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Una sola volta per conoscere i metalli del gruppo del platino e le loro leghe utilizzati nei prodotti di gioielleria
Guida completa alle proprietà e alle caratteristiche del platino puro e dei materiali in lega di platino
Gli elementi metallici del gruppo del platino comprendono rutenio (Ru), osmio (Os), rodio (Rh), iridio (Ir), palladio (Pd) e platino (Pt). Tra i minerali del gruppo del platino, questi sei elementi presentano solitamente un'ampia gamma di isomorfismi, oltre alla presenza di miscele isomorfiche come ferro, cobalto e nichel. I metalli del gruppo del platino comunemente utilizzati in gioielleria sono il platino, il palladio, il rodio e una piccola quantità di iridio.
Sebbene i metalli del gruppo del platino siano stati scoperti più tardi, possiedono proprietà fisiche e chimiche uniche. Oggi sono ampiamente utilizzati nelle industrie moderne e nei settori tecnologici d'avanguardia come l'industria automobilistica, petrolifera, chimica, delle comunicazioni, della difesa nazionale e aerospaziale, guadagnandosi il titolo di "materiali pionieristici". Nell'industria orafa, i principali elementi di base utilizzati in gioielleria dai metalli del gruppo del platino sono Pt e Pd. Invece, Ir e Ru sono talvolta utilizzati come elementi di lega nelle leghe per gioielli. L'Os non è utilizzato nell'industria della gioielleria. Sebbene il volume dei gioielli in metalli del gruppo del platino sia di gran lunga inferiore a quello dell'oro e dell'argento, questi metalli sono emersi nel campo della gioielleria in metalli preziosi a livello mondiale grazie alle loro eccellenti proprietà fisiche e chimiche. Ora sono diventati un'importante area di utilizzo finale dopo il settore della produzione automobilistica.
Indice dei contenuti
Sezione Ⅰ Proprietà fisiche e chimiche dei metalli del gruppo del platino
1. Proprietà fisiche dei metalli del gruppo del platino
Tra i metalli del gruppo del platino, il rutenio (Ru), il rodio (Rh) e il palladio (Pd) si trovano nel gruppo 5 del 5° periodo. Invece, l'osmio (Os), l'iridio (Ir) e il platino (Pt) si trovano nel gruppo VIII del 6° periodo, tutti appartenenti ai metalli di transizione.
Le principali proprietà fisiche dei metalli del gruppo del platino sono riportate nella Tabella 5-1. La densità del platino è superiore a quella dell'oro, circa il doppio di quella dell'argento, il che gli conferisce una notevole sensazione di pesantezza. La densità del palladio è leggermente superiore a quella dell'argento, ma molto inferiore a quella dell'oro. I metalli del gruppo del platino hanno un'elevata riflettività nell'intero spettro della luce visibile e la riflettività aumenta in modo uniforme con l'aumentare della lunghezza d'onda, per cui i metalli del gruppo del platino appaiono generalmente di colore bianco-argenteo. Tra gli elementi del gruppo del platino dello stesso periodo, il punto di fusione dei metalli diminuisce con l'aumentare del numero atomico. I punti di fusione del platino e del palladio sono significativamente più alti di quelli dell'oro e dell'argento, rendendo difficile la fusione. La conducibilità termica dei metalli del gruppo del platino è inferiore a quella dell'oro e dell'argento; ad esempio, a temperatura ambiente (300K), la conducibilità termica del platino è inferiore a quella dell'oro. Pertanto, sebbene il calore richiesto per fondere le leghe di platino sia elevato, la bassa conducibilità termica rende difficile la dissipazione del calore durante il riscaldamento, con il risultato che la potenza laser richiesta per la saldatura laser dei gioielli in platino è inferiore a quella dell'oro e dell'argento, il che è molto vantaggioso per l'assemblaggio e la saldatura laser dei gioielli in lega di platino. I metalli del gruppo del platino sono paramagnetici; non si magnetizzano da soli, ma gli elementi metallici nobili come il Pt e il Pd possono mostrare un certo magnetismo quando sono legati a elementi come il Fe, il CO.
Tabella 5-1 Principali indicatori delle proprietà fisiche dei metalli del gruppo del platino
| Indicatori di proprietà fisica | Metalli del gruppo del platino | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Indicatori di proprietà fisica | Ru | Rh | Pt | Os | Ir | Pd |
| Numero atomico | 44 | 45 | 46 | 76 | 77 | 78 |
| Massa atomica relativa | 101.07 | 102.905 | 106.4 | 190.2 | 192.22 | 195.078 |
| Struttura cristallina | Esagonale a strati ravvicinati | Cubico a facce centrate | Cubico a facce centrate | Esagonale a strati ravvicinati | Cubico a facce centrate | Cubico a facce centrate |
| Densità (20℃)/(g/cm3) | 12.37 | 12.42 | 12.01 | 22.59 | 22.56 | 21.45 |
| Colore | Blu bianco | Bianco argento | Acciaio bianco | Blu bianco | Bianco argento | Bianco stagno |
| Punto di fusione /℃ | 2333 | 1966 | 1555 | 3127 | 2448 | 1768.1 |
| Punto di ebollizione /℃ | 4077 | 3900 | 2990 | 5027 | 4577 | 3876 |
| Calore di fusione/(kJ/mol) | 39.0 | 27.3 | 16.6 | 70.0 | 41.3 | 22.11 |
| Calore di evaporazione (1 x 105 Pa)/(kJ/mol) | 649 | 558 | 377 | 788 | 670 | 565 |
| Capacità termica specifica (1 x 105 Pa, 25℃) /[J/(mol⸳K)] | 24.05 | 24.90 | 26.0 | 24.69 | 25.09 | 25.65 |
| Conduttività termica (0℃)/[W/(m⸳K)] | 119 | 153 | 75.1 | 88 | 148 | 71.7 |
| Resistività (25℃)/(/uΩ⸳m) | 7.37 | 4.78 | 10.55 | 9.13 | 5.07 | 10.42 |
| Coefficiente di espansione termica (20℃)/(X10-6/) | 9.1 | 8.3 | 11.77 | 6.1 | 6.8 | 8.93 |
Gli elementi del gruppo del platino, come Pt e Pd, hanno la proprietà di adsorbire i gas, in particolare l'H. Pt, Pd La capacità di adsorbire l'H è legata al loro stato fisico; il nero di platino può adsorbire fino a 502 volte il suo volume di H e, a causa delle differenze nel processo di produzione del nero di platino, la quantità di idrogeno assorbita può variare notevolmente. Il palladio può adsorbire fino a 2800 volte il suo volume di H e forma una soluzione solida palladio-idrogeno, che diminuisce in densità, conduttività elettrica e resistenza, ma l'idrogeno può essere rilasciato quando viene riscaldato.
2. Proprietà chimiche dei metalli del gruppo del platino
I metalli del gruppo del platino hanno un'eccellente resistenza all'ossidazione e alla corrosione, ma ci sono differenze nella resistenza all'ossidazione e alla corrosione tra gli elementi del gruppo del platino, e le differenze sono piuttosto significative.
2.1 Resistenza all'ossidazione
In aria secca a temperatura ambiente, i metalli del gruppo del platino presentano una buona resistenza all'ossidazione; tuttavia, esistono differenze significative nelle loro prestazioni di ossidazione, che seguono l'ordine di affinità per l'ossigeno Pt < Pd < Rh < Ir < Ru < Os. Se riscaldati all'aria, sulla superficie si forma uno strato di ossido che influisce sulla qualità della superficie dei gioielli. Con l'aumento della temperatura, la pellicola di ossido si decompone e si riduce in metallo, ripristinando la lucentezza metallica della superficie dei gioielli.
Il platino reagisce con l'ossigeno per produrre PtO, Pt2O3 e PtO2. In un'atmosfera ossidante, a una pressione di 0,8 MPa, il riscaldamento della polvere di platino a 430℃ provoca l'ossidazione del platino per formare PtO.
Il palladio reagisce con l'ossigeno per produrre PdO a 350-790℃, ma è instabile alle alte temperature e si decompone. Se ulteriormente riscaldato al di sopra degli 870℃, il PdO si riduce completamente a palladio metallico. PdO2 è di colore rosso scuro ed è un forte agente ossidante. Perde lentamente ossigeno a temperatura ambiente e si decompone in PdO e O2 inferiore a 200℃.
Sulla superficie di iridio e rodio si forma una pellicola di ossido a 600-1000℃.
2.2 Resistenza alla corrosione
A temperatura ambiente, il platino ha una forte resistenza alla corrosione; l'acido cloridrico, l'acido nitrico, l'acido solforico e gli acidi organici non intaccano il platino allo stato freddo, mentre lo zolfo intacca leggermente il platino quando viene riscaldato. Tuttavia, l'acqua regia può dissolvere il platino sia a freddo che a caldo. Anche gli alcali o gli ossidanti fusi possono corrodere il platino. Quando la temperatura viene portata a 100℃ in condizioni di ossidazione, vari acidi idroalici o alogenuri agiscono come agenti complessanti, causando la complessazione e la dissoluzione del platino. A 350-600℃, il platino reagisce con il cloro per formare cloruro di platino, che può essere ulteriormente riscaldato per ridurlo.
Gli alcali fusi possono corrodere il platino. Ad alte temperature, il carbonio può dissolversi nel platino, con una solubilità che aumenta con la temperatura; al raffreddamento, i residui di carbonio rendono il platino fragile, un fenomeno noto come "avvelenamento da carbonio". Pertanto, quando si fonde il platino, non si devono usare crogioli di grafite; in genere si usano crogioli di allumina o di zirconia e il processo viene condotto sotto vuoto o sotto protezione di gas inerte. L'aggiunta di rodio e iridio al platino può aumentarne la resistenza alla corrosione.
Il palladio è il meno resistente alla corrosione tra i metalli del gruppo del platino. L'acido nitrico dissolve il palladio, così come l'acido solforico caldo e il bisolfato di potassio fuso. Soprattutto in presenza di complessi di idruri (ad esempio, acqua regia), il palladio è più suscettibile alla corrosione e alla dissoluzione. A temperature elevate, il palladio interagisce con il cloro per formare cloruro di palladio. Il palladio reagisce con l'acqua regia e l'acido cloridrico per formare acido cloropalladio o cloropalladite. Quando l'ammoniaca viene aggiunta in eccesso alla cloropalladite, si può ottenere una soluzione di tetracloroammonia; quando l'acido cloridrico viene aggiunto alla soluzione, può precipitare un precipitato cristallino fine e di colore giallo brillante di dicloruro di palladio, che si decompone in palladio metallico dopo la calcinazione. Il palladio reagisce con lo zolfo per formare solfuro di palladio e con il selenio e il tellurio per formare seleniuro di palladio (tellurio). Quando il palladio viene fuso in crogioli di grafite, si verifica anche un avvelenamento da carbonio, con conseguente fragilità La resistenza alla corrosione del palladio aumenta in presenza di altri elementi del gruppo del platino.
Il rodio e l'iridio sono i metalli chimicamente più stabili tra quelli del gruppo del platino e l'acqua regia calda non li dissolve facilmente. Tuttavia, i perossidi di metalli alcalini e gli alcali fusi possono ossidare il rodio e l'iridio, e il rodio e l'iridio ossidati possono essere facilmente dissolti da agenti complessanti; anche i solfati fusi possono dissolvere il rodio. Quando l'iridio reagisce con il cloro, si formano diversi prodotti di iridio clorurato a diverse temperature. In una soluzione acquosa, la clorazione può far precipitare il clorato di iridio, che ha un valore significativo nella raffinazione dei metalli del gruppo del platino e viene utilizzato per il recupero e la separazione dell'iridio e di altri metalli del gruppo del platino.
Il comportamento alla corrosione dei metalli del gruppo del platino in determinati mezzi corrosivi è riportato nella Tabella 5-2.
Tabella 5-2 Caratteristiche della resistenza alla corrosione dei metalli del gruppo del platino
| Mezzi corrosivi | Metalli del gruppo del platino | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mezzi corrosivi | Pt | Pd | Rh | Ir | Os | Ru | |
| H concentrato2SO4 | / | / | / | / | / | / | |
| HNO3 | 70%, temperatura ambiente | / | forte | / | / | generale | / |
| 70%, 100℃ | / | forte | / | / | forte | / | |
| Acqua regia | Temperatura ambiente | forte | forte | / | / | forte | / |
| Bollire | forte | forte | / | / | forte | / | |
| HCl | 36%, temperatura ambiente | / | / | / | / | / | / |
| 36%, bollente | debole | debole | / | / | generale | / | |
| Cl2 | Secco | debole | generale | / | / | / | / |
| Bagnato | debole | forte | / | / | generale | / | |
| Soluzione di NaClO | Temperatura ambiente | / | generale | debole | / | forte | forte |
| 100℃ | / | forte | / | / | forte | / | |
| FeCl3 soluzione | Temperatura ambiente | - | generale | / | / | generale | / |
| 100℃ | - | forte | / | / | forte | / | |
| Na fuso2SO4 | Na fuso2SO4 | debole | generale | generale | / | debole | debole |
| NaOH fuso | NaOH fuso | debole | debole | debole | debole | generale | generale |
| Na fuso2O2 | Na fuso2O2 | forte | forte | debole | generale | forte | generale |
| NaNO fuso3 | NaNO fuso3 | / | generale | / | / | forte | / |
| Na fuso2CO4 | Na fuso2CO4 | debole | debole | debole | debole | debole | debole |
Nota: / indica non corrosivo; settimana indica leggera corrosione; generale indica corrosione; forte indica grave corrosione; uno indica che non esistono dati simili nella letteratura originale.
Sezione II Gioielli Utilizzato il platino e le sue leghe
1. Storia dello sviluppo della gioielleria in platino
1.1 Storia dello sviluppo dei gioielli in platino
Il platino è un metallo prezioso molto raro. A causa della sua rarità, stabilità e unicità, nonché della sua abbagliante lucentezza metallica bianco-argento, il suo valore è stato spesso più costoso dell'oro. La storia dell'uso umano del platino è molto lunga;
I ritrovamenti archeologici suggeriscono che già 3000 anni fa, nell'antico Egitto, l'uomo aveva iniziato a utilizzare il platino. Tuttavia, la conoscenza scientifica di questo metallo prezioso esiste solo da poco più di 200 anni. Storicamente, l'uso dei metalli preziosi è iniziato con la creazione di oggetti di artigianato, gioielli, ornamenti religiosi e utensili. Il platino è poco diffuso in natura e la sua distribuzione nella crosta terrestre è rara. Unitamente alla sua insolubilità e stabilità, ciò ha posto sfide significative per l'estrazione, la selezione, la raffinazione e la purificazione del platino. L'elevato punto di fusione del platino rende molto difficile la lavorazione, soprattutto se si utilizzano metodi primitivi. Si capisce quindi che nell'antichità i prodotti in platino erano pochi e ancora meno sono quelli sopravvissuti.
Secondo le statistiche, nel 1980 la quantità di platino utilizzata per produrre gioielli in platino in tutto il mondo era di circa 15 tonnellate, che sono aumentate a 58 tonnellate nel 1995. Il Giappone è il Paese che ama di più i gioielli in platino e ha il più alto consumo di platino. La Cina ha iniziato a lavorare il platino artigianale negli anni Venti e Trenta. Tuttavia, a causa della lunga preferenza dei consumatori cinesi per i gioielli d'oro, prima degli anni '90 era necessario un maggiore coinvolgimento nella produzione di gioielli in platino. Con l'apertura dell'economia, lo sviluppo e il miglioramento del tenore di vita della popolazione, nonché l'influenza della moda e dei produttori di gioielli in platino, l'industria cinese della gioielleria ha iniziato a orientarsi verso i gioielli in platino. Nel 2000, la Cina aveva superato il Giappone diventando il maggior consumatore mondiale di gioielli in platino. Da allora, la domanda di gioielli in platino in Cina è cresciuta rapidamente, raggiungendo un picco tra il 2012 e il 2015, con una domanda annuale di 55-60t, pari a circa 70% della domanda totale globale, diventando così il più grande consumatore di gioielli in platino al mondo e dominando il mercato globale dei gioielli in platino.
1.2 Caratteristiche dei gioielli in platino
I gioielli in platino sono amati dalle persone per la loro consistenza, bellezza e ritmo unici. I gioielli in platino non solo evidenziano l'eleganza e la grazia generale del pezzo, ma presentano anche una certa atmosfera misteriosa e ricca di gusto artistico. Anche per questo motivo i gioielli in platino sono popolari tra le classi sociali con un certo livello di cultura artistica e standard culturali più elevati.
Il colore tenue, elegante e lussuoso del platino simboleggia purezza e nobiltà. Per questo motivo, viene spesso incastonato insieme ai diamanti per creare fedi nuziali, che fungono da pegno d'amore per significare la purezza e la natura eterna dell'amore. I diamanti trasparenti, incolori e radiosi incastonati nella scintillante struttura di platino evidenziano ancora di più il bianco impeccabile e la grandezza dei diamanti.
I gioielli in platino possono essere suddivisi in due categorie: gioielli in platino puro senza pietre preziose e gioielli in platino con pietre preziose incastonate. Il platino puro è morbido e, a causa dei limiti di resistenza del materiale, viene solitamente realizzato in gioielli in platino puro senza pietre preziose. I modelli più comuni includono principalmente anelli, collane, orecchini e spille.
1.3 Marcatura di purezza dei gioielli in platino
I gioielli in platino più diffusi sul mercato possono essere suddivisi in due categorie principali: i gioielli in platino puro, noti anche come platino di elevata purezza, che teoricamente dovrebbero avere una finezza del 1000‰. La finezza è solitamente espressa in parti per mille, ma in realtà non esiste l'oro o il platino puro; la finezza del platino puro è sempre inferiore a questo valore. L'altra categoria è quella dei gioielli in lega di platino, una lega formata dall'aggiunta di altri metalli, come bismuto, palladio e rame, al platino puro per aumentarne la durezza e la resistenza.
A causa delle differenze nelle culture regionali e dei gioielli, anche gli standard di purezza del mercato dei vari Paesi (regioni) sono diversi.
Giappone, Hong Kong: La purezza del platino consentita è 1000‰, 950‰, 900‰ e 850‰, con un errore consentito di 0,5%.
Stati Uniti: I gioielli con un contenuto di platino superiore a 95% possono essere punzonati con "Pt" (Platinum o Plat); i gioielli con un contenuto di platino compreso tra 75% e 95% devono essere punzonati con il marchio del metallo del gruppo del platino, come ad esempio "IR-10-PAT", che indica una lega contenente iridio 10%. I gioielli con un contenuto di platino compreso tra 50% e 75% devono recare il marchio del metallo del gruppo del platino contenuto, come ad esempio "585 Platinum(585PAT)" o "365 Palladium" (365PALL).
Europa: La maggior parte dei Paesi richiede una purezza di 950‰, mentre alcuni consentono di considerare l'iridio come platino. La Germania ammette altri standard di purezza.
Il termine "platino fino" si riferisce al platino con un contenuto non inferiore a 990 parti per mille e deve essere timbrato con un marchio di platino fino o stampato con il contenuto effettivo.
2. Platino puro
2.1 Proprietà meccaniche
Il platino puro è morbido, ha una buona duttilità e possiede eccellenti capacità di lavorazione, che gli consentono di essere laminato in fogli e trafilato in fili secondo le necessità. Un grammo di platino puro può essere trafilato in circa 2 km di filo sottile. Il platino puro ha una buona tenacità, che consente di creare gioielli in platino a maglie flessibili, difficilmente ottenibili con oro puro, argento e altri metalli preziosi.
La resistenza alla trazione e la resistenza allo snervamento del platino puro allo stato ricotto sono superiori a quelle dell'oro puro e dell'argento puro; tuttavia, la sua resistenza specifica (rapporto resistenza/peso) è ancora relativamente bassa e lo rende incline alla deformazione. Viene utilizzato principalmente per realizzare gioielli semplici senza incastonature di pietre preziose, come anelli, collane e orecchini.
Le principali proprietà meccaniche del platino puro sono riportate nella Tabella 5-3.
Tabella 5-3 Principali proprietà meccaniche del platino puro
| Proprietà meccaniche | Stato ricotto | Stato elaborato (60%) | |
|---|---|---|
| Durezza HV/(N/mm2) | 39 ~ 42 | 90 ~ 95 |
| Resistenza alla trazione /MPa | 130 ~ 160 | 300 ~ 350 |
| Resistenza allo snervamento /MPa | 70 ~ 110 | - |
| Tasso di allungamento /% | 40 ~ 50 | 1 ~ 3 |
A causa della bassa durezza del platino puro, i gioielli realizzati con questo materiale sono soggetti ad ammaccature, graffi e usura dovuti all'uso quotidiano a causa di urti e attriti, rendendo necessario un trattamento di rinforzo.
2.2 Prestazioni del processo
Il platino ha un punto di fusione molto elevato e la temperatura durante la colata per investimento è generalmente superiore a 1900℃, il che pone sfide significative per la fusione e la colata. Il carbonio può dissolversi nel platino ad alte temperature e la solubilità aumenta con la temperatura. Al raffreddamento, i residui di carbonio rendono il platino fragile, un fenomeno noto come avvelenamento da carbonio. Pertanto, i crogioli di grafite non possono essere utilizzati per la fusione del platino; in genere si utilizzano crogioli di allumina o di ossido di piombo e la fusione avviene sotto vuoto o sotto protezione di gas inerte. Il platino può formare eutettiche a basso punto di fusione con elementi come P, S e Si, con conseguente frattura fragile del materiale.
La tensione superficiale del platino è 1,5 volte quella dell'oro e la sua conducibilità termica è 1/3 di quella dell'oro. La viscosità, a parità di grado di surriscaldamento, è notevolmente superiore a quella dell'oro (Figura 5-1). L'elevata tensione superficiale e la viscosità rendono più difficile il riempimento agevole dello stampo da parte del metallo fuso, soprattutto per i pezzi di piccole dimensioni; la bassa conducibilità termica porta a una temperatura e a una composizione non uniformi del metallo fuso, soprattutto quando c'è una grande differenza di temperatura tra il metallo fuso e lo stampo. Nella produzione reale, si ricorre spesso alla colata centrifuga o all'aspirazione sotto vuoto per fornire una potenza di riempimento aggiuntiva e migliorare le prestazioni di riempimento. Durante la colata, i tradizionali materiali per modelli di gesso hanno una scarsa stabilità termica e subiscono gravi reazioni di decomposizione termica sotto l'azione del liquido di platino ad alta temperatura, con conseguenti difetti come porosità e fori di sabbia nei getti. Pertanto, è necessario utilizzare materiali in polvere per colata che utilizzano il fosfato come legante.
La durezza del platino puro allo stato ricotto è bassa e il tasso di incrudimento è superiore a quello dell'oro e dell'argento, ma appartiene anche al metallo a bassa energia di guasto. Pertanto, il tasso di indurimento da lavoro non è elevato, ha buone proprietà di flessibilità e di lavorazione a freddo, può essere laminato, trafilato, forgiato e sottoposto ad altre lavorazioni di deformazione a freddo, può essere trasformato in un filo molto sottile, laminato in una lamina di platino molto sottile.
3. Lega di platino
Per migliorare la resistenza e la durezza dei materiali in platino e soddisfare i requisiti per l'incastonatura dei gioielli, è necessario rafforzarli. Per la lega del platino si utilizzano molti elementi metallici e gli effetti di rafforzamento dei diversi elementi di lega sul platino variano in modo significativo. Anche la quantità di uno stesso elemento di lega aggiunto porta a diversi gradi di variazione del suo effetto di rafforzamento (Figura 5-2).
Gli elementi metallici comunemente utilizzati nelle leghe di platino per gioielli comprendono principalmente Ir, Cu, Co, Ru, Pd, ecc. Le loro leghe binarie possono essere applicate direttamente alla produzione di gioielli, oppure possono formare leghe ternarie o multi-elemento basate su queste leghe per ottimizzare le prestazioni complessive delle leghe di platino.
3.1 Sistema di leghe binarie
3.1.1 Lega Pt-Ir
La lega Pt-Ir è una lega formata dall'aggiunta di una piccola quantità di iridio al platino puro. Come mostrato nella Figura 5-3, questa lega è una soluzione solida continua ad alte temperature e, quando il contenuto di iridio supera il 7 a %, si verifica una separazione di fase quando si raffredda dalle alte temperature a 975-700℃.
L'Ir è un efficace agente rinforzante per il Pt. Con l'aumento della quantità di iridio, la resistenza e la durezza della lega Pt-Ir possono essere notevolmente migliorate, ma la lavorazione della lega diventa difficile quando il contenuto di Ir è > 30% (Figura 5-4).
Le leghe Pt-Ir sono di colore bianco-argento, con una forte lucentezza metallica, è la più bianca e luminosa di tutte le leghe di platino. L'aggiunta di iridio migliora la resistenza alla corrosione chimica del platino, il tasso di corrosione chimica della lega 90% Pt-10% Ir è solo 58% di platino puro. La lega ha una volatilità, l'Ir nell'aria quando riscaldata perde volatilità rispetto al Pt molte volte, in 1227℃, la volatilità dell'Ir rispetto al Pt 100 volte, contenendo Ir superiore a 5% della lega nell'aria quando riscaldata si ossida, in 700℃ o più, rende lo strato superficiale della lega blu. In 1200℃ sopra, lo strato blu scomparirà.
Le leghe Pt-Ir a basso contenuto di Ir hanno migliori prestazioni di fusione. Con l'aumento del contenuto di Ir, il punto di fusione della lega aumenta e i getti spesso presentano cristalli dendritici o segregazione interna, con conseguente minore uniformità delle proprietà della lega.
A seconda del contenuto di nichel e platino, la lega Pt-Ir comprende principalmente i tre gradi 95%Pt-5%Ir, 90%Pt-10%Ir e 85%Pt-15%Ir e le loro principali proprietà sono riportate nella Tabella 5-4. La lega Pt-Ir è uno dei materiali più importanti per la gioielleria in platino ed è particolarmente diffusa negli Stati Uniti. Negli ultimi anni, la lega Pt950Ir50 è stata utilizzata per i gioielli anche in Giappone e in Germania.
Tabella 5-4 Principali proprietà delle diverse qualità di leghe di platino-iridio
| Grado | Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Durezza HB/(N/mm2) | Resistenza alla trazione/ MPa | Allungamento/ % | Coordinate di colore | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Grado | Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Stato ricotto | Stato elaborato | Stato ricotto | Stato elaborato | Stato ricotto | Stato elaborato | L* | a* | b* |
| 95%Pt - 5%Ir | 1795 | 21.49 | 90 | 140 | 275 | 485 | 32 | 2.0 | 84.7 | -0.2 | 4.2 |
| 90%Pt - 10%Ir | 1800 | 21.53 | 130 | 185 | 380 | 620 | 27 | 2.5 | 85.5 | -0.1 | 4.7 |
| 85%Pt - 15%Ir | 1820 | 21.57 | 160 | 230 | 515 | 825 | 24 | 2.5 | - | - | - |
95%Pt-5%Ir Durezza bassa, tendenza ridotta al ritiro della colata, ma scarsa fluidità, granulometria più grossolana e non facile da lucidare. Adatto per la lavorazione artigianale, lo stampaggio e altri processi di formatura. A causa della bassa durezza e della tenacità relativamente elevata, ha una scarsa lavorabilità e tende ad attaccarsi agli utensili. Questa lega può essere utilizzata come lega generale per gioielli per la fusione, la lavorazione a mano e lo stampaggio.
La 90%Pt-10%Ir è una lega di media durezza che può essere lavorata con la maggior parte delle tecniche di produzione. Questa lega non forma una pellicola di ossido allo stato fuso, il che è vantaggioso per la fusione di piccole parti e può essere utilizzata come lega generale per la gioielleria per la fusione, l'artigianato e lo stampaggio.
3.1.2 Lega Pt-Cu
Come mostrato nella Figura 5-5, la lega Pt-Cu è una soluzione solida continua ad alte temperature, mentre a temperature più basse ( < 825℃ ), precipita fasi ordinate come PtCu3 e PtCu, con conseguente rafforzamento per invecchiamento e aumento della durezza. La ricerca ha rilevato che la lega 95%Pt-5%Cu allo stato fuso viene sottoposta a trattamento termico a 100-400℃, e la durezza della lega aumenterà ulteriormente a causa della formazione di un Pt7La struttura a superlattice del Cu, con alcune leghe che subiscono una trasformazione ordinata, con conseguente effetto di indurimento ordinato e aumento della durezza.
Il Cu è un elemento di medio rafforzamento per il platino e il suo effetto di indurimento è legato al metodo di trattamento. L'effetto di indurimento della lega Pt-Cu in soluzione solida non è significativo se sottoposta a trattamento di invecchiamento a bassa temperatura. Tuttavia, si ha un effetto di indurimento quando la lega in soluzione solida viene deformata a freddo e poi invecchiata a 300-500℃.
Quando la lega Pt-Cu viene riscaldata in atmosfera, l'ossidazione selettiva del componente di rame forma uno strato di ossido di rame, rendendo la lega soggetta a ossidazione e scolorimento. Pertanto, la fusione e il trattamento termico devono avvenire in atmosfera protettiva o sotto vuoto.
La lega Pt-Cu ha una durezza moderata, è colabile e viene comunemente utilizzata come lega per usi generici. Le leghe utilizzate per la gioielleria contengono generalmente 3%-5%Cu; quando il contenuto di rame supera 5%, le prestazioni di fusione della lega si deteriorano. Le principali proprietà della lega 95%Pt-5%Cu sono riportate nella tabella 5-5. In base al sistema di leghe Pt-Cu, la lega contiene 4%-6% Cu e altri elementi di lega come Co, Ni, Pd, ecc.
Tabella 5-5 95%Pt-5%CuPrincipali proprietà della lega
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Durezza HV/(N/mm2) | Resistenza alla trazione/ MPa | Allungamento/ % | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Soluzione solida | Stato ricotto (800℃) | Stato elaborato (90%) | Stato ricotto | Stato lavorato (90%) | Stato ricotto (800℃) | Macchina d Stato (90%) |
| 1750 | 20.05 | 90 | 150 | 240 | 310 ~ 410 | 720 ~ 920 | 27 ~ 45 | 13 |
3.1.3 Lega Pt-Co
La Figura 5-6 mostra che la lega Pt-Co forma una soluzione solida infinita a temperature superiori a 825℃ e la sua struttura cristallina è cubica a facce centrate. Al di sotto di questa temperatura, a seconda della composizione, la lega mostrerà CoPt3 e le fasi ordinate CoPt, subendo una transizione da fase disordinata-> a fase ordinata, con conseguente effetto di tempra ordinata. La durezza della lega Pt-Co è fortemente legata al processo di trattamento termico.
Rispetto alle leghe Pt-Ir e Pt-Ru, la lega Pt-Co ha un punto di fusione più basso, può essere colata a temperature inferiori e la sua fusione ha una viscosità relativamente più bassa rispetto alle altre leghe di platino (Figura 5-7). Pertanto, la fluidità della lega Pt-Co è migliore rispetto a quella di altre leghe, con una minore tendenza all'assorbimento di gas e al ritiro, consentendo la fusione di pezzi di gioielleria con modelli fini.
La superficie fusa della lega Pt-Co presenta un certo grado di ossidazione, con un colore grigio-blu chiaro. Immergendo il pezzo in acido borico e riscaldandolo a una temperatura giallo-arancio si può eliminare questo colore blu. La lega Pt-Co ha un'elevata resistenza alla corrosione e non viene erosa da acidi e basi inorganiche a temperatura ambiente, né viene corrosa da acido solforico caldo e concentrato. Con l'aumento del contenuto di Co, la resistenza all'ossidazione e alla corrosione della lega diminuisce e aumenta la probabilità di difetti dovuti a inclusioni ossidate nei getti. Pertanto, quando questa lega viene utilizzata per la produzione di gioielli, il contenuto di Co non supera generalmente i 10%, e la lega 95%Pt-5%Co (Tabella 5-6) è la più comune.
Tabella 5-6 95%Pt-5%Co Proprietà principali della lega
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Durezza HV/(N/mm2) | Resistenza alla trazione/ MPa | Coordinate di colore | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Stato ricotto | Stato elaborato | Stato ricotto | Stato elaborato | L* | a* | b* |
| 1765 | 20.8 | 135 | 270 | 275 | 475 | 86.6 | 0.5 | 4.5 |
95%Pt-5%Co La lega presenta una leggera ossidazione superficiale durante il trattamento termico o la saldatura, per cui è necessaria una protezione. Dopo la saldatura dovrebbe raffreddarsi sotto l'alcool borico, presentando un colore arancione brillante, che può essere rimosso con l'acido citrico. Si noti che l'acido borico non deve essere usato come protezione prima della saldatura. Poiché l'acido borico diventa un contaminante alle alte temperature, questa lega non è facile da saldare con una torcia a ossigeno-acetilene; è preferibile utilizzare una saldatrice ad acqua o un laser.
95%Pt-5%Co La lega subisce una trasformazione magnetica al di sotto di una certa temperatura, mostrando un leggero magnetismo. È necessario prestare particolare attenzione durante la lavorazione e non utilizzare magneti per separare i trucioli e la segatura di Pt-Co.
95%Pt-5%Co La lega ha buone prestazioni di fusione e l'aggiunta di Co come additivo al Pt può migliorare efficacemente la durezza della lega, conferendole buone proprietà meccaniche, rendendola facile da lucidare e adatta alla lavorazione artigianale, allo stampaggio e alla lavorazione. La lega presenta infine un tenue colore blu, che si abbina particolarmente bene con i diamanti ed è ampiamente utilizzato come gioiello in Europa e Nord America.
3.1.4 Pt-Ru Lega
La struttura cristallina del platino è una struttura esagonale a pacchetti ravvicinati, intrinsecamente fragile e difficile da lavorare. L'aggiunta di rutenio al platino può formare un'ampia soluzione solida all'estremità ricca di Pt (Figura 5-8), quindi questa lega non ha effetti di rafforzamento dell'invecchiamento. Tuttavia, il rutenio ha un certo effetto di rafforzamento della soluzione solida ed è un raffinatore di grani, per cui la sua aggiunta può affinare la microstruttura della lega; quindi la lega Pt-Ru ha una buona resistenza e durezza. 95%Pt-5%Ru Le principali proprietà della lega sono mostrate nella Tabella 5-7. L'aggiunta di rutenio aumenta il punto di fusione della lega, Pt-Ru, e la lega appare di colore bianco-argenteo.
Tabella 5-7 95%Pt-5%RuPrincipali proprietà della lega
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Durezza HV/(N/mm2) | Resistenza alla trazione/ MPa | Velocità di allungamento/% | Coordinate di colore | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm2) | Stato ricotto | Stato elaborato | Stato ricotto | Stato elaborato | Stato ricotto | L* | a* | b* |
| 1795 | 20.67 | 125 ~ 135 | 230 | 415 | 760 | 25 | 84.2 | 0 | 4.1 |
La durezza della lega Pt-Ru dopo la ricottura è di circa HV130, con un tasso di incrudimento stabile, e può infine raggiungere circa HV230. Anche la resistenza alla trazione della lega è relativamente elevata, il che conferisce alla lega Pt-Ru buone prestazioni di lavorazione e lucidatura, rendendola adatta alla produzione di anelli da tubi in Pt-Ru. La lega Pt-Ru può essere utilizzata anche per la colata, ma rispetto ad altre leghe di platino non è la più adatta per la colata; il metallo fuso ha un'elevata tendenza ad assorbire gas, in particolare con una buona affinità per l'ossigeno, portando a difetti come pori e inclusioni nei getti. La fluidità del metallo fuso potrebbe essere migliore, rendendo difficile la formazione di piccole parti di gioielli, con gravi micro-ritiri tra le dendriti, distribuzione granulometrica non uniforme e grani colonnari più grossolani sulla superficie. L'aumento della temperatura di colata e della temperatura dello stampo contribuisce a migliorare le prestazioni di riempimento, ma è necessario utilizzare polvere di colata refrattaria con una buona resistenza al calore. La fusione alla fiamma ossiacetilenica non è raccomandata, poiché l'ossido di rutenio RuO2 i fumi sono tossici.
La lega Pt-Ru è una lega di platino comunemente utilizzata negli Stati Uniti, originariamente sviluppata per oggetti fatti a mano, ed è una lega di uso generale, con 95%Pt-5%Ru che è la più comune, con buone prestazioni di lavorazione e ampiamente utilizzata nella produzione di gioielli nuziali, godendo di grande popolarità nel mercato statunitense. In Svizzera, questa lega è comunemente utilizzata anche nella produzione di orologi.
3.1.5 Lega Pt-Pd
La Figura 5-9 mostra che la lega Pt-Pd è una soluzione solida continua ad alte temperature. Subisce una decomposizione di fase al raffreddamento lento sotto i 770℃, formando due soluzioni solide immiscibili: una fase ricca di Pt e una fase ricca di Pd.
Pt-Pd La durezza della lega allo stato ricotto è molto bassa, con buone prestazioni di lavorazione. Con l'aumento del contenuto di Pd, la durezza e la resistenza della lega aumentano inizialmente rapidamente, raggiungendo un picco, dopo il quale ulteriori aumenti del contenuto di Pd portano a una diminuzione della durezza e della resistenza (Figura 5-10).
Pt-Pd La lega ha un'elevata resistenza alla corrosione e all'ossidazione, ma con l'aumento del contenuto di Pd, la sua resistenza alla corrosione e all'ossidazione diminuisce leggermente. Pt-Pd, Le prestazioni di colata della lega sono generalmente medie a causa del fatto che il Pd assorbe facilmente i gas, rendendola incline a formare fori di spillo nelle fusioni quando viene colata in atmosfera; deve essere colata in atmosfera protettiva. Pt-Pd La lega è comunemente utilizzata nel suo colore originale. Ne esistono tre tipi: 95%Pt-5%Pd, 90%Pt-10%Pd e 85%Pt-15%Pd, con le seguenti caratteristiche e campi di applicazione.
(1) Lega 95%Pt - 5%Pd:
Ampiamente utilizzato in Giappone, Hong Kong ed Europa, è adatto per la colata di parti fini. La durezza allo stato ricotto è di circa HV70, la densità di 20,98 g/cm.3, punto di fusione 1765℃.
(2) Lega 90%Pt - 10%Pd:
Preferita come lega per usi generici in Giappone e a Hong Kong, può essere fusa, saldata e brasata ed è una delle leghe di platino più utilizzate in Asia. Ha un colore bianco-grigiastro e la superficie è generalmente rodiata. La durezza allo stato ricotto è di circa HV80 e quella allo stato lavorato è di circa HV140, simile alla lega 95%Pt-5%Ir. La densità è di 20,51 g/cm3Il punto di fusione è di 1755℃ e la fluidità della colata è buona, ma i getti presentano spesso difetti di ritiro.
(3) Lega 85%Pt - 15%Pd:
Utilizzato per la lavorazione di catene in Giappone e Hong Kong, con una durezza ricotto di circa HV90 e una buona flessibilità. Densità 20,03 g/cm3, punto di fusione 1750℃.
In sintesi, le leghe binarie di platino composte da diversi elementi di lega presentano alcune differenze nelle prestazioni e si adattano in modo diverso alle varie tecniche di lavorazione nella produzione di gioielli, come illustrato nella Tabella 5-8.
Tabella 5-8 Applicazioni comuni delle serie di leghe di platino
| Tipo di lega | Saldatura | Rastrellamento | Pressione idraulica | Timbratura | Fusione di precisione | Forgiatura | Intarsio | Realizzazione di catene | Accessori | Assemblare |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Lega Pt-Co | ● | ● | ● | ● | ●●● | ● | ● | ● | ● | ● |
| Lega Pt-Cu | ●●● | ●●● | ●●● | ●●● | ●● | ●● | ●● | ●●● | ● | ●●● |
| Lega Pt-Pd | ●● | ●●● | ●●● | ●●● | ● | ●● | ●●● | ●● | ●● | ●●● |
| Lega Pt-Rh | ●● | ●● | ●● | ●● | ● | ●● | ●● | ●● | ●● | ●● |
| Lega Pt-Ru | ●● | ● | ●● | ●● | ● | ●● | ● | ●● | ●● | ● |
| Lega Pt-Ir | ●●● | ●●● | ●● | ●● | ●● | ● | ● | ●●● | ●● | ●●● |
| Lega Pt-W | ●●● | ●●● | ●● | ●●● | ● | ● | ● | ●● | ●●● | ●●● |
Nota: ●rappresenta una raccomandazione; ●●rappresenta un'accettazione; ●●rappresenta una difficoltà.
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3.2 Leghe di platino ternarie o quaternarie
In molte applicazioni, la durezza delle leghe binarie di platino deve ancora essere migliorata e le loro prestazioni di processo devono essere migliori, con conseguenti problemi durante la produzione e l'uso del prodotto. Pertanto, sono state sviluppate molte leghe di platino ternarie o quaternarie basate su leghe binarie, come la serie di leghe Pt-Pd-Me, la serie di leghe Pt-Ir-Me, la serie di leghe Pt-Ru-Me, la serie di leghe Pt-Co-Cu, ecc. La serie di leghe Pt-Pd-Me, ad esempio, si basa sulla lega binaria Pt-Pd, con l'aggiunta di uno o più elementi di lega.
Le leghe di platino sono composte da elementi di lega. A causa della durezza molto bassa della lega Pt-Pd e delle sue prestazioni medie di fusione, l'aggiunta di elementi come Cu, Co e Ru può migliorare efficacemente le prestazioni complessive della lega.
3.2.1 Lega Pt-Pd-Cu
L'aggiunta di una piccola quantità di Cu alla lega Pt-Pd può migliorare la durezza e la resistenza all'usura, riducendo al contempo il costo della lega. Un contenuto eccessivo di Cu può influire sul colore, sulla corrosione e sulla resistenza all'ossidazione della lega e la superficie è soggetta a scurirsi a causa dell'ossidazione durante la colata, il trattamento termico, la saldatura e altre operazioni. Pertanto, l'aggiunta di Cu è generalmente controllata per essere 3%- 5%, a questo punto il colore della lega non è influenzato dal rame e la pellicola di ossido di rame che si forma sulla superficie durante la lavorazione a caldo può essere rimossa mediante immersione in acido solforico diluito. Le prestazioni di lavorazione e la durezza della lega Pt-Pd-Cu sono migliorate. Con l'aumento del contenuto di rame, la durezza della lega aumenta, soprattutto se utilizzata in forma lavorata, rendendola adatta alla realizzazione di oggetti decorativi duri come collane, bracciali, spille, orecchini e pendenti, relativamente facili da lucidare. Le prestazioni di fusione della lega di Pt sono generalmente medie, ed è soggetta all'assorbimento di gas e all'ossidazione quando viene fusa in atmosfera. La lega è relativamente fragile e deve essere fusa in atmosfera inerte o sotto vuoto. Questa lega è ampiamente utilizzata in Cina e Giappone.
3.2.2 Lega Pt-Pd-Ru
L'aggiunta di Ru alla lega Pt-Pd può migliorare la durezza e la resistenza all'usura e, in una certa misura, le prestazioni di fusione. La lega ha una buona resistenza alla corrosione. La lega ha una buona flessibilità e può essere utilizzata come lega generica per diversi processi di formatura.
3.2.3 Lega Pt-Pd-Co
L'aggiunta di Co può migliorare le prestazioni di colata e di lavorazione della lega Pt-Pd, aumentarne la durezza, la forza e la resistenza all'usura e incrementare il tasso di indurimento da lavoro della lega (Figura 5-11). Dopo l'aggiunta di Co a Pt900 con 5%, il livello di incrudimento della lega è significativamente più alto di quello della lega 90%Pt-10%Pd e della lega 90%Pt-10%Ir e anche significativamente più alto di quello dell'oro a 18 K. Pertanto, la lega Pt-Pd-Co viene spesso trasformata in ornamenti duri allo stato lavorato. Poiché il Co è facilmente ossidabile, durante la ricottura o la saldatura in atmosfera si può facilmente formare una pellicola di cobalto ossidato sulla superficie della lega. Pertanto, il contenuto di Co aggiunto alla lega è generalmente compreso tra 5%. La lega Pt-Pd-Co può essere utilizzata come lega di uso generale, adatta alla fusione e alla lavorazione a freddo.
Le principali proprietà e applicazioni dei diversi elementi di lega e dei diversi gradi delle leghe ternarie di platino sono riportate nella tabella
Tabella 5-9 Principali proprietà e applicazioni delle leghe ternarie di platino
| Lega | Punto di fusione /℃ | Densità / (g/cm3) | Ricotto Durezza HV/(N/mm)2) | Resistenza alla trazione allo stato ricotto Resistenza /MPa | Applicazione | Area di applicazione principale |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 90%Pt-7%Pd-3%Cu | 1740 | 20.7 | 100 | 300 ~ 320 | Applicazioni generali, parti lavorate | Giappone, Cina |
| 90%Pt-5%Pd-5%Cu | 1730 | 20.5 | 120 | 340 ~ 360 | Parti lavorate | Giappone, Cina |
| 85%Pt-10%Pd-5%Cu | 1750 | 20.3 | 130 | 350 ~ 370 | Parti lavorate | Giappone |
| 95%Pt-7%Pd-3%Co | 1740 | 20.4 | 125 | 350 ~ 370 | Applicazione generale | Giappone, Cina |
| 85%Pt-10%Pd-5%Co | 1710 | 19.9 | 145 | 500 ~ 520 | Fusioni, parti lavorate | Giappone |
| 85%Pt-12%Pd-3%Co | 1730 | 20.1 | 135 | 370 ~ 390 | Fusioni, parti lavorate | Giappone |
| 80%Pt-15%Pd-5%Co | 1730 | 19.9 | 150 | - | Parti decorative dure | Giappone |
| 95%Pt-3%Co-2%Cu | 1765 | 20.4 | 115 | 370 | Fusioni, parti lavorate | Cina |
4. Problemi comuni nella produzione di gioielli in lega di platino
A causa delle particolari proprietà dei materiali in lega di platino, la colata di gioielli in platino presenta caratteristiche quali l'elevata temperatura di fusione, il breve tempo di ritenzione allo stato liquido e la facile contaminazione del liquido metallico, che possono facilmente portare a difetti di colata; la durezza dei gioielli in platino è relativamente bassa, mentre la sua tenacità è elevata, rendendo la sua produzione molto più difficile di quella dei gioielli in oro e argento.
4.1 Crogiolo di fusione
Il platino ha un punto di fusione elevato, il che pone requisiti elevati alla resistenza al calore, alla stabilità termica e alla reattività chimica del crogiolo di fusione. Il crogiolo utilizzato per la fusione del platino deve avere le seguenti proprietà per garantire la qualità metallurgica e la stabilità della produzione.
(1) Elevato punto di fusione e refrattarietà. Deve resistere alle alte temperature del platino fuso senza fondersi o ammorbidirsi.
(2) Buona resistenza agli shock termici. Può sopportare la rapida alternanza di riscaldamento e raffreddamento durante il riscaldamento a induzione, la fusione e la colata senza incrinature da shock termico.
(3) Buona inerzia chimica. Resiste all'erosione dei liquidi metallici ad alte temperature, non reagisce chimicamente con il metallo fuso e non viene eroso o perforato dal metallo fuso.
(4) Resistenza meccanica sufficiente. È in grado di resistere all'impatto dell'alimentazione della carica metallica e alle forze esterne della colata centrifuga, rendendola meno incline a crepe o scagliature.
I crogioli di grafite sono comunemente utilizzati per la fusione di metalli non ferrosi e sono il materiale preferito per la fusione di leghe di oro e argento. Tuttavia, poiché il platino può sciogliere una grande quantità di carbonio allo stato fuso e, quando si solidifica, il carbonio precipita in forma di grafite fibrosa o sfaldata ai confini dei grani, causando la frattura fragile del platino, il platino non è adatto alla fusione in crogioli di grafite e può essere utilizzato solo in crogioli di ossido.
La gamma di materiali dei crogioli di ossido è piuttosto ampia, ma solo alcuni tipi di crogioli di ossido sono adatti alla fusione del platino. Ad esempio, materiali come l'allumina, l'ossido di piombo e l'ossido di magnesio hanno tutti temperature di fusione molto elevate (allumina 2050℃, magnesio 2800℃, zirconia 2680℃), che li rendono materiali da crogiolo comunemente utilizzati; tuttavia, la loro resistenza agli shock termici è scarsa e sono soggetti a incrinature e a guasti prematuri quando vengono utilizzati nella fusione di gioielli in platino.
Attualmente, i crogioli di quarzo sono utilizzati principalmente per la fusione di gioielli in platino. I crogioli di quarzo hanno una buona resistenza agli shock termici e possono generalmente sopportare un rapido raffreddamento e riscaldamento durante la colata per induzione. Tuttavia, hanno anche un problema importante: la loro refrattarietà deve essere migliorata per resistere alle alte temperature durante la fusione del platino. Con l'aumento del numero di utilizzi, lo spessore della parete laterale e inferiore del crogiolo continua a ridursi, aumentando di fatto il volume utilizzabile. Allo stesso tempo, il diametro esterno della zona di fusione del crogiolo diminuisce leggermente (Figura 5-12). Soprattutto quando le materie prime non sono sottoposte a trattamento di pre-legatura e vengono fuse direttamente nel crogiolo, spesso vengono adottate temperature di fusione più elevate e tempi di fusione più lunghi per promuovere una composizione uniforme, con conseguente aumento della probabilità di erosione del crogiolo e deterioramento della qualità metallurgica del metallo fuso.
La Tabella 5-10 mostra le dimensioni e il volume del crogiolo dopo diversi utilizzi. Pertanto, gli attuali crogioli in quarzo non soddisfano adeguatamente i requisiti di fusione per i gioielli in platino di alta qualità e occorre sviluppare materiali per crogioli che soddisfino meglio la resistenza agli shock termici e la refrattarietà.
Tabella 5-10 Variazioni dello spessore delle pareti e del volume effettivo dei crogioli di quarzo dopo la fusione del platino
| Conteggio/tempi del forno di fusione | Spessore della parete laterale alla linea di scoria /mm | Spessore del fondo del crogiolo /mm | Variazione del diametro esterno della zona di fusione /mm | Volume effettivo /mL |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 8.1 | 12.9 | 0 | 35.85 |
| 4 | 7.0 | 11.6 | 0.14 | 36.94 |
| 10 | 4.6 | 9.1 | 0.44 | 39.48 |
4.2 Materiali per la colata
La temperatura di colata del platino è elevata, la densità relativa del metallo fuso è grande e si ricorre spesso alla colata centrifuga, oltre che ai materiali di colata utilizzati. I materiali devono soddisfare requisiti di prestazione quali un'elevata resistenza al calore, una buona stabilità termica, una bassa reattività con il metallo fuso, un'elevata resistenza dello stampo e una certa permeabilità. Per la colata di precisione di gioielli in oro e argento, vengono generalmente utilizzati materiali per stampi in gesso, molto convenienti in quanto l'impasto può solidificarsi rapidamente ed essere facilmente pulito dopo la colata. Tuttavia, per la fusione di gioielli in platino, i materiali per stampi in gesso non sono adatti perché il gesso ha una scarsa stabilità termica e subisce una decomposizione termica a 1200℃; inoltre, la resistenza degli stampi in gesso è relativamente bassa. La temperatura di colata del metallo fuso durante la fusione del platino è spesso superiore a 1850℃. Se si utilizzano materiali per stampi in gesso, i getti presentano gravi difetti come porosità e fori di sabbia.
Pertanto, durante la colata del platino, si dovrebbero adottare materiali per stampi che utilizzano fosfati e sol di silice come leganti, in quanto la loro resistenza alle alte temperature è molto più elevata di quella degli stampi in gesso e hanno una migliore stabilità termica, a vantaggio dell'ottenimento di getti con una migliore qualità superficiale. Tuttavia, l'impasto ottenuto da questi materiali per stampi non si autosolidifica rapidamente come l'impasto di polvere di gesso, ma richiede una lenta disidratazione per raggiungere la resistenza iniziale a umido. In caso contrario, lo stampo potrebbe rompersi durante la cottura, causando difetti come bave e fori di sabbia nei getti (Figura 5-13). La resistenza delle forme legate al fosfato e al sol di silice è molto elevata, con scarsa flessibilità, e sono soggette a cricche a causa della scarsa plasticità della lega di platino allo stato di colata. La resistenza residua dello stampo è molto elevata e rende difficile la pulizia dei getti.
4.3 Difetti di fusione
Durante la fusione di gioielli in platino, è probabile che si verifichino difetti come porosità, ritiro e inclusioni. La Figura 5-14 mostra i difetti di porosità su una colata di anello in platino Pt950. L'insorgenza di porosità è strettamente legata alle proprietà della lega e al processo di fusione e colata. Le leghe di platino hanno una forte tendenza ad assorbire gas e, se la lega viene fusa in un'atmosfera con vuoto insufficiente o in condizioni atmosferiche, può dare origine a difetti.
A temperature elevate, il metallo fuso è soggetto ad assorbire gas; più alta è la temperatura del metallo fuso, più grave è l'assorbimento di gas. Quando il metallo fuso viene versato nello stampo, si raffredda rapidamente e la solubilità dei gas nel metallo fuso diminuisce drasticamente. I gas che non possono essere disciolti precipitano e, se non possono essere espulsi in tempo, rimangono intrappolati sulla superficie o all'interno della colata, formando dei pori. Le leghe di platino hanno un'elevata temperatura di fusione e presentano una certa tendenza ad assorbire i gas, ma i diversi tipi di leghe hanno tendenze diverse. A parità di surriscaldamento, la tendenza all'assorbimento di gas della lega Pt-Pd è generalmente maggiore di quella di altre leghe. Se nella fusione compaiono spesso pori di gas, è consigliabile scegliere una lega con una minore tendenza all'assorbimento di gas e rafforzare la protezione durante la fusione per ridurre l'assorbimento di gas.
La Figura 5-15 mostra i difetti di micro-restringimento che si sono verificati durante la fusione dell'anello in Pt900, un problema comune che si incontra quando si fondono gioielli in platino. I difetti di ritiro peggiorano notevolmente la qualità di lucidatura della superficie del gioiello e un forte ritiro può anche influire sulla qualità complessiva e sulle proprietà meccaniche del gioiello. Il motivo risiede nell'elevato punto di fusione delle leghe di platino e nell'alta viscosità del metallo fuso, che crea una notevole resistenza al flusso. Dopo essere stato versato nello stampo, il metallo fuso si raffredda rapidamente e il tempo di permanenza in forma liquida è breve. Quando la colata subisce il ritiro di solidificazione, se il metallo fuso non riesce a superare la resistenza al flusso per raggiungere le aree che devono essere integrate, alla fine lascerà difetti di ritiro nella colata. Più ampio è l'intervallo di cristallizzazione della lega di platino, più sviluppate sono le dendriti che si formano durante la solidificazione, rendendo più facile l'isolamento del metallo fuso in piccole regioni liquide durante il processo di solidificazione. Quando queste regioni liquide subiscono una contrazione da solidificazione, hanno difficoltà a ricevere un'integrazione esterna di metallo fuso, con conseguente ritiro microscopico. Pertanto, le fusioni di gioielli in platino sono soggette a difetti di ritiro e, durante la colata, è consigliabile scegliere leghe di platino con una migliore fluidità e intervalli di cristallizzazione più piccoli, mentre le dimensioni dei canali di colata dovrebbero essere generalmente più grandi di quelle dei gioielli in oro e argento.
4.4 Lucidatura del platino
Nella produzione di gioielli in platino, le difficoltà di lucidatura della superficie sono un problema molto comune, strettamente legato alle proprietà del platino. I gioielli in platino intarsiati a livello nazionale utilizzano principalmente Pt950, che ha una durezza inferiore. Gli sbozzi fusi hanno solitamente una densità insufficiente, con difetti quali fori d'aria e restringimenti, che rendono facile la formazione di graffi durante la lucidatura. Dopo la lucidatura, la superficie è soggetta ad ammaccature e graffi a causa della sua bassa durezza.
Pertanto, in fase di produzione, è necessario impegnarsi per migliorare la durezza delle leghe di platino attraverso il rafforzamento della soluzione solida, il rafforzamento della grana fine, il rafforzamento dell'invecchiamento e il rafforzamento della deformazione, nonché adottare misure per migliorare la qualità degli sbozzi di gioielleria e aumentarne la densità. Durante il processo di rettifica, è importante valutare correttamente la condizione dei difetti superficiali e scegliere le misure correttive appropriate. Utilizzare carta vetrata sempre più fine per levigare ripetutamente la superficie fino a quando i graffi finali sono molto piccoli, quasi invisibili. Durante la lucidatura, evitare il surriscaldamento; in caso contrario, il mezzo di lucidatura potrebbe aderire facilmente alla superficie del pezzo e mescolarsi con il successivo mezzo di lucidatura più fine, causando una contaminazione incrociata.
Sezione III Gioielli con palladio e leghe di palladio Materiali
1. Gioielli in palladio
1.1 La storia dello sviluppo dei gioielli in palladio
Come raro metallo prezioso bianco, il palladio è stato utilizzato in gioielleria già negli anni Quaranta. Durante la Seconda Guerra Mondiale, il platino fu bloccato per l'uso civile in quanto il governo lo designò come riserva strategica. Alcuni noti marchi di gioielleria, come Tiffany & Co. negli Stati Uniti, avevano scelto di utilizzare il palladio al posto del platino per la produzione di gioielli. Tuttavia, nel dopoguerra il palladio non è stato utilizzato in modo diffuso nell'industria della gioielleria. Il motivo è che, sebbene il prezzo del platino fosse ancora relativamente accettabile all'epoca, le particolari proprietà fisiche del palladio aumentavano la difficoltà del suo processo produttivo. Per questo motivo, il palladio ha sempre svolto un "ruolo di supporto" nella produzione di gioielli. Nei primi gioielli in platino provenienti dal Giappone e dalla Cina, la lega utilizzata, comunemente nota come riempitivo, era il palladio, per cui esisteva una certa applicazione del palladio nell'industria della gioielleria. L'applicazione diffusa del palladio nella gioielleria ha avuto origine in Cina. Alla fine del 2003, quando i prezzi del platino erano alti, la Cina ha iniziato a promuovere vigorosamente l'uso del palladio per la creazione di gioielli. I gioielli in palladio sono diventati rapidamente i preferiti del mercato della gioielleria: molte gioiellerie hanno allestito banchi dedicati ai gioielli in palladio, portando a un rapido sviluppo del mercato dei gioielli in palladio e facendo della Cina il più grande consumatore di gioielli in palladio al mondo. Nel frattempo, anche gli Stati Uniti, il Giappone e l'Europa hanno sviluppato la gioielleria in palladio e molti gioiellieri di fama internazionale e designer di gioielli di alta moda vedono in generale un'ampia prospettiva di sviluppo per la gioielleria in palladio. Anche marchi di fama internazionale hanno iniziato a puntare sui gioielli in palladio, sfruttandone appieno la brillantezza unica e la forte plasticità per creare un gioiello moderno ed elegante dopo l'altro.
Tuttavia, rispetto ai gioielli in platino, la stabilità chimica dei gioielli in palladio è relativamente scarsa. Dopo aver indossato i gioielli in palladio per un certo periodo, essi tendono a diventare opachi. Inoltre, la minore densità del gioiello in palladio gli conferisce una sensazione di leggerezza e ariosità, con il risultato di una consistenza più povera. La difficoltà di lavorazione è maggiore rispetto al platino; durante la fusione, è soggetto a volare e ha un alto tasso di perdita. È probabile che i prodotti presentino problemi di porosità, rottura e scolorimento durante la saldatura, il che pone requisiti elevati a tutti gli aspetti della produzione. Il livello tecnico dei negozi di oreficeria e delle fabbriche di lavorazione dei gioielli è spesso insufficiente per lavorare il palladio, il che rende la maggior parte dei negozi di oreficeria poco disposta a riacquistare gioielli in palladio. Questo ha fatto sì che il mercato nazionale dei gioielli in palladio, dopo un breve periodo di gloria, abbia incontrato un collo di bottiglia nello sviluppo, soprattutto negli ultimi anni, poiché il prezzo del palladio è salito alle stelle a causa dell'impennata della domanda nel mercato ambientale, superando significativamente quello del platino, ostacolando ulteriormente lo sviluppo dei gioielli in palladio.
1.2 Marcatura di purezza dei gioielli in palladio
I gioielli in palladio puro rappresentano il grado più elevato di gioielleria, con un grado teorico del 1000‰. Il palladio puro è un materiale morbido e in genere può essere trasformato solo in gioielli in oro semplice senza pietre preziose incastonate, come anelli, collane, orecchini, ecc. Se si vogliono incastonare delle pietre preziose, è necessario aggiungere al palladio una piccola quantità di altri metalli, come l'iridio, il rutenio o il rame, per aumentare la durezza e la resistenza del palladio puro. Pertanto, in base alla loro composizione, la maggior parte dei gioielli in palladio è realizzata con leghe di palladio, che possono essere suddivise in palladio di alta qualità e palladio di bassa qualità. Il palladio di alta qualità ha in genere un contenuto di palladio superiore a 80%, con leghe contenenti 95% che sono le più utilizzate; il palladio di bassa qualità ha in genere un contenuto di palladio non superiore a 50%.
Per garantire la purezza del palladio in ogni gioiello, ogni articolo di gioielleria in palladio deve essere contrassegnato con un'etichetta di purezza del Pd. La maggior parte dei Paesi del mondo esprime la qualità dei gioielli in lega di palladio in termini di millesimi, come Pd850, Pd900, Pd950 e Pd990, che rappresentano la purezza del Pd nei gioielli rispettivamente come 850‰, 900‰, 950‰ e 990‰.
2. Materiali per gioielli in lega di palladio
2.1 Palladio puro
La riflettività media del palladio alla luce visibile è di circa 62,8%, inferiore a quella dell'argento e del platino, e appare di colore bianco-grigiastro. Il palladio ha la più bassa resistenza alla corrosione tra tutti i metalli del gruppo del platino, ma è comunque migliore dell'argento. In un ambiente atmosferico normale, il palladio presenta una buona resistenza alla corrosione e proprietà antitarlo. La densità del palladio è di 12,02 g/cm3Il palladio è classificato come metallo prezioso leggero e, rispetto all'oro e al platino, i gioielli in palladio a parità di volume sono più leggeri. Al contrario, i gioielli in palladio dello stesso peso sembrano avere un volume maggiore.
Il palladio puro allo stato ricotto ha una durezza di circa HV42, una resistenza alla trazione di circa 190 MPa e un allungamento di 35%-40%, mostrando buone prestazioni di lavorazione. Quando la deformazione è di 50%, la durezza aumenta a HV110 e la resistenza alla trazione è di circa 350 MPa. Il tasso di indurimento del palladio è superiore a quello del platino.
2.2 Lega di palladio per la decorazione
A causa della bassa resistenza e durezza del palladio puro, si deforma e si usura facilmente per la realizzazione di gioielli. Per questo motivo, spesso richiede un trattamento di rafforzamento nella produzione vera e propria. Le leghe di palladio di alta qualità possono contenere solo una piccola quantità o una traccia di elementi di lega, che dovrebbero avere elevati effetti di indurimento o rafforzamento. Gli effetti di rafforzamento dei diversi elementi di lega sul palladio variano notevolmente (Figura 5-16), tra cui gli elementi con migliori effetti di indurimento e rafforzamento includono Ru, Ni-Ir, Cu e altri.
2.2.1 Lega Pd-Ru
Il diagramma di fase della lega binaria è illustrato nella Figura 5-17. Questa lega appartiene al sistema peritettico, con la massima solubilità del rutenio nel palladio pari a 17,2%(at) e la temperatura di reazione peritettica è di 1583℃, Pd-Ru. La lega è un'unica soluzione solida ad alte temperature. Al diminuire della temperatura, la solubilità del rutenio nel palladio diminuisce, portando alla precipitazione di una fase ricca di rutenio a una certa temperatura, che aumenta la resistenza della lega.
Tra gli elementi di lega comunemente utilizzati, il rutenio ha il più forte effetto di rafforzamento sul palladio e la lega ha un elevato tasso di indurimento da lavoro. Con l'aumento del contenuto di Ru, la durezza e la resistenza della lega Pd-Ru in soluzione solida aumentano significativamente e il tasso di indurimento da lavoro della lega aumenta. Le leghe a basso contenuto di rutenio, come la Pd-Ru, hanno buone prestazioni di lavorazione, ma quando il contenuto di rutenio supera 12% (wt), le prestazioni di lavorazione della lega si deteriorano. Pertanto, la lega Pd-Ru utilizzata per la gioielleria ha generalmente un contenuto di rutenio inferiore, con 95%Pd-5%Ru che è il più comune. Le proprietà di questa lega sono riportate nella Tabella 5-11. L'aggiunta di rutenio può migliorare la riflettività del palladio alla luce visibile, facendolo apparire più bianco; può anche aumentare la resistenza alla corrosione del palladio.
Tabella5-11 95%Pd-5%Ru Proprietà principali della lega
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Colore | Durezza HV/(N/mm2) | Resistenza alla trazione/ MPa | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Colore | Soluzione solida | Stato di invecchiamento della soluzione solida | Stato elaborato (50%) | Soluzione solida | Stato elaborato (50%) |
| 1590 | 12 | Bianco-argento | 100 | 160 | 180 | 420 | 650 |
Il 95%Pd-5%Ru può essere trasformato in profili e poi trasformato in gioielli o altri oggetti decorativi attraverso lo stampaggio, la lavorazione e altri metodi; può anche essere fuso direttamente in spazi per gioielli con il metodo della fusione a cera persa e poi trasformato in ornamenti attraverso l'impostazione di stampi.
2.2.2 Lega Pd-Cu
Il diagramma di fase della lega binaria Pd-Cu è mostrato nella Figura 5-18. La lega è una soluzione solida continua nella regione ad alta temperatura. La lega è una soluzione solida continua nella regione ad alta temperatura. Quando la temperatura scende al di sotto dei 598℃, all'interno dell'intervallo di composizione del contenuto di palladio decrescente, la lega Pd-Cu subisce una trasformazione ordinata, formando diverse fasi ordinate che aumentano la durezza della lega. Poiché il contenuto di rame influisce sul colore e sulla resistenza alla corrosione della lega dopo aver raggiunto un certo livello, il contenuto di rame nelle leghe decorative Pd-Cu è generalmente mantenuto entro 10%, che è lontano dalla zona di trasformazione ordinata, e la struttura della lega è una singola fase solida in soluzione. Sia il rame che il palladio hanno una struttura cubica a facce centrate e la differenza di raggio atomico non è significativa, quindi l'effetto di rafforzamento del rame nel palladio non è molto pronunciato.
Nota: Ll2 sta per Cu3fase ordinata di tipo Pd; sta per fase ordinata di tipo CuPd; 1D LPS sta per struttura di dominio a fase inversa unidimensionale; 2D LPS sta per struttura a fase inversa bidimensionale; 506℃ sta per la temperatura di insorgenza della Ll2-598℃ indica la temperatura di insorgenza della transizione di fase β-ordinata.
Nel sistema di leghe Pd-Cu, la lega 95%Pd-5%Cu è la più utilizzata e le sue principali proprietà sono riportate nella Tabella 5-12.
Tabella 5-12 Principali proprietà della lega 95% Pd-5% Cu
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Colore | Durezza HV/(N/mm2) | Resistenza alla trazione/ MPa | Tasso di allungamento /% | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Punto di fusione/°C | Densità/ (g/cm3) | Colore | Soluzione solida | Stato elaborato (75%) | Soluzione solida | Stato elaborato (75%) | Soluzione solida | |
| 1490 | 11.4 | Bianco-argento | 60 | 160 | 250 | 550 | 30 | |
Il punto di fusione della lega 95%Pd-5%Cu è inferiore a quello della lega Pd-Ru e il suo intervallo di temperatura di cristallizzazione è molto ridotto, a vantaggio delle prestazioni di fusione. Tuttavia, a causa dell'elevata tendenza del palladio ad assorbire gas, è probabile che durante la colata si verifichino difetti come la porosità.
A causa della minore durezza della lega Pd-Cu, l'aggiunta di una quantità adeguata di elementi di lega con un maggiore effetto indurente, come Ni, Ga e In, può migliorare ulteriormente la durezza della lega.
La lega 95%Pd-5%Cu può essere lavorata in profili per la realizzazione di gioielli e può essere trasformata in gioielli con il processo di fusione a cera persa. Le leghe binarie possono essere utilizzate per realizzare gioielli in oro semplice, mentre le leghe ternarie o multielemento contenenti elementi di rinforzo possono essere utilizzate per realizzare gioielli intarsiati.
2.2.3 Lega Pd-Ga
Il diagramma di fase della lega binaria Pd-Ga è mostrato nella Figura 5-19. Non è ancora stato stabilito un diagramma di fase completo, ma si ipotizza che quando il contenuto di Ga è basso, durante la solidificazione si formi una soluzione solida continua. Al diminuire della temperatura, la solubilità del gallio nel palladio diminuisce, portando alla precipitazione di una fase che aumenta il rafforzamento per precipitazione. Quando il contenuto di gallio raggiunge un certo livello, durante la solidificazione si forma una serie di fasi intermedie che rendono la lega dura e fragile. Pertanto, nei sistemi pratici di leghe Pd-Ga, il contenuto di gallio di solito non supera il 5%, e il suo effetto di rafforzamento è significativamente maggiore di quello del rame, mostrando un elevato effetto di indurimento.
Il gallio ha un punto di fusione molto basso e la sua aggiunta al palladio abbassa anche il punto di fusione della lega. La temperatura di fusione della lega 95%Pd-5%Ga è inferiore a quella della lega 95%Pd-5%Cu, ma l'intervallo di cristallizzazione della lega Pd-Ga è maggiore di quello di quest'ultima. Il gallio ha un punto di ebollizione molto alto, ma è facilmente ossidabile in atmosfera, per cui è necessaria una protezione sotto vuoto o con gas inerte durante la fusione e la colata. Il 95%Pd-5%Ga può essere utilizzato come lega generica e trasformato in gioielli attraverso profili di lavorazione o fusione a cera persa. Grazie alla sua elevata resistenza, può essere utilizzata per creare gioielli intarsiati.
Per migliorare ulteriormente le prestazioni della lega durante la produzione, vengono aggiunti elementi aggiuntivi come In e Ag sulla base della lega Pd-Ga, come la lega 95%Pd-5%Ga/Ag sviluppata dall'azienda americana Hoover & Strong, che ha una durezza ricotta di HV125 e un intervallo di cristallizzazione di soli 30℃, e la lega 95%Pd-5%Ga/In sviluppata dall'azienda italiana Legor, che ha una durezza ricotta di HV103 e un intervallo di temperatura di cristallizzazione di 50℃. Queste leghe hanno buone prestazioni di fusione, una qualità di fusione relativamente buona e una discreta riciclabilità.
2.2.4 Lega Pd-Ag
Il diagramma di fase della lega binaria Ag-Pd è mostrato nella Figura 4-13. Questa lega è infinitamente miscibile in fase liquida e solida, formando una soluzione solida continua. Questa lega è infinitamente miscibile nelle fasi liquida e solida, formando una soluzione solida continua. L'aggiunta di Ag al Pd abbassa il punto di fusione della lega e ne aumenta la bianchezza e la luminosità.
La lega Pd-Ag ha buone prestazioni di fusione, che sono vantaggiose per la produzione di gioielli. Come mostrato nella Figura 5-16, l'argento ha un certo effetto indurente sul palladio, ma l'effetto non è evidente. Per i gioielli in palladio di alta qualità, la forza e la durezza della lega Pd-Ag rendono difficile soddisfare i requisiti di produzione. Pertanto, a questa lega vengono aggiunti ulteriori elementi di lega come Ru, Ni, Cu, Ga e In per sviluppare leghe ternarie o multi-elemento con migliori prestazioni di resistenza.
Una volta l'Unione Sovietica aggiunse una piccola quantità di Ni alla lega Pd-Ag per rafforzarla, sviluppando la lega 85%Pd-13%Ag-2%Ni, che è una soluzione solida monofase con un punto di fusione di circa 1450℃, una durezza da ricotto di circa HB100, una buona resistenza alla corrosione e stabilità chimica, oltre a buone prestazioni di lavorazione.
L'aggiunta di Cu alla lega Pd-Ag può migliorare la sua durezza in una certa misura. Tuttavia, per le leghe di palladio di alta qualità, l'effetto di rafforzamento combinato di Ag e Cu è limitato (Figura 5-20).
3. Problemi comuni con i gioielli in palladio
3.1 Problema di decolorazione scurente
Dopo aver indossato i gioielli in palladio per un certo periodo di tempo, la superficie diventa spesso opaca. Le proprietà del palladio stesso determinano questo fenomeno: Il Pd ha una stabilità chimica relativamente scarsa, il suo strato di elettroni d non è pieno e adsorbe facilmente i gas organici. Sotto l'azione catalitica del Pd, le sostanze organiche adsorbite convertono i composti aromatici in composti alifatici o in miscele complesse, formando una pellicola di polimeri organici di colore marrone scuro sulla superficie, che presenta il cosiddetto "effetto polvere marrone". Per migliorare le prestazioni anti-diluizione dei gioielli in palladio, dal punto di vista dei materiali e dei processi, è necessario aggiungere al Pd elementi di lega che aumentino la resistenza alla contaminazione organica, come Ag, Au, Cu, Ni, Sn, ecc. Inoltre, il grado di bianco delle leghe di palladio è insufficiente e di solito devono essere placcate con rodio sulla superficie, il che richiede miglioramenti nel processo di rodiatura per estendere la durata del rivestimento. Durante l'uso, è inoltre importante ridurre le fonti di contaminazione organica nell'ambiente ed evitare l'uso o lo stoccaggio in atmosfere contenenti sostanze organiche come toluene, etere e fenolo.
3.2 Problemi del processo di colata
La maggior parte dei gioielli incastonati deve essere modellata attraverso la fusione, mentre la difficoltà di fusione dei gioielli in palladio supera di gran lunga quella dei gioielli in oro e argento. Ciò è legato alle proprietà delle leghe di palladio, che si manifestano principalmente nei seguenti aspetti:
(1) I crogioli di grafite non possono essere utilizzati per la fusione di leghe di palladio, poiché presentano lo stesso problema di "avvelenamento da carbonio" del platino, e possono essere utilizzati solo crogioli di quarzo, magnesia e altri tipi di ceramica.
(2) La lega di palladio fonde fortemente e tende ad assorbire gas. Durante la fusione, il metallo fuso è soggetto a schizzi, con conseguenti perdite elevate, che impongono requisiti più elevati alle attrezzature di fusione e ai processi di fusione.
(3) Il punto di fusione della lega di palladio è relativamente alto, con temperature di colata generalmente superiori a 1400℃, e la temperatura di colata del palladio di alta qualità può raggiungere anche 1700℃. Pertanto, gli stampi convenzionali in gesso causano gravi reazioni e devono essere utilizzati stampi in ceramica con leganti fosfatici.
3.3 Problemi di manutenzione e riciclaggio dei gioielli in palladio
La lavorazione artigianale dei gioielli in palladio è piuttosto impegnativa e i prodotti presentano inevitabilmente vari problemi che possono essere esposti durante l'uso, come scolorimento, difetti dei fori esposti, crepe o rotture. Il mercato della gioielleria non ha ancora formato un canale completo di manutenzione e assistenza post-vendita. I normali negozi di oreficeria o le fabbriche di gioielli spesso hanno difficoltà a intraprendere la manutenzione o il riciclaggio dei gioielli in palladio a causa delle condizioni dell'hardware e delle limitazioni tecniche, che indubbiamente causano problemi ai consumatori di gioielli in palladio.
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