏。

高延展性：铂钯钌铜钴五元合金的延长度为34％，富有良好的延展性，可塑性更强，且具有高硬度，制作出来的珠宝首饰不易变形，能够支持铂钯不能实现的车花等特色工艺。

适用于各种生产加工方式：通常铂钯钌铜钴五元合金被制作成管型材料，然后被切成薄片，主要被用于婚戒和手表以及其他需要车床加工的铂金首饰，铂钯钌铜钴五元合金是一种很适合于模具冲压工艺的合金原料。由于其具有高度的延展性，因此也可适用于铂金丝和铂金链的制造。

铂钯钌铜钴五元合金在首饰制作及应用上的优势：

1)它适用于各种生产加工方式；

2)按惯例回收提炼并不难；

3)它适用于机械加工；

4)它也适合冲压；

5)它的硬度高，而且耐磨损；

6)它比其他合金更能保持其完美的光泽；

7)它能体现铂金自然天成的白色光泽，而不需要镀铑；

8)价格优势：相对于其他铂族金属价格较为便宜，而且铂pt950/钌ru合金多年来早已成为美国和其他国家众多高级珠宝商的首选。而铂钯钌铜钴五元合金比铂pt950/钌ru合金更适用于铂金首饰的制造，且并未因新的元素加入而增加成本，优势明显；

9)铂金首饰设计空间扩大：铂钯钌铜钴五元合金富有良好的延展性，可塑性更强，且具有高硬度的特质，其制作出的珠宝首饰不易变形，能够完美实现几乎所有的镶嵌方式，并能支持铂pt950/钯pd合金所不能实现的车花等多种特色工艺，这就为铂金首饰制作提供了更安全、更丰富的设计空间，这将为整个行业带来积极的影响，使得国内的铂金首饰生产能力提高到一个全新的高度。

如图1所示，本发明多元铂钌合金的制备方法，制备过程包括以下步骤：

(1)将各金属原料，按比例称重后，置于坩埚内；

(2)将坩埚盖置于坩埚的上方，并抽真空，达到设定真空值时，充入保护气体；

(3)启动加热，坩埚内升温，原料开始熔化；

(4)通过设于坩埚盖的石墨搅拌棒对坩埚里的金属液体进行搅拌；

(5)达到2350度之后，搅拌30秒-1分钟后，停止加热；

(6)将坩埚从加热位移出，置于油槽上方，使熔化的金属液体倒入油槽冷却成形为固体。

优选地，金属液体从坩埚倒入到油槽时，通过保护气体仓的保护；所述的保护气体仓内的气压为外界气压的1.05-1.1倍；所述保护气体仓设有上开口，及位于上开口的活动盖板，所述油槽置于保护气体仓的下方，坩埚的上边缘设有一出料下缺口，坩埚盖的下边缘设有一出料上缺口，倒金属液体时，先将坩埚移至上开口的上方，打开活动盖板，保护气体仓内持续加入保护气体，并保持内部压力外界气压的1.02-1.05倍；再旋转坩埚盖，使出料上缺口与出料下缺口对齐，并置于上开口处，将坩埚倾斜，将金属液体倒向保护气体仓内的油槽内。

优选地，为了加快钌的熔化，可以先将钌加工成粉末。

如图2a-图4所示，本发明一种用于多元铂钌合金熔炼的设备，包括机座1、立柱4、横向支架5、旋转支架11和设于机座右端的加热装置2，所述的加热装置设有加热腔3，在加热装置的正背后设置有冷却油槽7；立柱上连接有横向支架，旋转支架11的外端旋转联接有锥形筒状的坩埚6。

其中，横向支架上设有电动机8，带动横向支架内设有的螺母件，通过与立柱平行固定的丝杆21的作用，带动横向支架5升降；横向支架5的外端通过滚动轴承9进行连接形成所述的旋转支架11，旋转支架设有用于放入坩埚的固定腔。旋转支架11的外侧连接有旋转手柄10，通过扭动旋转手柄可以带动旋转轴11转动，实现坩埚内金属液体的倾倒。加热完毕之后，电动机通电工作，带动横向支架上升，将坩埚从加热腔提出，再手动旋转坩埚盖，使坩埚出料下缺口与坩埚盖的下边缘出料上缺口对齐，再旋转旋转手柄一定的角度，这样就可以把坩埚里面熔化的合金液体倾倒至冷却油槽内。

加热装置有内陷凹型加热腔3，与锥形筒结构的坩埚6配套使用，加热腔为工频加热，内附加热线圈12，在通电的时候对坩埚进行加热。坩埚的上边缘设有一出料下缺口13，坩埚盖61的下边缘设有一出料上缺口14，坩埚盖61上有一气路联接口15(参见图5)，可以对坩埚里面的空气进行抽取形成真空，并充入保护气体。

加热装置的侧边设有冷却油槽7，熔化的金属液体倒入油槽冷却成形为固体。金属液体的冷却通过保护气体仓切换；在倾倒金属液体之时，保护气体仓18内的气压为外界气压的1.05-1.1倍(保护气体仓18的一侧设有保护气体充气口181)。冷却油槽7置于保护气体仓18的下方，保护气体仓设有上开口19，及位于上开口的活动盖板20。坩埚的上边缘设有一出料下缺口，坩埚盖的下边缘设有一出料上缺口。出料时，需要旋转坩埚盖，使出料上缺口与出料下缺口对齐，并置于上开口处，将出料上缺口与出料下缺口相吻合。滑动活动盖板，上开口打开之后，保护气体仓内的保护气体溢出，使上开口上方的区域充满保护气体，金属液体从坩埚倒入到油槽时，可以防止金属溶液被氧化。

如图5所示的另外一实施例，为加快熔炼的效果，可以采用搅拌棒的结构：在坩埚盖61a上的石墨搅拌棒16对坩埚里的金属液体进行搅拌；石墨搅拌棒与坩埚盖连接处有伸缩式结构的密封套管17，起密封作用，防止气体泄漏。还包括气路联接口15。为了便于操作时的隔热，在石墨搅拌棒16的上端固定有捏拿部22，捏拿部22的下边缘与密封套管17固定联接。其中，伸缩式结构的密封套管17的下端与坩埚盖固定。

为了更进一步的散热，以使捏拿部的温度更低，在捏拿部22的上端设有中心腔220。为了散热效果更好，还可以进一步设有若干个侧壁孔221。这些侧壁孔在操作时，还可以增加摩擦力，起到防滑的作用。

由于上述实施例中的横向支架是不能水平移动的，因此，用于包围冷却油槽的保护气体仓与加热装置的距离短，如果需要连续熔炼金属时，不利于散热。因此，在又一实施例中，可以在立柱的下方套设有一个旋转底盘，将丝杆的下端固定于旋转盘。加热完毕之后，电动机通电工作，带动横向支架上升，将坩埚从加热腔提出，再手动转动横向支架，使坩埚移至近于保护气体仓的侧边。再手动旋转坩埚盖，使坩埚出料下缺口与坩埚盖的下边缘出料上缺口对齐，再旋转旋转手柄一定的角度，这样就可以把坩埚里面熔化的合金液体倾倒至冷却油槽内。

由于手动旋转坩埚盖时，因为坩埚盖是高温状态，不利于手动操作。因此，在又一实施例中，也可以通过一个杆状件插在石墨搅拌棒16和气路联接口15之间进行转动。这样操作起来，受力小且不易受高温的影响。

在冷却时出炉时，会因为高温的金属液体倒出至外部的空间，会引起空气对流，从而使空气进入金属液体的倾倒的空间内，造成对金属液体的氧化。如果增加其它固定结构的挡板，则会增加操作时不便。因此，又一实施例中，可以采用图6所示的结构，在上开口19a的四周设有出气槽190。具体操作时，在打开上开口时，先让保护气体仓内的保护气体溢出5-10秒，再打开设在保护气体充气口与出气槽之间的气路阀，出气槽出气2-5秒后，再倾倒金属液体。出气槽的出气压力可以通过气路阀，使其为外部气压的1.2倍以上，可以形成保护气体的气帘，起到保护金属液体的作用。

于其它实施例中，在气路联接口的位置向上延伸设有一根空心的测温管，在测温管的下端设有透明挡片(可以阻挡高度进入测温管的内部和上端)，上端固定有红外温度传感器，可以准确地测出温度，但又不会造成红外传感器因为高温而失效或损坏。当坩埚的熔炼量为2-5kg时，测温管的长度为100-200mm。

于其它实施例中，本发明设备也可以用于其它金属的熔炼。

综上所述，本发明通过在铂钌合金中按配方加入钯、铜、钴等元素后，使铂钌合金在色泽、硬度、密度、延展性上更具优势，且成本更低，对人体无害。采用本发明的合金配方，使得铂钌合金的性能稳定。采用本发明的制备方法，在熔炼过程和冷却过程均采用保护气体，不与空气直接接触，减少了被氧化的机会。可使砂眼出现概率大大降低，且合金硬度高，可达到124hv,延长度可达34％，镶嵌牢固且不易变形，产品样式和车花等各种特色工艺也不受硬度限制，可以广泛用于珠宝首饰品，如拉成丝或压成薄片制成项链、戒指和有纪念意义的图案等；同时也可以用于工业技术领域。

以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。