第2章首饰贵金属材料的基本性质

第2章首饰贵金属材料的基本性质一、贵金属材料的定义贵金属主要指金、银和铂族金属（钌、铑、钯、锇、铱、铂）等8种金属元素。这些金属大多数拥有美丽的色泽，对化学药品的抵抗力相当大，在一般条件下不易引起化学反应。它们被用来制作珠宝和纪念品，而且还有广泛的工业用途。贵金属在高科技产业中的作用巨大，被人们称为“现代工业维生素”和“现代新金属”。金属黑色金属：铁、锰、铬轻金属：铝、镁、钾、钠、锶等重金属：铜、铅、锌、镍、铋、镝、汞等稀有轻金属：锂、铍、铯、铷、钛等高熔点金属：钛、锆、钒、铌、钽、钼、钨等分解金属：钾、铟、铊、锗、铪、铼等稀有金属：钪、钇、镧及镧系元素等放射性金属：锕系元素（钍、钋、铀等）贵金属：金、银、铂族有色金属半金属：硅、硒、碲、硼等贵金属：金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）、钯（Pd）铑（Rh）、铱（Ir）、锇（Os）、钌（Ru）产量稀少，有相同的物理化学性质，是金属中的“贵族”铜族元素：金、银位于元素周期表IB族铜下铂族元素：钌、铑、钯、铂、锇、铱又称稀贵金属轻贵金属：钌、铑、钯、银位于第五周期重贵金属：锇、铱、铂、金位于第六周期贵金属材料的基本性质综述贵金属材料的物理性质；贵金属材料的力学性质；贵金属材料的化学性质；第1节贵金属材料的物理性质1.晶体结构铑、钯、银、铱、铂、金为面心立方结构钌、锇为密排六方结构均为最紧密堆积，配位数均为122.光学性质银为银白色、金为金黄色钌为蓝白色、铑为银白色、钯为钢白色、锇为蓝白色、铱为白色、铂为锡白色是很好的电镀材料和反光材料可见光范围：390—780nm3.贵金属的光学性质贵金属由于抗化学腐蚀性和氧化性好，所以表面不生成氧化膜和腐蚀膜，保证了他们对光源反射的稳定性，因此常用铑、钯、银等贵金属材料作为首饰表面的电镀层；银对可见光和红外光的反射率是所有金属中最高的，但是在接近紫外线区域，反射率出现明显下降，银呈现出银白色就是因为对可见光的反射率极高的缘故；黄金对可见光中的橙黄光和红外线区域有很高的反射性，因此，黄金呈金黄色；钌呈现蓝白色、铑呈银白色、钯呈钢白色、锇呈现蓝白色、铱呈白色、铂呈锡白色。4.贵金属熔点与沸点贵金属的熔点、沸点都较高。熔点从低至高的变化顺序为：银、金、钯、铂、铑、钌、铱、锇贵金属的蒸汽压较低，不易挥发，但在有氧条件下加热易形成氧化物挥发金是唯一在高温条件下不易氧化的贵金属蒸汽压：指液体（或者固体）的表面存在这该物质的蒸汽，这些蒸汽对该物质表面产生的压强4.吸气性贵金属有吸附气体的性质a锇、钌吸附少量的氢生成相应的化合物b铂铑吸附氢的数量与其分散程度有关c钯能吸附相当自身2800倍体积的氢并形成α和β两种固溶体，密度、导电率及抗拉强度也相应降低，加热后又可释放氢气，钯还有允许氢透过的性质。铂黑：粉末状的铂海绵铂：为灰黑色海绵状的物质，有较大的表面积第2节贵金属材料的力学性能退火定义：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的：是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。1.力学性质1．金属工具使用时因受热而失去原有的硬度。2．把金属材料或工件加热到一定温度并持续一定时间后，使缓慢冷却。退火可以减低金属硬度和脆性，增加可塑性。也叫焖火。目的：(1)降低硬度，改善切削加工性；(2)消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；(3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。(4)均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。塑性变形：金属零件在外力作用下产生不可恢复的永久变形。弹性变形：材料在受到外力作用时产生变形或者尺寸的变化，而且能够恢复的变形屈服：当应力超过弹性极限后，变形屈服强度：是材料屈服的临界应力值抗拉强度：指材料在拉断前承受最大应力值延伸率：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比维氏硬度:以49.03~980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。（1）硬度：银、金、铂、钯的硬度较低钌、铑、锇、铱的硬度较高金属的硬度受加工率和退火温度的影响，冷加工对贵金属的影响较大，开始加工阶段硬度提高很大，后来接近平缓。提高退火温度和延长保温时间，硬度降低合金的加入，明显改善金属的硬度（2）强度和延伸率对于贵金属来说强度越大，延伸率越低银、金、铂、钯的强度较低，延伸率高钌、铑、锇、铱的强度较高，延伸率低提高退火温度和延长保温时间强度降低提高温度，贵金属抗拉强度降低冷加工对贵金属的硬度影响较大，一般情况下，加工开始阶段对硬度的提高较大，随着加工率的增加，硬度增加趋于平缓；退火温度对贵金属的硬度和强度都有影响。提高退货温度和延长保温时间，贵金属硬度和强度降低，延伸率增加。提高温度，贵金属的抗拉强度降低。2贵金属的弹性模量弹性模量：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比，其比例系数称弹性模量弹性模量克视为衡量材料产生弹性变形的难易程度。变形抗力值：塑性变形时，变形金属抵抗塑性变形的力称为变形抗力。贵金属中金、银、铂、钯的弹性模量和变形抗力值较低，易于加工；而钌、铑、锇、铱的弹性模量和变形抗力值较高，加工困难。随着温度的升高弹性模量下降，这是加工往往在高温下进行的原因。第3节贵金属的化学性质1贵金属的氧化性质钌、铑、钯、锇、铱、银在空气中灼烧形成各种组分的氧化物，但氧化物均不稳定，稳定温度范围较窄或有挥发性铂族元素与氧亲和力较低Pt＜Pd＜Rh＜Ir＜Ru＜Os铂只有粉末状可以和氧结合2贵金属与无机酸、碱的反应（1）与无机酸的反应贵金属的电离价位较高，这就决定了它们在常温下是很稳定的，不易与酸碱等活泼的非金属元素反应。a铂族元素HCl：铂族元素不溶于HNO3：除了钯，其余不溶H2SO4：铂、铱、钯不反应王水：铂、钯可溶；铑、铱、钌不溶HCl+H2H2：可溶解铂、钯铂族元素与酸的反应速度取绝于形态B金HCl、HNO3、H2SO4不与金反应金溶于HCl—HNO3和有氧化剂存在的HCl中，HCl与氧化剂混合产生新生态氯、对金属有强烈的腐蚀作用常用氧化剂有：H2O2、KMnO4、KClO4、KNO3C银常温条件下与HNO3反应生成AgNO3,与浓H2SO4反应生成Ag2SO4，但与稀H2SO4和HCl不反应（2）与碱的反应一般的碱溶液对贵金属没有腐蚀作用，当通入氯气时，对贵金属有较强的腐蚀作用。贵金属与NaCl混合加热并通入氯气，可制成相应的氯化物。铂的氯化物在氯化温度超过650℃的条件下挥发。3贵金属的氧化还原性质（1）铂铂的常见价态为4价和2价，4价铂可被还原为2价铂或金属铂，2价铂可被氧化为4价铂。（2）钯钯的常见价态为2价和4价，4价钯在酸性介质中很不稳定，只有在强氧化剂条件下才稳定。2价和4价的钯都能被还原为金属。（3）铑铑的常见价态为3价。3价的铑与强氧化剂反应生成一种蓝紫色的溶液，这是铑的高价化合物，但是高价化合物不稳定，可释放出氧。3价的铑还能被某些还原剂还原为金属。（4）金金的常见价态是3价，金很难被氧化，所以3价金是一种很强的氧化剂，3价金很容易被还原为金属金，可还原3价金的物质较多（5）银银的常见价态为1价，只有强氧化剂氧化时才能得到2价银，如臭氧和硝酸氨4贵金属的化合物和络合物所有贵金属都有d-电子层结构，尤其是铂族金属，其4d（或5d）电子未充满，给那些电子给予体的电子充填提供了空轨道，可形成分子杂化轨道，故能生成稳定的络合物。贵金属的卤化物中，氯化物和氯络化物是一种重要的化合物，它是制备多数贵金属标准溶液的主要形态，也是分析化学中常用的形态。贵金属的化合物和络合物是进行贵金属分析测试的主要物质。（1）铂的典型氯化物和氯络化物：PtCl2，PtCl4和[PtCl6]2-、[PtCl4]2-（2）钯的氯化物和氯络化物：PdCl，PdCl2，PdCl3，PdCl4[PdCl4]2-,[PdCl6]2-（3）铑的氯化物和氯络化物M[RhCl6]·nH2O（4）金的氯化物和氯络化物AuCl3是一种棕黄色的晶体络化物为M[AuCl4]（5）银的卤化物AgF，AgCl，AgBr，AgI;其中AgCl，AgBr，AgI具有感光特性，广泛用于感光材料