Cu-Ag木紋金制作工藝的研究

唐藝暢，胡義篩，史漳潼，姚嘉豪 ，楊超，祖恩東

(1.昆明理工大學材料學院寶石及材料工藝學系，云南 650093；2.昆明市旅游職業(yè)學校，云南 650221)

1 引言

木紋金，英文名稱譯為Mokume Gane，“Mokume”意為木材的眼睛，實際含義是英文木紋金中金屬層疊呈現(xiàn)的視覺效果類似于木材的紋理；“Gane”的意思為金屬，日文直譯為“木目金”，如同他的字面意思一樣，就是在金屬表面表現(xiàn)出木紋的金工技術[1]。

木紋金是制作金屬材料的工藝，而不是成型的工藝。它的獨特在于采用多種金屬疊加成片經(jīng)高溫高壓熔合而生成全新的混合金屬原料，經(jīng)過鉆孔、敲花、扭轉、腐蝕等各種處理后再經(jīng)反復鍛打后可模擬類似木紋或者其他各種隨機性的自由圖案[2]。

本文以Cu、Ag為材料，以保溫溫度、保溫時間、保壓壓力為因素，以不同試驗條件為水平，采用正交試驗方法，最終確定木紋金制作的最佳工藝參數(shù)。

2 實驗方案及制作工藝

2.1 實驗方案

2.1.1 實驗材料

實驗用材料為厚度1mm，長寬均為30mm的紫銅(T2)和白銀(IC-Ag99.90%)板。材料化學成分見表1。

表1 材料化學成分表(wt%)

2.1.2 實驗方案

前期為了探究合適的實驗溫度，結合Cu-Ag合金二元相圖，進行了多次溫度探索實驗。根據(jù)實驗結果，確認實驗保溫溫度區(qū)間范圍為：740℃～750℃。

本論文用正交試驗表，將保溫溫度、保溫時間、保壓壓力三個因素分別設置3個水平變量，利用實驗結果分析Cu-Ag木紋金制備的最佳條件。根據(jù)三因素三水平的正交試驗法,各影響因素和水平變量的設置見表2，試驗設置疊加層數(shù)為11層。

表2 Cu-Ag木紋金制作工藝正交試驗因素和水平變量表

2.2 制作工藝

木紋金的制作工藝主要有切割、鍛打、錘揲、鉆孔、扭轉、腐蝕等。

(1)樣品切割及鍛打：將熔接好的樣品的邊緣部分切割下來，通過打磨及拋光操作，部分樣品可在宏觀的角度上觀察是否擴散熔接成功。之后將所切割下來的邊緣部分進行退火鍛打，根據(jù)鍛打的情況判斷樣品的擴散熔接程度。鍛打過程中，應勤退火，避免金屬板裂開[3]。

(2)錘揲處理[4]：指把擴散熔接好的樣品捶打至原有狀態(tài)的1/3或1/4厚。

(3)鉆孔處理：是在樣品表面用鋼鑿或鉆頭進行鉆孔(盲孔)[5]。根據(jù)打孔的力度、角度、密度等因素的不同，樣品表面會出現(xiàn)不同程度的圓形或其他形狀花紋。

(4)扭轉的處理方式是將樣品高溫退火后，將樣品旋轉成螺紋狀，再將其捶打平整，或通過以不同角度的捶打將樣品變成想要的花紋。

(5)對于花紋已經(jīng)成型的樣品，可以對其進行著色和抗金屬表面氧化處理，主要采用化學染色、電解染色和熱處理改色等方法[6]。根據(jù)花紋需求還可用強酸或其他溶液，根據(jù)不同金屬的特點選擇不同的溶液進行腐蝕，以改變花紋顏色。

2.3 首飾制作

木紋金工藝是源于日本的一種特殊金屬工藝,后經(jīng)西方國家改進后運用于當代首飾制作與設計中[7]。木紋金工藝在首飾設計中的應用促進了我國首飾藝術朝著多元化的方向發(fā)展,不僅豐富了首飾設計的表現(xiàn)形式和藝術語言,還在一定程度上滿足了社會大眾對首飾藝術的審美新需求[8]。

論文結合Cu-Ag木紋金花紋特點，設計首飾并制作了成品：木紋金耳釘(圖1)、木紋金對戒(圖2)。

圖1 Cu-Ag木紋金耳釘Fig.1 Cu-Ag mokume-gane earrings

圖2 Cu-Ag木紋金對戒Fig.2 Cu-Ag mokume-gane couple rings

3 實驗結果與討論

3.1 金相顯微分析

選取具有代表性的7#試樣進行顯微組織分析觀察(圖3)。

圖3 試樣7#金相顯微分析圖(50×)Fig.3 Metallographic micrograph of sample 7# (50×)

圖內(nèi)可見明顯擴散層，兩側擴散較為均勻，厚度幾乎相同，單側擴散層約為250μm厚，擴散層與白銀邊緣可見鋸齒咬合狀形態(tài)，說明擴散邊緣結合程度較好，紫銅板厚度約為850μm，為原始厚度的85%；白銀板厚度約為650μm，為原始厚度的65%，可說明越靠近樣品中心，擴散程度越好。

3.2 掃描電鏡分析

選取具有代表性的7#試樣進行SEM分析觀察(圖4)。

圖4 試樣7#SEM形貌圖(100×)Fig.4 SEM topography of sample 7#(100×)

圖內(nèi)可見明顯Fe、Sb等顆粒的分布，但是皆均勻分布在整個畫面中，說明保溫溫度設定在750℃時原子擴散更均勻。

3.3 能譜分析

選取7#試樣進行EDS分析(圖5)。

圖5 試樣7#能譜儀結果圖Fig.5 Result diagram of energy spectrometer of sample 7#(a)線掃描軌跡；(b)線掃描結果； (c)面掃描元素分布圖

根據(jù)面掃描圖(c)可清晰見到，銀界面的邊緣位置Cu元素均勻分布其中；而在銀界面中心位置，除材料本身的雜質外，幾乎不存在Cu元素。根據(jù)線掃描圖像(b)可知，銀界面存在擴散層，擴散層為419μm～628μm(上半部分)和1369μm～1536μm(下半部分)，擴散層厚度分別為209μm(上)和167μm(下)，由于圖像上半部分更靠近樣品的中心位置，因此可證明Cu元素發(fā)生擴散，且擴散較為良好，越靠近樣品中心位置，擴散層越厚。

4 結論

(1)Cu-Ag木紋金制作工藝的最佳條件為：保溫溫度為750℃；保溫時間為120min；保溫時樣品所受壓力為32MPa。

(2)溫度設置在750℃時原子擴散更加均勻；越靠近樣品中心，擴散程度越好，且擴散層越厚。