高效加工贵金属专家指南

贵金属因材料性能范围广、报废成本高，加工难度特别大。本文介绍这些元素及其合金，并提供高效加工指南。

元素简介

有时称"贵金属"，贵金属由周期表中间的八种元素组成（见下图 1 蓝框）。八种金属为：

1. 钌 (Ru)
2. 铑 (Rh)
3. 钯 (Pd)
4. 银 (Ag)
5. 锇 (Os)
6. 铱 (Ir)
7. 铂 (Pt)
8. 金 (Au)

这些元素是地球上最稀有材料之一，因此极其昂贵。金银可在天然金块中找到，相对易得。但其他六种元素通常混在其下方四种金属原矿中：铁 (Fe)、钴 (Co)、镍 (Ni)、铜 (Cu)。这些元素是贵金属子集，通常称铂族金属 (PGM)。因共生于原矿，开采提取困难，成本剧增。因高价，首次加工正确对车间效率至关重要。

图 1：8 种贵金属在周期表中用蓝框标出。图片来源：clearscience.tumblr.com

贵金属基本性能与成分

贵金属具有显著材料性能：特性软、延展、抗氧化。因耐大多数化学和环境腐蚀称"贵金属"。表 1 列出贵金属元素形式几项关键材料性能。为对比，列出 6061 Al 和 4140 钢。通常仅金银用纯形式，铂族金属主要为铂基合金（含少量 Ru、Rh、Pd、Os、Ir）。贵金属以极高密度和熔点著称，适用于多种应用。

表 1：贵金属、4140 钢和 6061 铝冷加工材料性能对比

贵金属常见加工应用

银金热导率和电阻率特别优良。表 2 列出这些值，附退火铜 (CC1000) 和退火 6061 铝对比。铜因相对低电阻率常用电线，虽银更好替代。明显原因是银铜成本差异。如前所述，铜电气接触区常镀金，因长期使用易氧化降低电阻率。贵金属抗氧化是电子工业阴极保护系统使用主要原因。

表 2：Ag、Au、Cu、Al 热导率和电阻率对比

铂及其合金应用最广，因能获得多种力学性能同时保持贵金属优势（高熔点、延展性、抗氧化）。表 3 列出铂和多种 PGM 及其力学性能。性能差异取决于添加合金元素、百分比、材料是冷加工还是退火。合金化能显著提高抗拉强度和硬度，同时降低延展性。此抗拉强度/硬度增加与延展性降低比率取决于添加金属种类和数量，如表 3 所示。通常也取决于添加元素颗粒尺寸及天然晶体结构。钌和锇有特定晶体结构，添加到铂中有显著硬化效应。Pt-Os 合金极硬几乎不可加工，实际应用少。但其他 4 种 PGM 添加到铂允许各种力学性能和用途。

表 3：PGM 材料性能（注：硬度和抗拉强度为冷加工值）

铂及其合金生物相容，能长期植入人体无不良反应或中毒。因此医疗器械如心肌螺钉固定、支架、血管成形标记带由铂及其合金制造。金和钯也常用于牙科应用。

Pt-Ir 合金硬度强度显著高于其他合金，制汽车火花塞电极极佳。铑有时添加到 Pt-Ir 合金使材料少弹性（作医疗弹簧丝用）同时提高加工性。Pt 和 Pt-Rh 线对测温极有效，用于热电偶。

加工贵金属

加工影响最大的两个参数是硬度和伸长率。硬度为制造业机加工人员和工程师熟知，指材料抵抗变形或切削能力。伸长率量化材料延展性的测量值。指示设计师结构断裂前塑性（永久）变形程度。例如，超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) 等延展塑料伸长率 350-525%，而油淬回火铸铁 (120-90-02 级) 等脆性材料伸长率约 2%。因此伸长率越大，材料越"粘"。粘性材料易产生积屑瘤，倾向产生长条状切屑。

贵金属刀具

材料延展性使锋利切削刀具成为切削贵金属必需。变螺旋铝合金刀具可用于纯金、银、铂等软材料。

图 2：铝合金变螺旋方头铣刀

高硬度材料仍需锋利切削刃。最佳选择是投资 PCD 金刚石刀具。PCD 复合片能切削极硬材料，同时相对长时间保持锋利切削刃，优于标准 HSS 和硬质合金切削刃。

图 3：PCD 金刚石方头铣刀

转速进给表：

图 4：使用方头非铁 3xLOC 加工贵金属的转速进给

图 5：使用 2 刃方头 PCD 铣刀加工贵金属的转速进给