Lucrarea metalelor prețioase

Metalele prețioase pot fi deosebit de dificil de prelucrat din cauza gamei largi de proprietăți ale materialelor și a costurilor ridicate în cazul în care o piesă trebuie să fie casată. Următorul articol va prezenta aceste elemente și aliajele lor, precum și va oferi un ghid despre cum să le prelucrați eficient și eficace.

Despre elemente

Denumite uneori metale „nobile”, metalele prețioase constau din opt elemente care se află la mijlocul tabelului periodic (văzut mai jos în figura 1). Cele opt metale sunt:

1. Ruteniu (Ru)
2. Rhodiu (Rh)
3. Paladiu (Pd)
4. Argint (Ag)
5. Osmiu (Os)

.

6. Iridiu (Ir)
7. Platină (Pt)
8. Aur (Au)

Aceste elemente sunt unele dintre cele mai rare materiale de pe pământ, și, prin urmare, pot fi extrem de scumpe. Aurul și argintul pot fi găsite sub formă de pepite pure, ceea ce le face mai ușor de procurat. Cu toate acestea, celelalte șase elemente se găsesc de obicei amestecate în minereul brut al celor patru metale sub care se află în tabelul periodic: Fier (Fe), Cobalt (Co), Nichel (Ni) și Cupru (Cu). Aceste elemente reprezintă un subset de metale prețioase și sunt denumite, în general, metale din grupul platinei (PGM). Deoarece se găsesc împreună în minereul brut, acest lucru face ca mineritul și extracția să fie dificile, crescând dramatic costul lor. Din cauza prețului lor ridicat, prelucrarea corectă a acestor materiale de la prima dată este incredibil de importantă pentru eficiența unui atelier.

Proprietăți și compoziții de bază ale metalelor prețioase

Metalele prețioase au proprietăți materiale notabile, deoarece sunt caracteristic moi, ductile și rezistente la oxidare. Ele sunt numite metale „nobile” datorită rezistenței lor la majoritatea tipurilor de atacuri chimice și de mediu. Tabelul 1 enumeră câteva proprietăți materiale grăitoare ale metalelor prețioase în forma lor elementară. În scop comparativ, acestea sunt puse alături de 6061 Al și 4140 Steel. În general, doar aurul și argintul sunt utilizate în forma lor cea mai pură, deoarece metalele din grupul platinei sunt aliaje care constau în principal din platină (cu o compoziție mai mică de Ru, Rh, Pa, Os, Ir). Metalele prețioase se remarcă prin faptul că sunt extrem de dense și au un punct de topire ridicat, ceea ce le face potrivite pentru o varietate de aplicații.

Tabelul 1: Proprietățile materialelor prelucrate la rece ale metalelor prețioase, oțelului 4140 și aluminiului 6061

Aplicații comune de prelucrare a metalelor prețioase

Argintul și aurul au o conductibilitate termică și o rezistivitate electrică deosebit de favorabile. Aceste valori sunt enumerate în tabelul 2, împreună cu CC1000 (cupru recopt) și aluminiu 6061 recopt, în scop de comparație. Cuprul este utilizat în general în cablurile electrice datorită rezistivității sale electrice relativ scăzute, chiar dacă argintul ar fi un înlocuitor mai bun. Motivul evident pentru care aceasta nu este convenția generală este costul argintului față de cel al cuprului. Acestea fiind spuse, cuprul este în general placat cu aur în zonele de contact electric, deoarece tinde să se oxideze după o utilizare îndelungată, ceea ce îi scade rezistivitatea. După cum s-a mai spus, aurul și celelalte metale prețioase sunt cunoscute ca fiind rezistente la oxidare. Această rezistență la coroziune este principalul motiv pentru care sunt utilizate în sistemele de protecție catodică din industria electronică.

Tabelul 2: Conductivitatea termică și rezistivitatea electrică a Ag, Au, Cu și Al

Platina și aliajele sale respective oferă cea mai mare cantitate de aplicații, deoarece poate obține o serie de proprietăți mecanice diferite, păstrând în același timp beneficiile unui metal prețios (punct de topire ridicat, ductilitate și rezistență la oxidare). Tabelul 3 enumeră platina și o serie de alte PGM-uri, fiecare cu propriile proprietăți mecanice. Variația acestor proprietăți depinde de elementul (elementele) de aliere adăugat(e) la platină, de procentul de metal de aliere și de faptul că materialul a fost sau nu prelucrat la rece sau recopt. Alierea poate crește semnificativ rezistența la tracțiune și duritatea unui material, scăzându-i în același timp ductilitatea. Raportul dintre această creștere a rezistenței la tracțiune/durității și scăderea ductilității depinde de metalul adăugat, precum și de cantitatea adăugată, după cum se vede în tabelul 3. În general, acest lucru depinde de dimensiunea particulelor elementului adăugat, precum și de structura cristalină naturală a acestuia. Ruteniul și osmiul au o structură cristalină specifică care are un efect semnificativ de întărire atunci când sunt adăugate la platină. Aliajele de Pt-Os, în special, sunt extrem de dure și practic imposibil de prelucrat, ceea ce nu permite multe aplicații în lumea reală. Cu toate acestea, adăugarea celorlalți 4 PGM la platină permite obținerea unei game de proprietăți mecanice cu diverse utilizări.

Tabelul 3: Proprietățile materialelor PGM (Notă: duritatea și rezistența la tracțiune sunt valori prelucrate la rece)

Platina și aliajele sale sunt biocompatibile, ceea ce le conferă capacitatea de a fi introduse în corpul uman pentru perioade lungi de timp fără a provoca reacții adverse sau otrăvire. Prin urmare, dispozitivele medicale, inclusiv șuruburile de fixare a mușchiului cardiac, stenturile și benzile de marcare pentru dispozitivele de angioplastie sunt fabricate din platină și aliajele sale. Aurul și paladiul sunt, de asemenea, utilizate în mod obișnuit în aplicațiile dentare.

Aliajele de Pt-Ir sunt vizibil mai dure și mai rezistente decât oricare dintre celelalte aliaje și constituie capete excelente pentru bujiile din industria automobilelor. Rodionul este uneori adăugat la aliajele de Pt-Ir pentru a face materialul mai puțin elastic (deoarece sunt folosite ca fire de arc medicale), crescând în același timp lucrabilitatea acestuia. Perechile de sârme de Pt și Pt-Rh sunt extrem de eficiente la măsurarea temperaturilor și, prin urmare, sunt utilizate în termocuple.

Lucrarea metalelor prețioase

Cei doi parametri care au cel mai mare efect la prelucrare sunt duritatea și procentul de alungire. Duritatea este bine cunoscută de către mecanizatorii și inginerii din întreaga industrie prelucrătoare, deoarece indică rezistența unui material la deformare sau tăiere. Procentul de alungire este o măsură folosită pentru a cuantifica ductilitatea materialului. Acesta indică unui proiectant gradul în care o structură se va deforma plastic (permanent) înainte de rupere. De exemplu, un material plastic ductil, cum ar fi polietilena cu greutate moleculară ultraînaltă (UHMWPE), are un procent de alungire de 350-525%, în timp ce un material mai fragil, cum ar fi fonta căzută în ulei și călită (clasa 120-90-02), are un procent de alungire de aproximativ 2%. Prin urmare, cu cât procentul de alungire este mai mare, cu atât mai mare este „gingășia” materialului. Materialele gumoase sunt predispuse la acumularea de muchii și au tendința de a produce așchii lungi și fibroase.

Unelte pentru metale prețioase

Ductilitatea materialului face ca o unealtă de tăiere ascuțită să fie esențială pentru tăierea metalelor prețioase. Uneltele cu elice variabilă pentru aliaje de aluminiu pot fi utilizate pentru materiale mai moi, cum ar fi aurul pur, argintul și platina.

Materialele cu duritate mai mare necesită totuși o muchie de tăiere ascuțită. Prin urmare, cea mai bună opțiune a cuiva este să investească într-o sculă diamantată PCD. Placheta PCD are capacitatea de a tăia materiale extrem de dure, menținând în același timp o muchie de tăiere ascuțită pentru o perioadă relativ lungă de timp, în comparație cu marginile de tăiere standard din HSS și carbură.

Graficele de viteze și avansuri:

.