On the processing and the tarnishing mechanism of gold-based bulk metallic glasses

Abstract

In 2005, an amorphous gold alloy with 760 mass-‰ gold, i.e. 18 karat (k), with the composition Au49Ag5.5Pd2.3Cu26.9Si16.3 at.% was developed by Schroers et al. In the years following the alloy's discovery, a fast introduction into industrial production was anticipated due to several promising factors: i.e. Ni-free white-gold color, outstanding mechanical properties, excellent formability and processability and minimal casting shrinkage. However, the alloy shows an exceptionally fast tarnishing behavior resulting in a significant color change. The scope of the present work was on the one hand to investigate possible processing routines for the industrial production of small amorphous parts for jewelry, watch making or technical applications. On the other hand, the understanding of the mechanism of the tarnishing behavior was an ultimate goal aiming at tarnishing rate reduction. The present work involves the production of a semi-finished product, the investigation of various casting routines and a study on thermoplastic forming. All applied processing techniques are typical industrial processing techniques or very similar. In addition, a new casting technique was developed that combines traditional investment casting with electroforming. A comprehensive investigation of the tarnishing process was done based on which a first approach towards the development of a tarnish resistant alloy was accomplished and recommendations for future work are given.

2005 wurde von Schroers et al. eine amorphe 18 Karat (kt) Goldlegierung mit 760 Masse-‰ Gold bzw. der Zusammensetzung Au49Ag5.5Pd2.3Cu26.9Si16.3 Atom-% entwickelt. In den Jahren nach der Entdeckung dieser Legierung wurde aufgrund mehrerer vielversprechender Faktoren wie z.B. Ni-freie Weißgoldfarbe, herausragende mechanische Eigenschaften, exzellente Formbarkeit sowie minimale Gussporosität eine baldige industrielle Anwendung erwartet. Allerdings zeigt die Legierung ein außerordentlich rasantes Anlaufverhalten, das in einer signifikanten Farbänderung resultiert. Das Ziel dieser Arbeit war zum einen die Untersuchung der Verarbeitbarkeit in industriellen Fertigungsprozessen bei der Produktion von Schmuck- und Uhrenteilen sowie von technischen Bauteilen. Zum anderen wurde der Anlaufmechanismus in einer systematischen Korrosionsstudie analysiert. Diese Arbeit beinhaltet die Herstellung eines Halbzeuges, die Untersuchung verschiedener Gießtechniken sowie eine Studie zur thermoplastischen Verformbarkeit. Bei der Auswahl der Prozesstechniken wurde ein Fokus auf industrienahe Prozesse gelegt. Darüber hinaus wurde ein neues Gießverfahren entwickelt, das herkömmlichen Feinguss mit Galvanoformen verknüpft und somit den Guss in verlorene Metallformen ermöglicht. Basierend auf dem Verständnis des Anlaufmechanismus konnten bereits erste Versuche zur Neuentwicklung einer anlaufbeständigen Legierung durchgeführt und Empfehlungen für weiterführende Arbeiten gegeben werden.