JP3742132B2 - 非晶質銅合金 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な組成の非晶質銅合金及び意匠性に優れた着色非晶質銅合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅合金を非晶質化するための組成は公知であり、その中でもＣｕ−Ｎｉ−Ｐ系非晶質合金はよく知られている。この合金は結晶化温度以下で加熱することにより酸化皮膜の厚さが変化し、干渉色が得られる（特開平３−６３０１号公報参照）。
【０００３】
さらに、本出願人らの出願に係る特開平５−３３９６６２号公報によると、組成がＣｕ_100-a Ｙａ（但し、６．５ａｔ％≦ａ≦１２．５６ａｔ％）あるいはＣｕ_100-b-c Ｙ_b Ｍ_c （但し、５ａｔ％≦ｂ≦１２ａｔ％、Ｍ＝Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｚｎ、及び／又はＰ）で表される非晶質銅合金は炭素鋼と同等の強度を有することが公表された。
【０００４】
同じく本出願人らの出願に係る特開平７−１７３５５６号公報によると、組成がＣｕ_{100-a -b}Ｌｎ_a Ｍ_b （但し、ＬｎはＬａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ及び／又はＭｍ（ミッシュメタル）、ＭはＡｇ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｚｎ及び／又はＰであり、６ａｔ％≦ａ≦１４ａｔ％，２ａｔ％≦ｂ≦３４ａｔ％）で表される非晶質銅合金は強度及び延性が優れていることが公表された。
【０００５】
これらの非晶質合金のリボンは急冷凝固状態で白色もしくは銀色の光沢色、いわゆるメタリック色を呈していた。なお、通常の方法で鋳造された銅は赤味を帯びた黄色の通常の銅色調を持つが、金型鋳造で作製された非晶質銅は金型と接触した表面が極めて平滑なことに因ると思われるが白色もしくは銀色のメタリック色を呈するのである。
【０００６】
ところで、結晶質の銅合金を意匠用顔料として使用することも公知であって、その中では黄銅合金の亜鉛量を適当に配合することにより金色を発現させたものがよく知られている。しかしながら、銅もしくは銅合金粉は顔料として使用された時に極めて酸化され易いために、その対策として銅粉を高級脂肪酸などで表面処理することが行われていた。これに対し、特公平７−１１００３号公報によると、Ｃｕ_x Ａｌ_1-x （０．４≦ｘ≦０．９９５）で表される組成をもつ銅合金融体を不活性ガス中で急冷凝固した粉体が明銅色、金色、明黄色、銀黄色などを呈しかつ変色が起こり難い顔料となることが開示された。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
非晶質銅合金を加熱着色することにより得られた着色顔料は、加熱温度における干渉色の変化が激しいので安定した色調が得られ難く、また焼付け用の塗料に適用すると焼付けする際に、変色を起こすという問題があった。
【０００８】
黄金色粉末として公知のＣｕ_x Ａｌ_1-x 系急冷合金粉末は結晶構造である故に存在する粒界や表面粗さのために、粉末表面での光の散乱が大きく意匠性の観点及び商品価値の面から重視されるメタリック観が必ずしも十分に落ち着いたものではないと考えられる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは上述の問題点を解決するために鋭意研究した結果、ＣｕにＭｇ、Ｃｅ又はミッシュメタルを添加することにより、銅合金を非晶質合金にするとができ、またかかる組成の非晶質銅合金は白色もしくは銀色以外に着色されしかも光沢性が優れていることを発見して、本発明を完成した。
【００１０】
したがって、本発明に係る非晶質銅合金は、組成Ｃｕ_100-a-b Ｍｇ_a Ｘ_b （ただし、ＸはＣｅ又はミッシュメタルから選ばれた１種又は２種以上の元素、ａは４〜１６ａｔ％、ｂは２．５〜１０．５ａｔ％である）を有することを特徴とするものである。
従来の非晶質銅合金においてＭｇとＣｅ／ミッシュメタルとを添加元素としたものは知られていなかったが、これらの元素を同時添加しかつ融体を急冷凝固することにより銅の構造を非晶質化できることが分かった。
本発明においては非晶質とは構成原子の８０％以上が非晶質になっている状態を意味する。Ｍｇ及びＸ成分が上記の範囲外となると結晶質が２０％以上となり、その結果以下説明する特性が得られないので、上述のように組成範囲を限定した。
【００１１】
図１は、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｃｅ三元系組成と組織を示す図であり、図中○は１００％非晶質（Ａｍｏ），●は１００％結晶質（Ｃｒｙ）、白黒半々の丸印は５０％非晶質と結晶質の混晶（Ａｍｏ＋Ｃｒｙ）を指している。またこれらの符号に付記した数字は結晶化温度（Ｋ）を示している。
したがって、図１より１００％非晶質を得るための組成範囲はａ＝８〜１４ａｔ％，ｂ＝４〜８ａｔ％，残部Ｃｕであることが分かる。
【００１２】
さらに、図１において、１００％非晶質Ｃｕ合金は結晶化温度が約４７０〜６１０Ｋである。この結晶化温度は前掲特開平７−１７３５５６号公報に記載のものと比較して高く、したがって本発明の合金は高温で安定なことが分かる。
【００１３】
また、本発明の銅合金は急冷凝固した状態で黄金色（ｇｏｌｄ）を呈している。なお、本発明において黄金色とは、ＣＩＥ色度図（ＪＩＳ Ｚ ８７０１）で黄白色を中心に赤から黄色に及ぶ範囲に属し、光沢はＪＩＳ Ｚ ８７４１の鋭く光る範囲にあるものを言う。
ＭｇはＣｅもしくはミッシュメタル及び銅と組み合わせることにより、非晶質合金化を容易にする元素であるとともに、その量の増加とともに黄色を強くする。一方Ｍｇの含有量が少ないと赤色が強くなる。
上述のように、従来の非晶質銅合金は白もしくは銀光沢色であったが、本発明の非晶質銅合金は黄金光沢色であるために従来にない高級感、落ち着いた印象、模様形成の容易性などの意匠性をもつものである。また、本発明において達成する光沢度は急冷凝固時の表面状態に関係しており、通常の鋳造技術で得た合金の表面を機械的に研磨して得られる光沢度よりは遥かに高いものである。このためにメタリック感覚がシャープであり、優れた意匠表面が提供される。このような特性故にリボン状非晶質合金は切断して樹脂の色つき光沢顔料として使用し、また粉末状非晶質合金は塗料の顔料として使用することができる。
【００１４】
本発明の銅合金は非晶質構造であるために耐食性が優れており、光沢消失の原因となる薄い酸化膜が合金表面に形成され難い。したがって、本発明の非晶質銅合金は意匠用として使用中に光沢を維持する性能が優れており、例えばメタリック塗料の顔料として使用された時の光沢が長期間に亘って維持される。
【００１５】
本発明の非晶質合金は、通常の片ロール法、液中紡糸法などにより１０⁴ ℃／ｓ以上の冷却速度により急冷凝固させることによりリボン、粉末などの形態で製造することができる。
以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。
【００１６】
【実施例】
表１の組成になるように原料を秤量し、マグネシアを塗布した黒鉛るつぼ中でアルゴン雰囲気中で高周波溶解し、直径が１０ｍｍの鋳型に鋳造した。このようにして得られたインゴットを片ロール液体急冷装置にセットし、高周波により再溶解し、その後下部にセットした周速度４０ｍ／ｓで高速回転する銅ロールに溶湯を噴射して厚さ１５〜２０μｍ、幅２ｍｍ、長さ１０ｍのものを得た。着色したサンプルは、非晶質単相であることをＸ線回折により確認した。
【００１７】

【００１８】
Ｃｕ₈₈Ｍｇ₄ Ｃｅ₈ の溶湯１（図２参照）をノズル２から流出滴下する溶湯１に対して噴霧化ノズル３よりアルゴンガスを１００ｋｇ／ｃｍ² の圧力で吹き付けて液滴５を形成し、この液滴５を凝固しないうちにロール径２００ｍｍφ、円錐角度９０°、回転数７２００ｒｐｍの回転冷却体に衝突させ、フレーク状粉末６を得た。
【００１９】
樹脂バインダとしてアクリル樹脂８５ｖｏｌ％、上記の方法で得られた着色粉末１５ｖｏｌ％を混合して塗料を作製した。
厚さ３ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍのＳＳ４１鋼板を用意し、サンドブラスト処理した後、トリクレン中で超音波洗浄し、上記で調製した塗料を塗膜の厚さが１００μｍ前後になるようにスプレー塗装した。乾燥後の塗膜は光沢がすぐれた黄金色面を有した。
【００２０】
比較例１
実施例１の組成の合金をアルゴン雰囲気中で高周波溶解し、直径２ｍｍの丸棒の鋳型に鋳造しそれをスタンプミルにより粗さ４５μｍまで研摩したが、光沢度は優れず、色調はにぶい黄金色であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 非晶質銅合金の形成範囲を示すＣｕ−Ｍｇ−Ｃｅ三元系組成図である。
【図２】 非晶質リボンの製造装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 溶湯
２ ノズル
３ 噴霧化ノズル
４ 粉末

Claims (5)

1. Ｃｕ_100-a-b Ｍｇ_a Ｘ_b （但し、ＸはＣｅ又はミッシュメタルから選ばれた１種又は２種以上の元素、ａは４〜１６ａｔ％、ｂは２．５〜１０．５ａｔ％である）で表される組成を有することを特徴とする非晶質銅合金。
2. Ｃｕ_100-a-b Ｍｇ_a Ｘ_b （但し、ＸはＣｅ又はミッシュメタルから選ばれた１種又は２種以上の元素、ａは４〜１６ａｔ％、ｂは２．５〜１０．５ａｔ％）表される組成を有しかつ急冷凝固状態で黄金色に着色されている非晶質銅合金。
3. リボン状である請求項２記載の非晶質銅合金。
4. 粉末状である請求項２記載の非晶質銅合金。
5. 塗料の顔料として使用することを特徴とする請求項４記載の非晶質銅合金。

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