5. Цветовые характеристики сплавов

Медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк, называют латунями, а сплавы с другими легирующими элементами (олово, алюминий, кремний и др.) - бронзами. Отдельные бронзы в качестве легирующих элементов содержат цинк, но его обычно меньше, чем основного элемента.

При производстве ювелирных изделий из недрагоценных металлов используется большое количество медных сплавов, некоторые из них по цветовым свойствам имитируют ювелирный сплав золота марки ЗлСрМ58Э - 80 (табл.25).

Сплавы с насыщенным цветом, имитирующие золотые ювелирные сплавы, могут широко использоваться в производстве украшений и художественных изделий, так как характеризуются хорошими литейными свойствами, технологичны в обработке и отвечают необходимым декоративным требованиям.

Несомненный интерес представляют медные сплавы на основе интерметаллидов, имеющие традиционную гамму тонов. Однако они не нашли достаточно широкого применения из-за их высокой хрупкости. Поэтому стоит вопрос о разработке таких сплавов, которые обладали бы новой гаммой и оттенками, но вместе с тем были бы технологичными в работе. Поиск сплавов меди с широкой цветовой гаммой расширяет возможности создания изделий с оригинальным художественным решением.

Один из способов оценки качества цвета - определение цветового тона и насыщенности (чистоты цвета). В табл. 25 приведены сплавы, которые по цвету близки сплаву ЗлСрМ583 -80. Наиболее полно эталонному сплаву соответствуют полированные образцы томпака Л96 и нового разработанного сплава марки ЛАФ94 - 0,5 - ОД 5. При этом минимальные значения ΔЕ (1,8...2,0) имеют сплавы следующего состава, % (по массе); Cu 94,1-94,5; Zn 5,0; Al 0,5; Р-до 0,4 [50].

Таблица 25. Цветовые характеристики сплавов меди

^*(Цветовое различие по сравнению с эталоном.)

При визуальной оценке цветовых характеристик медных сплавов четко прослеживается зависимость цвета от содержания олова или цинка в сплавах. При увеличении легирующих компонентов цвет сплавов изменяется от красного и бледно-красного к желтому и золотисто-желтому. В табл. 26 приведены цвета медно-оловянных и медно-цинковых сплавов с различным содержанием компонентов олова или цинка [51].

Таблица 26. Цвета (оттенки) медно-оловянных и медно-цинковых сплавов

Среди цветных сплавов, не содержащих золото, интерес представляют сплавы на основе палладия. В пределах области гомогенности промежуточной фазы β′-PdIn (со структурой типа CsCl) цвет сплавов изменяется от золотистого через желтый до сиреневого [52]. Эти сплавы можно использовать для расширения ассортимента ювелирных изделий и получения полихромных украшений. На опытно-экспериментальном заводе метхоизделий Главмосместпрома выпущена опытная партия комбинированных (полихромных) изделий из сплавов палладия.

Расширение выпуска оригинальных ювелирных и художественных изделий, сувенирно-подарочных и предметов сервировки стола с высокими декоративными свойствами и полихромностью может осуществляться по двум направлениям:

1) создание сплавов меди - имитаторов золотых ювелирных сплавов;

2) создание сплавов с новой гаммой, выходящей по цветовым параметрам за традиционные тона.

Для изучения цветовых характеристик сплавов используют спектрофотометрический метод, основанный на определении коэффициента зеркального отражения и координат цветности х и у. Один из методов измерения цвета основан на представлении о том, что цвет является функцией трех независимых переменных и может быть геометрически интерпретирован как векторная величина [53]. В трехкоординатном цветовом пространстве построенном на основных цветах, координаты цветности х, у, z в Международной системе МКО 1931 г. связаны с цветовыми координатами простыми соотношениями [54]:

Единичная плоскость x+y + z= 1 при пересечении с векторами основных цветов дает прямоугольный треугольник. На рис. 79 представлен график цветности (часть прямоугольного треугольника). Точкам кривой соответствуют цвета чистых спектральных излучений в видимой области спектра - от фиолетового до красного. Крайние точки соединяются прямой линией, представляющей пурпурные цвета, которые образуются при смешении красного и фиолетового цветов. Точки на графике у характеризуют цветовые свойства чистых металлов-меди и золота, а также сплавов Л90 и ЗлСрМ58Э -80. Цветовые параметры рассчитывают для источника излучения С, воспроизводящего фазу дневного света с коррелированной цветовой температурой порядка 6770 К.

Один из способов оценки качества цвета - определение цветового тона и насыщенности (чистоты цвета). Цветовой тон соответствует длине волны чистого спектрального цвета (λ_d). Доминирующая длина волны определяет, какая часть спектра должна быть смешана с ахроматическим стандартом для получения цветового равенства с данным объектом. Чистота цвета данного объекта определяет степень приближения этого цвета к цвету той части спектра, которая определяется доминирующей длиной волны.

Рис. 79. Цветовой график х, у МК01931 г. (1-сплав ЗлСрМ 583-80)

Основным свойством объекта, ответственного за его цвет, является коэффициент зеркального отражения R(λ). Это справедливо только для непрозрачных и несамосветящихся объектов. При разработке сплавов на основе меди, имитирующих золотые, в качестве эталона во многих исследованиях выбирают стандартный ювелирный сплав 583 пробы - ЗлСрМ583-80. Использование спектрофотометра с приставкой зеркального отражения позволяет определить расчетным методом координаты цвета и цветности для источника света С по методу взвешенных ординат.

При использовании этого метода полученный спектр разбивают на конечное число одинаковых интервалов длин волн Δλ, а координаты цвета определяют путем вычисления соответствующих сумм:

где

При определении цветовых свойств с использованием спектрофотометра RFC фирмы "Оптон" встроенное вычислительное устройство позволяет получать сразу координаты цветности х и у, термины цвета L, А, В цветового пространства Адамса - Никкерсона, а также цветовое различие ΔЕ по сравнению с эталоном. Цветовое различие представляет собой расстояние, измеренное в единицах МКО, между двумя точками цветового пространства (рис. 80).

Рис. 80. Представление цвета в унифицированном цветовом пространстве Адамса - Никкерсона

По мнению авторов [50, 55], при пороге ΔЕ= 1 ед. МКО и ниже цвета сплавов в области спектра красный - желтый воспринимаются как идентичные. В табл. 27 приведены цветовые характеристики ювелирного сплава ЗлСрМ 583 - 80 и стандартных сплавов меди. Цветовой тон и насыщенность определяли по стандартному графику ху, исходя из координат цветности х и у.

Таблица 27. Цветовые свойства сплавов меди для художественных изделий

Легирование меди отдельными, наиболее часто применяемыми компонентами оказывает различное влияние на цветовые параметры. Переходные d-металлы (марганец, железо, никель), а также цинк, имеющий следующий за медью атомный номер, и p-элементы (алюминий, кремний, фосфор, олово) оказывают различное влияние на энергетический спектр кривых зеркального отражения при длинах волн от 400 до 1000 нм. При легировании меди переходными металлами не происходит смещения порога поглощения на кривой R(λ), как при легировании цинком, а только несколько снижается низкоэнергетическая ветвь кривой. При легировании меди p-элементами (алюминий, кремний, фосфор), вид кривой R(λ) изменяется. Алюминию соответствует похожее на влияние цинка смещение порога поглощения в область высоких энергий, т. е. приближение кривой R(λ) к кривой эталона, фосфору - похожее на влияние никеля снижение в низкоэнергетической ветви. Влияние олова на цвет медных сплавов похоже на влияние кремния, занимающего промежуточное положение между алюминием и фосфором [50].

Все технологические добавки, используемые для получения сплавов меди, оказывают различное влияние на параметры цвета. На рис. 81 видно, что цветовое различие (ΔЕ) сплавов на основе меди по сравнению с эталоном (ЭлСрМ583 - 80) имеет минимум при содержании легирующих компонентов до 5% (по массе).

Рис. 81. Цветовое различие сплавов на основе меди по сравнению со сплавом - эталоном ЗлСрМ 583-80