[工学]第2章 贵金属首饰材料的基本性质.ppt

1,汪 国 辉TEL:13814044521QQ:2143290432009.7,贵 金 属 首 饰 学Noble metal of jewelry,宝玉石鉴定与加工专业,金陵科技学院-宝玉石鉴定与加工专业,汪国辉,1,2,第2章 首饰贵金属材料的基本性质,第3节 贵金属材料的力学性能,第2节 贵金属材料的物理性质,第4节 贵金属材料的化学性能,第1节 元素周期表解读（贵金属）,3,1、元素周期表解读（贵金属）,银和金位于化学元素周期表中的1B族，因在铜之下，通常称为铜族元素。钌、铑、钯、锇、铱、铂属于族的第5周期和第6周期，通称为铂族元素，又称为稀贵金属。钌，铑、钯、银是第5周期元素，在贵金属中密度较小(1012g/cm3)，通称为轻贵金属；锇、铱、铂、金是第6周期元素，在贵金属中密度较大(1922g/cm3)，通称为重贵金属。铂族金属的物理、化学性质十分相似，尤其在周期表中上下对应的元素最为相近，如钌与锇，铑与依，钯与铂、银与金也有一些相似之处。,4,贵金属元素在元素周期表中的位置,5,2、贵金属材料的物理性质,（1）、晶体结构,贵金属中除钌、锇为密排六方结构外，其他均是面心立方结构。全部贵金属元素的原子配位数均为12，原子序数、原子量、原子半径、原子体积、原子间距、晶格常数及离子直径等晶体结构常数。,6,（2）、贵金属的光学性质-1,贵金属由于耐腐蚀性和抗氧化性好，所以表面不生成氧化膜和腐蚀膜，保证了它对光反射的稳定性，因此常用铑、钯、银等贵金属材料作为首饰工艺品的表面电镀层和在工业上制造反光镜等。银对可见光和红外线的反射率是所有金属材料中最高的，但是，在接近紫外线区域，反射率出现明显下降，银呈现银白色就是因为对可见光的反射率高所致。,7,黄金对可见光谱中的橙黄光和红外线区域有很高的反射性能，因此，黄金呈现金黄色，而且常被应用于宇航仪表的屏蔽材料。铂族金属对可见光的反射率都比较高，且随波长的增加而平滑增加，大多数铂族金属呈现白色。钌呈蓝白色;铑呈银白色;钯呈钢白色;锇呈蓝白色;铱呈白色;铂呈锡白色。热处理工艺对贵金属的表面反射率产生较大影响，随着热处理退火温度的升高，贵金属对可见光的反射率下降。,（2）、贵金属的光学性质-2,8,（3）、贵金属的熔点与沸点,贵金属的熔点、沸点都较高。银的熔点最低(960.8),锇的熔点最高（3045），贵金属的熔点从低至高的变化顺序为:银、金、钯、铂、铑、钌、铱、锇。贵金属的蒸气压较低，一般情况下不易挥发，但是在有氧的条件下加热贵金属，易形成氧化物而挥发，铂在1000条件下，铑、铱在2000条件下，形成挥发性氧化物。金是唯一在高温下不易氧化的贵金属。随着退火温度升高，贵金属对光的反射率下降。,9,10,4、贵金属的吸气性,多数贵金属有吸附气体的性质，特别是吸附氢。锇、钌吸附少量的氢生成相应的化合物。铂、铑吸附氢的数量与其分散程度有关，铂黑能吸附相当于其自身502倍体积的氢，而海绵铂仅吸附其自身49.3倍体积的氢，铑黑由于制作方法不同，吸附量变化较大，可在相当于自身体积的165206倍之间。最特殊的是钯能吸附相当自身2800倍体积的氢并形成和两种固溶体，同时使钯的密度下降，导电率及抗拉强度也相应降低，但在加热状态下，又可释放出氢气。钯还有允许氢透过的性质，已成为贮藏氢气和制备高纯氢气的材料。,11,第2节 贵金属材料的力学性能,1、贵金属材料的硬度,2、贵金属材料的延伸率,3、贵金属合金材料材料的力学性质,4、贵金属材料的弹性模量,12,银、金、铂、钯具有较低的硬度，退火态银的维氏硬度为2530kg/mm2。退火态金的维氏硬度为2527kg/mm2。退火态铂的硬度为3742 kg/mm2。钌、铱、锇的硬度较高，退火态硬度大于200kg/mm2。,1、贵金属材料的硬度,13,贵金属中，金、银、铂、钯的强度较低，延伸率较高，而铑、铱、钌的强度高，延伸率低。室温下，贵金属的强度和延伸率见表2.2-1。添加合金元素将提高贵金属的强度，但同时会降低其延伸率。,2、贵金属材料的延伸率,14,贵金属的硬度、强度受合金元素、加工率和退火温度等因素的影响，一般情况下，合金元素的加人，可使贵金属的硬度和强度增加。,3、贵金属合金材料材料的力学性质,A、合金元素的影响,B、冷加工的影响,C、退火温度的影响,15,合金元素的加入使贵金属的硬度增加，其影响效果很明显。添加合金元素将提高贵金属的强度，但同时会降低其延伸率。如银中加入镁会急剧提高其硬度，金、锌、铜等元素对银的硬度提高较少。金的常用合金元素Ag,Cu,Pt,Pd,Ni等均能不同程度地提高金的维氏硬度。铂中添加钯，对硬度的影响较小。,A、合金元素的影响,16,冷加工对贵金属的硬度影响较大，一般情况下，加工开始阶段对硬度的提高较大，随着加工率的增加，硬度增加趋于平缓。冷加工:通常指金属的切削加工，即用切削工具从金属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层，从而使工件获得具有一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。如车削、钻削、铣削、刨削、磨削、拉削等。在金属工艺学中，与热加工相对应，冷加工则指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺，如冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等。,B、冷加工的影响,17,退火温度对贵金属的硬度和强度都有影响。提高退火温度和延长保温时间，贵金属硬度和强度降低，延伸率增加。提高温度，贵金属的抗拉强度降低。退火：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。,C、退火温度的影响,18,贵金属中金、银、铂、钯的弹性模量和变形抗力值较低，故易于加工，而铱、铑、锇、钌的弹性模量和变形抗力值较高，所以加工困难。随着温度提高，弹性模量下降，易于加工，但不同贵金属的弹性模量随温度升高而下降的幅度不同(见表2.2-2)因此，贵金属加工往往在高温下进行，以便于成型，提高效率。,4、贵金属材料的弹性模量,19,第3节贵金属材料的化学性质,1.贵金属的氧化性质2.贵金属与无机酸、碱的反应3.贵金属的氧化还原性质,20,贵金属(铂、金除外)及其化合物在空气中灼烧将形成各种组分的氧化物。由于许多氧化物是不稳定的，或稳定的温度范围较窄，或某些氧化物有挥发性。铂族金属对氧的亲和力均较小，其亲和力的顺序为Pt Pd Rh Ir Ru O。铂的亲和力最差，但粉末状铂能与氧结合。氧化还原反应：一种物质被氧化，同时另一种物质被还原的反应叫做氧化还原反应。,1.贵金属的氧化性质,21,贵金属的电离电位较高，这就决定了它们在常温下是很稳定的，不易与酸、碱和很多活泼的非金属元素进行反应。,2.贵金属与无机酸、碱的反应,22,铂族金属不溶于盐酸 HCI，除钯以外，也不溶于硝酸 HNO3。钯与硝酸 HNO3反应生成硝酸钯 Pd(NO3)2,钯与硫酸H2SO4反应，生成PdSO4。铂、铱、钌不与硫酸H2SO4反应，王水是溶解铂、钯的最好试剂，但不能溶解铑、铱、钌，盐酸 HCI与双氧水即过氧化氢 H2O2的混合液也可溶解铂、钯。铂族金属与酸的反应速度主要取决于它们的形态，呈颗粒状的，其粒度越小，反应越快;呈块状的反应缓慢。,A、铂族金属与无机酸、碱的反应,23,金与单一的盐酸 HCI,稀硝酸HNO4,硫酸 H2SO4不反应，但溶于HCI-HNO3和有氧化剂存在的盐酸 HCI中，常用的氧化剂有H2O2,高锰酸钾 KMnO4,氯酸钾 KCIO4,硝酸钾KNO3等。由于盐酸 HCI与氧化剂混合产生新生态氯，对金属有强烈的腐蚀作用。,B、金与无机酸、碱的反应,24,银在常温条件下与硝酸 HNO3反应生成AgN03，与浓硫酸 H2SO4、反应生成Ag2SO4，但与稀硫酸 H2SO4和HCL不反应。一般的碱溶液对贵金属没有腐蚀作用，当通人氯气时，对贵金属有较强的腐蚀作用。贵金属与氯化钠 NaCI混合经加热并通人氯气，可制成相应的氯化物。铂的氯化物在氧化温度超过650的条件下挥发。,C、银与无机酸、碱的反应,25,3.贵金属的氧化还原性质,贵金属元素的原子结构决定它们是多价态的，因此，贵金属可被强氧化剂或还原剂氧化还原。,A、铂的氧化性质,B、钯的氧化性质,C、铑的氧化还原性质,E、银的氧化还原性质,D、金的氧化还原性质,26,铂的常见价态是Pt()和Pt（),在溶液中都很稳定。Pt()可被一些较强的还原剂还原成Pt()和金属铂，此类还原剂有Cu(I),Zn,Hg(I),三氯化钛TiCl3，甲酸盐、抗坏血酸和联胺等。Pt()可与强氧化剂反应且生成Pt()。此类氧化剂有:高锰酸钾化 KMnO4,硫化铈Ce(SO4)2,溴酸钠 NaBrO3,硝酸 HNO3等。如果有Au()共存时，则Cu(I)与Pt()的反应不仅生成Pt()，而且部分生成金属铂。,A、铂的氧化性质,27,钯的特征价态是Pd(),Pd()在酸性介质中很不稳定，只有在强氧化剂条件下才稳定。Pd(IV)与盐酸 HCI一起煮沸时即被还原为金属。Pd()用电动序氢以前的金属，如锌Zn,镁Mg等可还原为金属，也可用氢气H2、联胺,汞Hg(),铜 Cu(),铬Cr(),锡 Sn(),硫代硫酸盐、次亚磷酸盐、乙醇、甘油等还原为金属。,B、钯的氧化性质,28,铑的特征价态是Rh()。Rh()与强氧化剂(如硫酸氨(NH4)2S2O6,铋酸钠 NaBiO3、次氯酸盐、次溴酸盐)反应生成一种蓝紫色的溶液，即铑的高价化合物，但高价铑不稳定，可慢慢释放出氧。Rh()与H2，镁Mg,锌Zn,锑 Sb,甲酸,铬Cr(),钛Ti()等反应还原成金属铑。,C.铑的氧化还原性质,29,金的常见价态是Au(),Au()是一种很强的氧化剂，其标准氧化还原电位为1.5V，这决定了金很难被氧化，相反地，Au()很容易被还原为金属金。可还原金()的金属很多，如电动序在金以前的Mg,Zn,Fe等金属，还有二氯化锡 SnCL2,三氯化钛 TiCL3,二氧化硫 SO2,Fe(),Cu()、联安、羟 qing胺、抗坏血酸、草酸、甲酸钠等。,D.金的氧化还原性质,30,银的特征价态是Ag()，在一般化学反应中，银都是以Ag()存在，只有用强氧化剂氧化时才得到Ag()。Ag()与臭氧或过硫酸铵(NH4)2S2O8反应可得到Ag()。,E、银的氧化还原性质,31,1.首饰贵金属材料的物理性质有何异同?2.常见首饰贵金属材料的晶体结构、晶格格常数有何特点?3.哪些贵金属材料具有吸气性?主要吸附哪些气体?4.贵金属材料的化学性质有什么特点?,思考题,