Константинов И.Л. Материаловедение драгоценных металлов и их сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

Алюминий. При содержании этого элемента от 4 до 5% он растворяется в

твердом сплаве и почти не влияет на его структуру и свойства. Однако при

более высоком содержании алюминия образуется хрупкое соединение Ag

Al.

При отжиге и плавке образуется также соединение Al

, которое, располагаясь

по границам зерен, охрупчивает сплав.

Цинк и кадмий. Так как температуры кипения цинка и кадмия невелики,

то при добавке их в расплав сплавов серебра следует соблюдать особую

осторожность. Оба металла являются важнейшими присадками для получения

припоев, снижающими их температуру плавления, поэтому следует

остановиться на них подробнее.

Ag – Zn. Хотя в твердом состоянии серебро растворяет в себе до 20% Zn,

содержание его в серебре не должно превышать 14%. В этом случае сплавы не

тускнеют на воздухе, имеют высокую пластичность и хорошо полируются.

Ag – Сd. Эти сплавы также устойчивы на воздухе и имеют хорошую

обрабатываемость. Серебро может растворить в себе до 30% кадмия.

Ag-Zn-Cd. Условия получения сплавов этой системы настолько

благоприятны, что они вполне могут применяться в качестве припоя, однако

прочность полученного шва невелика и не удовлетворяет требованиям

практики. Интервалы плавки этих припоев очень велики.

Ag-Cu-Cd. Медь совершенно не растворяет кадмий, а образует с ним

хрупкое химическое соединение Cu

Cd. Однако при достаточном количестве

серебра в сплаве кадмий растворяется в серебре. Такой сплав очень пластичен и

весьма устойчив к потускнению. Он особенно пригоден для глубокой вытяжки

и чеканки.

Ag-Cu-Zn. Несколько десятых процента цинка, добавленных в расплав

перед разливкой, значительно повышают жидкотекучесть сплавов серебро –

медь. Медь может растворить до 40% цинка. Сплавы Ag – Cu – Zn могут

служить припоями. Если цинка добавить в сплав больше, чем его могут

растворить серебро и медь, то при использовании этого сплава в качестве

припоя избыточное количестве цинка будет переходить из припоя в основной

металл. При изготовлении припоя основой его следует брать эвтектический

состав сплава Ag – Cu и добавками цинка понижать температуру плавления.

Разность температур плавления основного металла и припоя должна быть не

менее 50°С. Сплавы Ag – Cu – Zn устойчивы к потускнению на воздухе, имеют

хорошие пластичность и обрабатываемость.

Ag – Cu – Zn – Cd. Эти четырехкомпонентные сплавы используют для

приготовления припоев с низкими температурами плавления.

Неметаллы. Кремний. Этот элемент не растворяется в серебре, образует с

ним хрупкие и твердые кремнисто-серебряные соединения, которые,

располагаясь по границам зерен, сильно затрудняют обработку сплавов.

Кремний может попасть в сплав в результате восстановления из материала

тигля.

Сера. Она образует с серебром и медью твердые соединения Ag

S и Cu

располагающиеся, как по границам зерен, так и внутри них. Источниками

попадания серы в сплавы могут быть такие исходные материалы, как, топливо,

горючий газ, остатки травильных растворов (например, от электролиза меди).

Фосфор. Даже следов фосфора уже достаточно для того, чтобы

образовались хрупкие интерметаллические соединения AgP

или Cu

P, которые

в виде эвтектики располагаются по границам зерен. Сплавы от этого становятся

хрупкими, быстро тускнеют, на них плохо ложатся гальванические покрытия.

Фосфор может попасть в сплав при раскислении расплава фосфорной медью.

Газообразные вещества. Кислород. При температуре превышающей

температуру плавления одна часть расплавленного серебра может растворить в

себе 20 частей кислорода. При температуре несколько ниже температуры

кристаллизации растворимость кислорода в серебре составляет половину

объема серебра, и кислород интенсивно выделяется из металла. Кислород, не

успевший выделиться из металла при кристаллизации, образует в краевой зоне

слитка газовые раковины и поры, которые снижают прочность и пластичность

сплава, а при прокатке и волочении являются очагами образования трещин.

При нагреве заготовки газ расширяется, и на ее поверхности возникают

вспучивания, образуя «дутое серебро». Если серебро находится в сплаве с

медью, то образуется закись меди Cu

O. В зависимости от расположения частиц

закиси меди они могут оказывать различное действие на свойства сплавов

серебра. Если они располагаются тонким слоем по границам зерен, то их

влияние на обрабатываемость сплава давлением незначительное. Если частицы

закиси меди компактны, то при полировке они не вырываются и выступают над

поверхностью. При прокатке металла они выламываются и оставляют на

поверхности следы в виде штрихов, образуется так называемое «штриховое

серебро».

Сернистый газ. Двуокись серы SO

содержится в горючих газах и

оказывает вредное влияние на газ тем, что подобно кислороду поглощается

расплавленным металлом, а при затвердевании его улетучивается и, как

кислород, образует в металле раковины. Кроме того, образуются химические

соединения в виде Cu

S и Ag

S, которые, располагаясь по границам зерен,

ослабляют межзеренную связь.

Тройная система Au – Ag – Cu

Диаграмма состояния. Если диаграммы состояния двухкомпонентных

сплавов изображаются на плоскости, то процессы, происходящие в

трехкомпонентном сплаве, описываются пространственной диаграммой

состояния в координатах состав – температура. Такая диаграмма представляет

собой прямоугольную трехгранную призму, основанием которой служит

концентрационный треугольник, углы которого соответствуют чистым

металлам, а стороны двойным системам: Au – Ag, Au – Cu, Ag – Cu. Из кривых

ликвидуса образуется поверхность ликвидуса. Выше этой поверхности все

сплавы находятся в жидком состоянии. Кривые солидуса образуют поверхность

солидуса. Между этими поверхностями сосуществуют расплав и твердые

кристаллы.

Сплавы золота 333 пробы. Цвет сплава с увеличением содержания меди

приобретает красноватый оттенок, и при 66,7% меди становится красным.

Сплав с содержанием меди 28,5% имеет эвтектическую структуру. На воздухе

они (особенно имеющие красноватый цвет) довольно неустойчивы и быстро

тускнеют. При выборе сплава для работы необходимо руководствоваться не

только его цветом, но и свойствами. Предпочтительнее сплавы розового цвета,

имеющие наибольшие твердость и прочность, хотя их относительное удлинение

минимально. Эти сплавы выдерживают лишь малые степени деформации и при

обработке давлением их необходимо чаще подвергать отжигу, чем бледно-

желтые и красные по цвету сплавы. Добавками никеля или цинка механические

свойства этих сплавов можно улучшить настолько, что они становятся

пригодными даже для глубокой вытяжки, однако эти добавки сильно ухудшают

жидкотекучесть и способность к пайке. Поэтому при выборе сплавов этой

пробы ювелир должен ясно представлять, для какой работы будет предназначен

данный сплав.

Почти все сплавы золота 333 пробы малопригодны для пайки. Это

объясняется низкой температурой плавления эвтектики и узким диапазоном

температур плавления сплавов. У некоторых сплавов этот диапазон настолько

мал, что повышения температуры всего на 25°С достаточно для того, чтобы

основной металл изделия, подвергающегося пайке, полностью расплавился.

После нагрева и медленного охлаждения у некоторых сплавов благодаря

старению может значительно повыситься твердость. У сплавов, лежащих на

границе областей твердых растворов и доэвтектических сплавов, т.е. при

содержании меди около 10%, благодаря старению твердость увеличивается в

два раза.

Необходимо отметить, что главное преимущество сплавов золота 333

пробы – их небольшая стоимость, однако они нетехнологичны, особенно

сплавы розового цвета. Отрицательным свойством сплавов является также

малая устойчивость на воздухе.

Сплавы 585 пробы. Кристаллизация сплавов этой пробы, заканчивается

образованием твердого раствора. Сплавы золота 585 пробы предназначены в

основном для изготовления украшений. Они обладают красивым цветом,

хорошим блеском и при этом являются доступными по стоимости.

Твердость и прочность этих сплавов отвечает требованиям эксплуатации

подобных изделий, но при этом они хорошо поддаются формоизменению. На

воздухе сплавы 585 пробы устойчивы и практически не тускнеют. Если

красноватые сплавы еще могут растворяться в кислотах, то желтые

растворяются очень слабо.

Сплавы 585 пробы имеют хорошую паяемость и литейные свойства.

Почти все сплавы этой пробы являются дисперсионно-твердеющими. Если

после литья или отжига необходимо получить более пластичный металл, то

сплав следует подвергнуть закалке при температуре 650°С.

Сплавы золота 750 пробы. После кристаллизации этого сплава образуется

однородный твердый раствор, который у сплавов, располагающихся в средней

части диаграммы, при температуре 400°С распадается на α-и β-фазы.

В химическом отношении сплавы этой пробы представляют собой почти

чистое золото. Они устойчивы против сильных кислот и разрушаются только в

царской водке.

Сплавы 750-ой пробы легче обрабатываются, чем предыдущие. С

увеличением содержания меди твердость и прочность сплавов увеличиваются.

С другой стороны, у сплавов с большим содержанием серебра прочность еще

достаточно велика и изделия из них имеют хорошие эксплуатационные

свойства.

При тонкой рельефной выколотке, тонких проволочно-гибочных работах

или других подобных методах обработки, подвергающих металл сильным

напряжениям, наиболее подходящим материалом является желтоватый сплав

золота 750-ой пробы. Эксплуатационные свойства изделий из него можно

значительно повысить старением сплава. Поэтому, если необходимо иметь

пластичный материал, эти сплавы нужно подвергать закалке.

Сплавы 750-ой пробы хорошо подвергаются пайке и литью, а также

являются подходящей основой для нанесения эмали.

Обрабатываемость и возможность дисперсионного твердения сплавов

золота 750 пробы настолько благоприятны, что им следует отдавать

предпочтение в производстве единичных изделий, несмотря на удорожание

материала.

Влияние добавок и примесей на свойства сплавов Au-Ag-Cu

Металлы. Цинк. Растворимость цинка в металлах тройной системы

составляет: в золоте до 4%; в серебре до 20%; в меди до 40%.Чистое золото

образует уже с 5% цинка хрупкое соединение Au

Zn, которое в тройном сплаве

не образуется из-за растворения цинка в серебре и в меди. Добавка нескольких

десятых долей процента цинка в расплав системы Au-Ag-Cu перед разливкой

оказывает раскисляющее действие и повышает жидкотекучесть сплава.

Увеличение содержания золота в сплавах золота красноватого цвета сообщает

им желтоватый цвет. У сплавов золота 333-ей пробы определенная добавка

цинка значительно повышает их устойчивость против серы и сернистых

соединений, однако это не имеет практического применения, так как

чувствительность таких сплавов к аммиаку сильно возрастает, и сплавы быстро

тускнеют. При эксплуатации изделий из этих сплавов от выделения кожей

аммиака и пота они быстро корродируют. Цинк имеет большое значение при

изготовлении припоев, т.к. значительно снижает область плавления тройного

сплава.

Кадмий. Золото в твердом состоянии растворяет до 20% кадмия; серебро -

свыше 30%. Благодаря добавкам кадмия сплавы Au – Ag зеленого цвета

приобретают более интенсивную окраску. Кадмий еще более чем цинк,

понижает область плавления тройной системы. Если в систему ввести цинк и

кадмий вместе, то температура плавления ее понижается более существенно,

чем при вводе этих металлов порознь.

Олово. Сплавы Au – Ag – Cu могут растворить в себе без заметного вреда

до 4% олова, Хрупкость сплавов золота из-за загрязнения их оловянными

припоями возникает вследствие присутствия в припое свинца, а не олова. Если

количество олова в сплаве превысит 4%, то образуется окись олова, которая при

затвердевании располагается по границам зерен и делает сплав хрупким.

Свинец. Несколько десятых долей процента свинца достаточно для того,

чтобы образовалось хрупкое соединение Au

Pb. Оно располагается по границам

зерен, и, так как это соединение плавится при температуре 418°С, то сплав не

поддается обработке давлением. Свинец может попасть в сплав из

свинцовистых припоев или из подкладок при выколотке рельефа.

Алюминий. Пластичность и склонность к потускнению сплавов с низким

содержанием золота увеличиваются из-за присутствия в сплаве

незначительного количества алюминия. Однако, как только количество

алюминия превысит растворимость его в серебре и меди, образуется

фиолетовое хрупкое соединение Au

Al – «аметистовое золото». При переплавке

может образоваться окись алюминия Al

, которая также делает сплав

непригодным к обработке.

Железо. Из-за высокой температуры плавления и легкой окисляемости

железные и стальные частицы, попавшие в сплав, не растворяются в нем и

являются вредными инородными включениями.

Никель. Если в меди никель растворяется хорошо, то в серебре он почти не

растворим; 13,5% никеля уже достаточно, чтобы сплав приобрел белый цвет,

поэтому его добавляют в сплавы золота 585 пробы для получения более

дешевого недрагоценного белого золота. Из-за различного отношения

легирующих металлов сплава к никелю возникают большие трудности при

обработке этих сплавов, которые устраняются добавками других металлов,

например, цинка.

Неблагородное белое золото имеет следующие основные недостатки:

1) твердость и прочность сплавов настолько велики, что обработка их

вызывает определенные трудности;

2) при отжиге сплав легко окисляется и поэтому должен покрываться,

например, борной кислотой;

3) нельзя производить переплав самостоятельно, их необходимо сдавать в

специализированный цех

Неметаллы. Кремний. Он может попасть в расплав из материала тигля,

содержащего кварц. С золотом кремний образует эвтектику, которая плавится

при температуре 370°С, что резко снижает его обрабатываемость.

Сера. С золотом сера не вступает во взаимодействие, однако она активно

реагирует с легирующими металлами – серебром и медью, а также с никелем и

металлами платиновой группы. Хрупкие соединения Ni

образуют с никелем

эвтектику, которая плавится при температуре 645°С, и для образования которой

достаточно всего 0,05% серы.

Фосфор. Если городская атмосфера загрязнена соединениями фосфора

или расплав раскисляется фосфорсодержащими соединениями, то этот элемент

может попасть в сплав. С золотом фосфор не взаимодействует, но образует с

присадочными металлами – серебром, медью и никелем хрупкие соединения с

легкоплавкой эвтектикой.

Газообразные вещества. С кислородом золото не реагирует, однако оно

вступает во взаимодействие с присадочными металлами. Если водород попадает

в расплав, то происходит его взаимодействие с обычно присутствующим в

расплаве кислородом. Результатом реакции этих элементов является

образование в слитке пор и раковин. Такие газы, как углеводород и окись

углерода, углекислый газ, сернистый газ и т.д., попадая в расплав, прочно

удерживаются в нем, образуя при затвердевании сплава раковины. При этом

наблюдаются дефекты, аналогичные дутому серебру.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие типы диаграмм двойных систем, входят в тройную систему Au –

Ag – Cu?

2. Что такое чернение?

3. Как меняются свойства серебра в зависимости от содержания в нем

меди?

4. Какая структура получается после кристаллизации золота 585-й

пробы?

5. Как влияют металлические примеси на свойства сплавов золота и

серебра?

6. Опишите характер влияние неметаллов на свойства золота и серебра.

Лекции 11, 12

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЮВЕЛИРНЫМ

СПЛАВАМ

План лекции

1. Технические требования

2. Клеймение ювелирных изделий

Технические требования

Ювелирными изделиями называют предметы украшения человека и

окружающей его обстановки, изготовленные с использованием драгоценных

металлов и драгоценных камней, а также других долговечных материалов, при

условии их высокохудожественной обработки.

Сплавы драгоценных металлов, применяемые для изготовления

ювелирных изделий, должны удовлетворять эстетическим, эксплуатационным,

технологическим, а также санитарным требованиям.

Цвет сплавов. Ювелирные сплавы должны обладать определенным ярким

устойчивым цветом. Они делятся на цветные и белые (ахроматичные). Для

каждого ювелирного сплава должно быть разработано несколько припоев,

удовлетворительно совпадающих по цвету с основным металлом. В последние

годы для объективной оценки цвета золотых сплавов применяют методы

колориметрии по системе МКО (международной комиссии по освещению).

Согласно этой методике цвет характеризуется величиной Y – коэффициентом

яркости или светлоты цвета или цветностью, задаваемой координатами

цветности х и y. Помимо этих независимых характеристик, для наглядного

представления цвета применяются производные понятия: цветовой фон,

соответствующий длине волны чистого спектрального цвета, насыщенность,

отражающая соотношение спектрального и ахроматического цветов.

Из этих данных следует, что наиболее насыщенным цветом обладает

золото. Насыщенность цвета золота при его легировании быстро падает,

особенно при введении меди. Гораздо меньше падение насыщенности цвета при

легировании серебром, что явно проявляется при сравнении сплавов 958 пробы.

Можно отметить падение насыщенности цвета со снижением пробы сплавов

золота, хотя бинарные сплавы Au – Cu 750, 853, 375 и 333 проб очень близки по

цветности. Разница в цвете становится заметной при легировании их серебром.

По цветовому тону, все сплавы тройной системы располагаются в

интервале от 598 нм (желто-оранжевый цветовой тон меди) до 570 нм

(бинарные сплавы 750 и 583 проб с серебром зеленовато-желтого тона). На

сплавах 750 пробы удается получить наиболее необычные тона зеленоватого

оттенка. С уменьшением пробы резко снижается насыщенность в области

бинарных сплавов Au – Ag, что приводит к получению обесцвеченных сплавов

при содержании серебра свыше 60%.

Сегодня в коллекциях известнейших ювелирных домов представлены

изделия из золота широкой цветовой гаммы. Кроме традиционных цветов

известны красный, розовый, зеленый и совершенно невероятным для многих

станет открытие о существовании изделий из пурпурного, синего и черного

золота. Не у всех потребителей популярны украшения из золота таких

экзотических цветов. Это вызвано тем, что в представлении обывателя такое

золото не является чистым и содержит меньше «настоящего» золота. На самом

деле, украшения из золота самых различных цветов, имеющие одинаковую

пробу, содержат один и тот же процент чистого золота. Если это изделие 585-й

пробы, то содержание чистого золота и в розовом и в зеленом, и в черном

золоте будет составлять 58,5%. Соответственно, в изделиях 750-й пробы всех

цветов процент содержания золота будет одинаковым – 75%.

Золото 585-й пробы отечественных производителей содержит в своем

составе больше меди и поэтому имеет характерный красновато-желтый цвет. В