Property Comparison of Golden Adornments with Different Characteristics Based on XRD ()
1. 简介
随着黄金市场的消费升级，以黄金为原料的各类黄金饰品交易市场也异常火爆。大量黄金生产企业开始投入到新颖多变的黄金饰品研制中，随之而来的是不同工艺不同质感的黄金饰品开始逐渐扩大并占领年轻消费群体的市场，其中尤其以古法金饰品、3D硬金饰品和5G黄金饰品最为典型。这类新兴的黄金饰品普遍以精致的外观、复杂的款式、不易变形的产品性能来抓住消费者的购买欲。正因为不同工艺的黄金饰品均有其突出的产品特点，消费者无法直接依据商品推广信息来准确分辨和判断产品间的性能差异，故需要采用科学、系统的研究来比较产品的性能特点。
常规的用于区分黄金饰品产品质量好坏的首要指标是黄金含量，其金含量分析方法以X射线荧光光谱法 [1] 、火试金法 [2] 、ICP光谱法 [3] 、还原重量法 [4] 为主。除了主材金含量需符合国家标准要求外，不同产品的物理性能指标，例如硬度、耐磨性等，尚未见系统性的研究比较。本文的目的是基于XRD [5] ，采用不同分析方法将近年来新兴的黄金饰品从不同生产工艺方向与传统工艺黄金饰品进行横向比较，再结合相关物理性能指标，来明确古法金饰品、3D硬金饰品和5G黄金饰品这三类新兴产品与传统黄金饰品之间的区别。
2. 实验部分
2.1. 材料
试验材料为市售黄金饰品(图1)，分别为1#样品(传统工艺黄金饰品)、2#样品(古法工艺黄金饰品)、3#样品(3D电铸工艺硬金饰品)和4#样品(5G工艺黄金饰品)。XRD分析时，样品需压制为表面光亮的薄片，其余分析状态均为原样测试。
2.2. 仪器
XRD分析，采用日本理学Rigaku D/Max-2500V型X射线衍射仪，Cu靶，Kα射线源，管电压40 kV，管电流40 mA，步长0.1?，扫描速度1??min?1，接收狭缝间距0.3 mm。连续扫描模式，扫描角度2θ = 5? ~ 80?。MS205DU十万分之一电子天平，梅特勒?托利多国际贸易(上海)有限公司；CF15灰吹炉，英国卡博莱特公司；HV-1000显微硬度计，上海联尔试验设备有限公司。
3. 结果与讨论
3.1. 黄金含量分析
不同工艺的足金黄金饰品，依据国家标准GB 11887-2012要求，其金含量均需大于或等于990‰ [6] ，对应的仲裁检验方法为灰吹法(火试金法)。故按GB/T 9288-2019《金合金首饰 金含量的测定 灰吹法(火试金法)》 [2] 对四类产品分别进行黄金含量分析，并计算相对标准偏差，结果见表1。由此可见，不同工艺黄金饰品的黄金含量均符合GB 11887-2012的金含量要求，产品质量差异不明显。
图1. 样品示例图片
3.2. XRD分析
考虑到黄金饰品的成分和组织结构是决定其性能的基本因素，故采用粉晶衍射仪对不同工艺的黄金饰品进行XRD分析，期望得出黄金样品的物相结构及元素的存在状态，分析结果见图2。
据资料显示，XRD衍射线的位置取决于晶胞的形状、大小，也取决于各晶面间距；而衍射线的相对强度则取决于晶胞内原子的种类、数目及排列方式。图2表明，古法工艺黄金与传统工艺黄金的XRD衍射线位置和强度一致，说明金原子晶胞排列方式一致；古法工艺只是在表面做出传统复古纹样，并未改变金原子晶胞排列方式。而3D电铸工艺硬金饰品与5G工艺黄金饰品相比于传统工艺黄金的X射线衍射线的位置和强度差异非常大，这可从微观角度说明工艺制作方式从根本上改变了金原子晶胞排列方式，导致晶面的择优取向不同。结构决定性能，故3D硬金、 5G 黄金和传统黄金在外观形态和硬度方面均表现出差异，这也是其性能差异大的原因之一。
3.3. 维氏硬度测试
选取具有代表性的样品，在四类黄金饰品上分别进行维氏硬度测试，使用HV-1000显微硬度计，选择0.2 kg试验力，压头下降速度50 μm/s，试验力保持时间10 s，测试结果如表2所示。
由表2可知，电铸工艺和5G工艺的黄金饰品硬度明显高于传统黄金，是因为两种工艺均涉及了金原子结合方式的改变，从微观结构上提高了产品的力学性能。不同于电铸工艺和5G工艺，古法工艺的黄金饰品硬度接近传统工艺，仅略微升高，该结论与XRD分析结果一致，表明古法工艺是一种表面处理优化工艺，不涉及金相结构的改变，所以对产品硬度的贡献不大。
3.4. 耐磨性试验
考虑到首饰行业尚未有相关国家标准用于测定饰品的耐磨性，故参考GB/T 28485-2012《镀层饰品 镍释放量的测定 磨损和腐蚀模拟法》 [7] ，通过试验前后试样的单位面积质量差来比较产品的耐磨性能。为了便于分析，实验选用4件代表不同工艺的黄金手镯，且具有相近的测试面积，悬挂固定在滚筒中转动8 h，每4 h调整滚筒反向旋转，取出后清洗烘干称重，计算各试样的单位面积质量损失，结果见表3。
由表3可见，不同工艺的黄金饰品，其耐磨性能差异较大。从试验结果可得，传统工艺黄金样品的单位面积质量损失最大，耐磨性最差；3D硬金样品
图2. XRD分析
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Table 3. Mass loss per unit area of samples
的质量损失明显低于其余三种样品，这说明3D电铸工艺生产的产品耐磨性最佳。古法金工艺和5G工艺的产品耐磨性较为接近，若要进一步区分，需加大试验样本，从统计学角度来进行横向比较。
4. 结论
本文基于XRD探讨了不同工艺黄金饰品在产品性能上的差异。3D电铸工艺的产品硬度和耐磨性能最佳，5G工艺与古法工艺的黄金饰品具有较为接近的力学性能和耐磨性能，传统工艺黄金饰品的产品性能相对最低，佩戴使用中存在磨损变形的风险。
基金项目
浙江省市场监督管理局科研计划项目(2022-ZL-13)；浙江省市场监管局科研计划项目(2022-ZL-34)。
Appendix (Abstract and Keywords in Chinese)
基于XRD的不同工艺黄金饰品的性能比较
摘要：本文采用黄金含量分析、XRD分析、维氏硬度测试和耐磨性检验等方法对四种不同工艺黄金饰品的性能进行了分析与比较。结果表明：3D电铸工艺和5G工艺的金原子晶胞排列方式不同于传统工艺和古法工艺的黄金饰品，且以3D电铸工艺的产品硬度和耐磨性能最佳；5G工艺与古法工艺的黄金饰品具有较为接近的力学性能和耐磨性能；而传统工艺的黄金饰品，其硬度和耐磨性能相对最低，从长期佩戴使用的角度上看，存在磨损变形的风险。
关键词：黄金饰品，XRD，维氏硬度，耐磨性