高性能足金和925银强化机制与抗腐蚀行为的研究

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本文综述了金银的合金化行为、金银及其合金的腐蚀行为、银及其合金抗变色技术的研究进展与足金和925银的研究现状。在此基础上,采用氩气保护中频感应熔炼和铁模浇铸制备了2种Au-Ti(-Y)系足金,采用氩气保护水冷铜坩埚非自耗电极电弧熔炼制备了14种Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银,并系统探讨了Au-Ti(-Y)系足金的强化机制与Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银的显微组织、强化机制及其在37℃人造汗液和室温H2S气氛中的抗腐蚀行为,为开发高强度足金和综合性能好的925银提供一些理论参考。采用硬度测试、拉伸试验、光学显微分析(OM)和透射电子显微分析(TEM)等手段,探讨了Au-Ti(-Y)系足金的强化机制。结果表明,Au-Ti(-Y)系足金的基本强化方式包括细晶强化、固溶强化、加工硬化和时效沉淀强化。其中,Ti主要起细晶强化和时效沉淀强化的作用,且Ti含量高有利于获得好的时效沉淀强化效果;Y主要起细晶强化和固溶强化的作用。正是由于硬度和强度高,延性好,Au-Ti(-Y)系足金适合于制作以往只能用18K及其它低K金等才能制作的款式复杂且轻巧的饰品和宝石镶嵌件。采用硬度测试、差热分析(DTA)、差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、OM、扫描电子显微分析(SEM)、TEM和X射线能量色散谱分析(EDS)等手段,探讨了Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银的显微组织和强化机制。结果表明,Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银的显微组织与其成分、热处理工艺有关。Ag-7.5Cu合金的熔体流动性差,铸态组织不致密;经固溶+时效后析出α-Cu,但无浮凸组织形成。Ag-3.0~5.0Cu-2.5~4.5Zn、Ag-4.0Cu-2.5Zn-1.0Sn、Ag-4.0Cu- 1.5~3.1Zn-0.4~2.0In、Ag-4.0Cu-2.1Zn-1.0Sn-0.4In、Ag-4.0Cu-3.0Zn-0.5Ge、Ag-4.0Cu -3.0Zn-0.5Y、Ag-4.0Cu-3.0Zn-0.5Nd和Ag-4.0Cu-0.6Zn-1.5Sn-1.0In-0.2Ge-0.1Y-0.1Nd合金的熔体流动性好,铸态组织致密;经固溶+时效后沿晶界形成浮凸组织,浮凸组织的形成与β-Cu析出有关,但浮凸组织数量与925银的成分及时效温度、时效时间有关。并且,Ag-4.0Cu-3.0Zn-0.5Nd合金无论在哪种热处理状态下都出现富Cu富Nd相,Ag-4.0Cu-3.4Zn-0.1Si合金无论在哪种热处理状态下都出现富Cu富Si相。然而,Ag-4.0Cu-2.5Zn-1.0Ge合金的熔体流动性下降,铸态组织不致密;经固溶+时效后,无浮凸组织形成;无论在哪种热处理状态下,晶界都发生宽化,且Cu和Ge沿晶界偏析。Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银的强化方式主要是固溶强化、加工硬化和时效沉淀强化。为了使Ag-Cu-Zn系925银经固溶+时效后具有高的硬度值,Cu含量需高于3%。对于大多数含4.0%Cu的Ag-Cu-Zn(-Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银,固溶后合理的时效温度为200℃~250℃;70%冷变形后合理的时效温度为150℃~200℃。采用静态浸渍试验、动电位扫描、XRD、SEM、EDS和X射线光电子能谱分析(XPS)等手段,探讨了Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银在37℃人造汗液中的抗腐蚀行为、腐蚀产物的形成速率及覆盖率和抗变色能力。结果表明,Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银抗37℃人造汗液腐蚀的能力与热处理状态和成分有关,腐蚀形式主要是点蚀和应力腐蚀。在700℃固溶0.5h、250℃时效4h、70%冷变形和70%冷变形+200℃时效4h共4种热处理状态中,925银在70%冷变形状态下腐蚀快,在700℃固溶0.5h或250℃时效4h状态下腐蚀慢,但具体的抗腐蚀能力因成分而异。Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银在37℃人造汗液中腐蚀过程中表面腐蚀产物的形成速率及覆盖率和抗变色能力也与成分、热处理状态有关。在除70%冷变形状态之外的其它3种热处理状态下,Ag-4.0Cu-3.5Zn、Ag-4.0Cu-2.5Zn-1.0Sn、Ag-4.0Cu- 1.5~3.1Zn-0.4~2.0In和Ag-4.0Cu-2.1Zn-1.0Sn-0.4In合金在这3种热处理状态下在37℃人造汗液中表面均难以形成由AgCl和Ag2O组成的黑色腐蚀产物,抗变色能力好;Ag-7.5Cu、Ag-4.0Cu-2.5~3.0Zn-0.5~1.0Ge、Ag-4.0Cu-3.0Zn-0.5Y、Ag-4.0Cu-3.0Zn-0.5Nd和Ag-4.0Cu-0.6Zn-1.5Sn-1.0In-0.2Ge-0.1Y-0.1Nd合金,在某些热处理状态下易形成黑色腐蚀产物膜,抗变色能力差。采用静态气氛暴露试验、SEM、EDS和XPS等手段,探讨了250℃时效4h、70%冷变形+200℃时效4h状态Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银在室温H2S气氛中的抗腐蚀行为和抗变色能力。结果表明,Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银在室温H2S气氛中的抗腐蚀行为和抗变色能力主要与成分有关。Ag-4.0Cu-3.5Zn合金,在室温H2S气氛中因先形成白色ZnS而延缓了黑色Ag2S和Cu2S的形成,抗变色能力明显比Ag-7.5Cu合金好。Ag-4.0Cu-1.5Zn-2.0In、Ag-4.0Cu-2.1Zn-1.0Sn-0.4In、Ag-4.0Cu-2.5~3.0Zn-0.5~1.0Ge和Ag-4.0Cu-0.6Zn-1.5Sn-1.0In-0.2Ge-0.1Y-0.1Nd合金,在室温H2S气氛中因先形成白色ZnS、黄色SnS2、鲜黄色In2S3或灰色GeS2等硫化物而延缓了黑色Ag2S和Cu2S的形成,抗变色能力比Ag-4.0Cu-3.5Zn合金好。综合Ag-Cu(-Zn, Sn, In, Ge, Y, Nd, Si)系925银的强化机制及其在37℃人造汗液和室温H2S气氛中的抗腐蚀行为可知,Ag-4.0Cu-1.5Zn-2.0In和Ag-4.0Cu-2.1Zn-1.0Sn-0.4In合金具有好的综合性能,不仅熔体流动性好,硬度高,且在37℃人造汗液中表面难以形成黑色腐蚀产物膜,在室温H2S气氛中抗硫化变色能力好。
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