Золото и сплавы на его основе

Золото и сплавы на его основе

Золото представляет собой мягкий пластичный ме­талл, который обладает целым комплексом физико-механических свойств. Кусочек золота массой в 1 г 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 а0 = 4,078Ǻ. 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 4 мг 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.

Рис. 1в. Диаграмма состояния AuAgCu

 

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

 

Таблица 4

Марка сплава

Аu

Ад

Сu

Ni

Pd/Zn

Цвет

ЗлСрМ 958-20

95,8 ± 0,3

2 ±0,5

остальн.

0/0

Ярко-желтый

ЗлСрМПдН

750-70

-140

75 * 0,3

7 ±0,5

-“-

4 ±0,3

14/6 ± 0,5

Белый

ЗлМНЦ

-750-35

-165-50

75 ± 0,3

3,5

16,5 ± 0,5

0/5 ± 0,5

Белый

ЗлСрМ 585-80

585 ± 0,3

8 ±0,5

остальн.

Желтый

ЗлСр 583-80

58,3 ± 0,3

8 ±0,5

-“-

Желтый

ЗлСрМ 375- 100

37,5 ± 0,3

10 ± 0,5

-“-

Желто-красный

ЗлСрМ 333-333

33,3 ± 0,3

33,3 ± 0,5

-“-

Красно-желтый

 

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 рас-кислителей 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.

Таблица 5

Металл/Газ

Sn

Pb

Zn

Vg

Al

Cu

Mn

Ni

Fe

Ti

Водород

+

+

+

+

+

+

+

Кислород

+

+

+

+

+

Азот

+

+

+

+

+

Углерод

+

+

+

+

 

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 эле-ктрохимполировки, и из позолоченных предметов.

 

https://jtech.com.ua/article/view/id/482

Золото и сплавы на его основе
Пролистать наверх