加工贵金属
如果零件必须报废，贵金属可能特别难以加工，因为它们具有广泛的材料特性和高成本。下面的文章将介绍这些元素及其合金，并提供如何有效和高效地加工它们的指南。
关于元素
贵金属有时被称为“贵金属”，由位于元素周期表中间的八种元素组成（见下图 1）。这八种金属是：
- 钌 (Ru)
- 铑 (Rh)
- 钯 (Pd)
- 银 (Ag)
- 锇 (Os)
- 铱 (Ir)
- 铂金 (Pt)
- 金 (Au)
这些元素是地球上一些最稀有的材料，因此可能非常昂贵。黄金和白银可以以纯金块的形式找到，使它们更容易获得。然而，其他六种元素通常混合在它们位于元素周期表下方的四种金属的原矿石中：铁 (Fe)、钴 (Co)、镍 (Ni) 和铜 (Cu)。这些元素是贵金属的子集，通常称为铂族金属 (PGM)。因为它们在原矿中一起发现，这使得采矿和提取变得困难，大大增加了它们的成本。由于价格高昂，第一次正确加工这些材料对车间的效率非常重要。
图 1：元素周期表，其中蓝色框为 8 种贵金属。图片来源：clearscience.tumblr.com
贵金属的基本性质和成分
贵金属具有显着的材料特性，因为它们具有柔软、延展性和抗氧化性的特点。它们被称为“贵金属”，因为它们能够抵抗大多数类型的化学和环境攻击。表 1 列出了贵金属元素形式的一些显着材料特性。出于比较目的，它们与 6061 铝和 4140 钢并排。通常，只有金和银以其最纯净的形式使用，因为铂族金属是主要由铂组成的合金（具有较小的 Ru、Rh、Pa、Os、Ir 成分）。贵金属以密度极高和熔点高而著称，适用于各种应用。
表 1：贵金属、4140 钢和 6061 铝的冷加工材料特性
贵金属的常见加工应用
银和金具有特别有利的导热性和电阻率。这些值与 CC1000（退火铜）和退火 6061 铝一起列于表 2 中，以供比较。铜通常用于电线，因为它的电阻率相对较低，尽管银会成为更好的替代品。这不是一般惯例的明显原因是银与铜的成本。话虽如此，铜通常在电接触区域镀金，因为它在长时间使用后容易氧化，从而降低其电阻率。如前所述，众所周知，黄金和其他贵金属具有抗氧化性。这种耐腐蚀性是它们被用于电子工业阴极保护系统的主要原因。
表 2：Ag、Au、Cu 和 Al 的热导率和电阻率
铂及其各自的合金提供最多的应用，因为它可以实现许多不同的机械性能，同时仍保持贵金属的优点（高熔点、延展性和抗氧化性）。表 3 列出了铂金和许多其他铂族金属，每一种都有自己的机械性能。这些特性的变化取决于添加到铂中的合金元素、合金金属的百分比以及材料是否经过冷加工或退火。合金化可以显着提高材料的抗拉强度和硬度，同时降低其延展性。这种抗拉强度/硬度增加与延展性降低的比率取决于添加的金属以及添加的数量，如表 3 所示。通常这取决于添加的元素的粒度及其天然晶体结构。钌和锇具有特定的晶体结构，当添加到铂中时具有显着的硬化效果。尤其是 Pt-Os 合金非常坚硬且实际上无法使用，因此不会产生许多实际应用。然而，将其他 4 种 PGM 添加到铂中后，可以实现一系列具有各种用途的机械性能。
表3：PGM材料特性（注：硬度和抗拉强度为冷加工值）
铂金及其合金具有生物相容性，使其能够长时间放置在人体中而不会引起不良反应或中毒。因此，包括心肌螺钉固定装置、支架和用于血管成形术装置的标记带在内的医疗器械均由铂及其合金制成。金和钯也常用于牙科应用。
Pt-Ir 合金明显比任何其他合金更硬、更坚固，是汽车行业火花塞的出色头部。有时会将铑添加到 Pt-Ir 合金中，以降低材料的弹性（因为它们被用作医用弹簧线），同时也增加了它的可加工性。 Pt 和 Pt-Rh 线对在测量温度方面非常有效，因此用于热电偶。
加工贵金属
加工时影响最大的两个参数是硬度和伸长率。硬度是整个制造业的机械师和工程师所熟知的，因为它表明材料对变形或切割的抵抗力。伸长率百分比是用于量化材料延展性的量度。它向设计人员表明结构在断裂前将发生塑性（永久）变形的程度。例如，超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) 等韧性塑料的伸长率百分比为 350-525%，而油淬和回火铸铁（120-90-02 级）等更脆的材料的伸长率百分比为伸长率约 2%。因此，伸长率越大，材料的“粘性”就越大。粘性材料容易产生积屑瘤，并有产生长丝状切屑的趋势。
贵金属工具
材料的延展性使锋利的刀具成为切割贵金属必不可少的工具。铝合金刀具可变螺旋可用于纯金、银、铂等较软的材料。
图 2：用于铝合金的可变螺旋方形立铣刀
更高硬度的材料仍然需要锋利的切削刃。因此，最好的选择是投资 PCD Diamond 工具。与标准高速钢和硬质合金切削刃相比，PCD 晶圆能够切削极硬材料，同时在较长时间内保持锋利的切削刃。
图 3：PCD 金刚石方形立铣刀
速度和饲料图表：
图 4：使用方形有色金属，3x LOC 时贵金属的速度和进给率
图 5：使用 2 刃方形 PCD 立铣刀时贵金属的速度和进给率
数控机床