Ювелирные сплавы белого золота

Исследование механических и технологических характеристик ювелирных сплавов белого золота

Сплавы белого золота применяются в ювелирной промышленности для изготовления украшений с натуральными драгоценными камнями преимущественно для закрепки бриллиантов. Традицион­ными являются сплавы системы Au—Ag—Pd (ЗлСрПд).

В последнее время промышленное значение получили новые сплавы белого золота системы Au—Си—Ni—Zn (ЗлМНЦ). Эти сплавы предназначены для изготовления ювелирных изделий ме­тодом литья, так как отличаются от сплавов ЗлСрПд хорошими литейными свойствами, пониженной температурой плавления, более высокой прочностью и твердостью. Сплавы ЗлМНЦ эконо­мичны, так как не содержат (кроме золота) других драгоцен­ных составляющих.

Свойства сплавов системы ЗлМНЦ изучены недостаточно. В практике различных предприятий используются эмпирически подобранные составы, иногда незначительно отличающиеся со­держанием легирующих компонентов.

Цель настоящей работы — на основании исследования объек­тивных характеристик сплавов белого золота, известных из прак­тики отечественной и зарубежной промышленности, выбрать сплавы, перспективные для включения в отраслевой стандарт.

Сплавы для исследования (табл. 1) были приготовлены сплав­лением золота с соответствующими лигатурами в открытой печи под флюсом. Механические свойства определялись на литых микрогагаринских образцах с диаметром рабочей части 3 мм и длиной 15 мм. Образцы отливались центробежным методом в керамиче­ские формы на гипсовом связующем. Отжиг образцов производил­ся в конвейерных печах с защитной атмосферой при температуре 990-1010 К.

Испытания образцов производились на разрывной машине Р-5 с записью диаграммы растяжения. Испытывались 6–9 образцов одного состава в одном состоянии. Критические температуры плавления определялись на приборе типа ФПК-59 с записью кривых нагрева и охлаждения с помощью потенциометра. Цвето­вые характеристики определены по кривым спектрального отра­жения, снятым на спектрофотометре СФ-14. Жидкотекучесть сплавов оценивалась по длине спиральной пробы диаметром 2 мм, заливаемой на центробежной установке в керамическую форму. Шероховатость поверхности определялась с помощью профилографа-профилометра на наиболее гладких участках поверхности плоских образцов.

ТАБЛИЦА 1. Составы сплавов белого золота

ТАБЛИЦА 2. Механические свойства сплавов белого золота

Ликвационная неоднородность распределения компонентов сплавов исследовалась с помощью рентгеноспектрального микро­анализатора JXA-3A (Япония) с разрешающей способностью 1 мкм.

Рентгеноструктурный анализ проводили на установке УРС-50И.

Результаты исследования. Прочность и предел пропорциональ­ности сплавов ЗлМНЦ выше, чем у сплавов ЗлСрМ с аналогичным содержанием золота и меди. Прочностные характеристики сплавов ЗлМНЦ повышаются главным образом за счет легирования никелем (табл. 2). Среди сплавов золота 583 пробы с примерно равным содержанием никеля (№ 6, 7, 9) на прочности сказывается содер­жание цинка. Пластичность сплавов ЗлМНЦ ниже, чем у их ана­логов в тройной системе ЗлСРМ. При этом относительное удли­нение сплавов ЗлМНЦ 583 пробы выше, чем у высокопробных сплавов ЗлМНЦ 750.

ТАБЛИЦА 3. Литейные свойства

Существенным недостатком сплавов 750 является потеря плас­тичности в результате образования упорядоченной фазы AuCu при температурах ниже 560 К. [2]. Из числа исследованных сос­тавов сверхструктура типа АВ3 обнаружена только в сплаве ЗлМНЦ 750-100-100 (750-2). При наших исследованиях все образцы этого сплава разрушались хрупко. При использовании сплава ЗлМНЦ 750-100-100 в практике ювелирных предприятий были нередки случаи растрескивания изделий как в процессе производства; так и на складах. Поэтому сплав не рекомендован к использованию.

В группе золота 750 пробы предпочтительны по механическим свойствам сплавы 750-1 и 750-5.

В группе золота 583 пробы сплав ЗлМНЦ 583-250-125 наибо­лее близок по механическим свойствам к сплаву ЗлСрМ 583-80 и, следовательно, более других отвечает сложившимся технологи­ческим приемам ювелирного производства.

Литейные свойства сплавов. Наиболее высокой жидкотекучестыо обладают сплавы 750-1 и 750-2 (табл. 3). Последовательность рас­пределения сплавов по длине спирального канала совпадает с из­менением отношения содержания в сплаве никеля к содержанию цинка (внутри каждой группы). Сплавы 750 пробы с максималь­ной жидкотекучестью имеют указанное соотношение 3: 1 и 2: 1. С увеличением отношения никель/цинк жидкотекучесть падает. Нарушение этой зависимости в случае сплава 583-10 можно объяснить воздействием марганца, также повышающего жидкотеку­честь.

Максимальным значением интервала кристаллизации обла­дают сплавы ЗлМНЦ 750-1 и ЗлМНЦ 750-2. В группе сплавов 583 пробы минимальный интервал кристаллизации у сплава 583-6. Увеличение содержания никеля до 17 мас.% (сплав 583-8) приво­дит к увеличению температуры плавления почти до 1300 К и рас­ширению интервала кристаллизации до 120 К.

ТАБЛИЦА 4. Результаты рентгеноспектрального микроанализа ликвационной неоднородности

Наименьшее среднее значение величины зерна отмечено у спла­ва 583-10, легированного марганцем. Однако чистота поверхности отливок у этого сплава хуже, чем у всех остальных литейных спла­вов.

Цвет. Из цветовых характеристик для сплавов белого золота наибольшее значение имеет насыщенность цвета. В каждой груп­пе исследованных сплавов насыщенность цвета определяется суммарным содержанием никеля и цинка. Наименьшей суммой этих компонентов обладает сплав 750-1, и у него наиболее высокая насыщенность цвета — 13%. Визуально это выражается в легком желтоватом надцвете у полированных изделий. В этом отношении несколько лучше сплав 750-5, хотя для получения белого цвета насыщенность не должна превышать 10%. Этому требованию удов­летворяют все сплавы 583 пробы, так как сумма никеля и цинка у них гораздо выше, чем у сплавов 750 пробы.

Ликвационная неоднородность. Исследование распределения основных компонентов методом микрозондового рентгеноспект­рального анализа выявило значительную неоднородность распре­деления в литой структуре сплавов ЗлМНЦ золота и никеля (табл. 4). Особенно велика ликвация золота и никеля в сплавах 583 пробы.

Из сопоставления фотографий микроструктур и кривых харак­теристического излучения следует, что в литом состоянии оси дендридов обогащены никелем, обеднены золотом и цинком.

После отжига в печи происходит выравнивание концентрации цинка, а по золоту и никелю сохраняется значительная неодно­родность. Только гомогенизирующий отжиг при 1140 К в тече­ние 2,5 ч позволяет получить равномерное распределение всех компонентов по структуре. В процессе изготовления ювелирных изделий из сплава 583 пробы не достигается выравнивание сос­тава, что затрудняет определение пробности ювелирных изделий методом натира.