Resposta direta
Para fazer com que pink.png
tenha o mesmo canal alfa que black.png
use:
convert pink.png black.png -compose CopyOpacity -composite PNG32:fixed.png
Explicação
O problema fundamental era que o Imagemagick não estava escolhendo um formato PNG que suportasse pixels semitransparentes. É por isso que minhas bordas ficaram irregulares quando eu estava mudando a cor em primeiro lugar. Você tem várias opções para manter a transparência parcial:
convert (command) PNG32:out.png
convert (command) PNG64:out.png
convert (command) out.tif
Consulte a documentação do Imagemagick sobre sub-formatos PNG para descobrir que tipo de canal alfa cada um possui.