Ảnh hưởng của thành phần đến tổ chức và tính chất của hợp kim trung gian hệ vàng hồng

Bài báo này giới thiệu ảnh hưởng của thành phần đến tính chất của hợp kim trung gian hệ vàng hồng.

Influence of composition on microstructure and properties of intermediate alloys for rose gold jewelry

Lê Thị Chiều, Đinh Phạm Thái Viện Công nghệ trang sức và đá quý

Ngày nhận bài: 18/8/2014, Ngày duyệt đăng: 24/9/2014

TÓM TẮT

Bài báo này giới thiệu ảnh hưởng của thành phần đến tính chất của hợp kim trung gian hệ vàng hồng. Kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng bạc đến khoảng 25%, độ cứng và độ sáng hồng của hợp kim tăng lên rõ rệt. Hợp kim trung gian có thành phần 76% Cu, 24% Ag được xem là tốt nhất dùng để chế tác vàng hồng trang sức. Từ khóa: hợp kim trung gian, trang sức vàng hồng.

ABSTRACT

In this paper, the influence of composition on properties of intermediate alloys for rose gold is presented. The results show that when the silver content increased to about 25%, the hardness of the alloy increased significant- ly. The intermediate alloy of composition 76% Cu and 24% Ag is considered the best one to manipulate rose gold jewelry. Keywords: intermediate alloy, rose gold jewelry. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Vàng hồng, còn gọi là vàng đỏ, là hợp kim của vàng và đồng được dùng khá phổ biến trong trang sức [1, 2, 3, 4]. Trong trường hợp vàng hồng có hàm lượng đồng thấp thì sẽ có màu hồng nhạt. Đó là loại vàng hồng 22K chứa 8% Cu. Trong trường hợp vàng hồng có hàm lượng đồng cao thì màu của loại vàng này có màu thiên về màu đỏ, vì vậy còn được gọi là vàng đỏ. Thông thường vàng đỏ là hợp kim 50% Au, 50% Cu (vàng 12K) hoặc loại vàng đỏ 14K chứa 41,76% Cu. Vàng hồng thường được biết đến là loại 18K chứa 75% Au, 25% Cu. Nhưng hiện nay loại vàng hồng 18K điển hình nhất, được ưa chuộng, là loại có pha thêm 6% Ag với thành phần 75% Au, 19% Cu, 6% Ag [3]. Để chế tạo loại vàng hồng 75% Au, 19% Cu, 6% Ag cần hợp kim trung gian (HKTG) có thành phần: 76% Cu, 24% Ag. Vấn đề được đặt ra là cần nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần đến tính chất của HKTG hệ vàng hồng này để hiểu rõ vì sao loại có thành phần 76% Cu, 24% Ag lại được ưa dùng. Giản đồ trạng thái của hệ Cu - Ag và giản đồ màu của hệ Au - Cu - Ag (hình 1 và 2) [3, 4] sẽ là cơ sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của thành phần đến tính chất của hợp kim trung gian hệ vàng hồng. 2. THỰC NGHIỆM Như đã nêu ở trên, HKTG cần thiết nghiên cứu là hệ 2 cấu tử Cu - Ag. Đã chế tạo một số HKTG hệ này với các thành phần Cu và Ag khác nhau. Từ đó, nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần chúng đến tổ chức tế vi và tính chất (màu sắc và độ cứng). Nguyên liệu dùng để nấu luyện hợp kim trung gian là các kim loại Cu, Ag: Đồng sạch điện phân 99,9% Cu (đồng kéo dây điện tương đương mác M1 Liên xô) Bạc hạt tinh khiết 99,95% Ag Thiết bị nấu luyện là lò điện cảm ứng trung tần DD-15II, công suất 15 KVA, tần số 30 - 80 kHz (phụ thuộc vật liệu nấu chảy) với nồi nấu bằng graphit. Quá trình chế tạo được thực hiện như sau. Nấu các HKTG có thành phần khác nhau theo tính toán phối liệu Cu và Ag, thực hiện ở nhiệt độ 1100^oC, cao hơn nhiệt độ chảy của HKTG Cu - Ag khoảng (50÷150)^oC, phụ thuộc vào hàm lượng Ag khoảng (7÷24)% (hình 1). [caption id="attachment_2390" align="aligncenter" width="350"]

Hình 1. Giản đồ trạng thái hệ Cu- Ag[/caption] [caption id="attachment_2389" align="aligncenter" width="350"]

Hình 2. Giản đồ màu của hợp kim Au–Ag –Cu[/caption] Các HKTG Cu - Ag được chụp ảnh kim tương, khảo sát màu sắc và đo độ cứng để đánh giá ảnh hưởng của thành phần đến tổ chức và tính chất của chúng. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thành phần HKTG Các mẫu HKTG thu được có thành phần được nêu ở bảng 1. Bảng 1. Thành phần các mẫu HKTG

Mẫu TN	Lượng Cu, (g)	Lượng Ag, (g)	Thành phần HKTG, (%)
a	14,85	4,73	75,83 Cu; 24,17 Ag
b	15,67	3,91	79,99 Cu; 20,01 Ag
c	19,64	2,56	88,45 Cu; 11,55 Ag
d	20,31	1,55	92,91 Cu; 7,09 Ag

Từ bảng 1, nhận thấy rằng, đã thu được các HKTG có thành phần Ag khác nhau (khoảng từ 7 đến 24%). Mẫu HKTG (mẫu a) có 24,17% Ag xem như trùng khớp với thành phần của HKTG đã chọn lựa (76% Cu; 24% Ag). 3.2. Ảnh hưởng của thành phần đến màu sắc của HKTG Kết quả chụp ảnh các mẫu HKTG Cu - Ag được trình bày ở hình 3. [caption id="attachment_2388" align="aligncenter" width="400"]

Hình 3. ảnh chụp các mẫu HKTG[/caption] Từ hình 3, nhận thấy rằng, khi hàm lượng bạc thấp 7,09% Ag (hình 3d) và 11,55% Ag (hình 3c) HKTG có màu đỏ hồng, chịu ảnh hưởng nhiều màu sắc của đồng. Khi tăng hàm lượng bạc lên tới khoảng (20÷24)% Ag (hình 3a, b) HKTG có màu hồng nhạt sáng. Với màu sắc hồng nhạt sáng như vậy pha vào vàng sẽ thu được vàng hồng hợp với thị hiếu hiện nay của khách hàng. Đó là lý do vì sao đã chọn thành phần HKTG vàng hồng chứa 24% Ag. 3.3. Ảnh hưởng của thành phần đến tổ chức tế vi của HKTG Ảnh tổ chức tế vi của các mẫu HKTG thu được trình bày ở hình 4. [caption id="attachment_2387" align="aligncenter" width="640"]

Hình 4. Tổ chức tế vi của các mẫu HKTG hệ vàng hồng[/caption] Từ hình 4 nhận thấy rằng, các mẫu HKTG đều có tổ chức trước cùng tinh, đúng như giản đồ trạng thái Cu - Ag (hình 1). Trong đó pha α (dung dịch rắn của Ag trong Cu) có màu thẫm tiết ra trước, còn hỗn hợp cùng tinh (α + β) có màu sáng với β là dung dịch rắn của Cu trong Ag. Khi giảm hàm lượng bạc, hỗn hợp cùng tinh (α + β) càng ít dần, đến mức chúng chỉ nằm ở biên giới hạt α. 3.4. Ảnh hưởng của thành phần đến cơ tính của HKTG Kết quả đo độ cứng của các mẫu HKTG được nêu ở bảng 2 và hình 5. [caption id="attachment_2386" align="aligncenter" width="350"]

Hình 5. ảnh hưởng của hàm lượng bạc
đến độ cứng của HKTG hệ vàng hồng[/caption] Từ kết quả nêu trên nhận thấy rằng khi hàm lượng bạc tăng, độ cứng của HKTG tăng mạnh. Có thể giải thích điều đó như sau: Bảng 2. Độ cứng của các mẫu HKTG hệ vàng hồng

Mẫu	Độ cứng HV
a	151
	162
	152
	TB 155
b	146
	159
	156
	TB 153
c	112
	83,4
	114
	TB 103
d	102
	98,8
	TB 101

Đồng và bạc là hai nguyên tố đều có cấu tạo mạng là lập phương tâm mặt. Tuy nhiên đường kính nguyên tử của hai nguyên tố khá chênh lệch: đường kính nguyên tử của đồng là 0,36 nm; còn đường kính nguyên tử của bạc là 0,4 nm. Khi bạc hòa tan vào đồng, các nguyên tử của bạc thay thế các nguyên tử đồng trong ô mạng của đồng (theo kiểu dung dịch rắn thay thế). Sự sai lệch kích thước của hai loại nguyên tử làm xô lệch mạng tinh thể, cản trở sự chuyển động của lệch làm giảm dẻo và tăng độ cứng cho hợp kim. Đồng và bạc tan vào nhau rất ít. Giản đồ trạng thái cho thấy các dung dịch rắn α và β tạo cùng tinh ở 40% (nguyên tử) Ag. Cùng tinh bạc có tổ chức hạt nhỏ nằm xen kẽ giữa các nhánh cây α hoặc nằm trên biên giới hạt α, là tổ chức có độ cứng cao. Khi hàm lượng bạc tăng, lượng cùng tinh tăng dẫn đến tăng độ cứng của HKTG. Tuy nhiên, cùng tinh cũng là tổ chức có tính giòn nên cần lựa chọn hàm lượng bạc để HKTG không trở nên quá giòn, ảnh hưởng đến chất lượng của vàng trang sức sau này. 4. KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu đã rút ra các kết luận sau: Đã chọn được HKTG hệ vàng hồng có thành phần 76% Cu, 24% Ag. Đây là loại HKTG vàng hồng được ưa chuộng, khác biệt với loại HKTG vàng đỏ không chứa Ag hoặc ít Ag. Đã chế tạo các mẫu HKTG hệ vàng hồng có hàm lượng Ag thay đổi từ 7 đến 24% Ag để nghiên cứu các tính chất của nó. Đã xác định được ảnh hưởng của thành phần HKTG hệ vàng hồng đến màu sắc. Từ đó biết được loại HKTG màu hồng nhạt ưa chuộng chứa hàm lượng Ag khoảng (20÷24)% Ag. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần HKTG hệ vàng hồng đến cấu trúc tế vi, nhận thấy rằng chúng có cấu trúc cùng tinh, đúng như bản chất của hệ hợp kim cùng tinh Cu - Ag, đồng thời nhận thấy bạc có ảnh hưởng rõ đến tổ chức tế vi. Thành phần HKTG hệ vàng hồng ảnh hưởng đến độ cứng của chúng. Khi tăng hàm lượng Ag độ cứng tăng lên. Như vậy, bạc vừa tạo được màu hồng nhạt sáng vừa tăng độ cứng của HKTG hệ vàng hồng, thuận lợi cho việc chế tác vàng trang sức. TÀI LIỆU TRÍCH DẪN

M. Fargeon, Technologie des métaux précieux, Masson - Paris - Milan - Barcelone - Born, 1992
A. E. Torma and I. H. Gundiler, Precious and rare metal technologies, Elservier - Amsterdam - Oxford - New York - Tokyo , 1989
“Gold In Purple Color, Blue Color And Even Black Gold”, Retrieved 2007-11-21
Ivonne Suarez - Deton, Gold Alloys, Physical Geology, 2009
Đinh Phạm Thái, Luyện kim loại quý hiếm, NXB Bách khoa, Hà nội, 2006