Цветные и благородные металлы

Цветные и благородные металлы широко применяются в техниче­ских и художественных целях, многие из них могут служить основой изде­лий при художественном эмалировании. Наиболее распространенными являются медь и ее сплавы.

Медь и ее сплавы

Медь - элемент первой группы периодической системы, атомная масса 63,54, порядковый номер 29, температура плавления 1083 °С, кипе­ния - 2360 °С. Она имеет кубическую гранецентрированную решетку с па­раметром а = 0,361 нм; плотность 8,93-10³ кг/м³; твердость 350 МПа. Пре­дел прочности относительно невысок - 220 МПа. Медь - это пластичный металл, единственный в природе светло-розового цвета. Медь встречается в самородном состоянии и очень легко восстанавливается из руды. На воз­духе в присутствии углекислого газа она покрывается пленкой зеленого цвета (патиной) - гидроксидным карбонатом меди СuСОз-Си(ОН)₂. При нагреве меди образуется черный налет оксида СuО.

Медь хорошо обрабатывается давлением, полируется и обладает красноватым блеском, который быстро исчезает. Медь - лучший после се­ребра проводник тепла и электричества и имеет очень высокую удельную теплоемкость [49].

Чистая медь не используется для изготовления украшений. Для изго­товления недорогих ювелирных изделий применяют сплавы на основе ме­ди: с никелем (мельхиор, нейзильбер) и с цинком (латуни). Для эмалирова­ния наиболее пригодны медь, томпак, алюминиевая бронза. Прочие сплавы меди перед эмалированием подвергают облагораживанию поверхности или изготавливают из них художественные комбинированные изделия с эма­лированными фрагментами из технической меди.

Мельхиоры - цветные сплавы меди и никеля, содержащие никель от 18 до 30 %. Они отличаются высокой прочностью, хорошо об­рабатываются механически, имеют высокую коррозионную стойкость [49].

Легирование мельхиора железом и марганцем позволяет повысить коррозионную стойкость сплава. Наибольшее распространение получил мельхиор марки МН19 с пониженным, по сравнению с остальными, со­держанием никеля, так как никель - дефицитный и дорогой металл.

Нейзилъберы — сплавы системы Cu-Ni-Zn с содержанием никеля от 5 до 35 % и цинка от 13 до 45 %. Они отличаются красивым серебристым цветом, не окисляются на воздухе, устойчивы в растворах солей и органи­ческих кислот. В дословном переводе с немецкого языка Neusilber - "новое серебро". Наиболее распространенным представителем нейзильберов явля­ется сплав МНЦ15-20 (Си - 15 %, Ni - 20 % Zn). Этот сплав широко ис­пользуется в приборостроении, для изготовления технической посуды и медицинских инструментов, а также деталей часов (как коррозионностой-кий и неферромагнитный материал).

В ювелирном деле нейзильбер используется для изготовления була­вок, посеребренных столовых приборов, игл различных форм и пр.

Ювелирные латуни и томпаки. Технические сплавы меди с цинком называются латунями.

Различают латуни простые - двойные сплавы меди с цинком и с не­которыми примесями, не имеющими существенного значения, и сложные - легированные, которые содержат в своем составе ряд элементов, оказы­вающих существенное влияние на свойства сплава.

В ювелирном деле латуни используют для изготовления украшений и посуды. Например, сплавы золота 585-й пробы имитируют латунью ЛАМц66-4-3. В ряде остальных случаев используют многокомпонентные латуни. В состав многокомпонентной латуни вводят такие элементы, как олово, кремний, алюминий, никель и др., с целью повышения ее литейных свойств.

В группу латуней входит томпак (90 % меди, цинк - остальное) и по­лутомпак (от 79 до 86 % меди). Они имеют желтоватый цвет и по свойствам близки к меди. Томпак используют для изготовления различных ювелирных изделий с соответствующим защитным и декоративным покрытием.

Бронзы. Сплавы меди со всеми металлами, кроме цинка, называют бронзами. В ювелирной промышленности в основном используются оло-вянистые бронзы (сплавы системы Cu-Sn), обладающие высокими литей­ными свойствами (жидкотекучесть, малая усадка), достаточно высокой прочностью, коррозионной стойкостью. Они имеют красивый желтоватый цвет. Применение находят также сплавы меди, содержащие до 5 % олова, алюминиевые и кремниевые бронзы.

Сплавы меди, имитирующие золотые и серебряные сплавы. Серия сплавов меди с цинком, алюминием, никелем, марганцем, платиной и дру­гими металлами обладает широкой цветовой гаммой. Эти сплавы исполь­зуются не только для хорошей имитации, но и для нанесения декоративно­го покрытия - «золочения». Большой популярностью в качестве замените­ля золота пользуется кремнистая латунь ЛК80-ЗЛ. Серия медноникелевых сплавов с добавками цинка, алюминия, оло­ва, свинца и железа обладает достаточно высокими декоративными свой­ствами, имитируя серебро и его сплавы. Их наиболее широко применяют для изготовления ювелирных изделий «под серебро

Серебро и его сплавы

Серебро - химический элемент, металл. Атомный номер 47, атомная масса 107,8; плотность 10,5-10³ кг/м³. Кристаллическая решетка - гранецентрированная кубическая; температура плавления 963 °С; твердость по Бринеллю 16,7. Серебро - металл белого цвета. Считается вторым после золота благородным металлом. Полированное чистое серебро практически не изменяет свой цвет на воздухе. Однако под воздействием сероводорода, содержащегося в воздухе, со временем покрывается темным налетом –сульфидом серебра. Серебро по сравнению с золотом и платиной менее ус­тойчиво к воздействию кислот и щелочей.

Ювелирные изделия из серебра часто выполняются техникой "скани" - узора из тонкой проволоки. Из серебра изготавливают нити для серебря­ного шитья. Для изготовления ювелирных изделий, а также в электронной промышленности используется как чистое серебро, так и его сплавы с ме­дью и платиной.

Согласно ГОСТ 6836-80 серебряные сплавы обозначаются буквами Ср, вслед за которыми указываются лигатуры (Пт - платина, Пд - палла­дий, М — медь). Цифры после буквенного обозначения сплава указывают массовую долю серебра, выраженную в промилле (десятых долях процен­та) для чистого серебра и серебряно-медных сплавов (например, Ср 999, СрМ 916 и т. д.), или массовую долю основных легирующих компонентов, выраженную в процентах (в этом случае цифра отделяется от букв не про­белом, а дефисом, например: СрПл-12 (12 % Pt, 88 % Ag), СрПд-40 (40 % Pd, 60 % Ag)).

Золото и его сплавы

Золото - химический элемент, металл. Атомный номер 79, атомная масса 196,97, плотность 19,32-10³ кг/м ³; кристаллическая решетка - ку­бическая гранецентрированная; температура плавления 1063 °С, кипения - 2970 °С; твердость по Бринеллю - 18,5. Золото - благородный металл желтого цвета, не взаимодействует с кислотами, кроме «царской водки», устойчив в атмосфере, воде пресной и морской. Золото имеет высокую отражательную способность, хорошо полируется и обладает высокой пластичностью - прокатывается в листы толщиной до 0,0001 мм. Тепло- и электропроводность у золота ниже, чем у меди. В ювелирном деле из-за невысокой прочности и твердости золото используется в виде сплавов с другими металлами и очень редко - в чистом виде, в основном, как су­сальное для золочения.

Чистое золото имеет не слишком привлекательный красный цвет. В ювелирной промышленности для изготовления золотых изделий исполь­зуют в большинстве случаев сплавы системы золото - серебро - медь, ко­торые могут содержать добавки других металлов: никеля, палладия, цинка, платины. Цифры в марках сплавов обозначают: в золотых, золото-сереб­ряных, золото-серебряно-медных - массовую долю золота и серебра в ты­сячных долях.

Стойкость к коррозии в основном определяется содержанием золота, в меньшей степени - серебра и меди. Соотношение серебра и меди опреде­ляет цветовые оттенки сплавов и их механические свойства.

Содержание благородных металлов в ювелирных изделиях в преде­лах допускаемых отклонений гарантируется клеймом. На рисунке клейма указывается проба, или количественное содержание благородного металла, причем проба отражает содержание лишь основного благородного компо­нента. Так, цифра 750 на клейме украшения из сплава золота означает, что изделие выполнено из сплава, содержащего 75 % золота, в то время как со­держание серебра или палладия в этом сплаве может быть различным

В ряде стран - США, Великобритании, Швейцарии - принята карат-ная система. Но этой системе чистое золото (проба 1000) соответствует 24 условным единицам - каратам. Соответственно обозначение проб золотых сплавов в различных системах следующее:

Метрическая                    958             750             583             375

Золотниковая                  92               72         56               36

Каратная               23               18               14               9

В СНГ основную массу ювелирных изделий изготавливают из спла­вов проб 750, 583 и 375. За рубежом широко используют 18- и 14-каратные сплавы. Низкопробные сплавы в различных странах могут содержать раз­личное количество золота. В США самым низкопробным является 10-каратный сплав (41,6 % Аu). В Западной Европе и на Ближнем Востоке для производства обручальных колец широко применяют сплавы пробы 333. При производстве эксклюзивных видов эмалированной посуды в Европе и США используют 24- каратное золото.

По Тамману различаются следующие зоны химической стойкости сплавов системы Аи - Ag – Сu:

• стойкие (am. доля золота 100-50 %), которые устойчивы против сильных минеральных кислот и растворяются только в «царской водке»;

• слаборастворимые (am. доля золота 50-37,5 %), сильные кислоты растворяют компоненты сплава до тех пор, пока содержание атомов золота в нем не достигнет 50 % и сплав не станет стойким;

• растворимые (am. доля золота 37,5-25 %), присадочные металлы под действием сильных кислот полностью разрушаются, и золото остается в виде нерастворимого осадка;

• тускнеющие (am. доля золота менее 25 %), разлагаются под дей­ствием кислот; присутствие в воздухе сероводорода, аммиака и влаги вы­зывает потускнение их поверхности.

Белое золото 750-й пробы.

Золото приобретает белый цвет при добавлении к нему палладия (16 %), а также никеля и цинка. В отечественной промышленности наиболее широко применяется сплав белого цвета 750-й пробы ЗлМНЦ12,5-10-2,5.

Платина и ее сплавы

Платина - химический элемент, символ Pt, имеет порядковый номер 78, атомная масса 195, плотность 21,45-10³ кг/м³, t_пл =1769 °С. Кристалли­ческая решетка - гранецентрированная кубическая. Твердость по Бринел-лю в отожженном состоянии 50. Относится к группе благородных метал­лов. Металл имеет серо-белую окраску, практически нерастворим в воде, кислотах, за исключением горячей «царской водки», с которой образует платинохлористоводородную кислоту H₂(PtCl₂). Платина очень пластична, хорошо полируется и обладает большой отражательной способностью. 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.

В отечественной ювелирной промышленности единственным спла­вом платины является сплав ПлИ5, состоящий из 95 % платины и 5 % ири­дия. За рубежом для изготовления ювелирных изделий также используют­ся в основном сплавы платины 950-й пробы. Так, хорошо зарекомендовал себя сплав состава, мас.%: 95 % Pt, 4,5 % Pd и 0,5 % Ir. Добавки палладия снижают температуру плавления, повышают пластичность, улучшают об­рабатываемость и ковкость сплавов платины, осветляют их цвет.

В последнее время за рубежом, кроме сплавов 950-й пробы, стали широко применяться сплавы платины 900-й и 850-й проб.

Контрольные вопросы

1. Какие металлы используются для эмалирования? Охарактеризуйте черные металлы.

2..Углеродсодержащие стали, применяемые в эмалировании. Состав и влияние примесей на эмалируемость сталей.

3. Алюминированная сталь. Способы получения и показатель меха­нических характеристик.

4. Чугуны, используемые для эмалирования, особенности их струк­туры.

5. Какие физико-химические свойства эмалированного алюминия определяют предпочтительность его использования в различных отраслях?

6. Назовите факторы, приводящие к потере технологической пласти­чности и ухудшению механических свойств титана

7. Охарактеризуйте магний и его сплавы и объясните необходимость их защиты различного рода покрытиями.

8. Ферромагнитные материалы, используемые в эмалировании, и требования, предъявляемые к ним.

9. Медь и ее сплавы как основа изделий художественного эмалиро­вания.

10. Охарактеризуйте благородные металлы, используемые для эма­лирования.