Владимир Куманин - Материалы для ювелирных изделий

Сложные фазовые превращения наблюдаются в сплаве белого золота 750-й пробы, содержащем (массовые доли компонентов): 15 % Си, 7,5 % Ni, 2,5 % Zn. В этом сплаве могут происходить три фазовых превращения. При температуре ниже 660 °C начинается распад гомогенного твердого раствора по механизму прерывистого распада. Скорость превращения невелика и при 660 °C заканчивается через 100 ч.

С понижением температуры отжига при 360 °C начинается упорядочение атомов золота и цинка по типу Au3Zn, ниже температуры 290 °C происходит упорядочение атомов золота и меди по типу AuCu. При отжиге от 270–290 °C образование крупнодоменной структуры, сопровождающееся формоизменением объема, может привести к самопроизвольному растрескиванию. При более низких температурах (250 °C) растрескивания не происходит, образуется мелкодоменная структура, но для завершения процесса упорядочения требуется дополнительное время.

Под влиянием процессов атомного упорядочения происходит изменение типа распада: выделение фазы по границам зерен по прерывистому механизму полностью подавляется и сменяется дисперсным выделением фазы, равномерно распределенной по объему зерна. При этом резко увеличивается скорость выделения фазы. Поэтому наибольшее упрочнение достигается термообработкой ниже 290 °C за счет совместного действия упрочнения и старения.

Сплавы платины и золота. Сплавы системы Au – Pt при массовой доле Au от 10 до 70 % распадаются в твердом состоянии на обогащенные Au и Pt твердые растворы. В закаленном состоянии сплавы имеют твердость по Бринеллю до 1000–1500 МПа (100–150 НВ). После старения твердость может быть увеличена до 4000 МПа.

В сплавах системы золото– палладий при всех температурах сохраняется однородный твердый раствор, поэтому эффект дисперсионного твердения не наблюдается.

В сплавах золото– никель, хотя и происходит распад твердого раствора, упрочнение при старении незначительно.

Табл. 13.1. Режимы термообработки сплавов золота

Таким образом, технология термообработки дисперсионно-твердеющих сплавов золота заключается в нагреве до определенной температуры, быстром охлаждении, обычно в воде (закалке), и последующей выдержке при повышенной температуре. При термической обработке сплавов золота следует учесть, что увеличение температуры при старении даст меньший эффект упрочнения (равно как и для неблагородных сплавов); продолжительность выдержки для сплавов с более высоким содержанием золота выше: в гетерогенных областях (для низкопробных сплавов) старение происходит быстрее, чем в гомогенных; ускорению процесса старения способствует предшествующая деформация. При этом сплавы с высоким содержанием серебра склонны к внутреннему окислению, в связи с чем при термообработке необходимо в ряде случаев применять предупредительные меры. Наиболее распространены нагрев в вакууме, в защитных атмосферах (например, в среде аммиака, угарного газа и др.), в специальных средах (например, в расплавах солей; в этом случае помимо защиты от окисления, можно с большей точностью контролировать температуру).

Простейшей закалочной средой является вода. Однако вследствие высокой скорости охлаждения на изделии могут образоваться трещины. Малогабаритные изделия часто закаливаются в этиловом спирте. Ввиду пожароопасности при закалке деталей большого размера спирт использовать нельзя!

Наиболее важными характеристиками ювелирных камней являются их оптические свойства, в частности цвет, прозрачность, показатель светопреломления, блеск, дисперсия, плеохроизм.

Прозрачность– способность кристалла пропускать свет без поглощения. Различаются прозрачные минералы (алмаз, топаз, горный хрусталь и др.), полупрозрачные (нефрит, жадеит) и непрозрачные (малахит, родонит). Прозрачные минералы могут быть бесцветными или окрашенными, причем их прозрачность зависит от интенсивности окраски.

Цветминерала зависит от способности пропускать определенную часть видимого спектра. Так, если минерал поглощает всю желто-зеленую часть спектра (например, рубин) и пропускает только красную его часть, то он красный. Собственный цвет камня определяется наличием ионов некоторых химических элементов, которые располагаются в узлах кристаллической решетки. При этом ионы одного и того же элемента в зависимости от структуры минерала и собственной валентности могут придавать камню различную окраску. Так трехвалентный ион хрома в кубической структуре корунда обуславливает ярко-красный цвет (рубин), а в гексагональной структуре берилла – зеленый (изумруд). Кроме ионов хрома хромофорами являются ионы железа, марганца, меди, никеля, титана. Окраска некоторых минералов связана с наличием в них дисперсных частиц различных хромофорных примесей. Иногда распределение этих частиц по объему кристалла неравномерное, например концентрическое в агатах.

Светопреломление– это отклонение луча света от его первоначального направления после прохождения через кристалл. Это явление связано с изменением скорости света при вхождении луча в более плотную, чем воздух, среду. Показатель преломления определяется по формуле sin i /sin r , где i – угол паления, r – угол преломления.

Дисперсия– разложение видимого света в спектр, по длинам волн. Солнечный свет – видимая его часть – состоит из лучей разного цвета. При прохождении через призму или другие объекты он распадается на ряд цветных полос – спектр. Порядок расположения полос в спектре по длинам волн: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Показатель преломления зависит от длины волны излучения и свойств материала, в частности от его плотности. Так, у алмаза показатель преломления для красного цвета равен 2,408, а для фиолетового – 2,452. Дисперсия – это разность между показателями преломления для фиолетового и красного цветов. У алмаза она равна 0,044. При прохождении света через кристалл камень «играет» подобно радуге, сверкает разноцветными огоньками. Чем больше дисперсия, тем под большим утлом расходятся лучи разных цветов и сильнее «игра» камня. Самые высокие показатели дисперсии у алмаза, рутила, демантоида.