سختی سه برابر شده طلا با میکرو آلیاژسازی همراه با نورد سرد

سختی سه برابر شده طلا با میکرو آلیاژسازی همراه با نورد سرد

1-مقدمه

طلا از زمانهای باستان در انواع وسیعی از کاربردها از بهسازی تا تزیینات و امور مالی کاربرد داشته است و یکی از مهمترین مواد به دلیل هدایت پذیری گرمایی عالی، هدایت پذیری الکتریکی بالا و مقاومت به خوردگی بالایش باقی مانده است. طلا یکی از چکش خوارترین فلزات است و سختی پایینی را نشان می دهد که برای ساخت جواهرآلات مفید است. ولیکن به همان دلیل، جواهرات طلای خالص می تواند حین استفاده به سهولت بدشکل شود . یک رویکرد متداول به مرتفع سازی این معضل همان ا فزایش ضخامت جواهرات برای جلوگیری از بدشکلی می باشد. مع ذلک، استفاده از طلای بیشتر باعث هزینه بیشتر محصولات طلا و سوداوری کمتر می شود از اینرو تقویت سختی طلای خالص از توجه بالایی برخوردار بوده و متخصصان متالورژی راههای بسیاری را امتحان کرده اند از ان جمله الیاژ سازی با عناصر کم مقدار یک گزینه اساسی می باشد. برای مثال افزودن تیتانیوم می تواند طلای خالص را سخت نماید. مکانیسم پایه مربوط به تقویت ته نشست می شود. در میان مواد افزودنی موجود، عناصر خاکی نادر بویژه جالبند چون نه تنها می توانند باعث افزایش استقامت از طریق تقویت محلول جامد، تقویت ته نشست، بهسازی دانه ای و تقویت پراکنش بشوند، بلکه احیا و نرمسازی در اثر تبلور مجدد را به تعویق می اندازد. باید گفت که مقدار ماده افزودنی نمی تواند از 1wt% افزایش یابد (درصد وزنی از این به بعد Wt% نوشته می شود)، چرا که خلوص باید بالاتر از 99 درصد حفظ شود تا نیازهای سنتی مشتریان براورده شود. طبق عرف صنعت جواهرسازی طلا، چنین آلیاژهایی به نام میکروالیاژهای با پایه طلا نامیده می شوند. میکروآلیاژهای با پایه طلا با افزودنی کمتر از 0.1wt% از انواع ویژه میکروآلیاژها می باشد.

مشخص شده است که عناصر خاکی نادر و Si در تقویت طلای خالص موثر بوده اند. در کار حاضر، ما روی اثر افزودن همزمان Ceو Si روی خصوصیت مکانیکی طلا تحقیق می کنیم. ما نشان داده ایم که سختی طلا را می توان تقریبا با افزودن همزان مقدار کوچکی (کمتر از 0.1% وزنی) عنصر خاکی نادر Ce و Si دوبرابر نمود و با نوردکاری سرد متعاقب می توان انرا سه برابر کرد. ما باز روی منشا میکروساختاری که منجر به سختی تقویت شده زیادی می شود، تحقیق کرده ایم.

2-روش ازمایش

میکروآلیاژ در کوره از جنس Al2O3 بااستفاده از ذوب کننده با فرکانس میانه MFM ذوب گردید. مقدار افزودنی Ce و Si به ترتیب دارای درصد وزنی 0.05% بود. شمش به قطر تقریبا 13 میلیمتر و ضخامت 6 میلیمتر با ریخته گری ماده ذوب شده در یک جو گاز آرگون بدست امد. انالیز شیمیایی با استفاده از طیف سنجی جرمی پلاسمایی مزدوج القایی ICP-MS، طیف الکترون Auger یا AES و طیف سنجی اشعه ایکس پراکنش انرژی EDS همراه با یک میکروسکوپ الکترون پیمایشی نانوی Nova 400 ی SEM اجرا گردید.

ضخامت Vickers تحت شرایط بار 100 گرمی و نگهداری 10 ثانیه ای اندازه گیری گردید. کالیبراسیون اجرا شده با استفاده از نمونه استاندارد یک انحراف استاندارد بهتر از را در سختی اندازه گیری شده نشان می دهد. نوردکاری سرد با استفاده از دستگاه نوردکاری اجرا شد و نمونه به ابعاد 25 در 10 در 2 مترمکعب با کاهش ضخامت به ترتیب 40، 60 و 70 درصدی نوردکاری گردید.

برای مشاهده میکروساختارها، شمشها به صورت صیقلی آینه ای بهتر از 0.05 میکرومتری با استفاده از تکنیک های متالوگرافیکی معمولی صیقل کاری شدند و بعد از آن، حکاکی در تیزاب سلطانی داغ برای اشکارسازی مرز دانه ای صورت گرفت. میکروساختارها زیر میکروسکوپ نوری OM و میکروسکوپ SEM بررسی گردید. مشخصات افتراق اشعه ایکس با استفاده از تشعشع کبالت (1.78890A) اجرا گردید.

تحلیل حرارتی افتراقی (DTA) با استفاده از انالیزور اشتراکی TG-MG ، STA449C-QMS403C در سرعت گرمسازی/خنک سازی به اندازه 10 درجه سانتیگراد در هر دقیقه انجام گردید. مشاهدات در محل کار درباره تغییر میکروساختاری طی گرمسازی/خنک سازی بوسیله میکروسکوپ حرارتی پیمایشی لیزری هم کانون CLS در گرمسازی و خنک سازی 1 درجه سانتیگراد در ثانیه اجرا گردید. ابعاد نمونه برابر با 5 در 4 در 2 میلیمتر بوده است.

3-نتایج

1-3-آنالیز شیمیایی

هرچند طلای خالص دارای خلوص بالایی می باشد، آنالیز شیمیایی نشان می دهد که بسیاری عناصر قابل شناسایی توسط ICP-MS طبق جدول 1 وجود دارد. ولیکن این عناصر ناخالصی ظاهرا عامل های تقویت کننده موثری نیستند که بخاطر غلظت فوق العاده پایین شان می باشد. طبق جدول 1، افزودن Ce و Si منجر به چند عنصر ناخالصی شده است ولیکن غلظت آنها در همان سطح ناخالصی اولیه باقی می ماند. لازم به ذکر است که خلوص طلا بهتر از 99.9% بعد از افزودن Ce و Si باقی می ماند.

درحالیکه غلظت Ce اندازه گیری شده توسط ICP-MS (0.048%) قابل مقایسه با مقدار افزودنی نامی (0.05%) می باشد، که نشان دهنده موفقیت میکروآلیاژسازی Ce می باشد، غلظت Si ظاهرا مشتق از مقدار مورد انتظار می باشد. برای تایید اینکه افزودن Si موفقیت امیز بوده است، باز ترکیب شیمیایی میکروآلیاژ خودمان را با استفاده از AES اندازاه گیری کردیم. جدول 2 خلاصه غلظت اندازه گیری شده AES ی Si و Ce همراه با مقداری عناصر ناخالصی می باشد که با دستگاه ICP-MS شناسایی شده است. طبق جدول 1، غلظت Si برابر با 0.045% می باشد، که تقریبا با مقدار افزودنی نامی برابر است (0.05%). بعلاوه، غلظت Ce و عناصر ناخالصی که توسط AES اندازه گیری شده است تقریبا با مال اندازه گیری ICP-MS یکسان است که نشان می دهد غلظت پایین Si با اندازه گیری ICP-MS به دلیل محدودیت شناسایی دستگاه می باشد. انالیز شیمیایی توسط دستگاه AES تایید کرده است که افزودن میکروی Si به همان موفقیت آمیزی Ce می باشد.

2-3-تقویت سختی

خواص مکانیکی میکروآلیاژ Au-Ce-Si با سختی ارزیابی می شود یعنی خاصیت مهمی که به مقاومت به فرسایش و خراشیدگی جواهرات مرتبط است. در مقایسه با سختی تقریبی 30HV ی طلای خالص، میکروالیاژ Au-Ce-Si ما مقدارسختی برابر با 56HV را نشان داده است که تقریبا دو برابر طلای خالص طبق شکل 1a می باشد. سختی تقویت شده به وضوح نشان می دهد که میکروآلیاژسازی با افزودن همزمان Ce و Si یک شیوه موثر برای تقویت طلا می باشد. الصاق سازی یک تکنیک مهم جواهرسازی می باشد. طی این فرایند، طلا در معرض درجه حرارت بالاتری قرار می گیرد که می تواند باعث زبرسازی دانه ای بشود و با اینحساب سختی را کاهش بدهد. ولین، میکروآلیاژ Au-Ce-Si ظاهرا می تواند سختی بالایی را حتی بعد از عملیات حرارتی حفظ نماید. سختی الیاژ بعد از عملیات حرارتی در 345 درجه سانتیگراد برای مدت 30 دقیقه برابر با 48HV می باشد که با مقادیرمربوط به الیاژ ریخته شده قابل مقایسه است.

در روند جواهرسازی با طلا، بدشکلی قابل انعطاف، مانند کشش، اهنگری و نوردکاری تقریبا همیشه برای تبدیل طلا به شکل لازم استفاده می شود. به خوبی می دانیم که بدشکلی می تواند باعث تغییر میکروساختارها بشود و بعد بر خصوصیات مکانیکی اثر داشته باشد. برای ارزیابی اثر بدشکلی قابل انعطاف روی میکروآلیاژ Au-Ce-Si مان، ما از نوردکاری سرد برای بدشکلی نمونه استفاده می کنیم. شکل 1b نشان دهنده تغییر سختی به شکل عملکرد کاهش ضخامت می باشد. همانگونه که دیده می شود، سختی به طور برجسته ای بعد از نوردکاری سرد افزایش می یابد. بالاترین سختی حاصله برابر با 94HV می باشد که بیش از سه برابر مال طلای خالص است. با چنین سختی بالایی، می توان به طور طبیعی به مسئله چکش خواری میکروآلیاژ Au-Ce-Si اشاره کرد چرا که عقل سلیم حکم می کند که ماده با سختی بالاتر تمایل دارد که شکننده تر باشد. ولیکن هیچ گونه ترکی را نمی توان در نمونه بعد از کاهش ضخامت تا 70 درصد مشاهده کرد که نشان می دهد میکروطلای ما قابلیت چکشخواری خوبی را حفظ می کند.

ترکیب سختی بالا، چکش خواری خوب، و ثبات حرارتی میکروآلیاژ Au-Ce-Si از اهمیت برجسته ای برخوردارا ست. از یک سو، قابلیت چکش خواری خوب نشان دهنده قابلیت شکل گیری الیاژ به شکل دلخواه بدون شکستگی می باشد. از سوی دیگر، سختی بالای میکروآلیاژ ما بعد از بدشکلی حاکی از انست که جواهرات می تواند مقاومت فرسایش و خراشیدگی خیلی بیشتری را در هنگام کاربرد نشان بدهد.

جدول1-مقایسه عناصر و غلظت های شناسایی شده توسط دستگاه های AES و ICP-MS به ترتیب.

شکل 1-

سختی طلای خالص و میکروآلیاژ Au-Ce-Si ریخته گری شده.

سختی Au-Ce-Si به عنوان عملکرد کاهش ضخامت طی نوردکاری سرد.

4-نتیجه گیری ها

به طور خلاصه، ما نشان داده ایم که افزودن همزمان Ce و Si کمتر از 0.1wt% می تواند سختی طلا را از تقریبا 30HV به 56HV افزایش بدهد. با نوردکاری سرد بعدی، سختی می تواند باز به 94HV افزایش یابد که بیش از سه برابر بالاتر از مال طلای خالص می باشد. ما درباره منشا زیربنایی تحقیق کرده ایم که منجر به تقویت سختی با مشخصه سازی سیستماتیک با استفاده از XRD و میکروسکوپ و تحلیل حرارتی، و مشاهده در محل کار روی تکامل میکروساختاری شده است. نتیجه گیری های اصلی بدین قرار است:

1) Ce و Si عوامل موثر برای تقویت سختی طلا می باشد. آنها می توانند منجر به ته نشست فاز ثانویه و اصلاح دانه ای و با اینحساب سختی بالاتری بشود.

2) به دلیل قابلیت حل شدگی تقریبا صفر Ce و Si در Au، آنها تخلیه شده و به مرزهای دانه ای به محض جامدسازی تفکیک می شوند. این امر منجر به لایه مانع می شود که رشد بلورهای طلا را به تعویق می اندازد.

3) نوردکاری سرد می تواند باز جابجایی تعاملی و اندازه دانه کاهش یافته را واردکند که منجر به سختی تقویت شده متنابهی می شود.

آهن آلات دهکردی

سختی سه برابر شده طلا با میکرو آلیاژسازی همراه با نورد سرد

دیدگاه خود را ثبت کنید

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید