TOPIREA METALELOR PRETIOASE

Trecerea unui material din stare solida in stare lichida prin intermediul temperaturii. CUNOSTINTE specifice sunt necesare pentru evitarea  deteriorarii materialului topit. Efectele defectiunilor apar de multe ori la faze de prelucrare avansata ale acestuia, iar repararea este in multe cazuri imposibila, ca urmare pagubele pot fi insemnate. GENERALITATI Topirea este o procedura foarte complexa iar in acest material o sa ne focusam atentia pe aspectele de importanta practica. Reteaua cristalina a metalelor nu este o structura rigida, ci este un sistem dinamic. In acest sistem se afla electroni intr-o miscare continua. Acestia la rindul lor sunt inconjurati de ioni metalici care se afla la fel intr-o miscare continua, pe o traiectorie limitata in jurul acestora. Aceste sunt tinute intre ele de forte de coeziune.

Cu ridicarea temperaturii se accelereaza  viteza de miscare in atom prin care fortele de legatura (coeziune) se slabesc. In acelasi timp cu cresterea vitezei de miscare in atomi se maresc si distantele dintre acestia (de ex. din practica: la 

decalire placa subtire, care nu se afla pe suport plan se

deformeaza!). Datorita maririi distantei interatomice la incalzire, cunoastem dilatarea metalelor la incalzire. La atingerea punctului de topire energia miscarii va fi mai mare decit fortele de coeziune dintre atomi. Urmeaza desprinderea atomilor din reteaua cristalina.

Aceasta desprindere este un proces continuu, paralel cu cresterea tempe-raturii. La topirea cu flacara, caldura ajunge la material de obicei din partea de sus. Aici se si incepe procesul de „dizolvare“ a cristalelor care apoi patrund prin intregul material astfel incit materialul topit curge la fundul creuzetului, iar cristalele care mai sunt intacte sau care sunt pe cale sa se dizolve, plutesc in topitura pina ce si acestea se dizolva si asa mai departe pina ce topitura devine omogena. La topirea metalelor pure cu flacara, va ramine temperatura

topirii constanta, dar la aliaje temperatura trebuie ridicata usor dupa atingerea punctului de topire.

ALIAJUL. Reprezinta amestecul in stare topita a  metalelor cu scopul de a schimba :caracteristicile de prelucrare; caracteristicile de folosire; culoarea; pretul.

ECHIPAMENTELE NECESARE PROCESULUI DE TOPIRE AL METALELOR PRETIOASE:

1. DOTARI, INSTALATII SI MASINI:

- PISTOLUL  DE  LIPIT  SAU  SALIMOUL  – relevant la cantitati mici de topitura.

- BRENERUL – flacara deschisa cu gaz – propan, butan, metan, acetilena – cu surplus de aer – aer comprimat; – oxigien

- VATRA – astazi, nu mai  este reprezentativa in productia de bijuterii, ea se utilizeaza in tarile mai putin dezvoltate pentru topirea de omogenizare.

- CUPTORUL  ELECTRIC – cu  rezistente – pentru cantitati de pina la 2 KG

- CUPTORUL CU GAZ – cu surplus de aer prin  ventilator – pentru  cantitati peste 2 KG.

- MASINA DE TOPIT  CU  INDUCTIE – se foloseste astazi atat pentru productie cat si pentru topiri de omogenizare.

- FURNALUL – este folosit la recuperarea metalelor pretioase din deseuri specifice si din minereu.

2. CREUZETE – de diferite forme, marimi, cu sau fara capace; – din ceramica, pentru toate aliajele de aur si argint; – sunt sensibile la socuri termice; – din grafit, pentru toate aliajele de aur si argint afara de aur alb, – din amestec de grafit si ceramica.

Tipuri de creuzete: creuzet ceramica tip oala, creuzet grafit tip oala, creuzet grafit pentru cuptor electric

3. BAGHETE – pentru amestecarea topiturii in vederea omogenizarii sau a curatarii topiturii, care pot fi din: din ceramica; grafit ; cuart

ATENTIE, nu folosti la amestecarea topiturii – sarme de alama, sarme din otel sau electrozi deoarece materialul din aceste aliaje ajunge in topitura pe care o pot deteriora!!!

4. CLESTI – sunt deobicei clesti cu brate lungi si falci special profilate pentru prinderea creuzetelor si lingourilor

5. ECHIPAMENT DE PROTECTIE: manusi ; ochelari; sort si pantofi; sistem de ventilatie;

6. PREPARATE  DE  TOPIRE : a) REDUCTIBILE: boraxul si carbonatul de  potasiu  - pentru a dizolva oxizi existenti, – pentru a impiedicat oxidarea la procedura de topire; b) OXIDANTE: nitrat de sodiu si nitrat de potasiu pentru imbunatatirea aliajului, oxidind componentele nedorite din acesta. c) PREPARATE SPECIALE – cu continut pentru ridicarea punctului de evaporare; – in diferite combinatii pentru ridicarea eficientei

7. LINGOTIERE din fonta, otel sau grafit  pentru: tabla, sirma, bara, lingou

PREGATIREA  PROCEDURII

CREUZETULUI DIN CERAMICA verificati daca creuzetul este intact – prin vizualizare – sa nu existe crapaturi prin usoara lovire sa nu zdrangane. Glazurati: – creuzetul din cereamica prin incalzirea lenta pana la maxim 300-400°C si presarare a suprafetei cu pulbere de borax. Intindeti boraxul topit pe toata suprafata interioara a creuzetului cu ajutorul baghetei de amestecat

GLAZURAREA CREUZETULUI ESTE NECESARA CA SA NU INTRE IN STRUCTURA DE CERAMICA METALUL TOPIT PENTRU EVITAREA PIERDERILOR

CREUZETULUI DIN GRAFIT

a) verificarea creuzetului ca si la cele din ceramica. b) glazurati gulerul si interiorul creuzetului cu acid boric astfel: incalziti creuzetul in cuptor pana la 400°C, scoateti creuzetul cu clestele de creuzet si presarati gulerul si interiorul creuzetului cu acid boric. c) Introduceti creuzetul presarat din nou in cuptor pentru a se topi acidul boric in intregime. d) scoateti creuzetul dupa cateva minute din cuptor si verificati daca suprafata gulerului si a interiorului este complet glazurata, daca nu, repetati presararea si reintroducerea in cuptor pana ce toata suprafata interioara si gulerul sunt glazurate. e) glazurarea este necesara pentru a lungii timpul de utilizare a creuzetului, deoarece grafitul se descompune la

temperaturi de peste 400°C la contactul cu oxigenul din aer.

- PREGATIREA MATERIALULUI a) verificarea materialului de topit prin eliminarea impuritatilor de cositor prin inlaturare mecanica sau chimica. b) eliminarea impuritatilor organice prin ardere pe tava (incalzita de jos). c) eliminarea impuritatilor de fier sau otel cu ajutorul magnetului – atentie la aliaje de aur alb cu continut de nichel deoarece nichelul este magnetic!

TOPIREA  ALIAJELOR  DE  AUR

CANTITATI  MICI se pot topi cu salimoul sau cu teava de suflat, pe carbune de lemn sau pe placa de lipit

CU  BRENERUL – marimea si genul duzei se alege in functie de marimea creuzetului. Marimea creuzetului se alege in functie de cantitatea materialului de topit

PROCEDURA: a) se introduce materialul de topit in creuzetul pregatit. b) se adauga preparate de topit in cantitatile corespunzatoare peste material inainte de incalzire, iar daca nu este suficient se mai poate aplica si peste materialul incalzit. c) urmeaza incalzirea potrivita cu brenerul – incalzire lenta, cu flacara moale pina se ajunge in apropierea punctului de topire, apoi se intareste flacara, asa ajungind la topirea integrala si omogena a materialului; ATENTIE la incalzirea prea rapida se produce improscarea – cantitati din material topit sar din creuzet astfel se pot produce pierderi importante de material !!!. d) turnarea in lingotiera, aceasta trebuie sa fie unsa cu grasime si cu grafit, iar

apoi preincalzita – preincalzirea pentru aliajele de aur de culoare: – galbene si rosii temperatura mai  mica (max. 90 – 100°C); – albe temperatura trebuie sa fie mai mare (300°C)

IN CUPTOR  ELECTRIC

Fata de topirea cu flacara deschisa este mai avantajoasa deoarece: a) topitura fierbe integral; b) topitura se omogenizeaza mai bine; c) temperatura topiturii este uniforma in toata masa topiturii; d) nu se produce oxidarea adaosului de aliaj, deoarece topitura se afla in mediu inchis;

Creuzetele sunt deobicei din grafit, trebuie sa fie pregatite la fel ca si cele din  ceramica folosite la topirea cu flacara deschisa.

PROCEDURA: a) cuptorul se incalzeste pina la 700°C, fara creuzet. b) in cuptorul preincalzit se introduce creuzetul rece cu materialul pentru topit si se ridica temperatura indicata pe fisele tehnice ale prealiajelor, iar in cazul in care se folosesc aliaje vechi temperatura maxima pentru productie este de 980- 1050°C, iar pentru cazul topirilor de omogenizare 1050°C. c) la atingerea temperaturii reglate se va verifica oglinda: – in cazul in care oglinda nu este limpede se va adauga  preparat de topire si se va amesteca cu bagheta de amestecat si se va inchide capacul cuptorului, dupa citeva momente se verifica oglinda din nou; – in cazul in care oglinda este curata se aplica introducerea de „MELTEX“ (preparat de omogenizare) peste topitura, se va amesteca cu bagheta de amestecat  urmind inchiderea capacului, iar dupa citeva minute –

verificarea definitiva a oglinzi si turnarea in lingotiera pregatita.

IN CUPTOR CU GAZ cu surplus de aer prin ventilator

- creuzetele sunt din ceramica sau din amestec special din grafit si ceramica; se foloseste pentru cantitati de peste 2 KG, pentru topiri de omogenizare si recuperare din deseuri;

MASINA DE TOPIT CU INDUCTIE – se utilizeaza la tehnologiile moderne de productie, la topirile de omogenizare. Caracteristici: viteza de topire este foarte rapida. Pentru a imbunatati structura cristalina, se suprapune frecventa de inductie cu o alta frecventa de agitare a topiturii care conduce la obtinerea unei structuri microcristaline, ca urmare a diminuarii porozitatii materialului. Ccapacitatea acestor masini de topit este, in functie de utilizare, de la 100 gr pana sute de kg de topitura.

PROBLEME INTALNITE IN TIMPUL PROCESULUI DE TOPIRE

ALIAJE DEFECTE, sunt aliaje cu structuri macrocristaline care se datoreaza : – unor proportii de adaos de aliaj incompatibil; – unor impurificari cu Pb, St, Zn, Al ;ADAOS INCOMPATIBIL – produce o structura macrocristalina, care deobicei se datoreaza amestecului de diferite aliaje colectate, ale caror componenta nu este cunoscuta si sunt nepotrivite intre ele

REMEDIEREA DEFECTIUNILOR: se va adauga 0,5% din greutatea aliajului cadmiu conform procedurii descrise mai sus; – se va efectua o topire oxidanta la care cadmiul va absorbi ceilalti oxizi metalici care vor fi eliminati odata cu arderea oxidului de cadmiu. ATENTIE EMISII TOXICE!! – fumul la arderea oxidului de cadmiu este foarte toxic, de aceea trebuie lucrat sub hota de putere! Culoarea acestui fum este galben -portocaliu – maroniu; – se va efectua a doua topire care sa fie reductibila. – prin cintarire se poate determina o eventuala necesitate de a corecta aliajul cu ceva adaos de argint si cupru.

DEFECTE  PRIN PREZENTA : Pb; St; Zn; Al: – structuri macrocristaline – material casant; – cintarirea materialul de topit, apoi se va umple un creuzet cu acest material de topit pina la maximum 1/3 dupa ce se va efectua topirea, iar cind s-a ajuns la punctul de topire se va adauga salpetru in cantitatea volumului topiturii se va continua incalzirea la o temperatura peste punctul de topire si aceasta pana cand topitura nu mai clocoteste  la suprafata. Se va turna totul pe o placa de otel si se va indeparta zgura, forjand la rece materialul, faramitati bucatile de zgura,pentru  a nu pierde material dispensat in bilute mici in zgura! Se va forja la rece „ regele“ la unul din capete pentru a verifica daca este buna calitatea, iar daca acesta va  crapa la forjare producind suprafete de rupere de culoarea maronie atunci trebuie repetata procedura pina ce reuseste subtierea „ regelui“ prin ciocanire apoi se va constata prin cintarire diferenta de greutate pentru care se va adauga Cu si Ag

FLACARA DE TOPIRE: a) fiind albastra ea este oxidanta (datorata surplusului de oxigen). b) fiind galben portocalie ea este reductibila (datorita deficitei de oxigien)

TOPIRE  DE  PILITURA: – pilitura trebuie sa provina din acelasi aliaj (titlu si culoare); sa nu contina metale straine de aliaj; sa nu contina impuritati de prelucrare (smirglu si resturi de slefuire sau lustruire).

PROCEDURA: tratarea cu magnet – pentru eliminarea fierului (nu se aplica la aur alb – datorita nichelului din aliaj, care este magnetic (si s-ar putea pierde o mare parte din aliaj). Incalzirea pe tava din otel pentru arderea impuritatilor organice si nemetalice. A) Pilitura curatita: – se amesteca cu preparate de topire, – se invaluie in hirtie de matase si se topeste, – topirea in cuptorul electric sau cu inductie este indicata, deoarece pierderea este cea mai scazuta deoarece se proceseaza in mediu inchis, fara curenti de aer; B) pilitura cu impuritati – pilitura se amesteca cu salpetru. Apoi se face o topire oxidanta si retopire reductibila.

TOPIREA ALIAJELOR DE ARGINT. ARGINTUL: se topeste ca si aurul, insa el are cateva particularitati speciale:- punctul de topire este de ~ 100°C mai mic decat cel al aurului – 960,85°C; – poate sa absoarba un volum mare de oxigien (de aprox. 8 ori propriul volum!); acest fenomen deterioreaza structura materialului se formeaza pete negre! Aceste pete negre se pot repara numai prin retopire.

EVITAREA PETELOR NEGRE: a) topire in mediu inchis sau inert; b) topire cu flacara reductibila – de

culoare galben-portocalie; c) toata suprafata topiturii trebuie sa fie acoperita cu material decapant. LA TURNARE – prin flacara reductibila, iar la lipsa acestei posibilitati se aprinde un lemn in fata lingotierei, prin flacara carei se  va executa turnare.

TOPIREA ALIAJELOR DE PLATINA

SURSA DE INCALZIRE – trebuie sa produca o temperatura de peste 2000°C; CREUZETUL – trebuie sa reziste la temperaturi peste 2000°C; OCHELARII DE PROTECTIE – sunt necesari ochelari intunecati de cel putin 80%, pentru  a evita orbirea la temperatura necesara topirii si la turnare.

METALE IMPORTANTE IN BIJUTERIE

Metalul SimbolulPunctul de topire

Densitatea Dizolvant

AUR Au 1063°C 19,3g/cm³ apa regalaARGINT Ag 960,85°C 10,5g/cm³ acid azoticPLATINA Pt 1774°C 21,3g/cm³ apa regala

fierbinteRODIU Rh 1966°C 12,42g/cm³PALADIU Pd 1557°C 12,03g/cm³apa regalaCUPRU Cu 1082°C 8,92g/cm³ acid azoticFIER Fe 1528°C 7,86g/cm³ acid

sulfuric diluat

ZINC Zn 419,4°C 7,13g/cm³ acid clorhidric

COSITOR (STANIU)

Sn 231,85°C 7,28g/cm³ acid clorhidric cald

CADMIU Cd 320,9°C 8,46g/cm³

INDIUM In 156,61 °C 7,31g/cm³TITAN Ti 1800°C 4,99g/cm³NICHEL Ni 1425°C 8,9g/cm³ acid azoticPLUMB Pb 327,4°C 11,34g{cm³acid azoticMERCUR Hg  -38,84°C 13,55g/cm³

ALIAJE  DE  AUR

Titlu Culoare Densitate Punctul de topire750/000 GALBEN 15,4g/cm³ 870 – 895°C750/000 ROZÉ 15,2g/cm³ 840 – 880°C750/000 ROSU 14,8g/cm³ 870 – 890°C750/000 ALB 16,0g/cm³ 1050 – 1180°C585/000 GALBEN 13,3g/cm³ 825 – 880°C585/000 ROZÉ 13,2g/cm³ 825 – 880°C585/000 ROSU 13,0g/cm³ 900 – 925°C585/000 ALB 14,7g/cm³ 1050 – 1115°C375/000 GALBEN 11,0g/cm³ 840 – 890°C

Aliaje  de  argint

Titlu DensitateaPunctul de topire925/000 10,3g/cm³ 840 – 900°C835/000 10,1g/cm³ 790 – 840°C

 ALIAJE DE PLATINA

TITLU DENSITATEA PUNCTUL DE  TOPIRE600/000 13,4g/cm³ 1190≈1310°C952/000 21,0g/cm³ ≈1800°C960/000 20,3g/cm³ 1730-1745°C

Dupa topire urmeaza turnarea in lingotierele necesare in functie de procesul tehnologic care va urma.