The Properties of Au-Al Alloy Thin Films with a Thermal Evaporator for Purple Gold

Purple Gold is the alloy consisting of 78wt%Au-22wt%Al, and is expressed as a chemical formula, $AuAl_2$. Lately it is being used for the material of accessories or the decorative ornaments, being one of the colored golds having the peculiar purple color, like White Gold and Pink Gold. Purple Gold has the weak point in shaping through casting process due to the bad malleability and castability, being the intermetalic compound of Au and Al. Therefore, it is possible to produce the final product only by the cutting and the grinding process or to use it as a decorative coat with the thin film evaporation. This study implemented two kinds of thin film experiments. One is the case that heat treatment was made after Au and Al deposition evaporated separately with a weight ratio 78:22 on the 200nm$SiO_2$/Si substrate. The other is the case that the surface deposition was made through the vacuum evaporation, keeping the glass substrate temperature remain room temperature, using the bulk $AuAl_2$ as a source. The final film property was measured, focusing on the Purple Gold's color and thickness through the bare eye inspection, the microstructure analysis, the surface resistance analysis, the color difference analysis, and XRD analysis. Purple Gold was not formed, as the excessive surface agglomeration occurred, in case of being produced and treated thermally with 12.5nmAu/40nmAl/200nm$SiO_2$/Si structure. Our results suggest that of Purple Gold films, showing the same purple color as the bulk's, were successfully deposited with the direct thermal evaporation from the $AuAl_2$ bulk source.

퍼플골드를 위한 열증착법으로 제조된 Au-Al 합금 박막의 물성연구

퍼플골드는 78wt%Au-22wt%Al로 이루어진 합금으로 화학식은 $AuAl_2$로 표현된다. 최근 화이트골드, 핑크골드와 더불어 특유의 적자색 (보라색)이 나는 유색골드의 하나로 장신구나 의장용 소재로 활용되고 있다. 퍼플골드는 Au와 Al의 중간상으로 연성과 주조성이 나쁜 특성이 있어 단조와 주조작업을 통하여 원하는 형상의 퍼플골드를 얻기 힘든 단점이 있다. 따라서 절단과 연마공정만으로 최종제품을 제작하거나 박막으로 증착하여 의장용 소재로 활용하는 것이 가능하다. 본 연구는 순수한 Au와 Al을 소오스로 각각 200nm$SiO_2$/Si기판에 78:22의 무게비로 증착시킨 후 열처리를 시행한 경우와, $AuAl_2$를 용융을 통하여 벌크형으로 얻은 후 이를 소오스로 사용하여 유리기판에 기판온도를 상온으로 유지하면서 진공증착을 통하여 표면처리를 한 경우로 나누어 실험을 진행하였다. 완성된 시편은 육안검사, 미세구조분석, 면저항분석, 색차분석, XRD 분석을 통하여 증착된 퍼플골드의 색과 두께를 위주로 한 물성을 측정하였다. 12.5nmAu/40nmAl/200nm$SiO_2$/Si 구조로 제작하고 열처리 한 경우 과도한 표면응집현상이 일어나면서 퍼플골드가 형성되지 않았다. $AuAl_2$ 소오스로부터 직접 열증착한 경우는 벌크상태와 동일한 적자색을 보였으며 퍼플골드의 의장용으로서 심미적 기능이 가능한 것으로 판단되었다.