JP3328130B2

JP3328130B2 - 高純度硬質金合金およびその製造方法

Info

Publication number: JP3328130B2
Application number: JP08345796A
Authority: JP
Inventors: 笠和男小
Original assignee: 小笠和男
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 2002-09-24
Anticipated expiration: 2016-04-05
Also published as: JPH093612A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、純金程度に高い純度を
有しかつ硬質な高純度硬質金合金、およびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】金は稀少性を有するだけでなく気品ある
輝きを呈するため貴金属として愛好され、時計やネック
レス，ブレスレット，アンクレットのチェーン，ブロー
チ，ペンダント等の装身具に用いられている。金を用い
て時計や装身具等を作る場合、その製品の耐久性を生じ
させ、傷つきにくくするためには、材料の機械的強度が
高いことが必要不可欠な条件であるが、金はその含有率
が高いと、財産的価値が高い反面、ビッカース硬度Ｈｖ
＝約３０〜４０程度と表面硬度が低く、傷ついたり、変
形したりしやすい。

【０００３】このため、従来は、高純度の金を用いるこ
とが要求される場合に、金を加工硬化させて硬質化する
ことが提案されている（特開平７−７０７６０号，同７
０７６１号公報参照）。例えば、具体的には、金Ａｕ含
有率が９９％以上で、イットリウムＹ又は希土類元素が
微量添加された高純度金合金を用い、直径２０mmの円柱
状インゴットに２０パスの伸線加工を繰り返し施し、直
径 0.5 mm のワイヤ状に加工したところ（加工率＝99.9
6375％）、ビッカース硬度Ｈｖ＝110 〜140 程度まで硬
くすることができた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような手段で金合金を硬質化する場合、非常に高い加
工率で加工しなければならないので、チェーンネックレ
スように細いワイヤだけでできる装飾品の材料を提供す
る場合には適していても、ブローチのようにある程度の
大きさが必要な場合には、硬質化が困難であるという問
題があった。すなわち、例えば直径１mmのワイヤで同程
度の硬さを得ようとすると、直径４０mmの円柱状インゴ
ットを伸線加工しなければ同程度の高加工率で加工でき
ないので、伸線加工機などの工作機械も大型化し、製造
コストが嵩むという問題があった。

【０００５】また、加工硬化のみによって金を硬質化さ
せた場合には、硬質化した後に熱が加わると、450 ℃で
ビッカース硬度Ｈｖ＝３０〜６０程度まで低下し軟質化
してしまうという問題があった。例えば、金と金の継ぎ
目を溶着させるときは溶着部分に金ろうを付着させて加
熱炉内に入れ、炉内温度を450 ℃程度に昇温させてろう
付けするようにしているが、この場合，金が全体的に45
0 ℃程度まで加熱されて軟質化してしまうので、せっか
く硬質化しても硬質化した金の硬さを維持できない。

【０００６】さらに、指輪のように鋳造により製作され
るものにあっては加工率の高い塑性加工をしないので、
加工硬化による硬質化を期待することができないという
問題があった。そこで、本発明は、純金程度に純度の高
い金を、より低い加工率でも硬質化することができ、硬
質化した後にろう付けなどにより加熱されても極端に軟
質化されることがなく、さらに塑性加工せずに鋳造する
場合であってもある程度の硬さまで硬質化することがで
きる高純度硬質金合金の製造方法、および純金程度に高
い純度を有しながら硬度が高く、かつ加熱されても一定
の硬度を維持することができる高純度硬質金合金を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明に係る高純度硬質金合金の製造方法は、金Ａ
ｕが９９．０質量％以上であり、ガドリウムＧｄを５０
〜９９５０ｐｐｍ、アルミニウムＡｌ、シリコンＳｉ、
カルシウムＣａ、ベリリウムＢｅ、ストロンチウムＳｒ
のうちの一種以上を累計で５０〜９９５０ｐｐｍ含有す
る金合金に対し溶体化処理を施した後、前記金合金を所
望の加工率まで所望の形状に加工して加工硬化させる加
工硬化処理を施し、さらに、加工硬化処理を施した後の
前記金合金を加熱して硬化させる時効硬化処理を施すこ
とを特徴とする。また、金Ａｕが９９．０質量％以上で
あり、ガドリウムＧｄを５０〜９９５０ｐｐｍ以上、ア
ルミニウムＡｌ、シリコンＳｉ、カルシウムＣａ、ベリ
リウムＢｅ、ストロンチウムＳｒのうちの一種以上を累
計で５０〜９９５０ｐｐｍ含有する金合金に対し溶体化
処理を施すことを特徴とする。さらに、上記いずれかの
製造方法において、前記金合金は、金Ａｕが９９．８５
質量％以上であり、ガドリウムＧｄを５０〜１４５０ｐ
ｐｍ、アルミニウムＡｌ、シリコンＳｉ、カルシウムＣ
ａ、ベリリウムＢｅ、ストロンチウムＳｒのうちの一種
以上を累計で５０〜１４５０ｐｐｍ含有することを特徴
とする。本発明に係る高純度硬質金合金は、金Ａｕが９
９．０質量％以上であり、ガドリウムＧｄを５０〜９９
５０ｐｐｍ、アルミニウムＡｌ、シリコンＳｉ、カルシ
ウムＣａ、ベリリウムＢｅ、ストロンチウムＳｒのうち
の一種以上を累計で５０〜９９５０ｐｐｍ含有すること
を特徴とする。また、金Ａｕが９９．８５質量％以上で
あり、ガドリウムＧｄを５０〜１４５０ｐｐｍ、アルミ
ニウムＡｌ、シリコンＳｉ、カルシウムＣａ、ベリリウ
ムＢｅ、ストロンチウムＳｒのうちの一種以上を累計で
５０〜１４５０ｐｐｍ含有し、溶体化処理が施されたこ
とを特徴とする。

【０００８】まず、本発明に用いる高純度金合金を鋳造
後、例えば８００℃で１時間加熱した後に急冷して溶体
化処理を施し、ガドリウムＧｄやその他の添加物を均一
に分散させた後、所望の加工率で加工硬化処理し、さら
に、例えば２５０℃で３時間加熱する時効硬化処理を施
した。その後、加熱温度による軟化特性をみるため４５
０℃まで再加熱した。

【０００９】この結果、高純度金合金を溶体化処理した
時点でビッカース硬度Ｈｖ＝７３〜１０２程度まで硬質
化された。すなわち、指輪のように高加工率で加工でき
ないものであっても、熱処理を施すことによりビッカー
ス硬度Ｈｖ＝７０以上に硬質化できる。次いで、加工硬
化処理，時効硬化処理を施し、又はこれらの処理を繰り
返し施した時点でビッカース硬度Ｈｖ＝１２０〜１８０
に硬質化される。その後４５０度まで加熱してもビッカ
ース硬度Ｈｖ＝１１０〜１４０程度までしか軟化しなか
った。

【００１０】以下、本発明について具体的に説明する。
本発明に係る金合金は、金Ａｕが９９．０質量％以上で
あり、ガドリウムＧｄを５０〜９９５０ｐｐｍ、アルミ
ニウムＡｌ、シリコンＳｉ、カルシウムＣａ、ベリリウ
ムＢｅ、ストロンチウムＳｒのうちの一種以上を累計で
５０〜９９５０ｐｐｍ含有する。また、より好適には、
金Ａｕが９９．８５質量％以上であり、ガドリウムＧｄ
を５０〜１４５０ｐｐｍ以上、アルミニウムＡｌ、シリ
コンＳｉ、カルシウムＣａ、ベリリウムＢｅ、ストロン
チウムＳｒのうちの一種以上を累計で５０〜１４５０ｐ
ｐｍ含有する。

【００１１】なお、金Ａｕの含有率を９９．０質量％以
上としたのは、その純度が９９％未満になると純金特有
の色調が損なわれるという理由に基づく。また、ガドリ
ウムＧｄの最低含有率を５０ｐｐｍとし、アルミニウム
Ａｌなどの添加物の最低含有率を５０ｐｐｍとしたの
は、これらの一方の含有率が５０ｐｐｍ未満で、且つ、
累計含有率が１００ｐｐｍ未満では効果がないからであ
る。さらに、金Ａｕの最低含有率を９９．０％とした関
係上、添加物の累計含有率が１００００ｐｐｍを超えな
いように、Ｇｄの最高含有率を９９５０ｐｐｍ、Ａｌ等
の累計の最高含有率を９９５０ｐｐｍに規定している
が、実際には、ガドリウムＧｄも、アルミニウムＡｌ等
もそれぞれ５０〜１４５０ｐｐｍ、累計量として１５０
０ｐｐｍ以下で足りるので、より好ましくは金を９９．
８５質量％以上含有させたものを用いればよい。

【００１２】そして、上述した組成の高純度金合金を、
高温に加熱して添加物を均一に固溶させてから急冷する
溶体化処理を施す。この溶体化処理は、例えば、７００
〜２８００℃の範囲まで加熱した後に急冷し、これによ
り、ビッカース硬度Ｈｖ＝７３〜１０２程度の硬さが得
られる。次いで、所定の形状に所望の加工率で塑性加工
を施して加工硬化させる加工硬化処理を施した後、さら
に１５０〜３５０℃の範囲に１時間加熱して添加物を析
出させて硬化させる時効硬化処理を施す。これにより、
ビッカース硬度Ｈｖ＝１２０〜１５０程度、また、加工
硬化処理及び時効硬化処理を繰り返すことによりビッカ
ース硬度Ｈｖ＝１３５〜１８１程度の硬さが得られた。
また、硬化後に再加熱された場合の軟化の程度を見るた
めに、４５０℃に加熱してビッカース硬度を測定したと
ころ、ビッカース硬度Ｈｖ＝１０４〜１４２程度までし
か軟化しなかった。このようにして形成した具体的な実
施例１〜５を表１に示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【実施例１】実施例１に用いた高純度金合金の組成は、
金Ａｕの含有率が９９．８５７質量％、ガドリウムＧｄ
の含有率が９４０ｐｐｍ、カルシウムＣａの含有率が４
９０ｐｐｍである。そして、これを鋳造した後、８００
℃で１時間加熱して溶体化処理を施したところ、加工硬
化処理を全くしない状態でビッカース硬度Ｈｖ＝８８ま
で硬質化された。次いで、ロール圧延機にかけ加工率９
６％の第一次加工硬化処理を施した状態で、ビッカース
硬度Ｈｖ＝１１０まで硬質化され、その後、２５０℃で
３時間加熱して第一次時効硬化処理を施したところ、ビ
ッカース硬度Ｈｖ＝１４５まで硬質化された。このよう
に、加工硬化処理をすることにより硬化され、その後、
時効硬化処理をすることにより、さらに硬度が高くなる
ので、加工率が等しくても、高い硬度まで硬質化でき
る。

【００１５】さらに、ダイス加工により加工率９０％
（合計加工率99.6％）の第二次加工硬化処理を施したと
ころで、ビッカース硬度Ｈｖ＝１６６まで硬化され、そ
の後、再度、２５０℃で３時間の第二次時効硬化処理を
施したところ、ビッカース硬度Ｈｖ＝１７６まで硬質化
された。このように、加工硬化処理と時効硬化処理を交
互に繰り返すことにより、さらに高い硬度まで硬質化さ
れる。

【００１６】その後、硬質化した金合金を４５０℃まで
加熱することにより、熱による硬度低下の影響を見たと
ころ、ビッカース硬度Ｈｖ＝１２６であった。すなわ
ち、金ろうを用いたろう付け作業などで、高温に加熱さ
れることがあっても極端に軟質化されることがなく、高
い硬度に維持される。

【００１７】

【実施例２】実施例２に用いた高純度金合金の組成は、
金Ａｕの含有率が９９．８６１質量％、ガドリウムＧｄ
の含有率が１１００ｐｐｍ、アルミニウムＡｌの含有率
が２９０ｐｐｍである。そして、これを実施例１と同じ
条件で溶体化処理、第一次加工硬化処理、第一次時効硬
化処理、第二次加工硬化処理、第二次時効硬化処理を施
した。その結果、溶体化処理が終了した時点でビッカー
ス硬度Ｈｖ＝７３まで硬質化され、第一次時効硬化処理
が終了した時点でビッカース硬度Ｈｖ＝１２２まで硬質
化され、第二次時効硬化処理が終了した時点でビッカー
ス硬度Ｈｖ＝１５５まで硬質化された。その後、さらに
４５０℃まで再加熱したところ、ビッカース硬度Ｈｖ＝
１０８であった。

【００１８】

【実施例３】実施例３に用いた高純度金合金の組成は、
金Ａｕの含有率が９９．８５７質量％、ガドリウムＧｄ
の含有率が９４０ｐｐｍ、ベリリウムＢｅの含有率が４
９０ｐｐｍである。そして、これを実施例１と同じ条件
で溶体化処理、第一次加工硬化処理、第一次時効硬化処
理、第二次加工硬化処理、第二次時効硬化処理を施し
た。その結果、溶体化処理が終了した時点でビッカース
硬度Ｈｖ＝９０まで硬質化され、第一次時効硬化処理が
終了した時点でビッカース硬度Ｈｖ＝１５０まで硬質化
され、第二次時効硬化処理が終了した時点でビッカース
硬度Ｈｖ＝１８１まで硬質化された。その後、さらに４
５０℃まで再加熱したところ、ビッカース硬度Ｈｖ＝１
４２であった。

【００１９】

【実施例４】実施例４に用いた高純度金合金の組成は、
金Ａｕの含有率が９９．８５７質量％、ガドリウムＧｄ
の含有率が９７０ｐｐｍ、ストロンチウムＳｒの含有率
が４６０ｐｐｍである。そして、これを実施例１と同じ
条件で溶体化処理、第一次加工硬化処理、第一次時効硬
化処理、第二次加工硬化処理、第二次時効硬化処理を施
した。その結果、溶体化処理が終了した時点でビッカー
ス硬度Ｈｖ＝７５まで硬質化され、第一次時効硬化処理
が終了した時点でビッカース硬度Ｈｖ＝１２０まで硬質
化され、第二次時効硬化処理が終了した時点でビッカー
ス硬度Ｈｖ＝１５２まで硬質化された。その後、さらに
４５０℃まで再加熱したところ、ビッカース硬度Ｈｖ＝
１１１であった。

【００２０】

【実施例５】実施例５に用いた高純度金合金の組成は、
金Ａｕの含有率が９９．８５７質量％、ガドリウムＧｄ
の含有率が１１９０ｐｐｍ、シリコンＳｉの含有率が２
９０ｐｐｍである。そして、これを実施例１と同じ条件
で溶体化処理、第一次加工硬化処理、第一次時効硬化処
理、第二次加工硬化処理、第二次時効硬化処理を施し
た。その結果、溶体化処理が終了した時点でビッカース
硬度Ｈｖ＝１０２まで硬質化された。このように、特に
本例では、加工硬化処理をすることなくビッカース硬度
１００以上の硬さにすることができるので、さらにバレ
ル仕上げを行うことによりビッカース硬度１３０まで硬
質化することができる。したがって、大きな加工率で塑
性加工することのない鋳造製品等も十分に硬質化させる
ことができることがわかる。なお、第一次時効硬化処理
が終了した時点でビッカース硬度Ｈｖ＝１２０まで硬質
化され、第二次時効硬化処理が終了した時点でビッカー
ス硬度Ｈｖ＝１３５まで硬質化された。その後、さらに
４５０℃まで再加熱したところ、ビッカース硬度Ｈｖ＝
１０４であった。

【００２１】なお、本発明に用いた高純度金合金の組成
は、上記実施例１〜５の場合に限らず、金Ａｕ，ガドリ
ウムＧｄ，カルシウムＣａ，アルミニウムＡｌ，ベリリ
ウムＢｅ，ストロンチウムＳｒ，シリコンＳｉが請求項
１乃至請求項６の条件を満たせば、他の不純物等が混入
していてもよい。また、高純度金合金の組成として、金
ＡｕとガドリウムＧｄの他、カルシウムＣａ，アルミニ
ウムＡｌ，ベリリウムＢｅ，ストロンチウムＳｒ，シリ
コンＳｉ五種類の元素の中から一つを選択した場合につ
いてのみ説明したが、本発明はこれらの中から複数種の
元素を添加する場合であってもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、純
金程度に高純度の金を比較的低い加工率で１８Ｋ程度に
まで硬質化することができると同時に、硬質化した後に
ろう付け作業などにより加熱されることがあっても極端
に軟質化することがなく、また、塑性加工せずに鋳造す
る場合であっても、塑性加工により硬質化したものと同
程度の硬さにすることができるという大変優れた効果を
有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−70670（ＪＰ，Ａ) 特開平７−70671（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−55724（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−57753（ＪＰ，Ａ) 社団法人日本金属学会編，「講座・現代の金属学材料編（第５巻）非鉄材料」，第２刷，社団法人日本金属学 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22F 1/00 - 3/02 C22C 1/00 - 49/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金Ａｕが９９．０質量％以上であり、ガ
ドリウムＧｄを５０〜９９５０ｐｐｍ、アルミニウムＡ
ｌ、シリコンＳｉ、カルシウムＣａ、ベリリウムＢｅ、
ストロンチウムＳｒのうちの一種以上を累計で５０〜９
９５０ｐｐｍ含有する金合金に対し溶体化処理を施した
後、前記金合金を所望の加工率まで所望の形状に加工して加
工硬化させる加工硬化処理を施し、さらに、加工硬化処理を施した後の前記金合金を加熱し
て硬化させる時効硬化処理を施すことを特徴とする高純
度硬質金合金の製造方法。
【請求項２】前記溶体化処理は、前記金合金を７００
〜２８００℃に加熱した後に急冷し、前記時効硬化処理
は、前記金合金を１５０〜３５０℃に加熱することを特
徴とする請求項１に記載の高純度硬質金合金の製造方
法。
【請求項３】前記溶体化処理を施した後、加工硬化処
理と、時効硬化処理を交互に繰り返し施すことを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の高純度硬質金合金
の製造方法。
【請求項４】金Ａｕが９９．０質量％以上であり、ガ
ドリウムＧｄを５０〜９９５０ｐｐｍ、アルミニウムＡ
ｌ、シリコンＳｉ、カルシウムＣａ、ベリリウムＢｅ、
ストロンチウムＳｒのうちの一種以上を累計で５０〜９
９５０ｐｐｍ含有する金合金に対し溶体化処理を施すこ
とを特徴とする高純度硬質金合金の製造方法。
【請求項５】前記溶体化処理は、前記金合金を７００
〜２８００℃に加熱した後に急冷することを特徴とする
請求項４に記載の高純度硬質金合金の製造方法。
【請求項６】前記金合金は、金Ａｕが９９．８５質量
％以上であり、ガドリウムＧｄを５０〜１４５０ｐｐ
ｍ、アルミニウムＡｌ、シリコンＳｉ、カルシウムＣ
ａ、ベリリウムＢｅ、ストロンチウムＳｒのうちの一種
以上を累計で５０〜１４５０ｐｐｍ含有することを特徴
とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の
高純度硬質金合金の製造方法。
【請求項７】金Ａｕが９９．０質量％以上であり、ガ
ドリウムＧｄを５０〜９９５０ｐｐｍ、アルミニウムＡ
ｌ、シリコンＳｉ、カルシウムＣａ、ベリリウムＢｅ、
ストロンチウムＳｒのうちの一種以上を累計で５０〜９
９５０ｐｐｍ含有し、溶体化処理が施されたことを特徴
とする高純度硬質金合金。
【請求項８】金Ａｕが９９．８５質量％以上であり、
ガドリウムＧｄを５０〜１４５０ｐｐｍ、アルミニウム
Ａｌ、シリコンＳｉ、カルシウムＣａ、ベリリウムＢ
ｅ、ストロンチウムＳｒのうちの一種以上を累計で５０
〜１４５０ｐｐｍ含有し、溶体化処理が施されたことを
特徴とする高純度硬質金合金。