Недрагоценные: латунь, сталь, титан и другие металлы для украшений

Ювелиры не ограничиваются в работе золотом, серебром и платиной. Недрагоценные металлы стоят дешевле, а украшения из них получаются красивые, прочные и долговечные. Мы расскажем об основных недрагоценных металлах и сплавах, которые применяют в ювелирном деле. А чтобы при поиске украшений на зарубежных ресурсах вы смогли разобраться, из чего они сделаны — добавляем к русскоязычному английский аналог названия.

Фото: pixabay.com

Титан (Titanium)

Твёрдый, лёгкий, очень прочный и устойчивый к повреждениям титан применяют даже в космической технике и называют «металлом будущего». При нагревании, окислении или смешивании с другими элементами серебристо-белый металл обретает самые разные оттенки, от соломенного до фиолетового.

Хотя работать с титаном непросто, сейчас он находится на пике популярности у ювелиров. Мастера создают необычные коллекции, используя его способность переливаться всеми цветами радуги. Если вы видите ярко-фиолетовые, синие и другие яркие металлические украшения, скорее всего, перед вами титан. Обработка обходится в несколько раз дороже самого металла, поэтому цена на изделия обычно высокая. Зато обручальные кольца, браслеты, запонки и другие титановые украшения весят меньше, чем золотые и платиновые.

Фото: ювелирная марка Littletricks

Нержавеющая сталь (Stainless steel)

От обычной стали нержавеющую отличает добавление хрома к сплаву железа и углерода. Именно хром защищает её от коррозии: он создаёт на поверхности тончайшую плёнку, которая самовосстанавливается при повреждениях.

Нержавеющая сталь марки 316L, известная как «хирургическая», сегодня широко используется ювелирами. Она прочнее драгоценных металлов, гипоаллергенна, не темнеет на воздухе, устойчива к ультрафиолету и морской воде. Из неё создают цепочки, браслеты, кольца и серьги. Часто нержавейку используют для пирсинга, сочетают её с камнями, стеклом и деревом. Стальные украшения органично вписываются в любой стиль – от этники до авангарда.

Фото: pixabay.com

МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ, ИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Существуют многочисленные способы защитить металл от разрушений или ржавчины. Выбор того или иного способа определяется конкретными условиями работы и хранения металлических изделий. Наиболее широко применяются: легирование сталей, нанесение металлических покрытий, электрохимическая защита.

Легирование эффективнее всего в условиях воздействия механических напряжений и коррозийной среды. Легирование позволяет предотвратить и коррозийное растрескивание изделий.

Так, например, к группе сталей с особыми химическими свойствами относят коррозионно-стойкие стали. Их получают путем введения в углеродистые и низколегированные стали значительных добавок хрома или хрома и никеля. При содержании хрома 13, 17 и 25% хромистые стали являются не только коррозионно-, но и жаростойкими. Хромоникелевые стали обладают большей коррозионной стойкостью, чем хромистые, и находят широкое применение в химической промышленности.

Металлические покрытия наносят на поверхность изделия тонким слоем металла, обладающего достаточной стойкостью в данной среде. Такое покрытие придает также поверхностным слоям металлоизделий требуемую твердость, износостойкость. Различают два типа покрытий – анодное и катодное. Для железоуглеродистых сплавов таким анодным покрытием может служить покрытие из цинка и кадмия. В воде и во влажном воздухе цинк покрывается слоем основной углекислой соли белого цвета, защищающим его от дальнейшего разрушения. Широкое применение получили цинковые покрытия для защиты арматуры, труб и резервуаров от действия воды и горячих жидкостей.

Металлические покрытия наносят различными способами. Наиболее часто применяется горячий метод, гальванизация и металлизация.

При горячем методе изделие погружают в расплавленный металл, который смачивает его поверхность и покрывает тонким слоем. Затем изделие вынимают из ванны и охлаждают. Таким методом изделие покрывают слоем олова или цинка. Лужение применяют при изготовлении белой жести, при устройстве покрытий на внутренних поверхностях пищевых котлов и других изделий. Цинкованием предохраняют от коррозии, например, кровельное железо, водопроводные трубы.

При гальваническом способе металлические изделия помещают в гальваническую ванну. Под действием электрического тока на поверхности изделия происходит катодное осаждение пленки защитного металла. Толщину покрытия можно регулировать в широких пределах. Покрытия получают также распылением расплавленного металла с помощью специальных металлизационных пистолетов и напылением на его поверхность защищаемого металла. Этот вид защиты используют для крупногабаритных конструкций: ж/д мостов и т. д. В качестве защитного металла используют алюминий, цинк, хром, коррозионно-стойкие стали.

Неметаллические покрытия выполняются из лаков, красок, эмалей и др. веществ и изолируют изделие от воздействия внешней среды. Они легко наносятся на изделие, хорошо закрывают поры, не изменяют свойств металла и являются относительно дешевыми. При хранении и перевозке металлические изделия покрывают специальными смазочными материалами, минеральными маслами и жирами. Для защиты изделий, работающих в высокоагрессивных средах, применяют пластмассовые покрытия из винипласта, поливинилхлорида.

Химические покрытия – защитные оксидные и иные пленки – создаются при воздействии на металл сильных химических реагентов. Широко применяются также оксидирование и фосфатирование металлоизделий.

Оксидирование – создание на поверхности изделия оксидной пленки, обладающей большой коррозийной стойкостью. Наиболее широко применяется для защиты от коррозии изделий из алюминия и его сплавов.

Фосфатирование стальных изделий заключается в создании поверхностного слоя из фосфатов марганца и железа. Фосфатные покрытия используются в дальнейшем в качестве подслоя, часто в сочетании со смазочными материалами, для уменьшения трения при обработке металлов давлением, волочением, для хорошей приработки трущихся деталей машин.

В отдельных случаях прибегают к защите металлов от коррозии при помощи протекторов. Сущность протекторной защиты заключается в том, что к поверхности защищаемого изделия прикрепляют протекторы – куски металла. Образуется гальваническая пара, в которой анод – протектор, катод – изделие. В результате протектор разрушается, защищая изделие. Таким образом защищают, например, подводные металлические части кораблей, прикрепляя к ним пластины цинка.

Вольфрам (Tungsten)

Твёрдый, хрупкий и самый тугоплавкий из металлов – вольфрам. Его добывают из вольфрамовых руд, и в сыром виде он похож на платину. Чистый вольфрам в ювелирном деле не используется, но в сочетании с углеродом становится карбидом вольфрама, который по твёрдости не уступает алмазу.

Из карбида вольфрама создают кольца и браслеты. Они износоустойчивы и практичны, даже через много лет на них не появляются царапины и трещины. Такие изделия не тускнеют, не боятся воды и большинства кислот. Украшения из вольфрама больше востребованы среди мужчин, но искусные мастера делают из него изящные кольца и для сильных женщин (больше о кольцах из вольфрама — в нашей статье).

Нарушения выявляемые, при контроле качества работ.

После выполнения работ образуется ржавление на поверхности обработанного металла, это связано с тем что не был соблюден, температурный режим или не удалена полностью влага. Так же возможна недостаточная очистка металла от окислов, это приводит к возникновению последующей коррозии. Не достаточно убранные различные загрязнители масло, мыло, соли все это приведет к нарушению лакокрасочного покрытия дальнейшему ржавлению металла. Присутствие пыли на обрабатываемой поверхности снижает адгезию. Что приводит к отслоению лакокрасочного покрытия. Не выдерживание времени, которое допустимо на нахождение металла без обработки приводит к его ржавлению, также должна соблюдаться межслойная выдержка, растворитель не успевает раствориться и происходит его просачивание через другие слои. Что приводит к нарушению покрытия в виде пузырения. Все эти нарушения, выявленные при проведении контроля качества, подлежат немедленному устранению.

Мельхиор (Melchior, Cupronickel)

Мельхиор – это сплав на основе меди. Из-за содержания никеля он похож на серебро, но гораздо прочнее. Мельхиор легко обрабатывать, он не ржавеет и не темнеет. Под воздействием химических растворов серебристый сплав обретает новые оттенки: от сиреневого до розового.

Наибольшую известность мельхиору принесли столовые приборы, которые из него производили в советское время. Но и в ювелирном деле он занял свою нишу: из мельхиора делают украшения с тонкими узорами и орнаментами. В сплав обрамляют бирюзу, малахит, янтарь, и бижутерия из него не снашивается десятилетиями.

Украшение из мельхиора. Фото: MADEheart.com

Анодное растворение магниевого протектора.

Анодное растворение магния характеризуется рядом особенностей. В нейтральных растворах солей при анодной поляризации магния наблюдается выделение водорода, которое с увеличением плотности тока пропорционально усиливается. В теории коррозии это явление получило название отрицательного разностного эффекта (отрицательного дифференц — эффекта). В области дифференц — эффекта выход по току не зависит от плотности тока и составляет примерно 150% от величины, вычисленной по реакции Mg — 2e = Mg2+. В растворах NaCl, NaBr и Na2SО4 потенциал анодного растворения магния практически не зависит от плотности тока и равен -1,4 ÷ -1,5В по отношению к нормальному водородному электроду.

Кривая зависимости скорости выделения водорода от плотности тока для кислых электролитов проходит через минимум, т.е. наблюдается превращение положительного дифференц — эффекта (уменьшение скорости выделения водорода с увеличением плотности тока) в отрицательный. В растворах щелочей анодная поляризация магния сопровождается пассивацией. В окислительных средах наряду с выделением водорода происходит восстановление окислителя.

С целью объяснения указанных закономерностей, в литературе высказывается ряд предположений относительно механизма анодного окисления магния. Было высказано предположение, что аномальное растворение магния может быть связано с частичным разрушением окисных плёнок при прохождении анодного тока, усиливающимся с ростом анодного тока. При этом на обнажающихся активных (неокисленных) участках поверхности интенсивно протекает процесс коррозии (саморастворения) магния, сопровождающийся выделением водорода. По мнению Я.М. Колотыркина и Г.М. Флорианович плёночная теория может объяснить причины отрицательного дифференц — эффекта, если предположить, что перенапряжение выделения водорода на окисной плёнке значительно выше, чем на чистом магнии.

В ходе экспериментов многими исследователями были обнаружены частицы металла в растворе при анодном растворении. На основе этого была развита теория механического разрушения или дезинтеграции металлов. Под действием анодного тока может измениться состав, пористость, толщина и адгезия окисных плёнок. Вместе с плёнкой от поверхности металла могут отделяться частицы металла. Затем эти частицы взаимодействуют с раствором, что приводит к аномальному растворению металла и избыточному выделению водорода.

Согласно третьей гипотезе анодное растворение магния протекает стадийно по следующей схеме:

Mg — е → Mg+АДС

Mg+АДС — e → Mg2+

Mg+р-р+ Н2О → Mg2+ + ½Н2 + ОН¯

Наиболее детально такая точка зрения развита в работах Б.Н. Кабанова и Д.В. Кокоулиной, которые считают, что замедленной стадией процесса является ионизация магния с образованием иона Mg+АДС. Скорости двух последующих параллельных реакций непосредственно не зависят от состояния поверхности магния, а определяются концентрацией адсорбированных на поверхности ионов одновалентного магния, причём стадия Mg+АДС — e → Mg2+ является также функцией потенциала электрода.

По схеме выделение водорода происходит в результате взаимодействия десорбированных ионов одновалентного магния с водой, т.е. вне двойного слоя.

Причины аномального растворения скорее всего связаны с механизмом процесса саморастворения сплавов магния под током. Сплавы на основе магния в отсутствии внешнего тока и при анодной поляризации подвергаются электрохимической коррозии, а также химическому растворению в результате взаимодействия с компонентами водной среды. При электрохимической коррозии процессы восстановления (катодная реакция) и окисления (анодная реакция) сопровождаются переносом электронов через металл и пространственно разделены:

• анод:

Mg0 — e → Mg+

Mg+ — e → Mg2+

• катод:

2H+ + 2e → Н2 или 2Н2О + 2e → Н2 + 2ОН¯

При этом суммарная реакция растворения магния может быть записана следующим образом:

Mg0 + 2H+ → Mg2+ + Н2

или

Mg0 + 2Н2 → Mg(OH)2 + Н2

По химическому механизму растворение магния также происходит с выделением водорода, но в этом случае реакции протекают по уравнениям:

• кислая среда:

Mg0 + 2H+ → Mg2+ + Н2

• нейтральная и щелочная среда:

Mg0 + 2Н2О → Mg(OH)2 + Н2

Разделить процессы анодного растворения, электрохимической и химической коррозии очень сложно. Важно отметить, что количество выделившегося водорода эквивалентно количеству магния, которое окислилось без участия внешнего тока.

В случае электрохимического механизма коррозии интенсивность выделения водорода определяется закономерностями электрохимической кинетики, поэтому сдвиг потенциала в положительную область должен привести к уменьшению количества водорода, а, следовательно, и скорости саморастворения магния.

Скорость химической коррозии не зависит от потенциала, однако с ростом анодного тока увеличивается активная поверхность магния и скорость его растворения вследствие взаимодействия с водой.

Если саморастворение протекает преимущественно по электрохимическому механизму, то введение ингибиторов, повышающих перенапряжение катодной реакции, позволит снизить потери от коррозии при использовании магния и его сплавов в условиях анодной поляризации.

Таким образом, магний и его сплавы растворяются с малой поляризацией, что свидетельствует об их эффективности, как протекторов. Однако они имеют высокую скорость саморастворения, что приводит к низкому коэффициенту полезного использования таких протекторов.

Нейзильбер (Nickel silver)

И внешне, и по характеристикам нейзильбер почти идентичен мельхиору. Отличает его только наличие цинка в сплаве. Металл, название которого переводится как «новое серебро», пластичен и прочен. Повышенное содержание никеля делает его почти белым, с отливом в синий или зеленоватый.

Ювелиры охотно используют этот сплав из-за его сходства с серебром и невысокой стоимости. Из него создают украшения с филигранью и финифтью, подвески-иконки, пряжки, проволочную бижутерию. Напыление из серебра и золота делает нейзильбер прочнее, и сплав дольше сохраняет товарный вид.

Украшение из нейзильбера. Фото: [email protected]

Виды коррозии металлов:

— процессы это химические и электрохимические

-по характеру разрушения равномерная, и не равномерная

— по виду коррозионной среды газовая, жидкостная, атмосферная, почвенная

Химическая коррозия

Основана на реакции между металлом и агрессивной средой. Результатом этой коррозии является образование на металле окалины или в случае с медью образуется зеленый налет. Этот тип коррозии распространяется равномерно по всей поверхности металла. Химическая коррозия не так сильно воздействует на металл, как электрохимическая.

Электрохимическая коррозия

Это процесс, при котором металлы и сплавы утрачивают часть своих электронов, они переходят в электролитический раствор, образующийся на поверхности металла в виде ионов, а электроны, замещающие атомы металла, переходят в металл с отрицательным зарядом, образуется гальваническая реакция в результате чего происходит разрушение металла. Металлы применяемые в строительстве подвергаются, как правило электрохимической коррозии, из за присутствия влаги на поверхности металла, вызвано это постоянным изменением температуры, в результате чего образуется конденсат.

Атмосферная коррозия

Атмосферная коррозия металла, аналогична протеканию электрохимической коррозии, в связи с наличием влажности воздуха. При повышении влажности свыше 70 процентов происходит интенсивная потеря стали. Также на процесс коррозии влияет наличие агрессивных элементов в окружающей среде таких как углекислый газ, диоксид серы,

По охвату поверхности коррозия может быть равномерная, при этом она не представляет большой опасности, если не достигает критических размеров повреждения металла. Наиболее опасна неравномерная коррозия металла Потому что могут образовывать отдельные очаги повреждения металла, что приведет к значительному ослаблению элементов металлической конструкции.

Избежать процессы коррозии, полностью невозможно, но снизить воздействие этих процессов возможно.

По видам различают несколько мер воздействия на коррозию.

Латунь (Brass)

Латунь сплавляют из меди и цинка. В античности её называли «орихалк», то есть «златомедь», и слагали легенды о том, что именно из неё сделан щит Геракла. Этот пластичный и лёгкий в обработке сплав за износостойкость прозвали «вечным металлом». Сама по себе латунь жёлтая, но добавки придают ей золотистый, красноватый и зеленоватый оттенки.

Сегодня из неё делают ажурные кольца, браслеты, кулоны и серьги, которые затем серебрят, чернят или покрывают позолотой. Латунь органично вписывается в винтажный и этнический стиль. А гибкую и прочную латунную проволоку используют для хэндмейда типа wire wrap.

Фото: pixabay.com

Бронза (Bronze)

Около шести тысячелетий люди знакомы с бронзой – сплавом меди и олова. Бронзами также считаются сплавы меди с алюминием, кремнием и некоторыми другими элементами. Этот металл твёрже железа, прочнее стали, хорошо плавится и полируется, изделия из него не ржавеют. Цвет бронзы зависит от процента меди в сплаве и меняется от красного и жёлтого до белого и стального.

Невероятная популярность украшений из бронзы уже позади. Но отдельные ювелиры и сегодня продолжают делать из неё кольца, браслеты, ожерелья, подвески и кулоны, серьги с камнями. Пользуются спросом копии древних бронзовых украшений, а также изделия в этнической тематике.

Украшение из бронзы. Фото: Cleopatravintage на etsy.com

Особенности проявления катодной коррозии для разных типов металлов и сплавов

На особенности протекания коррозии влияет тип сплавов и металлов, которые контактируют друг с другом.

Все особенности сочетаний указаны в таблице ниже.

Чугун (Сast iron)

Кажется, один из самых неподходящих металлов для украшений – это чугун, сплав железа и углерода. Твёрдый и хрупкий, он плохо куётся, зато хорошо подходит для литья. Из этого сплава делали витые ограды Санкт-Петербурга и первые железные дороги.

Но было время, когда чугун оказался востребован и в ювелирном деле. В Германии, в начале 19 века, женщины обменивали золотые украшения на чугунные, чтобы поддержать Освободительную войну. Сейчас эти изделия считаются произведениями искусства и хранятся в музеях. Современные мастера делают украшения из чугуна разве что в порядке эксперимента.

Чугун. Фото: 1stdibs.com

Автор:

Ольга Мартынова для ЮВЕЛИРУМ

Все статьи в рубрике «в помощь покупателям» | Раздел каталога ЮВЕЛИРУМА «Ювелирные металлы» | Раздел каталога ЮВЕЛИРУМА «Техники и стили»