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ジュエリー製造に使用される純金素材の紹介
純金の特徴と宝飾用合金材料
はじめに
イエローゴールドは、美しい色合い、化学的安定性の高さ、優れた審美性と収集価値、価値の保存と向上の役割を持つ。また、延性にも優れ、古来より宝飾品、工芸品、記念硬貨などの装飾材料や貨幣として使用されてきた。
目次
第Ⅰ節 金の基本的性質
1.金の物理的性質
金の物性指標は、表3-1に示すように多面的である。
表3-1 金の主な物理的性質と指標値（Ning Yuantao and etc, 2013より一部抜粋）
| 物理的性質 | インデックス値 | 物理的性質 | インデックス値 |
|---|---|---|---|
| クロマ | L*=84.0、a*=4.8、b*=34.3 | 線膨張係数（0～100） | 14.2 x 10-6/℃ |
| 密度（18） | 19.31 g/cm3 | 抵抗率（25） | 2.125 x 10-6 Ω - cm |
| 融点 | 1064℃ | 比熱容量（25） | 25.33 J/(mol - K) |
| 沸点 | 2860℃ | 融解熱 | 12.5 kJ/mol |
| 蒸気圧(1064℃) | 0.012 Pa | 気化熱 | 365.3 kJ/mol |
| 熱伝導率（25） | 315 W/(m - K) | デバイ温度 ϴp | 178 K |
| 熱拡散率（0） | 1.25 m2/s | 磁化率 | -0.15x10-6 cm3/g |
全体として、金の物理的性質には以下のような特徴がある：
(1)金は黄金色をしており、すべての金属材料の中で2色しかない金属のひとつである（もうひとつは銅）。
(2) 金は密度が高く、重く感じる。金の密度は温度が高くなるにつれて小さくなり、融点（ちょうど溶け始める温度）に達すると、密度は18.2g/cmまで下がる3完全に溶けて液体になると（温度は融点で一定）、密度は17.3 g/ cmに低下する。3.
(3) 金の融点は中程度で、融解熱は白金族金属より比較的低く、製錬、鋳造、溶接などの熱処理に有利である。
(4) 金は電気伝導性と熱伝導性に優れている。金の電気伝導率は銀と銅に次いで高く、第3位である。温度が上昇すると抵抗率は上昇する。熱伝導率は銀の74％と銀に次ぐ。
(5) 金は揮発性が非常に低い。1000～1300℃では、金の気化量はごくわずかである。金の気化速度は周囲の雰囲気と加熱温度に関係する。例えば、1075℃、1125℃、1250℃の大気中で金を溶解した場合、1時間後の金の損失は0.009％、0.10％、0.26％であり、石炭ガス中では蒸発した金の損失は大気中の6倍、一酸化炭素中では2倍である。
(6) 金の帯磁率は負であり、反磁性を示す。
2.金の化学的性質
2.1 金は化学的安定性が高い。
(1) 抗酸化作用。
金は抗酸化作用に優れ、大気中に水分があっても化学反応を起こさない。金は高温で酸素と反応しない唯一の金属であり、1000℃の酸素雰囲気中に40時間置いても重量減少は見られなかった。
(2) 耐食性。
金はイオン化ポテンシャルが非常に高く、化学的に非常に安定している。室温では、硝酸、硫酸、塩酸、フッ酸、その他の強酸などの無機酸は反応しない。ほとんどの有機酸（酒石酸、クエン酸、酢酸など）やアルカリ溶液のNaOHやKOHも反応しない。しかし、ある種の単一酸、混合酸、ハロゲンガス、塩溶液は、程度の差こそあれ、金を腐食させることがある。例えば、アクア・レジア（塩酸と硝酸の3：1混合液）、塩素水、臭素水、臭化水素酸（HBr）、ヨウ化カリウム中のヨウ素溶液（KI +I2)、アルコール性ヨウ素溶液(C2H5OH + I2)、塩化鉄塩酸溶液(FeCl3 + HCl）、シアン溶液（NaCN、KCN）、塩素（420 K以上の温度で）、チオ尿素（NH2CS⸳NH2)、アセチレン(C2H2753K）、セレン酸とテルル酸または硫酸の混合酸はすべて金と相互作用する可能性がある。金に対する様々な腐食媒体の影響を表3-2に示す。
表3-2 様々な腐食性媒体中での金の挙動
| 腐食性媒体 | ミディアム | 温度 | 金の腐食の程度 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 腐食性媒体 | ミディアム | 温度 | 腐食がほとんどない | わずかな腐食 | 中程度の腐食 | 重度の腐食 |
| 硫酸 | 98％ | 室温-100 | はい | |||
| 硝酸 | 70％ | 室温-100 | はい | |||
| 硝酸 | Smoky > 90％ | 室温 | はい | |||
| 塩酸 | 36％ | 室温-100 | はい | |||
| フッ化水素酸 | 40％ | 室温 | はい | |||
| アクア・レジア | 75％hc1 + 25％hno3 | 室温 | はい | |||
| 過塩素酸 | 70-72％ | 室温-100 | はい | |||
| リン酸 | > 90％ | 室温-100 | はい | |||
| 塩素 | 乾燥塩素 | 室温 | はい | |||
| 塩素 | 湿った塩素 | 室温 | はい | |||
| クエン酸 | 室温～100 | はい | ||||
| セレン酸 | 室温-100 | はい | ||||
| 水銀 | 室温 | はい | ||||
| 塩化鉄(III)溶液 | 室温 | はい | ||||
| 水酸化ナトリウム水溶液 | 室温 | はい | ||||
| アンモニア溶液 | 室温 | はい | ||||
| シアン化カリウム溶液 | 室温-100 | はい | ||||
| 溶融水酸化ナトリウム | 350℃ | はい | ||||
| 溶融過酸化ナトリウム | 350℃ | はい | ||||
| ヨウ素アルコール溶液 | 室温 | はい | ||||
2.2 金はさまざまな化合物を形成し、化合物中では+1または+3の酸化状態で存在する。
金の塩化物には、三塩化金（AuCl3)と一塩化物(AuCl)である。無水のAuCl3は赤色で、AuCl3⸳2H2Oは橙黄色である。金粉を塩素中で140～150℃で加熱すると、AuCl3.金をアクアレギアや塩素を含む水溶液に溶かすと、AuClも生成する。3.AuCl3のような他の塩化物と容易に錯体を形成する。4H[AuCl4によって、金は安定したAuCl4 を形成する。これが金抽出の塩素化法の基本である。金は、第一鉄塩、二酸化硫黄、シュウ酸などを使って、金を含む塩化物溶液から沈殿させることができる。
シアン化金には、シアン化金(AuCN)、ジシアン化金[Au(CN)]が含まれる。2などがある。塩酸または硫酸とシアン化金カリウム[KAu(CN) 2が得られる。レモンイエローの結晶性粉末で、アンモニア、多硫化アンモニウム、アルカリ金属シアン化物、チオ硫酸塩に溶解する。単純な金シアン化物はアルカリ金属シアン化物と容易に反応し、Na[Au(CN)2]、K[Au(CN)2酸素の存在下では、シアン溶液中の金も上記の錯体を形成することができる。 2溶液中に存在する。これはシアン金抽出にとって非常に重要である。 2溶液中の金は還元剤によって沈殿しやすい。
硫化金には、二硫化金（Au2S)、二硫化金(II) (Au2S2)、および金(II)三硫化物(Au2S 3) .金 2SはKCN溶液やアルカリ金属硫化物に溶ける。
金酸化物には、酸化金(II)（Au2O) と酸化金(III) (Au2O 3).金は酸素と直接反応しない、
酸化金は金を含む溶液からしか得られない。冷却した希釈塩化金を苛性ソーダで処理すると、濃い紫色の粉末である酸化金水和物を生成することができる。 2O.金 2Oが水と接触すると、Auに分解する。2O 3.
金の水酸化物は3価の[Au(OH) 3と一価（AuOH）であり、前者の方が安定である。
2.3 金化合物はすぐに金元素に還元される。
金を還元できる最も強い金属はマグネシウム、亜鉛、アルミニウムである。この性質は、金抽出のためのシアン化プロセスで利用され、亜鉛パウダーが代替に使われる。ギ酸、シュウ酸、ハイドロキノン、ヒドラジン、アセチレンなどの有機物質も金を還元することができる。金化合物の還元剤には、高圧下の水素、金より前の電位系列を持つ金属のほか、過酸化水素、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、塩化第二鉄、酸化鉛、二酸化マンガン、強塩基、アルカリ土類金属の過酸化物など、多くのものがある。
3.金の機械的性質
3.1 硬度が低い
焼きなまし状態では、金の硬度はHV25-27しかない。鋳造状態でも硬度はHV30程度である。冷間変形状態で変形率が60％の場合、硬度はHV60程度になる。
3.2 耐摩耗性が悪い
硬度が低いため、爪でひっかいたり、歯で噛んだりすると跡が残ります。ゴールド・ジュエリーは、日常的な着用時の衝撃や摩擦によって、すぐにへこみや傷、摩耗の問題が生じます。
3.3 高い伸び率、良好な延性
鋳造状態での伸び率は30％に達するが、焼鈍状態での伸び率は45％に達する。
3.4 低強度、低弾性率、変形しやすい
高純度金の室温での降伏強度はわずか3.43MPa、弾性率はわずか79GPaである。
4.金のプロセス性能
4.1 優れた鋳造性能
金の融点は中程度であり、溶湯の鋳造温度は一般に1200℃を超えないため、引けや真空などの鋳造欠陥が発生しにくい石膏型を用いた精密鋳造工程に適している。金の揮発性は極めて低く、1100℃～1300℃で製錬した場合、金の揮発損失は0.01％～0.025％に過ぎず、揮発損失量はチャージ中の揮発性不純物の含有量や製錬雰囲気に関係する。気体中の金の蒸発損失は空気中の6倍、一酸化炭素中の損失は空気中の2倍である。
4.2 優れた冷間加工性能
金は強度が低いため、常温で圧延、絞り、鍛造などの加工を施すことが容易である。資料には、フィリグリー（線細工）、ウィービング（織物）、ハンマー打ち、エングレービング（彫金）などの冷間加工技術を用いて作られた無数の金の装飾品や金製品が含まれている。通常、1gの純金を320mの長さのワイヤーに引き伸ばすことができる。現代の加工技術では、1gの純金を3420mの細線にすることもできる。純金はハンマーで叩いて0.1×10の厚さの金箔にすることができる。-3 mmで、顕微鏡で見ても非常に高密度に見える。しかし、鉛、ビスマス、テルル、カドミウム、アンチモン、ヒ素、スズなどの不純物が含まれると脆くなり、例えばビスマスを0.05％含む金箔は手で押しつぶすことができる。鉛の影響はさらに顕著で、純金に50 x 10-6 鉛の含有量が0.01％になると、金の延性は完全に失われる。
4.3 良好な溶接性能
金の高温化学的安定性が良いため、溶接性能は優れており、溶接中に金属接続に影響を与える酸化皮膜層が形成されず、介在物が形成されにくい。
4.4 金のボラティリティは非常に低い
1000℃の条件下で、金を酸素雰囲気中に40時間置いたが、減量は見られなかった。1075℃、1125℃、1250℃の条件下で金を空気中で溶解させたところ、1時間後の金の減量は0.009％、0.10％、0.26％であり、酸化ではなく揮発によるものである。
第二節 金の純度と測定単位
1.金の純度
1.1 純度を示す方法
金の純度とは、金の含有量、つまり金の最低品質の含有量を指す。従来、金の純度を表す方法には、百分率法、千分率法、K数法の3つがある。百分率法は金の含有量を百分率（％）で表し、千分率法は金の含有量を千分率（‰）で表します。K数法は英語の「karat」に由来し、金の純度や品質を計算するための国際的に認められた単位記号で、Kと略されます。
K数法：金の純度を24分割し、最も純度の高い純金を24K、最も純度の低い純金を1Kとする方法。理論上、純金の純度は24K＝100％から100％となり、K＝4.166666％と計算できる。1Kのパーセント値は無限に繰り返される小数であるため、国や地域によって1Kの値に関する規定が微妙に異なる。
1.2 宝飾用金の純度
ジュエリーに使われる金の純度によって、純金とK金に大別される。
(1) 純金部門
純金の金含有率は99％以上である。市場で一般的に呼ばれている純金、トータルゴールド、999ゴールド、9999ゴールド、レッドゴールド、24Kゴールドは純金に属します。
純金とは、純度1000分の1の金のことである。現実には、千分の一の純金を実現することは不可能である。諺にもあるように、"金は完全に純粋であることはできないし、完璧な人間もいない"。絶対的な純金は存在しないのである。現在の世界の最先端技術水準によれば、
最も純度の高い金は99.999999％にしか達せず、特に標準試薬の「試薬用金」として使用される。試薬グレードの高純度金を生産するには、大量の原料と燃料を必要とするため、国際貴金属取引市場では純金の何倍もの価格になっている。特定の業界においても、コストアップや廃棄物の発生を避けるため、試金石グレードの金は塩漬けのまま使用されている。また、宝飾品としての利用価値という観点からは、実用的な意味はない。
現在、純金ジュエリーに使われる金は、金の含有量によって主に3種類に分けられる：
「フォーナインゴールド」、純度99.99％、24Kゴールドである；
「スリーナイン・ゴールド」と呼ばれる99.9％の純度の金で、通称999ゴールド；
純度99％の「トゥーナイン・ゴールド」は、「99ゴールド」または「ピュア・ゴールド」として広く知られている。
(2) Kゴールド・タイプ
純金では強度と硬度が低すぎるため、純金に一定の割合の合金元素を加えて合金を作り、それに対応する細かさの金地金を形成することで、金の強度と靭性を高めることができ、国際的に有名な宝飾用金となる。
東洋と西洋の文化の違いから、宝飾品や装飾品に使われる金の含有量は国や地域によって異なる。しかし、宝飾品グレードの金として、世界各国が採用している基準は8K以下にとどまっており、表3-3に示すように、各グレードの最低金含有量を確保しなければならない。
表3-3 各国・地域で一般的な宝飾用金種
| 国または地域 | 一般的な金グレード | 対応する金の含有量 |
|---|---|---|
| 中国 | 純金、18K | 99.9％ , 75％ |
| インド | 22K | 91.6％ |
| アラブ諸国 | 21 K | 87.5％ |
| イギリス | 9Kが中心で、22Kと18Kが少量 | 37.5％, 91.6％, 75.0％ |
| ドイツ | 8K、14K | 33.3％ , 58.5％ |
| 米国 | 14K、18K | 58.5％ , 75.0％ |
| イタリア、フランス | 18K | 75.0％ |
| ロシア | 18K - 9K | 75.0％ ~ 37.5％ |
| 米国 | 10K - 18K | 41.6％ ~ 75.0％ |
国際標準化機構（ISO）は、宝飾品に使用される金の純度に関する要求事項を定めており、これはISOが推奨する純度と一致している。 その特徴はおおよそ以下の通りである：
22Kゴールド、
純金よりもわずかに硬度が高いため、大きめの一粒宝石をセッティングすることができる。しかし、強度が弱いため、ジュエリーのデザインはシンプルでなければならず、ジュエリー業界ではあまり使われていません。
18Kゴールド、
適度な硬度と理想的な延性を持ち、さまざまな宝石のセッティングに適しており、完成品は変形しにくいため、宝飾業界で最も広く使用されている金素材である。
14Kゴールド、
より硬い質感、高い靭性、強い弾性を持ち、様々な宝石をセットでき、装飾性に優れ、価格も手ごろである。
9Kゴールド、
硬度が高く、延性に乏しいため、単一の宝石をセットしたシンプルな形状のジュエリーを作るのに適している。安価で、流行のジュエリーやメダル、楯を作るのに使われることが多い。
1.3 ジュエリーの純度マークとラベル
ゴールド・ジュエリーの場合、純度は1000分の1（K数）で表され、ゴールド、Au、Gの組み合わせで表示される：Gold 750 18K Gold、Au750（図3-1）、Au18K、G750、G18K。
24Kゴールド・ジュエリーの製品ラベルについては、製品の純度を誇張して消費者に誤解を与えることを避けるため、"24Kゴールド"、"999ゴールド"、"9999ゴールド "のいずれであっても、"24Kゴールド "と表示しなければならない。公称金含有量を表示する必要があるとする。その場合、登録企業基準に基づき、ラベルの他の位置（製品名の前後ではない）に明記することができる。
図3-1 リングのカラースタンプ
2.金の測定単位
2.1 金重の測定単位
国際的に認められている金の測定単位には、グラム、キログラム、オンス、トロイポンド、ペニーウェイトなどがある。一般的に使用される金の測定単位は表3-4のとおりである。
表3-4 共通金計量単位換算表（国際的に認知された略号記号付き）
| 品質 | 金残高（グラム） | ペニー重量 | トロイオンス（t. oz.） | アボイド・オンス（av. oz.） | ポンド（平均ポンド） | グラム |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1金オンス | 1 | 0.041666 | 0.0020833 | 0.00228571 | 0.000142857 | 0.0648 |
| 1ペニーの重さ | 24 | 1 | 0.05 | 0.0548571 | 0.00342857 | 1.5552 |
| 1トロイオンス | 480 | 20 | 1 | 1.0971428 | 0.0685714 | 31. 1035 |
| 1トロイポンド | 5760 | 240 | 12 | 13.165714 | 0.822857 | 373.248 |
| 1オンス | 437.5 | 18.2292 | 0.911458 | 1 | 0.0625 | 28.35 |
| 1ポンド | 7000 | 291.666 | 14.58333 | 16 | 1 | 453.6 |
| 1 mg | 0.015432 | 0.000643 | 0.00003215 | 0.000035274 | 0.0000022046 | 0.001 |
| 1 g | 15.432 | 0.643 | 0.03215 | 0.035274 | 0.0022046 | 1 |
| 1 kg | 15432 | 643 | 32.15 | 35.274 | 2. 2046 | 1000 |
2.2 国際金価格測定単位
1933年以前は、金は米ドル、英ポンド、仏フランなど、さまざまな通貨で取引されていた。1944年までに各国はブレトンウッズ体制に達し、ドルと金を直接結びつけるようになった。ドルは次第に世界通貨となり、金1トロイオンス＝35ドルという固定相場が設定され、各国はドルを金に交換できるようになった。1970年代までは、アメリカの緩やかな金融政策が最終的にブレトンウッズ体制の崩壊を招き、金価格は1トロイオンス＝35ドルという固定相場ではなくなり、中央銀行は制限なく金を刷ることができるようになった。しかし、米国が世界最大の経済・軍事大国になると、ドルが金の価格決定通貨となった。現在に至るまで、国際的な金価格の測定単位はオンスあたりドルである。
セクション III 純金装飾のための素材と加工
1. 金無垢ジュエリーの市場における位置づけと共通課題
中国で何千年も受け継がれてきた考え方によれば、金と銀のジュエリーは富を表し、高貴さを体現するものである。同時に、古代の皇帝は黄色を身分を表す色と認識し、宮殿での褒美はしばしば様々な金銀のジュエリーに置き換えられた。そのため、金のジュエリーは高貴さと富の深い意味を持ち続け、特に調和のとれた結婚という美しい意味合いを体現している。伝統的な結婚式の習慣では、金の装飾品はほとんど不可欠である。その結果、金無垢のジュエリーは古来より様々な国の大衆に愛され、今日でもジュエリー市場で大きなシェアを占めている。
しかし、伝統的な純金ジュエリーにも、製造、加工、着用においていくつかの問題があり、一般的な問題は以下の通りである。
1.1 純度保証
ジュエリー業界における純金のカテゴリーは比較的曖昧で、一般的に24金、999金、純金と呼ばれるものはすべて純金に分類される。24金の金含有率は99.99％以上であり、近年市場で謳われている「9999純金」は24金に属し、純金の金含有率は99％以上であり、千金の金含有率は99.9％以上である。
宝石会社は一般的に純金ジュエリーを製造する際、原材料として純金インゴットを購入します。正規の純金インゴットの表面には、製造者、品質、純度、製造番号などを示すマークがなければならない（図3-3）。
図3-3 純金インゴット
国際標準化機構（ISO）は、表3-5に示すように、純金塊に含まれる不純物元素を制限している。
表3-5 純金インゴットに必要な不純物含有量
| グレード | Au含有率 | 不純物含有量 / X 10-6 | 総不純物含有量×10-6 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| グレード | Au含有率 | アグ | 銅 | フェ | 鉛 | Bi | Sb | 博士号 | Mg | スナップ | Cr | ニー | ムン | 総不純物含有量×10-6 |
| IC - Au99. 995 | ≥99.995 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤10 | ≤3 | ≤3 | ≤3 | < 50 |
| IC - Au99.99 | ≥99.99 | ≤50 | ≤20 | ≤20 | ≤10 | ≤20 | ≤10 | ≤30 | ≤30 | - | ≤3 | ≤3 | ≤3 | ≤100 |
| IC - Au99.95 | ≥99.95 | ≤200 | ≤150 | ≤30 | ≤30 | ≤20 | ≤20 | ≤200 | - | - | - | - | - | 500 |
| IC - Au99.50 | ≥99.50 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 5000 |
製造過程では、製錬、鋳造、溶接、冷間加工などの際に不純物が混入することがあります。溶接時に融点の低いはんだを使用すると、金の品質に影響を与えます。市場で最大のシェアを誇るAu999（純金）ジュエリーを例にとると、その品質を確保するために、製造工程や管理の強化に加え、購入する金原料は一般的にIC-Au99.99を推奨している。
1.2 サビ・スポットの問題
Au999は耐食性に優れていますが、ゴールドジュエリーの表面に錆の問題が報告されることは珍しいことではありません。図3-4は、Au999ゴールド・ジュエリーの表面に見られる "さび斑点 "を示している（図3-4）。ゴールド・ジュエリーの表面には、深刻な「さび斑点」がいくつも現れている。さび斑点」の分布は不均一で、大きさは様々で、ほとんどの斑点は肉眼または低倍率の顕微鏡で見ることができる。錆の斑点」の色は部分によって異なり、主に以下のようなものがある。
赤、茶、こげ茶、黒が、オー999の純金の背景とコントラストをなしている。ほとんどの斑点には赤褐色のカラーリングがあり、よりひどく変色した斑点はつながって、外側に広がる傾向のある錆の斑点を形成している。
図3-4 Au999ゴールド・ジュエリーの表面に見られる "錆点"
走査型電子顕微鏡で観察すると、「さびスポット」の中央部分にある微細な穴の数は様々である。図3-5に示すように、「さびスポット」の大きな領域では、より多くの、あるいはより大きな微細穴が存在する。
図3-5 「サビ・スポット」部分の中心にある微細な穴
ゴールド・ジュエリーの化学分析によると、全体的な金の含有量はAu999基準を満たしている。XPS光電子分光法を用いて錆の部分を検出したところ、AuのほかにAgが含まれていた。2SとNaClの不純物、微量のSiO2 微細な穴の内壁に汚染物質が付着した。従って、金宝飾品の表面錆斑の問題は、生産現場の管理不備によるところが大きい。例えば、現場のレイアウトが十分に合理的でなく、金と銀製品の生産エリアと工程の区別が不十分であること、製錬と酸処理の工程が隔離されておらず、仕上げの油圧エリアで高速回転する研磨工具まで金型の修理に使用されていること、現場の衛生状態が十分に清潔でなく、生産作業員が作業中に金の延べ棒や金型の表面を洗浄する工程要件を厳格に守っていないことなどが挙げられる。金宝飾品の生産工程には、製錬、圧延、切断、油圧、研磨など複数の工程があり、同じ生産設備で純銀製品も生産されることがあるため、純金製品の表面に銀の破片や粒子が押し付けられ、変色することが避けられない。長時間の生産加工では、どうしても生産エリアにゴミや埃が溜まってしまいます。圧延やスタンピングの工程中、作業エリアが適切に清掃されていない場合、特に近くで研磨作業が行われている場合、ほこりや汚れは簡単にかき混ぜられ、金の延べ棒の表面に押し付けられ、不均質な斑点を形成します。金ジュエリーが酸で処理されると、酸は不均質な斑点を微細な穴へと腐食させます。ワークピースの洗浄中に酸洗浄生成物を完全に除去できない場合、またはマイクロホール内に酸が残留している場合、酸は不均質スポットを侵食し続けます。酸洗浄によって除去されなかった金属不純物は、特定の条件下で金の下地と容易に微小電池を形成し、陽極として作用するため電気化学的腐食につながる。ゴールドジュエリーの保管中、腐食生成物は徐々に外側に移動し、最終的に「錆の斑点」と変色を引き起こします。
1.3 変形の問題
純金の強度は非常に低い。従来の技術で純金から作られたジュエリーは、製造中や着用中に変形しやすく、宝石のセッティングには適さない。ジュエリーの変形防止能力を向上させるためには、しばしばその肉厚を厚くする必要がありますが、これは金の重量を増加させ、各ピースが高価になります。
1.4 磨耗と破損の問題
純金の硬度は非常に低い。従来の技術で純金から作られたジュエリーは、身に着けている間にぶつかったり、傷がついたりしやすく、表面にへこみや傷ができ、次第にジュエリーの輝きが失われていきます。
1.5 スタイルの問題
純金は強度と硬度が低いため、複雑な形状、複雑な模様、高い加工精度、宝石のセッティングなどのジュエリーを作るのは容易ではありません。その結果、伝統的な純金ジュエリーは荒削りで芸術的価値に欠けるという厄介な立場に置かれ、ジュエリーの発展と拡大に一定の制限を課し、高級消費財としての芸術的価値を制限している。
2.改良純金素材と製造プロセス
2.1 電鋳ハード純金ジュエリー
装飾的なジュエリーの機能がますます顕著になり、国際的な金価格の高騰が続く中、中空で薄肉の純金ジュエリーは、形が大きく、軽量で、1個あたりの価格が安いため、かなりの市場競争力を持っている。鋳造やスタンピングなどの従来の宝飾品成形プロセスでは、この需要を満たすには手助けが必要である。そのため、電鋳が中空金宝飾品の主要な成形工程となっている。しかし、伝統的な電鋳プロセスで作られた純金ジュエリーは、変形や崩壊が非常に起こりやすく、身につけるジュエリーというよりは、展示品としてのみ適している。10年以上前、業界は電着の原理を利用した電鋳硬質純金プロセスを採用し始めた。電鋳液の配合を調整し、電鋳プロセスの条件を改善することで、金イオンは電界の影響を受けて導電性の陰極金型に移動する。コアを除去した後、図3-6に示すように、薄肉中空の硬い純金片が製造される。
図3-6 典型的な電鋳ハード・ゴールド・ジュエリー
2.1.1 電鋳硬質純金宝飾品の特徴
従来の純金ジュエリーと比較して、電鋳硬質純金ジュエリーは次のような特徴があります：
(1) 高純度。
金の含有量は99.9％を超え、通常、金の純度に関する関連国際基準を完全に満たし、同時に金の純度がAu999に達するという市場の需要も満たす。電鋳された硬質金宝飾品から無作為に3つのサンプルを選び、化学成分検査を行った結果を表3-6に示す。
表3-6 電鋳硬金の化学組成（2012年）
| 化学元素 | コンテンツ／％（英語 | 化学元素 | コンテンツ／％（英語 |
|---|---|---|---|
| アグ | 0.001 ~ 0.0036 | 博士号 | < 0.0003 |
| 銅 | 0.0025 ~ 0.0046 | Mg | < 0.0003 |
| フェ | 0.0003 ~ 0.0012 | として | < 0.0003 |
| 鉛 | 0.0003 ~ 0.0004 | スナップ | < 0.0003 |
| Bi | < 0.0005 | Cr | < 0.0003 |
| Sb | < 0.0003 | ニー | < 0.0003 |
| Si | < 0.0020 | ムン | < 0.0003 |
(2) 硬度が高い。
電鋳液の組成、電鋳プロセス、皮膜の厚さにもよるが、鋳造状態の硬度は一般にHV80以上に達し、なかにはHV140～160に達するものもある。
(3) ウェアラブル。
硬度が大幅に向上すると、ジュエリーの変形抵抗性が向上し、従来の中空ゴールド・ジュエリーが装飾品としての役割しか果たせなかった問題を解決し、アクセサリーとして着用できるようになる。
(4) 耐摩耗性。
従来の純金ジュエリーの柔らかさの限界を打ち破り、耐摩耗性は従来の純金アイテムよりもはるかに優れている。
(5) 軽量。
中空電鋳法を用いることで、肉厚は一般的に220μm以内となり、同じ外観と体積の従来の純金製ジュエリーに比べて大幅に軽量化されている。
しかし、電鋳ハードゴールドは比較的硬度が高いものの、性質上比較的脆い。中空であるため、着用時に鋭利なものとの衝突を避けるよう注意しなければならない。加えて、電鋳硬質金には、スタイルや製品構造に関して、まだ一定の制限がある。
2.1.2 電鋳硬質金の材料強化メカニズム
硬質金の電鋳プロセスは、IC-Au9.99純金を原料とし、複雑な合金イオンを含む電鋳液に調製する。電鋳液中の添加剤や電鋳プロセスの条件を改善することで、金層の結晶化方法が向上し、微細な結晶粒と緻密な構造を持つ鋳造組織が得られる。電鋳硬金の結晶構造も通常の金とは異なる（図3-7）。この微細で緻密な構造が、電鋳硬質金の高硬度の根本的な理由である。
図3-7 電鋳硬質24K金と通常の24K金とのX線回折の比較
2.2 マイクロ合金高強度24Kゴールド
24Kゴールド素材は強度が低く硬いため、複雑な形、複雑な模様、高い加工精度、宝石を埋め込んだジュエリーを作るのは容易ではありません。また、ジュエリーは着用中に変形しやすく、摩耗して光沢が失われやすい。物質的、文化的な生活水準の向上に伴い、消費者は以前よりも24Kゴールドジュエリーに高い純度を求め、ジュエリーの構造、スタイル、性能に対する期待も高まっている。そのため、微細合金化された高強度24Kゴールド素材と製造プロセスの研究開発が業界のホットな話題となっている。
2.2.1 マイクロアロイ24金の強化方法
前述したように、貴金属材料の強化法には、固溶強化、微細粒強化、変形強化、析出強化、分散強化、相変態強化などがある。微細合金金の開発においても、上記の強化方法の中から適切な方法を選択する必要があり、合金元素の添加量が非常に少ないため、良好な強化結果を得るためには、複数の強化経路の総合的な効果が求められる。
冶金原理の観点からは、微細合金元素はかなり幅広い。アルカリ金属、一部の耐火性金属、低融点金属を除き、単純金属、遷移金属、軽金属、メタロイドはすべてAuの微細合金元素として機能し、通常の濃度では有害とされる元素でも主要な微細合金元素として機能することがある。合金元素を選択する際には、一般的に以下の要素が考慮される。
(1) 固溶体強化の効果。
純金における合金元素の固溶体強化効果は、原子サイズの違い、電気陰性度の違い、合金元素間の結晶構造の違い、合金元素の含有量などの因子に関係している。合金元素の純金に対する固溶体強化効果は、固溶体強化パラメーターを用いて測定することができ、パラメーター値が大きいほど固溶体強化効果が高い。一般に、Li、Be、Na、K、Mg、Ca、Srのような原子量の小さい軽金属元素や、原子サイズの大きい希土類元素ほど固溶体強化パラメータの値が高い。
(2) 細粒強化効果。
純金の結晶粒微細化には、溶融金属の凝固晶析過程における一次的な結晶粒微細化と、熱処理過程における再結晶と結晶粒成長の抑制の両方が含まれます。希土類元素や高融点合金元素などの一部の合金元素は、凝固晶析時の効果的な結晶粒微細化剤や改質剤として作用することがあります。希土類元素は酸素との親和力が強く、溶湯を浄化するとともに、凝固晶析時の効果的な結晶粒微細化剤として機能する。コバルトは金合金の再結晶温度を上昇させ、再結晶の発生を抑制することができる。
(3)老化防止効果である。
Au中の合金元素の溶解度が温度の低下とともに低下する場合、固溶体時効処理によって準安定相または安定な第二相が析出し、合金の析出強化がもたらされる。少量のTi、希土類元素、Co、Sb、Caなど、多くの元素がAu中に効果的な析出物を生成することができ、これらはすべて金の時効析出強化効果につながる。
(4) ひずみ硬化の役割。
これは、微細合金である金が大きな強化効果を得るために必要な方法である。これは、粒界と転位、溶質原子と転位、第二相粒子と転位、転位同士の相互作用に依存します。
2.2.2 ミクロ合金高強度金の品質
lAu999ゴールドの品質は99.9％以上維持され、市場のゴールド品質に対する受容を満たしています。l微量の合金元素を添加し、冷間変形加工と組み合わせることで、従来の24Kゴールドよりも著しく高い強度と硬度を実現することができる。いわゆる "5Gハードゴールド "はマイクロ合金24金に属する。図3-8は、肉厚わずか0.2mmの "5G "硬質24Kゴールド中空ブレスレットで、管絞り、曲げ、溶接によって成形され、軽量、高硬度、良好な弾性を特徴とする。
図3-8 "5G "ハード24Kゴールド・ホロー・ブレスレット
合金元素の導入が0.1％と不十分なため、添加される合金元素にもよるが、鋳造時の硬さは一般にHV40～HV60である。圧延や絞りなどの冷間変形加工を施した後の硬さは、一般にHV80からHV120の範囲になります。場合によっては、特定の合金の硬度はさらに優れている。諸外国では、表3-7に示すように、通常のAu999に比べ硬度と強度を著しく向上させた微細合金Au999も開発・実用化されている。
表3-7 マイクロアロイ高強度Au999の特性（Christopher W. Corti, 1999より一部抜粋）
| 材料 | メーカー | 純度 | 鋳造硬度 HV/（N/mm2) | アニール硬度 HV/（N/mm2) | 加工硬度 HV/（N/mm2) | 引張強さ / MPa | 適切なクラフト |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5Gハードゴールド | 中国 | 99.9％ | 40 ~ 60 | - | 80 ~ 110 | - | キャスタブル |
| 高輝度純金 | 日本三菱 | 99.9％ | - | 55 | 123 | 500 | キャスタブル |
| THゴールド | 日本 徳力本店 | 99.9％ | - | 35 ~ 40 | 90 ~ 100 | - | キャスタブル |
| 普通の純金 | - | 99.9％ | - | 30 | 50 | 190 ~ 380 |
2.2.3 マイクロ合金高強度Au995
Au995の合金元素含有量はAu999よりわずかに多いため、選択できる合金元素が増える。複数の強化メカニズムを組み合わせて使用することで、大きな強化効果を得ることができる。表3-8に微細合金Au995の特性をいくつか示すが、総合処理後の合金の硬度は22金、あるいは18金に達するものもある。
表3-8 マイクロ合金Au995の性能（Christopher W. Corti, 1999による）
| 材料 | メーカー | 純度 | 鋳造硬度 HV/（N/mm2) | アニール硬度 HV/（N/mm2) | 加工硬度 HV/（N/mm2) | エージング状態 硬度 HV/（N/mm2) | 適切なクラフト |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 24Kハードゴールド | アフリカ・ミンテック | 99.5％ | - | 32 | 100 | 131 ~ 142 | 熟成可能 |
| 純金 | 株式会社日本スリーオー | 99.7％ | - | 63 | 106 | 145 ~ 176 | Can be aged & Castable |
| ウノアエレ 24Kゴールド | イタリア | 99.6％ | - | 33 | 87 | - | 冷間加工 |
| ウノアエレ 24金 | イタリア | 99.8％ | - | 62 | 118 | - | 冷間加工 |
| ディアウルム 24 | 英国タイタン | 99.7％ | 60 | - | 95 | - | キャスタブル |
2.2.4 99％Au - 1％Ti 硬質金
1980年代、ワールド・ゴールド・カウンシルは硬質金の研究に資金を提供し、表3-9に示すように、1％Tiを合金元素として用いたAu990硬質金の開発に成功した。この硬質金は、Tiの微細粒強化効果と、過飽和固溶体からAuに拡散して第二相を形成するTiの時効析出強化効果を活用し、合金の強度と硬度を大幅に向上させたものである。
表3-9 Christopher W. Corti, 1999による硬金の99％Au - 1％Ti性能
| パフォーマンス | 固溶体状態（800℃、1時間、急冷） | 冷間加工状態（加工率23） | エージング状態（500℃、1時間、急冷） |
|---|---|---|---|
| 硬度 HV/N/mm2 | 70 | 120 | 170- ~ 40 |
| 降伏強さ/MPa | 90 | 300 | 360 ~ 660 |
| 引張強さ/MPa | 280 | 340 | 500 ~ 700 |
| 伸び率／％。 | 40 | 2 ~ 8 | 2 ~ 20 |
99％Au-1％Tiは有望なマイクロ合金高強度金材料である。しかし、Tiを含むため、この合金系は真空中で溶解する必要があり、プロセスが難しく、色も従来の金と若干異なるため、用途が限定される。
