Ag-Zn-Mg-Al体系925银合金的性能研究

邬治平，江涛，赵均辉，钟飞，杨丽

Ag-Zn-Mg-Al体系925银合金的性能研究

邬治平，江涛，赵均辉，钟飞，杨丽

（依波精品（深圳）有限公司，广东 深圳 518060）

银的耐腐蚀性较差、硬度较低，可以通过合金化和热处理提升其耐腐蚀性和硬度。采用真空中频感应熔炼法制备了Ag-Zn-Mg-Al体系925银合金，并对其进行了金相组织分析、耐腐蚀测试、显微维氏硬度测试。925银合金中，Ag的质量分数为92.5%、Zn的质量分数为4.0%、Mg的质量分数为2.0%、Al的质量分数为1.5%，研究结果表明，925银合金耐腐蚀性相比传统925银有显著提升，此外，通过适当的冷轧处理能使其硬度高达130 HV。

银合金；金相组织；耐腐蚀性能；维氏硬度

纯银因具有美丽的光泽、稳定的化学性质和收藏观赏价值，成为世界各国制作首饰、装饰品、银器和餐具的重要材料[1]。二十多年来中国银饰业一直呈现稳步增长的态势，从2006年至今，中国银饰用银量首次超过泰国、印度等传统用银大国，现居世界首位。足银由于硬度低、耐腐蚀性能较差，作为饰品容易磨损、变形、腐蚀变色，影响美观。可以通过合金化的方式提升银的耐腐蚀性和硬度，最为常见的是925银，又称之为“斯特林银”。“斯特林银”通常含有一定比例的铜[2-3]，硬度比足银有一定的提升，但耐腐蚀性仍然较差，难以满足目前的质量要求，因此，需研究调整银合金的成分来提高其耐腐蚀性能和硬度。银的合金化元素众多，通常可分为氧活性元素、稀土元素和贵金属元素三类[4]。

本文通过在银中添加锌、镁、铝金属元素制备成Ag-Zn- Mg-Al体系925银合金，以研究其耐腐蚀性能及硬度。

1 实验

1.1 实验材料及仪器

银合金采用真空中频感应加热熔炼，所用的原材料是99.9%足银、99.9%纯铝、99.999%高纯锌和镁合金AZ31b。

银合金成分如表1所示。根据表1成分配比进行熔炼，待合金成分熔炼均匀之后取出，并在石墨模具中浇铸，自然冷却后获得铸态样品。

表1 银合金成分（单位：%）

样品编号AgZnMgAl 1#92.5421.5

1.2 金相组织观察

采用徕卡DMILM倒置金相显微镜观察银合金组织，试验前对试样进行打磨抛光。

1.3 热处理工艺

对1#银合金进行了热处理，研究其在铸态、固溶态时的组织和性能。热处理工艺如表2所示。

表2 传统925银和1#银合金的热处理工艺

工艺类型工艺参数 固溶处理760 ℃-2 h-水淬

1.4 性能测试

1.4.1 硬度测试

采用HXD-1000显微硬度仪进行维氏硬度测试，试验力为200 gf，保荷时间15 s，测量3个点求取平均值作为该试样的硬度。测试前需对试样进行打磨抛光。

1.4.2 耐腐蚀性能测试

按照GB/T 10123—2012的方法对试样进行盐雾试验。实验后使用基恩士VHX-5000三维数码显微镜观察样品表面形貌。通过对比实验后样品表面腐蚀的情况来评定样品的耐腐蚀性能。

2 结果与讨论

2.1 金相组织分析

含铜925银合金和1#银合金的铸态固溶处理后金相组织如图1所示。图1（a）中，白色箭头指深色物相为富铜相，从图1可以看出含铜925银合金铸态组织有较多的富铜相。含铜银合金在铸造组织中通常会存在大量的富铜相偏析，由于银与铜的标准电极电位不一样，使得Ag和Cu在电解质的环境下发生原电池腐蚀，损害含铜银合金的耐腐蚀性。Cu的电极电位低，先被腐蚀而在表面形成孔隙，这样会进一步导致缝隙腐蚀，进而加剧整个合金的腐蚀。图1（b）和（c）中没有铝、锌或镁的偏析，不存在富集相。

2.2 维氏显微硬度测试结果与分析

1#银合金铸态、固溶处理后和冷轧处理后的显微维氏硬度以及铸态含铜925银的显微维氏硬度，如图2所示。

从图2可知，1#银合金铸态显微维氏硬度略高于固溶处理后的样品的硬度，但都低于铸态含铜925银的显微维氏硬度。铸态含铜925银由于存在大量的富铜相偏析，因而存在一定的第二相强化作用，从而使得含铜925银的硬度比1#银合金铸态时的硬度高；铸态和固溶态1#银合金的合金元素全部固溶到银基体中，没有第二相强化效果，并且无明显固溶强化效果，因此硬度较低。然而，通过冷轧处理（50%冷变形），1#银合金经显微维氏硬度有显著提升。通过冷变形可以使得1#银合金内部产生大量位错、层错和机械孪晶。大量的位错聚集可以形成林位错强化作用，而层错和机械孪晶作为新的界面能够有效阻止位错的运动，抵抗合金在外力作用下变形，从而显著增强合金的强度和硬度。冷轧处理后硬度虽然显著提升，但在一定程度上牺牲了合金本身具有的良好的塑性和韧性。

图1 含铜925银合金和1#银合金的铸态固溶处理后金相组织

图2 1#银合金不同状态下的显微维氏硬度与含铜925银的硬度

2.3 耐腐蚀性能测试结果与分析

1#银合金铸态试样盐雾试验后表面腐蚀情况如图3所示。从图3可以看出，1#银合金铸态试样在进行了2 h盐雾试验后，样品表面基本没有发生腐蚀，表面仍然比较光亮，因此在三维数码显微镜下反光严重，照片较暗；进行了24 h盐雾试验后，样品表面和2 h时基本无变化，表面基本没有发生腐蚀。肉眼观察时也发现其表面仍保持银的光泽。

图3 1#银合金铸态试样盐雾试验表面腐蚀情况（×30）

1#银合金铸态冷轧试样盐雾试验后表面腐蚀情况如图4所示。从图4可以看出，1#银合金铸态冷轧试样在进行了 2 h盐雾试验后，样品表面基本没有发生腐蚀，表面仍然比较光亮；在进行了24 h盐雾试验后，样品表面和2 h时几乎无变化，表面基本没有发生腐蚀。肉眼观察时也发现其表面仍保持银的光泽。因此，1#银合金铸态试样冷轧后，耐蚀性未受明显影响。

图4 1#银合金铸态冷轧试样盐雾试验表面腐蚀情况（×30）

含铜925银合金铸态试样盐雾试验后表面腐蚀情况如图5所示。从图5可以看出，含铜925银合金铸态试样在进行了2 h盐雾试验后，表面已发生严重腐蚀；在进行了24 h盐雾试验后，腐蚀更严重。这主要是因为其组织中存在的富铜相，银基体与析出相之间发生了原电池腐蚀。用肉眼观察时也发现其表面已经完全失去了银的光泽。

图5 含铜925银铸态试样盐雾试验表面腐蚀情况（×30）

通过对比1#银合金铸态、冷轧态和含铜925银铸态试样的盐雾实验结果可以看出，相比于传统的含铜925银，1#银合金无论是在铸态还是冷轧态都具有十分优异的耐腐蚀性，并且冷轧处理对1#银合金的耐蚀性无明显影响。

3 结论

通过对1#银合金和含铜925银合金在不同状态下的测试和分析，得出以下主要结论：Ag-Zn-Mg-Al体系925银合金在铸态和冷轧态时的耐腐蚀性都显著优于含铜925银合金；Ag-Zn-Mg-Al体系925银合金铸态样品的硬度低于含铜925银合金，在本实验中，固溶处理对其硬度没有提升效果；Ag-Zn-Mg-Al体系925银合金具有显著的加工硬化效果；铸态Ag-Zn-Mg-Al体系925银合金50%冷轧变形后，硬度由57 HV上升到130 HV，提升幅度达128%。925银合金组织中的富铜相会降低其耐蚀性，为提高925银的耐腐蚀性能，应避免组织中产生富铜相。

［1］钟飞，邬治平，李达，等.添加微量元素Ga对925银合金抗变色性能的影响［J］.金属功能材料，2017，24（4）：54-57.

［2］阿根蒂姆国际有限公司.制造合金的方法及银、铜和锗的合金：中国，CN 102690969 B［P］.2016-05-04.

［3］汤有正，向雄志，白晓军，等.锌对925银抗变色性能的影响［J］.稀有金属材料与工程，2012，41（5）：929.

［4］薄海瑞，马春宇，吴海超，等.锗对925银组织和性能的影响［J］.铸造技术，2013，34（4）：419-420.

TG166

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.050

2095－6835（2019）24－0114－02

邬治平，男，硕士，材料工程师，研究方向为金属材料。

〔编辑：严丽琴〕