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1、一、贵金属及其合金的熔铸二、贵金属及其合金的加工三、贵金属粉末及粉末冶金制品一、贵金属及其合金的熔铸二、贵金属及其合金的加工三、贵金属粉末及粉末冶金制品第三章 贵金属材料的制造第三章 贵金属材料的制造贵金属经过贵金属经过提纯提纯或或电解精炼电解精炼后，通常以后，通常以电解粉末电解粉末或或还原粉末还原粉末的形式存在。为便于的形式存在。为便于储存储存、运输运输、计量计量和保证相应贵金属的和保证相应贵金属的成分成分均一性均一性，贵金属粉末通常必须通过，贵金属粉末通常必须通过熔铸熔铸使之成为贵金属锭。成锭的贵金属可以通过使之成为贵金属锭。成锭的贵金属可以通过机械加工机械加工的方式进一步加工成的方式进一
2、步加工成板、板、带、箔、管、棒、型和丝材带、箔、管、棒、型和丝材。一、贵金属及其合金的熔铸一、贵金属及其合金的熔铸贵金属及其合金品种繁多，必须采用不同的熔炼方法。贵金属及其合金品种繁多，必须采用不同的熔炼方法。贵金属在熔炼时贵金属在熔炼时容易吸气容易吸气使铸锭产生使铸锭产生气泡气泡、疏松疏松和和缩孔缩孔。其他合金元素如其他合金元素如铝铝、锰锰、稀土稀土等的加入，又易造成等的加入，又易造成铸锭夹杂铸锭夹杂。这些都影响贵金属及其合金的半成品的质量。这些都影响贵金属及其合金的半成品的质量。贵金属及其合金（尤其是铂族金属）贵金属及其合金（尤其是铂族金属）熔点高熔点高，原料纯度高原料纯度高，为了保证成品
3、特定的性能，必须在熔炼过程中，为了保证成品特定的性能，必须在熔炼过程中避免污染避免污染。但是，熔炼时金属液体但是，熔炼时金属液体与坩埚耐火材料接触与坩埚耐火材料接触，熔炉的，熔炉的电磁搅拌电磁搅拌，强烈的，强烈的金属流动金属流动等因素，等因素，增加了增加了液体金属与坩埚材料的液体金属与坩埚材料的反应界面反应界面。1.坩埚材料的选择坩埚材料的选择 银银和和金金一般一般不溶解碳不溶解碳，也，也不与碳反应不与碳反应生成碳化物。生成碳化物。铂族金属铂族金属在在高温下高温下能能溶解碳溶解碳，其溶解度，其溶解度随温度升高而增大随温度升高而增大，在凝固时溶解的碳又以石墨状态析出到，在凝固时溶解的碳又以石墨状
4、态析出到晶界晶界上，使金属变脆。上，使金属变脆。因此，因此，银及其合金银及其合金和和金及其合金金及其合金一般使用一般使用石墨坩埚石墨坩埚熔炼，在大气条件下熔炼这些合金时，用熔炼，在大气条件下熔炼这些合金时，用木炭粉木炭粉作为作为保护剂保护剂。铂族金属及其合金铂族金属及其合金常用常用氧化铝氧化铝、氧化锆氧化锆、氧化镁、氧化钍氧化镁、氧化钍等作为坩埚耐火材料。等作为坩埚耐火材料。此外，还必须控制好此外，还必须控制好熔炼温度熔炼温度和和熔炼时间熔炼时间。表表1 熔炼坩埚和保护介质熔炼坩埚和保护介质（1）银及银合金）银及银合金 由于银在由于银在高温下高温下能大量能大量吸收氧气吸收氧气并大量并大量挥发挥
5、发，因此在熔炼银及银合金时，一般必须在，因此在熔炼银及银合金时，一般必须在保护气氛下保护气氛下进行。进行。在熔炼在熔炼银及不含易氧化的银合金银及不含易氧化的银合金时，可采用时，可采用煤气炉煤气炉或或电阻电阻炉炉，或采用自制的，或采用自制的煤油地炉煤油地炉，将煤油和空气一起喷入地炉，被熔炼物料放在，将煤油和空气一起喷入地炉，被熔炼物料放在石墨坩埚石墨坩埚中，用中，用硼砂硼砂、木炭木炭或或草灰草灰覆盖，在大气下进行熔炼。熔炼完毕，熔体浇入覆盖，在大气下进行熔炼。熔炼完毕，熔体浇入石墨模石墨模、铸铁模铸铁模或或钢模钢模中，可获得质量好的铸锭。中，可获得质量好的铸锭。在熔炼在熔炼易氧化或易挥发的银合金
6、易氧化或易挥发的银合金时，可采用先时，可采用先抽真空抽真空，后充，后充氩气氩气，一般为（，一般为（2030）103Pa，或在，或在氮气的中频感应电炉氮气的中频感应电炉中熔炼。所用的坩埚、铸模材料与前相同。中熔炼。所用的坩埚、铸模材料与前相同。石墨模石墨模的优点是使用方便，但对于融化温度的优点是使用方便，但对于融化温度高于高于1200的银合金的银合金，因为会导致铸锭含有大量气孔或疏松而，因为会导致铸锭含有大量气孔或疏松而不宜采用不宜采用。在熔炼含有在熔炼含有易与碳发生作用的银合金易与碳发生作用的银合金时，则要采用时，则要采用氧化铝氧化铝或其他或其他耐火氧化物耐火氧化物坩埚。坩埚。2.金、银及其合
7、金的熔铸金、银及其合金的熔铸 银锭按含银量分为三种规格。银锭按含银量分为三种规格。Ag-1（银含量（银含量99.99%）Ag-2（银含量（银含量99.95%）Ag-3（银含量（银含量99.9%）银锭外形为银锭外形为长方体长方体，表面必须平整、洁净，不得有夹层、冷隔、裂纹、飞边、毛刺和夹杂物。除切口及铜刷处理的表面以外，银锭表面不得有机械或手工加工的痕迹。，表面必须平整、洁净，不得有夹层、冷隔、裂纹、飞边、毛刺和夹杂物。除切口及铜刷处理的表面以外，银锭表面不得有机械或手工加工的痕迹。每块银锭重一般规定在每块银锭重一般规定在1516Kg之间，并且浇铸后应该打上生产厂家的钢印标记、年号、批号和编号。
8、之间，并且浇铸后应该打上生产厂家的钢印标记、年号、批号和编号。注意：注意：银和银合金的银和银合金的浇铸温度浇铸温度通常通常比熔化温度高比熔化温度高150250。（2）金及金合金金及金合金 金比较稳定，不易挥发。金比较稳定，不易挥发。在熔炼在熔炼金金和含有和含有不易氧化、不与碳发生作用的金合金不易氧化、不与碳发生作用的金合金时，可以在时，可以在大气环境下大气环境下，采用，采用煤气煤气、煤油煤油或或电阻炉电阻炉，在，在石墨坩埚石墨坩埚中熔炼，浇铸在中熔炼，浇铸在石墨模石墨模、水冷铜模水冷铜模或或钢模钢模中。中。在熔炼含有在熔炼含有易氧化的金合金易氧化的金合金时，则应在时，则应在真空、充氩气真空、充
9、氩气的的中频感中频感应电炉应电炉中熔炼。中熔炼。在熔炼含有在熔炼含有易与碳发生作用的金合金易与碳发生作用的金合金时，应在时，应在氧化铝氧化铝或或氧化锆氧化锆坩埚中熔炼。坩埚中熔炼。金锭按含金量分为三种规格。金锭按含金量分为三种规格。Au-1（金含量（金含量99.99%）Au-2（金含量（金含量99.95%）Au-3（金含量（金含量99.9%）金锭外形为金锭外形为长方体长方体或或长方梯形长方梯形，边角完整，不得有飞边、毛刺和夹杂物，表面不得有油污。，边角完整，不得有飞边、毛刺和夹杂物，表面不得有油污。每块金锭重一般规定在每块金锭重一般规定在1113Kg之间，并且浇铸后应该打上生产厂家的钢印标记、
10、年号、批号和编号。之间，并且浇铸后应该打上生产厂家的钢印标记、年号、批号和编号。注意：注意：金和金合金的金和金合金的浇铸温度浇铸温度通常通常比熔化温度高比熔化温度高150250。（1）铂及铂合金）铂及铂合金 铂铂及及含不易氧化含不易氧化或或不大量吸收气体的铂合金不大量吸收气体的铂合金，可在，可在大气环境大气环境下，用下，用高频或中频感应电炉高频或中频感应电炉，在，在氧化铝氧化铝或或氧化锆氧化锆坩埚中熔炼，浇铸在坩埚中熔炼，浇铸在水冷铜模水冷铜模中，可以获得高质量的铸锭。中，可以获得高质量的铸锭。熔炼含熔炼含易氧化易氧化或或易吸收气体的铂合金易吸收气体的铂合金，则应在，则应在真空、充氩气真空、充
11、氩气的气氛下，用的气氛下，用高频或中频感应电炉高频或中频感应电炉加热。加热。熔炼熔炼熔化温度较高熔化温度较高的铂合金则在的铂合金则在真空、充氩气真空、充氩气的的电弧炉电弧炉中进行。中进行。注意：注意：铂和铂合金的铂和铂合金的浇铸温度浇铸温度通常通常比熔化温度高比熔化温度高150200。3.铂族金属及其合金的熔铸铂族金属及其合金的熔铸（2）钯及钯合金）钯及钯合金 钯在高温下大量吸气钯在高温下大量吸气，钯钯及及大多数钯合金大多数钯合金，采用，采用真空、充氩气真空、充氩气的的中频感应电炉中频感应电炉加热，在加热，在氧化铝氧化铝坩埚中熔炼，浇铸在坩埚中熔炼，浇铸在水冷铜模水冷铜模中。中。注意：注意：钯
12、和钯合金的钯和钯合金的浇铸温度浇铸温度通常通常比熔化温度高比熔化温度高150200。（3）其他铂族金属及其合金）其他铂族金属及其合金 铑、铱及其合金铑、铱及其合金，可用，可用高频感应电炉高频感应电炉或或中频感应电炉中频感应电炉，在，在真空、充氩气真空、充氩气的气氛下，在的气氛下，在氧化锆氧化锆坩埚中熔炼，浇铸在坩埚中熔炼，浇铸在水冷铜模水冷铜模中，可以获得高质量的铸锭。中，可以获得高质量的铸锭。钌钌或或锇锇可采用可采用真空、充氩气真空、充氩气的的电弧炉电弧炉熔炼。熔炼。（4）铂族金属其他状态）铂族金属其他状态 铂族金属除了铸锭以外，铂族金属除了铸锭以外，铂铂、钯钯、铑铑和和铱铱经常以经常以海绵
13、态海绵态存在。存在。根据后续加工需要，有时铂族金属只是精炼成海绵态。因为海绵态的铂族金属在许多方面比铸锭状态使用更方便。根据后续加工需要，有时铂族金属只是精炼成海绵态。因为海绵态的铂族金属在许多方面比铸锭状态使用更方便。如在进行如在进行化学反应化学反应时，海绵态的铂族金属更容易反应；时，海绵态的铂族金属更容易反应；海绵态的铂族金属有时可以直接用于海绵态的铂族金属有时可以直接用于催化剂催化剂的制造等。的制造等。我国我国海绵态铂族金属产品海绵态铂族金属产品的化学成分标准为：的化学成分标准为：HPt-1、HPd-1、FRh-1、FIr-1：99.99%、99.99%、100%、99.99%；HPt-
14、2、HPd-2、FRh-2、FIr-2：99.95%、99.95%、99.95%、99.95%；HPt-3、HPd-3、FRh-3、FIr-3：99.9%、99.9%、99.9%、99.9%；表表2 贵金属的现代熔炼形式贵金属的现代熔炼形式表表3 贵金属及其合金的铸造形式贵金属及其合金的铸造形式 通过机械加工，可以将贵金属及其合金制成通过机械加工，可以将贵金属及其合金制成板板、带带、箔箔、管管、棒棒、型型和和丝材丝材。贵金属的贵金属的板板、带带、箔材箔材可以通过可以通过压力加工压力加工来完成。来完成。由于大多数贵金属及其合金的生产量不大，没有必要采用由于大多数贵金属及其合金的生产量不大，没有必
15、要采用热变形热变形（完全再结晶完全再结晶而而不残留应变硬化不残留应变硬化，但容，但容易引起杂质的污染易引起杂质的污染）来提高生产率。）来提高生产率。广泛采用保证广泛采用保证高表面质量高表面质量和和尺寸精确度尺寸精确度的的冷变形冷变形（既（既无回复无回复也也无再结晶无再结晶）。）。对于对于难熔贵金属难熔贵金属，除必须得热变形外，常采用，除必须得热变形外，常采用温变形温变形（伴有（伴有内应力回复内应力回复），以），以提高金属塑性提高金属塑性和和降低变形抗力降低变形抗力。二、贵金属及其合金的加工二、贵金属及其合金的加工 压力加工压力加工容易程度容易程度：银、金银、金钯、铂钯、铂铱、铑铱、铑。钌钌的压
16、力加工十分困难，实际上几乎是的压力加工十分困难，实际上几乎是不可能进行不可能进行的。的。为了提高成品为了提高成品板板、带带的表面质量，铸锭在进行压力加工前，可先进行的表面质量，铸锭在进行压力加工前，可先进行刨削表面刨削表面。为了减少贵金属在热加工时的损失和使变形容易进行，可以采用在为了减少贵金属在热加工时的损失和使变形容易进行，可以采用在真空中真空中或在或在保护气氛下保护气氛下进行进行轧制轧制的方法来得到高质量贵金属的方法来得到高质量贵金属板板、带带、箔材箔材。贵金属的贵金属的管管、棒棒、型型、丝材丝材可以通过可以通过锻锻、轧轧或或挤压开坯挤压开坯来得到。来得到。锻造锻造时，时，棒棒、丝材丝材
17、的锭坯采用的锭坯采用孔型锻模孔型锻模进行；进行；轧制轧制时，采用时，采用孔型轧辊孔型轧辊进行。进行。金金的型材通过挤压可得到的型材通过挤压可得到10mm的棒材，进一步轧制，可以拉至的棒材，进一步轧制，可以拉至2530m的金丝。的金丝。1m的的金丝金丝由于强度很低，必须通过先在由于强度很低，必须通过先在金丝外面包一金丝外面包一层铜层铜得到得到复合金丝复合金丝，再将，再将复合金丝复合金丝拉到一定尺寸，而后用拉到一定尺寸，而后用硝酸硝酸将外包铜层除去的方法来获得。将外包铜层除去的方法来获得。制备制备基准基准、标准铂电阻温度计标准铂电阻温度计的的铂丝铂丝，铂原料纯度应不低于，铂原料纯度应不低于99.9
18、99%。采用采用冷加工冷加工方法将铂拉制成方法将铂拉制成纤维铂丝纤维铂丝，其纯度可基本保持不变，而，其纯度可基本保持不变，而抗拉强度抗拉强度比比热拉热拉得到的铂丝可得到的铂丝可提高提高1.5倍倍。如果需要获得如果需要获得1m及以下及以下的的铂丝铂丝，可以采用，可以采用银包铂丝银包铂丝的拉制方法来获得。将银包铂丝拉到一定尺寸后，用硝酸除去银后即得到上述尺寸的微细铂丝。的拉制方法来获得。将银包铂丝拉到一定尺寸后，用硝酸除去银后即得到上述尺寸的微细铂丝。银及银合金丝材银及银合金丝材一般采用一般采用冷加工冷加工，操作工艺比较简单。，操作工艺比较简单。除压力加工外，贵金属制件还常承受各种机械除压力加工外
19、，贵金属制件还常承受各种机械切削切削、切断切断、焊接焊接等方式的加工。等方式的加工。贵金属材料可采用贵金属材料可采用所有所有已知形式的已知形式的焊接焊接。表表4 贵金属现代焊接贵金属现代焊接 超细粉末超细粉末主要用于主要用于电子工业电子工业、化学工业化学工业、火箭及航天技术火箭及航天技术中作为深度加工高技术产品的原料。中作为深度加工高技术产品的原料。超细粉末超细粉末使用效果决定于自身的特性，不同制备方法和条件造成性能的差异。使用效果决定于自身的特性，不同制备方法和条件造成性能的差异。化学还原法化学还原法是主要制备方法，必须是主要制备方法，必须调节调节和和控制控制反应过程反应过程，否则，微小的参
20、数变化会使粉末的，否则，微小的参数变化会使粉末的平均粒度及其分布平均粒度及其分布和和粉末形态粉末形态出现差异。出现差异。常用的超细贵金属粉末有常用的超细贵金属粉末有金属黑金属黑和和片状片状、粉末粉末、雾化粉末雾化粉末、研磨发亮粉末研磨发亮粉末及及凝聚态或非凝聚态粉末凝聚态或非凝聚态粉末。三、贵金属粉末及粉末冶金制品三、贵金属粉末及粉末冶金制品1.超细粉末超细粉末（1）超细银粉）超细银粉 电子工业电子工业中应用最多。中应用最多。通过用一定浓度的通过用一定浓度的硝酸银硝酸银（或（或碳酸银碳酸银、氧化银氧化银）加分散剂，在）加分散剂，在控制温度和搅拌速度控制温度和搅拌速度下，缓缓加入还原剂，硝酸银（
21、或碳酸银、氧化银）被还原而制得；下，缓缓加入还原剂，硝酸银（或碳酸银、氧化银）被还原而制得；（2）超细金粉）超细金粉 是制备是制备细线金浆细线金浆、低温金浆低温金浆及及金钯金钯、金铂钯金铂钯、金银钯金银钯等性能优良导体浆料中的主要等性能优良导体浆料中的主要导电相材料导电相材料，可用，可用热分解法热分解法和水溶液还原和水溶液还原法法制取。制取。（3）超细铂粉）超细铂粉 在电子工业中主要用作在电子工业中主要用作单层单层或或多层混合集成电路多层混合集成电路的的导体浆料导体浆料。（4）超细钯粉）超细钯粉 在电子工业中在电子工业中用量最多用量最多的铂族金属粉末材料，其品种规格自成系列。的铂族金属粉末材料
22、，其品种规格自成系列。（5）贵金属及其化合物的各种超细粉末，除单金属粉末外，还可用贵金属及其化合物的各种超细粉末，除单金属粉末外，还可用共沉淀法共沉淀法或或混磨法混磨法制取几种金属的制取几种金属的混合或涂层假合金粉末混合或涂层假合金粉末。表表5 贵金属粉末性质贵金属粉末性质 粉末冶金材料和制品的生产工艺包括粉末冶金材料和制品的生产工艺包括成型成型和和烧结烧结，以及，以及烧结后的处理烧结后的处理。（1）成型）成型 成型目的成型目的：制得：制得一定形状一定形状和和尺寸尺寸并具有并具有一定的密度一定的密度和和强度强度的压坯。的压坯。成型方法成型方法：加压成型加压成型（普遍使用，包括：模压成型（普遍使
23、用，包括：模压成型-压制、等静压成型、粉末冶金轧制、粉末冶金挤压）压制、等静压成型、粉末冶金轧制、粉末冶金挤压）无压成型无压成型（粉浆浇注）（粉浆浇注）成型前物料准备成型前物料准备：预先处理（粉末加工、退火）分级混合干燥：预先处理（粉末加工、退火）分级混合干燥 压制工艺：压制工艺：称料装模压制脱模称料装模压制脱模2.粉末冶金制品粉末冶金制品（2）烧结）烧结 粉末冶金粉末冶金关键工序关键工序。通过烧结，压坯变成了通过烧结，压坯变成了“晶体结合体晶体结合体”后才具有一定物理和机械性能。后才具有一定物理和机械性能。烧结时烧结时压件收缩压件收缩，密度密度相应相应提高提高，同时对先前各工序所带来的某些缺
24、陷，诸如，同时对先前各工序所带来的某些缺陷，诸如粉末原料粒度组成波动粉末原料粒度组成波动、成型压力和压坯尺寸成型压力和压坯尺寸波动波动、以及、以及成型剂的变动成型剂的变动等，均可得到调整和纠正。等，均可得到调整和纠正。烧结后烧结后，还可以，还可以控制控制制品的制品的空隙度空隙度和和金相组织金相组织。贵金属粉末冶金制品贵金属粉末冶金制品烧结温度烧结温度及及保温时间保温时间的选择，依据的选择，依据化学成分化学成分、性性能能、密度密度、尺寸尺寸及及产品要求产品要求而定。而定。表表6 粉冶制品烧结条件粉冶制品烧结条件（3）烧结后的处理）烧结后的处理 目的目的：达到精确的达到精确的尺寸尺寸、公差公差及及表面光洁度表面光洁度；提高密度提高密度和和强度强度，改善产品性能。，改善产品性能。方法方法：整形；整形；复压；复压；复烧；复烧；热挤压；热挤压；模锻；模锻；拉拔；拉拔；轧制。轧制。