Guía completa de joyería y tecnología de producción de aleaciones de cobre

Aprenda a crear hermosas joyas de aleaciones de cobre con consejos fáciles de entender sobre materiales como el latón, el bronce y el cuproníquel. Descubra técnicas como la fundición a la cera perdida, el estampado y el electroconformado, además de tratamientos superficiales como el chapado en oro. Perfecto para joyerías, diseñadores y vendedores de comercio electrónico que deseen crear piezas únicas de alta calidad.

Guía completa de joyería y tecnología de producción de aleaciones de cobre

Dominio de la joyería con aleaciones de cobre: Técnicas, materiales y tendencias

Introducción:

Este artículo se adentra en el fascinante mundo de las joyas de aleaciones de cobre y sus métodos de producción. Está dividido en cuatro secciones principales:

1. Generalidades: Conozca la historia del cobre, sus propiedades y su papel en la fabricación de joyas. Las aleaciones de cobre como el latón, el bronce y el cuproníquel destacan por su versatilidad y belleza.

2. Cobre puro y aleaciones de alto contenido en cobre: Descubra los distintos tipos de cobre puro, como el cobre libre de oxígeno y el cobre microaleado, y cómo se utilizan en joyería por su durabilidad y sus colores únicos.

3. Aleaciones de cobre: Explore aleaciones populares como el latón (cobre-zinc), el bronce (cobre-estaño) y el cuproníquel (cobre-níquel), cada una de las cuales ofrece colores distintos, resistencia a la corrosión y facilidad de trabajo para elaborar piezas impresionantes.

4. Técnicas de producción: Conozca métodos avanzados como la fundición a la cera perdida, el estampado y el electroconformado, junto con tratamientos superficiales como el chapado en oro y el pulido para crear joyas llamativas y de alta calidad.

Sección I

El cobre, de símbolo químico Cu y número atómico 29, es un elemento del grupo IB del cuarto periodo de la tabla periódica. Es uno de los metales más antiguos descubiertos por el hombre. Ya en la prehistoria, los hombres empezaron a explotar yacimientos de cobre en la superficie y utilizaron el cobre obtenido para fabricar armas, recipientes rituales y otros utensilios. El uso del cobre influyó profundamente en el avance de la civilización humana primitiva. El cobre es un metal que se encuentra en la corteza terrestre y en los océanos, con un contenido aproximado de 0,01% en la corteza, y en algunos yacimientos de cobre, el contenido puede alcanzar los 3%~5%. En la naturaleza, el cobre existe principalmente en compuestos, concretamente en minerales de cobre. Los minerales de cobre se agregan a otros minerales para formar la mena de cobre, que, tras su beneficio, se convierte en concentrado de cobre de alta ley. El cobre es el único metal que puede producirse en grandes cantidades de forma natural y también se encuentra en varios minerales (como calcopirita, bornita, calcosina, cuprita y malaquita) y puede utilizarse en su estado metálico elemental, así como en latón, bronce y otras aleaciones para fines industriales, de ingeniería y artesanales. La joyería popular (especialmente la joyería de imitación) y muchas piezas de fundición artística utilizan ampliamente materiales de cobre y aleaciones de cobre. El cobre y las aleaciones de cobre pueden clasificarse por color, dividiéndose generalmente en las categorías de cobre puro y aleaciones con alto contenido de cobre, latón, níquel, plata y bronce (Figura 2-1).

El cobre y las aleaciones de cobre pueden dividirse en dos categorías principales en función del proceso de producción: transformación y fundición. Todas las aleaciones con un prefijo Z en su designación pertenecen a las aleaciones de fundición. En cambio, las designaciones del cobre procesado y las aleaciones de cobre en China se clasifican tradicionalmente en cuatro categorías: púrpura, amarillo, verde y blanco. Entre ellas, las aleaciones de cobre púrpura se suministran todas procesadas. El prefijo T representa el código del cobre púrpura. La primera letra H del pinyin para amarillo representa el cobre amarillo. Del mismo modo, Q representa el bronce, B representa el cuproníquel, y los símbolos y números de los elementos químicos subsiguientes representan el porcentaje en peso nominal de los elementos añadidos.

El cobre y las aleaciones de cobre pueden dividirse en dos categorías según su función: uso general y uso especial. Las aleaciones de cobre utilizadas para joyería pertenecen a un tipo de aleación de cobre especial con requisitos específicos de tonalidad, resistencia a la corrosión, rendimiento de fundición, rendimiento de mecanizado, rendimiento de soldadura y rendimiento de coloración. Los principales tipos de cobre y aleaciones de cobre utilizados en joyería son el cobre puro y las aleaciones con alto contenido de cobre, el bronce al estaño, el latón, el cuproníquel al zinc, las aleaciones de imitación de oro-cobre y las aleaciones de imitación de plata-cobre.

Sección II Cobre puro y aleaciones de alto contenido en cobre

1. Popper puro y sus propiedades

El cobre puro puede dividirse en varias categorías en función de su composición química: cobre puro ordinario, cobre puro sin oxígeno y cobre puro microaleado.

(1) Cobre puro ordinario

El cobre puro ordinario tiene una fracción másica de cobre no inferior al 99,7%, con muy poco contenido de impurezas, y tiene un aspecto rojo púrpura. De ahí que también se le denomine cobre púrpura. Las principales calidades de cobre puro ordinario son T1, T2 y T3. Según la norma GB/T 5231-2001, la composición química del cobre puro ordinario más utilizada es la que se indica en la tabla 2-1.

Tabla 2-1 Composición química común del cobre puro ordinario (unidad de fracción de calidad: %)

Grado	Cu+Ag	P	Bi	Sb	En	Fe	Ni	Pb	Sn	S	Zn	O	Suma de impurezas
Grado	No menos de	No más de											Suma de impurezas
T1	99. 95	0.001	0.001	0.002	0.002	0.005	0.002	0.003	0.002	0.005	0.005	0.02	0.05
T2	99. 90	-	0.001	0.002	0.002	0.005	-	0.005	-	0.005	-	-	0.1
T3	99. 70	-	0.002	-	-	-	-	0.01	-	-	-	-	0.3
(Liu Ping, 2007; Wang Biwen, 2007; Tian Rongzhang y Wang Shitang, 2002; National Nonferrous Metals Standardization Technical Committee, 2012)

El cobre puro ordinario tiene una red cúbica centrada en la cara en estado sólido sin alotropía. Pertenece a los materiales diamagnéticos, tiene diamagnetismo y presenta una excelente conductividad eléctrica y térmica; sus propiedades físicas se muestran en la Tabla 2-2.

Tabla 2-2 Propiedades físicas del cobre ordinario puro

Nombre de la función	Valor numérico	Nombre de la función	Valor numérico
Tipo de red	Cúbico centrado en la cara	Configuración electrónica	Es² 2s² 2P⁶ 3s² 3P⁶ 3d¹⁰ 4s¹
Peso atómico	63.54	Resistividad	0. 016 73 Ω-m
Radio atómico	0. 157nm	Conductividad térmica（273-373K）	399W/(m - K)
Radio iónico	0. 073nm	Coeficiente de temperatura de la resistencia	0. 003 93/℃
Densidad	8. 92 g/cm³	Susceptibilidad magnética	-0. 86 X 10^-3/kg
Punto de fusión	1 083. 4℃	Capacidad calorífica específica	0.39X 10³J/(kg -℃)
Punto de ebullición	2 567℃	Coeficiente de dilatación lineal	17. 6X10^-6/℃
(Liu Ping, 2007; Wang Biwen, 2007; Tian Rongzhang y Wang Shitang, 2002; National Nonferrous Metals Standardization Technical Committee, 2012)

El cobre es un metal pesado relativamente inactivo con buena resistencia a la corrosión. Es estable en aire seco a temperatura ambiente y puede producir óxido de cobre negro cuando se calienta. Se forma óxido cuproso rojo si se sigue calcinando a altas temperaturas. Si se expone al aire húmedo durante mucho tiempo, se forma lentamente una capa de verdín (carbonato básico de cobre) en la superficie del cobre. El verdín puede impedir la corrosión posterior del metal; su composición es variable y es soluble en ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado caliente, ligeramente soluble en ácido clorhídrico y fácilmente corroíble por álcalis. En la serie electroquímica (serie de actividad de los metales), el cobre se sitúa después del hidrógeno, por lo que no puede desplazar al hidrógeno de los ácidos diluidos. Sin embargo, el cobre puede disolverse lentamente en el aire en estos ácidos diluidos. El cobre puede reaccionar con ácido clorhídrico concentrado calentado y es fácilmente soluble en ácido nítrico y ácidos oxidantes como el ácido sulfúrico concentrado caliente. El cobre también puede reaccionar con el cloruro férrico. En la industria de la joyería, la solución de cloruro férrico se utiliza a menudo para grabar el cobre y crear diversas texturas y motivos decorativos.

Las propiedades mecánicas del cobre puro ordinario están estrechamente relacionadas con su estado, como se muestra en la Tabla 2-3.

Tabla 2-3 Propiedades mecánicas del cobre ordinario puro en diferentes estados

Rendimiento	Tratamiento del cobre	Cobre de retorno	Fundición de cobre
Límite elástico/ MPa	280 ~ 300	20 ~ 50	-
Punto de fluencia / MPa	340 ~ 350	50 ~ 70	-
Resistencia a la tracción/ MPa	370 ~ 420	220 ~ 240	170
Tasa de elongación / %	4 ~ 6	45 ~ 50	-
Índice de contracción/ %	35 ~ 45	65 ~ 75	-
Dureza Brinell / HB	1 100 ~ 1 300	350 ~ 450	400
Resistencia al cizallamiento/ MPa	210	150	-
Resistencia al impacto/J-cm^-2	-	16 ~ 18	-
Resistencia a la compresión / MPa	-	-	1570
Ratio de alteración/ %	-	-	65
(Liu Ping, 2007; Wang Biwen, 2007; Tian Rongzhang y Wang Shitang, 2002; National Nonferrous Metals Standardization Technical Committee, 2012)

(2) Cobre puro sin oxígeno

El cobre puro libre de oxígeno es cobre puro con un contenido de oxígeno significativamente reducido que se consigue mediante diversos métodos de refinado. Según GB/T5231, el cobre libre de oxígeno se divide en varios grados: cero, uno y dos grados de cobre libre de oxígeno, con el correspondiente contenido de cobre y oxígeno que se muestra en la Tabla 2-4. El cobre libre de oxígeno no presenta fragilización por hidrógeno y tiene una alta conductividad eléctrica, buen procesamiento, soldadura, resistencia a la corrosión y rendimiento a baja temperatura. Generalmente se prefiere el cobre sin oxígeno cuando se prepara material de aportación de aleaciones de oro y plata para reducir las impurezas en la unión.

Tabla 2-4 Requisitos para el contenido de oxígeno en el cobre sin oxígeno

Grados	Código	Cobre + plata ≥	Oxígeno≯
Nº 0 cobre sin oxígeno	TU0	99. 99	0. 0005
Nº 1 Cobre libre de oxígeno		99. 97	0.002
Nº 2 cobre sin oxígeno	TU2	99. 95	0.003
(Comité Técnico Nacional de Normalización de Metales No Ferrosos, 2012)

(3) Cobre puro microaleado

El cobre puro microaleado utiliza elementos de aleación como cromo, circonio, plata, aluminio, fósforo, azufre y antimonio, que pueden mejorar eficazmente el rendimiento del cobre puro cuando se añaden en pequeñas cantidades. El cobre puro microaleado tiene múltiples grados, como TUAg0.06, TUAg0.05, TUAg0.08, TUAg0.1, TUAg0.2, TUAg0.3, TUA10.12, TUZr0.15, TAg0.15, TAg0.1-0.01, TP3, TP4, TTe0.3, TTe0.5-0.008, TTe0.5-0.02, TZr0.15, etc. Tomando como ejemplo el cobre puro microaleado con circonio, la tabla 2-5 muestra sus propiedades mecánicas, que mejoran significativamente en comparación con el cobre puro ordinario, y la temperatura de reblandecimiento ha alcanzado los 500℃.

Tabla 2-5 Propiedades mecánicas del circonio - cobre puro microaleado QZr0,2

Estado material	Resistencia a la tracción/MPa	Límite elástico/MPa	Tasa de estiramiento/%	Dureza Vickers/HV	Módulo elástico/GPa
Templado a 980℃, envejecido a 500℃ durante 1 hora.	260	134	19. 0	83	-
900 ℃ enfriamiento, 500 ℃ envejecimiento 1 hora	230	160	40. 0	-	-
900C calentamiento 30 minutos temple, trabajo en frío 90%	450	385	3.0	137	136
980℃ calentamiento 1 hora, 90% trabajo en frío, 400℃ envejecimiento 1 hora	492	428	10.0	150	133
900℃ temple, trabajo en frío 90%, 400℃ envejecimiento 1 hora	470	430	10.0	140
(Liu Ping, 2007; Wang, B., 2007; Tian, R. Z. y Wang, S. T., 2002; Comité Técnico Nacional de Normalización de Metales No Ferrosos, 2012)

2. Aleación de alto contenido en cobre

Las aleaciones de alto contenido en cobre, también conocidas como cobre de baja aleación, se refieren a aleaciones de cobre que contienen uno o varios elementos de aleación traza para conseguir ciertas propiedades especiales. El contenido de cobre es de 99,3%~96% y no puede clasificarse en ningún grupo de aleación de cobre para los productos transformados. Para los productos moldeados, el contenido de cobre debe ser superior a 94%, que puede añadirse para obtener determinadas características.

El refuerzo por solución sólida y el refuerzo por precipitación son métodos de refuerzo importantes para las aleaciones de cobre. Los elementos de aleación comunes incluyen Cr, Zr, Ti, Si, Mg, Te, etc. Su solubilidad en el cobre disminuye bruscamente al disminuir la temperatura. Estos elementos precipitan en estado sólido como sustancias puras o compuestos metálicos, dando lugar al refuerzo por solución sólida y al refuerzo por precipitación. Los grados de alta aleación de cobre de la fundición americana incluyen C81300~C19600 y los grados de alta aleación de cobre procesados que van de C16200 a C19600. En la recientemente revisada GB/T5231-2012 "Grados y composición química del cobre procesado y aleaciones de cobre", China enumera los grados de alta aleación de cobre como TTi3.0 - 0.2, TNi2.4 - 0.6 - 0.5, TPb1.0, TC r1 - 0.18, TCr0.3 - 0.3, TCr0.5 - 0.1, TCr0.7, TCr0.8, TCr1 - 0.15.

3. Rendimiento del proceso del cobre puro y las aleaciones con alto contenido en cobre

(1) Proceso de fundición

El cobre puro y las aleaciones con alto contenido de cobre son propensos a absorber hidrógeno y oxígeno durante el proceso de fundición, lo que provoca porosidad e inclusiones de oxidación que afectan a la calidad de la superficie de las piezas fundidas. El contenido de hidrógeno y oxígeno está estrechamente relacionado con la temperatura del material. La tabla 2-6 muestra la solubilidad del hidrógeno en el cobre a diferentes temperaturas.

Tabla 2-6 Solubilidad del hidrógeno en el cobre a 0,1 MPa (Nie Xiaowu, 2006)

Temperatura /℃	400	500	600	700	800	900	1000	1100	1200	1300	1400	1500
Solubilidad /cm³ - (100g de cobre)^-1	0.06	0.16	0. 3	0.49	0. 72	1.08	1.58	6.3	8. 1	10.9	11.8	13.6

El oxígeno no se disuelve en el cobre y forma compuestos frágiles de alto punto de fusión Cu₂O con el cobre. Cuando el cobre que contiene oxígeno se condensa, el oxígeno precipita como un eutéctico (Cu+Cu₂O), distribuidos a lo largo de los límites de grano. La temperatura eutéctica es muy alta (1066℃ ) y no afecta al rendimiento de la deformación térmica, pero es dura y quebradiza, lo que dificulta la deformación en frío y provoca la "fragilidad en frío" del metal. Cuando el cobre oxigenado se recuece en una atmósfera de hidrógeno o reductora, se produce la "fragilización por hidrógeno". La esencia de la "fragilización por hidrógeno" es que, durante el recocido, el hidrógeno o la atmósfera reductora penetran fácilmente en el cobre y reaccionan con el oxígeno del CuO para formar vapor de agua o CO₂. Por lo tanto, deben establecerse y aplicarse especificaciones de proceso claras durante la fundición.

El cobre puro puede fundirse utilizando un horno eléctrico de reflexión o de inducción de núcleo. Durante la fundición en un horno de reflexión, pueden obtenerse lingotes densos mediante procesos de refinado utilizando moldes de hierro o cobre para colada, y también puede realizarse una colada semicontinua o continua utilizando un horno de mantenimiento. Para el proceso de fundición por inducción se puede tomar como referencia el siguiente flujo de proceso.

① En primer lugar, precaliente el crisol hasta que adquiera un color rojo oscuro, después añada una capa de carbón vegetal seco o agente de recubrimiento ( 63% bórax + 37% vidrio triturado) con un espesor de unos 30~50cm en el fondo del crisol, seguido de los restos de esquinas, bloques de desecho y materiales de varillas, y por último añada cobre puro.

② Los elementos de aleación añadidos pueden precalentarse en la plataforma del horno, y está terminantemente prohibido añadir materiales fríos al metal fundido. La carga debe agitarse con frecuencia durante todo el proceso de fusión para evitar la formación de puentes.

③ Después de que la aleación esté completamente fundida debido al calentamiento, cuando la temperatura alcance 1200~1250℃, añada desoxidante de cobre fosforado, que representa 0,3%~0,4% del peso de la aleación fundida. El fósforo reacciona con el óxido cuproso de la siguiente manera:

5Cu₂O + 2P = P₂O₅ + 10Cu
Cu₂O + P₂O₅ = 2CuPO₃

El gas generado P₂O₅ escapa de la aleación y el fosfato de cobre puede flotar en la superficie, lo que permite eliminar la escoria para lograr el objetivo de la desoxidación. Además, se requiere una agitación continua durante el proceso de desoxidación.

④ Por último, se retira la escoria, y la temperatura de vertido del líquido de aleación es generalmente de 1150℃~1230℃.

(2) Tecnología de transformación

El cobre puro y las aleaciones de alto contenido en cobre tienen excelentes propiedades de trabajo en frío y en caliente. Pueden procesarse mediante técnicas de presión tradicionales, como estirado, laminado, embutición profunda, doblado, prensado de precisión e hilado. La figura 2-2 es un ejemplo de pieza en bruto de joyería de cobre puro estampada. Durante el procesamiento en caliente, la atmósfera del medio de calentamiento debe controlarse a 380~650℃. La temperatura de recocido de 800~900℃ puede ser seleccionada entre para el procesamiento ordinario de cobre puro, la temperatura de trabajo en caliente de 360℃ puede ser seleccionada, y la temperatura típica de ablandamiento es de aproximadamente. Para la aleación de cobre de alta, la temperatura de reblandecimiento tiene una mayor relación con su composición química, tales como Cr y Zr aleación de cobre de alta (Cr0,25-0,65, Zr0,08-0,20), y su temperatura de reblandecimiento puede llegar a 550 ℃. En soldadura, el cobre puro y las aleaciones de alto contenido en cobre son fáciles de soldar con estaño y soldadura fuerte, soldadura por arco protegido con gas, soldadura flash, soldadura por haz de electrones y soldadura por gas.

Debido a que el cobre puro tiene una excelente conductividad eléctrica y el rendimiento de la escultura, se utiliza a menudo para hacer la producción de troqueles de estampación en el electrodo de cobre (Figura 2-3), el uso de electrodo de cobre, y luego a través del moldeo por electroerosión para producir molde de acero. Además, el cobre puro por corrosión por cloruro férrico de las propiedades químicas se puede utilizar para un proceso de grabado para producir espacios en blanco de joyería (Figura 2-4).

Sección III Aleaciones de cobre

Debido a las pobres propiedades mecánicas y de fundición del cobre puro, la mayoría de los materiales de cobre utilizados en joyería popular son aleaciones de cobre. Existen muchas categorías de aleaciones de cobre y, en la actualidad, no hay normas técnicas específicas para las aleaciones de cobre utilizadas en joyería, tanto a nivel nacional como internacional. Normalmente se utilizan aleaciones de cobre industriales, y su aplicación es bastante caótica, lo que afecta a la calidad del producto. Por lo tanto, las aleaciones de cobre para joyería necesitan una mayor normalización. Las aleaciones de cobre para joyería no son totalmente iguales a las aleaciones de cobre industriales y tienen requisitos únicos.

(1) La aleación debe cumplir los requisitos de uso para joyería. Debe tener determinadas propiedades mecánicas, cumplir los requisitos de fraguado, poseer una buena resistencia a la corrosión, no tener tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, y tener determinados colores, etc.

(2) La aleación debe cumplir varios requisitos de proceso...incluyendo..: ① Buen rendimiento de fundición. La aleación de cobre debe tener una buena fluidez y una contracción de solidificación mínima al producir ornamentos mediante el proceso de fundición a la cera perdida. ② Comportamiento en soldadura. No debe producir fácilmente grietas, oxidación, absorción de gas y diferencias de color durante la soldadura. ③ Maquinabilidad. La dureza debe ser moderada; si es demasiado alta, el desgaste de la herramienta será significativo, y será difícil conseguir un alto brillo superficial si es demasiado baja. ④ Rendimiento del tratamiento superficial. La mayoría de los adornos de cobre requieren un tratamiento de superficie, que debe facilitar la coloración y el tratamiento anticorrosión con una buena calidad de color.

Las aleaciones de cobre utilizadas para joyería incluyen principalmente varios tipos, como el latón, el cuproníquel y el bronce.

1. Latón

El latón es una aleación a base de cobre con zinc como principal elemento de aleación, llamada así por su típico color amarillo. El latón tiene un aspecto atractivo, buen acabado artesanal y propiedades mecánicas, es resistente a la corrosión en la atmósfera, el agua dulce y el agua de mar, es fácil de cortar y pulir tiene buena soldabilidad y es barato, por lo que se utiliza ampliamente en la industria de la joyería.

1.1 Tipos de latón

La composición del latón puede dividirse en dos categorías principales: latón simple y latón especial.

(1) Latón simple

El latón simple es una aleación binaria compuesta de cobre y zinc, donde el papel del zinc en el latón es principalmente aumentar la resistencia, ajustar el color y mejorar el rendimiento de la fundición. Existen tres microestructuras de equilibrio comunes del latón binario (Figura 2-5): cuando el contenido de zinc es inferior a 38%, es una fase α simple; cuando el contenido de zinc es de 38%~47%, es α+β; cuando el contenido de zinc es de 47%~50%, es una fase β simple, y se denomina latón pequeño, latón α+β y latón β. Cuando el contenido de zinc supera los 39%, la aleación se vuelve dura y quebradiza, lo que afecta a su valor de aplicación. Por ello, el contenido de cobre del latón ordinario utilizado para joyería suele ser superior a 60%.

El latón se representa generalmente con la letra H, y el número que sigue a la H indica el contenido de cobre de la aleación. Por ejemplo, H68 indica latón con un contenido de cobre de 68% de latón utilizado para fundición, que representa ZH. La Tabla 2-7 enumera los grados de latón comunes típicos y sus composiciones químicas. A medida que aumenta el contenido de zinc, su color cambia gradualmente de dorado rojizo a amarillo y luego a amarillo dorado (Tabla 2-8).

Tabla 2-7 Grados comunes de latón y composición química

Número de serie	Número de grado	Composición química/%
Número de serie	Número de grado	Cu	Fe	Pd	Ni	Zn	Impurezas totales
		95.0 ~ 97. 5	0.10	0.03	0.5	Margen	0.2
2	H90	88. 0 ~ 91.0	0.10	0.03	0.5	Margen	0.2
3	H85	84. 0 ~ 86. 0	0.10	0.03	0.5	Margen	0.3
4	H80	79. 0 ~ 81.0	0.10	0.03	0.5	Margen	0.3
5	H70	68. 5 ~ 71. 5	0.10	0.03	0.5	Margen	0.3
6	H68	67.0 ~ 70.0	0.10	0.03	0.5	Margen	0.3
7	H65	63. 5 ~ 68. 0	0.10	0.03	0.5	Margen	0.3
8	H63	62.0 ~ 65.0	0.15	0.08	0.5	Margen	0.5
9	H62	60. 5 ~ 63. 5	0.15	0.08	0.5	Margen	0.5
10	H59	57. 0 ~ 60. 0	0.30	0.5	0.5	Margen	1.0
(Liu Ping, 2007; Wang Biwen, 2007; Tian Rongzhang y Wang Shitang, 2002; National Nonferrous Metals Standardization Technical Committee, 2012)

Tabla 2-8 Colores superficiales del latón ordinario

Grados	Contenido de cobre /wt%	Contenido de zinc /wt%	Color
H59	59 ~ 63	Margen	Marrón claro - color dorado
H65	63 ~ 68. 5	Margen	Amarillo puro
H68,H70	68. 5 ~ 71. 5	Margen	Verde - Oro
H80	78. 5 ~ 81. 5	Margen	Color dorado con un toque de rojo
H85	84 ~ 86	Margen	Marrón amarillento - dorado
H90	89 ~ 91	Margen	Bronce antiguo - color dorado
H96	94 ~ 96	Margen	Marrón rojizo

Los latones H62 y H68 tienen una gran plasticidad y resistencia, buena conformabilidad y un bello color similar al del oro de 24 quilates, lo que los convierte en las principales variedades de latón utilizadas para joyería. La figura 2-6 muestra un anillo de latón fundido con H62.

Debido a que el potencial de electrodo del zinc es mucho menor que el del cobre, las aleaciones son propensas a la corrosión electroquímica en soluciones salinas neutras. El zinc de menor potencial se disuelve, mientras que el cobre permanece como una película porosa en la superficie, formando microbaterías con la composición del latón bajo la superficie, haciendo que el latón actúe como ánodo y acelerando la corrosión. Por ello, las joyas de latón suelen requerir tratamientos de protección de la superficie, como la galvanoplastia con una capa de metal precioso o la aplicación de un revestimiento protector.

(2) Latón especial

Para mejorar el rendimiento del latón simple, se añaden a la aleación elementos 1%~5% como estaño, plomo, aluminio, silicio, hierro, manganeso y níquel, formando aleaciones ternarias, cuaternarias o incluso quinarias, denominadas latón especial o latón complejo, y el nombre del latón lleva el prefijo de los elementos añadidos, como latón de estaño, latón de plomo, latón de aluminio, latón de manganeso, latón de aluminio-manganeso, etc. El estaño puede inhibir la corrosión por desgalvanización y mejorar la resistencia a la corrosión del latón. El plomo tiene una solubilidad muy baja en el latón y se distribuye como partículas libres en la matriz, lo que puede provocar la rotura de virutas y proporcionar lubricación, mejorando así la maquinabilidad y la resistencia al desgaste del material. El aluminio desempeña un papel de refuerzo de la solución sólida, formando una película protectora de óxido de aluminio en la superficie. El latón al silicio tiene una alta resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas y de fundición, y una fuerte resistencia a la corrosión bajo tensión. El latón níquel tiene una gran resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión, y puede soportar el procesamiento de plástico en frío y en caliente.

La estructura compleja del latón puede estimarse basándose en el "coeficiente equivalente de zinc" de los elementos añadidos al latón. La adición de una pequeña cantidad de otros elementos de aleación a la aleación de cobre y zinc normalmente sólo desplaza la región de fase α/(α+β) en el diagrama de estados Cu-Zn hacia la izquierda o la derecha. Por ejemplo, añadir 1% de estaño equivalente al efecto de 2% de zinc en las propiedades estructurales significa que el equivalente de zinc del estaño es 2. Los equivalentes de zinc de varios elementos de aleación se muestran en la Tabla 2-9.

Tabla 2-9 Equivalente de zinc de varios elementos de aleación

Elementos de aleación	Silicio	Aluminio	Estaño	Plomo	Hierro	Manganeso	Níquel
Equivalente de zinc	+ 10	+ 6	+ 2	+ 1	+ 0. 9	+ 0. 5	-1. 3

Por lo tanto, la estructura del latón especial suele corresponder a la estructura del latón ordinario con un contenido de zinc aumentado o disminuido. La fase α y la fase β en el latón complejo son soluciones sólidas complejas multicomponentes con un mayor efecto de refuerzo. Por el contrario, la fase α y la fase β del latón ordinario son soluciones sólidas simples de Cu-Zn con un menor efecto de refuerzo. Aunque los equivalentes de zinc son comparables, las propiedades de una solución sólida múltiple difieren de las de una solución sólida binaria simple. Por lo tanto, una pequeña cantidad de reforzamiento múltiple es una forma de mejorar el rendimiento de la aleación.

En latón especial, se conoce como "oro raro" a una aleación de imitación de oro a base de cobre, muy utilizada en joyería y artesanía. Es bien sabido que el oro tiene un color dorado brillante, buena estabilidad química, no cambia de color al calentarse y tiene una excelente resistencia a la oxidación, lo que lo convierte en una elección de larga data para piezas de arte decorativas. Sin embargo, su elevado precio hace que se utilicen ampliamente como sustitutos aleaciones de bajo coste con propiedades similares. En los últimos años, los investigadores, tanto nacionales como internacionales, han competido por desarrollar aleaciones de imitación de oro a base de cobre para sustituir al oro y se han logrado avances significativos. El color dorado de estos materiales puede rivalizar con el del oro de 16K~22K y presentan buena resistencia a la corrosión y manejabilidad.

En las aleaciones de imitación de oro a base de cobre y metales raros, se suelen utilizar zinc, aluminio, silicio y elementos de tierras raras como elementos de aleación, y los efectos de cada elemento sobre el color y la resistencia a la oxidación son los siguientes.

① Zinc. El Zn puede cambiar el cobre de rojo a amarillo, formando el elemento principal un brillo amarillo dorado. El Zn puede mejorar la resistencia a la decoloración de las aleaciones y, a medida que aumenta el contenido de Zn, mejora la resistencia a la decoloración.

② Aluminio. El aluminio es otro elemento importante que contribuye al color de las aleaciones. El contenido de aluminio afecta significativamente al color de la aleación; a medida que aumenta el contenido de aluminio, la principal longitud de onda de la luz reflejada por la aleación disminuye, y el tono cambia de rojo a amarillo. Aumentar aún más el contenido de aluminio debilita notablemente el tono amarillo de la aleación, lo que conduce a una mayor diferencia de color entre la aleación y el oro puro. La estructura de la aleación se vuelve más uniforme cuando se añade aluminio a las aleaciones de latón. Promueve la formación de la fase β, que ayuda a reducir la corrosión por desgalvanización en el latón y mejora el rendimiento antidecoloración de las aleaciones similares al oro en el sudor artificial. La razón es que cuando el contenido de aluminio es suficientemente alto, se forma en la superficie de la aleación una película protectora de óxido mixto de cobre y aluminio densa y firmemente adherida, y esta película tiene capacidad de autocuración cuando se daña. El rendimiento antidecoloración es deficiente cuando el contenido de aluminio es demasiado bajo para formar una película protectora densa.

③ Silicio. El Si puede mejorar el color y la resistencia a la decoloración de las aleaciones. Cuando se añade 0,05%~2,50% de Si a la aleación, en comparación con la misma aleación sin Si, el tiempo de resistencia a la decoloración en sudor artificial aumenta 50%~100%; a la misma temperatura de calentamiento, el tiempo de resistencia a la decoloración aumenta 50%. La adición de Si también puede mejorar la fluidez y la resistencia al desgaste de la aleación.

④ Tierras raras. La adición de elementos de tierras raras a las aleaciones de latón puede aumentar el brillo de la aleación, mejorar su color y proporcionar una buena resistencia al desgaste, dureza y un color similar al del oro que no se decolora fácilmente. En la industria joyera, se suele denominar "material de oro raro". Las joyas fabricadas con material de oro raro pueden tener un color parecido al oro de 18K o 20K, no se oxidan ni destiñen fácilmente, lo que las hace adecuadas para el uso diario, y son baratas, convirtiéndose en un material para fabricar joyas de imitación de oro de gama alta.

La Tabla 2-10 muestra varias aleaciones de imitación de oro-cobre comunes, que pueden clasificarse en el sistema Cu-Al de aleación a base de cobre y el sistema Cu-Zn.

Tabla 2-10 Composición química de varias aleaciones de imitación de oro y cobre (unidad de fracción de calidad: %)

Número de grados	Aluminio	Estaño	Níquel	Silicio	Zinc	Manganeso	Tierras raras	Cobre	Observaciones
Cu - 12. 5Zn - 1Sn		1.0			12. 5			El resto	Oro rojizo
Cu - 22Zn - 2Sn - 1P		2.0			22.0	Fósforo 1.0		El resto	Amarillo dorado claro
Cu - 35Zn - 1. 5Sn		1.5			30.0 ~ 40.0			El resto	Amarillo dorado
Cu - 6Al - 15Zn - 0. 5Si	6			0. 5	15			El resto
Sub - oro	5.6		0. 26		0.70			92.6	Composición ensayada
Sub - oro	0.38			0.03	48.74			50.64	Composición ensayada
Oro de tierras raras	5 ~ 6		1 ~ 3		25 ~ 32	0. 8 ~ 1.5	0.1	El resto	Oro de 18 quilates
Oro de tierras raras	2 ~ 10		1 ~ 1.5	0. 05 ~ 2. 5	5 ~ 30		0. 05 ~ 0. 50	El resto	Oro de 18 quilates
(Wang Biwen et al., 1998)

1.2 Propiedades del latón

(1) Resistencia a la corrosión

El latón es poco resistente a la corrosión en atmósferas de alta temperatura, alta humedad y niebla salina, y también puede sufrir "corrosión por desgalvanización" en agua de mar caliente (el zinc se disuelve primero, dejando un cobre puro poroso y esponjoso en la superficie de la pieza). En atmósferas húmedas, especialmente las que contienen amoníaco y SO₂ El latón sufre grietas por corrosión bajo tensión. Al igual que los adornos de latón recién pulidos, la superficie se vuelve opaca o desarrolla manchas oscuras en determinadas zonas incluso después de estar expuesta al aire durante algún tiempo. Por ello, los adornos de latón suelen requerir una coloración superficial o un tratamiento galvánico para mejorar su resistencia a la corrosión.

(2) Rendimiento del proceso de fundición

El rango de solidificación del latón es muy pequeño, por lo que la fluidez del metal líquido es buena, la capacidad de llenado es excelente y la tendencia a la formación de cavidades por contracción es baja. Durante la fusión, el zinc genera una gran presión de vapor, eliminando eficazmente los gases del líquido de cobre, lo que dificulta la formación de poros en el latón. La temperatura de fusión es inferior a la del bronce al estaño, y la fundición es relativamente cómoda, lo que permite fundir fácilmente pequeñas piezas de joyería. También se suele utilizar para la fundición de artesanía de cobre.

(3) Propiedades mecánicas

Debido a los diferentes contenidos de zinc en el latón, las propiedades mecánicas también varían. Para el latón α, a medida que aumenta el contenido de zinc, tanto σb como δ aumentan continuamente. En el caso del latón (α+β), la resistencia a temperatura ambiente mejora continuamente cuando el contenido de zinc aumenta hasta aproximadamente 45%. Si el contenido de zinc sigue aumentando, la resistencia disminuye bruscamente debido a la aparición de una fase γ más quebradiza (una solución sólida basada en compuestos Cu₅ Zn₈ ) en la estructura de la aleación. La plasticidad a temperatura ambiente del contenido de zinc. Por otra parte, (α+β) latón disminuye constantemente con el aumento del contenido de zinc. Por lo tanto, las aleaciones de cobre y zinc con un contenido de zinc superior a 45% no tiene ningún valor práctico.

(4) Maquinabilidad

El latón α monofásico (de H96 a H65) tiene buena plasticidad y puede soportar el procesamiento en frío y en caliente. Sin embargo, el latón α monofásico es propenso a la fragilidad a media temperatura durante el procesamiento en caliente, como la forja, con un rango de temperatura específico que varía en función del contenido de Zn, generalmente entre 200~700℃. Por lo tanto, la temperatura durante el procesamiento en caliente debe ser superior a 700℃. La razón principal de la zona de fragilidad a media temperatura en el latón α monofásico es la presencia de dos compuestos ordenados Cu₃ Zn y Cu₉ Zn dentro de la región de fase ordenada α del sistema de aleación Cu-Zn , que sufren una transformación ordenada durante el calentamiento a media y baja temperatura, lo que hace que la aleación sea quebradiza; además, trazas de impurezas nocivas de plomo y bismuto forman películas eutécticas de bajo punto de fusión distribuidas en los límites de grano con el cobre, lo que provoca grietas intergranulares durante el procesamiento en caliente. La práctica demuestra que la adición de trazas de cerio puede eliminar eficazmente la fragilidad a media temperatura.

El latón bifásico (de H63 a H59) tiene, además de la fase dúctil α en su estructura de aleación, una solución sólida β basada en el compuesto electrónico CuZn. Esta fase tiene una gran ductilidad a altas temperaturas, mientras que la fase β' (solución sólida ordenada) es dura y quebradiza a bajas temperaturas. Por lo tanto, el (α+β)latón debe forjarse en caliente. Β El latón con un contenido de zinc superior a 46%~50% es duro y quebradizo debido a sus propiedades y no puede procesarse por presión.

Para la joyería relativamente delicada, el latón se procesa generalmente mediante trabajo en frío. Se pueden utilizar materiales de latón como alambre, chapas y planchas para obtener el producto final mediante procesamiento en frío. Por supuesto, durante el procesado se utiliza un recocido intermedio para restaurar la plasticidad del latón y evitar el agrietamiento debido al endurecimiento por trabajo. La figura 2-7 muestra un cierre de langosta fabricado en latón, y la figura 2-8, una pulsera fabricada en latón. Las planchas de latón también pueden utilizarse para grabar, empleando diversas técnicas manuales como empujar, taladrar, picar, girar y tirar para tallar imágenes en la superficie de la plancha de cobre. A continuación, las imágenes grabadas se electrochapan con una capa protectora de oro de 24 quilates, lo que da lugar a la "pintura de escultura de oro".

(5) Rendimiento de la soldadura

El rendimiento de la soldadura del latón es bueno. Para las artesanías más grandes, se suele utilizar la soldadura con gas; para las joyas delicadas, se suele emplear la soldadura con soplete.

(6) Rendimiento de pulido

El rendimiento de corte del latón es bueno y puede soportar operaciones como la corrección, el pulido y el acabado. La joya puede pulirse hasta conseguir un acabado muy brillante con los métodos convencionales de acabado de joyería.

2. Cuproníquel

El cuproníquel tradicional es una aleación a base de cobre con níquel como principal elemento aditivo, de aspecto blanco plateado y brillo metálico, de ahí el nombre de cuproníquel.

2.1 Tipos de cuproníquel

El cuproníquel puede dividirse en tres categorías: cuproníquel ordinario, cuproníquel complejo y cuproníquel industrial.

(1) Cuproníquel ordinario

La aleación binaria de cobre-níquel se denomina cuproníquel ordinario y suele representarse con la letra B, cuyo número siguiente indica el contenido de cobre, como B30, que indica una aleación de cobre-níquel que contiene Ni 30%. Los modelos incluyen B0,6, B19, B25, B30, etc.

(2) Cuproníquel complejo

Una aleación compleja de latón que contiene elementos como manganeso, hierro, zinc y aluminio se denomina latón complejo, representado por la letra B, y los elementos de aleación, como BMn3-12, indican una aleación de cobre-níquel-manganeso que contiene Ni3% y Mn12%. Existen cuatro modelos de latón complejo.

Ferro-cuproníquel. Los modelos incluyen BFe5-1,5(Fe)-0,5(Mn), BFe10-1(Fe)-1(Mn), BFe30-1(Fe)-1(Mn). La cantidad de hierro añadida al ferrocuproníquel no supera los 2% para evitar el agrietamiento por corrosión, y sus características incluyen una alta resistencia y una resistencia a la corrosión significativamente mejorada, especialmente contra la corrosión por agua de mar fluyente.
Manganeso-cuproníquel. Los modelos incluyen BMn3-12, BMn40-1,5, BMn43-0,5. El manganeso-cuproníquel tiene un coeficiente de resistencia a bajas temperaturas, puede utilizarse en una amplia gama de temperaturas, presenta una buena resistencia a la corrosión y tiene una buena mecanizabilidad.
Zinc-cuproníquel. Los modelos incluyen BZn18-18, BZn18-26, BZn18-18, BZn15-12 (Zn) - 1,8(Pb), BZn15-24(Zn)-1,5(Pb). El cinc-cuproníquel tiene excelentes propiedades mecánicas integrales, una extraordinaria resistencia a la corrosión, buena conformabilidad de procesamiento en frío y en caliente, es fácil de cortar y se puede fabricar en materiales de alambre, varillas y placas, utilizados para la fabricación de piezas de precisión en campos como instrumentos, medidores, dispositivos médicos, necesidades diarias y comunicaciones.
Aluminio-cuproníquel. Los modelos incluyen BAl13-3 y BAl16-1.5. El bronce al plomo es una aleación formada por la adición de aluminio a una aleación de cobre y níquel. Las propiedades de la aleación están relacionadas con la proporción de contenido de níquel y aluminio en la aleación, produciéndose las mejores propiedades cuando Ni:Al=10:1. Las aleaciones de aluminio-cuproníquel más utilizadas son Cu6Ni1,5Al, Cu13Ni3Al, empleadas principalmente en la construcción naval, la energía eléctrica, la industria química y los componentes de alta resistencia a la corrosión de estos sectores industriales.

(3) Cuproníquel industrial

El cuproníquel industrial se divide en cuproníquel estructural y cuproníquel de aleación de resistencia de precisión (cuproníquel eléctrico).

Cuproníquel estructural. Las características del latón estructural son buenas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, con un aspecto atractivo. Entre los latones estructurales, los más utilizados son el B30, el B10 y el latón cincado. Además, los latones complejos como el latón de aluminio, el latón de hierro y el latón de niobio también pertenecen al latón estructural. El latón B30 es el más resistente a la corrosión, pero es relativamente caro. El latón de zinc se produce y utiliza en China desde el siglo XV. Se conoce como "plata china", la llamada alpaca o plata alemana pertenece a este tipo de latón zincado. El zinc puede disolverse en grandes cantidades en el cobre-níquel, lo que produce efectos de refuerzo de la solución sólida y resistencia a la corrosión. El zinc cuproníquel puede mecanizarse en piezas de precisión tras añadirle plomo. Por ello, se utiliza ampliamente en instrumentos y dispositivos médicos. Esta aleación tiene una gran solidez y resistencia a la corrosión, buena elasticidad, un aspecto atractivo y es barata. El aluminio en el cuproníquel de aluminio puede mejorar significativamente la fuerza y la resistencia a la corrosión de la aleación, y sus precipitados también pueden producir efectos de endurecimiento por precipitación. El rendimiento del cuproníquel de aluminio se aproxima al del B30 y es barato, lo que lo convierte en un sustituto del B30.
Cuproníquel para aleaciones de resistencia de precisión (cuproníquel eléctrico). El cuproníquel para aleaciones de resistencia de precisión (cuproníquel eléctrico) tiene un buen rendimiento termoeléctrico. El cobre al manganeso BMn 3-12, el constantan BMn 40-1,5, el kovar BMn 43-0,5 y el nuevo constantan con manganeso en lugar de níquel (también conocido como cuproníquel al manganeso sin níquel, que contiene 10,8%~12,5% de manganeso, 2,5%~4,5% de aluminio y 1,0%~1,6% de hierro) son cuproníquel al manganeso con diferentes contenidos de manganeso. El cuproníquel manganeso tiene una alta resistividad y un coeficiente de resistividad a baja temperatura, por lo que es adecuado para la producción de componentes de resistencia estándar y componentes de resistencia de precisión, y se utiliza en la fabricación de instrumentos eléctricos de precisión, reóstatos, medidores, resistencias de precisión, galgas extensométricas y otros materiales.

2.2 Breve historia del cuproníquel

La invención del cuproníquel es un logro excepcional de la tecnología metalúrgica de la antigua China. En la antigua China, el cuproníquel se denominaba "Gan". El "Libro antiguo de Tang - Tratado sobre la ropa" afirma: "Sólo los bueyes que tiran de los carruajes de los funcionarios de primer rango pueden ir adornados con cuproníquel". Esto significa que, durante la dinastía Tang, se estipuló que sólo los bueyes de los funcionarios de primer rango de la corte podían adornarse con cuproníquel, lo que indica que el cuproníquel era muy valioso en aquella época. Los habitantes de Yunnan inventaron y produjeron el cuproníquel, por lo que se cuentan entre los más antiguos de China y del mundo, algo reconocido por la comunidad académica nacional e internacional. El cuproníquel producido en la antigua Yunnan era también el más famoso, conocido como "Cuproníquel de Yun".

Los artefactos de cuproníquel fabricados en la antigua China se vendían en todo el país y se exportaban al extranjero. Según las investigaciones, ya en las dinastías Qin y Han se fundían monedas de cuproníquel en el reino de Daxia, situado al oeste de Xinjiang, que contenían níquel de hasta 20%. Por su forma, composición y las condiciones históricas de la época, es muy probable que fueran transportadas desde China. Durante las dinastías Tang y Song, el cuproníquel de níquel chino ya se exportaba a la región árabe, donde los persas se referían al cuproníquel como "piedra china". Después del siglo XVI, el cuproníquel chino se vendió en todo el mundo y recibió una gran acogida. La Compañía Británica de las Indias Orientales lo exportaba a través de Guangzhou y lo vendía en Europa. El término inglés "Paktong" o "Petong" es una transliteración del cantonés "cupronickel", que significa cuproníquel de China, refiriéndose específicamente a la aleación de cobre y níquel producida en Yunnan.

En los siglos XVII y XVIII, el níquel cuproníquel se introdujo ampliamente en Europa y se consideró un artículo precioso. Se le llamó "plata china" o "cuproníquel chino", e influyó notablemente en la industria química moderna de Occidente. Después del siglo XVI, algunos químicos y metalúrgicos europeos empezaron a estudiar e imitar el cuproníquel chino.

En 1823, los hermanos alemanes Heineger reprodujeron con éxito el cuproníquel de Yunnan. Poco después, Occidente inició la producción industrial a gran escala y rebautizó esta aleación como "plata alemana" o "alpaca", mientras que el auténtico cuproníquel de Yunnan pasó a un segundo plano. Después de que los países occidentales reprodujeran con éxito el cuproníquel de Yunnan, la cantidad exportada de cuproníquel chino disminuyó significativamente. A finales del siglo XIX, la plata alemana había sustituido al cuproníquel chino en el mercado internacional, lo que provocó el declive de la minería y la metalurgia del cuproníquel en China.

2.3 Aplicación del cuproníquel en joyería

En el cuproníquel, donde el níquel es el principal elemento de aleación, el cobre y el níquel pueden disolverse el uno en el otro infinitamente, formando una solución sólida continua; independientemente de sus proporciones, se trata siempre de una aleación α-monofásica (figura 2-9).

Cuando se funde níquel en cobre, y el contenido supera 16%, la aleación resultante se vuelve tan blanca como la plata. Cuanto mayor sea el contenido de níquel, más blanco será el color. La combinación de cobre puro y níquel también puede mejorar significativamente la solidez, la resistencia a la corrosión y la dureza. Por lo tanto, aunque las propiedades mecánicas y físicas del cobre son relativamente buenas, tiene un aspecto atractivo, es resistente a la corrosión y tiene un excelente rendimiento de embutición profunda, lo que lo convierte en un gran material para joyería. Suele utilizarse mucho para fabricar joyas de imitación de plata y de imitación de platino, con una dureza y un brillo muy parecidos a los de las joyas de plata, pero a un precio mucho menor.

En joyería fabricada con materiales de cuproníquel, el más utilizado es el cuproníquel de cinc, cuyos grados típicos y composición se muestran en la Tabla 2-11 y las propiedades del cuproníquel de cinc se muestran en la Tabla 2-12.

Cuadro 2-11 Composición química del cuproníquel-cinc nacional

Grados	Composición química /%
Grados	Ni+Co	Fe	Mn	Zn	Pb	Si	P	S	C	Mg	Sn	Cu	Impurezas totales
BZn 18-18	16. 5 ~ 19. 5	0.25	0.50	Margen	0.05	-	-	-	-	-	-	63. 5 ~ 66. 5	-
BZn 18-26	16. 5 ~ 19. 5	0.25	0.50	Margen	0.05	-	-	-	-	-	-	53. 5 ~ 56. 5	-
BZn 15-20	13.5 ~ 16. 5	0.5	0.3	Margen	0.02	0.15	0.005	0.01	0.03	0.05	0.002	62.0 ~ 65.0	0.9
BZnl5-21-1.8	14. 0 ~ 16.0	0.3	0.5	Margen	1. 5 ~ 2.0	0.15	-	-	-	-	-	60. 0 ~ 63.0	0. 9
BZnl5 -24-1,5	12. 5 ~ 15.5	0.25	0. 05 ~ 0. 5	Margen	1. 4 ~ 1. 7	-	0.02	0. 005	-	-	-	58. 0 ~ 60. 0	0.75
(Liu Ping, 2007; Wang Biwen, 2007; Tian Rongzhang y Wang Shitang, 2002; National Nonferrous Metals Standardization Technical Committee, 2012)

Tabla 2-12 Propiedades físicas y mecánicas del zinc-cuproníquel

Rendimiento	Aleación
Rendimiento	BZnl5-20	BZnl7-18-1.8
Punto de fase líquida /℃	1 081.5	1 121.5
Punto de fase sólida/℃	-	966
Densidad ρ/ g-cm^-3	8. 70	8.82
Capacidad calorífica c/J - (g-°C)^-1	0.40	-
20-100℃ Coeficiente de dilatación lineal α/℃^-1	16. 6X10^-6	-
Conductividad térmica λ/W-(m-℃)^-1	25 ~ 360	-
Resistividad ρ/μΩ-m	0.26	-
Coeficiente de temperatura de resistencia αR/℃^-1	2X10^-4	-
Módulo de elasticidad E/GPa	126 ~ 140	127
Resistencia a la tracción σb/MPa	380 ~ 450 estado blando，800 estado duro	400 estado blando，650 estado duro
Elongación δ/%	35 ~ 45 estado blando，2 ~ 4 estado duro	40 soft state，2.0 hard state
Límite elástico σ_0.2 /MPa	140	-
Dureza Brinell HB	70 estado blando，160 ~ 175 estado duro	-
Rendimiento de corte（comparado con HPb63 - 3）/%	-	50
(Liu Ping, 2007; Wang Biwen, 2007; Tian Rongzhang y Wang Shitang, 2002; National Nonferrous Metals Standardization Technical Committee, 2012)

El cuproníquel absorbe fuertemente el aire cuando está en estado líquido, y su superficie debe cubrirse con carbón vegetal durante la fundición. En primer lugar, se fabrica una aleación intermedia 50%Cu +50%Ni de cobre y níquel, y después de fundir la aleación intermedia de cobre y níquel y el cobre electrolítico, se añade zinc tras la desoxidación. Tras la fusión, se realiza una desoxidación secundaria utilizando cobre fosforado, añadiéndole una cantidad de fósforo de 0,03%. Las piezas fundidas de cuproníquel son propensas a agrietarse durante la solidificación, y la oxidación secundaria puede producirse fácilmente durante la fundición, por lo que se requiere una atención especial. La superficie de las joyas de cuproníquel suele tratarse con galvanoplastia. En comparación con las joyas de latón, aunque la capa galvánica de su superficie se desvanezca, sigue teniendo un aspecto blanco grisáceo, parecido al de las joyas de plata oxidada. Los estilos de joyas fabricadas con cuproníquel son diversos y no tienen nada que envidiar a las fabricadas con plata. La figura 2-10 muestra ejemplos de joyas fabricadas con cuproníquel BZn15-20. Además de producir joyas, el cuproníquel se utiliza mucho en la fabricación de artesanía.

2.4 Desarrollo de los materiales de cuproníquel

El níquel cuproníquel tiene muchas propiedades excelentes como material para joyería, pero también presenta algunos inconvenientes. Dado que el níquel, principal elemento aditivo, es un material escaso, el precio del cuproníquel es relativamente alto. Además, debido a la preocupación generalizada por los efectos nocivos del níquel en varios países, los productos fabricados para entrar en contacto con la piel humana, como cremalleras, monturas de gafas, monedas, cubiertos y joyas, pueden provocar reacciones alérgicas cutáneas. Por ello, los materiales de níquel-cuproníquel se han enfrentado a retos en los últimos años, lo que hace que el desarrollo de nuevas aleaciones de cuproníquel sin níquel sea especialmente importante.

Hasta ahora, la mayor parte de la investigación sobre el cuproníquel sin níquel se ha centrado en la aleación Cu-Mn-Zn, y las principales funciones de cada elemento de aleación son las siguientes.

(1) Manganeso

El manganeso es el principal elemento aditivo de las aleaciones de cuproníquel sin níquel. Puede reducir los componentes amarillos y rojos en el color de la superficie del cobre, actuando como agente blanqueador o decolorante, cambiando el color de la aleación de coloreado a incoloro. El manganeso puede mejorar las propiedades mecánicas de la aleación reforzando la solución sólida. La sustitución parcial del zinc por manganeso puede mejorar las condiciones de envejecimiento de las grietas. El manganeso puede suprimir la evaporación del zinc durante la fundición y reducir los costes de material. Sin embargo, si el contenido de manganeso es superior a 15%, la aleación presentará una estructura multifásica α+β, lo que provocará un peor comportamiento en el procesado. Durante la fundición, el manganeso se oxida fácilmente y forma inclusiones de óxido de manganeso de alto punto de fusión, que tienen una alta densidad y son difíciles de sacar a flote del metal fundido, por lo que es fácil que las piezas fundidas presenten defectos de inclusión. Además, el manganeso aumenta la tasa de contracción de la aleación, reduciendo su fluidez, y un alto contenido de manganeso puede empeorar el rendimiento de procesamiento de la aleación. Por lo tanto, desde la perspectiva del rendimiento del proceso, el contenido de manganeso no debe ser demasiado alto.

(2) Zinc

El zinc puede mejorar la resistencia y la dureza de las aleaciones mediante el refuerzo por solución sólida, reducir el punto de fusión de las aleaciones, mejorar el rendimiento de conformado y reducir el coste de las aleaciones. Cuando el contenido de zinc es demasiado bajo, el efecto de refuerzo es pobre; aumentar el contenido de zinc puede mejorar el efecto de refuerzo. Sin embargo, el zinc reduce significativamente la resistencia a la corrosión del cobre, especialmente cuando el zinc supera los 22%, lo que provoca que la aleación se transforme en una estructura multifásica α+β, que deteriora el rendimiento del procesado y es propensa a problemas de grietas de envejecimiento inducidas por tensiones residuales. Cuando el contenido de zinc es inferior a 30% aproximadamente, el aumento del contenido de zinc reduce el componente rojo en el color de la aleación Cu-Mn-Zn, al tiempo que aumenta el componente amarillo y el valor de brillo. El zinc también tiene un impacto importante en la estabilidad del color de las aleaciones; a medida que aumenta el contenido de zinc, disminuye la resistencia de la aleación a la decoloración con sudor artificial.

(3) Aluminio

El aluminio es uno de los elementos colorantes más importantes en las aleaciones de imitación de oro. A medida que aumenta el contenido de aluminio, el valor de brillo y el componente amarillo de la aleación ternaria Cu-Zn-Al aumentan, mientras que el componente rojo disminuye. El coeficiente equivalente de zinc del aluminio es muy alto; cada 1% de aluminio equivale a 6% de zinc, por lo que la región de fase α se reduce significativamente tras añadir aluminio. El aluminio puede formar una densa película de óxido en la superficie de la aleación, lo que puede mejorar las grietas de envejecimiento y los problemas de corrosión por desgalvanización de la aleación, y también produce el fortalecimiento de la solución sólida, lo que es beneficioso para mejorar las propiedades mecánicas de la aleación. Cuando el contenido de aluminio es demasiado bajo, el efecto de refuerzo es insuficiente y no basta para resistir las grietas de envejecimiento. Sin embargo, si su contenido es superior a 4%, resulta difícil purificar el metal fundido durante la fundición de la aleación, y aparece una compleja estructura de fases α+β que deteriora el rendimiento del trabajo en frío.

(4) Estaño

El coeficiente equivalente de zinc del estaño es 2, por lo que añadir una pequeña cantidad de estaño tiene poco efecto en la estructura, y la aleación sigue siendo monofásica. El estaño tiene un cierto efecto de refuerzo de la solución sólida. No obstante, si su contenido supera un determinado nivel, es propenso a formar fases de bajo punto de fusión en los límites de grano, lo que va en detrimento de las propiedades mecánicas. Una pequeña cantidad de estaño también tiene poco efecto sobre el color de la aleación Cu-Mn-Zn; su función principal es formar una película protectora de SO2 en la superficie de la aleación, lo que puede mejorar en gran medida la resistencia de la aleación a la decoloración. El estaño puede aumentar la fluidez de la aleación y mejorar el rendimiento de la fundición, pero aumenta el coste de la aleación.

(5) Tierras raras

Trazas del elemento de tierras raras cerio pueden refinar el tamaño del grano, mejorar la resistencia a la tracción y el alargamiento de la aleación, y mejorar el rendimiento del trabajo en frío de la aleación.

By comprehensively utilizing these elements, researchers at home and abroad have developed a series of multi-element nickel-free white Cu-Mn-Zn alloys, such as Cu- 12Mn -8Zn – 1Al – 0.04%Ce, Cu – 15Mn – 15Zn – 1Al, Cu – 20Mn – 20Zn – 0.3Al – 0.2Sn – 0.05Mg, etc.

3. Bronce

Las demás aleaciones de cobre se denominan bronce, excepto el latón y el cuproníquel. El bronce se refiere generalmente a la aleación de cobre rojo con estaño, plomo y otros elementos químicos, llamada así por su color gris azulado. El bronce se divide en bronce al estaño y bronce sin estaño, siendo el bronce al estaño la aleación de fundición artística más antigua de la historia. El bronce sin estaño es un nuevo tipo de bronce desarrollado en los tiempos modernos, que utiliza elementos como el silicio y el aluminio para sustituir al estaño, más caro, al tiempo que mejora algunas propiedades del bronce al estaño. La mayor ventaja del bronce es su excelente resistencia al desgaste, y también tiene una alta resistencia a la corrosión en vapor, agua de mar y soluciones alcalinas, que es una razón importante por la que las antiguas obras de arte de bronce se han conservado perfectamente hasta nuestros días. Además, el bronce tiene un punto de fusión más bajo, un mejor rendimiento de fundición y buenas propiedades mecánicas.

El bronce utilizado para fundiciones artísticas suele incluir bronce al estaño, bronce al silicio, bronce al aluminio, etc.

3.1 Bronce al estaño

El bronce al estaño es una antigua aleación de cobre con más de 5.000 años de historia. La mayoría de los tesoros del antiguo arte de fundición de la nación china se fundieron en bronce al estaño, como el Simuwu Ding de la dinastía Shang, las vasijas rituales de los periodos de Primavera y Otoño y de los Estados Combatientes, y las bianzhong (campanas de bronce), entre otros.

(1) Estructura y características del estaño bronce

El bronce al estaño se basa en una aleación de cobre y estaño; el diagrama (Figura2-11) es el diagrama de fase binaria Cu-Sn y salen fases α, β, γ, δ, entre las cuales la fase α es una solución sólida sustitutiva de estaño disuelto en cobre puro, con una red cúbica centrada en la cara, conservando así la buena plasticidad del cobre puro. La fase Β es una solución sólida basada en el compuesto electrónico Cu₅ Sn, con una red cúbica centrada en el cuerpo, existente a altas temperaturas y descompuesta durante el proceso de enfriamiento. La fase Γ es una solución sólida basada en CuSn, con propiedades similares a la fase β. La fase δ es una solución sólida basada en el compuesto electrónico Cu₃₁ Sn₈ , con una compleja red cúbica, existente a temperatura ambiente, dura y quebradiza.

Fundición en bronce para solución sólida α y eutéctica (α+δ ). En el bronce al estaño, la fase 8 está incrustada en la matriz α blanda como puntos duros, lo que confiere al bronce al estaño una buena resistencia al desgaste. Además, la organización de bronce en la fase α y 8-fase tiene un potencial de electrodo similar, y estaño bronce en la atmósfera; la superficie se formará una capa de densa SnO₂ , una fina película que recubre la superficie del bronce para que éste tenga una buena resistencia a la corrosión. Cuanto mayor sea el contenido de estaño, más gruesa y densa será la capa de SnO₂ mejor será la resistencia a la corrosión del estaño-bronce. El color de la aleación aumenta con el aumento del contenido de estaño de rojo a amarillo verdoso. Cuando el contenido de estaño es superior a 20%, es de color blanco, utilizado en la antigüedad para fabricar espejos de bronce. En la figura 2-12 se muestra el efecto del estaño en las propiedades mecánicas del bronce. Cuando el contenido de estaño es inferior a 5% ~ 7% en la región monofásica; con el aumento del contenido de estaño, la resistencia y el alargamiento de la aleación aumentan; cuando el contenido de estaño es superior a 5% ~ 7%, debido a la organización del eutéctico (α+δ ), de modo que el alargamiento disminuye, la resistencia sigue aumentando. Cuando el contenido de estaño es 18%, la resistencia y la dureza de la plasticidad más alta están en el punto más bajo. El contenido de estaño de unos 5% de un bronce de estaño de fase α simple es fácil de colorear.

(2) El papel de los elementos de aleación en el estaño-bronce

① Zinc. La adición de zinc al bronce al estaño puede reducir el intervalo de temperaturas de cristalización del bronce al estaño, mejorar la fluidez de la aleación y disminuir la tendencia a producir cavidades de contracción. Además, el zinc tiene una presión de vapor relativamente alta durante la fusión, y el vapor de zinc formado puede impedir la oxidación de los elementos de cobre y estaño, purificando la aleación y reduciendo la tendencia a formar poros. El efecto del zinc sobre la estructura y las propiedades del estaño-bronce es similar al del estaño, ya que la adición de 2% de zinc equivale al papel de 1% de estaño. Sin embargo, el precio del zinc es mucho más bajo que el del estaño, por lo que se puede utilizar zinc en sustitución del estaño para reducir costes. Si el contenido de zinc supera los 5%, puede hacer que los patrones sean poco claros, aumentar la susceptibilidad a la corrosión y dificultar la generación de una elegante capa exterior verde.

② Plomo. El plomo tiene una dureza muy baja y se distribuye en forma de partículas en el estaño-bronce, lo que mejora la resistencia al desgaste de la aleación y facilita el procesamiento del bronce. Al mismo tiempo, el bajo punto de fusión del plomo aumenta la fluidez del estaño-bronce. Durante la solidificación, el plomo se acumula en los huecos entre las dendritas, reduciendo la contracción y evitando las fugas; el mejor efecto antifugas se consigue generalmente con un contenido de plomo de alrededor de 5%. El plomo tiene una gravedad específica relativamente alta en el bronce, y un exceso de plomo puede causar segregación gravitacional, por lo que es importante agitar el estaño-bronce con plomo antes de verterlo y utilizar refrigeración por agua o moldes metálicos para acelerar el enfriamiento y evitar la segregación.

③ Níquel. El níquel es infinitamente soluble en la solución sólida de bronce, promoviendo el desarrollo de α dendritas; por lo tanto, añadir una pequeña cantidad de níquel puede reducir la segregación de estaño y plomo. La adición de níquel 1%~2% puede refinar los granos, mejorar las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión y la estabilidad térmica, y mejorar el rendimiento de fundición del bronce. Una mayor cantidad de níquel hará que el bronce parezca más blanco.

Hierro. La función principal del hierro es similar a la del níquel; puede refinar los granos, aumentar la resistencia y mejorar el rendimiento de la coloración. Sin embargo, el contenido debe controlarse por debajo de 5%; de lo contrario, hará que el bronce se vuelva quebradizo y reducirá la resistencia a la corrosión.

⑤ Aluminio. En el bronce al estaño, el aluminio es una impureza perjudicial que dificulta la coloración. Mientras haya aluminio 0,5%, la superficie cambia de rojo oscuro a amarillo dorado y luego a blanco plateado. Sin embargo, el aluminio puede mejorar la fuerza, la resistencia a la corrosión y el rendimiento de la fundición en el bronce sin plomo.

⑥ Fósforo. 0,03%~0,06% el fósforo debe añadirse al bronce de estaño para desoxidarlo y mejorar el rendimiento de la fundición; cantidades excesivas pueden producir fácilmente una fase quebradiza Cu₃ P y reducir los efectos colorantes.

⑦ Silicio. Añadir silicio al bronce deteriora sus propiedades mecánicas y de fundición, pero puede aumentar su resistencia a la corrosión. El silicio da a la superficie un color entre rojo oscuro y marrón, que a veces parece púrpura, debido a una capa muy densa de SiO₂ película que cubre la superficie, dificultando la coloración.
El estaño bronce tiene un bello aspecto y un excelente rendimiento de procesamiento. Se ha utilizado ampliamente en la artesanía de fundición desde la antigüedad. En la Tabla 2-13 se enumeran algunos materiales de estaño-bronce de uso común para la fundición artística.

Tabla 2-13 Estaño Bronce para vaciados artísticos

Nombre, grados	Principales componentes químicos /%					Impureza /%≯					Observaciones
Nombre, grados	Sn	Zn	Pb	A1	Cu	Sb	Fe	Al		Total	Observaciones
ZCuSn2Zn3	1.8 ~ 2.2	2.5 ~ 3.5			Margen						Normativa china
ZCuSn3A12	2.5 ~ 3.5			1.5 ~ 3.5	Margen						Normativa china
ZCuSnl2Mnl	10 ~ 15	0. 15 ~ 0. 25	0. 2 ~ 0. 3	Mn 1.0 ~ 1. 25	Margen						Normativa china
ZCuSn5Zn5Pb5	4.0 ~ 6.0	4.0 ~ 6.0	4.0 ~ 6.0		Margen						Normativa china
ZCuSn10Zn2	9.0 ~ 11.0	1.0 ~ 2.0			Margen						Normativa china
BC1	2.0 ~ 4.0	8.0 ~ 12.0	3.0 ~ 7.0		79. 0 ~ 83. 0					2.0	Estándar japonés
BC6	4.0 ~ 6.0	4.0 ~ 6.0	4.0 ~ 6.0		82. 0 ~ 87.0					2.0	Estándar japonés
BC7	5.0 ~ 7.0	3.0 ~ 5.0	1.0 ~ 3.0		86. 0 ~ 90. 0					1.5	Estándar japonés
G - CuSn5ZnPb	4.0 ~ 6.0	4.0 ~ 6.0	4.0 ~ 6.0		84. 0 ~ 86. 0	0.3	0.3	P0. 05	S0. 10		Alemania Estándar
C90300	7.5 ~ 9.0	3.0 ~ 7.0			86.0 ~ 89. 0	0.2	0.15	0. 005	Si0. 005	1.76	American Standard
(Tian Rongzhang y Wang Zhutang, 2002)

El bronce al estaño se utiliza para la fundición de obras de arte y es capaz de soportar altas temperaturas, una elevada humedad y la exposición a gases residuales urbanos (principalmente CO₂SO₂gases NO) e incluso la lluvia ácida. En la atmósfera normal, la velocidad de corrosión del estaño-bronce es de 0,001mm/a; en la atmósfera costera, es de 0,002mm/a; en la atmósfera industrial, es de 0,002~0,006mm/a.

Las grandes piezas de arte fundido para exteriores pueden agrietarse debido a la tensión causada por la luz solar, las diferencias de temperatura y la soldadura en una atmósfera corrosiva. El bronce al estaño tiene una baja tendencia al agrietamiento por tensión, lo que puede reducir eficazmente este riesgo. Por ejemplo, el Buda de Tian Tan en Hong Kong está hecho de 8% Sn y 4%, siendo el resto de cobre, fundido y soldado, y se terminó en 1989. Desde entonces se encuentra a salvo en el pico Muk Yu de la isla de Lantau, en Hong Kong.

3.2 Aplicación del bronce en la artesanía

Debido a su bello aspecto y a sus excelentes prestaciones de transformación, el bronce se ha utilizado ampliamente como material para la joyería artesanal desde la antigüedad hasta nuestros días.

En la antigüedad, además de utilizarse ampliamente como utensilio, también se empleaba para ornamentos delicados e intrincados, como los brazaletes de bronce de la dinastía Han y los anillos de bronce de la dinastía Liao. Hoy en día, la aplicación del bronce en la artesanía y la joyería tiene un gran potencial de desarrollo, especialmente con la mejora de los niveles económicos, el rápido desarrollo de la fundición de bronce, la gran demanda del mercado, una amplia variedad de productos y diversos métodos de réplica, imitación y creación. Se utiliza ampliamente como esculturas urbanas, recipientes rituales para templos, estatuas de Buda, cuadros decorativos y objetos de colección. En cuanto a la joyería, el bronce también se utiliza para fabricar diversos adornos y accesorios. Por ejemplo, la famosa marca de moda griega Folli Follie está especializada en el diseño, fabricación y distribución de joyas, relojes y accesorios. La empresa ha lanzado la serie Precious Bronze, que combina bronce y plata. Los collares, pulseras y pendientes tienen una forma redondeada irregular que evoca un sentimiento nostálgico que recuerda a una tierra bañada por la luz dorada del sol. La mezcla de distintos materiales y la frescura de la plata crean bellas curvas. Estos lujosos tesoros llevan las brillantes características de Folli Follie, exudando la elegancia y la belleza de las verdaderas fashionistas.

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Sección IV La artesanía de la joyería en cobre

Existen varios métodos para fabricar joyas de aleación de cobre, como la fundición a la cera perdida, el estampado, el prensado hidráulico, el electroformado, el tallado y el grabado.

1. El proceso de fundición a la cera perdida para joyería en cobre

La fundición en molde de yeso se ha convertido en el método principal para la fabricación de joyas, y el flujo de proceso típico para la fundición a la cera perdida de joyas de cobre es el siguiente:

Fabricación de modelos originales→ Fabricación de moldes de caucho (moldes de compresión, vulcanización, moldes de apertura)→ Fabricación de moldes de cera (inyección de cera, acabado de cera)→ Plantación de árboles de modelos de cera→ Fabricación de moldes de fundición (mezcla de lechada de polvo de fundición, aspiración, vertido de lechada, aspiración, desparafinado, quemado)→ Fundición y vertido (pretratamiento de aleación, fundición, vertido)→ Limpieza de fundición (eliminación de polvo de fundición, inmersión en ácido, prepulido)→ Postprocesado (acabado de moldes, fraguado, pulido, galvanoplastia).

1.1 Modelo original

Determine el método de producción de versiones originales adecuado en función de la complejidad de la pieza, las especificaciones y los requisitos de calidad del cliente. Los métodos de producción de modelos originales de joyería se dividen en tres categorías: modelos de cera tallados a mano, modelos generados por ordenador y modelos de plata hechos a mano. Tomando como ejemplo los modelos de cera tallados a mano, el proceso principal incluye los siguientes aspectos: examen del pedido y corte del material→ acabado en bruto→ acabado fino→ eliminación del peso inferior→ apertura de la posición de engaste de la piedra→ reparación.

(1) Ver el pedido y cortar el material

Comprender los requisitos del cliente en función del pedido, como el tamaño, el tamaño de la piedra, el límite de peso de la cera, etc. Seleccione un material de cera adecuado para la pieza de trabajo, luego marque líneas en el material de cera y utilice una hoja de sierra o una sierra de arco para cortar a lo largo de las líneas marcadas.

(2) Acabado en bruto

Dibuje las líneas principales sobre el material, incluidos los contornos interior y exterior. Utilice una tira gruesa para coser las partes sobrantes. Instale la fresa de acabado en la amoladora eléctrica de eje flexible colgante para el procesamiento preliminar, creando primero un contorno aproximado. A continuación, cambie a la fresa de acero y quite las marcas profundas dejadas por la tira gruesa y la fresa de acabado (Figura 2-13). Por último, utilice una lima para eliminar las marcas que deja la fresa de acero, dejando la superficie lisa.

(3) Acabado fino

El acabado fino se basa en el acabado rugoso y el tratamiento posterior para que toda la muestra de cera sea más refinada y estéticamente agradable. En primer lugar, se utiliza un compás para tomar las dimensiones de cada parte en la plantilla de la muestra de cera y trazar algunas líneas auxiliares. Basándose en estas líneas auxiliares, elimine el exceso de cera con una fresa de acabado y, a continuación, utilice una fresa de acero para alisar las marcas ásperas dejadas por el proceso anterior. Utilice espátulas grandes y pequeñas para nivelar las esquinas o partes sobresalientes de la muestra de cera, y refínela con un bisturí. Por último, limas grandes y pequeñas alisan el conjunto de la muestra de cera.

(4) Extracción del contrapeso inferior

El propósito de eliminar el peso inferior es reducir el peso de la pieza de trabajo. Instale la fresa de bola y la fresa de muela en la amoladora eléctrica de eje flexible colgante, y utilice la fresa de bola para eliminar el exceso de material de cera en la parte inferior del cabezal del patrón o en el círculo interior del vástago del anillo (Figura 2-14). Generalmente, el grosor inferior reservado para el engaste en pavé es de 1,1 mm; para el engaste en oro claro y enrasado, es de 0,7 mm; para el engaste en bisel y en canal, es de 1,6 mm. A continuación, utilice una fresa dental, una fresa de taladro, un bisturí, etc., para recortar el marco inferior de la muestra de cera. Durante la eliminación del peso inferior, es importante medir con frecuencia las dimensiones en la posición de oro claro, posición de engaste de pavé, posición de engaste de canal, etc., utilizando calibradores internos para evitar desviaciones.

(5) Colocar la piedra

Según el tamaño de la piedra y el método de engaste, abra la posición de la piedra, utilice brocas de diamante adecuadas para el engaste en canal y el engaste en bisel, perfore agujeros en la posición designada de la piedra y, a continuación, utilice fresas de acero, limas pequeñas, escalpelos, etc. para realizar los ajustes; también se pueden utilizar fresas de acero para abrir directamente la posición de la piedra.

(6) Reparación

La reparación implica ajustar ciertos detalles para garantizar que la pieza reparada cumpla mejor los requisitos del pedido. Durante la reparación, debe prestarse atención a ajustar y coordinar la relación entre el peso y el tamaño del encerado de acuerdo con los requisitos del pedido en cuanto a peso y dimensiones del producto.

(7) Pulido

Limpie la superficie de la placa de cera con un paño de nylon para que quede lisa y fina.

(8) Replicar el modelo Silver

Una vez terminado el modelo de cera tallado a mano, debe fundirse en un modelo de plata para reproducir el molde de caucho. A continuación, se refina la superficie del modelo de plata fundido (Figura 2-15) para garantizar un buen acabado de la superficie, evitando que cualquier defecto del modelo de plata se reproduzca en la pieza fundida. Se comprueba que la forma, las dimensiones y el peso del modelo de plata cumplen los requisitos del pedido. Además, se complementan algunos procesos que el modelo de cera tallado a mano no puede completar, como la colocación de puntas, la creación de hebillas y botones, pendientes colgantes, etc.

(9) Muelles de soldadura

El bebedero está diseñado para dejar un canal para el flujo de metal fundido durante el proceso de fundición. En la fundición de joyas, debido a que no hay elevadores establecidos en la pieza de trabajo para compensar la contracción, el bebedero se ha convertido en un canal para el llenado de metal líquido, pero también tiene que soportar la contracción de solidificación de metal líquido dentro del maquillaje para la contracción de la tarea, el ajuste correcto del bebedero es para asegurar que la calidad de la fundición de las condiciones básicas de la fundición de muchos de los defectos de la fundición del molde fundido directa o indirectamente por el ajuste del bebedero causado por la irracionalidad de los defectos, tales como llenado insuficiente, aflojamiento, porosidad, y otros defectos comunes.

1.2 Fabricación de moldes de caucho

(1) Llenado y prensado de caucho crudo

Utilice un rotulador con base de aceite para dibujar la línea de separación a lo largo del borde de la forma del modelo como posición de separación para cortar el molde de caucho. La posición de la línea de separación se determina basándose en el principio de facilitar el desmoldeo. Prepare la placa de caucho y las partículas de caucho de acuerdo con las dimensiones del modelo plateado, coloque el modelo plateado en la posición adecuada sobre la placa de caucho y rellene los huecos, rebajes y posiciones de colocación de la piedra en el modelo maestro utilizando métodos como tapar, envolver, parchear y rellenar, asegurándose de que no queden huecos entre la placa de caucho de silicona y la placa maestra (figura 2-16). A continuación, se aplica la placa de caucho restante; para garantizar la longevidad del molde de caucho, suele prensarse con más de cuatro capas de película de silicona. Después de ser prensado en el marco del molde, el espesor del molde de caucho es ligeramente superior al plano del marco en unos 2 mm. Durante la operación, la placa de caucho de silicona debe mantenerse limpia, y debe evitarse el contacto directo con la superficie de la placa de caucho de silicona; en su lugar, la placa de caucho protectora de la superficie debe arrancarse después de adherir la película de silicona.

(2) Vulcanización

Primero, precaliente el vulcanizador, luego coloque el marco de moldeo con la lámina de silicón pre-prensada dentro y apriete la manija para presionar la placa de calentamiento contra el marco de moldeo. Compruebe cuidadosamente si la placa calefactora está bien presionada (Figura 2-17). El caucho comúnmente utilizado tiene un rango de temperatura de vulcanización de 143~173℃, y la temperatura óptima depende del tipo de caucho. Antes de calentar, presione durante unos minutos, luego aumente gradualmente la presión. Elija el tiempo de vulcanización en función del grosor del modelo; por ejemplo, 30 minutos para 12 mm de grosor, 45 minutos para 18 mm y 75 minutos para 36 mm. Una vez transcurrido el tiempo de vulcanización, retire rápidamente el molde de caucho y, después de que se enfríe de forma natural a temperatura ambiente, puede proceder a la operación de apertura del molde.

(3) Apertura del molde de goma

La apertura del molde de caucho implica cortar el molde de caucho prensado para extraer el modelo original (Figura 2-18) y dividir el molde de caucho en varias partes según la complejidad de la forma de la muestra, de modo que el molde de cera pueda retirarse sin problemas después de la inyección de cera. La apertura del molde de caucho suele emplear un método de posicionamiento de cuatro pies.

1.3 Fabricación de moldes de cera

Debido a la naturaleza fina de la joyería, al hacer moldes de cera es necesario utilizar la presión de una máquina de inyección de cera para inyectar el líquido de cera en la cavidad del modelo de caucho. Existen muchas máquinas de inyección de cera, incluidas las máquinas ordinarias de inyección de cera a presión de aire, las máquinas de inyección de cera al vacío y las máquinas automáticas digitales de inyección de cera. Coloque el material de cera en el depósito de cera. El material de cera debe mantenerse limpio, y la temperatura del tanque de cera y de la boquilla debe ajustarse a la temperatura requerida.

Antes de aplicar la cera, abra el molde de silicona y compruebe su integridad y limpieza. Pulverice agente desmoldeante en las zonas más pequeñas y complejas del molde (o espolvoree una pequeña cantidad de polvos de talco) para facilitar la extracción del molde de cera.

Ponga en marcha la bomba de vacío durante la inyección de cera y compruebe si la temperatura de la cera está entre0~75℃. Ajuste el tiempo de inyección y la presión de aire de acuerdo con la complejidad de las piezas de cera en el molde, luego sujete uniformemente el molde para realizar la operación de inyección de cera (Figura 2-19). La pieza de cera se puede retirar del molde después de enfriarse durante aproximadamente 1 minuto. Se debe tener cuidado al retirar el molde para evitar romper o deformar la pieza de cera.

Tras retirar el molde de cera, inspeccionarlo cuidadosamente. Si hay defectos como destellos, marcas de sujeción, cabezas de flores poco claras o cabezas de flores superpuestas, es necesario recortarlos con una cuchilla quirúrgica; en el caso de agujeros de arena y garras rotas, pueden repararse con un soldador de cera; los pequeños agujeros obstruidos pueden penetrarse con una aguja de soldar; en el caso de deformación del molde de cera, puede corregirse en agua caliente a 40~50℃. Por último, un algodón empapado en alcohol elimina las virutas de cera del molde.

1.4 Árbol modelo de cera para chapado

Después de recortar el molde de cera, se debe plantar un árbol modelo de cera para proceder con las operaciones posteriores. La plantación de un modelo de árbol de cera consiste en soldar secuencialmente los moldes de cera preparados en una varilla de cera de forma estratificada utilizando un soldador de cera, lo que da como resultado un modelo de árbol de cera que se asemeja a un árbol grande (Figura 2-20).

1.5 Producción de moldes de yeso

(1) Inversión - Polvo de mezcla y lechada

En el proceso de fabricación de moldes, se utilizarán algunas máquinas y equipos típicos, incluidos mezcladores de polvo simples, extractores de vacío, mezcladores de polvo de vacío automáticos, etc. En la Figura 2-21 se muestra el proceso típico de mezcla y rejuntado de polvo de yeso de colada.

Debido a la electricidad estática generada en el árbol modelo de cera, que atrae fácilmente el polvo, puede sumergirse en un tensioactivo o detergente diluido antes del rejuntado, lavarse con agua destilada y secarse. Durante el proceso de mezclado y rejuntado, debe prestarse atención a controlar adecuadamente el tiempo de fraguado de la lechada de yeso. Si fragua demasiado rápido, el gas no puede ser expulsado a tiempo; si fragua demasiado despacio, el polvo puede depositarse fácilmente en la lechada, dando lugar a un cambio local en la relación sólido-líquido, causando diferentes rugosidades en la parte superior e inferior de la joya.

Una vez terminado el molde de fundición y realizada la operación de vacío, debe dejarse reposar durante 1,5~2 horas para que el molde de yeso se solidifique y endurezca por completo. A continuación, retire la base de goma, el material de envoltura alrededor del matraz de acero y la lechada salpicada, y haga marcas en el lateral y la superficie del molde de fundición.

(2) Eliminación de la cera del molde

Tras la solidificación de la pasta, existen dos métodos diferentes para eliminar la cera: la desparafinación por vapor o la desparafinación por secado en un horno de calcinación.

El desparafinado con vapor puede eliminar la cera con mayor eficacia y beneficiar al medio ambiente. Tenga en cuenta que la ebullición del agua no debe ser demasiado vigorosa, y el tiempo de desparafinado con vapor debe ser controlado; de lo contrario, el agua salpicada puede entrar en el molde y dañar la superficie del molde. Además, en la fundición con fraguado de cera, el uso del desparafinado con vapor puede diluir el protector de ácido bórico del polvo de fundición, lo que puede provocar problemas como piedras preciosas turbias o descoloridas.

El desparafinado por quemado es un método que utiliza directamente un horno de quemado para calentar el molde, permitiendo que el material de cera se derrita y fluya fuera del molde. Debido al bajo punto de ebullición del material de cera, cuando se utiliza este método, si el líquido de cera hierve violentamente, puede dañar la superficie del molde, o si el líquido de cera no se descarga suavemente, puede filtrarse en la capa superficial del molde, lo que deteriorará la calidad de la superficie de la pieza fundida. Por lo tanto, es importante controlar la temperatura y la velocidad de calentamiento durante la etapa de desparafinado y establecer la plataforma de aislamiento correspondiente.

(3) Quemado de moldes

La finalidad del quemado es eliminar la humedad del molde de yeso y la cera residual, consiguiendo la resistencia a altas temperaturas y la permeabilidad al aire del molde deseadas y cumplir los requisitos de temperatura del molde durante el vertido. El sistema y el equipo de quemado influyen en gran medida en el rendimiento final del molde de yeso.

Los hornos de calcinación de yeso utilizados en la industria joyera adoptan generalmente hornos de resistencia, y algunos utilizan hornos de aceite. Independientemente del tipo de horno, la distribución de la temperatura dentro del horno debe ser lo más uniforme posible. Se suele utilizar el horno de resistencia, que generalmente adopta calentamiento por tres lados, y algunos utilizan calentamiento por cuatro lados. Suelen venir con dispositivos de control de temperatura y pueden lograr un control segmentado de la temperatura. Sin embargo, la distribución de la temperatura dentro del horno no es lo suficientemente uniforme, y también es difícil ajustar la atmósfera dentro del horno durante el quemado. En los últimos años, han surgido continuamente algunas tecnologías avanzadas de calcinación, centradas en lograr una distribución uniforme de la temperatura en el interior del horno, eliminar los residuos de cera y automatizar el control del horno. Por ejemplo, un tipo de horno utiliza un método de lecho giratorio, con calentamiento en los cuatro lados, proporcionando calor uniforme y estable. El molde de yeso puede calentarse uniformemente, lo que lo hace especialmente adecuado para los requisitos de los procesos de fundición en molde de cera.

Al tostar el molde, debe establecerse un sistema de tostado adecuado y una plataforma de conservación del calor durante varias etapas sensibles. El molde se quema a la temperatura más alta durante 3~4 horas. Una vez quemado todo el carbono residual, es necesario bajar la temperatura del molde a cierta temperatura para evitar defectos como la contracción y la porosidad de la pieza fundida debido a una temperatura excesiva del molde; sin embargo, como las piezas de joyería suelen ser bastante delicadas y difíciles de formar, no se utiliza el vaciado en frío del molde para garantizar un llenado completo. De lo contrario, la superficie de la pieza fundida es propensa a presentar rugosidades y contornos poco claros. Por lo general, dependiendo de la estructura de la pieza y de la cantidad de colada, la temperatura del molde durante el vertido oscila entre 520~650℃.

1.6 Fundir y verter

(1) Pretratamiento de la aleación

En la producción de fundición de joyería, el efecto de las piezas fundidas de joyería está estrechamente relacionado con el estado de la aleación de joyería. Cuando los metales puros y las aleaciones intermedias se mezclan y vierten directamente, es fácil que se produzcan problemas como una composición desigual, pérdidas graves y defectos como agujeros. Por lo tanto, generalmente es necesario pretratar la aleación de joyería fundiendo y vertiendo varios metales puros y materiales de aleación en cuentas o fundiéndolos en lingotes y luego dosificándolos según el peso requerido. Por lo general, se prefiere el método de las perlas prefabricadas, en el que el metal fundido sale del crisol y se enfría instantáneamente y se divide en gotitas cuando se vierte en agua de refrigeración, solidificando las partículas de metal sólido (Figuras 2-22 a 2-24). Las partículas de aleación redondas y de tamaño adecuado son beneficiosas para la composición uniforme durante el proceso de fusión, el control de la temperatura y la reducción de defectos como agujeros, agujeros de arena y puntos duros, que también están estrechamente relacionados con el control de la pérdida de metal.

(2) Fundición de aleaciones

Los métodos de fusión habituales para las aleaciones de joyería se dividen en dos categorías principales: fusión con soplete y fusión por inducción.

① Fundición con soplete. La fundición con soplete para moldear joyas es un método de producción tradicional que utiliza herramientas y equipos sencillos. En primer lugar, el metal se funde mediante llamas y, a continuación, se funde manualmente utilizando un equipo de vaciado sencillo. Los gases de combustión utilizados en la fundición con soplete incluyen gas y oxígeno, gas natural y oxígeno, etc. Generalmente, no se utiliza el oxígeno-acetileno porque su temperatura es demasiado alta, lo que provoca una pérdida importante de metal y dificultades de control.
En la fundición de sopletes se suelen utilizar crisoles de arcilla. Antes de fundir, compruebe cuidadosamente la calidad del crisol; la pared interior debe tener una capa vidriada lisa y densa sin escoria residual. Preparar el fundente para la formación de escoria, normalmente utilizando bórax anhidro. En primer lugar, precaliente el crisol y, a continuación, añada las partículas de cobre, ajustando la intensidad y la naturaleza de la llama a los niveles adecuados. Cuando el material de cobre esté a punto de fundirse, espolvoree una pequeña cantidad de bórax sobre la superficie del líquido y remueva suavemente el metal fundido de manera uniforme con una varilla de vidrio (Figura 2-25). Cuando la temperatura alcance la temperatura de vertido requerida, se puede sacar el molde para verterlo.

Durante el proceso de fundición, controle la temperatura y la atmósfera de la llama; de lo contrario, se producirá una oxidación grave, que provocará la pérdida de metal y la contaminación por escoria del metal fundido, especialmente en las aleaciones de latón, que son propensas a una pérdida importante por oxidación del zinc. La temperatura de fundición se controla generalmente entre 980~1020℃ para reducir la pérdida de metal y evitar que se prolongue.

② Fundición por inducción. En la producción de joyas de cobre, el método de fusión por inducción se utiliza ampliamente para fundir aleaciones de cobre (Figura 2-26). El control de la atmósfera durante la fusión influye significativamente en la calidad del metal fundido. En general, existen varios métodos, como la fusión al vacío, la fusión con protección de gas inerte y la fusión con protección de llama reductora. La fusión en vacío es beneficiosa para la calidad metalúrgica; sin embargo, no es adecuada para las aleaciones de cobre, especialmente las aleaciones de latón con alto contenido de zinc, porque el vacío exacerba la volatilización del zinc, lo que provoca graves pérdidas de metal, fluctuaciones significativas de la composición y los humos de fusión pueden dañar fácilmente el sistema de vacío. Por lo tanto, los gases inertes como el argón y el nitrógeno o las llamas reductoras se utilizan generalmente para aislar y proteger la superficie del metal fundido para lograr una excelente calidad metalúrgica cuando se funden por inducción aleaciones de cobre.

(3) Vertido

Dado que las piezas de joyería son relativamente delicadas, la solidificación se produce rápidamente durante el proceso de fundición, lo que provoca una pérdida de fluidez. Por lo tanto, la fundición por gravedad convencional tiene dificultades para garantizar una forma adecuada, y es necesario introducir alguna fuerza externa para promover el rápido llenado de la cavidad del molde con metal fundido, logrando piezas fundidas con formas completas y contornos claros. Según el método de utilización de la fuerza externa, puede dividirse en dos categorías principales: fundición centrífuga y fundición estática; según el grado de automatización del proceso de fundición, puede dividirse en máquinas de fundición manual y máquinas de fundición a presión.

① Vertido manual. El vertido manual se suele realizar con soplete o fusión por inducción. Después de fundir y refinar el metal líquido, se ajusta la temperatura al intervalo de temperatura de colada. A continuación, se retira el molde del horno de calcinación para prepararlo para el vertido. Según el tipo de equipo utilizado, la colada manual incluye principalmente la colada centrífuga y la colada por succión al vacío.

La figura 2-27 es una simple máquina centrífuga de transmisión mecánica de algunas pequeñas fábricas de procesamiento de joyas. No viene con un dispositivo de calentamiento por inducción, utiliza gas-oxígeno para fundir el metal, o utiliza un horno de inducción para fundir el metal y verterlo en un crisol. El molde de yeso se coloca plano en la base del molde del brazo giratorio, y éste se pone en marcha. Bajo la acción de la fuerza centrífuga, el metal fundido entra en la cavidad del molde, completando el proceso de vertido. Muchos factores afectan a la calidad durante la operación, por lo que es adecuado para verter pequeños artículos de joyería, como eslabones, pendientes, etc.

La fundición a presión negativa se produce cuando la presión del aire en la cavidad del molde es inferior a la presión del aire exterior, utilizando la diferencia de presión para introducir metal fundido en el molde. La colada en vacío manual es la forma más sencilla de colada en vacío, ya que utiliza una máquina de succión, cuyo componente principal es un sistema de vacío sin dispositivo de calentamiento y fusión. Por lo tanto, debe utilizarse con un soplete u horno de fusión. El aspecto de la máquina de succión se muestra en la Figura 2-28. Una vez fundido el líquido metálico, se coloca la compuerta de vertido del molde de fundición en posición vertical sobre la cámara de vacío y se enciende el dispositivo de vacío para verter el líquido. Es relativamente sencillo de manejar y muy eficaz, por lo que se utiliza ampliamente en fábricas pequeñas y medianas. Como la fundición se realiza en la atmósfera, el líquido metálico tiene problemas de oxidación secundaria y absorción de gases. Todo el proceso de colada está controlado por el operario, incluida la temperatura de colada, la velocidad de colada, la altura del cabezal y la manipulación de la escoria en la superficie del líquido, por lo que muchos factores humanos pueden afectar a la calidad. Es adecuado para la fundición de artículos decorativos de tamaño medio a grande, como anillos para hombre, colgantes, pulseras, etc.

② Vertido automático de máquinas de colada. Con el aumento de los requisitos de calidad de los productos de joyería y los avances tecnológicos en la industria de la joyería, las máquinas automáticas de fundición se han convertido en equipos muy importantes en la fundición a la cera perdida de joyería, sirviendo como base importante para garantizar la calidad del producto. Basándose en el tipo de fuerza externa utilizada, las máquinas de fundición de joyería comúnmente utilizadas se dividen en dos categorías: fundición centrífuga y fundición estática.

En respuesta a las deficiencias de las máquinas de fundición centrífuga simples tradicionales, las máquinas de fundición centrífuga modernas integran el calentamiento por inducción y la fundición centrífuga, logrando avances significativos en la tecnología de accionamiento y programación, mejorando las capacidades de programación y el control de automatización del proceso. La figura 2-29 muestra una cámara típica de fusión y colada de una máquina de colada centrífuga para joyería, que puede utilizarse para colar joyería de aleación de cobre.

La máquina de fundición estática más avanzada y utilizada es la máquina automática de fundición a presión en vacío (Figura 2-30). Hay muchos modelos de este tipo de máquina, y las máquinas de colada producidas por diferentes empresas tienen cada una sus propias características. Aun así, suelen constar de calentamiento por inducción, sistemas de vacío, sistemas de control, etc. En cuanto a su estructura, suelen ser verticales, siendo la parte superior una cámara de inducción y la inferior una cámara de colada al vacío. El fondo del crisol tiene un orificio, que se sella con una varilla de émbolo refractaria durante la fusión. Al verter, la barra de émbolo se levanta, y el metal fundido se vierte en la cavidad del molde. Generalmente, se instala un termopar dentro de la varilla del émbolo, que puede reflejar con precisión la temperatura del metal fundido. Las máquinas automáticas de colada en vacío suelen fundir y colar metales al vacío o en atmósferas de gas inerte, lo que reduce la posibilidad de oxidación del metal y la absorción de gases. Se controlan ampliamente mediante programación informática, tienen un alto grado de automatización y producen piezas fundidas de calidad estable con defectos de porosidad reducidos, por lo que son muy apreciadas por muchos fabricantes. Este equipo se utiliza en pequeñas cantidades para la fundición de joyas de cobre con bajo contenido de zinc, mientras que para las aleaciones de cobre con alto contenido de zinc, se suele utilizar con menos frecuencia para evitar dañar el sistema de vacío.

1.7 Limpieza de la colada

Después de verter la pieza fundida, se deja durante unos 15 minutos; a continuación, el molde se enfría en agua para realizar la operación de yeso explosivo. El calor residual del molde de polvo de colada se encuentra con el agua de enfriamiento, lo que hace que el agua se vaporice instantáneamente, dando lugar a un fenómeno de polvo explosivo que separa la pieza fundida del molde de polvo de colada.

Utilice un chorro de agua a alta presión para eliminar el polvo de colada residual de la superficie de la pieza. La pieza lavada suele quedar negra. Sumergir la pieza lavada en una solución acuosa de ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico o ácido clorhídrico. El remojo en ácido elimina completamente el polvo de fundición residual de varias partes de la pieza fundida y las inclusiones oxidadas en la superficie de la pieza fundida. Cuando se remojan joyas de cobre en una solución de ácido fluorhídrico, la concentración es de aproximadamente 5%, y el tiempo de remojo es de unos 20 minutos.

Después de eliminar el polvo de colada, la pieza sigue teniendo forma de árbol y es necesario cortarla en su bebedero, clasificarla y ordenarla por tipo para prepararla para el siguiente proceso. En primer lugar, pese la pieza en bruto en forma de árbol después de retirar el polvo de colada, calcule la pérdida durante el proceso de colada y, a continuación, realice la operación de corte del bebedero.

1.8 Tratamiento posterior de las piezas moldeadas

Para conseguir diversos efectos superficiales en joyería e incrustar distintos tipos de piedras preciosas, el tratamiento posterior de las piezas fundidas es crucial. Normalmente, implica varios procesos principales: pulido mecánico, acabado, engaste y tratamiento de superficies (como pulido, galvanoplastia, coloración, etc.). A continuación presentamos brevemente estos procesos principales.

(1) Acabado

El proceso de acabado consiste en integrar, encajar, soldar y procesar la superficie rugosa de las piezas en bruto de joyería, devolviéndoles su modelo original. El procedimiento de acabado es un paso importante en el proceso de fabricación de joyas. La calidad de las joyas se verá directamente afectada si el proceso de acabado no está bien ejecutado. Según las categorías y características estructurales de los productos de joyería, pueden dividirse en varios tipos típicos, como anillos, pendientes, cadenas y pulseras. Sus procesos de acabado no son iguales, pero en general pasan por los siguientes procedimientos.

① Conformación. Restaure la pieza a su modelo original y dimensiones estándar.

② Limar el bebedero. En primer lugar, utilice una lima gruesa para alisar el bebedero y la superficie y, a continuación, utilice una lima lisa para reparar varias partes de la pieza para que quede lisa (Figura 2-31).

③ Montar agujeros de arena de reparación de soldadura o soldadura. Suelde los accesorios en la posición adecuada en la pieza de trabajo, sirviendo como decoración o fijando la pieza montada (Figura 2-32). Cuando aparezcan agujeros de arena en la pieza de trabajo, utilice soldadura para repararlos.

④ Hervir en solución de alumbre. Después de soldar, la pieza formará una sustancia negro-grisácea en la superficie, que puede eliminarse después de hervirla en agua de alumbre para limpiar las impurezas de la superficie de la pieza (Figura 2-33).

⑤ Limar la superficie. Utilice una lima deslizante para rectificar el círculo interior, el círculo exterior y el lateral del anillo para que la superficie quede lisa y sin rebabas, con una forma suave.

⑥ Pulido con papel de lija. El papel de lija elimina las marcas de limado de la pieza de trabajo, dejando la superficie de la pieza lisa (Figura 2-34).

(2) Piedras de engaste

El engaste artesanal es un método técnico que combina piedras preciosas de diferentes colores, formas y texturas mediante un engaste exhaustivo, limado, tallado, cincelado y soldadura para crear diversas formas y estilos, lo que les confiere un alto valor de apreciación como objetos de artesanía y decoración.

Los métodos de incrustación más comunes son el engaste en pavé invertido, el engaste con puntas, el engaste a ras, el engaste Italia, el engaste pavé, el engaste en canal y el engaste invisible. El proceso general de engaste de piedras se divide en tres pasos principales: la preparación antes del engaste, la operación de engaste y el acabado de la superficie después del engaste.

① Trabajos de preparación antes de colocar las piedras. Se divide principalmente en dos pasos: seleccionar las piedras y aplicar la laca al fuego.

Selección de piedras: Consiste en comprobar la calidad, cantidad y peso de varias especificaciones de piedras preciosas según el pedido para ver si cumplen los requisitos. A continuación, se examinan y clasifican, y las piedras preciosas se asignan según la cantidad del pedido del cliente para que el departamento de engaste organice la producción.

Aplicación de laca al fuego: Se trata de fijar la pieza en el mango de laca al fuego, facilitando al operario su sujeción y manipulación durante el proceso de incrustación de la piedra. Se utiliza sobre todo para pendientes, colgantes y otras piezas con incrustaciones; otros métodos de incrustación dependen de los requisitos específicos de procesamiento de las mercancías.

② Operación de ajuste. La operación de engaste suele dividirse en cinco pasos básicos: medición de la posición de la piedra, pulido de la posición de la piedra, colocación de la piedra, fijación de la piedra y reparación. Los principales métodos de incrustación incluyen el engaste con puntas, el engaste con pavé, el engaste en canal, el engaste al ras, el engaste en bisel, el engaste invisible, etc. Tomando como ejemplo el engaste por puntas, los pasos de su funcionamiento se muestran en la Figura 2-35.

③ Acabado superficial. Incluye principalmente tres pasos: lavado de la laca al fuego, acabado de los bordes y raspado de los bordes.

El lavado de la laca al fuego consiste en utilizar un soplete para cocer la cera sobre la pieza una vez incrustada la piedra, retirar después la pieza y sumergirla en aguarrás para limpiar la cera.

Acabado de cantos: Es el proceso de utilizar herramientas como limas, fresas de máquina y papel de lija para alisar la superficie rugosa de la pieza, restaurando la superficie de la pieza tras el engaste a un estado liso y suave.

Recorte de bordes: Es el proceso de nivelar las rebabas en el lado interior del borde dorado de la pieza después del engaste del bisel, el engaste del canal y el enrasado, haciendo que las líneas del borde interior sean suaves y la superficie brillante.

(3) Tratamiento de superficies

Existen muchos métodos de tratamiento superficial para las joyas de aleación de cobre, y la galvanoplastia es uno de los más utilizados. Suele constar de tres fases principales: pretratamiento, galvanoplastia y postratamiento.

① Preprocesamiento. El pulido es un proceso clave para conseguir el mejor efecto estético de las joyas. Los equipos más utilizados son las pulidoras normales y las pulidoras de disco. Las pulidoras normales son de dos tipos: simples y de reciclaje. Cuando la rueda de pulido gira a gran velocidad, se generan altas temperaturas entre la joya, la rueda de pulido y el compuesto de pulido fundido, lo que aumenta la plasticidad del metal, mejora las finas irregularidades de la superficie y aumenta el brillo de la joya (Figura 2-36). El efecto del pulido depende principalmente de las características de la superficie a procesar, es decir, del grado de pulido y nivelación de la superficie de la pieza, así como del tipo y características de los materiales de pulido utilizados durante el proceso de pulido. Las joyas pulidas deben lograr un acabado liso e impecable, formas simétricas, líneas suaves, grosor uniforme, bordes y esquinas redondeados, y estar libres de problemas como puntas rotas o piedras sueltas.

En la superficie de las joyas que han sido pulidas se adhieren casi inevitablemente manchas de cera o aceite, por lo que es necesario someterlas a un tratamiento de desengrasado antes de la galvanoplastia. Entre los métodos de desengrase más comunes se encuentran el desengrase por ultrasonidos y el desengrase electroquímico. El desengrase por ultrasonidos puede mejorar aún más la velocidad y la eficacia del desengrase con disolventes y productos químicos, tiene una corrosión mínima en el sustrato y ofrece una gran eficacia de desengrase y purificación, por lo que es especialmente eficaz para piezas complejas con agujeros finos y agujeros ciegos. Las máquinas de limpieza por ultrasonidos se han convertido en un equipo indispensable en la fabricación de joyas (Figura 2-37). En el pasado, la limpieza de esquinas muertas, agujeros ciegos y zonas de difícil acceso ha sido un problema difícil, pero la limpieza por ultrasonidos puede resolver eficazmente este problema. Esto es particularmente significativo para la joyería, ya que la mayoría de las piezas son piezas de trabajo complejas y finamente estructuradas.

El desengrase electroquímico consiste en colgar la joya en el cátodo o ánodo de un electrolito alcalino (Figura 2-38). Durante la electrólisis, las burbujas que escapan de la superficie de la joya tienen un fuerte efecto desgarrador sobre la película de grasa de la superficie, y la agitación causada por las burbujas ascendentes arrastra continuamente el aceite, aumentando aún más el efecto desengrasante. La velocidad del desengrase electroquímico supera a la del desengrase químico, lo que se traduce en una buena eficacia.

Las joyas deben limpiarse y grabarse ligeramente antes de entrar en la cuba de galvanoplastia. El objetivo de la limpieza es eliminar el líquido adherido a la superficie de la joya, favorecer la deposición de iones metálicos y evitar la contaminación de la solución galvánica. Generalmente, las joyas de cobre se limpian antes del galvanizado utilizando una línea de producción de limpieza en contracorriente de varias etapas, como se muestra en la Figura 2-39. El objetivo principal del grabado es neutralizar cualquier solución alcalina que pueda quedar en la superficie de la pieza, disolver la película de óxido de la superficie de la pieza y activar la superficie para garantizar una unión fuerte entre la capa de revestimiento y el metal base. La concentración de la solución de grabado suele ser bastante diluida, 1%~5%, y no daña el acabado superficial del material, con un tiempo que suele ser de sólo unos segundos a 1 minuto.

② Operación de galvanoplastia. La galvanoplastia de la superficie de las joyas de cobre suele incluir varios métodos, como el chapado en plata, el chapado en oro y el chapado en rodio. En el caso del chapado en oro o rodio, suele aplicarse previamente una capa de níquel en la superficie de la joya. Durante la producción, es necesario controlar regularmente la solución galvánica en el tanque de chapado y varios indicadores clave del material para evitar desajustes en los indicadores, que podrían provocar problemas de calidad del producto.

③ Tratamiento posterior al chapado. La pieza, después de la galvanoplastia, se sumerge primero en un vaso de recuperación de la solución de galvanoplastia, se enjuaga con agua, se sumerge en agua pura caliente, se enjuaga con una lavadora de vapor y, por último, se seca con una pistola de aire caliente.

2. El proceso de estampación de joyas de cobre

El proceso de estampado es muy utilizado en la producción de joyas de cobre, especialmente las blancas, la mayoría de las cuales utilizan el proceso de estampado. El proceso es muy similar al de la joyería estampada de acero inoxidable; para más detalles, véase la introducción en otros artículos.

3. El proceso de electroconformado de joyas de cobre

3.1 Introducción a la tecnología de electroconformado

El electroconformado es un método de procesamiento especial que utiliza el principio de la deposición electrolítica de metales para reproducir con precisión determinadas piezas complejas o de formas especiales. Es una aplicación especial de la galvanoplastia. El principio del electroconformado se muestra en la Figura 2-40.

Se utiliza el molde original fabricado con la forma deseada como cátodo y el material de electroformación como ánodo, y se colocan juntos en una solución de sal metálica que es la misma que la del material del ánodo, aplicando corriente continua. Bajo la acción de la electrólisis, la capa metálica de electroformación se deposita gradualmente sobre la superficie del molde original y alcanza el espesor deseado, se retira de la solución, y la capa de electroformación se separa del molde original, obteniéndose así una réplica metálica correspondiente a la forma del molde original.

Comparado con el proceso de fundición a la cera perdida, el electroconformado puede producir piezas más grandes con paredes muy finas, lo que lo hace especialmente adecuado para elaborar artículos decorativos. La principal desventaja del electroconformado es su baja eficiencia, ya que el grosor de la capa metálica electroconformada suele ser de 0,02~0,05 mm por hora. Utilizando adecuadamente una solución de electroconformado de alta concentración, aumentando la temperatura de la solución y mejorando la agitación, se puede mejorar la densidad de corriente, reduciendo el tiempo de electroconformado y aumentando así la eficiencia del electroconformado.

3.2 Proceso de electroconformado de joyas de cobre

El proceso típico de electroconformado para joyería de cobre incluye esculpir el molde, replicar el molde, inyectar el molde de cera, acabar el molde de cera, aplicar la placa de plata, electroconformar, acabar, retirar la cera y pulir.

(1) Fabricación de moldes de cera

Hacer moldes de cera implica diseñar el material de cera, esculpir el molde, replicar el molde, inyectar los moldes de cera y acabar los moldes de cera. Cuando se fabrican piezas grandes, también se utilizan plantillas para esculpir arcilla, que se copian en moldes de silicona y cera.

① Esculpir el molde de cera. Tallado en una plantilla de cera mediante técnicas de alto relieve, bajo relieve, calado y tallado lineal. En primer lugar, se realiza un tallado inicial en bruto, que se lleva a cabo de acuerdo con la intención del diseño y las condiciones del proceso, utilizando herramientas de tallado para moldear el material de cera de una forma determinada para determinar su forma básica; tras el proceso inicial en bruto, se realiza un tallado fino y un acabado detallado para subsanar diversas deficiencias de los pasos anteriores y para que la superficie del molde de cera quede lisa y pulida.

② Replicar moldes. Copiar el modelo de cera tallada cualificado en un molde de caucho para lograr el objetivo de la producción en serie.
Para la joyería de cobre pequeña, primero, fije el modelo de cera en una superficie de vidrio, rodéelo con papel de lija, dejando una cierta distancia entre el modelo y el tubo de papel de lija, luego aspire la silicona mezclada uniformemente e inyéctela en el tubo de papel de lija (Figura 2-41), luego aspire, y el pegamento se inyecta según la situación real. Después de llenarlo de silicona, colóquelo en la máquina de vacío para aspirar, y ponga el último tubo de lija aspirado en una posición adecuada y estable para dejarlo secar de forma natural.

Para los adornos de cobre de gran tamaño, se suele adoptar el método de aplicar primero cola sobre la plantilla y luego utilizar escayola para la réplica. Fije el modelo en un disco y utilice un pincel para aplicar la silicona preparada sobre la plantilla. Una vez calificada la primera capa, repita el cepillado dos veces más hasta que el grosor alcance los 3~5 mm. Utilice la arcilla oleosa para rellenar el hueco cóncavo más grande. A continuación, utilice la cantidad adecuada de agua para mezclar una buena pasta de yeso, con una pala plana y la mano (con guantes de goma) raspar y limpiar el barro de yeso en la placa de molde, un espesor de aproximadamente 20 ~ 30 mm. Raspado y limpieza, dependiendo de la complejidad de la forma del modelo, se divide en varias partes de la producción, dividido en dos piezas, complejo dividido en 3 ~ 4 o varias piezas, para facilitar la eliminación del molde de goma y el modelo. Después del trabajo, todo el molde se coloca a secar de forma natural, con un martillo de goma para golpear la capa de yeso descompuesto.

③ Corte de moldes. Utilice un bisturí para cortar la capa de silicona en la posición adecuada y retire el modelo. Al cortar el molde, elija zonas que sean fáciles de reparar para que el molde de cera vertida sea fácil de terminar (raspar) en la placa. Evite cortar los rasgos faciales de las esculturas de personas o animales. Después de cortar el molde, compruebe la calidad del molde de silicona para ver si hay burbujas y si los moldes de silicona encajan bien. Para artículos decorativos grandes, cierre el molde de silicona cortado, utilice yeso para descomponer el molde y mantener unido el molde de silicona, fíjelo y, a continuación, utilice líneas de pegamento y cinta adhesiva para fijarlo bien.

④ Inyección de moldes de cera. Utilice el gas de un compresor de aire para soplar las impurezas del interior del molde de caucho y, a continuación, coloque el molde en un horno eléctrico para precalentarlo durante unos 5 minutos, permitiendo que la temperatura del molde alcance los 60~65℃ y elimine la humedad. Retire el molde del horno, ciérrelo y asegúrese de que las juntas están completamente selladas, asegurándolas con gomas elásticas. Utilice una cuchara de hierro para sacar la cera del tanque de calentamiento eléctrico y viértala en el molde de caucho (Figura 2-42), luego colóquelo en una máquina de vacío-vibración para aspirar durante 1~2 minutos, retire el suplemento de cera y vuelva a aspirar durante 1~2 minutos. Una vez finalizadas las operaciones de inyección, suplementación y vacío, coloque el molde de caucho en el banco de trabajo para que se enfríe de forma natural. Una vez solidificada la abertura de vertido, coloque el molde en un recipiente de plástico lleno de agua fría para acelerar la solidificación de la cera. El tiempo de solidificación depende del volumen de cera, generalmente más de 30 minutos y a veces hasta 1 día. Una vez que el modelo de cera dentro del molde de goma se haya solidificado por completo, afloje las gomas elásticas y la cinta adhesiva y abra el molde de goma para extraer la figura de cera.

⑤ Acabado de moldes con cera. Utilice un raspador de cera o un cuchillo quirúrgico para eliminar las rebabas, marcas de cera, bebederos, etc., del molde de cera (Figura 2-43), y deje toda la superficie del molde de cera bonita y lisa. Utilice un soldador eléctrico para hacer puntos de cera para rellenar pequeños agujeros y otros defectos en el molde de cera o conectar varias partes de cera. Limpie la superficie del molde de cera con gasolina para dejarla limpia y lisa.

(2) Electroformado

El electroconformado en hueco es el proceso de electroconformado en hueco de piezas de joyería a partir de un molde de cera, utilizando el recubrimiento de chapa de plata y la tecnología de electroconformado. Para las piezas más grandes y las que tienen requisitos especiales, también se necesita la galvanoplastia para el tratamiento de transformación de la superficie.

① Inserte las varillas para colgar. Las varillas colgantes deben introducirse en el molde de cera para facilitar la electroformación de la cuba de colada y lograr la fijación y la conductividad.

② Aplicar la placa de plata (capa conductora). Dado que el molde de cera no es un material conductor, debe aplicarse una capa uniforme de placa de plata a la superficie del molde de cera. Durante el proceso de secado natural de la placa de plata, la acetona del disolvente se evapora y se forma una capa conductora muy fina en la superficie del molde de cera, preparándose así para el proceso de electroconformado (Figura 2-44).

③ Abrir los agujeros reservados. Para eliminar la cera y la placa de plata y garantizar la pureza del metal del adorno, es necesario dejar agujeros reservados para el tratamiento posterior. Así se evita aumentar la pérdida de metal y la probabilidad de que se produzcan desechos del producto debido a la apertura de agujeros en el producto acabado. La apertura de orificios reservados debe seguir dos puntos: en primer lugar, no debe afectar a la estética y debe colocarse en una posición relativamente oculta; en segundo lugar, la cantidad y el tamaño deben ser adecuados. Por lo tanto, debe coordinarse con varios procesos, como el tallado en cera, el grabado de caracteres, la inserción de varillas y el postprocesado, y no puede hacerse de forma independiente.

④ Pesaje. Coloque el molde de cera con la varilla colgante de hierro en la balanza electrónica para conocer y controlar el peso de la colada.

⑤ Colocar el molde en el tanque para electroformado. El molde de cera debe limpiarse con agua pura antes de colocarlo en el tanque para eliminar el polvo de la superficie; de lo contrario, la colada puede desarrollar perforaciones debido al polvo. Las zonas con más huecos en el molde de cera deben estar orientadas hacia la malla metálica del cilindro de colada, lo que garantiza una velocidad de colada más rápida en los huecos y una capa de colada más uniforme. De lo contrario, la velocidad de colada en los huecos será lenta, lo que dará lugar a una capa de colada fina después del desmoldeo, que puede provocar perforaciones durante el esmerilado y la eliminación de la cera.

A la hora de inicio prevista, sacar la colada para pesarla. Si el peso cumple con el rango requerido, se puede arrancar y limpiar, y luego la varilla colgante de la colada se puede registrar y entregar a la siguiente operación de proceso.

(3) Tratamiento de superficies

Las piezas electroconformadas de cobre suelen requerir un chapado en oro en la superficie. En el caso de los productos de arena afelpada, suele aplicarse una fina capa de oro inmediatamente después del electroconformado de cobre. El proceso de chapado en oro se produce después del tratamiento superficial de las piezas electroconformadas de cobre para agua y productos. Las tareas típicas de tratamiento de superficies incluyen el acabado, taladrado, eliminación de cera, pulido y chapado en oro.

① Acabado. Realizar un tratamiento preliminar en la superficie fundida para eliminar las rebabas.

② Eliminación de la cera. Retire la cera del interior de la pieza de fundición para convertirla en un cuerpo metálico completo, una pieza de fundición de joyería artesanal hueca y de varias capas.

Primero, coloque la joya en el horno eléctrico de 150~300 ℃ durante 20~30 minutos para quemar la cera de la joya. Retírela mientras está caliente y colóquela en la máquina de eliminación de cera por ultrasonidos para eliminar cualquier resto de cera. Después de eliminar la cera, retire la joya y vierta el agua en el interior, a continuación, coloque la pieza fundida en la máquina de limpieza por ultrasonidos para su limpieza. Enjuague la superficie de la pieza fundida con agua del grifo, utilice una pistola de aire para eliminar las gotas de agua del interior y el exterior de la pieza fundida y déjela secar al aire de forma natural en el banco de trabajo.

③ Cocción en el horno. Después de limpiar la superficie del accesorio, por favor colóquelo en el horno de 750℃ durante unos 10~20 minutos para hornear a grados para eliminar la humedad y las impurezas en la arena, previniendo la aparición de manchas rojas, eliminando la tensión interna, y cambiando la fragilidad del accesorio.

④ Pulido. Pulir determinadas zonas de las piezas fundidas para que el producto parezca más llamativo, deslumbrante y noble.

Chapado en oro. El objetivo principal es mejorar la protección superficial de la pieza y evitar la decoloración de la superficie de la pieza. La pieza se introduce en un desengrasante químico y se limpia en un tanque de electrodesengrase para eliminar el aceite de la superficie. Después de limpiarla, se realiza la operación de chapado en oro.

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Dominio de la joyería con aleaciones de cobre: Técnicas, materiales y tendencias

Índice

Sección I

Sección II Cobre puro y aleaciones de alto contenido en cobre

1. Popper puro y sus propiedades

2. Aleación de alto contenido en cobre

3. Rendimiento del proceso del cobre puro y las aleaciones con alto contenido en cobre

Sección III Aleaciones de cobre

1. Latón

1.1 Tipos de latón

1.2 Propiedades del latón

2. Cuproníquel

2.1 Tipos de cuproníquel

2.2 Breve historia del cuproníquel

2.3 Aplicación del cuproníquel en joyería

2.4 Desarrollo de los materiales de cuproníquel

3. Bronce

3.1 Bronce al estaño

3.2 Aplicación del bronce en la artesanía

Sección IV La artesanía de la joyería en cobre

1. El proceso de fundición a la cera perdida para joyería en cobre

1.1 Modelo original

1.2 Fabricación de moldes de caucho

1.3 Fabricación de moldes de cera

1.4 Árbol modelo de cera para chapado

1.5 Producción de moldes de yeso

1.6 Fundir y verter

1.7 Limpieza de la colada

1.8 Tratamiento posterior de las piezas moldeadas

2. El proceso de estampación de joyas de cobre

3. El proceso de electroconformado de joyas de cobre

3.1 Introducción a la tecnología de electroconformado

3.2 Proceso de electroconformado de joyas de cobre

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