KR101326883B1 - 전기주조 방법 및 상기 방법을 이용하여 수득한 부품 또는 막 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 88 내지 94 중량%의 금, x 중량%의 구리 및/또는 은, 그리고 2x 중량%의 아연으로 이루어지고, x가 2 내지 4인 것을 특징으로 하는 전기주조된 금 합금 부품에 관한다.
Description
본 발명은 아연, 구리 및/또는 은을 함유하는 금 기초의(gold-based) 합금으로 부품(part) 또는 막(layer)을 제조하기 위한 전기주조(electoforming) 방법, 그리고 이러한 방법을 통하여 수득한 부품 또는 막에 관한다. 특히, 본 발명은 전형적으로 약 300 미크론인 상기 합금의 후막(thick layer)을 기판에 전착시키기 위한 이러한 유형의 방법에 관한다.
금과 구리 이외에도 카드뮴을 함유하는 알칼리성 갈바니욕(galvanic bath)에서 전기분해를 이용하여 금 합금을 전기도금(electroplating)하는 방법이 공지되어 있다. 카드뮴은 독성 금속이므로, 지금은 수많은 법률로써 카드뮴의 사용을 금지하고 있다.
이러한 문제를 극복하기 위하여, CH Patent No. 680 927은 이미 통상적인 금 합금(Au, Cu, Cd) 전착(electrolytic deposition) 방법에서 카드뮴을 아연으로 대체하는 것을 제안했다.
그러나 이 방법은 단지 약 10 미크론의 금, 아연 및 구리 합금 막의 전착을 개시한다. 게다가 이 문헌은 전착된 최종 합금의 조성에 관한 상세한 정보를 제공 하지 않는다.
따라서 카드뮴을 함유하지 않고 수백 미크론의 두께를 가지는 금, 아연 및 구리 기초 합금의 부품 또는 막을 전기주조하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 주된 목적이다.
또한 우수한 수준의 연성(ductility)을 유지하면서 향상된 경도(hardness)를 가지는 이러한 종류의 막을 제조하는 이러한 유형의 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
그러므로 본 발명은 88 내지 94 중량%의 금, x 중량%의 구리 및/또는 은, 및 2x 중량%의 아연을 함유하고, x가 2 내지 4인 금 합금 막의 전기주조 방법에 관하고, 이 방법은 다음을 포함한다:
- 양극(anode)을 포함하는 알칼리성 전해욕(electrolytic bath)에 금속 기판을 침지(dipping), 상기 전해욕은 적어도 포타슘 골드 시아나이드 형태의 금 염, 코퍼 시아나이드 형태의 구리 염 및/또는 실버 옥사이드 형태의 은 염, 징크 옥사이드 형태의 아연 염, 소듐 시아나이드, 소듐 하이드록사이드, 산, 예를 들어 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA), 및 계면활성제를 함유하고, 상기 기판은 음극(cathode)을 형성하며,
- 기판의 표면에 금속 이온을 전착시키기 위하여 양극과 음극 사이에 전압을 생성하여 막을 전기주조,
- 전기도금된 막의 원하는 두께가 달성되면 전압을 차단.
바람직하게는 전압은 전기주조 단계 동안 변화하는데, 이는 전착 순간에 막에 불균일한(non-homogenous) α 상 금 결정화를 일으킨다. 이러한 균일성(homogeneity) 결핍은 결정 초구조(superstructure)에 의하여, 전착된 막에서 표면 결함을 감소시킨다.
본 발명 방법의 바람직한 구체예에 따르면, 양극과 음극 사이의 전압은 전착된 막의 표면 영역(superficial zone)의 금 농도를 증가시켜 전착된 막의 금 색상을 강하게 하기 위하여, 전기주조 단계의 최종 단계에서 감소된다.
본 발명 방법의 다른 유리한 양태에 따르면, 전기주조 단계 다음에 300℃ 내지 700℃ 에서 적어도 30분 동안 행해지는 열 어닐(thermal anneal) 공정 및 초급속 냉각(rapid quenching)이 이어진다.
이와 관련하여 액상(liquid phase)으로부터 공융 응고(eutectic solidification)하는 동안 두 상 α, β'에서 응고가 일어날 수 있는데 이는 냉각 후의 기계적 특성에 현저한 저하를 야기할 수 있기 때문에, 어떤 경우에도 관련된 합금에 대한 Au Zn 상평형도의 "액상선(liquidus)" 온도 곡선을 넘어서는 안된다는 것에 유념해야 할 것이다. 이러한 처리 동안, 막의 결정 구조는 부분적으로 균일화된 다음, 이러한 주조 공정에서 급속 경화(rapid hardening)에 의하여 응고되는데, 이러한 급속 경화는 중간에 일어나는, 관련된 합금에 대한 α1 또는 α2 결정상(crystalline phase) 형성을 방지한다.
또한 본 발명은, 금 합금이 88 내지 94 중량%의 금, x 중량%의 구리 및/또는 은, 및 2x 중량%의 아연을 포함하고, x가 2 내지 4인 것을 특징으로 하는 전기주조된 금 합금 부품에 관한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 합금은 88 중량%의 금, 8 중량%의 아연 및 4 중량%의 구리를 포함한다.
전기주조는 40℃ 내지 80℃의 온도에서 수행된다.
유리한 구체예에 따르면, 사용되는 계면활성제는 폴리글리콜 알킬 알코올의 포스파틱(phosphatic) 에스테르이다.
본 발명의 방법에 따르면, 전기분해는 약 7 내지 15 g.l-1의 포타슘 골드 시아나이드 형태의 금, 1.5 내지 5 g.l-1의 징크 옥사이드 형태의 아연, 약 1.5 내지 3 g.l-1의 코퍼 시아나이드 또는 실버 옥사이드 형태의 구리 또는 은, 소듐 시아나이드, 소듐 하이드록사이드, 에틸렌디아민 테트라아세트산과 이것의 포타슘 염, 및 계면활성제를 포함하고, pH가 8 내지 10인 알칼리성 갈바니욕에서 수행된다.
이러한 전기분해 단계 다음, 적어도 300℃에서 적어도 30분 동안 열처리가 이어진다. 이러한 열처리는 징크 옥사이드를 환원시키기 위하여, 바람직하게는 환원성 대기에서 수행한다.
바람직하게는 갈바니욕은 광택제(brightener)를 추가로 포함한다. 광택제는 바람직하게는 포타슘 하이포포스파이트(hypophosphite)와 결합한 포타슘 안티모니 타르트레이트 또는 포타슘 셀레노시아네이트이다.
계면활성제는 바람직하게는 부틸 또는 노닐 페놀 폴리글리콜 포스파타이드(phosphatide) 에스테르이다.
전기분해는 바람직하게는 pH가 8 내지 10인 갈바니욕에서 60℃ 내지 75℃의 온도에서 수행된다.
전기분해는 전형적으로 약 1.0 A.dm-2의 전류 밀도로써 달성될 수 있다.
전기분해에 이어서 열처리가 300℃보다 높은 온도에서 전형적으로 30분 내지 1시간 동안 수행된다. 이러한 열처리는 예를 들자면 밴드 가열로(band furnace)에서 이루어질 수 있는 급속 공기 냉각(rapid air cooling)을 포함할 수 있다. 열처리는 환원성 대기에서 수행된다.
이제 본 발명의 구체예에 따른 전착의 실시예 및 이를 제조하는 방법을 기재할 것이다.
이러한 전착 실시예에는, 독성의 금속 또는 준금속(metalloid)을 함유하지 않고, 특히 카드뮴을 함유하지 않으며, 2N의 엷은 황색, 200 내지 300 HV 0.005의 경도, 특히 40 내지 350 미크론의 두께에서의 연성, 우수한 광휘도(brilliance) 및 착용(wear)과 변색(tarnishing)에 대한 매우 높은 저항성을 가지는 18 캐럿 금 합금이 있다.
이러한 전착은 전해욕에서 전기분해하는 것에 이어서 300℃에서 30분 동안 환원성 대기에서 열처리하여 이루어진다.
전기분해는 다음의 화합물을 함유하는 전해욕에서 수행된다:
실시예:
- KAu(CN)2 형태의 Au: 11 g.l-1
- CuCN 형태의 Cu: 2.5 g.l-1
- ZnO 형태의 Zn: 2.5 g.l-1
- NaCN: 20 g.l-1
- NaOH: 5.5 g.l-1
- KHCO3: 5 g.l-1
- K4[EDTA]: 5 g.l-1
- H4[EDTA]: 5 g.l-1
- PH: 8
- 온도: 70℃
- 전류밀도: 1 A.dm-2
- 습윤제(Wetting agent): 0.2 mg.l-1 포스파타이드 부틸 페놀 폴리글리콜 에스테르
- 포타슘 셀레노시아네이트: 10 mg.l-1
- EDTA = 에틸렌디아민 테트라아세트산
이 실시예에서, 단열재를 가지는 폴리프로필렌 또는 PVC 용기에 담긴 전해욕은 pH가 8 내지 10이고, 온도가 70℃이다. 전해욕을 석영(quartz), PTFE, 자기(porcelain) 또는 안정화(stabilised) 스테인리스 스틸 투입전열기(immersion heater)를 사용하여 가열한다. 전해욕은 20℃에서 16 내지 30 g.cm-3의 밀도를 가진다. 양호한 음극봉 운동(cathode rod movement)과 전해질 흐름이 유지되어야 한다. 양극은 백금 도금된 티타늄 또는 스테인리스 스틸로써 제조된다.
전기분해는 1 내지 2 A.dm-2의 전류를 사용하여 수행된다. 이러한 조건은 0.5 미크론.min-1의 속도와 함께 100 mg.A.min-1.cm-2의 음극 효율을 제공한다.
물론 본 발명이 예시된 실시예로만 한정되는 것은 아니고, 당업자에게 명백할 다양한 변형과 변경을 거칠 수 있다. 특히, 전해욕은 미량의 은 및 다음의 금속들을 함유할 수 있다: In, Cd, Zr, Se, Te, Sb, Sn, Ga, As, Sr, Be, Bi.
게다가 습윤제는 알칼리성 시안화 매체(cyanided medium)에서 습윤될 수 있는 임의의 유형일 수 있다.
본 발명은 88 내지 94 중량%의 금, x 중량%의 구리 및/또는 은, 그리고 2x 중량%의 아연으로 이루어지고, x가 2 내지 4인 것을 특징으로 하는 전기주조된 금 합금 부품에 관한다.
Claims (17)
- 다음 단계를 포함하는 금 합금 막(layer)의 전기주조(electroforming) 방법:- 금속 기판을 양극(anode)을 포함하는 알칼리성 전해욕(electrolytic bath)에 침지(dipping)하는 단계, 상기 전해욕은 적어도, 포타슘 골드 시아나이드 형태의 금 염, 코퍼 시아나이드 형태의 구리 염, 징크 옥사이드 형태의 아연 염, 소듐 시아나이드, 소듐 하이드록사이드, 에틸렌디아민 테트라아세트산, 및 계면활성제를 포함하고, 상기 기판은 음극(cathode)을 형성함, 금 염의 농도는 구리 염 및 아연 염 각각의 농도보다 높음,- 기판의 표면에 금속 이온을 전착시키기 위하여 양극과 음극 사이에 전압을 생성시켜 막을 전기주조하는 단계,- 88 내지 94 중량%의 금, x 중량%의 구리 및 2x 중량%의 아연, 여기서 x는 2 내지 4임, 을 함유하는 막을 생성하기 위하여, 전기도금된 막의 원하는 두께가 달성되면 전압을 차단하는 단계.
- 제1항에 있어서, 전해욕이 7 내지 15 g.l-1의 포타슘 골드 시아나이드 형태의 금을 포함하는 것을 특징으로 하는 금 합금 막 전기주조 방법.
- 제1항에 있어서, 전해욕이 1.5 내지 5 g.l-1의 징크 옥사이드 형태의 아연을 포함하는 것을 특징으로 하는 금 합금 막 전기주조 방법.
- 제1항에 있어서, 전해욕이 1.5 내지 3 g.l-1의 코퍼 시아나이드 형태의 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 금 합금 막 전기주조 방법.
- 제1항에 있어서, 전해욕의 코퍼 시아나이드 형태의 구리가 실버 옥사이드 형태의 은으로 대체되는 것을 특징으로 하는 금 합금 막 전기주조 방법.
- 제1항에 있어서, α 상으로 금 전착을 달성하기 위하여 막 전기주조의 단계 동안 전압을 변화시키는 것을 특징으로 하는 금 합금 막 전기주조 방법.
- 제6항에 있어서, 전착된 막의 표면 영역(superficial zone)에서 금의 농도를 증가시키기 위하여, 전압이 전기주조 단계의 최종 단계에서 감소되는 것을 특징으로 하는 금 합금 막 전기주조 방법.
- 제1항에 있어서, 전기주조 단계 다음에 300℃ 내지 700℃의 온도에서 적어도 30분 동안 열 어닐(thermal anneal) 공정이 이어지는 것을 특징으로 하는 금 합금 막 전기주조 방법.
- 제8항에 있어서, 여러 가지 상의 금 전착을 막기 위하여, 열 어닐 공정 온도가 금 합금의 액화(liquefaction) 온도를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 금 합금 전기주조 방법.
- 제8항에 있어서, 열 어닐 단계 다음에 급속 냉각이 이어지는 것을 특징으로 하는 금 합금 전기주조 방법.
- 제10항에 있어서, 징크 옥사이드를 환원하기 위하여 냉각 단계가 환원성 대기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금 합금 전기주조 방법.
- 제1항에 있어서, 계면활성제가 부틸 또는 노닐 페놀 폴리글리콜 포스파타이드(phosphatide) 에스테르인 것을 특징으로 하는 금 합금 전기주조 방법.
- 제1항에 있어서, 전기주조가 40℃ 내지 80℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금 합금 전기주조 방법.
- 제1항에 따른 방법으로 수득된 금 합금으로 제조되는 전기주조된 부품에 있어서, 금 합금이 88 내지 94 중량%의 금, x 중량%의 구리, 그리고 2x 중량%의 아연으로 이루어지고, x가 2 내지 4인 것을 특징으로 하는, 금 합금으로 제조되는 전기주조된 부품.
- 제14항에 있어서, 합금이 88 중량%의 금, 8 중량%의 아연 및 4 중량%의 구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금 합금으로 제조되는 전기주조된 부품.
- 제14항에 있어서, 합금 막이 수백 미크론의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 금 합금으로 제조되는 전기주조된 부품.
- 제14항에 있어서, 합금의 금이 본질적으로 α상 금으로 형성된 것을 특징으로 하는, 금 합금으로 제조되는 전기주조된 부품.
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