JPH11244989A

JPH11244989A - 金合金の製造方法

Info

Publication number: JPH11244989A
Application number: JP5503698A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yokozawa; 公一横沢; Takeshi Obara; 剛小原; Toshiyuki Osako; 敏行大迫
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】溶質元素および９９％以上のＡｕを含む金合
金鋳塊を溶解・鋳造により得、次に、時効処理を施すこ
とからなる金合金の製造方法において、ロストワックス
法による鋳造を行う際、溶質元素の鋳塊中濃度を鋳造後
も均一のままに保つことができ、また鋳造後に鋳塊を傷
めることなくロストワックス鋳型を破壊することができ
る方法を提供する。【解決手段】ＣａＳＯ₄を５〜５０％含み、残部がＳ
ｉＯ₂、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂およびＳｎ
Ｏ₂からなる群から選ばれた１種以上並びに不可避不純
物である造型材のロストワックス鋳型を用いて、鋳造を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指輪、ペンダン
ト、ネックレス、時計などの装飾品や、ペン先、歯科材
料、医療器具、電子機器、測定機器などの用途に用いる
ための金合金の製造方法に関し、さらに詳しくは、特定
成分の少量添加により純金特有の光沢・金属色・美しさ
・重量感・高級感など（以下、「光沢・金属色・美しさ
・重量感・高級感など」を「高級感」という）を失わず
に硬さを高めた高品位金合金の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高品位の金合金は軟質であるため、加工
時、使用時に傷が付きやすく、本来の高級感を維持する
のが困難である。例えば、純金鋳塊はマイクロビッカー
ス硬さＨＶが３０程度である。そこで、純金特有の高級
感を失わずに硬さを高めるために、特定成分を純金に少
量添加することが行われる。

【０００３】例えば、特開平７−７０６７１号公報に
は、硬さおよび強度を向上させる元素を純金に微量添加
して、９９重量％（以下、「重量％」を単に「％」と記
す）以上の高品位硬質金合金を得ることが開示されてい
る。しかし、この硬質金合金は、伸線加工のような厳し
い塑性加工を施す必要がある。

【０００４】伸線・圧延などの厳しい塑性加工を施さな
くても純金より硬質で、しかも純金と同等の高級感を持
つ高品位金合金として、次の（１）〜（９）に記載した
溶質元素を記載量含み、残部が９９％以上のＡｕおよび
不可避不純物よりなる金合金を本出願人は先に提案し
た。

【０００５】すなわち、（１）０．００１〜０．２％の
ＳｒおよびＢａからなる群から選ばれる１種以上、

【０００６】（２）０．００１〜０．２％のＳｒおよび
Ｂａからなる群から選ばれる１種以上、並びに０．１％
以下のＣａ、Ｇｅ、Ｙおよび希土類元素からなる群から
選ばれる１種以上、

【０００７】（３）０．１〜０．３％のＲｕ、

【０００８】（４）０．１〜０．３％のＲｕ、並びに
０．０５％以下のＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｇｅ、Ｙおよび希
土類元素からなる群から選ばれる１種以上（以上、特開
平８−２９５９６８号公報（特願平７−１２２９５１
号））、

【０００９】（５）０．０６％以上のＮｉ、Ｐｄあるい
はＣｏ、および０．０３％以上のＧｅ（特願平８−１４
７３５号、特願平８−２１８４３０号、特願平８−２７
２６６０号）、

【００１０】（６）０．０５〜０．３％のＳｍ（特願平
８−３２５４４８号）、

【００１１】（７）０．０６％以上のＮｉおよびＣｏか
らなる群から選ばれる１種以上、０．０１％以上のＧ
ｅ、並びに０．００１％以上のＣａ（特願平８−３４３
５０４号）、

【００１２】（８）０．０６％以上のＮｉおよびＣｏか
らなる群から選ばれる１種以上、０．０１％以上のＧ
ｅ、並びに０．００１％以上のＹおよび希土類元素から
なる群から選ばれる１種以上（特願平８−３４３５０５
号）、および

【００１３】（９）０．０３％以上のＲｈ、および０．
０１％以上のＴｉ（特願平９−１７８６４０号）を提案
した。

【００１４】そして、上記（１）〜（９）に記載した溶
質元素を記載量含み、残部が９９％以上のＡｕおよび不
可避不純物よりなる金合金鋳塊を溶解・鋳造により得、
次に、上記溶質元素に該鋳塊を硬化させるために、該鋳
塊に、必要により溶体化処理を施した後、時効処理を施
すことからなる金合金の製造方法も、該金合金と同一の
出願で開示・提案した。この製造方法により、厳しい塑
性加工を施すことなく純金より硬質の高品位金合金を製
造できる。

【００１５】ところで、前記用途に用いる金合金は、
（１）形状が複雑である、（２）高価である、そして
（３）高い硬さを有する。そのため、寸法が正確で鋳肌
の滑らかな鋳物ができて塑性加工や機械加工が不要とい
う長所をもつロストワックス法による鋳造法（精密鋳造
法）を、製造における鋳造の際に採用すると、該長所を
十分に活かして上記金合金を製造することができると考
えられる。

【００１６】しかるに、ロストワックス法による鋳造で
は、ワックスのような可融または可溶性の材料で模型を
つくり、被覆材で模型を適度の厚さに被覆し、被覆した
模型の周囲に鋳枠の中で充填材を充填する。この後、模
型（ワックス）を融かし流出させ、ついで焼成を行って
鋳型を完成する。被覆材や充填材（以下、被覆材と充填
材を含めて「造型材」という）には石膏（主成分はＣａ
ＳＯ₄）を使用する。

【００１７】しかしながら、上記溶質元素を添加した金
合金溶湯をロストワックス法により鋳造すると、添加し
た溶質元素のうちの少なくとも１種が造型材の石膏と反
応して、鋳塊表面近傍で溶質元素の減少する部分ができ
（溶質元素濃度の不均一な鋳塊ができ）、後の時効処理
によって本来得られるべき硬化した硬さを均一にもつ高
品位金合金を製造できない。

【００１８】これは、次の理由によると推察される。す
なわち、金合金溶湯の鋳造温度は１１００℃以上（融点
は１０００℃以上）であるので造型材成分のＣａＳＯ₄
が７００℃から熱分解を開始し、Ｏ₂とＳＯ₂を発生する
（ＣａＳＯ₄→ＣａＯ＋１／２Ｏ₂＋ＳＯ₂）。この熱分
解は、温度上昇とともに活発に起こり、発生ガスの量も
著しく増加する。すると、鋳型（ロストワックス法によ
る鋳造を行う際に用いる鋳型を、以下、「ロストワック
ス鋳型」という）近傍の鋳塊中の溶質元素が発生ガスと
酸化反応を起こし、酸化物が鋳塊表面に生成する。つま
り、鋳塊の表面およびその近傍に溶質元素の減少する部
分ができるからである。

【００１９】そこで、ＳｉＯ₂を造型材に用いたロスト
ワックス鋳型を用いると、鋳造温度より高い約１２００
℃においても熱分解が起こらないので、ＣａＳＯ₄を造
型材に用いた場合と違って、表面酸化がまったく起こら
ず、溶質元素濃度の均一な鋳塊ができる。しかし、ロス
トワックス鋳型から鋳塊を取り出すとき、ロストワック
ス鋳型を破壊するために煮沸したアルカリ溶液の中に入
れていたので、時間がかかった。また、叩いて破壊する
と鋳塊が変形してしまったりする。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
事情に鑑み、時効処理を施し、厳しい塑性加工を施すこ
となく、純金より硬質の高品位金合金を製造する前記方
法において、ロストワックス法による鋳造を行う際、溶
質元素の鋳塊中濃度を該鋳造後も均一のままに保つこと
ができ、また該鋳造後に該鋳塊を傷めることなくロスト
ワックス鋳型を破壊することができる方法を提供するこ
とにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の金合金の製造方
法は、上記目的を達成するものであり、１種以上の溶質
元素を含み、残部が９９％以上のＡｕおよび不可避不純
物よりなる金合金鋳塊を溶解・鋳造により得、次に、該
溶質元素に該鋳塊を硬化させるために、該鋳塊に、必要
により溶体化処理を施した後、時効処理を施す金合金の
製造方法において、ＣａＳＯ₄を５〜５０％含み、残部
がＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂および
ＳｎＯ₂からなる群から選ばれた１種以上並びに不可避
不純物である造型材のロストワックス鋳型を用いて、該
鋳造を行うことを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の金合金の製造方法におい
て、１種以上の溶質元素を含み、残部が９９％以上のＡ
ｕおよび不可避不純物よりなる金合金鋳塊を溶解・鋳造
により得る。

【００２３】添加する溶質元素として、本出願人が先に
提案した前記（１）〜（９）に記載のものを例示するこ
とができる。また、これらのうち（５）に記載の「Ｎ
ｉ、ＰｄあるいはＣｏ」を「Ｎｉ、ＰｄおよびＣｏから
なる群から選ばれた２種以上」としてもよい。

【００２４】上記鋳造の際、ＣａＳＯ₄を５〜５０％含
み、残部がＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚｒ
Ｏ₂およびＳｎＯ₂からなる群から選ばれた１種以上並び
に不可避不純物である造型材のロストワックス鋳型を用
いることが重要である。このようなロストワックス鋳型
を用いることにより、鋳造の際、溶質元素と造型材とが
反応せず、溶質元素の鋳塊中濃度を鋳造後もほぼ均一の
ままに保つことができる。すなわち、添加した溶質元素
の歩留まりがいずれも８０％以上の鋳塊を得ることがで
き、時効処理後に本来の硬さを均一にもつ金合金を製造
することができる。また、鋳造後、鋳塊を傷めることな
く、ロストワックス鋳型を例えば水で簡単に破壊するこ
とができる。従って、ロストワックス法による鋳造法が
本来もつ前記長所を十分に活かして、均一に純金より硬
質で、無傷の高品位金合金を製造することができる。

【００２５】上記造型材に含まれるＣａＳＯ₄が５％未
満では、ロストワックス鋳型が水で壊れ難くなる。ま
た、５０％を超えると、時効処理後の金合金に本来の硬
さを均一にもたせられなくなる。

【００２６】鋳造により得られた金合金鋳塊の金品位が
特に、９９．９％以上であると（溶質元素の組成の和が
０．１％未満）、製造される金合金の商品価値がより高
いため好ましい。

【００２７】鋳造して得た金合金鋳塊に時効処理を施す
ことにより、該鋳塊が硬化する。時効処理は低温で施す
ほど、金合金が硬質になると考えられるが、本来の硬度
を得るために低温ほど長時間を要するので、過度の低温
は生産上好ましくない。また、時効温度が高過ぎると、
時効硬化が得られない。そのため、時効温度は組成によ
って異なるが、例えば、前記本出願人提案（１）〜
（４）に記載の溶質元素を含む金合金鋳塊に時効処理を
施す場合は、１５０〜４００℃が好ましい。また、同
（５）、（７）、（８）に記載の溶質元素を含む鋳塊の
場合は２００〜５００℃が好ましい。同様に、（６）の
場合は３００〜４５０℃が、そして（９）の場合は４０
０〜６００℃が好ましい。

【００２８】時効時間は、組成・時効温度により異なる
が、一般に１０分未満では時効硬化が少なく、６０分で
充分であるので、１０〜６０分の範囲で適宜選択すれば
よい。

【００２９】さて、大きな鋳塊に上記時効処理をそのま
ま施すと、時効硬化が十分に得られない場合がある。そ
の場合は、時効処理の前に溶体化処理を施し、溶質元素
の偏析を消失させることにより、その後の時効処理で時
効硬化を十分発揮させることができる。溶体化処理は、
溶質元素が金中に固溶する温度で行うが、より高温で行
う方が短時間で溶体化できるので生産上好ましい。その
ため、溶体化温度は、組成によって異なるが、一般に７
００℃以上（融点未満）とすればよい。

【００３０】

【実施例】以下に、本発明を実施例により具体的に説明
する。

【００３１】［実施例１〜８、比較例１〜３］前記本出
願人提案（５）に記載の溶質元素（Ｎｉ、Ｇｅ）を含む
金合金を製造した。

【００３２】まず、ロストワックス鋳型を作製した。す
なわち、ワックスで模型（直径１０ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍ）をつくり、表１に示す組成の造型材をバインダーと
混合し、模型をセットした鋳枠中に流し込んだ。この
後、模型（ワックス）を融かし流出させ、造型材を焼成
した。

【００３３】次に、金合金の溶解原料を配合した。この
際、Ａｕ−１％Ｎｉ母合金、Ａｕ−１％Ｇｅ母合金およ
び純金（純度９９．９９％）を原料とした。また、配合
は、Ｎｉを０．１％、およびＧｅを０．１％含み、残部
がＡｕおよび不可避不純物よりなる組成となるようにし
た。

【００３４】上記配合した原料を高周波真空溶解炉で溶
解した後、上記ロストワックス鋳型に鋳造した。

【００３５】実施例１〜８および比較例１、３の鋳型は
いずれも、水道水を鋳型に流すだけでロストワックス鋳
型が簡単に壊れ、金合金鋳塊がロストワックス鋳型から
取り出せた（このことは、以後の実施例９〜３２、比較
例４、６、７、９、１０、１２でも同様）。しかし、比
較例２のロストワックス鋳型は、水道水では壊れず、煮
沸したアルカリ溶液中に入れて壊した。その後、鋳塊を
取り出した（このことは、以後の比較例５、８、１１で
も同様）。

【００３６】取り出した鋳塊の表面を鏡面仕上げして、
組成を分析した。分析値を表１に示す。

【００３７】さらに、上記鋳塊に溶体化処理（Ａｒ中、
７５０℃、３０分）を施した。その後、時効処理（３５
０℃、２時間）を施し、硬さ（マイクロビッカース硬
さ、荷重：２００ｇｆ）を測定した。硬さを表１に示
す。

【００３８】なお、実施例、比較例の金合金はいずれ
も、高級感が純金と全く変わらなかった（このことは、
以後の実施例、比較例でも同様）。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１からわかるように、実施例１〜８で
は、溶質元素であるＮｉおよびＧｅが、鋳造によりほと
んど減少していないか僅か減少しているにすぎない（約
８８〜約１００％の歩留まり）。そのため、時効処理
後、ビッカース硬さが７４以上の優れた硬さを均一にも
つ金合金が製造されている。これに対して、比較例１、
３では、溶質元素の減少がみられ、特にＧｅの減少が激
しい。すなわち、鋳造におけるＧｅの歩留まりは、比較
例１が約７０％に、比較例２が約６０％に低下してい
る。そのため、時効処理後の金合金のビッカース硬さ
は、比較例１が５９に低下し、比較例３が僅か４６にす
ぎない。

【００４１】［実施例９〜１６、比較例４〜６］前記本
出願人提案（５）に記載の溶質元素（Ｐｄ、Ｇｅ）を含
む金合金を製造するため、（１）ロストワックス鋳型を
作製する際、表２に示す組成の造型材を用いたこと、
（２）金合金の溶解原料を配合する際、Ａｕ−１％Ｐｄ
母合金、Ａｕ−１％Ｇｅ母合金および純金（純度９９．
９９％）を溶解原料に用い、また、配合組成を、Ｐｄを
０．１２％、およびＧｅを０．０８％含み、残部がＡｕ
および不可避不純物よりなるものとしたこと、および
（３）金合金鋳塊に施した溶体化処理の処理条件を、Ａ
ｒ中・９００℃・３０分としたこと以外は、実施例１と
同様に試験した。

【００４２】鋳造後の金合金鋳塊の分析値、および時効
処理後の金合金の硬さを表２に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】表２からわかるように、実施例９〜１６で
は、溶質元素であるＰｄおよびＧｅが、鋳造によりほと
んど減少していないか僅か減少しているにすぎない（約
８７〜約１００％の歩留まり）。そのため、時効処理
後、ビッカース硬さが５４以上の優れた硬さを均一にも
つ金合金が製造されている。これに対して、比較例４、
６では、溶質元素の減少がみられ、特にＧｅの減少が激
しい。すなわち、鋳造におけるＧｅの歩留まりは、比較
例４が約７２％に、比較例６が約３７％に低下してい
る。そのため、時効処理後の金合金のビッカース硬さ
は、比較例４が僅か３５で、比較例６が僅か２８にすぎ
ない。

【００４５】［実施例１７〜２４、比較例７〜９］前記
本出願人提案（５）に記載の溶質元素（Ｃｏ、Ｇｅ）を
含む金合金を製造するため、（１）ロストワックス鋳型
を作製する際、表３に示す組成の造型材を用いたこと、
（２）金合金の溶解原料を配合する際、Ａｕ−１％Ｃｏ
母合金、Ａｕ−１％Ｇｅ母合金および純金（純度９９．
９９％）を溶解原料に用い、また、配合組成を、Ｃｏを
０．１％、およびＧｅを０．１％含み、残部がＡｕおよ
び不可避不純物よりなるものとしたこと、および（３）
金合金鋳塊に施した溶体化処理の処理条件を、Ａｒ中・
９００℃・３０分としたこと以外は、実施例１と同様に
試験した。

【００４６】鋳造後の金合金鋳塊の分析値、および時効
処理後の金合金の硬さを表３に示す。

【００４７】

【表３】

【００４８】表３からわかるように、実施例１７〜２４
では、溶質元素であるＣｏおよびＧｅが、鋳造によりほ
とんど減少していないか僅か減少しているにすぎない
（約８８〜約１００％の歩留まり）。そのため、時効処
理後、ビッカース硬さが７４以上の優れた硬さを均一に
もつ金合金が製造されている。これに対して、比較例
７、９では、溶質元素の減少がみられ、特にＧｅの減少
が激しい。すなわち、鋳造におけるＧｅの歩留まりは、
比較例７が約７０％に、比較例９が約６０％に低下して
いる。そのため、時効処理後の金合金のビッカース硬さ
は、比較例７が６０に低下し、比較例９が僅か４５にす
ぎない。

【００４９】［実施例２５〜３２、比較例１０〜１２］
前記本出願人提案（９）に記載の溶質元素（Ｒｈ、Ｔ
ｉ）を含む金合金を製造するため、（１）ロストワック
ス鋳型を作製する際、表４に示す組成の造型材を用いた
こと、（２）金合金の溶解原料を配合する際、Ａｕ−１
％Ｒｈ母合金、Ａｕ−１％Ｔｉ母合金および純金（純度
９９．９９％）を溶解原料に用い、また、配合組成を、
Ｒｈを０．１５％、およびＴｉを０．０５％含み、残部
がＡｕおよび不可避不純物よりなるものとしたこと、お
よび（３）金合金鋳塊に施した溶体化処理の処理条件
を、Ａｒ中・１０００℃・３０分としたこと以外は、実
施例１と同様に試験した。

【００５０】鋳造後の金合金鋳塊の分析値、および時効
処理後の金合金の硬さを表４に示す。

【００５１】

【表４】

【００５２】表４からわかるように、実施例２５〜３２
では、溶質元素であるＲｈおよびＴｉが、鋳造によりほ
とんど減少していないか僅か減少しているにすぎない
（約８０〜約１００％の歩留まり）。そのため、時効処
理後、ビッカース硬さが５８以上の優れた硬さを均一に
もつ金合金が製造されている。これに対して、比較例１
０、１２では、溶質元素の減少がみられ、特にＴｉの減
少が激しい。すなわち、鋳造におけるＴｉの歩留まり
は、比較例１０が約６４％に、比較例１２が約２２％に
低下している。そのため、時効処理後の金合金のビッカ
ース硬さは、比較例１０が僅か３２で、比較例１２が僅
か２７にすぎない。

【００５３】

【発明の効果】本発明の金合金の製造方法によれば、ロ
ストワックス法による鋳造法が本来持つ長所を十分活か
して、均一に純金より硬質で無傷の高品位金合金を、厳
しい塑性加工を施すことなく製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７３Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７３６７５６７５６８１６８１６８２６８２６９１６９１Ｂ６９１Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１種以上の溶質元素を含み、残部が９９
重量％以上のＡｕおよび不可避不純物よりなる金合金鋳
塊を溶解・鋳造により得、次に、該溶質元素に該鋳塊を
硬化させるために、該鋳塊に時効処理を施す金合金の製
造方法において、ＣａＳＯ₄を５〜５０重量％含み、残
部がＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂およ
びＳｎＯ₂からなる群から選ばれた１種以上並びに不可
避不純物である造型材のロストワックス鋳型を用いて、
該鋳造を行うことを特徴とする金合金の製造方法。
【請求項２】金合金鋳塊は、溶質元素として、Ｎｉ、
ＰｄおよびＣｏからなる群から選ばれた１種以上を０．
０６重量％以上、Ｇｅを０．０３重量％以上含む請求項
１に記載の金合金の製造方法。
【請求項３】金合金鋳塊は、溶質元素として、Ｒｈを
０．０３重量％以上、Ｔｉを０．０１重量％以上含む請
求項１に記載の金合金の製造方法。
【請求項４】金合金鋳塊のＡｕ品位が９９．９重量％
以上である請求項１、２または３に記載の金合金の製造
方法。
【請求項５】溶体化処理の後に時効処理を施す請求項
１に記載の金合金の製造方法。
【請求項６】金合金鋳塊は、溶質元素として、Ｎｉ、
ＰｄおよびＣｏからなる群から選ばれた１種以上を０．
０６重量％以上、Ｇｅを０．０３重量％以上含み、かつ
時効処理は、温度が２００〜５００℃である請求項１に
記載の金合金の製造方法。
【請求項７】金合金鋳塊は、溶質元素として、Ｒｈを
０．０３重量％以上、Ｔｉを０．０１重量％以上含み、
かつ時効処理は、温度が４００〜６００℃である請求項
１に記載の金合金の製造方法。
【請求項８】時効処理は、時間が１０〜６０分である
請求項６または７に記載の金合金の製造方法。
【請求項９】溶体化処理は、温度が７００℃以上であ
る請求項５に記載の金合金の製造方法。