珠寶首飾的質(zhì)量主要取決于制造水平的高低，而金屬材料的缺陷是制造過程中較難克服的一大問題。由于目前首飾制造使用的金屬材料多為合金材料，其性質(zhì)與金屬單質(zhì)相比有一定差異，因此出現(xiàn)的材料缺陷也有所不同。鑒于材料缺陷帶來的損耗甚至返工，減少和避免材料缺陷已經(jīng)成為廣大首飾業(yè)同行共同關(guān)注和研究的課題。采用先進(jìn)的澆鑄機(jī)械當(dāng)然可以減少缺陷的發(fā)生，但從綜合效益的角度出發(fā)，很多企業(yè)仍然使用價(jià)格適中的常規(guī)澆鑄機(jī)械進(jìn)行澆鑄，因此深入了解鑄造缺陷的形成機(jī)理對于最大程度地減少缺陷，提高生產(chǎn)效益無疑是有益的。
- 典型的鑄造缺陷
最易觀察的材料缺陷當(dāng)屬空洞類缺陷和表面類缺陷，其次為夾雜物類缺陷，縮孔類缺陷等。這些都屬于典型的鑄造缺陷。
(1)空洞類缺陷
這類缺陷最為多見。其主要顯微形態(tài)為明顯的空洞，內(nèi)壁光滑細(xì)膩，一般空洞內(nèi)部沒有夾雜物，通常是由于氣孔引起。這些氣孔有的體積較大，孔壁光滑，呈梨形或橢圓形，隨機(jī)散布于飾品的表面或內(nèi)部:有的呈細(xì)小的圓形、橢圓形或針狀，分布于飾品的整體或局部，孔壁光滑明亮;有的呈分散狀的針形孔，位于飾品的表面附近以及澆鑄樹的上端;有的呈連續(xù)的念珠狀分布，氣孔大小分布呈漸變態(tài)，內(nèi)壁光滑……以上的各種類型可以分別稱為析出氣孔、侵入氣孔、反應(yīng)氣孔和卷帶氣孔等。
嚴(yán)格說來，反應(yīng)氣孔應(yīng)屬于夾雜物類缺陷，因?yàn)檫@類氣孔常常伴有夾渣出現(xiàn)。雖然有時(shí)夾渣無法觀察到，但這類缺陷的性質(zhì)仍然應(yīng)該屬于夾雜物類缺陷，放入下一節(jié)討論。空洞類缺陷出現(xiàn)在飾品表面時(shí)容易發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行修補(bǔ);當(dāng)空洞出現(xiàn)在飾品內(nèi)部時(shí)則需借助儀器進(jìn)行檢驗(yàn)，肉眼較難發(fā)現(xiàn)。在實(shí)際工作中常常有飾品在最后拋光時(shí)出現(xiàn)空洞，不得不返工修補(bǔ)的情況發(fā)生。有些空洞藏在飾品深處，佩帶多年后才造成斷裂，危害更大。因此對空洞類缺陷應(yīng)該十分注意。
(2)夾雜物類缺陷
這類缺陷的外觀與空洞類有相似之處，往往也有一些孔洞。但是經(jīng)顯微觀察和元素探測發(fā)現(xiàn)，這些孔洞內(nèi)壁不光滑，形狀不規(guī)則，其中含有夾雜物，不過由于夾雜物已與金屬基體脫開，這就是上面提到的反應(yīng)氣孔，其形態(tài)與空洞類缺陷容易混淆。更典型的夾雜物缺陷是某些非金屬物質(zhì)形成聚合點(diǎn)，有時(shí)成片產(chǎn)生，在執(zhí)模、鑲石、超聲波清洗和拋光等工序中容易出現(xiàn)瑕疵甚至導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展。
(3)縮孔類缺陷
縮孔類缺陷的最大特征是成片出現(xiàn)，孔壁內(nèi)部凸凹不平，縮孔形狀以橢球形和棗核形為多見，少數(shù)情況下孔內(nèi)壁粘有夾雜物。這類缺陷由于微孔集群，容易變形，在外力作用下容易形成裂紋并使裂紋擴(kuò)展，造成斷裂和大面積塌陷，較之上述兩種缺陷具有更大的修補(bǔ)難度。
(4)表面類缺陷
表面類缺陷的類型主要有表面凹痕、披風(fēng)(飛邊)和皺皮等。這類在飾品表面出現(xiàn)的邊緣光滑、有時(shí)有分枝的凹痕是由于石膏模受熱膨脹或飾品厚處縮陷引起的缺陷，稱為表面凹痕。飾品厚處縮陷產(chǎn)生的表面凹痕下面有時(shí)存在縮孔;披風(fēng)是飾品表面出現(xiàn)的厚薄不均的薄片狀突起。常常分布于飾品形狀較厚大或有形狀突變的部位;飾品表面呈現(xiàn)不規(guī)則的，帶有網(wǎng)狀溝槽的缺陷稱為皺皮。這些都是對飾品外觀影響較大的缺陷，對它們的修補(bǔ)有時(shí)是十分困難的。
- 缺陷的形成機(jī)理
(1)合金材料性質(zhì)
眾所周知，純凈的金、銀、鉑、銅具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，易于加工。因此本文討論的重點(diǎn)是這些金屬的合金材料性質(zhì)。
以18K金合金為例，18K黃色金的維氏硬度HV為130- 165,18K白色金的維氏硬度HV為95- 180，超過24K金(純金)的維氏硬度HV65一70，它們在延展性上也存在較大差別。由于在K金的配制過程中需要加入銀、銅(K白則需加入鎳、鈀等)等材料，簡易的配制工序在熔合過程中難免產(chǎn)生缺陷。18K黃色金和18K白色金在低溫或固態(tài)時(shí)存在某些金屬間化合物或產(chǎn)生金相分離，使得材料具有內(nèi)應(yīng)力，影響其力學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定。在一些首飾工廠中K金的配制工藝不夠嚴(yán)格，對于合金原料的成分不十分清楚，造成材料性質(zhì)的批間差距，給制造過程缺陷的形成增加了不可知因素。有時(shí)配金帶入的雜質(zhì)影響更大。因此，嚴(yán)格保證合金材料的各個(gè)組分之間的配比，避免使用過多的剩余金料配制K金，對于避免和減少鑄造缺陷具有十分重要的意義。
以18K金合金為例，18K黃色金的維氏硬度HV為130- 165,18K白色金的維氏硬度HV為95- 180，超過24K金(純金)的維氏硬度HV65一70，它們在延展性上也存在較大差別。由于在K金的配制過程中需要加入銀、銅(K白則需加入鎳、鈀等)等材料，簡易的配制工序在熔合過程中難免產(chǎn)生缺陷。18K黃色金和18K白色金在低溫或固態(tài)時(shí)存在某些金屬間化合物或產(chǎn)生金相分離，使得材料具有內(nèi)應(yīng)力，影響其力學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定。在一些首飾工廠中K金的配制工藝不夠嚴(yán)格，對于合金原料的成分不十分清楚，造成材料性質(zhì)的批間差距，給制造過程缺陷的形成增加了不可知因素。有時(shí)配金帶入的雜質(zhì)影響更大。因此，嚴(yán)格保證合金材料的各個(gè)組分之間的配比，避免使用過多的剩余金料配制K金，對于避免和減少鑄造缺陷具有十分重要的意義。
(2)氣孔缺陷的形成機(jī)理
一般而言，貴金屬在澆鑄過程中溶解氣體是不可避免的。如前所述，氣孔缺陷除了包括因溶解氣體形成的析出氣孔之外，還有金屬液與石膏模中的揮發(fā)物(水、粘結(jié)劑等)形成的侵入氣孔，以及液態(tài)金屬中的某些成分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的反應(yīng)氣孔，另外還有由于金屬
液注入石膏模時(shí)帶入的氣體形成的卷帶氣孔。它們的形成機(jī)理各有不同。
析出氣孔是金屬吸收氣體形成的，金屬的吸氣過程由吸附過程和擴(kuò)散過程構(gòu)成。吸附過程中金屬表面的氣體分子被分解為原子狀態(tài)，附著于金屬表面;擴(kuò)散過程中氣體原子通過擴(kuò)散作用進(jìn)入金屬內(nèi)部，因此擴(kuò)散過程決定了金屬的吸氣速度。與液體相似，金屬對某種氣體的溶解度在一定溫度和壓力下是定值，并與溫度和壓力成正比，金屬對氣體的溶解是一個(gè)可逆過程，升溫升壓時(shí)吸氣(溶解)增加，降溫降壓時(shí)排氣(析出)增加。高溫時(shí)金屬吸入的氣體在金屬冷卻時(shí)以三種形式析出;一是氣體原子擴(kuò)散到金屬表面并脫離吸附狀態(tài)，但由于冷卻速度快、金屬液粘度大，液面薄膜阻力大等因素，這種析出方式幾乎難以進(jìn)行;一是氣體原子與金屬元素化合后以非金屬夾雜物形式析出;一是氣體原子在金屬內(nèi)部形成氣體分子，以氣泡形式析出，來不及析出的氣泡則形成氣孔。析出氣孔的體積、形狀及分布與金屬的結(jié)晶特性和凝固速度等因素有關(guān)。
反應(yīng)氣孔是由于合金中的某種金屬與其它成分發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的。18K金中含有的微量Zn等元素會(huì)與COz(石墨柑塌的碳元素與金屬中的氧化合而成)反應(yīng)生成CO氣體。CO氣泡又在上浮過程中吸收H和N不斷長大。上浮速度必須快于金屬凝固速度，否則來不及排出的氣泡就會(huì)形成反應(yīng)氣孔。產(chǎn)生CO氣泡的反應(yīng).侵入氣孔是由于石膏模中殘存的水分和某些物質(zhì)，在金屬的高溫作用下產(chǎn)生高溫高壓的氣體，如果來不及全部向石膏模外逸散，就會(huì)有部分氣體侵入金屬內(nèi)。不難理解，如果對石膏模的成分和烘烤過程嚴(yán)格控制，侵入氣孔的發(fā)生就會(huì)大大減少。卷帶氣孔是由于澆鑄開始時(shí)金屬液向模腔中卷入的氣體來不及排出飾品而形成的，一般發(fā)生于體積較大或形狀較為復(fù)雜的蠟樹中。
液注入石膏模時(shí)帶入的氣體形成的卷帶氣孔。它們的形成機(jī)理各有不同。
析出氣孔是金屬吸收氣體形成的，金屬的吸氣過程由吸附過程和擴(kuò)散過程構(gòu)成。吸附過程中金屬表面的氣體分子被分解為原子狀態(tài)，附著于金屬表面;擴(kuò)散過程中氣體原子通過擴(kuò)散作用進(jìn)入金屬內(nèi)部，因此擴(kuò)散過程決定了金屬的吸氣速度。與液體相似，金屬對某種氣體的溶解度在一定溫度和壓力下是定值，并與溫度和壓力成正比，金屬對氣體的溶解是一個(gè)可逆過程，升溫升壓時(shí)吸氣(溶解)增加，降溫降壓時(shí)排氣(析出)增加。高溫時(shí)金屬吸入的氣體在金屬冷卻時(shí)以三種形式析出;一是氣體原子擴(kuò)散到金屬表面并脫離吸附狀態(tài)，但由于冷卻速度快、金屬液粘度大，液面薄膜阻力大等因素，這種析出方式幾乎難以進(jìn)行;一是氣體原子與金屬元素化合后以非金屬夾雜物形式析出;一是氣體原子在金屬內(nèi)部形成氣體分子，以氣泡形式析出，來不及析出的氣泡則形成氣孔。析出氣孔的體積、形狀及分布與金屬的結(jié)晶特性和凝固速度等因素有關(guān)。
反應(yīng)氣孔是由于合金中的某種金屬與其它成分發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的。18K金中含有的微量Zn等元素會(huì)與COz(石墨柑塌的碳元素與金屬中的氧化合而成)反應(yīng)生成CO氣體。CO氣泡又在上浮過程中吸收H和N不斷長大。上浮速度必須快于金屬凝固速度，否則來不及排出的氣泡就會(huì)形成反應(yīng)氣孔。產(chǎn)生CO氣泡的反應(yīng).侵入氣孔是由于石膏模中殘存的水分和某些物質(zhì)，在金屬的高溫作用下產(chǎn)生高溫高壓的氣體，如果來不及全部向石膏模外逸散，就會(huì)有部分氣體侵入金屬內(nèi)。不難理解，如果對石膏模的成分和烘烤過程嚴(yán)格控制，侵入氣孔的發(fā)生就會(huì)大大減少。卷帶氣孔是由于澆鑄開始時(shí)金屬液向模腔中卷入的氣體來不及排出飾品而形成的，一般發(fā)生于體積較大或形狀較為復(fù)雜的蠟樹中。
(3)雜質(zhì)對鑄造缺陷的作用
雜質(zhì)對材料性質(zhì)的影響是巨大的。雜質(zhì)可能是配金時(shí)原料帶來的。也可能是澆鑄過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)多會(huì)導(dǎo)致材料缺陷的形成。例如，如果配金原料中含有萬分之一的砷，材料就會(huì)變得十分性脆.極易碎裂.如果含有相當(dāng)比例的鋁、鋅、鉛、硫等，也會(huì)變脆易裂。另外，澆鑄過程形成的非金屬化合物和柑塌脫落物也會(huì)形成夾雜物等缺陷，對此將于下面討論。
(4)鑄造工藝對夾雜物類缺陷和縮孔類缺陷的作用
到目前為止的研究表明，鑄造工藝的不合理是缺陷形成的最主要因素。鑄造工藝中最易形成缺陷的過程是澆鑄。在熔化狀態(tài)下，液態(tài)金屬會(huì)溶解大量的氣體，如氫、氧、氮、氯等，如果在冷卻過程中不能及時(shí)排出，就會(huì)形成空洞類缺陷;溶解在金屬中的氣體有一部分會(huì)與金屬產(chǎn)生化合物，形成夾雜物類缺陷;柑塌內(nèi)表面的剝落、過多的助焊劑、劣質(zhì)石膏形成的顆粒也會(huì)造成夾雜物類缺陷;過度的加熱溫度(超過金屬熔點(diǎn)100℃以上)容易使金屬產(chǎn)生粗大的晶體，形成縮孔類及表面類缺陷;不足的加熱溫度(超過金屬熔點(diǎn)25- 500C)會(huì)使金屬流速不同步，多股液流不能迅速合流，同時(shí)冷卻，也會(huì)形成縮孔缺陷或過早凝固，造成形體殘缺及表面類缺陷;石膏模焙燒及保溫不足也會(huì)形成空洞類和縮孔類缺陷，澆鑄后過早的炸洗會(huì)加劇內(nèi)應(yīng)力的作用可能浩成裂隙……_
總之制造過程工藝的合理性高低是決定制造質(zhì)量的要素，而工藝過程的不合理在相當(dāng)多的情況下是可以避免的。
飾品形狀對鑄造缺陷的影響
飾品的形狀在很大程度上是造成材料缺陷的潛在原因。因?yàn)樯a(chǎn)現(xiàn)場，飾品的起板者和制造者之間存在對產(chǎn)品認(rèn)識的差距，操作者往往偏重飾品的光潔、牢固，對于起板者在飾品形狀上可能導(dǎo)致材料缺陷的問題卻容易忽視。這可能是造成制造缺陷隨機(jī)性的主要原因。
飾品由于金屬材料在流動(dòng)中和冷卻后不同的性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生很多變化，這些對于形成縮孔和變形等缺陷有很大影響。飾品的易鑄性與美觀有時(shí)是矛盾的。從易鑄性出發(fā)，飾品的水口和花頭等結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，粗大、對稱，線條應(yīng)盡量平滑少彎，這樣才能保證匯流和凝固的同步;從美觀性出發(fā)，有時(shí)需要纖細(xì)復(fù)雜的線條，非對稱的花頭，這時(shí)就容易形成缺陷，纖細(xì)復(fù)雜的線條容易流動(dòng)不暢，形成斷點(diǎn)和縮孔;非對稱的花頭容易造成收縮差距，使內(nèi)應(yīng)力分布不均勻，產(chǎn)生變形和縮孔。起板的問題在注蠟過程中就已經(jīng)顯示出來，只不過蠟?zāi)５男拚晕⑷菀滓恍┝T了。因此材料的制造缺陷應(yīng)該屬于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)共同注意的問題。
4.減少首飾鑄造缺陷的措施
總之制造過程工藝的合理性高低是決定制造質(zhì)量的要素，而工藝過程的不合理在相當(dāng)多的情況下是可以避免的。
飾品形狀對鑄造缺陷的影響
飾品的形狀在很大程度上是造成材料缺陷的潛在原因。因?yàn)樯a(chǎn)現(xiàn)場，飾品的起板者和制造者之間存在對產(chǎn)品認(rèn)識的差距，操作者往往偏重飾品的光潔、牢固，對于起板者在飾品形狀上可能導(dǎo)致材料缺陷的問題卻容易忽視。這可能是造成制造缺陷隨機(jī)性的主要原因。
飾品由于金屬材料在流動(dòng)中和冷卻后不同的性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生很多變化，這些對于形成縮孔和變形等缺陷有很大影響。飾品的易鑄性與美觀有時(shí)是矛盾的。從易鑄性出發(fā)，飾品的水口和花頭等結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，粗大、對稱，線條應(yīng)盡量平滑少彎，這樣才能保證匯流和凝固的同步;從美觀性出發(fā)，有時(shí)需要纖細(xì)復(fù)雜的線條，非對稱的花頭，這時(shí)就容易形成缺陷，纖細(xì)復(fù)雜的線條容易流動(dòng)不暢，形成斷點(diǎn)和縮孔;非對稱的花頭容易造成收縮差距，使內(nèi)應(yīng)力分布不均勻，產(chǎn)生變形和縮孔。起板的問題在注蠟過程中就已經(jīng)顯示出來，只不過蠟?zāi)５男拚晕⑷菀滓恍┝T了。因此材料的制造缺陷應(yīng)該屬于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)共同注意的問題。
4.減少首飾鑄造缺陷的措施
(1)空洞類缺陷
減少高溫下金屬對空氣的溶解吸收是減少空洞類缺陷的關(guān)鍵。熔金、澆鑄工作盡量在真空下進(jìn)行，不具備真空條件的可采用噴射惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，熔金表面適當(dāng)施加助焊劑隔絕空氣，最好使用石墨柑塌以減少金屬對空氣的吸收，盡可能減少對熔融金屬的攪動(dòng)也可以減少吸收空氣，這些都是減少空洞類缺陷發(fā)生可采用的方法。
(2)夾雜物類缺陷
選用純度較高的足金和含量可靠的補(bǔ)口配金，在真空或惰性氣體下澆鑄，采用中高頻感應(yīng)熔金，提高熔金速度，使用密度高、內(nèi)壁光滑的柑塌，避免加入過多的助焊劑，可以減少金屬與空氣化合產(chǎn)生的氫化物、氧化物、氮化物、氯化物等，減少助焊劑、柑塌剝落形成的雜質(zhì)。
(3)縮孔類缺陷
控制適當(dāng)?shù)娜劢饻囟龋x用純度較高的足金和含量可靠的補(bǔ)口配金，澆鑄后的殘留金屬
需要兌入等量的新鮮金屬方可再用，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，石膏模焙燒及保溫不足也會(huì)形成縮孔類缺陷;澆鑄后過早的炸洗會(huì)加劇內(nèi)應(yīng)力的作用，可能造成裂隙，所以應(yīng)該控制炸洗的時(shí)機(jī)。
(4)表面類缺陷
使用質(zhì)量較好的石膏粉，注意控制石膏模的焙燒過程以減少石膏模的變形，注意控制注蠟壓力和溫度，嚴(yán)格修整蠟?zāi)Ｒ詼p少披風(fēng)，控制熔金的溫度以減少皺皮……等等。采用這些方法就可以減少和避免大多數(shù)表面類缺陷的發(fā)生。
(5)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)注意的問題飾品起板是即需嚴(yán)格注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),注意飾品的力學(xué)性質(zhì),避免內(nèi)應(yīng)力的集中,兼顧美觀與易鑄,使液體金屬流道通暢。花頭過于復(fù)雜的應(yīng)適當(dāng)簡化,在焊水口注意向形狀復(fù)雜處增加水線的直徑和數(shù)量,以便減少斷線、缺塊、變形、縮孔、空洞等缺陷的發(fā)生
減少高溫下金屬對空氣的溶解吸收是減少空洞類缺陷的關(guān)鍵。熔金、澆鑄工作盡量在真空下進(jìn)行，不具備真空條件的可采用噴射惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，熔金表面適當(dāng)施加助焊劑隔絕空氣，最好使用石墨柑塌以減少金屬對空氣的吸收，盡可能減少對熔融金屬的攪動(dòng)也可以減少吸收空氣，這些都是減少空洞類缺陷發(fā)生可采用的方法。
(2)夾雜物類缺陷
選用純度較高的足金和含量可靠的補(bǔ)口配金，在真空或惰性氣體下澆鑄，采用中高頻感應(yīng)熔金，提高熔金速度，使用密度高、內(nèi)壁光滑的柑塌，避免加入過多的助焊劑，可以減少金屬與空氣化合產(chǎn)生的氫化物、氧化物、氮化物、氯化物等，減少助焊劑、柑塌剝落形成的雜質(zhì)。
(3)縮孔類缺陷
控制適當(dāng)?shù)娜劢饻囟龋x用純度較高的足金和含量可靠的補(bǔ)口配金，澆鑄后的殘留金屬
需要兌入等量的新鮮金屬方可再用，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，石膏模焙燒及保溫不足也會(huì)形成縮孔類缺陷;澆鑄后過早的炸洗會(huì)加劇內(nèi)應(yīng)力的作用，可能造成裂隙，所以應(yīng)該控制炸洗的時(shí)機(jī)。
(4)表面類缺陷
使用質(zhì)量較好的石膏粉，注意控制石膏模的焙燒過程以減少石膏模的變形，注意控制注蠟壓力和溫度，嚴(yán)格修整蠟?zāi)Ｒ詼p少披風(fēng)，控制熔金的溫度以減少皺皮……等等。采用這些方法就可以減少和避免大多數(shù)表面類缺陷的發(fā)生。
(5)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)注意的問題飾品起板是即需嚴(yán)格注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),注意飾品的力學(xué)性質(zhì),避免內(nèi)應(yīng)力的集中,兼顧美觀與易鑄,使液體金屬流道通暢。花頭過于復(fù)雜的應(yīng)適當(dāng)簡化,在焊水口注意向形狀復(fù)雜處增加水線的直徑和數(shù)量,以便減少斷線、缺塊、變形、縮孔、空洞等缺陷的發(fā)生