KR20230171607A

KR20230171607A - 금(Au) 합금 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20230171607A
Application number: KR1020220071970A
Authority: KR
Inventors: 이용수
Original assignee: (주)골드팡
Priority date: 2022-06-14
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2023-12-21

Abstract

본 발명은 금(Au) 합금 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금(Au) 합금 조성물은 강도가 극대화되어 외부 충격으로부터 저항성이 높아짐으로써 주얼리 산업에서 가장 중요한 핵심 기술인 디자인 자유도 측면에서 기존 합금 소재로는 표현할 수 없었던 더욱 섬세한 디자인 형상화가 가능하다.

Description

금(Au) 합금 조성물 및 그 제조방법{Au alloy composition and manufacturing method thereof}

본 발명은 금(Au) 합금 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

귀금속 소재로 다양하게 사용되고 있는 백금(Platinum, Pt)과 금(Gold, Au)은 높은 용융점과 무른 성질로 인하여 별도의 가공기술이 요구되는 소재로써 백금 합금 소재인 Pt950, 금 합금 소재인 Au995는 제품에 손상을 입기가 쉽고 세밀한 형상을 표현하기 위하여 가는 선을 가공하였을 경우 변형과 끊어짐이 쉽게 일어나는 기술적 문제로 인하여 정밀 세공이 어려운 디자인적인 문제와 이로 인한 중량증가 및 원가 상승의 기술적 문제점을 가지고 있다.

그리고, 99.9% 이상 순도의 순수 백금은 높은 용융점으로 인한 가공의 어려움과 무름 특성(Hv 37~108)으로 인하여 쉽게 스크래치가 생기는 등의 문제점이 있으며, 순금 또한 무름 특성(Hv 20~58) 때문에 정교한 주얼리 제작에 한계가 존재하고 있다.

또한, 백금 제품의 소재로 가장 많이 사용되는 것은 Pt950이지만 현재 시판되고 있는 Pt950 알로이를 사용한 백금 합금 제품들은 낮은 강도(strength)로 인하여 백금 주얼리 시장에서 요구되는 강도를 충족시키지 못하여 외부 충격에 약한 단점이 있고 다양한 디자인의 고품질 제품 개발에 걸림돌이 되는 상황에 있다.

더욱이 현재 주얼리 제조시 핵심공정인 캐스팅(casting) 공정은 피막 및 불순물 제거를 위하여 Pt950 제품은 불산 환경에서 약 120분, Au995 제품은 황산(혹은 염산)에서 약 10분 정도의 후처리 공정이 필요하여 작업자들은 인체 유해물질에 장시간 노출되고 있는 문제점이 있다.

한편, 백금(Pt)950과 순금 99.5% 금속 소재 Au995의 경우 저중량으로도 충분한 내구성 유지가 가능하여 생산단가를 낮출 수 있는 소재의 고강도화 기술과 디자인 자유도를 극대화할 수 있는 신소재 기술 개발이 요구되고 있다.

국제공개 WO2016/208091

본 발명의 과제는 강도를 극대화하여 외부 충격으로부터 저항성이 높아짐으로써 주얼리 산업에서 가장 중요한 핵심 기술인 디자인 자유도 측면에서 기존 합금 소재로는 표현할 수 없었던 더욱 섬세한 디자인 형상화가 가능한 금(Au) 합금 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위해 본 발명은,

금을 함유한 장신구용 귀금속 합금으로서, 99.5 질량% 이상의 금(Au) 및 0.2 내지 0.5 질량%의 코발트(Co)를 함유하는 것을 특징으로 하는, 금(Au) 합금 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은

금(Au)과, 코발트(Co)를 고주파 발진기와 유도코일이 구비된 용해챔버에 넣고, 100-400 KHz로 고주파를 인가하여 귀금속 금(Au) 및 합금용 금속 코발트(Co)를 용해시키는 단계를 포함하는 상기한 금(Au) 합금 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 금(Au) 합금 조성물은 강도가 극대화되어 외부 충격으로부터 저항성이 높아짐으로써 주얼리 산업에서 가장 중요한 핵심 기술인 디자인 자유도 측면에서 기존 합금 소재로는 표현할 수 없었던 더욱 섬세한 디자인 형상화가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유도가열 기반의 고주파 합금 용해로의 설치 상태를 보인 구성도이다.
도 2는 도 1의 유도가열 기반의 고주파 합금 용해로를 보인 정면도이다.
도 3은 도 1의 유도가열 기반의 고주파 합금 용해로를 보인 평면도이다.
도 4는 도 1의 유도가열 기반의 고주파 합금 용해로에 대한 사시도이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 금(Au) 합금 조성물은, 귀금속 금(Au)과, 합금용 금속 코발트(Co)를 함유한다.

금(Au)는 Au 합금의 주성분으로 99.5 질량% 이상으로 함유되어 Au995를 얻을 수 있다. 금 합금 Au995는 경도가 낮아 사용 중 상처가 나기 쉽고, 변형이 생겨 가공이 어렵다. 이에 본 발명에서는 강도 개선을 위해 합금용 금속 코발트(Co)를 첨가한다. 이때 목표로 하는 강도를 얻기 위해 필요한 합금용 금속 코발트(Co)의 첨가를 위해 금(Au)의 함유량은 99.6 질량% 미만인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 금(Au) 합금 조성물은 합금용 금속 코발트(Co)를 0.2 내지 0.5 질량%, 더욱 바람직하기로 0.4 질량% 초과 내지 0.5 질량% 이하로 포함할 수 있다. 상기 코발트(Co)는 AuCo간 금속간 화합물 형성으로 인해 금 합금의 강도를 개선하기 위해 첨가한다. 이때 코발트(Co)의 함량이 상기 범위 미만이면, 합금용 금속 첨가 효과가 없어 합금용 금속을 첨가하였음에도 강도 개선 효과가 미미하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하면, 가공성이 저하된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 금(Au) 합금 조성물의 비커스 경도(Hv)는, 100 이상의 값, 구체적으로 100 내지 150 사이의 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 금(Au) 합금 조성물의 인장강도(N)는 80 이상의 값, 구체적으로 80 내지 100 사이의 값을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 첨가되는 합금용 금속의 3000 ℃가 넘는 높은 용융점까지 가열이 필요하므로, 100-400 KHz 고주파 용해로를 이용하여 귀금속 및 합금용 원소를 용융함으로써 합금을 제조한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도가열 기반의 고주파 합금 용해로는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 용해로를 이루는 바디(100)와 상기 바디(100)의 내측에 제공되는 용해챔버(200)와, 고주파 전류를 공급하는 고주파 발진기(400)와 상기 용해챔버(200)의 외벽에 설치되며 상기 고주파 발진기(400)와 단자로 연결되어 고주파를 발생시키는 유도코일(300)과 상기 용해챔버(200)에 설치되어 재료의 용융온도를 센싱하는 복수개의 적외선 센서(500) 및 센싱값을 통해 각 구성부품을 제어하는 제어부(600)를 포함하여 구성되어 있다.

바디(100)는, 용해로의 외관을 이루며 내측에 용해챔버(200)가 설치되어 있다.

용해챔버(200)는, 대략 3000 ℃에서 견딜수 있는 세라믹 소재로 이루어지며, 내부는 진공 상태를 유지하고 있고, 벽체의 외주면에 유도코일(300)이 감겨지는 형태로 설치되어 있다.

유도코일(300)은, 상기 용해챔버(200)의 외측 벽면에 감겨지는 형태로 구비되어 상기 고주파 발진기(400)로부터의 전원 인가시 상기 용해챔버(200)내의 재료를 유도가열을 통해 급속 가열시키게 된다.

상기 유도가열이란, 도전성이 있는 물체를 변화하는 자계 가운데 넣어 가열하는 방법을 말하며, 가열되는 물체는 반드시 전도성이 있어야 한다.

고주파 유도 가열은, 전원 공급에 의해 고주파 발진기(400)로부터 공급되는 고주파 전류가 유도코일(300)을 따라 흐르면, 유도코일(300)에 의해 감겨져 중심부에 위치한 피가열체의 재료에 전자 유도 작용으로 인한 와전류(EddyCurrent) 및 히스테리시스(Hysteresis)의 열 손실에 의해 피가열체의 재료 표면이 급속하게 가열된다.

고주파 발진기(400)는, 공지의 고주파 전류를 공급하는 발진기가 적용될 수 있으며 백금 등의 합금이 용해될 수 있도록 100-400 KHz로 고주파를 발생시키게 된다.

이에 따라 용해챔버(200) 내의 피가열체인 재료는 고주파 전류에 의한 전자 유도 작용을 통해 용해되게 된다.

적외선 센서(600)는, 초고온 온도의 측정이 가능하며, 상기 용해챔버(200)에 복수개로 설치되어 재료의 용융온도를 센싱하게 된다.

이상에서와 같이 구성되는 본 발명에 따른 유도가열 기반의 고주파 합금 용해로를 통해 재료를 용해시키는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 바디(100) 내의 용해챔버(200)에 백금 등의 합금 재료를 넣고 고주파 발진기(400)를 동작시킨다. 그러면 유도코일(300)을 통해 대략 100-400 KHz 용량의 고주파 전류가 발생되어 재료를 가열시키게 된다. 이후 재료가 용융이 시작된 후 적정 온도가 되면 적외선 센서(600)가 온도값을 센싱하여 출력하고 제어부(600)는 입력된 센싱값과 기 저장된 온도값을 통해 고주파 발진기(400)를 제어하여 안정되게 용융된 재료를 얻을 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 실험예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 귀금속 금(Au) 합금의 제조

아래와 같은 방법에 의하여 귀금속 금(Au) 합금을 제조하였다. 하기 귀금속과 합금용 금속을 균일하게 혼합하여 고주파 발진기와 유도코일이 구비된 용해챔버에 넣고 100-400 KHz 용량의 고주파를 인가하여 약 3000℃ 정도로 용해시킨 후, 진공 분위기에서 주형에 주입하고 냉각하여 귀금속 금 합금을 얻었다. 하기 표 1에 표시된 수치는 원료가 되는 금속을 혼합하여 용융시킨 후 응고된 시료에 대해 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)를 이용하여 조성물 분석한 결과를 나타낸 것이다.

구분	귀금속 (질량%)	합금용 금속 (질량%)
실시예 1	금, 99.51	코발트, 0.49
실시예 2	금, 99.54	코발트, 0.46
실시예 3	금, 99.57	코발트, 0.43
실시예 4	금, 99.59	코발트, 0.41
비교예 1	금, 99.51	구리, 0.49
비교예 2	금, 99.51	은, 0.49
비교예 3	금, 99.47	코발트, 0.53
비교예 4	금, 99.60	코발트, 0.40

실험예 1: 비커스 경도의 측정

상기 실시예 및 비교예의 귀금속 합금에 대해 ASTM E384에 근거하여 미소 경도계를 이용하여 n = 3의 평균치에 대한 비커스 경도를 측정하고 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.

구분	비커스 경도(Hv)
실시예 1	150
실시예 2	135
실시예 3	120
실시예 4	100
비교예 1	60
비교예 2	60
비교예 3	165
비교예 4	95

실험예 2: 인장강도의 측정

상기 실시예 및 비교예의 귀금속 합금에 대해 ASTM A370에 근거하여 인장강도를 측정하였으며, 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다.

구분	인장강도(N)^*
실시예 1	100
실시예 2	95
실시예 3	90
실시예 4	85
비교예 1	50
비교예 2	50
비교예 3	105
비교예 4	75

Claims

금을 함유한 장신구용 귀금속 합금으로서,
99.5 질량% 이상의 금(Au) 및 0.2 내지 0.5 질량%의 코발트(Co)를 함유하는 것을 특징으로 하는 금(Au) 합금 조성물.
제1항에 있어서, 상기 금(Au) 합금 조성물은
코발트(Co) 0.4 질량% 초과 내지 0.5 질량% 이하로 함유하는 것을 특징으로 하는 금(Au) 합금 조성물.
제1항에 있어서, 상기 금(Au) 합금 조성물의 비커스 경도(Hv)는 100 내지 150이고, 인장강도(N)은 80 내지 100인 것을 특징으로 하는 금(Au) 합금 조성물.
금(Au)과, 코발트(Co)를 고주파 발진기와 유도코일이 구비된 용해챔버에 넣고, 100-400 KHz로 고주파를 인가하여 귀금속 금(Au) 및 합금용 금속 코발트(Co)를 용해시키는 단계를 포함하는 제1항의 금(Au) 합금 조성물의 제조방법.