Cинтез сплавов золота

В настоящее время известно более двухсот золотых сплавов, большинство из которых создавалось не на базе научных разработок, а путем опробования различных составов. В связи с этим лишь несколько сплавов отличаются достаточным уровнем технологичности, что позволяет использовать их в промышленном производстве ювелирных изделий. Отечественные ювелирные заводы выпускают изделия в основном из сплава ЗлСрМ 583-80 (более 90%). В незначительных объемах используются также сплавы ЗлСрМ 750-150, ЗлСрМ 750-180, ЗлМНЦ 750 и ЗлСрПдМ 375. Такая ограниченность ассортимента золотых сплавов объясняется, главным образом, недостаточной технологичностью большинства сплавов: даже наиболее распространенный и освоенный сплав ЗлСрМ 583-80 имеет ряд недостатков, основные из которых — пористость и охрупчиваемость отливок наносят значительный экономический ущерб ювелирным заводам.

Охрупчиваемость и разрушение отливок наблюдается при повышенном (более 0,01%) содержании кислорода в виде окислов по границам зерен.

Цель настоящей работы — научное прогнозирование новых золотых сплавов с высокими свойствами, а также уменьшение брака отливок и повышение свойств наиболее широко применяемого золотого сплава ЗлСрМ 583-80.

Типы диаграмм состояния позволяют сделать предварительную оценку возможности использования различных элементов для легирования с целью повышения свойств металлов и сплавов [1,2]. Основной критерий при выборе легирующих элементов — значения коэффициентов растворимости (α) и распределения (ω). Для сплавов золота, содержащих медь, легирующие элементы, повышающие прочность и твердость сплавов, должны удовлетворять требованию:

для золота — α > 20, ω > 0,8; (1)

для меди — α > 7, ω > 0,3. (2)

Условию (1) отвечают восемнадцать элементов периодической системы (табл. 1); из них в золотых сплавах используют: Cu, Ag, Ni, Zn, Cd.

Таблица 1

Влияние различных элементов на свойства сплавов золота

Кроме этих элементов, возможно применение Li, Mg, Mn, Al, Si, Zr, Co, Be, B и комплексное легирование, взаимная растворимость которых показана в табл. 2. Приведенные данные свидетельствуют о том, что совместное введение в золото Pt, Ag, Pd, Ni, Cu, Co вполне целесообразно; Cd следует вводить вместе с Ag; Zn — в небольших концентрациях с Ag, Pd, Ni, Cu, Co.

Имеются сведения о модифицировании и повышении пластичности золотых сплавов путем их легирования бором и рением. Для вредных, охрупчивающих примесей в золоте следует установить следующий предел коэффициента распределения: ω ≥ 0,005. Этому условию отвечают (см. табл. 1): Po, Bi, Pb, Tl, Cs, Te.

Таблица 3

Влияние различных элементов на свойства сплавов меди

У меди упрочнителей значительно больше (табл. 3). Однако не все из них следует использовать, так как одни добавки недостаточно эффективны — Ce, Iv (такого химического элемента не существует — опечатка?), Ca, Si, другие — Os, Pd, Pt вводить в медь неэкономично из-за высокой стоимости. Однако в золото-медных сплавах их применять можно. Таким образом, с целью повышения механических свойств в сплавы системы Au—Cu следует вводить следующие элементы: Li, Be, Mg, Mn, Ag, Al, Tl, Co, Ni, Pt, Pd, Zn, Cd, B, In.

Для уменьшения охрупчиваемости и повышения механических свойств наиболее широко применяемого в ювелирном производстве сплава ЗлСрМ 583-80 необходимо вводить упрочняющие добавки с учетом их раскислительной способности, что позволит также уменьшить в отливках содержание закиси меди и повысить их пластичность. В связи с этим не следует использовать группу благородных металлов, так как они не обладают свойствами раскислителей. В данной работе для повышения свойств сплава ЗлСрМ 583-80 и уменьшения брака отливок были опробованы следующие элементы: Li, Mg, V, Ti, Zr, Al, Mn, Ni, Zn, Cd, B, C, P, Ce. Последние в ряду элементы взяты, в основном, как раскислители. Использовано также комплексное введение элементов: Ti и Zn, B и Ti, B и Zn. Количество легирующих добавок не превышало 0,22%, чтобы не нарушать требование для сплавов золота, в которых сумма добавок или примесей не должна быть более 0,28%.

Механические свойства отливок в литом и отожженном состояниях определяли на разрыв и перегибы (табл. 4).

Центробежное литье образцов производили в таком режиме: температура плавки и литья — 1150°С, температура формы при заливке — 650° С. При оптимизации режимов литья сплава ЗлСрМ 583-80 с комплексным легированием — 0,2% Zn + 0,02% Ti применяли метод проб и ошибок (табл. 5); выявление зависимости величин прочности, пластичности, уровня брака отливок сплава ЗлСрМ 583-80, легированного бором и боридом титана, осуществлялось регрессивным анализом с применением метода крутого восхождения. Как видно из табл. 4-6, наиболее высокие механические свойства сплава ЗлСрМ 583-80 получены при легировании его бором или боридом титана: σ_В= 40 - 41 кг/мм, δ = 44 - 45% и наименьший брак (3 - 4% при литье; 1,5 - 2,0% на операциях обработки).

Таким образом, для упрочнения сплавов системы Au—Cu целесообразно легировать их Li, Al, Mg, Mn, Si, Ag, Pt, Pd, Ni, Zn, Co.

При повышенном содержании в золотых сплавах меди целе¬сообразно использовать также B, Be, а также комплексные добавки типа раскислитель — упрочнитель.

Для повышения механических свойств и улучшения качества отливок сплава ЗлСрМ 583-80 следует в него добавлять 0,05-0,1% бора или борида титана.