KR102066601B1 - Cd free solder material for 18 K red gold - Google Patents

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Abstract

Cd free 18K 레드골드용 땜소재가 제공된다.
본 발명은, Au-Cu-Ag 삼원계로 이루어진 18K 레드골드 모합금의 땜소재로서, Cu: 15~22wt%, In: 3~10wt%, 및 잔부 Au를 포함하여 이루어진 Cd free 18K 레드골드용 땜소재에 관한 것이다.
Cd free 18K red gold solder material is available.
The present invention is a solder material of 18K red gold master alloy composed of Au-Cu-Ag ternary system, Cu: 15 ~ 22wt%, In: 3 ~ 10wt%, and the balance for Cd free 18K red gold comprising a balance Au It is about material.

Description

Cd free 18K 레드골드용 땜소재{Cd free solder material for 18 K red gold}Cd free solder material for 18K red gold}

본 발명은 Cd free 18K 레드골드용 땜소재에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 18K 레드골드용 땜소재로서 In을 첨가함으로써 모재와 색상이 동일하고 모재 대비 융점이 -30℃이상이며, 젖음성 및 경도가 우수한 Cd free 18K 레드골드용 땜소재에 관한 것이다. The present invention relates to a Cd free 18K red gold soldering material, and more specifically, by adding In as an 18K red gold soldering material, the same color as the base material and the melting point of the base material is more than -30 ℃, wettability and hardness Relates to an excellent Cd free 18K red gold solder material.

장신구 시장에서는 전통적으로 옐로우, 화이트 골드가 가장 큰 시장을 형성하고 있었으나, 최근에는 소비자의 다양한 니즈에 따라 Cu가 다량으로 포함된 레드-핑크 계열의 금합금재가 출시되었으며, 현재는 가장 큰 시장 점유율을 보이고 있다. 이러한 레드골드는 주로 Cu가 주된 합금원소로 작용하여 레드 색상을 구현하고 있다. In the jewelry market, yellow and white gold have traditionally formed the largest market, but recently, a red-pink-based gold alloy material containing a large amount of Cu was released according to various needs of consumers, and now has the largest market share. have. Such red gold mainly implements a red color because Cu is the main alloying element.

장신구 제품 제작을 위해서는 요소 간 접합이나 표면에 생긴 기포 등을 메우기 위한 땜공정이 필수적으로 동반된다. 그리고 이때 사용되는 땜소재는, 일반적으로 1) 모재와 금의 함량이 동일하고, 2) 모재와의 육안상 색상구별이 어려워야하며, 3) 모재보다 약 50℃ 이상 낮은 융점을 가져야 하고, 4) 젖음성이 우수하여 모재의 틈으로 솔더재의 융액이 잘 흘러 들어가며, 5) 충분한 내구성이 확보되어야 할 필요가 있다. For the production of jewelry products, the soldering process is essential to join the elements and fill air bubbles on the surface. In this case, the solder material used is generally 1) the same content of the base material and gold, 2) difficult to distinguish color on the naked eye with the base material, 3) has a melting point of about 50 ℃ lower than the base material, 4 A) Wetting property is excellent, so that the melt of the solder material flows well into the gap of the base material, and 5) sufficient durability needs to be secured.

종래 장신구용 금합금재는 기본적으로 Au-Ag-Cu 삼원합금을 주로 사용하며, 이때 땜 소재는 Au를 제외한 Ag, Cu 등과 같은 기타 합금원소를 약 10wt% 정도 Cd로 대체하여 융점을 낮추고 젖음성을 향상시킨 합금재를 사용하였다. The conventional gold alloy material for jewelry is mainly Au-Ag-Cu ternary alloy, and at this time, the solder material is replaced by other alloy elements, such as Ag and Cu, except for Au by about 10wt% Cd to lower the melting point and improve the wettability An alloy material was used.

그런데 레드 골드 장신구는 금이 58.5wt%인 14K, 75.0wt%인 18K 합금이 주로 사용되나, 상대적으로 구리합금원소가 많은 14K 레드 골드 제품용 솔더소재는 모재보다 융점을 낮추기 위한 Cd가 약 10wt% 포함되며, 이때 전체적으로 구리의 함량변화가 크지 않기 때문에 솔더부와 모재의 색상차이가 크지 않아 인체유해성을 제외하면 큰 문제없이 사용이 가능하였다. 반면에 18K 레드 골드 제품용 솔더재료의 경우, 모재와 동일한 금함량을 유지하기 위해 구리함량이 상대적으로 적어지므로 융점을 약 50℃정도 낮추고자 Cd가 10.0wt% 이상 투입될 경우 색상이 육안상 확연하게 구별되어 제품의 심미성이 떨어지는 문제가 있었다. By the way, red gold jewelry is mainly used for 14K and 55.0 wt% of 18K alloys with 58.5wt% gold, but the solder material for 14K red gold products, which have relatively high copper alloy elements, has a Cd of about 10wt% to lower the melting point than the base metal. In this case, since the change in the copper content is not large, the color difference between the solder part and the base material is not large, and it was possible to use it without major problems except for human harmfulness. On the other hand, in the case of 18K red gold solder material, the copper content is relatively low to maintain the same gold content as the base metal, and the color becomes visible when 10.0 wt% or more of Cd is added to lower the melting point by about 50 ° C. There was a problem that the product is inferior in aesthetics.

이와 같이, 기존 Cd원소가 다량 포함된 모재가 18K 이면서 레드골드용 땜소재도 18K 정함량의 경우, Cu의 함량저하에 따라 육안상 색상의 차이가 크게 발생하고, 인체에 유해하여 장신구로써 사용 도중 땀 등에 의한 용출로 인체에 흡수되어 질병의 원인이 될 수 있는 문제가 있다.As such, when the base material containing a large amount of existing Cd elements is 18K and the soldering material for red gold is also 18K, the color difference occurs largely due to the decrease in the content of Cu and is harmful to the human body. There is a problem that can be absorbed by the human body by elution by sweat or the like and may cause diseases.

따라서 땜소재로서 갖추어야할 조건을 충족하면서 인체에 무해하고 물성이 우수한 18K 레드골드용 땜소재에 관한 기술 개발이 요청되고 있는 실정이다. Therefore, there is a demand for the development of a technology for the 18K red gold solder material which is excellent in physical properties and is harmless to the human body while meeting the conditions to be provided as the solder material.

따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 18K 레드골드용 땜소재로서 In을 첨가함으로써 모재와 색상이 동일하고 모재 대비 융점이 -30℃ 이상이며, 젖음성 및 경도가 우수한 Cd free 18K 레드골드용 땜소재를 제공함을 목적으로 한다.  Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, by adding In as an 18K red gold solder material, the same color as the base material and melting point than the base material -30 ℃ or more, excellent wettability and hardness Cd free The purpose is to provide a solder material for 18K red gold.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned above are clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

Au-Cu-Ag 삼원계로 이루어진 18K 레드골드 모합금의 땜소재로서, As a solder material of 18K red gold master alloy composed of Au-Cu-Ag ternary system,

Cu: 15~22wt%, In: 3~10wt%, 잔부 Au를 포함하여 이루어진 물성이 향상된 Cd free 18K 레드골드용 땜소재에 관한 것이다. It relates to a Cd free 18K red gold solder material with improved physical properties including Cu: 15 ~ 22wt%, In: 3 ~ 10wt%, balance Au.

본 발명에서 상기 18K 레드골드 땜소재는 In을 함유하지 않은 기준 모재 대비 용점이 30℃ 이상 낮아질 수 있다. In the present invention, the 18K red gold solder material may be lower than the melting point of 30 ℃ or more compared to the reference base material does not contain In.

또한 상기 18K 레드골드 땜소재는 색차가 10 이하일 수 있다. In addition, the 18K red gold solder material may have a color difference of 10 or less.

또한 상기 18K 레드골드 땜소재는 석고/합금 젖음각이 85°이하일 수 있다. In addition, the 18K red gold solder material may have a gypsum / alloy wet angle of 85 ° or less.

상술한 구성의 본 발명에 따르면, 1)금의 함량이 충분히 확보되어 최종제품의 함량저하를 일으키지 않으며, 2)기존 레드골드 모재와 색상이 동일하고, 3) 모재보다 약 30℃ 이상 낮은 융점을 가지며, 4) 젖음성이 우수하여 모재의 틈으로 솔더재의 융액이 잘 흘러 들어가며, 5) 충분한 내구성을 확보할 수 있는 인체에 Cd 원소를 사용하지 않아 인체에 무해한 18K 레드골드용 땜소재를 효과적으로 제공할 수 있다. According to the present invention of the above configuration, 1) the content of gold is sufficiently secured does not cause a decrease in the content of the final product, 2) the same color as the existing red gold base material, 3) has a melting point of about 30 ℃ or more lower than the base material 4) Excellent wettability, the melt of the solder material flows well into the gap of the base material, and 5) It is effective to provide the 18K red gold solder material that is harmless to the human body because Cd element is not used in the human body to ensure sufficient durability. Can be.

도 1은 본 발명의 실시예에 있어서 In 첨가에 따른 18K 레드골드 합금재의 Lab 색상 분석결과 및 매크로이미지를 나타내는 표이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 있어서 In 첨가에 따른 18K 레드골드 합금재의 융점변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 있어서 In 첨가에 따른 18K 레드골드 합금재의 젖음각 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서 In 첨가에 따른 18K 레드골드 합금재의 비커스 경도 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a table showing a lab color analysis results and macro images of 18K red gold alloy material according to the In addition in the embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the melting point change of 18K red gold alloy material according to the addition of In in the embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the results of the wet angle analysis of 18K red gold alloy according to the addition of In in the embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the Vickers hardness change of the 18K red gold alloy material with the addition of In in the embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.

전술한 바와 같이, 종래에는 18K 레드 골드 제품용 솔더재료의 경우, 모재와 동일한 금함량을 유지하기 위해 구리함량이 상대적으로 적어지므로 융점을 약 50℃정도 낮추고자 Cd가 10.0wt% 이상 투입될 경우 색상이 육안상 확연하게 구별되어 제품의 심미성이 떨어지는 문제가 있었다. 이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭한 결과, Cd를 사용하지 않는 18K 레드 골드 땜납재료로서 그 Cu함량을 낮추면서 그 낮춘 함량에 대응하여 In을 첨가함으로써 색상, 융점 및 젖음각 등의 측면에서 특성이 우수함을 땜재료를 얻을 수 있음을 확인하고 본 발명을 제시하는 것이다.As described above, in the case of the solder material for 18K red gold products, since the copper content is relatively low to maintain the same gold content as the base material, when Cd is added 10.0wt% or more to lower the melting point by about 50 ° C. There was a problem in that the color is clearly distinguished by the naked eye, the product is less aesthetic. Accordingly, the present inventors have conducted research and experiments to solve the above problems, and as a result, 18K red gold solder material which does not use Cd is added with In corresponding to the lower content while lowering the Cu content, thereby reducing the color, melting point and It is to confirm that the brazing material can be obtained that the characteristics are excellent in terms of the wet angle, etc. and to present the present invention.

본 발명의 Cd free 18K 레드골드용 땜소재는, Au-Cu-Ag 삼원계로 이루어진 18K 레드골드 모합금의 땜소재로서, Cu: 15~22wt%, In: 3~10wt%, 잔부 Au를 포함하여 이루어진다. Cd free 18K red gold solder material of the present invention is a solder material of 18K red gold master alloy consisting of Au-Cu-Ag ternary system, including Cu: 15 ~ 22wt%, In: 3 ~ 10wt%, balance Au Is done.

본 발명의 Cd free 18K 레드골드용 땜소재의 조성성분 및 그 제한사유를 설명한다. The composition of the Cd free 18K red gold solder material of the present invention and the reason for limitation thereof will be described.

본 발명에서는 18K 레드 골드용 땜소재로서, Cu: 15~22wt%와 In: 3~10wt%를 포함하여 이루어질 수 있다. In the present invention, as a solder material for 18K red gold, it may be made of Cu: 15 ~ 22wt% and In: 3 ~ 10wt%.

본 발명에서는 기본적으로 기본 모재 대비 Cu 함량을 줄이면서, 그 줄어드는함량 만큼 In 함량을 3~10wt% 범위로 첨가함을 특징으로 한다. 만일 상기 In 함량이 3% 미만이면 융점차이가 미약하여 솔더재로써의 기능을 상실하는 문제가 있으며, 10%를 초과하면 취성이 강해져 솔더재료로써 가공이 어려운 문제가 있을 수 있다. In the present invention, while basically reducing the Cu content compared to the base material, the In content is added in the range of 3 to 10wt% by the decreasing amount thereof. If the In content is less than 3%, there is a problem in that the melting point difference is weak and loses the function as the solder material. If the In content is more than 10%, the brittleness becomes strong, and thus, the processing as the solder material may be difficult.

그리고 본 발명의 땜소재는 잔여 성분으로서 Au를 포함한다.And the solder material of this invention contains Au as a residual component.

본 발명에서는 18K 레드골드 모합금의 땜소재로 이용되는 것이므로, 자체 중량 대비 대략 75wt% Au를 가진다. 그러나 본 기술이 속하는 기술분야에서 이러한 함량 75wt%는 다소 간의 미미한 오차 범위를 가질 수 있음은 자명하다.In the present invention, since it is used as the solder material of the 18K red gold mother alloy, it has approximately 75wt% Au relative to its own weight. However, it is apparent that 75 wt% of the content may have a slight margin of error in the art.

상기와 같은 본 발명의 18K 레드골드 땜소재는 In을 함유하지 않은 기준 모재 대비 용점이 30℃ 이상 낮아질 수 있다. As described above, the 18K red gold solder material of the present invention may have a melting point of 30 ° C. or more compared to a reference base material not containing In.

또한 상기 18K 레드골드 땜소재는 색차가 10 이하일 수 있다. In addition, the 18K red gold solder material may have a color difference of 10 or less.

또한 상기 18K 레드골드 땜소재는 석고/합금 젖음각이 85°이하일 수 있다. In addition, the 18K red gold solder material may have a gypsum / alloy wet angle of 85 ° or less.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

(실시예)(Example)

시료 제조Sample manufacturing

상업적으로 사용되는 18k 레드 골드의 구성원소는 Au-Cu-Ag인 3원계가 기본적으로 합금성분이다.Commercially used members of 18k red gold are Au-Cu-Ag.

본 실험에서는 하기 표 1과 같이, Ag가 소량 포함된 No. 1 시료를 18K 레드 골드 모재로 가정하였다, 그리고 땜용 소재로서 Ag를 배제하고, Cu 대신 In의 양을 1.0, 3.0, 5.0, 10.0wt%로 변화시킨 18K 레드 골드 땜재 시료 No. 2-5를 준비하였다. 준비된 각각의 시료를 붕사 플럭스와 함께 마그네시아 도가니 내에 투입하여 LPG-산소 토치를 이용하여 용해함으로써 시료를 제조하였다. In this experiment, as shown in Table 1, No. containing a small amount of Ag. 1 A sample was assumed to be a 18K red gold base material, and 18K red gold solder material No. Ag, except for Ag, was changed to 1.0, 3.0, 5.0, and 10.0 wt% of Cu instead of Cu. 2-5 were prepared. Samples were prepared by injecting each of the prepared samples into a magnesia crucible with borax flux and dissolving them using an LPG-oxygen torch.

시료 번호
Sample number
시료 조성 (wt%)Sample composition (wt%)
AuAu AgAg CuCu InIn CdCD 합계Sum 1One 75.075.0 1.31.3 23.723.7 0.00.0 -- 100100 22 75.075.0 -- 24.024.0 1.01.0 -- 100100 33 75.075.0 -- 22.022.0 3.03.0 -- 100100 44 75.075.0 -- 20.020.0 5.05.0 -- 100100 55 75.075.0 -- 15.015.0 10.010.0 -- 100100

Au 함량 확인Au content check

상기 제조된 각각의 시료의 금함량을 정량적으로 확인하기 위해 KS D ISO 11426 규격에 따른 회취법(cupellation)을 진행하였다. 각 시료으로부터 0.2g씩 취한 후, 0.6g의 Ag와 Pb 포일과 함께 cupell 도가니 상부에 위치시키고 1200℃에서 열처리를 통해 회취 후 질산처리를 통해 최종적으로 99.9wt% 이상의 Au만 확보하여 시료와의 무게비를 계산하여 18K의 정함량을 만족하는지 확인하였다, In order to quantitatively confirm the gold content of each prepared sample, a cupellation according to KS D ISO 11426 standard was performed. After taking 0.2g from each sample, place it on the top of the cupell crucible with 0.6g Ag and Pb foil, recover it through heat treatment at 1200 ℃, and finally obtain more than 99.9wt% of Au by nitric acid treatment. Was calculated to confirm that the net content of 18K is satisfied,

하기 표 2에는 각 시료의 큐펠법에 의한 금함량을 나타내고 있다. 표 2에 나타난 바와 같이, 각 시료 모두 75.00wt% 이상의 Au 함량을 나타내고 있으며, 일부 (+) 함량을 보이는데 이는 합금 제조 시 Cu, In 등의 산화로 보이며 일반적인 산소토치 용해로도 건전한 합금이 진행되었음을 보이고 있다.Table 2 below shows the gold content of each sample by the Cupel method. As shown in Table 2, each sample shows an Au content of 75.00 wt% or more, and shows some (+) content, which shows the oxidation of Cu, In, etc. during the manufacture of the alloy, and the sound alloy progressed even with the dissolution of general oxygen torch. have.

시료 No.Sample No. 1One 22 33 44 55 Au 함량Au content 75.4475.44 45.0445.04 75.2675.26 75.1875.18 75.0675.06

육안 및 Lab 색상 확인Visual and Lab Color Check

육안분석을 위해 각 시료를 평판가공한 후 폴리싱하여 광학현미경으로 20배율로 촬영하였다, 그리고 정량적인 색분석을 위해 UV-VIS-NIR(Shimadzu사 UV-3105PC모델)을 이용하여 슬릿사이즈 5, 스캔속도 medium으로 가시광선 영역(380~780 nm)에서 reflectance 모드를 이용하여 반사도를 측정하였다, 이어, Color Analysis 프로그램을 이용하여 Lab 지수를 확보하고 18K 레드 골드인 모재시료(No. 1)를 기준으로 색차(color difference)를 비교하여 그 결과를 도 1에 나타내었다. 한편 도 1에서 Lab 지수 내에서 L의 경우 0~100의 범위 내에서 시료의 밝기를 나타내며, a는 green~red의 정도를, 그리고 b의 경우 blue~yellow의 정도를 나타낸다.  Each sample was plated for polishing for visual analysis, polished and photographed at 20 magnification with an optical microscope, and slit size 5, scan using UV-VIS-NIR (Shimadzu UV-3105PC model) for quantitative color analysis. Reflectance was measured using the reflectance mode in the visible region (380 ~ 780 nm) at the velocity medium.Then, the Lab index was obtained using the Color Analysis program and based on the 18K red gold base material (No. 1). Color difference is compared and the result is shown in FIG. Meanwhile, in FIG. 1, L represents the brightness of the sample in the range of 0 to 100, a represents the degree of green to red, and b represents the degree of blue to yellow within the Lab index.

도 1에 나타난 바와 같이, In이 투입되지 않은 모재 시료(No. 1)의 경우 Lab값이 81.82/11.64/23.5로 통상적인 레드 골드 색상인 붉은색의 색상을 나타내며, 육안분석 시에도 레드색상의 금합금 색상을 띄고 있음을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 1, in the case of the base material sample (No. 1) to which In was not added, the Lab value was 81.82 / 11.64 / 23.5, indicating a red color, which is a normal red gold color, and a red color even when visually analyzed. It can be seen that it has a gold alloy color.

그리고 In이 1.0wt%와 3.0wt%가 함유된 No.2 ~ 3 시료의 경우 각각 81.14/11.17/21.02와 84.17/8.34/22.65의 Lab값을 나타내어 모재 대비 색차(color difference)가 2.61, 4.14로 나타남을 알 수 있다. 그런데 육안으로 구별 가능한 최소한의 색차는 4.00이며, 6.00까지는 동일색상으로 받아들여지므로, In이 3.0wt% 이하로 포함될 경우, 상업적인 레드 골드 시료과 동일한 색상을 나타낸다고 판단하였고, 육안분석 시에도 구별이 어려웠다.In the case of No. 2 to 3 samples containing 1.0 wt% and 3.0 wt% of In, Lab values of 81.14 / 11.17 / 21.02 and 84.17 / 8.34 / 22.65 were shown, respectively, so that the color difference was 2.61 and 4.14. It can be seen that. However, the minimum color difference that can be distinguished by the naked eye is 4.00, and since 6.00 is accepted as the same color, when In is included in an amount of 3.0 wt% or less, it was determined that the same color as a commercial red gold sample, and it was difficult to distinguish even when visual analysis.

한편 In이 5.0wt%와 10.0wt% 포함된 시료(No. 4-5)의 경우, 육안분석 시 레드색상의 채도가 소폭 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 칼라지수의 경우도 a값이 소폭 감소함에 따라 각각 7.67. 7.50의 색차를 보이고 있어 육안분석 결과와 마찬가지로 모재와 색차가 발생하였으나, 10 이하로 값이 크지 않아 명확한 구별은 어려웠다. 그러므로 색차가 10이하인 경우 소비자들은 동일 색상으로 판단할 가능성이 높음을 알 수 있다. On the other hand, in the case of the sample (No. 4-5) containing In and 5.0wt% and 10.0wt%, it was confirmed that the saturation of the red color slightly decreased when visual analysis. In the case of the color index, respectively, as the value of a decreased slightly, 7.67. The color difference was 7.50, which was the same as the result of visual analysis, but the base material and color difference occurred. Therefore, when the color difference is less than 10, it can be seen that consumers are more likely to judge the same color.

따라서 In이 10.0wt% 까지 첨가된 땜(솔더)재 시료 No. 2-5는 기존 레드골드 시료 No. 1 대비 색차가 육안으로 확연하게 구별이 어려운 정도로 우수한 광학적 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. Therefore, the solder material sample No. 1 with In added up to 10.0wt%. 2-5 is the existing red gold sample No. It can be seen that the contrast difference of 1 shows excellent optical properties to the extent that it is difficult to distinguish clearly with the naked eye.

융점 확인Melting Point Check

각 땜재에 대한 융점확인은 TGA-DTA(Shimadzu사 DTG-60모델) 분석을 통해 진행하였다. 즉, 각 조건별로 해당 시료 각각에 대하여 약 14mg의 시료를 취하여 20~1100℃의 온도범위에서 20℃/min의 승온속도로 분석을 진행하였으며, 산화에 의한 오차범위를 최소화하기 위해 질소분위기 내에서 진행하였다. The melting point of each solder was checked through TGA-DTA (Shimadzu Corporation DTG-60 model) analysis. That is, about 14mg of each sample was taken for each condition and analyzed at a temperature increase rate of 20 ℃ / min in the temperature range of 20 ~ 1100 ℃, and in the nitrogen atmosphere to minimize the error range due to oxidation. Proceeded.

도 2는 레드 골드재 및 땜재의 TGA-DTA 분석에 따른 융점을 나타낸 그래프이다. 그래프 Y축에 나타낸 화살표는 상업적으로 사용되는 Cd원소가 포함된 땜재의 융점을 나타낸다. Figure 2 is a graph showing the melting point according to the TGA-DTA analysis of the red gold material and the solder material. The arrow on the graph Y-axis shows the melting point of the braze containing the commercially available Cd element.

도 2에 나타난 바와 같이, 기준 모재 시료(No. 1)인 18K 레드 골드의 융점은 918.54℃로 나타났으며, 이후, 땜재로 이용하기 위해 1.0~10.0wt%의 In이 첨가된 땜 합금재의 융점은 각각 911.2, 891.56, 859.64, 760.22℃로 In의 첨가량이 증가하면서 융점은 감소함을 알 수 있다. As shown in FIG. 2, the melting point of 18K red gold, the reference base material sample (No. 1), was found to be 918.54 ° C., and then, the melting point of the solder alloy material to which 1.0 to 10.0 wt% of In was added for use as the solder material. It can be seen that the melting point decreases as the amount of In is increased to 911.2, 891.56, 859.64, and 760.22 ° C, respectively.

그러나 1.0wt%의 In이 첨가된 시료 No. 2의 경우 모재 No. 1과의 융점차이가 7.34℃로 크지 않아 땜재(솔더재)로서의 이용이 불가능한 것을 알 수 있다. However, sample No. with 1.0wt% of In added. In the case of 2, the base material No. It can be seen that the melting point difference with 1 is not so large as 7.34 ° C. that it cannot be used as a solder material (solder material).

한편 3.0 ~ 10.0wt%의 In이 첨가된 시료(No.3~5)들의 경우 모재 No. 1과 각각 26.98, 58.9, 158.32℃의 융점차를 보였으며, 특히 5.0wt%와 10.0wt%의 In이 첨가된 시료(No. 4~5)의 경우 모재 No. 1 보다 50℃ 이상의 큰 융점차를 보여 원활한 솔더링 작업을 진행할 수 있음을 알 수 있다. Meanwhile, in the case of samples (No. 3 to 5) to which 3.0 to 10.0 wt% of In was added, the base material No. 1 and 26.98, 58.9, and 158.32 ° C, respectively, and the melting point difference of 5.0 wt% and 10.0wt% of In was added (No. 4 to 5). It can be seen that the smooth soldering work can be performed by showing a large melting point difference of more than 50 ℃.

아울러, 10.0wt%의 Cd가 포함된 상업적인 레드 골드용 땜재의 경우, 870.19℃의 융점을 갖는 것을 확인하였으며, In이 5.0wt% 첨가된 시료보다 높은 융점을 가져 실제 Cd보다 In을 넣을 경우 솔더링에 유리한 융점특성을 가지는 것을 확인할 수 있다. In addition, in the case of a commercial red gold solder containing 10.0wt% of Cd, it was confirmed that the melting point of 870.19 ℃, In has a higher melting point than the sample added 5.0wt%, In the case of putting In than the actual Cd It can be confirmed that it has advantageous melting point characteristics.

따라서 제안된 5.0wt%, 10.0wt%의 In이 첨가된 땜재를 채용할 경우, 융점을 100℃ 이상 낮추어 소요되는 공정에너지 측면에서 유리할 것으로 판단된다. Therefore, if the proposed 5.0 wt%, 10.0wt% of the addition of the solder material is adopted, it will be advantageous in terms of the process energy required to lower the melting point by more than 100 ℃.

젖음성 확인Wettability check

각 시료의 용융에 따른 상대적인 젖음성을 확인하기 위해, 평판 석고틀 상부에 각각 0.40g의 땜합금재를 넣고 대기로(㈜써모텍사 SK1700-B30모델)를 이용하여 10℃/min의 승온속도로 1200℃-10분 간 유지하여 용융 후, 냉각시켜 석고에 접촉된 반구형 고상 시료를 확보하였다. 이후, 고상 시료의 후면부 조명을 사용한 암시야 광학이미지를 확보하고 Image J 프로그램을 이용하여 젖음각(wetting angle)을 계산하였다.  In order to check the relative wettability according to the melting of each sample, 0.40 g of solder alloy material was placed in the upper part of the flat plaster mold, and then, at a temperature rising rate of 10 ° C./min using an air furnace (Model SK1700-B30, Thermotech Co., Ltd.), 1200 It was kept for 10 minutes at ℃, then cooled to obtain a hemispherical solid sample in contact with the gypsum. Afterwards, a dark field optical image was obtained using the backside illumination of the solid state sample, and the wetting angle was calculated using the Image J program.

도 3은 레드 골드 땜재의 젖음각을 나타낸 그래프이며, 그래프 내 그림은 In이 1.0wt% 첨가된 No. 2 시료의 실제 젖음각 분석 이미지를 나타낸다.  Figure 3 is a graph showing the wetting angle of the red gold solder, the figure in the graph is No. 1.0 wt% added. 2 Show the actual wet angle analysis image of the sample.

도 3에 나타난 바와 같이, In이 없는 모재 시료(No. 1)의 경우 젖음각 50.7°를 나타내었으며, 특히, 분석 시 사용된 하부의 석고플라스크를 고려하면 모재는 로스트왁스 주조시 잘 젖어들어 공정에 유리할 것으로 예상되었다.As shown in FIG. 3, in the case of the base material sample (No. 1) without In, the wetting angle was 50.7 °. In particular, considering the lower gypsum flask used in the analysis, the base material was well wetted during the lost wax casting process. It was expected to be advantageous.

또한 In이 1.0wt% 첨가된 시료의 경우, 55.1°로 In이 첨가됨에 따라 소폭 젖음각이 상승하였으며, 이후 In의 첨가량이 3.0 ~ 10.0wt%로 증가함에 따라 각각 73.5°, 76.9°, 83.0°로 증가하는 것을 확인할 수 있다. In addition, in the case of the sample in which 1.0 wt% of In was added, the wetting angle increased slightly as In was added to 55.1 °, and then 73.5 °, 76.9 °, and 83.0 °, respectively, as the amount of In was increased to 3.0 to 10.0wt%. You can see that the increase.

그리고 Cd가 10.0wt% 첨가된 땜재(솔더재)의 경우 92.4°의 젖음각을 보여 In이 동일 비율로 첨가된 시료보다 더 높은 것을 알 수 있었다.In the case of the solder material (solder material) to which 10.0 wt% of Cd was added, it was found that In was higher than the sample to which In was added at the same ratio.

통상 주조용 재료로는 70°미만의 접촉각을 나타내어야 건전한 젖음이 가능하다. 그러나 상업적으로 이미 사용되고 있는 Cd를 포함된 땜재(솔더재)의 경우, 92.4°로 높은 접촉각을 보이는데, 이는 실험의 편의상 18K 금속모재와의 접촉각이 아닌 석고 기판 상부에서 측정하였기 때문으로 판단된다. 그러나 간접적으로 In이 10.0wt%까지 포함된 18K 레드 골드 땜재를 10.0wt% Cd를 함유한 상업적인 레드골드 땜재와 비교하면, 상대적으로 In 10.0wt% 함유한 땜재가 Cd의 경우 보다 우수한 젖음성을 보여줌을 알 수 있다. In general, casting materials must exhibit a contact angle of less than 70 ° to enable sound wetness. However, the solder material (solder material) containing Cd, which has already been used commercially, has a high contact angle of 92.4 °, because it is measured on the gypsum substrate rather than the contact angle with the 18K metal base material for the convenience of the experiment. However, in comparison with commercial red gold solder containing 10.0wt% Cd in 18K red gold solder containing indirectly up to 10.0wt%, solder containing relatively In 10.0wt% showed better wettability than Cd. Able to know.

내구성 확인Durability check

합금 후 압연기로 평판가공 된 레드 골드 시료에 대해 비커스경도기(Mitutoyo사, MVK-H1모델)를 이용해 비커스 경도를 측정하였다. 통상 땜재는 1mm 직경으로 인발되어 사용되므로 주조된 시료를 1mm 두께로 압연 후 0.5kgf의 하중을 15초간 시료에 인가하여 측정하였으며, 오차율을 줄이기 위해 시료 당 3회 측정 후 평균값을 계산하여 경도값을 정하였다.  Vickers hardness was measured using a Vickers hardness tester (Mitutoyo, MVK-H1 model) on a red gold sample that was plated with a post-alloy rolling mill. In general, the solder material is drawn and used with a diameter of 1mm, and after the cast sample is rolled to a thickness of 1mm, a load of 0.5kgf is applied to the sample for 15 seconds.Then, the hardness value is calculated by measuring three times per sample to reduce the error rate Decided.

도 4는 In 첨가량에 따른 18K 레드 골드 땜재의 비커스 경도를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the Vickers hardness of the 18K red gold solder according to the amount of In added.

도 4에 나타난 바와 같이, 레드 골드 모재 기준시료(No. 1)인 경우 평균 201.94를 나타내고 있다. 그리고 In을 1.0wt%와 3.0wt% 함유한 경우, 205.66와 242.19로 비커스 경도가 소폭 증가하였으며, 이후 In의 첨가량이 5.0wt%와 10.0 wt%로 증가함에 따라 각각 389.15, 465.33으로 비커스 경도가 급증하는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 4, in the case of the red gold base material reference sample (No. 1), the average is 201.94. In case of 1.0 wt% and 3.0wt% of In, the Vickers hardness slightly increased to 205.66 and 242.19, and then the Vickers hardness increased to 389.15 and 465.33 respectively as the amount of In increased to 5.0wt% and 10.0 wt%. You can see that.

주얼리 합금재의 경우, 통상 150 정도의 비커스 경도값을 가지는데, 각 시료의 경우 as cast 상태가 아닌 선재가공을 고려한 압연 시편이므로 가공경화가 발생하여 이보다 높은 경도를 보이는 것으로 판단된다. In the case of the jewelery alloy material, the Vickers hardness value is generally about 150. Since each sample is a rolled specimen considering wire processing rather than an as cast state, it is considered that the hardness of the alloy is higher than that due to the work hardening.

또한 In의 첨가량이 증가함에 따른 경도 증가가 10.0wt%의 Cd가 첨가된 종래 땜재 보다 큰 이유는 고용체 강화효과 때문인 것으로, In과 Au의 원자반지름 차가 Cd와 Au의 차이보다 크기 때문에 상대적으로 고용체 강화효과가 클 수 있기 때문이다.  In addition, the increase in the hardness of the addition of In is greater than the conventional solder with 10.0wt% Cd added due to the solid solution strengthening effect, because the difference in atomic radius between In and Au is larger than the difference between Cd and Au, the solid solution strengthening relatively This can be great.

따라서 In이 3.0wt% 이상 첨가된 각 땜재 시료는 모두 상업적인 금합금재의 경도보다 월등히 우수한 240 이상의 비커스 경도값을 가지며, 선형가공이 가능한 땜재로서의 특성을 확인할 수 있다. Therefore, each of the solder samples added with more than 3.0wt% of In has a Vickers hardness value of 240 or more, which is much superior to that of commercial gold alloy materials, and can be confirmed as a solder material capable of linear processing.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention has been described with respect to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications without departing from the scope of the present invention Of course it is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims to be described later.

Claims (4)

Au-Cu-Ag 삼원계로 이루어진 18K 레드골드 모합금의 땜소재로서,
Cu: 15~22wt%, In: 3~10wt%, 및 잔부 Au를 포함하여 이루어진 Cd free 18K 레드골드용 땜소재.
As a solder material of 18K red gold mother alloy consisting of Au-Cu-Ag ternary system,
Cu: 15 ~ 22wt%, In: 3 ~ 10wt%, and the remainder Au for Cd free 18K red gold solder material.
제 1항에 있어서, 상기 18K 레드골드 땜소재는 In을 함유하지 않은 기준 모재 대비 용점이 30℃ 이상 낮은 것을 특징으로 하는 Cd free 18K 레드골드용 땜소재.
The solder material for Cd free 18K red gold according to claim 1, wherein the 18K red gold solder material has a melting point of 30 ° C. or more compared to a reference base material containing no In.
제 1항에 있어서, 상기 18K 레드골드 땜소재는 Lab 지수에 따른 색차가 10 이하인 것을 특징으로 하는 Cd free 18K 레드골드용 땜소재.
The solder material for Cd free 18K red gold according to claim 1, wherein the 18K red gold solder material has a color difference of 10 or less according to a Lab index.
제 1항에 있어서, 상기 18K 레드골드 땜소재는 석고/합금 젖음각이 85°이하인 것을 특징으로 하는 Cd free 18K 레드골드용 땜소재.
The solder material for Cd free 18K red gold according to claim 1, wherein the 18K red gold solder material has a gypsum / alloy wet angle of 85 ° or less.
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