KR20060082885A

KR20060082885A - 경도있는 귀금속 합금

Info

Publication number: KR20060082885A
Application number: KR1020067012694A
Authority: KR
Inventors: 펭 츔 로
Original assignee: 이노마트 피티이 엘티디
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2006-07-19
Also published as: ES2272259T3; KR20060082884A; AU2840700A; KR100676219B1; CN1118583C; KR100740195B1; DE60030849T2; CA2361692C; SG82596A1; WO2000046413A1; CA2361692A1; KR100676224B1; PT1175515E; JP4502516B2; KR100676221B1; HK1045859B; KR20060083234A; DE60030849D1; KR20010101894A; US6929776B1

Abstract

실질적으로 보라색의 색조와 부서짐 없이 100kg 하중의 록웰 B 경도 시험을 견뎌낼 정도로 충분한 인성을 가지는 귀금속 합금은 76중량% 내지 83.5중량%의 금과 16.5중량% 내지 21.5중량%의 알루미늄을 포함한다. 일 실시예에서, 이 합금은 78.5중량% 초과 83.5중량% 이하의 금과 나머지는 알루미늄으로 이루어져 있다. 다른 실시예에서, 이 합금은 팔라듐 및 니켈에서 선택된 추가의 원소를 포함한다.

Description

경도있는 귀금속 합금{JEWELLERY ALLOY HAVING HARDNESS}

본 발명은 신규한 경도있는 귀금속 합금 조성물에 관한 것이다.

알루미늄-금 합금은 알루미늄과 금의 원자 크기 인자(atomic size factor)가 유사하고(2.878:2.8577), 결정 격자 구조(f.c.c.)가 유사하며, 전기 음성도 인자(electronegativity factor)의 변화가 크기 때문에 다양한 미세구조(microstructures)와 상(phases)을 만들어낸다. 알루미늄-금의 상평형 도표(phase diagram)는 고용체(solid solution), 공융 혼합물(eutectic) 및 복합 화합물(complex compound)(Au₅Al₃, Au₃Al, 감마 등)의 영역을 설명한다. Au₃Al 금속간 화합물(intermetallic compound)은 β망간과 유사한 복합 입방체 구조(complex cubic structure)이고, 전자 : 원자 비가 3 : 2 이고 무게 퍼센트 비가 78.5% Au : 21.5% Al로 어느 정도 준 안정 상태이다. 귀금속상인 등에게 알루미늄-금 합금은 그것의 빛나는 자주빛 금색 때문에 특별한 흥밋거리이다. 그러나, 그러한 흥미는 Au₃Al 금속간 화합물이 매우 잘 부서진다는 사실 때문에 대부분 상쇄되어 없어진다. 즉, 일반 유리나 도자기와 같이 세게 두드리면 깨지게 될 것이다. 사실, 이 Au₃Al 금속간 합금의 메짐성(brittleness)은 100kg 하중의 록웰 B 경도 시험기를 사용하여 경도를 측정할 수도 없을 정도의 것이다. 이 합금은 심지어 60kg의 하중이 인가되면 부서지게 될 것이다.

토쿠리키 혼텐사 (Tokuriki Honten Pte Ltd.) 이름의 일본 특허 출원 JP 61-30642의 지침에 따라, 메짐성의 문제를 극복하는 한가지 방법은 알루미늄의 사용량을 20중량% 내지 24.5중량%으로 하고 동시에 실리콘, 마그네슘, 구리, 아연 또는 망간으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 또는 두 개의 원소 0.5중량% 내지 5중량%를 추가적으로 도입하는 한편, 금 성분을 75중량%로 낮추는 것이다. 추가 원소의 상대량을 변경시킴으로써, 기본적인 자주색을 잃지 않으면서 색의 톤이나 색조가 미세하게 변화될 수 있다.

Au-Al 상평형 도표로부터 알 수 있듯이, AuAl 계에서 금의 함량을 78.5중량% 미만으로 낮추게 되면 두 구조 - Au₃Al 금속간 화합물과 Al 및 AuAl₃의 공융 구조 - 가 같은 시료에 공존하게 된다. 그러므로, 용융된 상에서 서냉(slow cooling)하거나 빠르게 고체화된 시료에 대해 어닐링(annealing)을 할 때, 알루미늄이 풍부한 공융 혼합물상이 외부 표면으로 침전(precipitation)됨으로 인해 자주빛 금색이 퇴색된다. 심지어 빠르게 고체화된 시료가 어닐링되지 않더라도, 이 귀금속을 가공하고 연마한 후에 자주빛 금색은 또한 유사하게 퇴색될 것이며 어쩌면 심지어 퇴색 속도가 훨씬 늦어지더라도 오랜 사용으로 퇴색될 것이다. 공융 혼합물 및 Au₃Al 상의 경도는 또한 Au₃Al 금속간 화합물의 경도보다 매우 낮다(75중량% 금과 25중량% 알루미늄 합금의 약 10% 수준). 이러한 두 가지 이유로 인해, 이 합금이 상업적으로 생존할 가능성은 제한된다.

본 발명의 목적은 100kg 하중으로 부서짐 없이 록웰 B 경도 시험을 견딜정도로 충분한 인성(toughness)을 갖는 것으로 정의되는 본 명세서의 목적을 위하여 신규한 금속 합금을 제공하는 것이다. 록웰 B 경도 시험을 이용할 수 있다는 것은 그 합금은 가공할 수 있는 귀금속으로 적합하다는 경험적인 척도로 인지된다. 만약 합금이 너무 잘 부서져서 록웰 B 경도 시험을 견뎌내지 못한다면, 그것은 너무 잘 부서져서 귀금속으로 사용될 수 없는 것이다. "귀금속"이라는 용어는 개인적인 치장을 위한 장식용 물건이거나 대형 메달을 포함한 그 유사물{예를 들어, 주화(coins)}을 포함하려 하는 것인데, 여기서, 상술한 인성은 필요 조건이 된다.

본 발명의 첫 번째 관점에 따라서, 위에서 정의한 76중량% 내지 83.5중량% 금과 16.5중량% 내지 21.5중량% 알루미늄을 포함하고 실질적으로 보라색 색조를 가지는(적어도 600℃에서 어닐링 했을 때) 귀금속 합금이 제공된다. 다음에 나오는 본 발명의 실시예로서 본 발명이 좀 더 잘 이해될 수 있다. 그러나 이 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이지, 제한하기 위한 것으로 생각해서는 안된다.

정의에 따라서, 순수한 금속간 화합물 Au₃Al은 100kg 하중의 록웰 B 경도 시험을 견딜만한 인성을 갖고 있지 않기 때문에, 귀금속 합금은 순수한 금속간 화합 물 Au₃Al(78.5중량% 금과 21.5중량% 알루미늄)을 포함하지 않는다. '실질적으로 보라색 색조'라는 용어는 불그스름하거나 연분홍 빛의 보라색 및 밝은 보라색을 포함한다.

바람직하게도, 귀금속 합금의 경도는 Au₃Al 금속간 화합물의 경도와 실질적으로 유사하다. 다시 말해서, 귀금속 합금의 경도는 Au₃Al 경도 범위의 대략 6% 내에 들어가며, 더 바람직하게는 5% 내에 들어간다.

일 실시예에서, 금의 함량은 78.5중량% 보다 크고 최대 83.5중량%일 수 있 으며, 그 나머지는 알루미늄일 수 있다. 이 방법에서, 요구되는 인성은 감마상(gamma-phase)의 금 알루미늄 구조를 제조함으로써 얻어진다.

다른 실시예에서, 귀금속 합금의 금 함량은 78.5중량% 미만일 수 있고, 그에 더하여 팔라듐 및 니켈로 이루어진 그룹에서 선택된 추가의 원소를 포함할 수 있다. 알루미늄의 함량은 바람직하게는 18.5중량% 내지 19.5중량%일 수 있다. 금/알루미늄 비는 바람직하게는 3.66 보다 크다. 바람직한 합금에서, 추가의 원소로 사용되는 팔라듐의 함량은 0.5중량% 내지 4.0중량% 범위이며, 추가의 원소로 사용되는 니켈의 함량은 1.0중량% 내지 2.0중량% 범위이다.

금속 성분을 포함하는 물품(article)이 또한 제공되는데, 여기서 금속 성분은 본 발명에 따른 귀금속 합금으로부터 제조된 것이다.

본 발명의 두 번째 관점에 따라, 16.5중량% 내지 21.5중량%의 알루미늄, 0 내지 4.0중량%의 팔라듐, 0중량% 내지 2중량%의 니켈 및 나머지로 금(불순물 및 중 요하지 않은 원소는 제외)을 포함하는 귀금속 합금이 제공된다. 귀금속 합금은 선택적으로 적은 양 또는 아주 소량의 원소(예를 들어, 산소)를 포함할 수 있는데, 정해진 관습에 따라 첨가되는 중요치 않은 성분이거나 불순물로서 존재하는 것이다. 제 1 실시예에서, 귀금속 합금은 16.5중량% 이상 21.5중량% 미만의 알루미늄과 나머지로 금을 포함하는 2성분 합금일 수 있다. 제 2 실시예에서 귀금속 합금은 0.5중량% 내지 4.0중량%의 팔라듐을 포함할 수 있는데, 여기서 니켈은 실질적으로 존재하지 않는다. 제 3 실시예에서 귀금속 합금은 1.0중량% 내지 2.0중량%의 니켈을 포함할 수 있는데, 여기서 팔라듐은 실질적으로 존재하지 않는다. 모든 실시예에서, 금/알루미늄의 비는 3.66보다 높아야한다. 제 2 및 제 3 실시예에서, 알루미늄의 함량은 바람직하게 18.5중량% 내지 19.5중량%이다.

본 발명의 세 번째 관점에 따라서, 18.5중량% 내지 19.5중량%의 알루미늄, 0.5중량% 내지 4.0중량%의 팔라듐 및 나머지로 금을 포함하는 합금이 제공된다. 본 발명의 네 번째 관점에 따라서, 18.5중량% 내지 19.5중량%의 알루미늄, 1.0중량% 내지 2.0중량%의 니켈 및 나머지로 금을 포함하는 합금이 제공된다.

다음에 나오는 본 발명의 실시예로서 본 발명이 좀 더 잘 이해될 수 있다. 그러나 이 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이지, 제한하기 위한 것으로 생각해서는 안된다.

본 발명에 따른 귀금속 합금은 본 발명의 기술분야에서 공지된 기계인 진공유도주조기(Vaccum Pressure Induction Casting Machine)로 제조되었다.

본 발명의 6개 실시예와 2개의 비교 합금이 다음과 같이 시험되었다.

i) 모든 견본은 100kg 하중의 록웰 B 경도 시험기를 사용하여 시험되었다. 시료가 록웰 B 경도 시험을 견딜만큼 충분한 인성을 갖고 있지 않다는 것이 확실하면, 200g 하중의 미소(micro) 경도 시험이 먼저 실시되었고 그 후에 어닐링과 록웰 B 경도 시험이 실시되었다.

ii) 모든 견본은 600℃에서 어닐링되었고, 낮은 용융점을 갖는 알루미늄 풍부 공융 혼합물의 침전(precipitation of low melting point aluminium-rich eutectic)에 대하여 검사되었다. 이 침전은 견본 표면의 붉은빛의 보라색 영역 사이에 회색빛 흰색이 나타나는 것으로 확실히 알 수 있다.

비교예 1 (78.5중량% Au 및 21.5중량% Al).

Au₃Al 금속간 화합물은 빛나는 보라색 색조이나, 쉽게 부서지는 것으로 알려져 있다. 200g 하중의 미소 경도 시험에서 250 비커(Vicker)(환산하면 102 HRB)를 나타내었다. 어닐링 후에 어떤 침전물도 발견되지 않았다. 록웰 B 경도기로 시험한 결과 견본이 여러 조각으로 깨졌다.

비교예 2 (75중량% Au 및 25중량% Al).

견본은 붉은빛의 보라색을 띠나, 비교예 1보다 훨씬 더 소프트해서 91 HRB 를 가졌다. 이 후 어닐링으로 인해 표면의 붉은빛의 보라색을 심각하게 퇴색시킨 Al-풍부 공융 혼합물이 다량으로 침전되었다.

실시예 1 (80.5중량% Au 및 19.5중량% Al).

비교예 1과 비교했을 때, 견본은 약간 더 소프트(101 HRB)했으나, 시료가 록 웰 B 경도 시험을 견뎌낸 것에서 알 수 있듯이 훨씬 더 큰 인성을 가졌다. 이 후 어닐링에서 아무런 침전의 징후가 나타나지 않았으며, 입자 구조(grain structure) 색은 분홍빛의 보라색이었다.

실시예 2 (81중량% Au 및 19중량% Al).

비교예 1과 비교했을 때, 견본은 더 소프트(96 HRB)했으나, 시료가 록웰 B 경도 시험을 견뎌낸 것에서 알 수 있듯이 훨씬 더 큰 인성을 가졌다. 이 후 어닐링에서 아무런 침전의 징후가 나타나지 않았으며, 입자 구조 색은 분홍빛의 보라색이었다.

실시예 3 (79.7중량% Au, 19.3중량% Al 및 1중량% Pd).

비교예 1과 비교했을 때, 견본은 약간 더 단단(103 HRB)했으나, 시료가 록웰 B 경도 시험을 견뎌낸 것에서 알 수 있듯이 훨씬 더 큰 인성을 가졌다. 이 후 어닐링에서 아무런 침전의 징후가 나타나지 않았으며, 입자 구조 색은 분홍빛의 보라색이었다.

실시예 4 (79.7중량% Au, 19.3중량% Al 및 1.0중량% Ni).

비교예 1과 비교했을 때, 견본은 더 소프트(97.5 HRB)했으나, 시료가 록웰 B 경도 시험을 견뎌낸 것에서 알 수 있듯이 훨씬 더 큰 인성을 가졌다. 이 후 어닐링에서 아무런 침전의 징후가 나타나지 않았으며, 입자 구조 색은 분홍빛의 보라색이었다.

실시예 5 (79.4중량% Au, 18.6중량% Al 및 2.0중량% Pd).

비교예 1과 비교했을 때, 견본은 더 소프트(97 HRB)했으나, 시료가 록웰 B 경도 시험을 견뎌낸 것에서 알 수 있듯이 훨씬 더 큰 인성을 가졌다. 이 후 어닐링에서 아무런 침전의 징후가 나타나지 않았으며, 입자 구조 색은 분홍빛의 보라색이었다.

실시예 6 (77중량% Au, 20중량% Al 및 3중량% Pd).

비교예 1과 비교했을 때, 견본은 약간 더 단단(104.8 HRB)했으나, 시료가 록웰 B 경도 시험을 견뎌낸 것에서 알 수 있듯이 훨씬 더 큰 인성을 가졌다. 이 후 어닐링에서 아무런 침전의 징후가 나타나지 않았으며, 입자 구조 색은 분홍빛의 보라색이었다.

실시예 7 (78.5중량% Au 및 21.5중량% Al)

본 실시예에 따른 결과는 상기 기재된 실시예 1의 결과와 유사하게 나타났다.

실시예 8 (83.5중량% Au 및 16.5중량% Al)

앞선 실시예로부터 금 함량을 78.5중량%{75% 몰 함량(molar content)}보다 크게 증가시킴에 의하여 또는 추가의 원소와 합금함에 의하여 깨지기 쉽고 부서지기 쉬운 Au₃Al 금속간 화합물을 보다 인성이 큰 감마상 구조로 변형시킴으로 큰 인성을 가지며 금이 풍부한 보라색의 합금을 만드는 것이 가능하다는 것이 설명된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 큰 인성을 가지며 금이 풍부한 보라색의 합금을 만드는 데 사용된다.

Claims

18.5중량% 내지 19.5중량%의 알루미늄과, 1.0중량% 내지 2.0중량%의 니켈과, 나머지로 금을 포함하는, 귀금속 합금.