Состав и свойства золотых сплавов

Золото имеет гранецентрированную кубическую кристалличес­кую решетку. Оно плавится при 1063 °С, кипит при 2600 °С; плот­ность его при комнатной температуре 19,3 г/см³.

Чистое золото и сплавы на его основе применяют для защит­ных и декоративных покрытий, для изготовления зубных проте­зов, ювелирных изделий, электрических контактов. Химический состав золотых сплавов приведен в табл. 95. Наибольшее распро­странение получили сплавы золота с серебром и медью.

Чистое золото в расплавленном состоянии не взаимодействует с газами и огнеупорами. Равновесная растворимость водорода в золоте при 1000 °С и р_н =0,1 МПа составляет лишь 0,0007 % (ат.) или примерно 0,04 смуЮО г; растворимость углерода при 1027 °С составляет 0,055 % (ат.). Медь, входящая в состав золотых сплавов, значительно повышает растворимость кислорода, водо­рода и серы.

Давление пара золота при 1150 °С составляет 0,93 Па, а при 1400 °С 9,3 Па. Угар золота при выдержке расплава в течение 45 мин в индукционной печи при 1200 °С составляет 0,01...0,02 %.

Чистое золото плавят в индукционных печах в графито-ша­мотных тиглях, как правило, без применения каких-либо защит­ных покровов. Для снижения потерь золота от испарения плавку ведут стараясь не перегревать металл в печи (предельная температура перегрева 1200... 1250 °С). Шихту стараются загрузить в один при­ем; если имеется мелкая шихта, то ее предварительно брикетиру­ют и загружают в жидкий расплав в подогретом состоянии.

Сплавы золота с медью плавят в тех же печах, что и чистое золото. В отличие от чистого золота плавку ведут с использова­нием защитных покровов: древесного угля, буры, комбинирован­ных флюсов (уголь + бура). Флюсы вводят в тигель одновремен­но с загрузкой твердой шихты. Толщина слоя угля на поверхнос­ти расплава должна быть не менее 30...50 мм. Уголь добавляют по мере его выгорания. Буру также засыпают в тигель на всю повер­хность шихты в количестве примерно 0,5... 1,0 % от массы шихты, что обеспечивает наличие на зеркале металла жидкого покрова флюса толщиной 10...15 мм. При использовании комбинирован­ных покрытий из угля и буры их вводят обычно в два приема. Перед разливкой готовых сплавов жидкий металл хорошо пере­мешивают графитовыми мешалками. При этом одновременно происходит раскисление расплава углеродом. Окончательное рас­кисление производят фосфором в количестве 0,0]...0,025 % в за­висимости от окисленности сплава. Фосфором раскисляют также сплавы, содержащие, кроме меди, серебро и никель, т. е. метал­лы с меньшим сродством к кислороду, чем фосфор. Фосфорис­тую медь вводят в расплав предварительно подогретую до 500-600 °С. В графитовом колокольчике расплав одновременно перемешивают и дают выдержку 2...5 мин для всплывания на поверхность продуктов раскисления.

Шихтовые материалы при плавке золота и других драгоцен­ных металлов взвешивают с особой точностью (до 0,1 г). Очеред­ность загрузки шихтовых составляющих при плавке сплавов на основе золота зависит от состава сплава, вида шихты, ее разме­ров. Так, ювелирный сплав ЗлМ 583 (золото 583 пробы) плавят следующим образом. Шихту (золотые слитки, куски меди) загру­жают в тигель одновременно. Если в шихте содержатся возвраты готового сплава, то вначале загружают возвраты и слитки золота, а по мере расплавления добавляют расчетное количество меди. Мелкую шихту рекомендуется вводить в расплав. Если в состав сплава входит серебро, то его вводят в жидкий металл в конце плавки. Такая очередность загрузки уменьшает время взаимодей­ствия расплава с кислородом воздуха.

Не рекомендуется излишний перегрев сплавов выше их тем­пературы плавления (обычно не более, чем на 140...300 °С). Так, сплав ЗлМ 583 при температуре ликвидуса, равной примерно 980 “С, перегревают до 1150...1250 °С (более высокая температура перегрева необходима при литье в водоохлаждаемые кристалли­заторы). Если в состав сплавов входят цинк, кадмий, олово, то их вводят в жидкий металл в последнюю очередь под колокольчи­ком для уменьшения угара и лучшей усваиваемости. Перед вве­дением этих компонентов расплав раскисляют фосфором, чтобы избежать образования твердых оксидов. Для сплавов, содержа­щих цинк, в качестве флюса используют борную кислоту.

Сплавы золота, содержащие тугоплавкие платину, палладий, никель, марганец плавят с введением тугоплавких компонентов непосредственно в расплав. Легкоокисляющийся марганец вво­дят обычно в последнюю очередь, непосредственно перед залив­кой. Так, при плавке сплава ЗлПдПл-Зб-10 в печь загружают и плавят вначале золото, которое перегревают до 1250...1280 "С, и затем небольшими частями вводят платину с одновременным повышением температуры расплава. При перегреве до 1600 °С и более вводят палладий в несколько приемов. Расплав нагревают до 1620... 1680 °С и разливают.

При подготовке шихтовых материалов для плавки сплавов зо­лота особое внимание следует обращать на чистоту материалов по вредным примесям. Наиболее вредна примесь свинца. Сви­нец снижает пластичность золота. Содержание его не должно превышать 0,005 %. Присутствие свинца в количестве 0,06 % в золоте делает его хрупким. Такое же вредное влияние оказывает свинец и на сплавы золота с медью и серебром. К нежелатель­ным примесям относятся теллур и висмут, содержание каждого из которых не должно превышать 0,01 %. При больших содержа­ниях они придают металлу хрупкость.

Серебро обладает ГЦК решеткой. Тпл = 960,5 С; Ткип = 2210 °С; ρ при комнатной температу­ре 10,5 г/см³.

обладает высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью.

Его применяют для изготовления элект­рических контактов, аккумуляторов, припоев, ювелирных изде­лий, нанесения защитных и декоративных покрытий. Значитель­ное количество серебра в виде соединений идет на изготовление кино- и фотоматериалов.

В отличие от других благородных металлов серебро растворяет кислород. При температуре плавления равновесная растворимость кислорода составляет около 208 см³/100 г при р₀ = 0,1 МПа.

С повышением температуры растворимость кислорода в рас­плаве возрастает. При охлаждении расплава происходит выделе­ние кислорода, которое сопровождается разбрызгиванием метал­ла. Степень разбрызгивания служит грубым показателем степени окисленности серебра. Выделение кислорода при затвердевании серебра может приводить к образованию газовых пор в отливках; величина газовой пористости зависит от концентрации раство­ренного кислорода в кристаллизующемся расплаве.

Водород растворяется в жидком серебре в значительном коли­честве. Азот практически нерастворим ни в твердом, ни в жид­ком серебре. Углерод в серебре при температуре плавления спо­собен растворяться в очень небольших количествах. О раствори­мости серы в жидком серебре точных данных не имеется.

Медь, входящая в состав большинства серебряных сплавов, подавляет способность растворенного кислорода выделяться из расплава в свободном виде, поэтому разбрызгивания расплава не наблюдается. Золото и платина снижают растворимость кислоро­да в сплавах на основе серебра.

Чистое серебро плавят в графито-шамотных тиглях под по­кровом древесного угля. Слой угля должен быть не менее 1/4 высоты расплава в тигле. Расплав перегревают до 1100...11->о с, перемешивают графитовыми мешалками и разливают. Для умень­шения окисления серебра вначале расплавляют компактную шихту, а мелкие составляющие вводят в жидкий металл. Шихту загружают в подогретый тигель и стараются время расплавления и пере­грева свести до минимума. Серебро раскисляют небольшими ко­личествами фосфора (до 0,003 %). Серебро, предназначенное для электротехнических целей, раскисляют кадмием или литием (0,01 % от массы шихты), так как фосфор заметно снижает элек­тропроводность. При плавке под покровом древесного угля име­ет также место раскисление углеродом с образованием газообраз­ных продуктов реакции — СО и С0₂.

Во время плавки давление пара серебра достигает заметных величин. Так, при нагреве серебра до 1000... 1100 °С упругость паров серебра составляет 9,3...13,3 Па. Это обстоятельство обус­ловливает повышенные потери серебра на угар.

Сплавы серебра с медью (от 4 до 75 %) по сравнению с чистым серебром при плавке способны растворять кислород и водород в более значительных количествах. Их плавку ведут с применением защитных покровов из древесного угля, жидких флюсов или ком­бинированных (древесный уголь + жидкий флюс) покрытий. Порядок загрузки шихты при плавке серебряномедных сплавов (СрМ91б, СрМ875 и др.) зависит от их состава. Если в сплаве преобладает серебро, то вначале загружают и расплавляют сереб­ро (слитки, куски, брикеты) и по мере расплавления добавляют медь. Если в сплаве меди больше, чем серебра, то вначале плавят медь и в расплавленную медь вводят серебро. Мелкие составляю­щие шихты в обоих случаях вводят в конце плавки. Если в спла­вах серебра содержится олово, то его вводят обычно после рас­кисления расплава фосфором непосредственно перед заливкой, хорошо перемешивая расплав. Легколетучие составляющие, вхо­дящие в состав ряда серебряных сплавов (кадмий и цинк) вводят в раскисленный расплав обычно в конце плавки в виде лигатур Си—Сй, Си—2п или в чистом виде.

Слитки из сплавов с медью подвержены обратной ликвации, которая приводит к обогащению медью наружных слоев загото­вок.

Сплавы серебра с палладием при плавке растворяют водород. Поэтому недопустима плавка их в восстановительной атмосфере. При изготовлении этих сплавов возможно образование водяного пара во время введения палладия.

Тугоплавкие компоненты (никель, марганец, кремний, палла­дий и др.) стараются вводить в расплав в виде лигатур в конце плавки, одновременно ступенчато нагревая расплав с учетом сте­пени возрастания температуры ликвидуса сплавов от добавок ту­гоплавких металлов. При этом стараются не допускать излишне­го перегрева и длительной выдержки расплава при высоких тем­пературах, так как при этом возрастает опасность повышенного окисления расплава. Не рекомендуется перегрев более чем на

100.. . 150 °С выше температуры ликвидуса сплава.

Сплавы серебра с марганцем и оловом плавят в восстанови­тельной атмосфере. Для предотвращения загрязнения расплава оксидами олова этот элемент вводят в расплав только после пол­ного растворения марганца, выполняющего в этом случае роль раскислителя. В расплавы, не содержащие марганца, олово вво­дят после раскисления серебра кадмием, литием или фосфором.