Меню

С чем связан цвет сплава



С чем связан цвет сплава

5. Цветовые характеристики сплавов

Медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк, называют латунями, а сплавы с другими легирующими элементами (олово, алюминий, кремний и др.) — бронзами. Отдельные бронзы в качестве легирующих элементов содержат цинк, но его обычно меньше, чем основного элемента.

При производстве ювелирных изделий из недрагоценных металлов используется большое количество медных сплавов, некоторые из них по цветовым свойствам имитируют ювелирный сплав золота марки ЗлСрМ58Э — 80 (табл.25).

Сплавы с насыщенным цветом, имитирующие золотые ювелирные сплавы, могут широко использоваться в производстве украшений и художественных изделий, так как характеризуются хорошими литейными свойствами, технологичны в обработке и отвечают необходимым декоративным требованиям.

Несомненный интерес представляют медные сплавы на основе интерметаллидов, имеющие традиционную гамму тонов. Однако они не нашли достаточно широкого применения из-за их высокой хрупкости. Поэтому стоит вопрос о разработке таких сплавов, которые обладали бы новой гаммой и оттенками, но вместе с тем были бы технологичными в работе. Поиск сплавов меди с широкой цветовой гаммой расширяет возможности создания изделий с оригинальным художественным решением.

Один из способов оценки качества цвета — определение цветового тона и насыщенности (чистоты цвета). В табл. 25 приведены сплавы, которые по цвету близки сплаву ЗлСрМ583 -80. Наиболее полно эталонному сплаву соответствуют полированные образцы томпака Л96 и нового разработанного сплава марки ЛАФ94 — 0,5 — ОД 5. При этом минимальные значения ΔЕ (1,8. 2,0) имеют сплавы следующего состава, % (по массе); Cu 94,1-94,5; Zn 5,0; Al 0,5; Р-до 0,4 [50].


Таблица 25. Цветовые характеристики сплавов меди

* ( Цветовое различие по сравнению с эталоном.)

При визуальной оценке цветовых характеристик медных сплавов четко прослеживается зависимость цвета от содержания олова или цинка в сплавах. При увеличении легирующих компонентов цвет сплавов изменяется от красного и бледно-красного к желтому и золотисто-желтому. В табл. 26 приведены цвета медно-оловянных и медно-цинковых сплавов с различным содержанием компонентов олова или цинка [51].


Таблица 26. Цвета (оттенки) медно-оловянных и медно-цинковых сплавов

Среди цветных сплавов, не содержащих золото, интерес представляют сплавы на основе палладия. В пределах области гомогенности промежуточной фазы β′-PdIn (со структурой типа CsCl) цвет сплавов изменяется от золотистого через желтый до сиреневого [52]. Эти сплавы можно использовать для расширения ассортимента ювелирных изделий и получения полихромных украшений. На опытно-экспериментальном заводе метхоизделий Главмосместпрома выпущена опытная партия комбинированных (полихромных) изделий из сплавов палладия.

Расширение выпуска оригинальных ювелирных и художественных изделий, сувенирно-подарочных и предметов сервировки стола с высокими декоративными свойствами и полихромностью может осуществляться по двум направлениям:

1) создание сплавов меди — имитаторов золотых ювелирных сплавов;

2) создание сплавов с новой гаммой, выходящей по цветовым параметрам за традиционные тона.

Для изучения цветовых характеристик сплавов используют спектрофотометрический метод, основанный на определении коэффициента зеркального отражения и координат цветности х и у. Один из методов измерения цвета основан на представлении о том, что цвет является функцией трех независимых переменных и может быть геометрически интерпретирован как векторная величина [53]. В трехкоординатном цветовом пространстве построенном на основных цветах, координаты цветности х, у, z в Международной системе МКО 1931 г. связаны с цветовыми координатами простыми соотношениями [54]:

Единичная плоскость x+y + z= 1 при пересечении с векторами основных цветов дает прямоугольный треугольник. На рис. 79 представлен график цветности (часть прямоугольного треугольника). Точкам кривой соответствуют цвета чистых спектральных излучений в видимой области спектра — от фиолетового до красного. Крайние точки соединяются прямой линией, представляющей пурпурные цвета, которые образуются при смешении красного и фиолетового цветов. Точки на графике у характеризуют цветовые свойства чистых металлов-меди и золота, а также сплавов Л90 и ЗлСрМ58Э -80. Цветовые параметры рассчитывают для источника излучения С, воспроизводящего фазу дневного света с коррелированной цветовой температурой порядка 6770 К.

Читайте также:  Рубин какого цвета форма

Один из способов оценки качества цвета — определение цветового тона и насыщенности (чистоты цвета). Цветовой тон соответствует длине волны чистого спектрального цвета (λd). Доминирующая длина волны определяет, какая часть спектра должна быть смешана с ахроматическим стандартом для получения цветового равенства с данным объектом. Чистота цвета данного объекта определяет степень приближения этого цвета к цвету той части спектра, которая определяется доминирующей длиной волны.


Рис. 79. Цветовой график х, у МК01931 г. (1-сплав ЗлСрМ 583-80)

Основным свойством объекта, ответственного за его цвет, является коэффициент зеркального отражения R(λ). Это справедливо только для непрозрачных и несамосветящихся объектов. При разработке сплавов на основе меди, имитирующих золотые, в качестве эталона во многих исследованиях выбирают стандартный ювелирный сплав 583 пробы — ЗлСрМ583-80. Использование спектрофотометра с приставкой зеркального отражения позволяет определить расчетным методом координаты цвета и цветности для источника света С по методу взвешенных ординат.

При использовании этого метода полученный спектр разбивают на конечное число одинаковых интервалов длин волн Δλ, а координаты цвета определяют путем вычисления соответствующих сумм:

где

При определении цветовых свойств с использованием спектрофотометра RFC фирмы «Оптон» встроенное вычислительное устройство позволяет получать сразу координаты цветности х и у, термины цвета L, А, В цветового пространства Адамса — Никкерсона, а также цветовое различие ΔЕ по сравнению с эталоном. Цветовое различие представляет собой расстояние, измеренное в единицах МКО, между двумя точками цветового пространства (рис. 80).


Рис. 80. Представление цвета в унифицированном цветовом пространстве Адамса — Никкерсона

По мнению авторов [50, 55], при пороге ΔЕ= 1 ед. МКО и ниже цвета сплавов в области спектра красный — желтый воспринимаются как идентичные. В табл. 27 приведены цветовые характеристики ювелирного сплава ЗлСрМ 583 — 80 и стандартных сплавов меди. Цветовой тон и насыщенность определяли по стандартному графику ху, исходя из координат цветности х и у.


Таблица 27. Цветовые свойства сплавов меди для художественных изделий

Легирование меди отдельными, наиболее часто применяемыми компонентами оказывает различное влияние на цветовые параметры. Переходные d-металлы (марганец, железо, никель), а также цинк, имеющий следующий за медью атомный номер, и p-элементы (алюминий, кремний, фосфор, олово) оказывают различное влияние на энергетический спектр кривых зеркального отражения при длинах волн от 400 до 1000 нм. При легировании меди переходными металлами не происходит смещения порога поглощения на кривой R(λ), как при легировании цинком, а только несколько снижается низкоэнергетическая ветвь кривой. При легировании меди p-элементами (алюминий, кремний, фосфор), вид кривой R(λ) изменяется. Алюминию соответствует похожее на влияние цинка смещение порога поглощения в область высоких энергий, т. е. приближение кривой R(λ) к кривой эталона, фосфору — похожее на влияние никеля снижение в низкоэнергетической ветви. Влияние олова на цвет медных сплавов похоже на влияние кремния, занимающего промежуточное положение между алюминием и фосфором [50].

Все технологические добавки, используемые для получения сплавов меди, оказывают различное влияние на параметры цвета. На рис. 81 видно, что цветовое различие (ΔЕ) сплавов на основе меди по сравнению с эталоном (ЭлСрМ583 — 80) имеет минимум при содержании легирующих компонентов до 5% (по массе).

Читайте также:  Цвет губной помады для русых зеленых


Рис. 81. Цветовое различие сплавов на основе меди по сравнению со сплавом — эталоном ЗлСрМ 583-80

Источник

Цвета побежалости металлов, определение температуры по цвету нагретой заготовки

Цвета побежалости металла – это спектр цветов, которые образуются на поверхности металла при появлении появления окисной пленки. Эти окисные пленки создаются из самого металла при нагревании. Важным условием для образования такой пленки является отсутствие воздействия воды.

Такая побежалость металла является дефектом сварного соединения.

Происхождение цветов побежалости металла

В естественной природе цвета побежалости можно наблюдать на поверхностях ряда минералов, среди них пирит и халькопирит. Логично заключить, что эти изменения видны в следствие окисления верхнего слоя материала. Как результат — они покрываются тонкой оксидной пленкой, которая и преломляет попадающий на ее поверхность свет. Создавшийся эффект интерференции, «окрашивает» поверхность металла в разные цвета.

Яркость цветов побежалости зависит от толщины образуемой оксидной пленки и длины световой волны, которая попадает на поверхность материала. Самые яркие оттенки можно увидеть на медных минералах. Получаемые цвета также зависят от состава металла. Если в элементе есть много ионов металлов, то он окрашивается в синие цвета. В случае если присутствуют хромофоры, вы увидите красные цвета.

Искусственный цвет побежалости металла появляется на его поверхности при воздействии высоких температур. Важно условие – отсутствие воды и любых других жидкостей.

По мере нагрева образовавшаяся окисная пленка уменьшается, что объясняется диффузией (процесс «смешивания» или проникновения частиц хим.элемента в другой материал). Конкретно в ситуации с окисной пленкой металла наблюдается взаимодействие атомов кислорода и металла.

Стоит отметить, что на легированных сталях цвет побежалости появится при большем нагреве, чем на углеродистой стали.

Создание искусственных цветов побежалости

В сфере обработки металлов активно используется прием воронения. При этом технология покрытия сплавов окисными пленками известна и активно используется уже не одну тысячу лет.

Вороненный металл устойчив к ржавчине, более прочен перед механическими нагрузками и имеет красивый окрас даже без дополнительных покрытий и красок.

Воронение выполняется следующим образом:

  • Заготовку обмакивают или протирают минеральным маслом;
  • Нагревают на металлическом листе до соответствующей температуры (для разных металлов и сплавов она может отличаться);
  • После могут выполнить закалку в холодном масле (чтоб избежать «отпуска металла»).

Получаемый слой окисла на поверхности металлического изделия полностью устойчив к воздействию воды, а также обладает высокой прочностью к механическим воздействиям.

Окисные пленки образуются с различной скоростью и на это влияют следующие факторы:

  1. Закаленность детали (наличие закалки ускоряет появление побежалости);
  2. Наличие загрязнений (при нагреве загрязнения обугливаются и усложняют образование равномерного слоя окисной пленки);
  3. Шероховатости. Заготовка, имеющая неровности получает плотную пленку и как результат красивого переливания цветов можно не увидеть. Полированная же деталь быстро образует на поверхностях равномерный тонкий слой окислов;
  4. Технологии нагрева. В зависимости от оборудования, которое применяется для нагрева деталей, с разной скоростью и разной толщины образуются окисные пленки. Для нагрева деталей лучше всего использовать оборудование, позволяющее контролировать и поддерживать нужную температуру стабильно.

Тонкие оксидные пленки поглощают световые волны с меньшей длиной волны, но отражают – с большей. Цвет металлических деталей меняется в зависимости от температуры и плотности оксидной пленки. Чем толще оксидная пленка, тем светлее окраска. Синий или фиолетовый цвет получается, когда из спектра отражаются наиболее длинные волны. Если пленка из оксидов отражает волны с малой длиной волны, то металлическая поверхность становится желтой. Светлые цвета соответствуют высокой температуре нагрева, светлые – более низкой. По этой причине многие мастер часто определяют при помощи цветов побежалости степень закалки изделий, стальной стружки и режущих инструментов, применяемых во время проведения токарных работ.

Читайте также:  Какую столешницу выбрать для кухни цвета венге

Несмотря на эти факторы, при помощи цветов побежалости нельзя точно определить температуру металла, потому что на величину этого показателя оказывают влияние следующие факторы:

  • время нагрева: промежуток времени, в течение которого металлическая деталь нагревается до температуры окружающей среды при отсутствии теплоотдачи.
  • наличие различных примесей в составе металла;
  • особенности освещения в помещении, где проводилась сварка или закалка заготовок;
  • скорость разогревания: изменение температуры изделия в единицу времени при его нагревании.

Среди современных приборов существуют пирометров, которые обеспечивают достаточно точный контроль температуры. Они работают на основе анализа лазерных лучей. Приборы оснащены специальными датчиками, анализирующими отраженные лазерные лучи и отображают температуру металла, которой соответствуют полученные характеристики излучений.

Технологии с использованием цветов побежалости активно применяют в производстве рабочих инструментов и оборудования. Особенно распространено использование этого приема при работе с медью, железом, алюминием и латуни.

Закалка улучшает следующие параметры металлической поверхности:

Цвет побежалости металла и его температура или температура цветов побежалости металла

Как уже стало ясно из описанного выше материала, температура и цвет металла изменяется все время нагрева заготовки. Важно отметить, что температура побежалости металла отличается для каждого отдельно взятого сплава и вида металла. Поэтому существует большое количество таблиц и списков соотношения цвета и температуры. Ниже приведены таблицы цветом побежалости металла для разные сплавов.

Шкала цветов побежалости стали

Для углеродистых сталей можно привести следующую зависимость цветов и соответствующих температур:

Температура цветов побежалости для углеродистых сталей
Окрас Пределы температур, °С
Лимонный 220 – 229
Желтый (цвет соломы) 230 – 245
Золотой 246 – 255
Земляной или коричневый 256 – 264
Алый или красно-оранжевый 265 — 274
Пурпурный 275 – 279
Аметистовый 280 – 289
Небесный 290 – 294
Твиттера 295 – 299
Индиго Крайола 300 – 309
Светло-голубой 310 – 329
Аквамариновый 320 — 339

На заготовках из нержавейки 12Х18Н10Т, где 18% хрома, также 10% никеля и 1% титана (взято из ГОСТ 5632-2014), цвета побежалости в зависимости от температуры будут изменяться несколько другим образом. Главное отличие – величины температур. Это объясняется коррозийной устойчивостью и жаропрочной стойкостью. Поэтому при нагреве и охлаждении частицы сплава и кислорода взаимодействуют медленнее, замедляя создание оксидной пленки.

В следующей таблице цветов побежалости металла представлены особенности изменения цвета изделий из нержавеющей стали:

Температура цветов побежалости для нержавеющих сталей
Окрас Пределы температур,°С
Светло-соломенный 300 – 399
Золотистый 400 – 499
Земляной или коричневый 500 – 599
Красный или пурпурный 600 – 699
Синий или черный 700 – 779

На поверхностях заготовок из нержавеющей стали могут появиться радужные полосы. Они могут появиться при нагревании изделия до температуры кипения (100 °С). Появление радужных следов обусловлено изменениями в кристаллической решетке металла.

Радужный окрас на поверхности обрабатываемой заготовки не свидетельствуют о перегреве нержавеющей стали.

Я работал токарем и знаю, что такое побежалость. Интересное явление, особенно, когда металл «перегреешь» в процессе обработки. Он действительно нагревается от золотистого цвета до синего. Особенно было интересно, когда только обучался токарному делу. М-да.

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

Механическая обработка металла – это процесс, при котором специальным режущим…

Источник