Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова РАН, Черноголовка, Россия

М. И. Алымов, директор, профессор, докт. техн. наук, член-корреспондент РАН
Ю. В. Левинский, ведущий научный сотрудник, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: levinsky35@mail.ru

Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия
Е. В. Вершинина, доцент, канд. техн. наук

Исследование и анализ системы Au – Zn являются актуальными при получении мягких низкотемпературных припоев, в стоматологическом протезировании, а также в ювелирной промышленности. Введение небольшого количества цинка снижает температуру плавления, уменьшает твердость, повышает технологичность, а также меняет цвет золотого сплава с красноватого на желтоватый оттенок, что позволяет использовать цинк при производстве белого золота. Как правило, содержание цинка в данном сплаве доходит до 8 % (мас.). Получение готовых изделий с использованием указанного сплава в большинстве случаев включает стадии плавки и литья в вакууме или инертной атмосфере. Ввиду существенной разницы в летучестях и температурах плавления золота и цинка (T^Au_пл = 1064 ^oC, T^Zn_пл = 420 ^oC), при проведении технологических процессов, включающих исследуемую систему, в обязательном порядке необходимо учитывать и состав (с), и температуру (Т), и внешнее давление (p). Таким образом, в дополнение к диаграмме в координатах с – Т необходимо иметь в наличии диаграмму в координатах p – Т. Следует отметить сложный характер диаграммы Au – Zn в координатах с – Т: кристаллизация проходит с образованием твердых растворов, промежуточных и упорядоченных (при понижении температуры) фаз при протекании перитектического и эвтектических превращений. При построении диаграммы p – Т для сплава Au – Zn авторы статьи использовали экспериментальные данные по термодинамическим свойствам и равновесию конденсированных фаз в исследуемой системе, а также принципы построения подобных диаграмм, изложенные в монографии одного из авторов статьи. На основании полученной в работе диаграммы состояния системы Au – Zn в координатах p – Т были определены координаты точек четырехфазных равновесий, построены изобарные и изотермические сечения в диапазоне температур 300–800 ^oC и интервале давления 10^–5–10⁵ Па. Несмотря на сложность, подобные диаграммы состояния представляют практический интерес при проведении технологических процессов и эксплуатации изделий с участием системы Au – Zn.

1. Djordjević M. G., Mirić M. B., Djordjević D. M., Radivojević A. R. Influence of thermomechanical processing regime on the properties of yellow gold alloy Au585Cu240Ag100Zn75 // Metallurgical & Materials Engineering. 2016. Vol. 22, No. 1. P. 9–16.
2. Normandeau G., Roeterink R. White golds: a question of compromises // Gold Bulletin. 1994. Vol. 27, Iss. 3. P. 70–86.
3. Liu H. S., Ishida K., Jin Z. P., Du Y. Thermodynamic assessment of the Au – Zn binary system // Intermetallics. 2003. Vol. 11. P. 987–994. DOI: 10.1016/S0966-9795(03)00115-8
4. Bai Y., Tong O., Rong M., Tan C. Thermodynamic modeling of the Au – Ge – X (X = In, Sb, Si, Zn) ternary System // Materials. 2024. Vol. 17, Iss. 9. 2137. DOI: 10.3390/ma17092137
5. Rudolf R., Majericˇ P., Lazic V., Grgur B. Development of a new AuCuZnGe alloy and determination of its corrosion properties // Metals. 2022. Vol. 12, Iss. 8. P. 1284–1296. DOI: 10.3390/met12081284
6. Cheng Y., Lu S., Xu W., Wenb H., Wang J. Fabrication of superhydrophobic Au – Zn alloy surface on a zinc substrate for roll-down, self-cleaning and anti-corrosion properties // Journal of Matererials Chemistry A. 2015. Vol. 3, Iss. 32. P. 16774–16784. DOI: 10.1039/C5TA03979G
7. Docherty S. R., Safonova O. V., Copéret C. Surface redox dynamics in Cold–Zinc CO₂ hydrogenation catalysts // Journal of the American Chemical Sosiety. 2023. Vol. 145, Iss. 25. P. 13526–13530. DOI: 10.1021/jacs.3c03522
8. Schüttler K. M., Bansmann J., Engstfeld A. K., Behm R. J. Interaction of bimatellic Zn/Au(111) surface with O₂, NO₂ and foenation of ZnOx/Au(111) // Surface Science. 2021. Vol. 711. 1218763. DOI: 10.1016/j.susc.2021.121863
9. Schüttler K. M., Bansmann J., Engstfeld A. K., Behm R. J. Adlayer growth vs spontaneous (near-) surface alloy formation: Zn growth of Au(111) // The Journal of Chemical Physics. 2020. Vol. 152, Iss. 12. 124701. DOI: 10.1063/1.5145294
10. Mарченков В. И. Ювелирное дело. — М. : Высшая школа, 1992. — 256 с.
11. Okamoto H., Massalski T. B. The Au – Zn (Gold–Zinc) system // Bullettin of Alloy Phase Diagrams. 1989. Vol. 10, Iss. 1. P. 59–69. DOI: 10.1007/BF02882177
12. Thimmaiah S., Miller G. Rhombohedrally distorted γ – Au_5–xZn_8+y phases in the Au – Zn system // Inorganic Chemistry. 2013. Vol. 52. P. 1328–1337. DOI: 10.1021/ic301933a
13. Yazawa A., Gublova A. Thermodynamic studies of liquid Au – Zn and Ag – Zn system // Transactions of the Japan Institute of Metals. 1970. Vol. 11, Iss. 6. P. 419–423. DOI: 10.2320/matertrans 1960.11.419.
14. Gerling U., Predel B. The studies of the termodynamic properties of the molten Au – Zn alloys // Z. Metallkd. 1980. Vol. 71, No. 2. P. 79–84.
15. Kameda K., Voshida V., Sakari S. Activities molten gold-zink und silver-zink alloys by EMF measurement using zirconia solid electrolytes // Nippon Kinzuki Gokkaishi. 1980. Vol. 44, No. 6. P. 671–677.
16. Sacchetto G. A., Bombi G. G., Florani M. Parcial molar thermodynamic quantitites of zink in liquid zink-gold alloys from measurement // Ber. Bonsen Ges. Phys. Chem. 1968. Vol. 7, No. 81. P. 80–84.
17. Pemsler Y., Rapperport E. J. Thermodynamic properties of solid Au – Zn alloy by atomic absorbtion spectroscopy // Metallurgical Transactions. 1971. Vol. 2. P. 79–84.
18. Masson D. B. Thermodynamic properties of zink in alpha Au – Zn // Metall Trans. 1971. Vol. 2, No. 9. P. 919–921.
19. Alderice R., Connell R. A., Downie D. B. Thermodynamic properties of the Au – Zn system // Acta Metall. 1973. Vol. 21, No. 4. P. 485–488.
20. Anantatmula R. D. Thermodynamic properties of ε-phase Au – Zn alloys // Materials Science and Engineering. 1975. Vol. 19. P. 123–127.
21. Левинский Ю. В., Лебедев М. П. p–Т–х-диаграммы состояния двойных металлических систем: методы расчета и построения. — М. : Научный мир, 2014. — 200 с.