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Gioielli dal 2020 – Progettare innovazione

Gioielli dal 2020 – Progettare Innovazione

una relazione di Beatriz Biagi

In gioielleria, i trend si evolvono lentamente. Mentre altri settori cavalcano l’onda delle novità tecnologiche, l’alta gioielleria nel mondo resta fedele alla “vecchia” produzione e alle consuete prassi commerciali, senza avvertire alcuna urgenza di cambiamento. Lo status quo viene mantenuto per ragioni culturali e di sicurezza, e la gioielleria importante resta appannaggio dei clienti tradizionali, mancando di attingere a un bacino crescente di potenziali acquirenti.

L’alta gioielleria è legata a occasioni speciali, investimenti ed eredità e negli ultimi 30 anni l’atteggiamento dei clienti non è cambiato, specchio di un’affinità culturale maturata nei secoli – che probabilmente continuerà a esistere finché i materiali utilizzati conserveranno la loro aura di pregio esclusivo e finché il segmento target sarà abbastanza ampio da giustificare l’immobilità delle prassi di business. Ma già si avvertono i primi segnali di cambiamento: molti clienti hanno aspettative diverse e il significato simbolico di gioielli e prodotti di lusso muterà nei prossimi decenni.

Due grandi fattori hanno plasmato le nostre vite negli ultimi 15 anni: la tecnologia e la sostenibilità. Anche nell’alta gioielleria si sono aperti nuovi spazi, che player emergenti e start-up non hanno tardato a occupare. Tecnologie indossabili, dispositivi medicali e di comunicazione, mercati digitali e produzione on-demand hanno registrato una crescita costante, portando una ventata di innovazione nel settore internazionale del gioiello.

Come previsto nel 2006, la sostenibilità è ormai un valore chiave per ogni prodotto e sta diventando un trend dominante, insieme a una crescente consapevolezza etica e ambientale. Produrre eticamente fa aumentare i costi, ma senza dubbio esistono clienti disposti a pagare un prezzo premio pur di avere trasparenza e sostenibilità nei gioielli, o comunque a investire il proprio denaro in prodotti e servizi di marchi che adottino e garantiscano l’applicazione di best practice. La sostenibilità non figura ancora tra i criteri prioritari nell’acquisto di un gioiello, ma avrà sempre più importanza negli anni a venire.

È chiaro che, in un comparto del lusso che tratta gemme e metalli, la sostenibilità ambientale e le questioni etiche non siano parametri fondamentali del sistema. Ciononostante, molti brand sono sempre più attenti alla provenienza dei materiali utilizzati, soprattutto delle gemme prodotte da organismi viventi, e alla tutela delle persone coinvolte nei processi di estrazione e lavorazione, fino alla produzione dei gioielli e di altri articoli di lusso.

Sicuramente l’alta gioielleria sta cominciando ad adattarsi alla realtà odierna. Negli ultimi anni sono aumentate le vendite online e le interazioni digitali con i clienti.

Le aziende e i marchi si impegnano ad adottare procedure eticamente corrette in ogni fase del business, allineandosi volontariamente a standard e certificazioni.

Al tempo stesso, assume nuova rilevanza tra i giovani il lato esperienziale dell’acquisto, contrapponendosi alle mere scelte d’investimento o all’aderenza alle tradizioni. Questi cambiamenti di attitudine e aspettative nei confronti della gioielleria di qualità nelle nuove generazioni avranno un impatto sul nostro settore, diverso a seconda dell’ambiente culturale dei clienti e del loro grado di affinità e attaccamento verso i preziosi.

Oggi più che mai, brand e prodotti hanno successo se sanno raccontare bene le loro storie. In passato l’alta gioielleria non aveva bisogno di strategie di comunicazione o attività promozionali. Per vendere bastava esistere, dato che tante persone erano culturalmente legate al significato intrinseco dei gioielli e dei metalli preziosi. Questo è ancora vero per molti clienti, soprattutto nelle zone rurali dell’Asia e tra le generazioni più mature.

Ma con il diffondersi di uno stile di vita globalizzato e metropolitano, la connessione emotiva con i gioielli di lusso si assottiglia sempre più. I clienti, più giovani e digitalizzati, si discostano dai riti della tradizione e non seguono più gli usi e i costumi dei genitori e dei nonni, preferendo investire tempo e risorse in prodotti ed esperienze che regalino emozioni in linea con le esigenze e i desideri personali.

Non stiamo parlando di un trend effimero. Per avere successo nei prossimi decenni, i creatori di gioielli dovranno puntare all’innovazione attuando un progetto coordinato che abbracci design, sviluppo del prodotto e marketing. Una cosa sia chiara: non è sfruttando le idee degli stagisti del reparto design né lanciando una campagna di Influencer Marketing su Instagram che si diventa competitivi nel medio termine.

Lo sviluppo di una proposta efficace parte da una corretta individuazione dei problemi e su questo vorrei concentrarmi oggi. Ci sono delle domande fondamentali a cui dobbiamo rispondere sul perché qualcuno dovrebbe voler acquistare i nostri prodotti e come. Dobbiamo capire il processo decisionale che sta dietro l’acquisto di ogni prodotto e definire lo spettro di percorsi possibili per trovare la corrispondenza ideale tra ciò che possiamo offrire e ciò di cui i nostri clienti hanno bisogno.

Chi decide lo stile di un gioiello e chi il budget da spendere o investire? Molto spesso queste decisioni vengono prese da due o più persone in modo indipendente, ma che comunque devono accertarsi di fare la scelta giusta anche senza confrontarsi direttamente con gli altri interlocutori, ma affidandosi ai consigli del gioielliere.

Per quale occasione sarà acquistato il mio prodotto? Dovremo raccontare una storia diversa a seconda che il gioiello venga proposto per un anniversario, un fidanzamento o un matrimonio, per una festività o una ricorrenza religiosa, per San Valentino o per la Festa della Mamma, come una piacevole “follia” o per il piacere di fare un regalo.

Chi acquisterà il prodotto, dove e come? Il set valoriale e le attitudini alla base dell’acquisto saranno completamente diversi se il cliente acquista il gioiello per sé o per un’altra persona, se il gioiello viene acquistato da una donna o da un uomo. Questo vale anche nell’analisi del processo d’acquisto dei gioielli nuziali. Siamo di fronte a scenari completamente diversi se pensiamo, per esempio, alla vendita di una parure di gioielli per una sposa indiana rispetto alla scelta di un anello di fidanzamento negli Stati Uniti. Non solo. Dobbiamo capire a fondo le attitudini e le aspettative della persona che indosserà i gioielli, il suo stile di vita, le sue difficoltà e i suoi interessi. E da ultimo, ma non per questo meno importante, dobbiamo imparare a comunicare con i nostri clienti e coinvolgerli abbattendo le barriere che già oggi incontriamo, come la disinformazione, i prodotti falsi e contraffatti, la sfiducia.

Ma soprattutto dobbiamo capire e attrarre i nostri potenziali clienti. I potenziali clienti sono, per definizione, clienti inesistenti e quindi dobbiamo studiarli con grande attenzione ancor prima di iniziare a comunicare con loro. Questo segmento è il target più ostico, che richiede un investimento maggiore di risorse e non promette un ritorno certo. Oggi i nostri potenziali clienti sono rappresentati essenzialmente dai giovani Millennials e dagli ancora più giovani esponenti della Generazione Z nelle aree urbane. Molte indagini di mercato indicano che questi potenziali clienti hanno comportamenti d’acquisto diversi da quelli delle generazioni precedenti, per via del fatto che usano le tecnologie digitali per ogni aspetto della propria vita.

Per esempio, cercano informazioni e leggono i pareri di altri clienti sul Web, invece di andare personalmente nei negozi o chiedere consiglio ad amici e parenti. Affidarsi completamente alle tecnologie digitali significa anche che si aspettano un’offerta immediata e personalizzata, acquisti semplici e la possibilità di rendere e sostituire i prodotti senza fatica. Devono sentire di aver fatto la scelta giusta, per quanto spensierata o disinvolta possa sembrare questa scelta. Questo target non è fedele ai brand a lungo termine e spesso e volentieri cambia idea.

Le tecnologie digitali hanno innescato un processo di smaterializzazione in ogni aspetto della nostra vita. Il significato di ricchezza e lusso continuerà inevitabilmente a evolversi, cambiando la percezione del valore dei materiali preziosi. Etica e sostenibilità sono in cima alla scala dei valori del grande pubblico e questo porta a interrogarsi sulla reale necessità di utilizzare gemme naturali e metalli preziosi. L’idea stessa di lusso sta cambiando, in un mondo in cui elementi fondamentali come l’acqua pulita, il tempo e la pace diventano i tesori più ricercati. È chiaro che, nel lungo periodo, la percezione del valore dell’alta gioielleria sarà diversa da quella che conosciamo oggi, e che dobbiamo metterci subito al lavoro per soddisfare le esigenze dei nostri futuri clienti.

Ogni azienda deve capire quali saranno le funzioni e i servizi più richiesti dal proprio target di riferimento; quali materiali e prodotti saranno accettati e quali procedure devono essere messe in atto per dimostrare coerenza. È cruciale capire quale messaggio dev’essere comunicato oggi e che tipo di storie i brand e i prodotti dovranno raccontare in futuro – per cambiare senza perdere i nostri attuali punti di forza, ma piuttosto aumentando il potenziale di crescita.

In ogni caso il settore del gioiello deve investire grandi risorse non solo pensando a quali prodotti venderà, ma anche a quali servizi ed emozioni offrire a corollario. All’acquisto di un gioiello sono legate molte sensazioni positive, che non devono più essere date per scontate, ma elaborate coscientemente e usate come leve di successo.

Come produttori e venditori di gioielli, dobbiamo chiederci: quali esperienze positive possiamo evocare o creare? Per chi? Dobbiamo capire cosa vuol dire quando diciamo che i nostri gioielli rappresenteranno un bene prezioso per una sposa o una dichiarazione di stile per chi li indossa. Cosa serve per essere notati e scelti con l’aiuto di un gioielliere di famiglia, o proposti da un brand riconosciuto. Come i metalli preziosi possono diventare accessori di lusso, dispositivi di comunicazione personale o apparecchiature medicali, emblemi religiosi o status symbol; e in che modo infondono sicurezza e felicità.

Il ruolo dell’alta gioielleria è intimamente connesso con la natura umana, e continuerà a esserlo finché saprà vestire le forme, i simboli e le funzioni che i clienti ricercano.

Gli elementi positivi che l’alta gioielleria sa suscitare nel pubblico sono una carta vincente in termini di competitività, e per questo devono essere gestiti e comunicati con sapienza. Rappresentano le solide fondamenta che ci guideranno nel prossimo decennio, aiutandoci a costruire una straordinaria personalità imprenditoriale.


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Macroeconomic scenario for the jewellery sector

Macroeconomic scenario for the jewellery sector

a speech by Stefania Trenti

The Italian jewellery sector in 2019

Positive turnover and production also in 2019

  • According to ISTAT data, production in the jewellery and bijoux sector recorded yet another considerable increase in the first 10 months of 2019: +19.5%, for the third year running. 
  • Turnover also increased considerably: +11.4% between January and October 2019. Turnover increased for the tenth year running.

 

Evolution in turnover and production in the jewellery sector (var.%)

Jewellery sector: ATECO code 32.1
*2018: January – November
Source: Intesa Sanpaolo,
Istat data processing

Price of gold is increasing

As of the month of May, considerable global economic uncertainty led to a significant increase in the price of gold which quickly exceeded 1,500 dollars an ounce between August and September. It then continued to stand at higher levels than the mean value in 2018.
On average in 2019, the price of gold increased by 15.9% in Euros and 9.7% in dollars. 

Monthly gold prices

Source: Intesa Sanpaolo processing on LME data

…with negative effects on global demand

Global demand for gold jewellery reacted rapidly to the new price scenario, recording a significant drop in the third quarter (-15.6%), particularly in two main markets (China and India) and in the Middle East.

Global demand for gold jewellery: trend var.% (tons)

Global demand for gold jewellery: trend var.% by nation

Source: Intesa Sanpaolo on World Gold Council data – Gold Demand Trends

Excellent performances for Italian exports

In the first nine months of 2019, gold jewellery exports grew by 12.1% in quantity and by 8.8% in value in Euros.

Evolution in gold jewellery exports (trend var.%)

* Codes HS 711319 for gold and other precious materials Source: Intesa Sanpaolo, Istat data processing

with widespread positive results on (almost) all markets

Evolution in Italian gold jewellery exports (trend var.%)

Codes HS 711319 for gold and other precious materials
Source: Intesa Sanpaolo, Istat data processing

 

…and districts

Provincial export figures are only available on a more aggregate level (including costume jewellery) and only in value (not in quantity).
All the districts registered positive development, with the best results in Arezzo. 

Italian jewellery and bijoux* in 2019 (var.%)
*Code 32.1 Source: ISTAT data processing

 

The success of luxury towed by Switzerland, France and Italy

Global gold jewellery export rates* (%)
N.B. Net of flows to and from the United Arab Emirates and between China and Hong Kong
*Code 711319 Source: processing on UNCTAD Comtrade data

 

Excellent results in the USA

USA gold jewellery import rates* (%)
*Code 711319 Source: processing on US Trade data

The prospects for the next few months

Global trade picking up but trends showing modest growth

Variations are calculated on the CPB monthly world trade index. The shaded area shows forecasts. Source: Intesa Sanpaolo data processing

Forecasts for 2021

  • Slight recovery in the first six months of 2020 but annual figure lower than 2019 due to a disadvantageous towing effect.
  • A slight acceleration (of annual data) expected in 2021, also due to trade agreements.

GDP growth forecasts

Source: Refinitiv-Datastream and Intesa Sanpaolo data processing

From Asia, the first signs of cycle stabilization

The OECD forecast indicator for China confirms the turnaround

Source: OECD

Global SME manufacturing benefits from the recovery of emerging countries

Source: IHS Markit

USA cycle: controlled slowdown 

Growth towards potential

Source: Refinitiv-Datastream

Manufacturing heading towards stabilization

Source: Refinitiv-Datastream

Consumers are optimistic

Growth in consumption sustained by solid ready income dynamics

Source: Refinitiv Datastream

Families are very optimistic

Source: Refinitiv Datastream

The employment market is the power towed by consumption: unemployment at its minimum since 1969

The unemployment rate is at a minimum since the end of 1969…

Source: Refinitiv Datastream

…with salary dynamics speeding up

Source: Refinitiv Datastream

Family budgets are in order at last

Net wealth in constant growth and savings rates at the levels of the ‘90s

Source: Refinitiv Datastream

Families have reduced their debts but companies and the public sector have not

Source: Refinitiv Datastream

Euro area: internal demand sustained by real incomes and tax policies

Salary and employment growth supports incomes and consumption

Source: Eurostat and Intesa Sanpaolo projections

Correct primary balance for the cycle: 2020 budgets show a modest slowdown (0.3% at the Eurozone level)

Source: European Commission

 

Foreign demand more favourable in 2020

In the Euro area, foreign demand should partially recover over the next few quarters

Source: Intesa Sanpaolo estimates and Oxford Economics

Italy: still modest growth

  • In 2020, we expect a slight acceleration to 0.3% (0.4% incorrect for working days) from 0.2% in 2019.
  • A growth of 0.5% expected in 2021.

GDP increasing in the last few quarters despite a drop in industrial activity

Source: Refinitiv-Datastream, Istat and Intesa Sanpaolo processing

Budget law: resources destined for VAT blockage

The latest modifications have seen an easing and deferral of the plastic tax until July, a postponement of the sugar tax until October and a substantial zeroing of the squeeze on company cars. The manoeuvre has risen to 32 billion.

Interventions (impact in billions on 2020)

Coverage (impact in billions on 2020)

Note: effect on net debt in billions
Source: Intesa Sanpaolo processing on DPB 2020

Steady consumption thanks to good ready income dynamics

The various GDP components contribution to growth

Source: Refinitiv-Datastream, Istat and Intesa Sanpaolo processing

Growth can begin again in the medium term

The drop in interest rates leads to savings for the State and a boost in GDP growth

The re-acceleration of monetary aggregates (whose turnaround has always preceded that of the cycle) is a hopeful sign of a future growth in GDP in the medium term

Note: cumulated effects on the GDP of a 100 base-point drop in returns on Government bonds in the medium to long term (more or less in line with that registered in the last 6 months) (% deviation from the baseline) and on PA expenditure due to interests (in % of GDP).

Source: Banca d’Italia, MEF, Intesa Sanpaolo processing

Precious material prices  

Geopolitical uncertainty should continue in 2020 to support the price of gold which, in our expectations, should continue on a consolidation course, remaining within the mean in 2020 at around 1,500$/troy ounce, with a potential risk of increase deriving from ample liquidity on the markets and expansive monetary policies in all areas.

Price of gold ($/troy ounce)

Source: processing on LME data

Euro in slight improvement against the USD within a 12-month horizon

Source: Intesa Sanpaolo

Important Information

The economists drafting this report state that the opinions, forecasts, and estimates contained herein are the result of independent and subjective evaluation of the data and information obtained and no part of their compensation has been, is, or will be directly or indirectly linked to the views expressed.

This report has been produced by Intesa Sanpaolo S.p.A. The information contained herein has been obtained from sources that Intesa Sanpaolo S.p.A. believes to be reliable, but it is not necessarily complete and its accuracy can in no way be guaranteed. This report has been prepared solely for information and illustrative purposes and is not intended in any way as an offer to enter into a contract or solicit the purchase or sale of any financial product. This report may only be reproduced in whole or in part citing the name Intesa Sanpaolo S.p.A.

This report is not meant as a substitute for the personal judgment of the parties to whom it is addressed. Intesa Sanpaolo S.p.A., its subsidiaries, and/or any other party affiliated with it may act upon or make use of any of the foregoing material and/or any of the information upon which it is based prior to its publication and release to its customers.

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The finishing of accessories: a must in the fashion industry

The finishing of accessories: a must in the fashion industry

a speech by Giulio Bevilacqua

Fashion and the electroplating business. Two apparently distant worlds linked by a technical dialogue that aims at getting things done: fashion brands on the one hand, and finishing “suppliers” on the other. The challenge: to build a business meeting point between strategic sectors that are tendentially little inclined to cross-contaminate and communicate in order to create a new way of thinking about luxury finishings.

A dialogue which inquisitive observation, together with 50 years’ experience, has led to three main aspects.

Aesthetics and fashion, or rather, linking electroplating finishing to the aesthetic value of the finished product. In the past, fashion, leather and footwear accessories were merely thought of as functional elements. Now, also due to the technical finishing skills, they are necessary and indispensable components, often even a distinctive element.

But how is it done? By studying the balance between shape, volume and finishing; by constant dialogue with the clientele; by analysing the input of the people employed in production and all by really listening closely to the surrounding world.

Research and innovation which means putting the experience gained and consolidated in the jewellery world with the biggest luxury brands at the disposal of the fashion supply chain. This translates into a constant experimentation of new processing techniques and research into global trends. One cannot stop at producing finishings with maniacal skill; the commitment, in any sector, is to be one step ahead in order to be able to offer the customers unique and distinctive fashion solutions.

Galvanic plating and sustainability… not a contradiction in terms but a feasible alliance. In times gone by, deciding the company’s environmental sustainability would not have been an option. On the contrary, the fact that it should develop and grow hand in hand with the company has turned out to be a natural choice, certainly not one dictated by legal obligations that did not exist at that time. Changing the idea, not only in the facts, but also in the collective imagination, that an electroplating company could be a sustainable company was a challenge that has become a concrete fact. Over the years, processing techniques, attention to the environmental context in the broad sense, as well as the more fragile contexts of the surrounding territory, have led to certifications, awards and recognitions that certify a virtuous “best practice” route at an organizational, managerial and production level in terms of sustainability.

These are the three pieces of a complex and articulate puzzle in which the various souls of savoir faire converge. A know-how that passionately moves towards creating and offering the fashion supply chain a replicable, recognized and recognizable product in processing, design, relations and service terms.

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Galvanica per il settore moda: un caso studio

Galvanica per il settore moda: un caso studio

una relazione di Giulio Bevilacqua

Moda e azienda galvanica. Apparentemente due mondi lontani legati da un dialogo tecnico del fare: da un lato i brand della moda dall’altro i “fornitori” di finiture. La sfida: costruire un incontro d’impresa tra settori strategici poco inclini alla contaminazione e al confronto per creare un nuovo modello di intendere la finitura nel contesto del lusso.

Un dialogo che un’osservazione curiosa, unita ad un’esperienza di 50 anni, permette di ricondurre a tre principali aspetti.

Estetica e moda, ovvero legare anche la finitura galvanica al valore estetico del prodotto finito; l’accessorio della moda, della pelletteria e della calzatura, in passato considerato mero elemento funzionale assurge oggi, anche grazie all’abilità tecnica della finitura, a componente necessaria e imprescindibile, a volte esso stesso elemento distintivo.

Ma come fare? Studio degli equilibri tra forma, volume e finitura; dialogo costante con la clientela; analisi degli input provenienti dal personale impegnato nella produzione, il tutto permeato da un ascolto autentico e profondo del mondo circostante.

Ricerca e innovazione che significa mettere al servizio della filiera della moda un’esperienza nata con il mondo orafo e consolidatasi successivamente con i maggiori brand del lusso. Ciò si traduce in una sperimentazione continua di nuove tecniche di lavorazione e di studio delle tendenze a livello globale. Non ci si deve accontentare di eseguire con abilità maniacale una finitura; l’impegno, in qualsiasi settore, è giocare d’anticipo per proporre soluzioni-moda uniche ed identitarie per i clienti.

Galvanica e sostenibilità… non un ossimoro ma un’alleanza possibile. In tempi non sospetti decidere che la sostenibilità ambientale dell’azienda non sarebbe stata un optional, al contrario, che doveva svilupparsi e crescere di pari passo con essa, si è rivelata una scelta naturale, sicuramente non dettata da obblighi normativi allora inesistenti. Modificare, non soltanto nei fatti ma soprattutto nell’immaginario collettivo, l’idea che un’azienda galvanica potesse essere un’azienda sostenibile è stata una sfida che si è tradotta in azioni concrete: negli anni le tecniche di lavorazione, l’attenzione al contesto ambientale in senso ampio, così come a quelli più fragili presenti nel territorio che ci circonda, hanno portato a certificazioni, premi e riconoscimenti che attestano un percorso virtuoso di “best practice” a livello organizzativo, gestionale, produttivo, nell’ambito della sostenibilità.

Sono questi tre tasselli di un puzzle complesso e articolato in cui convergono le varie anime di un saper fare che si muove e si appassiona per creare e offrire alla filiera della moda un prodotto replicabile, riconosciuto e riconoscibile in termini di lavorazioni, design, relazioni, servizio.

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Simulating the casting process for jewelry

Simulating the casting process for jewelry

a speech by Vera Benincasa

Simulating processes has been mandatory in many companies from the most diverse manufacturing sectors for years. One only need think of the aviation industry where companies must be absolutely certain that the components produced have no micro-structural defects whatsoever and where a rejected part cannot be re-processed. 
Casting process simulation identifies areas subject to defects and helps to design the casting system in the most efficient manner. It also allows the causes of any inefficiency to be analysed and to understand how to increase productivity.
This system has been used for over twenty years in smelting processes in the automotive and aerospace industries and for some years now, it has also been adopted by our sector. 
In the jewellery world, lost wax micro-casting has always been linked to operator experience or trial and error. Nowadays, simulation software can optimize the entire process starting from the very first prototype design to the mass production of jewellery items. 


The micro-casting process is one of the oldest methods for producing many types of article.
Different peoples and cultures used this process to produce tools, objects and statues in bronze. One very famous example is the Bronze Riace Warriors that were salvaged from the sea in 1907, 2500 years after they were made in Greece in the sixth century BC.
The process developed over the centuries, evolving from a simple artistic method and demonstrating exceptional versatility.
Micro-casting, or lost wax casting, has been used for many years in the automotive and aerospace technology sectors, however, this process, although highly reliable, still presents defects.  

In the jewellery world, the most common and problematic defects are:
– incomplete filling of the cast
– porosity by retraction.
While cases of the first type of defect are limited to specific kinds of production (filigree, particular alloys, complex geometries…), the second can be found in all micro-cast products because it is intrinsically linked to the solidification process of the metal alloy.

It is on this latter category of defect that we will be focusing our attention.
Up until a few decades ago, “Trial and Error” was the obligatory method of trying to solve the problem of porosity by retraction.
With practice and experience, the aim was to minimize and hide the defect.
In order to obtain a commendable result, modest amounts of time and metal needed to be invested.
Simulating the process in a virtual environment minimizes this investment and achieves a better result in less time.

Nowadays, simulation software has reached a high level of precision so that excellent results can be obtained in terms of product development times and the production process can be improved.
The use of casting process simulation software in the jewellery sector is relatively recent although it is constantly on the increase due to the growing request for quality on the part of the big jewellery companies.

Simulation software works when there is a deep knowledge of the entire process. For this reason, the more it is used, the more information will be available to configure the process and the more the results provided by the software will correspond to industrial needs.

The software used for this study is produced by the French ESI Group and is called ProCAST.
It is an advanced and complete tool and has been on the market for over 20 years. It is widely used in various industrial fields. The software is based on finite element technology and is able to simulate a long list of real processes. This study focuses on the module for simulating the lost wax casting process.

 

Figure 1 – processes that can be simulated with Procast

A knowledge of metallurgy and the production process is necessary to be able to use the software to its best advantage. With the help of the SW, the process technologist can work out the best conditions for a reliable and robust micro-casting process.

The software consists of the following environments:
– MESH
– CAST
– VISUAL

MESH is the environment in which our object, starting from the CAD model, is broken down into minor elements (mesh) that the then software uses to understand the points on which to calculate the thermal exchange and solidification equations. The operator decides on the size of the mesh in accordance with various factors. Besides the object of our study, the mould into which we will be casting the metal in order to accurately simulate our process must also be designed and “meshed”.

CAST is the environment where all the parameters to be taken into account in our process are inserted: type of alloy, process temperature, pressure of the metal as it goes into the mould, entry section, thermal exchange, radiation phenomena, etc…

VISUAL is the ideal environment for observing and measuring the simulation results and, depending on what is being analysed and measured, different physical measurements can be viewed (temperature range, solid fraction, voids, porosity, flow speed, etc…)
With the help of Procast, it is extremely easy to foresee where the defects of a particular micro-cast will be and how large these defects effectively are.

Thanks to the software, we can quickly and fully investigate the porosity by retraction defect.

The problem of porosity by retraction is strictly correlated to the solidification concept. In fact, porosity by retraction occurs when the metal status turns from liquid to solid: the metal undergoes a volumetric contraction and, where the volume retracts, dendritic structures, which can become larger as the alloy hardens, can emerge on the surfaces.

Figure 2 – Diagram showing volume according to temperature

Dendrites are tree-like structures that form during metal alloy solidification. The metal forms crystals that grow and solidify in the most energetically favourable crystallographic directions. If cooling is fast, dendrite growth is limited. On the other hand, if cooling is slow, the dendrites will be larger and, in the worst scenarios, visible to the naked eye in the volumetric retraction zone.

Figure 3 – Diagram of the structure of an alloy’s dendritic growth

Volumetric contraction is intrinsic to the solidification process and therefore, porosity by retraction is an inevitable defect in the casting process.
Porosity by retraction cannot be eliminated but it can be conveyed to strategic points by encouraging directional solidification.

When a metal alloy solidifies, the last volume to do so, that is, the one that stays “hot” the longest, will be the part that contains porosity by retraction.
In designing a casting system, it is therefore essential to study the thermo-dynamic factors that lead to controlled solidification: the casting channels, feeders and risers are to be designed and sized so as to be able to correctly feed the piece being produced and, at the same time, “keep” retraction out of the areas of interest.

To study the solidification of micro-cast objects, it is important to consider the cooling module.
The cooling module, or thermal module, is given by the ratio between mass and surface of an object M=V/S.
Starting with volume, if the surface of the object is greater, solidification time will drop drastically. Solidification time depends on M and also on the type of material and the object’s geometry.
Studying solidification time is essential for shifting the direction of solidification. 

Let’s take a very simple object, such as a wedding band, for example.
Being circular and symmetrical, the point in which we put the feeder is of no importance. What is important, however, is the feeder’s section and geometry.
Below is an example of the solidification simulations of the same ring with three different feeders in ascending section size.

Figure 4 – solidification analysis of the wedding band in the three study cases

As can be seen in the picture above, the feeder with the largest section tapered towards the metal entry section is the one that fills the cast and directs ring solidification correctly. 

As further evidence of the correctness of feeder 3’s design, we can see, again by simulation, a reduction in porosity (in purple) in the diagrams below.

Figure 5 – porosity in the rings using feeders with sections of ascending size

Now let’s look at another simple ring geometry, but this time with a variable section.

Figure 6 – ring with variable section

In this case, since the geometry is not symmetrical, the point at which we feed the ring is of fundamental importance. Figure 7 below shows the progress of solidification based on the point chosen for positioning the cast feed.

Figure 7 – ring solidification with feeder in point A or point B

Solidification observed in the previous figure leads to porosity in the areas highlighted in figure 8.

Figure 8 – evidence of porosity by retraction found after ring simulation with feeding in point A or point B

The results can be verified by observing the actual components cast. When using simulation software, it is extremely important to calibrate the reliability of the software with one’s own casting process.  
The photographs below show the surfaces of the ring analysed and cast with the two different feeder positionings:

Figure 9 – porosity visible on the raw cast ring.
On the left, ring fed from position A, on the right, ring fed from position B

Figure 10 – evidence of a macroscopic pore on the surface of the ring fed from position B

Figure 11 – two polished wedding bands.
On the right, porosity by retraction on the ring fed from position B

Similarly, taking a larger object, we can see that the same directional solidification rules can be applied in this case too.
The figure being examined is a “C” which could be used to make half a bracelet.

Figure 12 – “C-shape” for producing bracelets

In the first example, let’s consider the item with the same type of feed but cast with different parameters. The response variation to the change in temperature, both in the mould and in casting, is particularly notable.

Figure 13- solidification – on the left, Tcil:Tc1 Tfus:Tf1; on the right, Tcil:Tc2 Tfus:Tf2
(with Tc2>Tc1 and Tf2>Tf1)

Figure 14 – porosity – on the left, Tcil:Tc1 Tfus:Tf1; on the right, Tcil:Tc2 Tfus:Tf2
(with Tc2>Tc1 and Tf2>Tf1)

 

As can be seen from the diagrams, as the temperature rises, the size of the porosities decreases. This happens because the metal is given more time to solidify in a directional manner. In this case, however, only modifying the process parameters does not solve the problem at the root.
It is therefore necessary to modify the feed. Let’s look at two different feeds.

Figure 15 – feed A – feed B

The figure below shows the simulation of the solidification process in both cases.

Figure 16 – Bracelet solidification with feed position A (left) and feed position B (right)

Analysing the figure on the left, it can be noted that the six feed spokes are solidifying before the bracelet itself has solidified (as in the previous example), thus “blocking” the way for the metal to continue to feed the object correctly. In the figure on the right, however, we can see how the four spokes are feeding the piece well, resulting in a directional solidification towards the heart of the column.

Figure 17 – porosity analysis in the two feeding positions, A and B

Evidence of the efficiency of type B feeding position can be given by analysing the porosity.
In figure 16, it can be noted how, in case B, the object has no porosity, while in case A, there are six porosity nuclei exactly where the metal took longer to cool.

The accurateness of these simulations is shown in the photographs below.

 

Figure 18 – raw cast bracelets: on the left, feeding position A, on the right, feeding position B

Figure 19 – detail that already shows porosity by retraction on the raw bracelet using feeding position A

Figure 19 – on the left, bracelet fed from position A, on the right, from position B

The analysis of these simple geometries demonstrates the validity of simulation. The software can precisely predict which areas will be affected by defects and their size.
The micro-casting simulation process is a useful tool for the technologist who cannot totally eliminate the “Trial and Error” process but can limit it in the virtual simulation environment, thus reducing product industrialization times and costs.

Table 1 – advantages of simulation calculated on actual study cases

The fundamental tool for using casting simulation software is CAD 3D modelling.
In fact, as already mentioned, in order to be able to simulate the casting process, it is absolutely necessary to start from a 3D model of both the casting system we want to simulate and the mould in which we will be casting the metal.
The more accurate the initial model is, the more accurate the simulation results will be.
Moreover, CAD modelling offers the advantage of being able to rapidly design and simulate various types of feeding points and casting systems.
By simulating different feeding points, we can find the best one for our item.
By carrying out casting simulation at the beginning of the design process, it would immediately be possible to identify errors in the design and intervene by modifying the model’s geometry.   
If modifying the item is not possible, then acting on the other parameters (feeding, process parameters, etc..) will become necessary.

Once the importance of simulating each individual detail has been understood, new possibilities for more complex casting systems can be explored. By simulating an entire casting tree, for example, it is possible to analyse the entire process and optimize it.

Figure 20 – cast simulation of a tree

In conclusion, introducing this technology into the jewellery supply chain is undoubtedly helpful for moving towards better production performances and benefits companies that want to use additional forces and means in their production processes.

Resources and study are needed to take best advantage of this technology. Nevertheless, the benefits resulting from its usage (savings in time and means as well as the effectiveness of the results obtained) eliminate every uncertainty. In time, this will be the only way to proceed in jewellery industrialization, as has already happened in other production sectors.


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Simulare il processo di colata per oreficeria

Simulare il processo di colata per oreficeria

una relazione di Vera Benincasa

Simulare i processi è da anni obbligo in molte realtà dei più disparati settori produttivi, basti pensare al settore aeronautico dove è necessario essere certi che i componenti prodotti siano esenti da difettosità microstrutturali anche minime e dove un pezzo di scarto non può essere rilavorato.
La simulazione dei processi di colata consente di identificare le aree soggette a difetti e aiuta a progettare il sistema di colata nel modo più efficiente, consente di analizzare le cause di inefficienza e di comprendere come aumentare la produttività.
Questo sistema è utilizzato da più di vent’ anni nei processi di fonderia legati al settore automotive e aerospace, ma da qualche anno si è avvicinata anche al nostro settore.
Nel mondo orafo la microfusione a cera persa è sempre stata legata all’esperienza degli operatori oppure ad operazioni di trial and error.
Oggi, con i software di simulazione, si può ottimizzare tutto il processo a partire dal primissimo disegno del prototipo fino alla produzione in massa dei gioielli.


Il processo di microfusione è uno dei più antichi metodi per la produzione di manufatti di svariato genere.
Popoli e culture diverse hanno impiegato questo processo per la produzione di strumenti, oggetti e statue in bronzo. Un esempio famosissimo sono i bronzi di Riace, ritrovati in mare nel 1907 dopo 2500 anni dalla loro produzione nella Grecia del VI secolo a.C.
Nel corso dei secoli, il processo si sviluppato, evolvendo da semplice metodo artistici e dimostrando una eccezionale versatilità.
La microfusione, o fusione a cera persa, viene utilizzata da tantissimi anni nei settori tecnologici dell’ automotive e dell’ aerospace tuttavia tale processo, benché molto affidabile, non è esente da difetti.

Nel mondo del gioiello i difetti più diffusi e più problematici sono sicuramente:
– mancato riempimento del getto
– porosità da ritiro
Mentre per la prima tipologia di difettosità le casistiche sono limitate a produzioni specifiche (filigrane, leghe particolari, geometrie complesse, ..) la seconda è riscontrabile sul 100% dei prodotti microfusi poiché intrinsecamente legato al processo di solidificazione delle leghe metalliche.

È su quest’ultima categoria di difettosità che focalizzeremo la nostra attenzione.
Fino a pochi decenni fa, per affrontare la problematica delle porosità da ritiro era obbligatorio passare attraverso processi di “Trial and Error”.
Con pratica ed esperienza si puntava a minimizzare ed occultare il difetto.
Per arrivare ad un risultato apprezzabile era necessario investire modeste quantità di tempo e metallo.
Simulare il processo in un ambiente virtuale, consente di minimizzare questo investimento, giungendo in tempi ridotti ad un risultato migliore.

Oggi i software di simulazione sono giunti ad un alto livello di precisione consentendo di ottenere ottimi risultati termini di tempo di sviluppo del prodotto e consentendo di migliorare il processo produttivo.
L’utilizzo del software di simulazione del processo di colata nel settore orafo è relativamente recente ma in costante espansione a causa di una crescente richiesta di qualità da parte delle grandi case orafe.

I software di simulazione funzionano grazie alla conoscenza approfondita dell’intero processo, per questo motivo maggiore è il loro utilizzo, maggiori informazioni si hanno a disposizione per configurare il processo, maggiore sarà la rispondenza dei riscontri forniti dal SW alla realtà industriale.

Il software utilizzato per questo studio è della casa francese ESI Group e si chiama ProCAST.
Si tratta di uno strumento avanzato e completo, sul mercato da oltre 20 anni ed ampiamente utilizzato in diversi campi industriali. Il software si basa sulla tecnologia agli elementi finiti ed è in grado di simulare un lungo elenco di processi reali. Nel caso in studio l’attenzione è focalizzata sul modulo per la simulazione del processo di colata a cera persa.

Figura 1 – processi simulabili con Procast

Per poter utilizzare al meglio il software è necessario avere delle conoscenze di metallurgia e del processo produttivo. Il tecnologo di processo può con l’ausilio del SW studiare le migliori condizioni affinché il processo di microfusione sia affidabile e robusto.

Il software consta dei seguenti ambienti:
– MESH
– CAST
– VISUAL

MESH è l’ambiente all’interno del quale il nostro oggetto, a partire dal modello CAD, viene scomposto in elementi minori (mesh) che il software usa per sapere i punti ove calcolare le equazioni di scambio termico e di solidificazione. La dimensione delle mesh è scelta dall’operatore in base a diversi fattori. Oltre all’oggetto del nostro studio, bisogna disegnare e “meshare” anche lo stampo all’interno del quale andremo a colare il metallo per poter simulare in maniera accurata il nostro processo.

CAST è l’ambiente dove inserire tutti i parametri di cui tener conto nel nostro processo: tipo di lega, tipo di stampo, temperature di processo, pressione di ingresso del metallo nello stampo, sezione di ingresso, scambio termico, fenomeni di irraggiamento, etc..

VISUAL è l’ambiente idoneo all’osservazione e alla misurazione dei risultati della simulazione e in base a ciò che si vuole analizzare e misurare si possono visualizzare grandezze fisiche differenti (range di temperature, frazione solida, vuoti, porosità, velocità di flusso, ecc..)

Con l’ausilio di Procast è molto semplice prevedere dove saranno i difetti sul particolare microfuso e quali sono le entità effettive di questi difetti.

Grazie al software possiamo sviscerare in poco tempo il difetto della porosità da ritiro.

Il problema della porosità da ritiro è strettamente correlato al concetto di solidificazione. La porosità da ritiro, infatti, viene a crearsi quando il metallo passa dallo stato liquido allo stato solido: il metallo subisce una contrazione volumetrica e nella zona del ritiro di volume possono affiorare in superficie le strutture dendritiche che si accrescono in fase di solidificazione della lega.

Figura 2 – diagramma Volume in funzione della temperatura

Le dendriti sono strutture ad albero che si formano durante la solidificazione delle leghe metalliche. Il metallo forma cristalli che si accrescono e solidificano nelle direzioni cristallografiche energeticamente più favorevoli. Con un raffreddamento rapido l’accrescimento delle dendriti è limitato. Mentre con un raffreddamento lento si ottengono delle dendriti di dimensioni maggiori, nei casi peggiori visibili a occhio nudo nella zona del ritiro volumetrico.

Figura 3 – Rappresentazione struttura di accrescimento dendritica in una lega

La contrazione volumetrica è intrinseca al processo di solidificazione e, quindi, la porosità da ritiro è una difettosità inevitabile nel processo di fusione.
La porosità da ritiro non può essere eliminata, ma può essere veicolata in punti strategici promuovendo la solidificazione direzionale.

Nella solidificazione di una lega metallica, l’ultimo volume a solidificare, ovvero quello che rimane “caldo” per più tempo, sarà quello che conterrà le porosità da ritiro.
Nella progettazione di un sistema di colata è fondamentale, quindi, lo studio dei fattori termodinamici che portano ad una solidificazione controllata: i canali di colata, gli alimentatori e le materozze vanno studiati e dimensionati in maniera tale da riuscire ad alimentare correttamente il pezzo da realizzare e allo stesso tempo “trattenere” il ritiro fuori dalle zone di interesse.

Per studiare la solidificazione degli oggetti microfusi è importante considerare il modulo di raffreddamento.
Il modulo di raffreddamento, o modulo termico, è dato da rapporto tra massa e superficie di un oggetto M=V/S. A parità di volume, se la superficie dell’oggetto è maggiore, il tempo di solidificazione diminuisce drasticamente. Il tempo di solidificazione è una funzione di M, e dipende anche dal tipo di materiale e dalla geometria dell’oggetto. Studiare il tempo di solidificazione è fondamentale per veicolare la direzione di solidificazione.

Prendiamo ad esempio un oggetto molto semplice, come può essere una fede.
Avendo una geometria circolare e simmetrica il punto in cui andremo a mettere l’alimentatore non ha importanza. Ha importanza, però, la sezione e la geometria di quest’ultimo. Di seguito sono riportati come esempio le simulazioni della solidificazione della stessa fede ma con tre alimentatori a sezione crescente.

Figura 4 – analisi solidificazione della fede nei tre casi studio

Come si può vedere nell’ultima immagine, l’alimentatore con sezione maggiore e rastremato verso la sezione di imbocco del metallo è quello che consente il corretto riempimento del getto e la solidificazione direzionale della fede.

A riprova della correttezza della progettazione dell’alimentatore 3 possiamo vedere, sempre dalla simulazione, la riduzione di porosità (in viola) nell’ultima immagine.

Figura 5 – porosità nelle fedi con alimentatore a sezione crescente

Prendiamo ora ad esempio un’altra geometria semplice di un anello, ma stavolta con sezione variabile.

Figura 6 – anello a sezione variabile

In questo caso, essendo la geometria non simmetrica, il punto in cui andremo ad alimentare l’anello è di fondamentale importanza. Di seguito vediamo nella fig 5 l’andamento della solidificazione a seconda del punto dove si è scelto di mettere l’alimentazione del getto.

Figura 7 – solidificazione dell’anello con alimentazione in punto A o in punto B

La solidificazione osservata nella figura precedente, conduce alla presenza di porosità nelle zone evidenziate nella figura 6.

Figura 8 – evidenza delle porosità da ritiro rilevate dopo simulazione anello con alimentazione in punto A o in punto B

I risultati possono essere verificati osservando i componenti fusi. E’ molto importante, nell’utilizzo dei software di simulazione, tarare l’affidabilità del software con il proprio processo di fusione.
Di seguito sono riportate le immagini delle superfici dell’anello analizzato e fuso con i due diversi posizionamenti dell’alimentatore:

Figura 9 – porosità visibile su anello grezzo di fusione. A sx anello con alimentazione A e a dx anello con alimentazione B

Figura 10 – evidenza di un poro macroscopico sulla superficie dell’anello con alimentazione B

Figura 11 – due fedi lucidate. In evidenza sulla destra porosità da ritiro su pezzo fuso con alimentazione B

Allo stesso modo prendendo in esame un oggetto di dimensioni maggiori, possiamo vedere che le stesse regole della solidificazione direzionale sono applicabili anche in questo caso.
La figura in esame è una “C” che potrebbe essere utilizzata per realizzare la metà di un bracciale.

Figura 12 – geometria a “C” per realizzazione bracciali

Nel primo esempio prendiamo in considerazione il pezzo con la stessa tipologia di alimentazione ma fuso con parametri diversi. In particolare si può notare la variazione di risposta al variare della temperatura, sia di stampo che di fusione.

Figura 13- solidificazione – a sx Tcil:Tc1 Tfus:Tf1 ; a dx Tcil:Tc2 Tfus:Tf2 (con Tc2>Tc1 e Tf2>Tf1)

Figura 14 – porosità – a sx Tcil:Tc1 Tfus:Tf1 ; a dx Tcil:Tc2 Tfus:Tf2 (con Tc2>Tc1 e Tf2>Tf1)

Come si può notare dalle immagini, al crescere della temperatura le dimensioni delle porosità decrescono. Questo avviene perché si da più tempo al metallo per solidificare in maniera direzionale. In questo caso, tuttavia, il solo variare dei parametri di processo non riesce a risolvere il problema alla radice.
È necessario, quindi, modificare l’alimentazione. Prendiamo in esame due tipologie di alimentazioni.

Figura 15 – alimentazione A – alimentazione B

Di seguito possiamo vedere la simulazione del processo di solidificazione in entrambi casi.

Figura 16 – solidificazione bracciale nel caso di alimentazione A (sx) o B (dx)

Analizzando la figura a sinistra si può notare che i sei raggi di alimentazione stanno solidificando prima che il bracciale sia esso stesso solidificato (come nell’esempio precedente), “chiudendo” le strade al metallo per continuare ad alimentare correttamente il pezzo. Nella figura a destra, invece, si nota come i quattro raggi vadano ad alimentare bene il pazzo consentendo una solidificazione direzionale verso il cuore del piantone.

Figura 17 – analisi delle porosità nei due casi di alimentazione A o B

La riprova dell’efficienza dell’alimentazione tipo B è data dall’analisi delle porosità.
In figura 16 si può notare come nel caso B il pezzo sia esente da porosità, mentre nel caso A si riscontrino sei nuclei di porosità da ritiro esattamente dove il metallo ha raffreddato per ultimo sul pezzo.

Le evidenze di queste simulazioni sono riportate nelle immagini seguenti.

 

Figura 18 – bracciali grezzi di fusione: a sx alimentazione A, a dx alimentazione B

Figura 19 – particolare che mostra porosità da ritiro già dal grezzo sul bracciale con alimentazione A

Figura 19 – a sx bracciale con alimentazione A a dx alimentazione B

L’analisi di queste geometrie semplici dimostra la validità della simulazione. Il software è in grado di prevedere con precisione quali saranno le zone affette da difetti e l’entità di questi ultimi.
La simulazione del processo di microfusione è uno strumento utile al tecnologo che non elimina del tutto il processo di “Trial and Error” ma lo limita all’ambiente virtuale della simulazione abbattendo i tempi e i costi dell’industrializzazione del prodotto.

Tabella 1 – vantaggi simulazione calcolati su casi reali di studio

Lo strumento fondamentale per l’utilizzo del software di simulazione di colata è la modellazione CAD 3D.
Come si è già detto, infatti, per poter simulare il processo di colata è indispensabile partire da un modello 3D, sia del sistema di colata che vogliamo simulare sia dello stampo all’interno del quale andremo a colare il metallo.
Quanto più è accurato il modello di partenza, tanto più saranno accurati i risultati della simulazione.
La modellazione CAD offre anche il vantaggio di poter disegnare e simulare in tempi rapidi diverse tipologie di alimentazioni e di sistemi di colata.
Simulando diverse alimentazioni potremmo stabilire la più idonea al nostro particolare.
Prevedendo la simulazione di colata all’inizio del processo di progettazione, sarebbe possibile individuare da subito eventuali errori di design e intervenire modificando la geometria del modello.
Laddove non è possibile modificare il design del pezzo, si dovrà forzatamente andare ad agire su altri parametri (alimentazioni, parametri di processo, etc..) 

Una volta capita l’importanza della simulazione sul singolo particolare, è possibile esplorare nuove possibilità per sistemi di colata complessi.
Simulare un intero albero di fusione consente, ad esempio, di analizzare il processo nel suo insieme e di ottimizzarlo.

Figura 20 -simulazione colata di un alberello

Concludendo l’introduzione di questa tecnologia nella filiera della creazione orafa è senza dubbio di aiuto alla transizione verso una produzione più performante e mette il “turbo” alle aziende che vogliono impiegare forze e mezzi per implementarla nei loro processi produttivi.

Per poter sfruttare al meglio questa tecnologia occorrono mezzi e studio, tuttavia i vantaggi risultanti dal suo utilizzo (il risparmio di tempo, mezzi e l’efficacia dei risultati ottenuti) abbattono tutte le incertezze. Nel tempo questo diventerà l’unico modo di procedere per industrializzare un manufatto orafo, così come già avviene in tutti gli altri settori di produzione.


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Diamante sintetico: un problema commerciale per il futuro?

Diamante sintetico: un problema commerciale per il futuro?

una relazione di Antonello Donini

Stiamo parlando di DIAMANTE SINTETICO.
Carbonio (C)  cristallizzato nel sistema cubico disposto nel reticolo secondo la configurazione spaziale tetraedrica.
Come accade nel diamante naturale tale configurazione conferisce a  questo materiale proprietà che lo rendono unico nel suo genere.

Non parliamo quindi di una imitazione ma di vero e proprio diamante prodotto con metodi artificiali di sintesi fatti dall’uomo e non dalla natura.

I primi tentativi di  realizzare in laboratorio l’esatta controparte sintetica del diamante sono databili intorno alla fine del 19° secolo, ma  il primo successo storicamente documentato risale alla prima metà degli anni ’50 del 20° secolo, quando i ricercatori dell’americana General Electric hanno sintetizzato i primi piccoli cristalli di diamante.

Sempre la General Electric, circa 20 anni dopo, ha realizzato i primi diamanti sintetici aventi dimensioni sufficienti per poter avere un utilizzo come gemma, seguita negli  anni ’80 dalla giapponese Sumitomo, dalla De Beers e verso l’inizio degli anni ’90, da laboratori  russi.

Metodi di sintesi

Metodo di produzione HPHT

Il metodo si basa sulle condizioni che hanno permesso in natura la formazione del diamante ovvero alte pressioni ed alte temperature.

All’interno delle celle di reazione contenenti  cristalli-seme, una lega/soluzione metallica (ad esempio nickel e ferro) che funge da fondente/catalizzatore, il nutriente (solitamente grafite) viene esposto a condizioni di alte pressioni ed alte temperature (tra 1400 e 1600°C e tra 50 e 60 kbar) grazie a elementi riscaldanti e presse.
Il carbonio si dissolve nel fondente e si deposita quindi sui cristalli seme posti solitamente in una zona della cella con temperatura inferiore sotto forma di diamante.

Metodo HPHT  BARS

Metodo HPHT  TOROID

Metodo HPHT  CUBOID

Una importante problematica da affrontare per questo metodo di sintesi è quello di tenere lontana la presenza di azoto responsabile di una colorazione verde giallo alla bruna dei cristalli sintetizzati.
L’utilizzo di nuove leghe metalliche utilizzate come fondenti, con l’aggiunta di particolari elementi (come alluminio, cobalto o rame) che permettono di fissare l’azoto facendo in modo che non rientri nel reticolo del diamante.

Si ottengono così diamanti incolori (tipo Iia) o con lieve colorazione  bluastra per la presenza di lievissime quantità di boro (tipo IIb).

DIAMANTE SINTETICO CVD

Ha il grosso vantaggio di avvenire a basse pressioni, nell’ordine di 10-200 torr.

Nella camera viene creato un plasma che rompe la molecola di metano o altro gas contenente C.

Il carbonio si va quindi poi a depositare sotto forma di diamante su un substrato solitamente costituito da sottili semi di diamante.

Elementi utili alla identificazione

I diamanti sintetici incolori CVD sono in generale del tipo IIa ovvero composti da solo carbonio.

Per eliminare una possibile componente bruna presente nei diamanti cristallizzati con questo metodo dovuta a dislocazioni, vengono sottoposti a un post trattamento HPHT in grado di eliminarla.

Al microscopio i diamanti sintetici HPHT mostrano spesso caratteristiche figure di crescita, correlate ai settori di crescita cubici e ottaedrici.

È possibile rilevarle in corrispondenza di zonature di diversa fluorescenza o nella distribuzione del colore all’interno della pietra che segue questi settori di crescita.
Le inclusioni  caratteristiche, ma non sempre presenti, sono residui di fondente che si presentano come inclusioni nere e opache con lustro metallico.

Zonature di colore e linee di struttura in diamante sintetico  HPHT che seguono i settori di crescita

Le inclusioni  caratteristiche, ma non sempre presenti, sono residui di fondente che si presentano come inclusioni nere e opache con lustro metallico o estesi gruppi di inclusioni puntiformi (probabilmente minute particelle di fondente disperso).

Inclusioni di fondente metallico  in diamanti sintetici incolori HPHT

Esempi di inclusioni in diamante sintetico HPHT

I diamanti sintetici CVD potrebbero avere minute inclusioni scure (residui carboniosi) con aloni di tensione probabilmente generati da un post trattamento termico utilizzato per migliorare il colore delle gemme.

Esempi di inclusioni in diamanti cvd

Molti diamanti sintetici HPHT mostrano una caratteristica fluorescenza da gialla a verde giallastra agli UVL (365 nm) e agli UVC (254 nm).

Le impurità che vengono assorbite nella struttura del diamante sintetico durante la sua crescita tendono a concentrarsi ciascuna in determinati settori di crescita, ciò origina caratteristiche figure di fluorescenza, a forma di croce o ottagonali, mai viste in diamanti naturali.

Spesso, a differenza di quanto accade nei naturali, la reazione è più intensa all’onda corta che a quella lunga.

I diamanti naturali generalmente mostrano una fluorescenza più o meno marcata di colore blu (più raramente gialla e, meno comunemente ancora, verde o rosa), abbastanza uniforme e, comunque,  più marcata all’onda lunga che all’onda corta.

Effetti di luminescenza che seguono le direzioni di crescita cubo-ottaedriche in un diamante

La presenza di fosforescenza solitamente persistente (rarissima in natura e atipica nelle pietre incolori) è un buon segno identificativo.
Sono infatti i diamanti di tipo IIb estremamente rari in natura (contenenti boro) che presentano questo effetto solitamente di breve durata.

Una caratteristica particolare dei diamanti prodotti con il metodo HPHT è quello di mostrare poche o lievi birifrangenze anomale al contrario dei diamanti naturali. Nei sintetici CVD le birifrangenze anomale sono generalmente simili a quelle dei diamanti di tipo IIa naturali ovvero con una specie  di graticcio, spesso orientato secondo la direzione di deposizione dei cristalli.

Esistono però cristalli sintetici CVD di qualità “ottica” (QUINDI OTTICAMENTE PERFETTI ED OMOGENEI) privi di birifrangenze anomale.

Birifrangenze anomale in diamante sintetico HPHT. Quando presenti assumono la forma di una croce

Birifrangenze anomale in diamante sintetico CVD

Identificazione certa solo attraverso tecniche analitiche avanzate

La spettrofotometria IR (infrarosso) è un ottimo aiuto per riconoscere la tipologia del diamante ovvero per verificare la presenza o assenza di tracce di alcuni elementi fondamentali. SI hanno così potenziali informazioni per isolare tipologie di diamante che potrebbero essere compatibili con una produzione sintetica.

I Diamanti sintetici incolori sono di tipo IIa (azoto presente in quantità talmente piccola da non poter essere rilevato strumentalmente con IR), mentre quelli blu, come i loro analoghi naturali, sono di tipo IIb (presenza di boro). La presenza del tipo IIb ovvero di tracce di boro è riscontrabile spesso in moltissimi diamanti sintetici incolori. Sono stati anche visti in commercio diamanti sintetici di colore rosa dovuto ad un post trattamento per irraggiamento e successivo riscaldamento a bassa temperatura. E’ bene ricordare che le prime produzioni, proprio per la presenza di azoto prevedevano colorazioni nel giallo con diverse sfumature di bruno o bruno verdastro. Alcuni diamanti di questo tipo trattati per irraggiamento hanno assunto un vivacissimo colore rosso.

Allo spettrofotomentro UV-VIS-NIR la componente Ib presente nei diamanti sintetici giallo verdi genera un assorbimento a partire dai 500 nm verso l’ultravioletto.
Molti diamanti mostrano, una serie di assorbimenti tra 470 nm e 700 nm, dei quali il più evidente è a  658 nm. Questi picchi sono dovuti alla presenza di nickel all’interno della struttura cristallina presente nel catalizzatore.
I diamanti incolori sintetici di tipo IIa sono trasparenti sino a 270 nm.

Presenza di elementi come nickel, ferro, alluminio, cobalto, rame o gli altri metalli impiegati nella crescita, possono essere identificati mediante un’analisi chimica con fluorescenza ai raggi X (EDXRF).

Attraverso la Fotoluminescenza è possibile rilevare centri di colore diagnostici grazie alle tracce di impurità presenti   quindi riconoscere la natura sintetica.

La osservazione degli effetti di luminescenza ad uv molto corti può essere molto utile per riconoscere i diamanti sintetici.  

Quadro della situazione commerciale

I produttori di diamanti sintetico sostengono che:

I diamanti prodotti artificialmente in laboratorio hanno essenzialmente la stessa composizione chimica, struttura cristallina, proprietà ottiche e fisiche dei diamanti estratti dalle miniere: sono quindi diamanti al 100%. L’unica differenza tra i diamanti sintetici e quelli estratti è che uno è stato creato all’interno ed estratto dalla Terra e l’altro è stato creato in un laboratorio all’avanguardia.

Sono numerosi i produttori che sintetizzano diamante soprattutto per scopi industriali.

In gioielleria la dimensione delle gemme sfaccettate ha raggiunto dimensioni decisamente importanti: sono state viste gemme di oltre 10 ct. Ma la maggiore diffusione di questo prodotto si ha su gemme fino ad un max di 2,00 ct e nei lotti melèe (da meno di un punto fino a 0,25 ct).

Costante crescita e diffusione nel settore orafo dell’utilizzo di questo materiale gemmologico, trascinato dall’intensivo e sempre maggiore impiego industriale di questo materiale.
Ampiamente utilizzato negli strumenti come superabrasivi, mole, utensili da taglio, strumenti di perforazione e lucidatura, prodotti dell’industria automobilistica, medica, aerospaziale ed elettronica.

Per i costi di manifattura e per importanza di mercato fanno la parte del leone i paesi asiatici, seguiti dal nord America.

Commercialmente stanno avendo un forte spunto e diffusione soprattutto negli USA e in Giappone.

A fornire un forte discapito per chi tratta il naturale, la FTC statunitense (Federal Trade Commission, organo legislativo commerciale) ha permesso che queste sintesi potessero essere chiamate come “grown diamonds”.
Ha inoltre stabilito che il “diamante sintetico” è da considerarsi come vero e proprio “diamante” permettendo ai produttori di sintetici di commercializzare i loro prodotti come «reali» / «veri» (real diamonds).

Il resto del mondo e le norme ISO internazionali prevedono che questo materiale gemmologico debba essere chiamato, ai fini della chiarezza nei confronti del consumatore solo come  “diamante sintetico” al pari di qualsiasi altra sintesi.
Nessuna altra definizione o semplificazione è ammessa.
ISO 18323:2015

Il costo di questo materiale è attualmente inferiore al naturale di circa il 30-40% ma sono previste ulteriori diminuzioni dovute ad una sempre maggiore diffusione e alla riduzione dei costi di produzione.

I diamanti sintetici rappresentano attualmente circa Il 2% del mercato globale.
Ci si aspetta che entro il 2030 tale quota possa salire al 10%.
Per pietre con peso attorno al 0,50-1,50 ct, adatte ad un impiego come solitario ovvero per un anello da fidanzamento la quota del 7,5% potrebbero essere raggiunta già nel 2020.

Per il «melèe» si potrebbe arrivare ad una quota del 15% nei prossimi due anni.

La diffusione di questo materiale nel melèe potrebbe essere intensificata da una progressiva  scarsità di diamanti estratti in natura in quanto è attesa la chiusura della miniera di Argyle (ormai quasi esausta) che attualmente fornisce la maggior parte dei diamanti piccoli del mondo.

Difficile quindi fare oggi delle previsioni su quale sarà il reale impatto di questo materiale sul mercato dei preziosi.

Le nuove generazioni sembrano, dagli studi di marketing, positivamente favorevoli all’utilizzo di questo nuovo materiale in ornamentazione.

Il diamante sta perdendo quel fascino di pietra simbolo di rarità e amore eterno per raggiungere sempre più lo status di gemma a larga diffusione.
I consumatori iniziano  a percepire i diamanti sintetici come allettanti: è possibile avere gemme più grandi a prezzi più bassi e, soprattutto, fare un investimento «privo di sensi di colpa».
È attiva una importante operazione mediatica per pubblicizzare queste gemme come maggiormente “etiche” rispetto le naturali.
I giovani, essendo giustamente orientati all’ambiente e al non sfruttamento di risorse naturali e soprattutto umane, mostrano maggiore interesse per questo tipo di gemme, rispetto le generazioni precedenti coinvolte maggiormente sulla unicità e rarità del singolo gioiello.

Grossi nomi dello spettacolo e del mondo web come Di Caprio, Lady Gaga, Penelope Cruz o i possessori di Facebook, Twitter e eBay hanno pubblicizzato o persino finanziato strutture per la produzione di diamanti sintetici, credendo nel loro futuro.
La Diamond Foundry uno degli ultimi produttori statunitensi comparsi sul mercato ha dichiarato di essere attualmente l’unico produttore di diamanti certificato “carbon neutral”, in quanto i suoi diamanti sono fabbricati in un reattore al plasma ad energia idroelettrica.
Sostiene inoltre che: “l’estrazione mineraria ha un impatto ambientale maggiore rispetto a qualsiasi altra attività umana. Per un singolo carato di diamante, devono essere scavate circa 250 tonnellate di terra, e vengono rilasciati notevoli quantità di inquinamento atmosferico con l’emissione pesante di anidride carbonica”.

De Beers attraverso il marchio LIGHTBOX ha iniziato la commercializzazione on-line di linee di gioielleria con diamanti sintetici incolori, azzurri e rosa ad un costo molto basso cercando di accaparrarsi una importante fetta di mercato mondiale. (1.00 ct 800,00 US$ – 0.50 ct 400.00 US$ – 0.25 ct 250.00 US$).

Dagli studi più del 60% degli intervistati sarebbero disposti, interessati all’acquisto di un diamante sintetico su un anello di fidanzamento, per il costo inferiore del materiale permettendo così di avere gemme di dimensione maggiore ad un costo inferiore.

I consumatori con disponibilità economica solitamente più legati al fascino, al mistico all’unico  e all’irripetibile…sembrano invece mostrare molto interesse per questo materiale.

I produttori di diamanti sintetici sono stati in grado di interessare i cosiddetti «millennials» promuovendo il Lab Grown Diamond  come high-tech, innovativo e pulito.

In tutti gli aspetti della loro vita cercano marchi, aziende e prodotti che ritengono trasparenti, socialmente e rispettosi dell’ambiente.

Il consumatore non crede ormai più nel valore dei diamanti o del gioiello in generale.

Ci sono infatti stati nel tempo diversi fattori che hanno diffuso sfiducia nel settore.

  • Operatori commerciali poco trasparenti
  • Scarsa conoscenza dei materiali e del mercato da parte degli operatori
  • Scarsa resa dei diamanti da investimento
  • Poche certezze

Occorre però tener conto che: un diamante naturale anche se di brutta qualità avrà sempre un possibile acquirente.
Non esiste invece un mercato secondario per i diamanti sintetici, soprattutto perché i commercianti di diamanti attuali tendenzialmente non li trattano.
Il «buon affare», il risparmio che si può avere acquistando un diamante sintetico, sfuma quando si pensa al fatto che sarà impossibile rivenderlo.

Al momento il quadro è decisamente confuso, poco chiaro. Gli operatori del mondo, dati gli interessi economici che ruotano attorno al materiale naturale, sono decisamente preoccupati e spaventati dalla improvvisa diffusione e dal numero delle operazioni mediatiche che stanno ruotando attorno al diamante sintetico.

Ma se guardiamo al passato quello che sta accadendo ora è stato promosso nello stesso ed identico modo in passato quando DeBeers all’inizio del secolo scorso attraverso operazioni mediatiche mirate e personaggi dello spettacolo (pensiamo a Marylin Monroe e alla frasi «i diamanti sono i migliori amici delle ragazze» e «li diamante è per sempre») ha diffuso l’uso del diamante in gioielleria in modo che potesse diventare per tutti «simbolo di vero amore eterno».

Quindi difficile dare una risposta al quesito iniziale anzi, possiamo aggiungere ora un altro quesito: “il diamante sintetico potrebbe essere una opportunità?”


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Lab-grown diamond: is it a commercial problem for the future?

Lab-grown diamond: is it a commercial problem for the future?

a speech by Antonello Donini

We are talking about

SYNTHETIC DIAMOND

Crystalized carbon (C) in the cubic system and arranged tetrahedrally within the grid.

As with natural diamond, this configuration gives the material properties that make it unique. 

Therefore, we are not speaking of an imitation but of an authentic diamond produced by artificial synthesis methods made by man rather than by nature.

Initial attempts to produce the exact synthetic counterpart of diamond in the laboratory date back to the late 19th century, although the first historical success was recorded in the early 1950s when researchers at the American company, General Electric, synthetized the first small diamond crystals.

About 20 years later, General Electric was also the first to create synthetic diamonds large enough to be used as gems. This success was followed by the Japanese company, Sumitomo, and De Beers in the 1980s and by Russian laboratories in the ‘90s. 

Synthesis methods

The HPHT production method

This method is based on the conditions that led to diamond formation in nature, i.e. high pressure and high temperature.

Crystal seeds, a metal alloy/solution (e.g. nickel and iron), which acts as an amalgamate/catalyst, and the nutrient (usually graphite) are placed inside the reaction cell and exposed to high pressure and high temperatures (between 1400 and 1600° C and between 50 and 60 kbars) using heating elements and presses.
The carbon dissolves into the amalgamate and then deposits on the crystal seeds in diamond form, usually in a part of the cell where the temperature is lower.

HPHT method  BARS

HPHT method  TOROID

HPHT method  CUBOID

An important problem to face in this synthesis method is keeping any nitrogen responsible for the yellow-green to brown colouring of the synthetized crystals at bay.
Using new metal alloys as amalgamates, with the addition of particular elements (such as aluminium, cobalt or copper) fixes the nitrogen so that it cannot go back into the diamond grid.
Colourless diamonds (like lla diamonds) or those with a slightly bluish colour due to a very slight quantity of boron (type Ilb), are thus obtained.

CVD SYNTHETIC DIAMONDS

This method has the advantage of taking place at low pressures of about 10-200 torr.
A plasma is created in the chamber that breaks the molecule of the methane or other carbon-containing gas.
The carbon is then deposited in diamond form on a substrate usually made of tiny diamond seeds.

Useful identification elements

Colourless, CVD synthetic diamonds are generally of the Ila type, i.e. purely carbon.

In order to eliminate any possible brown components in crystalized diamonds that may occur with this method due to dislocations, the stones are subsequently subjected to an HPHT treatment which can eliminate them. 

Under the microscope, synthetic HPHT diamonds often show characteristic growth shapes, correlated to sectors of cubic and octahedral growth.

This growth can be found in zonings of various fluorescence or in the colour distribution within the stone that follows these growth sectors.
Characteristic inclusions, not always present, are amalgamate residues  that look like black and opaque inclusions with a metallic shine.

Colour zoning and structure lines in HPHT synthetic diamonds that follow the growth sectors

Characteristic inclusions, not always present, are amalgamate residues that look like black and opaque inclusions with a metallic shine or large groups of punctiform inclusions (probably minute particles of dispersed amalgamate).

Metal amalgamate inclusions in colourless HPHT synthetic diamonds

Examples of inclusions in HPHT synthetic diamonds

CVD synthetic diamonds can have minute, dark inclusions (carbon residues) with tension streaks probably generated by subsequent heat treatment used to improve the colour of the gems.

Examples of inclusions in CVD diamonds

Many HPHT synthetic diamonds have a typical fluorescence that ranges from yellow to a yellowish green under UVL (365 nm) and UVC (254 nm).

The impurities that are absorbed in the synthetic diamond structure during its growth tend to concentrate in particular growth sectors, that is, they generate characteristic cross-shaped or octagonal fluorescence shape, that are not found in natural diamonds.

Unlike natural diamonds, the reaction is more intense at short wave than long wave.

Natural diamonds generally show a variable degree of quite uniform blue fluorescence (yellow is much rarer and green or pink even more so) which is, in any case, more noticeable at long wave than at short wave.  

Luminescence effects that follow cubo-octahedral growth directions in a diamond

The usually persistent presence of phosphorescence (extremely rare in nature and atypical in colourless stones) is a good identification sign.
In fact, llb-type diamonds are extremely rare in nature (containing boron) which only usually have this effect for a short time.

A particular characteristic of diamonds produced with the HPHT method is that they have few or only slight abnormal birefringencies, unlike natural diamonds. In CVD synthetic diamonds, abnormal birefringencies are generally similar to those in natural, lla-type diamonds, that is, they have a kind of trellis, often going in the same direction as the crystal deposit. 

There are, however, CVD synthetic crystals with an «optic» quality (THEREFORE OPTICALLY PERFECT AND HOMOGENOUS) with no abnormal birefringencies.

Abnormal birefringencies in HPHT synthetic diamond. When present, they are cross-shaped

Abnormal birefringencies in CVD synthetic diamond

Definite identification is only possible with advanced analytical techniques

Infra-red spectrophotometry is ideal for helping to recognize the type of diamond, or rather, to check for the presence or absence of traces of some fundamental elements. IRS thus has the potential information for isolating diamond types that could be compatible with synthetic production.

Colourless synthetic diamonds are type lla (nitrogen in such small quantities that it cannot be detected instrumentally with IR), while blue diamonds, like their natural counterparts, are type llb (presence of boron). Type llb, or rather, traces of boron, can often be found in many colourless synthetic diamonds. Pink synthetic diamonds have also been seen on the market due to a subsequent irradiation treatment and heating at low temperatures. It should be remembered that, due to the presence of nitrogen, the initial productions foresaw yellow colouring in various shades of brown or greenish-brown. Some diamonds of this type, treated with irradiation, have been known to become a very bright red.

In UV-VIS-NIR spectrophotometry, the lb component in yellow-green synthetic diamonds generates an absorption that starts at 500 nm and goes towards ultraviolet.
Many diamonds show a series of absorptions, between 470 nm and 700 nm, with a more evident absorption at 658 nm. These peaks are due to the presence of nickel within the crystalline structure in the catalyst.
lla-type colourless synthetic diamonds are transparent up to 270 nm.

The presence of elements like nickel, iron, aluminium, cobalt, copper or other metals used in the growth, can be identified through chemical analysis with X-ray fluorescence (EDXRF).

Centres of diagnostic colour can be detected through photoluminescence due to traces of impurities. In this way the synthetic nature can be recognized.

Observing the effects of luminescence under extremely short uv can be very useful in recognizing synthetic diamonds.    

Overview of the market situation

Synthetic diamond producers claim that:

Lab-grown diamonds essentially have the same chemical composition, crystalline structure, optical and physical properties as diamonds extracted from mines: they are, therefore, 100% diamonds. The only difference between synthetic and mined diamonds is that one was created within the Earth and extracted while the other was created in a cutting-edge laboratory.

Numerous producers synthetize diamond above all for industrial purposes.

In jewellery, the size of multi-faceted gems has reached decidedly significant dimensions: gems of over 10 ct have been seen.
But the greatest distribution of this product is with gems up to a maximum of 2.00 ct and in melee lots (from less than a dot to up to 0.25 ct).

Constant growth and distribution of this gemmological material in the jewellery sector is towed by its intensive and ever-greater use in industry.
It is widely used in instruments such as super sanders, grinding wheels, cutting tools, tools for drilling and polishing, products used in the automobile, medical, aerospace and electronic industries.

Due to their manufacturing costs and market importance, synthetic diamonds play a leading role in Asian countries, followed by North America.

Commercially-speaking, they are receiving considerable success and distribution in the USA and Japan.

As a detrimental measure against those dealing in the natural stone, the American FTC (Federal Trade Commission, the legislative trade authority) has allowed these synthetic stones to be called “grown diamonds”.
It has also established that «synthetic diamond» is to be considered as real «diamond», thus allowing the synthetic stone producers to market their products as «real» / «true» diamonds.

The rest of the world and the international ISO standards foresee that, for the purposes of clarity and the consumers’ benefit, this gemmological material should only be called  “synthetic diamond” the same as any other type of synthetic product. 
No other definition or simplification is allowed.
ISO 18323:2015

The cost of this material is currently 30-40% lower than natural stone but further reductions are foreseen due to its ever-greater distribution and a reduction in production costs.

Synthetic diamonds currently represent about 2% of the global market.
It is expected that, by 2030, this share will have risen to 10%.
For stones that weigh around 0.50-1.50 ct, suitable to be used as solitaires, that is, for engagement rings, a 7.5% share could already be reached in 2020.

The share could reach 15% in the next two years for «melee».

The distribution of this material in melee could be intensified by a progressive scarcity of diamonds extracted from mines, since the Argyle mine, which currently supplies the majority of the world’s small diamonds, is soon to be closed (almost totally exhausted).

It is therefore difficult at this moment in time to predict exactly how this material will affect the jewellery market.

From marketing studies, it would seem that new generations are positively in favour of using this new material in personal ornamentation.

The diamond is losing its appeal as a symbol of rarity and eternal love and is becoming a highly common gem.
Consumers are beginning to see synthetic diamonds as desirable: they can have much larger gems at lower prices and, above all, make an investment «without feeling guilty».
Considerable media campaigns to publicize these gems as much more ‘ethical’ than their natural counterparts, are underway. 
The younger generations, rightly oriented towards the environment and the non-exploitation of natural and, above all, human resources, are showing greater interest in this type of gem compared to past generations, who were more greatly concerned about the uniqueness and rarity of each jewellery item.

Big names from the entertainment and web worlds, such as Di Caprio, Lady Gaga, Penelope Cruz or the owners of Facebook, Twitter and eBay, have publicized or even financed synthetic diamond production facilities, believing in their future.
The Diamond Foundry, one of the latest US producers to appear on the market, has declared itself as the only producer currently supplying certified «carbon neutral» diamonds, since its stones are made in a hydroelectrically-powered plasma reactor.
The company claims that: “mine extraction has a greater impact on the environment than any other human activity. For every single carat of diamond mined, about 250 tons of earth must be excavated and this releases a considerable amount of atmospheric pollution with heavy carbon dioxide emissions.”

Through its LIGHTBOX brand, De Beers has started the on-line sale of a line of colourless, blue and pink synthetic diamond jewellery at a much lower cost, trying to secure a significant share of the global market (1.00 ct 800.00 US$ – 0.50 ct 400.00 US$ – 0.25 ct 250.00 US$).

More than 60% of those interviewed in studies would be willing to buy, or interested in buying, a synthetic diamond for an engagement ring due to the lower cost of the material which would allow them to have a larger stone at a lower cost.

Consumers with financial resources, traditionally more bound to the charm and mysticism of the unique and unrepeatable … now seem to be showing a lot of interest in this material.

Synthetic diamond producers have been able to arouse the interest of the so-called «millennials» by promoting Lab Grown Diamonds as high-tech, innovative and clean.

In every aspect of their lives, Millennials look for brands, companies and products that they believe to be transparent, social and respectful of the environment.

Nowadays, consumers no longer believe in the value of diamonds or of jewellery in general.
In fact, several factors have spread mistrust in the sector over the years.

  • Traders that lack transparency
  • Traders with a poor knowledge of the materials and market
  • Poor investment yield on diamonds
  • Few certainties

We must, however, bear in mind that: a natural diamond, even if poor in quality, will always have a potential buyer.
There is, on the other hand, no secondary market for synthetic diamonds, especially since diamond traders currently tend not to deal in them.
The «good bargain» aspect, or rather, the savings made on buying a synthetic diamond, becomes less tangible when you consider the fact that it will not be possible to re-sell it.

At the moment, the outlook is decidedly confusing and unclear.
World traders, given the economic interest that rotates around the natural material, are decidedly concerned and scared about the sudden distribution and by the number of media campaigns that feature synthetic diamond.

But, if we look at the past what is happening now was promoted in exactly the same way before when, at the beginning of the last century, DeBeers, through targeted media campaigns and movie stars (we could mention Marylin Monroe and phrases like «diamonds are a girl’s best friend» and «diamonds are forever»), disseminated the use of diamonds in jewellery so that they could become a «symbol of true and eternal love» for everyone.

It is therefore hard to answer the initial question but perhaps we could now pose another: “could synthetic diamond be an opportunity?”


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Lo scenario macroeconomico per il settore orafo

Lo scenario macroeconomico per il settore orafo

una relazione di Stefania Trenti

Il settore orafo italiano nel 2019

Fatturato e produzione positivi anche nel 2019

  • Secondo i dati ISTAT la produzione del settore gioielleria e bigiotteria ha registrato nei primi 10 mesi del 2019 una nuova forte crescita: +19,5%, per il terzo anno consecutivo. 
  • In forte aumento anche il fatturato: +11,4% tra gennaio e ottobre 2019. Il fatturato è in crescita per il decimo anno consecutivo.

 

Evoluzione del fatturato e della produzione del settore orafo (var.%)

Settore orafo: codice ATECO 32.1
*2018: gennaio – novembre
Fonte: Intesa Sanpaolo, elaborazioni su dati Istat

Prezzo dell’oro in crescita…

A partire dal mese di maggio la forte incertezza nello scenario globale ha comportato una significativa crescita del prezzo dell’oro che ha superato rapidamente i 1500 dollari oncia tra agosto e settembre per poi posizionarsi su livelli superiori alla media del 2018.
Nella media del 2019 il prezzo dell’oro è aumentato del 15,9% in euro e del 9,7% in dollari.

Quotazioni mensili dell’oro

Fonte: elab. Intesa Sanpaolo su dati LME

…con effetti negativi sulla domanda mondiale

La domanda mondiale di gioielli in oro ha reagito rapidamente al nuovo quadro dei prezzi, registrando una significativa contrazione nel terzo trimestre (-15,6%), in particolare sui due principali mercati (Cina e India) ed in Medio Oriente.

Domanda mondiale di gioielli in oro: var.% tendenziali (tonnellate)

Domanda mondiale di gioielli in oro: var.% tendenziali per paese

Fonte: Intesa Sanpaolo su dati World Gold Council – Gold Demand Trends

Ottime performance per l’export italiano…

Nei primi nove mesi del 2019, le esportazioni di gioielli in oro sono cresciute del 12,1% in quantità e dell’8,8% in valore in euro.

Evoluzione delle esportazioni di gioielli in oro (var.% tendenziale)

* Codici HS 711319 per oro e altri preziosi Fonte: Intesa Sanpaolo, elaborazioni su dati Istat

…con risultati positivi diffusi a (quasi) tutti i mercati…

Evoluzione delle esportazioni italiane di gioielli in oro (var.% tendenziale)

* Codici HS 711319 per oro e altri preziosi Fonte: Intesa Sanpaolo, elaborazioni su dati Istat

 

…e i distretti

Le esportazioni provinciali sono disponibili solo a livello più aggregato (inclusa la bigiotteria) e solo in valore (e non in quantità).
Tutti i territori hanno registrato una evoluzione positiva, con risultati più brillanti per Arezzo.

Esportazioni italiane di gioielli e bigiotteria* nel 2019 (var.%)

*Codice 32.1 Fonte: elab. su dati ISTAT

 

Il successo del lusso traina Svizzera, Francia e Italia

Quote sulle esportazioni mondiali di gioielli in oro* (%)
N.B. Al netto dei flussi verso e dagli Emirati Arabi Uniti e tra Cina e Hong Kong
*Codice 711319 Fonte: elab. su dati UNCTAD Comtrade

 

Ottimi risultati negli USA

Quote sulle importazioni USA di gioielli in oro* (%)
*Codice 711319 Fonte: elab. su dati US Trade

Le prospettive per i prossimi mesi

Commercio mondiale in ripresa, ma trend di crescita modesto

Le variazioni sono calcolate sull’indice mensile di commercio mondiale CPB. L’area ombreggiata indica le proiezioni. Fonte: elaborazioni Intesa Sanpaolo

Le previsioni al 2021

  • Lieve ripresa nel primo semestre 2020 ma dato annuo inferiore al 2019 a causa di un effetto trascinamento penalizzante.
  • Attesa una leggera accelerazione (dei dati annui) nel 2021, anche grazie agli accordi sul commercio.

Le previsioni di crescita del PIL

Fonte: Refinitiv-Datastream ed elaborazioni Intesa Sanpaolo

Dall’Asia i primi segni di stabilizzazione del ciclo

L’indice anticipatore OCSE per la Cina conferma la svolta

Fonte: OECD

PMI manifatturiero Globale beneficia della ripresa dei Paesi emergenti

Fonte: IHS Markit

Ciclo USA: rallentamento controllato 

Crescita verso il potenziale

Fonte: Refinitiv-Datastream

Manifatturiero in via di stabilizzazione

Fonte: Refinitiv-Datastream

I consumatori sono ottimisti

Crescita dei consumi sostenuta da una dinamica solida del reddito disponibile

Fonte: Refinitiv Datastream

Le famiglie sono molto ottimiste

Fonte: Refinitiv Datastream

Il mercato del lavoro è la forza trainante dei consumi: disoccupazione sui minimi dal 1969

Il tasso di disoccupazione è sui minimi da fine 1969…

Fonte: Refinitiv Datastream

…con la dinamica salariale in accelerazione

Fonte: Refinitiv Datastream

I bilanci delle famiglie sono finalmente in ordine

Ricchezza netta in continuo aumento e tasso di risparmio sui livelli degli anni ‘90

Fonte: Refinitiv Datastream

Le famiglie hanno ridotto il loro debito, le imprese e il settore pubblico no

Fonte: Refinitiv Datastream

Area euro: domanda interna sostenuta da redditi reali e politiche fiscali

Crescita salariale e occupazione sostengono redditi e consumi

Fonte: Eurostat e proiezioni Intesa Sanpaolo

Saldo primario corretto per il ciclo: i budget 2020 mostrano un modesto allentamento (0,3% a livello di Eurozona)

Fonte: Commissione Europea

 

Domanda estera più favorevole nel 2020

Per l’area euro la domanda estera dovrebbe riprendersi parzialmente nei prossimi trimestri

Fonte: stime Intesa Sanpaolo e Oxford Economics

Italia: crescita ancora modesta

  • Per il 2020 ci aspettiamo una lieve accelerazione a 0,3% (0,4% non corretto per i giorni lavorativi), dallo 0,2% del 2019.
  • Attesa una crescita dello 0,5% nel 2021.

Il PIL è cresciuto negli ultimi trimestri nonostante una contrazione dell’attività industriale

Fonte: Refinitiv-Datastream, Istat ed elaborazioni Intesa Sanpaolo

Legge di bilancio: risorse destinate al blocco dell’IVA

Le modifiche dell’ultim’ora hanno visto un alleggerimento e un rinvio a luglio della plastic tax, uno slittamento a ottobre della sugar tax e un sostanziale azzeramento della stretta sulle auto aziendali. La manovra è salita a 32 miliardi.

Interventi (impatto in miliardi sul 2020)

Coperture (impatto in miliardi sul 2020)

Nota: effetto sull’indebitamento netto in miliardi
Fonte: elaborazioni Intesa Sanpaolo su DPB 2020

Tenuta dei consumi grazie ad una buona dinamica del reddito disponibile

Contributi alla crescita delle varie componenti del PIL

Fonte: Refinitiv-Datastream, Istat ed elaborazioni Intesa Sanpaolo

Un ritorno alla crescita è possibile nel medio termine

Il calo dei tassi di interesse comporta, oltre a risparmi per lo Stato, anche una spinta alla crescita del PIL

La ri-accelerazione degli aggregati monetari (la cui svolta ha sempre anticipato quella del ciclo) fa sperare in un ritorno alla rescita del PIL nel medio termine

Nota: effetti cumulati di un calo di 100 punti-base dei rendimenti sui titoli di Stato a medio e lungo termine (circa in linea con quello registrato negli ultimi 6 mesi) sul PIL (deviazioni % rispetto al baseline) e sulla spesa per interessi della PA (in % del PIL).

Fonte: Banca d’Italia, MEF, elaborazioni Intesa Sanpaolo

Prezzo dei preziosi  

L’incertezza geopolitica dovrebbe continuare anche nel 2020 a sostenere il prezzo dell’oro che nelle nostre attese dovrebbe proseguire il percorso di consolidamento, rimanendo nella media del 2020 intorno ai 1500$/oncia troy, con potenziali rischi al rialzo derivanti dall’ampia liquidità sui mercati e da politiche monetarie espansive in tutte le aree.

Prezzo dell’oro ($/oncia troy)

Fonte: elab. su dati LME

Euro in lieve apprezzamento su USD in un orizzonte di 12 mesi

Fonte: Intesa Sanpaolo

Importanti comunicazioni

Gli economisti che hanno redatto il presente documento dichiarano che le opinioni, previsioni o stime contenute nel documento stesso sono il risultato di un autonomo e soggettivo apprezzamento dei dati, degli elementi e delle informazioni acquisite e che nessuna parte del proprio compenso è stata, è o sarà, direttamente o indirettamente, collegata alle opinioni espresse.

La presente pubblicazione è stata redatta da Intesa Sanpaolo S.p.A. Le informazioni qui contenute sono state ricavate da fonti ritenute da Intesa Sanpaolo S.p.A. affidabili, ma non sono necessariamente complete, e l’accuratezza delle stesse non può essere in alcun modo garantita. La presente pubblicazione viene a Voi fornita per meri fini di informazione ed illustrazione, ed a titolo meramente indicativo, non costituendo pertanto la stessa in alcun modo una proposta di conclusione di contratto o una sollecitazione all’acquisto o alla vendita di qualsiasi strumento finanziario. Il documento può essere riprodotto in tutto o in parte solo citando il nome Intesa Sanpaolo S.p.A.

La presente pubblicazione non si propone di sostituire il giudizio personale dei soggetti ai quali si rivolge. Intesa Sanpaolo S.p.A. e le rispettive controllate e/o qualsiasi altro soggetto ad esse collegato hanno la facoltà di agire in base a/ovvero di servirsi di qualsiasi materiale sopra esposto e/o di qualsiasi informazione a cui tale materiale si ispira prima che lo stesso venga pubblicato e messo a disposizione della clientela.

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Improving abrasion and corrosion resistance of black finishes in the decorative sector

Improving abrasion and corrosion resistance of black finishes in the decorative sector

Introduction

Black decorative surface finishes are existing in several variations of accessible technologies and used every day covering a wide range of application methods. Though these methods have been used on an industrial scale for years, each method carries its own limitation. As the base substrates treated
have a high probability to be white in color in the case of aluminum, steel, and silver, or in other cases pre-plated with a white layer used to protect the base substrate as in the case of brass and zinc alloy, abrasion resistance is a key qualitative factor used to benchmark all categories
of black decorative surface treatments. As the black layer wears, the white layer is exposed, leaving a color contrast that is well defined by the human eye making it a rather simple task for the final buyer to evaluate the quality of the product as it ages. 

Specific to electroplating, black plating process have seen several modifications in recent years. With the European REACH compliance in full effect, some chemicals previously used as blackening additives or oxidizing agents can no longer be used. Metals historically used for black electroplating
such as nickel, cobalt, and chromium remain under constant scrutiny, increasing awareness of brands, buyers, and government agencies resulting in requests for limited use or no use of these metals increasing year by year fundamentally in the cases where the final object is to be worn or in contact
with human skin.

Some commonly used REACH compliant black processes in the decorative electroplating sector are black ruthenium and black rhodium. These treatments are generally considered flash with a maximum obtainable thickness of 0.2 micron and rather easy to be worn in time even with the elevated hardness of
both metals.

This paper will follow the development of a black gold electroplating process, run comparative trials against commonly used black decorative applications in our industries today, and explore its possible advantages both as a final and technical layer,    

Black decorative finishing technologies

Numerous types of black finishing methods are available and vary depending on the original substrate to be treated and the industry where applied. Though these processes are quite abundant in number, application, design, and cost limitations come to fruition when examined.

 Anodizing is a process for finishing aluminum alloys that employs electrolytic oxidation of the aluminum surface to produce a protective oxide coating. These coatings can be colored to a limited range including black. Though anodizing has a vast functional usage industrially, the process is used
heavily as a decorative method in many sectors to include home appliance, electronics, and most notably the mobile phone sector due to its cost/quality ratio. As the process is essentially a coloration of the metals natural oxide layer, anodizing is part of the aluminum itself providing total
bonding and excellent adhesion properties. The principal drawbacks to the process in general is that it tends to disrupt detail therefore it use is partial to simple shapes and the application itself is limited to aluminum and very few other non-ferrous metals restraining the processes overall
usage decoratively speaking.  

Paint and coatings are solvent or water diluted resin processes that provide the widest range of colors and effects of all the methods discussed. Though processing sequences may differ, paint and coating can be applied to any metallic or even plastic substrate. Due to this fact its usage can be found
in just about every sector examined however the spectacle frame market can be identified as having the most mature use of paint in the higher quality decorative ornament market. Many variations of black are obtainable with this type of application.  Single layer cataphoretic coatings (e-coatings)
are quite cost effective however suffer in either durability or oxidation resistance depending on the type of resin used. This set back can be circumvented with the use of 2 and 3 paint layer systems applied by spray using multiple resins, however in the end produces a higher cost due application
time and a raw material loss of up to 70%. The downside to the use of paint would be the fact that it disrupts the mechanical movement of functional parts such as claps, chains, and snap hooks. In the specific case of the spray application, it bonds to any substrate it contacts therefore jewelry
use is limited due to the constant presence of gemstones. Paint has also been stigmatized as “cheap” due to the plastic feel it tends to give to metal therefore many luxury goods sectors, depending on brand position, will not consider its use.

Physical vapor deposition (PVD) is a process that uses a vacuum chamber to pressurize a target into vapor which is then altered into a condensed film on the objects surface. Applicable substrates are limited to the temperature required to make the particular deposition which can be quite high limiting
use. This process is able to yield several colors to include black. One of the more recent process used is diamond like carbon (DLC) which produces a jet-black layer that is extremely hard and resistant to abrasion. Initial equipment investment is rather high making PVD by far the most expensive
technology discussed being difficult to find economically outside of China. Though very resistant to abrasion and wear, the chemical resistance of PVD tends to be rather weak due to the formation of microscopic pin holes formed in processing. This is eventually overcome with multiple treatments,
however the cost of the treatment is also dramatically affected. Given the watch sector uses stainless steel as a base material, maintains an elevated abrasion resistance requirement, and the geometries treated are standardized, makes it the perfect candidate for PVD and it use is widespread
throughout the sector.

Black electroplating treatments are vast using a large variety of metals to obtain the targeted result. Two of the most demanding decorative markets for this type of plating are the jewelry industry and the fashion accessories sector. Both sectors can be divided into high and low end segments. The
low end segments utilize metals such as chrome, nickel, tin, cobalt, or an alloy thereof principally due to cost. Though these metals are cost effective, the finishing obtained is not enough to pass normative climatic testing required by some brands. This fact paired with the increasing request
for nickel free finishes and stricter regulation as in the case of the European Unions REACH legislation, the higher end segments lean on metals such as palladium, rhodium, and ruthenium to obtain a black color. High end jewelry tends to use black rhodium where as high end fashion accessories
utilize black ruthenium. Where black ruthenium and black rhodium are able to pass most climatic testing if used with the proper pre-plating sequences, both have a maximum obtainable thickness of 0.2-0.3 micron so tend to present abrasion resistance issues. This is circumvented at the moment in
both high end sectors buy covering the metal with a paint to improve on abrasion or just by accepting the fact that the color will wear in time.

Which leads one to ask, is an abrasion resistant black layer obtainable without the use of paint, while maintaining both nickel free processing and REACH compliance? If so, can the market cost be bared?          

Nickel free black gold

Both rhodium and ruthenium have a maximum obtainable thickness of 0.2-0.3 micron mainly due to the fact that they are mono-metal systems that become brittle with thickness. With a target to improve abrasion resistance, the first objectives would be to maintain a good hardness while making the layer
more malleable and opening the range of reachable thickness. Omitting the use of nickel and cobalt to remain hypoallergenic as well as the use of copper which remains a principal source of oxidation, a bi-metal electrolyte was studied that included gold, palladium, and iron. The system was studied
at an alkaline pH to well receive the selected metals with gold in the highest concentration and iron with the lowest concentration of the metals used to develop the chemical.

Table 1 – Black gold electrolytic characteristics

Surface evaluation of the black gold alloy

When processed, the electrolyte produces an  alloy that is black in color and consists of 49% palladium, 39% gold, and 12% iron by weight making the deposit roughly 12.5 KT gold by title. To evaluate the alloy color,
the CIELab color coordinate system is used with principal focus on the L coordinate when evaluating black finishes.

Table 2 – Color coordinate comparison of black gold, black ruthenium, and black rhodium

The L coordinate is the luminosity value which in this case determines the overall darkness of the black deposit with the lower L value equating to a darker shade of black. The L value of 58 was measured with the black gold alloy.

This fits into the higher range of the industries standard black colors with L coordinates ranging from 50-60 in the case of black rhodium and a much wider availability of black shades with ruthenium having L coordinates ranging from 32-60. The most commonly used formulas of both rhodium and
ruthenium have L coordinates of 58 or 59.

Hull cell testing was conducted to identify the current density range, resulting in a mirror finished black panel produced at
1.0 A/dm
2 after 10 minutes of deposition time. This paired with the fact the electrolyte demonstrated good reach and throwing power, 1.0 A/dm
2 optimum current density value.

Thickness tests were done with the use of SEM/EDX microscope. Lab trials concluded that a level deposit of up to 2 micron was obtainable while maintaining a mirror like finish expected in the high end decorative plating sector.  With accurate thickness measurements, plating speeds were calculated
obtaining 1 micron in 12-15 minutes at 1.0 A/dm².

Chemical observations

The chemical has proven stable over a 12 month duration of time exhibiting no participation chemical elements if the proper pH is maintained. A fluctuating pH was detected in the electrolyte observing the pH dropping by roughly 0.2 each day.

The lowering pH can be corrected with the addition of pH adjustment salts, however would entail that operators of the black gold solution would have to monitor the pH solution of the daily, giving the electrolyte similar maintenance characteristics to a gold sulfite bath.

Figure 1 – pH variance in an 18-day period

Market segment plating sequences

Two of the more mature and standard black plating sequences were evaluated in each high-end market segment. In the case of jewelry, black finishing over silver was assessed as one of the more standardized cases. Starting from a base material of .925 silver, palladium is applied as the initial plating
layer followed by black rhodium in the most common finishing cycles. In this example, palladium is applied as a technical layer serving a dual use. The first improving the overall resistance to oxidation acting as a barrier to copper migration as well as preventing corrosion from environmental
factors. The thicker the palladium layer, the stronger is the resistance to climatic testing. The second reason for palladiums use is electrolyte protection. Palladium as a metal does not corrode in an acidic environment, whereas silver and the copper that it is alloyed with does. If the palladium
step is skipped, silver and copper will eventually disrupt the final quality deposited as their presence increase with time in the rhodium bath in the form of metallic contamination.

The high-end fashion accessories sector uses a completely different finishing cycle to obtain a similar color. The principal reason being that the initial base materials are typically either brass or zinc alloy and require a different plating sequence to finish to a high-quality result.  The most
commonly used cycles consist of 5-7 plating processes involving many layers for technical benefits. The selected sequence starts with alkaline copper for adhesion, followed by acid copper for surface brightness, moving to white bronze for improved hardness, then to palladium for oxidation resistance,
and finally 1-2 layers of ruthenium. In the case 2 ruthenium layers are used, the first layer is light grey ruthenium which is then followed by black ruthenium, improving the overall products wear ability in the end.   

To incorporate the black gold alloy into the selected plating cycles would allow for the addition of the new layer to be measured using the two industries most standard processes as the qualitative benchmark. 

Black Gold jewelry plating sequence

In the case of the proposed changes to the jewelry process cycle, the black gold was selected to replace palladium as the technical layer given the black gold alloy itself contains a high percentage of palladium along with the additional fact that both electrolytes have a similar alkaline pH would
mean minor processing deviations.

Sterling silver .925 parts were processed directly with 0.3 micron of the black gold alloy followed by 0.2 micron of black rhodium. Additional parts were processed with 0.3 micron of palladium and 0.2 micron of black rhodium to be used as benchmark in abrasion and corrosion testing. Following the
treatments, the samples processed using the black gold as an under layer had a visibly darker color that those processed with palladium, even though the final finish was the same black rhodium processed using the same parameters. This process defined in this paper as process sequence 1.

Figure 2 – Top row: Plating sequence chosen as reference cycle; bottom row: Test cycle with the implementation of black gold.

Black Gold fashion accessory plating sequence

The selected changes to the fashion accessory process cycle were different given the complexities of the plating process itself. In this case, we focused on the finishing cycle which incorporates 1 layer of ruthenium in the sequence. The black gold deposit was tested as a technical layer by using
it to replace the palladium layer in order to keep a similar cost, making quantitative room for the black gold. This process defined in this paper as process sequence 2.

Figure 3 –
Top row: Plating sequence chosen as reference cycle; bottom row: Test cycle with the implementation of black gold.

In addition, the black gold was implemented into the process as a final finish given that it shares a similar color to gunmetal grey ruthenium. As both deposits have an L coordinate of 58, this would be used to benchmark the black golds resistance to oxidation with a market segment standard.

Figure 4 –
Test cycle with the implementation of black gold as a final layer to test in contrast to ruthenium.

Brass parts were processed both with standard market segment plating sequences, and the relative black gold process deviations for qualitative testing.  This process defined in this paper as process sequence 3. 

Comparative testing

On the basis of the above information, the parts processed with more common plating cycles from the two selected market segments were comparatively tested against those processed with the black gold layer positioned in the sequence. Standardized normative testing methods were used to simulate oxidation
and abrasion.

Abrasion resistance

The test method used to gauge abrasion resistance in the high fashion accessory market is the Turbula test, designed to simulate wear or abrasion. A specific machine is used in which the rotation is mounted on a pivot creating a more aggressive environment compared to a standard tumbler.

The media used is elongated pyramid shaped ceramic, with a distinct form granting both sharp and flat contact points simulating two aggressive forms of abrasion. Testing is preformed with the media weighing roughly 41 grams per 100 pieces. Five parts are treated each test, with a fixed evaluation
phase following a turbula cycle at a fixed time and speed of 72 RPM.

Jewelry sequence results

Following one 3-minute abrasion cycle, the .925 silver specimens which utilized the black gold deposit as an intermediate layer proved to be more resistant to abrasion than the parts treated with the traditional palladium process. Further evaluation determined a better bonding between the black gold
and black rhodium layer when compared to traditional plating methods.

Figure 8 – Top row: palladium as an intermediate layer; bottom row: black gold as an intermediate layer both after abrasion cycle

  

Fashion sequence results

Following one 30-minute abrasion cycle, the brass samples which utilized the black gold deposit as an intermediate layer proved to be more resistant to abrasion than the parts treated with the traditional palladium process which demonstrated complete loss of the ruthenium layer and a failed result.

Figure 9 – Left: black gold as an intermediate layer; right –  palladium as an intermediate layer both after 30 minute abrasion cycle 

Synthetic sweat resistance

The synthetic sweat normative the high-end accessories perform is NFS 80-772:2010-10 which is a direct contact test and more aggressive than atmospheric versions of the test. Following this normative, samples are put into direct contact with an absorbent felt which has been doused with an artificial
sweat solution. The sample is sealed air tight and held at a consistent temperature of 55⁰C. The samples are then held for a predetermined duration of time in increments of 24 hours.

Following one 24-hour synthetic sweat cycle, the .925 silver samples which employed the black gold deposit as the middle layer demonstrated superior resistance compared to the parts treated with the customary palladium procedure. The surface of the pieces using the palladium process revealed elaborate
signs of chemical aggression.

Figure 9 – Top row: palladium as an intermediate layer; bottom row: black gold as an intermediate layer both following 24-hour synthetic sweat cycle.

Salt spray

Following the ISO normative 9227, objects to be tested are suspended in a sealed chamber and submitted to a constant salt spray for a predetermined duration of time. The test is designed to simulate a corrosive environment and test the substrates resistance in a cycle time 96 hour.

To test the salt spray resistance of the black gold alloy, process sequence 3 was used because in this case the black gold alloy is exposed as the final layer.

Following one 96 hour salt spray cycle, the brass  samples finished with both ruthenium and the black gold alloy showed no signs of corrosion.

Figure 9 – Left: Black Gold as top layer; Right:: Ruthenium as top layer both following 96 hour salt spray cycle

Conclusions

Initial laboratory testing has shown that the black gold alloy improved qualitative results when used as a technical/intermediate layer most notably, synthetic sweat resistance when applied over silver as a substitute for palladium and finished with black rhodium. When tested as a final layer, the
corrosion resistance was similar to that of ruthenium, but given the large cost differences when comparing palladium and gold with that of ruthenium and paired with the fact that the two electrolytes yield the same color, the use in this sense is unlikely.

The fluctuating pH of the black gold electrolyte can be seen as a limitation as it restricts the products use to qualified plating factories as it cannot be used in beaker plating which is quite common in the jewelry sector.

 Testing will continue into the future as the black gold electrolyte offers a wide range of obtainable thicknesses and considering the many different process sequences used throughout the decorative finishing industry, open up many doors of opportunity for this process, if combining electroplating
with other technologies such as PVD continues to gain popularity.

In the end, enhanced abrasion and corrosion resistance will remain a central target for many companies in the surface finishing sector. Qualitative improvements to commercialized goods improve customer satisfaction, increase brand reputation, and most importantly decrease our overall footprint to
the ecosystem with longer lasting products.

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