Благородные металлы

Производство продукции из драгоценных металлов

Золото, серебро и платина составляют основу для использования в ювелирном деле. Эти металлы, обладая уникальными свойствами – красивым цветом, мягкостью, пластичностью, способностью сочетаться с драгоценными камнями и эмалями, выглядеть благородно и в полированном виде, и матовыми, в качестве сплавов используются для изготовления ювелирных изделий.

Золото производство

Производственный цикл изготовления ювелирных изделий, содержащих ДМ, требует выполнения различных операций и состоит в:

  • творческом анализе: разработка проекта в зависимости от анализа затрат и производственной типологии. Эта фаза относится к деятельности дизайнера;
  • изготовлении опытного образца и трехмерной проверки проекта (прототипирование). Эту работу выполняет специалист по изготовлению моделей. Прототип может быть изготовлен из гипса, воска, смолы и металла;
  • производственном процессе в соответствии с выбранной технологией;
  • сборке и финишной обработке.

Как правило, золотые сплавы – это смесь двух или более чистых металлов. Но может быть также сплав чистых металлов и лигатур или использование собственного возврата производства и чистых металлов (или чистых металлов и лигатур). Основными составляющими почти всех сплавов золота являются медь и серебро. Их соотношение в большей степени определяет цвет и физико-механические свойства сплава.

Сплавы золота формируются с добавками следующих легирующих компонентов: серебра, меди, палладия, никеля, платины, кадмия и цинка. Участие каждого компонента в золотом сплаве определяется в зависимости от свойств, которыми должен обладать сплав.

Серебро повышает мягкость, ковкость сплава золота, понижает температуру плавления и изменяет цвет золота. По мере добавления серебра цвет золота зеленеет и становится желто-зеленый. Если содержание серебра в сплаве золота более 30 %, то цвет его становится желто-белым и бледнеет. При содержании серебра более 65 % желтый цвет полностью исчезает.

Медь повышает твердость, ударную вязкость сплавов золота, сохраняя пластичность. Сплав приобретает красноватый цвет. Если содержание меди в сплаве золота более 14,6 %, то цвет его становится ярко-красного цвета, медь понижает антикоррозионные свойства золота, но при большом содержании меди поверхность сплава темнеет.

Палладий повышает температуру плавления сплава, сохраняет пластичность и ковкость, изменяет его цвет – при содержании палладия в сплаве до 10 % до белого. Никель изменяет цвет сплава золота в бледно-желтый, сохраняет ковкость металла, придает ему твердость и повышает литейные свойства. При добавлении никеля сплав золота приобретает магнитные свойства, что не всегда является необходимым.

Платина придает золоту белый цвет, желтизна теряется при содержании платины в сплаве 8,4 % до белого. Она также повышает температуру плавления сплава. При содержании платины в сплаве до 20 % увеличивается упругость сплава. Кадмий понижает температуру плавления сплава, но сохраняет пластичность и ковкость. Цинк придает сплаву хрупкость уже при 0,3 % содержания его в сплаве. Наличие его осветляет сплав, повышает тягучесть, припой с содержанием цинка имеет зеленоватый оттенок. Цинк еще резче, чем кадмий, понижает температуру плавления.

Лигатурные добавки к золоту усиливают такие механические характеристики сплава, как прочность и твердость. Незначительное содержание серебра и меди позволяет в 2…3 и более раз повысить прочностные свойства. Причем медь в большей степени, чем серебро способствует более плотной упаковке исходной гранецентрированной кристаллической решетки, и, соответственно, повышению механических свойств. Еще более проявляется изменение структуры сплава после специальной термической обработки. Показательно влияние содержания серебра и меди на механические свойства сплавов золота пробы 18 карат.

Для придания сплаву тех или иных свойств в его состав, кроме серебра и меди, включают строго определенное количество других легирующих добавок, например: кадмия, цинка, кремния, никеля, кобальта, платины, палладия, иридия.

Техника прошлого обходилась без золота не только потому, что оно слишком дорого. Не было особой нужды в свойствах, присущих только золоту. Впрочем, утверждение, что эти свойства не использовались совсем, будет неверным. Купола церквей золотили из-за химической стойкости и простоты механической обработки золота. Эти его свойства использует и современная техника.

В сплавах, обеспечивающих наименьшее прилипание, золоту принадлежит особая роль. Безотказно работают сплавы золота с палладием (30 %) и платиной (10 %); палладием (35 %), вольфрамом (5%), цирконием (3 %) и марганцем (1 %). Известны сплавы с подобными свойствами, способные конкурировать с золотыми. Это, например, сплав платины с 18 % иридия, но он дороже любого из перечисленных сплавов. Да и все лучшие контактные сплавы очень дороги, однако без них не может обойтись современная космическая техника. Кроме того, их применяют в наиболее важных аппаратах не космического назначения, от которых требуется особая надежность.

Золото и его сплавы стали конструкционным материалом не только для миниатюрных радиоламп и контактов, но и для гигантских ускорителей элементарных частиц. Ускоритель, как правило, это огромная кольцевая камера – труба, свернутая в баранку. Чем большее разрежение удается создать в такой трубе, тем дольше могут жить в ней элементарные частицы. Трубы изготовляют из нержавеющей стали, выплавленной в вакууме. Внутреннюю поверхность трубы полируют до зеркального блеска – при такой поверхности легче поддерживать глубокое разрежение.

Давление в ускорителе элементарных частиц не превышает миллиардных долей от атмосферного. Излишне объяснять, насколько сложно поддержать в гигантской «баранке» такой вакуум, тем более что в баранке имеются отводы, рукава, стыки.

Уплотняющие кольца и шайбы для ускорителей делают из мягкого пластичного золота. Стыки камеры паяют золотом.

В некоторых случаях пластичность золота оказывается незаменимым качеством, а в других, наоборот, создает затруднения. Одно из старейших применений золота – изготовление зубных протезов. Конечно, мягкому металлу легче придать нужную форму, но зубы из чистого золота сравнительно быстро изнашиваются. Поэтому зубные протезы и ювелирные изделия изготовляют не из чистого золота, а из его сплавов с серебром или медью. В зависимости от содержания серебра такие сплавы имеют неодинаковый цвет: при 20…40 % серебра получается зеленовато-желтый металл, при 50 % – бледно-желтый.

Сплавы дополнительно упрочняют термической обработкой, и при этом золото ведет себя очень своеобразно. Хорошо известен процесс закалки стали: металл нагревают до определенной температуры и затем быстро охлаждают. Такая обработка придает стали твердость. Чтобы снять закалку, металл повторно нагревают и охлаждают медленно – это отжиг. Сплавы золота с медью и серебром, наоборот, приобретают мягкость и пластичность при быстром охлаждении, а при медленном отжиге – твердость и хрупкость.

Начиная с середины XIX столетия, после того как русский ученый Б.С. Якоби открыл процессы гальванопластики и гальваностегии, старые способы золочения почти ушли из употребления. Гальванический процесс не только производительнее, он позволяет придать золотому покрытию различные оттенки. Добавка в золотой электролит небольшого количества цианистой меди придает покрытию красный оттенок, а в сочетании с цианистым серебром – розовый: с помощью одного цианистого серебра можно получить зеленоватый оттенок золотых покрытий.

Для изменения или придания цвета сплаву с золотом могут быть добавлены в различных пропорциях никель, медь, цинк и серебро. К примеру, при увеличении содержания серебра в сплаве золота его цвет изменяется от желтого до зеленовато-желтого, а затем до белого. Медь окрашивает сплав в красный цвет. Никель сплавляют с золотом для получения, так называемого белого золота (в этом сплаве никель заменяет серебро). Цинк считают обесцвечивающим и используют для замены определенной части меди и серебра с целью придания некоторым сплавам красного золота (с медью) более желтого оттенка.

Золотые покрытия отличаются высокой стойкостью и хорошо отражают свет. В наше время золочению подвергают детали проводников в высоковольтной радиоаппаратуре, отдельные части рентгеновских аппаратов. Изготовляют отражатели с золотым покрытием для сушки инфракрасными лучами. Позолоченной была поверхность нескольких искусственных спутников Земли: позолота предохраняла спутники от коррозии и избыточного тепла.

Новейший способ нанесения золотых покрытий – катодное распыление. Электрический разряд в разряженном газе сопровождается разрушением катода. При этом частицы катода летят с огромной скоростью и могут осаждаться не только на металле, но и на других материалах: бумаге, дереве, керамике, пластмассе. Этот способ получения тончайших золотых покрытий применяется при изготовлении фотоэлементов, специальных зеркал и в некоторых других случаях.

Некоторые соединения золота имеют промышленное применение. В первую очередь, это хлорное золото AuCl3, образующееся при растворении золота в царской водке. С помощью этого соединения получают высококачественное красное стекло – золотой рубин. Впервые такое стекло изготовлено в конце XVII столетия И. Кинкелем, но описание способа его получения появилось только в 1836 г. В шихту добавляют раствор хлорного золота и, изменяя последний, получают стекло с различными оттенками – от нежно-розового до темно-пурпурного. Лучше всего принимают окраску стекла, в состав которых входит оксид свинца. Правда, в этом случае в шихту приходится вводить еще один компонент – осветлитель, 0,3…1,0 % «белого мышьяка» As2O3. Окраска стекла соединениями золота обходится не очень дорого – для однородного интенсивного окрашивания всей массы нужно не более 0,001…0,003 % AuCl3.

Придать стеклу красный цвет можно также введением в шихту соединений меди или селена и кадмия. Они, безусловно, дешевле соединений золота, но работать с ними и получать с их помощью продукцию высокого качества намного сложнее. Изготовление «медного рубина» затрудняется непостоянством окраски: оттенок сильно зависит от условий варки. Трудность получения «селенового рубина» – выгорание самого селена и серы из сернистого кадмия, входящего в состав шихты. «Золотой рубин» не теряет цвета при высокотемпературной обработке. Неоспоримое преимущество способа его получения заключается в том, что неудачную варку можно исправить последующей переплавкой. Как окрашивающее вещество хлорное золото используется также при рисовании по стеклу и фарфору. Кроме того, оно с давних пор служит тонирующим реагентом в фотографии. «Вираж-фиксаж с золотом» придает фотоотпечаткам черно-фиолетовый, коричневый или пурпурно-фиолетовый оттенки. Для этих же целей иногда используют и другое соединение золота – хлораурат натрия NaAuCl4.

Первые попытки применять золото в медицинских целях относятся еще к временам алхимии, но они были немногим успешнее поисков философского камня.

После открытия радиоактивных изотопов золота его роль в медицине заметно возросла. Коллоидные частицы изотопов используют для лечения злокачественных опухолей. Эти частицы физиологически инертны, и потому их не обязательно как можно скорее выводить из организма. Введенные в отдельные области опухоли, они облучают только пораженные места. При помощи радиоактивного золота удается излечивать некоторые формы рака. Создан специальный «радиоактивный пистолет», в обойме которого 15 стерженьков из радиоактивного золота с периодом полураспада в 2,7 суток. Практика показала, что лечение «радиоактивными иголками» дает возможность ликвидировать поверхностно расположенную опухоль молочной железы уже на 25-й день.

Изотопы золота нашли применение не только в медицине. В последние годы появились сообщения о возможности заменять ими платиновые катализаторы некоторых нефтехимических и химических процессов.

Особенно интересны перспективы использования каталитических свойств золота в двигателях сверхскоростных самолетов. Известно, что выше 80 км в атмосфере содержится довольно много атомарного кислорода. Объединение отдельных атомов кислорода в молекулу O2 сопровождается выделением большого количества тепла. Золото каталитически ускоряет этот процесс.

Нити искусственного и синтетического волокна получают в устройствах, называемых фильерами. Материал фильер должен быть устойчивым к агрессивной среде прядильного раствора и достаточно прочным. В производстве нитрона применяют фильеры из платины, в которую, добавлено золото. Добавкой золота достигаются две цели: фильеры становятся дешевле (ибо платина дороже золота) и прочнее. И тот и другой металл в чистом виде мягкие, однако, в сплаве они представляют собой материал не только повышенной прочности, но даже пружинящий.

При контакте стали с водородом, особенно в момент выделения последнего, газ, «внедряясь» в металл, делает его хрупким. Это явление так и называют водородной хрупкостью. Чтобы устранить его, детали аппаратов, а иногда и аппараты целиком покрывают тонким слоем золота. Это, конечно, дорого, но приходится идти на такую меру, поскольку от водорода золото защищает сталь лучше, чем любое другое покрытие, а ущерб от водородной хрупкости достаточно велик.

Во второй половине ХХ в. спрос на платину увеличился в несколько раз и продолжает расти. До второй мировой войны более 50% платины использовалось в ювелирном деле. Из сплавов платины с золотом, палладием, серебром, медью делали оправы для бриллиантов, жемчуга, топазов. Мягкий белый цвет оправы из платины усиливает игру камня, он кажется крупнее и изящнее, чем в оправе из золота или серебра. Однако ценнейшие технические свойства платины сделали ее применение в ювелирном деле нерациональным.

На рубеже XX и XXI веков около 90 % потребляемой платины используется в промышленности и науке. «Виной» тому – комплекс технически ценных свойств элемента № 78.

Кислотостойкость, термостойкость и постоянство свойств при прокаливании давно сделали платину совершенно незаменимой в производстве лабораторного оборудования. «Без платины, писал Ю. Либих в середине ХIХ века – было бы невозможно во многих случаях сделать анализ минерала… состав большинства минералов оставался бы неизвестным». Из платины делают тигли, чашки, стаканы, ложечки, лопатки, шпатели, наконечники, фильтры, электроды. В платиновых тиглях разлагают горные породы – чаще всего, сплавляя их с содой или обрабатывая плавиковой кислотой. Платиновой посудой пользуются при особо точных и ответственных аналитических операциях.

Важнейшими областями применения платины стали химическая и нефтеперерабатывающая промышленность.

Казалось бы, посуда из платины в лаборатории пригодна на все случаи жизни, но это не так. Как ни благороден этот тяжелый драгоценный металл, обращаясь с ним, следует помнить, что при высокой температуре платина становится чувствительной к многим веществам и воздействиям. Нельзя, например, нагревать платиновые тигли в восстановительном и тем более коптящем пламени: раскаленная платина растворяет углерод и от этого становится ломкой. В платиновой

посуде не плавят металлы: возможно образование относительно легкоплавких сплавов и потери драгоценной платины. Нельзя также плавить в платиновой посуде перекиси металлов, едкие щелочи, сульфиды, сульфиты и тиосульфаты: сера для раскаленной платины представляет определенную опасность, так же, как фосфор, кремний, мышьяк, сурьма, элементарный бор. А вот соединения бора, наоборот, полезны для платиновой посуды. Если надо как следует вычистить ее, то в ней плавят смесь равных количеств KBF4 и H3ВО3. Обычно же для очистки платиновую посуду кипятят с концентрированной соляной или азотной кислотой.

В качестве катализаторов различных реакций сейчас используется около половины всей потребляемой платины.

Платина – лучший катализатор реакции окисления аммиака до оксида азота NO в одном из главных процессов производства азотной кислоты. Катализатор здесь предстает в виде сетки из платиновой проволоки диаметром 0,05…0,09 мм. В материал сеток введена добавка родия (5…10 %). Используют и тройной сплав – 93 % Pt, 3 % Rh и 4 % Pd. Добавка родия к платине повышает механическую прочность и увеличивает срок службы сетки, а палладий немного удешевляет катализатор и немного (на 1…2 %) повышает его активность. Срок службы платиновых сеток составляет от 1 до 1,5 лет. После этого старые сетки отправляют на аффинажный завод на регенерацию и устанавливают новые. Производство азотной кислоты потребляет значительные количества платины.

Платиновые катализаторы ускоряют многие другие практически важные реакции: гидрирование жиров, циклических и ароматических углеводородов, олефинов, альдегидов, ацетилена, кетонов, окисление SO2 до SO3 в сернокислотном производстве. Их используют также при синтезе витаминов и некоторых фармацевтических препаратов.

Не менее важны платиновые катализаторы в нефтеперерабатывающей промышленности. С их помощью на установках каталитического риформинга получают высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из бензиновых и лигроиновых фракций нефти. Здесь платину обычно используют в виде мелкодисперсного порошка, нанесенного па оксид алюминия, керамику, глину, уголь. В этой отрасли работают и другие катализаторы (алюминий, молибден), но у платиновых – неоспоримые преимущества: большая активность и долговечность, высокая эффективность.

Еще одним крупным потребителем платины стала автомобильная промышленность, которая, как это ни странно, тоже использует именно каталитические свойства этого металла – для дожигания и обезвреживания выхлопных газов.

Стабильность электрических, термоэлектрических и механических свойств платины плюс высочайшая коррозионная и термическая стойкость сделали этот металл незаменимым для современной электротехники, автоматики и телемеханики, радиотехники, точного приборостроения. Из платины делают электроды топливных элементов. Такие элементы применены, например, на космических кораблях серии «Аполлон».

Из сплава платины с 5…10 % родия делают фильеры для производства стеклянного волокна. В платиновых тиглях плавят оптическое стекло, когда особенно важно ничуть не нарушить рецептуру.

В химическом машиностроении платина и ее сплавы служат превосходным коррозионностойким материалом. Аппаратура для получения многих особо чистых веществ и различных фторсодержащих соединений изнутри покрыта платиной, а иногда и целиком сделана из нее.

Очень незначительная часть платины идет в медицинскую промышленность. Из платины и ее сплавов изготавливают хирургические инструменты, которые, не окисляясь, стерилизуются в пламени спиртовой горелки; это преимущество особенно ценно при работе в полевых условиях. Сплавы платины с палладием, серебром, медью, цинком, никелем служат также отличным материалом для зубных протезов.

Спрос науки и техники на платину непрерывно растет и далеко не всегда бывает удовлетворенным. Дальнейшее изучение свойств платины еще больше расширит области применения и возможности этого ценнейшего металла.

Обработка давлением большинства драгоценных металлов и сплавов не вызывает особых затруднений и мало чем отличается от обработки цветных металлов; для них не требуется каких-либо особых технологических операций. За исключением немногих металлов и сплавов, обработка проводится в холодном состоянии на двухили четырехвалковых прокатных станах с промежуточными отжигами после деформации в среднем на 75…85 %.

Кроме обычной технологии прокатки фольги на многовалковых прокатных станах, при производстве небольших объемов фольги применяют пакетную прокатку. Таким способом можно изготовить фольгу из пластичных металлов толщиной до 1 мкм, а из родня и иридия — до 3…5 мкм. Особенность изготовления фольги пакетом заключается в том, что фольга толщиной до 25…50 мкм прокатывается в 4…8 слоев, а более тонкая фольга прокатывается в специальных металлических прокладках — «рубашек».

Изготовление тончайшей фольги (до 1 мкм) — технологически сложный процесс, хотя внешне он выглядит просто: карточки заготовок прокатываемых металлов перекладываются листами парафинированной бумаги, и пакет прокатывается на стане. Бумага обеспечивает смазку заготовок, облегчает их деформацию и в то же время препятствует слипанию листов фольги между собой. При прокатке тончайшей фольги пакетом подбираются режимы прокатки: толщина пакета, дробная и общая деформация до замены пакета или до термообработки и т.д..

Из драгоценных металлов и сплавов (золото, платина, сплавы платина — серебро, платина — никель и др.) изготавливают плющеную ленту прокаткой проволоки в валках. По толщине плющеная лента подразделяется на несколько групп от ультратонкой (0,5…3,0 мкм) до толстой (более 0,5 мм).

Для плющения применяют специальные плющильные станы или обычные двухвалковые прокатные станы. При производстве тончайших лент для плющения высокопрочной проволоки (твердостью 4000…6000 МПа и временным сопротивлением до 2000…2500 МПа) применяют малогабаритные многовалковые прокатные станы с твердосплавными рабочими валками диаметром 6…10мм. При плющении на валках определенного диаметра определенного металла на заданные размеры плющеной ленты для определения исходного диаметра проволоки, а также единичного и суммарного обжатия обычно используют номограммы, построенные опытно-расчетным путем.

Для получения листов из малопластичных окисляемых металлов — родия, рутения или иридия – эффективным является прокатка металлов в вакууме в горячем состоянии. Так, при деформировании клиновидных образцов рутения (выплавленных в вакуумно-дуговой печи при температурах 1100, 1200, 1300 °С при значениях вакуума 1,3×10-3 Па) с обжатием от 10 до 50 % разрушения не наблюдалось. При прокатке таких же образцов на воздухе при обжатиях выше 30 % происходило их разрушение. При 1400 °С рутений хорошо деформировался в вакууме за шесть проходов с суммарным обжатием 78 %.

Горячая прокатка в вакууме является малопроизводительным процессом, поэтому проблему повышения пластичности тугоплавких платиновых металлов, по-видимому, следует решать за счет повышения их чистоты, получения монокристаллической структуры и холодной или теплой деформации их на воздухе с последующим отжигом в вакууме.

Производство сусального золота. Сусальным золотом называют фольгу из золота и его сплавов толщиной 0,1…1,0 мкм, получаемую ковкой, главным образом, вручную. Сущность процесса изготовления сусального золота заключается в том, что карточки фольги, разделенные друг от друга прокладками, собирают в пакет, пакет закладывают в кожаную обойму, по обойме наносят удары молотком, в результате происходит утонение (вытяжка) карточек. Масса бойка молотка составляет 2…8 кг, наковальня из гранита или мрамора массой 0,5 кг. Прокладки обычно изготовляют из оболочки слепой кишки, которые специально обрабатываются для придания им целостности и эластичности при нанесении по ним ударов; прокладки не должны прилипать к вытягиваемому золоту. Пока не найдено полноценных заменителей натуральных прокладок, особенно при последних операциях ковки.

Несмотря на то, что производство сусального золота известно около 3000 лет, в настоящее время во всем мире оно производится почти без изменений ковкой вручную. Иногда первую операцию ковки удается заменить прокаткой на многовалковом прокатном стане.

Сусальное золото коррозионностойкое, применяется для наклеек, тиснений, декоративных покрытий и др.

Наиболее простой по технике выполнения и наиболее распространенный способ позолотных работ – масляное золочение. Масляным этот способ золочения называется потому, что золотой лист наклеивается на масляный лак, называемый иногда еще лакомморданом. Иногда такой метод называют еще золочением «на отлип», так как лист кладется тогда, когда лакированная поверхность сохраняет еще клеящие способности. Состав лака под позолоту может быть различным и зависит от условий, в которых будет находиться позолоченный предмет или поверхность, т.е. будет ли он подвергаться атмосферным влияниям или нет. Масляное золочение может быть произведено по любой поверхности: дереву, гипсу или металлу, и выдерживает любые условия, вплоть до суровых атмосферных.

По технологии сусального золота производят сусальное серебро, сусальный биметалл (золото + серебро), сусальные латуни (томпак).

Производство проволоки из платины и ее сплавов высокой чистоты для термоэлектродов. Высокая чистота металла снижает температуру рекристаллизации, уже при относительно низкой температуре эксплуатации происходит собирательная рекристаллизация, и даже небольшие механические напряжения приводят к разрушению проволоки. Наиболее удачным вариантом получения термоэлектродной платиновой проволоки является технологический процесс создания волокнистой структуры без ухудшения термоэлектрических свойств. Суть процесса состоит в том, что прессуется пучок проволоки диаметром 0,25 мм в заготовку, которая дальше обрабатывается ковкой и волочением в проволоку до 0,5 мм. Отдельные волокна имеют поперечный размер от 0,12 до 4,0 мкм. Временное сопротивление такой проволоки возрастает с 89 до 163 МПа, а относительное удлинение — с 5 до 33 % при комнатной температуре. При температуре испытания 1200 °С временное сопротивление волокнистой проволоки выше почти в 1,5 раза. Добавки в волокнистый материал оксидов алюминия и бария создают эффект упрочнения: на 15…20 % дополнительно возрастают временное сопротивление и удлинение. Оксиды бария улучшают не только механические, но и термоэлектрические свойства.

Производство из золота элементов микроэлектроники. Для пленочных элементов микросхем с высокой электропроводностью достаточно широко используется золотая микропроволока, в основном, диаметром 20…40 мкм. Основное требование к проволоке – стабильность механических свойств. Проволока высокой чистоты обладает свойствами «самоотжига» при комнатной температуре. Время, необходимое для «самоотжига» проволоки, зависит от степени чистоты металла, от количества контролируемых и неконтролируемых примесей, в итоге от металлургической предыстории проволоки. Наиболее вероятный путь стабилизации свойств золотой проволоки микролегирование.

Было доказано, что добавки 0,01 % Fе, Сu, Ag и Рb к золоту чистотой 99, 9999% сдвигают температуру рекристаллизации от комнатной до 100 °С. Золото, микролегированное 0,01 % Мg, А1, Si, Ni, Sb, Те, Вi, отжигается при 200 °С или выше.

Сплавы платины с 15 % иридия (по массе) обрабатываются волочением в холодном состоянии с промежуточными отжигами. Сплавы с содержанием иридия 15…30 % (по массе) обрабатываются в горячем состоянии на ротационно-ковочных машинах до определенных размеров, затем следует холодное волочение с промежуточными отжигами.

Платинородиевые сплавы. Обрабатываются сплавы аналогично платиноиридиевым; в горячем состоянии обрабатываются сплавы платины с 20…40 % Rh.

Платиномедные сплавы. Сплавы платины с 2,5 и 8,5 % Сu допускают деформацию волочением не более 85 %, затем отжигаются в защитной среде. Ответственной операцией при изготовлении проволоки из сплава Рt-8,5Сu является стабилизирующий отжиг готовой проволоки при 500 °С, при изменении температуры отжига на ±10 °C удельное электросопротивление может меняться от 4,4 до 5,5·10-8 Ом·м.

Платиноникелевые сплавы. Сплавы платины с 4,5…10,0 % (по массе) Ni обрабатываются волочением без особых затруднений. Для получения оптимальных свойств, требующихся для растяжек, разработаны температурные режимы упорядочения перспективного для приборостроения сплава Рt-23Ni. Хорошо обрабатывается сплав с неупорядоченной структурой. Однако на конечных этапах обработки необходимо получить не только высокие прочностные характеристики, но и достаточную пластичность для дальнейшего плющения проволоки в ленту. Это обеспечивается получением сплавов с мелкозернистой структурой с минимальным количеством доменных границ. Такая структура формируется в результате одновременного прохождения процессов рекристаллизации и упорядочения при изотермических выдержках деформированного сплава при температуре несколько ниже критической температуры упорядочения (Tk=645 °С). Проволоку получают волочением с обжатием 90…97 %, затем отжигают в безокислительной среде при 560…610 °С в течение 3…20 час. Временное сопротивление проволоки составляет 2100 МПа, относительное удлинение — до 12 %, удельное электросопротивление — 0,2 мкОм×м. Свойства проволоки можно еще улучшить, если ее дополнительно продеформировать на 10…50 % и затем отжечь при 560…610 °С в течение 30…150 мин. При этом временное сопротивление возрастает до 2500 МПа без снижения других свойств.

Производство тонкостенных капиллярных трубок. В последнее десятилетие в технике нашли широкое применение диффузионные очистители водорода из сплавов на основе палладия. В конструкции диффузионных фильтров используются тонкостенные капиллярные бесшовные трубки диаметром (0,5…2,5) мм с толщиной стенки 0,05…0,12 мм. Такие трубки могут эксплуатироваться при перепаде давления (2,0…2,5)·107 Па, при циклической нагрузке и колебании температур. В таких условиях могут надежно работать только бесшовные трубки; трубные же заготовки, сваренные из листа, не выдерживают длительных циклических напряжений выше 6·105 Па; разрушение капиллярных трубок в атмосфере водорода происходит в основном по сварному шву.

Для производства тонкостенных капиллярных бесшовных труб используют только прессованная трубная заготовка. Эффективность процесса волочения и качество труб повышают за счет ультразвуковых колебаний (УЗК) инструмента. При воздействии УЗК изменяются свойства и структура деформируемого металла, за счет характера контактного трения и схемы напряженного состояния при пластической деформации. Акустическое разупрочнение осуществляется в процессе воздействия на металл ультразвука. При этом уменьшается статическое напряжение, необходимое для осуществления пластической деформации.

При производстве капиллярных трубок с применением УЗК усилие волочения снижается на 30…35 %, что позволяет увеличить вытяжку, сократить промежуточные маршруты, остаточное напряжение в трубках уменьшается на 15…25 %, стойкость волок увеличивается в несколько раз.

Гидростатическое прессование. Оптимальная схема напряженного и деформированного состояний позволяет гидростатически деформировать при комнатной температуре малопластичные и хрупкие сплавы и давать большие степени деформации без промежуточных отжигов для пластичных сплавов, рис. 6. Кроме того, при этом «залечиваются» микро- и микродефекты, имеющиеся в литом металле. Это весьма существенно при производстве изделий из драгоценных металлов, для которых характерно большой диапазон размеров и форм исходных заготовок и готовых изделий при малых объемах выпуска.

Установка гидропрессования для получения микропровода с возможностью отжига и химобработки в процессе волочения.

Рисунок 1 – Установка гидропрессования для получения микропровода с возможностью отжига и химобработки в процессе волочения.

В связи с встречающейся обрывностью при волочении золотой проволоки предполагалось гидростатическим прессованием «залечить» дефекты в золотой заготовке. Прессовалась рыхлая часть слитка, которая не использовалась для получения проволоки. Прессование велось через матрицу с углом наклона образующей конуса 20°, с вытяжкой 5,35. В качестве рабочей жидкости и смазки использовалось машинное масло.

Полученный пруток диаметром 10,8 мм подвергали волочению до диаметра 25…30 мкм. По сравнению с существующей технологией выход годного тонкой проволоки, полученной из рыхлой, но гидропрессованной заготовки, возрос с 25 до 48 %. В дальнейшем прессование заготовок из золота проводилось при вытяжках до 16, выход годного при тонком волочении до диаметра (20…50) мкм составлял 52,4…71,4 %.

Гидростатическое прессование целесообразно использовать для получения тонкостенных труб, биметаллических заготовок, тонкой проволоки диаметром (0,013…0,74) мм.

Штамповка изделий. Серебро, золото, платина, палладий, их сплавы с иридием, родием (до 10…15 %) обладают хорошими показателями штампуемости. Изделия из иридия удается получить штамповкой только при температурах нагрева до 1000…1500 °С, из родия изделия штампуются при 300…500 °С.

Обработка резанием. Драгоценные металлы и их сплавы в процессе производства полуфабрикатов, технических и ювелирных изделий подвергаются точению, стружке, сверлению, фрезерованию, резке и другим механическим операциям. При обработке с успехом применяется стальной, твердосплавный или алмазный инструмент. Трудностей при обработке драгоценных металлов и их сплавов практически не существует, за исключением некоторых металлов, особенно платины.

Несмотря на то, что платина считается ковким, нетвердым металлом, пригодным для механической обработки традиционными методами, наблюдается быстрый и интенсивный износ режущего инструмента с последующим задиранием поверхности платины. Затупление инструмента при обработке платины наступает в сотни раз быстрее, чем при обработке золота и серебра. Это справедливо, как для стального, так и для твердосплавного инструмента (карбид вольфрама).

Доказано, что износ алмазного инструмента на два порядка выше при резании предварительно деформированной платины, чем мягкой платины (НV 1230 и 440 МПа, соответственно).

С увеличением глубины и скорости резания возрастают усилие резания и износ инструмента. После обработки микротвердость поверхности возрастала у платины от 450 до 1900 МПа, у золота — от 250 до 560 МПа, а отдельные частицы стружки платины имели твердость 2100 МПа.

Твердость платины, деформированной на 90 %, составляет не более 1300 МПа. Металлографическими методами было установлено, что происходило налипание платины к режущей кромке резца, разогрев и, как следствие, износ инструмента. Близкими по стойкости к алмазным являются сапфировые резцы.

За счет изменения конфигурации резца можно повысить стойкость инструмента, обточку рекомендуется производить резцами с нулевым углом передней режущей кромки. Ниже режущей кромки находится узкая грань (плоский срез), которая предназначена для полирования платины в процессе выполнения операции резания. При такой конфигурации стойкость инструмента в несколько раз превосходила стойкость инструмента с отрицательным или положительным передним углом более 5°.

Применение смазки при механической обработке дает положительный эффект, уменьшает износ инструмента, улучшает качество обрабатываемой поверхности платины, что особенно важно при производстве ювелирных изделий.

При обточке родия и иридия рекомендуются резцы с отрицательным углом передней режущей кромки; применение активных смазок при резании незначительно повышает стойкость инструмента.

Торцовое фрезерование платины, палладия, иридия, а также серебра и золота осуществлять гораздо труднее, чем токарную обработку.

При фрезеровании происходит более интенсивное налипание стружки к режущей кромке фрезы и задирание поверхности изделия, особенно это относится к платине. Практически установлено, что меньший износ быстрорежущих или твердосплавных фрез наблюдается при небольшом положительном угле заточки (0…10°) радиальной режущей кромки и при нулевом угле осевой кромки.

Сверление осуществлять еще труднее, чем фрезерование. Когда нет опасности загрязнения примесями серы (особенно изделий, работающих при повышенных температурах), рекомендуется применение смазки – дисульфида молибдена.

Сварка плавлением. Для сварки драгоценных металлов и их сплавов применяются практически все известные виды сварки, широко используемые для других металлов.

Несмотря на то, что платиновые сплавы с родием, палладием обладают высокой пластичностью при комнатной и высоких температурах, при сварке конструкций из тонколистовых деталей иногда наблюдается трещинообразование в зоне шва или на границе шовоколошовная зона, реже в сварном шве.

В работах установлено, что разрушение платиновых сплавов происходит по границам зерен в температурном интервале 1700…1460 °С. Определено, что наиболее вредной примесью для платиновых металлов является кремний.

С увеличением содержания в платине легирующих элементов (Rh, Ru, Ir, Os) склонность к образованию трещин при сварке растет.

При увеличении концентрации водорода в сплавах (при увеличении соотношения СH2/СO2) склонность к образованию трещин при сварке увеличивается.

Коллоидное золото. Золото используется в производстве самых разнообразных продуктов питания и напитков: от фруктового желе до закусок к кофе. В Японии производство продуктов питания с позолотой было основано в г. Канадзаве. В этом городе сусальное золото можно найти в продуктовых магазинах и даже при продаже зеленого чая, а конфеты с позолотой там никого не удивляют.

В Европе золото употреблялось в пищу, по крайней мере, с конца 1500 года. Европейцы добавляли немного золотых листьев в бутылку ликера на протяжении веков. Известный польский ликер, содержащий золото «Danziger Goldwasser» производят с 1598 года! Эта тенденция, в производстве ликеров, содержащих золото, становится все более популярной в США в последние годы, где выпускается такой ликер как «Goldschläger». На Украине, также производят алкогольные напитки, содержащие золото – водку с золотыми лепестками.

Производство биметаллов, композиций. Развитие новых отраслей техники, повышение технологических параметров процессов, дефицит драгоценных металлов вызвали развитие производства композиционных материалов трех основных видов: материалы, армированные волокнами; слоистые материалы; материалы, упрочненные частицами. Для получения композитов применяются самые различные способы: холодное и горячее прессование с последующим спеканием, диффузионная сварка, холодная и горячая прокатка, литье, прессование, экструзия, холодное и горячее волочение с последующим спеканием, гальванические покрытия, плазменное и электронно-лучевое напыление и др.

Разработка композиционных материалов является технически сложной и трудоемкой задачей, однако только в композитах можно получить комплекс высоких эксплуатационных свойств: жаропрочность, жаростойкость, коррозионную стойкость, минимальное электрическое сопротивление и др.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *