JP3264882B2 - 白金合金 - Google Patents

白金合金

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JP3264882B2 JP00743998A JP743998A JP3264882B2 JP 3264882 B2 JP3264882 B2 JP 3264882B2 JP 00743998 A JP00743998 A JP 00743998A JP 743998 A JP743998 A JP 743998A JP 3264882 B2 JP3264882 B2 JP 3264882B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、装飾用の白金合金
に関する。
【0002】
【従来の技術】装飾用を中心に用いられてきた、従来の
鋳造用白金合金は、Ptを母相金属とし、In,Sn,
Ga,Co,Pd,Cu等が代表的合金元素として用い
られてきた。これらの合金元素は、白金の機械的強度、
鋳造性、耐食性等の改善を目的として使用されたもので
ある。
【0003】中でも、装飾用に用いる鋳造用白金合金
は、より高純度の追求が装飾品的価値を高めるためには
必要不可欠であり、合金元素の含有率を極力低くする必
要がある。単に高純度であることを追求するのであれ
ば、合金元素量を減らせばよいが、装飾用白金合金での
合金元素の添加は、白金合金を加工するために必要とす
る最低限の機械的強度および鋳造性を満足させることを
目的としているのである。
【0004】即ち、鋳造用の白金合金にあっては、機械
的強度と鋳造性との双方を満足させ、より高純度白金と
することのできるよう添加合金元素が選択され、必要な
含有率が決められてきた。一般に、この機械的強度(硬
度)と鋳造性(鋳造割れ)は相反する傾向にある。即
ち、硬度を上昇させると、鋳造した白金の凝固過程にお
いて発生する凝固歪に耐えきれず、鋳造白金に割れが生
ずるのである。従来の白金合金元素は、鋳造時の鋳造割
れを防止するため、一定レベルでの硬度制御を容易にす
べく、硬度を緩やかに上昇させることのできる合金元素
を添加して、硬度調整を図っていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鋳造性
に優れた硬度を緩やかに上昇させることのできる合金元
素を用いるということは、微量で硬度を著しく上昇させ
ることのできる合金元素にくらべ、目的硬度を得るため
により多くの合金元素量を必要とすることになり、より
高純度の白金合金を追求する上での大きな障害となる。
【0006】それでも、微量で硬度を著しく上昇させる
ことのできる合金元素の使用が積極的に行われなかった
のは、微量の合金元素量の変動により、白金の硬度も大
きく変化するため、硬度制御が非常に困難となる。微量
で硬度を著しく上昇させることのできる合金元素の使用
をする際に、ほんの少し微量の合金元素量の変動があっ
ても、硬度が必要以上に上昇し、鋳造時に鋳造割れを生
ずる確率が高く、極めて深刻な製品不良発生の原因とな
る可能性があったためである。
【0007】そこで、本発明は、微量で硬度を著しく上
昇させることのできる合金元素を使用するものであって
も、硬度の制御を容易に行うことを可能とし、しかも鋳
造性に優れた白金合金の提供を目的とするものである。
このような、白金合金の組成が技術的に達成できれば、
従来の合金量より極めて少ない合金量で、従来の白金合
金と同等の機械的強度の確保が可能となり、加工を容易
にするとともに、より高純度の白金合金が得られるので
ある。
【0008】
【課題を達成するための手段】従来の白金合金に使用さ
れてきた合金元素は、Hume−Rotheryの法則
によれば、周期律表上でPtの価電子と近い価電子を有
するW,Ni,Cu,Pd,Ir,Sn,Ga,Co等
の固溶体を形成しやすい元素が使用されてきたと考える
ことができる。各元素の合金の強化に与える影響を考え
ると、含有率に応じた機械的強度(硬度)の上昇は少な
いものであった。
【0009】従って、本発明者らは、白金の機械的強度
(硬度)の上昇に大きく寄与すると考えられる元素とし
て、Ptの価電子と比較的離れた価電子を持つ元素に着
目し、鋭意研究を行ってきた。そして、研究者らは、微
量でPtの硬度を著しく上昇させることのできる合金元
素としてSiに着目し、以下のような方法で課題の達成
が可能なことを見いだした。なお、装飾用白金合金とし
て後の機械加工を容易とし、装飾品として長期に渡る美
観保持のために必要と考える最低要求硬度はHv=11
0として以下の発明を行っている。
【0010】請求項1記載の発明は、合金元素として
0.01〜0.2wt%Si及び0.005〜0.3w
t%Inを含有し、このSiとInとの含有比〔In含
有率(wt%)〕/〔Si含有率(wt%)〕が0.5
〜3.0であり、残部Pt及び不可避不純物からなる装
飾用の白金合金である。ここでは、合金元素としてSi
とInとを使用している。このうちSiは微量添加する
だけで機械的強度を上昇させる役割を果たし、Si単独
では図1に示すように、Ptの機械的強度(硬度)を上
昇させる。
【0011】この図1から分かる通り、Siを添加する
前(0.0wt%Si)のPtの硬度(ビッカース硬
度:Hv)はHv=45であるものが、0.05wt%
程度の僅かな量のSiを添加するだけでHv=150を
越える高い硬度となる。図1から判断できるように、
0.2wt%Si以下の微量含有率の領域で、白金合金
の硬度は急激に上昇し、微量Siでも機械的強度(硬
度)の向上に大きく寄与するものであることが分かる。
この硬度が急激に上昇する領域では、硬度を一定値に制
御することが非常に困難である。但し、図1に示すHv
(ビッカース硬度)−Si(wt%)のグラフの立ち上
がりが、0.1wt%あたりから緩やかになり、1.0
wt%を越えるとサチュレートしてくる。また、図1か
ら、Siの硬度上昇に対する寄与率が、従来使用してい
たW,Ni,Cu,Pdの寄与率に比べ格段に高いこと
が明らかにみてとれる。
【0012】硬度を一定値に制御することができず、硬
度のみが必要以上に上昇すると、白金合金の靱性が損な
われ、結果として脆化しやすくなる。従って、鋳造時の
凝固過程における収縮歪により、鋳造した製品に割れ
(以下、「鋳造割れ」と称す。)を生じやすくなる。S
iのような、硬度に対する寄与率の大きな合金元素が用
いられなかった理由がここにあるのである。
【0013】更に、白金にSiを単独で合金元素として
使用した場合の鋳造割れの発生とSi含有率の関係を調
べると、表1のような結果が得られた。
【0014】
【表1】
【0015】表1に示すように、Si含有率が0.05
wt%を越えると鋳造割れの発生が確認されている。従
って、最低要求硬度Hv=110を確保することはSi
添加により容易に達成することができるが、鋳造割れの
発生頻度が著しく上昇することがわかる。
【0016】ここで、もう1つの合金元素であるInの
役割を説明する。Inを単独で、白金の合金元素として
使用すると、図1に示すように、やはり硬度を上昇させ
る結果となる。
【0017】ところが、図1に示すSiとInの硬度上
昇に与える影響の違いより、SiとInのそれぞれの白
金硬度の上昇への寄与率が大きく異なることが分かる。
同量のSiとInのそれぞれを合金元素として白金に添
加すると、InはSiの約1/2〜1/3の硬度上昇効
果を示し、In単独ではHv=100程度迄しか硬度上
昇させることはできない。このことは、InはSiに比
べ、硬度を緩やかに上昇させることのできる合金元素と
して作用していることを示唆していることになる。
【0018】以上の様に、SiとInのそれぞれを単独
で白金の合金元素として使用するといずれも硬度を上昇
させるものとして作用する。これに対し、白金に対する
合金元素として、SiとInとを同時に使用すると、I
nの果たす役割が全く異なったものとなるのである。即
ち、Inが白金合金の硬度を下げ、軟化させる役割を果
たす場合があるのである。図2は、Siの含有率を0.
2wt%に固定し、In含有率を変化させた場合の、白
金合金の硬度の推移を示したものである。
【0019】この図2から判断するに、In含有率
0.1wt%より少ない場合は、InはSiと共に、白
金の硬度上昇に寄与している。しかし、In含有率
0.1wt%以上になると、軟化効果を示し、白金合金
の硬度を下げる結果となっている。
【0020】更に、図2からIn含有率が0.5wt%
を越えると軟化効果は終了し、それ以上のInを添加し
ても、より大きく軟化させることはできず、むしろIn
を添加すると再び硬度は僅かであるが上昇しはじめてい
る。このことから、Si含有率の約2.5倍のIn含有
で軟化効果が終了すると考えられることとなる。同様
に、Siの含有率を0.01〜0.3wt%の範囲で変
化させ同様の実験を行ったが、いずれの場合もSi含有
の約2.5〜3.0倍のIn含有率で軟化効果が終了
するという結果が得られた。
【0021】また、図2で使用した白金合金のSiの
有率は0.2wt%のものを使用したことと、In含有
が0.1wt%以上で軟化が開始していることを考え
れば、Si含有率:In含有率=1:0.5が軟化開始
の臨界点であるといえる。この現象も、Siの含有率
0.01〜0.3wt%の範囲で変化させ同様の実験を
行ったが、Si含有率:In含有率=1:0.5の近傍
が軟化開始の臨界点であるという結果が得られた。
【0022】以上の現象について現段階においてメカニ
ズム的解明は出来ていないが、SiとInとが単独で白
金に添加された場合には、それぞれの原子が母相である
白金中に分布し、固溶強化することで硬度の上昇が行わ
れるが、Siと一定量以上のInとが同時に合金元素と
して添加されると、SiとIn間である種の電子化合物
又は金属間化合物の如きものを組織中に形成し、固溶し
たSiによる硬度上昇効果を緩和する働きを果たすこと
が考えられる。
【0023】しかし、これらを現象論的に捉え鋳造割れ
の問題を考えると、Inを添加することでSi添加によ
り得られる硬度を軟化させ、有効に鋳造割れを防止でき
ると考えることができるのである。
【0024】従って、Inが軟化効果を示す〔In含有
率〕/〔Si含有率〕=0.5〜3.0の範囲を含む
〔In含有率〕/〔Si含有率〕=0.3〜3.0の範
囲でSi+Inの含有量の組み合わせを考えると、表2
に示すような結果が得られた。
【0025】
【表2】
【0026】表2から、Si+Inと同量のSiを単独
で合金元素として用いた場合とを比較すれば格段に鋳造
割れの発生が改善されている。Si単独の場合には、
0.05wt%Siで鋳造割れの発生が確認されるが、
本発明に係る白金合金はSi+Inの値が0.50wt
%まで鋳造割れが発生していない組成が存在する。ま
た、表2のSi+Inの合金元素量が0.40wt%と
0.50wt%の結果より、Si+Inの合金元素量中
のSi量が0.20wt%を越えると鋳造割れが発生し
やすくなっていることが分かる。
【0027】即ち、Si単独の場合に比べ鋳造割れの発
生頻度は極めて軽減はされているものの、Si+Inの
値が0.50wt%を越える領域及びSi+Inの合金
元素量中のSi量が0.20wt%を越える領域で鋳造
割れが発生しているのである。この現象をもとに、確実
に鋳造割れを防止するためには、Si+Inの値が0.
50wt%以下で且つSi含有率を0.20wt%以下
の値とすべきである。
【0028】そして、最低要求硬度のHv=110と工
程管理上の安全性を考慮すれば、最低のSi含有率は
0.01wt%程度が必要となる。従って、上述したこ
とを考慮すればSi含有率は0.01〜0.20wt%
の範囲とするのが望ましいことになる。更に、Inが軟
化効果を示す〔In含有率〕/〔Si含有率〕=0.5
〜3.0の範囲で、且つSi+Inの値が0.50wt
%以下とすることを考えれば、In含有率の範囲は、
0.005〜0.3wt%となる。
【0029】
【発明の実施の形態】以上の述べた解決手段をもって、
最適と思われる条件で製造したPt−Si−In合金を
実施例とし、Pt−0.15wt%Ge−0.05wt
%Si(以下、「比較例1」と称す)およびPt−0.
10wt%Ge−0.10wt%In(以下、「比較例
2」と称す)を比較例として、硬度および鋳造割れの発
生頻度を確認し表3に示した。
【0030】ここで、実施例で使用したPt−Si−I
n合金は、所定量のSiを含有したPt−Si合金と所
定量のInを含有したPt−In合金とをそれぞれ別個
に製造し、これらを一緒にして高周波真空溶解炉を用い
て溶解鋳造し、目的の組成のPt−Si−In合金とし
たのである。比較例として使用した白金合金も同様に、
所定量のGeを含有したPt−Ge合金、所定量のSi
を含有したPt−Si合金および所定量のInを含有し
たPt−In合金とをそれぞれ別個に製造し、Pt−G
e合金とPt−Si合金とでPt−Ge−Si合金を製
造し、Pt−Ge合金とPt−In合金とでPt−Ge
−In合金を製造した。
【0031】
【表3】
【0032】表3から分かるように、実施例であるPt
−Si−In合金は、全て最低要求硬度Hv=110を
クリアできており、しかも抜取りで検査した30個の製
品のなかで鋳造割れの発生が全く認められなかった。こ
れは、白金合金として、非常に高い硬度と極めて優れた
鋳造性を持つことを示している。これに対し、比較例と
して使用した白金合金では、鋳造割れ発生頻度が高く成
っていることが特徴的である。この両者の持つ特性の差
は、製品歩留りとして顕著に現れるものであり、本発明
に係るPt−Si−In合金を用いると製造コストの大
幅な低減が可能となる。
【0033】
【発明の効果】上述した、本発明に係る微量の合金添加
により非常に高い硬度の確保が可能で、しかも極めて優
れた鋳造性を持つPt−Si−In合金を使用すること
により、高純度白金とし、極めて優れた鋳造性を持ち鋳
造割れの防止が可能であり、機械加工中および装飾品と
しての使用中に傷の付き難いものとすることが可能とな
った。このようなトータルバランスに優れた白金合金は
従来になく、製品歩留りを著しく向上させ製造コストの
大幅な低減が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Pt合金の硬度と合金元素SiまたはInの
含有率との関係を示したグラフである。
【図2】 Pt−0.2wt%Si−In合金におい
て、In含有率を変化させた場合の白金合金の硬度の推
移を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−53133(JP,A) 特開 平7−289324(JP,A) 特開 昭59−150041(JP,A) 特開 昭61−34137(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 5/04 A44C 27/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 合金元素として0.01〜0.2wt%
    Si及び0.005〜0.3wt%Inを含有し、この
    SiとInとの含有比〔In含有率(wt%)〕/〔S
    i含有率(wt%)〕が0.5〜3.0であり、残部P
    t及び不可避不純物からなる装飾用の白金合金。
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JP5610299B2 (ja) * 2011-03-08 2014-10-22 株式会社ディ・ビー・シー・システム研究所 耐酸化消耗性白金合金、耐酸化消耗性白金合金皮膜および耐酸化消耗性金属部材
JP6302779B2 (ja) * 2014-07-14 2018-03-28 株式会社グローバルコーポレーション 高硬度と高強度を有する999白金合金の製造方法

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