JP2003328059A

JP2003328059A - 硬化型金合金

Info

Publication number: JP2003328059A
Application number: JP2002135223A
Authority: JP
Inventors: Taku Katayama; 山卓片; Toshihiro Tachikawa; 川智弘立; Hiroshi Tamehiro; 広博為; Takamitsu Takano; 野貴光高; Atsuko Takada; 田厚子高
Original assignee: Matsuda Sangyo Co Ltd
Current assignee: Matsuda Sangyo Co Ltd
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、純金に近い純度を有し、純
金本来の色調に近い色調を持ち、かつ、純金に比べて高
い硬度有する金合金を提供すること。【解決手段】本発明は、０．１２〜０．２８重量％の
イットリウムと、０．０２〜０．１８重量％のカルシウ
ムと、残部としての金とから実質的になることを特徴と
する硬化型金合金に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】発明の分野本発明は、金（Ａｕ）本来の色調を有すると同時に、高
い硬度を有する金合金、およびそのような金合金の製造
方法に関する。この金合金は、装飾品、装身具、眼鏡フ
レーム、時計側、鍵等の構造材料または機能材料として
好適に用いることができる。

【０００２】従来技術金合金は、その耐食性の良さ、色調、延性の良さ、およ
びその資産価値から装飾用の部材等としてしばしば用い
られる。一般的に、純度が９９．７重量％以上の所謂純
金に近い組成を有する金合金（２４Ｋ）は、硬度が低
く、傷つき易い性質を有している。このため、装飾用部
材としては、通常、純金に、Ａｇ、Ｃｕ、さらにはＮ
ｉ、ＰｄおよびＺｎなどの金属を、２５〜４０重量％程
度含有させて硬度を高めた所謂１４Ｋ（金の含量５８．
３重量％程度）および１８Ｋ（金の含量７５重量％程
度）のような金合金が使用されている。

【０００３】しかしながら、このように金の含量を減ら
した金合金は、純金本来の色調とはならず、その資産価
値もいきおい低下する。近年の装飾品に対する嗜好の多
様化にともなって、装飾品材料として、色調が純金本来
のものに近く、資産価値の高い、金の含量が高い金合金
の使用が望まれている。

【０００４】純金は、通常、鋳造した後の状態では、そ
のビッカース硬さは３０Ｈｖ程度しかない。これをさら
に、例えば、加工硬化処理を施したり、また加熱処理を
行ったりしても、一般的にその硬さを増加させることは
難しい。このように、純金は軟らかくて変形しやすく、
また傷が付きやすいことから、その装飾品としての当初
の美的価値を長期間に亘って維持することは困難であ
る。したがって、純金に近い純度（２４Ｋ）を持ち、か
つ、耐食性および機械的強度に優れた金合金が望まれて
いる。

【０００５】金合金を装飾品等の製品の材料として使用
する場合、一般的に、その成形過程において製品屑が生
ずる。製品屑は、集められて再度鋳造して、再度製品成
形に使用することが望ましいが、装飾品等に使用するよ
うな金合金を繰り返し鋳造すると、一般的に、その物理
特性（例えば硬さ）は低下していく。硬さの低下した金
合金は、装飾品等の製品用途に再度使用することは難し
い。このため、製品屑となった金合金は再利用し難いた
め、製品コストはいきおい上昇することとなる。従来知
られている硬化型金合金には、このような再鋳造性につ
いての充分な検討は、本発明者らの知る限り殆どなされ
ていない。このため、金合金による製品のコストを削減
する観点からも、製品を製造する上において、生じる製
品屑を再度鋳造して、さらに製品化することができる金
合金、換言すると再鋳造性に優れている金合金が望まれ
ている。

【０００６】

【発明の概要】本発明者らは、今般、金合金を調製する
際において、特定量のイットリウム（Ｙ）とカルシウム
（Ｃａ）との両方を金に配合して鋳造することにより、
所謂２４Ｋ相当の金含量を有する金合金に、高い硬さを
付与することができ、かつその色調も純金本来のものに
保持できることを見いだした。また、特定量のＹとＣａ
とを金に配合して鋳造することにより得られた合金を、
さらに溶体化処理および時効硬化処理に順次付すことに
より、金合金の硬さを、一般的な金合金の場合に比べて
さらに顕著に高めることができることを本発明者らは見
いだした。本発明は、これらの知見に基づくものであ
る。

【０００７】よって、本発明は、純金（２４Ｋ）に近い
純度を有して、純金本来の色調に近い色調を持ち、か
つ、純金に比べて高い硬さを有する金合金を提供するこ
とをその目的としている。

【０００８】本発明による硬化型金合金は、０．１２〜
０．２８重量％のＹと、０．０２〜０．１８重量％のＣ
ａと、残部としてのＡｕとから実質的になることを特徴
とする。本発明の一つの好ましい態様によれば、硬化型
金合金は、Ｙと、Ｃａと、Ａｕと、必要により追加成分
とを鋳造して得られる金合金を、溶体化処理に付し、つ
いで時効硬化処理に付すことにより得られるものであ
る。本発明の別の態様によれば、０．１２〜０．２８重
量％のＹと、０．０２〜０．１８重量％のＣａと、残部
としてのＡｕとから実質的になる混合成分を鋳造し、得
られた金合金を、溶体化処理に付し、ついで時効硬化処
理に付すことを含んでなる、硬化型金合金の製造方法が
提供される。

【０００９】本発明による金合金は、上記のような組成
を有することにより、所謂２４Ｋの金に近い色調を有す
ると同時に、鋳造ままの状態であっても、通常の純金に
比べて高い硬度を有するものである。このため、本発明
による金合金は、優れた耐食性、耐破損性、耐磨耗性、
耐かき傷性、および耐久性を有し、さらに優れた電気特
性および機械的強度を有する。また、この金合金は、鋳
造操作を繰り返しても金合金自体の物理特性は低下しに
くい、すなわち再鋳造性に優れたものである。このよう
なことから、本発明による金合金は、装飾品、装身具、
眼鏡フレーム、時計側、鍵等の構造材料または機能材料
として、好適に使用することができる。

【００１０】

【発明の具体的説明】硬化型金合金本発明による硬化型金合金は、Ｙと、Ｃａと、残部とし
てのＡｕとから実質的になるものである。ここで、「か
ら実質的になる」とは、主成分として含まれる金に、金
の不可避的不純物が包含されてもよいことは当然とし
て、金合金が、後述する追加成分を必要に応じて包含し
てもよいことも意味する。また「硬化型」とは、市販の
２４Ｋ相当の金インゴット、またはその金の鋳造ままの
状態における金の硬度（例えば、ビッカース硬さ）に比
べて、硬度が大きい場合のことを意味する。

【００１１】本発明による金合金は、Ａｕを主成分とす
るものである。本発明による金合金は、純金に近い色調
とすることが望ましいため、合金の色調が所望の状態を
維持できる限りにおいて、金合金における金含有量は適
宜決定することができる。典型的には、本発明による金
合金は、所謂２４Ｋの金に相当するものであるため、そ
のような２４Ｋの金における金含有量を有することが望
ましい。具体的には、本発明による金合金の金含有量
は、通常９９．７重量％以上である。

【００１２】前記したように、本発明による金合金は、
主成分としての金の他に、ＹとＣａとの両方をそれぞれ
特定量で含んでなることが重要である。理論に拘束され
るものではないが、金合金において特定量のＹおよびＣ
ａが含まれると、Ａｕマトリックス中に微細分散したＡ
ｕ−Ｙの金属間化合物によって金合金が分散硬化され、
かつ、生成するＡｕ−Ｃａの金属間化合物が結晶粒界、
デンドライト境界に析出してその界面を著しく強化する
と推定される。これにより、所望する硬さを有する硬化
型の金合金を得ることができると考えられる。

【００１３】ここで、この金合金に含まれるＹの量は、
金合金全体に対して、典型的には０．１２〜０．２８重
量％であり、好ましくは０．１５〜０．２５重量％であ
る。またこの金合金に含まれるＣａの量は、金合金全体
に対して、典型的には０．０２〜０．１８重量％であ
り、好ましくは０．０５〜０．１５重量％である。

【００１４】本発明による金合金は、２４Ｋ相当の金合
金における金含有量を有するものであるため、その金含
有量は通常９９．７重量％以上である。したがって、金
以外の成分は、通常０．３重量％以下であることとな
り、ＹとＣａの含有量の合計もこの範囲内の値をとるこ
ととなる。このため、金以外の成分が実質的にＹおよび
Ｃａからなる場合においては、Ｃａの含有量は、Ｙの含
有量が決定すればおのずと決定されることとなる。

【００１５】Ｃａの含有量が０．０２重量％未満である
と、生成されるＡｕ−Ｃａの金属間化合物の量が減少
し、金合金について十分な硬さが得られなくなることが
ある。また、Ｃａの含有量が０．１８重量％より大きい
場合、すなわちＹの含有量が０．１２重量％未満である
場合には、生成されるＡｕ−Ｙの金属間化合物の量が減
少し、金合金の硬さを上げることができなくなることが
ある。

【００１６】本発明の一つの好ましい態様によれば、金
合金は、ベリリウム(Ｂｅ)、ボロン（Ｂ）、アルミニウ
ム(Ａｌ)、シリコン(Ｓｉ)、ニッケル（Ｎｉ）、銅(Ｃ
ｕ)、ゲルマニウム(Ｇｅ)、パラジウム(Ｐｄ)、スズ
（Ｓｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）からなる群より選択
される追加成分を、０．０２〜０．１６重量％の量でさ
らに含んでなる。追加成分を必要に応じて加えることに
より、金合金の硬さをさらに上昇させることができる。
これら追加成分は、Ａｕと金属間化合物を生成するか、
または、固溶し分散硬化、固溶硬化するため、金合金の
硬さをさらに上げることができると考えられる。

【００１７】これらの含有量が０．０２重量％未満であ
ると、生成される金属間化合物の量が減少し金合金の硬
さを上げる効果が不充分となることがある。また、これ
らの含有量が０．１６重量％より多いと、必須成分であ
るＹおよびＣａの含有量が制限され、Ａｕ−Ｙの金属間
化合物およびＡｕ−Ｃａの金属間化合物の量が減少し、
金合金の硬さを充分に上げることができなくなることが
ある。なお、この追加成分を金合金に加える場合であっ
ても、金合金の色調を金本来の色にほぼ維持するため、
金合金における金含有量は少なくとも９９．７重量％で
あることが望ましい。

【００１８】本発明の別の好ましい態様によれば、金合
金は、その色調が金本来の色をほぼ維持できるような量
の金を含み、かつ、上記範囲のＹおよびＣａ量を維持で
きる限りの量において、Ｙに加えて少なくとも１種の希
土類元素を０．０２〜０．１６重量％の範囲でさらに含
んでもよい。なお、この希土類元素の含有量をこのよう
な範囲としたのは、前記したＢｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｐｄ、ＳｎおよびＳｂの含有量を決定
した場合と同様の理由による。

【００１９】本発明の金合金は、配合成分である、０．
１２〜０．２８重量％のＹと、０．０２〜０．１８重量
％のＣａと、残部としてのＡｕとを用意し、これらを溶
解させて凝固させる鋳造工程により、得ることができ
る。鋳造操作は、慣用の技術を適宜使用して行うことが
できる。本発明においては、この鋳造工程での加熱温度
は、通常１１００〜１５００℃の温度範囲である。な
お、この鋳造工程により得られた金合金の硬さは、典型
的には、ビッカース硬さで少なくとも４５Ｈｖである。

【００２０】本発明の好ましい態様によれば、前記した
鋳造工程より得られる金合金を、さらに溶体化処理に付
し、ついで時効硬化処理に付すことにより、さらに硬質
の金合金を得ることができる。このような処理により得
られる金合金の硬さは、典型的には、ビッカース硬さで
少なくとも８０Ｈｖである。

【００２１】本明細書において、溶体化処理としては、
慣用の溶体化処理を適宜採用することができるが、典型
的には、材料となる金合金を、７００〜９００℃の温度
範囲に例えば１〜２時間程度の間、加熱した後、急冷
（例えば、３０℃まで冷却する）する操作を意味する。
溶体化処理にいて温度条件が７００℃以下であると、鋳
造中に生成した金属間化合物が十分に固溶しなくなるこ
とがあり、また９００℃以上の温度であると、金合金が
溶融しはじめ、固体状態での溶体化（組成の均一化）が
困難となって、硬度の増加効果を得ることが難しくなる
ことがある。本発明の好ましい態様によれば、溶体化処
理においては、材料となる金合金を、７５０〜８５０℃
の温度範囲で、０．５〜２時間の間加熱した後、急冷を
行う。

【００２２】また、時効硬化処理としては、慣用の時効
硬化処理を適宜採用することができるが、典型的には、
材料となる金合金を、典型的には３００〜５００℃の温
度範囲に例えば１〜２時間程度の間、加熱した後、急冷
（例えば、３０℃程度まで冷却する）する操作を意味す
る。時効硬化処理において、温度条件が５００℃を超え
ると、金属間化合物が粗大化または溶解してしまい、硬
度の増加効果が十分に得られず、また、３００℃以下で
あると、金属間化合物を充分に析出させるための、時効
時間が著しく長くなってしまう。これは工業的にも望ま
しくない。

【００２３】本発明の好ましい態様によれば、時効硬化
処理においては、材料となる金合金を、３５０〜４５０
℃の温度範囲で、０．５〜２時間の間加熱した後、急冷
を行う。

【００２４】本発明のより好ましい態様によれば、前記
したさらに硬質の金合金を得る方法において、時効硬化
処理を行う前に、少なくとも累積加工量３０％の加工処
理を施すことをさらに含んでなることが好ましい。この
ため、前記した鋳造工程より得られた金合金を、溶体化
処理に付して、少なくとも累積加工量３０％の加工処理
を施し、さらに、時効硬化処理に付すことにより、さら
に硬質の金合金を得ることができる。このような処理に
より得られる金合金の硬さは、典型的には、ビッカース
硬さで少なくとも１７０Ｈｖである。

【００２５】本明細書において、加工処理とは、材料に
塑性変形をもたらすことができる操作を施すことをい
い、冷間加工、温間加工、熱間加工のいずれであっても
よい。このような加工処理としては、例えば、操作とし
ては圧延、引抜き、押出し、打ち抜き等が挙げられる。
本発明における加工処理としては、好ましくは、圧延で
ある。理論に拘束されるものではないが、加工処理をさ
らに金合金に施すことにより、加工硬化と金属間化合物
の微細分散化が一層進み、金合金の硬さをさらに上昇さ
せることができると考えられる。また、本明細書におい
て、加工処理の累積加工量は、圧延の場合を例にとる
と、下記の通りに示すことができる：累積加工量＝（加
工前の元の厚み−加工後の厚み）／加工前の元の厚み×
１００（％）

【００２６】本発明の好ましい態様によれば、該累積加
工量は、少なくとも３０％である。累積加工量が３０％
より小さいと、加工硬化による硬さの上昇効果が不十分
となることがある。一般的に、累積加工量が多くなると
加工された金属の硬さは増すが、９０％以上ではほぼ飽
和する。このため、本発明において、該累積加工量は５
０〜９０％であることがより好ましい。

【００２７】本発明による硬化型金合金は、装飾品、装
身具、眼鏡フレーム、時計側、鍵等の構造材料または機
能材料として好適に用いることができる。したがって、
本発明の別の好ましい態様によれば、該硬化型金合金か
ら実質的に構成される金装飾品材が提供される。

【００２８】

【実施例】以下本発明を実施例により説明するが、本発
明はこれらの実施例により何ら限定されるものではな
い。

【００２９】評価試験Ａ：硬化型金合金の硬さ硬化型金合金の調製Ａｕ１９．９４ｇ、Ｙ０．０４ｇ、およびＣａ０．
０２ｇを用意し（配合比：９９．７重量％Ａｕ−０．２
重量％Ｙ−０．１重量％Ｃａ）、これらをカーボン坩堝
に入れアーク溶解炉内にセットした。該炉内を１０^−２
Ｔｏｒｒまで減圧し、アルゴンガスで置換した後、前記
配合物を不活性雰囲気中にて溶解させた。溶解後、金合
金はカーボン坩堝内で放冷させ、鋳造ままの状態の金合
金を得た。

【００３０】同様にして、下記表１に示すとおりの配合
比を有する金合金１〜８を調製した。以下において、こ
の段階で得られた金合金（すなわち、後述する熱処理お
よび加工処理を施していないもの）を、「鋳造ままの金
合金」ということがある。

【００３１】表１含有量（重量％）ＡｕＹＣａ金合金１（比較例）９９．７０．３００．００金合金２９９．７０．２８０．０２金合金３９９．７０．２５０．０５金合金４９９．７０．２００．１０金合金５９９．７０．１５０．１５金合金６９９．７０．１２０．１８金合金７（比較例）９９．７０．１００．２０金合金８（比較例）９９．７０．０５０．２５

【００３２】熱処理前記で得られた鋳造ままの金合金１〜８にそれぞれ、溶
体化処理（８００℃に１時間維持した後、水冷する）を
施し、ついで時効硬化処理（４００℃に１時間維持した
後、水冷する）を施した。以下において、この処理後の
金合金を「熱処理後の金合金」ということがある。

【００３３】加工処理前記で得られた鋳造ままの金合金１〜８にそれぞれ、溶
体化処理（８００℃に１時間維持した後、水冷する）を
施し、ついで累積加工量が５０％となるように圧延した
後、時効硬化処理（４００℃に１時間維持した後、水冷
する）を施した。以下において、この処理後の金合金を
「加工処理後の金合金」ということがある。

【００３４】硬さ測定金合金１〜８のそれぞれについて、「鋳造まま」、「熱
処理後」、および「加工処理後」の各段階におけるその
硬さを、ビッカース硬さ計で測定した。結果は表２に示
されるとおりであった。

【００３５】表２ビッカース硬さ（Ｈｖ）鋳造まま熱処理後加工処理後金合金１（比較例）３５６０１２５金合金２４６７５１７５金合金３４６７７１７５金合金４４６８０１８０金合金５４７７８１７５金合金６４７７５１７４金合金７（比較例）４３５８１２０金合金８（比較例）３７５５１２０

【００３６】評価試験Ｂ：硬化型金合金の再鋳造性Ａｕ１９．９４ｇ、Ｙ０．０４ｇ、およびＣａ０．
０２ｇを用意し（配合比：９９．７重量％Ａｕ−０．２
重量％Ｙ−０．１重量％Ｃａ）、これらをカーボン坩堝
に入れアーク溶解炉内にセットした。該炉内を１０^−２
Ｔｏｒｒまで減圧し、アルゴンガスで置換した後、前記
配合物を不活性雰囲気中にて溶解させた。溶解後、金合
金はカーボン坩堝内で放冷させ、鋳造ままの状態の金合
金を得た。以下において、この金合金を鋳造後（１回
目）後の金合金という。

【００３７】ついで前記の金合金を、溶体化処理（８０
０℃に１時間維持した後、水冷する）に付した後、放冷
して、金合金を得た。以下において、この金合金を溶体
化処理（１回目）後の金合金という。

【００３８】溶体化処理後の金合金を、時効硬化処理
（４００℃に１時間維持した後、水冷する）に付した
後、放冷して、金合金を得た。以下において、この金合
金を時効硬化処理（１回目）後の金合金という。

【００３９】時効硬化処理後の金合金を、前記した鋳造
条件で再度鋳造処理に付し、鋳造後（２回目）後の金合
金を得た。同様にして、鋳造処理、溶体化処理、および
時効硬化処理を繰り返し、各処理の回数毎に、処理後の
金合金の硬さ（ビッカース硬さ）を測定した。このよう
にして鋳造を繰り返すことの金合金硬さへの影響を調べ
た。

【００４０】結果は表３に示されるとおりであった。

【００４１】表３金合金の硬さ（ビッカース硬さ（Ｈｖ））鋳造処理溶体化処理時効硬化処理処理１回目４７５４８０処理２回目４８５５８０処理３回目４７５５７９処理４回目４７５５７９

【００４２】以上のような結果から、鋳造処理、溶体化
処理、および時効硬化処理を順に合金に適用し、この処
理を４回繰り返した場合であっても、金合金硬さなどの
物理特性は殆ど低下しないことがわかった。このように
本発明に従う金合金は再鋳造性に優れているということ
ができる。このような金合金を装飾品等の製品に使用す
ることにより、製品の製造コストを大幅に削減できると
考えられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８２Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８２６９１６９１Ｂ６９２６９２Ａ (72)発明者為広博千葉県習志野市津田沼二丁目17番１号千葉工業大学内 (72)発明者高野貴光千葉県習志野市津田沼二丁目17番１号千葉工業大学内 (72)発明者高田厚子千葉県習志野市津田沼二丁目17番１号千葉工業大学内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．１２〜０．２８重量％のイットリウム
（Ｙ）と、０．０２〜０．１８重量％のカルシウム（Ｃａ）と、残部としての金（Ａｕ）とから実質的になることを特徴
とする、硬化型金合金。
【請求項２】金の含有量が少なくとも９９．７重量％で
あり、かつベリリウム(Ｂｅ)、ボロン（Ｂ）、アルミニ
ウム(Ａｌ)、シリコン(Ｓｉ)、ニッケル（Ｎｉ）、銅
(Ｃｕ)、ゲルマニウム(Ｇｅ)、パラジウム(Ｐｄ)、スズ
（Ｓｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）からなる群より選択
される追加成分を、０．０２〜０．１６重量％の量でさ
らに含んでなる、請求項１に記載の硬化型金合金。
【請求項３】金の含有量が少なくとも９９．７重量％で
あり、かつ少なくとも１種の希土類元素を０．０２〜０．１６重量
％の量でさらに含んでなる、請求項１または２に記載の
硬化型金合金。
【請求項４】Ｙと、Ｃａと、Ａｕと、必要により追加成
分とを鋳造して得られる金合金を、溶体化処理に付し、
ついで時効硬化処理に付すことにより得られる、請求項
１〜３のいずれか一項に記載の硬化型金合金。
【請求項５】Ｙと、Ｃａと、Ａｕと、必要により追加成
分とを鋳造して得られる金合金を、溶体化処理に付し
て、少なくとも累積加工量３０％の加工処理を施し、さ
らに、時効硬化処理に付すことにより得られる、請求項
１〜３のいずれか一項に記載の硬化型金合金。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項に記載の金合
金から実質的に構成される、金装飾品材。
【請求項７】０．１２〜０．２８重量％のＹと、０．０
２〜０．１８重量％のＣａと、残部としてのＡｕとから
実質的になる混合成分を鋳造し、得られた金合金を、溶
体化処理に付し、ついで時効硬化処理に付すことを含ん
でなる、硬化型金合金の製造方法。
【請求項８】時効硬化処理を行う前に、少なくとも累積
加工量３０％の加工処理を金合金に施すことをさらに含
んでなる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】溶体化処理が、７００〜９００℃の範囲の
温度に加熱して急冷することを含んでなる、請求項７ま
たは８に記載の方法。
【請求項１０】時効硬化処理が、３００〜５００℃の範
囲の温度に加熱して急冷することを含んでなる、請求項
７〜９のいずれか一項に記載の方法。