一种检测9克拉金合金应力腐蚀裂纹的简便化学筛选方法

一种检测9克拉金合金应力腐蚀裂纹的简便化学筛选方法

B.Neumeyer,John Hensler,P.O’Mullane and Suresh Bhargava

摘要：

在低克拉金首饰中，应力腐蚀开裂是一种众所周知的环境破坏形式，介绍了一种简便、经济有效的方法来检测合金中的应力腐蚀开裂，防止其被使用和以后在应用中出现故障。本文介绍了一种简便的化学方法来研究9克拉金合金的应力腐蚀，它包括在腐蚀性环境中，如1-10%FeCl3，对金属丝样品施加拉伸应力，使其在低于5分钟研究三季9克拉黄金合金成分进行抗应力腐蚀开裂和时间之间的关系研究失败和加工条件设想这样一个快速、简单的使用在生产阶段筛选过程可能会很容易地确定合金的方法,生产珠宝将容易应力腐蚀开裂在其生命时间。

简介

考虑到与其他金属一起使用以改变其硬度、颜色和延展性，适合珠宝行业4种流动的黄金，特别是金、银、铜等金合金在铜所产生的颜色中添加锌的合金，总的来说，金银铜锌公式已在珠宝行业的特殊½成分中得到广泛应用，一般用途不为人所知，也不多见。在个别元素与材料性能之间的关系中，对于这些合金，没有分析或性能标准，而这些合金可以被认为是使用的任何其他基底金属合金工业压力腐蚀开裂是众所周知的信息。

由于工作过程中的均匀变形或不均匀的热膨胀和收缩温度梯度，还有在采暖和制冷过程中腐蚀性环境的存在，如清洁产品包括漂白水和氯化水，是金属或合金的局部破坏，即在应力和腐蚀的综合影响下，如果单独作用，金属合金几乎不受其表面的影响，而影响金属合金表面的重要变量如下温度溶解成分金属成分，应力和金属结构的特征通常附加颗粒边界颗粒间腐蚀条件变软的压力会逐渐超过颗粒边界位置，从而导致裂纹和最终故障的形成，在这种情况下，几乎没有腐蚀产物和合金变形的证据，任何情况下都不需要施加外部压力生产失效）在某些情况下，可能会发生穿晶裂纹，而热固倾向于集中在晶体中的缺陷。

低克拉金珠宝首饰的环境腐蚀性腐蚀来自于与潮湿的空气接触的环境或潮湿的环境。最近的研究表明，在与环境相关的环境条件下，每克拉黄金都会受到3确保合金在制造过程中产生的内部应力有足够的裕度。通常，这些应力通过退火消除，但不得超过在通常使用的均相取样程序后，应力仍然存在变形。 

表一 本研究所用合金的成分、处理方法及维氏硬度

“如果黄金首饰行业使用的黄金数量达吨，那么在将其投放到市场之前，开发一种筛选方法来检测合金的责任，这将有助于获得一种成本效益高的简便检测方法

允许并防止它们在应用中受到污染和水的破坏——目前已有的任何研究都采用了在腐蚀环境中使用最慢的降雨率试验，合金欠电位控制研究结合电化学极化技术和恒电位电化学噪声测量对这些机制给予了基本的认识

英戈尔合金电化学阻抗光谱分析

另一项强大的技术已被应用于研究珠宝中使用的腐蚀研究（尽管实验设置的实施成本和时间消耗均以罗马工业视角4为基础），因此需要开发低成本和快速测试，以评估适用于珠宝首饰的金合金首饰的性能和生产控制将是非常困难的。

试验

-材料和化学品

合金由Golden West公司提供，形状为直径1.5毫米的电线。提供了三种不同的组成，并按照表1的概述进行处理。在SCC实验之前，每个合金用丙酮和甲醇洗涤，用氮气干燥。所研究的环境为氯化铁和氯化铜的腐蚀性，并从奥德里奇得到。所有的水溶液由微孔系统(电阻率18.2 MQ cm)中纯化的水组成。

程序和仪器

有机玻璃板制造两个孔在两端，孔之间的间距在30-100毫米范围内变化。然后，合金金属丝被弯曲成一个弧形，在预定的高于钢板底座20毫米的高度上，这样金属丝会被弹性变形，但当两端从孔中取出时，金属丝会弹回来。应力范围从700到3600 MPa。然后将板浸在腐蚀性水溶液中，测量电弧顶部开裂的时间。

利用日立S-520型扫描电子显微镜进行了SEM微观结构观察。用负载为2.5 Kg的硬度计测量维氏硬度。对每个样本取五次测量值的平均值。

2结果和讨论

为了以低成本和简便的方式产生恒定的应力，采用了转鼓法。金芦荟线样本简单地插入有机玻璃板的两个孔之间。应力(S)取决于孔(4)之间的距离，钢丝的原始长度(L)，钢丝高于板的高度(y)和曲率半径(R)，如下图所示。

 

 

将弹性梁理论应用于弯曲钢丝的相关尺寸，计算了所产生的应力的大小。应力在导线截面上是不同的。

 

 

被定义为压力

如果施加压力，则当移除压力时，电线会自动回到原来的形状

     

                                                                                        

其中E =金的杨氏模量(75 x 10°Pa)， 

暗示

                                                                              

R可以简单地从已知y和L计算

                                                                                      

L和L0的每种组合都会产生一系列应力

在这部作品中，9盎司的奥杜勒斯被视为一个常数，尽管允许金不发生变化，但其弹性极限不超过0.5%

试验程序与成分的差异必须考虑到的机械试验值不符合本工作、的要求，除非对所有成分之间的直接关系进行了调查），还应注意到在样品表面上可能存在双重应力会增加电线上施加的压力。因此，本研究中使用的样本不太可能通过该路段设置残余压力分布

为了评估SCC,金属线样品在10%氯化铁溶液中受到不同的应力。Graf已经证明FeC是在低克拉金中诱导SCC的有效介质(15)。sCC是由劳埃德电化学过程的组分溶解引起的。这发生的成核网站有很高的能源,通常是微观结构特性,如堆积层错、混乱或表面的交点与晶界(4)。解散低克拉黄金包含锌和铜的合金热力学有利自还原电位Zn/锌和标准

Cu/ 铜对(标准氢电极)分别为-0.76和0.34V，低于Fe*/Fe2*的标准还原电位(0.77 V对SHE)。假定锌液溶解形成ZnC，然后在标准还原电位相差1.1 V时溶解Cu(2,16)。随后，裂纹在施加应力下继续扩展，使新金属表面暴露在腐蚀介质中。裂纹可能会沿着高能量区域的晶界，导致晶间SCC或跨晶SCC。然后减少导线的横截面积

最终的开裂失效完全是由机械作用造成的。

表二，失败的时间在秒内为每一金属压力下10% FeC, DNF =没有失败

断裂表面的SEM图像示例1(间)和(b)和样品5 (C)和(d) FeG浸没在水中10%之后,解决方案

表2列出了每个样本的失败时间。如图1所示，试样1、试样2、试样3和试样5的破坏机制为典型的晶间SCC，这是试样1和试样5断裂表面获得的具有代表性的SEM图像。断口表面有典型的沿晶裂纹，可见合金内部的多面体晶粒。晶间SCC已经被观察到在许多类型的金-银基合金(2,4,6,8,9,17)。图1b显示了试样1的断口面，这是电化学过程的证据。表面分布有针孔，说明有优先溶解过程。上述样品均出现了这种现象。还有证据表明，沉淀产物呈针状(图1d)，可能是铜。假设这些针是金属或导电的性质，因为他们不电荷在扫描电镜成像。任何在FeC存在下诱导溶解的铜在溶液中都具有在开路电位下氧化Zn的潜力。这样的反应会导致铜在锌溶解时重新沉积。

 

当考虑相同的合金成分但不同的样品处理(样品1、4和5)时，从该数据得出的一个重要结论是，经过风冷和随后的水淬的退火步骤对SCC的抑制作用不大于经过淬火的单一退火步骤。也包括硬拉和未退火的样品。4)在这些条件下对SCC的抗性最强。这可能与硬度有关这个特定样本的测量值(177.5 HV2.5)显著高于其他两个样本。从图2的应力与失效时间曲线图可以看出，在应力作用下，芦荟的表现各不相同。对于相同的样本1 4 5当施加在试样上的应力增加时，破坏的时间逐渐减少。样本2和3没有表现出如此强烈的趋势，可能是这样由于合金成分的显著差异。必须强调的是E，因此施加的应力与E (Eqn. 6)成正比，将在两者之间变化不同铜含量的样品。

众所周知，铜的价值大约比非常相似的黄金和白银高出50%。因此，以铜含量最高的样品3为例，考虑此因素，与样品1、4、5相比，E值和外加应力增加了8%。然而，在某些应用应力下，有些异常短的发病时间无法计算

因为施加应力的增加。在非均质合金中，样品的成分不是完全溶在一起的，而是以不同的相存在。因此,

有可能是由于数据的这种离散性导致了合金中元素组成和分布的显著差异。然而,它是指出,一个大尺寸的表面裂缝分布的不均一出席样品2和3的表面可能会导致显著差异在裂纹萌生步骤更容易进行因素在失败的时间相同的样本在不同应力比下的合金成分。因此，这种方法也可以用来作为对相同成分样品中存在的微观结构缺陷的筛选过程。

        比较以完全相同的方式处理但合金成分不同的试样1-3的结果，在8种应力中的5种下，观察到失效时间逐渐增加。由于前面提到的每一种合金的E值不同，很难从这些数据中得出直接的结论。然而，比较样品2和样品3是很有趣的，这两个样品的金和银含量基本相同，但锌和铜的含量却相差很大。在8种施加应力中的5种情况下，样品3比样品2对鳞状细胞癌的抗性更强。这一现象可能更多地与合金中的锌含量有关，而不是与铜含量的差异有关。研究表明，增加Au-Ag-CU-Zn三元合金的锌含量会增加SCC的风险。在低锌含量时，如试样3所示，合金在性质上趋向于      

双相，而随着锌含量的增加(试样2)，合金变成单相，更容易发生SCC(19)。从数据中可以发现，这些合金的硬度和失效时间之间没有决定性的关系，因为很难将不同成分的试样之间的硬度值联系起来。但是，可以得出结论，试样4的测得硬度最高(177.5 HV2.5)， SCC电阻有显著提高。断口表面的SEM图像如图3所示。可以看出，该表面的形貌与其他所有样品的形貌有显著不同(图1)。该表面粗糙且不规则，由许多空洞和凹坑组成。它是典型的韧性断裂表面观察到以前18克拉黄金aloys(非盟、银、铜和Cd)接受慢应变速率测试在空气中(7)。这表明,这种合金可能在不同的物理状态,看到样品1和5相同的成分。合金中活性成分的分布，特别是锌和铜，可能比合金的实际成分更重要。它曾被证明生产9克拉金合金在晶界处导致了锌和铜的大量偏析，这对SCC极为敏感。同样的合金在不同的地方处理这种方法导致了晶界处Ag的分离，形成了一种高度抗SCC的材料(4)。因此，这很可能是样品4中组分的分布未退火的样品与样品1和样品5有显著差异。

研究了腐蚀电解质的浓度和类型对腐蚀性能的影响。样品1-3在1和5% FeCl水溶液中进行SCC测试。在每一个

对于每个样品，在FeC浓度较低的情况下，施加应力导致失败的时间显著增加。以样本1为例，失效时间从35秒增加到10秒在施加应力为3600 MPa时，% FeC, 140sin5% FeC, 171sin1% Fea。从制造和筛选的观点来看，使用最浓缩的FeC，解决方案将是最有益的，因为失败时间总是少于五分钟。研究了10%的CuC溶液对芦荟鳞状细胞癌的腐蚀作用。与等效应力相比，在相同的应力作用下，样品1-3显示了破坏时间的减少FeCl的浓度。例如，在外加应力为1385 MPa的情况下，样品3的失效时间从106 sin10% FeC下降到66sin10% Cua。虽然这是一个更吸引人的系统，从一个快速筛选的观点的云CuC，解决方案掩盖了在溶液中的电线的质量，由于铜的氧形成Cu(OH)2。必须声明，低克拉金首饰在其使用期内不会暴露在FeQ等腐蚀性溶液中。

然而，人们相信，在生产阶段用这种简单的方法快速筛选合金将识别出产生lloy的制造工艺最容易发生鳞状细胞癌。在这一领域的未来研究是获得不同成分合金的精确E值，以便进行更直接的比较，并将时间与在FeC为10%的情况下，金首饰在正常佩戴情况下，如家用洗脱产品、氯化水和汗液，会失效。

 

结论：

一种研究珠宝工业中常用的9克拉金lloys中SCC的简便化学方法已经被开发出来。这个简单的实验装置由一个预先定义好的孔的有机玻璃板组成，孔内放置一段金属丝形状的合金。可以很容易地计算出与金属丝长度和有机玻璃板孔间距有关的合金应力。简单地将该仪器浸入腐蚀性溶液中，如10% FeC，在五分钟内导致SCC和最终失败。从这些研究得出结论，两阶段退火工艺不能显著提高合金对SCC的抵抗力，硬度不是SCC敏感性的可靠指标。这是一种简单而优雅的测量应用应力对低克拉金合金SCC的影响的方法，在确定样品处理的影响和诸如结构缺陷等变量对相同成分金合金的影响方面有价值。在生产阶段使用这种快速简便的筛选程序，可以很容易地识别出产生胶冻的芦荟处理方法，这些胶冻在其使用期内容易受到SCC的影响。

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