杜中文

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)珠寶學(xué)院,武漢430074)

首飾用千足硬金綜述①

杜中文

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)珠寶學(xué)院,武漢430074)

文章首先介紹了首飾用千足硬金的概念;其次,討論了提高金屬硬度的方法;然后,主要分析了目前國(guó)內(nèi)廠家硬金首飾的生產(chǎn)方式;最后,對(duì)硬金材料及首飾成品的物性測(cè)試因素提出了建議,并對(duì)硬金的研究方向進(jìn)行了簡(jiǎn)要?dú)w納。

千足硬金;熔煉;油壓;電鑄;物性測(cè)試

長(zhǎng)期以來(lái),千足金因?yàn)槠涑缮叨|(zhì)地太軟,不能滿足復(fù)雜款式首飾的加工需求,相對(duì)K金首飾而言,足金首飾款式較陳舊,而且硬度低,容易被外物所刻劃,不易保持細(xì)膩花紋而造成首飾被損壞。近期,市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種硬千足金,既保持了千足金的高成色,又款式新穎、硬度較高,同時(shí),比普通千足金更加輕薄,受到了消費(fèi)者的普遍歡迎。

1 硬金的概念

對(duì)于硬金這個(gè)概念,可以認(rèn)為:是在保證千足金的成色前提下,利用先進(jìn)的工藝把傳統(tǒng)意義上較軟的“純金”加工成硬度較高的“純金”。這里的“硬”不僅僅是抵抗外界壓入、刻劃、研磨的能力,它還包括一系列物理、化學(xué)性能的改變,比如:強(qiáng)度、塑性、扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮、韌性、延展性、抗疲勞能力等等。其中,強(qiáng)度包括:比例極限、彈性極限、屈服極限、抗拉極限、斷裂極限等;韌性包括:伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。[1]

2 提高金屬硬度的方法

在工業(yè)生產(chǎn)中,純金屬的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工藝需求,需要通過(guò)人為的方式來(lái)提高金屬的硬度。通常,提高金屬硬度的方式主要包括:固溶強(qiáng)化、第二相彌散強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化硬質(zhì)涂層強(qiáng)化等。[2]這些方式都能達(dá)到改善金屬硬度的目的,只是原理各不相同。

2.1 固溶強(qiáng)化

固溶強(qiáng)化是把純金屬配成由兩種或者兩種以上金屬組成的合金,是讓溶質(zhì)金屬與溶劑金屬形成固溶體,發(fā)生晶格畸變,從而提高金屬的強(qiáng)度。在固溶體中,隨著溶質(zhì)濃度的增加,固溶體的強(qiáng)度、硬度提高,而塑性、韌性有所下降。[3]溶質(zhì)金屬原子與溶劑金屬原子的半徑差別越大,引起的晶格畸變?cè)酱?強(qiáng)化的效果越明顯。工業(yè)上使用的金屬材料如碳鋼和合金鋼這屬此類。

2.2 第二相彌散強(qiáng)化

第二相彌散強(qiáng)化是向溶劑金屬中加入合金元素,再經(jīng)過(guò)塑性加工以及熱處理而成,也可以用粉末冶金的方法進(jìn)行。第二相彌散強(qiáng)化又稱為過(guò)剩相強(qiáng)化,加入的第二相元素可以是金屬化合物,也可以是另一種固溶體。[4]第二相的存在使金屬的強(qiáng)度增大,而強(qiáng)化效果與過(guò)剩相數(shù)量、特性、形態(tài)、原子(分子)匹配度等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),第二相彌散強(qiáng)化要同時(shí)滿足兩個(gè)條件才能達(dá)到滿意的強(qiáng)化效果,即:第二相均勻分布和具有高穩(wěn)定性。首飾行業(yè)中用到的補(bǔ)口就是根據(jù)這個(gè)原理來(lái)配制的。

2.3 形變強(qiáng)化

形變強(qiáng)化是用冷加工的方式,使金屬內(nèi)部原有的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),同時(shí)產(chǎn)生新的位錯(cuò)。這些位錯(cuò)之間會(huì)發(fā)生相會(huì)作用,當(dāng)外界的力作用于金屬的時(shí)候,表現(xiàn)為強(qiáng)度增大。例如,傳統(tǒng)千足金首飾加工中,壓光就是利用這個(gè)原理。

2.4 細(xì)晶強(qiáng)化(晶界強(qiáng)化)

金屬材料都是多晶的,其力學(xué)性能與組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。一般地,組織結(jié)構(gòu)越粗大,分布越不均,力學(xué)性能越差;組織越細(xì),尺寸越均勻,力學(xué)性能越好。[5]金屬冶煉鑄造是一個(gè)結(jié)晶的過(guò)程,當(dāng)存在位錯(cuò)滑移的時(shí)候,晶粒之間的界限會(huì)互相阻礙制約,晶粒越細(xì)小,晶界面積越大,表現(xiàn)為金屬的強(qiáng)度越高。[6]對(duì)于合金來(lái)說(shuō),是指晶界強(qiáng)化,而對(duì)于純金屬,是指細(xì)晶強(qiáng)化。

2.5 硬質(zhì)涂層強(qiáng)化

在機(jī)械制造領(lǐng)域,硬質(zhì)涂層被用來(lái)提高金屬表面的硬度、耐磨性、抗氧化性、抗沖擊能力等等。主要包括一些氮化物、碳化物、硼化物、氧化物等等。例如:TiN屬于立方晶系,呈金黃色,具有金屬光澤,相對(duì)密度為5.22,熔點(diǎn)為2930℃,具有耐高溫、高強(qiáng)度、耐酸腐蝕、耐磨損等優(yōu)良特性。[7]

3 國(guó)內(nèi)廠家硬金生產(chǎn)情況

2007年,香港凱恩特公司成功研發(fā)出立體中空電鑄足金產(chǎn)品,后來(lái)經(jīng)過(guò)繼續(xù)改良,研制出千足金產(chǎn)品,稱為3D千足金,目前已經(jīng)投入大陸市場(chǎng)。據(jù)報(bào)道,3D千足金產(chǎn)品的硬度HV=97,已經(jīng)非常接近18K金的硬度,比傳統(tǒng)黃金飾品的硬度高出4倍。隨后,深圳、山東的一些珠寶公司也相繼推出各自的硬金產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)硬金產(chǎn)品生產(chǎn)工藝主要有兩種方式:電鑄、配料熔煉(倒模和油壓)。

3.1 電鑄工藝

電鑄即電沉積又稱為電成型,是一種靠電流將金屬(金、銀、銅)包覆在模子上的工藝。[8]電鑄的原理與電鍍相同,即通過(guò)電解使金屬沉積在鑄模上并形成殼層。用導(dǎo)電的原始模作陰極,金屬作陽(yáng)極,在電流的作用下,金屬溶液中的金屬離子帶正電,向陰極遷移并沉積在陰極模上,達(dá)到一定厚度即可獲得電鑄件。它與一般性的電鍍所使用的設(shè)備基本相同。[9]但是,實(shí)際上電鑄是更先進(jìn)、要求更高的電鍍技術(shù),特別是電流分布和電鍍層的內(nèi)應(yīng)力等,比電鍍具有特殊性。[10]典型的電鑄工藝過(guò)程主要包括:雕模、復(fù)模、注蠟?zāi)！?zhí)蠟?zāi)?、涂油、電鑄、執(zhí)省、除蠟、打磨等相互交叉的生產(chǎn)工序。[11]在實(shí)際生產(chǎn)中,電鑄用的電鍍液有很多種,常用的是氰化物電鍍液,其他還有亞硫酸鹽、氯化物以及這些化合物的混合物。對(duì)電鑄液配比和電鑄時(shí)間的調(diào)整,可以控制電鑄層的厚度。改變電流的運(yùn)動(dòng)方式,將直流電改成脈沖電流可以加快電鑄成型的速度,同時(shí)使晶粒變細(xì),鑄層加厚,強(qiáng)度變大。[12]電鑄方法生產(chǎn)的硬金產(chǎn)品主要是空心吊墜、耳環(huán)等。如圖1

圖1 中空電鑄硬金掛件、擺件(圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng))Fig.1 The hollow hanging parts in hardened pure gold electro forming(from the internet)

電鑄工藝生產(chǎn)硬金首飾的優(yōu)點(diǎn):同等價(jià)格下其體型相對(duì)較大,重量輕,具有極高的復(fù)制精度,表面能顯示模子上的微細(xì)圖紋。不足之處:不適合制作手鏈或者戒指,不易修復(fù),不易鑲嵌寶石,對(duì)設(shè)施要求較高而價(jià)格高于沖壓首飾。[8,13,14,15]

3.2 配料熔煉

配料熔煉是指在成色為999.9‰的金料中,加入微量的補(bǔ)口,提高硬度,但是成色仍然保持在千足金的范圍內(nèi),用北京京國(guó)科藝發(fā)展有限公司2005年生產(chǎn)的GY-Ⅲ型黃金成色儀不能檢測(cè)出補(bǔ)口的成分。在黃金熔煉過(guò)程中用氧炔焰加熱,并用石英棒不停攪拌金水,同時(shí)加入硼砂讓其均勻受熱,而熔煉硬金的時(shí)候攪拌的時(shí)間更長(zhǎng),因?yàn)檠a(bǔ)口需要更長(zhǎng)的熔煉時(shí)間。目前,配料熔煉分為兩大類產(chǎn)品:倒模產(chǎn)品和油壓產(chǎn)品。

3.2.1 倒模硬金產(chǎn)品

倒模硬金產(chǎn)品的主要品種為鏤空吊墜、戒指、手環(huán)等等?；旧a(chǎn)流程為:起版→注蠟→熔金→倒模→執(zhí)?！ㄋ帷鷫汗?拋光),與普通千足金首飾生產(chǎn)工藝基本相同。生產(chǎn)流程中出現(xiàn)的與普通千足金不同的關(guān)鍵問(wèn)題是:

(1)注蠟。普通千足金產(chǎn)品注蠟時(shí)用日本進(jìn)口的不透明的橡膠模,而硬金產(chǎn)品注蠟采用特制的透明硬塑料模,以保證可以觀察到液體蠟的流動(dòng)性和凝固成光滑蠟?zāi)！?/p>

(2)熔金。采用萬(wàn)足金為原料配比補(bǔ)口,并在熔金時(shí)不斷攪拌,時(shí)間更長(zhǎng)。

(3)倒模。硬金產(chǎn)品倒模之后,此時(shí)未表現(xiàn)出比普通千足金硬的性質(zhì),外觀出現(xiàn)紫色、紫紅色、灰色的色斑。

(4)炸酸。普通千足金用加熱的混合酸炸酸后顏色變亮,炸酸次數(shù)多則兩次,一般一次就完成。而硬金產(chǎn)品炸酸次數(shù)較多,酸的配比也是不一樣的。但是炸酸后顏色變亮,硬度提高。很可能是硬金中的補(bǔ)口與酸發(fā)生了反應(yīng)而提高了它的硬度,但這一點(diǎn)還需要進(jìn)行深入研究來(lái)證實(shí)。

3.2.2 油壓硬金產(chǎn)品

油壓硬金產(chǎn)品的主要品種為雙面空心吊墜等?；旧a(chǎn)流程為:雕?！劢稹瓧l→壓片→剪裁→沖壓→點(diǎn)焊(碰焊)→執(zhí)?！ㄋ帷鷫汗?。與普通千足金產(chǎn)品生產(chǎn)流程基本相同,不同點(diǎn)在于:

(1)剪裁。用壓片機(jī)將硬金原料壓成適合厚度的薄片后,再用剪刀剪裁成適合沖壓的小片之后用火燒片刻,以便沖壓。

(2)點(diǎn)焊(碰焊)。用激光自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)將兩個(gè)完全一樣的雙面壓件焊接起來(lái),而普通千足金油壓產(chǎn)品是用焊藥走水焊接起來(lái)的。用點(diǎn)焊焊接硬金的原因是保證千足金的成色和防止硬金變軟。

(3)炸酸。與熔金產(chǎn)品炸酸工藝相同。

由于樣品所限,為了展示工藝流程,用鉑金空心大肚佛代替硬金樣品。如圖2、圖3

圖2 兩片鉑金空心壓件Fig.2 The hollow hanging parts in platinum

圖3 鉑金空心大肚佛Fig.3 The hollow platinum buddha with large belly

4 物性測(cè)試指標(biāo)

國(guó)內(nèi)硬金的研究已經(jīng)有十幾年的歷史了,上市卻是近兩年的事。目前市場(chǎng)上還沒有專門的標(biāo)準(zhǔn)去定義硬金,在查閱金屬學(xué)有關(guān)資料以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下,結(jié)合珠寶行業(yè)貴金屬首飾測(cè)試的特殊性,筆者總結(jié)出一系列檢測(cè)硬金的指標(biāo),希望能對(duì)市場(chǎng)有所幫助。見相關(guān)文獻(xiàn)中金屬機(jī)械性能指標(biāo)及試樣要求(硬金)[1,16,17,18,19,20]。

5 總結(jié)

硬金的上市為黃金首飾市場(chǎng)帶來(lái)了新的氣息,消費(fèi)者可以用更少的錢買到更漂亮、更輕薄的黃金飾品,解決了黃金高成色低硬度的問(wèn)題,滿足了市場(chǎng)的需求。在硬金工藝方面,除了現(xiàn)有的電鑄、配料熔煉的方式外,還可以嘗試其他方法。比如:將黃金用物理電爆炸法加工成直徑為納米級(jí)的粉末再用于電鑄,可以提高電鑄產(chǎn)品的硬度,[21]這種概念被稱為納米電鍍。在硬金材料檢測(cè)方面,需要借鑒金屬學(xué)、材料力學(xué)等學(xué)科,綜合制定出一套技術(shù)參數(shù),從而指導(dǎo)實(shí)踐,服務(wù)于生產(chǎn)。

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[20] GB 228靜力拉伸實(shí)驗(yàn).

[21] 渡邊轍(日本).納米電鍍[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

The description of hardened pure gold used in jewelry

DU Zhong-wen
(Gemmological Institute,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China)

Th is paper in troduced the concept of hardened pure gold used in jewelry,discussed the methods to enhance the hardness of metal,and analyzed the producing ways used in domestic factories.And then,it suggested which factors should be chosen in testing physical characters of hardened pure gold material and products.At last,it concluded the research is sues of hardened pure gold.

hardened pure gold;melting;oil pressed;electrotyping;physical characters testing

TS933

A

1673-1433(2010)02-0054-04

2009-12-18

杜中文(1985-)男,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)珠寶學(xué)院,碩士生在讀。