Металлические материалы.

Металлы – это вещества, обладающие высокой прочностью, пластичностью, тепло и электропроводностью и характерным блеском. Сплавы – тела, образовавшиеся в результате затвердевания жидких систем, состоящих из двух или нескольких компонентов.

Классифицируют металлы на две группы: черные и цветные. К черным металлам относится железо, к цветным все остальные. В группу цветных входят и благородные (драгоценные) металлы. Они основной материал для изготовления ювелирных изделий. Это такие металлы, как золото, серебро, платина, палладий, родий, иридий, рутений и осмий. Название «благородных» они получили за свою высокую коррозионную стойкость во многих средах, а «драгоценных» за высокую стоимость в отличие от других металлов. По степени использования в ювелирной промышленности эти металлы можно разделить на основные и второстепенные. Основные - это золото, серебро и платина. Кроме хороших антикоррозионных свойств, они обладают еще рядом важных качеств – мягкостью, тягучестью, пластичностью и отличной способностью сплавляться с другими металлами.

Золото (Au) – металл ярко желтого цвета. При полировке блеск золота еще более усиливается. Это очень мягкий, ковкий, пластичный и тягучий металл. Ценнейшее свойство золота – его химическая стойкость. Золото не окисляется на воздухе даже при нагревании, совершенно устойчиво при воздействии на него влаги, не реагирует с кислотами, щелочами и солями. Растворяется золото в царской водке. Из-за невысокой твердости в ювелирной промышленности применяется в виде сплавов с другими металлами. Хотя есть изделия, при изготовлении которых золото используется без дополнительных примесей. Добавляя в сплавы всевозможные легирующие добавки, ювелиры получают золото самых разных цветов и оттенков: белого, желтого, красного, зеленоватого, даже черного и голубого.

Порядковый номер золота 79, атомный вес 196,97, плотность 19,30 г/см3, температура плавления 1063©, температура кипения - 2600©, твердость по Бринеллю – 18,5.

Серебро (Ag) – металл белого цвета, очень тягучий, пластичный и ковкий. Серебро обладает наивысшей тепло и электропроводностью, а так же наивысшей отражательной способностью – оно отражает 95% падающего на него света. Серебро хорошо полируется, придавая металлу особую яркость, режется, скручивается. По своей мягкости этот металл занимает промежуточную позицию между золотом и медью. Серебро не вступает в реакцию с «царской водкой», плавиковой и соляной кислотами. Растворить его можно только в концентрированных растворах серной и азотной кислот. Серебро практически не изменяется под действием кислорода при комнатной температуре. Черный налет (сульфид серебра), который периодически возникает на серебре, объясняется наличием сероводорода в воздухе. В чистом виде серебро обычно используется для серебрения украшений из недрагоценных металлов и в качестве компонента для золотых и серебряных припоев. При изготовлении ювелирных украшений, что бы повысить твердость серебра, его используют в сплавах с другими металлами.

Порядковый номер 47, атомный вес 107,87, плотность 10,35 г/см3, температура плавления 960,5©, температура кипения 2170©, твердость по Бринеллю 26.

Платина – металл серебристо-белого цвета, мягкий и ковкий, тяжелый и достаточно тугоплавкий. По твердости превосходит золото и серебро. Платина легко поддается прокатке, штамповке, волочению. Отличается повышенной химической стойкостью, это один из наиболее устойчивых металлов. Ни одна из кислот в отдельности на этот металл не воздействует. Растворяется платина только в горячей «царской водке», цианистом калии и расплавленных щелочах. Платина не окисляется на воздухе даже при самом сильном накаливании, при остывании сохраняет свой естественный цвет. В чистом виде платина очень мягкая, поэтому ее легируют иридием, родием и другими металлами.

Порядковый номер 78; атомный вес 195,09; плотность 21,45 г/см3; температура плавления 1774©, температура кипения 4350©, твердость по Бринеллю 56.

Палладий – Палладий темнее серебра, но светлее платины. Это мягкий и ковкий металл, который легко прокатывается в фольгу и протягивается в тонкую проволоку. По своим химическим свойствам он во многом уступает всем металлам платиновой группы: легко растворяется в «царской водке», азотной и горячей серной кислотах. На воздухе при нормальной комнатной температуре не окисляется, однако при нагревании до 860© окисляется, но при увеличении температуры оксид разлагается, и металл вновь светлеет. Как легирующий металл, палладий улучшает свойства платины, осветляет ее окраску. Кроме того, палладий используется как компонент высокотемпературных припоев.

Порядковый номер 46; атомный вес 106,40; плотность 12,03 г/см3; температура плавления 1554©, температура кипения 3387©, твердость по Бринеллю 47.

Рутений – это тугоплавкий металл, который по своему цвету практически неотличим от платины, твердый и хрупкий. Механической обработке не поддается. Рутений химически стоек и износоустойчив. Он слабо растворяется в «царской водке» По сравнению с другими металлами этой группы, обладает большой устойчивостью к воздействию серы. В ювелирном производстве используется как компонент платиновых сплавов.

Порядковый номер 44; атомный вес 101,07; плотность 12,3 г/см3; температура плавления 2450©, температура кипения 2700©, ; твердость по Бринеллю 220.

Родий – это голубовато-белый металл, напоминающий алюминий. Твердый, хрупкий и тугоплавкий, с высокой отражательной способностью. При нагревании становится пластичным и поддается обработке давлением. Химически родий очень пассивен; не окисляется на воздухе, устойчив к воздействию воды, не взаимодействует с кислотами и их смесями, но при нагревании покрывается черной окисной пленкой, которая исчезает при температуре порядка 1200©. Не подвергается воздействию «царской водки», но при этом легко растворяется в концентрированной серной кислоте. Растворяется в щелочных растворах цианидов. Устойчив к воздействию кислорода, серы, фосфора, хлора и фтора. Ювелиры используют этот металл как декоративно-защитное покрытие для золотых и серебряных изделий.

Порядковый номер 45; атомный вес 102,91; плотность 12,40 г/см3; температура плавления 1960©,температура кипения 4500©, твердость по Бринеллю 127.

Осмий – это белый металл с серо-голубым оттенком. Очень тугоплавкий, тяжелый, твердый и хрупкий, не поддается механической обработке. Не растворяется в щелочах, кислотах и «царской водке».

Порядковый номер 76; атомный вес 190,20; плотность 22,48 г/см3; температура плавления 2550©, температура кипения 5500©,твердость по Бринеллю 350.

Иридий – это металл серебристо-белого или серовато-белого цвета, тяжелый, тугоплавкий, очень твердый и хрупкий. Механической обработке не поддается. Отличается необыкновенной химической устойчивостью. Не вступает в реакцию со щелочами, кислотами и их смесями. Не растворяется в «царской водке». Только при температуре свыше 800© иридий поддается действию хлора, фтора и кислорода. Ювелиры используют иридий в сплавах с платиной и родием для придания сплаву прочности.

Порядковый номер 77; атомный вес 192,20; плотность 22,42 г/см3; температура плавления 2454©, температура кипения 4800©, твердость по Бринеллю 179.

Медь- металл красного цвета. Хорошо полируется, но постепенно тускнеет на воздухе, так как на ее поверхности образуется слой окиси. Медь растворима в азотной и соляной кислотах. После серебра медь является лучшим проводником тепла и электрического тока. Она обладает очень высокой удельной теплоемкостью и высокой температурой плавления. Чистая медь редко применяется для ювелирных работ, чаще всего она применяется в качестве легирующих добавок к сплавам благородных металлов и является основой различных цветных сплавовю

Порядковый номер 29; атомный вес 63,54; плотность 8,96 г/см3; температура плавления 1083©, температура кипения 2350©, твердость по Бринеллю 45.

Применение в ювелирной промышленности драгоценных металлов чистом виде не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей, например недостаточной твердости и стойкости к износу. Поэтому для изготовления ювелирных изделий в основном используются различные сплавы драгоценных металлов. Для получения нужных качеств, к драгоценным металлам добавляют в определенных соотношениях другие металлы, которые называются легирующими или лигатурой. Легирующими могут быть как драгоценные, так и недрагоценные металлы, хотя сплавы в любом случае называют драгоценными.

Сплавы серебра, как правило, имеют один легирующий элемент - медь. Но иногда бывает необходимость использовать сплавы серебра с цинком, кадмием, алюминием, никелем. В сплавах платины подобными компонентами являются медь или иридий, изредка, в незначительных количествах рутений и осмий.

При изготовлении ювелирных украшений чаще всего используется сплав золота, серебра и меди. Реже берутся двойные сплавы золота и серебра или золота и меди. Иногда применяются такие сплавы как золото и платина, золото и палладий, золото и кадмий, серебро-медь-кадмий, платина-палладий-серебро-никель и т.д..

Сплавы золота. Для придания сплаву пластичности, мягкости, ковкости в составе сплавов используется серебро. Оно же понижает температуру плавления, что значительно облегчает процесс обработки сплава. Добавление серебра придает золоту цвет от бледно-зеленого, до почти белого. При содержании серебра более 30% цвет сплава становится желто-белым и бледнеет, по мере увеличения процента содержания серебра в сплаве.

Медь – увеличивает твердость сплава, обуславливает ковкость, тягучесть и пластичность. Она же меняет цвет сплава от красного до ярко-красного при содержании меди порядка 14%, однако снижает антикоррозионные свойства сплава, а при большом ее содержании поверхность сплава обычно темнеет.

Палладий – позволяет повысить температуру плавления сплава золота, обеспечивая пластичность и ковкость. Добавление в сплав палладия окрашивает его в бурый или белый цвет, если процент содержания палладия превышает 10%.

Никель – не только придает сплаву ковкость, пластичность и твердость, но и повышает литейные качества. Цвет при этом меняется на бледно-желтый. Отрицательным побочным эффектом считается появление у сплава магнитных свойств.

Кадмий – при добавлении в сплав увеличивает его ковкость, пластичность и мягкость, но резко понижает температуру плавления, придавая сплаву зеленоватый цвет.

Цинк – делает сплав твердым, хрупким при содержании металла всего 0,3%, повышает текучесть, но более резко, чем кадмий, и понижает температуру плавления. Цвет сплава меняется в сторону белого.

Платина – позволяет повысить упругость сплава и температуру его плавления, придает сплаву белый цвет. Желтизна сплава исчезает, как только содержание платины в расплаве достигает 8,4%. При увеличении ее содержания до 20% заметно увеличивается упругость сплава.

Рутений – повышает твердость, износостойкость и температуру плавления. Цвет сплава при этом не меняется.

Иридий – интенсивнее, чем рутений, повышает твердость и износостойкость, так же, не меняя цвет сплава.

Осмий – повышает температуру плавления, твердость и упругость сплава. Он так же не влияет на его цвет.

Алюминий – обеспечивает пластичность, ковкость, отражательную способность сплава, повышает его коррозионную стойкость.

Сплавы различаются, прежде всего, по процентному содержанию в них золота, а затем по цвету и прочим свойствам.

Для отличия их по процентному содержанию золота существуют утвержденные ГОСТы, цифровые обозначения – пробы, указывающие на количественное содержание драгоценного металла содержащегося в 1000 долей сплава. Ювелирные сплавы золота имеют пять узаконенных проб: 958-я; 750-я; 585-я; 583-я; 375-я.

Гораздо более сложным является деление по цвету. Дело в том, что сплавы каждой пробы могут иметь достаточно большую цветовую гамму. Поэтому наиболее употребимы названия, характеризующие основной цвет золота: белое, красное, желтое, зеленое и т.д..

Сплавы серебра. Все сплавы серебра, которые используются в ювелирной промышленности, в отличие от золота, имеют только один легирующий компонент – медь. Она повышает твердость сплавов, сохраняя при этом достаточную пластичность, ковкость и тягучесть. Все серебряные сплавы имеют одинаковый цвет и отличаются только процентным содержанием серебра. Теоретически существует шесть ГОСТированных проб сплавов серебра: 999,9; 925; 900; 875; 800; 500. На практике же применяются только две 925 и 875 пробы.

Сплавы платины – Платиновые сплавы, используемые в ювелирной промышленности, составляются всего в двух вариантах. Причем в обоих случаях процентное содержание драгоценного металла в них одинаково – 95%. В качестве легирующих компонентов используется либо медь, либо иридий. Оба сплава двухкомпонентны. Присутствие 5% меди в платиновом сплаве понижает температуру его плавления, сохраняет мягкость сплава, его тягучесть и пластичность. Наличие такого же количества иридия в сплаве повышает температуру плавления, кислотостойкость и твердость сплава. Цвет обоих сплавов остается характерным для платины.