第五章首饰贵金属材料的强化技术

1、第第5章章 首饰贵金属材料的强化技术首饰贵金属材料的强化技术提高首饰贵金属材料的强度、热度、抗氧提高首饰贵金属材料的强度、热度、抗氧化性、耐腐蚀性是首饰工业发展的需求，化性、耐腐蚀性是首饰工业发展的需求，也是珠宝首饰材料工作者的努力方向。也是珠宝首饰材料工作者的努力方向。2贵金属首饰材料强化的方向强度强度韧性韧性抗氧化性抗氧化性耐腐性性耐腐性性 3什么是冷变形？ 冷变形指在材料的冷变形指在材料的再结晶温度以下再结晶温度以下进行的变形。进行的变形。 再结晶再结晶温度大约为温度大约为0.7 T熔点熔点。 不同不同的材料具有不同的再结晶温度。的材料具有不同的再结晶温度。 第1节 贵金属材料冷变形强化

2、技术 冷拔 冷挤压 冷煅 冷摧打首饰贵金属的冷变形包括：首饰贵金属的冷变形包括： 材料经冷变形的强化程度决定于冷变形率、材料经冷变形的强化程度决定于冷变形率、变温温度及材料本身的性质。同一材料在变温温度及材料本身的性质。同一材料在相同的温度下冷变形是，变形度越大则强相同的温度下冷变形是，变形度越大则强度越高，但塑性和延展性将随变形程度的度越高，但塑性和延展性将随变形程度的增加而降低。增加而降低。6冷变形强化的原理 其原理在于冷变形导致贵金属材料内部位错其原理在于冷变形导致贵金属材料内部位错增大（晶粒结构发生形变），进一步形变则会更增大（晶粒结构发生形变），进一步形变则会更加困难，变形阻力增大。

3、加困难，变形阻力增大。 因此使强度、硬度上升，因此使强度、硬度上升，塑性、韧性下降。塑性、韧性下降。位错位错 工艺首饰合金材料经拉拔变形后表面出现的开裂现象。 工艺首饰合金材料经强冷变形后表面出现的裂纹。8冷变形强化的特点 冷变形强化受到合金塑性的限制，冷变形强化受到合金塑性的限制，变形量大到一变形量大到一定值时则会导致材料断裂定值时则会导致材料断裂，从而失去强化的作用。，从而失去强化的作用。 适用于纯贵金属材料、固溶体合金和热处理强化适用于纯贵金属材料、固溶体合金和热处理强化效果不好的多相合金等。效果不好的多相合金等。 某些合金冷变形时能形成较好的织构而在一定方向上强化，称为织构强化（如钛合

4、金板材的织构强化）。 贵金属材料发生冷变形强化是因为冷变形时贵金属内部位错增大，而且位错互相编织，并形成胞状结构阻碍位错运动，石不能移动的位错数量剧增，以致需要更大的力才能使位错克服障碍而运动，变形量越大，材料的变形抗力越大，即强度越高。第2节 贵金属合金固溶强化技术11什么是固溶强化？ 合金元素（溶质）固溶到基体金属（溶剂）合金元素（溶质）固溶到基体金属（溶剂）中，使贵金属合金材料的强度、硬度提高，称固中，使贵金属合金材料的强度、硬度提高，称固溶强化溶强化。 贵金属进行固溶强化时，在强度、硬度得到提高的同时，材料的延伸率还能保持在良好的水平。12固溶强化的原理 合金元素固溶到基体金属当中，基

5、体金属产合金元素固溶到基体金属当中，基体金属产生生晶格畸变晶格畸变，各个晶粒之间，各个晶粒之间发生位移的难度增大发生位移的难度增大，所以强度、硬度提高。所以强度、硬度提高。Cu-Ni合金成分与性能关系溶质原子造成点阵畸变，其应力场与位错应力场发生弹性交互作用并阻碍位错运动,使变形抗力提高。 溶质原子吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，从而使变形抗力提高。 不同的基体元素有其特定的固溶强化元素，在进行合金固溶强化处理时，应考虑合理的选择固溶元素，以达到最佳的强化效果。由于固溶强化可以使贵金属合金获得良好的综合力学性能，因此在珠宝首饰行业中得到广泛的应用。15固溶强化的特点 强度、硬度提高

6、的同时，塑性降低较少。强度、硬度提高的同时，塑性降低较少。 部分固溶体合金强化后，塑性有所升高。部分固溶体合金强化后，塑性有所升高。2固溶强化的影响因素 溶质原子浓度 溶质溶剂原子尺寸差 溶质原子类型 溶质原子浓度越高，强化作用也越大 溶质溶剂原子尺寸相差越大，强化效果越显著 1 溶质原子造成球对称的点阵畸变，其强化约为G/102溶质原子造成非球对称的点阵畸变，其强化约为G的几倍。 只有那些在基体金属中固溶度大的元素才能大量加入。往往采用多元少量的复杂合金化原则（即多种合金元素同时加入，但每种元素的加入量不多），使固溶体的成分复杂化，这样可以使固溶体的强化效果更佳，并能使固溶强化效果保持到较高

7、的温度和保留较大的伸长率。4.2 固溶强化 18固溶强化的注意事项 1.选择溶质元素时，选择溶质元素时，要要选择固溶度大，且单位固选择固溶度大，且单位固溶度效果好的元素。溶度效果好的元素。如铜、如铜、银是金的主要合金元素，银是金的主要合金元素，钯、钴是铂的主要合金元钯、钴是铂的主要合金元素。素。 2.尽量采取尽量采取多元少量多元少量的的原则，以取得更好的强化原则，以取得更好的强化效果。效果。第3节 贵金属合金沉淀强化技术20什么是沉淀强化？ 过饱和固溶体：指有限固溶体溶质的数量超过其过饱和固溶体：指有限固溶体溶质的数量超过其溶解度，溶解度，过饱和固溶体是一种不稳定的状态，经过一过饱和固溶体是一

8、种不稳定的状态，经过一定时间，溶质就会析出。定时间，溶质就会析出。 沉淀强化指金属的沉淀强化指金属的过饱和固溶体过饱和固溶体，在经过一段时，在经过一段时间，间，会脱溶出微粒会脱溶出微粒，此种微粒，此种微粒弥散分布于基体弥散分布于基体中而中而导导致强度、硬度升高致强度、硬度升高。沉淀强化又称为析出强化。沉淀强化又称为析出强化。 通过沉淀强化，合金的强度可以提高百分之十几至几倍。 问：问：AgAu合金是否会发生沉淀强化？合金是否会发生沉淀强化？答案：不能，因为答案：不能，因为AgAu是无限固溶体。是无限固溶体。 沉淀强化的效果决定于合金的成分、淬火后固溶体的过饱和度、强化相的特性、分布及弥散度以及

9、热处理工艺等因素。 强化效果最好的合金位于极限固溶度成分。 把金属氧化物或难熔化化合物的超细粉末与基体金属的粉末混合烧结，也可以得到弥散强化材料。如烧结铝。第4节 贵金属材料细化组织强化技术24什么是细晶强化？ 通过一定的工艺，通过一定的工艺，使材料的晶粒变得使材料的晶粒变得细小细小且尺寸越且尺寸越均匀均匀，强度、硬度上升，强度、硬度上升，即称为细晶强化即称为细晶强化。 21Kdos 细晶强化 金属或其合金材料都是多晶材料，由于金属材料的熔炼工艺或加工工艺的差异，材料的晶粒大小、形态等（称为组织）差异很大。 金属材料的力学性能与其组织密切相关。一般情况下，材料的组织越粗大，分布越不均匀，力学性

10、能越差，组织月息，尺寸越均匀，其力学性能越好。27细晶强化的原理 晶粒晶粒越小越小，单位，单位体积内的体积内的晶界面晶界面积越大积越大，对晶粒，对晶粒之间的相对移动之间的相对移动阻力越大阻力越大，从而，从而产生强化产生强化。 对于纯金属材料来说，仅指晶粒细化，但对于多相的贵金属合金来说，是指基体相晶粒的细化及中间相或析出相的细化。细化组织可以提高金属或合金材料在室温下的强度、塑性和韧性。29细晶强化的特点 晶粒组织晶粒组织越细越细，尺寸，尺寸越均匀越均匀，其力学性能越好。，其力学性能越好。 细晶强化不象其他强化方式，它使材料细晶强化不象其他强化方式，它使材料强度、硬强度、硬度提高的同时，还使塑

11、性有所提高。度提高的同时，还使塑性有所提高。 细化组织是金属材料获得高强度、高硬度的原因： 由于多晶材料的晶界上原子排列错乱，杂质富集，并有大量的位错，空洞等缺陷，而且晶界两侧的晶粒位向不同，所有这些都将障碍位错从一个晶粒向另一个晶粒的运动。晶粒越细，单位体积内的晶界面积越大，对位错运动的阻力越大，因而合金的强度越高。 铸造合金的组织细化可采用编织处理，及浇注前在金属熔液中加入微量的被称为变质剂的元素或化合物，使金属熔液的结晶过程受到影响，其目的使晶体的结晶成核速率大大增加，或使晶体的长大速度缓慢，从而结晶为组织细小的晶体。32如何产生细晶强化 1.变质处理：变质处理： 在金属由液态向固态转变

12、之前，在液态金属中加入一在金属由液态向固态转变之前，在液态金属中加入一些物质，使些物质，使金属结晶速度增大、晶粒长大速度减慢金属结晶速度增大、晶粒长大速度减慢，从而获得细小的晶粒。从而获得细小的晶粒。 被加入的物质称为被加入的物质称为变质剂。变质剂。 变质剂包括难熔质点（如变质剂包括难熔质点（如TiN）、表面活性物质）、表面活性物质（如（如Ni）、改变晶体形状的物质等。）、改变晶体形状的物质等。 33如何产生细晶强化 2.热处理热处理 热处理的正火、退火、淬火都可以将晶粒细化，但热处理的正火、退火、淬火都可以将晶粒细化，但是这时的温度需要选择好，不然将适得其反。是这时的温度需要选择好，不然将适

13、得其反。 在熔炼浇注中，避免金属熔液过热、搅动、降低浇在熔炼浇注中，避免金属熔液过热、搅动、降低浇注温度、增大冷速等措施，也可以获得细晶粒铸件。注温度、增大冷速等措施，也可以获得细晶粒铸件。细化晶粒方法1. 对铸态使用的合金：合理控制冶铸工艺，如增大过冷度、加入变质剂、进行搅拌和振动等。2. 对热轧或冷变形后退火态使用的合金：控制变形度、再结晶退火温度和时间。3. 对热处理强化态使用的合金：控制加热和冷却工艺参数, 利用相变重结晶来细化晶粒。第5节 贵金属材料其他强化工艺技术 材料的材料的强化有两种在原理上根本不同的途径： 一种是尽量满足增加晶格缺陷，以阻止位错运动，抑制位错运动，抑制位错源的

14、活动。 另一种途径是尽可能的减少晶体中的位错及其他缺陷，使晶体接近于理想的完整状态，此时，材料变形不能依靠位错运动，滑移面上所有原子必须同时移动，这种滑移需要很大的切应力，因而材料具有很高的强度，晶须是一种接近完整的晶体，所以强度极高，第第6节节 提高贵金属材料及其合提高贵金属材料及其合金耐腐蚀性的途径金耐腐蚀性的途径贵金属首饰材料会发生腐蚀吗？贵金属首饰材料会发生腐蚀吗？39对于纯贵金属材料一般不容易腐蚀。对于纯贵金属材料一般不容易腐蚀。对于贵金属合金材料或纯银就要考虑材料的防对于贵金属合金材料或纯银就要考虑材料的防腐蚀问题。腐蚀问题。化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀

15、电化学腐蚀电化学腐蚀条件条件金属与非金属金属与非金属直接直接发生发生化学反应化学反应两种金属在电解质两种金属在电解质溶液中发生溶液中发生原电池原电池反应反应电流电流无电流无电流有微弱电流有微弱电流实例实例Zn2HClZnCl2H2Ag、Pt电化学腐电化学腐蚀蚀本质本质金属失去电子被氧化金属失去电子被氧化联系联系两者经常同时发生两者经常同时发生4041贵金属电化学腐蚀原因及对策贵金属电化学腐蚀原因及对策1.1.成分、组织、结构不均匀引起成分、组织、结构不均匀引起的电化学腐蚀的电化学腐蚀 根源：成分、结构不均匀导致合金区域根源：成分、结构不均匀导致合金区域电位差异电位差异。合金元素之间的电位差合金

16、元素之间的电位差成分偏析引起的电位差成分偏析引起的电位差对策：避免电位差较大的两种金属直接接触。对策：避免电位差较大的两种金属直接接触。42贵金属电化学腐蚀原因及对策贵金属电化学腐蚀原因及对策2.2.应力或应力不均匀引起应力或应力不均匀引起的电化学腐蚀的电化学腐蚀 应力：单位面积上所承受的力。应力：单位面积上所承受的力。 应力腐蚀：金属材料在拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下发生应力腐蚀：金属材料在拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下发生的腐蚀现象。的腐蚀现象。 金属表面都有一层钝化膜（氧化保护膜），在应力作用下，金金属表面都有一层钝化膜（氧化保护膜），在应力作用下，金属表面局部区域的钝化膜被撕破，露出

17、活性金属表面，在介质作属表面局部区域的钝化膜被撕破，露出活性金属表面，在介质作用下出现腐蚀，且其发展是逐渐加剧的。用下出现腐蚀，且其发展是逐渐加剧的。只有拉应力导致应力腐蚀。只有拉应力导致应力腐蚀。43防止应力腐蚀对策防止应力腐蚀对策退火消除应力退火消除应力表面喷砂处理表面喷砂处理44贵金属电化学腐蚀原因及对策贵金属电化学腐蚀原因及对策3.3.保护层破损引起保护层破损引起的电化学腐蚀的电化学腐蚀 首饰贵金属经常利用耐蚀性较好的镀层和钝化膜作为保护层。首饰贵金属经常利用耐蚀性较好的镀层和钝化膜作为保护层。1.1.镀层电极电位一般比被保护金属高镀层电极电位一般比被保护金属高2.2.阴极的面积大，阳极面积小，使腐蚀速度加