Материалами ювелирного производства следует считать как те, из которых изготовляются ювелирные изделия, так и те, посредством которых они производятся. Это значительный перечень различных металлов — черных, цветных, в том числе и драгоценных; природные и синтетические ювелирные камни и другие материалы, которые могут использоваться в качестве вставок в ювелирные изделия; химикаты; огнеупоры; различные пасты и смеси, без которых ювелирное производство было бы невозможным.

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Металлы— это вещества, обладающие высокой прочностью, пластичностью, ковкостью, тепло- и электропроводностью, характерным блеском.

Сплавы— металлические однородные системы, состоящие из двух и более металлов и обладающие характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавы — это любые однородные системы, полученные сплавлением нескольких веществ.Металлическими свойствами обладают более 80 элементов таблицы Менделеева. Все металлы и металлические сплавы в твердом состоянии имеют строгое кристаллическое строение. Металлы принято делить на черные и цветные. К черным относят железо и все сплавы на его основе.

Все остальные металлы — цветные, в том числе и драгоценные. Как черные, так и цветные металлы могут быть получены химически чистыми, т. е. с содержанием основного химического элемента около 100%.

Физические свойства металлов

Цвет—свойство света вызывать зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения.

Блеск— свойство поверхности отражать свет.

Плотность—отношение массы вещества к его объему. За единицу принята плотность дистиллированной воды (плотность в пособии приведена в г/см3 ).

Температура плавления—температура перехода твердого кристаллического тела в жидкое состояние.

Электропроводность —способность металла проводить электрический ток.

Теплопроводность— способность перехода тепловой энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым.

Магнитные свойства—способность намагничиваться или реагировать на действие магнита

Химические свойства металлов

Коррозионная стойкость— свойство металлов противостоять (не разрушаться) действию агрессивных сред.

Растворимость — способность металлов растворяться в кислотах, электролитах и других агрессивных средах.

Механические свойства металлов

Пластичнсть —способность подвергаться необратимой деформации, т. е. обработке давлением.

Твердость — способность металла сопротивляться вдавливанию более твердого материала. Существует несколько методов определения твердости металлов.

Метод Бринелля основан на вдавливании стального шарика в поверхность испытуемого металла; метод Роквелла — на вдавливании алмазного конуса или стального шарика; метод Виккерса — на вдавливании алмазной четырехгранной пирамиды.

Твердость минералов определяется способностью сопротивляться царапанию по шкале Мооса. Показатель твердости металлов в данном пособии приводится по Бринеллю (НВ) в кгс/мм2. Это отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка. Но так как ювелиру постоянно приходится сравнивать твердости камней и металлов, совмещенных в одном изделии, то в скобках приводится твердость по Моосу.

Технологические свойства металлов

Способность металлов  приобретать более высокую прочность после термической, химико-термической или механической обработки.

Свойство металлов образовывать неразъемные соединения посредством расплавленного присадочного материала — припоя.

ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Черные металлы— это промышленное название железа и его сплавов. По масштабам производства и использования черные металлы намного опережают все существующие металлы и сплавы. Из них изготовляют более 90 % всех конструкционных и инструментальных материалов. Основное отличие черных металлов — это способность намагничиваться. В быту все сплавы на основе железа — стали и чугуны — называют железными.

Железо (Fe)  — металл серебристо-белого цвета, блестящий, ковкий и пластичный. Плотность 7,87; температура плавления 1539 °С; твердость по Бринеллю 60 (по Моосу 5). На воздухе окисляется — покрывается рыхлой ржавчиной. В чистом виде в природе не встречается. Получают железо из железных руд. Железо с примесями называют техническим. Техническое железо содержит 99,8...99,9 % железа, остальное примеси, в которых более десятка элементов. Железо в чистом виде практического применения не имеет, используется только в сплавах. Сплавы железа в зависимости от содержания углерода называют сталью или чугуном.

Сталь — сплав железа с углеродом и другими элементами, содержание углерода в котором менее 2 %. В зависимости от состава стали обладают различными физико-химическими свойствами.

По составу сталь разделяют на углеродистую и легированную (содержающую и другие компоненты).

По качеству — на сталь обыкновенного качества, качественную, повышенного качества и высококачественную.

По назначению — на конструкционные, инструментальные и специального назначения. Основное количество оборудования, приспособлений и инструментов ювелирного производства изготовлено с применением конструкционных и инструментальных сталей.

Чугун;— железный сплав, содержащий более 2 % углерода. По составу чугуны делят на нелегированные и легированные (содержащие хром, никель, марганец и другие легирующие элементы). По структуре различают белый чугун (с белым изломом) и серый чугун (с серым изломом). Основная масса чугуна перерабатывается в сталь, остальная используется по другим назначениям. Чугун используют для фасонного литья. Из него изготовляют станины станков, детали двигателей внутреннего сгорания и других механизмов, работающих в условиях повышенного износа, и т. д. Широко применяется как материал изделий прикладного искусства: ваз, скульптур, фонтанов, оград, ворот, решеток и т. д. В ювелирном производстве из чугуна кроме станин станков изготовляют изложницы (формы для отливки слитков).

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

тяжелые металлы(плотность выше, чем у железа, — 7,87),

легкоплавкие (температура плавления ниже температуры плавления олова—232 °С),

тугоплавкие(с температурой плавления выше, чем у железа, — 1539 °С),

благородные(обладающие химической инертностью) и т. д.

В данном пособии цветные металлы и их сплавы рассматриваются с позиции их применения в ювелирной практике в качестве прямых (входящих в сплавы драгоценных металлов), а также косвенных участников производства или материалов, возможных для применения. Знание свойств цветных металлов поможет при диагностике изделий из драгоценных металлов в отличие от близких имитаций.

Медь (Си)— металл красновато-розового цвета, МЯГКИЙ И пластичный, обладает высокими показателями тепло и электропроводности. Легко паяется. Хорошо полируется. Из-за своей мягкости ПЛОХО обрабатывается режущим инструментом. Имеет плохие литейные свойства.

Плотность 8,96;

температура плавления 1083°С;

твердость по Бриннелю 35 (по Моосу 3).

Химически малоактивна. Во влажной среде покрывается зеленоватым налетом закиси меди (медной патиной), который охраняет ее от дальнейшего разрушения. Медь легко растворяется в азотной и концентрированной соляной кислотах при нагревании. В разбавленной соляной кислоте растворяется в присутствии кислорода. Медь широко применяется во всех отраслях промышленности. В художественной промышленности ее используют для изделий под эмаль и других поделок. Медь входит в состав почти всех сплавов драгоценных металлов. Служит основой медных сплавов — латуней, бронз, мельхиора, нейзильбера.

Латунь— медный сплав, двухкомпонентный и более, с основным легирующим элементом — цинком. Содержание меди в латунях, как правило, более 57%. Латунь с высоким содержанием меди (90 % и более) называют томпак, с содержанием меди 79...86 % — полутомпак. По составу латуни делят на простые (двухкомпонентные) и специальные (многокомпонентные). По назначению делят на деформируемые и литейные. Латуни имеют желтый цвет, легко поддаются обработке давлением (за исключением свинцовосодержащих) в холодном и горячем состоянии. Все латуни хорошо паяются, легко обрабатываются режущим инструментом, хорошо полируются.

Плотность латуней 8,20...8,60;

температура плавления 900... 1045 °С.

В сухом помещении долго сохраняют цвет и блеск. На открытом воздухе латуни неустойчивы, быстро теряют блеск и темнеют. Растворяются в большинстве кислот.

Широко используются в промышленности, а также в качестве декоративного материала для художественных поделок, чеканок, дешевых изделий ювелирной галантереи, сувенирных изделий, памятных медалей и др. Механические свойства латуней (марок Л62 и Л68) сходны с золотыми сплавами 583-й пробы и используются как учебный материал при практическом обучении ювелиров.

Бронза— медный сплав, в котором основным легирующим компонентом может быть любой металл, кроме цинка. Бронзы могут быть двухкомпонентными и более. Цвет зависит от состава, но чаще всего золотисто-желтый. В сравнении с латунью бронзы имеют более высокую прочность, обладают высокими литейными качествами и износостойкостью. Хорошо подвергаются пайке и принимают полировку. По составу бронзы разделяют на оловянистые, алюминиевые, кремниевые, бериллие- вые и др.

Плотность бронз 7,50...8,80;

температура плавления 1010...1140°С.

В сравнении с латунью обладает более высокой коррозионной стойкостью. Бронза (особенно бериллиевая) стойка на воздухе, в воде, в растворах органических кислот, углекислых растворах. Легко растворяется в азотной кислоте и в присутствии окислителя в серной и соляной кислотах. Бронза широко применяется в технике, в художественной промышленности, является незаменимым литейным материалом, идет на изготовление деталей интерьера — люстр, бра, канделябров, различных фигурок и др. Памятные значки, медали, сувениры, полученные литьем, также изготовляют из бронзы.

Мельхиор— медно-никелевый сплав, содержащий до 30 % никеля. Цвет — серебристо-белый, на срезе и полированных частях с желтоватым оттенком. Мягкий, пластичный, хорошо обрабатывается режущим инструментом и паяется.

Плотность 8,90;

температура плавления 1170 °С.

На воздухе коррозийно-устойчив. Окисляясь во влажной среде, покрывается зеленым налетом. Растворяется в азотной кислоте. Горячие серная и соляная кислоты действуют на него разъедающе. Широко применяется для изготовления галантерейных изделий, а также изделий посудной группы. Обычно изделия посудной группы покрывают серебром.

Нейзильбер— трехкомпонентный сплав на медной основе, в состав которого кроме меди входят 13,5... 16,5% никеля и 18...22 % цинка. Нейзильбер по внешнему виду напоминает серебро. В зависимости от содержания никеля может иметь голубоватый или зеленоватый оттенок. Обладает достаточной прочностью и пластичностью, хорошо паяется.

Плотность 8,45;

температура плавления 1050°С.

Имеет высокую коррозионную стойкость в нормальных условиях. Во влажной среде покрывается зеленым налетом. Растворяется в азотной кислоте. Горячие серная и соляная кислоты разъедают его. Нейзильбер получил широкое распространение как декоративный металл. Идет на изготовление галантерейных изделий, изделий посудной группы с посеребрением. Является основным материалом для ювелирных изделий художественного промысла. Филигранные изделия, как бескаменка, так и изделия с различными вставками с оксидированной поверхностью, внешне не уступают серебряным.

Цинк (Zn)— белый металл с синеватым оттенком, хрупкий, но при нагревании до 100... 150 °С обретает пластичность, легко прокатывается в листы.

Плотность 7,13;

температура плавления 419,5 °С;

твердость по Бринеллю 35 (по Моосу 3).

На воздухе в нормальных и влажных условиях покрывается плотным слоем оксида матово-серого оттенка, который предохраняет его от дальнейшего разрушения. При нагревании на воздухе превращается в белый порошок. Цинк быстро разрушается концентрированными и разбавленными кислотами, а также щелочами. Является одним из компонентов некоторых золотых сплавов, а также непременным компонентом золотых и ряда серебряных припоев, применяемых в ювелирном производстве.

Кадмий (Cd)—белый металл (по цвету сходен с цинком), мягкий, пластичный, ковкий.

Плотность 8,65;

температура плавления 321 °С;

твердость по Бринеллю 16 (по Моосу 2,5).

Кадмий имеет значительно большую химическую стойкость в сравнении с цинком. На воздухе быстро тускнеет, покрываясь стойкой защитной пленкой, предохраняющей его от дальнейшего разрушения. При нагревании на воздухе превращается в бурый порошок, выделяя бурые пары. Пары и соли кадмия ядовиты. Кадмий легко растворяется в азотной кислоте, хуже — в соляной и серной, разбавленные соляная и серная кислоты почти на него не действуют. Кадмий является одним из компонентов большинства золотых припоев, применяемых в ювелирном производстве.

Никель (Ni)— белый металл с желтоватым оттенком, твердый, прочный, пластичный, хорошо обрабатывается режущим инструментом. Имеет высокую отражательную способность. Обладает слабыми магнитными свойствами.

Плотность 8,90;

температура плавления 1453 °С;

твердость по Бринеллю 60 (по Моосу 5).

Относится к числу химически стойких металлов. На воздухе не окисляется, стоек к влажной среде. Растворы щелочей на никель почти не действуют. Растворяется в азотной кислоте (неконцентрированной). Горячие соляная и серная кислоты также разъедают никель. Никель используют как защитное или декоративное покрытие (никелирование), а также для легирования черных и цветных сплавов. Применяется как компонент при составлении золотых сплавов белого и цветного литейного золота.

Олово (Sn)— металл серебристо-белого цвета, мягкий, очень пластичный.

Плотность 7,30;

температура плавления 231,9°С;

твердость по Бринеллю 5 (по Моосу 2).

Олово не корродирует на воздухе и во влажной среде. При сгорании образует белый порошок. Охлаждение олова ниже 18°С приводит к образованию на поверхности серых пятен («оловянной чумы»). Концентрированные соляная и азотная кислоты легко растворяют его, разбавленные действуют слабо. Сильно действуют на олово щелочи, сера, хлор, бром, фтор и йод.

Олово является основой мягких (легкоплавких) припоев для контактной пайки. В современном производстве ювелирных изделий оловянный припой не применяется. Наличие олова в драгоценных металлах считается нежелательной примесью. Следы олова на ювелирных изделиях из драгоценных металлов должны быть тщательно удалены. Однако в ювелирных украшениях XIX — начала XX в. можно заметить, что наиболее нежные элементы — ажурные касты с заранее закрепленными камнями, тонкие листочки с легкоплавкой прозрачной эмалью, цветочки — фиксировались в штифтовом соединении с помощью олова. Оловянный припой в таких случаях не выходит наружу, и реставрация подобных изделий должна производиться квалифицированно.

Свинец (РЬ)—синевато-серый металл с сильным блеском на свежем срезе. Очень ковкий, мягкий (легко режется ножом), вязкий.

Плотность 11,34;

температура плавления 327°С;

твердость по Бринеллю 4 (по Моосу 2).

На сухом воздухе устойчив. Во влажной среде быстро покрывается темно-серой оксидной пленкой, сохраняющей его от дальнейшего разрушения. Свинец устойчив к действию серной и соляной кислот. Хорошо растворяется в азотной, а также в уксусной, лимонной и винной кислотах, разрушается под действием щелочей. Растворимые соединения свинца ядовиты и требуют осторожности при работе с ними. Во всех сплавах драгоценных металлов свинцовая примесь является вредной, поэтому во время работы драгметаллы оберегают от попадания в них свинца. При индивидуальном изготовлении ювелирных изделий свинцовые или свинцово-оловянные (в зависимости от требуемой жесткости) подушки используют в качестве матриц для формообразования деталей. Свинец также является одним из компонентов при составлении черни.

Алюминий (А1)— легкий металл серебристо-голубовато-белого цвета, ковкий и пластичный. Хорошо полируется. Имеет высокие показатели электро- и теплопроводности. В обычных условиях не паяется ни контактной, ни газопламенной пайкой.

Плотность 2,70;

температура плавления 660°С;

твердость по Бринеллю 26 (по Моосу 2,5).

На воздухе мгновенно покрывается тонкой и очень стойкой оксидной пленкой, предохраняющей его от разрушения. В воде разрушается. Устойчив к действию на него концентрированной азотной и органических кислот. Быстро растворяется в соляной и концентрированной серной кислотах.

Алюминий используется для изготовления дешевой ювелирной галантереи (броши, браслеты, кольца, диадемы и др.) с дешевыми вставками и без них. Изделия из алюминиевых сплавов часто украшают эмалевыми красками, анодируют под золото и в другие цвета.

Ртуть (Hg)— единственный жидкий металл, зеркально-белого цвета, тяжелый. Обладает высокой отражательной способностью.

Плотность 13,52;

температура плавления —38,97 °С.

На воздухе ртуть стойка, но даже при комнатной температуре выделяет ядовитые пары. На ртуть не действуют щелочи, разбавленные соляная и серная кислоты. Легко растворяется в азотной, даже слаборазбавленной, и концентрированной серной кислотах. Ртуть легко вступает в соединения со многими металлами, образуя сплавы (амальгамы). Особенно легко ртуть амальгамирует с золотом, на этом принципе основано отделение самородного золота от пустой породы. Применяют ртуть также при огневом золочении и серебрении.