JP2009114528A

JP2009114528A - カラー金合金およびその製造方法

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Publication number: JP2009114528A
Application number: JP2007291129A
Authority: JP
Inventors: Toshio Sato; 俊男佐藤; Hiromi Ashizawa; 広美芦澤; Hiroshi Tamehiro; 博為広
Original assignee: DESK 21 KK
Current assignee: DESK 21 KK
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: JP5192780B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、従来存在しなかった美しいブルー色を有する装飾用カラー金合金及びその製造法を提供することである。
【解決手段】Ａｕ：３５〜５５％、Ｉｎ：３５〜６０％を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．５〜１５％、Ａｇ：０．５〜２５％、Ｚｎ：０．１〜６％、Ｐｄ：０．５〜５％、Ｎｉ：０．５〜５％、Ｃｏ：０．５〜５％，Ｍｎ：０．５〜５％の１種または２種以上を合計で０．５〜３０％の範囲で含有すること、必要に応じてさらにＩｒ，Ｒｕの１種または２種を合計で０．１〜０．７％の範囲で含有させること。
また上記のような組成の金合金を不活性雰囲気で溶解後、２００℃以下に保持された型に鋳造すること。
【選択図】なし

Description

本発明は、装飾品、装身具、時計、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ブルー色を有するカラー金合金（ブルーゴールド）とその製造法に関するものである。

現在、装飾用として多く使用されている金合金の基本的なカラーは、1)イエロー、2)グリーンイエロー、3)ピンク（オレンジ）及び4)ホワイト系の４種に限定される。前３者のカラーを有する金合金はＡｕ−Ａｇ−Ｃｕ三元系合金状態図に基づいて、またホワイトゴールドはＡｕに漂白元素Ｎｉ、Ｐｄを含有させ溶解・鋳造により製造されている。しかしながら、消費者ニーズの多様化、意匠性、独創性などの観点から、ブラック、ブルー色等従来にない美しいカラーを呈する金合金に対するニーズも強くなっている。

ブルーゴールド合金としては、Ａｕ−２４質量％Ｆｅ合金（以下、単に％と記す）が挙げられる。また、金にニッケル、クロム、バナジウム、モリブデン等と鉄を添加した合金も公知である。（特許文献１参照）
特開平５−２８７５５６号公報参照

前者の合金は合金表面に薄い酸化皮膜の形成し、ブルー色を呈するが、しかし酸化皮膜は、光沢が乏しく変色し易いので装飾品には使用されない。また、後者の合金は本来ホワイト色で酸化処理により表面のみにブルー色の酸化皮膜ができるもので、内部はホワイト色のままであり、光沢が乏しく変色し易いという課題を有している。

本発明の合金は、酸化処理なしで表面から内部までブルー色を示す画期的な合金であり、特開平５−２８７５５６に開示された発明とは本質的に異なるカラー特性を示すカラー金合金を提供する。

本発明は、ＡｕとＩｎ、さらにＣｕ，Ａｇなどの金属元素の含有量を最適化することにより、美しいブルー色を有し、かつ装飾品としての機械的性質（硬さ、加工性など）を併せ持つ金合金を発明した。また、上記合金の溶解・鋳造に際しては、溶解・鋳造は不活性雰囲気で行い、かつ鋳造する型の温度を２００℃以下にすることが極めて有効であることを見出した。

本発明の金合金の組成は、Ａｕ：３５〜５５％、Ｉｎ：３５〜６０％を含有し、さらに必要に応じてＣｕ：０．５〜１５％、Ａｇ：０．５〜２５％、Ｚｎ：０．１〜６％、Ｇａ：０．５〜２０％、Ｐｄ：０．５〜５％、Ｎｉ：０．５〜５％、Ｃｏ：０．５〜５％、Ｍｎ：０．５〜５％の１種または２種以上を合計で０．５〜３０％の範囲で含有すること、必要に応じてさらにＩｒ、Ｒｈ、Ｒｕの１種または２種以上を合計で０．１〜０．７％の範囲で含有させることを特徴とする。

また本発明の別の態様によれば、上記のような組成の金合金を不活性雰囲気で溶解後、２００℃以下に保持された型に鋳造することを特徴とするカラー金合金の製造法が提供される。

本発明に基づいて製造された金合金は表面から内部までブルー色を呈す。この合金は優れた耐食性を有し、日常生活における長期の使用においても変色、腐食はし難い。また本発明に基づく合金はリサイクル性に優れ、製造時に排出される残合金を繰返し使用または純金属として再生することが可能である。

本発明では、まず基本的な元素としてＡｕとＩｎをそれぞれ３５〜５５％、３５〜６０％範囲で含有させる。これは金属間化合物ＡｕＩｎ_２の微細分散によってブルーを発色させるためである。Ａｕ：３５〜５５％とＩｎ：３５〜６０％を含有させる理由は、ブルーカラーの発色と本来の金合金としての優れた耐食性、機械的性質を付与するためである。これらの特性を達成するためには、３５％以上のＡｕと３５％以上のＩｎ添加が必須である。しかし、５５％を超えてＡｕを含有させると、合金のカラーはイエローあるいはホワイト色となり、目的とするブルーゴールドを得ることができない。このため、Ａｕ含有量の上限を５５％とした。一方、Ｉｎ含有量が６０％を超えると、合金が著しく軟化、かつ脆くなり装飾品として不適である。また、不活性雰囲気においても雰囲気中のわずかな酸素あるいは石膏型の酸素と反応して鋳造時の酸化が著しくなる。このため、Ｉｎ含有量の上限を６０％とした。なお、本発明において最も好ましいＡｕ、Ｉｎ含有量は、それぞれ４０〜５０％、４５〜５５％である。

また、上記組成の合金で健全な製品を鋳造するには、組成だけでなく溶解・鋳造法も限定することが望ましい。まず溶解・鋳造する際、溶解は不活性雰囲気で行うことが不可欠である。真空中でも可能であるが、融点の低いＩｎを多量に含有する本発明の合金では、溶湯が容易に沸騰し坩堝から溶滴が飛散、溶解が困難となる。このため、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの常圧または加圧雰囲気で溶解することがより好ましい。型への鋳造時においても溶湯の酸化を防止するため、Ｎ_２、Ａｒガスなどの不活性雰囲気下で行うことが望ましい。また、鋳造する型の温度は２００℃以下とすることで、加工性の低下を防止することができる。型の材料としては石膏などのセラミックス、銅、鉄などの金属が使用できる。本発明の製造法として最も好ましいロストワックス鋳造では石膏型が使用されるが、石膏型の温度が高いと、石膏と溶湯が反応し健全な製品を製造することは困難となる。金属型を用いる場合においても、酸化防止の観点から、型の温度を２００℃以下とすることが特に好ましい。一方、型温度の下限はいずれも室温または室温以下でもでもよく、限定しない。

なお、合金の溶解温度および鋳造温度は、鋳造時に溶湯の流動性が確保される限り低い方が望ましいが、通常の溶解温度であれば、鋳造温度は問題でないので、本発明では特に限定はしない。

本発明ではＡｕ−Ｉｎ系ブルーゴールド合金の鋳造性、機械的性質（硬さ）などを改善するためにＡｕ：３５〜５５％、Ｉｎ：３５〜６０％に、さらにＣｕ：０．５〜１５％、Ａｇ：０．５〜２５％，Ｚｎ：０．１〜６％、Ｇａ：０．５〜０．３５、Ｐｄ：０．５〜５％，Ｎｉ：０．５〜５％，Ｃｏ：０．５〜５％，Ｍｎ：０．５〜５％の１種または２種以上を合計で０．５〜３０％の範囲で含有させ、必要に応じてさらにＩｒ、Ｒｈ、Ｒｕの１種または２種以上を合計で０．１〜０．７％の範囲で含有させる。

ＣｕとＡｇはＡｕと全率固溶する元素で、Ａｕ−Ｉｎ合金に添加すると硬さや加工性を向上させる。特にＩｎ含有量が概ね４５％以上になると、硬さは著しく低下するので、Ｃｕ、Ａｇを含有させることが本発明において特に好ましい。しかし、Ｃｕは５％以上の添加でレッド色化を促進させ、過剰に含有させるとブルー色が消失する。このため、Ｃｕ含有量の上限を１５％とした。一方、Ａｇ添加の場合、カラーに対する影響は小さくその上限は２５％まで許容できる。ＣｕとＡｇの下限値０．５％であり、この値はこれらの元素の添加による硬さ向上などの効果を得るための最小量である。

Ｚｎは強力な酸化作用があり、Ａｕ−Ａｇ−Ｃｕ合金にしばしば脱酸剤とて添加される。またＣｕのカラー効果を補償するための２次漂白剤として使われる。高温で著しく酸化するＩｎを多量に含有する本発明のＡｕ−Ｉｎ合金においては、適量のＺｎ添加はＩｎの酸化を抑制するために有効であり、ロストワックスによる鋳造性を改善する。このため、Ｚｎを少なくとも０．１％含有させる必要がある。しかし、Ｚｎ含有量が多過ぎると、合金を脆化させるので、その上限を６％とした。

ＧａはＩｎとほぼ同様のカラー効果を有し、金属間化合物ＡｕＧａ_２は薄いブルーまたはパープル色を示す。しかし、過剰に含有させると合金の融点が低下し過ぎるとともに硬さの低下、脆化が顕著となるので、その適正範囲は０．５％〜２０％である。

ＰｄはＡｕと全率固溶し、強い漂白作用を有する元素である。Ａｕ−Ｉｎ合金に添加すると加工性を劣化させることなく硬さを増加させる。この効果を得るためにはＰｄを０．５％以上含有させる必要がある。しかし、Ｐｄ含有量が多過ぎると、その強力な漂白作用によって、Ａｕ−Ｉｎ合金のブルー色が消失し、カラーはホワイト色に遷移する。このため、Ｐｄ含有量の上限は５％としなければならない。

ＮｉもＰｄと同様に強い漂白作用をもち、人体アレルギー傾向が強い元素である。Ｃｏの漂白作用は非常に弱く硬さを増加させ、適量添加による加工性の劣化はない。しかし、液相線温度を上昇させ、ロストワックス鋳造性が悪くなるほか人体アレルギー傾向を示す。またＭｎは本来、漂白作用を持たないが、Ｐｄとの組み合わせで顕著なホワイト化効果を示す。適量の添加は硬さを増加させるが、含有量が多いと、応力腐食感受性が顕著となる。以上述べたことから、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎ含有量の上限は５％である。また、含有量の下限はいずれの元素も０．５％で、これらの元素によって合金の特性を改善するための最小量である。

Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕは少量の添加で結晶粒の成長速度を低下させる効果を有し、鋳造組織を微細化する。結晶粒の微細化は機械的性質の改善に有効である。このためにはＩｒ、ＲｈとＲｕを合計で最低０．１％以上含有させる必要がある。しかし、過剰に含有させると合金が高価になるばかりか、高融点金属のため完全に溶解させることが困難となり、鋳造品に種々の欠陥が生じることとなる。このため含有量の上限を０．７％とした。

上記の組成を有するＡｕ−Ｉｎ合金を溶解・鋳造する際、溶解は不活性雰囲気で行うことが必須である。真空中でも良いが、融点の低いＩｎを多量に含有する本発明合金では、溶湯が容易に沸騰し坩堝から溶滴が飛散し易くなる。このため、Ｎ_２、Ａｒガスなどの常圧または加圧雰囲気で溶解することがより好ましい。鋳造時においても酸化を防止するため、Ｎ_２、Ａｒガスなどの不活性雰囲気で行うことが特に好ましい。

また、ロストワックス鋳造する石膏型の温度は２００℃以下とすることが好ましい。特に石膏型で温度が高過ぎると、溶湯が鋳造後直ちに凝固せず石膏と溶湯が反応し欠陥のない健全な製品を製造することが難しい。金属型を用いる場合においても、酸化防止の観点から、型の温度を２００℃以下とすることが特に好ましい。型温度の下限は特に限定しない。

なお、本発明のブルーゴールド合金を用いてリング、ペンダントなどの装飾品を製造後、これらを融点以下（約４５０℃以下）で再加熱・冷却（水冷〜空冷）する熱処理を行っても本発明の特徴は失われることはない。

Ａｕに種々の元素を添加した合金（総量２０ｇ）を不活性のＡｒガス雰囲気で黒鉛坩堝を用いて高周波溶解し、１５０℃に予熱した石膏型にロストワックス鋳造してリング（外径２０ｍｍ×内径１６ｍｍ×幅５ｍｍ）を作製した。鋳造したリングの欠陥の有無を調査するとともに、硬さをビッカース硬さ計（ＨＶ：荷重９．８Ｎ）で、カラーは目視観察と分光測色計によって判定した。

表１に実施例を示す。本発明の製造法に基づいて作製した合金リングはすべてブルー色のカラーを有し、実用的な硬さを併せもつ。これに対して、本発明によらない比較合金リングは硬さ、カラーあるいはリングの健全性に問題がある。比較合金リング−１は金含有量が少なく、生成するＡｕＩｎ_２量が低過ぎるためにブルー色が得られずホワイト色を示す。比較合金リング−２ではＩｎ含有量は適切であるが、過剰なＡｕ含有量のためにやはりホワイト色を呈する。また比較合金リング−３は好ましいライトブルー色を示すが、著しく脆くリングを作ることが不可能であった。比較合金リング−４、５及び６ではＡｕ、Ｐｄ、Ａｇ含有量が適切でないためにホワイト色を呈する。比較合金−４では、Ｐｄ含有量が多いために、その強力な漂白効果により合金はホワイト色を示した。比較合金−５では過剰なＣｕ含有量によってイエローホワイト色を、比較合金−６ではＡｕ含有量が少なくＡｇ含有量が多過ぎるために合金はホワイト色を示し、ブルー色は得られなかった。

Claims

質量％で金（Ａｕ）：３５〜５５％とインジウム（Ｉｎ）：３５〜６０％を含有し、残部に不可避的不純物の含有を許容するブルー色を有するカラー金合金。
質量％で銅（Ｃｕ）：０．５〜１５％、銀（Ａｇ）：０．５〜２５％、亜鉛（Ｚｎ）：０．１〜６％、パラジウム（Ｐｄ）：０．５〜５％、ガリウム（Ｇａ）：０．５〜２０％、ニッケル（Ｎｉ）：０．５〜５％、コバルト（Ｃｏ）：０．５〜５％、マンガン（Ｍｎ）：０．５〜５％の１種または２種以上を合計で０．５〜３０％の範囲で含有する請求項１記載のブルー色を有するカラー金合金。
イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）の１種または２種以上を合計で０．１〜０．７％の範囲で含有する請求項２記載のブルー色を有するカラー金合金。
請求項１〜３のいずれかに記載の組成のカラー金合金を不活性雰囲気で溶解後、２００℃以下に保持された型に鋳造することを特徴とするブルー色を有するカラー金合金の製造法。
請求項１〜３のいずれかに記載のカラー金合金からなる金装飾品。