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斯特林银广泛应用于饰品行业,但其容易变色的特性严重影响了饰品的外观,而且高温环境下容易产生氧化红斑,也增加了合金加工制作的难度。合金化是改善斯特林银抗变色性能的有效措施,但现有的抗变色斯特林银大都存在这样或那样的问题,如抗变色性能不足、硬度偏低、铸造性能不理想等。因此,研制综合性能优良的抗变色银合金,既有科学意义又有显著的工程背景。
课题首先研究了单一元素对斯特林银组织和性能的影响,采用高频感应熔炼和真空电弧熔炼方式制备试样,采用显微硬度测试、显微组织分析、色差分析、电化学分析和扫描电镜分析等分析手段研究了zn、Si、Sn、In、Ge、Mg、Al、B、Y、Ce等元素对斯特林银的显微组织、铸态硬度、抗硫化变色性能、抗电化学腐蚀性能、抗氧化变色性能和冷加工性能的影响。在此基础上按照多元少量合金化的原则设计制作了1种新型合金,并从市场上选取2种常用的抗变色银合金进行性能对比试验。研究结果表明:
1.Zn可以显著改善斯特林银的抗硫化变色、抗电化学腐蚀和抗氧化红斑性能。Zn减少铸态组织的显微缩松,有较好的改善铸造性能的作用,对晶粒大小没有明显影响,但明显不利于合金的硬度,当Zn的量超过3.5%后,容易导致晶粒粗化及氧化夹杂。
2.Si和Ge可以改善斯特林银的抗氧化红斑和铸造性能,但对抗硫化变色和合金硬度没有明显的作用,当Si量超过0.12%后,有导致合金热裂和晶粒异常粗大的倾向,加工性能恶化。当Ge量达到0.8%后,合金晶粒度开始粗化,塑性下降,对加工性能不利。
3.Sn有利于改善斯特林银的抗硫化变色、抗电化学腐蚀和抗氧化红斑性能。Sn含量在2%以内时可以少量提高合金硬度,对合金流动性有较大的益处,但是有微弱促进晶粒度粗化的作用,含量高时易引起热裂。In在含量低时可改善斯特林银的抗硫化变色、抗电化学腐蚀和抗氧化红斑性能和加工性能,当含量超过1%时,硬度下降,且有使晶粒粗化的倾向。Sn与In联合加入时,表现出比等量的单一元素更好的效果。
4.微量的B、Mg、Al有利于改善斯特林银的抗硫化变色、抗电化学腐蚀和抗氧化红斑性能。B可以明显改善合金的显微组织,减少缩松,当含量超过0.005%时,有使晶粒粗化的倾向,不利于合金的冷加工性能。Mg和Al含量低时有利于合金硬度的提高,当Mg含量超过0.2%和Al含量超过0.05%时,对合金的硬度、冷加工、抗变色性能产生不利影响。
5.稀土元素Y和Ce具有明显的抗硫化变色、抗电化学腐蚀和抗氧化性能作用。Y和Ce明显细化了晶粒组织,提高了合金的硬度,并改善了合金的铸造性能,但含量过高出现过多第二相,对抗变色和冷加工性能不利。
6.研制的饰用抗变色银合金晶粒细小均匀,显微组织致密,表面光洁,没有明显的缩松、气孔等缺陷;抗电化学腐蚀性能和抗变色性能显著优于传统斯特林银,达到或超越了市场上常用的抗变色银合金;铸态硬度达到HV66,在加工过程中的硬化速率比较均匀,抛光和冷加工性能优于市场上常用的抗变色银合金;成本较低廉,对人体及环境不会产生有害影响。试制合金体现了优良的综合性能,具有很好的应用前景。