Металлы и сплавы, применяемые для изготовления художественных и ювелирных изделий

Художественная обработка металла – древнейшее искусство, которое широко востребовано и в настоящее время. Работающие в этой отрасли специалисты, создают уникальные декоративно-художественные изделия из металлов и сплавов, которые пользуются большой популярность.

Все материалы, используемые при производстве художественно-декоративных изделий, делятся на:

• неметаллические (драгоценные и поделочные камни, органогенные материалы, стекло, пластические массы, кость, рог, дерево, кожа, резина, текстиль, фарфор и т. д.). Особенности неметаллических материалов более детально рассмотрены в учебных пособиях [1, 2].
• металлические (черные металлы и сплавы (углеродистые, легированные стали и чугуны)), цветные металлы и сплавы (медь и ее сплавы; алюминий и его сплавы; титан и его сплавы; вольфрам и его сплавы), благородные (драгоценные) металлы и сплавы (золото и его сплавы; серебро и его сплавы; платина и ее сплавы).

Цель работы – проанализировать структуру, свойства основных металлических материалов, применяемых для изготовления художественных изделий.

Традиционные металлы, применяемые для производства ювелирных изделий (золото, серебро, платина) достаточно хорошо представлены в ряде работ [1, 2], поэтому в данной статье отражены менее популярные группы металлов (от черных до цветных металлов).

Черные металлы и сплавы

Железо – типичный представитель группы черных металлов. Однако, сам металл практически не применяется в промышленности. Любопытно отметить, что для изготовления достаточно простых и сравнительно дешевых ювелирных изделий используется руда, из которой получается железо. Представлены фотографии ювелирных изделий из гематита или магнетита (рис. 1).

Рис. 1. Ювелирное изделие из гематита (а), магнетита (б)

Наиболее широкое применение (в том числе и для производства художественных изделий) находят сплавы железа, стали и чугуны. Так, углеродистые стали (содержащие железо, углерод и небольшое количество примесей) не отличаются красотой, коррозионной стойкостью, они практически не пригодны для использования в ювелирной промышленности, единственное назначение – вспомогательные цели. Так, углеродистые стали У8А, У10А (высококачественные стали с содержанием углерода 0,8 и 1,0% соответственно) служат для изготовления инструментов, применяемых для производства и корректировки ювелирных изделий.

Наибольший интерес в производстве ювелирных изделий вызывают легированные стали (особенно с повышенным содержанием хрома и никеля, так называемые нержавеющие стали с маркировкой 18/10). Ассортимент таких украшений как мужских, так и женских весьма широк (рис. 2).

Рис. 2. Ювелирные украшения из коррозионностойкой (нержавеющей) стали

Серый литейный чугун занимает особое место в художественной отрасли благодаря своим отличным литейным характеристикам (в частности жидкотекучести), антикоррозионным свойствам и внешнему виду. Необыкновенное явление в русской художественной промышленности – это Каслинское и Кусинское художественное литье из чугуна. Тульский купец Яков Коробков за 500 рублей приобрел 250 тысяч десятин земли и основал железоделательный и чугуноплавильный завод в уральском городе Касли в 1747 году. И по настоящее время художественные творения литейного завода (ныне принадлежащего ПАО «Мечел») производят впечатление прочности, долголетия и солидности (рис. 3).

Рис. 3. Художественные изделия, изготовленные на Каслинском чугоноплавильном заводе

Тульский предприниматель Илларион Лугинин - основатель Кусинского завода. Лучшие образцы художественного Кусинского литья стали выпускаться с 1946 года. Появились отливки, увековечившие в чугуне образы Ленина, Сталина, Кирова, Пушкина, Горького и других выдающихся людей (рис. 4). К сожалению, в постсоветский период интерес к художественному литью катастрофически упал, что сказалось и на производстве Кусинского завода. В 2004 году было ликвидировано оборудование для художественного литья, а с 2005 года завод прекратил выпуск художественной продукции.

Рис. 4. Художественные изделия, изготовленные на Кусинском чугоноплавильном заводе: Бюст «В. И. Ленин» (а), Бюст «С. М. Киров» (б), Бюст «Портрет Сталина И. В.» (в)

Самарчане также имеют уникальную возможность любоваться красотой не только самой протяженной набережной из всех волжских городов, но также и чугунными ограждениями на набережной Волги (рис. 5).

Рис. 5. Чугунное ограждение на набережной Волги г. Самары

Цветные металлы и сплавы

Медь и ее сплавы. Наиболее широко из цветных металлов для производства художественных изделий применяется медь и ее сплавы.

Латуни представляют собой сплавы меди и цинка, в которых могут присутствовать и другие легирующие элементы в незначительном количестве. Особое место в производстве ювелирных изделий принадлежит томпакам (сплав содержит до 10% цинка). Им присущи: цвет, схожий с цветом сплавов на основе золота, отличная шлифуемость, полируемость. Томпаки используются для изготовления сувениров, знаков отличия, бижутерии. Следует отметить, что «золотые» медали по окончании школы, выполнены также из томпаков (рис. 6).

Рис. 6. Золотая медаль «За особые успехи в обучении» по окончании школы

Бронзы представляют собой двойные или многокомпонентные сплавы меди с другими металлами, которые позволяют улучшать основные свойства сплава. При изготовлении бижутерии часто применяется бронзовая проволока, которая смотрится весьма благородно, придавая украшениям старинный вид (рис. 7).

Рис. 7. Ювелирное украшение из бронзовой проволоки

Бронза – идеальный материал для создания памятников и скульптур, благодаря ее красивому внешнему виду, устойчивости к механическим и атмосферным воздействиям. Существует огромное количество памятников из литой бронзы. Среди них символ Санкт-Петербурга – легендарный «Медный всадник» – конный 10-метровый памятник первому российскому императору Петру Великому. Набережную нашего города украшает памятник князю Г. О. Засекину – основателю и первому воеводе г. Самары. Скульптура выполнена на Смоленском литейном предприятии и имеет внушительные размеры: общая высота около 8 метров, а общий вес с постаментом достигает 46 тонн (рис. 8).

Рис. 8. Памятник основателю Самары – князю Г. Засекину, выполненный из бронзы

Мельхиор представляет собой сплав меди с никелем, в ряде случаев с добавками марганца и железа. Из этого сплава изготавливают прекрасные украшения с применением таких техник, как финифть и филигрань (рис. 9).

Рис. 9. Ювелирные украшения из мельхиора

Однако, в настоящее время популярность мельхиора заметно снижается. Все чаще мастера-ювелиры отдают предпочтение более дешевому и доступному сплаву – нейзильберу.

Нейзильбер – сплав меди с никелем и цинком. Достоинства сплава – сходство с серебром, низкая стоимость, отсутствие потускнения на воздухе, отсутствие темного налета при контакте с кожей. Из сплавов изготавливают как стильные украшения, так и не менее стильные приборы и принадлежности для сервировки стола (рис. 10).

Рис. 10. Ювелирные украшения или столовые приборы из нейзильбера

Нетрадиционные ювелирные металлы

Современные новинки – украшения из алюминия, титана и вольфрама. Хотя в России изделия из таких металлов не очень популярны, но они весьма востребованы в Западной Европе. Рассмотрим основные достоинства и недостатки нетрадиционных ювелирных металлов.

Алюминий и его сплавы. В настоящее время для рядовых потребителей на ювелирном рынке представлен весьма незначительный ассортимент алюминиевых украшений: цепочки, серьги, браслеты, кольца, печатки (диапазон цен – от 500 до 2000 рублей).

Мюнхенская компания Hemmerle, основанная в 1893 году братьями Антоном и Жозефом Хеммерле, выпускает украшения из нетрадиционных материалов, что является визитной карточкой данной компании. Кристиан Хеммерле, который возглавляет уже 4 поколение ювелирного дома, выбирает алюминий для создания ювелирных шедевров (рис. 11).

Рис. 11. Ювелирные украшения из алюминия (Hemmerle)

Титан и его сплавы. Основные свойства титана – блеск, прочность и легкость, коррозионностойкость стали предметом интереса часовщиков и ювелиров. В 1980 году совместными усилиями специалистов немецкого производителя очков, часов, модной одежды Porsche Desing и швейцарского производителя «люксовых» часов International Watch Company (IWC) были впервые изготовлены часы из титанового сплава (рис. 12). Дальнейшие наработки привели к созданию образцов часов, которые могут работать под водой на глубинах 500 и 20000 метров. Это модели Ocean 500 и Ocean 2000 [1].

Рис. 12. Швейцарские часы из титана

Вольфрам и его сплавы. Вольфрам является наиболее тугоплавким и одним из самых твердых и тяжелых, но и достаточно хрупким металлом. В соединении с углеродом он превращается в карбид вольфрама - очень красивое, износостойкое соединение, по твердости сопоставимое с алмазом. При этом использование дополнительно покрытия значительно расширяет цветовую гамму: покрытие цирконием или золотом придает золотистый тон, метод осаждения ионов зачерняет украшение (рис. 13).

Рис. 13. Швейцарские часы из карбида вольфрама

В настоящее время среди новобрачных в Европе и Америке популярны обручальные кольца из карбида вольфрама, так как необычная прочность и долговечность таких колец символизируют нерушимость семейных уз.

Таким образом, в статье представлены основные металлы и сплавы, наиболее широко применяемые для производства ювелирных и художественно-декоративных изделий.

Авторский коллектив

Автором данной статьи являются учащиеся 5 класса, занимающиеся в созданном на базе Самарского государственного технического университета Доме научной коллаборации имени академика Семенова Н. Н. по программе «Драгоценные металлы и минералы». Исследования, представленные в работе, были проведены авторами статьи на кафедре «Материаловедения, порошковой металлургии и наноматериалов» под руководством руководителя программы к.т.н., доцента, заслуженного работника науки и техники, профессора РАЕ Морозовой Е. А.