Các tính chất của kim loại được sử dụng làm trang sức

Mọi thứ xung quanh chúng ta đều có cấu tạo từ các phân tử, tổ hợp của khoảng 100 nguyên tố hóa học, tạo nên bảng tuần hoàn, trong đó có vàng (Au), bạc (Ag), bạch kim (Pt), cadmi (Cd), thiếc (Sn), chì (Pb), nhôm (Al)… Các nguyên tố trong bảng tuần hoàn đều có các ký hiệu hóa học riêng, trọng lượng phân tử và số nguyên tử. Khi kim loại được pha trộn với nhau, các đặc tính của chúng thay đổi- chúng trở nên cứng hơn hoặc mềm hơn, thay đổi màu sắc, nhiệt độ nóng chảy có thể tăng hoặc giảm.

Vàng và bạc là hai kim loại chính được trình bày trong chuyên mục về kim hoàn của chúng tôi, chúng được sử dụng chủ yếu ở dạng hợp kim. Hợp kim là tổ hợp gồm hai hoặc nhiều nguyên tố kim loại với các tính chất kim loại đặc trưng.

Để làm cho kim loại trở nên cứng hơn hoặc dẻo dai hơn, điều quan trọng là biết sự thay đổi cấu trúc bên trong của kim loại khi thay đổi nhiệt độ và áp suất.

Tại nhiệt độ phòng (25°C), kim loại chứa chuỗi cấu trúc tinh thể đều đặn theo thứ tự xác định. Có thể hình dung cấu trúc tinh thể tương tự tổ ong, được tạo thành từ các khối lục giác bằng cách sắp xếp sát nhau. Có 7 hệ tinh thể với 14 cấu hình mạng khác nhau. Một số tinh thể có hình khối lập phương, số khác có hình lục giác,… Các kim loại được dùng trong ngành kim hoàn (vàng, bạc, đồng, nickel, chì, nhôm,…) đều có cấu trúc tinh thể lập phương.

Khi nóng chảy, kim loại chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng, làm giảm rõ rệt mức độ trật tự và dạng tinh thể của cấu trúc bị thay đổi đáng kể.

Khi làm nguội, kim loại sẽ kết tinh tạo thành cấu trúc tinh thể nhưng với mức độ trật tự thấp hơn, tạo ra các đơn tinh thể có cùng độ trật tự nhưng định hướng có thể khác nhau. Các đơn tinh thể xuất hiện liên tục và phát triển cho đến khi tiếp xúc với nhau, tạo thành các biên giới tinh thể. Kích thước các đơn tinh thể càng nhỏ, kim loại càng cứng và bền. Các đơn tinh thể bị giới hạn chuyển động. Thông qua quá trình cán, rèn, kéo dãn, hoặc quy trình gia công khác, các đơn tinh thể bị nén với nhau, làm giảm khả năng chuyển động của chúng, do đó kim loại trở nên cứng hơn sau khi gia công. Khi kim loại được nung nóng đến nhiệt độ ủ, cấu trúc tinh thể hầu như trở về trạng thái ban đầu, có mức độ trật tự cao hơn và giảm độ cứng, tăng độ dẻo, do đó trở nên dễ gia công. Sự tác dụng nhiệt làm tăng khả năng chuyển động của các nguyên tử, cho phép thực hiện quá trình kết tinh lại. Quy trình này được gọi là ủ. Trong trạng thái đó, kim loại chứa các lệch vị nhỏ, cho phép tinh thể chuyển động dễ dàng hơn, vì vậy tính dẻo tăng lên.

Phương pháp và tốc độ làm nguội kim loại đến nhiệt độ phòng (25°C) cũng rất quan trọng. Nếu làm nguội nhanh trong nước, sự kết tinh lại sẽ bị gián đoạn. Có các trường hợp, trong đó cần làm nguội nhanh kim loại để bảo toàn cấu trúc tinh thể nhưng đôi khi điều này là không thích hợp, tùy theo kim loại được sử dụng và nhiệt độ nung nóng để ủ.