JPH01127640A - 装飾用合金部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は装飾用合金部材に関し、特に、時計側などの部
材に好適な装飾性および耐食性にすぐれたＮｉ−Ｃｒ−
Ａｌ系合金部材に関する。

（従来の技術） 一般に装飾性が要求される合金としては、表面のなめら
かさ、光沢、色調などの美感や耐食性にすぐれ、さらに
機械的にも高硬度の材料であることが要求される。たと
えば、腕時計の時計側のような装飾用部祠は、長期間に
亙って人体に密着し、かつ外気にさらされた状態で使用
されるため、汗や雨水などが付着して腐蝕されやすく、
さらに機械的衝撃などにより損傷を受けやすい等の種々
の技術的課題を有していた。従来、時計側などの装飾用
合金部材としては、貴金属を除くと、５ＵＳ３０４など
のステンレス鋼が主として用いられている。この材料は
耐食性にすぐれているものの、硬度はビッカースでＨｖ
２５０程度であるため、たとえば６か月ないし１年程度
の使用によって部材表面に傷や曇りが生じて光沢や美観
が失われるという問題があった。

このため近年、貴金属やステンレス鋼以外の装飾用合金
材料の開発が進められている。たとえば、切削加工性の
低いＣｒ−Ｍｏ−Ｗ−Ｆｅ系合金を粉末冶金法により焼
結成形することによって高硬度の装飾用部材を得る方法
が開発されている。しかしながら、粉末冶金法によって
成形された部材は一般に寸法精度が悪く、微細でしかも
精度を要する時計側などの装飾用部材としては適切では
なく、しかもこれら粉末冶金部材は比較的衝撃に対して
脆い上に多数の微細な空孔を有するため表面研磨や表面
処理などの後加工を行う上において種々の欠点を有して
いる。

上記のような従来技術の問題点に鑑みて、更なる合金の
研究開発が進められており、その中でもたとえば、切削
加工性ならびに装飾性の双方にすぐれた装飾用合金とし
て、Ｎｉ−Ｃｒ系合金に少量のＡｌを含有する時効処理
合金が知られている。

このようなＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金については、本出願
人に係る特公昭５５−２１０９６号公報および特公昭５
７−５５７７７号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した本出願人に係るＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金は、そ
れ自体装飾性、耐食性ににすぐれると共に切削加工性に
もすぐれるため微細かつ高精度の加工が必要な時計側や
各種装飾品用の材料として極めて有用なものである。

本発明者らは上記Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金がそれ自体有
する種々のすぐれた機械的・化学的特性を損なうことな
く更なる装飾的価値の向上を図るべく研究を行った結果
、上記Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金の装飾性を更に向上させ
得る余地のあることを見出した。すなわち、本発明者ら
の研究によれば上述したＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金によっ
て装飾品を形成した場合、その外観は肉眼で観察する限
り光沢ならびに色調においてすぐれたものであり、なん
ら遜色のないものであるが、これを顕微鏡等で詳細に観
察すると表面に極めて微細な凹凸が生成していることが
認められた。しかも本発明者らの知見によれば、これら
微細な凹凸は表面研磨などの後処理の不備に起因するも
のではないことが判明している。

本発明は上述した従来技術に伴う問題点に鑑みてなされ
たものであり、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金部材の装飾性、
特に表面の光沢、美感を更に一層向上させることを目的
とするものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段および作用）発明の概要 上述した目的を達成するために、本発明に係る装飾用合
金部材は、重量百分率で、Ｃ「３０〜４５％、Ａ１２．
５〜６．５％を含有し残部が実質的にＮｉからなるＮｉ
−Ｃｒ−Ａｌ系合金部材であって、該合金中の窒素含有
量を３００ｐｐｍ以下に制限したことを特徴としている
。

発明の詳細な説明 以下、本発明を更に具体的に説明する。以下の記載にお
いて量比を表わす「２６」は、特に断らない限り重量基
準である。

本発明に係る装飾用合金部材は、窒素含有量を特定範囲
内に厳格に制限すること以外は、基本的には、時効処理
を行うことによってα相、γ相、γ′相などが複合して
析出し、高い硬度を出現せしめたＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合
金からなる。合金中の各成分の添加目的ならびに組成限
定の理由は次の通りである。

まず、Ｎｉは靭性を向上させると共にすぐれた耐食性を
Ｈする元素であり、その含有量は以下に説明するＣｒな
らびにＡＩのａｆｉＲ範囲の残部である。

Ｃ「はＮｉと同様にすぐれた耐食性を有すると共に、特
に粒界反応によりα相の析出を促進させる作用をなすも
のである。このＣ「の含有によりα相を層状に析出させ
るためのＣｒの好ましい添加範囲は、３０〜４５％であ
る。添加量が４５％を超えるものは著しく延性が低下し
て脆くなるため好ましくなく、一方、３０％未満の添加
量では目的とする効果は得られ難くなる。

Ａ１は本発明に係る合金において複合析出を促進させる
に有効な元素であり、微量の含有によって時効硬化性を
著しく向上させる作用を有している。ＡＩの添加量を２
．５〜６．５％に限定した理由は、２．５％未満では時
効処理によっても十分な複合析出が行われず、装飾用材
料に要求される必要な硬度が得られないからであり、一
方、６．５％を超えてＡＩを添加すると溶体化処理後の
硬度が高くなり、このため切削加工性が著しく低ドして
しまうからである。

なお、本発明においては、上記合金成分の他に、必要に
応じて、他の追加的成分を添加することができる。この
ような成分としては、たとえば、ＴｉなどＡＩと同様に
ＧＣＰ相（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ　Ｉｙｃｌｏｓｅ−
ｐａｃｋｅｄ　Ｐｂａｓｃ）生成元素を添加することに
よって、同様の複合析出による時効硬化が得られる。ま
た、Ｓｉを２％以下含有することによって、耐摩耗性を
更に増大させることができる。さらに、本発明の合金部
材においては、耐食性を更に向上させることを目的とし
て、Ｃｏを２〜８％添加することもできる。さらに、本
発明においては、加工性を向上させるためにＭｇを０．
００２〜０．０２％添加することもできる。さらにまた
、合金中には脱酸剤として、たとえばＭｎを微量添加し
ても差支えない。

一以上が本発明の合金部材の基本的な含有成分であるが
、本発明における重要な特徴は、上記Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ
系合金中の窒素含有量を３００ｐｐｍ以下に制限するこ
とによって、合金部材の装飾性、特に部材表面の光沢、
美感を一層すぐれたものにした点にある。この点につい
て以ドに説明する。

前述したように、従来公知の本出願人に係るＮｉ−Ｃｒ
−Ａｌ系合金はそれ自体、装飾性および耐食性にすぐれ
たものであり、肉眼で観察する限り表面の光沢ならびに
色調においてなんら遜色のないものであるが、これを顕
微鏡で詳細に観察すると表面に微細な凹凸が認められる
。この様な微細凹凸は、合金表面の色彩を変化させるも
のでないことから、最初のうちは部材の表面処理の段階
で偶然的に生ずるものであると思われていた。

しかしながら、その後の調査によれば、この様な微細凹
凸は、この種のＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金においては程度
の差はあるものの普遍的に存在していることが分った。

本発明者らはこの点に石目してさらに研究した結果、こ
れらの微細凹凸は合金部材表面に存在する窒化アルミニ
ウム（ＡＩＮ）に起因するものであることが判明した。

すなわち、合金部材表面に析出形成された窒化アルミニ
ウムは母材に比べて硬度が高いため（ＡＩＮの硬度は１
５００Ｈｖであり母材の約２倍である）、光沢を出すた
めの研磨工程において不可避的に微細凹凸が生じたもの
である。

このような窒化アルミニウムは、合金成分中のＡＩと合
金中もしくは環境雰囲気中の窒素との反応によって生成
したものと思われる。すなわち、ＡＩは本発明の合金部
材の必須成分であって合金中に２．５〜６．５％存在す
る。一方、窒素は合金原料中や製造工程（溶解、熱間加
工、溶体化処理など）における雰囲気から不可避的に混
入し、この様にして混入した窒素はＡＩに対して反応性
が高いため窒化アルミニウムを形成しやすいのである。

また、通常、窒素は原料中よりもむしろ製造工程中の雰
囲気から混入する場合が多いため、生成する窒化アルミ
ニウムは拡散により部材表面層に析出しやすい。

本発明においては、この様な窒化アルミニウムの生成を
極力防止するために、従来不可避的に存在していた合金
中の窒素含有量を３００ｐｐｍ以下、好ましくは１１０
０ｐｐ以下、更に好ましくは２０ｐｐｍ以下に積極的に
制限することが肝要である。本発明者らの知見によれば
、上記窒素金白°量は少ない程好ましいが、３００ｐｐ
ｍ以下であれば窒化アルミニウムの形成を、表面光沢に
支障を生じさせない程度に充分抑制することができ、こ
れにより目視状態は勿論、顕微鏡による観察においても
微細凹凸の発生を防止して部材表面の光沢、なめらかさ
を飛躍的に向上させることが可能となる。

次に、本発明の装飾用合金部材の製造方法について説明
する。

本発明の装飾用合金部材を得るための製造工程の代表例
を示すと以下の通りである。

（イ）原料金属の混合溶解 （ロ）鍛造 （ハ）熱間圧延 （ニ）溶体化処理 （ホ）部品化加工 （へ）時効処理 （ト）表面研磨 まず、合金中の窒素含有量を低減するためには原料金属
として窒素含有量の低いものを選定することは重要であ
り、原料金属の混合溶解工程も、窒素の混入を防止する
ために、真空雰囲気下もしくは窒素以外の不活性ガス雰
囲気下で行うことが肝要である。この場合の真空度は、
１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以上モあることが好ましく、更に好ま
しくは、１０−４Ｔｏｒｒ以上であることが望ましい。

また、鍛造、熱間圧延、溶体化処理ならびに時効処理に
おいても、これらの処理は高温下で実施されるので、後
述するような部材表面に形成された窒化アルミニウムを
除去する工程を実施しない場合は、窒素を含有しないか
または窒素分圧の低い雰囲気、たとえば貴ガスもしくは
窒素以外の不活性ガス雰囲気下で実施されるべきである
。

本発明に係る合金部材は、時効処理の前段階として溶体
化処理を必要とするものであり、以下その熱処理条件に
ついて若干説明する。

本発明の合金は予め１’　０００〜１２００℃で溶体化
処理を行って合金元素を固溶させる。この溶体化処理の
時間は、特に限定されるものではないが作業能率の点か
らは処理温度が高い程、処理時間を短縮することができ
、特に１１００〜１２００℃で数分ないし十数分間行う
ことが好ましい。

溶体化処理の後、目的とする部材の形状に応じた部品化
加工を行う。この部品化加工の際に、窒化アルミニウム
の生成が確認された場合、この時点において適宜、ショ
ットピーニング、ベルト研削などの方法により表面に析
出した窒化アルミニウムを除去し、健全な金属層が最外
層に露出するようにすることが好ましい。この様な窒化
アルミニウムの除去工程は、時効処理の前に行う方が容
易であるため、この部品化加工の際に行うことが最も好
ましい。

さらに、上記製造方法においては、上記鍛造工程、熱間
圧延工程ならびに溶体化処理を敢えて大気中もしくは窒
素含有雰囲気下で行うことによって部材表面層に積極的
に窒化アルミニウムを析出させたのち、上述した部品化
加工工程において形成された窒化アルミニウム含有層を
ショツトブラストやベルト研削等の研師・研削技術を用
いて一挙に除去することもできる。ただし、この様な方
法を採用する場合にあっては、窒素の混入は部材表面層
のみに止どめ、部材内部への窒素の混入を極力避けるよ
うにしなければならない。

なお、本発明の合金部材を製造するにあたっては、上記
の溶体化処理と部品化加工（もしくは機械研削加工）を
、必要に応じて、２回以上繰返すこともできる。

次に、上記のように溶体化処理および部品化加工を行っ
た合金を５００〜９５０℃で、特に望ましくは５５０〜
７００℃で時効処理することによってα相、γ相、およ
びγ′相からなる層状の複合析出層を形成して硬度を向
上せしめるものである。また、この場合の時効処理時間
は３０分程度で十分であり、余り長時間時効処理すると
硬度の低下を来たす虞がある。なお、時効処理温度が５
００℃未満の場合に、特にＡｌ含有量が少ないものでは
γ′相の析出が不十分であり、複合析出による効果が少
なく、また９００℃を超えると層状析出層が粒状化して
硬度が低下するので好ましくない。

時効処理後、目的に応じて適宜部材の表面研磨を行う。

上記方法で得られた装飾用合金部材はその表面層におけ
る窒化アルミニウムの生成が有効に防止されているので
、従来品のように部材表面層に微細な凹凸が生じること
はなく、表面光沢の一層すぐれた装飾用合金部材を得る
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る装飾用合金部材は、耐食性、切削加工性に
すぐれたＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系合金の窒素含有量を３００
ｐｐｍ以下に制限しているので、窒化アルミニウムの生
成を極力防市して部材表面の装飾性、特に表面光沢、美
感を更に一層すぐれたものとすることできるので、時計
側などの装飾用部品材料としてすこぶる有用である。

（実施例）　　　′□ 以下、本発明を、実施例に基づいて更に具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例の記載に制限されるもので
はない。

下記第１表に示す組成の合金素材を用意し、下記の製造
条件に従って各試料（実施例１〜８、および比較例１〜
４）を得た。

得られた最終製品の窒素含有量は上記第１表に示す通り
であり、上記各試料について、ＡＩＮの生成程度、光沢
性、耐食性ならびに硬度を調べた。

これらの特性の測定方法は以下の通りである。

窒素含Ｈ量の測定： 不活性ガス溶融−熱伝導度法によった。

ＡＩＮ生成の測定： 光学的顕微鏡写真ならびに電子顕微鏡により同定した。

光沢性の測定： 目視によった。

耐食性の測定： 下記に示す組成成分からなる人工汗に各試料を一定時間
浸漬して腐蝕発生の有無を目視により確認した。

塩化ナトリウム　・・・　０．９８７％硫化ナトリウム
　・・・　０．０２５％尿素　　　　　　・・・　０．
１７３％乳酸　　　　　　・・・　０．１０７％サッカ
ロース　　・・・　０．０２２％アンモニア　　　・・
・　０．０１８％水　　　　　　　・・・残部 また、ＡＩＮの生成状態の観察例について説明すると、
第１図は上記第１表の実施例２で得られた試料片の断面
の金属組織の顕微鏡写真であり、組織中に異常な析出物
は認められず、きれいな金属組織が得られることが分る
。一方、第２図は比較例３の顕微鏡写真であり、さらに
第３図は比較例４の顕微鏡写真である。これら比較例で
得られた金属組織においては、その内部ないし表面層に
微細な析出物（ＡＩＮ）が発生していることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で得られた試料片断面の金属組
織の顕微鏡写真であり、第２図ならびに第３図は比較例
で１５られた試料片断面の金属組・織の顕微鏡写真であ
る。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 島３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量百分率で、Ｃｒ３０〜４５％、Ａｌ２．５〜６
   ．５％を含有し残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ
   −Ａｌ系合金部材であって、該合金中の窒素含有量を３
   ００ｐｐｍ以下に制限したことを特徴とする、装飾性に
   すぐれた装飾用合金部材。 ２、窒素含有量を１００ｐｐｍ以下に制限した、特許請
   求の範囲第１項に記載の装飾用合金部材。 ３、窒素含有量を２０ｐｐｍ以下に制限した、特許請求
   の範囲第１項に記載の装飾用合金部材。 ４、装飾用合金部材が時計側である、特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれか１項に記載の装飾用合金部
   材。