鉑族金屬材料及其工藝性能

1、鉑族金屬材料及其工藝性能第一節(jié) 概 述1。鉑族金屬的概念鉑（Pt）、鈀（Pd）、鋨（Os）、銥（Ir）、釕（Ru）、銠（Rh）統(tǒng)稱為鉑族元素。鉑族金屬的發(fā)展歷史人類對鉑金的認識和利用遠比黃金晚，大概只有2000多年的歷史。根據(jù)考古資料論證，在公元前七百多年時，古埃及人已能將鉑金加工成工藝水平較高的鉑金飾品。中美洲的印第安人，遠在哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸之前，也盛行過鉑金飾物。然而，除此之外其它地區(qū)的人們對鉑金則一無所知，直到十六世紀初，西班牙殖民帝國逐漸形成，大批的西班牙冒險家蜂涌到非洲和美洲去探金尋寶。當時，在厄瓜多爾的河流中淘金時，一再發(fā)現(xiàn)有一種白色金屬混雜在黃金中，其實就是珍貴的鉑金。但由於當時

2、科學(xué)不發(fā)達，識別能力低下，面對著銀晃晃的鉑金，那些殖民統(tǒng)治者卻把它稱之為“劣等碎銀”而棄之。1748年，西班牙著名科學(xué)家安東尼.洛阿在平托河金礦中發(fā)現(xiàn)了銀白色的自然鉑，他進行了仔細研究，發(fā)現(xiàn)自然鉑的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，延展性極好，熔點亦高，相對密度極大，與金屬銀有明顯的區(qū)別。安東尼是第一位對鉑金進行詳細研究的學(xué)者。 18世紀，法國國王路易十六特別偏愛鉑金，稱鉑金為唯一與國王稱號相匹配的貴金屬。到了近代，世界著名首飾設(shè)計Cartier、faberge、tiffany均利用鉑金創(chuàng)造出不朽的杰作。舉世聞名的霍普（希望）鉆石，也被永遠地鑲嵌在鉑金鏈上。鉑族金屬的發(fā)現(xiàn)銠(Rh)、鈀(Pd)、鋨(Os)和銥

3、(Ir)發(fā)現(xiàn)于18031804年，釕(Ru)發(fā)現(xiàn)于1844年。1803年沃拉斯頓從粗鉑中分離出新元素鈀和銠 .1804年英國化學(xué)家坦南特等人用王水溶解粗鉑時發(fā)現(xiàn)銥(Ir)命名意為“彩虹女神”(Iris) ，鋨也是在1803年坦南特等人用王水溶解粗鉑時發(fā)現(xiàn)。 1827年，俄國奧贊在鉑礦中發(fā)現(xiàn)釕（Ru ），1844年俄國克勞斯在烏金礦中也發(fā)現(xiàn)它并確認為一種新元素。 鉑金的種類純鉑金：最高成色的鉑金。常用於制作訂婚戒指，以表示愛情的純貞和天長地久。在國外，許多人認為用黃金鑲嵌鉆石，可能導(dǎo)致鉆石泛黃，從而大大降低鉆石的價格。而用鉑金鑲嵌鉆石，可以保持鉆石的純白顏色，特別是作訂婚戒指，用鉑金鑲嵌鉆石，既

4、潔白又晶瑩，象征純潔的愛情永恒長久。然而，盡管鉑金的硬度比黃金高，但鑲嵌鉆石和珠寶仍感不夠，往往需摻入“金”，制成“鉑合金”來鑲嵌鉆石等。銥鉑金：銥與鉑組成的合金。顏色亦為銀白色，具強金屬光澤。硬度較高。相對密度亦大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是極好的鉑合金首飾材料。 鈀鉑金：鉑金與鈀金的合金，主要由意大利和日本生產(chǎn)，通常含鉑量75以上。鉑金首飾的純度標識 國際上鉑金的標志是Pt、Plat或Platinum的字樣，並以純之千分數(shù)字代表之，如Pt900表示純度是900%o。鉑金飾品的規(guī)格標示有Pt1000、Pt950、Pt900、Pt850。首飾、貴金屬純度的規(guī)定及命名方法中鉑合金首飾中鉑含量的規(guī)定，鉑和鈀

5、的總含量不得少于950%0。鉑首飾以純度千分數(shù)冠以鉑或Pt。例：990，Pt990或足鉑。 足鉑金比較柔軟，如要鑲嵌鉆石就必許組成合金，即使加入5%的合金也能使Pt變硬，達到加工要求。所加入的合金成分中有一部分必須是鉑族金屬。日本所允許的純度為1000. 950. 900. 850，并可以有微小的（0.5%）負差。純度為850Pt一般用于鏈條，Pt900是最為常用的純度。由于日本是香港最重要的出口市場，因此香港采用日本標準。 美國規(guī)定純度若要稱為Pt，必須至少含有50%的鉑，已及總共95%的鉑族金屬。鉑含量高于95%的純度可打上Pt印記。鉑含量在75%-95%之間的首飾，還必須打上鉑族金屬的印

6、記。鉑含量在50%-75%之間的首飾，必須打上所含鉑族金屬的名稱及其含量。如585鉑365鈀（585PLAT365PALL）。只有美國允許K鉑金合金。 鉑鈀合金的比重: Pt950-20.64 Pt900-19.88 Pt850-19.18 鉑族金屬的用途鉑是鉑族金屬的代表，由于其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，其應(yīng)用非常廣泛，鉑可單獨或與其他鉑族金屬聯(lián)合使用。鉑可作制造硝酸與氨的催化劑，生產(chǎn)高質(zhì)量的航空汽油；電器與電子工業(yè)上的接觸點和鉑銠合金熱電偶、鉑銥火花塞電極；玻璃, , 工業(yè)上用作鉑坩堝；國防工業(yè)上可制造導(dǎo)彈發(fā)射燃料過氧化氫的催化劑與宇宙飛行器的燃料電池電極等。鉑的應(yīng)用領(lǐng)域主要有首飾制造、化學(xué)制品

7、(坩堝，催化劑等)、電子工業(yè)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等。鉑和鈷結(jié)合可制成非常強的磁體。近年來國際鉑金協(xié)會極力倡導(dǎo)，使其愈來愈在結(jié)婚戒指中占據(jù)重要地位。 它可以用于工業(yè)領(lǐng)域，最著名的就是用在催化反應(yīng)器中。鉑金在醫(yī)療領(lǐng)域中也扮演著重要的角色，它不受血液氧化作用的影響，具有出色的傳導(dǎo)性，且能與活組織相容。由于上述這些特性，鉑金被應(yīng)用于心臟起博器中。目前，超過五萬人依靠心臟起博器健康地生活著。對他們而言，鉑金是一種能夠拯救生命的金屬。 鉑族金屬的基本性質(zhì)1。鉑鉑的物理性質(zhì) 光澤：強，銀白色 密度：21.45gcm3 硬度：摩氏硬度4.3 鉑有銀白色金屬光澤，色澤鮮明，有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，還具有很好的延展性和可鍛

8、性，接近于銀和金。鉑金可以拉伸為直徑為0.001毫米的細線并可錘打成.0.127微米厚的箔片，1克鉑金即使被拉成1.6公里長的細絲也不會斷裂。鉑金化學(xué)性質(zhì)鉑金化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有優(yōu)良的抗氧化性和良好的催化性，同時具有熱電性。鉑有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，常溫下，與氧、硫、氯等非金屬元素都不反應(yīng)，在高溫下才反應(yīng)。常溫鉑金下不與鹽酸、硝酸、硫酸以及有機酸發(fā)生作用，有“最耐腐蝕金屬”這稱，但溶一王水.3Pt + 4HNO3 +18 HCL3 H2PtCL6 +4 NO +8 H2O它耐高溫，故用它制造反應(yīng)器皿等。自然界鉑金的儲量比黃金要稀少許多,據(jù)不完全統(tǒng)計,世界鉑金總儲量約為1.4萬噸,僅為黃金儲量的5%,

9、體積約為653立方米,就是說;全球的鉑金儲量加在一起也只能夠裝滿滿套三居室。每年世界鉑金的年產(chǎn)量僅90噸左右，遠遠少于黃金，而且鉑金提煉較黃金更為困難，所以其價格較黃金更加昂貴。鈀（Palladium） 鈀也是鉑族金屬之一，呈銀白色。熔點為1555，密度為11.4克/厘米3。硬度44.5鈀有良好的延展性，可鍛造、軋制拉拔成棒、片和線。自然界中鈀常與其它鉑族金屬共生在一起。鉑族金屬中，以鈀的抗腐蝕性能最差。硝酸、王水300的濃硫酸及熔融的硫酸氫鉀均能溶解鈀。在350-790的空氣中，表面會生成一層氧化物；但高于此溫度時，氧化物又分解成金屬和氧。鈀有吸氫和透氫的特性：一定體積的鈀在常溫下，能吸吸相

10、當于它本身體積800-2800倍的氫氣。鈀及鈀黑（粒度很細）對氣體有很強的吸附能力，因而具有優(yōu)良的催化特性。鈀的產(chǎn)量大于鉑，價格和黃金相近。 鈀的用途 鈀及其合金在石油化學(xué)工業(yè)上廣泛地作氣體反應(yīng)，特別是氫化或脫氫的催化劑。鈀可作電鍍層，在電子電器工業(yè)上應(yīng)用。在玻璃工業(yè)上，鈀金屬不會使熔化的玻璃著色，可作為制造光學(xué)玻璃的容器內(nèi)襯。鈀和其合金可摻于金中作牙科材料，鈀合金還是提純氫氣的凈化材料，此外它還可制造高溫纖焊焊料等。 銠（Rhodium）銠是鉑族金屬之一，熔點為1 966 ,沸點為 3 727 ，屬于難熔金屬；密度為12.41 g/cm3(20 )。強金屬光澤，銀白色、堅硬的鉑族金屬，稀有。

11、銠的化學(xué)性質(zhì)銠的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定：在一般溫度下，銠或銠的鍍層均能保持其很高的光亮度；良好的抗氧化性使其僅在602-1000內(nèi)出現(xiàn)緩慢氧化；銠能耐中等溫度下的各種介質(zhì)的腐蝕；100的王水也不會腐蝕銠，但濃硫酸、濃氫溴酸和濃次氯酸鈉在100下會使銠 緩慢地腐蝕。跟熔融堿反應(yīng)。銠有穩(wěn)定的電阻、電阻溫度系數(shù)和良好的熱電性能。銠的質(zhì)硬而脆，不能進行冷加工，但加熱后具有很好的延伸性。銠的高溫強度很好。 銠的用途銠黑或海綿銠在石油化學(xué)工業(yè)上作催化劑。銠在電子電器工業(yè)上，可作電阻、熱電偶、印刷電路等。鉑銠合金對熔融的玻璃有特別的抗蝕性，可作為高溫發(fā)熱元件，是生產(chǎn)玻璃纖維用的坩堝、噴咀和拉模的良好材料，鉑-鉑銠是高

12、溫電偶材料，也可制作溫度傳感器。銠可作電鍍層，常鍍在探照燈及反射鏡上，以增強其表面的光澤和耐磨性。銥銥（音衣），Iridum，源自iris，意思為“彩虹”，因銥鹽的色彩得名，1804年發(fā)現(xiàn)。是一種非常堅硬的金屬，特別難以加工鑄造。銥?zāi)茉黾觿e種金屬的硬度。它的合金棒可做重量和長度單位的標準物（主要因膨脹系數(shù)極?。H上的“標準米尺”就是鉑銥合金制成的。 銥的性質(zhì)鉑合金材料及工藝性能1。純鉑材料1）力學(xué)性能維氏硬度：鑄態(tài)：43kg/mm2退火態(tài)： 37-42kg/mm2電解沉積態(tài)(電鑄)： 606-642kg/mm22）工藝性能鉑的熔煉一般在高頻或中頻感應(yīng)爐中進行，坩鍋可用氧化鋯或氧化鎂材料，也

13、可以用陶瓷坩鍋。澆鑄溫度一般在18501950度。鉑的加工延展性很好。兩次退火間的加工率可達90以上。純鉑或足鉑以及Pt950、 Pt900廣泛應(yīng)用于首飾制造。鉑的其它合金材料1）鉑銅合金：常加入鈷、鎳、鈀或其它金屬元素，熔煉成Pt900或Pt950等鉑銅二元合金或三元合金，用于首飾或工藝品制造。2）鉑銥合金：高硬度、高熔點、耐腐蝕，很少應(yīng)用于首飾工業(yè)，銥含量較高的鉑銥合金經(jīng)處理可獲得獨特的鉛藍銀白色。3）鉑鎳合金：常用Pt900材料的配制，可降低部分人群對鎳有過敏反應(yīng)，國際首飾界對首飾中鎳含量有一定限制，通常表面還需鍍銠。4）鉑銠合金：大量用于工業(yè)上的測溫元件熱電偶，常用回手的廢舊熱電偶鉑銠

14、合金材料熔煉后直接制作首飾。5）鉑銠鈀合金：貴金屬首飾中使用的主要是未經(jīng)提煉的鉑銠合金與鈀混合熔煉成Pt900等首飾常用的鉑基合金。鈀合金材料及其工藝性能純鈀材料1）力學(xué)性能維氏硬度：鑄態(tài)：44kg/mm2退火態(tài)： 37-44kg/mm2電解沉積態(tài)(電鑄)： 300-400kg/mm2純鈀的工藝性能由于鈀強力吸氫的特性，給熔煉和加工帶來一定的困難。鈀及其合金材料的熔煉常用中頻爐或高頻爐加熱，在熔煉時，往往采用真空爐或惰性氣體保護。常用坩鍋為氧化鋁、氧化鋯等材料。鈀具有良好的塑性，鈀及其合金的加工類似于鉑及其合金，可熱加工和冷加工，通常在12001400度之間進行熱鍛加工，可在空氣中退火，退火溫度宜在880度以上，最好用真空或惰性氣體退火，水冷也可以。首飾用材料中鈀常在鈀鉑合金或K白金中以添加合金元素形式出現(xiàn)，鉑中加入鈀元素可提高鉑的澆鑄性能和表面質(zhì)量。其它鈀合金材料在首飾工藝中的應(yīng)用1） 鈀銀合金：應(yīng)用于制作18K白金的原料，還可在鉑中添加制成 Pt900鉑合金材料，用于珠寶首飾的鑲嵌飾品材料等。2） 鈀金合金：熔點高，耐腐蝕性強，應(yīng)用于制作K白金飾品的生產(chǎn)制造。3） 鈀銅合金：澆鑄性能很好，應(yīng)用于制作首飾工藝品，或作為K金合金的添加料，還可用于首飾加工中的焊接材