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Introducción del material de oro puro utilizado en la fabricación de joyas
Características del oro puro y sus aleaciones para joyería
Introducción:
El oro amarillo tiene un hermoso color, buena estabilidad química, excelente valor estético y coleccionable, y un papel en la conservación y el aumento de valor. También tiene una ductilidad excepcional y se ha utilizado como material decorativo y moneda para joyería, artesanía y monedas conmemorativas desde la antigüedad.
Índice
Sección Ⅰ Propiedades básicas del oro
1. Propiedades físicas del oro
Los indicadores de las propiedades físicas del oro tienen múltiples aspectos, como se muestra en la Tabla 3-1.
Tabla 3-1 Principales propiedades físicas y valores índice del oro (extraído parcialmente de Ning Yuantao y otros, 2013)
| Propiedades físicas | Valores índice | Propiedades físicas | Valores índice |
|---|---|---|---|
| Croma | L* = 84,0, a* = 4,8, b*= 34,3 | Coeficiente de dilatación lineal (0 ~ 100℃) | 14.2 x 10-6/℃ |
| Densidad (18℃) | 19,31 g/cm3 | Resistividad (25℃) | 2.125 x 10-6 Ω - cm |
| Punto de fusión | 1064℃ | Capacidad calorífica específica (25℃) | 25,33 J/(mol - K) |
| Punto de ebullición | 2860℃ | Calor de fusión | 12,5 kJ/mol |
| Presión de vapor(1064℃) | 0,012 Pa | Calor de vaporización | 365,3 kJ/mol |
| Conductividad térmica (25℃) | 315 W/(m - K) | Temperatura de Debye ϴp | 178 K |
| Difusividad térmica (0℃) | 1.25 m2/s | Susceptibilidad magnética | -0.15x10-6 cm3/g |
En general, las propiedades físicas del oro presentan las siguientes características:
(1) El oro tiene un color dorado y es uno de los dos únicos metales coloreados entre todos los materiales metálicos (el otro es el cobre).
(2) El oro tiene una densidad alta y parece pesado. La densidad del oro disminuye al aumentar la temperatura, y cuando ésta alcanza su punto de fusión (a punto de empezar a fundirse), la densidad baja a 18,2 g/ cm3; cuando se funde completamente en líquido (la temperatura permanece constante en el punto de fusión), la densidad desciende a 17,3 g/ cm3.
(3) El oro tiene un punto de fusión moderado, y su calor de fusión es relativamente inferior al de los metales del grupo del platino, lo que resulta beneficioso para procesos térmicos como la fundición, el moldeado y la soldadura.
(4) El oro tiene una buena conductividad eléctrica y térmica. La conductividad eléctrica del oro sólo es superada por la de la plata y el cobre, que ocupa el tercer lugar. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistividad. La conductividad térmica del oro sólo es superada por la de la plata, con un 74％.
(5) El oro tiene una volatilidad muy baja. Entre 1000-1300℃, la cantidad de oro vaporizado es insignificante. La tasa de vaporización del oro está relacionada con la atmósfera circundante y la temperatura de calentamiento. Por ejemplo, al fundir oro en condiciones atmosféricas a 1075℃,1125℃ y 1250℃, al cabo de 1 hora, la pérdida de oro es de 0,009％, 0,10％ y 0,26％; en gas de hulla, la pérdida de oro evaporado es seis veces superior a la del aire; en monóxido de carbono, la pérdida es dos veces superior a la del aire.
(6) La susceptibilidad magnética del oro es negativa, mostrando diamagnetismo.
2. Las propiedades químicas del oro
2.1 El oro tiene una gran estabilidad química.
(1) Propiedades antioxidantes.
El oro tiene excelentes propiedades antioxidantes y no sufre reacciones químicas ni siquiera en presencia de humedad en la atmósfera. El oro es el único metal que no reacciona con el oxígeno a altas temperaturas; a 1000℃, no se observó pérdida de peso tras colocar oro en una atmósfera de oxígeno durante 40 horas.
(2) Resistencia a la corrosión.
El oro tiene un potencial de ionización muy alto y es químicamente muy estable. A temperatura ambiente, los ácidos inorgánicos simples como el ácido nítrico, el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico, el ácido fluorhídrico y otros ácidos fuertes no pueden reaccionar con él. La mayoría de los ácidos orgánicos (como el ácido tartárico, el ácido cítrico, el ácido acético, etc.) y las soluciones alcalinas NaOH o KOH tampoco pueden reaccionar con él. Sin embargo, algunos ácidos simples, ácidos mixtos, gases halógenos y soluciones salinas pueden provocar diversos grados de corrosión en el oro. Por ejemplo, el agua regia (una mezcla 3:1 de ácido clorhídrico y ácido nítrico), el agua clorada, el agua bromada, el ácido bromhídrico (HBr), la solución de yodo en yoduro de potasio (KI +I2), solución alcohólica de yodo (C2H5OH + I2), solución de cloruro de hierro en ácido clorhídrico (FeCl3 + HCl), solución de cianuro (NaCN, KCN), cloro (a temperaturas superiores a 420 K), tiourea (NH2⸳CS⸳NH2), acetileno (C2H2a una temperatura de 753 K), y los ácidos mixtos de ácido selénico y ácido telúrico o ácido sulfúrico pueden todos interactuar con el oro. Los efectos de varios medios corrosivos sobre el oro se muestran en la Tabla 3-2.
Tabla 3-2 Comportamiento del oro en diversos medios corrosivos
| Medios corrosivos | Estado medio | Temperatura | Grado de corrosión del oro | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Medios corrosivos | Estado medio | Temperatura | Casi sin corrosión | Ligera corrosión | Corrosión moderada | Corrosión grave |
| Ácido sulfúrico | 98％ | Temperatura ambiente - 100℃ | Sí | |||
| Ácido nítrico | 70％ | Temperatura ambiente - 100℃ | Sí | |||
| Ácido nítrico | Smoky > 90％ | Temperatura ambiente | Sí | |||
| Ácido clorhídrico | 36％ | Temperatura ambiente - 100℃ | Sí | |||
| Ácido fluorhídrico | 40％ | Temperatura ambiente | Sí | |||
| Agua regia | 75％HC1 + 25％HNO3 | Temperatura ambiente | Sí | |||
| Ácido perclórico | 70-72％ | Temperatura ambiente -100℃ | Sí | |||
| Ácido fosfórico | > 90％ | Temperatura ambiente - 100℃ | Sí | |||
| Cloro | Cloro seco | Temperatura ambiente | Sí | |||
| Cloro | Cloro húmedo | Temperatura ambiente | Sí | |||
| Ácido cítrico | Temperatura ambiente ~ 100℃ | Sí | ||||
| Ácido selénico | Temperatura ambiente - 100℃ | Sí | ||||
| Mercurio | Temperatura ambiente | Sí | ||||
| Solución de cloruro de hierro (III) | Temperatura ambiente | Sí | ||||
| Solución de hidróxido de sodio | Temperatura ambiente | Sí | ||||
| Solución de amoniaco | Temperatura ambiente | Sí | ||||
| Solución de cianuro potásico | Temperatura ambiente - 100℃ | Sí | ||||
| Hidróxido de sodio fundido | 350℃ | Sí | ||||
| Peróxido de sodio fundido | 350℃ | Sí | ||||
| Solución de yodo en alcohol | Temperatura ambiente | Sí | ||||
2.2 El oro puede formar varios compuestos, y existir en los compuestos como estados de oxidación +1 o +3.
Los cloruros de oro incluyen el tricloruro de oro (AuCl3) y monocloruro (AuCl). El AuCl3 anhidro es rojo, y el AuCl3⸳2H2O es de color amarillo anaranjado. Calentar polvo de oro en cloro a 140-150℃ puede producir AuCl3. La disolución de oro en agua regia o en soluciones acuosas que contienen cloro también genera AuCl3. AuCl3que forma fácilmente complejos con otros cloruros, como M[AuCl4], H[AuCl4], lo que permite que el oro exista en una forma estable de AuCl4 forma. Esta es la base del método de cloración para la extracción de oro. El oro puede precipitarse a partir de soluciones de cloruro que contienen oro utilizando sales ferrosas, dióxido de azufre, ácido oxálico, etc.
Los cianuros de oro incluyen el cianuro de oro (AuCN), el dicianuro de oro [Au(CN)2], etc. Calentamiento de ácido clorhídrico o ácido sulfúrico con cianuro potásico de oro [KAu(CN) 2puede producir AuCN. Es un polvo cristalino de color amarillo limón que puede disolverse en amoniaco, polisulfuro de amonio, cianuros de metales alcalinos y tiosulfatos. Los cianuros de oro simples reaccionan fácilmente con cianuros de metales alcalinos para formar complejos de cianuro de oro, como Na[Au(CN)2], K[Au(CN)2etc.; en presencia de oxígeno, el oro en la solución de cianuro también puede formar los complejos anteriores, de modo que el oro para estabilizar el Au(CN) 2existe en la solución. Esto es muy importante para la extracción de oro con cianuro, Au(CN) 2El oro en la solución es fácil de precipitar por el agente reductor.
Los sulfuros de oro incluyen el disulfuro de oro(II) (Au2S) , disulfuro de oro(II) (Au2S2) , y trisulfuro de oro(II) (Au2S 3) . Au 2El S puede disolverse en solución de KCN y sulfuros de metales alcalinos.
Los óxidos de oro incluyen el óxido de oro(II) (Au2O) y óxido de oro(III) (Au2O 3). Como el oro no reacciona directamente con el oxígeno,
Los óxidos de oro sólo pueden obtenerse a partir de soluciones que contengan oro. Tratando cloruro de oro diluido enfriado con sosa cáustica se puede producir un polvo de color púrpura intenso, un hidrato de óxido de oro, y calentándolo se genera Au 2O. Cuando Au 2O entra en contacto con el agua, se descompone en Au2O 3.
Los hidróxidos de oro son trivalentes [Au(OH) 3] y monovalente (AuOH), siendo el primero más estable.
2.3 Los compuestos de oro se reducen rápidamente a oro elemental.
Los metales más fuertes que pueden reducir el oro son el magnesio, el zinc y el aluminio. Esta propiedad se aprovecha en el proceso de extracción de oro con cianuro, en el que se utiliza polvo de zinc como sustituto. Las sustancias orgánicas como el ácido fórmico, el ácido oxálico, la hidroquinona, la hidracina, el acetileno, etc., también pueden reducir el oro. Existen muchos agentes reductores para los compuestos de oro, entre ellos el hidrógeno a alta presión, los metales con una serie potencial anterior a la del oro, así como el peróxido de hidrógeno, el cloruro de estaño, el sulfato ferroso, el cloruro férrico, el óxido de plomo, el dióxido de manganeso, las bases fuertes y los peróxidos de metales alcalinotérreos.
3. Propiedades mecánicas del oro
3.1 Baja dureza
En estado recocido, la dureza del oro es sólo de 25-27 HV. En el estado fundido, su dureza también es sólo de alrededor de HV30. Cuando la tasa de deformación es del 60％ en el estado deformado en frío, su dureza es de aproximadamente HV60.
3.2 Poca resistencia al desgaste
Debido a su baja dureza, los arañazos de las uñas y las mordeduras de los dientes pueden dejar marcas. Las joyas de oro pueden desarrollar rápidamente abolladuras, arañazos y problemas de desgaste debido a los impactos y la fricción durante el uso diario.
3.3 Alto índice de alargamiento, buena ductilidad
El índice de alargamiento en estado fundido alcanza el 30％, mientras que el índice de alargamiento en estado recocido puede llegar al 45％.
3.4 Baja resistencia, pequeño módulo elástico, fácil de deformar
El límite elástico del oro de gran pureza a temperatura ambiente es de sólo 3,43 MPa, y el módulo elástico es de sólo 79 GPa.
4. El rendimiento del proceso del oro
4.1 Buen rendimiento de la fundición
El punto de fusión del oro es moderado, y la temperatura de fundición del metal fundido no suele superar los 1200℃, lo que lo hace adecuado para procesos de fundición de precisión con moldes de yeso, que no son propensos a defectos de fundición como la contracción y el vacío. La volatilidad del oro es extremadamente baja; cuando se funde entre 1100℃-1300℃, la pérdida por volatilización del oro es de sólo 0,01％ 0,025％, y la cantidad de pérdida por volatilización está relacionada con el contenido de impurezas volátiles en la carga y la atmósfera de fundición. La pérdida por evaporación del oro en el gas es seis veces mayor que en el aire, y la pérdida en el monóxido de carbono es 2 veces mayor que en el aire.
4.2 Buen comportamiento en frío
Debido a la escasa resistencia del oro, es fácil moldearlo a temperatura ambiente mediante procesos como el laminado, el estirado y la forja -artefactos antiguos. Los materiales contienen innumerables adornos y objetos de oro elaborados con técnicas de trabajo en frío como la filigrana, el tejido, el martillado y el grabado. Normalmente, 1 gramo de oro puro puede estirarse en un alambre de 320 m de longitud. Con la tecnología moderna, 1 gramo de oro puro puede convertirse en un alambre fino de 3420 m de longitud. El oro puro puede martillarse en láminas de oro con un grosor de 0,1 x 10-3 mm, que parece muy denso incluso al microscopio. Sin embargo, cuando hay impurezas como plomo, bismuto, telurio, cadmio, antimonio, arsénico y estaño, puede volverse quebradizo; por ejemplo, la lámina de oro que contiene bismuto al 0,05％ puede aplastarse con la mano. El efecto del plomo es aún más pronunciado; cuando el oro puro incluye 50 x 10-6 de plomo, afecta a la plasticidad del oro, y cuando el contenido de plomo alcanza el 0,01％, su ductilidad se pierde por completo.
4.3 Buen rendimiento de la soldadura
Debido a la buena estabilidad química a alta temperatura del oro, su rendimiento de soldadura es excelente, y no forma una capa de óxido durante la soldadura que afecte a la conexión metálica, ni es propenso a formar inclusiones.
4.4 El oro tiene una volatilidad muy baja
Bajo 1000℃, el oro se colocó en una atmósfera de oxígeno durante 40 horas, y no se observó ninguna pérdida de peso. Bajo 1075℃, 1125℃ y 1250℃, el oro se fundió en aire y, al cabo de 1 hora, la pérdida de oro fue sólo del 0,009％, 0,10％ y 0,26％; esta pérdida se debe a la volatilización y no a la oxidación.
Sección II Pureza y unidades de medida del oro
1. La pureza del oro
1.1 Métodos de indicación de la pureza
La pureza del oro se refiere al contenido de oro, es decir, al contenido mínimo de calidad del oro. Tradicionalmente, existen tres métodos para indicar la pureza del oro: método del porcentaje, método del millar y método del número K. El método porcentual expresa el contenido de oro en porcentaje (％); el método por mil expresa el contenido de oro en por mil (‰); el método del número K tiene su origen en la palabra inglesa "karat", que es el símbolo unitario reconocido internacionalmente para calcular la pureza o calidad del oro, abreviado como K.
Método del número K: divide la pureza del oro en 24 partes, siendo la pureza máxima, oro puro, 24K, y la pureza mínima 1 K. Teóricamente, la pureza del oro puro es 100％, derivado de 24K = 100％, que puede calcularse como K = 4,16666666 ％. Dado que el valor porcentual de 1 K es un decimal que se repite infinitamente, los distintos países y regiones tienen regulaciones ligeramente diferentes sobre el valor de 1 K.
1.2 Pureza del oro para joyería
Según la pureza del oro para joyería, puede dividirse a grandes rasgos en dos categorías: oro puro y oro K.
(1) Categoría Oro Puro
El contenido de oro de la categoría de oro puro es como mínimo del 99％. El oro puro, el oro total, el oro 999, el oro 9999, el oro rojo y el oro de 24 quilates que se conocen habitualmente en el mercado pertenecen a la categoría del oro puro.
Por oro puro se entiende el oro con una pureza de mil partes por mil. En realidad, conseguir un oro puro de mil partes por mil es imposible. Como dice el refrán: "El oro no puede ser completamente puro, y ninguna persona es perfecta". El oro absolutamente puro no existe. Según el nivel tecnológico más avanzado del mundo actual,
El oro más puro sólo puede alcanzar el 99,999999％, utilizado específicamente como "oro reactivo" para reactivos estándar. Producir oro de alta pureza de grado reactivo requiere una gran cantidad de materias primas y combustible, por lo que su precio es muchas veces superior al del oro puro en el mercado internacional de metales preciosos. Incluso en determinadas industrias, el oro de grado reactivo se utiliza con cautela para evitar aumentar los costes y provocar residuos. Además, desde el punto de vista del valor de uso en joyería, carece de importancia práctica.
Actualmente, en el mercado se utilizan principalmente tres tipos de oro para fabricar joyas de oro puro en función de su contenido en oro:
"Four Nine Gold", con una ley del 99,99％, es decir, oro de 24 quilates;
"Oro Tres Nueve", con una ley del 99,9％, conocido comúnmente como oro 999;
El "Oro Dos Nueve", con una ley del 99％, es ampliamente conocido como "Oro 99" u "Oro Puro".
(2) Tipos de oro K
La resistencia y dureza del oro puro son demasiado bajas, por lo que se crea una aleación añadiendo cierta proporción de elementos de aleación al oro puro, formando oro K de la finura correspondiente, que puede aumentar la resistencia y dureza del oro, convirtiéndose en el oro para joyería famoso internacionalmente.
Debido a las diferencias entre las culturas orientales y occidentales, el contenido de oro utilizado para fabricar joyas y artículos decorativos varía entre los distintos países y regiones. Sin embargo, como oro para joyería, las normas adoptadas por los países de todo el mundo se mantienen por debajo de 8K, y deben garantizar el contenido mínimo de oro para cada grado, como se muestra en la Tabla 3-3.
Tabla 3-3 Calidades de oro habituales en joyería en distintos países y regiones
| País o región | Grado común de oro | Contenido en oro correspondiente |
|---|---|---|
| China | Oro puro de 18 quilates | 99.9％ , 75％ |
| India | 22K | 91.6％ |
| Países árabes | 21 K | 87.5％ |
| Reino Unido | Principalmente 9K, con una pequeña cantidad de 22K y 18K | 37.5％, 91.6％, 75.0％ |
| Alemania | 8K , 14K | 33.3％ , 58.5％ |
| Estados Unidos | 14K , 18K | 58.5％ , 75.0％ |
| Italia, Francia | 18K | 75.0％ |
| Rusia | 18K - 9K | 75.0％ ~ 37.5％ |
| Estados Unidos | 10K - 18K | 41.6％ ~ 75.0％ |
La Organización Internacional de Normalización (ISO) establece requisitos para la pureza del oro utilizado en joyería, que coinciden con la pureza recomendada por la Sus características son aproximadamente las siguientes:
Oro de 22 quilates,
con una dureza ligeramente superior a la del oro puro, puede utilizarse para engastar piedras preciosas individuales de mayor tamaño. Sin embargo, debido a la menor resistencia del material, los diseños de las joyas deben ser sencillos, y su uso no está muy extendido en la industria joyera.
Oro de 18 quilates,
con una dureza moderada y una ductilidad ideal, es adecuado para engarzar diversas piedras preciosas, y el producto acabado no se deforma fácilmente, por lo que es el material de oro K más utilizado en la industria de la joyería.
Oro de 14 quilates,
con una textura más dura, gran tenacidad y fuerte elasticidad, puede engastar diversas piedras preciosas, tiene buenas propiedades decorativas y su precio es moderado.
Oro de 9 quilates,
de gran dureza y escasa ductilidad, sólo es adecuado para fabricar joyas de formas sencillas que engarcen piedras preciosas sueltas. Es barato y suele utilizarse para crear joyas, medallas y placas de moda.
1.3 Marcas y etiquetas de pureza de las joyas
Para las joyas de oro, la pureza se expresa en partes por mil (número K) y una combinación de oro, Au o G. Por ejemplo, para el oro con una pureza de 18K, la marca puede ser una de las siguientes: Oro 750 18K, Au750 (figura 3-1), Au18K, G750, G18K.
En el caso de las etiquetas de las joyas de oro de 24 quilates, para evitar exagerar la pureza del producto y engañar a los consumidores, tanto si se etiquetan como "oro de 24 quilates", "oro 999" u "oro 9999", deben etiquetarse como "oro de 24 quilates". Supongamos que es necesario indicar el contenido nominal de oro. En ese caso, puede indicarse claramente en otras posiciones de la etiqueta (no antes ni después del nombre del producto) según las normas de la empresa registrada.
Figura 3-1 Sello de color en el anillo
2. Unidades de medida del oro
2.1 Unidades de medida del peso del oro
Las unidades de medida del oro reconocidas internacionalmente son el gramo, el kilogramo, la onza, la libra troy, el pennyweight, etc. En la Tabla 3-4 se enumeran las unidades de medida del oro más utilizadas.
Tabla 3-4 Tabla de conversión de unidades comunes de medida del oro (con símbolos de abreviatura reconocidos internacionalmente)
| Calidad | Saldo de oro (gr.) | peso en peniques (dwt.) | Onza troy (t. oz.) | Onza avoirdupois (onza av.) | Libra avoirdupois (libra media) | gramo(g) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 onza de oro | 1 | 0.041666 | 0.0020833 | 0.00228571 | 0.000142857 | 0.0648 |
| Peso de 1 penique | 24 | 1 | 0.05 | 0.0548571 | 0.00342857 | 1.5552 |
| 1 onza troy | 480 | 20 | 1 | 1.0971428 | 0.0685714 | 31. 1035 |
| 1 libra troy | 5760 | 240 | 12 | 13.165714 | 0.822857 | 373.248 |
| 1 onza avoirdupois | 437.5 | 18.2292 | 0.911458 | 1 | 0.0625 | 28.35 |
| 1 libra avoirdupois | 7000 | 291.666 | 14.58333 | 16 | 1 | 453.6 |
| 1 mg | 0.015432 | 0.000643 | 0.00003215 | 0.000035274 | 0.0000022046 | 0.001 |
| 1 g | 15.432 | 0.643 | 0.03215 | 0.035274 | 0.0022046 | 1 |
| 1 kg | 15432 | 643 | 32.15 | 35.274 | 2. 2046 | 1000 |
2.2 Unidades internacionales de medida del precio del oro
Antes de 1933, el oro se cotizaba en diversas monedas, como el dólar estadounidense, la libra esterlina, el franco francés, etc. En 1944, los países llegaron al sistema de Bretton Woods, que vinculaba directamente el dólar al oro. El dólar se convirtió gradualmente en la moneda mundial, con un tipo de cambio fijo de 1 onza troy de oro igual a 35 dólares, lo que permitía a los países cambiar sus dólares por oro. Hasta la década de 1970, la política monetaria laxa de EE.UU. acabó por colapsar el sistema de Bretton Woods, y el precio del oro dejó de fijarse en 35 dólares por onza troy, lo que permitió a los bancos centrales imprimir dinero sin restricciones. Sin embargo, a medida que EE.UU. se convertía en la mayor potencia económica y militar del mundo, el dólar pasó a ser la moneda de fijación del precio del oro. Hasta la fecha, la unidad de medida internacional del precio del oro es el dólar por onza.
Sección III Materiales y modificaciones para el oro puro decorativo
1. Posición en el mercado y problemas comunes de las joyas de oro macizo
Según las opiniones transmitidas durante miles de años en China, las joyas de oro y plata representan la riqueza y la encarnación de la nobleza. Al mismo tiempo, los antiguos emperadores reconocían el amarillo como el color que representaba el estatus, y las recompensas en palacio solían sustituirse por diversas joyas de oro y plata. Por ello, las joyas de oro siguen teniendo un profundo significado de nobleza y riqueza, sobre todo porque encarnan la hermosa connotación de un matrimonio armonioso. En las costumbres nupciales tradicionales, los adornos de oro son casi indispensables. Como resultado, las joyas de oro macizo han sido amadas por las masas en diversos países desde la antigüedad y aún hoy ocupan una parte importante del mercado de la joyería.
Sin embargo, la joyería tradicional de oro puro también tiene algunos problemas en la producción, el procesamiento y el uso, con problemas comunes como los siguientes.
1.1 Garantía de pureza
La categoría de oro puro en la industria de la joyería es relativamente vaga; comúnmente se denomina oro de 24K, oro 999 y oro puro. El contenido de oro del oro de 24 quilates no es inferior al 99,99％, y el "oro puro 9999" reivindicado en el mercado en los últimos años pertenece al oro de 24 quilates; el contenido de oro del oro puro no es inferior al 99％; el contenido de oro del oro puro de mil quilates no es inferior al 99,9％.
Las empresas joyeras suelen comprar lingotes de oro puro como materia prima para fabricar joyas de oro puro. Los lingotes de oro puro comerciales legítimos deben tener marcas en la superficie que indiquen el fabricante, la calidad, la pureza y el número de serie, etc. (Figura 3-3).
Figura 3-3 Lingote de oro puro
La Organización Internacional de Normalización (ISO) restringe los elementos de impureza en las pepitas de oro puro, como se indica en la Tabla 3-5.
Tabla 3-5 Requisitos de contenido de impurezas para lingotes de oro puro.
| Grado | Contenido en Au ％ | Contenido de impurezas / X 10-6 | Contenido total de impurezas X 10-6 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Grado | Contenido en Au ％ | Ag | Cu | Fe | Pb | Bi | Sb | Pd | Mg | Sn | Cr | Ni | Mn | Contenido total de impurezas X 10-6 |
| IC - Au99. 995 | ≥99.995 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤3 | ≤3 | ≤3 | < 50 |
| IC - Au99. 99 | ≥99.99 | ≤50 | ≤20 | ≤20 | ≤10 | ≤20 | ≤10 | ≤30 | ≤30 | - | ≤3 | ≤3 | ≤3 | ≤100 |
| IC - Au99. 95 | ≥99.95 | ≤200 | ≤150 | ≤30 | ≤30 | ≤20 | ≤20 | ≤200 | - | - | - | - | - | 500 |
| IC - Au99. 50 | ≥99.50 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 5000 |
Durante el proceso de producción, pueden mezclarse impurezas durante la fundición, el moldeado, la soldadura, el tratamiento en frío, etc. El uso de soldadura con un punto de fusión más bajo durante la soldadura afectará a la calidad del oro. Tomando como ejemplo las joyas de Au999 (oro puro), que tienen la mayor cuota de mercado en el mercado, para garantizar su calidad, además de reforzar el proceso de producción y el control, se recomienda generalmente que las materias primas de oro compradas sean IC - Au99.99.
1.2 Problemas de puntos de óxido
Au999 tiene una excelente resistencia a la corrosión, pero los informes de problemas de óxido en las superficies de joyas de oro no son infrecuentes. La figura 3-4 muestra las "manchas de óxido" en la superficie de las joyas de oro Au999 (figura 3-4). Han aparecido varias "manchas de óxido" graves en la superficie de las joyas de oro. La distribución de las "manchas de óxido" es desigual, de tamaño variable, y la mayoría de ellas son visibles a simple vista o con microscopio de bajo aumento. El color de las "manchas de óxido" varía en las distintas zonas, incluyendo principalmente.
Los colores rojo, marrón, marrón oscuro y negro contrastan con el fondo dorado puro de Au999. La mayoría de las manchas tienen un anillo de color marrón rojizo, y las manchas más gravemente decoloradas están conectadas, formando manchas de óxido que tienden a expandirse hacia el exterior.
Figura 3-4 Las "manchas de óxido" en la superficie de las joyas de oro Au999
En el microscopio electrónico de barrido, los microagujeros de la zona central de la "mancha de óxido" varían en número. En las zonas más grandes de la "mancha de óxido", hay más microagujeros o de mayor tamaño, como se muestra en la Figura 3-5.
Figura 3-5 Microagujeros en el centro de la zona "mancha de óxido".
Un análisis químico de la joya de oro muestra que su contenido global de oro cumple la norma Au999. Utilizando espectroscopia de fotoelectrones XPS para detectar la zona de manchas de óxido, se descubrió que, además de Au, también había Ag2S y NaCl, y trazas de SiO2 aparecieron contaminantes en las paredes interiores de los microagujeros. Por lo tanto, el problema de la mancha de óxido en la superficie de las joyas de oro se debe en gran medida a una gestión inadecuada en el lugar de producción. Por ejemplo, la disposición del lugar no es lo suficientemente razonable, y no hay suficiente distinción entre las áreas y procesos de producción de productos de oro y plata; los procesos de fundición y tratamiento con ácido no están aislados, e incluso se utilizan herramientas de amolado giratorias de alta velocidad para reparar moldes en el área de presión de aceite acabado; la higiene del lugar no es lo suficientemente limpia, y los trabajadores de producción no siguen estrictamente los requisitos del proceso para limpiar las barras de oro y las superficies de los moldes durante la operación. Dado que el proceso de producción de joyas de oro implica múltiples procesos, como fundición, laminado, corte, presión de aceite y rectificado, y a veces también se fabrican productos de plata pura en la misma instalación de producción, es inevitable que los restos o partículas de plata queden prensados en la superficie de los productos de oro puro, causando decoloración. Durante un largo período de procesamiento de la producción, el polvo o la suciedad se acumulan inevitablemente en la zona de producción. Durante los procesos de laminado y estampado, si la zona de trabajo no se limpia adecuadamente, especialmente cuando se realizan operaciones de esmerilado en las proximidades, el polvo o la suciedad pueden agitarse fácilmente y presionarse sobre la superficie de la barra de oro, formando manchas heterogéneas. Cuando las joyas de oro se tratan con ácido, éste corroe las manchas heterogéneas y las convierte en microagujeros. Si los productos del lavado ácido no pueden eliminarse completamente durante la limpieza de la pieza, o si queda ácido residual en los microagujeros, seguirá erosionando los puntos heterogéneos. Las impurezas metálicas no eliminadas por el lavado ácido pueden formar fácilmente micro-baterías con el sustrato de oro en determinadas condiciones, provocando corrosión electroquímica al actuar como ánodos. Durante el almacenamiento de las joyas de oro, los productos de la corrosión migrarán lentamente hacia el exterior, provocando finalmente "manchas de óxido" y decoloración.
1.3 Problemas de deformación
La resistencia del oro puro es muy baja. Las joyas fabricadas con oro puro mediante técnicas convencionales son propensas a deformarse durante la producción y el uso y no son adecuadas para engarzar piedras preciosas. Para mejorar la capacidad antideformación de las joyas, suele ser necesario aumentar el grosor de sus paredes, lo que incrementa el peso del oro y encarece cada pieza.
1.4 Problemas de desgaste
La dureza del oro puro es muy baja. Las joyas de oro puro fabricadas con técnicas convencionales se golpean y rayan con facilidad durante su uso, lo que provoca abolladuras y arañazos en la superficie, haciendo que la joya pierda poco a poco su brillo.
1.5 Cuestiones de estilo
Debido a la baja resistencia y dureza del oro puro, no es fácil crear joyas con formas complejas, diseños intrincados, gran precisión de procesamiento y engaste de piedras preciosas. Esto hace que las joyas tradicionales de oro puro se encuentren en una posición incómoda de tosquedad y falta de valor artístico, lo que impone ciertas limitaciones al desarrollo y la expansión de la joyería, restringiendo su valor artístico como producto de consumo de gama alta.
2. Materiales y procesos de producción de oro puro modificado
2.1 Joyas de oro puro duro electroformado
Con el telón de fondo de las funciones cada vez más destacadas de la joyería decorativa y el continuo aumento de los precios internacionales del oro, la joyería de oro puro hueco y de paredes finas tiene una considerable competitividad en el mercado debido a su gran forma, su ligereza y su bajo precio por pieza. Los procesos convencionales de conformado de joyas, como la fundición y el estampado, necesitan ayuda para satisfacer esta demanda. Por ello, el electroconformado se ha convertido en el principal proceso de conformado de joyas de oro hueco. Sin embargo, las joyas de oro puro fabricadas con procesos de electroconformado tradicionales son muy propensas a deformarse y colapsarse, por lo que sólo son adecuadas como artículos de exposición y no como joyas para llevar puestas. Hace más de una década, la industria empezó a adoptar el proceso de oro puro duro electroformado, que utiliza el principio de la electrodeposición. Ajustando la formulación de la solución de electroconformado y mejorando las condiciones del proceso de electroconformado, los iones de oro migran al molde catódico conductor bajo la influencia de un campo eléctrico. Tras extraer el núcleo, se producen piezas de oro puro, duras y huecas, de paredes finas, como se muestra en la Figura 3-6.
Figura 3-6 Típica joya de oro duro electroformado
2.1.1 Características de las joyas de oro puro duro electroformado
En comparación con las joyas de oro puro tradicionales, las joyas de oro puro duro electroformado presentan las siguientes características:
(1) Alta pureza.
El contenido de oro supera el 99,9％, por lo general cumpliendo plenamente con las normas internacionales pertinentes para la pureza del oro, al tiempo que satisface la demanda del mercado para la pureza del oro que alcanza Au999. Se seleccionaron al azar tres muestras de joyas de oro duro electroformado para realizar pruebas de composición química, y los resultados se muestran en la Tabla 3-6.
Cuadro 3-6 Composición química del oro duro electroformado (2012)
| Elementos químicos | Contenido /％ | Elemento químico | Contenido /％ |
|---|---|---|---|
| Ag | 0.001 ~ 0.0036 | Pd | < 0.0003 |
| Cu | 0.0025 ~ 0.0046 | Mg | < 0.0003 |
| Fe | 0.0003 ~ 0.0012 | En | < 0.0003 |
| Pb | 0.0003 ~ 0.0004 | Sn | < 0.0003 |
| Bi | < 0.0005 | Cr | < 0.0003 |
| Sb | < 0.0003 | Ni | < 0.0003 |
| Si | < 0.0020 | Mn | < 0.0003 |
(2) Alta dureza.
Dependiendo de la composición de la solución de electroconformado, del proceso de electroconformado y del grosor del revestimiento, la dureza en estado fundido puede alcanzar generalmente más de HV80, y algunas llegan incluso a HV140-160, lo que equivale a la dureza del oro de 18 quilates, más de cuatro veces superior a la del oro puro tradicional.
(3) Vestible.
Al aumentar significativamente la dureza, mejora la resistencia a la deformación de las joyas, lo que permite llevarlas como accesorios, resolviendo el problema de que las joyas tradicionales de oro hueco sólo pueden servir como adornos.
(4) Resistente al desgaste.
Rompe con la limitación de la suavidad de la joyería tradicional de oro puro, con una resistencia al desgaste muy superior a la de los artículos tradicionales de oro puro.
(5) Peso ligero.
Mediante un proceso de electroformado hueco, el grosor de la pared suele estar dentro de los 220μm, lo que reduce significativamente el peso en comparación con las joyas tradicionales de oro puro del mismo aspecto y volumen.
Sin embargo, aunque el oro duro electroformado tiene una dureza relativamente alta, es relativamente quebradizo por naturaleza. Al ser hueco, hay que tener cuidado para evitar colisiones con objetos afilados durante su uso. Además, el oro duro electroformado sigue teniendo ciertas limitaciones en cuanto al estilo y la estructura del producto.
2.1.2 Mecanismo de refuerzo del material de oro duro electroformado
El proceso de electroconformado de oro duro utiliza oro puro IC - Au9,99 como materia prima, preparándolo en una solución de electroconformado que contiene iones de aleación compleja. Al mejorar los aditivos de la solución de electroconformado y las condiciones del proceso de electroconformado, se mejora el método de cristalización de la capa de oro, lo que da lugar a una estructura de fundición con granos finos y estructura densa. La estructura cristalina del oro duro electroformado también difiere de la del oro ordinario (Figura 3-7). Esta estructura fina y densa es la razón fundamental de la elevada dureza del oro duro electroformado.
Figura 3-7 Comparación de la difracción de rayos X entre el oro duro de 24 quilates electroformado y el oro ordinario de 24 quilates
2,2 Oro de 24 quilates microaleado de alta resistencia
Debido a la baja resistencia y dureza de los materiales de oro de 24 quilates, no es fácil crear joyas con formas complejas, diseños intrincados, gran precisión de procesamiento y piedras preciosas incrustadas. Además, las joyas son propensas a deformarse con el uso y pueden desgastarse y perder brillo con facilidad. Con la mejora del nivel de vida material y cultural, los consumidores tienen mayores expectativas que antes en cuanto a las joyas de oro de 24 quilates, ya que exigen una gran pureza y mayores expectativas en cuanto a la estructura, el estilo y el rendimiento de las joyas. Por ello, la investigación y el desarrollo de materiales microaleados de oro de 24 quilates de alta resistencia y los procesos de producción se han convertido en un tema candente en la industria.
2.2.1 Métodos de refuerzo del oro microaleado de 24 quilates
Como se ha mencionado anteriormente, los métodos de fortalecimiento de los materiales de metales preciosos incluyen el fortalecimiento por solución sólida, el fortalecimiento por grano fino, el fortalecimiento por deformación, el fortalecimiento por precipitación, el fortalecimiento por dispersión y el fortalecimiento por transformación de fase. En el desarrollo del oro microaleado, también es necesario seleccionar los métodos apropiados de entre los métodos de refuerzo mencionados, y debido a la muy pequeña cantidad de elementos de aleación añadidos, se requiere un efecto integral de múltiples vías de refuerzo para lograr buenos resultados de refuerzo.
Desde la perspectiva de los principios metalúrgicos, los elementos de microaleación son bastante amplios. Excepto los metales alcalinos, algunos metales refractarios y los metales de bajo punto de fusión, los metales simples, los metales de transición, los metales ligeros y los metaloides pueden servir como elementos de microaleación para el Au, e incluso los elementos considerados nocivos en concentraciones convencionales pueden servir también como elementos de microaleación principales. A la hora de seleccionar los elementos de aleación, suelen tenerse en cuenta los siguientes factores.
(1) El efecto de refuerzo de la solución sólida.
El efecto de refuerzo en solución sólida de los elementos de aleación en el oro puro está relacionado con factores como la diferencia de tamaño atómico, la diferencia de electronegatividad, las diferencias de estructura cristalina entre ellos y el contenido de los elementos de aleación. El efecto de refuerzo en solución sólida de los elementos de aleación sobre el Au puede medirse utilizando parámetros de refuerzo en solución sólida; cuanto mayor sea el valor del parámetro, mejor será el efecto de refuerzo en solución sólida. En general, los elementos de metales ligeros con pesos atómicos más pequeños, como Li, Be, Na, K, Mg, Ca y Sr, así como los elementos de tierras raras con tamaños atómicos más grandes, tienen valores de parámetros de refuerzo de la solución sólida más altos.
(2) Efecto de refuerzo del grano fino.
El refinamiento del grano del oro puro incluye tanto el refinamiento primario del grano durante el proceso de cristalización por solidificación del metal fundido como la supresión de la recristalización y el crecimiento del grano durante el proceso de tratamiento térmico. Algunos elementos de aleación, como los elementos de tierras raras y algunos elementos de aleación de alto punto de fusión, pueden actuar como refinadores o modificadores de grano eficaces durante la cristalización por solidificación. Los elementos de tierras raras, que tienen una fuerte afinidad por el oxígeno, pueden purificar el metal fundido y también servir como eficaces refinadores de grano durante la cristalización por solidificación; el cobalto puede aumentar la temperatura de recristalización de las aleaciones de oro y suprimir la aparición de recristalización.
(3) Son efectos fortalecedores del envejecimiento.
Si la solubilidad de los elementos de aleación en el Au disminuye con el descenso de la temperatura, entonces, mediante el tratamiento de envejecimiento de la solución sólida, pueden precipitarse segundas fases metaestables o estables, dando lugar al fortalecimiento de la aleación por precipitación. Muchos elementos pueden producir una precipitación efectiva en el Au, como pequeñas cantidades de Ti, REE, Co, Sb, Ca, etc., todos los cuales pueden producir efectos de envejecimiento por precipitación-fortalecimiento en el oro.
(4) El papel del endurecimiento por deformación.
Esta es una vía necesaria para que el oro microaleado consiga efectos de fortalecimiento significativos. Las velocidades de endurecimiento por procesamiento de los distintos elementos de aleación en el oro varían, debido fundamentalmente a las diferencias en el impedimento al deslizamiento de las dislocaciones, que depende de las interacciones entre los límites de grano y las dislocaciones, los átomos de soluto y las dislocaciones, las partículas de segunda fase y las dislocaciones, y las dislocaciones entre sí.
2.2.2 La calidad del oro microaleado de alta resistencia
lLa calidad del oro Au999 se mantiene por encima del 99,9％, cumpliendo con la aceptación del mercado de la calidad del oro. Mediante la adición de elementos de aleación traza y su combinación con el procesamiento de deformación en frío, se puede lograr una resistencia y dureza significativamente superiores a las del oro de 24K tradicional. El llamado "oro duro 5G" del mercado pertenece al oro microaleado de 24K. La figura 3-8 muestra un brazalete hueco de oro duro de 24K "5G" con un grosor de pared de sólo 0,2 mm, formado mediante estirado de tubo, doblado y soldadura, que se caracteriza por su ligereza, alta dureza y buena elasticidad.
Figura 3-8 Brazalete hueco "5G" de oro duro de 24 quilates
Debido a la insuficiente introducción de elementos de aleación 0,1％, en función de los elementos de aleación añadidos, la dureza en bruto oscila generalmente entre HV40 y HV60. Tras el tratamiento de deformación en frío, como el laminado y el estirado, la dureza oscila generalmente entre HV80 y HV120. En algunos casos, la dureza de ciertas aleaciones es incluso mejor. Los países extranjeros también han desarrollado y comercializado Au999 microaleado, que mejora significativamente la dureza y la resistencia en comparación con Au999 ordinario, como se muestra en la Tabla 3-7.
Tabla 3-7 Propiedades del Au999 microaleado de alta resistencia (extraído parcialmente de Christopher W. Corti, 1999)
| Materiales | Fabricante | Pureza | Fundición Dureza HV/(N/mm2) | Recocido Dureza HV/(N/mm2) | Procesamiento Dureza HV/(N/mm2) | Resistencia a la tracción / MPa | Artesanía adecuada |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Oro duro 5G | China | 99.9％ | 40 ~ 60 | - | 80 ~ 110 | - | Fundible |
| Oro puro de alta intensidad | Japón Mitsubishi | 99.9％ | - | 55 | 123 | 500 | Fundible |
| TH Oro | Japón Tokuriki Honten | 99.9％ | - | 35 ~ 40 | 90 ~ 100 | - | Fundible |
| Oro puro ordinario | - | 99.9％ | - | 30 | 50 | 190 ~ 380 |
2.2.3 Au995 microaleado de alta resistencia
Dado que el contenido de elementos de aleación de Au995 es ligeramente superior al de Au999, hay más elementos de aleación entre los que elegir. Utilizando una combinación de varios mecanismos de refuerzo, se puede conseguir un efecto de refuerzo significativo. La tabla 3-8 enumera algunas propiedades de la microaleación Au995, y la dureza de algunas aleaciones tras un tratamiento exhaustivo puede alcanzar el oro de 22K o incluso el oro de 18K.
Tabla 3-8 Rendimiento del Au995 microaleado (según Christopher W. Corti, 1999)
| Materiales | Fabricante | Pureza | Fundición Dureza HV/(N/mm2) | Recocido Dureza HV/(N/mm2) | Procesamiento Dureza HV/(N/mm2) | Estado de envejecimiento Dureza HV/(N/mm2) | Artesanía adecuada |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Oro duro de 24 quilates | África Mintek | 99.5％ | - | 32 | 100 | 131 ~ 142 | Se puede envejecer |
| Oro puro | Japón Three O Co. | 99.7％ | - | 63 | 106 | 145 ~ 176 | Can be aged & Castable |
| Uno-A- Erre Oro 24K | Uno-A- Erre Italia | 99.6％ | - | 33 | 87 | - | Tratamiento en frío |
| Uno-A- Erre Oro de 24 quilates | Uno-A- Erre Italia | 99.8％ | - | 62 | 118 | - | Tratamiento en frío |
| DiAurum 24 | Titán británico | 99.7％ | 60 | - | 95 | - | Fundible |
2.2.4 99％Au - 1％ Ti Oro duro
En la década de 1980, el Consejo Mundial del Oro financió la investigación sobre el oro duro, desarrollando con éxito el oro duro Au990, que utiliza 1％ Ti como elemento de aleación, aprovechando el efecto de refuerzo de grano fino del Ti, así como el efecto de refuerzo de precipitación por envejecimiento del Ti que difunde desde la solución sólida sobresaturada un Au para formar la segunda fase, mejorando significativamente la resistencia y la dureza de la aleación, como se muestra en la Tabla 3-9.
Tabla 3-9 Rendimiento 99％Au - 1％Ti del oro duro según Christopher W. Corti, 1999
| Rendimiento | Estado de solución sólida (800℃, 1 h , enfriamiento) | Estado de trabajo en frío (velocidad de transformación 23％) | Estado de envejecimiento (500℃, 1h , enfriamiento) |
|---|---|---|---|
| Dureza HV/N/mm2 | 70 | 120 | 170- ~ 40 |
| Límite elástico /MPa | 90 | 300 | 360 ~ 660 |
| Resistencia a la tracción /MPa | 280 | 340 | 500 ~ 700 |
| Velocidad de alargamiento /％ | 40 | 2 ~ 8 | 2 ~ 20 |
El 99％Au - 1％ Ti es un prometedor material de oro microaleado de alta resistencia. Sin embargo, debido a la presencia de Ti, este sistema de aleación necesita fundirse al vacío, lo que dificulta el proceso, y el color difiere ligeramente del oro tradicional, lo que limita sus aplicaciones.
