THE EFFECT OF ZINC AND NICKEL ON THE OPTIMIZATION PROCESS OF STERLING SILVER PRODUCTION FOR COMMERCIAL USES

Abstract

Product development had a focus on quality and paid attention to the manufacturing of jewelry. The main requirement is to achieve high hardness while securely holding the stones. This research aims to optimize the process of sterling silver production for commercial use by studying the influence of zinc and nickel on the structure and the properties of sterling silver. The first experiment involved investigating nine different alloys, from which three compositions were selected for further study. The SA alloy is the standard AgCu system used for comparison. Alloy A and Alloy B increase the amount of silver to 93.5 wt% and 94.5 wt%, respectively. Both alloys contain silver, copper, zinc, and nickel, with Alloy A (93.5Ag-5.0Cu-0.8Zn-0.7Ni) and Alloy B (94.5Ag-4.3Cu-0.6Zn-0.6Ni) being the sample compositions. The characterization was analyzed using XRF, Microscope, SEM, Tensile, Hardness, and Tarnish tests. The average hardness after casting was 60-70HV, which did not meet the requirements. Therefore, the properties were improved through precipitation hardening. The sample was heated at 750°C for one hour and then quenched in water. Aging was carried out at 250°C, 350°C, and 450°C with various durations of 15, 30, 60, 120, and 180 minutes. This process increased the hardness value to 110-160 HV. From the tarnish resistance tests, it was discovered that Alloy B (94.5Ag-4.3Cu-0.6Zn-0.6Ni) showed promising results in the sweat test, with a change in brightness value (L*) of only 21.85% and the highest hardness value of 119.7 ±11.4 HV after aging at 350°C for 60 minutes. Therefore, Alloy B is the most suitable for commercial applications. Compared to standard sterling silver, its appropriate hardness and superior tarnish resistance make it durable and long-lasting, maintaining the aesthetic appeal of jewelry pieces.

การผลิตเครื่องประดับในปัจจุบันมีการมุ่งเน้นที่จะพัฒนาคุณภาพสินค้าอยู่ตลอดเวลา ภาคอุตสาหกรรมจึงมีความต้องการตัวเรือนที่มีความคงทนแข็งแรง ยึดเกาะอัญมณีได้ดี ทางผู้วิจัยจึงต้องการออกแบบการผลิตโลหะเงินสเตอร์ลิงเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์ และศึกษาอิทธิพลของธาตุสังกะสีและนิกเกิลที่ส่งผลต่อโครงสร้างและสมบัติของโลหะเงินสเตอร์ลิง โดยการศึกษาองค์ประกอบธาตุเบื้องต้น 9 ชนิด และนำมาคัดเลือกเพื่อเหลือให้ศึกษาทั้งหมด 3 องค์ประกอบที่แตกต่างกัน ประกอบไปด้วยโลหะเงินสเตอร์ลิงที่เป็นมาตรฐาน คือ Alloy SA เป็นโลหะในระบบ AgCu ส่วน Alloy A (93.5Ag-5.0Cu-0.8Zn-0.7Ni) และ Alloy B (94.5Ag-4.3Cu-0.6Zn-0.6Ni) เป็นอัลลอยมีส่วนผสมจากโลหะ ทองแดง นิกเกิล และสังกะสี ซึ่งเป็นการศึกษาโลหะในระบบ AgCuZnNi และมีการเพิ่มสัดส่วนของโลหะเงินเป็น 93.5 wt% และ 94.5 wt% ตามลำดับ มีขั้นตอนการวิเคราะห์สมบัติของโลหะด้วยเทคนิค XRF, Microscope, SEM, Tensile test, Hardness test และ Tarnish test ซึ่งหลังจากการหล่อโลหะเงินผสมกับอัลลอยทั้ง 3 สูตร พบว่าหลังหล่อค่าความแข็งโดยเฉลี่ยมีค่าใกล้เคียงกันอยู่ในช่วง 60-70 HV ซึ่งยังมีความแข็งไม่เพียงพอต่อการนำไปใช้งาน จึงมีการปรับปรุงสมบัติของโลหะเพื่อเพิ่มความแข็งด้วยกระบวนการทางความร้อนคือ การบ่มแข็ง (Precipitation Hardening) จากการบ่มชิ้นงานด้วยความร้อนที่อุณหภูมิและระยะเวลาที่ต่างกันโดยอบที่อุณหภูมิ 750°C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง และทำการบ่มที่ 250°C, 350°C และ 450°C เป็นเวลา 15, 30, 60, 120 และ 180 นาที เพื่อศึกษาอุณหภูมิที่เหมาะสม พบว่าการบ่มแข็งช่วยให้ค่าความแข็งของโลหะเงินสเตอร์ลิงสามารถเพิ่มขึ้นเป็น 110-160 HV และจากการทดสอบการต้านทานการหมอง พบว่า Alloy B (94.5Ag-4.3Cu-0.6Zn-0.6Ni) มีค่าความสว่าง (L*) เปลี่ยนแปลงไปน้อยที่สุดเพียง 21.85% เท่านั้น และให้ค่าความแข็งสูงที่สุด 119.7 ±11.4 HV เมื่อผ่านกระบวนการบ่มแข็งที่ 350°C เป็นเวลา 60 นาที ดังนั้น Alloy B (94.5Ag-4.3Cu-0.6Zn-0.6Ni) จึงเหมาะสมมากที่สุดในการนำไปประยุกต์ใช้ในเชิงพาณิชย์ เนื่องจากมีค่าความแข็งที่เหมาะสมและยังมีความสามารถในการต้านทานการหมองได้ดีกว่าเงินสเตอร์ลิงมาตรฐาน เหมาะแก่การนำไปผลิตจริงเพราะมีความคงทน ช่วยยืดระยะเวลาในการสวมใส่ สามารถเก็บสวยงามของชิ้นงานได้ยาวนานมากยิ่งขึ้น