Обработка драгоценных металлов

Драгоценные металлы особенно трудно обрабатывать из-за широкого спектра свойств материала и высокой стоимости, если деталь приходится утилизировать. В следующей статье будут представлены эти элементы и их сплавы, а также предоставлено руководство по их эффективной и экономичной обработке.

Об элементах

Иногда называемые «благородными» металлами, драгоценные металлы состоят из восьми элементов, которые находятся в середине таблицы Менделеева (см. ниже на рисунке 1). Восемь металлов:

1. Рутений (Ru)
2. Родий (Rh)
3. Палладий (Pd)
4. Серебряный (Ag)
5. Осмий (Os)
6. Иридий (Ir)
7. Платина (Pt)
8. Золото (золото)

Эти элементы являются одними из самых редких материалов на Земле и поэтому могут быть чрезвычайно дорогими. Золото и серебро можно найти в чистом виде самородков, что делает их более доступными. Тем не менее, остальные шесть элементов обычно находятся в смеси с необработанной рудой четырех металлов, которые находятся ниже в периодической таблице:железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni) и медь (Cu). Эти элементы являются подмножеством драгоценных металлов и обычно называются металлами платиновой группы (МПГ). Поскольку они встречаются вместе в необработанной руде, это затрудняет добычу и добычу, резко увеличивая их стоимость. Из-за их высокой цены правильная обработка этих материалов с первого раза невероятно важна для эффективности магазина.

Рис. 1. Периодическая таблица с 8 драгоценными металлами, обведенными синим цветом. Источник изображения:clearscience.tumblr.com

Основные свойства и составы драгоценных металлов

Драгоценные металлы обладают замечательными свойствами материала, поскольку они характерно мягки, пластичны и устойчивы к окислению. Их называют «благородными» металлами из-за их стойкости к большинству видов химического и экологического воздействия. В таблице 1 перечислены некоторые характерные свойства драгоценных металлов в их элементарной форме. Для сравнения они расположены рядом с алюминием 6061 и сталью 4140. Как правило, в чистом виде используются только золото и серебро, поскольку металлы платиновой группы представляют собой сплавы, состоящие в основном из платины (с меньшим содержанием Ru, Rh, Pa, Os, Ir). Драгоценные металлы отличаются чрезвычайной плотностью и высокой температурой плавления, что делает их пригодными для различных применений.

Таблица 1. Свойства материалов после холодной обработки драгоценных металлов, стали 4140 и алюминия 6061

Общие области применения обработки драгоценных металлов

Серебро и золото обладают особенно благоприятной теплопроводностью и удельным электрическим сопротивлением. Эти значения перечислены в таблице 2 вместе с CC1000 (отожженная медь) и отожженным алюминием 6061 для целей сравнения. Медь обычно используется в электропроводке из-за ее относительно низкого удельного электрического сопротивления, хотя серебро могло бы стать лучшей заменой. Очевидная причина, по которой это не является общепринятым, — это стоимость серебра по сравнению с медью. При этом медь обычно покрывается золотом в местах электрического контакта, потому что после длительного использования она имеет тенденцию к окислению, что снижает ее удельное сопротивление. Как указывалось ранее, известно, что золото и другие драгоценные металлы устойчивы к окислению. Эта коррозионная стойкость является основной причиной их использования в системах катодной защиты электронной промышленности.

Таблица 2. Теплопроводность и удельное электрическое сопротивление серебра, золота, меди и алюминия

Платина и ее соответствующие сплавы имеют наибольшее количество применений, поскольку они могут достигать ряда различных механических свойств, сохраняя при этом преимущества драгоценного металла (высокая температура плавления, пластичность и стойкость к окислению). В таблице 3 перечислены платина и ряд других МПГ, каждый со своими механическими свойствами. Изменение этих свойств зависит от легирующего элемента (элементов), добавляемого к платине, процентного содержания легирующего металла, а также от того, подвергался ли материал холодной обработке или отжигу. Легирование может значительно увеличить прочность на растяжение и твердость материала при одновременном снижении его пластичности. Соотношение этого увеличения прочности на растяжение/твердости к уменьшению пластичности зависит от добавленного металла, а также от того, сколько добавлено, как видно из таблицы 3. Обычно это зависит от размера частиц добавляемого элемента, а также от его природной кристаллической структуры. Рутений и осмий имеют специфическую кристаллическую структуру, которая оказывает значительное упрочняющее действие при добавлении к платине. В частности, сплавы Pt-Os чрезвычайно тверды и практически непригодны для обработки, что не дает многих реальных применений. Тем не менее, добавление других 4 МПГ к платине обеспечивает ряд механических свойств для различных применений.

Таблица 3:Свойства материала PGM (Примечание:твердость и предел прочности при растяжении являются значениями холодной обработки)

Платина и ее сплавы биосовместимы, что дает им возможность находиться в организме человека в течение длительного периода времени, не вызывая побочных реакций или отравления. Поэтому медицинские устройства, в том числе винтовые фиксаторы сердечной мышцы, стенты и маркерные ленты для устройств для ангиопластики, изготавливаются из платины и ее сплавов. Золото и палладий также широко используются в стоматологии.

Сплавы Pt-Ir заметно тверже и прочнее, чем любые другие сплавы, и из них получаются отличные головки для свечей зажигания в автомобильной промышленности. В сплавы Pt-Ir иногда добавляют родий, чтобы сделать материал менее упругим (поскольку они используются в качестве медицинской пружинной проволоки), а также повысить его обрабатываемость. Пары проводов Pt и Pt-Rh чрезвычайно эффективны при измерении температуры и поэтому используются в термопарах.

Обработка драгоценных металлов

Два параметра, которые оказывают наибольшее влияние при механической обработке, — это твердость и относительное удлинение. Твердость хорошо известна машинистам и инженерам в обрабатывающей промышленности, поскольку она указывает на устойчивость материала к деформации или резанию. Процентное удлинение — это измерение, используемое для количественной оценки пластичности материала. Он указывает проектировщику, в какой степени конструкция будет пластически (постоянно) деформироваться перед разрушением. Например, пластичный пластик, такой как полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ), имеет относительное удлинение 350-525%, в то время как более хрупкий материал, такой как закаленный в масле и отпущенный чугун (марка 120-90-02), имеет процентное удлинение. удлинение около 2%. Следовательно, чем больше процент удлинения, тем больше «клейкость» материала. Клейкие материалы склонны к образованию наростов на кромках и имеют тенденцию к образованию длинных волокнистых стружек.

Инструменты для драгоценных металлов

Пластичность материала делает острый режущий инструмент необходимым для резки драгоценных металлов. Инструменты Variable Helix для алюминиевых сплавов можно использовать для более мягких материалов, таких как чистое золото, серебро и платина.

Рисунок 2. Концевая фреза с регулируемым углом наклона спирали для обработки алюминиевых сплавов

Материалы с более высокой твердостью по-прежнему требуют острой режущей кромки. Поэтому лучший вариант — инвестировать в инструмент PCD Diamond. Пластина из поликристаллического алмаза способна резать очень твердые материалы, сохраняя острую режущую кромку в течение относительно длительного периода времени по сравнению со стандартными режущими кромками из быстрорежущей стали и твердого сплава.

Рисунок 3. Алмазная концевая фреза PCD

Диаграммы скорости и подачи:

Рисунок 4. Скорости и подачи для драгоценных металлов при использовании квадратного цветного металла, 3x LOC

Рисунок 5. Скорости и подачи для драгоценных металлов при использовании концевой фрезы PCD с 2 зубьями