Ulrich E. Klotz Jörg Fischer-Bühner

Ulrich E. Klotz
Istituto di ricerca sulla chimica dei metalli e i metalli preziosi (FEM),
Schwäbisch Gmünd, Germania
L’ingegner Ulrich E. Klotz ha conseguito la laurea in metallurgia fisica (Università
di Stoccarda, Germania) e il dottorato in scienze dei materiali presso l’ETH di
Zurigo, Svizzera. È a capo del Dipartimento di metallurgia fisica presso l’Istituto
di ricerca per i metalli preziosi e la chimica dei metalli (FEM) di Schwäbisch
Gmünd1, Germania.
Jörg Fischer-Bühner
Legor Group Srl, Bressanvido, Italia
L’ingegner Jörg Fischer-Bühner ha conseguito il dottorato in metallurgia fisica e
tecnologia dei materiali presso l’Università tecnica RWTH di Aachen, Germania.
Attualmente collabora nel campo della ricerca e dello sviluppo con LegorGroup
Srl (Bressanvido, Italia) e Indutherm Erwärmungsanlagen GmbH (Walzbachtal,
Germania). In precedenza è stato capo della Divisione di metallurgia fisica
presso l’Istituto di ricerca per i metalli preziosi e la chimica dei metalli (FEM)
(Schwäbisch Gmünd, Germania).
Il colore particolare delle leghe di oro blu e, soprattutto, viola ha sempre
affascinato produttori e creatori di gioielli. Sinora, tuttavia, sono stati pochi i pezzi
realizzati utilizzando tali varianti, specialmente a causa della scarsa resistenza
alla corrosione e della fragilità intrinseca di questa specifica categoria di leghe,
note da tempo, ottenute abbinando l’oro a gallio, indio e alluminio. Il presente
intervento descrive l’applicazione delle leghe di oro blu in gioielleria avvalendosi
di tecniche di ingegneria di superficie per ottenere pezzi con superficie rivestita
selettivamente. I rivestimenti sono stati applicati su leghe di palladio, argento,
platino e oro ad alta caratura impiegando tecniche diverse come elettroplaccatura,
placcatura con laser/cannello o rivestimento per immersione, con tecnologia
di fusione opportunamente adattata. Nell’intervento si illustrano e discutono
altresì le proprietà di rivestimenti e leghe di oro blu e viola quali resistenza alla
corrosione, percentuali di rilascio del metallo, durezza e colore, con particolare
riferimento all’influenza degli elementi di aggiunta su tali proprietà. Per ridurre
al minimo la corrosione e migliorare la stabilità a lungo termine dei pezzi con la
loro ricchezza di colori, si procede da ultimo all’applicazione di un rivestimento
protettivo trasparente anti-usura.
Ingegneria di superficie delle leghe di oro blu e viola
Introduzione
Da lungo tempo colori particolari dell’oro come viola, blu, marrone o nero sono motivo di grande interesse per il settore orafo. In generale,
esistono due modi per ottenere gioielli di oro colorati, vale a dire il trattamento superficiale di leghe di oro ad alta caratura (oro nero, bruno
o blu) o la selezione di composizioni speciali per le leghe che possiedono il colore desiderato (oro viola e blu). Alcune informazioni in
merito ai colori delle leghe di oro e ai diversi tipi di leghe sono passate in rassegna in Cretu et al. [1] e Corti [2]. Esistono inoltre diversi
brevetti che riguardano le leghe di oro colorate e le tecniche di esecuzione del trattamento superficiale per colorare leghe di oro ad alta
caratura [3, 4]. Di recente è stata pubblicata una descrizione delle proprietà ottiche degli strati sottili di oro viola a cura di Supansomboon
et al. [5].
Nel presente documento si descrivono i risultati di un progetto di ricerca finanziato dalla Commissione europea sull’ingegneria di superficie
degli effetti di colore per le leghe di oro [6, 7]. Nel prosieguo si discute altresì la metallurgia fisica delle leghe di oro blu e viola valutandone
proprietà e metodi per la produzione orafa analizzando criticamente le proprietà e la microstruttura dei gioielli e illustrandone le potenziali
applicazioni orafe alla luce delle loro proprietà.
Metallurgia delle leghe
Le leghe di oro viola e blu, ottenute abbinando l’oro ad alluminio, gallio e indio, si basano su fasi intermetalliche con stechiometria AuX2
(X = Al, Ga, In) [8]. Il composto AuAl2 viene generalmente denominato “oro viola” e ha 19 carati nominali, il composto AuGa2 presenta
una tonalità bluastra e ha 14 carati, mentre il composto AuIn2 assume una colorazione blu scuro e ha circa 12 carati. Gli intervalli di
concentrazione dei composti intermetallici sono molto limitati. Discostandosi dalla composizione stechiometrica la perdita di colore è
immediata. La struttura dei cristalli è del tipo CaF2, per cui i composti intermetallici sono molto fragili. Inoltre tutti i composti intermetallici
sono a fusione congruente. L’oro viola AuAl2 ha una temperatura di fusione di 1060°C con minimi di fusione profonda in presenza di
contenuti di oro superiori e inferiori. Le leghe di oro blu AuGa2 e AuIn2 hanno una temperatura di fusione bassa, rispettivamente pari a
491°C e 541°C. Il minimo di fusione sul lato ricco di oro è molto meno pronunciato rispetto al sistema Au-Al.
Proprietà dei gioielli in oro blu e viola
Le proprietà fondamentali dell’oro blu e viola sono la fragilità e la scarsa resistenza alla corrosione [6, 9, 10], ragion per cui si è approfondito
come influisce su di esse la composizione della lega. Ulteriori approfondimenti hanno poi riguardato altre proprietà dell’oro blu e viola
quali colore, durezza e finitura.
Proprietà meccaniche
La fragilità dell’oro blu e viola è una proprietà intrinseca derivante dal basso numero di sistemi di scorrimento nella struttura intermetallica
dei cristalli (tipo CaF2). La fragilità della lega diminuisce da AuAl2 a AuGa2 e AuIn2. Per contenere la fragilità occorre una microstruttura
bifase o trifase a grano fine, indispensabile per l’uso di tali leghe nella produzione orafa [3, 11]. Va dunque scelta una composizione
leggermente iperstechiometrica per quanto concerne l’oro, ottenendo in tal modo una microstruttura bifase di AuX2 (fase colorata dell’oro) e
AuX (fase incolore) con X = Al, Ga, In (figura 1). La frazione di volume della seconda fase dovrebbe essere bassa per evitare lo sbiancamento
del colore. La solubilità per elementi di aggiunta terzi quali palladio, rame o argento nell’oro viola e blu è molto ridotta. Aggiungendo
più del 2% in massa di uno di tali elementi, l’oro viola scolora rapidamente. Interessanti effetti di colore derivano sostituendo all’oro il
platino a parità di rapporto atomico [(Au,Pt)X2]. Il platino forma il composto intermetallico colorato con la medesima stechiometria PtX2
(X=Al,Ga,In) e struttura dei cristalli [2]. L’effetto del platino sul colore dell’oro blu AuIn2 è stato dimostrato mediante misurazioni del colore
(tabella 1). Aumentando il contenuto di platino, il colore cambia dal blu (AuIn2) all’albicocca (PtIn2). Con piccole aggiunte di platino si
ottiene una lieve intensificazione del blu. Inoltre precipitando la fase PtIn2 si ottiene un’affinazione del grano della matrice dell’oro blu e,
quindi, una riduzione della sua fragilità. Nel caso di AuIn2 l’aggiunta del 3% in massa di Pt ha dimostrato una marcata affinazione del
grano, ulteriormente accentuato dall’aggiunta dello 0,3% in massa di iridio (figura 2). La durezza delle leghe di oro blu e viola differisce
notevolmente. Mentre l’oro blu e le sue leghe registrano una durezza relativamente bassa di 100HV1, l’oro viola e le sue leghe raggiungono
valori fino a 334HV1.
Riduzione della fragilità a livello di microalligazione
Le leghe intermetalliche per applicazioni industriali specializzate rappresentano da diversi anni un vasto campo di ricerca [12]. Si sono
apportati miglioramenti alla resistenza alla rottura e, in parte, anche alla duttilità (quest’ultima soltanto nel caso dei composti intermetallici
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con strutture dei cristalli diverse dalla struttura tipo fluorite dell’oro blu e viola) in termini di
• sostanziale affinazione del grano
• aggiunte a livello di macroalligazione che formano fasi duttili, specialmente nelle aree di confine del grano
• aggiunte a livello di microalligazione (<< 1% in peso)
L’affinazione del grano e le aggiunte a livello di macroalligazione sono state anche suggerite e brevettate per l’oro viola, come si riferisce
in [2, 5, 6], sebbene i produttori del settore orafo non abbiano apparentemente confermato miglioramenti soddisfacenti. Inoltre, l’aggiunta
notevole di elementi dell’ordine di diversi punti percentuali in peso riduce anche considerevolmente l’intensità dei colori speciali.
In uno studio più recente si sostiene di aver ottenuto una riduzione della fragilità dell’oro viola abbinando la solidificazione rapida (fusione
in stampi di rame) all’aggiunta di Si ed Co alla lega (complessivamente ~ 2% in peso) [11]. La conseguente riduzione della dimensione del
grano dai consueti 50-200 µm a 2-8 µm conduce a un comportamento duttile alla rottura, come si è riscontrato sulle superfici di rottura.
Benché il miglioramento della resistenza alla rottura non sia stato ancora quantificato, si è affermato che il materiale resiste alla caduta dal
tavolo al pavimento. Per la stessa composizione, però, un raffreddamento meno rapido come nel caso della fusione di precisione in cera
persa inevitabilmente comporterebbe una microstruttura con grano nettamente meno fine e superfici di rottura fragili.
Gli effetti degli elementi di aggiunta sui composti intermetallici dell’oro come l’oro blu e viola ad oggi non sono stati approfonditi.
Le aggiunte a livello di microalligazione comportano miglioramenti straordinari delle proprietà meccaniche delle leghe intermetalliche
industriali. Si pensi, per esempio, al boro in Ni3Al [13] e al ferro o al gallio in NiAl [14]. I meccanismi in grado di spiegare gli effetti
vantaggiosi delle aggiunte a livello di microalligazione sono argomento controverso di discussione, ma pare che agiscano come atomi
che “intercettano” o “assorbono” impurità disciolte quali carbonio, ossigeno o idrogeno (le cosiddette impurità interstiziali) che altrimenti
aumenterebbero la fragilità di questi tipi di leghe [15].
I laboratori di ricerca e sviluppo di LegorGroup si sono pertanto risolti a passare in rassegna le diverse aggiunte proprietarie a livello
di microalligazione [7] individuando i candidati più promettenti che si sono dimostrati potenzialmente in grado di migliorare in maniera
sostanziale la resistenza alla rottura dell’oro blu 14 carati (basato su AuGa2) e dell’oro viola 18 carati (basato su AuAl2), quest’ultimo però
sinora soltanto in abbinamento ad alcune altre aggiunte a livello di macroalligazione. Non sono state condotte sperimentazioni con l’oro
blu basato su AuIn2 (composizione prossima a 11 carati).
Per quantificare il miglioramento ottenuto in termini di resistenza alla rottura si è ricercata una procedura di prova semplice e pratica,
denominata “misuratore di impatto”, utilizzata per verificare tale parametro. La procedura di verifica è stata la seguente:
• Si sono lasciati cadere campioni cilindrici di ~ 10g in un tubo di plastica da un’altezza di 0,5 m sul pavimento del laboratorio (in
piastrelle).
• Se il campione restava integro, la prova veniva ripetuta sul medesimo campione dalla stessa altezza di caduta per complessive
5 prove consecutive.
• Se ancora il campione restava integro, lo si lasciava cadere da un’altezza rispettivamente di 1, 1,5 e 2 m per cinque volte per
ciascuna altezza di caduta prima di procedere all’altezza immediatamente successiva; raggiunti 2,5 m si è proseguito sino alla
rottura.
• I risultati sono stati annotati su un semplice grafico utilizzando i simboli “X” per prova non superata e “O” per prova superata.
I risultati delle sperimentazioni condotte con il misuratore di impatto sull’oro blu 14 carati e l’oro viola 18 carati sono riportati nelle tabelle
1 e 2. Mentre l’oro blu 14 carati standard senza elementi di aggiunta terzi non ha superato la prova già alla seconda caduta da un’altezza
di 0,5 m, la versione microlegata è sopravvissuta fino a un’altezza di 2,5 m e alla fine si è rotta soltanto dopo 10 cadute da tale altezza.
Quanto all’oro viola, non si sono sinora ottenuti miglioramenti sostanziali con aggiunte a livello di microalligazione. Abbinando aggiunte
del 2 e 4% in peso di palladio, che di per se già assicura un miglioramento quantificabile, le aggiunte a livello di microalligazione si sono
nuovamente dimostrate molto efficienti garantendo una resistenza finale alla rottura fino a un’altezza di caduta di 1,5 m.
Proprietà di resistenza alla corrosione
Si sono eseguite prove di rilascio di metallo per le leghe di oro blu e viola in sudore artificiale (conformemente a DIN 1811) e acido lattico
(conformemente a DIN EN ISO 10271). Ambedue i test hanno dato risultati analoghi (tabella 4). Le leghe di oro viola hanno registrato un
rilascio notevolissimo di alluminio e nel corso della prova il colore è passato da viola a marrone. Aumentando il contenuto di palladio, lo
scioglimento dell’alluminio si è ridotto, pur restando a un livello elevato. L’effetto del palladio è interpretato come risultato di cambiamenti
microstrutturali piuttosto che un miglioramento della resistenza alla corrosione dell’oro viola. Le leghe di oro blu AuGa2 e AuIn2 hanno
dato prova anch’esse di un rilascio estremamente alto rispettivamente di Ga e In. Nel caso di AuGa2 il rilascio di metallo è stato molto
considerevole e nelle prime ore della prova il colore è passato da blu a dorato- marrone (figura 3). La sezione metallografia ha rivelato uno
strato superficiale spugnoso ricco di Au (spesso 2-3 µm) responsabile del mutamento di colore. L’oro blu AuIn2 non ha invece rivelato
alcun cambiamento a livello di colore o microstruttura nel corso della prova, anche se il rilascio di metallo è stato comunque notevole.
Non è stato possibile migliorare le proprietà di resistenza alla corrosione dell’oro blu e viola legando all’oro elementi terzi, ragion per cui
probabilmente occorrono rivestimenti protettivi trasparenti per poterli usare in campo orafo.
In termini di fragilità e resistenza alla corrosione, AuIn2 pare il candidato più promettente per la realizzazione di gioielli, che nondimeno in
fase progettuale devono tener conto di tali caratteristiche di fragilità e scarsa resistenza alla corrosione.
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In tal senso si consiglia quanto segue:
• Evitare pezzi filigranati e parti soggette a forze meccaniche esterne.
• Il gioiello dovrebbe avere la struttura del telaio in lega duttile che sostenga e protegga il pezzo in oro colorato.
• Le leghe di oro colorato, proprio per la loro fragilità, non sono adatte all’incastonatura.
• Va evitato il contatto diretto con la pelle in ragione della corrosione dovuta alla sudorazione.
• Nei gioielli bicolore o multicolore, le leghe di oro colorato possono risultare più facilmente corrodibili a causa del contatto con
leghe di oro convenzionali.
• È forse fondamentale proteggere l’oro blu e viola con un rivestimento trasparente anti-usura.
Tecniche di lavorazione
Nel presente capitolo si descrivono varie tecniche di lavorazione per ottenere rivestimenti spessi dell’oro blu su leghe di argento od oro
ad alta caratura. Tali tecniche utilizzano procedimenti di alligazione per diffusione. Non tutte le tecniche sono applicabili alle diverse leghe
di oro blu e viola (tabella 5). Come approccio alternativo le tecniche di fusione adottate sono descritte nella seconda parte della presente
pubblicazione.
Elettroplaccatura e ricottura
L’elettroplaccatura è stata usata per depositare strati di oro e indio su argento sterling e leghe di oro ad alta caratura. Durante la successiva
ricottura si è formato uno strato di oro blu di AuIn2. Per lo strato di oro si è utilizzato un elettrolito disponibile in commercio. Per la
deposizione dell’indio si è invece impiegato un elettrolito basato su Fink-Lester [16]. Lo spessore degli strati di oro e indio è stato adeguato
per ottenere il rapporto percentuale atomico richiesto di Au:In = 1:2. Le diverse fasi del procedimento di elettroplaccatura per un anello
di argento sterling sono illustrate nella figura 4. Lo strato di oro è stato depositato prima per evitare reazioni tra l’indio e l’argento in fase
di ricottura. La temperatura di ricottura e il tempo per formare lo strato di AuIn2 sono stati stabiliti in base alla velocità di diffusione della
reazione nel sistema Au-In [17, 18]. Durante la ricottura lo strato di oro ha reagito completamente con l’indio a formare lo strato di AuIn2.
Si sono pertanto potuti ottenere strati di AuIn2 spessi anche 50 µm (parametri di ricottura 160°C/140h, figura 5). Per evitare reazioni con
l’argento sterling è necessaria una barriera alla diffusione (rodio o nichel), specialmente nei casi in cui si desiderano strati di oro blu
spessi.
La tecnica di elettroplaccatura e ricottura per diffusione è stata utilizzata anche per gioielli di oro ad alta caratura. Nel caso dei substrati di
oro l’indio può essere depositato direttamente sui gioiello, risparmiando in tal modo in termini di costi, impegno e tempo per la deposizione
dell’oro. Lo si è dimostrato con fedi in oro bianco, giallo e rosso 18 carati (figura 6). Durante la ricottura si è formato uno strato di oro blu
omogeneo e privo di difetti. Nella fattispecie non si è osservata la formazione di altri composti intermetallici dal sistema oro-indio.
Procedimenti di placcatura superficiale
La placcatura superficiale è stata sperimentata su aste e polvere di oro blu e viola mediante cannello a idrogeno o laser per saldatura di
gioielli. Come materiali del substrato si è usato oro giallo e rosso 18 carati e 14 carati e la lega 950Pt. L’obiettivo era riempire le scanalature
ricavate a macchina su una serie di anelli con una placcatura spessa di oro blu. Il procedimento era controllato a mano con gas o aria di
protezione rispettivamente per il laser e il cannello a idrogeno. Il procedimento è difficile da controllare manualmente a causa dei minimi
di fusione riscontrati nei sistemi binari. Per poter ottenere una qualità costante ad alti livelli sono necessarie condizioni di processo
predefinite e controllate automaticamente.
L’oro viola non può essere legato a leghe di oro per gioielli con saldature laser/a cannello o tramite le tecnologie di fusione adottate. A causa
del minimo di fusione profonda osservato nel sistema Au-Al, se si lega l’oro viola a leghe di oro ad alta caratura si ottiene la formazione di
fasi bassofondenti. Gli esperimenti di fusione con leghe di palladio sono stati nondimeno positivi, come si descrive nella seconda parte.
Viceversa gli esperimenti con l’oro blu sono riusciti solo parzialmente. Una temperatura operativa di circa 600°C è sufficiente visto la bassa
temperatura di fusione dell’oro blu (rispettivamente 491°C per AuGa2 e 541°C per AuIn2). Di seguito sono riportati alcuni esempi dei due
gioielli realizzati con inserti di oro blu saldati con il laser. Nel caso di un anello in oro giallo 18 carati (figura 7) è stato possibile ottenere
il riempimento completo di una scanalatura circolare mantenendo un marcato contrasto di colore tra l’oro giallo e l’oro blu. La sezione
metallografia dimostra l’esecuzione di un inserto di oro blu pressoché privo di difetti largo circa 0,5 mm e profondo approssimativamente
140 µm. Dopo la saldatura laser si crea una microstruttura bifase costituita dalla fase di oro blu e un’altra fase più ricca di oro. Risultati
analoghi sono stati ottenuti per un anello di oro rosso 14 carati mediante saldatura all’idrogeno con cannello.
Rivestimento per immersione in metallo liquido
L’immersione di gioielli in gallio o indio liquido è parsa una tecnica estremamente semplice e facile da utilizzare, specialmente nelle
applicazioni industriali. In ragione della sua bassa temperatura di fusione (29,8°C) il gallio può essere fuso facilmente su una lastra
calda. Gli esperimenti di immersione sono stati eseguiti a 90°C con lamine di oro fino. Una volta che il gallio ha inumidito l’oro fino, si
è formata una pellicola di gallio liquido sulla superficie dell’oro che si è trasformata in AuGa2 a temperatura ambiente in pochi giorni.
Con tali esperimenti si sono ottenuti strati privi di difetti di AuGa2 aventi uno spessore di 40-80 µm con tempi di immersione dell’ordine
di 10-30 minuti 1(). Purtroppo non è stato possibile ripetere con successo gli esperimenti sui gioielli perché il gallio non è in grado di
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inumidire sufficientemente l’oro. Per evitare l’ossidazione del gallio sarebbero necessarie superfici e atmosfera molto pulite, condizioni che
si possono ottenere unicamente in presenza di vuoto spinto, non ricreabile nelle applicazioni industriali.
Fusione di precisione a cera persa bimetallica
La fusione bimetallica è una tecnica di fusione specializzata che viene utilizzata molto di rado nella produzione orafa nonostante abbia
notevoli potenzialità e siano state pubblicate ampie indicazioni pratiche per applicarla efficacemente [19].
La fusione di precisione a cera perduta del blu e del viola rappresenta una via percorribile per produrre pezzi sfusi come i grani e si è
dimostrata una tecnica valida con parametri di processo corretti [7]. Le temperature di fusione per l’oro blu sono relativamente basse e si
aggirano sui 600°C a seconda dello schema della fase. Alla luce di tale esperienza si è supposto che la fusione bimetallica compendi vari
vantaggi per la produzione di gioielli multicolore con l’uso di leghe espressamente colorate:
• I colori dell’oro blu o viola possono essere intensificati dal colore di una seconda lega.
• Le parti o le zone colorate di blu o viola possono essere protette meccanicamente mediante un “telaio” realizzato con una seconda
lega stabile e duttile.
La fusione bimetallica è un procedimento di fusione in 2 fasi. Nella prima si esegue la parte iniziale del modello con la lega che ha il punto
di fusione superiore utilizzando la fusione di precisione a cera persa convenzionale (o in alternativa qualunque altra tecnica). Il resto del
modello viene poi iniettato nella cera sulla sommità o attorno alla parte inizialmente creata, come mostra la figura9a. Dopo il normale
procedimento di fusione a cera persa, colatura della cera e cottura, si fonde la seconda parte nella lega con temperatura di fusione inferiore
(figura 9b).
Come si spiega più dettagliatamente in [19], non tutte le combinazioni di leghe sono utilizzabili e si suggerisce una differenza minima di
100°C tra gli intervalli di fusione dei due sistemi. Occorre inoltre una scelta corretta dei parametri di fusione, come pure un opportuno
controllo del processo, per ottenere un buon legame tra metalli diversi. Le leghe altofondenti e non ossidanti come 950 Pt e 950 Pd sono
risultate particolarmente idonee alla preparazione della prima parte di un modello abbinabile a tutti i tipi di leghe di oro ad alta caratura per
la realizzazione della seconda. Un parametro importante è risultato essere anche il rapporto tra le masse delle due parti.
Fusione bimetallica dell’oro blu 14 carati o dell’oro viola 18 carati con 950Pd
L’approccio della fusione bimetallica è stato ulteriormente sviluppato in collaborazione con la società Vendorafa-Lombardi Srl, Valenza
(Italia). Tenuto conto dei risultati precedenti e rispondendo al desiderio di usare anche l’oro viola 18 carati, che ha una temperatura di
fusione di 1060°C (1940°F), si è deciso di usare la lega 950Pd per la prima parte del modello, quella principale. Partendo da modelli
esclusivi di Lombardi esistenti, i colleghi del Centro di innovazione per il settore orafo (JIIC) dell’Università di Birmingham, nel Regno
Unito, hanno nuovamente preparato stampi in gomma per il procedimento in 2 fasi. I pezzi iniettati nella cera per la seconda fase del
procedimento sono illustrati nella figura 10. Le fusioni sono state eseguite usando versioni microlegate dell’oro blu 14 carati e viola 18
carati (quest’ultimo con un 4% in peso di Pd) con temperature della muffola rispettivamente di 300°C - 350 (570-660°F) e 600-650°C
(1100-1200°F). In ambedue i casi e per entrambi i modelli illustrati nella figura 11 si sono ottenuti interessanti contrasti di colore con la
lega 950Pd, nonché una perfetta separazione dei colori.
Spille e anelli come quelli rappresentanti nella figura 11 sono sinora stati ininterrottamente indossati da volontari a titolo di prova per
oltre un mese senza presentare inconvenienti o cricche, il che conferma sia la stabilità sia il buon legame ottenuti abbinando a un disegno
corretto idonei parametri per il processo di fusione bimetallica e leghe con proprietà migliorate. I colori sono rimasti pressoché immutati,
sebbene abbiano dato prova di una tendenza a un lieve scolorimento (imbrunimento) nel caso dell’oro viola. Per quanto al fenomeno si
possa facilmente ovviare, per esempio con tecniche di lucidatura, simili a quelle adottate per eliminare gli strati opacizzati dall’argento
sterling, è forse probabile applicabile rivestimenti superficiali protettivi.
Rivestimento protettivo contro la corrosione e lo scolorimento
Per le leghe di oro blu e viola si è riscontrata una scarsa resistenza alla corrosione e una tendenza allo scolorimento. Sebbene le condizioni
di verifica in laboratorio debbano considerarsi più gravose di quelle reali e le prove sul campo, come quelle descritte nel paragrafo
precedente, abbiano fornito risultati molto meno allarmanti di quanto ci si sarebbe potuti aspettare dai test di laboratorio, è ragionevole
consigliare l’applicazione di rivestimenti protettivi per ridurre al minimo la corrosione e aumentare la durata e la stabilità del colore a lungo
termine dei pezzi colorati.
Per essere idonei, i rivestimenti protettivi devono soddisfare i seguenti requisiti:
• Protezione elevata dall’opacizzazione e dalla corrosione in tutte le condizioni ambientali rilevanti per il settore orafo.
• Facilità di applicazione ed economicità.
• Trasparenza senza mutamenti di colore nel tempo.
• Notevole resistenza all’usura.
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I moderni trattamenti di passivazione sono economici e in grado di proteggere l’argento sterling dall’opacizzazione durante il trasporto e
lunghi periodi di stoccaggio. Tuttavia, la loro resistenza all’usura è scarsa e non è possibile ipotizzare che garantiscano una protezione a
lungo termine. Gli strati di ossido trasparenti sottili possono essere depositati sulle superfici con tecniche quali la deposizione fisica da
vapore, ma la tecnologia e le apparecchiature necessarie sono costose.
Un’alternativa possibile è rappresentata dalle lacche trasparenti. Sul mercato è disponibile una notevole varietà di lacche che principalmente
si distinguono in lacche a base di acqua e lacche a base di solvente. Per quanto quelle a base di acqua possano considerarsi meno nocive
di quelle a base di solvente, le loro proprietà superficiali e la resistenza all’usura sono ritenute meno promettenti. Tra le lacche a base
di solvente, la trasparenza può variare notevolmente. Le lacche a base di solvente più resistenti all’usura sono quelle bicomponente che
al termine dell’applicazione vanno trattate termicamente a 60-80° per ~ 1 ora al fine di migliorarne la resistenza all’usura. Il vantaggio
delle lacche consiste nella loro facilità di applicazione per immersione o spruzzatura. Di recente, il laboratorio di ricerca e sviluppo di
LegorGroup ha sviluppato una nuova lacca bicomponente per bigiotteria (oro a bassa caratura, ottoni, bronzi e anche argento sterling)
che offre un’eccellente protezione a lungo termine dall’opacizzazione e dalla corrosione. Nelle nostre prove la sua resistenza all’usura si è
dimostrata superiore sia alle altre lacche sia ai trattamenti galvanici di rodiatura.
Si sono pertanto condotti in laboratorio test di rilascio di metallo in sudore artificiale su oro blu 14 carati (basato su AuGa2), che presenta la
massima percentuale di rilascio di metallo dai tre sistemi intermetallici colorati secondo [6]. Nelle nostre verifiche la percentuale di rilascio
di metallo dell’oro blu 14 carati microlegato per i campioni rivestiti di lacca è scesa al 10% del valore ottenuto per i campioni non rivestiti.
Si è inoltre osservato uno scolorimento dei campioni non rivestiti, assente invece nei campioni rivestiti. Si è dunque concluso che esistono
rivestimenti a base di lacca bicomponente anti-usura e trasparenti in grado di soddisfare i requisiti prima enunciati che possono essere
consigliati per proteggere dall’opacizzazione, dalla corrosione e dallo scolorimento i gioielli blu e viola colorati, nonché i pezzi multicolore
prodotti, ad esempio, mediante fusione bimetallica.
Conclusioni
Abitualmente l’oro blu e viola in gioielleria vengono impiegati sotto forma di pezzi fusi o rettificati, poi incastonati come gemme. A causa
della fragilità intrinseca, l’incastonatura deve essere abbastanza resistente da proteggere la parte in oro blu o viola dalle sollecitazioni
meccaniche. Per produrre pezzi parzialmente colorati potrebbe risultare più idoneo un processo di rivestimento selettivo. Con un siffatto
rivestimento, la fragilità diventa un fattore meno critico.
I seguenti sviluppi schiudono nuove opportunità per l’oro blu e viola in campo orafo:
• Le microleghe aumentano sostanzialmente la resistenza alla rottura dell’oro blu 14 carati e dell’oro viola 18 carati (quest’ultimo
abbinato a elementi di aggiunta terzi come Pd) senza incidere sul colore.
• L’elettroplaccatura con ricottura si è rivelata il procedimento più affidabile per ottenere strati colorati su leghe di oro ad alta
caratura e leghe di argento sterling, palladio o platino. L’elettroplaccatura con ricottura applicata all’oro blu AuIn2 mediante
elettroplaccatura diretta dell’indio su leghe di oro ad alta caratura consente di ottenere risultati più che soddisfacenti. Su altri
materiali sono stati depositati strati di oro e indio con un rapporto di spessore prestabilito. In alcuni casi potrebbe risultare
necessaria una barriera contro la diffusione.
• È possibile ottenere fusioni prive di cricche di varie forme utilizzando materiali microlegati abbinati a tecniche di fusione di
precisione con cera persa convenzionali.
• Le tecniche di fusione bimetallica sono particolarmente idonee alla realizzazione di pezzi multicolore che abbinano il blu o il viola
al bianco (ottenuto con leghe bianche altofondenti come Pd950).
• La scarsa resistenza alla corrosione è una proprietà intrinseca delle leghe di oro blu e viola sulla quale non è possibile intervenire
mediante alligazione. L’oro blu AuIn2 ha dimostrato la massima resistenza alla corrosione e non ha presentato mutamenti di colore
durante la prova di rilascio di metallo.
• Per ridurre al minimo i fenomeni di corrosione e migliorare la stabilità a lungo termine del colore nei pezzi contenenti parti blu o
viola si consigliano rivestimenti protettivi, trasparenti e anti-usura basati su lacche bicomponente induribili.
Ringraziamento
Il presente lavoro è stato sostenuto finanziariamente dalla Commissione europea nell’ambito del contratto n. COOP-CT-2006-032497. Si
ringrazia anche il Consiglio mondiale dell’oro per il quantitativo di oro messo a disposizione del FEM a fini di ricerca. Si ringraziano inoltre
i partner del progetto “Oro colorato” per il contributo offerto nel corso della sua realizzazione e l’autorizzazione a pubblicare questi risultati.
Un particolare ringraziamento al personale dell’Istituto di ricerca per i metalli preziosi e la chimica dei metalli (FEM) e di LegorGroup.
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Didascalie delle figure
Figura 1: Microstruttura trifase della
lega Au76,2 Al19,8 Pd4 (% in peso).
Deflessione della cricca nella fase AuAl
(bianca) attorno a un’impronta di durezza.
Figura 2: Microstruttura dell’oro blu
AuIn2 con aggiunta del 3% in peso
di PtIr10.
Figura 3: Esaurimento
del
gallio
sulla
superficie durante la
prova di corrosione.
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a)
b)
c)
d)
e)
f)
Figura 4: Procedimento di
preparazione degli strati di oro
blu AuIn2 per un anello di argento
sterling. a) Anello di argento sterling
originale, b) Pulizia, c) Mascheratura
e placcatura all’oro, d) Durante la
placcatura, e) Dopo la ricottura, f)
Anello lucidato, g) Microstruttura
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Figura 5: Strato di AuIn2 omogeneo e privo di difetti su
argento sterling formato mediante elettroplaccatura e
ricottura per diffusione.
a)
Figura 6: a) Fedi di oro giallo, bianco e rosso
18 carati con strato di oro blu AuIn2. b) Sezione
metallografia per l’oro rosso.
b)
Figura 7: Anello in oro giallo 18 carati
con inserto di oro blu saldato con il laser
e sua microstruttura.
Figura 8: Strato di oro blu AuGa2
su oro fino dopo il rivestimento per
immersione.
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Figura 9: Fusione
bimetallica di un anello
bicolore, oro blu 14
carati microlegato + oro
giallo verde 14 carati.
Figura 10: Fusione di 950
Pd con cera iniettata per la
seconda fase del procedimento
di fusione bimetallica; per gentil
concessione di VendorafaLombardi Srl, Valenza (Italia).
Figura 11: Fusioni bimetalliche di oro
blu 14 carati microlegato (a sinistra) e
oro viola 18 carati microlegato (a destra)
con 950 Pd; per gentil concessione
di Vendorafa-Lombardi Srl, Valenza
(Italia).
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Tabelle
Tabella 1: Proprietà del colore (coordinate del laboratorio CIE) e durezza delle leghe di oro blu e viola in condizioni di fusione.
Composizione [% in massa]
L
a
b
Durezza HV1
Osservazioni
Au99,9
86
4,7
36,9
28
Oro fino
Au58,5 Ga 41,5
81,4
-1
-2,1
75
Oro blu
Au46 In54
79
-3,7
-4,2
49
Oro blu
Au36 In54 Pt10
81
0,2
-1,3
134
(Au,Pt)In2
Au26 In54 Pt20
80
2,4
1,3
-
(Au,Pt)In2
In54 Pt46
78
5,1
12,1
-
PtIn2
Au79 Al21
67
14,5
-8,9
260
Oro viola
Au79,4 Al 18,6 Pd 2
71
9,1
-1,9
308
Au76,2 Al 19,8 Pd 4
-
-
-
334
Tabella 2:
Risultati dei test con “misuratore di impatto” su oro blu 14 carati standard e microlegato (AuGa2). Numero di prove con lo stesso campione:
o = test superato; x = test non superato per rottura del campione.
Altezza di caduta [cm]
Lega di oro blu 14 carati standard
Lega di oro blu 14 carati microlegata
50
ox
ooooo
Tabella 3:
100
ooooo
150
ooooo
200
ooooo
250
ooooooooox
Risultati dei test con “misuratore di impatto” su oro viola 18 carati standard, legato con Pd e microlegato. Numero di prove con lo stesso
campione: o = test superato; x = test non superato per rottura del campione.
Viola scuro
Viola
Viola chiaro
Altezza di
caduta [cm]
AuAl2 18 carati
standard
AuAl2 18 carati
standard +2%Pd
AuAl2 18 carati
microlegato
+2%Pd
AuAl2 18 carati
standard +4%Pd
AuAl2 18 carati
microlegato
+4%Pd
50
x
ox
ooooo
ooooo
ooooo
ox
ox
ooooo
100
150
ooox
Tabella 4: Rilascio di metallo [µg/cm²] in acido lattico (DIN EN ISO 10271) e sudore sintetico (DIN 1811).
Composizione della lega [% in
massa]
Metodo di prova
Au78,5 Al21,5
Au
Al
Pd
Ga
In
(DIN EN ISO 10271)
<0,1
580
-
-
Au76,8 Al21,0 Pd2,1
(DIN EN ISO 10271)
<0,1
550
<0,1
-
-
Au76,2 Al19,8 Pd4,0
(DIN EN ISO 10271)
<0,1
395
<0,1
-
-
Au58,5 Ga41,5
(DIN EN ISO 10271)
<0,1
-
-
2444
-
Au46,0 In54,0
(DIN EN ISO 10271)
<0,1
-
-
-
798
Au58,5 Ga41,5
(DIN 1811, 2 giorni)
<0,1
-
-
683
-
Au58,5 Ga41,5
(DIN 1811, 7 giorni)
<0,1
-
-
2163
-
Au46,0 In54,0
(DIN 1811, 2 giorni)
<0,1
-
-
-
382
Au46,0 In54,0
(DIN 1811, 7 giorni)
<0,1
-
-
-
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Tabella 5: Tecniche di lavorazione per gioielli colorati
Tecnica
Idonea per
Elettroplaccatura e ricottura
Oro blu AuIn2
Placcatura superficiale
Oro blu AuGa2 e AuIn2
Rivestimento per immersione in metallo
liquido
Oro blu AuGa2
Bibliografia
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