материал изделий культурно-бытового назначения

Формула изобретения

Материал изделий культурно-бытового назначения, содержащий цирконий, кислород, железо, кальций, сопутствующие примеси и, при необходимости, ниобий, отличающийся тем, что он дополнительно легирован алюминием при следующем содержании элементов, мас.%:

Кислород	0,001-0,2
Железо	0,003-0,05
Кальций	0,001-0,03
Ниобий	0-2,7
Алюминий	0,0081-0,038
Сопутствующие примеси	0,001-0,51
Цирконий	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к материалам для изготовления изделий культурно-бытового назначения, а именно столовых принадлежностей и приборов, в частности ложек, вилок, ножей, рюмок, графинов и т.д., а также металлических украшений, в частности сережек, браслетов, цепочек и т.д., корпусов часов и браслетов с замками для них, медалей и т.д., выполненных из материала на основе циркония с покрытием и без него.

Известен материал на основе циркония, выполненный из электролитического порошка циркония с размерами частиц 0,05-1,5 мм (Патент РФ №1811632, 6 04 В 37/22, 1993 г.).

Известный материал позволяет изготавливать из него изделия культурно-бытового назначения со сравнительно невысокой себестоимостью их изготовления.

Недостатком известного материала является то, что при применении операции чеканки получается недостаточная чистота и контурность рисунка изделия.

Известен механически обработанный материал на основе циркония (Патент РФ №2077858, А 44 С 27/00, 1997 г.).

Недостатками известного материала являются его высокая себестоимость, определяемая ценой шихтовых материалов и большой трудоемкостью механической обработки. Кроме того, при обработке данного материала с применением операции чеканки получается недостаточная чистота и контурность рисунка.

Известен материал на основе циркония из прессованного порошка металлического циркония с содержанием в нем кислорода 0,03-0,08 мас.% (Патент РФ №2120220, А 44 С 27/00, B 22 F 3/12, 1998 г.).

Данный материал позволяет получать изделия с ярким блеском покрытия, наносимого анодным способом.

Однако недостатками данного материала является то, что при обработке данного материала с применением операции чеканки получается недостаточная чистота и контурность рисунка изделия.

Наиболее близким техническим решением, выбранным авторами за прототип, является известный материал изделий культурно-бытового назначения, содержащий цирконий, кислород, железо, кальций, при необходимости, ниобий в соотношении

при следующем содержании элементов, мас.%:

кислород	0,001-0,08
железо	0,003-0,015
кальций	0,001-0,020
ниобий	0-2,7
сопутствующие примеси	0,01-0,35
цирконий	остальное

(Патент РФ №2201466, С 22 С 16/00, 2003 г.).

Данный материал позволяет получать изделия с высокой долговечностью и густотой цвета анодного покрытия.

Однако недостатками данного материала являются недостаточная чистота и контурность рисунка после операции чеканки и сравнительно высокая себестоимость изготовления изделий.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение чистоты и контурности рисунка после операции чеканки и на снижение себестоимости изготовления изделий.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного материала изделий культурно-бытового назначения, содержащего цирконий, кислород, железо, кальций, сопутствующие примеси и, при необходимости, ниобий - он дополнительно легирован алюминием при следующем содержании элементов, мас.%:

кислород	0,001-0,2
железо	0,003-0,05
кальций	0,001-0,03
ниобий	0-2,7
алюминий	0,0081-0,038
сопутствующие примеси	0,001-0,51
цирконий	остальное

При анализе патентных и научно-технических источников не выявлено технических решений, обладающих всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники показало, что известные циркониевые сплавы Э110 и Э125 реакторной чистоты могут содержать алюминий в количестве до 0,008 мас.% в виде примеси.

Однако выявленные технические решения лишь частично содержат известные существенные признаки, но не обладают всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения. В заявляемом материале только совокупность известных и неизвестных существенных признаков позволяет получить новый, ранее неизвестный положительный эффект, заключающийся в значительном повышении чистоты и контурности рисунка на заявляемом материале после операции чеканки и снижении себестоимости изготовления изделий.

Заявляемое техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.к. между отдельными элементами химического состава материала и их совокупностью, с одной стороны, и показателями чистоты и контурности рисунка на материале после операции чеканки, с другой стороны, существует сложная нелинейная зависимость, определяемая множеством факторов.

Кроме того, для определения оптимального химического состава, обеспечивающего максимальные значения чистоты и контурности рисунка на материале после операции чеканки, требуется проведение большого количества экспериментов.

Многие известные циркониевые материалы после операции чеканки имеют неудовлетворительную чистоту и контурность рисунка из-за расслоений металла и налипаний его на матрицу, что приводит к браку изделия. Повышенная твердость циркониевого материала также не позволит получать удовлетворительную чистоту и контурность рисунка на материале после операции чеканки из-за выкрашивания материала и повышенного износа инструмента, что снижает эстетические и потребительские свойства изделий.

В заявляемом материале за счет дополнительного легирования его алюминием в заявляемых пределах создается оптимальный комплекс физико-механических свойств материала, который позволяет значительно повысить чистоту и контурность рисунка на материале после операции чеканки за счет исключения расслоений металла, его налипания на матрицу, выкрашивания материала и преждевременного износа матрицы, что повышает эстетические и потребительские свойства изделия. Использование для изготовления материала более дешевой шихты (неочищенного от примесей губчатого циркония с повышенным содержанием алюминия) и снижение брака изделий из-за неудовлетворительной чистоты и контурности рисунка на материале после операции чеканки и повышение стойкости матриц приводит к значительному снижению себестоимости изготовления изделий из заявляемого материала.

Заявленный материал отличается от известного материала на основе циркония тем, что его получают путем переплава в вакууме по схеме ДКВ ДКВ (двойной дуговой переплав) из более дешевого неочищенного от примесей подшихтовочного губчатого циркония определенного химического состава с известным содержанием кислорода, железа, кальция, ниобия, алюминия и сопутствующих примесей.

Для проверки заявляемого технического решения была проведена следующая работа. По прототипу получали материал путем переплава в вакууме оборотного циркония, например, 60% обороты V класса (шамотные вырубки йодидного циркония) + 40% оборотов VI класса (кузнечные обороты сплава Э125). Выплавку образцов осуществляли по схеме ЕМО-ДКВ с получением слитков заданного химсостава с содержанием кислорода 0,031-0,039 мас.%, ниобия 0,01-0,03 мас.%, железа 0,009-0,01 мас.%, кальция 0,01-0,03 мас.%, алюминия 0,003 мас.%, сопутствующие примеси 0,04-0.25 мас.%. По заявляемому техническому решению получали материал путем переплава в вакууме шихты (70% циркониевой губки, 17% йодидного циркония и 13% оборотного циркония). Выплавку образцов осуществляли по схеме ДКВ ДКВ с получением материала разного химического состава, мас.%:

кислород	0,0005; 0,001; 0,1; 0,2; 0,21
железо	0,001; 0,003; 0,025; 0,05; 0,06
кальций	0,0005; 0,001; 0,015; 0,03; 0,04
ниобий	0; 1; 2,5; 2,7; 3
алюминий	0,007; 0,0081; 0,019; 0,038; 0,04
сопутствующие
примеси	0,0005; 0,001; 0,12; 0,51; 0,55
цирконий	остальное

По одному из вариантов получали материал путем переплава в вакууме шихты (80% очищенной циркониевой губки с повышенным содержанием алюминия 0,015 мас.% и 20% оборотного циркония).

Из материала по прототипу и по заявляемому техническому решению по штатной технологии получали полосы шириной 20 мм и толщиной 2,5 мм, которые подвергал и операции чеканки на штатных режимах. По каждому варианту изготавливали по 3 образца.

На образцах определяли чистоту и контурность рисунка после операции чеканки и относительную себестоимость 1 кг материала по стандартным методикам. Результаты исследований приведены в таблице.

Анализ данных, представленных в таблице, показывает, что заявляемый материал изделий культурно-бытового назначения отличается от прототипа и аналогов более высокой чистотой и контурностью рисунка после операции чеканки и более низкой себестоимостью изготовления изделий (28,96-49,5% у заявляемого материала, 55,74% у прототипа и 98,36-100% у аналогов).

Оптимальный химический состав заявляемого материала

следующий, мас.%:

кислород	0,001-0,2
железо	0,003-0,05
кальций	0,001-0,03
ниобий	0-2,7
алюминий	0,0081-0,038
сопутствующие примеси	0,001-0,51
цирконий	остальное (опыты № 5-7, 10-12, 15-17,
	19-21,24-26,29-31,33-35)

Уменьшение содержания в заявляемом материале кислорода менее 0,001 мас.% (опыт №4), железа менее 0,003 мас.% (опыт №9), кальция менее 0,001 мас.% (опыт № 14), алюминия менее 0,0081 мас.% (опыт №23), сопутствующих примесей менее 0,001 мас.% (опыт №28) приводит к значительному ухудшению чистоты и контурности рисунка после операции чеканки из-за налипания материала на матрицу, а также к значительному повышению себестоимости изготовления изделий из-за повышенного брака по причине ухудшения чистоты и контурности рисунка после операции чеканки.

Увеличение содержания в заявляемом материале кислорода более 0,2 мас.% (опыт №8), железа более 0,05 мас.% (опыт №13), кальция более 0,03 мас.% (опыт №18), ниобия более 2,7 мас.% (опыт №22), алюминия более 0,038 мас.% (опыт №27), сопутствующих примесей более 0,51 мас.% (опыт №32) приводит к ухудшению чистоты и контурности рисунка после операции чеканки из-за выкрашивания материала, а также к значительному повышению себестоимости изготовления изделия из-за повышенного брака по причине выкрашивания материала в процессе его чеканки и преждевременного износа матрицы.

В производственных условиях ОАО "ЧМЗ" был выплавлен опытный слиток с использованием неочищенной циркониевой губки (70% циркониевая губка +17% йодидный цирконий +13% обороты циркония). Из данного слитка были изготовлены по штатной технологии изделия культурно-бытового назначения всех видов штатной номенклатуры с положительным результатом и отправлены заказчикам.