珠寶設計-常見金工術語

1.合金

合金是一個代名詞,並不是單一的金屬名稱,是由一種金屬跟另一種或幾種金屬或非金屬所混合而成的具有金屬特性之物質叫合金。合金一般由各組分熔合成均勻的液體,再經冷凝而製得。

合金的生成常會改善元素單質的性質,例如,鋼的強度大於其主要組成元素鐵。合金的物理性質,例如密度、反應性、楊氏模量、導電性和導熱性可能與合金的組成元素尚有類似之處,但是合金的抗拉強度和抗剪強度卻通常與組成元素的性質有很大不同。這是由於合金與單質中的原子排列有很大差異。

少量的某種元素可能會對合金的性質造成很大的影響。例如,鐵磁性合金中的雜質會使合金的性質發生變化。不同於純淨金屬的是,多數合金沒有固定的熔點,溫度處在熔化溫度範圍間時,混合物為固液並存狀態。因此可以說,合金的熔點比主份金屬低。常見的合金中,黃銅是由銅和鋅的合金;青銅是錫和銅的合金,用於雕像、裝飾品和教堂鐘。合金是一種溶液型態,如鋼,鐵是溶劑,碳則是溶質。

古代的「齊」字也是合金的意思。含汞的合金常叫做汞齊。例如鈉汞齊是鈉和汞組成的合金,鋅汞齊是鋅和汞組成的合金。

根據組成合金的元素數目的多少,有二元合金、三元合金和多元合金之分;根據合金結構的不同,又可以分成以下三種基本類型:

l  共熔混合物

當共熔混合物凝固時,各主份分別結晶而成的合金,如鉍鎘合金。鉍鎘合金最低熔化溫度是413K,在此溫度時,鉍鎘共熔混合物中含鎘40%,含鉍60%。

l  固溶體

各主份形成固溶體的合金。固溶體是指溶質原子溶入溶劑的晶格中,而仍保持溶劑晶格類型的一種金屬晶體。有的固溶體合金是在溶劑金屬的晶格結點上,一部分溶劑原子被溶質原子所置換而形成的,例如,銅和金的合金;有的固溶體合金是由溶質原子分布在溶劑晶格的間隙中而形成的。

l  金屬互化物

一般說來,合金的熔點都低於組成它任何一種成分金屬的熔點。例如,用作電源保險絲的武德合金,熔點只有67℃,比組成它的四種金屬的熔點都低。合金的硬度一般都比組成它的各成分金屬的硬度大。例如,青銅的硬度比銅、錫大,生鐵的硬度比純鐵大等。合金的導電性和導熱性都比純金屬差。有些合金在化學性質方面也有很大的改變。例如鐵很容易生鏽,如果在普通鋼裡加入約15%的鉻和約0.5%的鎳,就成為耐酸、鹼等腐蝕的不鏽鋼。

合金主要用於配料用途,功能有調色、調整硬度、強度、韌性、抗蝕、加工性與成本等考量。每一種金屬有其獨立的物理性質,不同的金屬或非金屬所結合而成的合金,將產生全新的物理特質,等於誕生一個新的元素。譬如銅熔入鋅可改善受蝕現象;鈀金對於硬度的提增幫助很大;銀金屬色白與極佳的反光特性,用於調色與開光即可產生莫大的功效。充分掌握每種金屬的特性,將可創造出符合條件需求與性質穩定的合金。值得引用代表的就是鋁合金,鋁的存量大,但鋁元素較軟,比重較低,透過與其他金屬元素的結合,再造了鋁的新特性,最直接的產物可藉由汽車的鋁合金輪框來舉證代表,透過合金改造,可以充分利用。

珠寶首飾最常使用配料合金以銀、銅、鈀等為主,透過配料金屬的特性調配,創造貴金屬合金性能。調配的性能考量包括金屬的比重、光澤、延展性、可煉性、抗蝕性等條件。

2.同素異形

在某種物質狀態,同一元素以多種物理形態(如液態、固態或氣態)存在的現象。碳就屬於同素異形元素,因為它有多種存在形態-石墨和金剛石(即鑽石)

3.退火(Annealing

一個用來描述將金屬應力軟化過程的普及概念,與淬水技藝硬化處理的過程剛好相反;在冶金學或材料工程中,退火是一種改變材料微結構,進而改變如硬度、強度的機械性質的熱處理。退火加工是將金屬進行緩慢加熱釋放材料內部集聚的應力後冷卻的過程,以熱脹軟化除去應力,退火原理亦可以用於玻璃加工。製程退火的溫度範圍在260°C760°C之間,主要視合金的成分而定。

退火,過程為將金屬加溫到某個高於再結晶溫度的一點並維持此溫度一段時間,再將其緩慢冷卻。退火的功用在於回復因冷加工而降低的性質,增加柔軟性、延性和韌性,並釋放內部殘留應力、以及產生特定的顯微結構。

在銅、鋼鐵、銀、黃銅的案例中,退火需要歷經很高的高溫,通常都要讓加熱到金屬熾熱通紅為止,並維持一段時間再冷卻。不像其它含鐵的合金需要緩慢冷卻,銅、銀和黃銅他們可以在空氣緩慢冷卻,也可以快速在水中淬火。退火過後的金屬之後可以再拿去做進一步加工,如沖壓、塑造、成形等。

4.陽極氧化

增加金屬材料表面的天然氧化層厚度,起到保護金屬表層目的之工藝。陽極氧化工藝可以應用於鋁、錳、鈦、鋯以及鋅等多種金屬材料,陽極處理可在金屬表面製造出極為豐富、鮮豔的色彩。

5.奧氏體

鐵的一種高密度高溫形式。奧氏體不鏽鋼通常用於對材料硬度及防腐蝕性能有很高要求的應用領域。

6.碳鋼

一種由碳和鋼形成的合金。碳的含量決定了鋼的硬度。低碳鋼比較軟,高碳鋼更加堅硬一些。高碳鋼常見於刀具用材,建築所用大致以低碳鋼材為主。

7.表面硬化

該金屬技藝應用於鋼表面形成一層堅硬表層。主要有兩種方式:第一種是先增加鋼表面部分碳的含量,隨後進行淬火和輕微的回火;第二種方法是將鋼表面加熱然後進行淬火和回火。當材料的某個局部有額外耐磨要求時,表面硬化加工就顯得十分重要,比如劍,它既要鋒利還必須具備一定的韌性。

8.金屬陶瓷

在金屬當中加入陶瓷顆粒形成的合成物。

9.冷加工

對金屬在低於其再結晶溫度的條件下進行加工成型(另見加工硬化)

10.     黑色金屬

含鐵的金屬。黑色金屬基本上由各種鋼和鐵的不同形式構成。

11.     鍛造

在冷加工或者高溫作業的條件下用錘打和擠壓的方式給金屬造形,是最簡單最古老的金屬造形工藝之一。

12.     鍍鋅

將鋅鍍到鋼或者鐵表面的一種表面處理工藝。鍍鋅的目在於保護主體金屬抗蝕能力,在園藝用金屬容器中十分常見,高壓電纜架長年外曝於潮濕環境,鍍鋅可延長金屬纜架使用壽命。

13.     馬氏體不鏽鋼

高硬度、高抗張強度鋼。

14.     貴金屬

典型特徵為具有極高的防腐蝕性能。通常應用於貴、重金屬。

15.     有色金屬

不含鐵、或者鐵元素不作為主要成分的金屬。有色金屬包括鋁、銅、錳、鋅等,以及像金、銀、鉑等貴金屬。

16.     白蠟

一種已經在家用器皿中應用了數百年的「錫鉛合金」。農業社會中的祭祀用具如燭台、香爐等,可見大量的錫鉛合金製品,現代白蠟中也可能含鉛和銻。

17.     貴重金屬

以金、銀及鉑族金屬之稀少金屬。

18.     淬火

淬火,金屬和玻璃的一種熱處理工藝。把合金製品或玻璃加熱到一定溫度,隨即在水、油空氣中急速冷卻,一般用以提高合金的硬度和強度,通稱「蘸火」。

然而這種方法同時也會增加物質的脆性。金屬在水中淬火比在油中冷卻的速度還要快。淬火關鍵在於火焰的燃燒狀況,以氫氧焰施作,氫氧焰不同於還原焰,完全燃燒的高溫狀況,相對是較無碳含量。

19.     難熔金屬

熔點很高的金屬。包括鎢、鎳、鈷、鉬、鉑以及鋯等金屬。

20.     熔煉

將金屬以其礦石中單一元素分離出來的金工冶煉技術。

21.     超耐熱合金

耐熱或者高溫合金,在超過1,000攝氏度的條件下性能穩定,不發生或者幾乎不發生腐蝕反應。

22.     回火

回火往往是與淬火相伴,通過釋放材料內部應力來降低鋼的硬度,並且是熱處理的最後一道工序。經過回火,鋼的組織趨於穩定,脆性降低,韌性與塑性提高,消除或者減少淬火應力,穩定鋼的形狀與尺寸,防止淬火零件變形和開裂,高溫回火還可以改善切削加工性能。

回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉變溫度以下,保溫12小時候冷卻的工藝。該金屬工藝首先將金屬加熱到低於其變形界限溫度的某個溫度,然後在空氣中讓其緩慢冷卻。

23.     加工硬化

將金屬片連續進行加壓受力的加工技法。金屬變得越來越堅硬而難於彎折,直到金屬最終斷裂。期間對金屬進行有規律的間隔退火處理,有助於金屬實現更進一步的形狀變化。

24.     走水

純金或純銀首飾的焊接,可以不需要使用焊料,直接透過金屬的熔解點接觸相融連結為一體,這種現象臺灣稱之為「走水」,但僅限於線狀材料的線端連結,造形部件的組合仍需要依靠焊料做媒介完成焊接。

「走水」係指用高溫火燄,熔解比重高、不易氧化的金屬,溶解兩端金屬使其金屬相容合一的工法;走水過後的金屬表層,呈現光華亮麗的效果,大量使用在純金首飾加工上。

單端或單點狀的金屬可透過「走水」方式,使金屬熔解凝結成一顆「圓珠」形狀,其現象猶如熔解焊藥成一顆小金屬圓珠。

25.     鍍金(Gold Platiny)

電鍍是利用電解的原理將導電體鋪上一層金屬的方法。電鍍亦可用於經過特殊處理的塑膠物質上。電鍍的過程基本如下:

1.   把鍍上去的金屬接在陽極。

2.   要被電鍍的物件接在陰極。

3.   陰陽極以鍍上去的金屬的正離子組成的電解質溶液相連。

4.   通以直流電的電源後,陽極的金屬會氧化(失去電子),溶液中的正離子則在陰極還原(得到電子)成原子並積聚在陰極表層。

電鍍後被電鍍物件的美觀性和電流大小有關係,電流越小,被電鍍的物件便會越美觀;反之則會出現一些不平整的形狀。電鍍的主要用途包括防止金屬氧化(如鏽蝕)以及進行裝飾。

電鍍產生的污水(如失去效用的電解質)是水污染的重要來源。電鍍工藝目前已經被廣泛的使用在半導體及微電子部件引線框架的工藝。

電鍍是以微米(micron)作單位,頂級的約為1015微米,而大部份首飾約為23微米,有些甚至0.8不及1,容易褪色,此種多為時尚款式。

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