Международный журнал

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ЮВЕЛИРНЫХ СПЛАВОВ БЕЛОГО ЗОЛОТА

А.С. Шульц, старший преподаватель

Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского

(Украина, 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, Мn, Со, In, Cr, Кd 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 27.4-00201514-010-2005 «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.

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  Ni 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 Ni (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. Артюх 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 = β1x1+β2x2+…+βkxk+β12x1x2+…+ βk-1,k xk-1xk +β11x12 + … +βkxk2,

где, Y – целевая функция,  β1, β2, …. βk, – 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 ІЅО 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., Григоренко 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

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 оптимальную 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

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 (Mn), хром (Cr), олово (Sn), кобальт (Co), кремний (Si), бор (B).

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

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

Заключение. Установлено, что введение в качестве модификаторов  Mn, Cr, Sn, Co, Si и B в состав ювелирных сплавов на основе золота 585 пробы обеспечивает белый цвет сплавов, а также повышает  физико-механическими свойства сплавов. Таким образом, проведённые теоретические и экспериментальные исследования позволили определить оптимальные состав ювелирных сплавов на основе золота 585 пробы белого цвета без использования никеля 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, В.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. – С. 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 еconomics 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-mechanical properties, modifying components.