JPH05156403A

JPH05156403A - 金色焼結合金

Info

Publication number: JPH05156403A
Application number: JP31713591A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hamashima; 浩浜島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1993-06-22

Abstract

(57)【要約】【目的】強度、硬度、耐食性に優れた鮮明な金色焼結合
金を得る。【構成】鉄族金属、および５ａ族金属中に占めるＮｂの
割合を４０重量％以上、非金属元素である炭素と窒素の
合量中に占める炭素の割合を３重量％以下に、そして平
均結晶粒径を２〜７μｍにすることにより良好な金色を
した耐食性、耐チッピング性（加工性）に優れた焼結合
金を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、装飾用に使用
される金色を呈する金色焼結合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、装飾用に使用される金色
を呈する材料としては、純金やこれらの合金、黄銅等の
各種金属、または、金属表面に金メッキを施したものが
使用されていたが、これらはいずれも硬度が低く、これ
により、硬質物質との接触により表面に傷が生じ易く、
或は割れ等が発生するという欠点があった。そこで最近
においては、上記のような欠点を解決すべく、金属の窒
化物、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）等をＮｉ、Ｃｏ等
の金属で結合させた金色焼結合金が用いられるようにな
ってきている（特公平２−５８３３５号公報等参照）。

【０００３】ところで、上記のような金色焼結合金は一
般に焼結性が悪いために、このような焼結性を改善すべ
く、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族元素の炭化物や炭窒
化物等の各種の添加物を添加して焼成する必要があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の各種添加物の添加により、焼結体本来の黄金色から色
調が著しく変化するという問題があった。特に、焼結性
の改善に良好である周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族元素
の炭化物および炭窒化物の添加においては、焼結体の色
調が赤銅色に変化してしまい鮮明で良好な金色の呈色が
得られないという問題があった。又、これらの添加物の
添加量が増えるほど、焼結体の研削加工時に脱粒が顕著
になるとともに、焼結体中のボイド（空孔）も増加し、
これにより、強度や硬度が低下したり、研磨しても鏡面
が得られ難いという問題があった。さらに、添加物の増
加に伴い、例えば、人間の汗や海水に対する耐食性が低
下するようになるという問題もあった。又、これら焼結
体は、耐チッピング性に劣り、装飾加工時に脱粒等が発
生しやすく、シャープエッジ加工が困難であるという問
題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は鮮明で良好
な金色の色調を有し、かつ、強度および硬度が高く、か
つ、耐食性に優れ、かつ、耐チッピング性に優れてお
り、シャープエッジ加工を容易に行うことができる良好
な金色焼結合金を得るべく、種々の検討を重ねた結果、
非金属元素の窒素に対する炭素の割合を一定以下とし、
かつ、結合金属としての各種添加物の添加量を所定量に
制限するとともに、焼結体中のニオブの割合を所定量以
上とすることで色調の色差を所定値に制限し、かつ、焼
結体中の平均結晶粒径を所定値に制限すると、上記のよ
うな効果を得ることができることを突き止めた。

【０００６】即ち、本発明の金色焼結合金は、チタンが
全量中６０〜７０重量％、鉄族金属および周期律表第５
ａ族元素が全量中８〜２５重量％、残部が非金属元素で
ある炭素、窒素により構成されるとともに、前記非金属
元素に対する炭素の割合を５重量％以下としてなるもの
であり、かつ、チタンを除く金属元素中におけるニオブ
の占める割合を４０重量％以上としてなり、色調が色差
ａ≦＋０．５、ｂ≧＋８．０であり、かつ、平均結晶粒
径を２〜７μｍとしてなるものである。鉄族金属として
はＮｉをはじめＦｅ、Ｃｏがあり、周期律表第５ａ族元
素としてはＶ、Ｎｂ，Ｔａがあり、非金属元素としては
窒素、炭素等がある。

【０００７】そして、チタンを全量中６０〜７０重量％
としたのは、６０重量％よりも少なくなると金色の色調
が薄くなり、７０重量％を超えると焼結性が低下し、強
度が低下するからである。この量は６３〜６８重量％で
あることが望ましい。尚、チタンは焼結体中において、
主にＴｉＮやＴｉＣＮとして存在し硬質相を形成する。

【０００８】さらに、鉄族金属および周期律表第５ａ族
元素を全量中８〜２５重量％としたのは、これらの量を
８重量％未満とすると焼結が困難となる傾向にあるから
であり、また、焼結体の強度が低下するからである。一
方、２５重量％よりも多いと、焼結体の硬度の低下が顕
著になるとともに耐食性が低下するからである。尚、鉄
族金属および周期律表第５ａ族元素量は１０〜２０重量
％であることが望ましい。この鉄族金属は焼結体中にお
いて結合相を形成し、周期律表第５ａ族元素は硬質相或
は結合相を形成する。また、具体的には、鉄族金属は３
〜１５重量％、周期律表第５ａ族元素は３〜１５重量％
の割合で存在することが望ましい。

【０００９】また、非金属元素に対する炭素の割合を３
重量％以下とし色差ａ≦＋０．５、ｂ≧＋８．０とした
のは、３重量％よりも多くなり色差ａ＞＋０．５、ｂ＜
＋８．０となると、色調的には本来の黄金色から赤味が
強くなり、炭素比率の増加に伴い赤銅色から灰褐色へと
変化するようになる。従って、鮮明で良好な金色の色調
を保持するためには、非金属元素に対する炭素の割合を
３重量％以下にし、色差ａ≦＋０．５、ｂ≧＋８．０に
する必要があるからである。特に、非金属元素の炭素の
割合は２．０重量％以下にすることが望ましい。

【００１０】また、チタンを除く金属元素中におけるニ
オブの占める割合を４０重量％以上としたのは、４０重
量％未満とすると、焼結性が低下し、焼結体中にボイド
が発生し易くなり研削、研磨等の加工時に脱粒が著しく
発生し、強度が低下するようになり、また耐食性も低下
するからである。一方、焼結体中の結合金属に対するニ
オブの割合が４０重量％以上であると焼結性が向上し、
上記のような問題が生じないからである。これは、Ｎｂ
の添加により、硬質相と結合相との濡れ性が改善される
からと考えられる。

【００１１】また、金色焼結合金の平均結晶粒径を２〜
７μｍ以下としたのは、７μｍより大きくするとクラッ
クの伸展が著しくなり、研削加工時に大きなチッピング
が発生し、シャープエッジ加工ができなくなるからであ
る。これらは、セラミックスが脆性材料であるため衝撃
力に弱く、クラックが発生し易いが、平均結晶粒径を７
μｍ以下とすると、研削加工等で粒子に応力が作用した
場合、粒子１個当りに作用する応力が小さくなるため脱
粒等が発生しにくくなるからと考えられる。よって、平
均結晶粒径が７μｍ以下であるとシャープエッジ加工を
容易に行うことができるようになる。しかし、一方で、
平均結晶粒径が２μｍ以下となると研削加工時のダイヤ
の目詰まり等により加工性が著しく低下する。尚、残部
には小量の不可避不純物が含有されている。

【００１２】また、本発明の金色焼結合金は、原料粉末
として、チタンの窒化物および炭窒化物粉末に鉄族金属
および周期律表第５ａ族元素を混合したものをアセトン
等の有機溶媒中、所定時間混合粉砕した後、バインダー
を所定量加え、所定圧力で所望形状に加圧成形し、これ
を非酸化性雰囲気下において所定温度で脱バインダーし
た後、所定温度で焼成を行うことにより得られる。例え
ば、粒径が０．５〜３．０μｍのチタンの窒化物および
炭窒化物と、鉄族金属として粒径０．１〜１．０μｍの
ＮｉやＣｏと、周期律表第５ａ族元素として粒径１．０
〜１０．０μｍのＴａＮやＮｂＮ等の各粉末をカサ量混
合し、これをアセトン等の有機溶媒中、約６８時間混合
粉砕した後、パラフィンを加え、１．５ｔｏｎ／ｃｍ²
で所望形状に加圧成形する。得られた成形体を非酸化性
雰囲気下において所定温度で脱バインダーした後、真空
加熱炉において所定温度で真空焼成を１時間行うことに
より得られる。尚、この時、Ｔａ、Ｎｂは原料粉末とし
て窒化物として添加し、焼成する過程において金属Ｎ
ｂ、金属Ｔａとして結合金属中に溶触したり、ＴｉＮや
ＴｉＣＮ中に固溶し、ＮｂＮ、ＴａＮでは存在していな
い。また、ＴｉＮやＴｉＣＮは、粒径８μｍ以下の結晶
粒子として存在することが望ましい。

【００１３】焼成方法としては真空度が１０^-1〜１０^-4
ｔｏｒｒの雰囲気や、各種雰囲気中において減圧または
無加圧にて、温度１３００〜１８００℃で焼成する。焼
成時間は、試料の大きさにもよるが通常０．５〜５時間
である。そして、焼成後、焼結体の表面をダイヤモンド
ペースト等により鏡面研磨することにより、光沢のある
鮮明で良好な金色が出現する。

【００１４】このようにして得られた金色焼結合金は、
例えば、時計ケース、時計バンド、ネックレス、ブロー
チ、ペンダント、記念メダル、ボタン等の装飾用やハサ
ミ、刃物、釣具、印材等に利用することができる。

【００１５】

【実施例】原料粉末として粒径０．５〜３．０μｍのＴ
ｉＮ、粒径０．５〜３．０μｍのＴｉＣＮ、粒径１．０
〜１０．０μｍのＮｂＮ、粒径１．０〜１０．０μｍの
ＴａＮ、粒径０．１〜１．０μｍのＮｉ、粒径０．１〜
１．０μｍのＣｏの各粉末を用い、これらを最終焼結体
の各金属量が表１の割合になるようにカサ量混合し、こ
れをアセトン等の有機溶媒中、約６８時間混合粉砕した
後、パラフィンを４〜５重量％加え、１．５ｔｏｎ／ｃ
ｍ²で所望形状に加圧成形する。成形されたものを非酸
化雰囲気下において所定温度で脱バインダーした後、真
空度１０^-2ｔｏｒｒの真空加熱炉において１４５０〜１
５５０℃で真空焼成を１時間行った。このようにして得
られた最終焼結体の分析を、ＩＣＰ発光分光分析等によ
り行い、その結果を表１に示す。

【００１６】そして、焼結体を平面研削および鏡面研磨
し、この後、試料の色調、抗折強度、ビッカース硬度
（Ｈｖ）、気孔率および平均結晶粒径、耐チッピング性
および耐食性を試験した。抗折強度の測定はＪＩＳＲ１
６０１の３点曲げ試験法に従い、ビッカース硬度の測定
はＪＩＳＺ２２４４試験法に従い、気孔率においてはア
ルキメデス法に従った。そして、耐食性試験について
は、ＩＳＯ（国際標準化機構）規格に即した人口汗（ｐ
Ｈ４．７）を腐食液として使用し、温度４０℃±２℃に
保持した人口液中に、鏡面研磨した試料の下半分を２４
時間浸し、浸した後の試料の研磨面の状況を観察するこ
とにより行った。また、色調の定量評価方法として、Ｌ
ａｂ光学色差計（ミノルタ製）により４５°環照明垂直
受光方式の高機能色彩色差計（ＪＩＳＺ８７２２に準
処）にて測定評価した。また、平均結晶粒径は、焼結体
表面の顕微鏡写真より算出した。また、耐チッピング性
は、鏡面研磨した試料をクリープ研削した時の最大チッ
ピング幅で示した。これらの結果を表２および表３に示
す。

【００１７】表１、表２、表３において、＊印を付した
試料番号のものは、本発明の範囲外のものを示してい
る。また、表３における気孔率については、○印は３％
未満の高緻密体、△印は３〜６％の中緻密体、×印は６
％より大きい低緻密体であることを示す。また、耐食性
試験の結果については、○印は変色および腐食が全くな
く、△印は変色が認められ、×印は変色に加え、腐食も
認められたことを示す。また、耐チッピング性について
は、○印はシャープエッジ加工として良好なもの、△印
は所々に１〜５μｍ幅のチッピングが発生し、シャープ
エッジ加工として適さないもの、×印は５μｍ幅以上の
大きなチッピングが多発してシャープエッジ加工不能な
ものを示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、チ
タンが全量中６０〜７０重量％、鉄族金属および少なく
ともニオブを含む周期律表第５ａ族元素が全量中８〜２
５重量％、残部が非金属元素である炭素、窒素により構
成されるとともに、前記非金属元素に対する炭素の割合
が３重量％以下であり、かつチタンを除く金属元素中に
おけるニオブの占める割合が４０重量％以上であり、Ｌ
ａｂ色差のａ≦＋０．５、ｂ≧＋８．０であり、かつ平
均結晶粒径が２〜７μｍであるような金色焼結合金とし
たことによって、使用上何ら支障のない硬度及び強度を
有するとともに、耐食性に優れ、また、焼結性の著しい
向上により優美な黄金色の鏡面が容易に出現し、かつ、
製作上必要なシャープエッジ加工を容易に行うことがで
き、その結果、長期にわたり腐食やキズが発生しない美
しい色調の金色焼結合金として、例えば、時計ケース、
時計バンド、ネックレス、ブローチ、ペンダント、記念
メダル、ボタン等の装飾用や、釣具、ハサミ、刃物、印
材等に利用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタンが全量中６０〜７０重量％、鉄族金
属および少なくともニオブを含む周期律表第５ａ族元素
が全量中８〜２５重量％、残部が非金属元素である炭
素、窒素により構成されるとともに、前記非金属元素に
対する炭素の割合が３重量％以下であり、かつチタンを
除く金属元素中におけるニオブの占める割合が４０重量
％以上であることを特徴とする金色焼結合金。