(57)【要約】銅Ｃｕ含有量が４０．００〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎ、ベリリウムＢｅ、コバルトＣｏからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成された硬質金属合金部材。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金Ａｕ含有量が３７．５〜９８．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた金合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項２】
プラチニウムＰｔ含有量が８５．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたプラチニウム合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項３】
銀Ａｇ含有量が８０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銀合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項４】
金Ａｕ、銀Ａｇ、白金Ｐｔ、パラジウムＰｔ、ロジウムＲｈ、イリジジウムＩｒ、ルテリウムＲｕ、およびオスニウムＯｓからなる貴金属合金群から選択される少なくとも１種以上の元素と、ジルコニウムＺｒ、インジウムＩｎ、錫Ｓｎ、マンガンＭｎからなる群から選抜された少なくも１種以上の元素と構成された貴金属合金に、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させてなる硬質貴金属合金部材。
【請求項５】
金Ａｕ、銀Ａｇ、白金Ｐｔ、パラジウムＰｔ、ロジウムＲｈ、イリジジウムＩｒ、ルテリウムＲｕ、およびオスニウムＯｓからなる貴金属合金群から選択される少なくとも２種以上の元素と、ジルコニウムＺｒ、インジウムＩｎ、錫Ｓｎ、マンガンＭｎからなる群から選抜された少なくも１種以上の元素と構成された貴金属合金に、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させてなる硬質貴金属合金部材。
【請求項６】
金Ａｕ含有量が９８．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた金合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項７】
金Ａｕ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた金合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項８】
プラチニウムＰｔ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたプラチニウム合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項９】
銀Ａｇ含有量が３７．５０〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銀合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項１０】
金ＡｕとマンガンＭｎ、スズＳｎおよびインジウムＩｎから選択された少なくとも１種の元素と構成された貴金属合金にガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させてなる硬質貴金属合金部材。
【請求項１１】
金ＡｕとマンガンＭｎ、スズＳｎおよびインジウムＩｎから選択された少なくとも１種の元素と構成された貴金属合金にガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた金合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項１２】
銀Ａｇ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銀合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項１３】
銀ＡｇとマンガンＭｎ、スズＳｎおよびインジウムＩｎから選択された少なくとも１種の元素と構成された貴金属合金にガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させてなる銀合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項１４】
銀ＡｇとマンガンＭｎ、スズＳｎおよびインジウムＩｎから選択された少なくとも１種の元素と構成された貴金属合金にガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外のジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銀合金で構成された硬質貴金属合金部材。
【請求項１５】
銅Ｃｕ含有量が４０．００〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項１６】
銅Ｃｕ含有量が４０．００〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項１７】
鉄Ｆｅ含有量が４０．００〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成された硬質金属合金部材
【請求項１８】
鉄Ｆｅ含有量が４０．００〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項１９】
アルミニウムＡｌ含有量が４０．００〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成される硬質金属合金部材。
【請求項２０】
アルミニウムＡｌ含有量が４０．００〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成される硬質金属合金部材。
【請求項２１】
マグネシウムＭｇ含有量が４０．００〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項２２】
マグネシウムＭｇ含有量が４０．００〜９９．４５重量％であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項２３】
銅Ｃｕ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成された硬質金属合金部材
【請求項２４】
銅Ｃｕ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項２５】
鉄Ｆｅ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項２６】
鉄Ｆｅ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項２７】
アルミニウムＡｌ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成される硬質金属合金部材。
【請求項２８】
アルミニウムＡｌ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成される硬質金属合金部材。
【請求項２９】
マグネシウムＭｇ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３０】
マグネシウムＭｇ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３１】
銅Ｃｕ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３２】
銅Ｃｕ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３３】
鉄Ｆｅ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３４】
鉄Ｆｅ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３５】
アルミニウムＡｌ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３６】
アルミニウムＡｌ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３７】
マグネシウムＭｇ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３８】
マグネシウムＭｇ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項３９】
銅Ｃｕと亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、スズＳｎ、アルミニウムＡｌ、ニッケルＮｉ、ベリリウムＢｅ、鉛ＰｂおよびインジウムＩｎから選択された少なくとも１種の元素と構成された金属合金にガドリニウムＧｄとを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項４０】
銅Ｃｕと亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、スズＳｎ、アルミニウムＡｌ、ニッケルＮｉ、ベリリウムＢｅ、鉛ＰｂおよびインジウムＩｎから選択された少なくとも１種の元素と構成された金属合金にガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項４１】
鉄Ｆｅと銅Ｃｕ、シリコンＳｉ、亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ、モリブデンＭｏ、およびコバルトＣｏから選択された少なくとも１種の元素と構成された金属合金にガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項４２】
鉄Ｆｅと銅Ｃｕ、シリコンＳｉ、亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ、モリブデンＭｏ、およびコバルトＣｏから選択された少なくとも１種の元素と構成された金属合金にガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項４３】
アルミニウムＡｌと銅Ｃｕ、マンガンＭｎ、スズＳｎ、シリコンＳｉ、ニッケルＮｉ、マグネシウムＭｇ、亜鉛ＺｎおよびインジウムＩｎから選択された少なくとも１種の元素と構成された金属合金にガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項４４】
アルミニウムＡｌと銅Ｃｕ、マンガンＭｎ、スズＳｎ、シリコンＳｉ、ニッケルＮｉ、マグネシウムＭｇ、亜鉛ＺｎおよびインジウムＩｎから選択された少なくとも１種の元素と構成された金属合金にガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項４５】
マグネシウムＭｇと亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、スズＳｎ、アルミニウムＡｌ、ジルコニウムＺｒ、銅Ｃｕ、リチウムＬｉおよびシリコンＳｉから選択された少なくとも１種の元素と構成された金属合金にガドリニウムＧｄを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項４６】
マグネシウムＭｇと亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、スズＳｎ、アルミニウムＡｌ、ジルコニウムＺｒ、銅Ｃｕ、リチウムＬｉおよびシリコンＳｉから選択された少なくとも１種の元素と構成された金属合金にガドリニウムＧｄと、Ｇｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成された硬質金属合金部材。
【請求項４７】
前記溶体化処理は前記金属合金を２００℃〜２８００℃で加熱処理後急冷し、前記時効処理は、前記金属合金を１００℃〜１０００℃加熱処理することを特徴とする請求範囲に記載の金属合金の製造方法。
【請求項４８】
前記溶体化処理を行った後、加工処理と時効処理を交互に繰返し行うことを特徴とする請求範囲に記載の金属合金の製造方法。
【請求項４９】
鉄Ｆｅ、アルミニウムＡｌ、マグネシウムＭｇ、銅Ｃｕからなる金属元素群から選択された２種以上で構成された金属合金に、ガドリウムＧｄ単独の、あるいはガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、亜鉛Ｚｎ、錫Ｓｎ、インジウムＩｎ、鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉのうち一種以上を累計で５０〜１５０００ｐｐｍ含有する金属合金に対してその溶解度曲線より高い温度まで加熱して、ガドリウムＧｄやその他の添加物を均一に分散させてから急冷する溶体化処理を行うことを特徴とする硬質金属合金の製造方法。
【請求項５０】
上述銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、アルミニウムＡｌおよびマグネシウムＭｇからなる金属元素群から選択された１種以上の元素で構成される金属合金にガドリニウムＧｄを単独、ありいはガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、鉛Ｐｂ、シリコンＳｉ、ジルコニウムＺｒ、錫Ｓｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させることを特徴とする硬質金属合金部材。
【請求項５１】
請求項の貴金属合金部材および金属合金部材の素材を鋳造する工程と
その素材に対して溶体化処理を施す工程とを有する硬質金属合金部材の製造方法。
【請求項５２】
請求項の貴金属合金部材および金属合金部材の素材を鋳造する工程と
その素材に対して溶体化処理を施す工程と
前記加工の前または後で前記素材に対して時効処理を施す工程とを有する硬質金属合金部材の製造方法。
【請求項５３】
請求項の貴金属合金部材および金属合金部材の素材を鋳造する工程と
その素材に対して溶体化処理を施す工程と
その素材を所定形状に加工する工程と
前記加工の前または後で前記素材に対して時効処理を施す工程とを有する硬質金属合金部材の製造方法。
【請求項５４】
請求項のいずれかの方法において、溶体化処理温度が３００〜２８００℃、時効処理温度が１００〜８００℃である硬質金属合金部材の製造方法。
【請求項５５】
請求項のいずれかの方法において、溶体化処理温度が３００〜２５００℃、時効処理温度が５０〜６００℃である硬質金属合金部材の製造方法。
【請求項５６】
請求項のいずれかの方法において、溶体化処理温度が２５０〜２２００℃、時効処理温度が１００〜５００℃である硬質金属合金部材の製造方法
【請求項５７】
請求項金属合金部材の添加剤としてジルコニウムＺｒの代わりに酸化ジルコニウムＺｒＯ２含有させることを特徴とする金属合金の製造方法とその組成。
【請求項５８】
請求項金属合金部材の添加剤としてジルコニウムＺｒと酸化ジルコニウムＺｒＯ２含有させることを特徴とする金属合金の製造方法とその組成。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電子部材、自動車／航空部材、理化学部材、医療部材、宝飾部材、楽器部材、食器部材、構造部材等に好適な金属合金部材及び製造方法に関する。
背景技術
従来、金属材料として鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鈴（Ｓｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）等が知られており、各分野で使用されている。（貴金属材料の金、プラチナ、銀、パラジウム等についてはＰＣＴ／ＪＰ／０２０１４で出願済みであり、本出願では、これを金属材料に拡大出願するものである。各材料のもつ素晴らしい特性を生かすために、硬度、引張強度、伸び、ヤング率、耐食性、変色性、高温特性、作業性、バネ性等を改良向上させるものである。各材料のもつ特徴を生かすために、長所を伸ばし、短所を改良クリヤーするものである。
上記金属材料は、各分野の用途に用いる場合に硬度やヤング率等の機械的性質、物理的特性、化学的特性、耐食性、変色等が必ずしも充分と言えない。また作業性が悪いという問題もある。本発明の目的は、上記金属材料の持つ特徴を維持して、これらの不具合な特性を改善、改良し、向上させることで、要求する新部材を得ること。
本発明の金属合金部材は、硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性があり、加工し易く、作業性がよいことを特徴とする。加工し易いので、焼鈍なしで９０％以上の加工ができる。圧延方向を変えても割れが発生しない等の特徴を示す。伸びもある。
本発明の金Ａｕ合金は、硬度、ヤング率、引張強度、伸び、ばね性の特性が高い。加工もし易く、作業性がよい。高純度で添加元素の体積占有率も小さいので、電気伝導率、熱伝導率の高い電子材料が得られる。ヤング率が高いので音響のよい部材が得られる。ばね性があるので柔軟性があり、コシのある線材、板材が得られる。耐熱性があるので機械強度があり、更に物理特性、電気特性の高い材料が得られる。金合金の超高性能部材が得られる。
プラチナＰｔ合金は、硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性があり、加工し易く、作業性もよい。更に、伸び、クリープ強度のある、高い特性を示す強化型部材、耐熱型部材が得られる。ルツボ、プラグ、歯科材、理化学器、宝飾等用途は広い。
銀Ａｇ合金は電子部材、食器部材、装飾部材に注目されているが、強度を上げると耐食性（耐酸化／硫化性）が不足し、変色する。美的価値を維持するため、ロジウムＲｈメッキ等を行って商品化しているのが現状である。しかしながら、それでも酸化、硫化が生じ変色している。更に、作業性も悪い。
本発明の銀Ａｇ合金は硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性があり、バネ性があり、加工し易く、作業性がよい。特に、高純度合金は電気抵抗が低く、高温特性の良い電子材料が得られる。本発明の銀Ａｇ合金は、食器、液晶反射膜、光ディスク反射膜、反射型ＬＣＤ電極、半導体電極、歯科材、宝飾等用途は広い。
本発明の銅Ｃｕ合金は、硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性があり、加工し易く、作業性がよい。高純度品は電気伝導性がよく電子材料として好適である。０．２ｍｍ以下板厚にしてもバネ性を示す。最新仕様のリードフレーム、コネクター、リレー、スイッチ等の部材仕様を満たす。
本発明鉄Ｆｅ合金は、高純度で硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性を上げられ、加工し易く、作業性がよく、バネ性のある。高純度で酸化し難くなる高純度鉄Ｆｅを生かすことが可能である。鉄合金は、超強力、超耐熱、超耐食、超耐低温、超耐磨耗などの極限部材が得られれば、未来像としての期待は大きい。本発明の鉄Ｆｅ合金組成と製造方法が有益になる可能性を示している。
耐食性のある材料の高純度鉄は、高純度で硬度・引張強度があり、ヤング率が高く、バネ性があり、伸びのある特性を得ることによって、将来の部材への期待が大きい。
軽量のアルミニウムＡｌ合金は、機械的特性、電気特性の優れている部材が要求されている。本発明アルミニウムＡｌ合金は、高純度で硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性があり、加工し易く、作業性がよく、バネ性、電気伝導性もよい。本発明Ａｌ合金の用途は自動車、航空機、船舶、農機具、冷蔵庫、洗濯機、接点
ボンデングワイヤー等非常に多い。
軽量であるマグネシウムＭｇ合金は、硬度、引張強度、ヤング率、伸び等の機械的特性の優れた部材が求められている。本発明Ｍｇ合金は、ホイール、シートフレーム、パソコンボディ、携帯電話、ビデオカメラ筐体等の小物部品からヘリコプターの大物部品まで用途は広い。
金Ａｕ、白金Ｐｔ、銀Ａｇ、銅Ｃｕ、アルミニウムＡｌ、マグネシウムＭｇ等の合金は、硬度が高く、高温での耐熱性があり、引張強度も強く、機械特性のよいものが、工業材料、宝飾材料として求められている。金Ａｕ、銀Ａｇ、銅Ｃｕ、アルミニウムＡｌ等では、電子部材として電気抵抗の低い、機械強度のある高純度部材が求められている。
薄膜においても耐酸性と耐硫化性のある、耐食性を示す材料が求められている。銀食器、宝飾品でも酸化／酸化し難い材料が求められている。用途は限りなく多大である。
発明の開示
本発明は、上述のような市場の要求から生じたものであり、その目的は、機械／物理／化学的性質に優れ、更に加工し易く、作業性のよい高性能硬質金属合金部材及びその製造方法を提供することである。
更に、耐食性、変色性にも優れた高性能硬質金属合金部材及びその製造方法と上記常温での特性のみならず、高温での機械特性、電気特性の優れた硬質金属合金部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
貴金属合金の欠点を解決するためのＰＣＴ／ＪＰ９６／００５１０、ＰＣＴ／ＪＰ９７／０２０１４、ＰＣＴ／ＪＰ００／０４４１１を提案してきた。本発明は、更に広範囲に展開するものである。新に金属合金銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、アルミニウムＡｌ、マグネシウムＭｇまで展開した。貴金属合金のこれらの解決方法は上記金属合金でも欠点を解決出来ることを見出した。
発明を実施するための最良の形態
本発明の第１の実施形態に係る貴金属合金部材は、Ａｕ含有量３７．５０〜９８．４５重量％、であり、ガドリニウムＧｄを単独、あるいはガドリウムＧと、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎの群から選択される少なくとも１種の元素とで構成さられる硬質化添加剤を合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた金合金で構成される。
このように金Ａｕ含有量を３７．５０〜９８．４５重量％、あるいは９８．４５重量％以上とし、ガドリニウムＧｄと他の元素と複合化してなる硬質化添加剤を適量添加することにより、加工を加えない鋳造合金であっても１１０Ｈｖ以上という高い硬度を示し、、６０００ｋｇｆ／ｍｍ２という今までにない高いヤング率が得られる。ヤング率の高い金合金は９０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示す。
Ｇｄは、体積含有率を考量すると最も有効な硬質化元素であり、耐熱性の高い向上効果を示す。さらに、特に高いヤング率と強い引張強度が確保可能なことを見出した。このように、Ｇｄは、硬度、ヤング率、引張強度の向上が大きいためか、添加量は少量でよく、基合金の特徴を変化させずに、良好な特性をもつその合金部材を得ることができる。
対象とする金合金としては、金品位で９Ｋ（カラット）以上の合金であれば特に制限されず通常のものであれば適用可能である。基本的に銅等の耐食性の劣る元素を含まれていない場合には、良好な耐食性を示す。貴金属はもちろん、貴金属以外の合金元素を含む金合金であってもよい。上記硬質化添加剤は、既存のどのような金合金に対しても有効である。
次に、上記特性の合金部材の製造方法について説明する。
先ず、鋳造合金の場合には、上記組成の合金素材を鋳造し、その素材に対して所定温度に加熱後急冷する溶体化処理を施し、必要ならばその後所定温度で時効処理を施す。
次に、加工合金の場合には、上記組成の合金素材を鋳造し、その素材に対して所定温度に加熱後急冷する溶体化処理を施し、その素材を所定形状に加工し、その加工の前または後で前記素材に対して時効処理を施す。
この際の金合金素材を鋳造し、溶体化処理温度は５００℃し〜２７００℃、時効処理温度は１００℃〜６００℃とすることが可能である。
本発明によれば、金純度よらず高硬度、強引張強度および高ヤング率を兼備した合金部材を得ることができる。従来の２４Ｋの金合金はヤング率が４０００ｋｇｆ／ｍｍ２程度であり、１８Ｋでは５８００ｋｇｆ／ｍｍ２程度であったが、本実施形態では、１８Ｋ合金では、ヤング率６０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示し、高いものは７０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示す。組成および条件を最適化することにより、ヤング率は９０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示す。硬度についても、通常１８Ｋ（５／５）イエローの硬度は高くても２５０Ｈｖ程度であるが、本発明１８Ｋ合金の硬度は３７０Ｈｖ以上を示す。
金Ａｕ純度３７．８〜９９．４５重量％の場合、９９．４５％以上の場合、いずれも、高硬度、高ヤング率、強引張強度を得るために特に好ましい製造条件は、溶体化処理温度６００〜１０００℃、時効処理温度は１５０〜５５０℃である。
図１は９９．９５重量％の電解金を用いて、実施例１と実施例２の金合金を溶製した。先ず、鋳造機で８ｍｍφワイヤーに鋳造し、その後、鋳造素材を８００℃×１時間の条件で溶体化処理し、溝ロールとダイスで所定のサイズませ加工した。時効処理は加工前または後に２５０℃×３時間の条件で行った。比較例１はガドリニウムＧｄ、単独添加合金であり、比較例２は４Ｎ金Ａｕの高純度金である。
このように溶体化処理および時効処理を行うことにより、主にＧｄの作用および他の添加元素との相乗作用によって著しく硬化し、加工を加えない鋳造合金の場合でも１３０Ｈｖ以上、組成および条件を適切に選択すれば１５０Ｈｖ以上と従来よりも極めて大きな値とすることが可能である。加工合金の場合には加工率５０％以上で１５０Ｈｖ以上、加工率９０％以上で１８０Ｈｖ以上、高いものでは２００Ｈｖ以上の値を得ることが可能である。この際の加工率は任意の値とすることが可能であるが、９９．０％まで、更には９９．６％までの範囲が好ましい。
本発明の高純度金合金の硬度は１７０Ｈｖ以上のビッカス硬度を示し、耐熱性が有り、引張強度も８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上ある。更に、伸びも４％以上で、ヤング率も８６００以上、更に、９０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示した。本発明処理によって、所定の伸びを確保しながら、硬度、引張強度およびヤング率を向上させることが出来ることを確認した。バネ性があり、加工し易く、作業性もよい。
適用される合金は特に限定されるものではないが、金Ａｕ合金に、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の元素を５０〜１５０００ｐｐｍ添加する添加合金として実施例３でＡｕ−Ｇｄ−Ｚｒ、実施例４でＡｕ−Ｇｄ−Ｓｎ例示され、その他にＡｕ−Ｇｄ−Ｓｒ、Ａｕ−Ｇｄ−Ｚｎ、Ａｕ―Ｇｄ−Ｉｎ、Ａｕ―Ｇｄ−Ｓｒ−Ｚｒの合金について試作評価したが、実施例１と実施例２と同様に、硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上した。バネ性があり、加工し易く、作業性もよい
本発明の第２の実施形態に係る硬質貴金属合金部材は、プラチニウムＰｔ含有量が８５．０重量％以上であり、ガドリニウムＧｄとジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたプラチナ合金で構成される。
実施形態のプラチニウム合金からなる貴金属合金部材は、ガドリニウムＧｄと、他の元素と複合してなる硬質化添加剤を適量添加し、上述のような処理を施すことにより、加工を加えない鋳造合金で１２０Ｈｖ以上の今までにない高い値を示した。また、加工の場合には、加工率５０％程度で１５０Ｈｖ以上、加工率９０％以上では、２００Ｈｖ以上の値を得ることが可能である。
プラチニウム合金は、ヤング率は高いが、硬度が低いという欠点があり、本発明が意図する用途に適用することが困難であるか、Ｃｕ等の元素を添加することにより、適用することができても、その硬度が必ずしも充分と言えないばかり、Ｃｕ等により耐食性や色調に問題が生じる。これに対して本発明は、上述のように高硬度・強引張強度にすることができる。８０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高いヤング率を維持することができる。組成や製造条件を調整すると、高硬度と強引張強度を維持しつつヤング率を１０，０００ｋｇ／ｍｍ２以上、さらに１５０００ｋｇｆ／ｍｍ２、２００００ｋｇｆ／ｍｍ２以上の極めて高い値とすることが可能である。
プラチウムＰｔ合金は、溶体化処理温度は６００〜２８００℃、時効処理温度は１５０〜７００℃が可能である。特に好ましい条件は溶体化処理温度が５００〜１６００℃、時効処理温度は１５０〜６００℃である。加工の際の加工効率は任意であるが、好ましい範囲は、第１の実施形態と同様である。
図３は、２０ｍｍ角の合金を鋳造し、１０００℃で１時間溶体化処理を行ない、５５０℃で３時間時効処理を行った。加工を加えない鋳造合金で１００Ｈｖ以上と１５０Ｈｖを得ることが可能である。加工率すると２０８Ｈｖ以上と２５０Ｈｖ以上である。比較例３として４ＮＰｔ地金、比較例４としてＰｔ−Ｒｈ合金を示した。８００℃×３０分熱処理でも実施例３が２３６Ｈｖ、実施例４が１９７Ｈｖを保持している。１４００℃でも１１７Ｈｖと９７Ｈｖを保持している。引張強度は８８．３ｋｇｆ／ｍｍ２、破断伸びは２０％で大きい。
実施例３と実施例４は、硬度が２００Ｈｖ以上、引張強度が８５ｋｇｆ／ｍｍ２以上である。耐熱性があり、ヤング率も１７００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示し、バネ性がある。硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上するが確認できた。加工し易く、作業性もよい。
適用される合金は特に限定されるものではないが、プラチニウムＰｔに、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の元素を５０〜１５０００ｐｐｍ添加する添加合金として実施例３でＰｔ−Ｇｄ−Ｓｒ−Ｚｒ、実施例４でＰｔ−Ｇｄ−Ｚｒが例示され、その他にＰｔ−Ｇｄ−酸化ジルコニウム、Ｐｔ−Ｇｄ−Ｒｈ、Ｐｔ−Ｇｄ−Ｚｒ、Ｐｔ−Ｇｄ−Ｓｎ、Ｐｔ−Ｇｄ−Ｚｎ、Ｐｔ−Ｇｄ−Ｉｎの合金について試作評価したが、実施例１と実施例２と同様に、硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上した。バネ性があり、加工し易く、作業性もよい。
プラチニウムＰｔとパラジウムＰｄ、銅Ｃｕ、マンガンＭｎ、スズＳｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくも１種以上の元素から構成されるＰｔ合金に上記元素を添加して添加合金を試作評価したが、上記Ｐｔの添加合金と同様に硬度、引張強度。ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示した。加工し易く、作業性もよい。
本発明の第３実施形態に係る硬質貴金属合金部材は、銀Ａｇ含有量が８５．０重量％以上であり、ガドリニウムＧｄとジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銀合金で構成される。
銀Ａｇ合金は、溶体化処理温度は４５０〜２２００℃、時効処理温度は１００〜６００℃が可能である。特に好ましい条件は溶体化処理温度が５００〜１５５０℃、時効処理温度は１５０〜５００℃である。加工の際の加工効率は任意であるが、好ましい範囲は、第１の実施形態と同様である。
実施例５、６、７はガドリニウムＧｄとストロチウムＳｒを適量添加し、更にスズＳｎ、ジルコニウムＺｒ、インジウムＩｎをそれぞれに添加して、上述の処理を施すことによって、図３に示す硬度Ｈｖを得た。板加工後２５０℃×２時間処理後の硬度は１６９Ｈｖ〜１７６Ｈｖを示し。８００℃×３０分処理後の硬度は１１５Ｈｖ〜１２４Ｈｖを示した。引張強度は５２ｋｇ／ｍｍ２〜６０ｋｇ／ｍｍ２であった。ヤン後率は９０００ｋｇ／ｍｍ２以上であり、約１２％向上した。硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上した。バネ性があり、加工し易く、作業性もよい。
適用される合金は特に限定されるものではないが、銀Ａｇに、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の元素を５０〜１５０００ｐｐｍ添加する添加合金として実施例５でＡｇ−Ｇｄ−Ｓｒ−Ｓｎ、実施例６でＡｇ−Ｇｄ−Ｓｒ−Ｚｒ、実施例７でＡｇ−Ｇｄ−Ｓｒ−Ｉｎが例示され、その他にＡｇ−Ｇｄ−Ｚｒ、Ａｇ−Ｇｄ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｇｄ−Ｚｎ、Ａｇ−Ｇｄ−Ｉｎの合金について試作評価したが、実施例１と実施例２と同様に、硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上した。バネ性があり、加工し易く、作業性もよい。
比較例５は４Ｎ銀Ａｇ、比較例６は９２．５％Ａｇ合金である。
本発明高純度銀合金は、Ａｇ９２５銀合金相当以上の硬度と引張強度を示し、耐熱性もあることが分かった。本発明銀合金は、ヤング率は８５００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示し、その値は調整が可能である。
図５は、本発明銀合金の塩化ナトリウム連続噴霧テストと湿度９０％以上噴霧テスト結果である。概観変化無く、変色と腐食がされにくくなっていることが分かる。顕著な効果を示す。０．１０重量％以上のパラジウムＰｄを添加する耐硫化性が顕著に向上することが分かった。本発明銀Ａｇ合金ではＰｄ添加効果が顕著であることが分かった。パラジウムＰｄ０．０１％、０．１０％、１．００％、１０．００％添加で評価した。
本発明の第４実施形態に係る硬質貴金属合金部材は、金Ａｕ、銀Ａｇ、プラチニウムＰｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、ルテニウムＲｕおよびオスミウムＯｓからなる貴金属元素群から選択された２種以上の元素で構成された貴金属合金に、ガドリニウムＧｄと、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤を合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させてなる。
本発明の第５実施形態に係る硬質貴金属合金部材は、金Ａｕ、銀Ａｇ、プラチニウムＰｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、ルテニウムＲｕおよびオスミウムＯｓからなる貴金属元素群から選択された１種以上の元素で構成された貴金属合金に、ガドリニウムＧｄと、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤を合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させてなる。
本発明の第６実施形態に係る硬質貴金属合金部材は、金Ａｕ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄとジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた金合金で構成される。
実施形態に適用される合金は特に限定されるものでない。上記硬質化添加剤以外の成分も通常の貴金属合金に用いられるものであればどのようなものでもよく特に限定されない。つまり、上記硬質化添加剤は、既存のどのような貴金属合金に対しても有効である。これら実施形態に係る合金部材を製造する際にも第１の実地形態と同様である。鋳造の場合には、上記組成の合金素材を鋳造し、その素材に対して所定温度に加熱後急冷する溶体化処理を施す。その後必要に応じて所定温度で時効処理を施す。また、加工合金の場合には、上記組成の合金素材を鋳造し、その素材に対して所定温度加熱後急冷する溶体化処理を施し、その素材を所定形状に加工し、この加工前または加工後に前期素材に対して時効処理を施す。この際の溶体化処理温度は６００〜２７００℃、時効処理温度は１５０〜７００℃が可能である。特に好ましい条件は溶体化処理温度が５００〜１６００℃、時効処理温度は１５０〜６００℃である。加工の際の加工効率は任意であるが、好ましい範囲は、第１の実施形態と同様である。
本発明の第７の実施形態に係る硬質貴金属合金部材は、プラチナＰｔ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄとジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたプラチナ合金で構成される。
本発明の第７の実施形態に係る硬質貴金属合金部材は、銀Ａｇ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄとジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銀合金で構成される。
本発明の第９実施形態に係る硬質金属合金部材は、銅Ｃｕ含有量が４０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成される。
銅Ｃｕ合金は、溶体化処理温度は６００〜２５００℃、時効処理温度は１５０〜７８０℃が可能である。特に好ましい条件は溶体化処理温度が６００〜１６００℃、時効処理温度は１５０〜６８０℃である。加工の際の加工効率は任意であるが、好ましい範囲は、第１の実施形態と同様である。
実施例８と実施例９は、銅Ｃｕからなる金属合金部材で、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとジルコニウムＺｒをそれぞれ適量添加し、上述の処理を施すことによって、図４の硬度Ｈｖと引張強度を得た。加工して３１５℃×２時間処理後の硬度は、２１９Ｈｖと２３０Ｈｖであった。８１０℃×３０処理後は１６０Ｈｖと１３１Ｈｖになった。引張強度は５３．２ｋｇｆ／ｍｍ２であり、本発明高純度銅Ｃｕ合金は、硬度、引張強度、ヤング率が向上し、バネ性を示した。加工し易く、作業性もよい。ヤング率は１３５００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示し、この値は調整が可能である。
実施形態のＣｕ合金からなる金属合金部材は、ガドリニウムＧｄを単独、または他の元素と複合してなる硬質化添加剤を適量添加し、上述のような処理を施すことにより、加工を加えない鋳造合金で１２０Ｈｖ以上の今までにない高い値を示す。また、加工の場合には、加工率５０％程度で１５０Ｈｖ以上、加工率９０％以上では、２００Ｈｖ以上の値を示す。
比較例７は４Ｎ銅Ｃｕ、比較例８はＣｒ／Ｚｒ銅である。
ジルコニウムＺｒ元素を添加することによって、上述貴金属合金及び金属合金の特性が更に向上することが分かった。酸化ジルコニウムを添加しても顕著な特性向上が見られた。銅Ｃｕに、Ｃｕ以外の元素を５０〜１５０００ｐｐｍ添加する添加合金としては、Ｃｕ−Ｇｄ、Ｃｕ−Ｇｄ−Ｚｒが例示され、その他にＣｕ−Ｇｄ−Ｓｒ、Ｃｕ−Ｇｄ−Ｃａ、Ｃｕ−Ｇｄ−Ｚｒ、Ｃｕ―Ｇｄ−Ｓｎ、Ｃｕ―Ｇｄ−Ｚｎ、Ｃｕ―Ｇｄ−Ｉｎについて試作評価したが、実施例８と実施例９と同様に硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性の特性が向上し、バネ性を示した。加工し易く、作業性もよい。
銅Ｃｕと亜鉛Ｚｎ、スズＳｎ、アルミニウムＡｌ、ニッケルＮｉ、ベリリウムＢｅ、鉛Ｐｂ、マンガンＭｎ、インジウムＩｎからなる群から選択される少なくも１種以上の元素から構成されるＣｕ合金に上記元素を添加した添加合金を試作評価したが、上記Ｃｕの添加合金と同様に硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示した。加工しやすく、作業性もよい。
本発明の第１０実施形態に係る硬質金属合金部材は、鉄Ｆｅ含有量が４０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成される。溶体化処理は８２０℃×１時間行ない、時効処理は４８０℃×３時間行った。
鉄Ｆｅ合金は、溶体化処理温度は６００〜２８００℃、時効処理温度は１５０〜７００℃が可能である。特に好ましい条件は溶体化処理温度が６００〜２０００℃、時効処理温度は１５０〜７００℃である。加工の際の加工効率は任意であるが、好ましい範囲は、第１の実施形態と同様である。
実地形態１０、実地形態１１の鉄Ｆｅ合金の硬度は１２０Ｈｖと１５６Ｈｖであり。引張強度は８７と１２０ｋｇ／ｍｍ２である。本発明鉄Ｆｅ合金の添加効果は、顕著である。４Ｎ鉄Ｆｅに添加しても耐食性、電気抵抗等の低下はほとんど見られなかった。硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示した。ヤング率は２２０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示し、この値は調整が可能である。
比較例７は、９９．９４重量％高純度鉄である。
鉄Ｆｅに、Ｆｅ以外の元素を５０〜１５０００ｐｐｍ添加する添加合金としては、Ｆｅ−Ｇｄ、Ｆｅ−Ｇｄ−Ｓｉが例示され、その他にＦｅ−Ｇｄ−Ｓｒ、Ｆｅ−Ｇｄ−Ｃａ、Ｆｅ−Ｇｄ−Ｚｒ、Ｆｅ−Ｇｄ−Ｓｎ、Ｆｅ−Ｇｄ−Ｚｎ、Ｆｅ−Ｇｄ−Ｉｎ、Ｆｅ−Ｇｄ−Ｍｎについて試作評価したが、実施例８と実施例９と同様に硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示した。加工し易く、作業性がよい。
鉄Ｆｅと銅Ｃｕ、シリコンＳｉ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉ、クロムＣｒ、モリブデンＭｏ、コバルトＣｏからなる群から選択された少なくも１種以上の元素から構成されるＦｅ合金に上記元素を添加した添加合金を試作評価したが、上記Ｆｅの添加合金と同様に硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示した。加工し易く、作業性もよい。
本発明の第１１実施形態に係る硬質金属合金部材は、アルミニウムＡｌ含有量が４０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成される。
アルミニウムＡｌ合金は、溶体化処理温度は３００〜２０００℃、時効処理温度は５０〜４５０℃が可能である。特に好ましい条件は溶体化処理温度が５００〜１６００℃、時効処理温度は５０〜４００℃である。加工の際の加工効率は任意であるが、好ましい範囲は、第１の実施形態と同様である。
実施例１０と実施例１１のアルミニウムＡｌ合金の硬度は７６Ｈｖと１１５Ｈｖであり、引張強度は５５ｋｇｆ／ｍｍ２と８１ｋｇｆ／ｍｍ２である。本発明アルミニウムＡｌ合金は、硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示した。加工し易く、作業性がよい。ヤング率は、７４００ｋｇｆ／ｍｍ２以上を示し、この値は調整が可能である。比較例１０は９９．９０重量％の高純度アルミニウムである。
アルミニウムＡｌに、Ａｌ以外の元素を５０〜１５０００ｐｐｍ添加する添加合金としては、Ａｌ−Ｇｄ、Ａｌ−Ｇｄ−Ｍｎが例示され、その他にＡＩ−Ｇｄ−Ｓｒ、Ａｌ−Ｇｄ−Ｃａ、Ａｌ−Ｇｄ−Ｚｒ、Ａｌ−Ｇｄ−Ｓｎ、Ａｌ−Ｇｄ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｇｄ−Ｉｎ、Ａｌ−Ｇｄ−Ｓｉについて試作評価したが、実施例１０と実施例１１と同様に硬度、引張強度ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示した。加工し易く、作業性がよい。
アルミニウムＡｌと、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、シリコンＳｉ、マグネシウムＭｇ、亜鉛Ｚｎ、スズＳｎ、インジウムＩｎからなる群から選択された少なくも１種以上の元素から構成されるＡｌ合金に上記元素を添加した添加合金を試作評価したが、上記Ａｌの添加合金と同様に、硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示し、加工しやすく、作業性もよい。
本発明の第１２実施形態に係る硬質金属合金部材は、マグネシウムＭｇ含有量が４０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成される。
マグネシウムＭｇ合金は、溶体化処理温度は２５０〜１０５０℃、時効処理温度は１１００〜５００℃が可能である。特に好ましい条件は溶体化処理温度が５００〜１０００℃、時効処理温度は１００〜４５０℃である。加工の際の加工効率は任意であるが、好ましい範囲は、第１の実施形態と同様である。
実施例１４、１５のマグネシウムＭｇの硬度は８１Ｈｖと１２１Ｈｖであり、引張強度は５２ｋｇｆ／ｍｍ２と８０である。溶体化処理は３９０℃×１０時間、時効処理は２６０℃×５時間行った。本発明マグネシウムＭｇ合金は、硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示した。加工し易く、作業性もよい。ヤング率は４４００ｋｇｆ／ｍｍ２以上であり、約１５％向上した。比較例１１と比較例１２は、純度９９．８と９９．９９重量％の高純度マグネシウムである。
マグネシウムＭｇに、Ｍｇ以外の元素を５０〜１５０００ｐｐｍ添加する添加合金としては、Ｍｇ−Ｇｄ、Ｍｇ−Ｇｄ−Ｍｎが例示され、その他にＭｇ−Ｇｄ−Ｓｒ、Ｍｇ−Ｇｄ−Ｃａ、Ｍｇ−Ｇｄ−Ｚｒ、Ｍｇ−Ｇｄ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｇｄ−Ｚｎ、Ｍｇ−Ｇｄ−Ｉｎ、Ｍｇ−Ｇｄ−Ｓｉについて試作評価したが、実施例１４と実施例１５と同様に硬度、引張強度、ヤング率、、耐熱性が向上し、バネ性を示した。加工し易く、作業性もよい。
マグネシウムＭｇとアルミニウムＡｌ、鉄Ｆｅ、亜鉛Ｚｎ、マンガンＭｎ、ジルコニウムＺｒ、銅Ｃｕ、リチウムＬｉ、シリコンＳｉからなる群から選択された少なくも１種以上の元素から構成されるＭｇ合金に上記元素を添加した添加合金を試作評価したが、上記Ｍｇの添加合金と同様に硬度、引張強度、ヤング率、耐熱性が向上し、バネ性を示した。
熱処理方法は、バッチ処理方式と連続処理方式がある。
本発明の第１３実施形態に係る硬質金属合金部材は、銅Ｃｕ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成される。
本発明の第１４実施形態に係る硬質金属合金部材は、鉄Ｆｅ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成される。
本発明の第１５実施形態に係る硬質金属合金部材は、アルミニウムＡｌ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成される。
本発明の第１６実施形態に係る硬質金属合金部材は、マグネシウムＭｇ含有量が７０．００重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成される。
本発明の第１７実施形態に係る硬質金属合金部材は、銅Ｃｕ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた銅合金で構成される。
本発明の第１８実施形態に係る硬質金属合金部材は、鉄Ｆｅ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた鉄合金で構成される。
本発明の第１９実施形態に係る硬質金属合金部材は、アルミニウムＡｌ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたアルミニウム合金で構成される。
本発明の第２０実施形態に係る硬質金属合金部材は、マグネシウムＭｇ含有量が９９．４５重量％以上であり、ガドリニウムＧｄ単独、ガドリニウムＧｄとＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎか鉛Ｐｂ、ニッケルＮｉらなる群から選択される少なくも１種の元素で構成された硬質化添加剤合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させたマグネシウム合金で構成される。
実施形態に適用される合金は特に限定されるものでない。上記硬質化添加剤以外の成分も通常の金属合金に用いられるものであればどのようなものでもよく特に限定されない。つまり、上記硬質化添加剤は、既存の一般金属合金に対しても有効である。これら実施形態に係る合金部材を製造する際にも貴金属合金の実地形態と同様である。鋳造の場合には、上記組成の合金素材を鋳造し、その素材に対して所定温度に加熱後急冷する溶体化処理を施す。その後必要に応じて所定温度で時効処理を施す。また、加工合金の場合には、上記組成の合金素材を鋳造し、その素材に対して所定温度加熱後急冷する溶体化処理を施し、その素材を所定形状に加工し、この加工前または加工後に前期素材に対して時効処理を施す。
貴金属合金のガドリニウムＧｄ複合添加剤として、新にジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎ使用し、試作評価したところ、硬度、引張強度、ヤング率等が向上し、バネ性があり、加工し易く、作業性もよかった。その効果が顕著であることが分かった。
銅Ｃｕ合金、鉄Ｆｅ合金、アルミニウムＡｌ合金およびマグネシウムＭｇ合金について、Ｇｄと希土類元素、Ｇｄとアルカリ土類元素について、それぞれ複合添加して、試作評価したが、硬度、引張硬度、ヤング率等が向上した。バネ性があり、加工し易く、作業性もよかった。更に、ＧｄとカルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒ、シリコンＳｉ、ベリリウムＢｅ、ボロンＢ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、インジウムＩｎ、マンガンＭｎの複合添加でも同様な結果が得られ、顕著な上記と同じ効果が見られることが分かった。
本発明の実施形態に係る硬質金属合金部材は、金Ａｕ、プラチナＰｔ、銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、アルミニウムＡｌ、マグネシウムＭｇ等の含有量が３７．５０〜９９．９９５重量％であり、ガドリニウムＧｄ単独の、あるいはガドリニウムＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、アルミニウムＡｌ、マンガンＭｎ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、ボロンＢからなる群から選択される少なくとも１種の元素とで構成される硬質化添加剤を合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた金属合金で構成される。
更に、本発明の実施形態に係る硬質金属合金部材は、金Ａｕ、プラチナＰｔ合金、銀Ａｇ合金、銅Ｃｕ合金、鉄Ｆｅ合金、アルミニウムＡｌ合金、マグネシウムＭｇ合金からなる金属合金群から選択された少なくも１種以上の金属合金に、ガドリニウムＧｄ単独の、あるいはガドリニウムＧｄ以外の希土類元素、アルカリ土類元素、シリコンＳｉ、アルミニウムＡｌ、マンガンＭｎ、ジルコニウムＺｒ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、インジウムＩｎ、ボロンＢからなる群から選択される少なくとも１種の元素とで構成される硬質化添加剤を合計で５０ｐｐｍ以上１５０００ｐｐｍ未満の範囲で含有させた金属合金で構成される。
このように金属の含有率を３７．５％〜９９．９９５重量％とし、ガドリニウムＧｄを単独、または他の元素と複合化してなる硬質化添加剤を適量添加することにより、加工を加えない鋳造合金であっても従来にない高い硬度が得られるとともに、今までにない高い硬度、ヤング率、引張強度、耐熱性、作業性を得ることができる。
ガドリニウムＧｄは、体積占有率を考慮すると最も有効な硬質化元素であり、耐熱性の向上も顕著である。特に、Ｇｄを添加することにより極めて高いヤング率が得られることを見出した。このようにＧｄは硬度、ヤング率、引張強度の向上効果が大きいため、添加量は少量でよく，基合金の色調を変化させないで良好な色調を得ることができる。更に添加量が少量で占有体積が小さいので、基合金特有の特性を生かすことができる。
硬質化添加剤としての効果はＧｄ単体で発揮されるが、Ｇｄ以外の上記元素からなる群から選択される少なくとも１種の元素と複合添加することによる相乗効果によって優れた特性を得ることができる。
本発明の硬質金属部材は、硬度が高くかつ耐食性が良好であるため、耐久性に優れている。また、ヤング率が高くバネ性があり、引張強度も強く脆さがない。そして、このような優れた機械的特性を有するため、軽量化及び薄形化が可能である。更に、良好な色調を有しており、更に加工性が良好で作業性がよい。
本発明の金属合金部材は、硬度、引張強度、ヤング率が向上し、バネ性があり、伸び等もり、加工し易く、作業性がよい。従来の合金部材とは異なる。更に、これらの特性をユーザーの好みに応じて調整できることが大きな特徴である。
従って、上記元素の超高性能の貴金属合金／金属合金とユーザーの好みに応じて調整した個性的な貴金属合金／金属合金が得られるのが最大の特徴である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の金Ａｕ合金、プラチナＰｔ合金、銀Ａｇ合金、及び銅Ｃｕ合金の本実施形態組成とその比較例組成を示す。
第２図は、本発明貴金属合金の高純度金Ａｕ合金の硬度、引張強度、伸び、及び軟化特性を示す。
第３図は、本発明貴金属合金の高純度プラチナＰｔ合金の硬度、引張強度、伸び、及び軟化特性を示す。
第４図は、本発明貴金属合金の高純度銀Ａｇ合金の硬度、引張強度、及び軟化特性を示す。
第５図は  本発明金属合金の高純度銅Ｃｕ合金の硬度、引張強度、及び軟化特性を示す。
第６図は、本発明高純度銀Ａｇ合金の変色性と耐食性の改善効果を示す。
第７図は、本発明の鉄Ｆｅ合金、アルミニウムＡｌ合金、マグネシウムＭｇ合金の本実施形態組成とその比較例組成を示す。
第８図は、本発明の鉄Ｆｅ合金、アルミニウムＡｌ合金、マグネシウムＭｇ合金の硬度と引張強度特性を示す
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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