Владимир Куманин - Материалы для ювелирных изделий

Ag – C – Zn – Cd. Сплавы этой четырехкомпонентной системы имеют низкую температуру плавления и вследствие этого нашли широкое применение в качестве припоев. Значительное понижение температуры плавления этих сплавов объясняется тем, что цинк и кадмий образуют низкоплавкую эвтектику.

Свинец. Серебро и свинец образуют эвтектику с температурой плавления 304 °C. Располагаясь по границам зерен, эти эвтектические соединения делают сплав красноломким. Согласно ГОСТу 6836-72, содержание свинца в сплавах серебра не должно превышать 0,005 %.

Олово. Присутствие в небольших количествах олова значительно снижает температуру плавления сплавов системы серебро – медь. В чистом серебре растворяется до 19 % олова. При этом получаются сплавы более мягкие и пластичные, чем сплавы серебра с медью, однако эти сплавы имеют тусклый цвет. При содержании олова в сплавах серебра с медью более 9 % и при температуре 520 °C образуется хрупкое соединение Cu4Sn. Кроме того, из-за образования при плавке окиси олова SnО2 хрупкость увеличивается.

Алюминий. В сплавах серебро – медь в твердом состоянии алюминий растворяется до 5 %, при этом структура и свойства сплава почти не меняются. При более высоком содержании алюминия в сплаве образуется хрупкое соединение Ag3Al. При плавке и отжиге образуется также окись алюминия Al2О3, которая располагается по границам зерен. Эти соединения делают сплав хладноломким и непригодным к обработке.

Железо. Не растворяется в серебре и всегда является вредной примесью в сплавах серебра. Попадая в сплав, частицы железа остаются в нем в виде инородных твердых включений. Кроме того, железо взаимодействует с материалом тигля, частицами угля, наждаком, солями, используемыми при плавке, и образует твердые и хрупкие соединения. Попадая на поверхность слитка или изделия, эти соединения при шлифовке вырываются из металла и оставляют на поверхности изделия характерные вытянутые следы.

Кремний. Кремний в серебре не растворяется, и при 4,5-процентном содержании его в сплаве образуется кремнисто-серебряная эвтектика с температурой плавления 830 °C. Располагаясь по границам зерен, эти эвтектические выделения значительно снижают пластичность сплава и в большинстве случаев делают сплав полностью непригодным к обработке пластической деформацией. В сплав кремний может попасть из кварца, который служит материалом для изготовления тиглей.

Сера. С основными компонентами сплавов сера образует твердые и хрупкие соединения Ag2S и Cu2S, которые, располагаясь между кристаллами и внутри зерен, вызывают хрупкость сплавов. Для появления хрупкости сплава достаточно присутствия в нем 0,05 % серы. Серу зачастую содержит древесный уголь, под слоем которого производится отжиг, а также горючие материалы, газы, травители и т. д.

Присутствие в сплаве серы или сернистых соединений приводит к его потемнению вследствие образования сульфида серебра.

Фосфор. Сплавы серебра перед разливкой в большинстве случаев раскисляют фосфористой медью, содержащей от 10 до 15 % фосфора. Фосфор быстро реагирует с окислами сплава, присоединяя находящийся в них кислород, и образует газообразное соединение, которое либо улетучивается, либо реагирует с другими частицами окислов меди, образуя шлаковые соединения метафосфата меди. Ввиду того что фосфористая медь добавляется, как правило, в избытке, так как содержание окислов в металле неизвестно, то фосфор попадает в металл. Незначительного количества фосфора достаточно для образования хрупких интерметаллических соединений AgP2 и Ag3P, которые в виде эвтектики располагаются по границам зерен. Температура плавления тройной эвтектики Ag – Си – Р составляет 641 °C. В результате образования фосфидов сплавы становятся красноломкими, быстро тускнеют и на них плохо ложатся гальванические покрытия.

Углерод. Углерод не реагирует с серебром и не растворяется в нем. Попадая в расплав, частицы углерода остаются в нем в виде инородных включений.

Ниже представлены марки некоторых припоев на основе серебра (табл. 10.5).

Таблица 10.5

Состав и свойства сплавов, содержащих серебро

Серебро не очень активно взаимодействует с различными газами, за исключением кислорода. Так, азот не растворяется ни в жидком, ни в твердом серебре. Ничтожна растворимость инертных газов в серебре. Растворимость водорода в твердом серебре пропорциональна квадратному корню из давления газа. Серебро, отожженное в атмосфере водорода, становится хрупким. То же наблюдается при нагреве в воздушной атмосфере, содержащей водород. Растворимость кислорода в серебре гораздо более значительна. На воздухе при атмосферном давлении в одном объеме серебра при температуре несколько выше точки плавления может растворяться около 20 объемов кислорода. При переходе из жидкого состояния в твердое растворимость кислорода в сплаве быстро уменьшается, и при большой скорости охлаждения происходит неполное выделение газов, что приводит к образованию пор в слитке. При пластической деформации газовые раковины и поры вытягиваются, уменьшаются в объеме, а при рекристаллизационном отжиге вследствие расширения газа и увеличения давления в них на заготовках появляются вздутия поверхностного слоя («дутое серебро»). Кроме того, при вальцовке, вытяжке или волочении в местах образования газовых пор образуются трещины.

Присутствие в сплаве недрагоценных окисляющихся металлов снижает интенсивность процесса выделения кислорода вследствие образования окислов легирующих металлов.

Важнейший для серебра присадочный металл – медь образует с кислородом закись меди Сu2О, который затем окисляется до СuО. При температуре 776 °C сплавы серебро – медь образуют с закисью меди тройную эвтектику Ag – Си – Сu2О состава: 66,5 % Ag, 32,8 % Си, 0,7 % Сu2О, близкую к бинарной эвтектике Ag – Си.

Образование окислов меди является причиной многих дефектов, возникающих при обработке сплавов серебра.

При плавке в кислородосодержащей среде в сплавах серебро – медь образуется закись меди Сu2О, которая выделяется по границам зерен. Если содержание кислорода в сплаве выше 0,4 % от веса металла, то выделение Сu2О происходит не только по границам зерен, но и внутри зерен. Присутствие 1 % закиси меди делает сплав твердым, хрупким и ломким.

Расплавы, содержащие закись меди, обладают большой вязкостью, что препятствует быстрому выделению газов при затвердевании и приводит к появлению газовых пор и раковин в слитке.

При высокотемпературной обработке серебряно-медных сплавов серебро поглощает кислород и проводит его внутрь сплава. При этом наблюдается окисление меди как на поверхности, так и внутри сплава.