Материалы для ювелирных изделий - Владимир Куманин

Фосфор. Применяется в виде фосфористой меди для раскисления металла при выплавке сплавов золота. Как и кремний, фосфор растворяется только в меди, практически не растворяясь ни в золоте, ни в серебре. Не реагируя с золотом, с легирующими компонентами, фосфор образует хрупкие соединения Ag2P, CugP и NigP, которые, в свою очередь, образуют легкоплавкие эвтектики с Ag, Си и Ni.

Действуя как раскислитель, фосфор повышает пластичность сплавов золота. Избыточный фосфор, располагаясь по границам зерен в виде фосфидной эвтектики, приводит к разрушению сплава при нагреве выше температуры плавления (например, при нагреве под пайку до температур порядка 800 °C). В сплаве ЗлСрМ583-80 при содержании фосфора до 0,03 % по массе сохраняется хорошая поверхность проката, по границам зерен появляются выделения эвтектики (рис. 7.6). В связи с этим рекомендуется ограничить в сплаве ЗлСрМ583-80 массовую долю фосфора 0,01 %.

При исследовании на красноломкость сплавов ЗлСрМ750 пробы централизованной поставки установлено, что склонность к растрескиванию при нагреве проявляют полуфабрикаты, содержащие более 0,001 % Р и имеющие величину зерна более 0,03 мм.

11.5. Влияние газов на свойства сплавов золота

Встречающиеся при плавке газы, такие как кислород, водород, углеводороды, азот, моно– и диоксид углерода, сернистый газ, пары воды, образующиеся при попадании водорода в кислородосодержащий раствор, и т. п., ни в твердом, ни в жидком состоянии в чистом золоте не растворяются. Попадая в расплав, они становятся причиной получения пористых слитков или образуют химические соединения с легирующими элементами золотых сплавов. В обоих случаях пластичность сплава значительно снижается.

При отжиге деформированных слитков, содержащих газовые поры и раковины, появляются вздутия поверхностного слоя (дефекты, аналогичные «дутому» серебру).

Отношение сплавов системы золото – серебро – медь к кислороду при отжиге определяется их составом.

Обедненные золотом сплавы 333-й и 375-й проб при высоких температурах окисляются так же, как и сплавы серебро – медь. Сплавы с большим содержанием серебра имеют значительную зону внутреннего окисления; у красноватых сплавов, обогащенных медью, превалирует внешнее поверхностное окисление.

У сплавов, в составе которых более 50 % Au, при большом содержании серебра окисление при отжиге незначительное, в то время как при отжиге сплавов такой же пробы с большим содержанием меди могут появиться внутренние оксидные зоны (рис. 7.7).

Сплавы золота 750-й пробы имеют наименьшую склонность к окислению. При отжиге образуется лишь тонкий оксидный слой на поверхности металла, легко удаляющийся травлением.

11.6. Золотые сплавы для припоев

При изготовлении ювелирных и художественных изделий из сплавов золота используется пайка. Состав и интервал температур плавки ювелирных припоев для пайки сплавов золота приведен в табл. 11.9. Маркировка золотых припоев осуществляется так же, как припоев из серебра.

Таблица 11.9

Состав и свойства припоев на основе золота

Содержание золота в припоях должно соответствовать пробе паяемого сплава. Жесткие требования предъявляются к цвету припоя: он должен строго соответствовать цвету паяемого металла. Кроме припоев на основе золота и серебра в ювелирной технике применяются припои на основе меди – медно-цинковые и медно-фосфорные, которые дополнительно могут содержать олово, марганец, железо, алюминий и другие металлы. Эти припои выдерживают высокие механические нагрузки. Для снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания припоя используют флюсы. Для пайки ювелирных изделий часто применяют растворы буры и борной кислоты.

11.7. Эксплуатация изделий из золотых сплавов

Ювелирные изделия в процессе носки в контакте с кожей подвергаются сильному коррозионному воздействию ее выделений. Свидетельством коррозии украшений служит появление на коже плохо смываемых черных отметин.

Потемнение кожи – процесс до конца не изученный и не объясненный. У кого-то на руке кольцо ведет себя безукоризненно, а у другого под ним может появиться черная полоса. Это обусловлено различным составом выделений кожи, т. е. индивидуальными особенностями человеческого организма. Даже наиболее стойкие к коррозии сплавы 750-й пробы вызывают, хотя и в редких случаях, потемнение кожи. Наименее стойкими к коррозии являются тускнеющие сплавы 333-й и 375-й проб.

11.8. Особенности литья золотых сплавов

Сплавы золота (ЭлСрМ583-80 и ЗлСрМ750-150) плавят в графитовых тиглях. На дно тигля засыпают флюс (борную кислоту или березовый уголь) в количестве, обеспечивающем покрытие зеркала расплава. Тигель нагревают до температуры не менее 1000 °C. Затем под слой жидкого флюса добавляют чистое золото, отходы сплавов золота собственного производства (не более 60 % от массы шихты) и лигатуру медь – серебро. После расплавления шихты при температуре 1000–1100 °C производят раскисление металла фосфористой медью (0,1 % от массы шихты). Выдержка расплава для удаления продуктов раскисления составляет 2–3 мин. Перед заливкой с поверхности металла снимают шлак и расплав тщательно перемешивают. Температура заливки сплава ЗлСрМ583-80 составляет 1000–1200 °C, сплава ЗлСрМ750-150 – 1100–1200 °C.

Сплав золота ЗлМНЦ750 плавят в корундовых тиглях. Использование графитовых тиглей невозможно из-за взаимодействия никеля с углеродом. В качестве флюса используют плавленую борную кислоту, которую загружают на дно тигля слоем толщиной 5—10 см. После этого тигель нагревают до температуры не менее 1000 °C, флюс расплавляется, и под его зеркало вводят сначала чистое золото, а затем лигатуру медь – никель – цинк. Раскисление металла не производят в связи с наличием в сплаве большого количества цинка. Температура заливки сплава ЗлМНЦ750-150 составляет 1150–1200 °C, перед литьем шлак снимают и металл тщательно перемешивают.

Вакуумную плавку сплавов золота (за исключением сплава ЗлМНЦ 750) и сплавов серебра осуществляют путем расплавления шихты и выдержки жидкого металла в вакууме не ниже 133,3 Па. Время выдержки расплава в вакууме не более 15 мин для шихты (массой 0,4–0,5 кг). Перед литьем плавильную камеру заполняют инертным газом до атмосферного давления. Наличие над жидким металлом вакуума ниже 133,3 Па и увеличение времени выдержки расплава в вакууме ведет к резкому увеличению потерь серебра и золота. Рафинирование сплава ЗлМНЦ750 в вакууме возможно только в твердом состоянии из-за высокой упругости паров цинка.

Второй вариант вакуумной плавки ЗлМНЦ750 и сплавов серебра осуществляют путем расплавления шихты и выдержки жидкого металла в вакууме по предыдущему варианту. Перед загрузкой шихты на дно тигля насыпают плавленую борную кислоту. Отдельно сплавляют отходы производства (стружку, опилки) с борной кислотой. Тигель разогревают до 1000 °C и расплавляют в нем сплав опилок с борной кислотой. По выражению литейщиков, создают «болото». Далее загружают лигатуру серебро – цинк – медь состава Ag – 64 %, Zn – 3,5 %, Си – 32,5 %. По расплавлении лигатуры сплав перемешивают кварцевой палочкой и отливают пробник для определения химического состава экспресс-методом. Далее дошихтовывают расплав нужным количеством чистого золота, доводят температуру сплава до 1150–1200 °C, сплав перемешивают, снимают шлак и производят разливку.

Для получения желтого сплава золота 585-й пробы используют следующий состав лигатуры: Ag – 24,5 %, Zn – 16 %, Gu – 59,5 %.

Для получения красного сплава золота 585-й пробы используют следующий состав лигатуры: Ag – 10 %, Zn – 3 %, Gu – 87 %.

Для получения красного сплава золота 375-й пробы используют следующий состав лигатуры: Ag – 5 %, Zn – 3 %, Gu – 92 %.

12. Платина

Платина – химический элемент, символ Pt, имеет порядковый номер 78, атомная масса 195, плотность 21,45 г/см3, tпл = 1769 °C. Кристаллическая решетка – ГЦК. Твердость по Бринеллю в отожженном состоянии 50. Относится к группе благородных металлов. Металл имеет бело-серую окраску, практически нерастворим в воде, кислотах, за исключением горячей «царской водки», с которой образует платино-хлористоводородную кислоту H2(PtCl2). Платина очень пластична, хорошо полируется и обладает большой отражательной способностью. Платина в чистом виде очень мягка, поэтому ее легируют, например, иридием, палладием, родием и другими металлами. Для изготовления ювелирных изделий в сплав, кроме указанных компонентов, добавляют еще и медь. Металлы платиновой группы (иридий, палладий, родий) в химическом отношении схожи с платиной.

Иридий Химический элемент, 1 г, с атомной массой 192,22, tnji = 2410 °C, твердость по Бринеллю в отожженном состоянии 172. Относительное удлинение при растяжении составляет лишь 2 %. Поддается обработке при высоких температурах. При небольшой добавке к платине значительно повышает твердость последней.

Палладий

Имеет более светлую окраску, чем платина, химически устойчив на воздухе и в воде, растворяется в горячей, немного разбавленной азотной кислоте с образованием нитрата палладия Pd(NO3)2. При температуре от 400 до 850 °C палладий покрывается светло-фиолетовым оксидным слоем, который исчезает при более высоких температурах.