JP6600848B1 - ホワイトゴールド合金 - Google Patents

Abstract

ホワイトゴールド合金は、７５質量％以上８６．９質量％未満のＡｕと、１質量％を超え１．５質量％以下のＲｈと、２質量％以上５質量％以下のＣｕと、０．１質量％以上１質量％以下のＧａと、１０質量％以上のＰｄと、を含有し、残部が不可避的不純物からなる。ホワイトゴールド合金は、さらに、０質量％を超え５質量％以下のＰｔおよび０質量％を超え９質量％以下のＡｇ（銀）の少なくともいずれか一方を含有していてもよい。

Description

本発明は、ホワイトゴールド合金に関するものである。

指輪、ネックレス、イヤリングなどの宝飾品の材料として、ホワイトゴールド合金が知られている（たとえば、特開２００２−２５６３６０号公報（特許文献１）参照）。ホワイトゴールド合金は、金を主成分とする白色の合金である。

特開２００２−２５６３６０号公報

宝飾品の材料として用いられるホワイトゴールド合金に対しては、Ｐｔ（白金）に近い美しい色合いだけでなく、傷つきにくく、かつ変形しにくいことが求められる。また、ホワイトゴールド合金に対しては、冷間加工、たとえば室温でリング状のホワイトゴールド合金の直径を広げる加工を実施した場合に、破断やクラックが発生しにくいこと（冷間加工性に優れること）も求められる。

そこで、傷つきにくく、変形しにくく、かつ冷間加工性に優れたホワイトゴールド合金を提供することを本発明の目的の１つとする。

本発明の第１の局面に従ったホワイトゴールド合金は、７５質量％以上８６．９質量％未満のＡｕ（金）と、１質量％を超え１．５質量％以下のＲｈ（ロジウム）と、２質量％以上５質量％以下のＣｕ（銅）と、０．１質量％以上１質量％以下のＧａ（ガリウム）と、１０質量％以上のＰｄ（パラジウム）と、を含有し、残部が不可避的不純物からなる。

本発明の第２の局面に従ったホワイトゴールド合金は、７５質量％以上８６．９質量％未満のＡｕと、１質量％を超え１．５質量％以下のＲｈと、２質量％以上５質量％以下のＣｕと、０．１質量％以上１質量％以下のＧａと、１０質量％以上のＰｄと、０質量％を超え５質量％以下のＰｔおよび０質量％を超え９質量％以下のＡｇ（銀）の少なくともいずれか一方と、を含有し、残部が不可避的不純物からなる。

上記ホワイトゴールド合金によれば、傷つきにくく、変形しにくく、かつ冷間加工性に優れたホワイトゴールド合金を提供することができる。

図１は、Ｒｈの添加量を変化させた場合のＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−Ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によるＲｈのマッピング結果を示す画像である。 図２は、リング状に加工されたサンプルＮｏ．４の表面を研磨した状態を示す写真である。 図３は、Ｒｈの添加量が１．２５質量％である場合のＥＤＳによるＲｈのマッピング結果を示す画像である。 図４は、Ｒｈの添加量が１．５質量％である場合のＥＤＳによるＲｈのマッピング結果を示す画像である。 図５は、Ｒｈの添加量が２質量％である場合のＥＤＳによるＲｈのマッピング結果を示す画像である。

［実施形態の概要］
本願の第１の局面に従ったホワイトゴールド合金は、７５質量％以上８６．９質量％未満のＡｕ（金）と、１質量％を超え１．５質量％以下のＲｈ（ロジウム）と、２質量％以上５質量％以下のＣｕ（銅）と、０．１質量％以上１質量％以下のＧａ（ガリウム）と、１０質量％以上のＰｄ（パラジウム）と、を含有し、残部が不可避的不純物からなる。

本願の第２の局面に従ったホワイトゴールド合金は、７５質量％以上８６．９質量％未満のＡｕと、１質量％を超え１．５質量％以下のＲｈと、２質量％以上５質量％以下のＣｕと、０．１質量％以上１質量％以下のＧａと、１０質量％以上のＰｄと、０質量％を超え５質量％以下のＰｔおよび０質量％を超え９質量％以下のＡｇ（銀）の少なくともいずれか一方と、を含有し、残部が不可避的不純物からなる。

以下、本願のホワイトゴールド合金の成分組成を上記範囲に限定した理由について説明する。

Ａｕ：７５質量％以上８６．９質量％以下
Ａｕは、ホワイトゴールド合金の主成分である。Ａｕの含有量を７５質量％以上とすることにより、１８Ｋホワイトゴールドを得ることができる。Ａｕの含有量を８６．９質量％以下とすることで、目標とする特性を得るために必要な元素を添加することができる。ホワイトゴールド合金の色合いを純Ｐｔに近いものとする観点から、Ａｕの含有量は８０質量％以下とすることが好ましく、７７質量％以下とすることがより好ましい。

Ｒｈ：１質量％を超え１．５質量％以下
Ｒｈを添加することにより、ホワイトゴールド合金の変形しにくさ（耐力）を向上させることができる。１質量％を超えるＲｈを添加することにより、ホワイトゴールド合金の耐力を向上させることができる。一方、Ｒｈは、ホワイトゴールド合金の金属組織内において凝集する傾向にある。１質量％を超えるＲｈを添加すると、Ｒｈの凝集の程度が大きくなる。その結果、研磨されたホワイトゴールド合金の表面にＲｈの凝集に起因した模様が現れ、外観上の美しさが低下する。後述のように、Ｃｕを添加することでＲｈの凝集を抑制することができる。しかし、Ｒｈの添加量が１．５質量％を超えると、Ｃｕを添加した場合でもＲｈの凝集を十分に抑制することが難しくなる。そのため、Ｒｈの含有量は１．５質量％以下とする必要がある。

Ｃｕ：２質量％以上５質量％以下
Ｃｕを添加することにより、ホワイトゴールド合金の金属組織内におけるＲｈの凝集を抑制することができる。Ｃｕの含有量を２質量％以上とすることにより、この機能が果たされる。一方、Ｃｕの含有量が多くなると、ホワイトゴールド合金の純Ｐｔとの色差が大きくなる。Ｃｕの含有量を５質量％以下とすることにより、ホワイトゴールド合金の色合いを純Ｐｔに近いものとすることができる。Ｒｈの凝集をより確実に抑制する観点から、Ｃｕの含有量は、３質量％以上であってもよい。

Ｇａ：０．１質量％以上１質量％以下
Ｇａを添加することにより、ホワイトゴールド合金の耐力を向上させることができる。Ｇａの含有量を０．１質量％以上とすることにより、上記Ｇａの機能が発揮される。一方、Ｇａの含有量が多くなると、ホワイトゴールド合金が脆くなる傾向にある。Ｇａの含有量が１質量％を超えると、この傾向が大きくなる。そのため、Ｇａの含有量は１質量％以下とする必要がある。耐力をより確実に向上させる観点から、Ｇａの含有量は０．３質量％以上であることが好ましい。一方、ホワイトゴールド合金が脆くなることをより確実に抑制する観点から、Ｇａの含有量は０．８質量％以下とすることが好ましい。

Ｐｄ：１０質量％以上
Ｐｄは、ホワイトゴールド合金の色合いを純Ｐｔに近づける機能を有する。また、Ｐｄを添加することにより、ホワイトゴールド合金の耐力を向上させることができる。このような機能を十分に得る観点から、Ｐｄの含有量は１０質量％以上とする必要がある。

Ｐｔ：０質量％を超え５質量％以下
Ｐｔは、本願のホワイトゴールド合金において必須の添加元素ではない。しかし、Ｐｔを添加することにより、ホワイトゴールド合金の色合いを純Ｐｔに近づけることができる。また、Ｐｔを添加することにより、ホワイトゴールド合金の耐力を上昇させることができる。一方、Ｐｔの含有量が多くなると、ホワイトゴールド合金の比重が大きくなる。また、Ｐｔの含有量が多くなると、ホワイトゴールド合金の融点が高くなって、鋳造の容易性に悪影響を与えるおそれがある。そのため、Ｐｔの適切な含有量は５質量％以下である。

Ａｇ：０質量％を超え９質量％以下
Ａｇは、本願のホワイトゴールド合金において必須の添加元素ではない。しかし、Ａｇを添加することにより、ホワイトゴールド合金の反射率を上昇させることができる。一方、Ａｇの含有量が多くなると、ホワイトゴールド合金の耐力が低下する。そのため、Ａｇの適切な含有量は９質量％以下である。

不可避的不純物
本願のホワイトゴールド合金には、製造時に不可避的に（意図的でなく）不純物（不可避的不純物）が混入する場合がある。不可避的不純物の含有量は少ないことが好ましく、具体的には０．１質量％以下とすることが好ましく、０．０５質量％以下とすることがより好ましい。

［実施形態の具体例］
次に、本願のホワイトゴールド合金の具体的な実施形態を、本願のホワイトゴールド合金の特性を確認する実験結果とともに説明する。以下の表１に示す成分組成を有するホワイトゴールド合金を準備した。

表１において、数値の単位は質量％である。また、表１において「−」は、当該元素が添加されていないことを意味する。表１のＮｏ．１２およびＮｏ．１８〜２０が本願のホワイトゴールド合金の要件を満たす実施例のサンプルである。表１のＮｏ．１〜１１、およびＮｏ．１３〜１７は、本願のホワイトゴールド合金の範囲外である比較例のサンプルである。上記実施例および比較例のサンプルから試験片を作製し、以下の特性を確認する実験を行った。

（１）色差
各サンプルの表面を研磨し、当該表面について、純Ｐｔとの色差（ΔE^*）を測定した。

（２）Ｒｈの凝集の状態
各サンプルの表面を研磨し、当該表面について、Ｒｈの凝集に起因した模様が観察されるかどうかを確認した。上記模様が観察されなかったものをＡ、ルーペを用いて観察すると僅かに模様が観察されるものの、外観に対する影響が小さいものをＢ、上記模様が明確に観察されたものをＣ、と評価した。また、当該表面に対してＥＤＳによるＲｈのマッピングを実施した。

（３）硬度
各サンプルの表面を研磨し、当該表面の硬度をビッカース硬度計により測定した。

（４）耐力
各サンプルから引張試験片を作製し、当該試験片を用いて引張試験を実施した。そして、試験結果から、耐力（０．２％耐力）を導出した。

上記特性の評価結果を表２に示す。

表２において、「−」は、当該サンプルについて対応する特性の評価が行われなかったことを意味する。

表２を参照して、色差の値から、サンプルＮｏ．１〜２０は、いずれもホワイトゴールド合金の色合いを有していることが確認される。

表２のサンプルＮｏ．１、９および１６、ならびにＲｈの添加量を変化させた場合のＲｈのマッピング結果を示す図１のサンプルＮｏ．１を参照して、Ｒｈの含有量が１質量％である場合、Ｃｕが添加されない場合でもＲｈの凝集の悪影響が見られないサンプルＮｏ．１が存在する一方で、Ｒｈの凝集に起因した模様が観察されたＮｏ．９および１６も存在する。そして、Ｒｈの含有量が１％を超える場合（サンプルＮｏ.２〜４）、Ｒｈの凝集は顕著となる（図１参照）。たとえば、Ｒｈの含有量が５質量％であるサンプル４においては、図２に示すように、表面を研磨すると、当該表面にＲｈの凝集に起因した模様が明確に現れる。このことから、Ｒｈの含有量が１質量％を超える場合、Ｒｈの凝集を抑制する対策が必要であることが分かる。

Ｒｈの含有量が１質量％を超える１．２５質量％および１．５質量％である場合のＲｈのマッピング結果を示す図３〜図４、および表２の対応するサンプルの評価結果を参照して、Ｒｈの含有量が１質量％を超える場合でも、２質量％以上のＣｕを添加することにより、Ｒｈの凝集の悪影響が抑制されていることが分かる。一方、Ｒｈの含有量が１．５質量％を超える２質量％である場合のＲｈのマッピング結果を示す図５および表２の対応するサンプルの評価結果を参照して、Ｒｈの含有量が１．５質量％を超える場合、Ｃｕを添加してもＲｈの凝集の悪影響を十分に抑制できないことが分かる。以上の評価結果より、Ｒｈの含有量が１質量％を超える場合に２質量％以上のＣｕの添加が有効である一方で、Ｒｈの含有量は１．５％以下とすべきであるといえる。

ホワイトゴールド合金においては、傷つきにくさの観点から、硬度は１００Ｈｖ以上であることが好ましく、１５０Ｈｖ以上であることがより好ましい。また、ホワイトゴールド合金においては、変形しにくさの観点から、耐力は３００ＭＰａ以上であることが好ましい。表２を参照して、本願のホワイトゴールド合金の実施例であるサンプルＮｏ．１２およびＮｏ．１８〜２０は、硬度１００Ｈｖ以上（１５０Ｈｖ以上）であり、耐力は３００ＭＰａ以上となっている。これらの特性値は、硬度および耐力に優れるピンクゴールドに匹敵するものである。

さらに、本願のホワイトゴールド合金の実施例であるサンプルＮｏ．１９について、冷間加工性を確認する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。まず、Ｎｏ．１９のサンプルから内径１５．５３ｍｍ、外径１７．５３ｍｍ、幅２ｍｍのリング（リングＡ）、内径１５．３７ｍｍ、外径１９．３７ｍｍ、幅２ｍｍのリング（リングＢ）、および内径１５．４３ｍｍ、外径２１．４３ｍｍ、幅２ｍｍのリング（リングＣ）を作製した。これらリングＡ〜Ｃの内径をストレッチャーを用いて０．１ｍｍずつ５回、すなわち合計０．５ｍｍ大きくした場合のリングにおけるクラックや破断の発生の有無を確認した。その結果、いずれのリングにおいても、クラックや破断の発生は認められなかった。

以上の特性評価の結果から、本願のホワイトゴールド合金は、外観が美しいだけでなく、傷つきにくく、変形しにくく、かつ冷間加工性に優れたホワイトゴールド合金であることが確認される。したがって、本願のホワイトゴールド合金は、たとえば宝飾品の材料として好適である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (2)

1. ７５質量％以上８６．９質量％未満のＡｕと、
   １質量％を超え１．５質量％以下のＲｈと、
   ２質量％以上５質量％以下のＣｕと、
   ０．１質量％以上１質量％以下のＧａと、
   １０質量％以上のＰｄと、を含有し、
   残部が不可避的不純物からなる、ホワイトゴールド合金。
2. ７５質量％以上８６．９質量％未満のＡｕと、
   １質量％を超え１．５質量％以下のＲｈと、
   ２質量％以上５質量％以下のＣｕと、
   ０．１質量％以上１質量％以下のＧａと、
   １０質量％以上のＰｄと、
   ０質量％を超え５質量％以下のＰｔおよび０質量％を超え９質量％以下のＡｇの少なくともいずれか一方と、を含有し、
   残部が不可避的不純物からなる、ホワイトゴールド合金。