Leghe d’oro colorate - HomolaicusLeghe d’oro colorate Con aggiunte di alliganti all’oro e al...

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Dedicato alla memoria di William S.Rapson

Fin dall’antichità, l’oro è stato usatoprincipalmente per oggetti decorativie per queste applicazioni il colore hauna funzione importante. Pervalutare il colore in modo oggettivo,sono stati messi a punto differentimetodi. In questa memoria sidescrive il metodo CIELAB, che èstato considerato il più valido perdeterminare il colore. Si descrivonoinoltre le varie leghe d’oro colorateattualmente note, ponendo l’accentosulle correlazioni tra le lorocaratteristiche metallurgiche ed il lorocolore.

La storia dell’oro va di pari passocon l’evoluzione della civilizzazionedell’uomo ed ha influenzato la suadiffusione ed il suo sviluppo, a partireda quando è stato creato il primooggetto d’oro. Il colore giallo intensodell’oro ha sempre attratto l’uomo el’oro è stato usato in tutte le parti delmondo fin dal 3000 a.C. (1, 2).

L’oro e il rame sono i due solimetalli colorati. Per questo motivo,variando le aggiunte di alliganti, leleghe d’oro possono assumere coloridiversi.

Nell’862 a.C. gli abitanti della Lidiausavano monete di una lega oro-

Leghe d’oro colorateCRISTIAN CRETU E ELMA VAN DER LINGEN

Mintek, Private Bag X3015, Randburg 2125, Sud Africa

argento verde, nota come “elettro” econtenente 73% Au e 27% Ag (% inpeso). Ai tempi dell’Impero Chimu(circa 1300 d. C), una lega di ororosso, contenente 70% Cu e 30% Auera usata dagli orafi in quello cheoggi è il nord del Perù (3). Oggi sonodisponibili differenti leghe d’orocolorate, che danno la possibilità dicreare originali oggetti di gioielleriaed oggetti decorativi (fig. 1).

Lo scopo di questa memoria èdescrivere brevemente la formazionee la determinazione del colore neimetalli ed in varie leghe d’orocolorate, oltre alle loro caratteristiche.

Formazione del colore neimetalliNoi percepiamo un colore quando ledifferenti lunghezze d’onda checompongono la luce biancainterferiscono in modo selettivo conla materia per assorbimento,diffrazione, riflessione, rifrazione odispersione o quando un sistemaemette un tipo di luce differente daquella bianca (4). La lunghezzad’onda della luce visibile è compresatra circa 380 e circa 780 nm. Nella fig.

2 sono indicate le energiecorrispondenti allo spettro visibile.

Negli elementi metallici e nelleleghe, la formazione del colore puòessere spiegata con la teoria dellebande. Quando un metallointeragisce con la luce gli elettronidel metallo che si trovano sotto o sullivello di Fermi assorbono fotoni epassano ad uno stato eccitatorispettivamente sulla o sopra lasuperficie di Fermi (5). L’efficienzadell’assorbimento e della riemissionedella luce dipende dagli orbitali dacui trae origine la banda (4). Se tutti icolori presenti nella luce biancavengono riflessi allo stesso modo, siottiene una luce riflessa bianca. Nelcaso dell’oro o del rame, l’efficienzadella riflessione diminuisce alcrescere dell’energia e, a causa delladiminuzione della riflettivitàall’estremità blu dello spettro, siottengono colori giallo e rossiccio.

Le misure eseguite su leghe d’orocontenenti differenti quantitàd’argento (fig. 3) indicano che, per laparte a bassa energia dello spettrovisibile (sotto 2,3 eV), l’oro puromostra una elevata riflettività (6) (fig.2). Ciò significa che il colore giallodell’oro è dovuto alla riflessioneselettiva delle lunghezze d’onda giallee rosse. Al crescere del contenuto diargento, aumenta la riflettività per laparte ad alta energia dello spettrovisibile. La struttura elettronicadell’argento è molto simile a quelladell’oro, ma la transizione deglielettroni sopra il livello di Fermirichiede energia superiore a quelladell’estremità violetta dello spettrovisibile, per cui tutta la luce dellospettro visibile viene riflessa,producendo il caratteristico colorebianco metallico (6).

Figura 1 - Gioielli prodotti con leghe d’orocolorate. Per gentile concessione di JennaClifford

(Electron Volts)

Energy Colour Wavelength Frequency

(Nanometers) x 10 14 (Hertz )

10.000

2000

1000

700

600

500

400

300

250

0 0

2

4

6

8

10

12

1

2

3

4

5

Incr

easi

ng E

nerg

y

Figura 2 - Lunghezze d’onda per lospettro visibile.

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Metodo di misura del coloreIn alcune applicazioni dell’oro,principalmente nella gioielleria enell’odontoiatria, il colore ha unruolo importante. Per lungo tempo ilcolore è stato valutato visivamentedal produttore, ma attualmente ciònon è più accettabile, poiché l’occhioumano è soggettivo. Vi sono casi incui il colore è la condizione “sine quanon”, come quando si sceglie unalega per riparare un gioiello. Siaqueste riparazioni che la produzionedi gioielleria in grande serierichiedono un metodo oggettivo permisurare il colore. Su pezzi simili,variazioni del colore anche piccolesono indice di scarsa professionalità edi bassa qualità e possono costaremolto care ai produttori di gioielleria.

dell’occhio umano, e fa parte deglistandard sul colore e sull’aspettodell’American Society for Testing andMaterials. CIELAB è un metodo dimisura del colore riconosciutointernazionalmente, che è statomesso a punto dalla CIE(Commissione Internazionale perl’Illuminazione) ed è stato adottatonel 1976.

Il metodo CIELAB specifica ilcolore con tre coordinate: L*, a* e b*.L* è la luminanza (brillantezza) (10).Un valore 0 di L* indica che nonviene riflessa alcuna luce ed L* = 100indica che tutta la luce incidenteviene riflessa. La coordinata a*misura l’intensità delle componentiverdi (negativa) o rossa (positiva)dello spettro, mentre la coordinatab* misura l’intensità dellecomponenti blu (negativa) o gialla(positiva). Il colore di un campionepuò essere definito con un puntocon queste tre coordinate nellospazio tridimensionale mostratonella fig. 4.

La necessità di misure precise delcolore ha portato alla creazione didifferenti metodi per la suavalutazione. Nel sistema Munsell ilcolore è descritto con tre coordinate“colore” “croma” e “valore” (7). Il“colore” è il nome del colore descrittocon parole (rosso, verde, blu, ecc.). Il“croma” indica l’intensità del colore,come distanza da un asse bianco-grigio-nero ed il “valore” indica laposizione sulla scala bianco-grigio-nero. Il sistema Munsell si affidaancora all’occhio umano ed i colorisono descritti confrontandolivisivamente con dei campionistandard, in modo da trovare quellopiù somigliante.

Tuttavia l’industria della gioielleriarichiede un sistema con il quale sipossa fissare un punto di riferimentoper il colore, in modo da avereuniformità tra i vari produttori. Ilsistema DIN, usato come riferimentoeuropeo per il colore dell’oro, si basasul confronto fisico del colore concampioni di oro standard. Glisvantaggi di questo metodo sono chel’identificazione del colore dipendesempre dall’occhio e che con iltempo il colore dei campioni di oro abassa caratura si altera a causa dellamacchiatura.

Il Comitato per i Riferimenti per ilColore della Manufacturing Jewellers& Silversmiths of America ha diffusouna serie di campioni di riferimentoper il colore dell’oro basata sulsistema CIELAB (8, 9). Questosistema offre il vantaggio didescrivere il colore con datimatematici, senza l’intervento

100

80

60

Ref

lect

ivit

y Pe

rcen

t

Energy of incident light (eV)1

Visible spectrum

2 3 4 5

40

20

5

43

2

1

Figura 3 - Riflettività in funzione dellalunghezza d’onda della luce incidente. 1 - oro puro, 2 - Ag50at.%Au, 3 - Ag10at%Au, 4 - Ag5at%Au, 5 - argento puro (6)

+a-a

-b

+b

LWHITE

BLACK

Figura 4 - Sistema di coordinatetridimensionali L*, a*, b*

Tabella 1. Composizione delle leghe d’oro colorate (% in peso)

Lega Au Ag Cu Al Fe In Co

1N-14* (9) 58,5 26,5 15,0 - - - -

2N-18* (9) 75,0 16,0 9,0 - - - -

3N* (9) 75,0 12,5 12,5 - - - -

4N* (9) 75,0 9,0 16,0 - - - -

0N**(9) 58,5 34,0 7,5 - - - -

Oro rosso 50,0 - 50,0 - - - -

Oro blu 75,0 - - - 25,0 - -

Oro blu 46,0 - - - - 54,0 -

Oro porpora 80,0 0 - 20,0 - - -

Oro nero 75,0 - - - - - 25,0

* Standard comuni a Germania, Francia e Svizzera** Standard comuni a Germania e Francia


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I valori di L*, a* e b* per uncampione sono ottenuti come letturedirette con uno spettrofotometrocollegato ad un computer. Lospettrofotometro ha un potererisolvente da cinque a dieci voltesuperiore a quello dell’occhio umano(7, 10). Dal momento che il colore diun campione dipende dalla sorgentedi luce che lo illumina, dal campionestesso e dall’osservatore, lospettrofotometro usa una sorgente diluce artificiale che simula la lucenaturale, una rete di fotodiodi ed uncomputer come osservatore. Conquesto metodo si risolvono parecchiproblemi relativi alla misura delcolore, come obiettività, precisione eripetibilità.

Misure del coloreNella fig. 5 sono mostrate lecoordinate del colore a* e b* per varieleghe d’oro colorate. Le lorocomposizioni sono elencate nellatabella 1.

La differenza di colore può ancheessere usata per valutare il grado dimacchiatura di una lega. Si puòvalutare numericamente la differenzadi colore calcolando la distanza tradue punti nel sistema CIELAB. Ilvalore DE* rappresenta questadistanza e può essere calcolato con laformula (11):

DE* = [(L*2 - L*1)2 + (a*2 - a*1)2 + (b*2 - b*1)2]1/2 (1)

I pedici 1 e 2 si riferisconorispettivamente alle coordinate delcampione iniziale e del campionemacchiato. L*, a* e b* sono statedefinite in precedenza comecoordinate di colore CIELAB deirispettivi campioni o leghe (vedere iltesto vicino alla fig. 4).

DE* indica la distanza tra i duepunti che rappresentano il colore deicampioni nel sistema tridimensionaleCIELAB. Portando su un grafico ilvalore di DE in funzione del tempo ditrattamento, si può visualizzare ilcambiamento di colore, come nelcaso della fig. 6. In questo caso si èconfrontato il comportamento allamacchiatura di due leghe d’oro conquello di una lega standard.

Leghe d’oro colorateCon aggiunte di alliganti all’oro e alrame, si possono ottenere vari colori,che permettono di creare effettidifferenti nelle applicazioni per lagioielleria. Tuttavia è meno noto chele leghe d’oro possono assumerecolori sorprendentemente differentida quelli delle leghe convenzionali,come nel caso delle leghe d’oro blu,nere o porpora (fig. 7). In questoarticolo le leghe d’oro colorate sonostate classificate in tre categoriemetallurgiche principali:

- Sistema Au-Ag-Cu- Composti intermetallici- Strati ossidati superficiali.

Sistema Au-Ag-CuIl sitema Au-Ag-Cu è alla base dellamaggior parte delle leghe d’oro pergioielleria e per odontoiatriaattualmente in uso ed è antico diparecchi millenni. Con differentirapporti Au:Ag:Cu si possonoottenere varianti di giallo, rosso everde. Nella fig. 8 si vede il coloregiallo intenso dell’oro ad altacaratura. Anche l’oro bianco si basasul sistema Au-Ag-Cu ed il colorebianco si ottiene con l’aggiunta dielementi come nichel (Ni), palladio(Pd) e manganese (Mn), noti per leloro caratteristiche sbiancanti.Aggiunte di altri elementi di lega aquesto sistema ternario sonoutilizzate anche per migliorareproprietà come la colabilità e ladurezza.

Black goldBlue gold

(In)Purple gold

Blue gold (Fe)

Red gold

Pure Gold

3N1N-140N

Silver

Copper

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-5 0 5 10 15 20a* co-ordinate

b* c

o-or

dina

te

2N-18

4N

yellow

blue

green red

Figura 5 - Coordinate CIELAB di varieleghe d’oro colorate

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150

Heat Treatment Duration (min)

DE

Val

ues

Standard alloy

Alloy 1

Alloy 2

Figura 6 - Differenza di colore fra treleghe dopo lo stesso trattamento termicoall’aria. Quanto più le curve sono vicine aquella dello standard, tanto più piccola èla differenza di colore

Figura 7 - Ciondolo prodotto con oro a18 K giallo, bianco e porpora, smeraldiSandawana e diamanti. Per gentileconcessione di Hans Meevis, StudioSerol-Wana, Botswana

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Leghe d’oro giallo,verde e rossoCome si vede dal diagramma di statoternario della fig. 9, nel sistema Au-Ag-Cu, variando la composizione, sipuò ottenere un gran numero dicolori e di sfumature. Aggiunte dirame danno alle leghe una sfumaturarossiccia ed aggiunte di argentorendono le leghe verdastre. Inaccordo con la teoria delle bande,l’aggiunta di argento alla lega Au-Cuallarga l’intervallo di energia che glielettroni devono superare perraggiungere i livelli superiori al livellodi Fermi. Quanto più largo èl’intervallo, tanto maggiore èl’energia assorbita dalla luceincidente, per cui la riflettività crescenon solo per la parte rossa e gialladello spettro, ma anche per quellaverde (6).

La metallurgia del sistema ternarioAu-Ag-Cu, che include letrasformazioni ordine-disordine, èstata ampiamente studiata ed è statadescritta in modo approfondito daPrince et al. (13), Rapson (14, 15) eYasuda (16). Nella fig. 10 èrappresentato un oggetto in oroverde.

Alle leghe del sistema Au-Ag-Cu sipuò aggiungere fino al 15% di zinco(Zn), per cambiare il colore rossodelle leghe ricche in rame in giallo-rossiccio o giallo scuro (17). Questeleghe sono caratterizzate da unabuona lavorabilità. Le aggiunte dizinco influenzano sia la formazionedella fase ordinata Au-Cu chel’ampiezza della zona bifasica �1 +�2, per cui influenzano anche lecaratteristiche di indurimento perinvecchiamento (17 e 18). Per leleghe a 14 K contenenti zinco è stataelaborata una relazione tracomposizione e colore (19). Dopomolte misure di colore è stato definitoun indice di colore che può esserecalcolato con la seguente formuladalle percentuali in peso di argento,rame e zinco:

CuIndice di colore = ________ (2)

Ag + 2 Zn

Per la produzione di leghe verdi a18 K sono anche state usate aggiuntedi cadmio (Cd) fino al 4%. La lega 75Au-23 Cu-2 Cd è color verde chiaro equella 75 Au-15 Ag-6 Cu-4 Cd è colorverde scuro (20). Principalmente ilcadmio è noto come elemento di legaper preparare leghe da brasatura.

Tuttavia il CdO è considerato moltotossico, poiché irrita il sistemarespiratorio, causa danni irreversibiliai reni ed è classificato comecancerogeno dalla InternationalAgency for Research in Cancer (21-23).

Oro biancoOriginariamente le leghe di orobianco erano state studiate comesostituti del platino e sonocomunemente usate nell’industriadella gioielleria per incastonarediamanti, per gioielli concombinazioni di bianco e di giallo e,a causa della loro alta resistenza, perfermagli per collane di alta qualità(elettroplaccati con oro giallo) (fig.11). In passato queste leghe sonostate usate meno di quelle colorate,ma nel 1972-73 le tendenze dellamoda e l’aumento del prezzo dell’orohanno portato alla ribalta lagioielleria in argento e l’oro bianco(24). Recentemente in Europa èricomparsa la tendenza verso unamaggior richiesta di gioielleria in orobianco.

Le leghe di oro bianco usate per laproduzione di gioielleria si basanoprincipalmente sui sistemi Au-Cu-Ni-Zn e Au-Pd-Ag. L’effetto sbiancantedel nichel e del palladio deriva da unabbassamento della riflettività dellalega nella parte a bassa energia dellospettro visibile. Sono resi possibiliprocessi di assorbimento per energieconsiderevolmente più basse che perl’oro puro e si riduce la riflettivitànelle parti rosse e infrarosse dellospettro (6). Nella fig. 12 sonoriportate le curve di riflettività didifferenti leghe contenenti nichel opalladio.

Figura 8 - Oggetti prodotti con oro a 24K duro, che mostrano il colore giallointenso del metallo

Au

10

2030

4050

6070

80

90

1020

3040

50

6070

8090

10 20 30 40 50 60 70 80 90 AgCu

Cop

per W

eight

%

Gold W

eight %

RY-Red YellowGY-Green Yellow

Silver Weight %

RY

18 Ct.

14 Ct.

10 Ct.

Red

Red

dish Whitish

GY

Yel

low

ish

Gre

enis

hY

ello

wis

h

Yel

low

Figura 9 - Relazione tra colore ecomposizione nel sistema ternario Au-Ag-Cu (12)

Figura 10 - Elefanti in oro verde donati ai“Tre Tenori” da Sarah Da Vanzo dellaConsolidated Bullion Ltd, Sud Africa

Figura 11 - Gioielli in oro bianco ed incombinazioni di oro bianco e gialloprogettati da Jenna Clifford, Sud Africa


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100

80

60

Ref

lect

ivit

y Pe

rcen

t


Visible spectrum

2 3 4 5

40

20

1

45 3

2

Figura 12 - Curve di riflettività per leghe d’oro contenenti Ni (a sinistra) e Pd (a destra) (6).A sinistra: 1 - Au puro, 2 - Au2at%Ni, 3 - Au5at%Ni, 4 - Au10at%Ni, 5 - Ni puro.A destra: 1 - Au puro, 2 - Au5at%Pd, 3 - Au10at%Pd, 4 - Au20at%Pd, 5 - Au30at%Pd, 6 - Pd puro

100

80

60

Ref

lect

ivit

y Pe

rcen

t


Visible spectrum

2 3 4 5

40

20

1

56

43

2

Elemento Effetto OsservazioniColore Lavorabilità

Ag Sbiancante moderato Eccellente Annerisce in presenza di zolfo. Sbiancante solo per leghe a bassa caratura

Cu Troppo rosso (più del 3%) Migliora la lavorabilità -

Co Sbiancante molto moderato (1,5%) Eccellente Aumenta la temperatura di liquidus e la durezza. Allergenico

Cr Sbiancante eccellente (13%) Impossibile Il 2% non ha effetto sul colore. Temperatura di solidus superiore a 1100°C

Fe Sbiancante quasi Da scarsa a Scarsa resistenza alla corrosione. Combinato con 4-5% Pd aumenta completo (16%) soddisfacente la temperatura di solidus. Se superiore al 10%, causa durezza

eccessiva e ossidazione durante il colaggio a cera persa

In Sbiancante moderato (5,5%) Impossibile Il 2% non ha effetto sul colore. Abbassa la durezza

Sn Sbiancante moderato (5%) Impossibile Infragilimento

Zn Sbiancante moderato (6%) Fragile (più del 6%) Volatile, inadatto per il colaggio. Aumenta la tendenza alla criccatura a caldo. Ad alta concentrazione può causare fragilità. Meno del 2% migliora la colabilità a cera persa, ma senza risultati pienamente soddisfacenti

Al Sbiancante molto leggero (1,5%) Scarsa Forte formazione di ossidi

Mn Nessuno (1,5%) Scarsa Forte formazione di ossidi. Con più del 10% alta reattività. Apprezzabile effetto sbiancante, specialmente se associato al palladio. Se in forte quantità, suscettibilità alla tensiocorrosione

Pt Effetto sbiancante simile - Metallo prezioso costosoa quello del palladio

Ti Appena percettibile (1,3%) Scarsa Forte formazione di ossidi

Nb - - Aumenta la temperatura di liquidus

Ta Appena percettibile (7%) Scarsa Aumenta la temperatura di liquidus, è molto reattivo

V Sbiancante energico (25%) Impossible Aumenta la temperatura di liquidus, è tossico, è molto reattivo

Tabella 2. Possibili elementi di lega per ori bianchi ed indicazioni sul loro effetto sbiancante (27, 29, 32, 33)


36

Il nichel è stato usatotradizionalmente per preparare leghedi oro bianco a causa del suo bassocosto e del suo forte effettosbiancante. Nelle leghe oro-rame-nichel-zinco, il nichel è il principaleelemento sbiancante e lo zinco èusato come elemento sbiancantesecondario, per compensare l’effettocolorante del rame. Le leghe di orobianco al nichel sono caratterizzatedalla loro alta durezza allo statogrezzo di colata, dalla rapidità concui incrudiscono e dalla tendenza allacriccatura a caldo. Le leghecommerciali si separano in una fasericca in oro (Au-Cu) ed in una ricca innichel (Ni-Cu), fatto che causa unanotevole durezza (25). Queste leghesono poco lavorabili, per cui sonorichieste ricotture frequenti (26). Ilrame è aggiunto per migliorare laplasticità e la lavorabilità.Nell’industria della gioielleria, ladiffusione dell’uso delle leghe d’orocontenenti nichel si è ridotta a causadella reazione allergica che il nichelpuò produrre quando viene incontatto con la pelle (27).

Il confronto tra le caratteristiche, ivantaggi e gli svantaggi delle leghe dioro bianco al nichel ed al palladio èstato molto dibattuto nella letteraturatecnica (28-31). Le leghe di orobianco contenenti palladio sonotenere allo stato grezzo di colata,hanno duttilità e lavorabilitàeccellenti, un bel colore (consufficienti aggiunte di palladio) e nontendono a criccarsi a caldo. Il coloredelle leghe Au-Pd va dal giallodell’oro al bianco, quando ilcontenuto di palladio raggiunge il15%. Tuttavia le leghe d’orocontenenti palladio sono pocoallettanti, a causa della loro altatemperatura di liquidus, della loroalta densità ed in particolare a causadel costo crescente del palladio.

I requisiti principali desiderabilinelle leghe di oro bianco sono (32):

- un colore bianco adatto ed altariflettività;

- una durezza ragionevole allo statogrezzo di colata ed allo stato ricotto( a p p r o s s i m a t i v a m e n t e < 200 HV);

- una adeguata deformabilità afreddo (approssimativamente unallungamento > 25%);

- una temperatura di liquidusrelativamente bassa (appros-simativamente < 1100°C);

- elementi di lega di costo adeguato.Sono stati eseguiti molti studi per

trovare elementi di lega chepermettano di ottenere lacombinazione di caratteristichedesiderabili per una lega di orobianco ideale. Nella tabella 2 èriepilogato l’effetto sbiancante chemolti elementi hanno sull’oro.

Composti intermetalliciOro porporaI composti intermetallici sono unaspeciale categoria di materiali chehanno proprietà molto differenti daquelle dei metalli che li formano. Inun sistema di leghe un compostointermetallico è definito come unafase intermedia, che ha uno strettointervallo di omogeneità ecomposizione stechiometricarelativamente semplice. In generale icomposti intermetallici sono fragili,cosa che rende quasi impossibile illoro uso nella gioielleriatradizionale, ma possono esseresfaccettati ed usati come gemme oinserti (fig. 13).

Il più noto tra questi composti èAuAl2, che è formato da 79% Au e21% Al (34). Il punto di fusione diAuAl2 è superiore a quello dei suoicomponenti, cosa che ne indica lastabilità termodinamica. Questocomposto è caratterizzato da un belcolore porpora.

Il composto oro porpora è statomolto studiato nell’industriamicroelettronica. Se nei dispositivielettronici le giunzioni tra oro ealluminio sono riscaldate atemperature superiori a 250°C, siformano tutti i cinque compostiintermetallici oro-alluminio (Au4Al,Au5Al2, Au2Al, AuAl ed AuAl2) (15).Gli studi eseguiti su sistemibimetallici hanno dimostrato cheAu2Al e Au5Al2 si formano per primi eche AuAl2 è la fase di equilibrio finale(35, 36). Le differenti velocità didiffusione dell’alluminio e dell’oroprovocano la formazione di cavitàper effetto Kirkendall, causandoporosità ed alla fine anche la rotturadel giunto alluminio-oro (37). Questotipo di rottura è statosoprannominato “peste porpora”.

Figura 13 - Spilla con oro porpora. Ilcolore porpora è dato dal compostointermetallico AuAl2

1100

1000

900

800

700

600

500

4000

0

10 20

20

30 40 50

5040

Atomic Percent Gold

Weight Percent Gold

Tem

pera

ture

°C

AuAl60

60

70

70

80

80

90

90 95

L

(Au)(Al)

660.452

650°C

1060°C 1064.43°C

625°C 624°C

575°C545

525545

Al2Au

AlA

u

AlA

u 4

�AlAu2

�AlAu2

�AlAu2

�

100

100

Figura 14 - Diagramma di stato Au-Al (39)Figura 15 - Immagine da elettronisecondari di un oro porpora al 25% di Al,grezzo di colata (38)


37

Tuttavia, malgrado sia fragile, ilcomposto oro porpora è stabile e nonsi decompone con un trattamentotermico (38).

Il diagramma di stato Au-Al (fig.14) comprende numerosi compostiintermetallici che si formano percomposizioni vicine all’estremità deldiagramma ricco in oro. Il contenutodi oro di AuAl2 è vicino a quello diuna lega a 18 K (75% Au), cosa cherende possibile la produzione di unalega di oro porpora che può esseremarchiata 18 K.

Nella fig. 15 è mostrata lamicrostruttura di una lega di oroporpora a 18 K (Au / 25% Al): la fasegrigio chiara è formata dalcomponente porpora (38). Se lacomposizione della lega si sposta daAuAl2 verso il lato ricco in alluminiodel diagramma di stato, il colore siavvicina a quello dell’alluminio,poiché diminuisce la percentuale involume della fase intermetallicacolor porpora ed aumenta laseconda fase formata da unasoluzione solida ricca di alluminio.Se la composizione si sposta verso illato del diagramma di stato ricco inoro, si forma un nuovo compostointermetallico (AuAl), che contiene88% Au e sostituisce AuAl2,alterando il colore della lega. Ilcolore porpora viene conservatofinché il contenuto di alluminioscende fino a 15% (40).

La struttura cristallina di AuAl2 èstata determinata nel 1934 comecubica, del tipo di CaF2 (fig. 16). Studipiù recenti (41) hanno dimostrato cheil reticolo parziale dell’alluminio èoccupato in modo incompleto e chela composizione reale di AuAl2 èvicina ad Al11Au6.

Oro bluE’ noto che anche altri due compostiintermetallici dell’oro sono colorati,cioè AuIn2, che è di colore azzurrochiaro e AuGa2 (6), che mostra unaleggera sfumatura bluastra. Nelle fig.17 e 18 sono mostrati i diagrammi distato Au-In e Au-Ga. Il compostointermetallico oro-indio AuIn2contiene 46% Au e AuGa2 contiene58,5% Au. Entrambi hanno strutturacristallina simile a quella dell’oroporpora, che è del tipo CaF2. Il coloreblu viene “diluito” in modo simile aquello dell’oro porpora.

Sotto alcuni aspetti i compostiintermetallici si comportano come imetalli puri e ciò rende possibilecalcolare le loro strutture a bande. Lariflettività diminuisce al centro dellospettro visibile e sale nuovamenteverso l’estremità del violetto, dandocolori differenti nei vari casi (43).Nella fig. 19 è riportata la riflettività infunzione dell’energia della luceincidente per AuAl2, AuIn2 e AuGa2.

Figura 16 - Struttura cristallina di CaF2 -prototipo per AuAl2, AuIn2 e AuGa2 (42).

1200

1000

800

600

400

200

00

0

10 20

2010 30

30 40 50

5040

Atomic Percent Indium

Weight Percent Indium

Tem

pera

ture

°C

InAu60

60

70

70

80

80

90

90

L

(Au)

(In)

1064.43°C

649.25°C

509.6°C

224.3°C

540.7°C

495.4°C454.3°C

~156°C 156.634°C

641°C

487457.5 55.3482

35

39

337

275

374.6364.5

AuI

n 8

AuI

n

�1

�1

��1

��

�

100

100

�1

Figura 17 - Diagramma di stato Au-In (39)

1200

1000

800

600

400

200

-2000

0

10 20

2010 30

30 40 50

5040

Atomic Percent Gallium

Weight Percent Gallium

Tem

pera

ture

°C

GuAu60

60

70

70

80

80

90

90

L

(Au)

(Ga)

1064.43°C

29.7741°C

30°C

491.3°C

409.8°C375

461.3°C

339.4°C286°C282°C

348°C415.4°C

448.6°C

274348.9

AuG

a

AuG

a 2

�1

�1

�

�1

�

100

100

0

Figura 18 - Diagramma di stato Au-Ga (39)


38

SpangoldAlcune leghe Au-Cu-Al formanointeressanti strutture superficiali edanno origine ad una nuova famigliadi leghe d’oro note come “Spangold”(44, 45). Con queste leghe siottengono due colori differenti: unalega gialla 76Au-19Cu-5Al ed unarosa 76Au-18Cu-6Al. L’effettodecorativo di luccichio è il risultato diun cambiamento della strutturacristallina, che origina piccolefaccette sulla superficieprecedentemente lucidata (fig. 20).Durante il raffreddamento, la fasestabile ad alta temperatura subisceuna trasformazione quasi-martensitica, che implicaordinamento degli atomi edeformazioni di taglio. Ilcomportamento osservato può esserespiegato supponendo che la legapossa avere due strutture: una fasedisordinata tipo B2 stabile ad altatemperatura, che è cubica a corpocentrato ed una fase ordinata stabile abassa temperatura che ha strutturatetragonale a corpo centrato (46).

Raffreddando il materiale sotto20°C, la fase stabile ad altatemperatura si trasforma nella faseordinata, indipendentemente dallavelocità di raffreddamento. Iltrattamento termico che produce illuccichio è eseguito di solitoriscaldando l’oggetto in bagno d’olioper 10 minuti tra 150 e 200°C eraffreddandolo poi fin sotto latemperatura ambiente.

Strati ossidati superficialiLe leghe d’oro colorate fin quidescritte hanno in comune lacaratteristica di avere lo stesso coloreanche sulla sezione. Nella ricerca dicolori differenti, viene usata ancheun’altra tecnica che prevede laformazione sulla lega di strati ossidaticolorati mediante trattamento termicoall’aria. Dal momento che all’arial’oro non cambia colore, lo si mette inlega con un metallo non preziosocaratterizzato da una bassa resistenzaall’ossidazione. Lo strato ossidato èsolo superficiale ed è di limitatospessore, per cui, se è sottoposto adusura intensa, può esseredanneggiato. L’ossidazione dellasuperficie è eseguita cometrattamento finale, dopo la lucidatura.

Per colorare leghe d’oro contenentiparecchio rame (18 K o caratura più

bassa) si può usare il fegato di zolfo(solfuro potassico), ottenendo coloriche variano dal marrone al nero (20).

Nel 1988 la Blue Gold S.A. diGinevra ha lanciato una lega che conun trattamento termico a 1800°Cdiventa di un intenso color blu zaffiro(47, 48). L’oro, con titolo compresotra 20 e 23 carati, è messo in lega conrutenio, rodio ed altri tre elementi dilega. Lo strato superficiale blu èspesso da 3 a 6 �m. Una lega d’oro a18 K, che contiene 24,4% Fe ed unmassimo di 0,6% Ni (49), contrattamento termico tra 450 e 600°Call’atmosfera forma uno stratoossidato blu (fig. 21). Se si porta laconcentrazione dell’oro a 85%, lostrato ossidato diventa blu-verde.

Di solito l’oro nero contienecobalto che, con un trattamentotermico tra 700 e 950°C (50, 51),forma sulla superficie uno strato nerodi ossido di cobalto (fig. 22). Altrielementi di lega di cui si sa cheformano per ossidazione uno stratonerastro sono rame, ferro e titanio. Leleghe di oro nero contengono anchealmeno un metallo del gruppo delplatino, argento o nichel.

Van Graan e Van der Lingen (52)hanno migliorato con aggiunte dicromo la resistenza all’usura di leghea 18 K contenenti cobalto. E’ statousato un ciclo di indurimentoelettrolitico simile a quello usatodopo la colorazione dell’acciaioinossidabile (53). L’aggiunta di cromocausa un assottigliamento dello stratodi ossido, che è formatoprincipalmente da Cr2O3 ed ha coloreverde oliva. La resistenza all’usura diuna lega Au-15% Co-10% Cr era

100

80

60

Ref

lect

ivit

y Pe

rcen

t


Visible spectrum

2 3 4 5

40

20

1

2

3

Figura 19 - Riflettività in funzionedell’energia della luce incidente per icomposti intermetallici: 1 - AuAl2, 2 - AuIn2, 3 - AuGa2 (6)

Figura 20 - Pugnale a 18 K, con lama inSpangold, finito con legno rosso, rubini,tormalina rosa e oro giallo Figura 21 – I “Cuori”, collezione in oro

blu di Ludwig Muller, Svizzera


significativamente superiore a quelladi una lega binaria Au-25% Co,malgrado che lo strato di ossido fossecirca cinque volte più sottile (fig. 23).La microstruttura della lega di fig. 23è formata da una fase ricca in oro,contenente circa 94% Au e da unafase ricca in cobalto, che contienecirca 90% Co. Tra lo strato di CoO e lamatrice vi è una zona impoverita incobalto, che contiene solo circa 2,4%Co ed è prodotta dalla diffusione delcobalto verso la superficie durantel’ossidazione.

Il futuro delle leghe d’orocolorateLa gioielleria in oro ha affascinato ilgenere umano per migliaia di anni.Colori e sfumature sono solovariazioni dello stesso tema artisticodi bellezza e lucentezza. L’oro sidistinguerà sempre per il suo unicocolore giallo, ma la ricerca di diversitàe di originalità manterrà sempre di

moda alcune delle leghe d’orocolorate. Nasceranno certamentenuove creazioni e nuove idee e conle conoscenze e le tecnologie oggidisponibili probabilmente sarannotrovate nuove soluzioni per iproblemi posti da alcune delle leghed’oro colorate.

RingraziamentiQuesto articolo è stato pubblicatocon il permesso del Mintek.

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20 O. Untracht, in ‘Concetti etecnologia della gioielleria’, ed.R. Hale, Doubleday &Company, Londra, 1982, pp.391, 718

21 M. Dabalà, M. Magrini e M.Poliero, Gold Technol., 1998,No. 24, p. 6

22 C.S. Freeman e C.J. Jones, in‘Simposio di Santa Fe sullatecnologia di fabbricazionedella gioielleria 1988’, ed. D.Schneller, Santa Fe, 1989, p.131

23 G. Normandeau, in ‘Simposiodi Santa Fe sulla tecnologia difabbricazione della gioielleria1988’, ed. D. Schneller, SantaFe, 1989, p. 179

24 W.S. Rapson e T. Groenewald,in ‘Usi dell’oro’, AcademicPress Inc. Ltd., London, 1978,p. 9

25 A.S. McDonald e G.H. Sistare,Gold Bull., 1978, 11, 128

26 M.R. Pinasco e E. Stagno, GoldBull., 1979, 12, 53

27 P. Bagnoud, S. Nicoud, P.Ramoni, Gold Technol., 1996,No. 18, p. 11

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29 G. Normandeau e R. Roeterink,Gold Bull., 1994, 27, 70

30 C.P. Susz e M.H. Linker, GoldBull., 1980, 13, 15

39

Figura 22 - Anna Greenwood, SudAfrica, ha usato l’oro nero per aumentareil contrasto in un gioiello policromo

Figura 23 - Immagine da elettronisecondari dello strato di ossido sullasuperficie della lega Au25%Co


31 I.B. MacCormack e J.E. Bowers,Gold Bull., 1981, 14, 19

32 G.P. O’Connor, Gold Bull.,1978, 11, 35

33 M. Dabalà, M. Magrini,M.Poliero e R. Galvani, GoldTechnol., 1999, no. 25, p. 29

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49 L. Muller, Brevetto USA5,059,255, 1991

50 K. Nakama, Brevetto europeo438980, 1991

51 T. Takayanagi, N. Marita e C.Seki, Brevetto USA 5.139.793,1992

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53 T.E. Evans, A.C. Hart eW.H.Sutton, Brevettobritannico 47048/72, 1972

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