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주얼리에 사용되는 순은 및 은합금 소재 살펴보기
순은 및 순은 합금 소재의 특성과 특징에 대한 종합 가이드
은은 매혹적인 흰색 광택과 높은 화학적 안정성, 소장가치가 있어 사람들(특히 여성)의 선호도가 높아 "여성의 금속"이라는 별칭을 얻었습니다. 보석, 장식품, 은식기, 식기, 축하 선물, 메달, 기념 주화 등에 널리 사용됩니다. 실버 주얼리는 개발도상국에서 광범위한 시장을 가지고 있으며, 실버 식기는 가족들에게 인기가 있습니다. 은 기념 주화는 정교하게 디자인되어 한정 수량으로 발행되며 보존 및 가치 상승 기능이 있어 주화 수집가 및 투자자들이 많이 찾습니다.
목차
섹션 Ⅰ 은의 기본 속성
1. 은의 물리적 특성
은은 그룹의 요소입니다. IB 원소 기호는 Ag, 원자 번호는 47, 상대 원자 질량은 107.870인 주기율표 5족의 원소입니다. 은은 가시광선 반사율이 매우 높아 380~780nm의 파장 범위에서 92~96％에 달하며, 이는 모든 금속 원소 중 가장 높은 수치로 다른 귀금속 원소보다 훨씬 높습니다(그림 4-1). 따라서 은은 밝게 보입니다.
은의 주요 물리적 특성은 표 4-1에 나와 있습니다. 실온에서 은의 밀도는 10.49g/cm입니다.3온도가 상승함에 따라 은의 밀도는 감소하여 9.35g/cm로 떨어집니다.3 녹기 직전의 상태입니다. 은은 모든 금속 중에서 전기와 열을 가장 잘 전도하는 금속으로, 국부적으로 가해진 열이 주변으로 빠르게 전도되어 열을 집중시키기 어렵기 때문에 3D 프린팅과 레이저 용접의 난이도가 높아집니다.
표 4-1 은의 주요 물리적 특성 및 지수 값
| 물리적 속성 | 인덱스 값 | 물리적 속성 | 인덱스 값 |
|---|---|---|---|
| 색상 좌표 | L* = 95.8, a* = -0.7, b* = 5.3 | 선형 팽창 계수(0-100℃) | 19.2 x 10-6/℃ |
| 밀도(20℃) | 10.49g/cm3 | 저항률(25℃) | 1.59 x 10-6Ω⸳cm |
| 녹는점 | 961.78 | 비열 용량(25℃) | 25.41 J/(mol⸳K) |
| 끓는점 | 2177 | 융합의 열기 | 11.30 kJ/mol |
| 증기압(용융) | 0.38 Pa | 기화 열 | 284.6 kJ/mol |
| 열 전도성(25℃) | 433 W/(m⸳K) | 안녕 온도 ϴd | 215 K |
| 열 확산도(0℃) | 1.75 m2/s | 자기 민감성 | -0.15 x 10-6 cm3/g |
2. 은의 화학적 특성
은의 화학적 성질은 반응성이 없으며, 철이나 구리와 같은 금속보다 화학적 안정성이 우수합니다. 상온에서 산소, 수소, 불활성 가스, 유기 기체와 반응하지 않으며 고온에서도 수소나 불활성 기체와 반응하지 않아 부식 및 변색이 일어나기 어렵습니다.
은은 유황과 친화력이 강하며, H와 같은 유해 물질이 포함된 대기에서2S, SO2, COS(카르보닐 황화물) 및 황화물이 포함된 수용액에서는 부식되기 쉬우며 불용성 검은색 Ag를 형성합니다.2S 화합물을 표면에 형성하고 부식 거동은 대부분 전기 화학적 특성을 나타냅니다. 은이 공기 중에 방치되면 표면이 서서히 검은색 Ag2S를 함유하고 있어 보석이 무뎌지고 변색될 수 있습니다. 은의 이러한 특성은 귀금속으로서의 가치에 심각한 영향을 미칩니다. Ag2S는 금속은과 SO2 공기 중에서 가열하면
은은 실온에서 질산과 농축 황산에는 용해되지만 염산과 묽은 황산에는 용해되지 않습니다. 가열하면 염산, 황산, 질산 및 아쿠아 레지아에 용해됩니다. 금과 마찬가지로 은은 아쿠아 레지아 및 포화 염소산과 쉽게 반응하여 금과 은을 분리하는 데 사용할 수 있는 AgCl 침전물을 형성합니다.
은은 금과 마찬가지로 알칼리성 용액 및 용융 알칼리 금속에 대한 내식성이 우수하여 용융 NaOH 및 KOH의 일반적인 도가니 재료입니다.
은은 실온에서 할로겐과 천천히 결합할 수 있지만 가열 조건에서 은은 할로겐과 매우 빠르게 반응하여 할로겐화은을 형성할 수 있습니다. 은은 공기로 포화된 특정 착화제(예: 그룹 Ⅰ의 알칼리 금속 시안화물)에 용해됩니다.A 및 그룹 Ⅱ의 알칼리 토금속A, 산소 함유 시안화 용액 및 Fe3+ )를 포함하는 산성 티오우레아 용액을 혼합하여 안정적인 복합체를 형성합니다(표 4-2).
표 4-2 다양한 부식성 매체에서 은의 거동
| 부식성 미디어 | 중간 상태 | 온도 | 은의 부식 정도 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 부식성 미디어 | 중간 상태 | 온도 | 부식이 거의 없음 | 약간의 부식 | 중간 정도의 부식 | 심각한 부식 |
| 황산 | 98％ | 18℃ | 예 | |||
| 황산 | 98％ | 100℃ | 예 | |||
| 질산 | 0.1mol/L | 실내 온도 | 예 | |||
| 질산 | 70％ | 실내 온도 | 예 | |||
| 질산 | Smoke (>90％) | 실내 온도 | 예 | |||
| 염산 | 36％ | 18℃ | 예 | |||
| 염산 | 36％ | 100℃ | 예 | |||
| 불화수소산 | 40％ | 실내 온도 | 예 | |||
| 아쿠아 레지아 | 75％HCl + 25％HNO3 | 실내 온도 | 예 | |||
| 황화수소 | 습도 | 실내 온도 | 예 | |||
| 인산 | > 90% | 실내 온도 -100℃ | 예 | |||
| 염소 | 건조 염소 | 실내 온도 | 예 | |||
| 염소 | 습식 염소 | 실내 온도 | 예 | |||
| 구연산 | 실내 온도 -100℃ | 예 | ||||
| Mercury | 실내 온도 | 예 | ||||
| 염화철(I II) 용액 | 실내 온도 | 예 | ||||
| 수산화 나트륨 용액 | 실내 온도 | 예 | ||||
| 암모니아 솔루션 | 실내 온도 | 예 | ||||
| 시안화 칼륨 용액 | 실온 ~ 100℃ | 예 | ||||
| 용융 수산화나트륨 | 350℃ | 예 | ||||
| 용융 과산화나트륨 | 350℃ | 예 | ||||
| 용융 황산나트륨 | 350℃ | 예 | ||||
은은 다양한 물질과 화합물을 형성할 수 있으며, 이러한 화합물에서 1가 이온의 형태로 존재합니다.3, Ag2O, AgCl, AgBr, AgCN, Ag2SO4등 AgNO3 은 일반적으로 시안화은 도금의 주요 염으로 사용되며 은 이온의 공급원입니다. 질산은 용액에는 많은 은 이온이 포함되어 있어 산화성이 강하고 빛에 쉽게 분해되며 단백질 응고를 유발할 수 있고 피부에 특정 부식 효과가 있으므로 갈색 병에 보관해야 합니다. Ag2O는 열 안정성이 낮은 흑갈색 분말로, 가열하면 은과 산소로 분해됩니다. AgCl은 물에는 녹지 않지만 KCN, NaCN 및 기타 물질에는 쉽게 용해됩니다. 묽은 황산에 현탁된 AgCl은 아연, 철 등과 같은 음전하를 띤 금속에 의해 쉽게 은으로 환원될 수 있으며, 이 간단한 방법은 은을 정제하는 데 널리 사용됩니다.
AgBr의 특성은 암모늄염, 티오황산염, 아황산염 및 시안화물 용액에 용해되는 AgCl과 유사하며 금속은으로 쉽게 환원될 수 있습니다. 할로겐화은의 감광성이 가장 중요한 특성으로, 빛의 영향을 받아 은과 유리 할로겐으로 분해됩니다. 이러한 할로겐화은의 특성은 사진 필름, 인화지, 감광막을 생산하는 데 활용됩니다.
3. 기계적 특성
순은의 주요 기계적 특성은 표 4-3에 나와 있습니다. 순은은 매우 부드럽고 연성과 가단성이 뛰어나 연성이 금에 이어 두 번째로 우수하여 얇은 판으로 압착하여 가느다란 선으로 만들 수 있으며, 1g의 은을 1800m 길이의 선으로 뽑아 두께 10μm의 호일로 말아 만들 수 있습니다. 그러나 은에 Sb, Bi, Pb와 같은 소량의 불순물이 포함되면 부서지기 쉽고 연성이 현저히 감소하며, 그 중 Pb의 영향이 가장 두드러집니다.
표 4-3은 어닐링된 순은의 주요 기계적 특성을 보여줍니다.
| 기계적 특성 | 인덱스 값 | 기계적 특성 | 인덱스 값 |
|---|---|---|---|
| 브리넬 경도 HB/N/mm2 | 25 | 단면 수축률 / % | 80 ~ 95 |
| 인장 강도 /MPa | 140 ~ 160 | 탄성 계수 E/GPa | 82 |
| 항복 강도 / MPa | 20 ~ 25 | 전단 탄성률 G/GPa | 28 |
| 신장률 / % | 40 ~ 50 | 압축률 B/GPa | 101.8 |
순은은 냉간 가공을 통해 강화할 수 있습니다(그림 4-2). 가공 속도는 은의 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 어닐링된 순은의 첫 번째 가공 속도는 99퍼센트에 달할 수 있습니다. 가공 속도가 증가함에 따라 은의 경도, 인장 강도 및 항복 강도는 모두 상승하는 반면 연신율은 급격히 감소하고 작업 경화 속도는 처음에 빠르다가 느려지는 패턴을 보입니다. 그러나 순은의 적층 결함 에너지가 낮기 때문에 가공 경화 효과가 크지 않고 가공 후 강도와 경도가 매우 낮게 유지되어 보석 세팅에 필요한 강도 요구 사항을 충족하기 어렵습니다.
순은의 적층 결함 에너지가 낮기 때문에 가공 경화 효과가 크지 않고 가공 후 강도와 경도가 매우 낮아 주얼리 세팅에 필요한 강도 요건을 충족하기 어렵습니다. 가공된 경화 상태의 은의 기계적 특성은 어닐링 처리 후 빠르게 변화합니다. 어닐링 온도가 증가함에 따라 순은의 경도는 다른 가공 속도에서 점차적으로 감소하지만 감소 속도는 더 일관성이 있어야합니다. 가공률이 50％ 이하인 경우 어닐링 온도 200℃에서 경도가 가장 빠르게 감소하고, 가공률이 70％ 이상인 경우 어닐링 온도 100℃에서 경도가 가장 빠르게 감소합니다(그림 4-3).
가공된 상태의 순은의 또 다른 특징은 "자연 노화 연화"가 발생하기 쉽다는 것인데, 이는 가공된 프로파일 또는 제품의 강도와 경도가 자연 배치 중에 점차 감소하여 보석 착용에 바람직하지 않다는 것을 의미합니다. 자연 노화 중 순은의 연화는 실제로 회복 또는 재결정화 구조의 형성으로 인해 발생합니다. 연구에 따르면 냉간 변형 후 순은의 강도 변화는 재료 순도, 변형량, 노화 온도 및 배치 시간과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 다결정 순은은 20℃ 이하의 온도에서도 자연 노화 연화를 경험할 수 있으며, 연화 속도는 순은의 변형과 불순물 함량에 따라 달라집니다. 가공 변형의 크기도 노화 연화에 큰 영향을 미칩니다. 순도 99.999％의 은은 99％ 변형된 후 20℃에서 10시간 유지하면 연화되기 시작하고, 50％ 변형된 후에는 20℃에서 100시간 유지해야 연화되기 시작할 수 있습니다.
4. 프로세스 성능
은은 녹는점이 비교적 낮기 때문에 불꽃 가열, 유도 가열, 저항 가열 등의 방법으로 녹일 수 있습니다. 그러나 은을 녹이는 동안 금속이 튀는 '은비'라는 현상이 종종 발생하여 상당한 손실로 이어질 수 있습니다. 대기나 진공 상태가 좋지 않은 환경에서 은을 녹일 때 은의 휘발성은 상대적으로 높으며, 환원 분위기보다 산화 분위기에서 더 높습니다.
은은 주조 중에 다공성 결함이 형성되기 쉬우며 그 형성 원리는 은의 특성과 밀접한 관련이 있습니다. 주조 형성 이론에 따르면 다공성 생성의 주된 이유는 응고 과정에서 용융 금속의 가스 용해도가 온도 강하에 따라 감소하여 가스 과포화, 침전 및 기포 성장으로 이어져 제때 배출되지 않아 기공이 발생하기 때문입니다. 은 주물의 기공은 용융 금속이 흡수한 산소와 관련이 있습니다. 이원상 다이어그램 Ag-O(그림 4-4)에서 포화 산소 은 용융물이 응고될 때 은 융점(961.78℃)보다 낮은 약 951℃에서 응고되기 시작하여 약 931℃에서 응고가 완료되는 것을 볼 수 있습니다.
참고: G는 기체 상, (Ag)+L은 고체-액체 2상 영역을 나타냅니다,
여기서 (Ag)는 은 기반의 고체 용액을 나타내고, L은 액상을 나타냅니다.
표 4-4는 1기압의 산소 분위기에서 은에 원자로 용해된 산소의 용해도를 보여줍니다. 용융점 바로 위의 용융은에서 산소의 용해도는 약 3200 x 10으로 가장 높습니다.-6의 21배에 달합니다. 온도가 높아지면 은 액체의 과열 정도가 증가하고 산소의 용해도가 감소합니다.
은 액체가 고체화되면 고체 은의 산소 용해도가 현저히 감소합니다. 931℃에서 고체 은의 산소 용해도는 약 60 x10으로 최대치에 도달합니다.-6. 온도가 낮아지면 고체 은의 산소 용해도가 급격히 감소하고 상온에서 은은 산소를 거의 흡수하지 못합니다. 산소의 용해도는 온도뿐만 아니라 산소의 분압과도 관련이 있습니다. 산소의 분압이 증가하면 용해도가 증가하고 은과 산소 사이의 반응도 변화합니다.
표 4-4는 1기압의 산소 분위기에서 은의 산소 용해도를 보여줍니다.
| 온도 / ℃ | 온도 / ℃ | 200 | 400 | 600 | 800 | 973 | 1024 | 1075 | 1125 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 산소 함량 | x10-6 | 0.03 | 1.4 | 10.6 | 38.1 | 3050 | 2950 | 2770 | 2640 |
| 산소 함량 | mm3/g | - | - | - | - | 2135 | 2056 | 1939 | 1849 |
응고 과정에서 은 액체에 용해된 물질(예: O, N, H)은 고체-액체 계면으로 배출됩니다. 포화 용해도를 초과하면 방출됩니다. 가스 기공의 형성은 핵 형성과 성장의 두 단계로 이루어집니다. 핵 형성은 대기압, 금속 정압, 표면 장력으로 인한 추가 압력의 복합적인 영향을 극복해야 합니다. 침전되는 기체의 압력이 외부 압력의 총값을 초과할 때만 버블 코어가 형성될 수 있습니다. 기포가 더 커지고 충분히 커지면 기포에 작용하는 부력이 증가하여 기포가 상승하고 분리됩니다. 고상 표면과 기포의 습윤 각도가 ϴ> 90이면 쉽게 분리되고, ϴ< 90이면 분리하기 쉽지 않습니다. 응고 중 수상 돌기 성장 속도가 상승 속도보다 크면 성장하는 수상 돌기가 기포를 완전히 둘러싸고 가스 기공을 형성합니다.
은은 질감이 부드러워 핸드메이드 주얼리에 적합합니다. 전통적인 실버 주얼리 제작에서 순은은 세공 및 직조 주얼리를 만드는 데 광범위하게 사용되며, 종종 주얼리 표면에 장식 패턴을 형성하기 위해 망치질 및 조각과 같은 기술을 사용합니다. 현대 주얼리 생산에서는 압연, 드로잉, 스탬핑, 유압 프레스 등의 냉간 가공 기술이 순은의 뛰어난 연성을 활용하여 실버 주얼리를 가공하는 데에도 널리 사용됩니다. 회전, 딥 드로잉, 딥 스탬핑과 같은 기술은 은그릇, 은컵 및 기타 공예품을 만드는 데 자주 사용됩니다.
섹션 II 실버 주얼리의 순도 및 분류
1. 실버 주얼리의 순도 표시
실버 주얼리의 경우 순도는 순도 천분의 1과 은, Ag 또는 S(S는 영어로 은의 약자)의 조합으로 표시됩니다. 예를 들어 순도가 92.5％인 은 장신구는 925은, 925Ag, 925S 또는 925와 같은 순도 라벨로 표시할 수 있습니다. 순도가 99퍼센트 이상인 은 보석의 경우 순도 라벨은 순은, 990은, 990 Ag 또는 S 990으로 표시됩니다. 시중에서 흔히 말하는 천분의 1은(은 함량 99.9％ 이상)은 순은으로 일률적으로 표시됩니다.
2. 실버 주얼리 순도 분류
은은 보석, 공예품 및 기타 장식용 품목의 생산에 널리 사용됩니다. 은의 순도에 따라 고순도 주얼리 실버와 일반 순도 주얼리 실버로 나눌 수 있습니다.
2.1 고순도 주얼리 실버
이름에서 알 수 있듯이 고순도 주얼리 실버는 순도가 높은 은을 말하며, 더 세분화할 수 있습니다:
(1) 순은.
이론적으로 은 함량은 100%여야 합니다. 그러나 "금이 완전히 순수하지 않은 것처럼" 은도 그렇지 않습니다. 오늘날의 과학 기술 수준에서도 순도 100퍼센트의 은을 제련하는 것은 매우 어렵고, 이 순도 값에 근접할 수 있을 때만 은을 제련할 수 있습니다. 순은은 '순은'이라고도 하며, 용융, 정제, 응축 과정에서 표면에 형성되는 독특한 무늬 때문에 붙여진 이름입니다. 주얼리 소재의 경우 은의 순도를 과도하게 추구하는 것은 필요하지도 실용적이지도 않습니다. 따라서 업계에서는 순도 99.6％ 이상의 은을 일반적으로 순은으로 분류합니다. 순도 99.9％ 이상의 은을 순은이라고 합니다.
(2) 990 파인 실버.
은 함량은 990‰ 이상이어야 합니다. 990 순은은 과거에 유통 및 거래용 표준 은으로 일반적으로 사용되었습니다. 재산 담보, 기업 컨소시엄의 은 담보, 무역 거래의 매개체로 사용될 수 있습니다.
순은과 990은은 등급이 높을수록 질감이 더 부드럽습니다. 일반적으로 장식이 없는 은 장신구에만 사용되며, 전통 스타일의 은 장신구가 가장 일반적입니다.
2.2 일반 순도 주얼리 실버
순은 또는 스털링 실버에 소량의 다른 금속을 첨가하여 은의 질감을 더 단단하게 만든 일반 순도 주얼리 실버. 이러한 종류의 은은 일반적으로 구리의 물리적 및 화학적 특성이 은과 유사하여 유색 은에 강인함을 부여하고 우수한 연성을 유지할 수 있기 때문에 Ag-Cu 합금을 기반으로 합니다. 또한 일부 합금 원소는 실버 주얼리에 대한 공기의 둔화 효과를 어느 정도 억제할 수 있습니다. 따라서 많은 유색 실버 장식품의 표면 광택은 순은 및 스털링 실버에 비해 변화하는 경향이 적습니다. 일반 순도 주얼리 실버에는 주로 다음 범주가 포함됩니다:
(1) 980 실버.
은 함량 98％, 순도 표시 980 S. 순은이나 순은보다 약간 단단한 유색 은으로 주로 값비싼 보석을 만드는 데 사용됩니다.
(2) 958 실버.
은 함량이 95.8퍼센트이며, 12세기 영국에서 브리타니아 실버로 알려진 두 번째 표준 은 보석 합금입니다. 경도가 낮고 보석을 세팅하는 데 적합하지 않습니다.
(3) 925 실버.
은 함량 92.5％를 나타내며, 합금 원소로 구리만 사용했을 때 '스털링 실버'라고 합니다. 12세기 영국에서 최초로 사용된 표준 주얼리 은 합금으로, 800년이 넘는 역사를 지닌 오늘날에도 여전히 사용되고 있으며 전 세계적으로 널리 인정받고 사용됩니다. 이 은은 일정한 경도와 인성을 가지고 있어 반지, 목걸이, 브로치, 머리핀 및 기타 보석을 만드는 데 적합하며 보석을 세팅하는 데 도움이 됩니다.
(4) 900 실버.
은 함량은 90퍼센트이며 강도와 경도가 좋습니다. 원래는 주로 은화를 만들기 위해 고안된 은은 코인 실버라고도 하며 나중에 보석 제작에 사용됩니다.
(5) 800 실버.
은 함량이 80퍼센트임을 나타내며, 경도가 높고 탄성이 좋아 핸드벨, 칼라 클립 및 기타 장신구를 만드는 데 적합합니다.
은에는 700은, 600은, 500은 등 순도가 낮은 종류가 있습니다. 은의 화학적 특성은 금만큼 안정적이지 않으며, 특히 공기에 노출되면 변색되고 광택이 사라질 수 있습니다. 따라서 귀금속 주얼리에서 은은 백금이나 금보다 낮은 등급의 귀금속 주얼리로 분류되어 그 위상이 항상 낮았습니다.
섹션 III 순은과 은의 합금
1. 장식용 순은
전통 수제 실버 주얼리 문화는 수천 년의 역사를 가지고 있습니다. 전통 은 장신구는 주로 망치질, 성형, 선조, 조각과 같은 수공예 기법을 사용하며 부드럽고 모양을 만들기 쉬운 재료를 필요로 합니다. 따라서 소재는 주로 순은을 사용하며 모양과 문양은 주로 덩굴, 꽃, 상서로운 짐승, 길상적인 문자를 특징으로 합니다. 이러한 전통 공예 문화는 오늘날까지 전해져 내려오고 있으며 여전히 일정한 시장을 형성하고 있습니다(그림 4-5).
보석 회사는 일반적으로 실버 주얼리를 생산할 때 순은 알갱이 또는 순은 잉곳을 원료로 구매합니다(그림 4-6. 그림 4-7).
순은 제품의 품질을 보장하려면 원료 등급의 출처부터 시작해야 합니다. 순은은 화학 성분에 따라 세 가지 등급으로 나뉩니다: IC-Ag99.99, IC-Ag99.95, IC-Ag99.90입니다. 산업 표준 "실버 과립"(YS/T 856-2012)은 입자 크기가 1-15mm인 실버 과립의 규격에 대한 요구 사항을 명시하고 있으며, 화학 성분은 실버 잉곳에 대한 국제 표준 요구 사항을 충족해야 합니다. 국제 표준 "실버 잉곳"은 표 4-5와 같이 이 세 가지 등급의 순은 잉곳의 화학 성분과 불순물 함량을 명확하게 지정합니다.
표 4-5 순은 잉곳의 화학 성분에 대한 요구 사항
| 등급 | wt (Ag) (≥)％ | 불순물 함량(wt≤)/％ | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 등급 | wt (Ag) (≥)％ | Cu | Pb | Fe | Sb | Se | Te | Bi | Pd | 총 불순물 |
| IC-Ag99.99 | 99.99 | 0.0025 | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 0.0005 | 0.0008 | 0.0008 | 0.001 | 0.01 |
| IC-Ag99.95 | 99.95 | 0.0250 | 0.015 | 0.002 | 0.002 | - | - | 0.001 | - | 0.05 |
| IC-Ag99. 90 | 99.90 | 0.0500 | 0.025 | 0.002 | - | - | - | 0.002 | - | 0.10 |
앞서 언급했듯이 전통적인 순은 주얼리의 강도와 경도는 매우 낮습니다. 냉간 가공을 하더라도 은은 적층 결함 에너지가 낮은 금속이기 때문에 작업 경화 수준이 더 높을 수 있습니다. 또한 작업 경화 상태의 순은은 자연 노화로 인해 연화되기 쉬워 일상적인 착용 시 변형 및 마모가 발생하기 쉽습니다. 또한 강도가 낮기 때문에 보석을 세팅하는 데 적합하지 않아 입체적인 효과가 있는 디자인을 제작하기 어렵습니다. 또한 순은은 공기 중에 노출되면 무뎌지고 변색되기 쉽습니다.
순은 소재의 단점을 개선하기 위해서는 합금 또는 특수 가공 기술을 사용하여 수정된 소재가 해당 주얼리 색상 기준을 충족하면서 물리적, 화학적, 기계적, 가공적 측면에서 종합적인 성능을 갖도록 수정해야 합니다.
2. 마이크로 합금 실버
업계에서는 미세 합금 방법을 통해 자연 노화, 연화, 변색에 강한 고순도 은을 개발하거나 특수 가공 기술을 사용하여 고경도, 고순도 은 주얼리를 제작하고 있습니다.
2.1 마이크로 합금 실버
연구에 따르면 순은에 미량 합금 원소를 첨가하면 강도와 경화 속도를 향상시키고, 회수 과정을 어느 정도 억제하고, 재결정 온도를 높이고, 합금의 경화 특성과 자연 노화 연화에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 예를 들어 순도 99.96％의 순은에 미량 희토류 원소(Y, La, Ce)를 0.11％ 미만으로 첨가하면 순은에 비해 내식성이 우수하고 노화 연화에 대한 저항성이 높은 은 브레이징 고용체 합금이 만들어져 은 보석의 재료로 사용하기에 적합합니다(그림 4-8).
마찬가지로 일반 순은에 0.01％의 Mn을 첨가하면 가공률이 97％로 인장 강도는 340MPa, 경도는 HV103으로 25℃에서 365일 동안 안정적으로 유지되는 반면 일반 순은은 30일 이내에 변형 전 강도와 경도 수준으로 되돌아가 기본적으로 변형 전 수준으로 회복됩니다(그림 4-9). Mn을 첨가하면 은의 입자를 효과적으로 정제하고 입자 경계의 수를 늘리며 변형 저항을 향상시키고 기계적 특성을 강화하고 안정화하는 역할을 할 수 있습니다.
σb. 인장 강도; δ. 연신율; HV. 마이크로 비커스 경도; 일반 순은; Mn 미세 합금 순은
2.2 전기 성형 하드 스털링 실버
전기 성형 하드 999 실버 공정은 전기 화학 증착 원리를 기반으로 한 주얼리 성형 기술입니다. 일렉트로포밍 용액의 배합과 pH 값, 작동 온도, 유기 브라이트너 함량, 교반 속도 등의 파라미터를 개선하여 은의 내부 구조를 개선하고 나노 결정에 가까운 조밀한 구조를 달성하여 은의 강도와 경도를 크게 높입니다. 이는 전통적인 스털링 실버 주얼리의 돌파구이자 혁신을 상징합니다.
전기 성형 하드 999 실버의 은 함량은 99.9％ 이상으로 999 실버의 품질 기준을 충족하지만 경도는 일반 999 실버 주얼리의 세 배 이상입니다. 925은과 비슷한 경도를 가지고 있어 순은 주얼리의 변형과 내마모성을 크게 개선하고 보석 인레이에 대한 요구 사항을 충족합니다. 또한 주얼리 내부가 비어 있어 같은 무게의 일반 순은 주얼리보다 부피가 4배나 커서 입체적이고 생생한 모양을 연출할 수 있습니다. 이 제품은 입체감이 뛰어나며 순은 품질, 925 은 경도, 전통적인 실버 주얼리 1/3 무게의 조합이 특징입니다(그림 4-10).
3. 주얼리용 은 합금 시스템
마이크로 합금 은의 강도 성능은 주로 저온 변형 경화에 의존합니다. 그러나 주얼리가 용접 및 연마와 같은 공정 중에 열을 받으면 경도가 빠르게 감소하여 생산 및 사용 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 따라서 합금을 통해 은의 미세도를 적절히 낮추어 전반적인 성능이 좋은 은 합금을 얻는 것이 실버 주얼리 시장의 주요 접근 방식이며, 92.5％를 함유한 은 합금이 가장 널리 사용되고 있습니다. 이론적으로 은에 용해될 수 있는 모든 원소는 강화 효과를 낼 수 있지만 강화 정도는 합금 원소마다 다릅니다. 또한 많은 원소들이 은의 결정립 경계에서 분리되는 경향이 심각합니다. 은을 강화하기 위해 미세 합금을 할 때 첨가되는 양은 매우 적으며 유익한 합금 원소로 작용할 수 있습니다. 그러나 그 함량이 용해도 한계를 초과하면 은의 취성을 유발할 수 있습니다. 은 합금에 일반적으로 사용되는 합금 원소에는 주로 Cu, Zn, Pd, Pt, Sn, In, Si, Ge 등이 있습니다.
3.1 Ag-Cu 합금
Ag-Cu의 이원 합금 상 다이어그램은 그림 4-11에 나와 있습니다. Ag-Cu 합금은 779℃에서 발생하는 공융점에서 구리 함량이 28.1％인 공융 합금입니다. 은에 대한 구리의 최대 용해도는 8.8퍼센트입니다. 이 범위 내에서 구리 함량이 증가함에 따라 합금의 융점은 합금의 공융 온도에 도달할 때까지 감소합니다. 따라서 은에 구리를 첨가하면 주조 성능이 향상됩니다. 응고 후 Ag-Cu 합금은 은이 풍부하고 구리가 풍부한 혼합 불가능한 고용체를 형성하여 합금의 강도를 크게 증가시킵니다. 저온에서 고용체 합금을 노화 처리하면 강도가 더욱 강화될 수 있습니다. 따라서 구리는 은에서 눈에 띄는 강화 효과를 생성하고 재결정 온도를 높일 수 있습니다.
참고: 960℃는 순은의 녹는점, 1083℃는 순 구리의 녹는점, 8.8％는 은에 대한 구리의 최대 용해도, 28.1％는 공융점에서의 구리 함량, 779℃는 공융 온도, 92는 92℃를 나타냅니다.0％는 구리에 대한 은의 최대 용해도가 100％-92.0％ = 8.0％임을 나타내며, 점 A는 액상선을 나타내고, a는 은 기반의 고용액, 0은 구리 기반의 고용액, G는 평형 조건에서 구리에서 은의 용해도가 0으로 감소하는 온도를 나타냅니다.
합금의 주요 기계적 특성은 표 4-6에 나와 있습니다. Cu 함량이 증가함에 따라 Ag-Cu 합금의 강도와 경도는 향상되는 반면 연신율은 그에 따라 감소합니다.
표 4-6은 Ag-Cu 합금의 주요 기계적 특성을 보여줍니다.
| 합금 등급 | 경도 HB/(N/mm)2） | 인장 강도/MPa | 연신율/％ | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 합금 등급 | 안나 주도 상태 | 처리된 상태 | 어닐링 상태 | 처리된 상태 | 안나 주도 상태 | 처리된 상태 |
| 95％Ag-5％Cu | 50 | 119 | 240 | 450 | 43 | 5 |
| 92.5％Ag-7.5％Cu | 57 | 118 | 260 | 470 | 41 | 4 |
| 90％Ag-10％Cu | 64 | 125 | 270 | 450 | 35 | 4 |
| 87.5％Ag-12.5％Cu | 70 | 127 | 260 | - | 38 | 4 |
| 80％Ag-20％Cu | 79 | 134 | 310 | 500 | 35 | 4 |
| 75％Ag-25％Cu | 82 | 135 | 320 | 540 | 33 | 4 |
은에 Cu를 첨가하면 색상에 일정한 영향을 미칩니다. Cu 함량이 증가함에 따라 가시광선에 대한 Ag-Cu 합금의 반사율이 점차 감소하고(그림 4-12) 합금의 색상이 은백색에서 연분홍색, 분홍색, 심지어 빨간색으로 점차 변합니다.
Cu는 Ag에서 가장 일반적으로 사용되는 합금 원소이며, 전통적인 은색은 980은, 925은, 900은, 800은 등 주요 등급이 있는 Cu를 합금 원소로 하는 이원 합금입니다. 현재 시장에 나와 있는 은 합금도 기본적으로 Ag-Cu 합금을 기본 합금으로 하고 있습니다. 구리는 은의 강도, 경도 및 주조 성능을 향상시킬 수 있지만 어두워지고 변색되는 것에 대한 저항성은 향상되지 않습니다. 또한 합금의 2상 구조로 인해 부식성 환경에서 부식 마이크로 배터리 효과가 발생하여 단상 은 고용체보다 내식성이 떨어집니다.
3.2 Ag-Pd 합금
연구에 따르면 은에 일정량의 귀금속을 첨가하면 은의 변색 및 변색에 대한 저항력이 효과적으로 향상됩니다. 은이 선호하는 귀금속 원소는 Pd이며, 그림 4-13은 Ag-Pd 이원 합금 상 다이어그램을 보여줍니다.
이 합금은 액체 및 고체 상에서 무한히 용해되어 연속적인 고용체를 형성합니다. 따라서 표 4-7에서 볼 수 있듯이 은에 대한 팔라듐의 강화 효과는 일반적으로 크지 않습니다. 냉간 변형은 합금의 강도와 경도를 어느 정도 향상시킬 수 있습니다. 그러나 여전히 임베디드 주얼리에 대한 강도 요구 사항을 완전히 충족할 수 없으므로 추가 강화를 위해 다른 합금 원소를 추가해야 합니다.
표 4-7 어닐링 합금의 주요 특성
| 합금 등급 | 녹는 온도 / ℃ | 밀도 /(g/cm3) | 경도 HV/(N/mm2) | 인장 강도 /MPa | 열전도율 /[W/(cm⸳K)]] |
|---|---|---|---|---|---|
| 95％Ag - 5％Pd | 980 ~ 1020 | 10.5 | 28 | 170 | 2.20 |
| 90％Ag - 10％Pd | 1000 ~ 1060 | 10.6 | 35 | 210 | 1.42 |
| 80％Ag - 20％Pd | 1070 ~ 1150 | 10.7 | 45 | 260 | 0.92 |
팔라듐은 황화물 변색에 대한 은의 저항성을 효과적으로 개선합니다. 팔라듐 함량이 증가함에 따라 황화물로 인해 은이 변색되는 경향이 현저히 감소합니다. 그러나 합금의 융점이 증가하고 결정화 간격도 넓어지며 팔라듐은 용융 중에 가스를 흡수하기 쉬워 제련 및 주조의 어려움이 증가하므로 진공 또는 불활성 가스 보호 하에서 용융해야 합니다.
팔라듐 가격이 지속적으로 상승함에 따라 팔라듐을 첨가하면 은 합금의 비용이 크게 증가합니다. 따라서 최근 몇 년 동안 은에 팔라듐의 적용은 크게 감소했으며 기존 용도는 주로 작은 첨가물을 기반으로 합니다.
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섹션 IV 스털링 실버와 그 수정
스털링은 12세기 독일 주화 제조사인 이스터링의 이름에서 유래했습니다. 이스터링은 헨리 2세 시대에 선진 은화와 은합금 제조 기술을 영국으로 가져와 92.5％Ag과 7.5％Cu로 구성된 은합금을 만들었습니다. 이 합금은 널리 사용되어 12세기 영국에서 최초의 은합금 브랜드가 되었습니다. 이 주화 제작자를 기리기 위해 이 합금의 이름은 스털링 실버로 명명되었습니다. 처음에 스털링 실버는 92.5％Ag-7.5％Cu 합금만을 지칭했지만 나중에 합금의 범위가 확대되어 모든 925은을 통칭하는 용어가 되었습니다. 12세기부터 스털링 실버는 은제품과 은 장신구에 널리 사용되어 표준 등급의 합금으로 꾸준히 사용되어 왔으며 역사상 가장 오래된 장식용 은 합금입니다.
1. 스털링 실버의 특징
1.1 기계적 특성
그림 4-11에 따르면 스털링 실버 합금의 구성은 점선 XY에 해당하며 상 경계와 교차하는 지점은 A, B, C입니다. 지점 B에서 지점 C까지의 범위는 단일 고용체이며 지점 C 아래로 천천히 냉각하면 구리가 풍부한 고용체 상이 고용체에서 침전됩니다. 스털링 실버를 800℃로 가열하여 고용체 처리하면 단일 고용체가 생성되어 합금에 우수한 연성과 가공성을 부여할 수 있습니다. 표 4-6은 스털링 실버의 고용체 강도와 경도가 순은보다 훨씬 높다는 것을 보여줍니다. 고용체 스털링 실버의 냉간 가공은 우수한 가공 경화 효과를 얻을 수 있습니다(그림 4-14).
스털링 실버 합금의 두드러진 특징은 노화 처리를 통해 변경할 수 있는 우수한 노화 경화 특성입니다(그림 4-15). 스털링 실버의 고체 용액은 200-300℃에서 노화 처리를 거치는데, 노화 온도가 200℃인 경우 최고 경도는 18K 금 합금과 비슷한 HV160에 가깝지만 이 피크 값에 도달하려면 더 긴 노화 시간이 필요합니다. 노화 온도가 높아질수록 최고 경도에 도달하는 시간은 크게 단축되지만, 그에 따라 최고 경도도 감소합니다. 노화 온도가 300℃에 도달하면 노화 경화의 효과가 현저히 감소합니다.
1.2 캐스팅 특성
스털링 실버의 액상 온도는 898℃이며, 합금의 녹는점이 낮아 흑연 도가니에서 녹이기에 적합합니다.
하지만 스털링 실버는 용융 상태에서 다량의 산소를 흡수하기 때문에 제련 및 주조 시 문제가 됩니다. 이러한 특성으로 인해 고온에서 휘발되기 쉽고 고온 냉각 과정에서 스플래싱으로 인해 상당한 손실이 발생합니다. 스털링 실버의 경우 충분한 탈산제 없이 제련 시 보호 장치를 적용하지 않으면 산소가 쉽게 축적되어 구리가 산화되고 주얼리 주물에 다공성 및 산화된 내포물과 같은 결함이 발생하기 쉽습니다. 주물의 산화 구리는 두 가지 유형의 문제를 일으킬 수 있습니다. (1) 주물 전체에 산화 구리 내포물이 있을 수 있으며, 내포물이 표면 근처에 있을 때 단단한 반점을 형성하여 광택 표면에 튀어나오고 (2) 수축 공동 근처의 산화 구리 내포물은 광택 표면에 얼룩덜룩한 흐린 점으로 나타나며 깊고 청소하기 어렵습니다. 스털링 실버 용융물이 심하게 과열되었거나 장시간 보호되지 않았다고 가정해 보세요. 이 경우 구리가 심하게 산화되어 점성이 있는 액체 표면이 형성되고 용융 금속의 유동성이 감소하여 주물의 일부 작은 영역이 불완전하게 채워지고 종종 언더필링이 발생합니다. 주조 영역 근처의 표면이 빨간색으로 나타납니다. 또한 스털링 실버의 결정화 간격은 상대적으로 커서 90℃에 이르며 액상 성분과 고상 성분 사이에 상당한 차이가 있으며 페이스트와 같은 응고 경향이 있으며 수지상 성장이 심한 반면 유동성이 낮아 수축 다공성 경향이 더 큽니다.
스털링 실버 용융물에 산소가 축적되는 것을 방지하려면 제련 또는 주조 공정 중에 용융 금속과 대기가 최대한 접촉하지 않도록 하는 것이 중요합니다. 따라서 다음 사항에 유의해야 합니다.
(1) 전기로 제련 중에는 진공 보호가 사용되거나 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스가 보호를 위해 사용되어 제련 챔버에서 산소를 제거하고 용융 금속의 산화를 줄일 수 있습니다.
(2) 제련에 화염포를 사용할 때는 용융 금속이 산소를 흡수하는 것을 방지하기 위해 화염을 환원 황색 불꽃으로 조정하여 액체 표면 전체를 덮어야 합니다. 전기로 제련 중에 용융 금속을 덮기 위해 도가니 입구에 환원 화염을 추가 할 수 있습니다.
(3) 용융 금속 표면에 숯 또는 무수 붕산을 뿌려서 은 액체 표면에 떠다니며 두 가지 방식으로 은 액체를 보호할 수 있습니다: a. 용융 금속과 공기 사이에 장벽을 형성하고, b. 산화동을 환원합니다. 이 방법은 원심 주조기에는 적합하지 않지만 수동으로 작동하는 진공 주조기에서는 매우 잘 작동합니다.
(4) 위의 방법에서는 주입 과정에서 용융 금속의 보호를 강화하는 것도 중요합니다. 특히 진공 주조기를 사용하여 붓는 경우 진공 상태에서 수동으로 붓기 때문에 용융 금속의 흐름을 보호해야합니다. 일반적으로 환원 화염이 사용되며 석고 몰드를 배치하면 화염이 점화되고 화염이 몰드의 주입 게이트를 덮어야 몰드 내부의 공기를 제거 할 수 있습니다.
1.3 "붉은 반점" 현상 연마하기
스털링 실버는 연마하는 동안 표면에 짙은 붉은 반점이 생기는 경우가 많으며, 이는 연마된 표면의 밝기와 미관, 전기 도금된 층의 접착력에 심각한 영향을 미칩니다. 이 현상은 어닐링 및 용접과 같은 열처리를 거친 제품 표면에서 더 두드러집니다.
스털링 실버 블록을 700℃에서 1.5시간 동안 가열한 후 현미경으로 산화 상태를 관찰한 결과, 합금 표면에 산화층이 형성되었을 뿐만 아니라 표면 아래에 내부 산화 영역이 형성된 것을 확인할 수 있었습니다(그림 4-16).
스털링 실버는 Ag-Cu 합금에 속합니다. 합금이 고온에서 공기 중의 산소와 접촉하면 온도가 400K를 초과한 후에만 선택적으로 산화됩니다. 시료를 묽은 황산에 담그면 산화 구리 표면층을 제거할 수 있습니다. 따라서 샘플을 가볍게 연마한 후 은백색을 나타낼 수 있습니다. 그러나 더 연마 한 후 연마 된 표면에 진한 빨간색 반점이 나타나 연마 된은 표면의 반사 특성을 손상시켜 (그림 4-17) 해당 영역에 Cu의 산화 생성물이 여전히 존재 함을 나타냅니다.
구리가 열간 압연, 어닐링 또는 용접과 같이 고온에서 공기 중의 산소와 접촉하면 구리 공작물의 표면이 먼저 산화되어 빨간색 Cu를 형성합니다.2O와 결합한 후 추가로 산화되어 검은색 CuO가 됩니다. 구리의 산화는 은 합금의 표면에 국한되지 않고 특정 깊이까지 침투할 수 있습니다(그림 4-18). 합금의 고온 산화 동역학 이론에 따르면, 두 가지가 동시에 확산될 때 Cu와 함께 축적되어야 합니다.2O 침전상이 내부 산화 영역에서 형성되고 내부 산화 전선에서 내부 산화를 거치지 않은 합금은 Cu의 고갈을 나타냅니다. Ag는 고온에서 산소를 흡수하고 금속 내부로 산소를 운반하는 능력이 강합니다. 따라서 산소 확산이 지배적이며 투과성이 구리보다 훨씬 높습니다. 따라서 산소가 합금 표면의 하위 층을 관통하여 내부 산화물 침전물을 생성할 수 있습니다. 산성 에칭을 통해 하위 층의 구리 산화물을 제거하려면 산화물에서 합금 표면으로의 직접적인 경로가 존재해야 합니다. 스털링 실버의 구리 함량은 7.5퍼센트에 불과하며, 그 구조는 산화물 네트워크를 형성하지 않는 2상 고용체이므로 산 침지 시 내부로 직접 통하는 경로가 없어 내부의 Cu2O를 그대로 유지합니다. 결과적으로 산화된 스털링 실버 샘플의 표면에는 여전히 "붉은 반점"이라고 하는 검은색의 불규칙한 패치가 나타납니다.
연구에 따르면 스털링 실버 표면의 붉은 반점의 심각성은 가열 온도 및 가열 시간과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났습니다(그림 4-19). 가열 온도가 높고 가열 시간이 길수록 표면 산화막이 두꺼워지고 내부 산화층이 기판에 더 깊숙이 침투하여 기존의 연마 방법으로는 제거하기 어렵습니다.
1.4 어두워지는 색상 변화 현상
은 자체는 어두워지고 변색되기 쉽습니다. 스털링 실버에 구리 원소를 추가해도 합금의 변색 경향은 개선되지 않습니다. 또한 스털링 실버 합금은 주조 상태와 숙성 상태 모두에서 은이 풍부한 고용체와 구리가 풍부한 고용체로 구성된 2상 구조를 가지며, 이 두 상은 서로 양립할 수 없는 상입니다. 이 두 상 사이의 전위차는 국부적인 미세 배터리 반응을 형성하여 스털링 실버 합금의 전기 화학적 부식 성능을 높이고 내식성을 감소시킵니다. 따라서 스털링 실버 주얼리는 부식과 변색이 발생하기 쉬우며 실버 장식품의 외관 품질에 심각한 영향을 미칩니다.
2. 합금 원소가 스털링 실버에 미치는 영향
스털링 실버는 연마 시 붉은 반점과 칙칙한 변색 문제가 발생하기 쉽고 용융 시 야금 및 주조 결함이 발생하기 쉽기 때문에 수정 처리가 필요합니다. 여기에는 우수한 기계적 특성을 유지하면서 전반적인 성능을 향상시키기 위한 합금이 포함됩니다. 일반적인 합금 원소로는 Si, Zn, Sn, Ce, Ge 등이 있습니다.
2.1 실리콘(Si)이 스털링 실버에 미치는 영향
전통적인 스털링 실버 합금은 녹이고 붓는 과정에서 가스를 흡수하는 경향이 있어 산화가 일어나기 쉽고 주물에 더 큰 가스 구멍이 생깁니다. 상단에는 응고 가스 흡수로 인한 가스 배출 채널이 있으며, 주물 내부에도 산화된 내포물이 동반되며 내포물이 존재합니다. 스털링 실버에 소량의 실리콘을 첨가하면 가스 흡수 경향과 산화 저항성을 효과적으로 개선하여 주조 품질을 개선하고 가스 기공 및 내포물의 결함을 줄이며 연마 후 표면 품질을 개선할 수 있습니다. 열역학적 관점에서 실리콘 형성 산화물의 깁스 자유 에너지 값은 구리 산화물보다 높습니다. 따라서 적정량의 실리콘을 첨가하면 용융 금속의 실리콘이 산소와 우선적으로 반응하여 가스 기공 결함을 줄입니다. 실리카는 밀도가 낮고 점도가 높기 때문에 일단 표면에 떠오르면 플럭스를 사용하여 용융 금속 표면에서 제거할 수 있습니다. 스털링 실버에 첨가된 실리콘은 또한 합금의 산화 및 황화물 변색에 대한 내성을 개선하는 데 도움이 됩니다.
Si 함량이 증가함에 따라 입자 구조가 점차 거칠어져 표면 연마 효과가 악화되고 표면에 "오렌지 껍질" 효과가 나타납니다. 실리콘 함량이 특정 값을 초과하면 합금의 취성이 크게 증가하여 가공 중에 균열이 발생하기 쉽습니다.
2.2 아연(Zn)이 스털링 실버에 미치는 영향
아연은 스털링 실버의 융점을 낮추고 용융물의 유동성을 높이며 수축 결함을 줄이고 주조 구조를 더 조밀하게 만들 수 있지만 입자 크기에는 큰 영향을 미치지 않습니다. 산소 활성 원소인 아연은 스털링 실버에 첨가하면 용융 금속의 산소와 우선적으로 반응하여 흡수된 산소로 인한 용융 금속의 산화를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 아연 함량이 너무 높으면 용융 금속에 산화된 내포물의 양이 쉽게 증가할 수 있습니다.
Zn과 Ag의 원자 크기 차이는 7.76 %, Cu이고 Ag와의 원자 크기 차이는 11.50 %, Zn입니다. Ag의 강화 효과는 Cu보다 덜 강합니다. Zn이 스털링 실버에서 Cu를 부분적으로 대체하면 주조 및 어닐링 경도가 감소합니다. Zn 함량이 3.36％를 초과하면 스털링 실버의 주조 경도는 약 HV50에 불과하여 주얼리 인레이 요구 사항과 내마모성 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 아연은 합금의 가공 성능에 악영향을 미쳐 가소성을 떨어뜨립니다. Zn 함량이 과도하면 가공 중 박리, 스케일링, 균열 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
아연의 전극 전위는 Ag 및 Cu보다 낮으며, 스털링 실버 표면에 패시베이션 필름이 자연적으로 형성되어 전기 화학적 부식을 늦추고 황화물 변색 및 산화에 대한 합금의 저항성을 향상시킵니다. 아연 함량이 증가함에 따라 스털링 실버. 산화막의 두께는 점차 감소합니다. 하지만 아연 함량이 3.5％를 초과하면 스털링 실버는 산화 내포물이 발생하기 쉬워 전기 화학적 내식성과 황화물 변색 방지 성능에 해를 끼칩니다.
2.3 스태넘(Sn)이 스털링 실버에 미치는 영향
스털링 실버에 Sn을 첨가하면 합금의 융점을 낮추고 용융물의 유동성을 높이며 합금의 수축을 줄여 주조 구조를 더 조밀하게 만들 수 있습니다. 소량의 Sn도 합금의 구조를 개선할 수 있지만, Sn 함량이 2％를 초과하면 합금의 구조가 눈에 띄게 거칠어져 상대적으로 큰 수상 돌기를 형성하고 수축 및 분리가 발생합니다.
스털링 실버 합금에서 Cu를 Sn으로 부분적으로 대체하면 일반적으로 주조 상태에서 합금의 초기 경도가 향상됩니다. Sn 함량이 증가함에 따라 합금의 경도는 먼저 상승한 다음 감소합니다. Sn 함량이 1％에 가까워지면 경도가 최대 값에 도달하지만 합금의 연성이 크게 영향을 받아 냉간 가공 중에 균열이 발생할 수 있습니다.
Sn은 또한 산소 활성 원소입니다. 일정량의 Sn은 합금 표면에 고밀도 산화막을 형성하여 기판을 보호할 수 있습니다. Sn은 스털링 실버의 전기 화학적 내식성을 향상시킬 수 있습니다. Sn 함량이 증가함에 따라 합금의 전기 화학적 내식성이 향상됩니다. Sn 함량이 2％를 초과하면 합금의 황화물 변색 및 산화 저항성이 크게 향상됩니다.
2.4 세륨(Ce)이 스털링 실버에 미치는 영향
스털링 실버에 희토류 원소인 Ce를 추가하면 구조에 큰 영향을 미칩니다. Ce는 금속 액체를 효과적으로 정화하고 가스 함량을 줄일 수 있습니다. Ce 함량이 0.05％ 이하인 경우, 주로 금속 액체의 응고 과정에서 Ce가 입자 정제기 역할을 하여 어닐링 중에 수축 다공성 정도를 줄이고 밀도를 향상시키기 때문에 입자 구조를 정제할 수 있으며, Ce는 또한 입자 경계 이동을 방해하여 미세 입자 구조를 유지할 수 있습니다.
미량의 Ce는 스털링 실버의 기계적 특성을 개선하여 강도와 경도를 높이고 연성을 향상시키며 합금의 가공 경화 효과를 개선할 수 있습니다. Ce 함량이 더 증가하면 입자 경계에서 분리되기 쉬워 합금의 가공 성능이 저하되고 산화 내포물에 더 취약해집니다.
미량의 Ce를 첨가하면 스털링 실버의 전기 화학적 내식성, 산화 스팟 저항성 및 황화물 변색 저항성을 크게 향상시킬 수 있습니다. Ce 함량이 0.075％를 초과하면 스털링 실버의 내식성이 저하됩니다.
2.5 Ge가 스털링 실버에 미치는 영향
스털링 실버에 Ge를 첨가하고 그 함량이 0.2 %에서 0.8 % 사이 인 경우 스털링 실버의 주조 경도가 더 높고 작업 경화 성능, 전기 화학적 내식성 및 변색 저항이 모두 스털링 실버에 비해 향상되어 전반적인 성능이 향상됩니다. Ge 함량이 너무 낮으면 스털링 실버의 성능 향상은 크지 않지만 함량이 너무 높으면 합금의 입자가 거칠어져 합금의 전반적인 성능이 저하 될 수 있습니다.
섹션 V 은의 변색 및 보호
은과 그 합금 소재는 주얼리 산업에서 널리 사용되며 변색과 변색이 쉽게 일어난다는 중요한 특징을 가지고 있습니다. 은 합금이 변색되면 표면 광택이 크게 감소하여 주얼리의 외관 품질에 심각한 영향을 미치고 합금 가공의 난이도가 높아집니다.
1. 은이 변색되는 이유
순은의 화학적 전위는 +0.799V로 수소의 표준 전위에 비해 상대적으로 높아 불활성 금속으로 분류됩니다. 정상적인 조건에서는 산이나 염기와 화학적으로 반응하지 않고 강한 산화성 농축 산(예: 농축 질산 및 고온 농축 황산)과만 반응합니다. 그러나 실버 주얼리는 일정 기간 착용하거나 보관함에 일정 기간 보관해도 서서히 변색되며, 특히 전통적인 스털링 실버는 변색되기 쉽습니다. 실버 변색의 원인은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
1.1 황화은 변색
은과 그 합금은 H가 포함된 환경에서 부식 및 변색되기 쉽습니다.2S, SO2및 COS. 은은 H에 매우 민감합니다.2S 기체, 그리고 H2대기 중 S는 0.2 x 10에 도달합니다.-9 (부피 분율)을 초과하면 은을 부식시켜 검은색 Ag2S를 형성하기에 충분합니다:
4Ag + 2 H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O
H 대기 중 황화은 변색 속도2S는 바그너 확산 운동 메커니즘을 따르며, H의 함량이 다음과 같을 때2S가 증가하거나 H2S는 NO와 같은 다른 기체와 공존합니다.2, O2가 높아지면 황화은의 변색 속도가 빨라집니다. SO2 를 S로 변환할 수도 있습니다.2-Ag를 형성하기 위해2S와 결합하여 은색 변색을 유발합니다. SO2의 감도는 H2S, 그러나 SO2 와 같은 다른 기체와 공존합니다.2 및 O2를 사용하면 황화물의 변색 속도도 빨라집니다.
은은 산소가 함유된 황화물 용액에 매우 민감합니다. 은을 산소가 없는 Na2S 용액에 담그면 변색이 천천히 일어납니다. 그러나 샘플을 꺼내 은 표면에 부착된 황화나트륨 용액이 산소와 접촉하면 은 샘플이 빠르게 변색됩니다. 공기에 오래 노출될수록 변색이 더 심해집니다. 색상 변화의 순서는 은색, 흰색 → 노란색 → 갈색 → 파란색입니다. 이는 Ag의 표준 전극 전위(0.779V)가 O의 전위(1.229V)보다 낮기 때문입니다. 산소가 존재할 때 Ag는 열역학적으로 불안정하며, 먼저 O에 의해 O2 Ag로 산화되는 것+ 와 결합한 다음 Ag+ 및 S2-불용성 화합물 Ag를 형성하기 위해2S. 황화물 농도가 높을수록 변색이 더 심해집니다. 산소 함유 Na2S 수용액에서 은의 화학 반응은 다음과 같습니다:
4Ag + 2H2O + O2 + 2S2-= 2Ag2S↓+4OH–
Ag-Cu 합금은 황화물 형성이 더 잘 일어나고, Cu가 Ag보다 황화되기 쉽기 때문에 검은색 Cu2 S를 생성하므로 순은보다 더 쉽게 변색됩니다.
1.2 습한 환경에서의 전기 화학적 부식
습한 환경에서는 은 표면 상태의 불균일성(고르지 않은 합금 조성 또는 내부 응력, 표면 평활도 등의 물리적 상태)으로 인해 수막 아래 금속 표면의 여러 영역에서 서로 다른 전위가 발생하여 이들 영역 간에 전위차가 발생할 수 있습니다. 전위가 다른 두 인접 영역이 연결되어 수막은 이온을 운반하는 전해질 역할을 하고 금속은 전자 운반을 위한 도체 역할을 하면서 전기 사이클을 형성합니다. 이는 금속 표면에 많은 부식 마이크로 배터리를 형성하여 단락 배터리와 같은 효과를 만들어냅니다. 스털링 실버의 주조 구조는 일반적으로 은이 풍부한 고용액과 구리가 풍부한 고용액으로 구성된 2상 구조로 이루어져 있습니다. 습한 환경에서는 구리가 풍부한 고용체 상이 부식 마이크로 배터리의 양극이 되어 합금이 부식 및 변색에 더 취약해집니다. 고품질 은도 불순물로 인해 전기 화학적 부식을 겪을 수 있으며, 염분이 포함된 습한 환경에서는 은 표면이 토양과 유사한 회갈색 접착 물질인 염화은으로 변하는 경우가 많습니다.
1.3 자외선이 은 변색에 미치는 영향
빛은 외부 에너지원으로서 금속 이온의 이온화를 촉진하여 은과 부식성 매질 사이의 반응을 가속화하여 은의 변색 반응을 가속화할 수 있습니다. 은도금 층의 표면에 다른 파장의 빛을 조사하면 그 결과가 표 4-8에 나와 있습니다. 은도금층은 자외선을 흡수한 후 변색되기 쉽고, 조사된 빛의 파장이 파장이 감소함에 따라 변색을 일으키는 능력이 증가한다는 것을 알 수 있습니다.
표 4-8 조사된 광 파장 및 조사 시간이 은도금 층의 변색에 미치는 영향
| 조사된 빛 파장/nm | 조사 시간/시간 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 조사된 빛 파장/nm | 6 | 12 | 18 | 24 | 48 |
| 253.7 | 변경되지 않음 | 초점 황반 | 노란색 갈색 | 갈색-검정색 | 올 블랙 |
| 365.0 | 변경되지 않음 | 변경되지 않음 | 변경되지 않음 | 노란색 | - |
| 햇빛 | 변경되지 않음 | 변경되지 않음 | 변경되지 않음 | 국소 황반 | - |
X-선 광전자 분광법 및 오거 분광법 분석 결과에 따르면 자외선 하에서 은도금 층의 색상 변화는 주로 Ag로 구성됩니다.2O, AgO, AgCl 및 해당 은 화합물.
2. 은 변색을 방지하는 방법
은과 그 합금의 변색과 관련하여 은의 변색 저항성을 향상시키는 방법에 대해 국내외에서 상당한 연구가 진행되어 왔습니다. 변색 저항성 증진의 관점에서 보면 은 합금의 표면 개질 처리와 변색 저항성 은 합금의 개발로 크게 두 가지로 요약할 수 있습니다.
2.1 은 변색을 방지하는 표면 개질 기술
표면 개질은 화학적 또는 물리적 방법을 사용하여 실버 주얼리 표면에 불활성 필름을 형성하여 은 기판을 환경의 부식성 매체로부터 분리하고 빛, 산화제, 부식성 매체 및 은 사이의 반응을 차단하며 변색을 방지하는 것을 포함합니다. 표면 개질은 형성되는 필름의 유형에 따라 전기 도금, 침지, 화학적 패시베이션, 전기 화학적 패시베이션, 유기 흡착 패시베이션, 수지 코팅, 자체 조립 필름 등 몇 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다.
로듐 도금은 스털링 실버 주얼리에 가장 널리 사용되는 표면 개질 방법입니다. 주얼리 표면에 로듐 박막을 코팅하면 밝고 거울과 같은 외관을 얻을 수 있으며 로듐 층은 경도가 높고 화학적 안정성이 우수하여 실버 주얼리의 내마모성과 변색 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 생산 비용과 표면 밝기 효과로 인해 보석의 로듐 층은 일반적으로 매우 얇고 사용 중에 쉽게 마모되어 보호 효과를 잃을 수 있습니다.
화학적 패시베이션 또는 전기 화학적 패시베이션 방법은 은 표면에 무기 패시베이션 필름을 형성할 수 있습니다. 크로메이트 패시베이션은 실버 공예 주얼리에 일반적으로 사용되는 화학적 패시베이션 방법으로, 6가 크롬 화합물을 포함하는 산성 또는 알칼리성 용액에서 산화은과 크롬산은 층을 생성합니다. 전기화학적 패시베이션은 음극 환원 원리를 활용하여 은 표면에 크롬산은, 크롬산, 염기성 크롬산, 염기성 크롬산으로 구성된 필름 층을 생성합니다. 이러한 필름 층은 부동태화 효과가 우수하고 합금 표면의 자유 에너지를 줄일 수 있으며 은 공예품의 외관에 큰 영향을 미치지 않으면서 변색을 방지하는 역할을 합니다. 그러나 필름 층의 밀도가 높지 않아야 하고 기계적 안정성이 떨어지며 구조가 복잡하고 가장자리를 덮기 어렵고 환경에 미치는 영향 등의 문제가 있습니다.
은 표면에 유기 보호막을 형성하기 위해 침지, 스프레이, 코팅과 같은 방법을 적용하면 은의 변색 방지 성능을 향상시킬 수 있으며, 국내외에서 이 분야에 대한 상당한 연구가 진행되었습니다. 벤조트리아졸, 테트라졸륨 및 다양한 황 함유 화합물은 은에 복합체를 형성할 수 있습니다. 복합 필름을 형성 할 수 있으며 일부 수용성 폴리머를 첨가하여 필름 제를 만들 수 있지만 결과 필름 층은 더 조밀해야하며 변색 방지 효과가 더 좋을 수 있습니다. 일부 보호제는 파라핀과 장쇄 4급 암모늄염을 기반으로 한 지용성 변색 방지제로, 은 표면에 단단한 윤활층을 형성하여 우수한 변색 방지 효과를 제공할 수 있습니다. 그러나 용액 부식에 대한 저항성이 떨어지고 뜨거운 가솔린을 용매로 사용하면 상당한 위험이 따릅니다. 또한 표면에 왁스 층을 코팅한 후에는 합금의 밝기와 반사율이 크게 감소합니다. 은 합금 표면에 아크릴 바니시, 폴리우레탄 바니시, 유기 실리콘 투명 바니시를 분사하면 변색 방지 기능을 향상시킬 수 있습니다. 하지만 코팅은 특정 변색 방지 효과를 제공하기에 충분한 두께를 가져야 하며, 이는 실버 공예 보석의 외관에도 영향을 줄 수 있습니다.
전통적인 보호제는 실버 공예 보석의 틈새를 보호하는 데 잘 작동하지 않는 반면 알킬 티올, 오르간 실란 및 쉬프 염기와 같은 분자 자체 조립 시스템은 실버 보석 표면에 보호 필름을 형성 할 수 있습니다. 이러한 필름은 조밀하고 균일 한 구조, 기판 표면의 모양에 영향을받지 않고 금속 불순물이없고 기판의 외관에 영향을 미치지 않는 등의 특성을 가지고 있으며 은에 대한 우수한 변색 방지 능력을 보여 변색 된 은 공예 보석의 표면 처리를위한 유망한 공정 중 하나입니다.
전반적으로 표면 개질 공정은 저렴한 비용, 간단하고 실용적인 공정, 확실한 변색 방지 성능 등의 특징을 가지고 있습니다. 그러나 생성된 필름의 두께가 얇기 때문에 노출된 은 기판은 부식성 매체와 접촉하여 긁히면 변색됩니다.
2.2 전체 합금을 통한 변색 방지 은 합금
1927년 초, 미국 국립표준국은 연구 끝에 다른 귀금속 원소와 합금하지 않는 한 은의 황화 반응을 완전히 막을 수 있는 다른 방법이 없다고 제안했습니다. 황화은의 형성을 억제하려면 팔라듐 40 %, 금 70 % 또는 백금 60 %와 합금을 형성해야합니다. 그러나 합금을 통해 은 합금의 변색 저항성을 개선하는 것이 여전히 필요하고 효과적인 방법이라는 것은 부인할 수 없는 사실입니다. 전 세계 많은 국가에서 여전히 새로운 유형의 변색 방지 은 합금을 개발하기 위해 노력하고 있으며 일부 연구 성과를 달성하고 있습니다. 변색 방지 은 합금을 형성하는 주요 합금 원소는 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다.
(1) 귀금속과의 합금.
모든 귀금속 원소 중에서 은은 상대적으로 화학적 특성이 활발합니다. Au, Pd, Pt와 같이 화학적 전위가 높은 귀금속 원소를 첨가하면 은 합금의 전극 전위를 개선하고 내변색성을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 스털링 실버에 5퍼센트 Pd를 첨가하면 은 합금의 변색 저항성이 크게 향상되어 염소 또는 암모니아 분위기에서 10일이 지나도 변색이나 부식이 크게 나타나지 않았습니다. 합금의 연신율은 15％~26％이며, 기존의 주조 및 기계적 성형 방법을 사용하여 생산할 수 있습니다. 마찬가지로 백금을 함유 한 일련의 변색 방지 은 합금에서 Pt 함량이 1 % 인 경우 내식성은 스털링 실버의 3 배 이상, Pt 3.5 %를 함유하면 내식성이 스털링 실버의 6 배 이상, Pt 5 %를 함유하면 내식성이 스털링 실버의 8 배 이상입니다. 백금을 함유 한은 합금은 경도를 높이면서 입자 크기를 크게 미세화 할 수 있으며 가소성도 우수하며 합금의 밝기를 향상시켜 백금 색에 가까워지고 붉은 반점이 나타나는 것을 방지합니다. 귀금속과의 합금은 변색 방지 은의 재료비를 크게 증가시키며 시장 적용이 상대적으로 제한적입니다.
(2) 희토류 금속과의 합금.
많은 연구에 따르면 은 또는 은 합금에 미량의 희토류 원소를 첨가하면 황산화 변색에 대한 합금의 내성을 개선하는 데 도움이 된다고 합니다. 가장 널리 사용되는 희토류 원소로는 이트륨(Y), 세륨(Ce), 란탄(La) 등이 있습니다. 예를 들어 희토류 함량이 0.11％ 이하인 순은에 희토류 원소를 첨가하면 순은보다 황산화 변색 저항성이 우수해집니다. 희토류 원소를 첨가하면 냉변형 재결정 구조의 입자 크기가 미세화되고 단편화 및 재응집을 통해 형성된 분산 은-희토류 화합물 2상은 은 합금을 효과적으로 강화하고 합금의 열 안정성을 개선하여 노화 연화에 대한 높은 저항성을 보여줍니다. 국내에서 개발된 대부분의 변색 방지 은은 희토류 원소를 합금 원소로 채택하고 있습니다.
(3) 다른 산소 활성 원소와의 합금.
Ag-Cu 합금에 Zn, Si, Sn, In, Ge와 같은 산소 활성 원소를 추가하면 은 합금의 황산화 및 산화 변색 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 이것은 현재 시중에 나와 있는 가장 일반적인 변색 방지 은 합금 유형입니다. 이탈리아, 미국, 독일 등에서는 다양한 변색 방지 은 합금 필러를 개발하여 스털링 실버의 5배 이상에 달하는 황산화 변색 효과를 달성했습니다. 변색 방지 원리는 산소 활성 원소에 속하는 은의 산화물은 구리 산화물보다 자유 에너지가 낮고 산소에 대한 친화력이 강하여 보다 안정적인 산화물을 형성할 수 있습니다. Ag2S를 형성하기 전에 이러한 산화물은 고밀도 보호막 층을 형성하여 은 매트릭스를 보호하는 장벽 역할을 합니다.
섹션 VI 변색 방지 은의 성능 평가 및 일반적인 문제
1. 변색 방지 실버의 성능 평가
다양한 변색 방지 은 충전재가 시중에 출시되어 있으며 성능도 매우 다양합니다. 적절한 방법을 채택하여 성능을 평가하는 것이 필요하며, 이를 통해 적합한 충전재를 선택할 수 있는 근거를 마련할 수 있습니다.
1.1 변색 방지 성능 평가 방법
변색 방지 성능은 은 합금의 가장 중요한 성능 지표 중 하나로, 주로 황화물 변색 및 산화 적색 반점에 대한 내성을 포함하며, 실험을 통해 테스트해야 합니다.
1.1.1 황화물 변색에 대한 내성 평가 방법
실험에 사용되는 조건과 장소에 따라 실외 및 실험실 테스트 방법으로 나뉩니다.
(1) 실외 테스트 방법
실외 테스트 방법은 은 합금 샘플을 실제 환경에 배치하여 샘플의 색상이 변하지 않는 시간과 합금의 색상 변화에 대한 저항성을 평가하기 위해 발생하는 특정 색상 변화 현상을 관찰하는 것입니다. 이 방법은 합금의 색상 변화에 대한 저항성을 보다 정확하게 반영할 수 있지만 (1) 테스트 결과를 얻는 데 걸리는 시간이 상대적으로 길고, 예를 들어 특정 환경에서는 내식성이 좋은 합금이 결과를 얻는 데 수년이 걸릴 수 있으며, (2) 결과의 재현성이 낮다는 단점이 있습니다. 지역과 시간의 차이로 인해 자연 환경은 어느 정도 달라질 수 있습니다. 따라서 다른 지역에서 테스트한 동일한 합금의 결과는 크게 다를 수 있으며, 같은 지역에서 다른 시간에 테스트하더라도 테스트 결과는 달라질 수 있습니다.
자연 환경에서는 테스트 시간이 길기 때문에 결과를 더 빨리 얻기 위해 가속 부식 방법을 사용하기도 합니다. 예를 들어, 전기 도금 작업장이나 보일러 연도 가스 근처와 같은 열악한 환경에 합금을 놓거나 대기 중 자외선에 노출시켜 테스트합니다. 그러나 이러한 방법은 환경 오염 및 기타 요인의 영향을 받기 쉬우므로 자연 부식 색상 변화에 비해 테스트 결과의 유사성, 신뢰성 및 재현성에서 상당한 차이가 발생합니다. 따라서 권장되지 않습니다.
(2) 실험실 테스트 방법
실험실 테스트에 사용되는 부식성 매체에 따라 액상 테스트와 기체상 테스트의 두 가지 방법으로 나눌 수 있습니다.
(2.1) 액상 테스트 방법.
가장 일반적으로 사용되는 방법은 황화물 용액과 인공 땀 침지 방법입니다. 전자는 매우 일반적인 투치요-닐슨 방법을 사용하여 특정 농도의 황화나트륨 또는 황화암모늄 용액에 샘플을 담그는 것입니다. 샘플을 회전 휠에 고정하고 0.5％ 또는 2％ Na 농도의 용액에 주기적으로 담급니다.2S 용액을 1r/min의 속도로 측정합니다. 산소화 황화나트륨 용액의 작용으로 은 합금의 변색 저항성을 효과적으로 감지할 수 있습니다. 후자는 관련 표준에 따라 인공 땀을 준비하고 30 ℃ 또는 37 ℃의 온도에서 특정 pH 값과 온도 (일반적으로 pH 6.5 정도)로 샘플을 땀에 담그는 것을 포함합니다. 침지 테스트 중에는 용액 온도의 안정성을 유지해야하며 샘플과 비교 샘플은 동일한 조건에서 테스트해야합니다. 다른 침지 시간 후 비교 샘플의 색상 변화는 비색계를 사용하여 정확하게 측정하여 샘플의 변색 정도를 결정할 수 있습니다.
(2.2) 기체상 테스트 방법.
은 합금 및 은 코팅의 변색 저항성을 검사하기 위해 기체상 테스트 방법을 사용하는 것은 국제 및 국내 표준을 형성하면서 상당히 보편화되었습니다. 기체상 테스트는 정적 또는 유동 기체에서 수행할 수 있습니다. 가스에는 은 합금 재료의 변색을 유발할 수 있는 물질이 포함되어 있습니다(예: H2S, SO2, Cl2및 NO2단일 기체 또는 두 개 이상의 기체가 혼합된 기체일 수 있으며, 화학 반응을 통해 기체가 도입되거나 생성될 수 있습니다. 일반적인 기체 상 테스트 방법에는 주로 다음이 포함됩니다:
A. H2S 테스트 방법. 이 방법은 H2S를 사용하여 전자 부품 및 전기 접촉 재료의 변색 저항성을 평가하기 위해 전자 산업에서 널리 사용되는 가속 부식 테스트를 여러 국제 및 국내 표준과 함께 수행합니다. 이러한 표준에는 고농도 H2S 대기뿐만 아니라 저농도 대기에서도 사용할 수 있습니다. 그러나 주얼리 업계에는 변색 저항성에 대한 구체적인 테스트 표준이 없기 때문에 일부는 전자 산업 표준을 참조하여 테스트하고 일부는 자체적으로 테스트 조건을 선택하는 등 다양한 관행이 존재합니다. 대표적인 테스트 방법은 국제 표준인 금속 코팅-티오아세타마이드 부식 테스트(TAA 테스트)에 해당하는 엄격한 실버 주얼리 측정 기준인 티오아세타마이드(TAA) 방법(BS EN ISO 4538-1995)입니다. 고농도의 H2S 분위기에서는 일부 은 합금 표면이 변색되기 쉽고 부식막 층이 느슨해져 벗겨져 결과의 정확성과 재현성에 어느 정도 영향을 미칠 수 있습니다. H 후 다양한 유형의 은 합금의 변색 조건2S 부식을 3시간 동안 비교한 결과는 그림 4-20과 같으며, 여기서 H2S의 농도는 13 x 10입니다.-6상대 습도는 75％, 온도는 30℃입니다.
B. SO2 테스트 방법. SO2 은 합금의 부식을 가속화 할 수 있으며, 일반적인 방법으로는 일정 부피의 가열 된 폐쇄 형 아크릴 테스트 챔버를 사용하여 특정 농도의 SO를 도입하는 "이산화황 응축 조건에서 금속 및 기타 무기 코팅의 부식 테스트"가 있습니다.2 가스를 3주기에 걸쳐 테스트(비연속 노출)합니다. 단일 SO2 부식 테스트용 가스는 테스트 주기가 길고 샘플 간의 부식 결과를 평가하는 것이 다소 어렵습니다.
C. 혼합 가스 테스트 방법. 이 방법의 부식 생성물은 실제 조건에 비교적 가깝고 테스트 결과가 비교적 안정적입니다. 이 방법은 습도 75％, 온도 25℃, H2S, 농도 0.8mg/L, SO2및 3mg/L로 시간당 세 번 업데이트됩니다. 일본은 전자 기기의 은 합금 부식 상태를 테스트하기 위한 혼합 가스 가속 부식 방법을 발명했는데, 공기, H2S 및 NO2여기서 H2S는 변색을 일으키는 주요 요인이며, NO2 은과 H의 반응을 가속화하는 촉매제 역할을 합니다.2S를 사용하여 더 짧은 시간에 부식 생성물을 형성할 수 있습니다.
1.1.2 산화 방지 적색 반점 성능 평가 방법
일반적으로 은 합금의 산화 방지 적색 반점 성능을 평가하는 방법에는 두 가지가 있습니다. (1) 시료를 전기로에 넣고 대기, 가열 온도, 절연 시간을 조절하여 가열한 다음 시료의 단면을 촬영하여 현미경으로 산화막을 관찰합니다(그림 4-21). 샘플을 연마하고 연마된 표면의 붉은 반점 상태를 관찰합니다. 이 방법은 테스트 조건을 안정적으로 제어 할 수 있으며 테스트 정확도가 비교적 우수합니다. (2) 토치로 샘플을 특정 온도로 가열 한 다음 가열을 중지하고 샘플을 실온으로 자연 냉각시키고 위의 작업을 여러 번 반복하고 샘플의 단면을 취하여 산화막 상태를 관찰하고 연마하여 샘플 표면의 붉은 반점 상태를 관찰하는이 방법은 인적 요소가 더 큽니다.
1.2 프로세스 성능 평가
보석을 만드는 데 사용되는 은 합금은 황화물 변색 및 산화 지점에 대한 저항성이 우수해야 하며 기계적 및 공정 성능이 우수해야 하므로 공동 개발에 종종 모순이 발생합니다. 일부 합금 원소는 변색 저항에 유리합니다. 그러나 함량이 일정 수준에 도달하면 합금의 주조 및 가공 성능에 부정적인 영향을 미쳐 합금의 전반적인 성능이 저하될 수 있으며, 반대로 일부 합금 원소는 은의 기계적 특성을 향상시킬 수 있지만 변색 저항에 유리하지 않을 수 있습니다. 따라서 변색 방지 은 합금을 선택할 때 다양한 가공 기술에 대한 합금의 성능 요구 사항을 충분히 고려하면서 변색 저항성을 평가할 필요가 있습니다. 예를 들어, 용융 방법은 합금의 내산화성에 영향을 미칠 수 있으며 동일한 합금을 토치, 대기 중 유도 가열 또는 보호 분위기 또는 진공에서 녹일 때 다른 결과를 얻을 수 있으며, 마찬가지로 보석 생산은 주조 방법, 스탬핑 방법 또는 용접 방법을 사용할 수 있으며, 각 방법은 합금의 공정 성능 요구 사항에 중점을 두어 주조 능력, 냉간 가공 성능, 용접 성능 등의 관점에서 별도의 평가가 필요합니다, 너무 좁은 공정 범위에서 발생할 수 있는 운영 문제를 피하기 위해 합금의 공정 운용성을 충분히 고려해야 합니다.
1.3 안전성 및 비용 효율성 평가
장신구에 사용되는 은 합금은 안전 요건을 충족해야 하며, 독성 및 유해 불순물 원소의 함량이 국제 기준을 초과하지 않아야 합니다. 또한 은 합금의 종합적인 성능과 재료비는 비용 효율성 측면에서 평가되어야 합니다.
2. 주얼리용 변색 방지 실버의 일반적인 문제 2.
시중에서 판매되는 주얼리용 변색 방지 은의 문제점은 주로 다음과 같은 측면을 포함합니다.
2.1 불충분한 변색 방지 성능
주얼리 회사에서 실버 주얼리 사업에 대해 논의할 때 고객이 가장 직접적으로 묻는 질문은 실버 주얼리가 얼마나 오래 변색되지 않을 수 있는지입니다. 많은 고객이 최소 1년 동안 변색되지 않기를 요구하지만 기업은 이를 보장하는 데 도움이 필요합니다. 사용 환경과 보관 방법의 영향 외에도 중요한 이유는 합금 자체의 변색 방지 성능이 뛰어나지 않기 때문입니다. 귀금속 원소인 백금과 금을 함유한 은 합금은 변색 방지 성능이 뛰어나지만 상대적으로 높은 가격으로 인해 많은 기업이 이러한 합금의 사용을 지정하거나 추가 비용을 지불해야 하는 경우가 많기 때문에 이를 꺼리고 있습니다. 시장은 산소 활성 원소 합금을 사용하는 변색 방지 은 합금이 주로 점유하고 있습니다. 이론적으로 이러한 원소에 의해 형성된 고밀도 산화막은 내부 금속이 더 이상 황화 및 산화되는 것을 방지하여 황화물 및 산화 변색에 대한 은 합금의 내성을 향상시켜야 합니다. 그러나 베이스 합금의 미세 구조, 베이스의 합금 원소 분포, 표면 산화막의 구조 및 기계적 특성은 산화막의 구조에 상당한 영향을 미칠 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 형성된 합금 산화막이 고르지 않게 분포되어 있거나 느슨하고 거칠거나 미세한 균열이 있으면 효과적인 보호 기능을 제공하지 못합니다. 다시 말해, 성분 비율이 다른 합금마다 다른 변색 방지 결과를 얻을 수 있습니다. 동일한 합금 제조업체가 동일한 합금 공식을 사용하더라도 생산 과정에서 지정된 용융 및 주조 공정 표준을 엄격하게 준수하지 않으면 결과도 달라질 수 있습니다.
2.2 불충분한 경도 문제
많은 회사에서 변색 방지 은 합금의 경도가 스털링 실버보다 훨씬 낮아 상대적으로 변형이 쉽고 금형 제작, 탄성 부품 등에 대한 요구 사항을 충족하지 못한다고 보고했습니다. 실제로 그렇습니다. 은과 결정 구조가 유사하고 용해도가 높기 때문에 Pd, Pt 귀금속 원소로 내변색성을 향상시키는 은 합금의 경우 강화 효과가 좋지 않고 초기 경도가 일반적으로 낮습니다. Zn은 일반적으로 다른 원소와 합금된 변색 방지 은 합금의 주요 합금 원소로 사용되며 강화 효과가 더 좋을 수 있습니다. 따라서 대부분의 변색 방지 은 합금은 일반적으로 HV60 미만의 낮은 주조 경도를 가지며, 이는 특정 강도 요구 사항을 가진 보석 제품에는 불충분합니다. 합금은 변형 가공을 통해 경도를 높일 수 있지만 대부분의 세트 주얼리 생산에는 주조 공정만 사용할 수 있으므로 변형 방법은 부적합합니다. 물론 일부 합금은 노화 처리를 통해 경도를 향상시킬 수 있지만, 주얼리 제작에는 여러 공정의 기술이 필요하기 때문에 실제 생산에는 사용되지 않거나 오용되는 경우가 많습니다. 금형 제작 단계, 보석 세팅 단계, 심지어 연마 단계에서 작업자가 화염 가열을 사용하여 작업물을 용접하거나 가열할 수 있으며 가열 온도, 가열 시간 및 냉각 속도가 상당히 임의적이어서 일반적으로 합금 공급업체가 기대하는 효과를 얻기가 어렵습니다. 또한 보석을 세팅한 후에는 고온 담금질로 인해 보석이 쉽게 손상될 수 있으므로 경도를 높이기 위해 에이징 처리 방법을 사용하는 것은 더 이상 적합하지 않습니다.
따라서 실용적인 적용 관점에서 합금의 주조 및 어닐링 경도를 개선할 필요가 있습니다. 중국의 자원 이점을 고려할 때 희토류 원소를 고려할 가치가 있습니다.
2.3 캐스팅 관련 문제
대부분의 주얼리는 주조를 통해 만들어지며, 여러 주얼리 회사에서 주조 부서를 설립했습니다. 회사는 일반적으로 합금 공급업체로부터 필러만 구매한 다음 순은을 구매하여 필요한 은 합금을 준비합니다. 주조 생산 과정에서 많은 회사는 종종 다공성, 모래 구멍, 수축, 내포물 및 균열과 같은 다양한 주조 문제로 인해 정상적인 생산 순서에 영향을 미치고 생산 비용을 증가시키는 데 어려움을 겪습니다.
Cu가 주요 합금 원소인 스털링 실버는 용융 시 보호하지 않으면 다공성 및 산화 개재물과 같은 결함이 발생하기 쉽고 용융 금속의 점도가 높아집니다. 용융 금속의 전면에 형성된 산화막은 표면 장력을 증가시켜 충진 저항을 증가시키고 성형 성능에 영향을 미칩니다. 다공성 및 내포물과 같은 결함이 발생하면 후속 연마의 난이도가 크게 높아집니다.
주로 Pd, Pt 및 기타 귀금속 원소로 구성된 은 합금은 녹는점이 높아 다공성 가능성이 높아집니다. 주얼리는 주로 석고 몰드를 사용하는데 석고는 열 안정성이 떨어지고 합금의 녹는점이 높을수록 석고의 열 분해 가능성이 높아져 주물에 다공성이 생길 가능성이 커지기 때문입니다.
다양한 변색 방지 은 합금은 다양한 유형과 양의 산소 활성 원소를 함유하고 있어 다양한 주조 성능을 나타냅니다. 산화규소는 밀도가 낮고 점도가 높아 용융 금속 표면에 쉽게 떠서 플럭스의 도움으로 제거할 수 있어 유동성과 충진 성능에 유리합니다. 그러나 과도한 Si는 열 균열 및 연마 문제를 일으킬 수 있으며, Zn 및 Sn 산화물 제거가 더 어렵습니다. 저융점 산소 활성 원소(예: Zn, Sn, In)를 다량 함유한 은 합금의 경우 토치를 사용하여 용융하면 휘발성 물질과 산화 개재물이 쉽게 생성될 수 있으며 유도 가열을 사용할 경우에도 과열로 인해 유사한 문제가 발생할 수 있습니다. 소량의 희토류를 첨가하면 충전 특성을 개선할 수 있습니다. 그래도 희토류의 양은 어느 정도 증가합니다. 이 경우 형성된 희토류 산화물은 용융 금속의 점도를 증가시켜 희토류의 정화 효과를 상쇄하고 주조 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.
위의 문제 중 다공성은 가장 눈에 띄는 문제 중 하나입니다. 다공성 생성은 은 합금 자체의 특성과 밀접한 관련이 있습니다. 앞서 언급했듯이 은은 용융 상태에서 다량의 산소를 흡수하는 전형적인 특성을 가지고 있어 고온에서 용융 금속이 튀기면서 쉽게 손실이 발생합니다. 주조의 응고 과정에서 용융 금속의 기체 용해도는 온도가 떨어짐에 따라 감소하여 기체 과포화, 침전 및 확대를 초래하고, 기포가 제때 배출되지 못하고 기포를 형성하여 다공성을 초래합니다(그림 4-22).
기공 형성 메커니즘에서 기공 결함을 줄이거나 피하는 방법에는 주로 두 가지가 있음을 알 수 있습니다. (1) 용융 금속으로 유입되는 가스의 양을 최소화하고 (2) 붓기 전에 용융 금속에서 가스를 방출하는 조치를 취하는 것입니다.
(1) 용융 금속으로 유입되는 가스를 줄입니다.
첫째, 원재료의 품질을 관리해야 합니다. 원재료는 습기나 기름기가 없는 건조하고 깨끗한 상태여야 합니다. 구매한 순은 원료는 과립, 바, 플레이트 등의 형태로 제공되며 과립이 가장 일반적입니다. 과립은 금속 방울이 물속에서 빠르게 냉각되어 형성되기 때문에 속이 비어 있고 내부에 물이 포함되어 있어 녹는 동안 많은 양의 가스가 유입될 수 있습니다. 따라서 사용하기 전에 완전히 건조하거나 미리 녹여 잉곳으로 만들어야 합니다. 원료 표면에 기름이나 기타 유기 불순물이 있는 경우, 특히 기름에 달라붙는 스탬프가 찍힌 보석의 스크랩을 재사용할 때 가스가 유입될 수 있습니다. 사용하기 전에 탈지하고 깨끗이 세척해야 합니다. 재료를 혼합할 때는 새 재료와 재사용 재료의 비율을 합리적으로 조절해야 합니다. 원료를 녹여 주조할 때마다 가스 흡수, 석고 몰드와의 반응, 잔류 내포물 등으로 인해 오염될 수 있습니다. 따라서 재사용되는 재료의 양은 일반적으로 50퍼센트 이내로 관리해야 합니다.
둘째, 용융 중에 효과적인 보호 조치를 취해야 합니다. 기업마다 생산 조건이 다르며 사용되는 용융 방법도 다릅니다. 일반적인 용융 방법에는 가스 산소 불꽃, 아세틸렌 산소 불꽃, 고주파 유도 용광로 및 중주파 유도 용광로가 포함됩니다. 개방된 대기에서 용융할 때 용융 금속은 필연적으로 가스를 흡수하며, 액체 표면이 크고 접촉 시간이 길수록 가스, 주로 공기 중의 산소를 흡수하는 경향이 커집니다. 화염 용융을 사용할 때는 산화 화염에 의해 유입되는 산소도 포함됩니다. 따라서 은이 대기 중에 녹는 경우 가스 흡수량을 줄이기 위해 용융 과정에서 보호 조치를 취해야 하며, 으깬 숯, 흑연 시트 또는 탈수 붕사를 덮개로 사용할 수 있습니다. 불꽃 용융을 사용하는 경우 주황색-노란색 환원 불꽃으로 조정해야 하며, 용융 시간은 관리 가능한 길이여야 합니다. 조건이 허락하는 경우, 보호 가스를 사용하여 저진공 상태에서 수행할 수 있는 진공 유도 용융을 우선적으로 고려해야 합니다. 여기에는 먼저 용융 챔버를 비운 다음 보호 가스로 질소 또는 아르곤을 다시 채운 다음 가열 및 용융하는 과정이 포함됩니다. 질소는 저렴하지만 은에 대한 용해도가 일정하여 기공을 일으킬 위험이 있으며 아르곤은 더 비싸지만 은에 더 안정적이므로 우선적으로 사용해야 합니다.
(2) 붓기 전에 용융 금속의 가스 방출을 촉진합니다.
대기 조건에서 용융된 은은 필연적으로 가스를 흡수합니다. 가스 기공이 형성되는 것을 방지하려면 용융 금속을 붓기 전에 가스 제거 처리를 거쳐 은 액체에 용해된 가스를 최대한 많이 방출해야 합니다. 두 가지 방법을 채택할 수 있습니다:
A. 가스 제거를 위해 부유 기포 사용. 통기성 플러그를 사용하여 용융 금속 바닥에 미세하고 조밀한 아르곤 기포를 불어넣으면 용융 금속과 반응하지 않고 부유 가스 기포가 됩니다. 기포는 용융 금속에 용해된 가스의 진공 공간 역할을 하여 용해된 가스가 부유 기포 속으로 확산되어 기체 분자가 되어 기포와 함께 상승합니다. 부유 기포가 용융 금속 표면으로 상승하면 기포 내부의 가스가 대기 중으로 빠져나가 용융 금속의 가스 함량을 줄이는 목표를 달성할 수 있습니다.
B. 가스 제거를 위해 응축 방법을 사용합니다. 은 액체를 응고 온도까지 천천히 냉각시켜 온도 강하에 따른 용해도 감소로 인해 대부분의 용존 산소 및 기타 가스가 침전되어 가스 제거 목적을 달성합니다. 그런 다음 주조를 위해 주입 온도로 빠르게 다시 가열합니다. 원료의 품질이 좋지 않고 가스 함량이 높은 은 액체의 경우 응축과 재용융을 여러 번 반복하여 품질을 개선할 수 있습니다.
2.4 콜드 프로세싱의 문제
실버 주얼리 생산 공정에서 냉간 가공의 문제, 일반적인 냉간 변형 가공 기술에는 냉간 헤딩, 냉간 압출, 스탬핑 등과 같은 냉간 단조와 스트레칭, 블랭킹, 트리밍, 펀칭 등과 같은 판금 스탬핑이 있습니다. 냉간 압연, 롤 성형 등과 같은 재료 압연 및 가공 중에 다음과 같은 문제가 자주 발생합니다.
(1) 프로파일의 표면 모래 구멍.
프로파일의 표면 품질은 잉곳의 표면 품질뿐만 아니라 롤러의 표면 품질과도 밀접한 관련이 있습니다. 롤러 표면에 스크래치나 국부적인 손상이 있으면 프로파일 표면에 복제되고, 롤러 표면에 먼지나 기타 이물질이 쌓이면 프로파일 표면에 눌려 프로파일의 표면 품질이 악화됩니다(그림 4-23). 따라서 생산 중에는 롤러 표면에 먼지 및 기타 불순물이 쌓여 롤러가 긁히거나 스트립 표면에 눌리지 않도록 롤러 표면을 자주 닦아야 합니다. 롤러를 사용하지 않을 때는 표면을 보호하기 위해 롤러를 덮어야 합니다. 완제품 롤러의 직경은 작고 고광택 또는 전기 도금을 통해 거울 효과를 얻을 수 있어야 합니다.
(2) 어닐링 결함.
여기에는 물집 발생, 비정상적인 입자 성장, 불완전한 어닐링이 포함됩니다.
A. 블리스터링. 시트 및 스트립 표면의 블리스터링은 잉곳 내의 가스 구멍 또는 어닐링 중 잉곳과 대기 사이의 반응으로 인해 발생합니다. 기포가 가열되면 압력이 증가하여 기포를 둘러싼 금속이 팽창하여 기포를 형성합니다(그림 4-24). 이 문제는 일반적으로 주조 또는 어닐링 조건을 제어하여 피할 수 있습니다. 예를 들어 용융 공정 중 탈산화를 강화하고 용융 금속의 용존 산소 함량과 산화를 줄이며 어닐링 온도를 제어하고 수소가 풍부한 어닐링 대기 사용을 피합니다.
B. 비정상적인 입자 성장. 은은 어닐링 온도가 너무 높거나 고온에서 어닐링 시간이 너무 길면 입자가 크게 성장합니다(그림 4-25). 지나치게 거친 입자는 기계적 특성에 영향을 미치고 가공된 주얼리의 표면 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 따라서 어닐링 공정은 프로파일의 크기와 품질에 따라 합리적으로 공식화되어야 합니다.
그림 4-24 어닐링 후 은 프로파일 표면에 나타나는 기포
그림 4-25 은의 부적절한 어닐링으로 인한 비정상적인 입자 성장
C. 불완전한 어닐링. 은 합금 재료마다 재결정 온도가 다릅니다. 어닐링 온도가 너무 낮거나 퍼니스에 투입되는 양이 너무 많거나 토치로 고르지 않은 가열을 가하면 불완전한 어닐링이 발생할 수 있습니다. 이 경우 프로파일 내에 잔류 응력이 남아 후속 가공에 영향을 미치고 균열과 같은 결함이 발생할 수 있습니다.
2.5 폴리싱과 관련된 문제
보석은 표면 품질에 대한 요구 사항이 높으며 대부분의 보석은 거울과 같은 마감 처리를 위해 폴리싱을 거쳐야 합니다. 변색 방지 은 합금을 연마할 때 오렌지 껍질 표면, 움푹 들어간 곳, 긁힘, 혜성 꼬리와 같은 몇 가지 일반적인 문제가 종종 발생합니다. 합금의 입자가 거칠면 오렌지 껍질 표면이 형성되기 쉽고, 합금에 수축 또는 다공성 결함이 있으면 연마 덴트가 형성될 수 있으며, 합금의 입자 구조 내에 고경도 분리 상 또는 내포물이 나타나면 연마 스크래치 및 혜성 꼬리가 형성되기 쉽습니다.
우수한 표면 연마 효과를 얻으려면 연마 작업 공정을 올바르게 실행하는 것 외에도 합금 자체의 특성도 중요한 영향을 미칩니다. 입자 미세화와 주조 성능 개선은 연마 성능을 향상시키는 주요 방법입니다.
