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Introduzione del materiale in oro puro utilizzato nella produzione di gioielli
Caratteristica dell'oro puro e delle sue leghe per la gioielleria
Introduzione:
L'oro giallo ha un bel colore, una buona stabilità chimica, un eccellente valore estetico e collezionistico e un ruolo nella conservazione e nell'aumento del valore. Ha inoltre un'eccezionale duttilità e fin dall'antichità è stato utilizzato come materiale decorativo e moneta per gioielli, artigianato e monete commemorative.
Indice dei contenuti
Sezione Ⅰ Proprietà di base dell'oro
1. Proprietà fisiche dell'oro
Gli indicatori delle proprietà fisiche dell'oro presentano molteplici aspetti, come illustrato nella Tabella 3-1.
Tabella 3-1 Principali proprietà fisiche e valori indice dell'oro (parzialmente estratta da Ning Yuantao e altri, 2013)
| Proprietà fisiche | Valori dell'indice | Proprietà fisiche | Valori dell'indice |
|---|---|---|---|
| Croma | L* = 84,0, a* = 4,8, b*= 34,3 | Coefficiente di espansione lineare (0 ~ 100℃) | 14.2 x 10-6/℃ |
| Densità (18℃) | 19,31 g/cm3 | Resistività (25℃) | 2.125 x 10-6 Ω - cm |
| Punto di fusione | 1064℃ | Capacità termica specifica (25℃) | 25,33 J/(mol - K) |
| Punto di ebollizione | 2860℃ | Calore di fusione | 12,5 kJ/mol |
| Pressione di vapore (1064℃) | 0,012 Pa | Calore di vaporizzazione | 365,3 kJ/mol |
| Conduttività termica (25℃) | 315 W/(m - K) | Temperatura di Debye ϴp | 178 K |
| Diffusività termica (0℃) | 1.25 m2/s | Suscettibilità magnetica | -0.15x10-6 cm3/g |
Nel complesso, le proprietà fisiche dell'oro presentano le seguenti caratteristiche:
(1) L'oro ha un colore dorato ed è uno degli unici due metalli colorati tra tutti i materiali metallici (l'altro è il rame).
(2) L'oro ha una densità elevata e risulta pesante. La densità dell'oro diminuisce con l'aumentare della temperatura e, quando raggiunge il punto di fusione (sta per iniziare la fusione), la densità scende a 18,2 g/cm.3Quando viene completamente fuso in liquido (la temperatura rimane costante al punto di fusione), la densità scende a 17,3 g/cm3.
(3) L'oro ha un punto di fusione moderato e il suo calore di fusione è relativamente inferiore a quello dei metalli del gruppo del platino, il che è vantaggioso per i processi termici come la fusione, la colata e la saldatura.
(4) L'oro ha una buona conducibilità elettrica e termica. La conducibilità elettrica dell'oro è seconda solo all'argento e al rame, che si collocano al terzo posto. All'aumentare della temperatura, aumenta la resistività. La conducibilità termica dell'oro è seconda solo all'argento, essendo pari al 74％ di quest'ultimo.
(5) L'oro ha una volatilità molto bassa. Tra 1000-1300℃, la quantità di oro vaporizzato è trascurabile. La velocità di vaporizzazione dell'oro è legata all'atmosfera circostante e alla temperatura di riscaldamento. Ad esempio, quando si fonde l'oro in condizioni atmosferiche a 1075℃, 1125℃ e 1250℃, dopo 1 ora la perdita di oro è di 0,009％, 0,10％ e 0,26％; nel gas di carbone, la perdita di oro evaporato è sei volte quella nell'aria; nel monossido di carbonio, la perdita è due volte quella nell'aria.
(6) La suscettibilità magnetica dell'oro è negativa e presenta un diamagnetismo.
2. Le proprietà chimiche dell'oro
2.1 L'oro ha una forte stabilità chimica.
(1) Proprietà antiossidanti.
L'oro ha eccellenti proprietà antiossidanti e non subisce reazioni chimiche anche in presenza di umidità nell'atmosfera. L'oro è l'unico metallo che non reagisce con l'ossigeno ad alte temperature; a 1000℃ non è stata osservata alcuna perdita di peso dopo aver posto l'oro in un'atmosfera di ossigeno per 40 ore.
(2) Resistenza alla corrosione.
L'oro ha un potenziale di ionizzazione molto alto ed è chimicamente molto stabile. A temperatura ambiente, singoli acidi inorganici come l'acido nitrico, l'acido solforico, l'acido cloridrico, l'acido fluoridrico e altri acidi forti non possono reagire con esso. Anche la maggior parte degli acidi organici (come l'acido tartarico, l'acido citrico, l'acido acetico, ecc.) e le soluzioni alcaline NaOH o KOH non possono reagire con esso. Tuttavia, alcuni acidi singoli, acidi misti, gas alogeni e soluzioni saline possono causare vari gradi di corrosione dell'oro. Per esempio, l'acqua regia (una miscela 3:1 di acido cloridrico e acido nitrico), l'acqua di cloro, l'acqua di bromo, l'acido bromico (HBr), la soluzione di iodio in ioduro di potassio (KI +I2), soluzione alcolica di iodio (C2H5OH + I2), soluzione di cloruro di ferro in acido cloridrico (FeCl3 + HCl), soluzione di cianuro(NaCN, KCN), cloro (a temperature superiori a 420 K), tiourea(NH2⸳CS⸳NH2), acetilene (C2H2a una temperatura di 753 K) e gli acidi misti di acido selenico e acido tellurico o acido solforico possono interagire con l'oro. Gli effetti dei vari mezzi corrosivi sull'oro sono riportati nella Tabella 3-2.
Tabella 3-2 Comportamento dell'oro in vari mezzi corrosivi
| Mezzi corrosivi | Stato medio | Temperatura | Grado di corrosione dell'oro | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Mezzi corrosivi | Stato medio | Temperatura | Quasi nessuna corrosione | Leggera corrosione | Corrosione moderata | Grave corrosione |
| Acido solforico | 98％ | Temperatura ambiente - 100℃ | Sì | |||
| Acido nitrico | 70％ | Temperatura ambiente - 100℃ | Sì | |||
| Acido nitrico | Smoky > 90％ | Temperatura ambiente | Sì | |||
| Acido cloridrico | 36％ | Temperatura ambiente - 100℃ | Sì | |||
| Acido fluoridrico | 40％ | Temperatura ambiente | Sì | |||
| Acqua regia | 75％HC1 + 25％HNO3 | Temperatura ambiente | Sì | |||
| Acido cloridrico | 70-72％ | Temperatura ambiente -100℃ | Sì | |||
| Acido fosforico | > 90％ | Temperatura ambiente - 100℃ | Sì | |||
| Cloro | Cloro secco | Temperatura ambiente | Sì | |||
| Cloro | Cloro umido | Temperatura ambiente | Sì | |||
| Acido citrico | Temperatura ambiente ~ 100℃ | Sì | ||||
| Acido selenico | Temperatura ambiente - 100℃ | Sì | ||||
| Mercurio | Temperatura ambiente | Sì | ||||
| Soluzione di cloruro di ferro(III) | Temperatura ambiente | Sì | ||||
| Soluzione di idrossido di sodio | Temperatura ambiente | Sì | ||||
| Soluzione di ammoniaca | Temperatura ambiente | Sì | ||||
| Soluzione di cianuro di potassio | Temperatura ambiente - 100℃ | Sì | ||||
| Idrossido di sodio fuso | 350℃ | Sì | ||||
| Perossido di sodio fuso | 350℃ | Sì | ||||
| Soluzione di iodio in alcool | Temperatura ambiente | Sì | ||||
2.2 L'oro può formare diversi composti, nei quali si trova in uno stato di ossidazione +1 o +3.
I cloruri d'oro comprendono il tricloruro d'oro (AuCl3) e monocloruro (AuCl). L'AuCl3 anidro è rosso, mentre l'AuCl3⸳2H2O è giallo-arancio. Il riscaldamento della polvere d'oro in cloro a 140-150℃ può produrre AuCl3. La dissoluzione dell'oro in acqua regia o in soluzioni acquose contenenti cloro genera anche AuCl3. AuCl3che forma facilmente complessi con altri cloruri, come M[AuCl4], H[AuCl4], permettendo all'oro di esistere in una forma stabile di AuCl4 forma. Questa è la base del metodo di clorazione per l'estrazione dell'oro. L'oro può essere precipitato da soluzioni di cloruro contenenti oro utilizzando sali ferrosi, anidride solforosa, acido ossalico, ecc.
I cianuri d'oro comprendono il cianuro d'oro (AuCN), il dicianuro d'oro [Au(CN)2], ecc. Riscaldamento di acido cloridrico o acido solforico con cianuro d'oro di potassio [KAu(CN) 2] può produrre AuCN. Si tratta di una polvere cristallina di colore giallo limone che può dissolversi in ammoniaca, polisolfuro di ammonio, cianuri di metalli alcalini e tiosolfati. I cianuri d'oro semplici reagiscono facilmente con i cianuri di metalli alcalini per formare complessi di cianuro d'oro, come Na[Au(CN)2], K[Au(CN)2], ecc. In presenza di ossigeno, l'oro nella soluzione di cianuro può anche formare i complessi di cui sopra, in modo che l'oro stabilizzi l'Au(CN) 2esiste nella soluzione. Questo è molto importante per l'estrazione dell'oro con il cianuro, Au(CN) 2L'oro presente nella soluzione può essere facilmente precipitato dall'agente riducente.
I solfuri d'oro comprendono il disolfuro di oro(II) (Au2S) , disolfuro di oro(II) (Au2S2) e il trisolfuro di oro(II) (Au2S 3) . Au 2S può sciogliersi nella soluzione di KCN e nei solfuri di metalli alcalini.
Gli ossidi di oro comprendono l'ossido di oro(II) (Au2O) e l'ossido di oro(III) (Au2O 3). Poiché l'oro non reagisce direttamente con l'ossigeno,
Gli ossidi d'oro possono essere ottenuti solo da soluzioni contenenti oro. Trattando il cloruro d'oro diluito raffreddato con soda caustica si può ottenere una polvere viola intenso, un idrato di ossido d'oro, e riscaldandola si ottiene Au 2O. Quando Au 2O entra in contatto con l'acqua e si decompone in Au2O 3.
Gli idrossidi d'oro sono trivalenti [Au(OH) 3] e monovalente (AuOH), con il primo più stabile.
2.3 I composti dell'oro si riducono rapidamente a oro elementare.
I metalli più forti che possono ridurre l'oro sono il magnesio, lo zinco e l'alluminio. Questa proprietà viene sfruttata nel processo di estrazione dell'oro con il cianuro, dove la polvere di zinco viene utilizzata in sostituzione. Anche sostanze organiche come l'acido formico, l'acido ossalico, l'idrochinone, l'idrazina, l'acetilene, ecc. possono ridurre l'oro. Esistono molti agenti riducenti per i composti dell'oro, tra cui l'idrogeno ad alta pressione, i metalli con una serie di potenziali precedenti all'oro, nonché il perossido di idrogeno, il cloruro stannoso, il solfato ferroso, il cloruro ferrico, l'ossido di piombo, il biossido di manganese, le basi forti e i perossidi dei metalli alcalino-terrosi.
3. Proprietà meccaniche dell'oro
3.1 Bassa durezza
Allo stato ricotto, la durezza dell'oro è di soli 25-27 HV. Allo stato fuso, la sua durezza è anch'essa di circa HV30. Quando il tasso di deformazione è di 60％ allo stato deformato a freddo, la sua durezza è di circa HV60.
3.2 Scarsa resistenza all'usura
A causa della sua bassa durezza, i graffi delle unghie e i morsi dei denti possono lasciare segni. I gioielli d'oro possono rapidamente sviluppare ammaccature, graffi e problemi di usura a causa degli urti e degli attriti che si verificano durante l'uso quotidiano.
3.3 Elevato tasso di allungamento, buona duttilità
Il tasso di allungamento allo stato fuso raggiunge i 30％, mentre il tasso di allungamento allo stato ricotto può raggiungere i 45％.
3.4 Bassa resistenza, piccolo modulo elastico, facile da deformare
Il carico di snervamento dell'oro di elevata purezza a temperatura ambiente è di soli 3,43 MPa e il modulo elastico è di soli 79 GPa.
4. Le prestazioni del processo di lavorazione dell'oro
4.1 Buone prestazioni di fusione
Il punto di fusione dell'oro è moderato e la temperatura di fusione del metallo fuso non supera generalmente i 1200℃, rendendolo adatto ai processi di fusione di precisione che utilizzano stampi in gesso, non soggetti a difetti di fusione come il ritiro e il vuoto. La volatilità dell'oro è estremamente bassa; quando la fusione avviene tra 1100℃-1300℃, la perdita di volatilizzazione dell'oro è solo di 0,01％ 0,025％, e la quantità di perdita di volatilizzazione è legata al contenuto di impurità volatili nella carica e all'atmosfera di fusione. La perdita di evaporazione dell'oro nel gas è sei volte quella nell'aria e la perdita nel monossido di carbonio è 2 volte quella nell'aria.
4.2 Buone prestazioni di lavorazione a freddo
Grazie alla bassa resistenza dell'oro, è facile modellarlo a temperatura ambiente attraverso processi come la laminazione, l'imbutitura e la forgiatura di antichi manufatti. I materiali contengono innumerevoli ornamenti e oggetti d'oro realizzati con tecniche di lavorazione a freddo come la filigrana, la tessitura, la martellatura e l'incisione. 1 g di oro puro può di solito essere trafilato in un filo lungo 320 m. Con le moderne tecnologie di lavorazione, 1 grammo di oro puro può essere trasformato in un filo sottile lungo 3420 metri. L'oro puro può essere martellato in lamine d'oro con uno spessore di 0,1 x 10-3 mm, che appare molto denso anche al microscopio. Tuttavia, in presenza di impurità come piombo, bismuto, tellurio, cadmio, antimonio, arsenico e stagno, può diventare fragile; ad esempio, una lamina d'oro contenente bismuto allo 0,05％ può essere schiacciata a mano. L'effetto del piombo è ancora più marcato; quando l'oro puro include 50 x 10-6 di piombo, influisce sulla plasticità dell'oro e quando il contenuto di piombo raggiunge lo 0,01％, la sua duttilità viene completamente persa.
4.3 Buone prestazioni di saldatura
Grazie alla buona stabilità chimica dell'oro alle alte temperature, le sue prestazioni di saldatura sono eccellenti e durante la saldatura non si forma uno strato di ossido che influisce sulla connessione del metallo, né è soggetto alla formazione di inclusioni.
4.4 L'oro ha una volatilità molto bassa
A 1000℃, l'oro è stato posto in un'atmosfera di ossigeno per 40 ore e non è stata osservata alcuna perdita di peso. A 1075℃, 1125℃ e 1250℃, l'oro è stato fuso in aria e, dopo 1 ora, la perdita di oro è stata solo di 0,009％, 0,10％ e 0,26％; questa perdita è dovuta alla volatilizzazione piuttosto che all'ossidazione.
Sezione II La purezza e le unità di misura dell'oro
1. La purezza dell'oro
1.1 Metodi di indicazione della purezza
La purezza dell'oro si riferisce al contenuto di oro, cioè al contenuto minimo di qualità dell'oro. Tradizionalmente, esistono tre metodi per indicare la purezza dell'oro: il metodo della percentuale, il metodo del migliaio e il metodo del numero K. Il metodo della percentuale esprime il contenuto d'oro in percentuale (％); il metodo delle migliaia esprime il contenuto d'oro in migliaia (‰); il metodo del numero K deriva dalla parola inglese "karat", che è il simbolo unitario riconosciuto a livello internazionale per il calcolo della purezza o della qualità dell'oro, abbreviato in K.
Metodo del numero K: divide la purezza dell'oro in 24 parti, dove la massima purezza, l'oro puro, è 24K e la minima purezza è 1 K. Teoricamente, la purezza dell'oro puro è 100％, derivata da 24K = 100％, che può essere calcolata come K = 4,16666666 ％. Poiché il valore percentuale di 1 K è un decimale che si ripete all'infinito, i diversi Paesi e le diverse regioni hanno regolamenti leggermente diversi sul valore di 1 K.
1.2 Purezza dell'oro per gioielli
In base alla purezza dell'oro per la gioielleria, è possibile suddividerlo grossomodo in due categorie: oro puro e oro K.
(1) Categoria Oro Puro
Il contenuto d'oro della categoria dell'oro puro è di almeno il 99％. L'oro puro, l'oro totale, l'oro 999, l'oro 9999, l'oro rosso e l'oro 24K, comunemente chiamati sul mercato, appartengono alla categoria dell'oro puro.
Per oro puro si intende l'oro con una purezza di mille parti per mille. In realtà, ottenere oro puro in mille parti per mille è impossibile. Come dice il proverbio, "l'oro non può essere completamente puro, e nessuna persona è perfetta". L'oro puro assoluto non esiste. Secondo l'attuale livello tecnologico più avanzato del mondo,
L'oro più puro può raggiungere solo il 99,999999％, utilizzato specificamente come "oro reagente" per i reagenti standard. La produzione di oro reagente di elevata purezza richiede una grande quantità di materie prime e di carburante, per cui il suo prezzo è molte volte superiore a quello dell'oro puro nel mercato internazionale dei metalli preziosi. Anche in particolari settori industriali, l'oro di qualità superiore viene utilizzato con cautela, per evitare di aumentare i costi e causare sprechi. Inoltre, dal punto di vista del valore d'uso dei gioielli, non ha alcun significato pratico.
Attualmente, sul mercato, esistono principalmente tre tipi di oro utilizzati per la realizzazione di gioielli in oro puro, in base al contenuto di oro:
"Four Nine Gold", con una finezza del 99,99％, ovvero oro 24 carati;
"Oro tre nove", con una finezza di 99,9％, comunemente conosciuto come oro 999;
L'"oro a due nove", con una finezza di 99％, è ampiamente conosciuto come "oro 99" o "oro puro".
(2) Tipi di oro K
La forza e la durezza dell'oro puro sono troppo basse, per cui si crea una lega aggiungendo una certa proporzione di elementi di lega all'oro puro, formando oro K di finezza corrispondente, che può aumentare la forza e la durezza dell'oro, diventando l'oro per gioielli famoso a livello internazionale.
A causa delle differenze tra le culture orientali e occidentali, il contenuto d'oro utilizzato per la produzione di gioielli e oggetti decorativi varia a seconda dei Paesi e delle regioni. Tuttavia, per quanto riguarda l'oro di qualità per la gioielleria, gli standard adottati dai Paesi di tutto il mondo si mantengono al di sotto degli 8K e devono garantire il contenuto minimo d'oro per ogni grado, come indicato nella Tabella 3-3.
Tabella 3-3 Gradi d'oro comuni per la gioielleria in diversi paesi e regioni
| Paese o regione | Grado di oro comune | Contenuto d'oro corrispondente |
|---|---|---|
| Cina | Oro puro, 18 carati | 99.9％ , 75％ |
| India | 22K | 91.6％ |
| Paesi arabi | 21 K | 87.5％ |
| Regno Unito | Principalmente 9K, con una piccola quantità di 22K e 18K | 37.5％, 91.6％, 75.0％ |
| Germania | 8K , 14K | 33.3％ , 58.5％ |
| Stati Uniti | 14K , 18K | 58.5％ , 75.0％ |
| Italia, Francia | 18K | 75.0％ |
| Russia | 18K - 9K | 75.0％ ~ 37.5％ |
| Stati Uniti | 10K - 18K | 41.6％ ~ 75.0％ |
L'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) stabilisce i requisiti per la purezza dell'oro utilizzato in gioielleria, che è coerente con la purezza raccomandata dall'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO):
Oro 22 carati,
con una durezza leggermente superiore a quella dell'oro puro, può essere utilizzato per incastonare singole pietre preziose più grandi. Tuttavia, a causa della minore resistenza del materiale, i disegni dei gioielli devono essere semplici e non è molto utilizzato nell'industria della gioielleria.
Oro 18 carati,
con una durezza moderata e una duttilità ideale, è adatto all'incastonatura di varie pietre preziose e il prodotto finito non si deforma facilmente, diventando così il materiale d'oro K più utilizzato nell'industria della gioielleria.
Oro 14 carati,
con una struttura più dura, un'elevata tenacità e una forte elasticità, può incastonare diverse pietre preziose, ha buone proprietà decorative e ha un prezzo moderato.
Oro 9K,
con elevata durezza e scarsa duttilità, è adatto solo per la realizzazione di gioielli di forma semplice che incastonano singole pietre preziose. È poco costoso e viene spesso utilizzato per creare gioielli, medaglie e targhe di tendenza.
1.3 Marchi ed etichette di purezza dei gioielli
Per i gioielli in oro, la purezza è espressa in parti per mille (numero K) e una combinazione di oro, Au o G. Ad esempio, per l'oro con una purezza di 18K, il marchio può essere uno dei seguenti: Oro 750 18K, Au750 (Figura 3-1), Au18K, G750, G18K.
Per quanto riguarda le etichette dei prodotti di gioielleria in oro 24K, per evitare di esagerare la purezza del prodotto e di ingannare i consumatori, sia che venga etichettato come "oro 24K", "oro 999" o "oro 9999", deve essere indicato come "oro 24K". Supponiamo che sia necessario indicare il contenuto nominale di oro. In questo caso, può essere chiaramente indicato in altre posizioni dell'etichetta (non prima o dopo il nome del prodotto) in base agli standard aziendali registrati.
Figura 3-1 Timbro a colori sull'anello
2. Unità di misura dell'oro
2.1 Unità di misura per il peso dell'oro
Le unità di misura dell'oro riconosciute a livello internazionale sono il grammo, il kg, l'oncia, la libbra troy, il centesimo, ecc. Le unità di misura dell'oro comunemente utilizzate sono elencate nella Tabella 3-4.
Tabella 3-4 Tabella di conversione delle unità di misura comuni dell'oro (con simboli di abbreviazione riconosciuti a livello internazionale)
| Qualità | Bilancia d'oro (gr.) | peso al centesimo (dwt.) | Oncia di Troia (t. oz.) | Oncia avaro-dupois (av. oz.) | Libbra avoirdupois (libbra media) | grammo (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 oncia d'oro | 1 | 0.041666 | 0.0020833 | 0.00228571 | 0.000142857 | 0.0648 |
| 1 centesimo di peso | 24 | 1 | 0.05 | 0.0548571 | 0.00342857 | 1.5552 |
| 1 oncia troy | 480 | 20 | 1 | 1.0971428 | 0.0685714 | 31. 1035 |
| 1 libbra troy | 5760 | 240 | 12 | 13.165714 | 0.822857 | 373.248 |
| 1 oncia media | 437.5 | 18.2292 | 0.911458 | 1 | 0.0625 | 28.35 |
| 1 libbra vuota | 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 Unità di misura del prezzo internazionale dell'oro
Prima del 1933, l'oro era valutato in diverse valute, tra cui il dollaro statunitense, la sterlina britannica, il franco francese, ecc. Nel 1944, i Paesi raggiunsero il sistema di Bretton Woods, che collegava direttamente il dollaro all'oro. Il dollaro divenne gradualmente la valuta mondiale, con un tasso di cambio fisso di 1 oncia d'oro troy pari a 35 dollari, consentendo ai Paesi di scambiare i loro dollari con l'oro. Fino agli anni '70, la politica monetaria allentata degli Stati Uniti portò al collasso del sistema di Bretton Woods e il prezzo dell'oro non fu più fissato a 35 dollari per oncia troy, consentendo alle banche centrali di stampare moneta senza restrizioni. Tuttavia, quando gli Stati Uniti divennero la più grande potenza economica e militare del mondo, il dollaro divenne la valuta per la determinazione del prezzo dell'oro. Ad oggi, l'unità di misura internazionale del prezzo dell'oro è il dollaro per oncia.
Section III Materials and Modifications for Decorative pure gold
1. La posizione di mercato e i problemi comuni dei gioielli in oro massiccio
Secondo le opinioni tramandate da migliaia di anni in Cina, i gioielli d'oro e d'argento rappresentano la ricchezza e l'incarnazione della nobiltà. Allo stesso tempo, gli antichi imperatori riconoscevano nel giallo il colore che rappresentava lo status e le ricompense a palazzo venivano spesso sostituite con vari gioielli in oro e argento. Pertanto, i gioielli d'oro continuano a portare con sé il profondo significato di nobiltà e ricchezza, soprattutto perché incarnano la bella connotazione di un matrimonio armonioso. Nelle usanze matrimoniali tradizionali, gli ornamenti in oro sono quasi indispensabili. Di conseguenza, i gioielli in oro massiccio sono stati amati dalle masse in vari Paesi fin dall'antichità e ancora oggi occupano una quota importante del mercato della gioielleria.
Tuttavia, anche i gioielli tradizionali in oro puro presentano alcuni problemi di produzione, lavorazione e usura.
1.1 Garanzia di purezza
La categoria dell'oro puro nell'industria della gioielleria è relativamente vaga; comunemente si parla di oro 24K, oro 999 e oro puro, tutti classificati come oro puro. Il contenuto d'oro dell'oro 24K non è inferiore al 99,99％, e l'"oro puro 9999" rivendicato dal mercato negli ultimi anni appartiene all'oro 24K; il contenuto d'oro dell'oro puro non è inferiore al 99％; il contenuto d'oro delle migliaia di oro puro non è inferiore al 99,9％.
Le aziende di gioielleria generalmente acquistano lingotti d'oro puro come materia prima per la produzione di gioielli in oro puro. I lingotti d'oro puro legittimamente commercializzati devono avere segni sulla superficie che indicano il produttore, la qualità, la purezza, il numero di serie, ecc.
Figura 3-3 Lingotto d'oro puro
L'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) limita gli elementi di impurità nelle pepite d'oro puro, come mostrato nella Tabella 3-5.
Tabella 3-5 Requisiti del contenuto di impurità per i lingotti d'oro puro.
| Grado | Contenuto di Au ％ | Contenuto di impurità / X 10-6 | Contenuto totale di impurità X 10-6 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Grado | Contenuto di Au ％ | Ag | Cu | Fe | Pb | Bi | Sb | Pd | Mg | Sn | Cr | Ni | Mn | Contenuto totale di impurità 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 il processo di produzione, le impurità possono mescolarsi durante la fusione, la colata, la saldatura, la lavorazione a freddo, ecc. L'uso di saldature con un punto di fusione più basso durante la saldatura influisce sulla qualità dell'oro. Prendendo come esempio i gioielli in Au999 (oro puro), che hanno la maggiore quota di mercato, per garantirne la qualità, oltre a rafforzare il processo di produzione e il controllo, si raccomanda che le materie prime d'oro acquistate siano generalmente IC - Au99,99.
1.2 Problemi di ruggine
Au999 ha un'eccellente resistenza alla corrosione, ma non sono rare le segnalazioni di problemi di ruggine sulle superfici dei gioielli in oro. La Figura 3-4 mostra le "macchie di ruggine" sulla superficie dei gioielli in oro Au999 (Figura 3-4). Sulla superficie dei gioielli in oro sono comparse diverse aree con gravi "macchie di ruggine". La distribuzione delle "macchie di ruggine" è irregolare, di dimensioni variabili, con la maggior parte delle macchie visibili a occhio nudo o al microscopio a basso ingrandimento. Il colore delle "macchie di ruggine" varia in diverse aree, tra cui principalmente.
I colori rosso, marrone, marrone scuro e nero contrastano con lo sfondo oro puro di Au999. La maggior parte delle macchie presenta un anello di colore marrone-rossastro e le macchie più gravemente scolorite sono collegate tra loro, formando macchie di ruggine che tendono a espandersi verso l'esterno.
Figura 3-4 Le "macchie di ruggine" sulla superficie dei gioielli in oro Au999
Alla microscopia elettronica a scansione, i microfori nell'area centrale della "macchia di ruggine" variano in numero. Nelle aree più estese della "macchia di ruggine", i microfori sono più numerosi o più grandi, come mostrato nella Figura 3-5.
Figura 3-5 Microfori al centro dell'area della "macchia di ruggine".
L'analisi chimica dei gioielli in oro mostra che il loro contenuto complessivo di oro è conforme allo standard Au999. Utilizzando la spettroscopia fotoelettronica XPS per rilevare l'area della macchia di ruggine, si è scoperto che, oltre all'Au, erano presenti anche Ag2S e NaCl, e tracce di SiO2 contaminanti sono apparsi sulle pareti interne dei microfori. Pertanto, il problema della macchia di ruggine superficiale dei gioielli d'oro è in gran parte dovuto a una gestione inadeguata del sito di produzione. Ad esempio, la disposizione del sito non è abbastanza ragionevole e non c'è una distinzione sufficiente tra le aree di produzione e i processi per i prodotti in oro e argento; i processi di fusione e di trattamento acido non sono isolati e persino gli strumenti di rettifica rotanti ad alta velocità vengono utilizzati per riparare gli stampi nell'area di pressione dell'olio finito; l'igiene del sito non è abbastanza pulita e gli addetti alla produzione non seguono rigorosamente i requisiti di processo per la pulizia dei lingotti d'oro e delle superfici degli stampi durante le operazioni. Poiché il processo di produzione dei gioielli d'oro prevede molteplici processi come la fusione, la laminazione, il taglio, la pressione dell'olio e la macinazione, e a volte nello stesso impianto di produzione si producono anche prodotti d'argento puro, è inevitabile che detriti o particelle d'argento possano essere pressati sulla superficie dei prodotti d'oro puro, causandone la decolorazione. Nel corso di un lungo periodo di lavorazione, la polvere o la sporcizia si accumulano inevitabilmente nell'area di produzione. Durante i processi di laminazione e stampaggio, se l'area di lavoro non viene pulita adeguatamente, soprattutto quando si svolgono operazioni di rettifica nelle vicinanze, la polvere o la sporcizia possono facilmente essere mescolate e pressate sulla superficie del lingotto d'oro, formando macchie eterogenee. Quando i gioielli d'oro vengono trattati con acido, quest'ultimo corrode le macchie eterogenee in microfori. Se i prodotti del lavaggio acido non possono essere completamente rimossi durante la pulizia del pezzo, o se c'è dell'acido residuo nei microfori, esso continuerà a erodere i punti eterogenei. Le impurità metalliche non rimosse dal lavaggio acido possono facilmente formare microbatterie con il substrato d'oro in determinate condizioni, portando alla corrosione elettrochimica in quanto agiscono come anodi. Durante la conservazione dei gioielli in oro, i prodotti della corrosione migreranno lentamente verso l'esterno, causando alla fine "macchie di ruggine" e scolorimento.
1.3 Problemi di deformazione
La resistenza dell'oro puro è molto bassa. I gioielli realizzati in oro puro con le tecniche convenzionali sono soggetti a deformazioni durante la produzione e l'usura e non sono adatti all'incastonatura delle gemme. Per migliorare la capacità di deformazione dei gioielli, è spesso necessario aumentare lo spessore delle pareti, il che aumenta il peso dell'oro e rende ogni pezzo più costoso.
1.4 Problemi di usura
La durezza dell'oro puro è molto bassa. I gioielli realizzati in oro puro con le tecniche convenzionali si urtano e si graffiano facilmente durante l'uso, provocando ammaccature e graffi sulla superficie e facendo perdere gradualmente la lucentezza del gioiello.
1.5 Problemi di stile
A causa della scarsa resistenza e durezza dell'oro puro, non è facile creare gioielli dalle forme complesse, dai motivi intricati, dall'elevata precisione di lavorazione e dall'incastonatura di pietre preziose. Questo fa sì che i gioielli tradizionali in oro puro si trovino nella scomoda posizione di essere grezzi e privi di valore artistico, il che impone alcune limitazioni allo sviluppo e all'espansione della gioielleria, limitandone il valore artistico come prodotto di consumo di fascia alta.
2. Materiali e processi di produzione dell'oro puro modificato
2.1 Gioielli in oro puro duro elettroformato
Sullo sfondo delle funzioni sempre più importanti della gioielleria decorativa e della continua impennata dei prezzi internazionali dell'oro, i gioielli in oro puro cavi e a parete sottile hanno una notevole competitività sul mercato grazie alla loro forma ampia, alla leggerezza e al basso prezzo per pezzo. I processi convenzionali di formatura dei gioielli, come la fusione e lo stampaggio, hanno bisogno di aiuto per soddisfare questa domanda. Per questo motivo, l'elettroformatura è diventata il principale processo di formatura dei gioielli in oro cavo. Tuttavia, i gioielli in oro puro realizzati con i processi tradizionali di elettroformatura sono molto soggetti a deformazioni e crolli, il che li rende adatti solo come oggetti da esposizione piuttosto che come gioielli da indossare. Più di dieci anni fa, l'industria ha iniziato ad adottare il processo di elettroformatura dell'oro puro duro, che utilizza il principio dell'elettrodeposizione. Regolando la formulazione della soluzione di elettroformatura e migliorando le condizioni del processo di elettroformatura, gli ioni d'oro migrano verso lo stampo catodico conduttivo sotto l'influenza di un campo elettrico. Dopo aver rimosso il nucleo, si ottengono pezzi d'oro puro a parete sottile, cavi e duri, come illustrato nella Figura 3-6.
Figura 3-6 Tipici gioielli in oro duro elettroformati
2.1.1 Caratteristiche dei gioielli in oro puro duro elettroformato
Rispetto ai gioielli in oro puro tradizionali, i gioielli in oro puro duro elettroformati presentano le seguenti caratteristiche:
(1) Elevata purezza.
Il contenuto d'oro supera il 99,9％, di solito pienamente conforme agli standard internazionali pertinenti per la purezza dell'oro, soddisfacendo anche la domanda del mercato di purezza dell'oro che raggiunge Au999. Tre campioni di gioielli d'oro duro elettroformati sono stati selezionati a caso per essere sottoposti a test di composizione chimica e i risultati sono riportati nella Tabella 3-6.
Tabella 3-6 Composizione chimica dell'oro duro elettroformato (2012)
| Elementi chimici | Contenuto /％ | Elemento chimico | Contenuto /％ |
|---|---|---|---|
| Ag | 0.001 ~ 0.0036 | Pd | < 0.0003 |
| Cu | 0.0025 ~ 0.0046 | Mg | < 0.0003 |
| Fe | 0.0003 ~ 0.0012 | Come | < 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) Elevata durezza.
A seconda della composizione della soluzione di elettroformatura, del processo di elettroformatura e dello spessore del rivestimento, la durezza allo stato fuso può generalmente raggiungere HV80, con alcuni addirittura HV140-160, che equivale alla durezza dell'oro 18 carati, più di quattro volte quella dell'oro puro tradizionale.
(3) Indossabile.
Con l'aumento significativo della durezza, la resistenza alla deformazione dei gioielli migliora, consentendo di indossarli come accessori, risolvendo il problema che i tradizionali gioielli in oro cavo possono servire solo come ornamento.
(4) Resistente all'usura.
Supera il limite della morbidezza dei gioielli tradizionali in oro puro, con una resistenza all'usura di gran lunga superiore a quella dei tradizionali articoli in oro puro.
(5) Peso ridotto.
Utilizzando un processo di elettroformatura a vuoto, lo spessore delle pareti è generalmente contenuto entro i 220μm, riducendo significativamente il peso rispetto ai tradizionali gioielli in oro puro dello stesso aspetto e volume.
Tuttavia, sebbene l'oro duro elettroformato abbia una durezza relativamente elevata, è di natura relativamente fragile. Essendo cavo, è necessario prestare attenzione ad evitare collisioni con oggetti taglienti durante l'uso. Inoltre, l'oro duro elettroformato presenta ancora alcune limitazioni per quanto riguarda lo stile e la struttura del prodotto.
2.1.2 Meccanismo di rafforzamento del materiale dell'oro duro elettroformato
Il processo di elettroformazione dell'oro duro utilizza oro puro IC - Au9,99 come materia prima, preparandolo in una soluzione di elettroformazione contenente ioni di lega complessi. Migliorando gli additivi nella soluzione di elettroformatura e le condizioni del processo di elettroformatura, il metodo di cristallizzazione dello strato d'oro viene potenziato, ottenendo una struttura fusa con grani fini e struttura densa. Anche la struttura cristallina dell'oro duro elettroformato differisce da quella dell'oro comune (Figura 3-7). Questa struttura fine e densa è la ragione fondamentale dell'elevata durezza dell'oro duro elettroformato.
Figura 3-7 Confronto della diffrazione dei raggi X tra l'oro duro 24K elettroformato e l'oro ordinario 24K
2,2 Oro 24K microlegato ad alta resistenza
A causa della scarsa resistenza e durezza dei materiali in oro 24K, non è facile creare gioielli con forme complesse, motivi intricati, elevata precisione di lavorazione e pietre preziose incastonate. Inoltre, i gioielli sono soggetti a deformazioni durante l'uso e possono facilmente usurarsi e perdere la loro lucentezza. Con il miglioramento degli standard di vita materiali e culturali, i consumatori hanno aspettative più elevate per i gioielli in oro 24K rispetto al passato, richiedendo un'elevata purezza e maggiori aspettative per la struttura, lo stile e le prestazioni dei gioielli. Per questo motivo, la ricerca e lo sviluppo di materiali e processi di produzione in oro 24K micro-legato ad alta resistenza sono diventati un tema caldo nel settore.
2.2.1 Metodi di rafforzamento per l'oro 24K microlegato
Come accennato in precedenza, i metodi di rafforzamento dei materiali in metallo prezioso includono il rafforzamento in soluzione solida, il rafforzamento a grana fine, il rafforzamento per deformazione, il rafforzamento per precipitazione, il rafforzamento per dispersione e il rafforzamento per trasformazione di fase. Nello sviluppo dell'oro micro-legato, è anche necessario selezionare metodi appropriati tra i metodi di rafforzamento di cui sopra e, a causa della quantità molto piccola di elementi di lega aggiunti, è necessario un effetto globale di più vie di rafforzamento per ottenere buoni risultati di rafforzamento.
Dal punto di vista dei principi metallurgici, gli elementi microleganti sono piuttosto ampi. Ad eccezione dei metalli alcalini, di alcuni metalli refrattari e di quelli a basso punto di fusione, i metalli semplici, i metalli di transizione, i metalli leggeri e i metalloidi possono tutti fungere da elementi di microlega per l'Au, e anche gli elementi considerati nocivi a concentrazioni convenzionali possono fungere da importanti elementi di microlega. Nella scelta degli elementi di lega, in genere si considerano i seguenti fattori.
(1) L'effetto del rafforzamento della soluzione solida.
L'effetto di rafforzamento in soluzione solida degli elementi di lega nell'oro puro è legato a fattori quali la differenza di dimensioni atomiche, la differenza di elettronegatività, le differenze di struttura cristallina e il contenuto degli elementi di lega. L'effetto di rafforzamento in soluzione solida degli elementi di lega su Au può essere misurato mediante parametri di rafforzamento in soluzione solida; maggiore è il valore del parametro, migliore è l'effetto di rafforzamento in soluzione solida. In generale, gli elementi metallici leggeri con peso atomico minore, come Li, Be, Na, K, Mg, Ca e Sr, e gli elementi delle terre rare con dimensioni atomiche maggiori, hanno valori più elevati dei parametri di rafforzamento in soluzione solida.
(2) Effetto di rafforzamento della grana fine.
L'affinamento dei grani dell'oro puro comprende sia l'affinamento primario dei grani durante il processo di cristallizzazione per solidificazione del metallo fuso, sia la soppressione della ricristallizzazione e della crescita dei grani durante il processo di trattamento termico. Alcuni elementi di lega, come le terre rare e alcuni elementi di lega ad alto punto di fusione, possono agire come efficaci raffinatori o modificatori di grani durante la cristallizzazione per solidificazione. Le terre rare, che hanno una forte affinità per l'ossigeno, possono purificare il metallo fuso e fungere da efficaci raffinatori di grani durante la cristallizzazione per solidificazione; il cobalto può aumentare la temperatura di ricristallizzazione delle leghe d'oro e sopprimere il verificarsi della ricristallizzazione.
(3) Sono effetti di rafforzamento dell'invecchiamento.
Se la solubilità degli elementi di lega nell'Au diminuisce al diminuire della temperatura, attraverso il trattamento di invecchiamento in soluzione solida possono precipitare seconde fasi metastabili o stabili, con conseguente rafforzamento per precipitazione della lega. Molti elementi possono produrre un'efficace precipitazione nell'Au, come piccole quantità di Ti, REE, Co, Sb, Ca, ecc. che possono portare a effetti di rafforzamento per precipitazione nell'invecchiamento dell'oro.
(4) Il ruolo dell'indurimento da deformazione.
Questo è un modo necessario perché l'oro microlegato possa ottenere effetti di rafforzamento significativi. I tassi di tempra di lavorazione dei diversi elementi di lega nell'oro variano, fondamentalmente a causa delle differenze nell'ostacolo allo scivolamento delle dislocazioni, che dipende dalle interazioni tra i confini dei grani e le dislocazioni, gli atomi di soluto e le dislocazioni, le particelle di seconda fase e le dislocazioni e le dislocazioni tra loro.
2.2.2 La qualità dell'oro microlegato ad alta resistenza
La qualità dell'oro Au999 si mantiene al di sopra del 99,9％, soddisfacendo l'accettazione della qualità dell'oro da parte del mercato. Grazie all'aggiunta di oligoelementi di lega e alla loro combinazione con il processo di deformazione a freddo, è possibile ottenere una resistenza e una durezza significativamente superiori rispetto all'oro 24K tradizionale. Il cosiddetto "oro duro 5G" appartiene all'oro 24K micro-legato. La Figura 3-8 mostra un bracciale cavo in oro 24K duro "5G" con uno spessore della parete di soli 0,2 mm, formato mediante trafilatura, piegatura e saldatura, caratterizzato da leggerezza, elevata durezza e buona elasticità.
Figura 3-8 Bracciale rigido cavo in oro 24 carati "5G
A causa dell'introduzione insufficiente di elementi di lega 0,1％, a seconda degli elementi di lega aggiunti, la durezza as-cast varia generalmente da HV40 a HV60. Dopo i processi di deformazione a freddo, come la laminazione e la trafilatura, la durezza varia generalmente da HV80 a HV120. In alcuni casi, la durezza di alcune leghe è ancora migliore. Anche i Paesi stranieri hanno sviluppato e commercializzato l'Au999 micro-legato, che migliora significativamente la durezza e la resistenza rispetto all'Au999 ordinario, come illustrato nella Tabella 3-7.
Tabella 3-7 Proprietà delle microleghe ad alta resistenza Au999 (parzialmente estratta da Christopher W. Corti, 1999)
| I materiali | Produttore | La purezza | Durezza del getto HV/(N/mm)2) | Ricotto Durezza HV/(N/mm)2) | Lavorazione Durezza HV/(N/mm)2) | Resistenza alla trazione / MPa | Artigianato adatto |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Oro duro 5G | Cina | 99.9％ | 40 ~ 60 | - | 80 ~ 110 | - | Colabile |
| Oro puro ad alta intensità | Giappone Mitsubishi | 99.9％ | - | 55 | 123 | 500 | Colabile |
| TH Oro | Giappone Tokuriki Honten | 99.9％ | - | 35 ~ 40 | 90 ~ 100 | - | Colabile |
| Oro puro ordinario | - | 99.9％ | - | 30 | 50 | 190 ~ 380 |
2.2.3 Au995 microlegato ad alta resistenza
Poiché il contenuto di elementi di lega di Au995 è leggermente superiore a quello di Au999, è possibile scegliere tra più elementi di lega. Utilizzando una combinazione di diversi meccanismi di rafforzamento, è possibile ottenere un effetto di rafforzamento significativo. La Tabella 3-8 elenca alcune proprietà dell'Au995 micro-legato e la durezza di alcune leghe, dopo un trattamento completo, può raggiungere l'oro 22K o addirittura 18K.
Tabella 3-8 Prestazioni dell'Au995 micro-legato (secondo Christopher W. Corti, 1999)
| I materiali | Produttore | La purezza | Durezza del getto HV/(N/mm)2) | Ricotto Durezza HV/(N/mm)2) | Lavorazione Durezza HV/(N/mm)2) | Stato di invecchiamento Durezza HV/(N/mm)2) | Artigianato adatto |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Oro massiccio 24 carati | Africa Mintek | 99.5％ | - | 32 | 100 | 131 ~ 142 | Può essere invecchiato |
| Oro puro | Giappone 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 | - | Trattamento a freddo |
| Uno-A- Erre Oro 24 carati | Uno-A- Erre Italia | 99.8％ | - | 62 | 118 | - | Trattamento a freddo |
| DiAurum 24 | Titano britannico | 99.7％ | 60 | - | 95 | - | Colabile |
2.2.4 99％Au - 1％ Ti Oro duro
Negli anni '80, il World Gold Council ha finanziato la ricerca sull'oro duro, sviluppando con successo l'oro duro Au990, che utilizza l'1％ Ti come elemento di lega, sfruttando l'effetto di rafforzamento a grana fine del Ti e l'effetto di rafforzamento per precipitazione per invecchiamento del Ti che si diffonde dalla soluzione solida supersatura all'Au per formare la seconda fase, migliorando significativamente la resistenza e la durezza della lega, come mostrato nella Tabella 3-9.
Tabella 3-9 Prestazioni dell'oro duro 99％Au - 1％Ti Secondo Christopher W. Corti, 1999
| Prestazioni | Stato di soluzione solida (800℃, 1 h, quenching) | Stato di lavorazione a freddo (velocità di lavorazione 23％) | Stato di invecchiamento (500℃, 1h, quenching) |
|---|---|---|---|
| Durezza HV/N/mm2 | 70 | 120 | 170- ~ 40 |
| Resistenza allo snervamento /MPa | 90 | 300 | 360 ~ 660 |
| Resistenza alla trazione /MPa | 280 | 340 | 500 ~ 700 |
| Tasso di allungamento /％ | 40 | 2 ~ 8 | 2 ~ 20 |
99％Au - 1％ Ti è un promettente materiale d'oro micro-legato ad alta resistenza. Tuttavia, a causa della presenza di Ti, questo sistema di leghe deve essere fuso sotto vuoto, il che rende il processo più difficile, e il colore differisce leggermente dall'oro tradizionale, limitandone le applicazioni.
