Theo tính toán của các chuyên gia Hội đồng vàng thế giới, Hội Mỹ nghệ Kim hoàn và đá quý Việt Nam thì lượng vàng được đưa vào sản xuất hàng trang sức các loại trong khoảng từ 20-25 tấn/n
Trang 1TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU - KIỂM ĐỊNH
ĐÁ QUÝ VÀ VÀNG
-
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀNG 14K, 18K (VÀNG TRẮNG, VÀNG ĐỎ) PHỤC VỤ NGÀNH CÔNG NGHIỆP TRANG SỨC VIỆT NAM
8254
Hà Nội, tháng 11 năm 2010
Trang 2TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU – KIỂM ĐỊNH
ĐÁ QUÝ VÀVÀNG
BÁO CÁO ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀNG 14K, 18K ( VÀNG TRẮNG, VÀNG ĐỎ) PHỤC VỤ NGÀNH CÔNG NGHIỆP TRANG SỨC VIỆT NAM
ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ THỰC HIỆN NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN
Trung tâm Nghiên cứu – Kiểm định 1 TS Phạm Văn Long Chủ nhiệm
Đá quý và Vàng 2 KS Phạm Thị Hải Yến
3 KS Phạm Đức Anh
TS Phạm Văn Long
Hà Nội, 2010
Trang 31.2.2 Hệ thống kara (K) đối với vàng trang sức 10 1.2.3 Các hợp kim vàng dùng trong trang sức 12
1.2.4 Ảnh hưởng của các tạp chất đến tính chất của các hợp kim
Chương 2 NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀNG 14K VÀ 18K
2.1 Tính chất các hợp kim vàng kara dùng trong trang sức 15
2.1.2 Tính chất của các hợp kim vàng kara 16
2.2 Tính chất các hợp kim vàng trang sức 14K, 18K 19 2.2.1 Tính chất các hợp kim vàng trang sức màu vàng (màu đỏ)
Trang 42.3.2 Phương pháp nấu hợp kim vàng trang sức bằng lò cảm ứng 32
2.4 Một số lỗi thường gặp và biện pháp khắc phục 41 2.4.1 Hợp kim có độ xốp lớp ảnh hưởng đến độ bóng của sản
Trang 5MỞ ĐẦU
Với sự phát triển ngày càng nhanh của nền kinh tế, thu nhập đầu người ngày càng cao thì nhu cầu sử dụng trang sức của người dân Việt Nam ngày càng tăng lên Tính trung bình mỗi năm Việt Nam nhập khẩu khoảng 50-70 tấn vàng, cùng với lượng vàng khai thác được trong nước và lượng vàng dự trữ trong dân thì lượng vàng tham gia giao dịch, chuyển đổi trên thị trường lên đến hơn 100 tấn mỗi năm Theo tính toán của các chuyên gia Hội đồng vàng thế giới, Hội Mỹ nghệ Kim hoàn và đá quý Việt Nam thì lượng vàng được đưa vào sản xuất hàng trang sức các loại trong khoảng từ 20-25 tấn/năm
Ở nhiều quốc gia trên thế giới có ngành công nghiệp trang sức phát triển, việc sản xuất hàng trang sức phải tuân theo những quy trình nhất định để đảm bảo chất lượng của sản phẩm làm ra Tại Italia ngoài nhu cầu sản xuất hàng trang sức trong nước thì vàng Italia (18K) được ưa chuộng khắp thế giới về độ bền, độ bóng, độ bền màu cao, giá bán của các loại vàng này thường cao xấp xỉ với vàng 9999
Tại Việt Nam, các doanh nghiệp, các Công ty tư nhân hoạt động kinh doanh trong lĩnh vực hàng trang sức thường tự tổ chức các xưởng chế tác hàng trang sức với quy mô nhỏ và theo công nghệ cổ điển (thủ công) Kết quả là các sản phẩm làm ra thường có chất lượng thấp (tuổi vàng không ổn định và không đồng đều trên một sản phẩm, độ bóng kém, độ xốp lớn và thường bị mất màu theo thời gian,…) Bên cạnh đó, một số tư nhân, Công ty còn cố tình hạ thấp tuổi vàng, từ đó làm tổn hại đến lợi ích của khách hàng sử dụng
Xuất phát từ những nhu cầu thực tế nêu trên, Trung tâm Nghiên cứu Kiểm định Đá quý và Vàng đã đề xuất Đề tài nghiên cứu khoa học ”Nghiên cứu sản xuất vàng 14K, 18K (vàng trắng, vàng đỏ) phục vụ ngành công nghiệp trang sức Việt Nam“ và được Bộ Công Thương đồng ý cho thực hiện trong năm 2010 tại Quyết định số 6228/QĐ-BCT, ngày 10 tháng 12 năm 2009 Với mục đích xây dựng được một quy trình có tính thống nhất, làm
cơ sở áp dụng cho các doanh nghiệp sản xuất, kinh doanh hàng trang sức và tiến tới xây dựng được một bộ TCVN cho lĩnh vực này trong tương lai
Trong quá trình thực hiện đề tài, các tác giả luôn nhận được sự hỗ trợ của Lãnh đạo Công ty CP Đá quý và Vàng Hà Nội, lãnh đạo Vụ Khoa học Công nghệ (Bộ Công Thương), sự hợp tác có hiệu quả của các đơn vị liên quan gồm Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội, Viện Vật lý (Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia), Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên, Công ty CP Mỹ nghệ vàng bạc đá quý Hà Nội, Tập đoàn Vàng bạc đá quý DOJI, và nhiều tập thể, cá nhân các nhà khoa học trong ngành Nhân dịp này các tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành của mình
Trang 6Vàng tinh khiết mềm, độ cứng đạt 2,5, chịu mài mòn kém Để làm trang sức, thường vàng phải được kết hợp với Ag hay Cu
Hàm lượng vàng trong vỏ Trái đất = 4,7.10-7%, trong nước biển = 5.10-7%
Vàng có hoạt tính hoá học kém, có tính ỳ, tính trơ cao Vàng không bị oxy hoá trong không khí Để lâu trong không khí thì trên bề mặt của vàng chỉ có một lớp rất mỏng oxy hấp thụ, không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của vàng Vàng không hoà tan trong môi trường kiềm, axit (vô cơ và hữu cơ) Tuy vậy, vàng có thể hoà tan trong hỗn hợp axit clohydric và axit nitric, axit sulfuric và axit nitric Vàng cũng hoà tan trong dung dịch xyanua (K, Ca) khi có oxy hay các chất oxy hoá Người ta thường trích ly chế tác vàng từ quặng theo phương pháp xyanua
1.1.2 Hợp kim vàng
Hợp kim vàng-bạc
Vàng và bạc là hai kim loại có cùng cấu trúc tinh thể, có nhiều tính chất lí-hoá giống nhau, do đó dễ hoà hợp với nhau thành hợp kim vàng-bạc Màu sắc của hợp kim vàng-bạc phụ thuộc vào tỷ lệ bạc, càng nhiều bạc thì màu của hợp kim càng nhạt, từ vàng nhạt đến trắng Đặc điểm của hợp kim vàng-bạc là độ bền cao nhưng vẫn dễ gia công chế biến làm
đồ trang sức
Trang 7Hợp kim vàng-thuỷ ngân
Hợp kim vàng-thuỷ ngân được dùng để luyện vàng bằng phương pháp hỗn hống thuỷ ngân với ba hợp chất AuHg2, Au2Hg, Au3Hg
Ngoài ra vàng còn có thể chế tạo được với với các kim loại khác như kẽm, antimon, telua.v.v…, được sử dụng trong ngành luyện kim
Trong ngành trang sức ngoài vàng tinh khiết (99,99%), người ta còn dùng hợp kim vàng với bạc, đồng, bạch kim làm cho vàng trang sức có nhiều màu sắc khác nhau và độ cứng cao, phù hợp với thị hiếu của khách hàng
Vàng đỏ là vàng có pha thêm đồng, vàng hồng là có pha thêm đồng và bạc, vàng xanh lục là vàng có chứa 25% bạc Vàng trắng là vàng có chứa các kim loại bạc, nickel, đồng, paladin
Tiền vàng
Những đồng tiền vàng đầu tiên đã xuất hiện khoảng trên 2.500 năm trước đây Lybia
là nước đầu tiên đúc tiền vàng Đây là 1 quốc gia ở phía tây Tiểu Á Tiền vàng có khắc hình con cáo đang chạy - biểu tượng vị thần Basarea của xứ Lydia Sau đó nước Ba Tư, rồi Pháp cũng đúc tiền vàng Nước Nga ngay từ đầu thế kỷ 17 đã đúc tiền vàng mệnh giá
5 và 10 copech, sau đó Nữ hoàng E.Petrona cho đúc tiền vàng 10 rup
Vàng trong ngành điện tử
Trang 8Ngành điện tử rất cần kim loại vàng Nếu như trong những năm 70 của thế kỷ XX hàng năm cần 90 tấn vàng trong các ngành điện tử kỹ thuật, thì những năm 90 nhu cầu hàng năm tăng lên 200 tấn vàng Trong ngành hàng không, đặc biệt là trong công cuộc chinh phục vũ trụ, vàng được sử dụng trong sản xuất vệ tinh nhân tạo Con tàu vũ trụ của
Mỹ Columbia đã ngốn gần 41 kg vàng Càng ngày các phòng thí nghiệm, các ngành kỹ thuật càng cần dùng nhiều vàng
Huân huy chương vàng
Trong thi đua khen thưởng, trong các cuộc thi tài chiếm lĩnh các kỷ lục quốc gia và quốc tế về thể dục thể thao.v.v… người ta cũng sử dụng vàng để đúc các huân huy chương
Vàng trong y học
Từ thượng cổ người ta đã dùng vàng làm răng giả Tại Ai Cập người ta tìm thấy một xác ướp trong miệng có 3 chiếc răng được gia cố bằng sợi dây vàng Tuổi của chúng được xác định là hơn 4.500 năm Nghề làm răng vàng đã tồn tại và từng phát triển ở các thế kỷ trước Năm 1997 bình quân đầu người trên thế giới dùng 0,013 g vàng trong ngành Y, chủ yếu là Nha khoa Nhưng tỷ lệ này ngày càng giảm vì người ta đã tìm được vật liệu khác thay thế vàng trong Nha khoa
Thần tượng vàng
Ngay từ thời xa xưa khi tìm ra vàng, người ta đã tôn sùng vàng Xác ướp của vị Faraon trẻ tuổi ở Ai Cập – Ngài Tutamkhamen đã được yên nghỉ trong chiếc quan tài bằng vàng nặng 110 kg Ở Xứ Assyria, Nữ hoàng Semiramit đã cho đúc những bức tượng vàng nguyên chất Bức tượng nữ thần Rea nặng tới 250 tấn vàng
Hiện tại xứ sở Myanmar, một quốc gia nhiều vàng bạc châu báu đã có rất nhiều chùa chiền được đắp bằng vàng trong đó chùa vàng ở Rangun là nổi tiếng nhất Bangkok, thủ
đô của Thái Lan, có bức tượng Phật bằng vàng nguyên chất nặng đến 5,5 tấn
Vàng là của cải dự trữ
Hiện tại hầu hết các ngân hàng trung ương khắp thế giới đều có dự trữ vàng, đặc biệt
là ở Mỹ, Đức, Thuỵ Sĩ, Pháp, Italia, Nhật, Anh, Ấn Độ, Trung Quốc, Nga v.v…
Mỹ là nước có số vàng dự trữ trong kho rất lớn, tới hàng nghìn tấn Ngoài ra Mỹ còn nhận lưu giữ vàng cho nhiều quốc gia khác để bảo đảm cho đồng tiền lưu hành có giá trị
1.2 CÁC HỢP KIM VÀNG DÙNG TRONG TRANG SỨC
Vàng tinh khiết (24 kara) có mầu vàng sẫm (mầu vàng sắc da cam), mềm và dễ dát mỏng Các hợp kim của vàng có hàm lượng vàng dao động từ 8 đến 22 kara (33,3 –
Trang 9nhạt, vàng, vàng sẫm, hồng và đỏ Ngoài ra còn có vàng trắng hoặc vàng có màu lạ như
“vàng mầu tía” Tất cả các loại vàng trên đều có các tính chất cơ lý khác nhau như độ bền,
độ cứng và khả năng kéo dát, một số hợp kim vàng còn có thể tôi nhiệt (xử lý nhiệt) để tăng tối đa sức bền và độ cứng
Vậy mầu của vàng thay đổi như thế nào và vì sao các hợp kim khác nhau của vàng (hợp kim là hỗn hợp của 2 hoặc 3 kim loại tinh khiết) lại có các tính chất cơ lý và các tính chất khác không giống nhau?
1.2.1 Độ tinh khiết của vàng (tuổi vàng)
Vàng tinh khiết được sử dụng trong đầu tư nhiều hơn là trong trang sức do nó rất
dễ bị trầy xước Chính vì vậy nó thường được trộn lẫn, hay còn gọi là hợp kim hóa, với các kim loại khác Bằng cách này không chỉ độ cứng của vàng tăng lên mà mầu sắc của
nó cũng thay đổi; mầu trắng của vàng có thể tạo ra bằng cách cho nó hợp kim với bạc, nickel hoặc paladi, trong khi mầu đỏ chủ yếu là do đồng Để làm cho hợp kim cứng hơn
ta có thể thêm nickel hoặc một lượng nhỏ titan
Hợp kim được sử dụng nhiều nhất ở châu Âu trong trang sức là vàng 18 và 14K, mặc dù vàng 9K cũng được ưa chuộng ở Anh Riêng Bồ Đào Nha lại có một hợp kim vàng tuổi 19,2K Còn ở Mỹ thì vàng 14K là phổ biến nhất, tiếp đó mới là vàng 10K Ỏ Trung Đông, Ấn Độ và Đông Nam Á thì truyền thống sử dụng là vàng 22K (đôi khi thậm chí là 23K) Ỏ Trung Quốc, Hồng Kông và một số khu vực thuộc châu Á khác thì đồ trang sức vàng tinh khiết tuổi 990 (gần như là 24K) là phổ biến hơn cả
Ở nhiều nước luật pháp quy định là mỗi sản phẩm trang sức vàng đều phải được đóng nhãn tuổi vàng rõ ràng Việc này được quản lý qua hệ thống xác nhận tiêu chuẩn vàng bạc – một hệ thống bắt nguồn từ Phòng Vàng bạc có từ thế kỷ 14 ở Luân Đôn Ngày nay việc đóng nhãn tuổi vàng là yêu cầu bắt buộc trong các nước như Anh, Pháp, Hà Lan,
Ma Rốc, Ai Cập và Bahrain Nhưng ngay cả khi không bắt buộc đóng nhãn tuổi vàng thì nhà sản xuất cũng vẫn thường đóng trên sản phẩm của mình không chi ký hiệu nhận dạng riêng của mình mà còn cả “tuổi” hay độ tinh khiết của vàng
Theo ISO và Tiêu chuẩn của CIBJO, độ tinh khiết là hàm lượng của vàng được tính bằng số phần trong một nghìn đơn vị trọng lượng của hợp kim vàng
Tiêu chuẩn độ tinh khiết (hay tuổi vàng) là hàm lượng tối thiểu của vàng trong hợp kim vàng tính theo số phần trong một nghìn đơn vị trọng lượng của hợp kim vàng
Bảng 1.1 cung cấp số liệu về tuổi và hàm lượng vàng tương ứng theo đơn vị độ tinh khiết của vàng theo chuẩn quốc tế (đơn vị phần nghìn) và đơn vị phầm trăm Tuy vậy đây không phải bao giờ cũng chính xác như một giá trị toán học Chẳng hạn, nếu vàng
Trang 1022K thì về mặt toán học sẽ = 22/24 x 100 = 91,666%, nhưng tiêu chuẩn quốc tế lại lấy là 91,60%
Bảng 1.1 Tiêu chuẩn quốc tế về tuổi vàng theo hàm lượng của vàng
Cara / Kara Độ tinh khiết
1.2.2 Hệ thống kara (K) đối với trang sức vàng
Trang sức vàng thường được mô tả bằng tuổi cara (kara) – là chỉ số hàm lượng vàng trong đó, ví dụ như vàng 18 cara hoặc 18K Hàm lượng của vàng còn có thể mô tả bằng thuật ngữ “độ tinh khiết” (fineness) – là hàm lượng của vàng tính theo đơn vị phần nghìn Ví dụ, vàng 750 là vàng 18K hoặc chứa 75,0% vàng
Vàng tinh khiết là vàng 24 cara (kara), như vậy 24 cara vàng về mặt lý thuyết là 100% vàng Bất kỳ một giá trị cara nào thấp hơn 24 đều là giá trị đo lượng vàng có trong hợp kim vàng trang sức Chẳng hạn, 18 K là 18/24 phần của 100% vàng = 75,0% vàng Theo đơn vị độ tinh khiết thì là vàng 750, tức là có 750 phần là vàng trong 1000 phần
Nhiều nước chỉ cho sử dụng một số tuổi vàng nhất định trong sản xuất trang sức để bán Chẳng hạn ở Anh quốc người ta có thể sản xuất và bán vàng trang sức 9, 14, 18 và 22K, nhưng không có vàng 12K vì vàng 12K không được thừa nhận là tiêu chuẩn theo
Trang 11quy định của pháp luật Ở một vài nước trang sức có tuổi dưới 12K (50% vàng hoặc vàng 500) không được coi là vàng Ngoài yếu tố giá cả thì việc làm trang sức từ vàng thấp tuổi hơn 24K còn có lợi thế khác là có thể tạo ra vàng trang sức có nhiều mầu khác nhau, từ mầu lục, vàng nhạt, vàng, hồng đến đỏ, cũng như vàng trắng, tùy thuộc vào các kim loại được sử dụng làm hợp kim với vàng Vàng càng thấp tuổi thì mầu sắc tạo ra càng phong phú Thêm nữa, những tính chất như độ bền và độ cứng lại được cải thiện đáng kể so với vàng tinh khiết, nhờ đó mà khả năng chống mài mòn và chống xước cũng tăng, ít bị biến dạng hay hỏng hóc
Tuổi của vàng trang sức theo quy định của luật pháp cũng thay đổi từ nước này đến nước khác (bảng 1.2) Chẳng hạn như ở Anh các tuổi sau đây được phép sử dụng: 9 (375),
14 (585), 18 (750), 22 (916) và 24 (990 và 999) Nhiều nước luật cho phép sử dụng nhiều tuổi vàng khác nhau, nhưng trên thực tế thì chỉ có một số ít là phổ biến Tuổi vàng phổ biến cũng thay đổi như trong bảng sau:
Bảng 1.2 Tuổi vàng trang sức điển hình
Viễn đông (Trung Quốc, Hồng Kông, Đài Loan) 24 cara “Chuk Kam”
(tối thiểu 99,0%)
Ấn Độ và các nước trong Tiểu lục địa Ấn Độ 22 cara (91,6%)
Trang 121.2.3 Các hợp kim vàng dùng trong trang sức
- Hợp kim vàng - bạc (Au - Ag)
Đối với hệ hai nguyên tố Au – Ag chúng có những đặc điểm sau:
0/000 Ag: Đây là nói tới vàng tinh khiết Nhiệt độ 1.063oC tương ứng với nhiệt độ nóng chảy và đông đặc của vàng tinh khiết
900/000Au (100/000Ag): Tại hợp kim này, khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn tồn tại một khoảng nhiệt độ biến đổi pha Đông đặc ở nhiệt độ 1.058oC và kết thúc ở nhiệt độ 1.048oC Trong khoảng nhiệt độ 1.058 – 1048oC, kim loại tồn tại ở dạng sệt (tương đối giống như quá trình đông đặc nước thành băng trong tủ lạnh) Khoảng nhiệt độ như trên hầu hết các hợp kim đều có
500/000Au (500/000Ag): Lượng hai kim loại như nhau, khoảng nhiệt độ là 1020 –
1000oC ở đây là rộng nhất
0/000Au(1000/000Ag) Bạc tinh khiết, nhiệt độ nóng chảy và đông đặc 960oC
Mầu của hợp kim chuyển từ màu vàng sang trắng khí hàm lượng bạc tăng lên Hợp kim 600/000 – 700/000 Au có màu vàng ánh xanh đẹp Nhưng do các tính chất cơ học kém nên chúng ít được sử dụng trong thực tế, thường phải bổ sung thêm những thành phần hợp kim khác
Hợp kim dưới 523/000Au dễ bị phá huỷ dưới tác động của các loại a xit Hợp kim khi có hàm lượng vàng cao hơn ít bị axit nitric hoà tan Hợp kim với 750/000Au trở lên chỉ có thể hoà tan trong cường thuỷ Giới hạn bền cuối cùng của hợp kim Au – Ag trong các a xit là 377/000Au
- Hợp kim vàng - đồng (Au – Cu)
Hai kim loại kết hợp với nhau tạo thành một loạt dung dịch rắn Đường nóng chảy bắt đầu từ 1.063oC và kết thúc ở 1.083oC Ở thành phần 820/000Au nhiệt độ nóng chảy thấp nhất (889oC ) Ở nhiệt độ 400oC tạo thành các liên kết AuCu và AuCu3 và thay đổi cấu trúc tinh thể
Dưới tác động của các axit mạnh, hợp kim với hàm lượng vàng thấp hơn 650/000Au bị phá huỷ Tất cả các hợp kim Au - Cu hoà tan trong cường thuỷ Một nhược điểm của các hợp kim trên là độ bền trong không khí kém Hợp kim với hàm lượng thấp hơn 508/000 Au bị xám trong không khí do tạo thành các hợp chất sunfua
- Hợp kim vàng - bạc - đồng (Au - Ag - Cu)
Vàng, bạc, đồng có thể có pha với nhau bất kỳ nồng độ nào để tạo thành những hợp kim có mầu sắc khác nhau, với độ cứng, độ bền và độ dẻo khác nhau Đây là những nguyên tố chính mà khi phối hợp với nhau tạo thành những hợp kim cho các đồ trang sức
Trang 13và mỹ nghệ Dưới đây, chúng ta nghiên cứu những tính chất của hai hợp kim đại diện phổ biến nhất trong thực tế sản xuất hàng trang sức ở Việt Nam:
1.2.4 Ảnh hưởng của các tạp chất đến tính chất của các hợp kim vàng
Kẽm (Zn): Khi đúc chỉ cần bổ xung khoảng vài phần % Zn là sẽ làm tăng khả năng
khử ô xy và tăng độ chảy lỏng cuả hợp kim Do thêm Zn mà hợp kim có ánh đỏ trở thành màu vàng Khi cho một phần nhỏ Zn, các hợp kim 333/000 sẽ có khả năng chống S2 và những liên kết sunfua, nhưng khi đó chúng sẽ tăng khả năng kết hợp với amoniac và làm cho mầu bị xám đi
Cadimi (Cd): Au trong trạng thái rắn có thể hoà tan đến 20% Cd, còn Ag thì đến
hơn 30%, vì thế độ hoà tan của Cd trong Cu không còn ý nghĩa Nhờ có Cd mà các hợp kim Au - Ag sẽ có màu xanh đẹp hơn Cd và Zn là những thành phần quan trọng nhất để chế các loại vảy hàn hợp kim kim loại quý
Thiếc (Sn): Các hợp kim 3 nguyên có thể hoà tan đến 4% Sn mà không ảnh hưởng
đến các tính chất của mình Trong các vẩy hàn do có Pb nên Sn kết hợp với nó, gây nên tính giòn cho các hợp kim Nếu hàm lượng Sn cao hơn 4% sẽ tạo thành những lớp ô xít
Sn mà khi đông đặc sẽ tập trung ở các bề mặt tiếp xúc, gây cho hợp kim tính giòn
Trang 14Chì (Pb): Chỉ một vài chục phần của 1% Pb cũng đã đủ để tạo thành những liên
kết giòn dạng Au2Pb, nóng chảy ở nhiệt độ 418oC và phân bổ ở những bề mặt tiếp xúc
Nhôm (Al): Khi cho thêm hàm lượng Al không lớn thì độ dẻo của hợp kim sẽ tăng
lên Nhưng khi hàm lượng nhôm cao thì sẽ tạo thành những liên kết dạng AuAl, là hợp chất có màu tím và giòn, còn có tên gọi là “vàng tím”, khi nấu lại sẽ tạo thành Al2O3 và hợp kim sẽ không còn khả năng gia công
Sắt (Fe): Do nhiệt độ nóng chảy của Fe cao và dễ bị ô xy hoá, những phần tử Fe
hoặc thép khi rơi vào hợp kim sẽ không tan và sẽ là những tạp chất có hại
Nickel (Ni): Ni dễ hoà tan trong Cu nhưng không tan trong Ag Chỉ cần 13,5% Ni
cũng đã đủ chuyển hợp kim sang màu trắng, người ta thường cho Ni vào trong hợp kim 585/000 để có những hợp kim vàng trắng rẻ tiền
Trang 15
đỏ Thêm mầu trắng vào mầu vàng sẽ làm cho mầu vàng nhạt hơn và dần trở thành mầu trắng Nguyên lý trộn mầu này cũng giải thích việc tạo ra các mầu khác nhau của vàng kara Thêm đồng vào vàng sẽ làm cho nó đỏ hơn, và thêm bạc, kẽm hoặc bất kỳ kim loại nào khác sẽ làm cho vàng nhạt hơn Như vậy ta có thể hiểu là vàng kara thấp tuổi (có nhiều thành phần kim loại hợp kim khác) sẽ có dải mầu sắc rộng hơn vàng cao tuổi
Chẳng hạn đối với vàng 22 kara (91,6% vàng) thì, ta chỉ có thể cho thêm tối đa là 8,4% các kim loại hợp kim khác, vì vậy chỉ có thể có mầu vàng đến mầu vàng sắc hồng Với vàng 18 kara (75,0% vàng) và thấp hơn thì ta có thể cho thêm đến 25% hoặc hơn các kim loại hợp kim, vì vậy mầu có thể dao động từ mầu lục, vàng cho đến mầu đỏ, tùy thuộc vào tỷ lệ Cu/(Ag+Zn) Như vậy là ứng với mỗi tuổi vàng nhất định ta vẫn có thể thay đổi mầu sắc của vàng kara bằng cách thay đổi tỷ lệ Cu/(Ag+Zn) như trong bảng bảng 2.1 dưới đây:
Bảng 2.1 Mầu sắc của vàng trang sức
Loại Vàng (% trọng lượng) Bạc (%tl) Đồng (%tl) Mầu sắc
Trang 162.1.2 Tính chất của các hợp kim vàng kara
Các chất tạo hợp kim sẽ ảnh hưởng đến các tính chất vật lý của vàng kara như trong bảng 2.2:
Bảng 2.2 Tính chất vật lý của những hợp kim vàng kara điển hình
Thành phần %
K
Tỷ trọng (g/cm 3 )
Trang 17Ngoài các tính chất vật lý thay đổi, các chất phụ gia tạo hợp kim nói chung còn làm cho độ bền và độ cứng của hợp kim tăng lên, còn tính dễ kéo dát thì có giảm đi đôi chút Nguyên tử bạc có bán kính hơi lớn hơn vàng, vì vậy cho vàng pha với bạc sẽ làm tăng độ bền và độ cứng của hợp kim lên một mức độ nhất định Nguyên tử đồng thì lại nhỏ hơn vàng đáng kể, vì vậy nó ảnh hưởng đến độ bền nhiều hơn so với bạc do nó làm sai lệch ô mạng tinh thể của vàng nhiều hơn Như vậy là nếu ta giảm tuổi vàng từ 24K xuống 22K, rồi 21K và 18K thì hợp kim của vàng sẽ ngày một bền và cứng hơn (bảng 2.3
và 2.4) Từ 18K xuống đến 10, 9, 8 K thì lại không có sự thay đổi đáng kể nào
Bảng 2.3 Tính chất cơ lý của các hợp kim vàng điển hình
Thành phần (% tl) Kara
Độ cứng (HV)
Độ bền kéo căng (N/mm 2 )
Trang 18Bảng 2.5 Tác dụng của tốc độ làm nguội lên vàng 18K sau khi tôi ở 650°C
Tiếp đó, một kiểu xử lý nhiệt đặc biệt (cho già hóa) ở nhiệt độ thấp (thường 3-4h ở
280 -300°C) có thể được sử dụng để làm tăng đáng kể độ cứng của các hợp kim đã được
Trang 19tôi và nhúng nước này Kiểu xử lý này có tên gọi là “cứng hóa do được làm già” Trong vàng đỏ 18K độ cứng có thể được tăng lên đến 2 lần như trong bảng 2.6
Bảng 2.6 Hiệu ứng xử lý nhiệt đối với vàng 18K
Bảng 2.7 Nhiệt độ tôi điển hình của vàng trang sức
2.2 TÍNH CHẤT CÁC HỢP KIM VÀNG TRANG SỨC 14K, 18K
2.2.1 Tính chất các hợp kim vàng trang sức màu vàng (màu đỏ) 14K và 18K
Gọi mầu đỏ là cách gọi truyền thống, trên thực tế các hợp kim này đa phần là có mầu vàng với độ đậm nhạt khác nhau
Để tạo ra vàng đỏ (vàng) tuổi 14K và 18K ta có thể pha các kim loại nguyên chất theo tỷ lệ như trong bảng 2.8
Trang 20Bảng 2.8 Các hợp kim vàng mầu vàng 14K và 18K được sử dụng trong trang sức
K Vàng
(phần nghìn)
Bạc (phần nghìn)
Đồng (phần nghìn)
Kẽm (phần nghìn)
Tỷ trọng,g/cm3
15,6 15,7
Đỏ (5N) Vàng (3N) Hồng (4N) Vàng nhạt (2N) Vàng nhạt (1N)
5N 4N 4N 3N
2N 2N 1N
* Mầu sắc theo phân loại của Tiêu chuẩn ISO 8654
Như có thể thấy từ bảng trên, tất cả các hợp kim vàng đều dựa trên hệ Au-Ag-Cu Với các tỷ lệ khác nhau của những kim loại này ta có thể tạo ra đến 5 loại vàng đỏ 14K và đến 9 loại vàng đỏ 18K Chúng đều có cùng tuổi, tuy vậy các tính chất vật lý (độ cứng, tỷ trọng,…) và đặc tính kỹ thuật (độ kéo dát, nhiệt độ nóng chảy,…) lại khác nhau
Hầu hết hợp kim 14K còn có thêm kẽm (Zn) Khoảng 50% hợp kim vàng 18K cũng có thêm một lượng kẽm nhỏ Những hợp kim vàng cao tuổi thường ít khi có thêm kẽm Ảnh hưởng của việc cho thêm kẽm lên các tính chất của hợp kim vàng sẽ được đề cập ở phần sau
Ngoài những nguyên tố hợp kim “truyền thống” trên thì, gần đây, người ta còn cho thêm một lượng nhỏ các nguyên tố khác nữa với mục đích, chẳng hạn để làm các hạt mịn hơn người ta cho thêm iridi (Ir); để loại trừ hiện tượng oxi hóa người ta cho thêm silic (Si)
và bo (B)
Tỷ trọng của hợp kim vàng mầu vàng 14 và 18K phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ Ag/Cu (với hàm lượng vàng không thay đổi, hình 2.1 và 2.2) Lượng kẽm thêm vào sẽ ảnh hưởng đến tỷ trọng của hợp kim, đặc biệt là đối với hợp kim 14K với Zn thường hay được cho thêm
Trang 21Hình 2.1 Tỷ trọng của hợp kim vàng
14K mầu vàng là hàm số của hàm lượng
bạc
Hình 2.2 Tỷ trọng của hợp kim vàng 18K mầu vàng là hàm số của hàm lượng
bạc
Tỷ trọng của hợp kim vàng 21K (875) nằm trong khoảng 16,7-16,8g/cm3; đối với hợp kim vàng 22K (917) giá trị tỷ trọng nằm trong khoảng 17,8-17,9 g/cm3 Sự dao động trong tỷ số Ag/Cu rất hạn chế và ít ảnh hưởng đến tỷ trọng
Khoảng cứng hóa của hợp kim vàng mầu vàng phụ thuộc vào thành phần của hợp kim hơn là phương thức kết hợp Về nguyên lý ta có thể đọc được điều đó từ giản đồ pha
2 cấu tử Tuy nhiên, với mục đích ứng dụng thực tiễn thì những giản đồ phản ánh khoảng nóng chảy của những hợp kim vàng 14 và 18K quan trọng nhất như là hàm số của hàm lượng Ag là có ý nghĩa hơn cả (hình 2.3 và 2.4)
Đối với hợp kim vàng 18K thì việc tăng hàm lượng bạc chủ yếu ảnh hưởng đến nhiệt độ hóa lỏng (cũng tăng lên) hơn là ảnh hưởng đến nhiệt độ cứng hóa Đối với hợp kim vàng 14K thì nhiệt độ hóa lỏng sẽ tăng ở một mức giới hạn nào đó cùng với việc tăng hàm lượng bạc, nhưng nhiệt độ cứng hóa thì lại giảm đáng kể Vì vậy, khoảng cứng hóa
tự nó đã tăng lên khi hàm lượng bạc cao hơn đối với cả hợp kim 14 và 18K Hậu quả của việc mở rộng dải cứng hóa này là mức độ phân tách vi mô tăng lên và cấu trúc dạng cành cây rõ rệt hơn
Tỷ trọng
(g/cm 3 )
Ag (‰)
Tỷ trọng (g/cm 3 )
Ag (‰)
Trang 22Hình 2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng bạc đến
khoảng hóa cứng của hợp kim vàng 14K
Hình 2.4 Khoảng hóa cứng của hợp kim vàng như là hàm số của hàm lượng bạc
Hành vi cứng hóa của hợp kim trong quá trình đúc không chỉ chịu tác động của khoảng nhiệt độ hóa cứng mà còn bởi lượng nhiệt mà dung thể (chất nóng chảy) đưa vào khuôn đúc Nhiệt lượng hóa cứng của vàng là thấp nhất và của đồng là cao nhất, còn bạc thì nằm giữa Vì thế, những hợp kim chứa nhiều bạc và đồng hơn sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn khi hóa cứng liên quan với khối lượng
Việc giảm đột ngột thể tích do hóa cứng là nguyên nhân gây ra hiện tượng rỗ trong quá trình đúc vàng trang sức Bảng 2.9 là số liệu tính toán về độ rỗ xốp do hiện tượng co rút thể tích khi hóa cứng của một số kim loại tinh khiết và một hợp kim vàng điển hình Bảng 2.9 Độ co rút khi hóa cứng
Kim loại Độ co rút khi hóa cứng
Độ xốp rỗng tổng thể trong một quy trình đúc hoàn thành sẽ nhỏ hơn những giá trị trên vì sự co rút đã được bù trừ ở mức độ nào đó bới dung thể bổ sung thêm qua rãnh rót và hệ thống cửa Tuy vậy, tại một
số khu vực then chốt nào đó độ rỗng có thể tập trung và vượt quá giá trị trung bình
Sức căng giữa 2 bề mặt của chất nóng chảy (dung thể) và bột đúc là một yếu tố mang tính quyết định ảnh hưởng đến việc lấp kín khuôn hình, đến sự tái tạo những chi tiết tinh tế của bề mặt và đến độ thô ráp của bề mặt
Hợp kim vàng mầu vàng trên nền Au-Ag-Cu có sức căng giữa 2 bề mặt là tương đối cao nếu ta có thể tránh được sự hình thành các chất ôxit (tức là nếu việc đúc vàng diễn
ra trong môi trường không có oxy, nghĩa là đúc trong môi trường chân không hoặc môi
Ag (‰)
Ag (‰)
Trang 23trường khử) Tuy vậy, việc hình thành oxit đồng lại làm giảm sức căng giữa 2 bề mặt xuống đáng kể
Giá trị sức căng tương đối thấp khi sử dụng khí argon chứng tỏ oxi có thể không được hút ra hoàn toàn trước khi rót kín buồng đúc bằng khí argon
Sức căng giữa bề mặt mà cao thì sẽ tạo ra cấu trúc bề mặt thô ráp khá đặc trưng, nhất là đối với các sản phẩm có thành tương đối dầy Nguyên nhân là do hiện tượng cứng hóa dạng cành cây và hiện tượng co rút Lúc này vi kiến trúc có dạng cành cây rất rõ rệt Trong quá trình hóa cứng thì trước hết sẽ hình thành bộ khung của cành cây Vào cuối quá trình hóa cứng thì sự co rút sẽ hút hết chất nóng chảy giữa các cành cây khỏi bề mặt
và để lại địa hình dạng cành cây Nếu sức căng giữa bề mặt là thấp thì thành của buồng đốt sẽ bị ướt và bề mặt nhẵn của nó sẽ được tái tạo nếu không có sự phân hủy của buồng đốt
Có thể làm giảm sức căng giữa bề mặt một cách đơn giản bằng cách đúc trong không khí Tuy vậy, chất lượng bề mặt sẽ không thể cải thiện được Ích lợi thu được từ sức căng bề mặt thấp lại bi bù trừ bởi ảnh hưởng tiêu cực của hiện tượng oxi hóa và sự đóng cặn Cách tiếp cận hiệu quả là thay đổi thành phần của hợp kim một cách hợp lý
Bảng 2.10 cho ta giá trị gần đúng về độ cứng của hợp kim vàng mầu vàng có độ tinh khiết khác nhau ở trạng thái vừa đúc xong
Bảng 2.10 Độ cứng điển hình của hợp kim Au-Ag-Cu khi vừa đúc xong
Ảnh hưởng rõ rệt của tỷ lệ Ag/Cu đến độ cứng của hợp kim vàng 18K thể hiện trên hình 2.5
Trang 24Hình 2.5 Độ cứng của hợp kim vàng 18K mầu vàng là hàm số của giá trị hàm lượng bạc
Vàng hợp kim 18K ở đây có độ cứng có thể thay đổi từ cao (và giòn) đến khá thấp (mềm và dẻo) Nguyên nhân chủ yếu của sự tăng độ cứng cùng với hàm lượng Cu tăng là
do hiệu ứng độ cứng tăng do già hóa (trật tự hóa) như đã dề cập ở trên Những hợp kim giầu đồng có thể tạo thành trạng thái có trật tự rất nhanh, đồng thời độ cứng cũng sẽ tăng lên đáng kể cùng với độ dẻo giảm đi Những hợp kim mầu vàng giầu bạc thì trước hết sẽ trải qua quá trình tách thành các pha giầu đồng và giầu bạc, sau đó mới là hiện tượng cứng hóa do già đi Tuy vậy, lượng pha hóa cứng sẽ nhỏ hơn Quá trình cứng hóa ít rõ rệt hơn và vật liệu đúc vẫn ở trạng thái mềm và dẻo
Hiện tượng hóa giòn của hợp kim vàng giầu đồng mầu hồng và mầu đỏ thường gây
ra sự nứt vỡ, đặc biệt khi các sản phẩm sau đó bị biến dạng, chẳng hạn như để mở rộng ra hoặc khi đóng mác Hình 3.6 là một phần thân nhẫn vàng mầu đỏ bị vỡ Về mặt lý thuyết
ta có thể tránh được hiện tượng hóa giòn bằng cách nhúng vào nước lạnh khi sản phẩm vẫn còn ở nhiệt độ 600 – 700oC
Hình 2.6 Các vết nứt vỡ trên nhẫn vàng mầu đỏ
Trên thực tế khuôn đúc khó có thể nhúng đủ nhanh vào nước để tránh những vấn
đề thường hay gặp trong hợp kim vàng màu hồng và đỏ Cách tốt nhất để có được vật liệu dẻo trong trường hợp này là sau khi đúc thì cho tôi các sản phẩm ở nhiệt độ khoảng
600oC, rồi nhúng nhanh chúng vào nước nguội
Độ cứng
HV
Hàm lượng Ag (‰)
Trang 252.2.2 Tính chất các hợp kim vàng trang sức màu trắng 14K và 18K
Hợp kim vàng trắng có thành phần cực kỳ đa dạng Chúng chủ yếu gồm 3 nhóm: vàng trắng nickel, vàng trắng paladi và vàng trắng hỗn hợp (chứa cả nickel và paladi) Gần đây một loại vàng trắng khác, không chứa nickel, và để thay thế vàng trắng nickel, đã được chế tạo trên cơ sở sử dụng các kim loại như mangan và crom làm các chất “làm trắng” chính Trong mỗi nhóm vàng trắng trên lại có nhiều loại hợp kim khác nhau Nhìn chung, cần phải có hàm lượng nickel hoặc paladi đủ cao (khoảng trên 12%) để có được mầu trắng đẹp Tuy nhiên, nhiều hợp kim vàng trắng thương phẩm lại bớt đi nickel (để đỡ cứng) hoặc paladi (để rẻ hơn) và cho thêm đồng, vì vậy mầu trắng thường không đẹp và đòi hỏi phải mạ bằng rodi
Bảng 2.11 và 2.12 cho ta thành phần của một số loại vàng trắng 14K và 18K thông dụng
