Электрохимическое полирование — один из способов обработки поверхности ювелирных изделий. Этот способ позволяет повысить чистоту поверхности на один-два класса, удалить некондиционный поверхностный слой металла, не подвергая деформации, улучшить отражательную способность металла [1].

По сравнению с механическим полированием этот способ обладает рядом преимуществ: позволяет обрабатывать детали сложной конфигурации, исключает необходимость в дорогостоящих пастах; высокая скорость процесса позволяет включить его в технологический цикл.

Для нормирования расхода драгоценных металлов основным параметром, определяющим процесс электрохимического полирования, является величина съема.

Электрохимическое полирование отливок (анодное травление) связано со съемом поверхностного дефектного слоя, обогащенного золотом по сравнению с основной массой изделия. Полностью ли снят обогащенный слой, проверяют визуально, сравнивая отливку по цвету с эталоном.

Анализ величины съема при выполнении данной операции проводился на основании данных, полученных на Ленинградском ПО «Русские самоцветы» и Кишиневском ювелирном заводе (рис.)

Авторами проанализированы данные по величине фактического съема на операции «анодное травление» для отливок с разными массами и площадями поверхностей, а также разных групп литейной сложности.

Анализ собранных данных показал, что на величину съема при анодном травлении отливок значительное влияние оказывают:

— условия проведения предшествующих термохимических операций;

— условия проведения самой операции электрохимического травления;

— возможная погрешность визуальной оценки полноты снятия обогащенного слоя.

Из данных, полученных по результатам работы ванны «анодного травления» отливок на ЛПО «Русские самоцветы» за 9 месяцев (табл. 1), видно, что величина съема для одного и того же шифра отливок резко отличается. При этом средняя величина съема составляет от 1 до 2% к массе изделия или отливки после операции. На Кишиневском ювелирном заводе величина фактического съема колеблется от 2,5 до 5% к массе металла после операции.

Различие в величинах съемов при анодном травлении однотипных отливок на ЛПО «Русские самоцветы» и Кишиневском ювелирном заводе можно объяснить разными режимами литья на этих предприятиях.

Согласно [2] температура сплава ЗлСрМ 583-80 при изготовлении отливок методом центробежного литья должна находиться в диапазоне 1100 - 1150°С. На многих предприятиях отрасли фактическая температура сплава при литье значительно отличается от рекомендованной и нередко изменяется в диапазоне 1050 - 1200°С, поэтому и толщина обогащенного слоя на отливках, и соответственно величина съема могут меняться.

Была проанализирована зависимость величины съема от площади поверхности отливок. Анализ полученных данных показал, что с увеличением площади отливки увеличивается масса съема. Эта зависимость теоретически должны была бы носить прямопропорциональный характер, так как производительность процесса электрохимического полирования не связана ни с величиной, ни с конфигурацией обрабатываемых деталей. Однако различия в условиях изготовления и обработки, определении качества поверхности при анодном травлении объясняют расхождения в величинах удельного съема металла с единицы поверхности отливок, подвергающихся анодному травлению (табл. 2).

Распределение обогащенного слоя по поверхности отливки зависит от группы литейной сложности. При неравномерном распределении обогащенного слоя удаление его из труднодоступных мест приводит к увеличению времени обработки отливок. Однако это не оказывает значительного влияния на величину съема. Зависимость величины съема от массы изделий по группам сложности отливок на операции «анодное травление» показана на рисунке.

Таким образом, величина съема при анодном травлении отливок зависит только от толщины обогащенного слоя, площади поверхности и ее микрорельефа, который в свою очередь определяется режимом предшествующей обработки поверхности. Поскольку на разных предприятиях существуют различия в режимах литья и последующей обработке отливок перед операцией анодного травления, при нормировании величины съема целесообразно устанавливать максимальную и минимальную границы съемов при анодном травлении отливок. Нормативная служба каждого предприятия должна устанавливать действующий норматив съема с учетом особенностей производства, при этом он не должен выходить из этого интервала значений.

Большое количество ювелирных изделий из сплавов золота изготавливается с применением пайки [1]. В результате нагревания изделий в пламени бензиновой горелки до тем¬пературы плавления припоя с последующим отжигом для снятия внутренних напряжений на поверхности изделий происходит окисление меди, входящей в состав золотого сплава, с образованием окислов меди различного состава. Ювелир¬ные изделия разных типов отличаются по конфигурации, несу и линейным размерам. Эти факторы по разному влияют на число паек: чем больше паек и чем длительнее процесс пайки, тем больше меди окисляется на поверхности изделия.

После технологических операций пайки и отжига поверхность ювелирных изделий из сплавов золота покрыта темным слоем окислов меди. Для осветления поверхности производится отбел изделий в 5%-ном растворе серной кислоты. При этом окислы меди из поверхностного слоя изделий растворяются в серной кислоте. На поверхности образуется светлозеленый, обогащенный золотом и серебром, слой с более высокой пробой, чем проба исходного сплава. Толщина обогащенного слоя на разных изделиях различна. После осветления изделия подвергаются шабровке до появления цвета поверхности, характерной для золота исходного сплава. С части поверхности обогащенный слой снимается. Величина снятой части обогащенного слоя зависит от конфигурации изделия (в труднодоступных местах остается) и квалификации рабочего.

С целью придания блеска поверхности и облегчения работы шлифовальщиков (обогащенный слой на изделиях трудно шлифуется по глубине узоров и рисунков), при производстве ювелирных изделий из сплавов золота широко при¬меняется электрохимическое полирование [I] - процесс анодного растворения металла, в результате которого возникает блеск и улучшается микрогеометрия поверхности [2]. При электрохимическом полировании сплавов золота в цианистых электролитах чистота поверхности увеличивается на 1 - 2 класса. Электрохимическое полирование сплавов золота не обеспечивает такой чистоты поверхности, которую можно получить при механическом, однако является незаменимым при полировании сложнопрофилированных изделий, где невозможно применить механическое.

При электрохимическом полировании образуются безвозвратные потери, учитываемые в процентах к весу золота в чистоте, снятого с изделий при полировании. Эти потери возникают за счет уноса капель электролита полирования в бортовую вентиляцию [3], неполноты промывки в сборниках — уловителях (при сборе, переплавке и анализе катодного золота). Для разработки методики определения норм безвозвратных потерь при электрохимическом полировании была проведена данная работа с использованием изделий из сплава золота 583° Ленинградского ювелирного завода «Русские самоцветы».

Электрохимическое полирование изделий производилось в оптимальном (по данным ювелирных фабрик) составе цианистого электролита (в г/л):

Время полирования определялось в зависимости от исходного состояния поверхности и составляло 0,5—3 минуты. За это время вся поверхность изделия приобретает характерный цвет полированного золота 583°.

Электрохимическое полирование производилось путем опускания под током изделий, подвешенных на крючок из платиновой проволоки диаметром 1—3 мм. В процессе полирования изделия энергично покачивались с целью быстрого отвода продуктов анодной реакции, что приводило к более равномерному полированию. В качестве катода использовался корпус ванны, изготовленный из нержавеющей стали.

При электрохимическом полировании происходит анодное растворение сплава золота с поверхности изделий; компоненты сплава растворяются в электролите с последующим осаждением большей части их па катоде и образованием гальванического осадка катодного золота. По разности веса партии изделий до полирования и после определяется съем с изделий сплава золота, который для различных типов изделий составляет 1—4% от исходного веса изделий. После проведения опыта с корпуса ванны тщательно счищалось катодное золото. Оставшееся на стенках ванны катодное золото и золото из электролита полирования осаждалось на катодную полированную пластину из нержавеющей стали 1Х18Н9Т, для чего корпус ванны подключался в качестве анода. Промывные воды упаривались до минимального объема и присоединялись к основному электролиту. На катодную пластину для облегчения снятия катодного золота перед электролизом наносился тонкий слой смазки (вазелин, солидол).

Режим работы [4]:

Электролиз проводили до полного снятия золота со сте¬нок ванны и доведения содержания в электролите золота до 0,02 г/л и серебра до 0,034 г/л [4]; и после этого из электролита ионообменным методом доизвлекалн золото и серебро.

Катодное золото с пластины и стенок ванны промывалось холодной и горячей дистиллированной водой, высушивалось и сплавлялось. Электролит полирования и слиток катодного золота анализировались на содержание золота, серебра, меди и других компонентов по методике описанной Жендаревой О. Г. и Мухиной 3. С. [5].

Количество золота в чистоте, которое было снято с изделий при электрохимическом полировании, должно равняться количеству золота в чистоте в катодном слитке с учетом безвозвратных потерь. Однако количество золота в чистоте, фактически получаемое на предприятиях ювелирной промышленности после электрохимического полирования паянных изделий из золота 583°, всегда больше («припек») расчетного количества золота в чистоте, равного лигатурному весу растворенного сплава, умноженному на пробу золотого сплава. «Припек» возникает из-за наличия на поверхности изделий обогащенного слоя с пробой выше, чем проба исходного золотого сплава. При электрохимическом полировании обогащенный слой снимается полностью. Нормы безвозвратных потерь при наличии «припека» определить невозможно.

В последнее время на ряде предприятий отрасли внедрен технологический процесс безокислительного отжига в печах фирмы «Solo» [7]. При этом происходит осветление поверхности изделий при температуре 500—700°С в результате восстановления окислов меди до меди. Восстановленная медь остается на поверхности изделий. Средняя проба поверхностного слоя должна быть равна исходной, а процент «припека» в этом случае должен быть равен нулю.

С целью проверки этого предложения все изделия, использованные в работе, после пайки отжигались в печи «Solo». В таблице приведены результаты опытов по электрохимическому полированию этих изделий*.

Из данных таблицы видно, что «припек» при электрохимическом полировании изделий, прошедших безокислительный отжиг в печи «Solo», отсутствует.

Фактические безвозвратные потери золота в чистоте в опыте 1 составили 0,09 г или 4,7% от снятого золота в чистоте. Столь большие потери золота в чистоте обусловлены несомненно малым числом взятых для полирования изделий. В опыте 2, где использовано 4555 изделий, фактические безвозвратные потери золота в чистоте составили 2,8 г или 28% от снятого золота в чистоте.

Результаты опытов показали, что для установления норм безвозвратных потерь при электрохимическом полировании паяных изделий из сплавов золота необходимо полировать изделия, не имеющие обогащенного поверхностного слоя. Пайку и отжиг паяных изделий следует производить в восстановительной атмосфере.