Двухкомпонентные сплавы золота

Золото и его сплавы

Лекция № 3

Золото – химический элемент, металл. Атомный номер 79, атомный вес 196,97 г/см3. Кристаллическая решетка – кубическая гранецентрированная ГЦК. Температура плавления 1063 ºС, кипения 2970 ºС. Твердость по Бринеллю – 18,5.

Золото – метал желтого цвета. Золото – благородный металл, оно не взаимодействует с кислотами (кроме смеси соляной и азотной кислот – «царской водки»), устойчиво в атмосфере, воде пресной и морской,

Золото имеет высокую отражательную способность, хорошо полируется и обладает высокой пластичностью – прокатывается _в листы толщиной до 0,0001 мм. Тепло- и электропроводность у золота ниже чем у меди. В ювелирном деле из-за высокой прочности твердости золото используется в виде сплавов с другими металлами и очень редко в чистом виде.

И ювелирном деле чистое золото применяется редко, в основном как сусальное для золочения. Применяется сплавы золото с медью, серебром, платиной, палладием и пр. Применение сплавов золота обусловлена тем, что чистое золото слишком мягкое, мало прочное, имеет не слишком привлекательный красный цвет.

Марка	Химический состав, % (по массе)
Золото, не менее	Примеси, не более
Pb	Fe	Sb	Vi	Cu	Ag	Всего
Зл 999,9	99,99	0,003	0,004	0,001	0,002	0,007	0,008	0,01
Зл 999	99,90	0,003	0,035	0,002	0,002	0,012	0,020	0,10

Среди двухкомпонентных сплавов золота иногда встречаются в ювелирной промышленности сплавы золота – медь и золото – серебро.

Золото и медь обладают неограниченной растворимостью в жидком, а при высоких температурах и в твердом состоянии (образуют непрерывный ряд твердых растворов). Кривые плавкости начинаются от точки плавления меди (1083 ºС). Точка ликвидуса и солидуса находятся ниже точек плавления чистых металлов и достигают минимума (910 ºС) при массовом соотношении компонентов 80% Au и 20% Cu.

Диаграмма состояния золото-медь приведена на рисунке

Ниже линии солидуса в системе Au – Cu происходит упорядочение при образовании всех этих соединений, как и во всех фазовых превращениях, происходит путем зарождения и роста выпавшей из твердого раствора фазы. Температурные условия и характер реакций, приводящих к образованию этих соединений, рассмотрены ниже.

Между областями существования AuCu и 3AuCu распад твердого раствора протекает по перитектоидной реакции при температуре 230 – 240 С: AuCu + твердый раствор = 3AuCu. Критическая температура дла сплава стехиометрического состава определена равной 190 – 200 С. При содержании в сплаве менее 25% Cu следы упорядочения отсутствуют даже после месячной выдержки при 160 С.

Соединение AuCu. Превращение «тверый раствор = AuCu» состоит в упорядочении расположения атомов в решетке при одновременном изменении типа существующей ГЦК-решетка. Установлена, что соединение AuCu существует в двух модификациях: (AuCu)I и (AuCu)II, имеющих соответственно упорядоченные тетрагональную и орторомбическую структуры. В сплавах с атомной долей меди от 38 до 60% имеют место следующие превращения в твердом состоянии: «неупорядоченный твердый раствор = (AuCu)II = (AuCu)I».

Фаза(AuCu)I имеет тетрагональную решетку с с/а = 0,92. Упорядочение представляется как переподготовку атомов меди и золота таким образам, что плоскости 002 оказываются чередующимися плоскостями из атомов меди и золота.

Кристаллографическая элементарная ячейка фазы (AuCu)II состоит из десяти тетрагональных ячеек (AuCu)I. Температура превращения «неупорядоченный твердый раствор = (AuCu)II» лежит в пределах 367 – 430 С. Наиболее достоверной для этого превращения является температура 410 С.

Соединение AuCu3. Превращение «твердый раствор = AuCu3» состоит в упорядочении атомов в ГЦК-решетке. Температура превращения, по данным большинства исследователей, находится в интервале 380 – 390 С.

Было установлено, что в сплавах, близких по составу к AuCu3, при содержании золота, превышающем стехиометрическое, в некотором интервале составов наблюдаются три структурные формы: α, AuCu3)II→ (AuCu3)I, причем области существования фаз ((AuCu3)I, (AuCu3)I+(AuCu3)II) и ((AuCu3)II+α) взаимно перекрываются.

Фаза (AuCu3)I имеет кубическую структуру (типа AuCu3), фаза (AuCu3)II имеет упорядоченную антифазную доменную структуру.

Область (AuCu+AuCu3). В системе Au – Cu имеет место эвтектоидная реакция распада неупорядоченного α-твердого раствора золота и меди на смесь (AuCu+AuCu3). Температура эвтектоидной реакции 284˚, граница двухфазной области (AuCu+AuCu3) расположены при 60 - 65% Cu.

Химический состав золото-медных сплавов приведен в таблице

Марка	Химический состав
Золото	Медь	Примеси, не более
Pb	Fe	Sb	Vi	Сумма нормируемых примесей
ЗлМ980	97,3-98,3	1,7-2,7	0,005	0,10	0,005	0,005	0,11
ЗлМ916	91,3-91,9	8,1-8,7	0,005	0,10	0,005	0,005	0,16
ЗлМ900	89,7-90,3	9,7-10,3	0,005	0,10	0,005	0,005	0,16
ЗлМ583	58,0-58,6	41,-442	0,005	0,10	0,005	0,005	0,16

В сплавах золото-медь буквами указывается основной и легирующей элемент, а цифрами – лишь содержание золото (проба). Например, марка двухкомпонентного сплава ЗлМ583, означает, что сплав содержит 58,3% золота, остальное – медь.

В системе Au – Ag образуется непрерывный ряд твердых растворов

Кривые ликвидуса и солидуса в этой системе близки, и интервал кристаллизации сплавов в средней части диаграммы не превышает 2˚С. Цвет сплавов меняется с повышением содержания серебра от красного, соответствующему чистому золоту, до белого цвета – чистого серебра. Сплавы с содержанием золото в пределах от 60 до 70% имеет красивый зеленый оттенок, однако из-за низких механических свойств применяется редко. Сплавы Au – Ag обладают хорошими литейными способностями, пластичны, имеют высокую коррозионную стойкость, однако мало применяется в технике из-за низкой твердости.

Из-за небогатой цветовой гаммы и малой стойкости к истиранию сплавы этой системы не находят применения в ювелирном деле, а используются для изготовления контактов, проводников и других деталей в электротехнике.