Alliage d'or

Abstract

 L'invention concerne un alliage d'or et de cuivre. Les propriétés mécaniques de tels alliages dépendent fortement de leur structure cristalline. Leur dopage par un élément choisi parmi l'antimoine et l'étain permet d'en augmenter la ductilité afin d'en faciliter l'usinage.

Description

[0001] La présente invention concerne le domaine des alliages à base d'or et de cuivre. De tels alliages existent dans des compositions (ou caratages) variées, et sont utilisés, par exemple, en bijouterie et dans l'industrie horlogère ou dentaire.

[0002] Leur couleur va du jaune, pour les alliages contenant de l'argent dans des proportions de l'ordre de 20%, au rouge, pour les alliages or-cuivre binaires ou contenant peu d'argent (moins de 10%). Leurs propriétés mécaniques, en particulier leur dureté, dépendent fortement de leur composition chimique et de leur structure cristalline. Ainsi, les alliages or-cuivre formant une solution solide ordonnée sont sensiblement plus durs que les mêmes alliages formant une solution solide désordonnée. Or, les alliages présentant une dureté élevée s'usinent et se mettent en forme difficilement. C'est pourquoi la structure désordonnée est plus avantageuse, du point de vue de l'usinabilité, que la structure ordonnée.

[0003] Dans les alliages or-cuivre, une structure désordonnée est obtenue par trempage de l'alliage. Cependant, cette structure n'est pas stable lors des étapes d'usinage, de recuit, ou même parfois de séchage ultérieures à la trempe, et évolue en structure ordonnée. Cette évolution peut causer un durcissement local et, par suite, une fissuration de la pièce sous l'effet d'un gradient de coefficient de dilatation. De plus, certaines pièces de grandes dimensions ne refroidissent pas assez rapidement sur l'ensemble du volume, et des inhomogénéités de dureté apparaissent, entraînant, de la même façon, fissures et difficultés d'usinage. Enfin, certains alliages évoluent spontanément, par vieillissement, vers une structure ordonnée.

[0004] Une solution à ce type de problème dans les alliages or-cuivre, est l'introduction d'argent, dans des proportions suffisantes, ce qui a pour effet de les rendre plus malléables. Cette technique cause toutefois un jaunissement de l'alliage et n'est donc pas appropriée pour les alliages or-cuivre rouges.

[0005] La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient en proposant un alliage or-cuivre présentant une structure désordonnée plus stable lors des étapes d'usinage et thermiques nécessaires à la mise en forme de pièces mécaniques.

[0006] Plus précisément, l'invention concerne un alliage à base d'or et de cuivre caractérisé en ce qu'il est dopé à l'aide d'un élément choisi parmi l'antimoine et l'étain.

[0007] De façon avantageuse, l'invention comporte encore les caractéristiques suivantes :

• la proportion dudit élément représente entre 10ppm et 1% du poids total de l'alliage.
• la proportion d'or, exprimée en poids, est supérieure à 37.5% du poids total.
• l'alliage comporte, exprimé en poids, 75 à 76% d'or, 7 à 11% d'argent et 14 à 18% de cuivre.
• l'alliage comporte, exprimé en poids, 75 à 76% d'or, 2 à 6% d'argent et 18 à 22% de cuivre.
• l'alliage comporte, exprimé en poids, 58 à 59% d'or, 24 à 28% d'argent et 13 à 17% de cuivre.
• l'alliage comporte, exprimé en poids, 58 à 59% d'or, 7 à 11% d'argent et 30 à 34% de cuivre.
• l'alliage comporte, exprimé en poids, 37 à 38% d'or, 2 à 6% d'argent et 56 à 60% de cuivre.
• l'alliage comporte, exprimé en poids, 76 à 77% d'or, 500ppm à 4% de platine et 19 à 23% de cuivre.
• l'alliage comporte, exprimé en poids, 78 à 82% d'or et 18 à 22% de cuivre.

[0008] D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de l'explication qui va suivre faite en regard du dessin annexé, dans lequel les graphes 1 à 6 représentent l'évolution en température de la dureté de chacun des alliages étudiés.

[0009] Le tableau de la page 4 présente la composition des différents alliages d'or et de cuivre ayant été étudiés durant la mise au point de la présente invention, ainsi que les valeurs de dureté obtenues après homogénéisation et laminage. Certains d'entre eux contiennent, en outre, de l'argent ou du platine. Au total, six alliages ont été testés, dopés ou non, avec 0.2% d'antimoine. Le pourcentage d'or exprimé en poids varie entre 37.5% pour l'or 9 carats, et 80% pour l'alliage binaire or-cuivre.

[0010] Ces alliages, jusqu'ici non dopés, sont classiquement utilisés dans l'industrie horlogère ou dentaire en fonction de leur couleur, et sont appelés à subir différents traitements mécaniques ou thermiques tels que le laminage ou le recuit, durant l'élaboration de pièces telles qu'une boîte de montré ou une prothèse dentaire. Les propriétés mécaniques de ces alliages, et en particulier la dureté, évoluent en fonction de ces différents traitements. Or, il est souhaitable de conserver une dureté raisonnable durant tout le cycle de fabrication d'une pièce, afin d'en faciliter l'usinage et la mise en forme. C'est pourquoi, il est nécessaire de connaître non seulement les propriétés initiales de l'alliage, mais aussi leur évolution en fonction des traitements thermiques et mécaniques.

[0011] Dans ce but, des lingots d'épaisseur 5mm ont été coulés à partir de grenaille d'or et d'argent, de plaquettes de cuivre et de morceaux d'antimoine.

[0012] Les lingots ont, dans un premier temps, été homogénéisés à 650°C et leur dureté Vickers a été mesurée directement après cette étape. Les valeurs mesurées sont reportées dans l'avant-dernière colonne du tableau.

	%Au	%Cu	%Ag	%Pt	%Sb	Dureté homogénéisé (HV)	Dureté laminé (HV)
18 Carats rouge	75	20.45	4.55	-	-	160	262
18 Carats rouge dopé	75	20.3	4.5	-	0.2	145	262
14 Carats jaune	58.5	21	20.5	-	-	185	262
14 Carats jaune dopé	58.5	20.9	20.4	-	0.2	160	262
14 Carats rouge	58.5	32.5	9	-	-	165	262
14 Carats rouge dopé	58.5	32.34	8.96	-	0.2	143	262
9 Carats rouge	37.5	58.3	4.2	-	-	127	262
9 Carats rouge dopé	37.5	58.1	4.2	-	0.2	131	262
Binaire Au-Cu	80	20	-	-	-	185	287
Binaire Au-Cu dopé	80	19.8	-	-	0.2	171	262
Au-Pt-Cu	76.5	20.98	-	2.5	-	175	290
Au-Pt-Cu dopé	76.5	20.98	-	2.3	0.2	160	275

[0013] Il apparaît clairement que les valeurs de dureté Vickers après homogénéisation des alliages dopés à l'antimoine sont sensiblement inférieures aux valeurs de ces mêmes alliages ne contenant pas d'antimoine, à l'exception de l'alliage 9 carats rouge, plus dur dans sa forme dopée que non dopée.

[0014] Les lingots ont, par la suite, été laminés jusqu'à une épaisseur de 1mm, et leur dureté Vickers a été mesurée après cette seconde étape. Les valeurs mesurées sont reportées dans la dernière colonne du tableau. De manière générale, l'étape de laminage a pour effet, d'une part, d'augmenter la dureté Vickers et d'autre part d'uniformiser les résultats entre les différents alliages et entre alliages respectivement dopés et non dopés. Deux exceptions sont à noter : l'alliage binaire or-cuivre et l'alliage tertiaire or-platine-cuivre. Ces deux alliages présentent des valeurs de dureté Vickers sensiblement supérieures aux autres alliages, et leurs alliages dopés présentent une dureté Vickers inférieure à celle des alliages non dopés correspondants. Ceci s'explique, dans ces alliages, par l'absence d'argent, qui a pour effet d'augmenter la ductilité dans les autres alliages et de masquer l'effet du dopage après laminage.

[0015] Enfin, lors d'une troisième étape, les lingots laminés ont été durcis par des recuits successifs d'une durée de cinq minutes, à des températures comprises entre 100°C et 280°C. La dureté Vickers a été mesurée après chaque recuit, et les valeurs ont été reportées sur les différents graphes 1 à 6, chaque graphe représentant le comportement en température de la dureté Vickers de l'un des six alliages étudiés ainsi que celui de l'alliage correspondant dopé à l'antimoine. Les graphes 1 à 6 font référence, dans l'ordre, aux alliages 18 carats rouge, 14 carats jaune, 14 carats rouge, 9 carats rouge, binaire or-cuivre et or-cuivre-platine, dont les compositions figurent dans le tableau. La mention A se rapporte aux alliages non dopés, tandis que la mention B se rapporte aux alliage dopés.

[0016] De manière générale, la dureté Vickers augmente avec la température de recuit en raison du réordonnancement facilité de la structure de l'alliage. L'augmentation de la dureté est faible jusqu'à 150°C, puis augmente plus sensiblement jusqu'à 280°C. Sur les graphes 1 à 6, cette tendance se vérifie, à l'exception toutefois du graphe 4 représentant l'alliage 9 carats rouge, pour lequel la dureté est maximale à 200°C, puis décroît jusqu'à 280°C. Par ailleurs, il apparaît clairement que les alliages dopés et non dopés ont une évolution sensiblement parallèle, l'alliage dopé se situant quasi systématiquement à un niveau de dureté inférieur à celui de l'alliage non dopé. Seul l'alliage 9 carats rouge exhibe à nouveau un comportement différent, l'alliage dopé étant plus dur que l'alliage non dopé, à toutes les températures. Cet alliage est le seul, parmi les alliages étudiés, à présenter un pourcentage d'or inférieur au pourcentage de cuivre, ce qui pourrait expliquer un comportement significativement différent du comportement des autres alliages

[0017] Ces résultats semblent indiquer que le dopage à 0.2% d'antimoine des alliages or-cuivre, selon l'invention, agit sur la structure cristalline de ces alliages, grâce à la taille importante et la saturation de la couche 4d des atomes d'antimoine, qui s'opposent au processus de transformation de la phase désordonnée vers la phase ordonnée. Ils permettent, en outre, de prévoir que l'étain, élément proche de l'antimoine dans la table périodique et possédant les mêmes caractéristiques de taille et de structure électronique (couche 4d saturée), peut également être utilisé efficacement comme dopant de l'alliage or-cuivre.

Revendications

1. Alliage à base d'or et de cuivre caractérisé en ce qu'il est dopé à l'aide d'un élément choisi parmi l'antimoine et l'étain.

2. Alliage selon revendication 1 caractérisé en ce la proportion dudit élément représente entre 10ppm et 1 % du poids total de l'alliage.

3. Alliage selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la proportion d'or, exprimée en poids, est supérieure à 37.5% du poids total.

4. Alliage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte, exprimé en poids, 75 à 76% d'or, 7 à 11% d'argent et 14 à 18% de cuivre.

5. Alliage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte, exprimé en poids, 75 à 76% d'or, 2 à 6% d'argent et 18 à 22% de cuivre.

6. Alliage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte, exprimé en poids, 58 à 59% d'or, 24 à 28% d'argent et 13 à 17% de cuivre.

7. Alliage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte, exprimé en poids, 58 à 59% d'or, 7 à 11% d'argent et 30 à 34% de cuivre.

8. Alliage selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comporte, exprimé en poids, 37 à 38% d'or, 2 à 6% d'argent et 56 à 60% de cuivre.

9. Alliage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte, exprimé en poids, 76 à 77% d'or, 500ppm à 4% de platine et 19 à 23% de cuivre.

10. Alliage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte, exprimé en poids, 78 à 82% d'or et 18 à 22% de cuivre.

Dessins