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 табл4 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

Как отличить металл от неметалла
Пролистать наверх