Что не является металлом золото никель ниппель
Сплавы золота
Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей, например, недостаточной твёрдости и стойкости к износу.
В качестве лигатуры для сплавов золота могут использоваться следующие металлы: серебро, медь, палладий, никель, платина, кадмий и цинк. Каждый из компонентов по-своему влияет на свойства и цвет сплава. Применяя разные сплавы золота, получают изделия с разноцветными украшениями.
Сплав серебра и золота
Серебро придаёт сплаву с золотом мягкость, ковкость, понижает температуру плавления и изменяет цвет золота. По мере добавления серебра цвет сплава зеленеет, переходя в жёлто-зеленый; при содержании серебра более 30% цвет становится жёлто-белым и бледнеет по мере увеличения количества серебра; при содержании в сплаве 65% серебра цвет сплава становится белым.
Сплав золота и меди
Медь повышает твёрдость золотого сплава, сохраняя ковкость и тягучесть. Сплав приобретает красноватые оттенки, усиливающиеся по мере повышения процентного содержания меди; при содержании 14,6% меди сплав становится ярко-красным. Однако медь понижает антикоррозийные свойства сплава.
Сплав золота и палладия
Сплав золота и никеля
Никель изменяет цвет сплава в бледно-жёлтый, повышает твёрдость. Содержание никеля повышает текучесть расплава, а значит, литейные качества.
Сплав золота и платины
Платина окрашивает золотой сплав в белый цвет интенсивнее палладия. Желтизна теряется уже при содержании 8,4% платины в сплаве. Резко повышается температура плавления сплава. При повышении содержания платины до 20% увеличивается упругость золотого сплава. Сплав золота с платиной и палладием обладает очень высокими антикоррозионными свойствами.
Сплав золота и кадмия
Кадмий в составе золотого сплава резко понижает температуру плавления, но сохраняет ковкость и пластичность сплава.
Сплав золота и цинка
Цинк резко понижает температуру плавления сплава с золотом, повышает его текучесть, придаёт сплаву хрупкость и зеленоватый оттенок.
Сплавы золота можно классифицировать по цветовому признаку на жёлтые, красные, зелёные, белые, розовые и другие в зависимости от оттенков. Содержание лигатуры в золотом сплаве определяется в зависимости от свойств, которыми он должен обладать.
Белое золото в ювелирном мире
Бытует мнение, что белое золото – это редкий вид серебра. Иногда белым золотом называют платину. Также порой рассказывают, что белое золото – это очень редкий вид золота, добываемого на засекреченных рудниках. На самом деле белое золото – это сплав, который был создан прежде всего для того, чтобы нивелировать мягкость и износчивость обычного желтого золота.
Исследования показали, что любой металл, кроме меди, при использовании его в качестве лигатуры дает золоту белый оттенок. Белое золото, оставаясь золотом, более прочное, более устойчиво к атмосферным воздействиям, что позволяет изделиям из него дольше сохранять первоначальный вид и интенсивный блеск. Белое золото очень похоже на платину, но стоит дешевле. Применение сплавов белого золота для ювелирных изделий, как альтернатива более дорогой платине, началось еще в 20-х годах ХХ века.
Белое золото признано традиционным материалом для ювелирного дела, а значит и пробы для него применяются стандартные – в соответствии с международными нормами. В России используются такие основные виды проб:
Некоторые люди предполагают, что белое золото получается из-за добавки серебра, но в действительности его добавляют очень редко и в небольших пропорциях. Оно придаёт матовость украшению и лишает его блеска, что считается негативной характеристикой.
Существует несколько видов белого золота
Сплав золота с палладием
Белым золотом может быть сплав золота с палладием, десятая часть которого придает изделию бело-стальной оттенок. Применение палладиевых лигатур дает хороший белый цвет и увеличивает прочность металла. У таких сплавов значительно выше пластичность. Они устойчивы к потере цвета при нагреве и имеют более интенсивный блеск после окончательной обработки. Однако такое золото для производства массовых изделий обходится слишком дорого. Палладий является металлом платиновой группы и сам стоит примерно как золото. Кроме того, высокая температура плавления палладия (1550°С) усложняет процессы плавки. Например, изделие из такого сплава 585 пробы содержит 5% палладия, примерно 32 % серебра, а также немного цинка и меди, и не содержит никеля.
Сплав золота с платиной
Еще более интенсивно окрашивает золотой сплав в белый цвет платина, которая также придает ему дополнительную прочность и бледный оттенок естественного благородства. Такой сплав белого цвета – это 11 частей чистого золота и 1 часть платины (сплав 88 пробы). Такое белое золото имеет самую высокую стоимость, обладает самыми безупречными характеристиками и роскошным внешним видом.
Сплав золота с никелем
Получить потребительские золотые сплавы белого цвета с едва уловимым желтоватым оттенком позволяет добавление никеля. Использование никелевых лигатур обходится производителям недорого. Однако такой сплав получается хрупким и тугоплавким. Кроме того, выявлено, что у одного человека из восьми наблюдается аллергия на никель. Поэтому содержание никеля в сплаве строго регламентировано. Так, например, в сплаве самой распространенной 585 пробы, процентное содержание никеля обычно соответствует 12%. В связи с аллергичностью никеля в Евросоюзе в 2000 году вышел запрет на добавку этого металла в ювелирные изделия из белого золота. Сегодня никель частично заменен палладием. Однако во многом он остается незаменимым. Так, например, никель значительно тверже палладия и отлично полируется. Соответственно, его использование позволяет создавать оригинальные украшения со сложным дизайном, с углами и гранями, которые держат форму.При наличии большого процентного соотношения серебра сплав также окрашивается в белый, но более матовый цвет.Добиваются золотой белизны также при помощи компромиссных лигатур между палладием и никелем, при помощи лигатуры из серебра и палладия, а также на основе более сложных сплавов из серебра, никеля, меди и цинка.
Слева платина, справа белое золото
Родирование золота
Зарубежные производители нередко покрывают готовые потребительские изделия из белого золота родием (родируют). Такая технология позволяет удалить желтизну, придать металлу особый блеск и стойкость. Иногда желтизну делают незаметной за счет тщательной полировки изделий.
Очень часто к родированию прибегают при использовании сплавов недостаточно интенсивно белого цвета, в которых в качестве дополнительной «отбеливающей» составляющей используются марганец или хром и железо.
Украшения покрывают тонким слоем редкого металла – родия. Он известен своей низкой пластичностью и актуален только в качестве внешнего покрытия украшений. Подобная обработка придает изделиям насыщенного цвета и сияющего блеска.
Без родиевого покрытия украшения подвержены царапинам и окислению.
Преимущества и недостатки
К основным плюсам белого золота относят следующие характеристики:
Кроме того, элитные изысканные украшения подчеркивают финансовый статус своего владельца. К тому же можно отметить универсальность украшения из благородного металла. Они подходят под любой тип внешности и прекрасно гармонируют с различными стилями в одежде.
Однако данные изделия не лишены недостатков. Например, украшения из белого золота имеют довольно высокую цену. А также в составе сплава могут присутствовать вкрапления никеля, которые способны вызвать аллергическую реакцию. Не стоит забывать, что со временем даже самые дорогие и качественные украшения из белого золота все-таки теряют презентабельный внешний вид. К тому же изящные ювелирные изделия легко царапаются, а исправить подобные недостатки довольно затратно. Еще один недостаток белого золота в том, что родиевое покрытие нужно время от времени обновлять. Оно служит от 1 до 5 лет, в зависимости от того, как носить украшение. Обновление покрытия — недорогая процедура, но все же требует постоянных затрат.
Следить за изделиями, созданными из белого золота, получится в домашних условиях. Следует принять во внимание следующие советы:
Александрит|Производство|Мастерская|Магазин, г. Мурманск
Покрытие «никель-золото» исключительно высокой коррозионной стойкости
Введение
Действительно, попытки уменьшить толщину слоя золота уже предпринимались, кроме того, наблюдается рост заинтересованности в комбинированных покрытиях (например, «палладий-никель») в качестве замены золотого покрытия [3, 4]. Однако свойства золота во многих областях настолько неповторимы, что замена этого металла зачастую может привести лишь к потерям или чрезмерно большим затратам. Уникальность золотого покрытия определяет комбинация отличных свойств коррозионной стойкости, проводимости и термических характеристик, что особенно важно в производстве контактов [5, 6].
Главной задачей приведенной ниже работы стало доказательство сохранения преимуществ покрытия из золота при значительно более тонком его слое.
В статье описан техпроцесс, обеспечивающий осаждение слоя золота толщиной всего 0,3 мкм, когда покрытие осаждают на оптимальной комбинации покрытия «никель/никель-фосфор». Такое сочетание материалов выдерживает испытание в азотной кислоте и при этом обеспечивает высокую коррозионную стойкость. Испытание коррозионной стойкости в азотной кислоте было применено из-за агрессивности и приемлемости в промышленности, однако главным образом из-за увеличенной продолжительности — до 2 часов.
Типичные методы испытаний для определения коррозии
Для облегчения определения степени проявлений коррозии и оценки образцов применяли эталоны [7]. Обычно в лаборатории для определения коррозионной стойкости создают атмосферу в камере искусственного климата. Это обеспечивает возможность постоянного контроля параметров, влажности, температуры и концентрации агрессивного газа или смеси газов (например, диоксида серы, хлора, азотной кислоты и т. п.) [8–10].
Также широко применяются испытания в соляном тумане, особенно испытание «в нейтральном солевом тумане» [11], которое имитирует высокое содержание соли, представленное в морской воде или на поверхности автострад в холодный период года.
Отметим, что характер испытания определяют будущие условия эксплуатации изделий и агрессивность окружающей среды. К примеру, испытания коррозионной стойкости декоративных покрытий (украшения, часы) обычно ограничивают простым окунанием в растворы едких веществ — соляной или азотной кислоты.
Испытание в парах азотной кислоты (NAV)
Стандарт ASTM B-735 говорит об испытании «в парах азотной кислоты», которое применяют для оценки пористости; в этом случае степень коррозии измеряют при помощи микроскопа, по методу подсчета пор на определенной площади поверхности. Условия проведения испытания:
Азотную кислоту помещают в сушильную камеру или сушильный шкаф, оставляют примерно на 30 мин, и только после этого там размещают образцы, выбранные для испытания на коррозионную стойкость. Согласно стандарту ASTM продолжительность испытания — 60 мин. при толщине слоя золота до 2 мкм (рис. 1).
Рис. 1. Соотношение типичной продолжительности испытаний и толщины слоя золота [2]
Как было упомянуто выше, в нашем случае продолжительность воздействия была продлена до двух часов.
Толщина слоя золота в течение всего испытания составляла 0,3 мкм (гораздо меньше толщины в предыдущих испытаниях). После извлечения из камеры образцы сушили в печи при температуре 80 °C. В процессе исследования пористости применяли микроскоп совместно с программой анализа поверхности Aquinto a4i docu/analysis.
Подсчет числа пор проводился на определенной площади поверхности в зависимости от диаметра каждой поры, при условии, что общая площадь (в процентах), подвергнутая коррозии, соответствует спецификации ASTM. По размеру поры были сгруппированы следующим образом:
Описание последовательности процесса подготовки образцов и влияние каждой стадии подготовки на окончательный результат определения коррозионной стойкости будут представлены далее.
Последовательность техпроцесса осаждения покрытия «никель-золото»
Последовательность технологического процесса должна обеспечивать осаждение покрытия с отличной коррозионной стойкостью, износостойкостью, отличной паяемостью и хорошими механическими свойствами (например, пластичностью и прочностью на излом). Для обеспечения всех этих свойств была применена минимальная финишная толщина слоя золота.
В последовательность техпроцесса входят все традиционные стадии, начиная с предварительной подготовки — электрополировки, за которой следуют электролитическое никелирование и осаждение слоя никель-фосфора, и заканчивая предварительным и основным золочением. Применяемый метод постобработки также должен улучшить свойства коррозионной стойкости покрытия (рис. 2)
Рис. 2. Последовательность техпроцесса «никель-золото» компании Atotech
Электрополировка
Начальная стадия обработки включает в себя анодную полировку медной основы с целью обеспечения однородной поверхности и минимальной степени пористости (процесс Electro Glow компании Atotech).
На рис. 3 показаны примеры электрополировки медной поверхности.
Рис. 3. Исключительно ровное полирование краев и поверхности меди
В результате процесса Electro Glow также удаляются «вредные» включения из сплава, присутствие которых ускоряет коррозию (рис. 4). Примером может послужить сплав C7025 (содержит силициды никеля, что приводит к выделению остатков кремния на поверхности и, следовательно, к значительному усилению процесса коррозии).
Рис. 4. Удаление остатков сплава, появление которых вызывает рост интенсивности корродирования поверхности и базового металла у поверхности
Типичные рабочие параметры процесса Electro Glow приведены в таблице.
Таблица. Параметры процесса Electro Glow
| Параметр | Oптимальное значение | Рабочее значение |
| Teмпература, °C | 20–30 | 20–40 |
| Плотность тока (aнодная), A/дм 2 | 30–40 | 20–50 |
| Продолжительность окунания, с | 5–10 | 5–90 |
| Перемешивание раствора | + |
Процесс электрополировки обеспечивает исключительно линейную среднюю скорость травления, которая зависит от плотности тока (рис. 5).
Рис. 5. Соотношение плотности тока и скорости травления
Исследования необходимы были для определения влияния электрополировки на коррозионную стойкость.
Все испытания проводились согласно требованиям стандарта ASTP B735-06, со следующими параметрами:
Оптимизированная последовательность процесса проводилась со стадией электрополировки и без нее.
Толщина осажденного слоя никеля из сульфаматного электролита (Nickelsulphamate HS) — 1,5 мкм.
Толщина осажденного слоя Au-Co из электролита (Aurocor SC) — 0,3 мкм.
Стадию осаждения покрытия «никель-фосфор» и стадию постобработки пропустили с целью оценки полного эффекта стадии электрополировки. Результаты испытаний подтвердили преимущества применения электрополировки для повышения коррозионной стойкости. Подсчет площади поверхности, подвергнутой коррозии, показан на рис. 6.
Рис. 6. Влияние электрополировки на коррозионную стойкость согласно испытанию в парах азотной кислоты
Влияние межслоевой комбинации покрытий «никель» и «никель-фосфор»
Прослойка никеля, кроме установления барьера диффузии, должна также содействовать образованию пластичной поверхности финишного покрытия, тем самым обеспечивая низкую степень пористости для защиты основы (например, меди) от коррозии.
В противоположность чистому никелю, покрытие никель-фосфором демонстрирует высокую степень коррозионной устойчивости и износостойкости, однако имеет и недостатки — низкую скорость осаждения и худшую пластичность слоя [12, 13].
Применение комбинации «никель/никель-фосфор» позволяет избежать этих недостатков: при этом объединяется высокая пластичность никеля (из сульфаматного раствора) с повышенной коррозионной устойчивостью покрытия «никель-фосфор». Однако это достижимо только при меньшей толщине слоя никель-фосфора.
Результаты испытания на изгиб (рис. 7) показали высокую пластичность покрытия из никеля, полученного из сульфаматного электролита, толщиной 1 мкм в широком диапазоне плотностей тока (до 50 A/дм 2 ).
Рис. 7. Результаты испытания на изгиб покрытия Ni толщиной 1 мкм на основу из сплава C194 (радиус изгиба — 250 мкм; толщина основания — 250 мкм; угол изгиба — 90°)
Напомним, что настоящие исследования и испытания проводились с целью повышения коррозионной стойкости, а также оптимизации процесса и изучения влияния покрытия «никель-фосфор» (Novoplate HS).
Изначально, без электрополировки или постобработки, вместо слоя никеля толщиной 1,5 мкм применяли электролитическое осаждение слоя никель-фосфора. Эта стадия проводилась непосредственно перед осаждением финишного покрытия золотом толщиной 0,3 мкм.
Значительное увеличение коррозионной стойкости продемонстрировано на рис. 8.
Рис. 8. Сравнение коррозионной стойкости слоев никеля и никель-фосфора
По сравнению с покрытием из чистого никеля (сульфаматный электролит никелирования) покрытие «никель-фосфор» значительно увеличивает коррозионную стойкость. Попытка применения комбинации чистого Ni и сплава Ni-Р была предпринята с целью получения максимальной выгоды от индивидуальных свойств каждого покрытия. Испытания продолжили для определения минимальной требуемой толщины слоя никель-фосфора.
Как показано на рис. 9, оптимальная толщина слоя никель-фосфора составила 0,1–0,2 мкм.
Рис. 9. Коррозионная стойкость при толщине слоя от 0,1 дo 0,2 мкм, электролит Novoplate HS
Цель проведенных далее испытаний и исследований — определение влияния электрополировки (Electro Glow) в комбинации с осаждением слоя никель-фосфора (Novoplate HS).
Выяснилось, что коррозионную стойкость можно значительно повысить, включив в техпроцесс электрополировку и осаждение промежуточного слоя никель-фосфора. Стадии увеличения коррозионной стойкости (после двухчасового испытания в тумане азотной кислоты) представлены на рис. 10.
Рис. 10. Постепенное увеличение коррозионной стойкости с применением электрополировки и комбинации «электрополировка + покрытие Ni-P»
Подготовленные образцы контактов перед испытаниями коррозионной стойкости подвергались изгибу. Первая серия образцов была подготовлена без применения электрополировки и состояла из 1,5 мкм чистого никеля + 0,3 мкм покрытия «золото-кобальт». В слое никеля, после изгиба, отчетливо были видны трещины, в которых после некоторого времени наблюдалась значительная коррозия.
Для второй серии образцов применяли электрополировку и точно такое же покрытие, как и в первой серии. Преимущество от применения электрополировки очевидно, так как значительно уменьшились размеры трещин. Применение электрополировки оказало положительное влияние на пластичность и предотвращение образования трещин внутри слоя никеля.
Третья серия образцов подвергалась и электрополировке, а затем наносилась комбинация двухслойного покрытия (1 мкм Ni / 0,5 мкм Ni-P) перед осаждением финишного слоя Au-Co толщиной 0,3 мкм. Как мы и предполагали, самое значительное улучшение наблюдалось в испытаниях именно этой серии. Повышенная толщина слоя Ni-P до 0,5 мкм применялась для оценки пластичности двухслойного покрытия Ni/Ni-P. Результаты показали хорошую пластичность при применении этой комбинации, включая и стадию электрополировки.
Эффективная постобработка покрытия из золота
Завершал исследования анализ преимуществ водной постобработки (процесс Betatec) с целью дальнейшего увеличения коррозионной стойкости покрытия из золота.
В первой партии образцов стадии электрополировки и осаждения слоя никель-фосфора были пропущены, чтобы облегчить оценку различных применяемых растворов для постобработки.
Отчет по этой серии экспериментов (результаты испытаний в парах азотной кислоты) представлен на рис. 11. Во всех случаях толщина слоев никель-фосфора и золота была одинаковой (1,5 и 0,3 мкм соответственно). Дополнительно примененные процессы ингибирования коррозии обозначены как Benchmark 1–4.
Рис. 11. Преимущество процесса Betatec в сравнении с другими процессами
Измерения коррозионной стойкости контактов позволили определить, что включение стадии постобработки не несет отрицательного воздействия на результирующие значения сопротивления контактов.
Также, исходя из графика, показанного на рис. 12, можно сделать вывод, что при применении постобработки по процессу Betatec не происходит значимого изменения сопротивления контактов.
Рис. 12. Измерение значений сопротивления контактов по требованиям EN IEC 512 — нет изменений в результате применения постобработки
Обобщая приведенный выше материал, можно констатировать, что проведенное исследование по повышению коррозионной стойкости заключалось в определении влияния электрополировки (процесс Electro Glow) в комбинации с осаждением слоя никель-фосфора (процесс Novoplate HS) и постобработки (процесс Betatec). Была проведена оценка всей системы (электрополировка, промежуточный слой никель-фосфора и финишная постобработка).
Толщина осажденных слоев:
Электрополировка — 30 с в анодном режиме (30 A/дм 2 при температуре 30 °C). Постобработка — окунание продолжительностью в несколько секунд.
Результаты испытаний показали значительное увеличение коррозионной стойкости (на несколько порядков) по отношению как к количеству пор (рис. 13), так и к площади поверхности коррозии (рис. 14). Не наблюдалось признаков коррозии после испытания продолжительностью 120 минут.
Рис. 13. Измерения пористости. Необработанные образцы (контрольные) и образцы с новым покрытием Ni-Au
Рис. 14. Оценка всей системы (электрополировка, промежуточный слой никель-фосфора и финишная постобработка) без признаков очевидной коррозии
На рис. 15 показаны контакты, подготовленные и испытанные в промышленных условиях. Эти контакты также подвергались продолжительному испытанию в тумане азотной кислоты и подтверждают результаты лабораторных исследований.
Рис. 15. Контакты после испытания продолжительностью 120 мин в парах азотной кислоты (толщина слоя золота — 0,3 мкм): а) новый процесс — нет признаков коррозии; б) обычный процесс осаждения покрытия. Tолщина слоя золота в обоих случаях — 0,3 мкм
Выводы
Проведенное исследование показало, что дополнительная обработка гальванического покрытия с применением электрополировки, никелирования, осаждения слоя никель-фосфора и постобработки значительно повышает коррозионную стойкость покрытия. Толщина промежуточного слоя никель-фосфора была оптимизирована для обеспечения удовлетворительной пластичности и скорости осаждения и сохранения максимальной коррозионной стойкости. Исследования показали, что применение полностью оптимизированной системы осаждения покрытия «никель-золото» позволяет уменьшить толщину слоя золота до 0,3 мкм. Изделия с таким покрытием выдерживают самые суровые испытания в парах азотной кислоты, при этом в два раза превышаются требования стандарта ASTM B 735-06.