合金材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及合金材料领域，具体涉及合金材料及其制备方法和应用。

背景技术：

目前，电铸黄金饰品的制备方法通常包括先制作芯模，然后在芯模上电镀金层。其中，芯模的材料通常为低温蜡质材料，包括蜂蜡、矿物蜡(如褐煤蜡、地蜡、石蜡)、石油蜡等。锡铋合金是一种低温合金材料，按一定比例配制，最低熔点能达到138℃，因而可作为电铸硬金用的芯模材料。锡铋合金的导电能力和复模精度比蜡质材料优良，在黄金首饰行业中的硬金领域，已有越来越多的硬金生产厂家尝试使用锡铋合金模替代蜡模的工艺。

但是，熔融的锡铋合金材料，在浇注成型时，成模的产品因局部的冷却速率稍慢，容易形成无规则褶皱状的凸起缺陷，导致芯模的报废。虽然可以通过降低浇注前锡铋合金的温度，胶膜进料口及排气口位置来缓解褶皱缺陷的问题，但同时会导致芯模残缺、飞边、毛刺和溢边的问题，即不能从根本上解决褶皱问题。这种工艺缺陷，增加了芯模制作环节的成本，也限制了部分款式货品的生产。

因此，本领域亟需解决锡铋合金材料作为芯模时，芯模上产生的无规则褶皱的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的锡铋合金材料作为芯模时，芯模上产生的无规则褶皱的问题，提供了一种合金材料及其制备方法，该合金材料在成型后的冷却时间能够得到明显改变，冷却时间减少，使得合金材料表面光滑，不出现褶皱现象。

本发明的发明人在研究中发现，锡铋合金材料在自然冷却过程中，冷却时间长容易导致锡铋合金材料出现褶皱现象，在锡铋合金中加入铟和/或镓，以合金材料(含有锡、铋、铟和/或镓)的总重量为基准，铟和/或镓的添加量为0.6-2重量％时，在合金材料制备过程中，合金材料成型后的冷却时间得到了明显的改变，冷却时间减少，使得合金材料表面光滑，不出现褶皱现象。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种合金材料，以该合金材料的总重量为基准，所述合金材料含有以下成分：

37-45重量％的锡；

54-60重量％的铋；

0.6-3重量％的铟和/或镓。

本发明第二方面提供一种制备上述合金材料的方法，该方法包括：将含有锡、铋、以及铟和/或镓的合金原料进行依次进行熔融、成型和冷却。

本发明第三方面提供了一种上述合金材料在电铸硬金用芯模材料中的应用。

本发明的合金材料能够明显改变合金材料成型后的冷却时间，合金材料成型后的冷却时间减少，使得合金材料表面光滑，不出现褶皱现象，无其它缺陷或后加工问题。特别地，本发明的合金材料适用于电铸硬金用芯模材料，该合金材料作为芯模材料时，不会导致芯模褶皱的问题，进一步的提高了合金芯模制作过程中的合格率。

附图说明

图1是本发明实施例1得到的合金材料表面结构示意图；

图2是本发明对比例1得到的合金材料表面结构示意图。

具体实施方式

本发明的第一方面提供了一种合金材料，以该合金材料的总重量为基准，所述合金材料含有以下成分：

37-45重量％的锡；

54-60重量％的铋；

0.6-3重量％的铟和/或镓。

本发明中，优选地情况下，所述合金材料含有以下成分：

39-43重量％的锡；

56-60重量％的铋；

0.6-2.5重量％的铟和/或镓。

本发明中，更优选地情况下，所述合金材料含有以下成分：

39-43重量％的锡；

56-60重量％的铋；

0.6-2重量％的铟和/或镓。

在本发明中，所述合金材料的成分可以通过x射线荧光光谱法测得，例如，可以通过美国thermofisher公司的arl9900xp型x射线荧光光谱仪测得。

本发明中，所述合金材料中加入铟和/或镓能够明显缩短合金材料的冷却时间，降低合金材料的熔点，优选地情况下，所述合金材料的熔点大于等于138℃，更优选为140-160℃，所述合金熔点通过dscq200型热分析仪测定，具体的，将合金材料研磨成粒径为100-250μm，用分析天平称取合金材料的粉末5mg，密封于铝皿中，样品室通入高纯氮气作为保护气氛，预置初始温度为30℃，结束温度为300℃，升温速率为10℃/min。

本发明的第二方面提供了一种制备上述所述合金材料的方法，该方法包括：将含有锡、铋、以及铟和/或镓的合金原料进行依次进行熔融、成型和冷却。

根据前述合金材料中各个组分的含量，本领域技术人员能够对合金原料进行配制，在此不再赘述。

本发明中，所述合金原料中含有锡的原料可以为锡石和/或单质锡；含有铋的原料可以选自辉铋矿、泡铋矿、菱铋矿、铜铋矿、方铅铋矿和单质铋中的至少一种；含有铟的原料可以选自硫铟铜矿、硫铟铁矿、水铟矿和单质铟中的至少一种；含有镓的原料可以为硫镓铜矿和/或单质镓。

根据本发明一种优选地实施方式，所述合金原料可以为单质锡、单质铋、以及单质铟和/或单质镓混合的合金原料，在本发明中，若选用的合金原料均为金属单质，则合金原料的组成可认为与合金材料的组成相同。

本发明中，优选地情况下，所述单质锡可以选自白锡、灰锡和脆锡中的至少一种。

本发明中，优选地情况下，所述合金原料中的锡、铋、铟和/或镓的纯度各自为99.9％以上。

本发明中，所述熔融的条件包括：熔融温度为200-250℃，熔融时间为30-60min，所述熔融可以在装载量为100kg，功率为15kw熔炉中进行。

本发明中，所述成型的方式为离心浇铸成型(可以借助离心倒模机完成)，所述离心浇铸成型的条件包括：离心时间100-300s，转速为850-1200r/min。

本发明中，所述冷却可以为自然冷却，所述冷却与离心浇铸同时进行，优选地，冷却时间为100-200s，更优选为120-180s。在本发明中，自然冷却能够使得合金材料表面和内部均匀冷却，不出现褶皱现象，冷却至室温(0-40℃)即可。

本发明中，所述褶皱是由于合金表面冷却时间过长导致的，所述褶皱在合金材料表面会形成大于0mm小于等于10mm(0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或上述数值之间的任意值)的凸起，造成合金材料外表面褶皱现象，并且在上述数值范围内的凸起均被判定为褶皱现象，如图2所示。

在本发明的一种具体实施方式中，所述制备合金材料的方法包括：将母版完全置入(浸没在硅橡胶内)硅橡胶内，然后在150-180℃下硫化1-4h；再将硫化后的硅橡胶的胶膜中的母版取出，得到具有空腔结构的硅橡胶模具；将具有空腔结构的硅橡胶模具放置在离心倒模机(例如，东莞市耀鼎饰品器材有限公司的sjl-8300型离心铸造机合金饰品倒模机)上，再将熔融的合金材料浇注进离心倒模机中，成型和冷却。

其中，所述硅橡胶可以通过商购获得，例如，可购自东莞市祝贺金属实业有限公司。

本发明中，可以利用手术刀、钳子等工具切割硫化后的硅橡胶的胶膜，将母版取出，得到具有空腔结构的硅橡胶模具，所述硅橡胶模具的空腔结构与所采用的母版的结构一致。

本发明的发明人在研究中发现，锡铋合金材料和本发明加入铟和/或镓的合金材料在相同的熔融温度下，自然冷却，锡铋合金材料需要大于200s的时间内才冷却至室温，冷却时间较长，锡铋合金材料的表面易出现褶皱现象；而本发明加入铟和/或镓的锡铋合金材料在小于等于200s的时间内即可自然冷却至室温，冷却时间短，加入铟和/或镓的合金材料的表面不易出现褶皱现象。

本发明第三方面提供了一种上述合金材料在电铸硬金用芯模材料中的应用。

本发明中，对所述合金材料的应用没有具体限定，只要满足具体应用需求即可，特别地，本发明所述的合金材料尤其适用于电铸硬金用芯模材料，作为电铸硬金用芯模材料，本发明所述的合金材料的维氏硬度、拉伸强度均能满足电铸硬金用芯模材料的要求。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，

合金材料的维氏硬度通过《gb/t4340.1-2009金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》测得，其中，实验力为49.03n，实验力保持时间为15s；

拉伸强度通过《gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》测得；

以下合金原料中均为金属单质，其中，

锡原料购自上海龙津金属材料有限公司，牌号为锡锭99.9％的市售品；

铋原料购自上海龙津金属材料有限公司，牌号为铋锭99.99％的市售品；

铟原料购自上海龙津金属材料有限公司，牌号为铟锭99.99％的市售品；

镓原料购自上海龙津金属材料有限公司，牌号为镓锭99.9％的市售品。

在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均来自商购，纯度为分析纯。

实施例1

(1)将合金原料放入熔炉中，在220℃下熔融30min，得到熔融的合金原料；

(2)将材质为黄铜的金属母版完全置入硅橡胶内，在165℃下硫化约2小时，室温(25℃)硬化，得到硅橡胶胶膜包裹的金属母版；

(3)利用手术刀，钳子等工具切割硅橡胶胶膜，将母版取出，形成具有空腔结构的硅橡胶模具；

(4)将具有空腔结构的硅橡胶模具放置在离心倒模机(东莞市耀鼎饰品器材有限公司的sjl-8300型离心铸造机合金饰品倒模机)上，同时，将步骤(1)中得到的熔融合金原料浇注进离心机中，在转速为900r/min的条件下离心200s；

(4)离心结束后，自然冷却，冷却至室温(25℃，冷却的时间见表1)，得到合金材料，肉眼观察结果如图1所示，测定合金材料的最低熔点、维氏硬度、拉伸强度，结果如表1所示。

实施例2

(1)将合金原料放入熔炉中，在240℃下熔融40min，得到熔融的合金原料；

(2)将材质为黄铜的金属母版完全置入硅橡胶内，在155℃下硫化约4小时，室温(25℃)硬化，得到硅橡胶胶膜包裹的金属母版；

(3)利用手术刀，钳子等工具切割硅橡胶胶膜，将母版取出，形成具有空腔结构的硅橡胶模具；

(4)将具有空腔结构的硅橡胶模具放置在离心倒模机(东莞市耀鼎饰品器材有限公司的sjl-8300型离心铸造机合金饰品倒模机)上，同时，将步骤(1)中得到的熔融合金原料浇注进离心机中，在转速为1000r/min的条件下离心180s；

(4)离心结束后，自然冷却，冷却至室温(25℃，冷却的时间见表1)，得到合金材料，肉眼观察结果与图1所示相似，测定合金材料的最低熔点、维氏硬度、拉伸强度，结果如表1所示。

实施例3

(1)将合金原料放入熔炉中，在200℃下熔融50min，得到熔融的合金原料；

(2)将材质为925银的金属母版完全置入硅橡胶内，在170℃下硫化约1小时，室温(25℃)硬化，得到硅橡胶胶膜包裹的金属母版；

(3)利用手术刀，钳子等工具切割硅橡胶胶膜，将母版取出，形成具有空腔结构的硅橡胶模具；

(4)将具有空腔结构的硅橡胶模具放置在离心倒模机(东莞市耀鼎饰品器材有限公司的sjl-8300型离心铸造机合金饰品倒模机)上，同时，将步骤(1)中得到的熔融合金原料浇注进离心机中，在转速为1100r/min的条件下离心200s；

(4)离心结束后，自然冷却，冷却至室温(25℃，冷却的时间见表1)，得到合金材料，肉眼观察结果与图1所示相似，测定合金材料的最低熔点、维氏硬度、拉伸强度，结果如表1所示。

实施例4

按照实施例3的方法制备合金材料，不同的是，合金材料中铟的含量为3重量％。测定合金材料的最低熔点、维氏硬度、拉伸强度，结果如表1所示。

对比例1

按照实施例3的方法制备合金材料，不同的是，合金原料中不加入铟和镓，制备得到的合金材料如图2所示。测定合金材料的最低熔点、维氏硬度、拉伸强度，结果如表1所示。

对比例2

按照实施例3的方法制备合金材料，不同的是，合金材料中锡的含量为30重量％，铋的含量为69.4重量％，铟的含量为0.6重量％。制备得到的合金材料的表面结构肉眼观察与图2所示相似，测定合金材料的最低熔点、维氏硬度、拉伸强度，结果如表1所示。

对比例3

按照实施例3的方法制备合金材料，不同的是，合金材料中锡的含量为45重量％，铋的含量为54.6重量％，镓的含量为0.4重量％。制备得到的合金材料的表面结构肉眼观察与图2所示相似，测定合金材料的最低熔点、维氏硬度、拉伸强度，结果如表1所示。

对比例4

按照对比例3的方法制备合金材料，不同的是，合金材料中锡的含量为45重量％，铋的含量为54.6重量％，铟的含量为0.4重量％，镓的含量为0重量％。制备得到的合金材料的表面结构肉眼观察与图2所示相似，测定合金材料的最低熔点、维氏硬度、拉伸强度，结果如表1所示。

表1

通过表1的结果可以看出，本发明制备得到的合金材料的表面光滑无褶皱，合金材料的质量合格，特别地，本发明的合金材料作为芯模材料时，不会导致芯模材料的残缺、飞边、毛刺、溢边和褶皱问题。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。