KR20000071637A - 무-니켈 백동 합금 - Google Patents
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Abstract
하기 화학식으로 표현되고 부수적으로 불가피한 원소를 포함하는 무-니켈 백동 합금.
화학식
CuaZnbMncAld
화학식
CuaZnbMncAldXe
상기식에서,
X는 Si, Ti 및 Cr로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 1 종의 원소이고,
b, c, d 및 e는 중량%로, 0.5≤b＜5, 7≤c≤17, 0.5≤d≤4 및 0＜e≤0.3이며,
a는 나머지이다.
합금은 니켈에 의해 초래될 수 있는 앨러지 문제가 없으며, 슬라이드 파스너용 요소, 슬라이더, 스토퍼 등, 또는 의복용 금속 버튼, 파스너 등의 액세서리에 사용하기 적합한 우수한 강도, 경도, 연성, 가공성 및 내식성을 지닌다.
Description
발명의 배경
1. 발명의 분야
본 발명은 슬라이더 파스너용 요소, 슬라이더, 스토퍼 등, 또는 의복용 금속 버튼, 파스너 등의 액세서리에 사용하기 적합한, 강도, 경도, 연성, 가공성 및 내식성이 우수하고, 앨러지 문제를 일으키지 않으며 백색도가 높은 무-니켈 백동 합금에 관한 것이다.
2. 종래기술의 설명
예를 들면, 전술한 파스너용의 통상의 동 합금으로는, 양백(洋白, nickel silver)과 같이 백색 합금 색상을 띠는 동-니켈-아연 합금, 또는 적색 황동 또는 황동으로 대표되는 동-아연 합금이 사용되어 왔다. 양백은 합금원소로서 니켈을 함유하고 있으므로, 내식성이 우수하다. 그러나, 예를 들면, 이를 슬라이드 파스너로서 사용하는 경우, 파스너는 종종 피부와 접촉하게 되고 니켈로 인한 앨러지 문제가 발생한다. 반면에, 적색 황동 또는 황동으로 대표되는 동-아연 합금은 니켈을 함유하고 있지 않으므로 이러한 앨러지 문제를 일으키지 않는다. 그러나, 이의 색조는 황색을 띠게 되고, 백색 합금이 수득될 수 없다.
발명의 요약
따라서, 본 발명의 목적은 양백의 것과 동등한 우수한 강도와 경도, 및 연성과 더불어 우수한 가공성, 내식성 및 백색도를 지니고, 합금이 니켈을 함유하지 않는 이유로 해서 앨러지 문제가 없는 백동 합금을 제공하는 것이다.
본 발명은 하기 (1) 내지 (5)를 포함한다.
(1)하기 화학식으로 표현되고 부수적으로 불가피한 원소를 포함하는 무-니켈 백동 합금.
화학식
CuaZnbMncAld
상기식에서,
b, c 및 d는 중량%로, 0.5≤b＜5, 7≤c≤17 및 0.5≤d≤4이고,
a는 나머지이다.
(2) 하기 화학식으로 표현되고 부수적으로 불가피한 원소를 포함하는 무-니켈 백동 합금.
화학식
CuaZnbMncAldXe
상기식에서,
X는 Si, Ti 및 Cr로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 1 종의 원소이고,
b, c, d 및 e는 중량%로, 0.5≤b＜5, 7≤c≤17, 0.5≤d≤4 및 0＜e≤0.3 이며,
a는 나머지이다.
(3)b, c 및 d가 중량%로, 0.5≤b≤4, 7≤c≤15 및 0.5≤d≤2인 상기 (1) 또는 (2)에서 기술한 무-니켈 백동 합금.
(4)합금이 실온에서 단일 α상 상태인, 상기 (1), (2) 및 (3) 중 하나에서 기술한 무-니켈 백동 합금.
(5)합금이 JIS Z 8729에서 규정한 색조를 나타내는 a* 값 및 b* 값이 0＜a*＜5 및 7＜b*＜15인 색조를 띠는, 상기 (1), (2) 및 (3) 중 하나에서 기술한 무-니켈 백동 합금.
바람직한 실시형태의 상세한 설명
본 발명의 조성에 있어서, Zn은 이의 고체 용액 강화효과를 통한 합금의 기계적 특성의 개선효과 및 또한 합금의 가격 감축효과가 있다. Zn 함량이 0.5% 이하이면, 비용 감축효과 및 강화효과는 불충분하다. 함량이 5% 이상이면, 고체-용액 공존온도 범위가 넓어지게 되고 거시적 분리가 현저해지는 경향이 있다. 또한, 열 전도율과 주조성이 감소되기 쉽다. 더욱이, Zn 함량이 5% 이상일 경우, 내시효균열성(season cracking resistance)이 저하되고 또한 결정구조가 α+β상으로 되어, 충분한 냉간 가공성이 확보될 수 없다. 5% 이하로 고정함으로써, 시효균열 문제는 발생하지 않게 되고 심지어는 전술한 화학식 CuaZnbMncAldXe에서 정의된 X 원소가 첨가되는 경우에도 더욱 안정한 상태가 유지될 수 있다. Mn은 고체 용액 강화효과에 의해 합금에 향상된 기계적 특성 제공 및 또한 합금의 가격 감축에 효과가 있다. 더욱이, 아연의 부분적인 대치로서 Mn을 전술한 양으로 첨가함으로써, 내시효균열성을 향상시키는 효과 및 동 합금 색조의 과도한 황변을 방지하는 효과가 생긴다. 또한, 합금의 융점 저하효과가 있어서, 주조성이 향상되고 아울러 용융물로부터 아연의 증발이 억제된다. 7% 이하일 경우, 색조는 황색을 띠게 된다. 이와는 대조적으로, 17% 이상일 경우, 결정구조는 α+β상으로 되어, 충분한 냉간 가공성이 확보될 수 없다. Mn의 상한은 좀더 바람직하게는 15%이다.
Al은 합금 표면에 안정한 산화 피막을 형성함으로써 내시효균열성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, Al은 고체 용액 강화효과를 통해 합금의 기계적 특성을 향상시키고 아울러 합금의 가격을 감소시킨다. Al의 하한은 0.5%이다. 양이 지나치게 적을 경우, 내시효균열성 및 강화효과가 불충분해진다. 한편, 4% 이상이면, 결정구조가 α+β상으로 되어, 충분한 냉간 가공성이 확보될 수 없다. 2% 이하가 더욱 바람직하다.
화학식 CuaZnbMncAldXe에서 X 원소(Si, Ti 및 Cr로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 1 종의 원소)는 용융 중에 용융물 표면 상에 피막형성 역할을 하고, 아울러 Mn의 산화 및 Zn의 증발 방지 역할도 한다. 더욱이, 합금 표면 상에 안정한 산화 피막을 형성함으로써, 어닐링 중 Mn의 제거 방지와 내시효균열성 향상 기능 및 또한 Mn의 산화에 기인하여 시간 경과에 따른 색조의 변화 방지효과가 생긴다. X 원소량의 하한은 0% 이상이다. 그러나, 양이 지나치게 적으면, 상기 효과가 충분히 수득되지 않는다. 따라서, 양은 바람직하게는 0.02% 이상이다. 양이 0.3% 이상이면, 조성내 원소와 금속간 화합물이 형성되어, 냉간 가공성의 저하를 일으키게 된다.
본 발명의 합금은 단일 α상으로 구성되고, 충분한 냉간 가공성을 확보할 수 있다. 본 발명의 조성 범위 밖이면, 결정구조는 α+β상으로 되기 쉽고, 가공성이 저하된다.
또한, 본 발명의 합금은 JIS Z 8729로 규정하였을 경우 (L* a* b*) 측색 시스템의 색도도에 기초하여 0＜a*＜5 및 7＜b*＜15 범위 내에 있다.
본 명세서에서 언급된 색조는 JIS Z 8729에 의해 규정된 재료색의 명세표에 따라 표현된 정신측정 명도 지수 L*(명도:L 스타) 및 정신측정 색도 지수 a*(녹색-적색: a 스타) 및 b*(청색-황색: b 스타)로 나타낸다. 특히, 본 발명의 특징인 백색이 되기 위해서는, 무색에 가까운 색이 되는 것이 더 양호하며, 전술한 바와 같이 색도지수 a* 및 b*로 규정될 수 있다.
하기 실시예를 토대로 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예
표 1에 나타낸 본 발명의 실시예 1 내지 14에서, 시험재료를 제조하여 후술되는 바와 같이 평가한다. 동일 절차를 표 1의 비교 실시예 1 내지 10에 대해서도 수행한다.
순수한 Cu(99.9%), 순수한 Zn(99.9-99.99%), 순수한 Mn(99.9%), 순수한 Al(99.99%), 순수한 Ti, 순수한 Si 및 순수한 Cr을 각각의 소정 조성에 대해 200 cm3의 잉곳 구성에 대해 측정한다. 각각의 조성물을 Ar 대기에서(10 cm Hg) 고주파 용융시키고, 4분간 유지시킨 다음 동 주형(직경 40 mm x 길이 28 mm)에 쏟아 붓는다. 수득된 잉곳(200 cm3)을 약 70 mm 길이로 절단하여 압출용 빌렛(billet)을 형성시킨다. 압출은 800℃의 빌렛 온도 및 600℃의 컨테이너 온도에서 수행된다. 수득된 압출물(직경 8 mm x 길이 약 1300 mm)에 800℃에서 1시간 동안 가열처리한 다음 노에서 냉각시킨다(이하, 이 순서를 "열처리"로 언급한다). 이러한 열처리가 적용된 압출물(와이어)을 시험용 기재로 사용한다.
수득된 시험재료를 SiC 연마지 및 다이아몬드 페이스트로 경면 연마시킨 다음 색도 색차계(CR-300, Minolta Ltd. 제조)를 사용하여 측정하며, 결과를 JIS Z 8729에 규정된 바와 같이 L*, a* 및 b*로 표현하였다.
본 발명의 모든 시험재료는 백색의 색조를 띠며, 파스너 부품으로 사용될 경우, 고급 느낌을 주는 부품이 제공될 수 있다.
또한, 이렇게 제조된 시험재료 각각을 미세결정 구조에 대해 관찰한다. 본 발명의 시험재료는 모두 단일 α상 합금이었고, 냉간 가공성이 양호한 재료를 제공할 수 있다. 비교 실시예에서와 같이 제 2 상이 공존한 경우, 냉간 작업 중에 균열 등이 발생하였다. 본 발명 실시예의 재료에서 균열 등의 발생은 관찰되지 않았다. 특히, 파스너의 요소로 사용시, Y자형 요소가 클로쓰(cloth)에 끼워맞춰 부착된다. 본 발명의 재료로 제조된 파스너 요소는 균열 등이 없이 클로쓰에 견고히 부착시킬 수 있다.
경도(Hv)는 25 g 하중하에 비커스 마이크로경도 테스터로 측정한 값 DPN으로 나타낸다. 본 발명 실시예의 재료가 파스너용 부품으로 현재 사용되고 있는 양백(비교 실시예 10)의 것과 동등하거나 그 이상의 경도를 지니고, 파스너 부품으로 적당한, 강도 또는 경도와 같은 기계적 특성을 갖추고 있음이 이해된다.
또한, 냉간 압축시험에 의해, 수득 시험재료에 80% 변형율을 부여하고, 표면상의 균열 존재 여부를 관찰한다.
표 1에서, "O"는 균열이 재료 표면에 존재하지 않았음을 나타내고, "X"는 균열이 재료 표면에 존재하였음을 나타낸다. 본 발명 실시예의 재료 모두에서, 표면에 균열이 존재하지 않았음이 이해된다. 비록 파스너 요소의 경우로 사용시, 요소를 전술한 바와 같이 클로쓰에 부착시킬 때 냉간에서 최대 80% 변형율이 부여되지만, 냉간에서 80% 변형율이 부여될 경우에 조차도 본 발명 실시예의 재료는 아무 문제가 없음이 이해된다.
수득 시험재료를 SiC 연마지 및 다이아몬드 페이스트로 경면 연마한 다음 80℃ 및 90% RH 대기에 노출시킴으로써 항온 항습도 시험을 수행하는 방식으로 내변색성을 검사한다. 이후, 시험재료의 표면을 측색 색차계를 사용하여 평가한다. 내변색성 평가는 항온 항습도 시험 전후의 지수를 하기 공식에 대입하여 수득된 수치 값에 기초하여 수행된다.
변색 =
(식중, a*, b* 및 L*는 항온 항습도 시험 전의 지수이고, a′*, b′* 및 L′*는 항온 항습도 시험 후의 지수이다)
시험 결과로부터, 본 발명 실시예의 재료가 전술한 공식에서 작은 값을 부여하고 우수한 내변색성을 지니고 있음을 분명히 알 수 있다. 이러한 사실로부터, 본 발명의 재료가 파스너 부품으로 사용될 때, 이러한 파스너 부품이 온수 세탁에 대한 높은 내변색성을 보임이 이해된다. 이 시험에서, 유럽에서의 온수 세탁이 표준으로 수행된다.
내시효균열성을 다음과 같이 평가한다. 냉간 압축 시험에 의해 시험재료에 80% 응력을 부여하고, 시험재료를 12.5% 암모니아 수용액을 사용하여 암모니아에 노출시킨 다음 표면에서의 균열 발생을 관찰한다. 표 1에서, "O"는 균열이 재료 표면에 존재하지 않았음을 나타내고, "X"는 균열이 재료 표면에 존재하였음을 나타낸다. 본 발명 실시예의 모든 재료에서, 균열이 표면에 존재하지 않았음이 이해된다. 이러한 사실로부터, 본 발명이 파스너 요소로서 클로쓰에 끼워맞춰 부착될 때 조차도 가해진 변형률에 기인한 균열 등의 문제를 받지 않는 재료를 제공할 수 있음이 이해된다.
본 발명은 양백의 것과 동등한 우수한 강도와 경도, 및 연성과 더불어 우수한 가공성과 내식성을 지닌 무-니켈 동 합금을 제공한다. 파스너용 요소, 슬라이더, 스토퍼 등, 또는 의복용 버튼, 스토퍼 등의 액세서리, 및 피부와 접촉하는 물품으로 사용될 경우에 조차도, 니켈이 함유되어 있지 않으므로, 그러한 물품에 대한 앨러지 반응의 우려가 없고 미려한 백색이 유지되어, 장식적 가치도 높다.
Claims (5)
- 하기 화학식으로 표현되고 부수적으로 불가피한 원소를 포함하는 무-니켈 백동 합금.화학식CuaZnbMncAld상기식에서,b, c 및 d는 중량%로, 0.5≤b＜5, 7≤c≤17 및 0.5≤d≤4이고,a는 나머지이다.
- 하기 화학식으로 표현되고 부수적으로 불가피한 원소를 포함하는 무-니켈 백동 합금.화학식CuaZnbMncAldXe상기식에서,X는 Si, Ti 및 Cr로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 1 종의 원소이고,b, c, d 및 e는 중량%로, 0.5≤b＜5, 7≤c≤17, 0.5≤d≤4 및 0＜e≤0.3이며,a는 나머지이다.
- 제 1 항 또는 2 항에 있어서, b, c 및 d가 중량%로, 0.5≤b≤4, 7≤c≤15 및 0.5≤d≤2인 무-니켈 백동 합금.
- 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 실온에서 단일 α상 상태로 있는 무-니켈 백동 합금.
- 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 합금이 JIS Z 8729에 의해 규정된 색조를 나타내는 a* 값 및 b* 값이 0＜a*＜5 및 7＜b*＜15인 색조를 띠는 무-니켈 백동 합금.
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