第五章首饰贵金属材料的强化技术

被加入的物质称为变质剂。 变质剂包括难熔质点（如TiN）、表面活性物质 （如Ni）、改变晶体形状的物质等。
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如何产生细晶强化
2.热处理 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。 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。
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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
电流 实例 本质 联系
金属失去电子被氧化 两者经常同时发生
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贵金属电化学腐蚀原因及对策
1.成分、组织、结构不均匀引起的电化学腐蚀 根源：成分、结构不均匀导致合金区域电位差异。 合金元素之间的电位差 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。
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贵金属电化学腐蚀原因及对策
2.应力或应力不均匀引起的电化学腐蚀
第5章 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 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。
贵金属首饰材料强化的方向
强度 韧性 抗氧化性 耐腐性性
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第1节 贵金属材料冷变形强化技术
什么是冷变形？
冷变形指在材料的再结晶温度以下进行的变形。
再结晶温度大约为0.7 T熔点。
溶质原子类型
4.2 固溶强化
• 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的 温度和保留较大的伸长率。
固溶强化的注意事项
第6节 提高贵金属材料及其合 金耐腐蚀性的途径
贵金属首饰材料会发生腐蚀吗？
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 腐蚀问题。
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化学腐蚀与电化学腐蚀
化学腐蚀
条件
电化学腐蚀
金属与非金属直接 两种金属在电解质 发生化学反应 溶液中发生原电池 反应 无电流 Zn＋2HCl＝ZnCl2 ＋H2↑ 有微弱电流 Ag、Pt电化学腐 蚀
• 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，
不同的材料具有不同的再结晶温度。
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首饰贵金属的冷变形包括：
• 冷拔 • 冷挤压 • 冷煅 • 冷摧打
• 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 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 增加而降低。
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 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。 因此使强度、硬度上升，塑性、韧性下降。
第4节 贵金属材料细化组织强化技术
什么是细晶强化？
通过一定的工艺， 使材料的晶粒变得 细小且尺寸越均匀， 强度、硬度上升， 即称为细晶强化。
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细晶强化
s o Kd

1 2
• 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。
固溶强化的特点
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。
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2 固 溶 强 化 的 影 响越高，强化 作用也越大
溶质溶剂原 子尺寸差
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/10 2溶质原子造成非球对称的点阵 畸变，其强化约为G的几倍。
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重点知识回顾
1.如何避免电化学腐蚀？
a.首饰设计时，尽量避免两种电极电位差 别大的金属直接接触
b.表面喷砂 c.去应力退火 d.保护层破损，要及时进行修复
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贵金属电化学腐蚀原因及对策
3.保护层破损引起的电化学腐蚀
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。
1.镀层电极电位一般比被保护金属高 2.阴极的面积大，阳极面积小，使腐蚀速度加快
对策：修复保护层
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首饰为何在焊接部位容易发生腐蚀？
应力腐蚀(热应力) 焊药与金属基体成分相差较大
1.选择溶质元素时，要 选择固溶度大，且单位固 溶度效果好的元素。如铜、 银是金的主要合金元素， 钯、钴是铂的主要合金元 素。
2.尽量采取多元少量的 原则，以取得更好的强化 效果。
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第3节 贵金属合金沉淀强化技术
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 溶解度，过饱和固溶体是一种不稳定的状态，经过一 定时间，溶质就会析出。 沉淀强化指金属的过饱和固溶体，在经过一段时 间，会脱溶出微粒，此种微粒弥散分布于基体中而导 致强度、硬度升高。沉淀强化又称为析出强化。
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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。
Cu-Ni合金成分与性能关系
• 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。
• 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，力学性能越差，组织月息，尺寸 越均匀，其力学性能越好。
细晶强化的原理
晶粒越小，单位 体积内的晶界面 积越大，对晶粒 之间的相对移动 阻力越大，从而 产生强化。
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• 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。
细晶强化的特点
晶粒组织越细，尺寸越均匀，其力学性能越好。
细晶强化不象其他强化方式，它使材料强度、硬 度提高的同时，还使塑性有所提高。
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• 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。
位错
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• 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。
冷变形强化的特点
冷变形强化受到合金塑性的限制，变形量大到一 定值时则会导致材料断裂，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 效果不好的多相合金等。
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• 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 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。
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 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 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。 只有拉应力导致应力腐蚀。
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防止应力腐蚀对策
退火消除应力 表面喷砂处理
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• 通过沉淀强化，合金的强度可以提高百分 之十几至几倍。
问：Ag－Au合金是否会发生沉淀强化？
答案：不能，因为Ag－Au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。
• 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。
如何产生细晶强化
1.变质处理：
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。
第2节 贵金属合金固溶强化技术
什么是固溶强化？
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 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。
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固溶强化的原理
合金元素固溶到基体金属当中，基体金属产 生晶格畸变，各个晶粒之间发生位移的难度增大， 所以强度、硬度提高。