ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ДОБАВОК И ПРИМЕСЕЙ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ ЗОЛОТА

МЕТАЛЛЫ
Помимо  основных  сплавов  золота, описанных  выше, важнейшими  являются  также  припои  и  сплавы  белого  золота. Для  того  чтобы  правильно  ориентироваться  в  возможностях  сплавления, необходимо  знать  взаимодействие  золота  и  его  основных  легирующих  элементов – серебра  и  меди  с  другими  присадочными  металлами. Кроме  того, необходимо  знать, с  какими  недостатками  можно  встретиться, если  содержание  присадочного  металла  в  сплаве  перейдет  допустимые  пределы.
Никель. Золото  и  никель  обладают  неограниченной  растворимостью  в  жидком, а  при  высоких  температурах  и  в  твердом  состояниях. Сплавы  системы  золото-никель  имеют  гранецентрированную  кристаллическую  решетку. Между 15  и  20%  по  массе  сплава (ат. доля 37-46%) при  950ºС  на  диаграмме   имеется  минимум, обусловленный  пересечением  линий  ликвидус  и  солидус.

При  охлаждении  сплавов  ниже  820ºС  происходит  распад  гомогенного  твердого  раствора  на  смесь  твердых  растворов  на  основе  золота  и  никеля. Легирование  золота  никелем, также  как  и  легирование  никеля  золотом, сопровождается  повышением  твердости  легируемого  металла. Никель  хорошо  растворяется  в  меди, а  в  серебре  он  практически  не  растворим. Никель  входит  в  состав  менее  благородного, чем  с  палладием, белого  золота  системы  золото-медь-никель-цинк. Для  придания  сплаву  белой  окраски  достаточно  содержания  в  сплаве  от  10 до 14% Ni. Максимум  белой  окраски  достигается  при  17%  никеля, поэтому  его  добавляют  в  сплавы  золота  585  пробы  для  получения  более  дешевого  неблагородного  белого  золота.
Из-за  различного  отношения  легирующих  металлов  сплава  к  никелю  возникают  значительные  трудности  при  обработке  этих  сплавов, которые  устраняются  добавками  других  металлов, например, цинка.
В  общем  можно  сказать, что  неблагородное  белое  золото  имеет  следующие  основные  недостатки:
1) твердость  и  прочность  сплавов  настолько  велики, что  обработка  их  вызывает  значительные  трудности;
2) при  отжиге  сплав  легко  окисляется  и  поэтому  должен  покрываться, например, борной  кислотой;
3) нельзя  производить  переплав  отходов  своими  силами,их  необходимо  сдавать  в  специализированный  плавильный  цех.
Палладий. Золото  и  палладий  обладают  неограниченной  растворимостью,  как  в  жидком, так  и  в  твердом  состоянии.
Содержания  16%  Pdдостаточно  для  того, чтобы  сплав  золота  приобрел  приятный  белый  цвет.белое  золото  с  добавками  палладия  превосходит  по  свойствам  сплавы  золота  с  никелем  и  является  более  благородным. Белое  золото  на  основе  палладия  дороже, чем  на  основе  никеля, но  имеет  ряд  преимуществ: обладает  более  высокой  пластичностью, чем  сплавы, легированные  никелем; имеет  лучший  блеск; белый  цвет  более  устойчив  при  нагреве.
Кобальт. В  отличие  от  железа  и  никеля  предельная  растворимость  кобальта  в  золоте  невелика  и  составляет  лишь  23,5%  при  эвтектической  температуре  996ºС, сильно  понижаясь  до  <0,2%  при  температуре, близкой  к  комнатной. Максимальная  растворимость  золота  в  кобальте  достигает  2,5%,  при  эвтектической  температуре  она  составляет  1,9%,  при  400ºС – 1,1%.
Низкая  растворимость  указывает  на  возможность  использовать  кобальт  для  упрочнения  золота. С  этой  целью  его  вводят  в  состав  золотых  электролитов  для  получения  твердых  покрытий.
Индий. Впервые  сведения  о  диаграмме  состояния  системы  Au-In  содержались  в  работе  О.Кубашевского. Он  указывал  на   образование  пяти  соединений: AuIn2, AuIn, Au7In3,  Au3In,  Au4In. Впоследствии  появились  данные  о  существовании  соединения  Au3In,  которое  образуется  в  результате  перитектической  реакции  при  400ºС. Предельная  растворимость  индия  в золоте  в  твердом  состоянии  составляет  9%.
Эвтектический  сплав  Au-In  используют  в  качестве  припоя  для  низкотемпературной  пайки  элементов  электронного  оборудования.
Цинк. Растворимость  цинка  в  металлах  тройной  системы  составляет: в  золоте  до  4%, в  серебре  до  20%, в  меди  до  40%. Чистое  золото  образует  уже  с  5%  Zn  хрупкое  соединение  Au3Zn, которое  не  образуется  в  тройном  сплаве  из-за  растворимости  цинка  в  меди. Добавка  нескольких  десятых  процента  цинка  в  расплав  системы  Au-Ag-Cu  перед  разливкой  оказывает  раскисляющее  действие  и  повышает  жидкотекучесть  сплава. Благодаря  добавкам  цинка  к  сплавам  золота  красноватого  цвета  последние  приобретают  желтоватый  цвет.
У  сплавов  золота  333  пробы  определенная  добавка  цинка  значительно  повышает  их  устойчивость  против  серы  и  сернистых  соединений.
Цинк  имеет  большое  значение  при  изготовлении  припоев. Небольшие  добавки  цинка  значительно  сужают  область  плавления  тройного  сплава. Введение  цинка  в  сплавы  белого  золота  системы  Au-Cu-Ni  делает  их  технологичнее, снижает  температуру  плавления, уменьшает  твердость.
Кадмий. Золото  растворяет  в  себе  в  твердом  состоянии  до  20%  кадмия, серебро – свыше  30%, медь – практически  не  растворяет  кадмий. Благодаря  добавкам  кадмия  сплавы  Au-Ag  зеленого  цвета  приобретают  более  интенсивную  окраску. Кадмий  еще  более, чем  цинк, понижает  область  плавления  тройной  системы. Совместное  введение  цинка  и  кадмия  более  существенно  понижает  температуру  плавления  тройной  системы, чем  при  вводе  их  порознь.
Цинк  и  кадмий. – важнейшие  присадочные  материалы  для  изготовления  припоев  благородных  металлов.
Следует  отметить, что  при  введении  в  сплавы  золота  более  4% Zn и  20%Cd при  открытой  плавке  и  разливке  на  воздухе  они  образуют  окислы, которые  прочной  пленкой  покрывают  слиток  и  при  деформации  приводят  к  шиферному  излому.
Алюминий. Пластичность  и  склонность  к  потускнению  сплавов  золота  увеличивается  из-за  присутствия  в  сплаве  незначительного  количества  алюминия. Однако, как  только  количество  алюминия  превысит  растворимость  его  в  серебре  и  меди, образуется  фиолетовое  хрупкое  соединение  Au4Al – “аметистовое  золото”. Алюминий  действует  и  как  легирующий  элемент (растворяется  в  сплаве), и  как  раскислитель (очищает  металл  от  газов  и  закиси  меди). Поскольку  в  результате  раскисления  в  расплаве  остается  окись  алюминия  Al2O3, поверхность  металла  ухудшается  уже  при  0,01% Al, а  при  0,05% Al  прокат  имеет  значительные  дефекты  поверхности. Предельно  допустимое  содержание  алюминия  в  сплаве  ЗлСрМ583-80  равно  0,005%  по  массе, что  соответствует  максимальному  фактическому  содержанию  алюминия  в  металле  централизованной  поставки.
Олово. Воздействует  на  механические  свойства  в  том  же  направлении, что  и  алюминий, и  тоже  ухудшает  качество  поверхности  металла. Установленный  предел  содержания  в  сплавах – 0,005% по  массе.
Сплавы  Au-Ag-Cu  могут  растворить  в  себе  без  заметного  вреда  дро  4%  олова. Хрупкость  сплавов  золота  из-за  загрязнения  их  оловянными  припоями  возникает  вследствие  присутствия  в  припое  свинца, а  не  олова. Если  количество  олова  в  сплаве  превысит  4%, то  образуется  окись  олова, которая  при  затвердевании  располагается  по  границам  зерен  и  делает  сплав  хрупким.
Свинец. Несколько  десятых  долей  процента  свинца  достаточно  для  того,чтобы  образовалось  хрупкое  соединение  Au2Pb. Оно  располагается  по  границам  зерен  и,так  как  это  соединение  плавится  при  418ºС, то  сплав  не  поддается  обработке  давлением. Свинец  может  попасть  в  сплав  из  свинцовистых  припоев  или  из  подкладок  при  выколотке  рельефа.

Железо. Из-за  высокой  температуры  плавления  и  легкой  окисляемости  железные  и  стальные  частицы, попавшие  в  сплав  золота, присутствуют  в  нем  в  виде  инородных  включений. Эти  включения  не  оказывают  какого-либо  влияния  на  свойства  сплава  при  обработке  давлением, но  значительно  ухудшают  обрабатываемость  металла  резанием  и  при  доводочных  операциях.
Согласно  ГОСТ  6585-72, содержание  железа  в  золотых  сплавах, применяемых  в  ювелирной  промышленности, не  должно  превышать  0,18%.
НЕМЕТАЛЛЫ.
Кремний, мышьяк, свинец, висмут  образуют  с  золотом  хрупкие  интерметаллические  соединения, которые  выделяются  в  виде  эвтектики  по  границам  зерен. Эти  твердые  выделения  настолько  снижают  пластичность  сплава, что  уже  нескольких  сотых  процента  достаточно  для  того, чтобы  сплав  стал  хладноломким.
Кремний. Он  может  попасть  в  расплав  из  материала  тигля, содержащего  кварц. С  золотом  кремний  образует  эвтектику, которая  плавится  при  температуре  370ºС. При  этом  обрабатываемость  сплава  в  целом  ставится  под  угрозу.
Сурьма. Золото  создает  с  сурьмой  только  одно  химическое  соединение  AuSb2 (55,26% Sb), образующееся  по  перетектической  реакции  при  460ºС  и  вступающее  в  эвтектическую  реакцию  с  золотом  при  380ºС. В  эвтектике  содержится  25% Sb.
Присутствие  небольших  количеств  сурьмы  и  висмута  в  сплавах  золота, применяемых  для  изготовления  ювелирных  изделий, согласно  ГОСТ 6825-72, не  должно  превышать  0,005%.
Сера. Попадает  в  сплавы  золота  при плавке  и  отжиге  под  слоем  древесного  угля, содержащего  серу, загрязненного  сернистыми  соединениями  городского  газа, а  также  при  пайке  изделий  в  гипсовых  формах. Остатки  серной  кислоты  после  травления  при  отжиге  и  пайке, разлагаясь, тоже  приводят  к  загрязнению  сплава  серой.
С  золотом  сера  не  вступает  во  взаимодействие, однако  она  активно  реагирует  с  легирующими  металлами – серебром  и  медью, с  никелем  и  металлами  платиновой  группы. Хрупкие  соединения  Ni3S2  образуют  с  никелем  эвтектику, которая  плавится  при  температуре  645ºС, и  для  образования  которой  достаточно  всего  0,05%  серы.
Во  избежание  попадания  в  сплав  белого  золота  серы  в  процессе  плавки  ее  проводят  не  в  графитовых  тиглях, а  в  корундовых.
В  сплаве  ЗлСрМ 583-80  содержание  серы  необходимо  ограничить  0,005% по  массе.
Фосфор. Применяется  в  виде  фосфористой  меди  для  раскисления  металла  при  выплавке  сплавов  золота.Как  и  кремний, фосфор  растворяется  только  в  меди, практически  не  растворяясь  ни  в  золоте, ни  в  серебре. Не  реагируя  с  золотом, с  легирующими  компонентами, фосфор  образует  хрупкие  соединения: Ag2P, Cu3P, Ni3P,  которые  образуют  легкоплавкие  эвтектики  с  Ag, Cu, Ni.
Действуя  как  раскислитель, фосфор  повышает  пластичность  сплавов  золота. Избыточный  фосфор, располагаясь  по  границам  зерен  в  виде  фосфидной  эвтектики, приводит  к  разрушению  металла  при  нагреве  выше  температуры  ее  плавления (например, при  нагреве  под  пайку  до  температур  порядка  800ºС). В  сплаве  ЗлСрМ 583-80  при  содержании  фосфора  до  0,03% по  массе  сохраняется  хорошая  поверхность  проката, но  по  границам  зерен  появляются  выделения  эвтектики. В  связи  с  этим  рекомендуется  ограничить  в  сплаве  ЗлСрМ 583-80  массовую  долю  фосфора  0,01%.
При  исследовании  на  красноломкость  сплавов  ЗлСрМ 750  пробы  централизованной  поставки  установлено, что  склонность  к  растрескиванию  при  нагреве  проявляют  полуфабрикаты, содержащие  более  0,001% P  и  имеющие  величину  зерна  более  0,03 мм.