Представиться системе:

Разделы


Как отличить металл от неметалла


Первую дифференциацию проделал М.В. Ло­моносов в XVIII в. Он считал, что металлом сле­дует называть «тело, которое ковать можно. Таких тел находим шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец». Затем он же от­метил, что «металлы должны обладать блеском, которые могут изменять свою форму под на­грузкой». Тем не менее из предложенного спи­ска выпадала ртуть и в 1759 г. Ломоносов сов­местно с И.А. Брауном добавили ее к металлам, охладив на морозе. А в таком виде она легко ко­валась и принимала новые формы под ударами молота, так же как и свинец. Затем к списку металлов отнесли и сурьму. Она сразу не попа­ла в список из-за отсутствия характерного ме­таллического блеска. Кстати, и самородная медь впервые не имела металлического блеска, поскольку была покрыта зеленым окислом.

Впоследствии было обнаружено, что очень тонкие листики серебра и золота не блестят, а просвечивают голубовато-зеленым цветом, а мелкие порошки вообще черные.

Сегодня утверждение Ломоносова остает­ся верным, но к нему добавились еще ряд свойств: высокая электро- и теплопровод­ность, повышение электросопротивления с ростом температуры. Конечно, это не все, но удивительным явилось то, что более 75% всех элементов периодической системы Менделе­ева являются металлами, причем многие их свойства, на которые указывали наши уче­ные, уже не могут соответствовать полностью их постоянным характеристикам. В настоя­щее время возникли не менее сложные во­просы: как отличить металлы друг от друга; является ли он чистым металлом или сплавом и если сплавом, то из каких элементов он со­стоит; является ли блестящий образец метал­лического происхождения? Сейчас стало из­вестно, что у металлов имеются и другие свой­ства, обусловленные большим количеством свободно перемещающихся электронов (элект­ронный газ) рис. 1а.


Инертные элементы: бром, фтор, йод, астатин, а также кислород, сера, селен, водород, кремний, бор и др. называются неметаллами. Так или иначе, из 106 элементов системы 83 — металлы.

Металлы имеют строение кристаллической решетки, которая имеет вид определенной фигуры. Наиболее часто встречающиеся — это объемно центрированная, у которой атомы рас­положены в углах куба (хром, ванадий, литий, молибден), гранецентрированная, у которой по­мимо имеющихся атомов в углах решетки име­ются и атомы, расположенные в центре граней куба, и, наконец, гексагональная плотноупакованная, в основании которой лежит шестигранник, а в гранях через одну лежат еще три атома (это, если рассматривать элементарную ячейку). Строение, состоящее из гранецентри­рованных кубиков, имеют алюминий, медь, зо­лото, серебро, никель, железо, палладий и пла­тина. Строение гексагональной решетки имеют цинк, титан, кадмий, кобальт, бериллий и др.

В дальнейшем мы не будем углубляться в во­прос, связанный с причиной образования той или иной решетки для данного металла, а лишь отметим, что ряд металлов в периодической си­стеме элементов объединяют в семейства. На­пример, к группе щелочных металлов относят литий, натрий, калий, рубидий, цезий, фран­ций; к группе железа — железо, кобальт, ни­кель; к группе платины — рутений, радий, пал­ладий, осмий, иридий, платину; к благородным металлам — золото, серебро; к цветным метал­лам — медь, цинк, олово, свинец, кадмий, хром и алюминий.

Можно сообщить читателю, что в ювелир­ном и художественном литье чаще всего при­меняются сплавы благородных и цветных ме­таллов, и в ряде случаев применяются металлы платиновой и железной групп.

Следует отметить, что вышеприведенная классификация этим не исчерпывается, посколь­ку металлы можно разделить по стоимости.

Дешевые — железо, медь, цинк и др.

Недорогие — (в 10 раз дороже дешевых) — кадмий, никель, титан и др.

Дорогие — (в 10—100 раз дороже первых) — кобальт, цирконий, ниобий.

Дорогостоящие — (в 100—1000 раз дороже первых) — серебро, тантал.

Драгоценные — (от 1000 до 10 000 раз доро­же первых) — золото, платина, родий, рений, осмий, иридий.

Чистому металлу в метрической пробе соот­ветствует 1000 проба, т.е. указывается сколько граммов металла содержится в 1000 г вещества.

Существует и каратная система: в ней 100% чистого металла соответствует 24 каратам. Стоимость металлов оценивается стоимостью одной унции. Причем она меняется (1 тройская унция = 31,104 г). В 1980 г. рыночная цена зо­лота достигала $700 — 800 за унцию. В среднем в 1982г. золото стоило на мировом рынке в 47 раз дороже серебра.

Некоторые физические свойства метал­лов, применяемых в литейном производстве 

Плотность тела — отношение массы к его объему. По плотности металлы делят на лег­кие до 5 г/см3 (Mg, Al, Ti), тяжелые от 5 до 10 г/см3 (Fe, Ni, Cu, Sh, Zn) и очень тяжелые более 10 г/см3 (Мо, W, Au, Pb, Ag, Pd, Ir). Для литья сплавы собраны по температуре плавления (табл. 1). (В основном приведены металлы, при­меняемые для ювелирных изделий и их сплавов.)

С помощью рентгеновского, электронного, химического и других анализов установлено, что многие свойства вещества обусловлены со­вокупностью кристаллов, а не особенностями отдельных атомов. Например, самая плотная упаковка характерна гранецентрированной кубической структуре. Такое строение имеют золото, серебро, платина, родий и ряд других металлов. При нагреве металла возрастают ко­лебательные движения ионов и соответственно затрудняется движение «электронного газа». Это приводит к росту электросопротив­ления, что широко используется при изготов­лении нагревательных элементов. (У платиноидов оно возрастает в 3 — 5 раз при температуpax более 1200°С. Поэтому платино-платиноро­диевые термопары следует применять при из­мерении температур менее 1200°С.).

Теплопроводность металлов при нагрева­нии пропорциональна их электропроводности, потому что тепло тоже передается с помощью электронов. У неметаллов, у которых тепло распространяется колебанием ионов и атомов кристаллической решетки, теплопроводность в тысячи раз ниже, чем у металлов.

Одной из важных механических характерис­тик является твердость. Ее определяют вдавли­ванием шарика в исследуемую поверхность. Единицей измерения твердости по Бринелю является число НВ. Твердость — число, равное от­ношению силы погружения шарика в образец (кГс) к площади поверхности отпечатка (мм2). Приводим значение твердости некоторых метал­лов, используемых в ювелирном производстве.

Следует отметить, что в ювелирном произ­водстве применяют драгоценные, полудрагоценные и поделочные камни. Твердость этих камней оценивается методом царапания по шкале Мооса. Каждый ювелир, работая в домашних условиях, должен обладать навыком определения твердости по шкале Мооса. Принцип определения достаточно прост. Кро­ме того, следует отметить, что от величины твердости зависит износостойкость минерала, т.е. способность сопротивляться трению, и прочность, т.е. способность выдерживать удар­ные нагрузки и не раскалываться.

Твердость минерала определяется силами сцепления атомов, составляющих его кристаллическую решетку. Они характеризуют то уси­лие, которое нужно приложить к верхним сло­ям атомов, чтобы разделить их или разрушить решетку. Например, царапая поверхность ми­нерала каким-либо другим минералом. Если этот минерал тверже первого, он оставит на его поверхности царапину, свидетельствую­щую о разрушении миллиардов атомных свя­зей. Поэтому твердость минералов понимают еще и как способность сопротивляться царапа­нью, а все минералы могут быть расставлены в таком порядке, в каком они могут царапать друг друга. Для оценки твердости и использу­ют шкалу Мооса. Он первый выстроил ряд из десяти общеизвестных минералов по мере уве­личения их твердости. Этот ряд выглядит так:

  1. Тальк 
  2. Гипс   
  3. Кальцит        
  4. Флюорит       
  5. Апатит           
  6. Ортоклаз
  7. Кварц
  8. Топаз
  9. Корунд
  10. Алмаз

Следует иметь в виду, что эта шкала просто указывает, какой из минералов тверже, и ни­чего не сообщает об истинной твердости мине­ралов. Алмаз самый твердый минерал. Следующим по твердости стоит корунд (рубин, сап­фир). Разница между ними составляет одну единицу шкалы, хотя на самом деле алмаз во много раз тверже корунда.

К основной категории ювелирных камней от­носятся минералы с твердостью равной или превышающей твердость кварца, т.е. 7 по шкале Мооса. Такие камни являются износостойкими, но не всегда, поскольку они одновременно могут быть и твердыми и хрупкими. Топаз имеет твер­дость 8, но раскалывается при ударе. Алмаз тоже раскалывается при ударах. Поэтому небрежное хранение (резкие удары, падения и т.п.) может привести к образованию сколов и трещин. Есте­ственно, для определения твердости минералов по шкале Мооса, ювелир должен иметь набор не из десяти минералов, а значительно больше, твердость которых известна. Приводим свойст­ва ювелирных камней с указанием твердости по шкале Мооса, плотности и цвета в табл. 3.


Серебро и его свойства 

Серебро (Аg) — металл белого цвета, облада­ющий блеском, ковкостью, тепло- и электропроводностью. Его можно получать толщиной до 0,25 мм. Плотность серебра 10,53 г/см3, температура плавления — 963°С. Серебро раство­ряется в азотной и серной кислотах. С царской водкой дает нерастворимый хлорид AgCl. Оно не реагирует со щелочами, органическими кис­лотами, но в присутствии воздуха тускнеет. Чтобы избежать потускнения, его родируют. Из серебра помимо личных украшений делают посуду, о чем свидетельствуют прекрасные из­делия кубачинских мастеров (Эрмитаж). Сереб­ро в чистом виде, в связи с его мягкостью, при­меняется редко. Чаще его применяют в сплавах с медью. При записи того или иного сплава се­ребро обозначают буквами Ср., а меди — М. Например, сплав СрМ500 содержит 80% сереб­ра и 20% меди. Серебро по преимуществу полу­чают из руды, смешивая ее с углем, и в шахтной печи сплавляют ее со свинцом. Затем проводят окислительную плавку. Получают веркблей — свинец. В нем растворены благородные метал­лы, медь, сурьма, мышьяк, олово, висмут и пр. Затем веркблей охлаждают до 40°С. При этом медь всплывает на поверхность. Ее снимают и путем последующих плавок очищают расплав от сурьмы, мышьяка и олова. Затем при темпе­ратуре 800 — 900° очищают поверхность тигля от окислов и отделяют серебро путем патини­рования. При этом свинец в виде кристаллов всплывает, а серебро остается в растворе.

Наличие серебра определяют методом на­несения капель азотной и соляной кислоты. В местах прохождения реакции выпадает бе­лый творожистый осадок хлористого серебра. Сплав становится хрупким, если в нем содер­жание олова превышает 9%, так как образуется соединение Cu4Sn, при этом снижается темпе­ратура плавления. Примеси других элементов также нежелательны. Например, примеси серы -0,05% делают сплав хрупким и темным. Фосфор образует с серебром соединение AgP2, при котором сплав делается красноломким. (Углерод во взаимодействие с серебром не вступает.) Сплавы серебра растворяются в азотной и серной кислотах. При большом со­держании меди стойкость серебра на воздухе понижается. Серные и аммиачные соединения приводят к потемнению меди, а вместе с ней темнеет и серебряный сплав. 

Если известна плотность серебра, то и можно определить его пробу. Плотность опре­деляют по формуле:

P = mc / (mc – mb)

где mc — масса сплава, определенная взве­шиванием на воздухе; mb — масса сплава, определенная взвешиванием в воде.

Высокопробные серебряные сплавы хоро­шо поддаются пластической деформации.

Сплавы на основе серебра

В сплавах серебро — медь с увеличением ме­ди существенно увеличивается прочность. При содержании меди от 5 до 20% прочность увели­чивается на 30%, а твердость на 60%. (Рассмат­риваются сплавы СрМ950 и СрМ800.) Сплавы СрМ925 применяются для изготовления столо­вых приборов, а СрМ875 — для ювелирных из­делий и декоративных украшений. Первый сплав хорошо отливается и поддается обработ­ке давлением, второй — пригоден для чернения. Сплав серебра 835 пробы (СрМ835) применяется также для ювелирных украшений. Цвет спла­ва и стойкость к потускнению практически ана­логичны предыдущему. Однако сопротивление деформированию у него немного ниже СрМ875 и, следовательно, обрабатываемость давлением хуже, чем у сплавов 900 и 875 пробы. Сплав се­ребра 800 пробы применяется для изготовления корпусных деталей, а также столовых прибо­ров. Он имеет желтоватую окраску и малую ус­тойчивость на воздухе. Его подвергают много­разовому нагреву и последующему травлению, в результате чего увеличивается содержание серебра в поверхностном слое. В кислых про­дуктах столовые приборы окисляются, напри­мер, в уксусе, и на них появляется зеленоватый налет ацетата меди. Пластичность сплава значи­тельно ниже, чем у предыдущих, поэтому его перед деформацией часто нагревают и прово­дят промежуточный отжиг. Литейные свойства сплава выше, чем у сплавов с более высоким со­держанием серебра. Это позволяет произво­дить заливку форм при температуре 900°, в ре­зультате чего получаются отливки высокой плотности. Сплав серебра 750 пробы благодаря желтой окраске применяется лишь в качестве припоя. Этот сплав плохо поддается формоизменению, а сплав 720 пробы в ювелирном производстве не употребляется. Действие приме­сей в целом оказывает негативное влияние на свойства серебряных сплавов. Например, желе­зо ухудшает обрабатываемость отливок, свинец делает сплав красноломким, олово снижает тем­пературу плавления, но при этом сплав получа­ется тусклым. Алюминий при высоком содер­жании образует хрупкое соединение Ag3Al, а при плавке алюминий дает Al2O3, который располагается по границам зерен и делает сплав хрупким. Следует остановиться на никеле и кадмии. Никель до 1% замедляет рост зерна и улучшает механические свойства, а если его содержание превышает 2,5%, то ухудшается об­рабатываемость сплава. Если же его рост в спла­ве продолжается, то он прекращает растворять­ся и становится вредной примесью. Кадмий де­лает сплав устойчивым на воздухе и придает хорошую обрабатываемость. Серебро может рас­творить в себе до 30% кадмия.

Золото и сплавы на его основе

Золото представляет собой мягкий пластич­ный металл, который обладает целым комплексом физико-механических свойств. Кусочек золота массой в 1г может быть протянут в тон­чайшую проволоку длиной до 2 км. Золото пре­красно полируется, имеет высокую электро- и теплопроводность и немного уступает меди и серебру. У золота низкая твердость и доста­точная пористость, что дает возможность ему соединяться с цинком, медью, серебром и оло­вом при комнатной температуре. Температура плавления золота (Аu) — 1063°С, решетка гра­нецентрированная, кубическая. Элементарная ячейка Эф = 4,078Е. Твердость по шкале Мооса 2,5—3, плотность — 19,3 г/см3. Золото в приро­де встречается как в чистом виде, так и в виде соединений с серебром, палладием и висму­том. Если золото находится в соединении с пла­тиной, оно приобретает серовато-тусклый от­тенок и его называют «испанским» или гни­лым. Золото имеется в любой почве, морской воде, но присутствует в ничтожном количест­ве: приблизительно 4мг в 1т вещества земной коры. В мировом океане содержание металла может быть увеличено от тысячных долей миллиграмма до десятков миллиграммов на 1 т морской воды. Это происходит потому, что в мировой океан реки несут свои воды, омывающие золотосодержащие соединения, золотоносные породы и метеориты.

Золото используется как валюта, так как из него чеканят монеты. Кроме того, из него изго­тавливают различные детали для научных целей и делают зубные протезы.

Чаще всего золото сплавляют с другими ме­таллами для увеличения твердости и прочнос­ти. В него вводят медь, серебро, никель, палла­дий, цинк и пр. При легировании золота не­сколькими электролитами можно получать различную окраску. Так, сплав золота с нике­лем, медью и цинком дает белое золото. Сплав с палладием и серебром дает также белую ок­раску. Сплав с серебром и медью дает желтую окраску, а золото с серебром и медью, где золо­та больше меди, дает зеленую окраску. Крас­ный цвет получает сплав золота с серебром и медью, где меди намного больше золота.

Если взять 14-каратное золото 583 пробы с содержанием 58,33% Аu + 22,1% Сu + 10,8% Ni и 8,77% Zn (фирма Хэнди энд Харман), то золо­то приобретет белую окраску.

Монеты обычно чеканят из сплавов золота с добавлением серебра, меди и никеля, а юве­лирные изделия изготавливают ковкой, лить­ем, прокаткой, штамповкой, пайкой в зависимости от создаваемого изделия, но при выборе технологии следует считаться с физико-меха­ническими свойствами — цветом, пластичнос­тью, температурой плавления, коррозионной стойкостью и пр.

При маркировке золотых сплавов использу­ется буквенный шифр русского алфавита: Зл — золото, Ср — серебро, М — медь, Пд — пал­ладий, Пл — платина, Н — никель, Кд — кадмий, Ц — цинк. Указанные компоненты меняют свойства золотых сплавов. Например, серебро понижает температуру плавления и меняет цвет сплава от желтого до желто-зеленого. Медь увеличивает твердость плавки, понижает температуру плавления, изменяет ковкость, тягучесть, пластичность, меняет цвет от крас­ного до ярко-красного. Платина и палладий по­вышают температуру плавления и придают сплаву белый цвет, но платина придает сплаву упругость, а палладий обеспечивает пластич­ность, мягкость, ковкость. Никель повышает твердость сплава, увеличивает жидкотекучесть и придает сплаву белый цвет. Индий, ес­ли он присутствует в сплаве в количестве 25%, плавится при 425°С и применяется для припоев. Если в сплав золота ввести никель и ири­дий, то изготовленное кольцо из такого сплава не дает черных полос на изделии. Цинк повы­шает текучесть и твердость сплавов и понижа­ет температуру плавления. А кадмий понижает температуру плавления, повышает пластичность, ковкость, мягкость сплава и тоже ис­пользуется для получения белого золота. Золо­то не реагирует с окружающей средой, кисло­тами и щелочами, исключая царскую водку.

Для мастеров-ювелиров важно знать физи­ко-механические свойства сплавов в зависи­мости от температуры. Эти свойства определя­ются диаграммой состояния (рис. 1в).


Чтобы прочитать диаграмму, нужны знания металлофизики. Но если взять сплав золо­то-серебро—медь в точке С, то она будет со­ответствовать сплаву, содержащему 45% золо­та, 25% серебра и 30% меди с температурой плавления около 900°С. Из диаграммы следует, что на левой стороне треугольника линия, па­раллельная основанию, дает 45% золота, а точ­ка В в основании треугольника указывает на содержание серебра, которое равно 25%. Та­ким образом, на содержание меди останется 100 - (45 + 25) = 30% при 900°С.

В табл. 4 приводим несколько марок спла­вов, применяемых в ювелирной технике, свой­ства которых будут описываться в дальнейшем.

Рассмотрим поведение золота в различных кислотах. Следует отметить, что все кислоты на золото почти не действуют за исключением цар­ской водки при комнатной температуре. В этих условиях реактив сильно разъедает золото. При температуре 100°С раствор синильной кислоты в присутствии кислорода действует на сплавы золота, которые значительно разъедаются.

Сплавы золота 585 и 583 проб

Согласно диаграмме состояния сплавов зо­лота 583 пробы, наиболее легкоплавкими явля­ются сплавы с содержанием меди 23±2%. На практике ювелиры имеют дело со сплавами 583 пробы с содержанием меди 33,7%, а сереб­ра 8±0,5%. Твердость сплавов в зависимости от концентрации меди и серебра меняется от 30 до 130 кг/мм2, причем при содержании меди в 21% она равна 100 кг/мм2.

При ускоренном охлаждении сплавы при­обретают мягкость и пластичность, а при мед­ленном — твердость и хрупкость. Это происхо­дит потому, что при медленном охлаждении кристаллы сплава остаются мелкими, что и придает им указанные свойства.

При резком охлаждении сплава Аu—Аg—Сu размеры новых кристаллов увеличиваются, а зерна, точнее их границы, сглаживаются, что приводит к увеличению пластичности и понижению твердости.

Сплавы золота 750 пробы

Из диаграммы состояния следует, что тем­пература плавления золота ЗлСрМ750 понижа­ется с увеличением концентрации меди в спла­ве. Сплавы, богатые серебром, обладают низ­кой прочностью, пластичностью и твердостью. Сплавы ЗлСрМ583 — 80 и ЗлСрМ750 близки по прочности и пластичности в случае, если во втором сплаве содержание серебра менее 12%.

Сплавы белого золота 585,583 и 750 проб

Золото, как приводилось ранее, приобрета­ет белый цвет при добавлении 16% палладия, а также никеля и цинка. В настоящее время для этой цели применя­ют сплавы ЗлМНЦ750—150—75—25 и ЗлМНЦ750—100—100—50. Эти сплавы обычно получают методом литья в связи с высокой жидкотекучестью, низкой температурой плавления, высокой прочностью и твердостью. Однако в инспекциях пробирного надзора возникают с этими сплавами трудности, поскольку литейщи­ки-любители не соблюдают технологию плавки, в результате чего в сплавы попадает большое количество посторонних компонентов. Во избе­жание нарушения химического состава следует пользоваться рыночными лигатурами (сплава­ми) для получения сплавов золота с различными пробами и цветами. Наконец, если все-таки есть необходимость готовить жидкие расплавы са­мостоятельно, то нужно использовать чистые эталонированные компоненты шихты, выдер­живать технологию плавки, о чем будет сказано в разделе 7.5, с проведением плавки в корундо­вых тиглях. При нарушении этих требований сплавы будут становиться хрупкими. Иногда сплавы будут хрупкими и по причине атомного упорядочения без приложения нагрузки. Чтобы избежать это явление, следует провести закал­ку сплава ЗлСрМНЦ750 от температуры 300°С, причем закалочной средой должна служить смесь спирта с водой (50 на 50).

Сплавы, полученные из лигатур иностран­ных фирм, хорошо отливаются. При использовании раскислителей сплавы получаются чис­тыми от посторонних примесей. Они делаются пластичными и обладают высокой коррозион­ной стойкостью. Лом таких сплавов можно использовать при переплавке.

Сплавы золота 375 и 333 проб

Эти сплавы применяют для изготовления дешевых ювелирных изделий. Их называют низкопробными. У них низкая коррозионная стойкость и они быстро теряют блеск. Спла­вы имеют красноватый оттенок. Сплав ЗлСрПдМ375—100—38 из-за наличия палла­дия по коррозионной стойкости выше осталь­ных. Он аналогичен сплаву 583 пробы даже по цвету и хорошо обрабатывается давлением.

Влияние примесей на свойства сплавов золота

Отрицательное влияние практически всех примесей связано с резким уменьшением пластичности. При наличии свинца, цинка, алю­миния, олова, серы, фосфора, кремния и др. сплавы получаются хрупкими и плохо поддаются обработке давлением и механической обработке. Если же перечисленные примеси попали в шихту, то проводят повторную окислительную плавку с добавлением селитры, за­сыпкой зеркала металла прокаленным углем и перемешиванием. Полученный слиток кипятят в азотной кислоте, хорошо его промывают и подвергают закалке от 350°С.

Взаимодействие сплавов золота с газами

Большинство газов в золоте не растворяют­ся и приводят к возникновению пористости и хрупкости. В таблице 5 указаны газы, взаимо­действующие с компонентами сплавов золота. Взаимодействуя с жидкими сплавами, газы об­разуют с ними растворы.

Знак « + » указывает на растворимость газа в элементе.

Знак « — » указывает на нерастворимость га­за в элементе или же на незначительную растворимость.

Естественно, что ювелир-литейщик стара­ется исключить попадание газа в жидкий рас­плав. Так, газ, попавший в расплав, вызывает образование газовой пористости (иногда после термической обработки выходящий газ из от­ливки, приводит к растрескиванию изделия). Пористость можно исключить. При этом необ­ходимо:

  1. Плавку проводить в вакууме.
  2. Верхнюю часть расплава (зеркало) по­крывать борной кислотой (бурой).
  3. Проводить раскисление расплава для удаления растворенных газов.
  4. Строго соблюдать технологию плавки.

Очистка золота от примесей

Существуют различные способы очистки золота от примесей. В данном случае мы ограничимся лишь их перечислением, поскольку при литье в домашних условиях обычно любители-литейщики эти операции проводят доста­точно редко.

Очистку золота от примесей можно прово­дить амальгамацией, методом хлорирования, с помощью свинца и рафинированием. Очистку и извлечение золота из отходов можно проводить из опилок, из промывочных вод, из растворов, использованных для электрохимполировки, и из позолоченных предметов.

Материалы, используемые для изготовления ювелирных изделий из других драгоценных металлов

Мы рассмотрели в качестве материалов для изготовления ювелирных изделий серебро, зо­лото и сплавы на их основе. Тем не менее юве­лирные изделия изготавливают из платины, палладия, иридия и родия.

Ювелирные изделия из этих материалов в домашних условиях изготавливают крайне редко. Однако ответы на вопросы, связанные с их физико-механическими свойствами, их эстетическими ценностями и рядом других свойств, мы считаем, что будет полезно знать ювелирам-любителям, тем более, что вопрос, связанный с родием, будет более подробно рассмотрен, поскольку родирование нашло широкое применение при покрытиях ювелир­ных изделий.

Платина ее свойства и металлы платиновой группы 

Платина — металл светло-белого цвета. Плотность платины 21,45 г/см3. Твердость по Бринелю 50 кг/мм2 (по Моосу — 4,3). Темпера­тура плавления 1773°С. Платина растворяется только в царской водке, и потому она стала применяться при изготовлении лабораторных тиглей и посуды (платина немного растворяет­ся при 250°С). В порядке убывания химической устойчивости металлы платиновой группы расположены в следующем порядке: наиболее ус­тойчивый — иридий; весьма устойчивые — ру­тений и родий; устойчивая — платина; наиме­нее устойчивые — палладий и осмий. Все пере­численные металлы плавятся при температурах, превышающих 1555°С.

Со временем платина стала применяться в ювелирном производстве. Так как платина — материал мягкий, то в него добавляют другие металлы, которые придают платине твердость, не снижают коррозионный свойства и умень­шают температуру плавления. Ювелирные изделия в основном изготавливают из:

 

1.

90% платины,

5% золота и 5% иридия.

2.

75% '*

20% палладия и 5% родия.

3.

95% "

1% родия и 4% рутения.

4.

55% "

18% меди и 27% никеля.

5.

10%

2% иридия, 58% золота и 30% палладия.

6.

95%

4,5% палладия и 0,5% иридия.

7.

30-32% ",

7 — 8% цинка и 60 — 63% меди.

Последний в списке сплав получается путем растворения в жидкой латуни расчетного коли­чества платины. Полученный сплав по своим де­коративным и физико-механическим свойст­вам близок к высокопробным сплавам золота.

В сплаве Рt—Ni при 50% концентрации са­мая низкая температура плавления (1673°С) и самая высокая твердость (197).

Сплав ПлИ5 после отжига имеет твердость 80—90НВ, временное сопротивление при разрыве 2000 Мпа, относительное удлинение от 22 до 32%. Иридий в сплаве повышает его темпе­ратуру плавления, кислотостойкость и твер­дость, что в целом повышает его износостой­кость. Цвет сплава — как у чистой платины. За рубежом часто используют высокотемпера­турный при плавлении сплав, содержащий Рt— 95%, Рd—4,5% и Ir—0,5%. Палладий в этом сплаве снижает температуру плавления, повы­шает пластичность, улучшает ковкость и обра­батываемость, а также осветляет весь сплав.

Палладий и его свойства 

Палладий применяется для производства «белого золота».

Палладий — металл серебристо-белого цве­та, с плотностью 11,9 г/см3, твердостью по Бринелю (после отжига) 52 кг/мм2 (по Моосу — 4,25), температурой плавления 1555°С. При обычном нагреве имеет голубой оттенок, а за­тем снова светлеет. ,

Палладий окрашивает спирт в темно-крас­ный цвет. При выпаривании этого раствора вы­падает осадок металла. Спиртовой раствор ио­да оставляет на палладии темные пятна. Палла­дий растворяется в азотной, серной кислотах, а также в царской водке. На воздухе и в воде — устойчив. Палладий хорошо протягивается и куется, но в меньшей степени, чем платина.

Для ювелирных изделий обычно применя­ют сплав 850 пробы с золотом и серебром, а также сплав, содержащий 85% Pd, 13% Аg и 2% Ni. Раньше кольца, броши, браслеты для часов и корпуса наручных часов изготавлива­лись из сплава палладия 500 пробы.

Иридий и его свойства 

Иридий — металл серебристо-белого цвета, обладающий большим удельным весом, туго­плавкий, твердый и хрупкий. У него плотность 22,65 г/см3, твердость по Бринелю 172 кг/мм2 (по Моосу — 6,5). Иридий нерастворим в цар­ской водке, не поддается химической обработке, не реагирует со щелочами. При температу­ре 800°С иридий взаимодействует с галогенами (фтором и хлором), а также с кислородом. Температура плавления 2454°С.

Давая оценку платине и металлам платино­вой группы, мы должны оценить возможность изготовления из них ювелирных изделий в до­машних условиях в связи с рядом свойств, которые усложнят задачу изготовления ювелир­ных изделий. В первую очередь следует обра­тить внимание на высокую температуру плав­ления этих сплавов. Второе, что является тор­мозом в изготовлении ювелирных изделий — это материал формы, в которой некоторое вре­мя будет находиться жидкий металл, и, нако­нец, плавильно-заливочное устройство. Литье платины и ее сплавов под действием сил грави­тации практически невозможно.

Тем не менее получение ювелирных отли­вок из сплавов платиновой группы при соблю­дении определенных мер по технике безопас­ности возможна, о чем будет изложено в раз­деле 8.3. В настоящем разделе приводим основные физические свойства платиновых металлов (табл. 6).


Родий и его свойства

Родий — металл бледно-голубого цвета. Его плотность —12,42 г/см3. Твердость по Бринелю 101 кг/мм2 (по шкале Мооса — 5,5—6). Температура плавления — 1966°С. Родий устойчив к кислороду, фосфору, фтору и хлору. Он плас­тичен и хорошо поддается давлению. Родий растворяется в концентрированной серной кислоте, окисляется на воздухе в том случае, если его нагреть до красного каления. В цар­ской водке родий не растворяется.

Цвет покрытых родием изделий не тускне­ет. Родий коррозионностоек и обладает высо­кой твердостью. Отражательная способность родиевых покрытий на 25% выше, чем у плати­ны. Покрытия ювелирных изделий родием производят в фосфатных электролитах. Они включают родий фосфата (в пересчете на ме­талл —2 г/л) и ортофосфатную кислоту (д — 1,7 г/см3) —, 50—75 мл. Температура электролита 19—20°С, плотность 0,3 А/дм2, Катоды выполняют из платины, графита, родия. Они нерастворимы в электролите. Покрытия при­меняют для изделий, из белого золота (для блеска) и серебра для защиты от потускнения. Толщина покрытия 2—3 мкм.

 

 

 

Источник: Лившиц В.Б. «Ювелирные изделия своими руками», Москва, 2005

Информация представлена на сайте исключительно для ознакомления.
Организаторы сайта не несут ответственности за последствия использования данных, указанных на сайте. Авторские права на статьи принадлежат их авторам. Мнения авторов статей необязательно совпадают с мнением и точкой зрения организаторов сайта.