第五章首飾貴金屬材料的強化技術(shù)

1、第第5章章 首飾貴金屬材料的強化技術(shù)首飾貴金屬材料的強化技術(shù)提高首飾貴金屬材料的強度、熱度、抗氧提高首飾貴金屬材料的強度、熱度、抗氧化性、耐腐蝕性是首飾工業(yè)發(fā)展的需求，化性、耐腐蝕性是首飾工業(yè)發(fā)展的需求，也是珠寶首飾材料工作者的努力方向。也是珠寶首飾材料工作者的努力方向。2貴金屬首飾材料強化的方向強度強度韌性韌性抗氧化性抗氧化性耐腐性性耐腐性性 3什么是冷變形？ 冷變形指在材料的冷變形指在材料的再結(jié)晶溫度以下再結(jié)晶溫度以下進行的變形。進行的變形。 再結(jié)晶再結(jié)晶溫度大約為溫度大約為0.7 T熔點熔點。 不同不同的材料具有不同的再結(jié)晶溫度。的材料具有不同的再結(jié)晶溫度。 第1節(jié) 貴金屬材料冷變形強化

2、技術(shù) 冷拔 冷擠壓 冷煅 冷摧打首飾貴金屬的冷變形包括：首飾貴金屬的冷變形包括： 材料經(jīng)冷變形的強化程度決定于冷變形率、材料經(jīng)冷變形的強化程度決定于冷變形率、變溫溫度及材料本身的性質(zhì)。同一材料在變溫溫度及材料本身的性質(zhì)。同一材料在相同的溫度下冷變形是，變形度越大則強相同的溫度下冷變形是，變形度越大則強度越高，但塑性和延展性將隨變形程度的度越高，但塑性和延展性將隨變形程度的增加而降低。增加而降低。6冷變形強化的原理 其原理在于冷變形導致貴金屬材料內(nèi)部位錯其原理在于冷變形導致貴金屬材料內(nèi)部位錯增大（晶粒結(jié)構(gòu)發(fā)生形變），進一步形變則會更增大（晶粒結(jié)構(gòu)發(fā)生形變），進一步形變則會更加困難，變形阻力增大。

3、加困難，變形阻力增大。 因此使強度、硬度上升，因此使強度、硬度上升，塑性、韌性下降。塑性、韌性下降。位錯位錯 工藝首飾合金材料經(jīng)拉拔變形后表面出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象。 工藝首飾合金材料經(jīng)強冷變形后表面出現(xiàn)的裂紋。8冷變形強化的特點 冷變形強化受到合金塑性的限制，冷變形強化受到合金塑性的限制，變形量大到一變形量大到一定值時則會導致材料斷裂定值時則會導致材料斷裂，從而失去強化的作用。，從而失去強化的作用。 適用于純貴金屬材料、固溶體合金和熱處理強化適用于純貴金屬材料、固溶體合金和熱處理強化效果不好的多相合金等。效果不好的多相合金等。 某些合金冷變形時能形成較好的織構(gòu)而在一定方向上強化，稱為織構(gòu)強化（如鈦合

4、金板材的織構(gòu)強化）。 貴金屬材料發(fā)生冷變形強化是因為冷變形時貴金屬內(nèi)部位錯增大，而且位錯互相編織，并形成胞狀結(jié)構(gòu)阻礙位錯運動，石不能移動的位錯數(shù)量劇增，以致需要更大的力才能使位錯克服障礙而運動，變形量越大，材料的變形抗力越大，即強度越高。第2節(jié) 貴金屬合金固溶強化技術(shù)11什么是固溶強化？ 合金元素（溶質(zhì)）固溶到基體金屬（溶劑）合金元素（溶質(zhì)）固溶到基體金屬（溶劑）中，使貴金屬合金材料的強度、硬度提高，稱固中，使貴金屬合金材料的強度、硬度提高，稱固溶強化溶強化。 貴金屬進行固溶強化時，在強度、硬度得到提高的同時，材料的延伸率還能保持在良好的水平。12固溶強化的原理 合金元素固溶到基體金屬當中，基

5、體金屬產(chǎn)合金元素固溶到基體金屬當中，基體金屬產(chǎn)生生晶格畸變晶格畸變，各個晶粒之間，各個晶粒之間發(fā)生位移的難度增大發(fā)生位移的難度增大，所以強度、硬度提高。所以強度、硬度提高。Cu-Ni合金成分與性能關(guān)系溶質(zhì)原子造成點陣畸變，其應力場與位錯應力場發(fā)生彈性交互作用并阻礙位錯運動,使變形抗力提高。 溶質(zhì)原子吸附在位錯附近形成柯氏氣團，使位錯被釘扎住，從而使變形抗力提高。 不同的基體元素有其特定的固溶強化元素，在進行合金固溶強化處理時，應考慮合理的選擇固溶元素，以達到最佳的強化效果。由于固溶強化可以使貴金屬合金獲得良好的綜合力學性能，因此在珠寶首飾行業(yè)中得到廣泛的應用。15固溶強化的特點 強度、硬度提高

6、的同時，塑性降低較少。強度、硬度提高的同時，塑性降低較少。 部分固溶體合金強化后，塑性有所升高。部分固溶體合金強化后，塑性有所升高。2固溶強化的影響因素 溶質(zhì)原子濃度 溶質(zhì)溶劑原子尺寸差 溶質(zhì)原子類型 溶質(zhì)原子濃度越高，強化作用也越大 溶質(zhì)溶劑原子尺寸相差越大，強化效果越顯著 1 溶質(zhì)原子造成球?qū)ΨQ的點陣畸變，其強化約為G/102溶質(zhì)原子造成非球?qū)ΨQ的點陣畸變，其強化約為G的幾倍。 只有那些在基體金屬中固溶度大的元素才能大量加入。往往采用多元少量的復雜合金化原則（即多種合金元素同時加入，但每種元素的加入量不多），使固溶體的成分復雜化，這樣可以使固溶體的強化效果更佳，并能使固溶強化效果保持到較高

7、的溫度和保留較大的伸長率。4.2 固溶強化 18固溶強化的注意事項 1.選擇溶質(zhì)元素時，選擇溶質(zhì)元素時，要要選擇固溶度大，且單位固選擇固溶度大，且單位固溶度效果好的元素。溶度效果好的元素。如銅、如銅、銀是金的主要合金元素，銀是金的主要合金元素，鈀、鈷是鉑的主要合金元鈀、鈷是鉑的主要合金元素。素。 2.盡量采取盡量采取多元少量多元少量的的原則，以取得更好的強化原則，以取得更好的強化效果。效果。第3節(jié) 貴金屬合金沉淀強化技術(shù)20什么是沉淀強化？ 過飽和固溶體：指有限固溶體溶質(zhì)的數(shù)量超過其過飽和固溶體：指有限固溶體溶質(zhì)的數(shù)量超過其溶解度，溶解度，過飽和固溶體是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，經(jīng)過一過飽和固溶體是一

8、種不穩(wěn)定的狀態(tài)，經(jīng)過一定時間，溶質(zhì)就會析出。定時間，溶質(zhì)就會析出。 沉淀強化指金屬的沉淀強化指金屬的過飽和固溶體過飽和固溶體，在經(jīng)過一段時，在經(jīng)過一段時間，間，會脫溶出微粒會脫溶出微粒，此種微粒，此種微粒彌散分布于基體彌散分布于基體中而中而導導致強度、硬度升高致強度、硬度升高。沉淀強化又稱為析出強化。沉淀強化又稱為析出強化。 通過沉淀強化，合金的強度可以提高百分之十幾至幾倍。 問：問：AgAu合金是否會發(fā)生沉淀強化？合金是否會發(fā)生沉淀強化？答案：不能，因為答案：不能，因為AgAu是無限固溶體。是無限固溶體。 沉淀強化的效果決定于合金的成分、淬火后固溶體的過飽和度、強化相的特性、分布及彌散度以及

9、熱處理工藝等因素。 強化效果最好的合金位于極限固溶度成分。 把金屬氧化物或難熔化化合物的超細粉末與基體金屬的粉末混合燒結(jié)，也可以得到彌散強化材料。如燒結(jié)鋁。第4節(jié) 貴金屬材料細化組織強化技術(shù)24什么是細晶強化？ 通過一定的工藝，通過一定的工藝，使材料的晶粒變得使材料的晶粒變得細小細小且尺寸越且尺寸越均勻均勻，強度、硬度上升，強度、硬度上升，即稱為細晶強化即稱為細晶強化。 21Kdos 細晶強化 金屬或其合金材料都是多晶材料，由于金屬材料的熔煉工藝或加工工藝的差異，材料的晶粒大小、形態(tài)等（稱為組織）差異很大。 金屬材料的力學性能與其組織密切相關(guān)。一般情況下，材料的組織越粗大，分布越不均勻，力學性

10、能越差，組織月息，尺寸越均勻，其力學性能越好。27細晶強化的原理 晶粒晶粒越小越小，單位，單位體積內(nèi)的體積內(nèi)的晶界面晶界面積越大積越大，對晶粒，對晶粒之間的相對移動之間的相對移動阻力越大阻力越大，從而，從而產(chǎn)生強化產(chǎn)生強化。 對于純金屬材料來說，僅指晶粒細化，但對于多相的貴金屬合金來說，是指基體相晶粒的細化及中間相或析出相的細化。細化組織可以提高金屬或合金材料在室溫下的強度、塑性和韌性。29細晶強化的特點 晶粒組織晶粒組織越細越細，尺寸，尺寸越均勻越均勻，其力學性能越好。，其力學性能越好。 細晶強化不象其他強化方式，它使材料細晶強化不象其他強化方式，它使材料強度、硬強度、硬度提高的同時，還使塑

11、性有所提高。度提高的同時，還使塑性有所提高。 細化組織是金屬材料獲得高強度、高硬度的原因： 由于多晶材料的晶界上原子排列錯亂，雜質(zhì)富集，并有大量的位錯，空洞等缺陷，而且晶界兩側(cè)的晶粒位向不同，所有這些都將障礙位錯從一個晶粒向另一個晶粒的運動。晶粒越細，單位體積內(nèi)的晶界面積越大，對位錯運動的阻力越大，因而合金的強度越高。 鑄造合金的組織細化可采用編織處理，及澆注前在金屬熔液中加入微量的被稱為變質(zhì)劑的元素或化合物，使金屬熔液的結(jié)晶過程受到影響，其目的使晶體的結(jié)晶成核速率大大增加，或使晶體的長大速度緩慢，從而結(jié)晶為組織細小的晶體。32如何產(chǎn)生細晶強化 1.變質(zhì)處理：變質(zhì)處理： 在金屬由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變

12、之前，在液態(tài)金屬中加入一在金屬由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變之前，在液態(tài)金屬中加入一些物質(zhì)，使些物質(zhì)，使金屬結(jié)晶速度增大、晶粒長大速度減慢金屬結(jié)晶速度增大、晶粒長大速度減慢，從而獲得細小的晶粒。從而獲得細小的晶粒。 被加入的物質(zhì)稱為被加入的物質(zhì)稱為變質(zhì)劑。變質(zhì)劑。 變質(zhì)劑包括難熔質(zhì)點（如變質(zhì)劑包括難熔質(zhì)點（如TiN）、表面活性物質(zhì)）、表面活性物質(zhì)（如（如Ni）、改變晶體形狀的物質(zhì)等。）、改變晶體形狀的物質(zhì)等。 33如何產(chǎn)生細晶強化 2.熱處理熱處理 熱處理的正火、退火、淬火都可以將晶粒細化，但熱處理的正火、退火、淬火都可以將晶粒細化，但是這時的溫度需要選擇好，不然將適得其反。是這時的溫度需要選擇好，不然將適

13、得其反。 在熔煉澆注中，避免金屬熔液過熱、攪動、降低澆在熔煉澆注中，避免金屬熔液過熱、攪動、降低澆注溫度、增大冷速等措施，也可以獲得細晶粒鑄件。注溫度、增大冷速等措施，也可以獲得細晶粒鑄件。細化晶粒方法1. 對鑄態(tài)使用的合金：合理控制冶鑄工藝，如增大過冷度、加入變質(zhì)劑、進行攪拌和振動等。2. 對熱軋或冷變形后退火態(tài)使用的合金：控制變形度、再結(jié)晶退火溫度和時間。3. 對熱處理強化態(tài)使用的合金：控制加熱和冷卻工藝參數(shù), 利用相變重結(jié)晶來細化晶粒。第5節(jié) 貴金屬材料其他強化工藝技術(shù) 材料的材料的強化有兩種在原理上根本不同的途徑： 一種是盡量滿足增加晶格缺陷，以阻止位錯運動，抑制位錯運動，抑制位錯源的

14、活動。 另一種途徑是盡可能的減少晶體中的位錯及其他缺陷，使晶體接近于理想的完整狀態(tài)，此時，材料變形不能依靠位錯運動，滑移面上所有原子必須同時移動，這種滑移需要很大的切應力，因而材料具有很高的強度，晶須是一種接近完整的晶體，所以強度極高，第第6節(jié)節(jié) 提高貴金屬材料及其合提高貴金屬材料及其合金耐腐蝕性的途徑金耐腐蝕性的途徑貴金屬首飾材料會發(fā)生腐蝕嗎？貴金屬首飾材料會發(fā)生腐蝕嗎？39對于純貴金屬材料一般不容易腐蝕。對于純貴金屬材料一般不容易腐蝕。對于貴金屬合金材料或純銀就要考慮材料的防對于貴金屬合金材料或純銀就要考慮材料的防腐蝕問題。腐蝕問題?；瘜W腐蝕與電化學腐蝕化學腐蝕與電化學腐蝕化學腐蝕化學腐蝕

15、電化學腐蝕電化學腐蝕條件條件金屬與非金屬金屬與非金屬直接直接發(fā)生發(fā)生化學反應化學反應兩種金屬在電解質(zhì)兩種金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生溶液中發(fā)生原電池原電池反應反應電流電流無電流無電流有微弱電流有微弱電流實例實例Zn2HClZnCl2H2Ag、Pt電化學腐電化學腐蝕蝕本質(zhì)本質(zhì)金屬失去電子被氧化金屬失去電子被氧化聯(lián)系聯(lián)系兩者經(jīng)常同時發(fā)生兩者經(jīng)常同時發(fā)生4041貴金屬電化學腐蝕原因及對策貴金屬電化學腐蝕原因及對策1.1.成分、組織、結(jié)構(gòu)不均勻引起成分、組織、結(jié)構(gòu)不均勻引起的電化學腐蝕的電化學腐蝕 根源：成分、結(jié)構(gòu)不均勻?qū)е潞辖饏^(qū)域根源：成分、結(jié)構(gòu)不均勻?qū)е潞辖饏^(qū)域電位差異電位差異。合金元素之間的電位差合金

16、元素之間的電位差成分偏析引起的電位差成分偏析引起的電位差對策：避免電位差較大的兩種金屬直接接觸。對策：避免電位差較大的兩種金屬直接接觸。42貴金屬電化學腐蝕原因及對策貴金屬電化學腐蝕原因及對策2.2.應力或應力不均勻引起應力或應力不均勻引起的電化學腐蝕的電化學腐蝕 應力：單位面積上所承受的力。應力：單位面積上所承受的力。 應力腐蝕：金屬材料在拉伸應力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下發(fā)生應力腐蝕：金屬材料在拉伸應力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。的腐蝕現(xiàn)象。 金屬表面都有一層鈍化膜（氧化保護膜），在應力作用下，金金屬表面都有一層鈍化膜（氧化保護膜），在應力作用下，金屬表面局部區(qū)域的鈍化膜被撕破，露出

17、活性金屬表面，在介質(zhì)作屬表面局部區(qū)域的鈍化膜被撕破，露出活性金屬表面，在介質(zhì)作用下出現(xiàn)腐蝕，且其發(fā)展是逐漸加劇的。用下出現(xiàn)腐蝕，且其發(fā)展是逐漸加劇的。只有拉應力導致應力腐蝕。只有拉應力導致應力腐蝕。43防止應力腐蝕對策防止應力腐蝕對策退火消除應力退火消除應力表面噴砂處理表面噴砂處理44貴金屬電化學腐蝕原因及對策貴金屬電化學腐蝕原因及對策3.3.保護層破損引起保護層破損引起的電化學腐蝕的電化學腐蝕 首飾貴金屬經(jīng)常利用耐蝕性較好的鍍層和鈍化膜作為保護層。首飾貴金屬經(jīng)常利用耐蝕性較好的鍍層和鈍化膜作為保護層。1.1.鍍層電極電位一般比被保護金屬高鍍層電極電位一般比被保護金屬高2.2.陰極的面積大，陽極面積小，使腐蝕速度加