В настоящее время существует целый класс измерительных приборов (тестеров), использующих в своей работе ультразвук и тот факт, что скорость распространения звуковых волн в различных металлах неодинаковая, для определения подлинности золотых и серебряных слитков:
На данном рисунке изображен слиток и прикладываемый к нему ультразвуковой (УЗ) датчик. Датчик необходимо прикладывать вплотную к металлической поверхности слитка (то есть его надо вынуть из блистера или капсулы). Чтобы дать возможность ультразвуку распространяться в материале, необходимо создать тонкий соединяющий слой между поверхностью материала и поверхностью преобразователя. В большинстве случаев рекомендуется применять глицерин, воду или специальные гели для УЗИ.
Перед наложением датчика необходимо штангенциркулем измерить толщину исследуемого слитка и занести это значение в память прибора для последующего расчета скорости распространения звуковой волны.
Принцип работы прибора основан на ультразвуковом импульсном эхо методе измерений, который использует свойство ультразвуковых колебаний отражаться от границы раздела сред с разными акустическими сопротивлениями.
Прохождение звуковой волны в однородном и неоднородном металле слитка выглядит так:
Если слиток из чистого драгоценного металла (сегмент изображения А), например, из чистого чистого золота, скорость звука, соответствующая драгоценному металлу, может быть определена по времени прохождения звука, равному t1. Это время прохождения t1 равно времени прохождения пути распространения звуковой волны через объект с толщиной D, начиная с передатчика звука S с последующим отражением в нижней части объекта и заканчивая приемником E. Таким образом, скорость звука vs просто сводится к формуле vs = 2*D/t1. В случае чистого золота (с содержанием золота не менее 99%) скорость звука будет составлять от 3200 до 3400 м/с.
С другой стороны, если имеется твердый вольфрамовый сердечник (сегмент изображения B) или вставленный вольфрамовый электрод, который скрыт глубоко в золоте, звуковая волна предпочтительно отражается на границе раздела золото-вольфрам. Время прохождения волны t2 теперь значительно меньше, чем в случае сегмента изображения A. Следовательно, рассчитанная с помощью формулы для расчета скорости звука vs = 2*D/t2, получается слишком высокая скорость звука испытуемого слитка, которая не соответствует ни скорости звука в золоте, ни скорости звука в вольфраме. Скорость звука более 5500 м/с, при фактически подходящей плотности металла исследуемого слитка (например, 19,3 г/см3 для чистого золота), указывает на более глубоко скрытое отдельное ядро.
В случае С (сегмент изображения С) вольфрам или вольфрамовый сплав (например, сплав WRe5 с 5% Рения) был выбран в качестве основы слитка. Слой золота толщиной всего в несколько микрометров (например, от 5 до 20 мкм), который особенно достоверно выглядит на тисненых слитках, не дает измеренного значения скорости отражения звука от лежащего под ним вольфрамового сердечника. Однако измеренная скорость звука vs из отношения 2*D и t3 дает скорость звука вольфрама. Тонкий слой золота оказывает незначительное влияние на процесс измерения. Таким образом, подделка может быть доказана без каких-либо сомнений.
Вольфрам-золотой композитный материал (сегмент изображения D), полученный спеканием по меньшей мере 10% вольфрама с золотом, может иметь плотность, эквивалентную плотности чистого золота. Покрывающий золото слой толщиной в несколько микрометров (например, от 5 до 20 мкм) также не дает измеренного значения скорости отражения звука от основного композитного сердечника из вольфрама и драгоценных металлов. Измеренная скорость звука из отношения 2*D и t4 теперь дает скорость звука, которая находится между скоростью звука в золоте и вольфраме. Тонкий слой золота оказывает незначительное влияние на процесс измерения. Подделка может быть доказана уже тем фактом, что скорость звука композитного материала вольфрам-золото превышает 3550 м/с. Даже твердокатаное чистое золото не достигает такого значения скорости. Только настоящие золотые сплавы - например, из 6,9% меди и 91,94% золота, с плотностью от 17,3 до 17,6 г/см3 соответствуют этому значению скорости звука.
Ситуация с наличием соединения золото-вольфрам (сегмент изображения E) физически идентична ситуации с сегментом изображением D, за исключением соответствующих концентрационных соотношений между золотом и вольфрамом. С помощью определенного метода, можно даже определить, сколько вольфрама содержится в таком композитном материале, т.е., скорее всего, ситуация будет соответствовать сегменту изображения D или сегменту изображения E.
На этом закончим с краткой теорией. На практике нам будет нужен исследуемый слиток, штангенциркуль, а еще лучше микрометр и УЗИ тестер.
Сам УЗИ тестер в зависимости от максимального веса слитка может выглядеть так:
или так
Для AuroTest ATS 1000 диапазон веса слитка составляет от 1 гр. до 2000 гр. (рекомендуется использовать для диапазона от 5 до 1000 гр), для AuroTest ATS 2000 диапазон веса слитка составляет от 1 гр. до 8000 гр. (рекомендуется использовать для диапазона от 5 до 5000 гр).
Для личного пользования заказывать их придется из-за рубежа. Стоимость для AuroTest ATS 1000 состовляет 2180 евро, для AuroTest ATS 2000 - 2570 евро.
В России так же есть разработка такого типа приборов, называется ультразвуковой толщинометр ТЭМП-УТ1:
Одним из режимов работы ТЭМП-УТ1 является как раз режим измерения скорости ультразвуковых колебаний (УЗК). В зависимости от толщины исследуемых образцов к толщинометру можно подключить несколько типов преобразователей (датчик на конце провода). Производитель рекомендует использовать толщиномер для измерения скорости распространения продольных УЗК в диапазоне от 1000 до 9999 м/с для известных значений толщины образцов от 10 до 300 мм. Для толщины образцов меньше 10 мм будет возрастать погрешность измерения скорости распространения УЗК и это нужно всегда помнить, если захотите измерить скорость распространения УЗК этим толщинометром в небольших слитках или монетах.
Если у кого-нибудь из читателей есть опыт использования ультразвуковых тестеров для определения подлинности не только слитков, но и монет, просьба поделиться им в комментариях.
