Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für Mokume Gane Schmuck sowie ein entsprechendes Halbzeug.

Der japanische Begriff Mokume Gane bedeutet wörtlich übersetzt etwa Holzmaserung-Metall und beschreibt somit das Aussehen von Mokume-Gane Schmuckstücken. Halbzeuge für Mokume Gane Schmuck bestehen aus zwei oder mehr metallischen Komponenten unterschiedlicher Farbe, so dass daraus hergestellte Schmuckstücke eine charakteristische Maserung haben.

Traditionell werden als Halbzeuge für Mokume Gane Schmuck Schichtblöcke verwendet, die aus übereinander geschichteten und miteinander verschweißten Metallblechen bestehen. Die Herstellung derartiger Schichtblöcke ist aufwendig. Insbeson- dere kann es leicht vorkommen, dass der Schweißprozess unvollständig oder fehlerhaft ist und es deshalb bei der Verarbeitung des Halbzeugs zu Materialtrennungen oder Anrissen zwischen den Blechkomponenten kommen kann. Als Alternative zu dem aufwendigen Verschweißen ist es auch bekannt, die Bleche eines Blechpakets miteinander zu verlöten. Auch bei derartigen Schichtblöcken besteht jedoch das Problem, dass die Verbindung aufeinander liegender Bleche häufig unzureichend ist und es deshalb bei der Weiterverarbeitung zu Materialtrennungen oder Anrissen zwischen den einzelnen Blechen kommen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstiger qualitativ hochwertige Halbzeuge für Mokume Gane Schmuck hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit dem im Anspruch 1 angegeben Merkmalen sowie durch auf diese Weise hergestellte Halbzeuge. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein erfindungsgemäßes Halbzeug für Mokume Gane Schmuck wird als Schicht- oder Faserwerkstoffverbund pulver- oder schmelzmetallurgisch hergestellt, indem mehrere aus der ersten Komponente des Halbzeugs hergestellte Teile unter Ausbildung von Zwischenräumen in einer Form angeordnet und anschließend die Zwischenräume zur Ausbildung der zweiten Komponente mit Schmelze oder mit Pulver gefüllt werden.

Bevorzugt besteht das zur Ausbildung der zweiten Komponente als Schmelze oder Pulver in die Zwischenräume gefüllte Material überwiegend aus Edelmetall oder Kup- fer. Bevorzugt sind die aus der ersten Komponente hergestellten Teile Bleche, so dass das Halbzeug ein Schichtwerkstoffverbund ist. Die aus der ersten Komponente bestehenden Teile können jedoch beispielsweise auch Stangen sein, so dass sich durch Ausgießen der Zwischenräume mit Pulver, das anschließend gesintert oder aufgeschmolzen wird, oder mit Schmelze, die anschließend erstarrt, ein Faserwerk- Stoffverbund ergibt.

Durch die pulver- oder schmelzmetallurgische Herstellung ergibt sich vorteilhaft eine sehr gute Haftung der Komponenten des Halbzeugs miteinander. Bindefehler können praktisch vollständig vermieden werden. Beim Erstarren der in die Zwischenräume gefüllten Schmelze ergibt sich eine sehr gute Haftung der beiden Komponenten miteinander. Pulver kann nach dem Einfüllen in die Zwischenräume aufgeschmolzen oder gesintert werden, um die zweite Kom- ponente zu bilden und mit der ersten zu verbinden.

Für eine schmelzmetallurgische Herstellung sollte die erste Komponente einen höheren Schmelzpunkt als die zweite Komponente haben, bevorzugt einen mindestens 50 K, insbesondere mindestens 100 K höheren Schmelzpunkt. Eine pulvermetallurgi- sehe Herstellung hat den Vorteil, dass auch Halbzeuge mit Komponenten hergestellt werden können, deren Schmelzpunkte sehr nahe beieinander liegen oder sogar übereinstimmen. Bevorzugt hat die erste Komponente aber einen höheren Schmelzpunkt als die zweite Komponente, besonders bevorzugt einen mindestens 50 K, insbesondere mindestens 100 K höheren Schmelzpunkt, um auch eine schmelzmetal- lurgische Herstellung problemlos zu ermöglichen.

Wenn die zweite Komponente aus Pulver hergestellt wird, kann das Pulver nach dem Einfüllen in die Zwischenräume bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der ersten Komponente aufgeschmolzen oder gesintert werden. Dabei kann das Sin- tern als Festphasensintern oder als Flüssigphasensintern durchgeführt werden. Beim Festphasensintern liegt die Sintertemperatur unter dem Schmelzpunkt der beteiligten Komponenten. Das Pulver kann mehrere metallische Phasen enthalten, beispielsweise als Pulvermischung, wobei die Sintertemperatur für das Festphasensintern unter der Schmelztemperatur der am niedrigsten schmelzenden Phase gewählt wird. Beim Flüssigphasensintern wird ein Pulver verwendet, das mindestens zwei Phasen enthält, und die Sintertemperatur zwischen der Schmelztemperatur der am niedrigsten schmelzenden Phase und der Schmelztemperatur der am höchsten schmelzenden Phase gewählt. Bei Flüssigphasensintern wird das Pulver also teilweise aufgeschmolzen, beispielsweise indem Körner aus einem ersten Metall, das ein Element oder eine Legierung sein kann, aufgeschmolzen und Körner aus einem zweiten Metall, das einen höheren Schmelzpunkt hat und ebenfalls ein Element oder eine Legierung sein kann, nicht aufgeschmolzen wird. Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens besteht insbesondere darin, dass problemlos auch größere Halbzeuge hergestellt werden können, da das in einem Ofen zur Verfügung stehende Volumen weitgehend ausgenutzt werden kann. Bei dem bekannten Verschweißen von Paketen aus aufeinander gestapel- ten Blechen lassen sich nur sehr schwer Halbzeuge mit mehr als 10 bis 15 cm Kantenlänge herstellen, da mit zunehmender Größe die Wahrscheinlichkeit von unvollständigen oder fehlerhaften Verbindungen zwischen Blechabschnitten stark zunimmt. Zudem verliert Stahl bei den zum Verschweißen erforderlichen Temperaturen seine Festigkeit, so dass die zum Erzeugen des Pressdrucks verwendeten Werkzeuge nicht zusammen mit dem Block auf die zum Verschweißen erforderliche Temperatur erhitzt werden dürfen. Aus diesen Gründen haben im Handel erhältliche Schichtblöcke für Mokume Gane Schmuck nur eine Kantenlänge von etwa 10 cm. Erfindungsgemäß hergestellte Halbzeuge können jedoch problemlos eine Kantenlänge von 20 cm, 30 cm oder mehr aufweisen und eine Masse von 100g, 200g oder mehr haben.

Wenn die zweite Komponente als Schmelze in Zwischenräume zwischen aus der ersten Komponente hergestellten Teilen eingefüllt wird, entsteht die zweite Komponente bei einem erfindungsgemäßen Halbzeug mit einem Gefüge, das eine Gussstruktur aufweist. Die Gussstruktur der zweiten Komponente eines erfindungsgemä- ßen Halbzeugs zeichnet sich in der Regel durch Stengelkristalle aus. Diese Stengelkristalle sind typischer Weise quer zu der angrenzenden Komponente hin orientiert, also bei einem Schichtwerkstoffverbund quer zu den Schichten orientiert. Die erste Komponente weist dagegen ein Rekristallisationsgefüge auf.

Wenn die zweite Komponente durch Sintern hergestellt wird, ergeben sich zwischen der ersten und der zweite Komponente sehr scharfe Phasengrenzen, die auch bei einer weiteren Verarbeitung des Werkstoffverbundes, beispielsweise durch Walzen oder Strangpressen, als Charakteristikum erhalten bleiben. Das fast völlige Fehlen einer Vermischung der beteiligten Materialen an der Grenze zwischen erster und zweiter Komponente erlaubt deshalb eine Unterscheidung zwischen erfindungsgemäß durch Sintern und herkömmlich hergestellten Halbzeugen.

Nach Entnahme aus der Form kann ein erfindungsgemäß hergestellter Werkstoffverbund stranggepresst werden. Insbesondere bei einer pulvermetallurgischen Herstel- lung kann auch diese Weise eine vorteilhaft Verdichtung erreicht werden, bei der eventuell vorhandene Poren oder Lunker gefüllt werden.

Erfindungsgemäß hergestellte Halbzeuge können auf kleinere Querschnitte gewalzt und zu Stäben gezogen werden, die tordiert werden. Bei diesen Arbeitsschritten wird das Material stark verformt und muss deshalb in der Regel vor weiteren Bearbeitungsschritten geglüht werden. Bei einer solchen Anlass- oder Temperbehandlung bildet sich typischerweise in allen Komponenten ein Rekristallisationsgefüge, so dass die ursprünglich vorhandene Gussstruktur verschwindet. Ein erfindungsgemäßes Halbzeug kann beispielsweise ein Stab sein, dessen Enden um 5 Umdrehungen o- der mehr gegeneinander verdreht sind. Ein solcher Stab hat eine Länge von vorzugsweise mehr als 20 cm, insbesondere mehr als 30 cm. Der Durchmesser eines solchen Stabs kann beispielsweise 5 mm bis 15 mm betragen.

Bei einem erfindungsgemäßen Halbzeug besteht die zweite Komponente bevorzugt überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer. Die erste Komponente kann theoretisch auch aus Edelstahl bestehen, um Materialkosten einzusparen. Bevorzugt besteht jedoch auch die erste Komponente und somit das gesamte Halbzeug überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer. Die Komponenten eines erfindungsgemäßen Halbzeugs können dabei aus reinem Kupfer oder aus einem reinen Edelmetall, beispielsweise reinem Gold, Silber oder Palladium bestehen. Bevorzugt werden für die Komponenten eines erfindungsgemäßen Halbzeugs aber Edelmetall- und/oder Kupferlegierungen verwendet, beispielsweise Ag925, Au750, Au500, Pd900 oder Pd500.

Besonders bevorzugt ist, dass die erste Komponente überwiegend, also zumindest zu 50 Gew.-%, aus Platinmetall, insbesondere Palladium besteht. Platinmetalle und ihre Legierungen haben einen vorteilhaft hohen Schmelzpunkt, so dass sich bei der Herstellung des Halbzeugs die Zwischenräume besonders leicht mit Schmelze der zweiten Komponente ausfüllen lassen. Die zweite Komponente besteht bevorzugt überwiegend aus einem oder mehreren Elementen der elften Gruppe des Periodensystems, also überwiegend aus Kupfer, Silber und/oder Gold.

Bei einem erfindungsgemäßen Halbzeug macht die gegossene oder gesinterte Komponente wenigstens ein Fünftel des Volumens des Halbzeugs aus, damit diese Korn- ponente mit ihrer Farbe bei einem fertigen Mokume Gane Schmuckstück auch optisch deutlich in Erscheinung treten und die für Mokume Gane Schmuckstücke charakteristische Maserung erzeugen kann. Bevorzugt macht die gegossene Komponente wenigstens ein Viertel, besonders bevorzugt wenigstens ein Drittel, des VoIu- mens des Halbzeugs aus.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs kann zur Ausbildung der zweiten Komponente Schmelze aus einem Tiegel in die Zwischenräume der aus der ersten Komponente hergestellten Teile gegossen werden. Bevorzugt ist jedoch, dass das Material zur Ausbildung der zweiten Komponente zwischen und/oder über den in der Form - beispielsweise einer Kokille, also einer Gussform, oder einer Sinterform - angeordneten Teilen, die aus Material der ersten Komponente hergestellt sind, angeordnet und anschließend durch Erhitzen aufgeschmolzen wird. Auf diese Weise kann das Aufschmelzen problemlos unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt und eine Oxidation folglich vermieden werden. Beim Aufschmelzen des Materials für die zweite Komponente bildet sich dann eine Schmelze, welche die Zwischenräume lückenlos ausfüllt.

Das Material für die zweite Komponente kann beispielsweise ein Barren sein, der auf die aus der ersten Komponente hergestellten Teile in der Kokille platziert wird. Möglich ist es aber auch, Granulat oder Pulver der zweiten Komponente zu verwenden und dieses zwischen und/oder über den aus der ersten Komponente hergestellten Teilen aufzuschichten. Wenn es sich bei der zweiten Komponente um eine Legierung handelt, was bevorzugt ist, kann das Material für die zweite Komponente als Granu- lat unterschiedlicher Materialien eingesetzt werden, so dass sich die Legierung erst beim Aufschmelzen bildet. Bevorzugt wird das Material aber als Legierung in fester Form in die Kokille eingefüllt.

Um ein Halbzeug mit mehr als zwei farblich unterschiedlichen Komponenten herzu- stellen, können in einer Kokille Teile aus unterschiedlichem Material, beispielsweise Bleche aus Platin und Bleche aus Palladium angeordnet, und die Zwischenräume mit einem weiteren Material, beispielsweise Gold, als Pulver oder Schmelze ausgegossen werden. Die Komponenten eines erfindungsgemäßen Halbzeugs können jeweils aus einer einzigen Phase bestehen oder mehrere Phasen aufweisen, beispielsweise eutekti- sche Legierungen sein.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfin- dungsgemäßen Halbzeugs; und

Figur 2 ein Beispiel eines aus dem Halbzeug hergestellten Mokume Gane Schmuckstücks.

Das in Figur 1 dargestellte Halbzeug 1 ist ein Schichtverbund aus zwei metallischen Komponenten 2, 3 unterschiedlicher Farbe, beispielsweise einer rötlichen Gold- und Kupferlegierung und einer silbernen Edelmetalllegierung, beispielsweise auf Basis von Silber oder einem Platinmetall. Die einzelnen Schichten des dargestellten Halbzeugs 1 haben eine Stärke von 0,5 mm bis 3,0 mm, bevorzugt 0,8 bis 1 ,5 mm. Die einzelnen Schichten können alle dieselbe Stärke haben, wie dies in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Möglich ist es aber auch, dass die Stärken der einzelnen Schichten von einander abweichen. Bevorzugt ist dabei, dass sich die Schichtstärken von einander höchstens um einen Faktor 2, bevorzugt höchstens um einen Faktor 1 ,5 unterscheiden.

Das dargestellte Halbzeug 1 kann hergestellt werden, indem aus der ersten Komponente 2 hergestellte Teile unter Ausbildung von Zwischenräumen in einer Kokille angeordnet und anschließend die Zwischenräume zur Ausbildung der zweiten Komponente 3 mit einer überwiegend aus Edelmetall oder Kupfer bestehenden Schmelze gefüllt werden. Die aus der ersten Komponente 2 hergestellten Teile können in der Kokille stehend angeordnet werden und beispielsweise Bleche sein. Diese Bleche können flach ausgebildet sein. Möglich ist es auch, gebogene oder zickzackförmig gefaltete Bleche zu verwenden und in dem Halbzeug 1 so eine zusätzliche Struktur zu erzeugen. Gebogene oder zickzackförmig gefaltete Bleche haben zudem den Vor- teil, sich leichter stehend in einer Kokille anordnen zu lassen. Mit einer Halterung o- der einer entsprechend ausgebildeten Kokille lassen sich jedoch auch flache Bleche stehend anordnen. Beispielsweise kann eine Kokille in einer inneren Seitenwand Schlitze aufweisen, in denen ein Randbereich von in der Kokille angeordneten BIe- chen gehalten werden kann, so dass die Bleche in der Kokille nicht umfallen

Figur 2 zeigt ein Beispiel eines aus dem dargestellten Halbzeug 1 hergestellten Mo- kume Gane Schmuckstücks 4. Bei dem aus dem Halbzeug 1 hergestellten Ring 4 sind deutlich die beiden farblich unterschiedlichen Komponenten 2, 3 des Halbzeugs 1 zu erkennen.

Detaillierte Ausführungsbeispiele:

1. In eine Graphitkokille mit einer Innenabmessung von 20 mm Breite, 30 mm Höhe und 100 mm Länge werden mittig hochkant mit etwa gleichem Abstand zueinander 4 Pd-Bleche mit den Abmessungen 1 x 20 x 100 mm gestellt. Auf die Bleche wird ein Barren Sterlingssilber gelegt, dessen Volumen ausreicht, um die Zwischenräume der Kokille zu füllen. Die Kokille wird in einem Induktionsofen auf eine Temperatur knapp oberhalb des Schmelzpunktes von Ster- lingssilber (ca. 896°C) erwärmt, so dass dieses bei Erreichen seiner Schmelztemperatur in die freien Spalten zwischen den Pd-Blechen und der Kokille fließt und diese lückenlos ausfüllt. Sobald der durch das Beobachtungsfenster zu erkennende Schmelzvorgang beendet ist, wird der Heizstrom des Ofens abgeschaltet, damit der Gussblock erstarrt und als fertiger Schichtverbund mit lamellarem Aufbau Ag/Pd/Ag/Pd/Ag/Pd/Ag/Pd/Ag aus der Kokille entnommen werden kann.

2. In der Kokille von Beispiel 1 wird auf die in gleicher Weise angeordneten Pd- Bleche eine entsprechende Menge einer Gelbgoldlegierung, beispielsweise Au750 gelegt und durch erwärmen über deren Schmelzpunkt von etwa 900 ⁰ C zum Schmelzen gebracht, so dass auch hier die Zwischenräume der Pd- Bleche und zur Kokillenwand lückenlos gefüllt werden. Nach dem Erkalten der Au-Legierung liegt ein Schichtverbund Au/Pd/Au/Pd/Au/Pd/Au/Pd/Au vor. 3. In einer Kokille mit der Innenabmessung 7 mm Breite, 30 mm Höhe und 99 mm Länge werden an den Kokillenlängswänden und in der Kokillenmitte 3 Pd- Bleche mit den Abmessungen 1 x 20 x 99 mm gestellt. Auf die Pd-Bleche wird ein Cu-Barren gelegt im Ofen erschmolzen, so dass wie in den Beispielen 1 und 2 die Zwischenräume der Pd-Bleche gefüllt werden und ein Schichtverbund Pd/Cu/Pd/Cu/Pd entsteht. Nach dem Erkalten kann der Schichtverbundblock aus der Kokille entnommen und dessen Außenflächen gereinigt werden. Der so vorbereitete Block wird nun mittig in die Kokille aus Beispiel 1 und 2 gestellt, in der vorher bereits jeweils zwei weitere Pd-Bleche an den Kokillen- längsseiten angebracht wurden. Auf die Pd-Bleche an den Kokillenlängsseiten werden nun zwei vorbereitete Barren aus Sterlingssilber mit Schmelzpunkt 896°C oder einer Goldlegierung mit Schmelzpunkt 830 ⁰ C bis 920°C und den Abmessungen 6,5 x 20 x 99 mm gelegt und auf eine Temperatur knapp oberhalb deren Schmelzpunkt erwärmt, so dass diese in die freien Zwischenräume fließen und somit nach deren Erstarrung ein Schichtverbund

Ag/Pd/Cu/Pd/Cu/Pd/Ag entstanden ist. Bei einem solchen zweiten Schmelzvorgang sollte die Schmelztemperatur des ersten Schmelzvorgangs nicht ü- berschritten werden, damit das Material aus dem ersten Schmelzvorgang nicht erneut flüssig wird.

4. In eine Sinterform werden Kupferbleche gestellt. Die Zwischenräume zwischen den Blechen werden mit Pulver gefüllt, das zu 92,5 Gew.-% aus Silber und zu 7,5 Gew.-% aus Kupfer besteht. Das Pulver kann eine Pulvermischung aus Silber- und Kupferpulver sein. Möglich ist es auch, Pulver einer Silberle- gierung zu verwenden. Nach dem Einfüllen des Pulvers in die Zwischenräume kann das Pulver in der Sinterform mit den Blechen verpresst werden. Anschließend wird das Pulver unter einer inerten Atmosphäre, beispielsweise Stickstoff oder Argon, oder unter einer reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise Wasserstoff, bei 750° C gesintert. Das Sintern ist also ein Festphasen- sintern. Der durch Sintern gebildete Schichtverbund wird anschließend durch

Strangpressen umgeformt.

5. In eine Sinterform werden Palladiumbleche gestellt, die beispielsweise zu 95 Gew.-% aus Palladium und im Übrigen aus Silber und/oder Kupfer bestehen. Die Zwischenräume zwischen den Blechen werden mit Pulver gefüllt, das zu 58,5-Gew.-% oder mehr aus Gold besteht. Das Pulver kann im Übrigen beispielsweise aus Silber und/oder Kupfer bestehen. Das Pulver kann eine Pulvermischung aus verschiedenen Metallen oder Metalllegierungen sein. Mög- lieh ist es auch, Pulver einer Goldlegierung mit dem gewünschten Goldgehalt zu verwenden. Nach dem Einfüllen des Pulvers in die Zwischenräume wird es unter einer inerten Atmosphäre, beispielsweise Stickstoff oder Argon, oder unter einer reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise Wasserstoff, bei 750° C gesintert.

Die in der beschriebenen Weise hergestellten Schichtverbundbarren können unmittelbar als Halbzeug für Mokume Gane Schmuck verwendet werden. Möglich ist es auch, die Schichtverbundbarren zur Herstellung eines Halbzeugs weiteren Bearbeitungsschritten zu unterziehen. Beispielsweise können die Schichtverbundbarren auf kleinere Querschnitte gewalzt oder gezogen werden.

Bezuqszahlen

1 Halbzeug

2 erste Komponente

3 zweite Komponente

4 Schmuckstück