第05章 首飾貴金屬材料的強(qiáng)化技術(shù)

第05章

首飾貴金屬材料的強(qiáng)化技術(shù)1貴金屬首飾材料強(qiáng)化的方向強(qiáng)度韌性抗氧化性耐腐性性

2預(yù)習(xí)練習(xí)題

1.貴金屬材料通常有哪些強(qiáng)化方式？

2.閱讀教材P55-60，總結(jié)后填寫下列表格。

原理特點(diǎn)影響因素冷變形強(qiáng)化固溶強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化3第一節(jié)冷變形強(qiáng)化4什么是冷變形？

冷變形指在材料的再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的變形。再結(jié)晶溫度的意義在于：當(dāng)在低于再結(jié)晶溫度使材料變形，晶粒拉長(zhǎng)，并保持拉長(zhǎng)的形狀，變形阻力增大，強(qiáng)度、硬度增大；當(dāng)高于再結(jié)晶溫度使材料變形時(shí)，晶粒被拉長(zhǎng)，但經(jīng)過一段時(shí)間，會(huì)重新形成晶粒，恢復(fù)原來的形狀。不同的材料具有不同的再結(jié)晶溫度。

5冷變形強(qiáng)化的效果

加工硬化：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下發(fā)生塑性變形時(shí)，強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。又稱冷作硬化。

6冷變形強(qiáng)化的原理

其原理在于冷變形導(dǎo)致貴金屬材料內(nèi)部位錯(cuò)增大（晶粒結(jié)構(gòu)發(fā)生形變），進(jìn)一步形變則會(huì)更加困難，變形阻力增大。因此使強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降。位錯(cuò)7冷變形強(qiáng)化的影響因素

強(qiáng)化程度取決于冷變形率、變形溫度、材料本身性質(zhì)。

變形率越大，強(qiáng)化效果越好，同時(shí)伴有塑性、韌性的下降。8冷變形強(qiáng)化的特點(diǎn)

變形強(qiáng)化受到合金塑性的限制，變形量大到一定值時(shí)則會(huì)導(dǎo)致材料斷裂，從而失去強(qiáng)化的作用。適用于純貴金屬材料、固溶體合金和熱處理強(qiáng)化效果不好的多相合金等。

9第二節(jié)固溶強(qiáng)化10什么是固溶強(qiáng)化？

合金元素（溶質(zhì)）固溶到基體金屬（溶劑）中，使貴金屬合金材料的強(qiáng)度、硬度提高，稱固溶強(qiáng)化。

11固溶強(qiáng)化的效果

隨著合金元素含量的增加，貴金屬合金材料的強(qiáng)度、硬度上升。

12圖表分析

問題：什么元素對(duì)銀的固溶強(qiáng)化效果最好？什么元素對(duì)銀的固溶強(qiáng)化效果最差？

13圖表分析

問題：什么元素對(duì)鉑的固溶強(qiáng)化效果最好？什么元素對(duì)鉑的固溶強(qiáng)化效果最差？

14圖表分析

問題：Ag和Au可以以任意比例互溶，請(qǐng)問什么成分的Ag－Au合金強(qiáng)度、硬度最高？什么成分的Ag－Au合金塑性最差？

15固溶強(qiáng)化的原理

合金元素固溶到基體金屬當(dāng)中，基體金屬產(chǎn)生晶格畸變，各個(gè)晶粒之間發(fā)生位移的難度增大，所以強(qiáng)度、硬度提高。16固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)

強(qiáng)度、硬度提高的同時(shí)，塑性降低較少。部分固溶體合金強(qiáng)化后，塑性有所升高。17固溶強(qiáng)化的影響因素

1.溶質(zhì)元素與基體金屬的原子半徑差別越大，固溶強(qiáng)化效果越好。

2.溶質(zhì)元素與基體金屬的價(jià)電子差別越大，固溶強(qiáng)化效果越好。

3.溶質(zhì)元素與基體金屬的彈性模量差別越大，固溶強(qiáng)化效果越好。18固溶強(qiáng)化的注意事項(xiàng)

1.選擇溶質(zhì)元素時(shí)，要選擇固溶度大，且單位固溶度效果好的元素。如銅、銀是金的主要合金元素，鈀、鈷是鉑的主要合金元素。

2.盡量采取多元少量的原則，以取得更好的強(qiáng)化效果。19第三節(jié)沉淀強(qiáng)化20什么是沉淀強(qiáng)化？

過飽和固溶體：指有限固溶體溶質(zhì)的數(shù)量超過其溶解度，過飽和固溶體是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，經(jīng)過一定時(shí)間，溶質(zhì)就會(huì)析出。沉淀強(qiáng)化指金屬的過飽和固溶體，在經(jīng)過一段時(shí)間，會(huì)脫溶出微粒，此種微粒彌散分布于基體中而導(dǎo)致強(qiáng)度、硬度升高。沉淀強(qiáng)化又稱為析出強(qiáng)化。問：Ag－Au合金是否會(huì)發(fā)生沉淀強(qiáng)化？答案：不能，因?yàn)锳g－Au是無限固溶體。21課堂復(fù)習(xí)冷變形強(qiáng)化具有什么特點(diǎn)？什么叫沉淀強(qiáng)化？Au－Ag合金是否可以發(fā)生沉淀強(qiáng)化？什么是固溶強(qiáng)化？固溶強(qiáng)化遵循什么原則？22課堂復(fù)習(xí)原子尺寸、固溶度、固溶強(qiáng)化分別具有什么關(guān)系？原子尺寸差別大，固溶度小，強(qiáng)化效果好；原子尺寸相似，固溶度大，提高固溶元素含量，可提高強(qiáng)化效果。23圖表分析

24沉淀強(qiáng)化的效果

沉淀強(qiáng)化具有最好的強(qiáng)化效果，通?？梢允菇饘俚膹?qiáng)度提高幾倍以上，但是對(duì)金屬的塑性有很大的破壞作用。日本已研制出含金量99％以上、強(qiáng)度接近18K金的足金，解決了足金強(qiáng)度不足以牢固鑲嵌寶石的難題，其使用的強(qiáng)化方式即是沉淀強(qiáng)化。

25沉淀強(qiáng)化的原理

析出的微粒，釘扎在晶粒之間，阻礙晶粒之間的相對(duì)位移，從而使強(qiáng)度、硬度上升。26沉淀強(qiáng)化的影響因素

1.過飽和度越高，沉淀強(qiáng)化效果越好。

2.微粒的硬度越高，沉淀強(qiáng)化效果越好。

3.微粒的尺寸越細(xì)小，沉淀強(qiáng)化效果越好。

4.微粒的分布越分散，沉淀強(qiáng)化效果越好。27第四節(jié)細(xì)晶強(qiáng)化28什么是晶粒？

金屬是多晶體，由大量的晶粒構(gòu)成，晶粒即構(gòu)成晶體的單元。

29什么是細(xì)晶強(qiáng)化？

通過一定的工藝，使材料的晶粒變得細(xì)小且尺寸越均勻，強(qiáng)度、硬度上升，即稱為細(xì)晶強(qiáng)化。

30細(xì)晶強(qiáng)化的原理

晶粒越小，單位體積內(nèi)的晶界面積越大，對(duì)晶粒之間的相對(duì)移動(dòng)阻力越大，從而產(chǎn)生強(qiáng)化。31細(xì)晶強(qiáng)化的特點(diǎn)

晶粒組織越細(xì)，尺寸越均勻，其力學(xué)性能越好。細(xì)晶強(qiáng)化不象其他強(qiáng)化方式，它使材料強(qiáng)度、硬度提高的同時(shí)，還使塑性有所提高。

32如何產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化

變質(zhì)處理：在金屬由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變之前，在液態(tài)金屬中加入一些物質(zhì)，使金屬結(jié)晶速度增大、晶粒長(zhǎng)大速度減慢，從而獲得細(xì)小的晶粒。被加入的物質(zhì)稱為變質(zhì)劑。

變質(zhì)劑包括難熔質(zhì)點(diǎn)（如TiN）、表面活性物質(zhì)（如Ni）、改變晶體形狀的物質(zhì)等。熱處理的正火、退火、淬火都可以將晶粒細(xì)化，但是這時(shí)的溫度需要選擇好，不然將適得其反。

33強(qiáng)化原理總結(jié)

1.盡可能增加材料內(nèi)部的缺陷，以阻止晶粒之間的位錯(cuò)移動(dòng)，從而增大強(qiáng)度。前述的幾種強(qiáng)化方法均是增加缺陷而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化目的。

2.盡可能減少材料內(nèi)部缺陷，使其結(jié)構(gòu)接近于理想的完整狀態(tài)，從而增大原子之間相對(duì)移動(dòng)的難度。如晶須即可達(dá)到非常高的強(qiáng)度。34預(yù)習(xí)思考題1.首飾設(shè)計(jì)選材時(shí)，為什么盡量避免兩種電極電位大的金屬直接接觸？2.什么是極化？去極化？鈍化？3.導(dǎo)致貴金屬電化學(xué)腐蝕的因素有哪些？怎樣可以減輕或避免電化學(xué)腐蝕？35貴金屬的電化學(xué)腐蝕一、基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)二、電化學(xué)腐蝕基本理論三、貴金屬電化學(xué)腐蝕的原因及對(duì)策四、課堂習(xí)題及解答36一、基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)37化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬與非金屬直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)兩種金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生原電池反應(yīng)電流無電流有微弱電流實(shí)例Zn＋2HCl＝ZnCl2＋H2↑Ag、Pt電化學(xué)腐蝕本質(zhì)金屬失去電子被氧化聯(lián)系兩者經(jīng)常同時(shí)發(fā)生38原電池與電解池39課堂提問1.原電池的負(fù)極又稱為陽(yáng)極還是陰極？答案：陽(yáng)極2.陽(yáng)極發(fā)生的是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)？答：氧化反應(yīng)結(jié)論：原電池的負(fù)極（電極電位較低的一極），又稱陽(yáng)極，被氧化40二、電化學(xué)腐蝕基本理論41電化學(xué)腐蝕基本理論電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)：兩種金屬的電極電位不同－－－→原電池反應(yīng)↓↓1.電極電位的概念2.電極電位產(chǎn)生的原因3.常用金屬的電動(dòng)序4.以Pt、Ag電化學(xué)腐蝕為例進(jìn)行過程描述5.幾個(gè)基本概念：極化、去極化、去極化劑、鈍化42電極電位概念、產(chǎn)生原因1.電極電位：金屬表面與溶液之間的電位差。2.電極電位產(chǎn)生原因：金屬溶解為金屬陽(yáng)離子、溶液中正離子返回金屬體，兩種趨勢(shì)達(dá)到平衡時(shí)，則產(chǎn)生了電極電位。43常用金屬電動(dòng)序

Mg→Al

→

Ti→

Ni→

H

→

Cu→

Hg→

Ag→

Pd→

Pt→

Au（從左至右電動(dòng)序依次升高）問：Ag與Pd，Ag與Pt兩個(gè)組合，哪個(gè)更易發(fā)生電化學(xué)腐蝕？44Ag、Pt電化學(xué)腐蝕過程描述4546幾個(gè)基本概念1.極化：減小原電池正負(fù)兩極的電位差，減緩腐蝕。2.去極化：將原電池正極周圍的電子帶走，使極化不發(fā)生，促進(jìn)腐蝕。問：極化的過程是什么？去極化的過程是什么？47幾個(gè)基本概念3.去極化劑：能帶走正極附近電子的物質(zhì)，如H＋，O24.鈍化：金屬在一定的條件下形成鈍化膜，由易腐蝕狀態(tài)變?yōu)槟透g狀態(tài)，如Al的鈍化。48問題為什么金屬在潮濕、或者酸環(huán)境下容易發(fā)生腐蝕？49三、貴金屬電化學(xué)腐蝕的原因及對(duì)策50貴金屬電化學(xué)腐蝕原因及對(duì)策1.成分、組織、結(jié)構(gòu)不均勻引起的電化學(xué)腐蝕根源：成分、結(jié)構(gòu)不均勻?qū)е潞辖饏^(qū)域電位差異。合金元素之間的電位差成分偏析引起的電位差對(duì)策：避免電位差較大的兩種金屬直接接觸。51貴金屬電化學(xué)腐蝕原因及對(duì)策2.應(yīng)力或應(yīng)力不均勻引起的電化學(xué)腐蝕

應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上所承受的力。應(yīng)力腐蝕：金屬材料在拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。金屬表面都有一層鈍化膜（氧化保護(hù)膜），在應(yīng)力作用下，金屬表面局部區(qū)域的鈍化膜被撕破，露出活性金屬表面，在介質(zhì)作用下出現(xiàn)腐蝕，且其發(fā)展是逐漸加劇的。

只有拉應(yīng)力導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕。52防止應(yīng)力腐蝕對(duì)策退火消除應(yīng)力表面噴砂處理53貴金屬電化學(xué)腐蝕原因及對(duì)策3.保護(hù)層破損引起的電化學(xué)腐蝕

首飾貴金屬經(jīng)常利用耐蝕性較好的鍍層和鈍化膜作為保護(hù)層。1.鍍層電極電位一般比被保護(hù)金屬高2.陰極的面積大，陽(yáng)極面積小，使腐蝕速度加快對(duì)策：修復(fù)保護(hù)層54首飾為何在焊接部位容易發(fā)生腐蝕？應(yīng)力腐蝕(熱應(yīng)力)焊藥與金屬基體成分相差較大55四、課堂習(xí)題及解答56答案：1.不構(gòu)成原電池，因?yàn)闆]有構(gòu)成封閉的回路。2.Zn與硫酸反應(yīng)，Zn極冒出氣泡；Cu與硫酸不發(fā)生反應(yīng)，無氣泡產(chǎn)生。3.加鹽橋即可構(gòu)成原電池。Zn被氧化。57

a.電解池，陽(yáng)極，電極反應(yīng)式是：Zn-2e-=Zn2+；

陰極，電極反應(yīng)式是：Cu2++2e-=Cu。

b.原電池，負(fù)極，電極反應(yīng)式是：Zn-2e-=Zn2+

正極，電極反應(yīng)式是：Cu2++2e-=Cu。

c.Zn①發(fā)生的反應(yīng)為：Zn+CuCl2=ZnCl2+Cu。

Zn②極發(fā)生電化學(xué)腐蝕，電極反應(yīng)式是：（－）極Zn-2e-=Zn2+，

（＋極）Cu2++2e-=Cu。

58習(xí)題3：體積相同、濃度同為4.0mol/L的鹽酸中，一份