CC BY
38
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ЮВЕЛИРНЫХ СПЛАВОВ БЕЛОГО ЗОЛОТА А.С. Шульц, старший преподаватель
Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-
Барановского
(У краина, г. Донецк)
Аннотация. В статье показана возможность оптимизации состава сплавов белого золота за счёт введения модифицирующих компонентов. Выбор модифицирующих компонентов проводили с учётом их влияния на безопасность, а также на показатель надёжности ювелирного сплава. Предложены составы сплавов белого золота с содержанием модифицирующих компонентов, а именно обосновано введение в состав сплавов золота на основе системы Au-Ag-Cu в определенных количествах Zn, Мп, Со, In, Cr, Kd или Ga для получения сплавов белого цвета.
Ключевые слова: золото, ювелирные сплавы, цвет сплавов, белое золото, физико-механические свойства, модифицирующие компоненты.
В ювелирной отрасли используют более 300 различных по составу и свойствам сплавов золота. В последнее время, как за рубежом, так и в Украине широкое распространение получили ювелирные изделия, изготовленные из сплавов белого золота. При этом наиболее востребованными в отечественной ювелирной промышленности являются сплавы белого золота 585 пробы на основе трехкомпонентной системы Au-Ag-Cu.
Сплавы золота белого цвета основе трехкомпонентной системы Au-Ag-Cu получают путем добавления в состав определенного количества цинка, палладия, платины, никеля, кобальта, галлия и других элементов [1]. Однако, введение в состав палладия и платины для нашего государства экономически нецелесообразно, в связи с их высокой стоимостью (практически в 2 раза выше золота). Кроме того, белое платиновое (палладиевое) золото
имеет высокую температуру плавления, что требует специального оборудования для литья и высокую температуру заливки, которая может быть выше температурной стабильности формомассы [2].
При добавлении никеля в состав ювелирного сплава золота увеличивается его хрупкость. Вопросы аллергического воздействия никеля на организм человека достаточно тщательно освещены в науке [3, 4].
Украинские предприятия изготавливают ювелирные сплавы белого цвета на основе золота в соответствии с ТУ У 27.400201514-010-2005 «Сплавы на основе драгоценных металлов. Технические условия» и ГОСТ 30649-99 «Сплавы на основе благородных металлов ювелирные. Марки» [5, 6]. Нормируемый состав сплавов на основе золота 585 пробы белого цвета приведен в таблице 1.
Нормативный документ Химический состав, %
Au Ag Ni Pd Cu Zn In Kd
ТУ У 27.4-00201514-010-2005 58,5-59,0 0,5-1,5 7,5-8,5 ост. 7,5-8,5
ТУ У 27.4-00201514-010-2005 58,5-59,0 0,5-1,5 10,5-11,5 ост. 4,5-5,5
ТУ У 27.4-00201514-010-2005 58,5-59,0 2,5-3,5 7,5-8,5 ост. 7,0-9,0
ТУ У 27.4-00201514-010-2005 58,5-59,0 - 6,5-7,5 ост. 9-10
ТУ У 27.4-00201514-010-2005 58,5-59,0 - 7,0-8,0 ост. 7,0-8,0
ТУ У 27.4-00201514-010-2005 58,5-59,0 - 8,5-9,5 ост. 7,5-9,5
ТУ У 27.4-00201514-010-2005 58,5-59,0 11,5-12,5 6,0-8,0 0,1-0,2
ГОСТ 30649-99 58,5 25,0-26,0 ост.
ГОСТ 30649-99 58,5 28,2-29,2 9,5-10,5 ост.
ГОСТ 30649-99 58,5 27,5-28,5 9,5-10,5 ост.
ГОСТ 30649-99 58,5 7,5-8,5 7,7-8,7 ост 2,2-2,8
ГОСТ 30649-99 58,5 12,0-13,0 ост 3,6-4,4
Таблица 1. Состав сплавов золота белого цвета 585 пробы
Исходя из данных табл. 1 видим, что основным отбеливающим компонентом в ТУ У 27.4-00201514-010-2005 является № в концентрациях от 6,5 до 12,5 % в сочетании с Zn (4,5-9,5 %). Состав сплавов по ГОСТ 30649-99 также предусматривает наличие № (7,7-13,0 %). И если рассматривать перспективу выхода отечественной ювелирной продукции на европейский рынок, то в соответсвии с Директивой Европейского парламента и Совета ЕС № 94\27\ЕС никель, как составляющая ювелирного сплава из драгоценных металлов не используется в изделиях, имеющих прямой и долгосрочный контакт с кожей человека (серьги, браслеты, кольца и др ) [7]. Таким образом, европейский рынок для ювелирных изделий на основе сплавов белого золота на сегодняшний день закрыт.
Кроме того, цвет этих сплавов в нормативной и технической документации определен как «белый», однако исходя из компонентного состава и внешнего вида он имеет различные оттенки. Так, цинк придает сплаву зеленоватый оттенок, никель -желтоватый, палладий - серо-голубой и др.
В связи с этим, при производстве ювелирных изделий на основе сплавов золота с высокой степенью белизны возникает необходимость уменьшения в их составе компонентов, которые могут ухудшать эксплуатационные свойства и вызывать аллергические реакции.
Целью настоящей работы является определение оптимального состава ювелирных сплавов белого золота, при котором обеспечивается их безопасность и высокие потребительские свойства.
Результаты исследования. Определение оптимального состава новых ювелирных сплавов должно основываться на использовании методов математического планирования экспериментов [8]. Для оптимизации химического состава ювелирных сплавов на основе золота белого цвета с целью регулирования физико-
механических свойств использовали метод симплекс-решётчатого планирования. Исследования проводились под руководством д-ра техн. наук., проф. Ар-тюх Т.Н. (Национальный университет пищевых технологий, г. Киев).
На первоначальном этапе был определен оптимальный состав сплавов на основе тройной системы Au-Ag-Cu, который можно использовать как основную матрицу для дальнейшего регулирования и «отбеливания». При математическом планировании для трехкомпонентного сплава введены такие обозначения факторов: х1 -золото, х2 - серебро, х3 - медь. Уравнения регрессии, с учетом специфики симплекс-решеточных методов, в отношении исследуемых трехкомпонентных смесей будут иметь следующий общий вид [9]:
Y = в1Х1+в2Х2+... +РкХк+РпХ1Х2+... + Pk-1,k Xk-lXk +PllXl + ...
+PkXk2,
где, Y - целевая функция, p1, fi2, .... fik, - коэффициенты регрессии.
В результате экспериментальных исследований трёхкомпонентной системы Au-Ag-Cu установлено, что при содержании золота 58,5 % сплав может быть 4-х цветов: желтовато-зеленоватый цвет сплавов золота 585 пробы образуется при содержании серебра от 24 до 41 % (2N), желтоватый при содержании серебра от 11 до 23 % (1N), розоватый - от 5 до 10,5 % серебра (4N) и красный при Ag < 4,9 % (5N). Цвет исследуемых образцов обозначали в соответсвии с международным стандартом ISO 8654:1987 «Цвета золотых сплавов. Определение, диапазон цветов и обозначения».
Физико-механические свойства тройной системы Au-Ag-Cu детально изучены в трудах Бреполя Э., Лившица В., Григорен-ко И. [10-13]. Изменения физико-механических свойств в цветовых зонах сплавов золота 585 пробы представлены в таблице 2.
Таблица 2. Физико-механические характеристики сплавов золота 585 пробы в тройной системе Au-Ag-Cu_
Название показателя Цвет
1N 2N 4N 5N
Твёрдость после литья, НУ 70 - 115 120 - 180 140 - 190 100 - 140
Твёрдость после отжига, НУ 100 - 150 150 - 200 160 - 220 140 - 200
Прочность на растяжение, МПа 280 - 460 400 - 550 450 - 420 440 - 400
Прочность на разрыв, МПа 280 - 295 280 - 295 280 - 290 275 - 285
Относительное удлинение, % 30 - 39 30 - 35 30 - 38 35 - 45
Количество зёрен на 1 мм до 81 от 82 до 81 до 80
Температура солидус, оС 700 - 980 650 - 720 680 - 720 720 - 800
Температура ликвидус, оС 900 - 1000 800 - 900 850 - 900 900 - 980
Регулирование химического состава ювелирных сплавов заключалась в оптимизации свойств в системе Au-Ag-Cu с целью их отбеливания до цвета 8N - «белый» и повышении твердости до 200 НВ, уменьшении размера зерна (количество зерен на 1 мм2 свыше 100), сужении интервала кристаллизации (между температурами солидус-ликвидус) максимум до 35 - 40 оС.
Анализируя данные, представленные в табл. 2 можно определить наиболее опти-
мальную область для отбеливания. Так, можно утверждать, что ювелирные сплавы на основе золота 585 пробы, которые содержат от 13 до 25 % серебра (остальное медь), наиболее отвечают критериям оптимизации.
Для проведения дальнейших исследований, исходным выбран сплав Au-Ag-Cu-585-150, свойства которого приведены в таблице 3.
Таблица 3. Свойства сплава золота 585 пробы в тройной системе Au-Ag-Cu-585-150
Наименование показателя Значение
Твёрдость после литья, НУ 170
Твёрдость после отжига, НУ 190
Прочность на растяжение, МПа 510
Прочность на разрыв, МПа 300
Относительное удлинение, % 38
Количество зёрен на 1 мм 81
Температура солидус, оС 820
Температура ликвидус, оС 900
Предварительно провели анализ существующих модификаторов для получения белого цвета сплавов золота [14-15]. Как отбеливающие модификаторы для получения белого цвета ювелирных сплавов на основе золота с заданными свойствами в системе золото-серебро-медь выбраны марганец (Мп), хром (Сг), олово ^п), кобальт (Со), кремний бор (В).
В процессе выполнения эксперимента было исследовано 28 композиций сплавов на основе золота 585 пробы. Однако, наиболее оптимальными выбраны сплавы, содержащие от 7 до 8 % цинка, от 5 до 5,5 % марганца и до 2,5 % по общей массе в сплаве хрома, олова, кобальта, кремния и бора (табл. 4) [16].
Таблица 4. Химический состав авторских сплавов на основе золота 585 пробы
Условное обзначение образца Химический состав, %
Au Ag Cu Zn Mn Cr Sn Co Si/ Cu B/ Cu
Э-18 58,5 14,0-15,0 ост. 8,0 5,5 0,050,1 1,25 0,010,05 0,30,5 0,050,1
Э-22 58,5 14,0-15,0 ост. 7,0 5,0 0,1-0,2 1,5 0,010,05 0,30,5 0,050,1
Физико-механические характеристики разработанных сплавов золота приведены в таблице 5. Следует отметить, что авторские сплавы на основе золота 585 пробы имеют белый цвет без явно видимых оттенков. Кроме того, в экспериментальных образцах сплавов не выявлено дефектов
пористости (усадочной и газовой), которые являются наиболее распространёнными для сплавов белого золота, поэтому данные составы могут быть использованы для изготовления ювелирных изделий методом литья.
Таблица 5. Свойства сплава золота 585 пробы в тройной системе Au-Ag-Cu-585-150
Наименование показателя Значение показателя
Э-18 Э-22
Твёрдость после литья, НУ 160 155
Твёрдость после отжига, НУ 220 210
Прочность на растяжение, МПа 510 500
Прочность на разрыв, МПа 310 300
Относительное удлинение, % 32 34
Количество зёрен на 1 мм2 более 180 Болем 180
Температура солидус, оС 770 775
Температура ликвидус, оС 800 805
Цвет 8N 8N
Заключение. Установлено, что введе- Таким образом, проведённые теоретиче-ние в качестве модификаторов Mn, Cr, Sn, ские и экспериментальные исследования Co, Si и B в состав ювелирных сплавов на позволили определить оптимальные состав основе золота 585 пробы обеспечивает бе- ювелирных сплавов на основе золота 585 лый цвет сплавов, а также повышает фи- пробы белого цвета без использования ни-зико-механическими свойства сплавов. келя и палладия.
Библиографический список.
1. Henderson, S. White Gold Alloys: Colour Measurement and Grading / S. Henderson, D. Manchanda // Gold Bulletin. - 2005. - 38(2). - P. 55-67
2. Артюх, Т.Н. Разработка ювелирных сплавов белого золота с содержанием модифицирующих компонентов [Текст] / Т. Н. Артюх, А. С. Чернишёва // Товароведение и инновации: темат. Сборник научных трудов. - Донецк, 2012. - Вып. 4 - С. 275-280
3. Nickel and Jewellery [Elektronsc resourse]. - Available from: <www. nickelinstitute.org
4. Корти, К. Сплавы белого золота: наиболее актуальныетехнические проблемы, требующие решения специалистов отрасли [Текст] / К. Корти // Ювелирный бизнес. - 2004. -октябрь - С. 49-54.
5. ТУ У 27.4-00201514-010-2005 Сплавы на основе драгоценных металлов. Технические условия [Текст]. - К., 2006. - 15 с.
6. ГОСТ 30649-99 Сплавы на основе благородных металлов ювелирные. Марки. [Текст] - К.: Госстандарт Украины, 2002. - 9 с.
7. Директива Совета от 27 июля 1976 г. О сближении законов, регламентов и административных положений государств-членов, касающихся ограничений на сбыт и использование определенных опасных веществ и препаратов (76/769/EEC) [Электронный ресурс]: (687 кб). - European Commission, 2014.
8. Шишляев, В.Н. Цветные сплавы: учеб. пособие [Текст] / В. Н. Шишляев. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. - 235 с.
9. Ахназарова, С.Л. Методы оптимизации эксперемента в химической технологии: учеб. пособие [Текст] / С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 1985. - 327 с.
10. Бреполь, Э. Теория и практика ювелирного дела [Текст] / Э. Бреполь. - 13-е изд., доп. - С.-Пт.: Соло, 2000. - 527 с.
11. Лившиц, В.Б. Физические свойства металлов и сплавов [Текст] / В.Б. Лившиц,
B.С. Крапошин, Я.Л. Линецкий. - М.: Металлургия, 1980. - 320 с.
12. Григоренко, И. В. Товароведческая оценка ювелирных изделий на основе сплавов красного золота с модифицирующими добавками [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.18.15 / И. В. Григоренко. - Л., 2014. - 20 с.
13. Артюх, Т.Н. Исследование свойств ювелирных сплавов белого золота / Т. Н. Артюх, А. С. Шульц // Материалы IV междун. науч.-практ. конф. - Москва-Вена-Будапешт, 29.12.2015 г. - С. 17-21.
14. Черныш, С. Влияние примесей на механические и литейные свойства сплавов золота / С. Черныш // Международный Симпозиум ювелиров, 9-11 июля, 2003, Санкт-Петербург. - 2003. - С.158-162.
15. Артюх, Т.Н. Формирование потребительских свойств ювелирных сплавов на основе золота 585 пробы с модифицирующими компонентами [Текст] / Т.Н. Артюх, И. В. Григоренко // Технологический аудит и резервы производства - № 3/4 (23), 2015. -
C. 42-48
16. Пат. 100897 Украина. Ювелирный сплав на основе золота 585 пробы белого цвета / Т.Н. Артюх, И.В. Григоренко, А.С. Чернышёва; опубл. 10.08.2015 г.
OPTIMIZATION OF THE COMPOSITION OF JEWELRY ALLOY WHITE GOLD A.S. Schults, senior lecturer
Donetsk national university of economics and trade named after Mikhail Tugan-
Baranovsky
(Ukraine, Donetsk)
Abstract. The article shows the possibility of optimizing the composition of the alloy of white gold due to the introduction of the modifier components. The choice of modifying components was carried out taking into account their impact on the security and the reliability index of a jewelry alloy. Proposed alloy compositions of white gold with the content of modifying components. Justified the introduction in the composition of alloys of gold-based system Au-Ag-Cu in certain quantities Zn, Se, Sb, In, Cr, Kd or Ga to produce alloys of white color.
Keywords: gold, jewellery alloys, the color of the alloy, white gold, physico-mechanicalprop-erties, modifying components.
