Topirea materialelor pretioase - generalitati

DEFINITIE

Trecerea unui material din stare solida in stare lichida cu ajutorul temperaturii.

GENERALITATI 
Topirea este o procedura foarte complexa; aici o sa ne focuzam 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. Acestea 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 acestea (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 temperaturii.

La topirea cu flacara, caldura ajunge la material, de obicei, din partea de sus. Aici incepe procesul de „dizolvare“ a cristalelor care apoi patrund prin intregul material astfel incat materialul topit curge la fundul creuzetului, iar cristalele care mai sunt intacte sau care sunt pe cale sa se dizolve, plutesc in topitura pana ce si acestea se dizolova, si asa mai departe pana ce topitura devine omogena. La topirea metalelor pure cu flacara, va ramane 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:

- caracteristicele de prelucrare;

- caracteristicele de folosire;

- culoarea;

- pretul.

Heinz Karl

Maistru bijutier, Gemolog DgemG,

Expert in Diamante DgemG

Echipamente utilizate in procesul de topire

1. DOTARI, INSTALATII SI MASINI

a.) PISTOLUL DE LIPIT SAU SALIMOUL: relevant la cantitati mici de topitura.

b.) BRENERUL: flacara deschisa cu gaz

- propan, butan, metan, acetilena;

- cu surplus de aer - aer comprimat;

- oxigen.

c.) VATRA: astazi nu mai are relevanta la productia de bijuterii, ea se utilizeaza in tarile mai putin dezvoltate pentru topirea de omogenizare.

d.) CUPTORUL ELECTRIC: cu rezistente - pentru cantitati de pana la 2 KG.

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

f.) MASINA DE TOPIT CU INDUCTIE: se foloseste astazi atat pentru productie cat si pentru topiri de omogenizare.

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 in afara de aur alb;

- din amestec de grafit si ceramica.

3. BAGHETE

- pentru amestecarea topiturii in vederea omogenizarii sau a curatarii topiturii, care pot fi din:

- ceramica;

- grafit;

- cuart.

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

4. CLESTI

- sunt, de obicei, 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 impiedica oxidarea la procedura de topire.

b.) oxidante: nitrat de sodiu si nitrat de potAsiu   

- pentru imbunatatirea aliajului;

- oxidand componentele nedorite in 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;

- sarma;

- bara;

- lingou.

Heinz Karl

Maistru bijutier, Gemolog DgemG,

Expert in Diamante DgemG

Pregatirea procedurii de topire

1. PREGATIREA ECHIPAMENTELOR

CREUZETULUI DIN CERAMICA

A. - verificati daca creuzetul este intact:

- prin vizualizare - sa nu existe crapaturi;

- prin usoara lovire – sa nu zdrangane;

B. - glazurati: - creuzetul din cereamica - prin incalzirea lenta pana la maxim 300-400°C si presarare a suprafetei cu pulbere de borax;

C. - intinderea boraxului topit pe toata suprafata interioara a creuzetului cu ajutorul baghetei de amestecat;

- glazurarea 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;

- introduceti creuzetul presarat din nou in cuptor pentru a se topi acidul boric in intregime;

- 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;

- glazurarea este necesara pentru a lungi timpul de utilizare a creuzetului, deoarece grafitul se descompune la temperaturi de peste 400°C la contactul cu oxigenul din aer.

2. PREGATIREA MATERIALULUI

- verificarea materialului de topit: 

- eliminarea impuritatilor de cositor prin inlaturare mecanica sau chimica;

- eliminarea impuritatilor organice prin ardere pe tava (incalzita de jos);

- eliminarea impuritatilor de fier sau otel cu ajutorul magnetului – atentie la aliaje de aur alb cu continut de nichel deoarece nichelul este magnetic! 

Heinz Karl

Maistru bijutier, Gemolog DgemG,

Expert in Diamante DgemG

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 diuzei se alege in functie de marimea creuzetului;

- marimea creuzetului se alege in functie de cantitatea materialului de topit.

PROCEDURA DE LUCRU
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 pana se ajunge in apropierea punctului de topire, apoi se intareste flacara, asa ajungand la topirea integrala si omogena a materialului;

- 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 su 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

- topitura fierbe integral;

- topitura se omogenizeaza mai bine;

- temperatura topiturii este uniforma in toata masa topiturii;

- nu se produce oxidarea adaosului de aliaj, deoarece topitura se afla in mediu inchis.

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

                                         PROCEDURA  DE LUCRU
a.) cuptorul se incalzeste pana 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.) 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 mesteca cu bagheta de amestecat si se va inchide capacul cuptorului, dupa citeva momente se va verifica oglinda din nou;

- in cazul in care oglinda este curata, se aplica introducerea de „MELTEX“ (preparat pentru omogenizare) peste topitura, se va amesteca cu bagheta de amestecat urmand 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 tehnologii moderne de productie;

- la topirea de omogenizare.

CARACTERISTICI
a.) viteza de topire este foarte rapida;

b.) 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;

- capacitatea acestor masini de topit este, in functie de utilizare, de la 100 gr pana la sute de kg de topitura.

Heinz Karl

Maistru bijutier, Gemolog DgemG,

Expert in Diamante DgemG

Probleme intalnite in timpul procesului de topire

ALIAJE  DEFECTE (VICIATE) sunt aliaje cu structuri macrocristaline care se datoreaza:

A. UNOR PROPORTII DE ADAOS DE ALIAJ INCOMPATIBIL (ADAOS INCOMPATIBIL - produce o structura macrocristalina, care, de obicei, se datoreaza amestecului de diferite aliaje colectate ale caror componenta nu este cunoscuta si sunt nepotrivite intre ele).

REMEDIEREA DEFECTELOR: 
- se va adauga 0,5 % din greutatea aliajului cadmiu conform procedurii descrise mai sus;

- se va efectua o topire oxidanta la care cadmiul va absorbe ceilalti oxizi metalici care vor fi eliminati totodata 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 cantarire se poate determina o eventuala necesitate de a corecta aliajul cu ceva adaos de argint si cupru.

B. DEFECTE DATORATE PREZENTEI: Pb; St; Zn; Al - structuri macrocristaline – material casant;
REMEDIEREA DEFECTELOR:

- cantarirea materialul de topit, apoi se va umple un creuzet cu acest material de topit pana la maximum 1/3 dupa ce se va efectua topirea, iar cand 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 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 producand suprafete de rupere de culoarea maronie atunci trebuie repetata procedura pana ce reuseste subtierea „regelui“ prin ciocanire apoi se va constata prin cantarire diferenta de greutate pentru care se va adauga Cu si Ag.

Heinz Karl

Maistru bijutier, Gemolog DgemG,

Expert in Diamante DgemG

Alte probleme intalnite in timpul procesului de topire

FLACARA DE TOPIRE

- fiind albastra ea este oxidanta (datorata surplusului de oxigen);

- fiind galben portocalie ea este reductibila (datorita deficitului de oxigen).

TOPIRE DE PILITURA

- ea 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 DE LUCRU

- tratarea cu magnet - pentru eliminarea fierului (nu se aplica la aur alb - datorita nichelului din aliaj, care este magnetic - prin care s-ar putea pierde o mare parte din aliaj);

- incalzirea pe tava din otel pentru arderea impuritatilor organice si nemetalice;

- pilitura curatita: - se amesteca cu preparate de topire;

- se invaluie in hartie de matase si se topeste.

- topirea in cuptorul electric sau cu inductie este indicata, deoarece pierderea este cea mai scazuta ca se proceseaza in mediu inchis, fara curenti de aer;

- pilitura cu impuritati - pilitura se amesteca cu salpetru. Apoi topire oxidanta si retopire reductibila.

Heinz Karl

Maistru bijutier, Gemolog DgemG,

Expert in Diamante DgemG

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;

OCHELARI DE PROTECTIE 

- sunt necesari ochelari intunecati de cel putin 80%, pentru a evita orbirea la temperatura necesara topirii si la turnare.

Heinz Karl

Maistru bijutier, Gemolog DgemG,

Expert in Diamante DgemG

 

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 oxigen (de aprox. 8 ori propriul volum!); acest fenomen defecteaza structura materialului, se formeaza pete negre! Aceste pete negre se pot repara numai prin retopire.

EVITAREA PETELOR NEGRE:

- topire in mediu inchis sau inert;

- topire cu flacara reductibila – de culoare galben-portocalie;

- 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. 

Heinz Karl

Maistru bijutier, Gemolog DgemG,

Expert in Diamante DgemG

Metale importante in bijuterie

METALE IMPORTANTE IN BIJUTERIE

METALUL	SIMBOLUL	PUNCTUL DE TOPIRE	DENSITATEA	DIZOLVANT
AUR	Au	1063°C	19,3g/cm³	apa regala
ARGINT	Ag	960,85°C	10,5g/cm³	acid azotic
PLATINA	Pt	1774°C	21,3g/cm³	apa regala fierbinte
RODIU	Rh	1966°C	12,42g/cm³
PALADIU	Pd	1557°C	12,03g/cm³	apa regala
CUPRU	Cu	1082°C	8,92g/cm³	acid azotic
FIER	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/cm³
TITAN	Ti	1800°C	4,99g/cm³
NICHEL	Ni	1425°C	8,9g/cm³	acid azotic
PLUMB	Pb	327,4°C	11,34g{cm³	acid azotic
MERCUR	Hg	-38,84°C	13,55g/cm³

ALIAJE DE AUR

TITLU	CULUAREA	DENSITATEA	PUNCTUL  DE  TOPIRE
750/000	GALBEN	15,4g/cm³	870 - 895°C
750/000	ROZÉ	15,2g/cm³	840 - 880°C
750/000	ROSU	14,8g/cm³	870 - 890°C
750/000	ALB	16,0g/cm³	1050 - 1180°C
585/000	GALBEN	13,3g/cm³	825 - 880°C
585/000	ROZÉ	13,2g/cm³	825 - 880°C
585/000	ROSU	13,0g/cm³	900 - 925°C
585/000	ALB	14,7g/cm³	1050 - 1115°C
375/000	GALBEN	11,0g/cm³	840 - 890°C

Aliaje  de  argint

TITLU	DENSITATEA	PUNCTUL DE  TOPIRE
925/000	10,3g/cm³	840 - 900°C
835/000	10,1g/cm³	790 - 840°C

ALIAJE DE PLATINA

                                      

TITLU	DENSITATEA	PUNCTUL DE  TOPIRE
950/000	1.....g/cm³	......0°C
600/000	1.....g/cm³	......0°C

Heinz Karl

Maistru bijutier, Gemolog DgemG,

Expert in Diamante DgemG