Оптимизация состава ювелирных сплавов белого золота

Оптимизация химического состава ювелирных сплавов на основе золота белого цвета с целью регулирования физико-механических свойств использовали метод симплекс-решетчатого планирования. Влияние примесей на механические и литейные свойства сплавов золота.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 21.07.2020
Размер файла 26,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ЮВЕЛИРНЫХ СПЛАВОВ БЕЛОГО ЗОЛОТА

А.С. Шульц, старший преподаватель

Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского (Украина, г. Донецк)

Аннотация

В статье показана возможность оптимизации состава сплавов белого золота за счёт введения модифицирующих компонентов. Выбор модифицирующих компонентов проводили с учётом их влияния на безопасность, а также на показатель надёжности ювелирного сплава. Предложены составы сплавов белого золота с содержанием модифицирующих компонентов, а именно обосновано введение в состав сплавов золота на основе системы Au-Ag-Cu в определенных количествах Zn, Мn, Со, In, Cr, Кd или Ga для получения сплавов белого цвета.

Ключевые слова: золото, ювелирные сплавы, цвет сплавов, белое золото, физико-механические свойства, модифицирующие компоненты.

В ювелирной отрасли используют более 300 различных по составу и свойствам сплавов золота. В последнее время, как за рубежом, так и в Украине широкое распространение получили ювелирные изделия, изготовленные из сплавов белого золота. При этом наиболее востребованными в отечественной ювелирной промышленности являются сплавы белого золота 585 пробы на основе трехкомпонентной системы Au--Ag--Cu.

Сплавы золота белого цвета основе трехкомпонентной системы Au--Ag--Cu получают путем добавления в состав определенного количества цинка, палладия, платины, никеля, кобальта, галлия и других элементов [1]. Однако, введение в состав палладия и платины для нашего государства экономически нецелесообразно, в связи с их высокой стоимостью (практически в 2 раза выше золота). Кроме того, белое платиновое (палладиевое) золото имеет высокую температуру плавления, что требует специального оборудования для литья и высокую температуру заливки, которая может быть выше температурной стабильности формомассы [2].

При добавлении никеля в состав ювелирного сплава золота увеличивается его хрупкость. Вопросы аллергического воздействия никеля на организм человека достаточно тщательно освещены в науке [3, 4].

Украинские предприятия изготавливают ювелирные сплавы белого цвета на основе золота в соответствии с ТУ У 27.4-00201514-010-2005 «Сплавы на основе драгоценных металлов. Технические условия» и ГОСТ 30649-99 «Сплавы на основе благородных металлов ювелирные. Марки» [5, 6]. Нормируемый состав сплавов на основе золота 585 пробы белого цвета приведен в таблице 1.

Таблица 1. Состав сплавов золота белого цвета 585 пробы

Нормативный документ

Химический состав, %

Au

Ag

Ni

Pd

Cu

Zn

In

Кd

ТУ У 27.4-00201514-010-2005

58,5-59,0

0,5-1,5

7,5-8,5

ост.

7,5-8,5

ТУ У 27.4-00201514-010-2005

58,5-59,0

0,5-1,5

10,5-11,5

ост.

4,5-5,5

ТУ У 27.4-00201514-010-2005

58,5-59,0

2,5-3,5

7,5-8,5

ост.

7,0-9,0

ТУ У 27.4-00201514-010-2005

58,5-59,0

--

6,5-7,5

ост.

9-10

ТУ У 27.4-00201514-010-2005

58,5-59,0

--

7,0-8,0

ост.

7,0-8,0

ТУ У 27.4-00201514-010-2005

58,5-59,0

--

8,5-9,5

ост.

7,5-9,5

ТУ У 27.4-00201514-010-2005

58,5-59,0

11,5-12,5

6,0-8,0

0,1-0,2

ГОСТ 30649-99

58,5

25,0-26,0

ост.

ГОСТ 30649-99

58,5

28,2-29,2

9,5-10,5

ост.

ГОСТ 30649-99

58,5

27,5-28,5

9,5-10,5

ост.

ГОСТ 30649-99

58,5

7,5-8,5

7,7-8,7

ост

2,2-2,8

ГОСТ 30649-99

58,5

12,0-13,0

ост

3,6-4,4

Исходя из данных табл. 1 видим, что основным отбеливающим компонентом в ТУ У 27.4-00201514-010-2005 является Ni в концентрациях от 6,5 до 12,5 % в сочетании с Zn (4,5-9,5 %). Состав сплавов по ГОСТ 30649-99 также предусматривает наличие Ni (7,7-13,0 %). И если рассматривать перспективу выхода отечественной ювелирной продукции на европейский рынок, то в соответствии с Директивой Европейского парламента и Совета ЕС № 94\27\ЕС никель, как составляющая ювелирного сплава из драгоценных металлов не используется в изделиях, имеющих прямой и долгосрочный контакт с кожей человека (серьги, браслеты, кольца и др.) [7]. Таким образом, европейский рынок для ювелирных изделий на основе сплавов белого золота на сегодняшний день закрыт.

Кроме того, цвет этих сплавов в нормативной и технической документации определен как «белый», однако исходя из компонентного состава и внешнего вида он имеет различные оттенки. Так, цинк придает сплаву зеленоватый оттенок, никель - желтоватый, палладий - серо-голубой и др.

В связи с этим, при производстве ювелирных изделий на основе сплавов золота с высокой степенью белизны возникает необходимость уменьшения в их составе компонентов, которые могут ухудшать эксплуатационные свойства и вызывать аллергические реакции.

Целью настоящей работы является определение оптимального состава ювелирных сплавов белого золота, при котором обеспечивается их безопасность и высокие потребительские свойства.

Результаты исследования. Определение оптимального состава новых ювелирных сплавов должно основываться на использовании методов математического планирования экспериментов [8]. Для оптимизации химического состава ювелирных сплавов на основе золота белого цвета с целью регулирования физико-механических свойств использовали метод симплекс-решётчатого планирования. Исследования проводились под руководством д-ра техн. наук., проф. Артюх Т.Н. (Национальный университет пищевых технологий, г. Киев).

На первоначальном этапе был определен оптимальный состав сплавов на основе тройной системы Au--Ag--Cu, который можно использовать как основную матрицу для дальнейшего регулирования и «отбеливания». При математическом планировании для трехкомпонентного сплава введены такие обозначения факторов: х1 - золото, х2 - серебро, х3 - медь. Уравнения регрессии, с учетом специфики симплекс-решеточных методов, в отношении исследуемых трехкомпонентных смесей будут иметь следующий общий вид [9]:

Y = в1x12x2+kxk12x1x2+…+ вk-1,k xk-1xk11x12 + … +вkxk2,

где, Y - целевая функция, в1, в2, …. вk, - коэффициенты регрессии.

В результате экспериментальных исследований трёхкомпонентной системы Au--Ag--Cu установлено, что при содержании золота 58,5 % сплав может быть 4-х цветов: желтовато-зеленоватый цвет сплавов золота 585 пробы образуется при содержании серебра от 24 до 41 % (2N), желтоватый при содержании серебра от 11 до 23 % (1N), розоватый - от 5 до 10,5 % серебра (4N) и красный при Ag ? 4,9 % (5N). Цвет исследуемых образцов обозначали в соответсвии с международным стандартом ІЅО 8654:1987 «Цвета золотых сплавов. Определение, диапазон цветов и обозначения».

Физико-механические свойства тройной системы Au--Ag--Cu детально изучены в трудах Бреполя Э., Лившица В., Григоренко И. [10-13]. Изменения физико-механических свойств в цветовых зонах сплавов золота 585 пробы представлены в таблице 2.

Таблица 2. Физико-механические характеристики сплавов золота 585 пробы в тройной системе Au--Ag--Cu

Название показателя

Цвет

1N

2N

4N

5N

Твёрдость после литья, HV

70 - 115

120 - 180

140 - 190

100 - 140

Твёрдость после отжига, HV

100 - 150

150 - 200

160 - 220

140 - 200

Прочность на растяжение, МПа

280 - 460

400 - 550

450 - 420

440 - 400

Прочность на разрыв, МПа

280 - 295

280 - 295

280 - 290

275 - 285

Относительное удлинение, %

30 - 39

30 - 35

30 - 38

35 - 45

Количество зёрен на 1 мм2

до 81

от 82

до 81

до 80

Температура солидус, оС

700 - 980

650 - 720

680 - 720

720 - 800

Температура ликвидус, оС

900 - 1000

800 - 900

850 - 900

900 - 980

Регулирование химического состава ювелирных сплавов заключалась в оптимизации свойств в системе Au-Ag-Cu с целью их отбеливания до цвета 8N - «белый» и повышении твердости до 200 НВ, уменьшении размера зерна (количество зерен на 1 мм2 свыше 100), сужении интервала кристаллизации (между температурами солидус-ликвидус) максимум до 35 - 40 оС.

Анализируя данные, представленные в табл. 2 можно определить наиболее оптимальную область для отбеливания. Так, можно утверждать, что ювелирные сплавы на основе золота 585 пробы, которые содержат от 13 до 25 % серебра (остальное медь), наиболее отвечают критериям оптимизации.

Для проведения дальнейших исследований, исходным выбран сплав Au-Ag-Cu-585-150, свойства которого приведены в таблице 3.

Таблица 3. Свойства сплава золота 585 пробы в тройной системе Au--Ag--Cu--585-150

Наименование показателя

Значение

Твёрдость после литья, HV

170

Твёрдость после отжига, HV

190

Прочность на растяжение, МПа

510

Прочность на разрыв, МПа

300

Относительное удлинение, %

38

Количество зёрен на 1 мм2

81

Температура солидус, оС

820

Температура ликвидус, оС

900

Предварительно провели анализ существующих модификаторов для получения белого цвета сплавов золота [14--15]. Как отбеливающие модификаторы для получения белого цвета ювелирных сплавов на основе золота с заданными свойствами в системе золото-серебро-медь выбраны марганец (Mn), хром (Cr), олово (Sn), кобальт (Co), кремний (Si), бор (B).

В процессе выполнения эксперимента было исследовано 28 композиций сплавов на основе золота 585 пробы. Однако, наиболее оптимальными выбраны сплавы, содержащие от 7 до 8 % цинка, от 5 до 5,5 % марганца и до 2,5 % по общей массе в сплаве хрома, олова, кобальта, кремния и бора (табл. 4) [16].

Таблица 4. Химический состав авторских сплавов на основе золота 585 пробы

Условное обозначение образца

Химический состав, %

Au

Ag

Cu

Zn

Мn

Cr

Sn

Co

Si/ Cu

B/ Cu

Э-18

58,5

14,0-15,0

ост.

8,0

5,5

0,05-0,1

1,25

0,01-0,05

0,3-0,5

0,05-0,1

Э-22

58,5

14,0-15,0

ост.

7,0

5,0

0,1-0,2

1,5

0,01-0,05

0,3-0,5

0,05-0,1

химический ювелирный сплав золото

Физико-механические характеристики разработанных сплавов золота приведены в таблице 5. Следует отметить, что авторские сплавы на основе золота 585 пробы имеют белый цвет без явно видимых оттенков. Кроме того, в экспериментальных образцах сплавов не выявлено дефектов пористости (усадочной и газовой), которые являются наиболее распространёнными для сплавов белого золота, поэтому данные составы могут быть использованы для изготовления ювелирных изделий методом литья.

Таблица 5. Свойства сплава золота 585 пробы в тройной системе Au--Ag--Cu--585-150

Наименование показателя

Значение показателя

Э-18

Э-22

Твёрдость после литья, HV

160

155

Твёрдость после отжига, HV

220

210

Прочность на растяжение, МПа

510

500

Прочность на разрыв, МПа

310

300

Относительное удлинение, %

32

34

Количество зёрен на 1 мм2

более 180

Болем 180

Температура солидус, оС

770

775

Температура ликвидус, оС

800

805

Цвет

8N

8N

Установлено, что введение в качестве модификаторов Mn, Cr, Sn, Co, Si и B в состав ювелирных сплавов на основе золота 585 пробы обеспечивает белый цвет сплавов, а также повышает физико-механическими свойства сплавов. Таким образом, проведённые теоретические и экспериментальные исследования позволили определить оптимальные состав ювелирных сплавов на основе золота 585 пробы белого цвета без использования никеля и палладия.

Библиографический список

1. Henderson, S. White Gold Alloys: Colour Measurement and Grading / S. Henderson, D. Manchanda // Gold Bulletin. - 2005. - 38(2). - P. 55-67

2. Артюх, Т.Н. Разработка ювелирных сплавов белого золота с содержанием модифицирующих компонентов [Текст] / Т. Н. Артюх, А. С. Чернишёва // Товароведение и инновации: темат. Сборник научных трудов. - Донецк, 2012. - Вып. 4 - С. 275-280

3. Nickel and Jewellery [Elektronsc resourse]. - Available from: <www. nickelinstitute.org

4. Корти, К. Сплавы белого золота: наиболее актуальные технические проблемы, требующие решения специалистов отрасли [Текст] / К. Корти // Ювелирный бизнес. - 2004. - октябрь - С. 49-54.

5. ТУ У 27.4-00201514-010-2005 Сплавы на основе драгоценных металлов. Технические условия [Текст]. - К., 2006. - 15 с.

6. ГОСТ 30649-99 Сплавы на основе благородных металлов ювелирные. Марки. [Текст] - К.: Госстандарт Украины, 2002. - 9 с.

7. Директива Совета от 27 июля 1976 г. О сближении законов, регламентов и административных положений государств-членов, касающихся ограничений на сбыт и использование определенных опасных веществ и препаратов (76/769/EEC) [Электронный ресурс]: (687 кб). - European Commission, 2014.

8. Шишляев, В.Н. Цветные сплавы: учеб. пособие [Текст] / В. Н. Шишляев. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. - 235 с.

9. Ахназарова, С.Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: учеб. пособие [Текст] / С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 1985. - 327 с.

10. Бреполь, Э. Теория и практика ювелирного дела [Текст] / Э. Бреполь. - 13-е изд., доп. - С.-Пт.: Соло, 2000. - 527 с.

11. Лившиц, В.Б. Физические свойства металлов и сплавов [Текст] / В.Б. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Линецкий. - М.: Металлургия, 1980. - 320 с.

12. Григоренко, И. В. Товароведческая оценка ювелирных изделий на основе сплавов красного золота с модифицирующими добавками [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.18.15 / И. В. Григоренко. - Л., 2014. - 20 с.

13. Артюх, Т.Н. Исследование свойств ювелирных сплавов белого золота / Т. Н. Артюх, А. С. Шульц // Материалы IV междун. науч.-практ. конф. - Москва-Вена-Будапешт, 29.12.2015 г. - С. 17-21.

14. Черныш, С. Влияние примесей на механические и литейные свойства сплавов золота / С. Черныш // Международный Симпозиум ювелиров, 9-11 июля, 2003, Санкт-Петербург. - 2003. - С. 158--162.

15. Артюх, Т.Н. Формирование потребительских свойств ювелирных сплавов на основе золота 585 пробы с модифицирующими компонентами [Текст] / Т.Н. Артюх, И. В. Григоренко // Технологический аудит и резервы производства - № 3/4 (23), 2015. - С. 42-48

16. Пат. 100897 Украина. Ювелирный сплав на основе золота 585 пробы белого цвета / Т.Н. Артюх, И.В. Григоренко, А.С. Чернышёва; опубл. 10.08.2015 г.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Основные физические и химические свойства золота, его устойчивость к различным воздействиям. Применение золотых сплавов, понятие пробы и цвета золота. Золочение металлов. Специфика золотых сплавов, применяемых в ювелирной промышленности и стоматологии.

    презентация [2,5 M], добавлен 30.01.2012

  • Понятие о металлических сплавах. Виды двойных сплавов. Продукты, образующиеся при взаимодействии компонентов сплава в условиях термодинамического равновесия. Диаграммы состояния двойных сплавов, характер изменения свойств в зависимости от их состава.

    контрольная работа [378,1 K], добавлен 08.12.2013

  • Особенности медных сплавов, их получение сплавлением меди с легирующими элементами и промежуточными сплавами - лигатурами. Обработка медных сплавов давлением, свойства литейных сплавов и область их применения. Влияние примесей и добавок на свойства меди.

    курсовая работа [994,4 K], добавлен 29.09.2011

  • Условия эксплуатации и особенности литейных свойств сплавов. Механические свойства стали 25Л, химический состав и влияние примесей на ее свойства. Последовательность изготовления отливки. Процесс выплавки стали и схема устройства мартеновской печи.

    курсовая работа [869,1 K], добавлен 17.08.2009

  • Исследование основных литейных свойств сплавов, изучение способа получения отливок без дефектов и описание технологии отлива детали под давлением. Изучение схемы прокатного стана и механизма его работы. Анализ свариваемости различных металлов и сплавов.

    контрольная работа [317,4 K], добавлен 20.01.2012

  • Механические свойства, обработка и примеси алюминия. Классификация и цифровая маркировка деформируемых алюминиевых сплавов. Характеристика литейных алюминиевых сплавов системы Al–Si, Al–Cu, Al–Mg. Технологические свойства новых сверхлегких сплавов.

    презентация [40,6 K], добавлен 29.09.2013

  • Обзор состава простых конструкционных сталей. Получение чугуна и легированных сталей. Характерные особенности медно-никелевых сплавов. Применение алюминиевых бронз, нейзильбера, мельхиора в народном хозяйстве. Механические свойства сплавов меди с цинком.

    презентация [3,3 M], добавлен 06.04.2014

  • Изучение закономерностей изменения электрических свойств двухкомпонентных сплавов в зависимости от их состава. Внешний вид и схема установки. Величина, оценивающая рост сопротивления материала (проводника) при изменении температуры на один градус.

    лабораторная работа [576,3 K], добавлен 11.04.2015

  • Аустенитные и азотосодержащие коррозионно-стойкие стали: способы получения, технология производства, выплавка, термомеханическая обработка, основные свойства. Метод электрошлакового переплава металлических электродов в водоохлаждаемый кристаллизатор.

    дипломная работа [2,7 M], добавлен 19.06.2011

  • Проектирование цеха сорбционного выщелачивания золота из руд месторождения "Покровское" с использованием смолы АМ-2Б производительностью 1 млн. тонн в год. Разработка схемы автоматизации сорбционного цианирования золота. План размещения оборудования.

    дипломная работа [1,6 M], добавлен 14.12.2014

  • Определение механических свойств конструкционных материалов путем испытания их на растяжение. Методы исследования качества, структуры и свойств металлов и сплавов, определение их твердости. Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов.

    учебное пособие [7,6 M], добавлен 29.01.2011

  • Применение деформируемых алюминиевых сплавов в народном хозяйстве. Классификация деформируемых алюминиевых сплавов. Свойства деформируемых алюминиевых сплавов. Технология производства деформируемых алюминиевых сплавов.

    курсовая работа [62,1 K], добавлен 05.02.2007

  • Схемы микроструктур сплавов. Возможные фазы в сплавах: твердые растворы, чистые металлы, химические соединения. Связь между фазовым составом и механическими, технологическими свойствами сплавов. Диаграммы состояний и влияние примесей на "чистые" металлы.

    реферат [306,8 K], добавлен 01.06.2016

  • Классификация, маркировка, состав, структура, свойства и применение алюминия, меди и их сплавов. Диаграммы состояния конструкционных материалов. Физико-механические свойства и применение пластических масс, сравнение металлических и полимерных материалов.

    учебное пособие [4,8 M], добавлен 13.11.2013

  • Характеристика алюминия (серебристо-белого металла), его химическая активность, природные соединения, содержание в земной коре. Модификации оксида алюминия, их получение и применение в технике. Механические свойства и назначение алюминиевых сплавов.

    реферат [11,2 K], добавлен 23.11.2010

  • Рассмотрение основных факторов, влияющих на технологические свойства титана и его сплавов. Определение свойств титановых сплавов. Оценка свойств материала для добычи нефти и газа на шельфе. Изучение практики использования в нефтегазовой промышленности.

    реферат [146,1 K], добавлен 02.04.2018

  • Свойства и атомно-кристаллическое строение металлов. Энергетические условия процесса кристаллизации. Строение металлического слитка. Изучение связи между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния. Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов.

    курсовая работа [871,7 K], добавлен 03.07.2015

  • Основные материалы для изготовления ювелирных изделий. Камни драгоценные, полудрагоценные и поделочные. Особенности производства ювелирных изделий. Сущность процесса полирования. Промывка ювелирных изделий. Чеканка, гравирование и эмалирование.

    реферат [52,1 K], добавлен 17.11.2011

  • Химико-физические свойства медных сплавов. Особенности деформируемых и литейных латуней - сплавов с добавлением цинка. Виды бронзы - сплавов меди с разными химическими элементами, главным образом металлами (олово, алюминий, бериллий, свинец, кадмий).

    реферат [989,4 K], добавлен 10.03.2011

  • Анализ факторов, влияющих на качество полуфабрикатов из сплавов МНЦ 15-20 и Л-6З, и их технологичность в процессе производства. Структура и свойства сплавов, выплавленных с использованием электромагнитного перемешивания в процессе кристаллизации.

    дипломная работа [6,0 M], добавлен 19.08.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.