KR102102126B1 - 친환경 그린골드 합금재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 그린골드 합금재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체에 유해한 물질인 Cd를 대체하여 Au-Ag-Cu 3원합금계에 In을 소정량 배합함으로써, 그린 색상 및 명도를 크게 향상시키고, 더욱 낮은 융점을 확보하며, 경도를 높이고, 다른 귀금속과의 완벽한 접합성을 구현하며, 탁월한 광택도를 부여할 수 있는 친환경 소재의 그린골드 합금재에 관한 것이다.

Description

친환경 그린골드 합금재{ECO-FRIENDLY GREEN GOLD ALLOY MATERIAL}

본 발명은 친환경 그린골드 합금재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체에 유해한 물질인 Cd를 대체하여 Au-Ag-Cu 3원합금계에 In을 소정량 배합함으로써, 그린 색상 및 명도를 크게 향상시키고, 더욱 낮은 융점을 확보하며, 경도를 높이고, 다른 귀금속과의 완벽한 접합성을 구현하며, 탁월한 광택도를 부여할 수 있는 친환경 소재의 그린골드 합금재에 관한 것이다.

금반지와 같이 귀금속을 주재료로 한 주얼리는 액세사리로서 많은 사람들이 착용을 원하고 있지만, 값이 매우 고가이고, 일단 구매하더라도 사용자가 질리거나 트렌드가 지나면 서랍 속에 그대로 방치되는 경우가 많다. 한편, 이를 팔고자 할 땐 제값을 받지도 못하고 헐값에 처분해야 하는 경우가 허다하다. 따라서, 소비자들은 골드 주얼리 등 귀금속 액세사리의 구매에 상당한 부담을 느끼고 있다.

이에, 중고 내지 트렌드가 지난 귀금속 액세사리나 실버 등 가격이 상대적으로 저렴한 귀금속 재료에 고급스러운 다양한 색상을 입혀 그 가치를 새롭게 창출하려는 시도가 있었다. 예를 들어, [C. Cretu, and E. V. Llngen, "Coloured gold alloys", Gold bulletin 32(4): 115-126 (1999)]에는 카드뮴(Cd)을 첨가한 18K 합금재를 이용하여 기존 귀금속 재료에 그린골드(Green gold) 색상을 도입하는 내용이 개시되어 있다.

그러나, 귀금속 재료의 가공기술 중 귀금속에 그린골드 색상의 칼라를 도입하는 기술은 아직까지 크게 발전하지 못하고 있는 상황이다.

한편, 상기 선행문헌의 경우 인체에 유해한 중금속인 카드뮴(Cd)을 사용해야 하는 큰 단점이 있고, 환경친화성이 떨어지며, 그린색의 발현 품질이 좋지 않은 문제가 있다.

C. Cretu, and E. V. Llngen, "Coloured gold alloys", Gold bulletin 32(4): 115-126 (1999).

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 인체에 유해한 물질인 Cd의 사용을 배제하면서도, 그린 색상 및 명도를 크게 향상시키고, 낮은 융점, 높은 경도, 접합성 및 광택도 등 요구되는 제반 물성을 조화롭게 구현할 수 있는 새로운 형태의 친환경 그린골드 합금재를 제공함을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 금(Au) 58.5~75.0 중량%; 은(Ag) 15.0~33.0 중량%; 구리(Cu) 4.5~9.5 중량%; 및 인듐(In) 4.0~6.0 중량%;로 구성되며, 그린골드(Green gold) 색상을 구현하기 위한 솔더재로 사용되는 것을 특징으로 하는, 친환경 그린골드 합금재를 제공한다. 즉, 기존 카드뮴(Cd) 대신 인듐(In)을 소정량 투입하고 다른 원소들의 함량을 함께 조절함으로써, 그린골드 합금재로서 요구되는 제반 물성을 조화롭게 구현할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 친환경 그린골드 합금재는 우수한 광학적 특성을 지녀 CIE Lab 색좌표에 따른 L 값 90 이상, a 값 음수, b 값 25 이하의 조건을 충족하여 높은 명도와 함께 향상된 그린색을 구현할 수 있다. 또한, 융점이 1100℃ 이하(예컨대, 800~1100℃)로서 실제 주조 공정을 통한 제조 시 소요 에너지를 줄일 수 있고, 비커스 경도(Vickers hardness)가 40 이상으로서 내구성 또한 우수하다.

바람직한 제1 구체예에서, 본 발명은 금(Au) 75.0 중량%; 은(Ag) 15.0 중량%; 구리(Cu) 5.0 중량%; 및 인듐(In) 5.0 중량%;로 구성되며, 그린골드(Green gold) 색상을 구현하기 위한 18K 솔더재로 사용되는 것을 특징으로 하는, 친환경 그린골드 합금재를 제공한다. 이러한 18K 솔더재용 친환경 그린골드 합금재는 CIE Lab 색좌표에 따른 L 값이 93.30, a 값이 -2.79, b 값이 22.09이고, 융점이 900.437℃이며, 비커스 경도(Vickers hardness)가 169로서, 솔더재용 그린골드 합금재로 요구되는 우수한 제반 특성들을 조화롭게 구현할 수 있다.

바람직한 제2 구체예에서, 본 발명은 금(Au) 58.5 중량%; 은(Ag) 30.0 중량%; 구리(Cu) 6.5 중량%; 및 인듐(In) 5.0 중량%;로 구성되며, 그린골드(Green gold) 색상을 구현하기 위한 14K 솔더재로 사용되는 것을 특징으로 하는, 친환경 그린골드 합금재를 제공한다. 이러한 14K 솔더재용 친환경 그린골드 합금재는 CIE Lab 색좌표에 따른 L 값이 92.31, a 값이 -2.96, b 값이 24.19이고, 융점이 854.271℃이며, 비커스 경도(Vickers hardness)가 204.3, 평균 광택도가 262.6Gu로서, 솔더재용 그린골드 합금재로 요구되는 우수한 제반 특성들과 더불어 탁월한 광택도를 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 마그네시아 도가니 내에 정해진 비율로 칭량된 합금 재료들을 투입하고, LPG-산소 토치를 이용하여 용해시키는 것을 특징으로 하는, 친환경 그린골드 합금재의 제조방법이 제공된다. 이 경우, 붕사(Na₂B₄O₇·10H₂O)로 상기 마그네시아 도가니 내부를 코팅하여 마그네시아 도가니 내 미세한 기공(Pore) 내로 합금 원소가 흡수되는 것을 방지함으로써, 투입된 합금 재료의 손실을 예방하여 당초 정해진 함량대로 정확하게 친환경 그린골드 합금재를 제조할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 그린골드 합금재는 인체에 유해한 중금속 원소인 Cd의 사용을 배제한 친환경 소재로서, Cd를 첨가하는 합금재 및 단순 Au-Ag-Cu 3원합금계보다 더욱 향상된 그린골드 색상(은은한 녹색 빛을 띤 고품질 색상)을 구현하고, 높은 명도를 얻을 수 있다.

또한, 기존의 Cd를 첨가하는 경우 및 단순 Au-Ag-Cu 3원합금계 대비 융점을 크게 낮추어 실제 주조 공정에서 제조에 따른 소요 에너지를 줄일 수 있다.

또한, 기본 40 이상(최대 204.3)의 비커스 경도를 얻을 수 있고, 다른 이종 귀금속과의 접합 시 완벽한 접합성을 구현할 수 있으며, 유리의 반사도인 100Gu 기준 상대적으로 월등히 높은 광택도를 구현할 수 있다.

또한, 고가인 Ag의 상대적 사용량을 감소시켜 제조비용을 절감할 수 있다.

도 1은 다양한 조성으로 제조된 그린골드 합금재의 융점 결과를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 친환경 그린골드/925silver 접합 반지의 외경 확대이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 친환경 그린골드 합금재에서 Ag의 EDS line scanning 결과를 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 친환경 그린골드 합금재의 광택도 측정용 시료 및 그 측정 모습을 보여주는 사진이다.

이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

친환경 그린골드 합금재를 개발하기 위해, 기존 그린골드를 제조하기 위한 원소인 Cd를 배제하고 이를 In으로 대체하는 솔더재 합금을 디자인하였다. 표 1은 그린골드 14K 및 18K 합금재를 제조하기 위한 합금 디자인을 나타낸 것이다. #1~#3 시료의 경우 18K이며, #4~#6 시료는 14K이다.

#1 시료의 경우 기존 Cretu 등[C. Cretu, and E. V. Llngen, "Coloured gold alloys", Gold bulletin 32(4): 115-126 (1999)]에 의해 보고된 그린골드 합금 조성과 동일한 조성으로 하여 비교대상으로 삼았다.

#2 시료의 경우 Au-Ag-Cu 3원상태도에 따른 칼라 비교치를 확인하고 본 발명자가 직접 3가지 원소만을 이용하여 조성디자인한 것이다.

#3 시료의 경우 색상의 향상을 위해 Ag를 대체하여 In을 일정량 투입한 조성이다.

#4 시료의 경우 14K의 조성으로 3원상태도상에서 그린색을 확인하고 Au-Ag-Cu 원소만을 이용하여 조성디자인을 진행한 것이다.

#5 시료의 경우 3원합금 시 Ag, Cu의 조성 차이에 따른 색 변화를 확인하기 위해 Cu를 대체하여 Ag의 양을 1.0 wt% 늘린 것이다.

#6 시료의 경우 기본 그린색의 3원합금재 대비 그린색을 향상시키기 위해 Ag를 대신하여 In을 5.0 wt% 첨가한 것이다.

시료의 제작은 마그네시아 도가니 내에서 LPG-산소 토치를 이용하여 각 비율로 칭량된 합금 재료를 투입하고 용해(및 필요 시 고화시켜 보관)하여 진행하였다. 이때 마그네시아 도가니 내의 미세한 기공(Pore) 내로 금이나 기타 합금원소가 흡수되어 함량에 영향을 줄 수 있으므로, 붕사를 이용하여 마그네시아 내부를 미리 코팅하였다.

[표 1] 그린골드 합금재 개발을 위한 합금 디자인(단위: wt%)

실험예

(1) 그린골드 합금재의 매크로 이미지

표 2는 각 그린골드 합금재의 매크로 이미지를 나타낸 것이다.

[표 2] 각 합금재의 매크로 이미지

#1 시료의 경우, 기존 참고문헌[C. Cretu, and E. V. Llngen, "Coloured gold alloys", Gold bulletin 32(4): 115-126 (1999)]에 명시되어 있는 18K 합금재와 동일한 조성으로 제조된 것으로, 육안상 옐로우골드 베이스에 그린색이 간섭색과 같이 가미된 것으로 보이는 것을 확인하였다.

#2 시료의 경우, 18K 조성으로 제조된 것으로, 본 발명자가 3원상태도를 확인하고 그린색이 구현 가능하도록 제조한 것이다. Ag의 양이 기존 문헌보다 5.0 wt% 높아지고 Cu는 1.0 wt% 감소한 것으로, #1 시료 대비 명도가 높아져 다소 밝은 것을 확인할 수 있었고, 이에 따라 그린색이 조금 더 명확하게 보이는 것을 알 수 있다.

#3 시료의 경우, Ag를 일부 대체하여 In을 5.0 wt% 첨가한 시료로서, 명도 및 그린색이 #1 시료보다 향상되었으며, #2 시료와 육안상으로는 크게 구별되지 않았다.

#4 시료의 경우, 14K로 제조된 시료로서, #2 시료와 마찬가지로 상태도 확인 후 그린색이 구현될 수 있도록 제조한 것이다. 18K 제품 대비 Ag의 함량이 많아짐에 따라 옐로우 색상이 줄어들고 백색이 도드라졌으며, 이에 따라 그린색이 명확히 보이는 것을 확인할 수 있다.

#5 시료의 경우, 백색화를 통한 그린색의 채도 향상을 목적으로 Ag의 양을 1.0 wt% 늘린 시료이나, #4 시료와 육안상 차이점을 확인할 수는 없었다.

#6 시료의 경우, Ag 및 Cu를 일부 대체하여 In을 5.0 wt% 투입한 것으로, #4, #5 시료와 육안상으로는 큰 차이점을 보이지 않았다.

18K의 경우 14K보다 금의 함유량이 많음에 따라 옐로우 색상이 더 강하게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 14K의 경우 체색이 백색에 가까워짐에 따라 그린색의 구현이 더 명확하게 나타나는 것을 확인하였다. 또한, Ag 대신 In을 첨가한 시료의 경우 실제 Ag가 다량 첨가된 시료 대비 육안상으로는 크게 구별되지 않았다.

결국, 본 발명에 따른 In 첨가 시료(#3, #6)의 경우 Cd를 첨가한 종래의 #1 시료 대비 명도가 높아져 더 밝고 그린색이 더 명확하게 현출됨을 확인할 수 있었다.

(2) 제작된 시료의 검수(그린골드 합금재의 EDS 분석 결과)

제조된 합금재에 대해 목적한 비율별로 합금되었는지 판단하기 위해 각 시료별로 EDS 분석을 진행하였다. #1~#6 시료의 조성을 확인하기 위해 normal SEM(normal scanning electron microscopy, Jeol사 JSM-6010PLUS/LA모델)에 장착된 EDS를 이용하였다. 이때 20kV의 가속전압, T3 공정시간, 0.5 msec.의 dwell time을 적용하여 mapping 분석으로 최종 구성원소를 확인하였다.

표 3은 각 그린골드 합금재의 EDS 분석 결과를 나타낸 것이다.

#1 시료의 경우, 기존 참고문헌[C. Cretu, and E. V. Llngen, "Coloured gold alloys", Gold bulletin 32(4): 115-126 (1999)]에 명시되어 있는 18K 그린골드 합금재와 동일한 조성으로 제조된 것으로, 4.0 wt%의 Cd 원소가 들어가는 특징이 있다. Au-Ag-Cu의 경우, 목적한 수치 대비 EDS의 오차범위 내에서 적절히 합금된 것을 확인할 수 있다. 그러나, Cd 원소의 경우 1.12 wt%의 음수의 오차를 보이는데, 이는 EDS의 측정 오차 외에 합금 과정에서 열에 의한 산화 및 증발이 일어난 것으로 추정할 수 있다. 따라서, 추후 Cd의 합금을 진행할 경우 목표치 대비 소폭 증량하여 투입하거나 진공분위기 하에서 합금을 진행하는 것이 유리할 것으로 판단되었다.

#2 시료의 경우, Au, Ag, Cu가 각각 75.57, 19.51, 4.92 wt%를 나타내어 EDS의 측정 오차 내에서 목적한 바와 같이 건전하게 합금되었다.

#3 시료의 경우, Ag를 대체하여 In을 5.0 wt% 첨가하여 제작한 시료로서, 각 합금원소 모두 오차범위 내에서 적절한 합금비를 보이고 있다.

#4~#6 시료의 경우 14K 그린골드 합금재로서, 이전 시료와 마찬가지로 일부 오차범위 내에서 모두 적정한 합금이 진행되었음을 알 수 있다.

한편, 오차율을 확인해 보았을 때 Au의 경우 모두 양의 오차를 나타내고 있으며, 기타 Ag, Cu, In, Cd의 경우 음의 오차범위로 나타나는데, 이는 오차범위 외에 실제 Au를 제외한 기타 합금원소가 일부 산화, 증발 가능성 때문으로 추정된다. Au와 달리 기타 원소의 경우 상대적으로 산화에 약하여 LPG-산소 토치를 사용하는 합금 과정에서 실제 기타 원소들이 미량 산화되었을 수 있으나, 최종 제품에는 큰 영향을 미치지 않는 정도의 미미한 수준으로 판단된다.

따라서, 본 발명에서는 목적한 합금비대로 적정하게 제조된 것으로 확인되었다.

[표 3] 그린골드 합금재의 EDS 분석 결과(단위: wt%)

(3) 그린골드 합금재의 Lab 칼라 색지수(그린색상 구현 특성) 분석 결과

표 4는 기존 문헌에 명시되어 있는 조성 및 본 발명에 따라 제안된 조성의 친환경 그린골드 합금재의 Lab 칼라지수를 나타낸 것이다. Lab 지수에서 L은 0~100의 범위 내에서 시료의 밝기를 나타내고, a는 green~red의 정도를 나타내며, b는 blue~yellow의 정도를 나타낸다. a의 경우 (-)로 작아질수록 green이 진해지며, (+)로 커질수록 red 색상이 진해진다. b의 경우는 (-)로 작아질수록 blue 색상이 진해지며, (+)로 커질수록 yellow 색상이 진해진다. 따라서, 이론상 L지수의 경우 금 합금재이기 때문에 반사도가 높아 명도인 L 값은 높아야 하며(90 이상), a 값은 음수, b 값은 25 이하의 값을 지녀야 그린색을 가질 수 있다.

#1 시료의 경우, 기존 문헌에 명시된 Cd가 4.0 wt% 투입된 그린골드재로서, 옐로우골드 베이스에 그린 색상의 오버톤을 가진 색을 띠고 있다.

#2 시료의 경우, 3원상태도 상에서 그린색이 구현될 수 있는 조성으로 합금된 것으로, 마찬가지로 a 값이 음수를 보이고 있으나, Cd가 투입된 시료보다는 green 색을 덜 띠는 것을 알 수 있다.

#3 시료의 경우, 본 발명에 따라 Ag를 대체하여 In을 5.0 wt% 채용한 시료로서, a 값이 음수로 작아지고 또한 Cd보다 더 낮은 a 값을 보여 green 색이 더 진해짐을 확인할 수 있다.

#4 시료의 경우, 3원상태도 내에서 green 색이 구현될 수 있는 조성을 이용하여 제조한 14K 시료로서, 18K와 마찬가지로 a는 음수 값을 보여 green 색이 구현됨을 확인하였다.

#5 시료의 경우, 레드 색상 발현에 기여할 수 있는 Cu를 대체하여 Ag의 양을 1.0 wt% 증가시킨 시료로서, a 값이 음수로 작아짐에 따라 green 색의 정도가 더 커짐을 알 수 있다.

#6 시료의 경우, Ag를 대체하고자 In을 5.0 wt% 투입한 시료로서, #5 시료보다 a 값이 더 작아짐에 따라 단순 Au-Ag-Cu 3원합금계보다 우수한 색상 구현을 나타냄을 확인하였다.

또한, 각 시료의 경우 Cd가 포함된 기존 문헌에 제안된 그린골드의 색 대비 색차가 5.0 이내로 들어와 약간의 차이만 있을 뿐이어서, 인체에 유해한 Cd를 대체할 수 있는 가능성을 확인하였다.

따라서, In의 경우 green 색 구현과 관계되어 있는 Ag 원소를 대체할 수 있는 우수한 광학적 특성을 확인하였으며, 본 발명에서 목표한 L>90, a<0, b<25 값을 충분히 충족하는 것을 확인하였다.

[표 4] 그린골드 합금재의 Lab 칼라 색지수

(4) 그린골드 합금재의 융점 분석 결과

도 1은 기존 문헌에 명시되어 있는 조성 및 본 발명에서 제안한 조성의 친환경 그린골드 합금재의 융점 결과를 나타낸 것이다.

#1 시료의 경우, 기존 문헌에 명시된 Cd가 4.0 wt% 투입된 그린골드 합금재로서, 920.860℃의 융점을 보이고 있다.

#2 시료의 경우, 3원상태도 상에서 그린색이 구현될 수 있는 조성으로 합금된 것으로서, #1 시료보다 높은 980.667℃의 융점을 가지고 있다. 이는 #1 시료의 경우 저융점 합금재인 Cd가 다량 투입됨에 따라 융점이 낮아지는 것으로 판단되며, 실제 Cd 원소의 경우 귀금속용 솔더재에 약 10% 정도 투입되어 기존 모재 대비 -50℃ 이상 융점을 저하시키는 원소로 사용되고 있다.

#3 시료의 경우, 본 발명에 따라 Ag를 대체하여 In을 5.0 wt% 채용한 시료로서, 900.437℃의 융점을 보이고 있다. 이는 Cd와 같은 역할을 할 수 있는 저융점 합금 재료인 In이 5.0 wt% 투입됨에 따라 #2 시료보다 약 80℃ 융점이 낮아진 것으로 판단된다. 한편, #3 시료는 #1 시료보다도 더 낮은 융점을 나타내는 것을 알 수 있었는데, 이는 Au-In, Au-Cd의 상태도와 관련하여 Cd가 5.0 wt% 투입될 경우 약 980℃의 융점, In이 5.0 wt% 투입될 경우 약 940℃의 융점을 보여 In이 동일한 양이 투입될 경우 Cd보다 더 낮은 융점을 확보할 수 있는 것으로 확인되었다.

#4 시료의 경우, 3원상태도 상에서 green 색이 구현될 수 있는 조성을 이용하여 제조한 14K 시료로서, 931.697℃의 융점을 보이고 있다. 이는 18K 대비 금의 양이 줄고 기타 합금원소가 다량 포함됨에 따라 낮게 나타난 것으로 판단된다.

#5 시료의 경우, 레드 색상 발현에 기여할 수 있는 Cu를 대체하여 Ag의 양을 1.0 wt% 증가시킨 시료로서, #4 시료와 비슷한 924.91℃를 나타내었다. 이는 Ag의 양이 소폭 상승함에 따라 융점이 낮아진 것으로 판단되었으나, 실제 큰 차이는 없었다.

#6 시료의 경우, Ag를 대체하고자 In을 5.0 wt% 투입한 시료로서, 854.271℃의 융점을 나타내었다. 즉, #3 시료와 마찬가지로 In의 첨가에 따라 그린골드 3원합금재보다 융점이 큰 폭으로 저하된 것을 확인하였다.

따라서, 그린골드를 구현하기 위한 3원합금의 경우보다 #1, #3, #6 시료인 Cd, 또는 In이 포함된 4원합금계의 융점이 더 낮게 나타나 실제 주조 공정에서 제조에 따른 소요 에너지를 줄일 수 있다고 판단된다.

전반적으로, 각 합금재는 모두 현재 사용되고 있는 주얼리용 주조 인프라에 채용될 수 있도록 정량적 목표항목으로 설정한 1100℃ 이하의 융점을 보였다.

(5) 그린골드 합금재의 경도 분석 결과

표 5는 각 그린골드 합금재의 비커스 경도 결과를 나타낸 것이다.

기존 문헌에 명시되어 있는 인체에 유해한 Cd가 포함된 기준시료(#1)의 경우 평균 180.7을 나타내고 있으며, Au-Ag-Cu로만 이루어진 그린골드 합금재(#2)의 경우 107.3으로 경도가 다소 낮았다. 이는 단순 3원합금 외에 Cd가 포함될 경우 각 원소의 원자반지름 차이에 따른 고용체 강화에 의한 것으로 판단되어 #1 시료가 더 높은 것으로 여겨진다.

한편, In이 5.0 wt% 포함된 본 발명 친환경 그린골드 합금재(#3)의 경우 169를 나타내어 #2 시료보다 높은 것을 알 수 있었으며, 이는 Cd가 포함된 그린골드와 마찬가지로 고용체 강화에 의한 것으로 판단되었다.

14K 3원합금으로 이루어진 시료(#4) 및 Ag의 함량이 이보다 1.0 wt% 증가한 시료(#5)의 경우 각각 173.7, 201.7의 경도를 나타내었다. 18K 3원합금재보다 높은 이유는 비교적 경도가 매우 낮은 금의 비율이 줄고 경도가 높은 은, 구리의 함유량이 증가되었기 때문으로 판단된다.

14K 3원합금 외에 추가적으로 Cd를 대체하여 In을 5.0 wt% 투입한 시료(#6)의 경우 204.3의 경도를 나타내어 18K In 투입 #3 시료보다 높은 것을 알 수 있었었다. 이는 금 외에 상대적으로 구리, 은의 함량이 증가하여 나타난 결과로 판단된다.

전반적으로, 경도분석 결과 본 발명에서 목표한 40 이상의 비커스 경도를 나타내어 만족스러운 수준임이 확인되었다.

[표 5] 그린골드 합금재의 비커스 경도(Vickers hardness) 결과

(6) 친환경 그린골드/925silver간 접합률 분석 결과

도 2는 본 발명에 따른 친환경 그린골드 합금재(#3, #6 시료)를 이용하여 접합한 반지 표면부에 대한 광학 확대이미지들을 나타낸 것이다.

반지의 외경부 전체를 정량적으로 확인하기 위해 5 mm 단위로 표시를 하여 원둘레 전체에 대해 광학이미지를 확보하였다. 본 발명자가 자체 제작한 플래시 접합기를 이용하여 수행한 결과 서로 다른 이종 귀금속 접합 시료의 원주는 58.404 mm로 확인되었으며, 이중 접합 불량에 해당하는 기공길이는 0.000 mm로 확인되었다. 이에 대해 접합률을 계산한 결과 접합률 100%를 나타냄을 확인하였다.

따라서, 플래시 접합기를 통해 서로 다른 이종 귀금속 접합 시 외경에 대한 원주 전체에 대해 접합 탈락부 또는 기공 없이 성공적으로 완벽히 접합된 것을 확인하였다.

(7) 친환경 그린골드/925silver간 확산거리 분석 결과

도 3은 친환경 그린골드/925silver 접합시료에 대해 SEM 이미지와 Ag 원소 EDS line 분석을 한 결과이다. 친환경 그린골드 합금재의 Ag 함유량은 30.0 wt%(#6 시료)이며, 925silver의 은 함유량은 92.5 wt%로 line scanning 시 가장 큰 변화폭을 확인할 수 있었다.

SEM을 통한 단순 확대분석의 경우 계면부 확인이 불가능하였다. 이는 접합이 완전히 잘 되었고 이를 매우 낮은 조도로 잘 폴리싱하여 생긴 결과로 판단된다. 그러나, Ag의 경우 그 분포가 명확히 다른 것을 확인할 수 있었다. Ag의 경우 중심부를 기준으로 좌측에 더 많이 분포되어 있었다. 이는 친환경 그린골드 합금재와 925silver의 합금원소 차이에 의한 것으로 좌측이 925silver임을 알 수 있었다.

Line scanning 결과의 경우, Ag 원소에 대해 접합면을 중심으로 우측에 비해 좌측의 함유량이 높음에 따라 intensity가 늘어나는 것을 알 수 있다. 접합시료의 상호 확산거리는 함유량의 차이에 의한 line scanning 스펙트럼의 기울기가 달라지는 두 접점을 중심으로 양 기울기가 달라지는 점으로 선정하였다. 이에 따라 Ag의 경우 5.3 um의 확산거리를 나타냄을 확인하였다.

이는 친환경 그린골드, 925silver 두 이종금속 간에 충분한 상호확산이 일어났음을 나타내고, 건전한 접합이 수행되었음을 의미하며, 본 발명의 경우 Ag의 확산거리가 2 nm 이상임을 확인시켜 주는 것이다.

(8) 친환경 그린골드 합금재의 광택도 분석 결과

본 발명에 따라 제안된 친환경 그린골드 합금재가 기존 주얼리 제품으로 사용되는 합금재와 동등한 수준의 광택도를 갖는지 여부를 확인하기 위해 광택도 측정을 진행하였다. 도 4와 같이 14K 친환경 그린골드 합금재인 #6 시료에 대해 실제 5 cm 직경을 가진 원판으로 제작하고 이에 대해 광택도를 측정하였다.

측정은 총 3회에 걸쳐 진행되었으며, 각각 262.6의 광택도를 보여 최종적으로 평균 262.6Gu의 광택도를 나타내었는바, 이는 유리의 반사도인 100Gu를 기준으로 월등히 높은 광택도에 해당하는 것이다.

Claims (10)

1. 친환경 그린골드 합금재에 있어서,
   금(Au) 58.5~75.0 중량%; 은(Ag) 15.0~33.0 중량%; 구리(Cu) 4.5~9.5 중량%; 및 인듐(In) 4.0~6.0 중량%;로 구성되며,
   그린골드(Green gold) 색상을 구현하기 위한 솔더재로 사용되는 것을 특징으로 하는,
   친환경 그린골드 합금재.
   
2. 제1항에 있어서,
   금(Au) 75.0 중량%; 은(Ag) 15.0 중량%; 구리(Cu) 5.0 중량%; 및 인듐(In) 5.0 중량%;로 구성되며,
   그린골드(Green gold) 색상을 구현하기 위한 18K 솔더재로 사용되는 것을 특징으로 하는,
   친환경 그린골드 합금재.
   
3. 제1항에 있어서,
   금(Au) 58.5 중량%; 은(Ag) 30.0 중량%; 구리(Cu) 6.5 중량%; 및 인듐(In) 5.0 중량%;로 구성되며,
   그린골드(Green gold) 색상을 구현하기 위한 14K 솔더재로 사용되는 것을 특징으로 하는,
   친환경 그린골드 합금재.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 친환경 그린골드 합금재는 CIE Lab 색좌표에 따른 L 값이 90 이상, a 값이 음수, b 값이 25 이하인 것을 특징으로 하는,
   친환경 그린골드 합금재.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 친환경 그린골드 합금재는 융점이 800~1100℃이고, 비커스 경도(Vickers hardness)가 40 이상인 것을 특징으로 하는,
   친환경 그린골드 합금재.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 18K 솔더재용 친환경 그린골드 합금재는 CIE Lab 색좌표에 따른 L 값이 93.30, a 값이 -2.79, b 값이 22.09이고, 융점이 900.437℃이며, 비커스 경도(Vickers hardness)가 169인 것을 특징으로 하는,
   친환경 그린골드 합금재.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 14K 솔더재용 친환경 그린골드 합금재는 CIE Lab 색좌표에 따른 L 값이 92.31, a 값이 -2.96, b 값이 24.19이고, 융점이 854.271℃이며, 비커스 경도(Vickers hardness)가 204.3인 것을 특징으로 하는,
   친환경 그린골드 합금재.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 14K 솔더재용 친환경 그린골드 합금재는 평균 광택도가 262.6Gu인 것을 특징으로 하는,
   친환경 그린골드 합금재.
   
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 친환경 그린골드 합금재의 제조방법으로서,
   마그네시아 도가니 내에 정해진 비율로 칭량된 합금 재료들을 투입하고, LPG-산소 토치를 이용하여 용해시키는 것을 특징으로 하는,
   친환경 그린골드 합금재의 제조방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    붕사(Na₂B₄O₇·10H₂O)로 상기 마그네시아 도가니 내부를 코팅하여, 마그네시아 도가니 내 미세한 기공(Pore) 내로 합금 원소가 흡수되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는,
    친환경 그린골드 합금재의 제조방법.
    

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