KR930006642B1 - 이온도금용 금합금 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이온도금용 금합금

제1도는 금과 크롬의 상평형도("Binary Alloy Phase Diagrams"2nd ed. Ed. : Thaddeus B. Massalski, vol, l, p. 356).

제2도는 금과 티타늄의 상평형도("Binary Alloy Phase Diagrams"2nd ed. Ed. : Thaddeus B. Massalski, vol, l, p. 444).

제3도는 금과 니켈의 상평형도("Binary Alloy Phase Diagrams"2nd ed. Ed. : Thaddeus B. Massalski, vol, l, p. 403).

제4도는 금, 동 및 크롬의 분광반사특성도(松永正久 등 : 表面改質技術 ＜ 日刊工業新聞社, 1988＞, p. 288).

제5도는 금-니켈, 금-티타늄계에 있어서 금 중량비에 따른 색상의 변화도.

본 발명은 이온도금용 금합금에 관한 것으로, 특히 순금색상을 얻고 피도금물질에 대한 이온도금층의 밀착성과 내마모성이 우수하도륵 한 이온 도금용 금합금에 관한 것이다.

종래 각종 금속제 장신구등을 도금하여 금색상의 표면장식을 얻는 것에 있어서는 하지도금처리된 피도금물질에 습식방법으로는 금, 금합금 또는 금색상조성물을 도금하거나 이온도금방법으로 TiN을 이온도금하고 있다. 그러나 금 또는 금합금을 습식도금한 것에 있어서는 이것이 금색상을 표현하는데에는 적합하나 도금층의 밀착성과 내마모성이 양호하지 못한 결정이 있었다. 또한 이온도금방법으로 TiN을 이온도금한 것에 있어서는 밀착성과 내마모성이 우수한 반면에 금색상의 표현이 떨어지는 결점이 있었다.

또한 종래기술로서 이온도금용 금합금이 일본특허 공개공고 제 59-190340호에 소개된 바 있다. 이 특허문헌에서는 금에 특정량의 크름, 철, 코발트, 니켈, 팔라듐 및 동을 단독 또는 복합으로 첨가하여 적금색-황금색의 색조를 자유롭게 조절할 수 있는 이온도금용 금합금이 소개되고 있다. 또한 이 특허문헌에서는 95중량%의 금과 5중량%의 팔라듐의 조성으로 핑크계황금색을 얻을 수 있고 75중량%의 금, 3중량%의 코발트, 5중량%의 니켈, 15중량%의 구리와 2중량%의 크롬의 조성으로 황금색조를 얻을 수 있음이 기슬되어 있다. 그러나 이러한 특허문헌에서는 적금색-황금색의 색조를 조절하여 얻을 수 있는 조성과 그 조성비가 제시되고 있으나 본 발명이 추구하고자하는 이온도금충의 최선의 밀착성, 내마모성 또는 내식성에 대한 조성이나 그 조성비에 대하여서는 제시되어 있지 않고 있다.

본 발명에 있어서는 순금색상을 얻을 수 있도록함과 동시에 이온도금층의 내마모성과 내식성이 우수한 이온도금용 금합금을 제공하는데 그 목적이 있다.

금합금 조성의 설정에 대한 개요는 다음과 같다. 순금박막의 열등한 기계적 성질을 향상시키기 위하여 본 발명에서는 순금에 소량의 크롬, 니켈 및 티타늄을 첨가하였다. 크롬과 티타늄의 경우, 고용경화에 제2상의 석출(Au₄Cu 및 Au₄Ti상의 석출, 제1도 및 제2도 참조)을 통한, 시효경화의 메카니즘을 통하여 소량의 첨가로도 순금의 열등한 기계적 성질을 향상시킬 수 있었다. 니켈은 시피노달분해(제3도 참조)를 통한 시효경화와 이 원소의 첨가로 인한 결정립 미세화 메카니즘을 통하여 금합금 박막의 기계적 성질향상에 일조를 하는 것이 밝혀졌다. 그러나, 크롬, 티타늄 및 니켈의 중량%의 증가함에 따라 가시광선 영역내에서 노란색상과 붉은 색상의 파장의 빛들을 선택적으로 반사하고 그 외의 파장을 가진 빛들을 선택적으로 흡수하는 순금고유의 분광반사특성(제4도 및 제5도 참조)에서 벗어나기 시작하여 목적하는 색상을 얻을 수가 없었다. 이를 보완하기 위하여 가시광선 영역내에서 선택적 반사를 하는 또 다른 금속, 즉 동을 위 합금에 첨가하였다. 동은 금의 경우보다 더 높은 파장을 가진 붉은 빛만 선택적으로 반사(제4도 참조)하므로 크롬, 티타늄, 니켈의 첨가로 합금의 색상이 백색계통으로 변색되는 현상을 보완할 수 있었다. 그러나, 동의 함량이 늘어남에 따라 합금의 색상은 붉은 색조의 황색을 거쳐 동 특유의 붉은 색을 띄게 되는 것이 밝혀졌다. 동의 첨가로 인한 금 합금박막의 붉은색을 효과직으로 보완하고 순금에 근접한 색상의 구현을 위하여 황동을 첨가하였다.

이하 본 발명을 실시예를 참고로 하여 상세히 설명한다.

실시예의 설명에 앞서, 피도금재료의 처리 및 이온도금의 선행처리과정을 설명키로한다. 피도금재료로서는 시계케이스와 시계밴드가 설정되었으며, 시계케이스는 Ni(6㎛)/Cr(0.5㎛)층이 습식도금방식으로 입혀진 황동모재이고 시계밴드는 SUS 304스테인레스강이다. 이들 피도금 재료는 알칼리용액조내에서 초음파세척, 유산용액조내에서 세척, 물세척, 습기제거 및 60-8O℃의 트리클로로에틸렌(TCE)용 액조내에서 초음파세척으로 1차 표면세정공정을 거쳤다. 이와같이 1차 표면세정공정을 거친 피도금재료는 기체압력 10-10^-2Torr정도의 진공조내에서 고전압으로 스퍼터링처리하여 2차 세정공정을 완료한 후 티타늠을 증착시키고 질소가스를 주입하여 질화물(TiN)이 하지도금되로록 하였다. 이와같이 하여 본 발명의 금합금으로 이온도금될 최종적인 피도금재료를 준비하였다.

[실시예 1]

이 실시예의 금합금의 조성은 다음과 같다.

금 92-99.7중량%

크롬 0.1-2.5중량%

니켈 0.1-2.5중량%

티타늄 0.1-3.0중량%

이상의 조성을 갖는 금합금으로 급합금 증발원을 제작하였다. 즉 상기 조성을 각각 미세한 크기로 분말화하고, 용융방식으로 합금제작시 상기 원소들과 대기중의 기체원자들간의 반응을 극소화하기 위하여 각 분말을 중량비에 따라 석영관에 넣고 10^-2Torr이하까지의 관내의 압력을 낮추어 준 후 석영관을 봉인한다. 각 조성의 액상선 보다 높은 온도에서 고주파 유도용해로를 이용하여 석영관속의 혼합물을 열처리하고 석영관 속의 액상 용액이 잘 혼합되도록 교반하여 준 후 급냉시켜 금합금 증발원을 얻는다.

상기 조성의 금합금증발원을 Ar플라즈마(압력 5×10^-4Torr~10^-1Torr)분위기하에서 전자총 가열방식 또는 전기저항 가열방식을 이용하여 금합금을 증발시켜 음극전압(50V-1,OOOV)이 가하여진 피도금재료의 TiN층 위에 500Å-10,OOOÅ두께의 금합금층을 제작한다.

[실시예 2]

이 실시예의 금함금 조성은 다음과 같으며, 피도금재료에 질화물의 하지도금층을 형성한 것과 합금금속으로 이온도금용 금합금을 얻는 과정, 그리고 이 실시예의 금합금으로 피도금재료에 금합금층을 제작하는 것이 실시예 1과 동일하다.

금 80-99.4중량%

크롬 0.1-2.5중량%

니켈 0.1-2.5중량%

티타늄 0.1-3.0중량%

동 0.1-12중량%

[실시예 3]

이 실시예의 금합금 조성은 다음과 같다. 이하 피도금재료의 전처리과정과 피도금재료에 금합금층을 제작하는 것이 선행실시예와 동일하다.

금 68-99.5중량%

크롬 0.1-2.5중량%

니켈 0.1-2.5중량%

티타늄 0.1-3.0중량%

동 0.1-12중량%

황동 0.1-12중량%

여기에서 황동은 60중량%의 동과 40중량%의 아연의 조성으로 되어있다.

[실시예 4]

이 실시예의 금합금 조성의 특징은 다음과 같이 크롬, 니켈 및 티타늄의 조성이 각각 0.1중량% 이하이다. 이하 피도금 재료의 전처리라정과 피도금재료에 금합금층을 제작하는 것이 선행실시예와 동일하다.

금 75.7-99.65중량%

크롬 0.05-0.1중량%

니켈 0.05-0.1중량%

티타늄 0.05-0.1중량%

동 0.1-12중량%

황동 0.1-l2중량%

여기에서 황동은 60중량%의 동과 40중량%의 아연의 조성으로 되어있다.

[실시예 5]

이 실시예의 금합금 조성의 특징은 다음과 같이 크롬, 니켈 및 티타늄의 조성이 각각 2.5중량% 이상, 2.5중량%, 이상 및 3.0중량% 이상이다. 이하 피도금재료의 전처리과정과 피도금재료에 금합금층을 제작하는 것이 선행실시예와 동일하다.

금 65-91.8중량%

크롬 2.5-3.5중량%

니켈 2.5-3.5중량%

티타늄 3.0-4.0중량%

동 0.1-12중량%

황동 0.1-12중량%

여기에서 황동은 60중량%의 동과 40중량%의 아연의 조성으로 되어있다.

[실시예 6]

이 실시예의 금합금 조성의 특징은 다음과 같이 동의 조성이 0.1중량% 이하이다. 이하 피도금재료의 전처리과정과 피도금재료에 금합금층을 제작하는 것이 선행실시예와 동일하다.

금 79.7-99.55중량%

크롬 0.1-2.5중량%

니켈 0.1-2.5중량%

티타늄 0.1-3.0중량%

동 0.05-0.1중량%

황동 0.1-12중량%

여기에서 황동은 60중량%의 동과 40중량%의 아연의 조성으로 되어있다.

[실시예 7]

이 실시예의 금합금 조성은 다음과 같다. 이 실시예에서 동의 조성이 12중량%의 이상이다. 이하 피도금재료의 전처리 과정과 피도금재료에 금합금층을 제작하는 것이 선행실시예와 동일하다.

금 65-87.6중량%

크롬 0.1-2.5중량%

니켈 0.1-2.5중량%

티타늄 0.1-3.0중량%

동 12-15중량%

황동 0.1-12중량%

여기에서 황동은 60중량%의 동과 40중량%의 아연의 조성으로 되어있다.

[실시예 8]

이 실시예의 금합금 조성은 다음과 같다. 이 실시예에서 60중량% 동과 40중량%의 아연으로 조성된 활동의 조성이 0.1중량 이하이다. 이하 피도금재료의 전처리과정과 피도금재료에 금합금층을 제작하는 것이 선행 실시예와 동일하다.

금 79.9-99.55중량%

크롬 0.1-2.5중량%

니켈 0.1-2.5중량%

티타늄 0.1-3.0중량%

동 0.1-12중량%

황동 0.05-0.1중량%

[실시예 9]

이 실시예의 금합금 조성은 다음과 같다. 이 실시예에서 60중량%의 동과 40중량%의 아연으로 조성된 황동의 조성이 12중량% 이상이다. 이하, 피도금재료의 전처리과정과 피도금재료에 금합금층을 제작하는 것이 선행 실시예와 동일하다.

금 63.0-87.6중량%

크롬 0.1-2.5중량%

니켈 0.1-2.5중량%

티타늄 0.1-3.0중량%

동 0.1-12중량%

황동 12-17중량%

이들 각 실시예 1-9에 대하여 다음과 같이 내마모성 내식성 및 색상이 시험되었다.

[내마모성]

고무판과 시료 사이에 접촉하중을 주어 왕복운동마찰을 하여 시편표면에서 마모가 시작되었을 때에 마찰 횟수를 기준으로 평가하였다. 마찰횟수가 7회 이상일 때를 우수(○), 5회-7회 일때를 보통(△), 그리고 5회미만일 때를 불량(×)으로 평 가하였다.

[내식성]

물 1ℓ에 페로시아나 카륨(10g), 페리시아나 칼륨(10g), 암모니아수(28%, 5g), 염화나트륨(50g)을 넣어 만든 용액에 시편을 담가 부식이 시작되는 시간을 측정하였다. 20분 이상일 때를 우수(○), 20분미만일 때를 불량(×)으로 평가하였다.

[색상]

제작된 금합금 각막이 표현하는 색상은 순금(24K), 20K, 18K 금박의 색상과 비교평가 하였다. 20K 이상일 때를 우수(○), 18K-2OK일 때를 보통(△), 18K 미만일 때를 불량(×)으로 평가하였다.

시험 결과는 다음 표(1)과 같다.

[표 1]

실시예 1의 경우, 크롬, 니켈, 티타늄의 중량%를 증가시킴으로 금합금 박막의 내마모성을 크게 향상시킬 수 있었다. 그러나, 크롬, 니켈, 티타늄의 각각의 함량이 3중량% 이상일 때는 순금색상에 훨씬 못미치는 저급한 색상의 박막이 제조되었고, 각 성분의 함량이 3중량% 이하인 경우에도 녹색 빛을 띈 20K이하의 색상을 가진 박막이 제작되었다. 실시예 2에서와 같이, 실시예 1에서 시행된 합금원소에 동을 첨가하였을 경우 금합금 박막색상이 녹색 빛을 띄게 되는 현상을 효과적으로 보완할 수 있었으나 동의 함량이 증가함에 따라 표면에서의 적색기운이 점점 증가하였다. 동의 함량이 12중량% 이상인 경우에는 동 특유의 적색을 나타내는 저급한 색상의 박막이 얻어졌다. 금합금의 적색상을 효과적으로 보완하며 순금색상에 근접한 색상(20K)과 우수한 내마모성을 얻기 위하여 크롬, 니켈, 티타늄, 동 외에 활동을 첨가하였다(실시예 3). 황동은 60중량%의 동과 4O중량%의 아연의 조성으로 되어 있으며, 합금의 색상이 적색계통으로 변색되는 현상을 효과적으로 보완하여 주며 금합금의 표현색상을 순금색상에 가깝게 하여주는 본 발명에 있어서 가장 중요한 합금요소이다. 그러나 황동이 12중량% 이상인 경우(실시예 9)황동속의 아연의 높은 증기압으로 인하여 성막조건과 박막성질의 효과적인 제어가 불가능하게 된다는 사실이 밝혀졌다.

이와같이, 본 발명에 따라서, 실시예 3에서와 같이 일정비율의 크롬, 동, 니켈, 티타늄을 함유한 금합금에 일정량의 황동을 첨가하여 박막을 제조할 경우, 내마모성과 내식성이 우수하고 표현하는 금 색상이 20K 이상되는 고품위의 금합금장식 박막의 제작이 가능하다.

본 발명은 기존의 금합금에 기계적 성질향상을 위한 티타늄과 고품위의 금색상 표현을 위한 황동의 첨가를 특징으로 하는 것으로서 첨가 원소들의 세밀한 조성비 조절을 통하여 고품이 금합금 박막제작이 가능하다. 즉, 질화물(TiN)로 하지도금된 피도금 재료에 실시예 3에서 보인 조성비율, 즉 68-99.5중량%의 금, 0.1-2.5중량%의 크롬, 0.1-12중량%의 동, 0.1-2.5중량%의 니켈, 0.1-3.0중량%의 티타늄, 0.1-12중량%의 황동의 조성을 갖는 금합금층을 이온도금방식으로 제작시 금색상이 양호하고 밀착성과 내마모성이 뛰어난 장식용 금도금층의 제조가 가능하다.

Claims (1)

1. 금, 크롬, 동 및 니켈의 합금금속으로 조성되는 이온도금용 금합금에 있어서, 상기 합금금속에 티타늄과 황동이 부가되고 각 조성비율이 금 68-99.5중량%, 크롬 0.1-25중량%, 동 0.1-12중량%, 니켈 0.3-2.5중량%, 티타늄 0.1-3.0중량%, 황동 0.1-12중량%임을 특징으로 하는 이온도금용 금합금.