Ag-Zn-Mg-Al體系925銀合金的性能研究

鄔治平，江濤，趙均輝，鐘飛，楊麗

Ag-Zn-Mg-Al體系925銀合金的性能研究

鄔治平，江濤，趙均輝，鐘飛，楊麗

（依波精品（深圳）有限公司，廣東 深圳 518060）

銀的耐腐蝕性較差、硬度較低，可以通過合金化和熱處理提升其耐腐蝕性和硬度。采用真空中頻感應熔煉法制備了Ag-Zn-Mg-Al體系925銀合金，并對其進行了金相組織分析、耐腐蝕測試、顯微維氏硬度測試。925銀合金中，Ag的質量分數為92.5%、Zn的質量分數為4.0%、Mg的質量分數為2.0%、Al的質量分數為1.5%，研究結果表明，925銀合金耐腐蝕性相比傳統925銀有顯著提升，此外，通過適當的冷軋處理能使其硬度高達130 HV。

銀合金；金相組織；耐腐蝕性能；維氏硬度

純銀因具有美麗的光澤、穩定的化學性質和收藏觀賞價值，成為世界各國制作首飾、裝飾品、銀器和餐具的重要材料[1]。二十多年來中國銀飾業一直呈現穩步增長的態勢，從2006年至今，中國銀飾用銀量首次超過泰國、印度等傳統用銀大國，現居世界首位。足銀由于硬度低、耐腐蝕性能較差，作為飾品容易磨損、變形、腐蝕變色，影響美觀。可以通過合金化的方式提升銀的耐腐蝕性和硬度，最為常見的是925銀，又稱之為“斯特林銀”。“斯特林銀”通常含有一定比例的銅[2-3]，硬度比足銀有一定的提升，但耐腐蝕性仍然較差，難以滿足目前的質量要求，因此，需研究調整銀合金的成分來提高其耐腐蝕性能和硬度。銀的合金化元素眾多，通常可分為氧活性元素、稀土元素和貴金屬元素三類[4]。

本文通過在銀中添加鋅、鎂、鋁金屬元素制備成Ag-Zn- Mg-Al體系925銀合金，以研究其耐腐蝕性能及硬度。

1 實驗

1.1 實驗材料及儀器

銀合金采用真空中頻感應加熱熔煉，所用的原材料是99.9%足銀、99.9%純鋁、99.999%高純鋅和鎂合金AZ31b。

銀合金成分如表1所示。根據表1成分配比進行熔煉，待合金成分熔煉均勻之后取出，并在石墨模具中澆鑄，自然冷卻后獲得鑄態樣品。

表1 銀合金成分（單位：%）

樣品編號AgZnMgAl 1#92.5421.5

1.2 金相組織觀察

采用徠卡DMILM倒置金相顯微鏡觀察銀合金組織，試驗前對試樣進行打磨拋光。

1.3 熱處理工藝

對1#銀合金進行了熱處理，研究其在鑄態、固溶態時的組織和性能。熱處理工藝如表2所示。

表2 傳統925銀和1#銀合金的熱處理工藝

工藝類型工藝參數 固溶處理760 ℃-2 h-水淬

1.4 性能測試

1.4.1 硬度測試

采用HXD-1000顯微硬度儀進行維氏硬度測試，試驗力為200 gf，保荷時間15 s，測量3個點求取平均值作為該試樣的硬度。測試前需對試樣進行打磨拋光。

1.4.2 耐腐蝕性能測試

按照GB/T 10123—2012的方法對試樣進行鹽霧試驗。實驗后使用基恩士VHX-5000三維數碼顯微鏡觀察樣品表面形貌。通過對比實驗后樣品表面腐蝕的情況來評定樣品的耐腐蝕性能。

2 結果與討論

2.1 金相組織分析

含銅925銀合金和1#銀合金的鑄態固溶處理后金相組織如圖1所示。圖1（a）中，白色箭頭指深色物相為富銅相，從圖1可以看出含銅925銀合金鑄態組織有較多的富銅相。含銅銀合金在鑄造組織中通常會存在大量的富銅相偏析，由于銀與銅的標準電極電位不一樣，使得Ag和Cu在電解質的環境下發生原電池腐蝕，損害含銅銀合金的耐腐蝕性。Cu的電極電位低，先被腐蝕而在表面形成孔隙，這樣會進一步導致縫隙腐蝕，進而加劇整個合金的腐蝕。圖1（b）和（c）中沒有鋁、鋅或鎂的偏析，不存在富集相。

2.2 維氏顯微硬度測試結果與分析

1#銀合金鑄態、固溶處理后和冷軋處理后的顯微維氏硬度以及鑄態含銅925銀的顯微維氏硬度，如圖2所示。

從圖2可知，1#銀合金鑄態顯微維氏硬度略高于固溶處理后的樣品的硬度，但都低于鑄態含銅925銀的顯微維氏硬度。鑄態含銅925銀由于存在大量的富銅相偏析，因而存在一定的第二相強化作用，從而使得含銅925銀的硬度比1#銀合金鑄態時的硬度高；鑄態和固溶態1#銀合金的合金元素全部固溶到銀基體中，沒有第二相強化效果，并且無明顯固溶強化效果，因此硬度較低。然而，通過冷軋處理（50%冷變形），1#銀合金經顯微維氏硬度有顯著提升。通過冷變形可以使得1#銀合金內部產生大量位錯、層錯和機械孿晶。大量的位錯聚集可以形成林位錯強化作用，而層錯和機械孿晶作為新的界面能夠有效阻止位錯的運動，抵抗合金在外力作用下變形，從而顯著增強合金的強度和硬度。冷軋處理后硬度雖然顯著提升，但在一定程度上犧牲了合金本身具有的良好的塑性和韌性。

圖1 含銅925銀合金和1#銀合金的鑄態固溶處理后金相組織

圖2 1#銀合金不同狀態下的顯微維氏硬度與含銅925銀的硬度

2.3 耐腐蝕性能測試結果與分析

1#銀合金鑄態試樣鹽霧試驗后表面腐蝕情況如圖3所示。從圖3可以看出，1#銀合金鑄態試樣在進行了2 h鹽霧試驗后，樣品表面基本沒有發生腐蝕，表面仍然比較光亮，因此在三維數碼顯微鏡下反光嚴重，照片較暗；進行了24 h鹽霧試驗后，樣品表面和2 h時基本無變化，表面基本沒有發生腐蝕。肉眼觀察時也發現其表面仍保持銀的光澤。

圖3 1#銀合金鑄態試樣鹽霧試驗表面腐蝕情況（×30）

1#銀合金鑄態冷軋試樣鹽霧試驗后表面腐蝕情況如圖4所示。從圖4可以看出，1#銀合金鑄態冷軋試樣在進行了 2 h鹽霧試驗后，樣品表面基本沒有發生腐蝕，表面仍然比較光亮；在進行了24 h鹽霧試驗后，樣品表面和2 h時幾乎無變化，表面基本沒有發生腐蝕。肉眼觀察時也發現其表面仍保持銀的光澤。因此，1#銀合金鑄態試樣冷軋后，耐蝕性未受明顯影響。

圖4 1#銀合金鑄態冷軋試樣鹽霧試驗表面腐蝕情況（×30）

含銅925銀合金鑄態試樣鹽霧試驗后表面腐蝕情況如圖5所示。從圖5可以看出，含銅925銀合金鑄態試樣在進行了2 h鹽霧試驗后，表面已發生嚴重腐蝕；在進行了24 h鹽霧試驗后，腐蝕更嚴重。這主要是因為其組織中存在的富銅相，銀基體與析出相之間發生了原電池腐蝕。用肉眼觀察時也發現其表面已經完全失去了銀的光澤。

圖5 含銅925銀鑄態試樣鹽霧試驗表面腐蝕情況（×30）

通過對比1#銀合金鑄態、冷軋態和含銅925銀鑄態試樣的鹽霧實驗結果可以看出，相比于傳統的含銅925銀，1#銀合金無論是在鑄態還是冷軋態都具有十分優異的耐腐蝕性，并且冷軋處理對1#銀合金的耐蝕性無明顯影響。

3 結論

通過對1#銀合金和含銅925銀合金在不同狀態下的測試和分析，得出以下主要結論：Ag-Zn-Mg-Al體系925銀合金在鑄態和冷軋態時的耐腐蝕性都顯著優于含銅925銀合金；Ag-Zn-Mg-Al體系925銀合金鑄態樣品的硬度低于含銅925銀合金，在本實驗中，固溶處理對其硬度沒有提升效果；Ag-Zn-Mg-Al體系925銀合金具有顯著的加工硬化效果；鑄態Ag-Zn-Mg-Al體系925銀合金50%冷軋變形后，硬度由57 HV上升到130 HV，提升幅度達128%。925銀合金組織中的富銅相會降低其耐蝕性，為提高925銀的耐腐蝕性能，應避免組織中產生富銅相。

［1］鐘飛，鄔治平，李達，等.添加微量元素Ga對925銀合金抗變色性能的影響［J］.金屬功能材料，2017，24（4）：54-57.

［2］阿根蒂姆國際有限公司.制造合金的方法及銀、銅和鍺的合金：中國，CN 102690969 B［P］.2016-05-04.

［3］湯有正，向雄志，白曉軍，等.鋅對925銀抗變色性能的影響［J］.稀有金屬材料與工程，2012，41（5）：929.

［4］薄海瑞，馬春宇，吳海超，等.鍺對925銀組織和性能的影響［J］.鑄造技術，2013，34（4）：419-420.

TG166

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.050

2095－6835（2019）24－0114－02

鄔治平，男，碩士，材料工程師，研究方向為金屬材料。

〔編輯：嚴麗琴〕