- Nguyên lý hoạt động: hợp kim đúc nữ trang (nguyên liệu) được nấu chảy bằng dòng điện cảm ứng trong khoang nấu của máy đúc có khí trơ (helium, argon) ngăn cản quá
2.4.2. Hợp kim hoặc sản phẩm trang sức có màu xám tối trên bề mặt
Nguyên nhân của hiện tượng này thường xuất hiện ở những loại hợp kim chỉ có các thành phần Au-Ag-Cu. Trong trường hợp này Cu dễ dàng bị oxy hoá thành oxit đồng và tạo thành một lớp có màu xám đen bám trên mặt của hợp kim hoặc sản phẩm trang sức, lớp này xuất hiện trong quá trình làm nguội khuôn đúc.
Ngoài ra, việc xuất hiện của các bao thể oxit đồng còn có thể gây ra do việc tái nấu chảy vật liệu thừa bẩn, do sử dụng đồng có chứa oxy để hợp kim hoặc do nấu chảy và đúc trong môi trường chứa oxy. Loại oxit này, về phần mình cũng có thể gây ra hiện tượng xốp rỗng do khí gas.
Để giải quyết hiện tượng này có thể cho thêm kẽm hoặc silic từ đó có thể tránh hoặc ít ra là làm giảm sự xuất hiện của lớp oxit đồng mầu đen trên bề mặt. Hoặc cũng có
thể dễ dàng giảm loại oxit đồng này bằng cách nấu chảy trong môi trường khử hoặc nấu chảy trong nồi graphit trong môi trường trung hòa hoặc khử.
Kẽm
Khi lượng kẽm được cho thêm vào hợp kim vàng mầu vàng sẽ không làm thay đổi vi cấu trúc của hợp kim. Giới hạn về lượng kẽm bao nhiêu có thể chịu được phụ thuộc vào tuổi (độ tinh khiết) và tỷ lệ Ag/Cu. Vàng có thể hòa tan đến khoảng 3% (tính theo khối lượng) mà không làm thay đổi đáng kể gì về vi cấu trúc. Trong hợp kim vàng 14K và 18K thì lượng kẽm cho thêm có thể cao hơn do kẽm có thể hòa tan tốt hơn trong bạc và đồng. Tuy nhiên, thường người ta chỉ cho thêm một lượng nhỏ kẽm (khoảng 2%) đối với hợp kim vàng mầu vàng tuổi 14K và 18K.
Tác dụng của việc cho thêm kẽm trong hợp kim vàng mầu vàng tuổi 14 và 18K là:
- Giảm nhiệt độ hóa lỏng và hóa cứng:
Ảnh hưởng của kẽm thể hiện trên các hình 2.38 và 2.39, trong đó bạc được thay bởi kẽm, còn vàng và đồng thì giữ nguyên. Việc thay thế đồng bằng kẽm có thể dẫn đến tác dụng hơi khác đi; đương nhiên nó sẽ tẩy trắng màu của hợp kim.
Hình 2.38. Ảnh hưởng của kẽm đến khoảng hóa cứng của hợp kim vàng 14K
(hàm lượng Cu là 115‰)
Hình 2.39. Ảnh hưởng của kẽm đến khoảng hóa cứng của hợp kim vàng mầu
vàng 18K (hàm lượng Cu là 90‰)
- Tăng khả năng lấp kín khuôn đúc:
Ảnh hưởng của việc cho thêm kẽm đến 2% đối với khả năng lấp kín của hợp kim vàng mầu vàng 14K và 18K thể hiện trên hình 2.40. Tất cả các phép thử đều được tiến hành với mạng lưới thử trong điều kiện không thay đổi. Tác dụng có lợi là rõ rệt.
Hàm lượng kẽm (‰) Hàm lượng kẽm (‰) Nhiệt độ (oC) Nhiệt độ (oC)
Hình 2.40. Ảnh hưởng của kẽm lên khả năng lấp kín khuôn đúc
- Giảm độ thô ráp của bề mặt:
Bề mặt của các sản phẩm đúc sẽ nhẵn hơn nhiều nếu hợp kim chứa đến 2% kẽm. Tác dụng này thể hiện rõ hơn ở những chi tiết nặng và dầy. Có thể làm giảm độ thô ráp đến khoảng 1/3.
Cả việc tăng khả năng lấp kín khuôn lẫn việc giảm độ thô ráp đều có thể liên quan với tác dụng của kẽm đến việc giảm sức căng giữa hai bề mặt, mà việc này lại làm làm tăng khả năng làm ướt khuôn đúc của chất nóng chảy và giảm lực mao dẫn. Như vậy, chất nóng chảy có thể dễ dàng lấp kín các lỗ nhỏ và tái tạo các chi tiết với bề mặt bóng nhẵn.
- Giảm phản ứng với buồng đúc và độ xốp do khí gas:
Thêm một lượng kẽm nhỏ có khả năng làm giảm phản ứng của chất nóng chảy với buồng đúc, và bằng cách này làm giảm tạo độ xốp do khí gas. Có thể là việc hình thành một lớp oxit kẽm dầy trên bề mặt của dung thể đang hóa cứng đã ngăn cản phản ứng của chất nóng chảy với buồng đúc.
Phép thử về lực căng đối với các sản phẩm đúc đã cho thấy thêm một lượng kẽm nhỏ sẽ cải thiện độ uốn dẻo nhờ làm giảm độ xốp. Ngoài ra sức căng cũng tăng lên, chứng tỏ tác dụng này thực sự có liên quan với tính nguyên vẹn về mặt vật lý của các mẫu thử.
Tuy nhiên, cần phải thừa nhận là cho thêm một lượng kẽm vượt quá giới hạn đã khuyến nghị (khoảng 2-3%) có thể cho tác dụng ngược lại, tức là làm tăng phản ứng với buồng đúc và, vì vậy, làm tăng độ xốp do khí gas.
- Làm tăng độ sáng của bề mặt ở trạng thái mới đúc ra
Kẽm có ái lực rất mạnh với oxy. Vào công đoạn làm nguội của quá trình đúc, một lớp mỏng và tương đối đậm đặc của oxit kẽm gần như không mầu sẽ hình thành trên bề mặt, ngăn không cho hình thành lớp oxit đồng dầy mầu đen (hình 2.41). Các sản phẩm sẽ có mầu vàng sáng. Ngâm sản phẩm vào dấm sẽ dễ dàng loại bỏ lớp oxit kẽm này mà không làm mất mầu của bề mặt sản phẩm.
Hàm lượng kẽm (‰) Khả năng lấp kín khuôn (%)
Hình 2.41. Ảnh hưởng của kẽm đến quá trình oxi hóa bề mặt (vàng 14K)
Kẽm có áp suất hơi cao, nóng chảy ở 907oC trong không khí. Vì vậy việc cho kẽm tinh khiết vào chất nóng chảy là không dễ dàng. Một lượng lớn kẽm sẽ bốc hơi trong không khí (tạo thành khói oxit kẽm mầu trắng). Có thể giảm hiện tượng này bằng cách bọc kẽm trong lá đồng và nhúng rất nhanh vào chất nóng chảy. Cách tốt hơn là dùng đồng thau như là một hợp kim đúc. Một khi đã tạo hợp kim với đồng thì áp suất hơi của kẽm sẽ giảm đi rõ rệt. Nên dùng loại đồng thau có hàm lượng đồng từ 70% trở lên (Lưu ý: đồng thau với hàm lượng đồng 60% và ít hơn thường chứa chì như là một nguyên tố hợp kim và một vài tạp chất khác nữa. Vàng mà nhiễm chì là điều cần tránh). Một khi kẽm đã hợp kim trong hợp kim vàng mầu vàng rồi thì hợp kim sẽ bền vững. Có thể tránh được việc thất thoát đáng kể do hiện tượng bốc hơi nếu không cho kẽm vượt quá ngưỡng khoảng 2%. Cũng có thể dùng môi trường chân không vừa phải để đúc.
Tuy nhiên, việc cho nóng chảy trong không khí sẽ dẫn đến sự hình thành oxit kẽm và, do đó, sẽ làm giảm lượng kẽm trong hợp kim. Những khuyết tật chủ yếu ở đây chính là các bao thể của oxit kẽm trong hợp kim.
Hàm lượng kẽm cho thêm cao hơn (vượt quá mức khuyến nghị ở trên) sẽ làm tăng phản ứng của chất nóng chảy với buồng đúc. Kết quả là sẽ tạo ra bề mặt rất xấu và độ xốp do khí gas tăng lên.
Silic
Silic là nguyên tố nằm trên ranh giới giữa tác dụng hữu ích và ảnh hưởng bất lợi. Một số ưu điểm của silic là: silic làm tăng độ linh động của chất nóng chảy và khả năng lấp kín các chi tiết. Tác dụng này của silic rõ rệt hơn so với kẽm. Trong hợp kim vàng mầu vàng thì silic sẽ tạo nên bề mặt mầu vàng tinh khiết không có các vảy oxit đồng mầu đen. Bản chất của hiện tượng này cũng giống như là đối với kẽm. Thay vì tạo nên lớp oxit đồng thì có một lớp oxit silic mỏng, không mầu và đậm đặc được hình thành.
Ái lực mạnh của silic với oxi làm cho nó trở thành một chất khử oxi hóa mạnh. Tuy thế, ứng dụng này lại không phải là cơ bản trong các hợp kim vàng mầu vàng.
Cho thêm silic sẽ có một số bất lợi sau:
- Làm giòn hóa
Nguyên nhân của bất lợi này bắt nguồn từ khả năng hòa tan hạn chế của nó, đặc biệt là trong những hợp kim vàng cao tuổi.
Độ hòa tan của silic phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng của đồng trong hợp kim, vì nó không hòa tan trong vàng và bạc và tạo thành chất eutecti do nóng chảy (Au-Si 363oC, Ag-Si 835oC). Silic có thể hòa tan trong đồng đến 5%.
Nếu độ hòa tan của silic mà vượt quá thì chất eutecti do nóng chảy ở nhiệt độ thấp sẽ hình thành trong hợp kim, gây nên hiện tượng hóa giòn và nứt vỡ. Những hợp kim đáng ngại nhất trong trường hợp này là loại giầu bạc cao tuổi.
Đối với hợp kim vàng 18K với thành phần vàng 75% - bạc 4,5 % - đồng 18% - kẽm 2,5 % thì hàm lượng Si tối ưu là 0,05%. Nếu cao hơn thì sẽ gây ra hiện tượng hóa giòn. Hợp kim vàng 14K có thể chấp nhận mức xấp xỉ 0,1% và hợp kim vàng 10K – mức ~0,3%.
Mức hàm lượng Si cho phép cần được xác định đối với mỗi thành phần nhất định của hợp kim vàng. Nó sẽ giảm cùng với sự tăng lên của hàm lượng Au+Ag và không được sử dụng trong hợp kim vàng cao tuổi (21/22K).
- Làm cấu trúc hạt thô hơn
Bất lợi khác của silic là hiệu ứng gây cấu trúc hạt thô của hợp kim vàng. Ngay với hàm lượng rất thấp nó cũng tạo nên hạt rất thô. Hậu quả là xu hướng nứt vỡ giữa các hạt. Các bao thể oxit silic cũng tạo thành trong quá trình đúc, nhất là khi cho tái nấu chảy những vật liệu bẩn như các mảnh đầu thừa đuôi thẹo.