Edelmetalen bewerken

Edelmetalen kunnen bijzonder moeilijk te bewerken zijn vanwege hun brede scala aan materiaaleigenschappen en hoge kosten als een onderdeel moet worden gesloopt. In het volgende artikel worden deze elementen en hun legeringen geïntroduceerd en wordt uitgelegd hoe u ze effectief en efficiënt kunt bewerken.

Over de elementen

Edelmetalen, soms ook wel "edele" metalen genoemd, bestaan ​​uit acht elementen die in het midden van het periodiek systeem liggen (zie hieronder in figuur 1). De acht metalen zijn:

1. Ruthenium (Ru)
2. Rhodium (Rh)
3. Palladium (Pd)
4. Zilver (Ag)
5. Osmium (Os)
6. Iridium (Ir)
7. Platinum (Pt)
8. Goud (Au)

Deze elementen behoren tot de zeldzaamste materialen op aarde en kunnen daarom enorm duur zijn. Goud en zilver zijn te vinden in pure nuggetvorm, waardoor ze gemakkelijker verkrijgbaar zijn. De andere zes elementen worden echter meestal gemengd gevonden in het ruwe erts van de vier metalen die ze hieronder in het periodiek systeem bevinden:ijzer (Fe), kobalt (Co), nikkel (Ni) en koper (Cu). Deze elementen zijn een subset van edele metalen en worden over het algemeen Platinum Group Metals (PGM) genoemd. Omdat ze samen in ruw erts worden gevonden, maakt dit mijnbouw en winning moeilijk, waardoor de kosten dramatisch stijgen. Vanwege hun hoge prijskaartje is het van de eerste keer goed bewerken van deze materialen ongelooflijk belangrijk voor de efficiëntie van een winkel.

Figuur 1:Periodiek systeem met de 8 edelmetalen in een blauwe doos. Afbeeldingsbron:clearscience.tumblr.com

Basiseigenschappen en samenstellingen van edele metalen

Edelmetalen hebben opmerkelijke materiaaleigenschappen omdat ze karakteristiek zacht, ductiel en oxidatiebestendig zijn. Ze worden "edele" metalen genoemd vanwege hun weerstand tegen de meeste soorten chemische en milieu-aanvallen. Tabel 1 somt een paar veelzeggende materiaaleigenschappen op van edele metalen in hun elementaire vorm. Ter vergelijking:ze staan ​​naast 6061 Al en 4140 Steel. Over het algemeen worden alleen goud en zilver in hun puurste vorm gebruikt, aangezien de metalen uit de platinagroep legeringen zijn die voornamelijk uit platina bestaan ​​(met een kleinere samenstelling van Ru, Rh, Pa, Os, Ir). Edelmetalen vallen op omdat ze extreem dicht zijn en een hoog smeltpunt hebben, waardoor ze geschikt zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen.

Tabel 1:Koud bewerkte materiaaleigenschappen van edele metalen, 4140 staal en 6061 aluminium

Veelvoorkomende bewerkingstoepassingen van edele metalen

Zilver en goud hebben een bijzonder gunstige thermische geleidbaarheid en elektrische weerstand. Deze waarden staan ​​vermeld in Tabel 2, samen met CC1000 (gegloeid koper) en gegloeid 6061 aluminium, voor vergelijkingsdoeleinden. Koper wordt over het algemeen gebruikt in elektrische bedrading vanwege de relatief lage elektrische weerstand, hoewel zilver een betere vervanging zou zijn. De voor de hand liggende reden dat dit niet de algemene afspraak is, zijn de kosten van zilver versus koper. Dat gezegd hebbende, is koper over het algemeen bedekt met goud op elektrische contactgebieden omdat het de neiging heeft te oxideren na langdurig gebruik, wat de soortelijke weerstand verlaagt. Zoals eerder vermeld, is bekend dat goud en de andere edele metalen bestand zijn tegen oxidatie. Deze corrosiebestendigheid is de belangrijkste reden dat ze worden gebruikt in kathodische beschermingssystemen van de elektronica-industrie.

Tabel 2:Thermische geleidbaarheid en elektrische weerstand van Ag, Au, Cu en Al

Platina en zijn respectievelijke legeringen bieden de meeste toepassingen omdat het een aantal verschillende mechanische eigenschappen kan bereiken terwijl de voordelen van een edelmetaal behouden blijven (hoog smeltpunt, ductiliteit en oxidatieweerstand). Tabel 3 geeft een overzicht van platina en een aantal andere PGM's met elk hun eigen mechanische eigenschappen. De variantie van deze eigenschappen hangt af van de legeringselementen die aan het platina worden toegevoegd, het percentage legeringsmetaal en of het materiaal al dan niet koud bewerkt of gegloeid is. Legering kan de treksterkte en hardheid van een materiaal aanzienlijk verhogen en tegelijkertijd de ductiliteit verminderen. De verhouding van deze toename van treksterkte/hardheid tot afname van ductiliteit hangt af van het toegevoegde metaal en de hoeveelheid die wordt toegevoegd, zoals te zien is in Tabel 3. In het algemeen hangt dit af van de deeltjesgrootte van het toegevoegde element en van zijn natuurlijke kristallijne structuur. Ruthenium en Osmium hebben een specifieke kristalstructuur die bij toevoeging aan platina een significant verhardend effect heeft. Vooral Pt-Os-legeringen zijn extreem hard en praktisch onwerkbaar, wat niet veel praktische toepassingen oplevert. De toevoeging van de andere 4 PGM's aan platina zorgt echter voor een reeks mechanische eigenschappen met verschillende toepassingen.

Tabel 3:PGM-materiaaleigenschappen (Opmerking:de hardheid en treksterkte zijn koud bewerkte waarden)

Platina en zijn legeringen zijn biocompatibel, waardoor ze gedurende lange tijd in het menselijk lichaam kunnen worden geplaatst zonder bijwerkingen of vergiftiging te veroorzaken. Daarom worden medische hulpmiddelen, waaronder hartspierschroefbevestigingen, stents en markeerbanden voor angioplastiekhulpmiddelen, gemaakt van platina en zijn legeringen. Goud en palladium worden ook vaak gebruikt in tandheelkundige toepassingen.

Pt-Ir-legeringen zijn merkbaar harder en sterker dan alle andere legeringen en vormen uitstekende koppen voor bougies in de auto-industrie. Rhodium wordt soms toegevoegd aan Pt-Ir-legeringen om het materiaal minder veerkrachtig te maken (omdat het wordt gebruikt als medische verendraad) en tegelijkertijd de verwerkbaarheid te vergroten. Pt- en Pt-Rh-draadparen zijn uiterst effectief bij het meten van temperaturen en worden daarom gebruikt in thermokoppels.

Edelmetalen bewerken

De twee parameters die het meeste effect hebben bij het bewerken zijn hardheid en procentuele rek. Hardheid is algemeen bekend bij machinisten en ingenieurs in de maakindustrie, omdat het de weerstand van een materiaal tegen vervorming of snijden aangeeft. Percentage rek is een meting die wordt gebruikt om de ductiliteit van het materiaal te kwantificeren. Het geeft een ontwerper aan in welke mate een constructie plastisch (permanent) zal vervormen voordat deze breekt. Een taaie kunststof zoals polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht (UHMWPE) heeft bijvoorbeeld een rekpercentage van 350-525%, terwijl een brozer materiaal zoals met olie gehard en getemperd gietijzer (kwaliteit 120-90-02) een percentage heeft van rek van ongeveer 2%. Daarom, hoe groter het percentage rek, hoe groter de "gomheid" van het materiaal. Gummy materialen zijn gevoelig voor randopbouw en hebben de neiging om lange vezelige spanen te produceren.

Gereedschappen voor edele metalen

De vervormbaarheid van het materiaal maakt een scherp snijgereedschap essentieel voor het snijden van edele metalen. Variabele helix voor aluminiumlegeringen kan worden gebruikt voor de zachtere materialen zoals puur goud, zilver en platina.

Afbeelding 2:Vierkante frees met variabele helix voor aluminiumlegeringen

Materialen met een hogere hardheid vereisen nog steeds een scherpe snijkant. Daarom is de beste optie om te investeren in een PCD Diamond-tool. De PCD-wafer heeft het vermogen om extreem harde materialen te snijden met behoud van een scherpe snijkant gedurende een relatief lange periode, in vergelijking met standaard HSS- en hardmetalen snijkanten.

Figuur 3:PCD Diamantvierkantfrees

Snelheden en feeds-grafieken:

Figuur 4:Snelheden en voedingen voor edele metalen bij gebruik van een vierkante non-ferro, 3x LOC

Figuur 5:Snelheden en voedingen voor edele metalen bij gebruik van een 2-Flute Square PCD-vingerfrees