بررسی تأثیر ساختار آلیاژهای مختلف طلا (۱۸، ۲۲ عیار و...) بر خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی در محیط‌های مختلف
چکیده
در این مقاله به بررسی علمی ساختار آلیاژهای طلا با عیارهای مختلف و تأثیر ترکیبات فلزی همراه آن‌ها بر خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی در محیط‌های متنوع پرداخته می‌شود. با تمرکز بر آلیاژهای پرکاربرد نظیر ۱۸ و ۲۲ عیار، نقش فلزات همراه همچون نقره، مس، نیکل، پالادیوم و روی در بهبود یا کاهش ویژگی‌های فیزیکی-شیمیایی تحلیل شده و کاربردهای عملی این آلیاژها در صنایع جواهرسازی و شرایط نگهداری مختلف بررسی می‌گردد.
مقدمه
طلا یکی از فلزات گران‌بها با تاریخچه‌ای طولانی در صنعت جواهرسازی، پزشکی و الکترونیک است. اما طلا در حالت خالص خود (۲۴ عیار) فلزی نرم، چکش‌خوار و مستعد تغییر فرم در برابر فشارهای مکانیکی است. به‌منظور ارتقاء خواص مکانیکی و ایجاد پایداری در برابر خوردگی و سایش، طلا با فلزاتی دیگر آلیاژ می‌شود. این فرآیند باعث ایجاد ترکیب‌هایی با رنگ، سختی و مقاومت متفاوت می‌شود. در این مقاله، ساختار آلیاژهای متداول طلا و تأثیر عناصر آلیاژی بر عملکرد مکانیکی و شیمیایی آن‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
بخش اول: ترکیب شیمیایی آلیاژهای طلا
- طلا خالص (۲۴ عیار): دارای ۹۹.۹٪ طلا، بسیار نرم، برای سرمایه‌گذاری و ساخت شمش.
- طلا ۲۲ عیار: حاوی ۹۱.۶٪ طلا، با ترکیب فلزاتی همچون نقره و مس؛ رنگ زرد طبیعی و درخشان، اما مقاومت مکانیکی متوسط.
- طلا ۱۸ عیار: شامل ۷۵٪ طلا، مابقی شامل نیکل، مس، پالادیوم یا نقره؛ سختی بالا، مناسب استفاده روزانه.
- نقش فلزات همراه:
- نقره (Ag): افزایش درخشندگی و انعکاس نور؛ افزایش فرم‌پذیری.
- مس (Cu): افزایش سختی و مقاومت به ضربه؛ کاهش مقاومت به خوردگی.
- نیکل (Ni): رنگ سفید، مقاومت سایشی بالا؛ احتمال آلرژی‌زایی.
- پالادیوم (Pd): افزایش پایداری شیمیایی و مقاومت به اسید؛ عامل رنگ سفید.
- روی (Zn): کاهش نقطه ذوب، بهبود روانکاری در ریخته‌گری.
بخش دوم: خواص مکانیکی آلیاژها
- سختی (Hardness): آلیاژ ۱۸ عیار با ترکیب مس و نیکل نسبت به ۲۲ عیار مقاوم‌تر است؛ این خاصیت توسط آزمون‌های میکروهاردنس (ویکرز و برینل) سنجیده می‌شود.
- مقاومت به سایش: آلیاژهایی با درصد بالاتر مس یا نیکل (۱۸ عیار) در برابر خراش و سائیدگی مقاوم‌ترند.
- مقاومت ضربه‌ای و تنشی: ساختار ریزدانه و یکنواخت باعث توزیع بهتر تنش و جلوگیری از ترک‌خوردگی می‌شود؛ ۱۸ عیار عملکرد بهتری دارد.
بخش سوم: مقاومت به خوردگی
- تأثیر رطوبت و تعریق بدن: طلا خالص مقاومت بالایی دارد، اما فلزات همراه ممکن است واکنش‌پذیر باشند.
- واکنش با شوینده‌ها، مواد آرایشی و اسیدهای ضعیف: نیکل و مس بیشترین حساسیت را نشان می‌دهند.
- ارزیابی با آزمون‌های استاندارد:
- Salt Spray Test (ASTM B117)
- Cyclic Humidity Test
- Immersion Test (در محیط‌های شبیه‌سازی شده اسیدی و قلیایی)
بخش چهارم: ریزساختار و بررسی متالورژیکی
- بررسی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM):
- تحلیل ساختار دانه‌بندی، حضور ناخالصی‌ها، مرزدانه‌ها.
- اندازه‌گیری یکنواختی و اندازه دانه‌ها؛ ساختار ریزدانه، نشانه دوام بیشتر.
- طیف‌سنجی انرژی پراکنده (EDS): تعیین ترکیب شیمیایی دقیق نقاط مختلف نمونه.
- اثر عملیات حرارتی:
- آنیلینگ: افزایش چکش‌خواری و کاهش سختی.
- عملیات حرارتی کنترل‌شده: بهینه‌سازی استحکام و رنگ.
بخش پنجم: رفتار در محیط‌های مختلف
- محیط‌های دریایی: حضور یون‌های کلراید، عامل خوردگی سریع فلزات همراه.
- مناطق گرم و مرطوب: شتاب‌دهنده اکسیداسیون، به‌ویژه در آلیاژهای دارای مس.
- محیط صنعتی: آلاینده‌ها و بخارات اسیدی موجب کاهش عمر طلاهای عیار پایین‌تر می‌شوند.
بخش ششم: کاربردهای آلیاژها در صنایع
- جواهرسازی:
- ۱۸ عیار: توازن بین زیبایی و دوام؛ انتخاب مناسب برای استفاده روزانه.
- ۲۲ عیار: مناسب ساخت زیورآلات سنتی، زیبا ولی حساس‌تر به تغییر فرم.
- الکترونیک:
- طلاهای با خلوص بالا برای اتصالات حساس.
- آلیاژهای خاص برای افزایش رسانایی و مقاومت حرارتی.
- دندان‌پزشکی و پزشکی:
- استفاده از آلیاژهای پالادیومی به دلیل زیست‌سازگاری بالا.
نتیجه‌گیری:
ساختار و ترکیب آلیاژهای طلا تأثیر بسزایی در خواص مکانیکی، مقاومت به سایش و پایداری شیمیایی آن‌ها دارد. آلیاژهای ۱۸ عیار به دلیل ترکیب متوازن از عناصر سخت‌کننده و پایدارساز، برای استفاده روزمره بهینه هستند. از سوی دیگر، آلیاژهای با عیار بالا علی‌رغم درخشندگی بیشتر، در برابر عوامل محیطی آسیب‌پذیرترند. شناخت دقیق از ترکیب شیمیایی، شرایط محیطی کاربرد و ساختار داخلی آلیاژها، گامی اساسی در تولید زیورآلات با کیفیت و عمر طولانی محسوب می‌شود.
منابع:
- ASM Metals Handbook
- Gold Bulletin – Springer
- Journal of Alloys and Compounds
- ASTM G31 Corrosion Testing Standards
- مقالات تخصصی متالورژی دانشگاه صنعتی شریف
- JOM – The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society
- Metallurgical and Materials Transactions A
- مقالات علمی حوزه خوردگی و مقاومت سطحی دانشگاه تهران