Влияние легирующих элементов и примесей на свойства сплавов золота.

В состав золотых сплавов в качестве легирующих компонентов могут входить: серебро, медь, никель, палладий, платина, цинк и кадмий. Каждый из компонентов по-своему влияет на свойства сплава.

Серебро придает золотому сплаву мягкость и ковкость, понижает температуру плавления и изменяет цвет золота. С увеличением содержания серебра цвет сплавов изменяется от желтого к светлому. При содержании серебра до 30 % цвет сплава зеленовато-желтый, до 50 – желто-белый, до 60 – почти белый и при 65 % желтый цвет сплава полностью исчезает.

Сплавы золото-серебро хорошо поддаются механической обработке и представляют собой непрерывный ряд твердых растворов этих металлов друг в друге. Легирование золота серебром оказывает по сравнению с другими легирующими элементами наименьшее влияние на прочностные характеристики золотых сплавов (рис.2).

Медь повышает твердость золотого сплава, сохраняя ковкость и тягучесть. При повышении содержания меди сплав постепенно приобретает красноватые оттенки и при содержании 14,6 % Cu становится ярко-красным. Недостатки легирования медью заключаются в том, что медь понижает антикоррозионные свойства сплава и при большом ее содержании поверхность сплава темнеет.

 

Рис. 2. Влияние различных металлов на прочность золотых сплавов

Сплавы золото-медь представляют собой непрерывный ряд твердых растворов только при высокой температуре, при 425-450°С из твердых растворов, содержащих 50 и 75 % меди, выделяются химические соединения AuCu₃ и AuCu. В результате этого уменьшается пластичность сплавов, что ведет к образованию трещин при прокатке. Закалка таких сплавов в воде улучшает их обрабатываемость.

Никель и золото обладают неограниченной растворимостью в жидком, а при высоких температурах и в твердом состоянии. Сплавы системы золото – никель имеют гцк решетку. Легирование золота никелем приводит к повышению твердости. Никель хорошо растворяется в меди, в серебре практически нерастворим. Никель входит в состав белого золота системы Au–Cu–Ni–Zn. Для придания сплаву белой окраски достаточно, как правило, содержания в сплаве от 10 до 14 % Ni. Максимум белой окраски достигается при 17 % никеля. Белое золото с никелем очень твердое, и его обработка затруднена. При отжиге сплав легко окисляется.

Палладий и золото обладают неограниченной взаимной растворимостью в жидком и твердом состоянии. Максимальную твердость (600 МПа) имеет сплав, содержащий 85 % палладия. Палладий повышает температуру плавления золотого сплава и резко изменяет его цвет – при содержании в сплаве 10 % палладия слиток окрашивается в белый цвет.

Золото с добавками палладия (белое золото) превосходит по своим свойствам сплавы золота с никелем и является более благородным. Белое золото на основе палладия дороже, чем на основе никеля, однако при этом оно имеет ряд преимуществ: обладает более высокой пластичностью, чем сплавы, легированные никелем; имеет лучший блеск; белый цвет более устойчив при нагреве. Применение палладия значительно улучшает технологические свойства сплава, придает ему высокую ковкость; изделия не тускнеют, обладают хорошими декоративными свойствами, имеют невысокую стоимость.

Платина. Сплавы Au–Pt, содержащие от 25 до 80 % Pt, образуют смеси двух твердых растворов. Твердость сплавов возрастает с увеличением количества платины. Так, при содержании 20 % Pt твердость составляет 400 МПа, при 50 % – 800 МПа и при 80 % достигает максимального значения в 1280 МПа, после чего твердость снижается.

Платина окрашивает золото в белый цвет интенсивнее палладия, желтизна теряется уже при содержании в сплаве 8,4 % платины, резко повышается температура плавления сплава. При повышении количества платины до 20 % увеличивается упругость сплава.

Сплавы золото-платина-палладий, содержащие до 40 % Pd, представляют собой механическую смесь палладия и твердых растворов золота в платине. Сплавы с содержанием палладия более 40 % – однородные твердые растворы, обладающие высокой твердостью.

Сплавы золото-палладий-серебро образуют ряд непрерывный твердых растворов, обладают высокой пластичностью и неокисляемостью, имеют красивую окраску.

Цинк. Растворимость цинка в металлах тройной системы составляет в золоте до 4 %, в серебре до 20 % и в меди до 40 %. Чистое золото образует уже с 5 % Zn хрупкое соединение Au₃Zn, которое в тройном сплаве из-за растворимости цинка в меди не образуется. Добавка нескольких десятых процента цинка в расплав системы Au–Ag–Cu перед разливкой оказывает раскисляющее действие и повышает жидкотекучесть сплава.

Благодаря добавкам цинка к сплавам золота красноватого цвета последние приобретают желтоватый цвет. Небольшие добавки цинка значительно сужают область плавления тройного сплава Au–Ag–Cu. Введение Zn в сплавы белого золота системы Ag–Cu–Ni делает их технологичнее, снижает температуру плавления, уменьшает твердость.

Кадмий. Золото растворяет в себе в твердом состоянии до 20 % кадмия, серебро – свыше 30 %, медь практически не растворяет кадмий. Благодаря добавкам кадмия сплавы Au–Ag зеленого цвета приобретают более интенсивную окраску, поэтому кадмий используется для приготовления сплавов «зеленого золота». Кадмий еще более, чем цинк, понижает область плавления тройной системы. Совместное введение цинка и кадмия существенно понижает температуру плавления тройной системы.

Цинк и кадмий – важнейшие присадочные материалы, используемые для изготовления припоев благородных металлов. Однако при введении в сплавы золота более 4 % Zn и 20 % Cd при открытой плавке и разливке на воздухе они образуют окислы, которые прочной пленкой покрывают слиток и при деформации приводят к шиферному излому.

Сплавы золота

Среди двухкомпонентных сплавов золота в ювелирной промышленности встречаются сплавы системы золото – медь и золото – серебро.