Русский 
English 
Español 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Français 
العربية 
Bahasa Indonesia 
日本語 
한국어 
Suomi 
Svenska 
Polski 
Română 
Ελληνικά 
Türkçe 
Čeština 
Magyar 
Norsk bokmål 
Представление о чистом золоте, используемом в ювелирном производстве
Характеристика чистого золота и его сплавов для ювелирных изделий
Введение:
Желтое золото обладает красивым цветом, хорошей химической стабильностью, отличной эстетической и коллекционной ценностью, а также играет роль в сохранении и увеличении стоимости. Оно также обладает исключительной пластичностью и с древних времен используется в качестве декоративного материала и валюты для ювелирных изделий, ремесел и памятных монет.
Оглавление
Раздел Ⅰ Основные свойства золота
1. Физические свойства золота
Показатели физических свойств золота имеют множество аспектов, как показано в таблице 3-1.
Таблица 3-1 Основные физические свойства и значения индексов золота (частично взято из Нин Юаньтао и др., 2013)
| Физические свойства | Значения индексов | Физические свойства | Значения индексов |
|---|---|---|---|
| Chroma | L* = 84,0, a* = 4,8, b* = 34,3 | Коэффициент линейного расширения (0 ~ 100℃) | 14.2 x 10-6/℃ |
| Плотность (18℃) | 19,31 г/см3 | Удельное сопротивление (25℃) | 2.125 x 10-6 Ω - см |
| Температура плавления | 1064℃ | Удельная теплоемкость (25℃) | 25,33 Дж/(моль - K) |
| Температура кипения | 2860℃ | Теплота плавления | 12,5 кДж/моль |
| Давление пара (1064℃) | 0,012 Па | Теплота парообразования | 365,3 кДж/моль |
| Теплопроводность (25℃) | 315 Вт/(м - K) | Температура Дебая ϴp | 178 K |
| Тепловая диффузия (0℃) | 1.25 m2/s | Магнитная восприимчивость | -0.15x10-6 см3/g |
В целом физические свойства золота характеризуются следующими особенностями:
(1) Золото имеет золотистый цвет и является одним из двух цветных металлов среди всех металлических материалов (второй - медь).
(2) Золото имеет высокую плотность и кажется тяжелым. Плотность золота уменьшается с повышением температуры, и когда температура достигает точки плавления (вот-вот начнет плавиться), плотность падает до 18,2 г/см3; когда он полностью расплавляется в жидкость (температура остается постоянной в точке плавления), плотность падает до 17,3 г/см3.
(3) Золото имеет умеренную температуру плавления, и его температура плавления относительно ниже, чем у металлов платиновой группы, что благоприятно для термической обработки, такой как плавление, литье и сварка.
(4) Золото обладает хорошей электро- и теплопроводностью. По электропроводности золото уступает только серебру и меди, занимая третье место. При повышении температуры удельное сопротивление увеличивается. По теплопроводности золото уступает только серебру, составляя 74％ от серебра.
(5) Золото обладает очень низкой летучестью. При температуре 1000-1300℃ количество испаряемого золота ничтожно мало. Скорость испарения золота зависит от окружающей атмосферы и температуры нагрева. Например, при плавлении золота в атмосферных условиях при 1075℃, 1125℃ и 1250℃ через 1 час потери золота составляют 0,009％, 0,10％ и 0,26％; в угольном газе потери испарившегося золота в шесть раз больше, чем в воздухе; в угарном газе потери в два раза больше, чем в воздухе.
(6) Магнитная восприимчивость золота отрицательна, оно проявляет диамагнетизм.
2. Химические свойства золота
2.1 Золото обладает сильной химической стабильностью.
(1) Антиоксидантные свойства.
Золото обладает прекрасными антиоксидантными свойствами и не вступает в химические реакции даже в присутствии влаги в атмосфере. Золото - единственный металл, который не вступает в реакцию с кислородом при высоких температурах; при температуре 1000℃ не наблюдалось потери веса после помещения золота в кислородную атмосферу на 40 часов.
(2) Устойчивость к коррозии.
Золото обладает очень высоким потенциалом ионизации и химически очень устойчиво. При комнатной температуре с ним не могут реагировать отдельные неорганические кислоты, такие как азотная, серная, соляная, фтористоводородная и другие сильные кислоты. Большинство органических кислот (таких как винная, лимонная, уксусная и т. д.) и щелочные растворы NaOH или KOH также не могут с ним реагировать. Однако некоторые отдельные кислоты, смешанные кислоты, галогенные газы и солевые растворы могут вызывать различную степень коррозии золота. Например, аква-регия (смесь соляной и азотной кислот в соотношении 3:1), хлорная вода, бромная вода, бромистоводородная кислота (HBr), раствор йода в йодистом калии (KI +I2), спиртовой раствор йода (C2H5OH + I2), раствор хлорида железа в соляной кислоте (FeCl3 + HCl), раствор цианида (NaCN, KCN), хлор (при температуре выше 420 K), тиомочевина (NH2⸳CS⸳NH2), ацетилен (C2H2, при температуре 753 K), а также смешанные кислоты - селеновая и теллуровая или серная - могут взаимодействовать с золотом. Влияние различных коррозионных сред на золото показано в таблице 3-2.
Таблица 3-2 Поведение золота в различных коррозионных средах
| Коррозионные среды | Среднее состояние | Температура | Степень коррозии золота | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Коррозионные среды | Среднее состояние | Температура | Почти без коррозии | Небольшая коррозия | Умеренная коррозия | Сильная коррозия |
| Серная кислота | 98％ | Комнатная температура - 100℃ | Да | |||
| Азотная кислота | 70％ | Комнатная температура - 100℃ | Да | |||
| Азотная кислота | Smoky > 90％ | Комнатная температура | Да | |||
| Соляная кислота | 36％ | Комнатная температура - 100℃ | Да | |||
| Фтористоводородная кислота | 40％ | Комнатная температура | Да | |||
| Акварегия | 75％HC1 + 25％HNO3 | Комнатная температура | Да | |||
| Перхлорная кислота | 70-72％ | Комнатная температура -100℃ | Да | |||
| Фосфорная кислота | > 90％ | Комнатная температура - 100℃ | Да | |||
| Хлор | Сухой хлор | Комнатная температура | Да | |||
| Хлор | Влажный хлор | Комнатная температура | Да | |||
| Лимонная кислота | Комнатная температура ~ 100℃ | Да | ||||
| Селеновая кислота | Комнатная температура - 100℃ | Да | ||||
| Ртуть | Комнатная температура | Да | ||||
| Раствор хлорида железа(III) | Комнатная температура | Да | ||||
| Раствор гидроксида натрия | Комнатная температура | Да | ||||
| Раствор аммиака | Комнатная температура | Да | ||||
| Раствор цианида калия | Комнатная температура - 100℃ | Да | ||||
| Расплавленный гидроксид натрия | 350℃ | Да | ||||
| Расплавленный пероксид натрия | 350℃ | Да | ||||
| Раствор йода в спирте | Комнатная температура | Да | ||||
2.2 Золото может образовывать различные соединения и находиться в них в состоянии окисления +1 или +3.
Хлориды золота включают трихлорид золота (AuCl3) и монохлорид (AuCl). Безводный AuCl3 имеет красный цвет, а AuCl3⸳2H2O имеет оранжево-желтый цвет. Нагревание золотого порошка в хлоре при 140-150℃ позволяет получить AuCl3. Растворение золота в водной среде или хлорсодержащих водных растворах также приводит к образованию AuCl3. AuCl3который легко образует комплексы с другими хлоридами, например, M[AuCl4], H[AuCl4], что позволяет золоту существовать в стабильном AuCl4 форма. На этом основан метод хлорирования при извлечении золота. Золото можно осадить из золотосодержащих хлоридных растворов, используя соли железа, диоксид серы, щавелевую кислоту и т. д.
Цианиды золота включают цианид золота (AuCN), дицианид золота [Au(CN)2] и т.д. Нагревание соляной или серной кислоты с цианидом золота калия [KAu(CN) 2] может дать AuCN. Это лимонно-желтый кристаллический порошок, который может растворяться в аммиаке, полисульфиде аммония, цианидах щелочных металлов и тиосульфатах. Простые цианиды золота легко реагируют с цианидами щелочных металлов, образуя цианидные комплексы золота, такие как Na[Au(CN)2], K[Au(CN)2] и т.д.; в присутствии кислорода золото в цианистом растворе также может образовывать вышеуказанные комплексы, так что золото стабилизирует Au(CN) 2существует в растворе. Это очень важно для извлечения золота цианидами, Au(CN) 2золото в растворе легко осаждается восстановителем.
Сульфиды золота включают дисульфид золота(II) (Au2S), дисульфид золота(II) (Au2S2), и трисульфид золота(II) (Au2S 3) . Au 2S может растворяться в растворе KCN и сульфидах щелочных металлов.
К оксидам золота относятся оксид золота(II) (Au2O) и оксид золота(III) (Au2O 3). Поскольку золото не вступает в прямую реакцию с кислородом,
Оксиды золота можно получить только из золотосодержащих растворов. Обработка охлажденного разбавленного хлорида золота едким натром позволяет получить темно-фиолетовый порошок, гидрат оксида золота, а нагревание дает Au 2O. Когда Au 2O при контакте с водой разлагается на Au2O 3.
Гидроксиды золота имеют трехвалентный [Au(OH) 3] и моновалентные (AuOH), причем первые более стабильны.
2.3 Соединения золота быстро восстанавливаются до элементарного золота.
Самыми прочными металлами, способными восстанавливать золото, являются магний, цинк и алюминий. Это свойство используется в цианистом процессе извлечения золота, где для замены используется цинковый порошок. Органические вещества, такие как муравьиная кислота, щавелевая кислота, гидрохинон, гидразин, ацетилен и т. д., также могут восстанавливать золото. Существует множество восстановителей для соединений золота, в том числе водород под высоким давлением, металлы с потенциальной серией до золота, а также перекись водорода, хлористый калий, сульфат железа, хлористый железа, оксид свинца, диоксид марганца, сильные основания и пероксиды щелочноземельных металлов.
3. Механические свойства золота
3.1 Низкая твердость
В отожженном состоянии твердость золота составляет лишь HV 25-27. В литом состоянии его твердость также составляет всего около HV30. Когда скорость деформации составляет 60％ в состоянии холодной деформации, его твердость составляет около HV60.
3.2 Плохая износостойкость
Из-за низкой твердости царапины от ногтей и укусы от зубов могут оставлять следы. На золотых украшениях быстро появляются вмятины, царапины и проблемы с износом из-за ударов и трения при ежедневном ношении.
3.3 Высокая скорость удлинения, хорошая пластичность
Скорость удлинения в литом состоянии достигает 30％, в то время как скорость удлинения в отожженном состоянии может достигать 45％.
3.4 Низкая прочность, малый модуль упругости, легко деформируется
Предел текучести высокочистого золота при комнатной температуре составляет всего 3,43 МПа, а модуль упругости - 79 ГПа.
4. Производительность процесса добычи золота
4.1 Хорошие литейные характеристики
Температура плавления золота умеренная, а температура литья расплавленного металла обычно не превышает 1200℃, что делает его пригодным для процессов точного литья с использованием гипсовых форм, которые не склонны к дефектам литья, таким как усадка и вакуум. Летучесть золота чрезвычайно низка; при плавке в диапазоне 1100℃-1300℃ потери золота от улетучивания составляют всего 0,01％ 0,025％, а величина потерь от улетучивания зависит от содержания летучих примесей в шихте и плавильной атмосфере. Потери золота при испарении в газе в шесть раз больше, чем в воздухе, а потери в угарном газе в 2 раза больше, чем в воздухе.
4.2 Хорошие характеристики холодной обработки
Благодаря низкой прочности золота, ему легко придать форму при комнатной температуре с помощью таких процессов, как прокатка, рисование и ковка - древние артефакты. Материалы содержат бесчисленное количество золотых украшений и золотых изделий, изготовленных с использованием таких техник холодной обработки, как филигрань, плетение, молотковая обработка и гравировка. 1 г чистого золота обычно можно вытянуть в проволоку длиной 320 м. При современных технологиях обработки 1 г чистого золота может быть вытянут в тонкую проволоку длиной 3420 м. Чистое золото может быть выбито в золотую фольгу толщиной 0,1 x 10-3 мм, которая кажется очень плотной даже под микроскопом. Однако при наличии примесей, таких как свинец, висмут, теллур, кадмий, сурьма, мышьяк и олово, оно может стать хрупким; например, золотую фольгу, содержащую висмут в концентрации 0,05％, можно раздавить рукой. Влияние свинца еще более выражено; когда чистое золото включает 50 x 10-6 свинца, он влияет на пластичность золота, и когда содержание свинца достигает 0,01％, его пластичность полностью теряется.
4.3 Хорошие сварочные характеристики
Благодаря хорошей высокотемпературной химической стабильности золота, его сварочные характеристики превосходны, при сварке не образуется слой оксидной пленки, влияющий на соединение металлов, и оно не склонно к образованию включений.
4.4 У золота очень низкая волатильность
При температуре 1000℃ золото было помещено в кислородную атмосферу на 40 часов, и потери веса не наблюдалось. При температурах 1075℃, 1125℃ и 1250℃ золото было расплавлено на воздухе, и через 1 час потеря золота составила всего 0,009％, 0,10％ и 0,26％; эта потеря объясняется улетучиванием, а не окислением.
Раздел II Чистота и единицы измерения золота
1. Чистота золота
1.1 Методы определения чистоты
Чистота золота означает содержание золота, то есть минимальное качественное содержание золота. Традиционно существует три метода определения чистоты золота: процентный метод, метод на тысячу и метод числа К. Процентный метод выражает содержание золота в процентах (％); тысячный метод выражает содержание золота в тысячах (‰); метод числа K происходит от английского слова "karat", которое является международно признанным символом единицы для расчета чистоты или качества золота, сокращенно K.
Метод числа К: делит чистоту золота на 24 части, при этом наивысшая чистота, чистое золото, составляет 24К, а наименьшая - 1 К. Теоретически чистота чистого золота составляет 100％, что следует из 24К = 100％, которое можно рассчитать как К = 4,16666666 ％. Поскольку процентное значение 1 K является бесконечно повторяющейся десятичной дробью, в разных странах и регионах значение 1 K немного отличается.
1.2 Чистота золота для ювелирных изделий
По чистоте золото для ювелирных изделий можно условно разделить на две категории: чистое золото и золото K.
(1) Категория "Чистое золото
Содержание золота в чистом золоте составляет не менее 99 пробы. Часто встречающиеся на рынке названия чистого золота, полного золота, золота 999, золота 9999, красного золота и золота 24 карата относятся к категории чистого золота.
Чистое золото - это золото с чистотой одна тысяча частей на тысячу. В действительности добиться чистоты золота в тысячу частей на тысячу невозможно. Как говорится, "золото не может быть абсолютно чистым, и ни один человек не совершенен". Абсолютно чистого золота не существует. Согласно современному уровню передовых мировых технологий,
Чистота золота может достигать лишь 99,999999％, его специально используют в качестве "реактивного золота" для стандартных реактивов. Производство реагентного золота высокой чистоты требует большого количества сырья и топлива, поэтому его цена на международном рынке торговли драгоценными металлами во много раз выше, чем у чистого золота. Даже в отдельных отраслях золото высокой чистоты используется с осторожностью, чтобы не увеличивать расходы и не создавать отходов. Кроме того, с точки зрения ювелирного применения оно не имеет практического значения.
В настоящее время на рынке представлены в основном три вида золота, которые используются для изготовления ювелирных изделий из чистого золота в зависимости от содержания золота:
Золото "Четыре девятки" с чистотой 99,99％, что соответствует 24-каратному золоту;
Золото "три девятки", с чистотой 99,9％, широко известное как золото 999 пробы;
Золото "два девятка" с чистотой 99 пробы широко известно как "99 золото" или "чистое золото".
(2) Золото K
Прочность и твердость чистого золота слишком низки, поэтому при добавлении определенной доли легирующих элементов к чистому золоту создается сплав, образующий золото K соответствующей чистоты, который может увеличить прочность и твердость золота, становясь всемирно известным золотом для ювелирных изделий.
Из-за различий между восточной и западной культурами содержание золота, используемого для изготовления ювелирных и декоративных изделий, варьируется в разных странах и регионах. Однако стандарты, принятые в странах мира для золота ювелирной пробы, не превышают 8К, и они должны обеспечивать минимальное содержание золота для каждой пробы, как показано в таблице 3-3.
Таблица 3-3 Распространенные пробы золота для ювелирных изделий в разных странах и регионах
| Страна или регион | Общее содержание золота | Соответствующее содержание золота |
|---|---|---|
| Китай | Чистое золото, 18 карат | 99.9％ , 75％ |
| Индия | 22K | 91.6％ |
| Арабские страны | 21 K | 87.5％ |
| Великобритания | В основном 9K, с небольшим количеством 22K и 18K | 37.5％, 91.6％, 75.0％ |
| Германия | 8K , 14K | 33.3％ , 58.5％ |
| Соединенные Штаты | 14K , 18K | 58.5％ , 75.0％ |
| Италия, Франция | 18K | 75.0％ |
| Россия | 18K - 9K | 75.0％ ~ 37.5％ |
| Соединенные Штаты | 10K - 18K | 41.6％ ~ 75.0％ |
Международная организация по стандартизации (ISO) устанавливает требования к чистоте золота, используемого в ювелирных изделиях, которые соответствуют чистоте, рекомендуемой Международной организацией по стандартизации (ISO):
Золото 22 карата,
с твердостью чуть выше, чем у чистого золота, может использоваться для оправы крупных одиночных драгоценных камней. Однако из-за слабой прочности материала дизайн украшений должен быть простым, и он не получил широкого распространения в ювелирной промышленности.
Золото 18 карат,
Обладая умеренной твердостью и идеальной пластичностью, подходит для оправы различных драгоценных камней, а готовое изделие нелегко деформируется, что делает его самым распространенным материалом из золота K в ювелирной промышленности.
Золото 14 карат,
с более твердой текстурой, высокой прочностью и упругостью, может оправлять различные драгоценные камни, обладает хорошими декоративными свойствами и умеренной ценой.
Золото 9 карат,
обладая высокой твердостью и плохой пластичностью, подходит только для изготовления украшений простой формы с оправой из отдельных драгоценных камней. Он недорог и часто используется для создания модных украшений, медалей и планок.
1.3 Маркировка и клеймо чистоты ювелирных изделий
Для золотых украшений чистота выражается в частях на тысячу (число К) и комбинацией слов gold, Au или G. Например, для золота с чистотой 18К клеймо может быть одним из следующих: Золото 750 18K, Au750 (рис. 3-1), Au18K, G750, G18K.
На этикетках изделий из золота 24 карат, чтобы избежать преувеличения чистоты изделия и введения потребителей в заблуждение, независимо от того, обозначено ли оно как "золото 24 карат", "золото 999" или "золото 9999", оно должно быть обозначено как "золото 24 карат". Предположим, необходимо указать номинальное содержание золота. В этом случае оно может быть четко указано в других местах на этикетке (не до и не после названия изделия) на основании зарегистрированных стандартов предприятия.
Рисунок 3-1 Цветной штамп на кольце
2. Единицы измерения для золота
2.1 Единицы измерения веса золота
Международно признанные единицы измерения золота включают грамм, кг, унции, тройские фунты, пеннивейты и т. д. Часто используемые единицы измерения золота приведены в таблице 3-4.
Таблица 3-4 Таблица пересчета общепринятых единиц измерения золота (с международно признанными символами аббревиатур)
| Качество | Золотой баланс (гр.) | вес пенни (двт.) | Тройская унция (т. унц.) | Авоирдупуазная унция (ав. унц.) | Авоирдупуа фунт (средний фунт) | грамм (г) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 золотая унция | 1 | 0.041666 | 0.0020833 | 0.00228571 | 0.000142857 | 0.0648 |
| Вес 1 пенни | 24 | 1 | 0.05 | 0.0548571 | 0.00342857 | 1.5552 |
| 1 тройская унция | 480 | 20 | 1 | 1.0971428 | 0.0685714 | 31. 1035 |
| 1 тройский фунт | 5760 | 240 | 12 | 13.165714 | 0.822857 | 373.248 |
| 1 унция | 437.5 | 18.2292 | 0.911458 | 1 | 0.0625 | 28.35 |
| 1 фунт | 7000 | 291.666 | 14.58333 | 16 | 1 | 453.6 |
| 1 мг | 0.015432 | 0.000643 | 0.00003215 | 0.000035274 | 0.0000022046 | 0.001 |
| 1 g | 15.432 | 0.643 | 0.03215 | 0.035274 | 0.0022046 | 1 |
| 1 кг | 15432 | 643 | 32.15 | 35.274 | 2. 2046 | 1000 |
2.2 Международные единицы измерения цены на золото
До 1933 года золото оценивалось в различных валютах, включая доллар США, британский фунт, французский франк и т. д. К 1944 году страны пришли к Бреттон-Вудской системе, напрямую привязав доллар к золоту. Доллар постепенно стал мировой валютой, с фиксированным обменным курсом 1 тройская унция золота равнялась 35 долларам, что позволяло странам обменивать свои доллары на золото. До 1970-х годов свободная монетарная политика США в конечном итоге привела к краху Бреттон-Вудской системы, и цена на золото больше не была зафиксирована на уровне 35 долларов за тройскую унцию, что позволило центральным банкам печатать деньги без ограничений. Однако по мере того, как США становились крупнейшей экономической и военной державой мира, доллар стал валютой для определения цены на золото. На сегодняшний день международной единицей измерения цены на золото является доллар за унцию.
Раздел III Материалы и модификации для декоративного чистого золота
1. Положение на рынке и общие проблемы ювелирных изделий из чистого золота
Согласно представлениям, передававшимся на протяжении тысячелетий в Китае, золотые и серебряные украшения символизируют богатство и воплощение благородства. В то же время древние императоры признавали желтый цвет как цвет, олицетворяющий статус, и награды во дворце часто заменялись различными золотыми и серебряными украшениями. Поэтому золотые украшения по-прежнему несут в себе глубокий смысл благородства и богатства, тем более что они воплощают в себе прекрасный подтекст гармоничного брака. В традиционных свадебных обычаях золотые украшения практически незаменимы. В результате украшения из чистого золота полюбились широким массам в разных странах с древних времен и до сих пор занимают большую долю ювелирного рынка.
Однако традиционные украшения из чистого золота также имеют некоторые проблемы в производстве, обработке и ношении, среди которых можно выделить следующие.
1.1 Гарантия чистоты
Категория чистого золота в ювелирной промышленности относительно расплывчата; обычно упоминается золото 24K, золото 999 и чистое золото - все они классифицируются как чистое золото. Содержание золота в 24-каратном золоте составляет не менее 99,99％, а "чистое золото 9999", заявленное на рынке в последние годы, относится к 24-каратном золоту; содержание золота в чистом золоте составляет не менее 99％; содержание золота в тысяче чистого золота составляет не менее 99,9％.
Ювелирные компании обычно приобретают слитки чистого золота в качестве сырья для производства ювелирных изделий из чистого золота. Легальные коммерческие слитки чистого золота должны иметь маркировку на поверхности с указанием производителя, качества, чистоты, серийного номера и т. д. (рис. 3-3).
Рисунок 3-3 Слиток чистого золота
Международная организация по стандартизации (ISO) ограничивает содержание примесных элементов в чистых золотых самородках, как показано в таблице 3-5.
Таблица 3-5 Требования к содержанию примесей в слитках чистого золота.
| Класс | Содержание Au ％ | Содержание примесей / X 10-6 | Общее содержание примесей X 10-6 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Класс | Содержание Au ％ | Ag | Cu | Fe | Pb | Bi | Сб | Pd | Mg | Sn | Cr | Ni | Mn | Общее содержание примесей X 10-6 |
| IC - Au99. 995 | ≥99.995 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤3 | ≤3 | ≤3 | < 50 |
| IC - Au99. 99 | ≥99.99 | ≤50 | ≤20 | ≤20 | ≤10 | ≤20 | ≤10 | ≤30 | ≤30 | - | ≤3 | ≤3 | ≤3 | ≤100 |
| IC - Au99. 95 | ≥99.95 | ≤200 | ≤150 | ≤30 | ≤30 | ≤20 | ≤20 | ≤200 | - | - | - | - | - | 500 |
| IC - Au99. 50 | ≥99.50 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 5000 |
В процессе производства примеси могут попадать в металл во время плавки, литья, сварки, холодной обработки и т. д. Использование припоя с более низкой температурой плавления при сварке повлияет на качество золота. Если взять в качестве примера ювелирные изделия Au999 (чистое золото), которые занимают наибольшую долю на рынке, то для обеспечения их качества, помимо усиления производственного процесса и контроля, закупаемое золотое сырье обычно рекомендуется делать IC - Au99.99.
1.2 Проблемы с пятнами ржавчины
Au999 обладает превосходной коррозионной стойкостью, но сообщения о появлении ржавчины на поверхности золотых украшений нередки. На рисунке 3-4 показаны "пятна ржавчины" на поверхности золотых украшений Au999 (рис. 3-4). На поверхности золотых украшений появилось несколько серьезных "пятен ржавчины". Распределение "пятен ржавчины" неравномерно, они различаются по размеру, большинство пятен видно невооруженным глазом или при микроскопии с малым увеличением. Цвет "пятен ржавчины" варьируется в различных областях, в основном включая.
Красные, коричневые, темно-коричневые и черные цвета контрастируют с чисто золотым фоном Au999. Большинство пятен имеют красновато-коричневое цветовое кольцо, а более сильно обесцвеченные пятна соединены между собой, образуя пятна ржавчины, которые имеют тенденцию расширяться наружу.
Рисунок 3-4 Пятна ржавчины на поверхности золотых украшений Au999
При сканирующей электронной микроскопии микроотверстия в центральной части "пятна ржавчины" отличаются по количеству. В более крупных областях "пятна ржавчины" микроотверстия больше или крупнее, как показано на рис. 3-5.
Рисунок 3-5 Микроотверстия в центре области "пятна ржавчины"
Химический анализ золотых украшений показал, что общее содержание золота в них соответствует стандарту Au999. С помощью фотоэлектронной спектроскопии XPS для определения области ржавого пятна было обнаружено, что помимо Au в нем также присутствуют Ag2S и примеси NaCl, а также следовые количества SiO2 На внутренних стенках микроотверстий появились загрязнения. Таким образом, проблема появления ржавых пятен на поверхности золотых украшений во многом связана с неадекватным управлением на производстве. Например, планировка участка недостаточно рациональна, недостаточно разграничены производственные участки и процессы для золотых и серебряных изделий; процессы плавки и кислотной обработки не изолированы, и даже высокоскоростные вращающиеся шлифовальные инструменты используются для ремонта форм в зоне давления готового масла; гигиена участка недостаточно чистая, и производственные рабочие не строго следуют технологическим требованиям по очистке золотых слитков и поверхностей форм во время работы. Поскольку процесс производства золотых украшений включает в себя множество процессов, таких как выплавка, прокатка, огранка, давление масла и шлифовка, а иногда на том же производстве производятся и изделия из чистого серебра, неизбежно попадание серебряных остатков или частиц на поверхность изделий из чистого золота, что приводит к обесцвечиванию. В течение длительного периода производственной обработки в производственном помещении неизбежно скапливается пыль или грязь. Во время прокатки и штамповки, если рабочая зона не очищена должным образом, особенно если рядом проводятся шлифовальные работы, пыль или грязь могут легко перемешаться и прижаться к поверхности золотого слитка, образуя неоднородные пятна. Когда золотые украшения обрабатываются кислотой, кислота разъедает неоднородные пятна, превращая их в микроотверстия. Если продукты кислотной промывки не могут быть полностью удалены во время очистки изделия или если в микроотверстиях остались остатки кислоты, она будет продолжать разъедать неоднородные пятна. Металлические примеси, не удаленные кислотной промывкой, при определенных условиях могут легко образовывать микробатареи с золотой подложкой, что приводит к электрохимической коррозии, поскольку они выступают в роли анодов. Во время хранения золотых украшений продукты коррозии будут медленно мигрировать наружу, что в конечном итоге приведет к появлению "пятен ржавчины" и изменению цвета.
1.3 Вопросы деформации
Прочность чистого золота очень низкая. Ювелирные изделия, изготовленные из чистого золота традиционными методами, склонны к деформации в процессе производства и носки и не подходят для оправы драгоценных камней. Чтобы повысить антидеформационную способность украшения, часто приходится увеличивать толщину его стенок, что увеличивает вес золота и делает каждое изделие более дорогим.
1.4 Проблемы износа
Твердость чистого золота очень низкая. Ювелирные изделия, изготовленные из чистого золота традиционными методами, легко бьются и царапаются во время носки, что приводит к появлению вмятин и царапин на поверхности, постепенно теряя блеск.
1.5 Вопросы стиля
Из-за низкой прочности и твердости чистого золота нелегко создавать украшения сложных форм, замысловатых узоров, высокой точности обработки и оправы для драгоценных камней. Это приводит к тому, что традиционные украшения из чистого золота оказываются в неловком положении грубых и лишенных художественной ценности, что накладывает определенные ограничения на развитие и расширение ювелирного искусства, ограничивая его художественную ценность как высококлассного потребительского продукта.
2. Материалы и процессы производства модифицированного чистого золота
2.1 Ювелирные изделия из чистого золота, изготовленные методом электроформования
На фоне все более заметных функций декоративных украшений и постоянного роста мировых цен на золото полые тонкостенные украшения из чистого золота обладают значительной конкурентоспособностью на рынке благодаря своей крупной форме, легкости и низкой цене за изделие. Традиционные процессы формовки ювелирных изделий, такие как литье и штамповка, не могут удовлетворить этот спрос. Поэтому электроформование стало основным процессом формовки полых золотых украшений. Однако украшения из чистого золота, изготовленные с помощью традиционной гальванопластики, очень склонны к деформации и разрушению, что делает их пригодными только для демонстрации, а не для ношения. Более десяти лет назад в промышленности начали внедрять процесс электроформования твердого чистого золота, в котором используется принцип электроосаждения. Благодаря корректировке состава раствора для гальванопластики и улучшению условий процесса гальванопластики ионы золота под воздействием электрического поля перемещаются в проводящую катодную форму. После удаления сердцевины получаются тонкостенные полые твердые изделия из чистого золота, как показано на рис. 3-6.
Рисунок 3-6 Типичные ювелирные изделия из твердого золота, изготовленные методом гальванопластики
2.1.1 Характеристики ювелирных изделий из чистого золота, изготовленных методом электроформования
По сравнению с традиционными украшениями из чистого золота ювелирные изделия из твердого золота, изготовленные методом гальванопластики, обладают следующими характеристиками:
(1) Высокая чистота.
Содержание золота превышает 99,9％, что обычно полностью соответствует соответствующим международным стандартам чистоты золота, а также удовлетворяет рыночный спрос на золото чистотой до Au999. Три образца электроформованных твердых золотых украшений были случайным образом отобраны для тестирования химического состава, и результаты приведены в таблице 3-6.
Таблица 3-6 Химический состав электроформованного твердого золота (2012)
| Химические элементы | Содержание /％ | Химический элемент | Содержание /％ |
|---|---|---|---|
| Ag | 0.001 ~ 0.0036 | Pd | < 0.0003 |
| Cu | 0.0025 ~ 0.0046 | Mg | < 0.0003 |
| Fe | 0.0003 ~ 0.0012 | Как | < 0.0003 |
| Pb | 0.0003 ~ 0.0004 | Sn | < 0.0003 |
| Bi | < 0.0005 | Cr | < 0.0003 |
| Сб | < 0.0003 | Ni | < 0.0003 |
| Si | < 0.0020 | Mn | < 0.0003 |
(2) Высокая твердость.
В зависимости от состава раствора для гальванопластики, процесса гальванопластики и толщины покрытия, твердость в литом состоянии обычно достигает HV80, а в некоторых случаях даже HV140-160, что эквивалентно твердости золота 18 карат, более чем в четыре раза превышающей твердость традиционного чистого золота.
(3) Носимый.
При значительном увеличении твердости повышается устойчивость украшения к деформации, что позволяет носить его в качестве аксессуара, решая проблему того, что традиционные полые золотые украшения могут служить только в качестве украшений.
(4) Износостойкость.
Он преодолевает ограничение мягкости традиционных украшений из чистого золота, а его износостойкость значительно превосходит таковую у традиционных изделий из чистого золота.
(5) Легкий вес.
Благодаря использованию процесса полого электроформования толщина стенок обычно не превышает 220 мкм, что значительно снижает вес по сравнению с традиционными украшениями из чистого золота того же внешнего вида и объема.
Однако, несмотря на относительно высокую твердость гальванопластического золота, оно относительно хрупкое по своей природе. Поскольку оно полое, при ношении следует избегать столкновений с острыми предметами. Кроме того, существуют определенные ограничения в отношении стиля и структуры изделий из гальванизированного твердого золота.
2.1.2 Механизм упрочнения материала электроформованного твердого золота
В процессе электроформования твердого золота в качестве сырья используется чистое золото IC - Au9.99, которое готовится в электроформовочном растворе, содержащем комплексные ионы сплава. Путем улучшения добавок в электроформовочном растворе и условий процесса электроформования, метод кристаллизации золотого слоя усиливается, в результате чего получается литая структура с мелкими зернами и плотной структурой. Кристаллическая структура электроформованного твердого золота также отличается от структуры обычного золота (рис. 3-7). Эта тонкая и плотная структура является основной причиной высокой твердости электроформованного твердого золота.
Рисунок 3-7 Сравнение рентгеновской дифракции между электроформованным твердым 24-каратным золотом и обычным 24-каратным золотом
2.2 Микролегированное высокопрочное золото 24 карата
Из-за низкой прочности и твердости материалов из золота 24 карата нелегко создавать украшения сложных форм, замысловатых узоров, высокой точности обработки и с вкрапленными драгоценными камнями. Кроме того, ювелирные изделия подвержены деформации во время носки, легко изнашиваются и теряют блеск. С повышением материального и культурного уровня жизни потребители предъявляют к украшениям из золота 24 карата более высокие требования, чем раньше, требуя высокой чистоты и предъявляя более высокие требования к структуре, стилю и характеристикам украшений. Поэтому исследование и разработка микролегированных высокопрочных материалов и производственных процессов из 24-каратного золота стали актуальной темой в отрасли.
2.2.1 Методы упрочнения микролегированного золота 24 карата
Как уже упоминалось ранее, методы упрочнения материалов из драгоценных металлов включают упрочнение твердым раствором, мелкозернистое упрочнение, деформационное упрочнение, упрочнение осадками, дисперсионное упрочнение и упрочнение фазовыми превращениями. При разработке микролегированного золота также необходимо выбрать подходящие методы из вышеперечисленных способов упрочнения, а из-за очень малого количества добавляемых легирующих элементов для достижения хороших результатов упрочнения требуется комплексное воздействие нескольких путей упрочнения.
С точки зрения металлургических принципов микролегирующие элементы довольно широки. За исключением щелочных металлов, некоторых тугоплавких металлов и металлов с низкой температурой плавления, простые металлы, переходные металлы, легкие металлы и металлоиды могут служить в качестве микролегирующих элементов для Au, и даже те элементы, которые считаются вредными в обычных концентрациях, также могут служить в качестве основных микролегирующих элементов. При выборе легирующих элементов обычно учитываются следующие факторы.
(1) Эффект укрепления твердого раствора.
Эффект укрепления твердого раствора легирующих элементов в чистом золоте связан с такими факторами, как разница в размерах атомов, разница в электроотрицательности, разница в кристаллической структуре, а также содержание легирующих элементов. Эффект упрочнения твердого раствора Au легирующими элементами может быть измерен с помощью параметров упрочнения твердого раствора; чем больше значение параметра, тем лучше эффект упрочнения твердого раствора. Как правило, элементы легких металлов с меньшим атомным весом, такие как Li, Be, Na, K, Mg, Ca и Sr, а также редкоземельные элементы с большим атомным размером, имеют более высокие значения параметров упрочнения твердого раствора.
(2) Эффект усиления мелкого зерна.
Рафинирование зерна чистого золота включает в себя как первичное рафинирование зерна в процессе кристаллизации расплавленного металла, так и подавление рекристаллизации и роста зерна в процессе термообработки. Некоторые легирующие элементы, такие как редкоземельные элементы и некоторые легирующие элементы с высокой температурой плавления, могут действовать как эффективные рафинеры или модификаторы зерен во время кристаллизации при затвердевании. Редкоземельные элементы, обладающие сильным сродством к кислороду, могут очищать расплавленный металл, а также служить эффективными рафинерами зерен в процессе кристаллизации при затвердевании; кобальт может повышать температуру рекристаллизации золотых сплавов и подавлять возникновение рекристаллизации.
(3) Они оказывают укрепляющее действие на старение.
Если растворимость легирующих элементов в Au уменьшается с понижением температуры, то при обработке старения твердого раствора метастабильные или стабильные вторые фазы могут выпадать в осадок, что приводит к осадковому упрочнению сплава. Многие элементы могут эффективно осаждаться в Au, например, небольшое количество Ti, REE, Co, Sb, Ca и т.д., что может привести к эффекту осаждения-упрочнения золота при старении.
(4) Роль деформационного упрочнения.
Это необходимый путь для достижения значительного упрочняющего эффекта при микролегировании золота. Скорость упрочнения при обработке золота различными легирующими элементами варьируется, в основном, из-за различий в препятствии скольжению дислокаций, которое зависит от взаимодействия границ зерен с дислокациями, атомов растворителя с дислокациями, частиц второй фазы с дислокациями и дислокаций друг с другом.
2.2.2 Качество микролегированного высокопрочного золота
l Качество золота Au999 поддерживается на уровне выше 99,9％, что соответствует требованиям рынка к качеству золота. Благодаря добавлению микролегирующих элементов и их сочетанию с обработкой холодной деформацией можно добиться значительно более высокой прочности и твердости, чем у традиционного 24-каратного золота. Так называемое "твердое золото 5G" на рынке относится к микролегированному золоту 24 карата. На рисунке 3-8 показан полый браслет из твердого 24-каратного золота "5G" с толщиной стенки всего 0,2 мм, сформированный путем вытяжки, гибки и сварки, отличающийся легкостью, высокой твердостью и хорошей эластичностью.
Рисунок 3-8 Полый браслет "5G" из твердого 24-каратного золота
Из-за недостаточного введения легирующих элементов 0,1％, в зависимости от добавленных легирующих элементов, твердость в литом состоянии обычно варьируется от HV40 до HV60. После обработки холодной деформацией, такой как прокатка и волочение, твердость обычно составляет от HV80 до HV120. В некоторых случаях твердость определенных сплавов даже выше. Зарубежные страны также разработали и серийно выпускают микролегированный Au999, который значительно повышает твердость и прочность по сравнению с обычным Au999, как показано в таблице 3-7.
Таблица 3-7 Свойства микролегированного высокопрочного Au999 (частично взято из Christopher W. Corti, 1999)
| Материалы | Производитель | Чистота | Твердость литья HV/(N/mm2) | Отжиг Твердость HV/(Н/мм2) | Обработка Твердость HV/(N/mm2) | Прочность на разрыв / МПа | Подходящее ремесло |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Твердое золото 5G | Китай | 99.9％ | 40 ~ 60 | - | 80 ~ 110 | - | Литые |
| Высокоинтенсивное чистое золото | Япония Mitsubishi | 99.9％ | - | 55 | 123 | 500 | Литые |
| TH Gold | Япония Токурики Хонтен | 99.9％ | - | 35 ~ 40 | 90 ~ 100 | - | Литые |
| Обычное чистое золото | - | 99.9％ | - | 30 | 50 | 190 ~ 380 |
2.2.3 Микролегированный высокопрочный Au995
Поскольку содержание элементов в сплаве Au995 немного выше, чем в Au999, то и выбор элементов сплава больше. Используя комбинацию нескольких механизмов упрочнения, можно добиться значительного эффекта упрочнения. В таблице 3-8 перечислены некоторые свойства микролегированного Au995, а твердость некоторых сплавов после комплексной обработки может достигать 22К золота или даже 18К золота.
Таблица 3-8 Характеристики микролегированного Au995 (по данным Christopher W. Corti, 1999)
| Материалы | Производитель | Чистота | Твердость литья HV/(N/mm2) | Отжиг Твердость HV/(Н/мм2) | Обработка Твердость HV/(N/mm2) | Состояние старения Твердость HV/(N/mm2) | Подходящее ремесло |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Золото 24 карата | Африка Минтек | 99.5％ | - | 32 | 100 | 131 ~ 142 | Может быть выдержан |
| Чистое золото | Япония Три О Ко. | 99.7％ | - | 63 | 106 | 145 ~ 176 | Can be aged & Castable |
| Uno-A- Erre 24-каратное золото | Uno-A- Erre Италия | 99.6％ | - | 33 | 87 | - | Холодная обработка |
| Uno-A- Erre 24-каратное золото | Uno-A- Erre Италия | 99.8％ | - | 62 | 118 | - | Холодная обработка |
| DiAurum 24 | Британский титан | 99.7％ | 60 | - | 95 | - | Литые |
2.2.4 99％Au - 1％ Ti Твердое золото
В 1980-х годах Всемирный совет по золоту финансировал исследования в области твердого золота и успешно разработал твердое золото Au990, в котором в качестве легирующего элемента используется 1％ Ti. При этом используется эффект упрочнения мелкого зерна Ti, а также эффект упрочнения стареющего осадка Ti, диффундирующего из пересыщенного твердого раствора Au с образованием второй фазы, что значительно повышает прочность и твердость сплава, как показано в таблице 3-9.
Таблица 3-9 99％Au - 1％Ti характеристики твердого золота по данным Кристофера В. Корти, 1999 г.
| Производительность | Состояние твердого раствора (800℃, 1 ч, закалка) | Холодное рабочее состояние (скорость обработки 23％) | Состояние старения (500℃, 1 час, закалка) |
|---|---|---|---|
| Твердость HV/N/мм2 | 70 | 120 | 170- ~ 40 |
| Предел текучести /МПа | 90 | 300 | 360 ~ 660 |
| Прочность на разрыв /МПа | 280 | 340 | 500 ~ 700 |
| Скорость удлинения /％ | 40 | 2 ~ 8 | 2 ~ 20 |
99％Au - 1％ Ti - перспективный микролегированный высокопрочный золотой материал. Однако из-за присутствия Ti этот сплав необходимо плавить в вакууме, что усложняет процесс, а цвет немного отличается от традиционного золота, что ограничивает его применение.
