[논문]열처리에 의한 14K, 18K yellow gold alloy의 경도 향상 및 표면 결함 완화

안지현; 서진교; 안용길; 박종완

doi:10.5695/jkise.2010.43.2.086

열처리에 의한 14K, 18K yellow gold alloy의 경도 향상 및 표면 결함 완화
Enhancement of Hardness and Moderation of Surface Defects of 14K, 18K Yellow Gold Alloy by Heat Treatment 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.43 no.2, 2010년, pp.86 - 90

안지현 (한양대학교 나노공학과) , 서진교 (한양대학교 신소재공학과) , 안용길 (한양대학교 신소재공학과) , 박종완 (한양대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we conducted heat treatment on 14K, 18K yellow gold alloy at various temperature conditions for improving their hardness and moderating their surface defects. Also after the heat treatment we used EPMA (Electron Probe Micro Analyzer), XRF (x-ray Fluorescence spectroscopy) for qualitative analysis and OM (optical microscope), SEM (scanning electron microscope) to investigate the changes of surface grain boundary. We used Vickers hardness tester to verify the changes of hardness. After the heat treatment, 14K, 18K gold alloys showed improved hardness and moderated surface defects at specific temperatures and duration.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

금의 가치를 향상시키기 위한 여러 가지 처리 및 합금 기법이 다양한 분야에서 연구되고 있다. 본 실험을 통해 우리는 시중에 유통되고 있는 금 합금 주얼리 제품을 손상시키지 않으면서 경도 및 광택을 향상시키는 최적의 열처리 조건을 찾고자 하였다.
본 연구에서 casting시 발생하는 표면적 결함 등을 분석하고, 다양한 온도에서의 열처리를 통해 casting 기법으로 제조된 장신구의 결함을 제거함과 동시에 경도 및 강도를 향상시키기에 가장 적합한 온도를 찾고자 실험하였다.
본 연구에서는 casting 기법으로 제조된 gold alloy 제품의 표면 결함 및 경도를 향상시키고자 열처리를 하였다. 용체화 처리 후 다양한 온도에서의 열처리를 한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
용체화 처리 후의 시료는 표 3에서 보는 바와 같이 경도가 약해졌다. 용체화 처리된 시료들을 온도를 변화시키며 시효경화(age-hardening) 처리를 하여 가장 좋은 경도를 나타내는 최적의 온도를 찾고자 하였다⁶⁾.

제안 방법

60분간 etching 후 DI water에 세척하고 다시 10분간 초음파 세척을 하였다. etching 후 OM(optical microscope)를 이용하여 입자 크기를 측정하였다.
균질화 처리는 일반적으로 용융금속을 고온에서 압연이나 단조하여 수지상정을 파괴하고 공간들도 압축한 후 적당한 온도에서 가열하여 재결정이나 확산 현상을 통해 금속을 안정화한다. 그러나 본 연구의 취지는 완성된 casting 제품을 손상시키지 않으면서 경도 및 결함을 제거하는 것이므로 단조의 과정을 생략하고 열처리를 하였다^4,5).
금의 품위에 따라 일반적으로 사용되는 합금의 금속 별 함량이 있으나 시중에서 유통되는 제품의 경우 어떤 합금을 사용하였는지 알 수 없다. 따라서 금의 정확한 함량을 측정하기 위하여 정량, 정성 분석을 하였다.
분석 시 casting 기법의 특성상 정확한 함량을 알기 위해 모든 시료는 ultra sonic에서 약 10분간 초음파세척을 하였다.
불균일한 입자를 열처리를 통하여 안정화 시키고자 먼저 열처리 전의 입자의 상태를 관찰하였다.
정확한 측정을 위하여 시료당 10회씩 측정하여 평균치를 이용하였다. 열처리 전 후의 표면의 결함변화를 관찰하기 위하여 SEM(scanning electron microscope)을 이용하여 입자의 변화를 분석하였다.
열처리 후 OM(optical microscope)을 이용하여 입자 크기의 변화를 관찰하였다. 경도 측정은 Vickers Hardness Tester를 이용하였으며 하중은 0.
또한 이러한 제품들은 물리적 충격에 약하여 쉽게 깨지거나 결함부분의 이물질의 산화 등에 의한 표면 변색 등의 문제가 있었다. 우리는 이러한 결함들을 제거하기 위하여 용체화 처리 및 agehardening의 열처리를 시행하였다. 열처리 과정에서 산화에 의한 변색을 방지하기 위하여 진공상태에서 가열을 하였더니 색의 변화가 거의 없었다.
이러한 이유로 제품 전체의 조직이나 성분이 일정하지 못하기 때문에 각 부분의 기계적 성질이 모두 다를 수 밖에 없다. 이러한 결함들을 제거하여 제품의 완성도를 높이기 위하여 본 연구에서는 열처리를 통한 균질화(homogenizing) 처리와 시효 경화(age-hardening)를 시행하였다. 균질화 처리는 일반적으로 용융금속을 고온에서 압연이나 단조하여 수지상정을 파괴하고 공간들도 압축한 후 적당한 온도에서 가열하여 재결정이나 확산 현상을 통해 금속을 안정화한다.
961 N으로 설정하였다. 정확한 측정을 위하여 시료당 10회씩 측정하여 평균치를 이용하였다. 열처리 전 후의 표면의 결함변화를 관찰하기 위하여 SEM(scanning electron microscope)을 이용하여 입자의 변화를 분석하였다.
본 실험에 사용된 시편은 casting 기법으로 제조된 14K, 18K 반지를 이용하였다. 포함되어 있는 합금의 성분을 알고자 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer), XRF(x-ray Fluorescence spectroscopy)를 통해 각 시편에 포함되어 있는 합금구성 성분을 정량적으로 분석하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 시편은 casting 기법으로 제조된 14K, 18K 반지를 이용하였다. 포함되어 있는 합금의 성분을 알고자 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer), XRF(x-ray Fluorescence spectroscopy)를 통해 각 시편에 포함되어 있는 합금구성 성분을 정량적으로 분석하였다.

성능/효과

1) 14K gold alloy 제품의 경우는 230℃에서 경도가 가장 높았으며 입자도 안정적으로 변하였다.
2) 또한 18K gold alloy 제품은 300℃에서 가장 높은 경도값 나타내었으며 안정적인 입자의 형태를 관찰할 수 있었다.
3) SEM을 통하여 내부에 생성된 수지상정 및 주상정이 입상정변하는 것을 확인할 수 있었으며, 안정적인 grain은 경도 및 표면 광택에도 우수한 영향을 주는 것을 알 수 있었다.
열처리 후 입자의 크기가 커지면서 안정적으로 배열 되고 그로 인해 경도가 상승되는 결과를 얻을 수있었다. 또한 금 합금의 함량과 성분에 따라 경도를 향상시키는 최적 온도에 조금씩 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 열처리 후 모든 시료는 경도가 상승하였고 입자의 안정적 배열로 표면의 미세결함 또한 많이 제거되었다.
열처리 과정에서 산화에 의한 변색을 방지하기 위하여 진공상태에서 가열을 하였더니 색의 변화가 거의 없었다. 또한 열처리 후 표면의 광택도 많이 감소되지 않아 제품을 손상시키지 않은 상태에서의 개선이 가능하였다. 열처리 후 입자의 크기가 커지면서 안정적으로 배열 되고 그로 인해 경도가 상승되는 결과를 얻을 수있었다.
본 실험에 사용된 시료는 표 2에서 보는 바와 같이 14K 시료에는 약 63% 가량의 금(Au)과 42%의 구리(Cu), 5%의 아연(Zn) 그리고 5% 가량의 은(Ag)을 포함하고 있었고, 18K 시료는 82%의 금(Au)과 8%의 구리(Cu), 그리고 9% 가량의 은(Ag)을 포함하고 있음을 확인하였다.
또한 금 합금의 함량과 성분에 따라 경도를 향상시키는 최적 온도에 조금씩 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 열처리 후 모든 시료는 경도가 상승하였고 입자의 안정적 배열로 표면의 미세결함 또한 많이 제거되었다. 그러나 금 합금 제품은 각 제품별 구성비가 매우 다양하므로 앞으로 꾸준한 연구를 통해 각 금 합금의 종류별 최적 온도를 찾는 것이 필요할 것이다.
또한 열처리 후 표면의 광택도 많이 감소되지 않아 제품을 손상시키지 않은 상태에서의 개선이 가능하였다. 열처리 후 입자의 크기가 커지면서 안정적으로 배열 되고 그로 인해 경도가 상승되는 결과를 얻을 수있었다. 또한 금 합금의 함량과 성분에 따라 경도를 향상시키는 최적 온도에 조금씩 차이가 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

열처리 후 모든 시료는 경도가 상승하였고 입자의 안정적 배열로 표면의 미세결함 또한 많이 제거되었다. 그러나 금 합금 제품은 각 제품별 구성비가 매우 다양하므로 앞으로 꾸준한 연구를 통해 각 금 합금의 종류별 최적 온도를 찾는 것이 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	casting 기법의 단점은?	이러한 주조 방법은 같은 제품을 대량생산할 수 있고 공임이 저렴하여 많이 사용되고 있으며, 최근에는 casting 기법의 발달로 인해 국내 유통되는 대부분의 제품이 casting 기법으로 생산되고 있다. 그러나 이러한 casting 기법은 주조 시 일정하지 못한 냉각속도의 차이와 완전하지 못한 융해(melting) 등으로 인해 발생되는 표면의 미세결함 등을 가지고 있다2,3).
	casting 기법이란?	그러나 시간이 오래 걸리고 대량생산을 할 수 없어서 최근엔 주조 기법으로 만들어 지는 casting 제품을 많이 만들고 있다. casting 기법은 왁스를 이용해 제품의 형태를 만든 후 제품의 형태대로 거푸집을 만들고 거푸집에 합금을 융해시켜 부은 후 냉각시켜 만드는 방법이다. 이러한 주조 방법은 같은 제품을 대량생산할 수 있고 공임이 저렴하여 많이 사용되고 있으며, 최근에는 casting 기법의 발달로 인해 국내 유통되는 대부분의 제품이 casting 기법으로 생산되고 있다.
	수가공의 단점은?	수가공은 여러 번의 annealing과 cold work 등을 통해 경도가 개선되고 입자들의 불안정으로 인한 결함이 상당부분 제거되므로 완성도 있는 귀금속 제품을 생산할 수 있다. 그러나 시간이 오래 걸리고 대량생산을 할 수 없어서 최근엔 주조 기법으로 만들어 지는 casting 제품을 많이 만들고 있다. casting 기법은 왁스를 이용해 제품의 형태를 만든 후 제품의 형태대로 거푸집을 만들고 거푸집에 합금을 융해시켜 부은 후 냉각시켜 만드는 방법이다.

참고문헌 (9)

M. F. Grimwade, Gold Technology, 9 (1993) 13.
D. Ott, Gold Technology, 13 (1994) 2.
W. S. Rapson, Gold Technology, 4 (1991) 16.
J. C. Chaston, Gold Bull., 4 (1971) 70.

상세보기
R. Roberti, G. Cornacchia, M. Faccoli, M. Gelfi, Mater. Sci. Eng. A 488 (2008) 50.

상세보기
R. Suss, E. V. D. Lingen, L. Glaner, Gold Bull., 37 (2004) 196.

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K. Yasuda, Gold Bull., 20 (4), (1987) 90.

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A. S. McDonald, G. H. Sistare, Gold Bull., 11(3), (1978) 66.

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이승평, 금속재료, 청호, (1998) 55.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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