1. Introduzione. 2. Parte sperimentale. Studio di leghe d oro bianco in 14 ct: i nostri risultati

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1 Studio di leghe d oro bianco in 14 ct: i nostri risultati 1. Introduzione 1.1 Negli ultimi anni lo sviluppo di nuove leghe per oro bianco è fortemente orientato verso prodotti privi di nichel. Pro-Gold ha investito fondi ed energie nella ricerca per la messa a punto di leghe completamente nichel free. Attualmente, non si sono ancora raggiunti dei risultati attendibili. Per tale motivo il titolo del nostro lavoro sarà: Studio di leghe di oro bianco in 14 ct: i nostri risultati. Lo scopo di questo lavoro è quello di paragonare la cessione di nichel di tre leghe per microfusione in 14 ct. La scelta è stata dettata dall esigenza di avvicinarsi al limite massimo di cessione di nichel imposto dalla Direttiva 94/27 CE del 30/06/1994, ponendosi così nelle condizioni operative più critiche. 2. Parte sperimentale 2.1 Le tre leghe oggetto dell indagine hanno tutte la stessa quantità di nichel, vale a dire circa 8% del peso totale. La prima lega è denominata lega tradizionale ed è composta da oro, nichel, zinco e rame: Foto 1-Alberino microfuso con lega tradizionale La seconda lega ha la medesima composizione della prima, ma differisce da essa per la presenza di silicio ed è denominata lega con silicio : ProGold Srl 1

2 Foto 2- Alberino microfuso con lega con silicio La terza e ultima lega presenta una composizione simile alla lega con silicio, ma oltre al silicio è stato introdotto anche un affinatore di grano. Questa è indicata come lega con affinatore : Foto 4- Provino in cera Il ciclo produttivo risulta essere rigorosamente lo stesso per tutte e tre le leghe. Sono state simulate le peggiori condizioni di produzione: 1. ogni lega è stata rifusa 8 volte per poter verificare l andamento della cessione di nichel in relazione ai difetti (da ritiro e da porosità riscontrati fusione dopo fusione. 2. è stato riutilizzato il 70% di lega proveniente dalla fusione precedente e un 30% di lega nuova. Solamente nella prima fusione non sono stati utilizzati sfridi. 3. l alimentazione dei dischi utilizzati per le varie prove è stata realizzata in modo tale da favorire la formazione dei difetti, in particolare da ritiro (foto 4). Da ogni fusione è stato ottenuto un alberino con 10 campioni come rappresentato nelle foto 1, 2, 3. Le fusioni sono state eseguite in una fonditrice Yasui ad induzione sottovuoto con spillaggio dal fondo del crogiolo. La temperatura di colata è stata determinata aggiungendo 100 C alla temperatura liquidus, quest ultima ottenuta dalla prova di analisi termica differenziale (DTA): Lega T liquidus [ C] T colata [ C] Lega tradizionale Lega con silicio Lega con affinatore Tabella 1. Temperature di colata Foto 3- Alberino microfuso con lega con affinatore di grano La forma del provino è quella di un disco di spessore 0,5 mm e diametro di 12 mm, con al centro un foro di diametro 1 mm, riproducendo quanto previsto dalla normativa EN 1811 per l ottenimento dei campioni di riferimento come rappresentato nella foto 4: Per la cottura dei cilindri si è utilizzato un ciclo standard con temperatura finale di 700 C. Una volta versato il metallo liquido nel cilindro si sono attesi 20 minuti prima di fare lo spegnimento in acqua a temperatura ambiente. Una parte dei campioni di ciascuna lega è sono stata trattata termicamente, mantenendola in forno ad una temperatura di 850 C per 60 minuti, in seguito lasciata raffreddare in aria fino a temperatura ambiente. E stato adottato questo tipo di trattamento termico per analizzarne l effetto sull esito delle prove di cessione di nichel nelle leghe esaminate. I campioni sono stati lucidati utilizzando per il primo passaggio una carta smeriglio N 600, mentre per il secondo passaggio una carta smeriglio N Le prove di cessione sono state eseguite su ProGold Srl 2

3 3 campioni distinti di ogni fusione secondo il metodo EN1811 e l analisi successiva, per la determinazione del nichel, secondo il metodo EPA 6020A/98 utilizzando uno spettrometro analitico ICP-MS. 3. Analisi dati 3.1 Di seguito vengono riportati gli andamenti della cessione nichel in valore assoluto, ottenuti dai campioni testati in funzione del numero di fusioni. Per valore assoluto della cessione di nichel si intende il valore analitico ricavato dalla prova senza considerare il fattore correttivo previsto dalla norma pari a 0,1. Figura 2-Andamento della cessione di Nichel nelle tre leghe dopo trattamento termico L andamento rispecchia quanto rappresentato in figura 1, sebbene in questo caso i valori di cessione siano più bassi rispetto ai precedenti. La lega con silicio presenta ancora valori elevati di cessione nelle prime fusioni, mentre la lega tradizionale e la lega con affinatore presentano valori di cessione molto vicini dopo il trattamento termico. Per valutare meglio il fenomeno sono stati considerati gli andamenti della cessione di nichel con e senza trattamento termico per ogni singola lega. Riportiamo di seguito i risultati: Figura 1-Andamento della cessione di Nichel nelle tre leghe, dopo fusione Come si può notare la lega che ha minore rilascio di nichel risulta essere la lega tradizionale, mentre la lega con rilascio maggiore risulta essere la lega con silicio. La lega con affinatore di grano riduce notevolmente il rilascio di nichel rispetto alla lega con silicio, soprattutto nelle prime fusioni. Si ipotizza che la presenza di silicio promuova la formazione di più fasi in lega favorendo i fenomeni elettrochimici che portano ad una maggiore cessione di nichel. L affinatore di grano, aggiunto in piccole quantità, sembra agire come inibitore, andando ad ostacolare la dissoluzione degli ioni nichel. Figura 3-Andamento della cessione di Nichel nella lega tradizionale Di seguito è riportato l andamento per le tre leghe dopo il trattamento termico precedentemente descritto: Figura 4-Andamento della cessione di Nichel nella lega con silicio ProGold Srl 3

4 più basso; la lega con il silicio presenta grani di dimensioni variabili dopo le prime due fusioni con un rilascio di nichel maggiore; la lega con affinatore presenta grani più regolari e di dimensioni minori ma una cessione intermedia tra le altre due leghe. Da tali dati si può supporre che l omogeneità del materiale sia un fattore determinante per il rilascio di nichel. Riportiamo di seguito le foto metallografiche delle leghe analizzate: Figura 5-Andamento della cessione di Nichel nella lega con affinatore Da questi grafici si osserva come per tutte le leghe trattate termicamente si abbia un minore rilascio di nichel, giustificato dal fatto che il trattamento termico in primo luogo elimina eventuali stress residui presenti nel materiale e dovuti allo spegnimento in acqua del cilindro, migliorando così la resistenza all aggressione; in secondo luogo favorisce una migliore omogeneizzazione del materiale. Inoltre sono state eseguite delle prove metallografiche sulle leghe in esame, calcolando la dimensione media del grano per ogni singola fusione secondo la norma ASTM E112-96; è stata utilizzata la procedura di Jeffries. Osservando i campioni dopo attacco metallografico si nota: 1. La lega tradizionale (foto 5) conserva una buona omogeneità della dimensione dei grani all aumentare delle fusioni. 2. La lega con silicio presenta una sostanziale disomogeneità (evidente anche dalla figura 6), quali zone a grano fine vicino a zone a grano grosso. 3. La lega con affinatore (foto 7, 8) mantiene una dimensione del grano inalterata per tutte le fusioni, questo effetto metallurgico, dovuto all affinatore utilizzato, rende la struttura della lega molto fine aumentando così l omogeneità della lega stessa. Nel grafico sottostante viene riportato il logaritmo della dimensione media del grano in funzione del numero di fusioni, così da poter valutare l andamento della dimensione del grano in un unico grafico: Foto 5- Lega tradizionale 5X Figura 6-Dimensione media del grano per le tre leghe In teoria la lega con affinatore, avendo un grano fine, doveva presentare una cessione maggiore perché, a parità di unità di superficie, contiene una quantità di bordo grano superiore alle altre due leghe. Infatti il bordo grano risulta essere una zona energeticamente attivata e dunque più facilmente attaccabile facendo aumentare il rilascio di nichel invece la figura 6 dimostra che non c è una stretta relazione tra la cessione di nichel e la dimensione media dei grani; infatti la lega tradizionale presenta i grani più grandi e il valore di cessione ProGold Srl Foto 6- Lega con silicio 5X 4

5 Con tipo lega 1 si intende la lega tradizionale, con tipo lega 2 la lega al silicio e con tipo lega 3 la lega con affinatore. Per ogni lega sono riportati gli andamenti del rilascio di nichel, in valore assoluto, dopo fusione e dopo trattamento termico. Foto 7- Lega con affinatore 5X Foto 8- Lega con affinatore 20X 4. Conclusioni 4.1 Si riportano i dati ottenuti sulla cessione di nichel per le tre leghe su un unico grafico: Attraverso il lavoro effettuato e l esperienza acquisita sul campo si possono avanzare le seguenti considerazioni: 1. La lega tradizionale presenta il minore rilascio di nichel, a scapito delle proprietà meccaniche (dovute al grano grosso), inesistente capacità di disossidare il getto e grandi difetti da ritiro dovuti alla mancanza di silicio. 2. La presenza di silicio nella lega con silicio, pur favorendo un processo di aggressione chimica responsabile della maggior cessione di nichel, risulta essere indispensabile perché conferisce al getto una buona colabilità, capacità di riempimento dello stampo, realizzando oggetti disossidati con difetti da ritiro drasticamente ridotti, caratteristiche irrinunciabili nei processi di microfusione. 3. La lega con affinatore presenta la cessione di nichel più vicina alla lega tradizionale, conferendo proprietà meccaniche superiori alle altre due leghe esaminate (dovute al grano fine). L aggiunta parziale di silicio ha conferito al getto caratteristiche di qualità simili alla lega con silicio. Tutto ciò permette la realizzazione di oggetti di elevato standard qualitativo, anche riutilizzando più volte gli sfridi, con buona garanzia di limitare la cessione del nichel. Inoltre possono essere fatte le seguente considerazione di ordine generale in merito al nostro lavoro svolto fino ad ora: - la dimensione del grano non ha influenzato il rilascio di nichel; - i difetti da ritiro e da porosità sembrano non influenzare il rilascio del nichel, di fatto la lega tradizionale, che ha presentato maggiori difetti, ha un rilascio di nichel inferiore alle altre due leghe; - il trattamento termico riduce il rilascio di nichel, ciò potrebbe essere giustificato con una maggiore omogeneità del materiale. Infatti se paragoniamo il fenomeno di cessione del nichel ad un processo di corrosione localizzata si può ipotizzare che una struttura non omogenea favorisca la formazione di aree anodiche, sedi di reazioni di ossidazione, in contatto con aree catodiche, sedi di reazioni di riduzione con conseguente maggiore rilascio di nichel; - in microfusione il rilascio di nichel è strettamente legato alla composizione della lega. Figura 7-Andamento della cessione di nichel per le tre leghe ProGold Srl 5

6 Ringraziamenti Un particolare ringraziamento al laboratorio analisi SGS di Villafranca Padovana, accreditato SINAL, e un doveroso ringraziamento a Silvano Bortolamei e Damiano Zito per la collaborazione fornita nella realizzazione di questo lavoro. Bibliografia -Norma Europea EN Faccenda V., Oriani P., On Nickel White Gold Alloys: Problems and Possibilities. 14 th Santa Fe Symposium on Jewelry Manufacturing Technology, 2000, pag.71. -G. Raykhtsaum and D.P. Agarwal, Nickel release tests- How Well Do They Work? 15 th Santa Fe Symposium on Jewelry Manufacturing Technology, 2001, pag Bianchi, Mazza, Corrosione e Protezione dei Metalli. 1989, Masson Milano ProGold Srl 6