JP2017505381A - 発色処理された基材およびこのための基材の発色処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は発色処理された基材およびこのための基材の発色処理方法に関するもので、前記基材は、基材表面の均質性および耐食性を向上させることができ、短い時間内に色相を均一に具現することができる。したがって、前記発色処理された基材は、マグネシウム素材が使われる建築外装材、自動車インテリア、特にモバイルフォンケース部品などの電気、電子部品材料分野において有用に使用され得る。

Description

本発明はマグネシウムを含む発色処理された基材およびこのための基材の発色処理方法に関するものである。

マグネシウムは実用金属のうち超軽量金属に属する金属であり、耐摩耗性が優秀で、日光に強く、環境にやさしいが、金属の質感および多様な色相具現が難しいという問題がある。また、電気化学的に最も低く、きわめて活性的な金属であるため、発色処理がなされていない場合、大気中または溶液中での腐食が非常に早く進行されるため、産業への応用が非常に困難であるという問題がある。

最近の産業全般にわたる軽量化の傾向によってマグネシウム産業が注目を浴びている中、モバイルフォンケース部品などの電気、電子部品材料分野で金属質感外装材がトレンドになり、マグネシウムのこのような問題点を改善しようとする研究が活発に行われている。

その結果、大韓民国公開特許第２０１１−００１６７５０号はマグネシウム合金からなる基材の表面に金属質感の具現および耐腐食性確保のために金属含有物質を乾式コーティングした後、ゾルゲルコーティングするＰＶＤ−ゾルゲル法を提示しており、大韓民国公開特許第２０１１−０１３４７６９号は化学研磨を利用してマグネシウムを含む基材の表面に光沢を付与し、顔料が溶解された塩基性電解液に前記基材を陽極酸化させて表面を発色させる陽極酸化法を提示している。

しかし、前記ＰＶＤ−ゾルゲル法の場合、基材表面に金属質感は具現されるものの、マグネシウム固有の金属質感ではなく、多様な色相の具現が難しいという問題がある。また、陽極酸化法を利用して発色処理する場合、基材表面には不透明な酸化膜が形成されるだけでなく、金属固有の金属質感の具現が困難であるという問題がある。

したがって、マグネシウムを含む基材の実用化のためには前記基材の表面を化学的、電気化学的または物理的に処理して耐蝕抵抗性を向上させるとともに、表面に所望の色相を具現できる技術が切に求められている。

このような前記問題を解決するために、本発明の目的は、マグネシウムを含む発色処理された基材を提供することにある。

本発明の他の目的は前記基材の発色処理方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、
本発明は、一つの実施例において、
マグネシウムを含むマトリックス；および前記マトリックス上に形成され、下記の化学式１で表される化合物を含有する皮膜を含み、
前記皮膜上に存在する任意の領域（横１ｃｍおよび縦１ｃｍ）に含まれる任意の３点は、
各点間の平均色座標偏差差（ΔＬ^＊、Δａ^＊、Δｂ＊）が、ΔＬ＊＜０．６、Δａ^＊＜０．６およびΔｂ^＊＜０．５の中の一つ以上の条件を満足する発色処理された基材を提供する：
［化学式１］
Ｍ（ＯＨ）_ｍ
前記化学式１において、
Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、ＣａおよびＢａからなる群から選択される１種以上を含み、
ｍは、１または２である。

また、本発明は他の一つの実施例において、マグネシウムを含むマトリックスを水酸化溶液に浸漬する段階を含む基材の発色処理方法を提供する。

本発明に係る発色処理された基材は、マグネシウムを含むマトリックスの表面に化学式１で表される化合物を含有する皮膜を形成することによって、基材表面の均質性および耐食性を向上させることができ、短い時間内に色相を均一に具現することができる。したがって、前記発色処理された基材は、マグネシウム素材が使われる建築外装材、自動車インテリア、特にモバイルフォンケース部品などの電気、電子部品材料分野において有用に使用され得る。

ＣＩＥ色空間を図示したイメージである。 パターン構造の皮膜を含む発色処理された基材の構造を図示した断面図である。 マグネシウムを含むマトリックス表面にパターニングする前に、水酸化溶液に浸漬する段階をさらに遂行してパターン構造を含む基材の構造を図示した断面図である。 一つの実施例において、透過電子顕微鏡を利用して浸漬時間による皮膜の厚さを測定したイメージである：このとき、Ａは浸漬時間１０分の基材で、Ｂは浸漬時間１７０分の基材、Ｃは浸漬時間２４０分の基材である。 一つの実施例において、耐腐食性評価時、発色処理の有無による基材表面を写真撮影したイメージである：このとき、Ａは発色未処理の基材であり、Ｂは発色処理された基材である。 一つの実施例において、発色処理の有無および浸漬時間による基材の動電位分極曲線（ｐｏｔｅｎｔｉｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ）を図示したグラフである。

本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な実施例を有することができるところ、特定実施例を図面に例示して詳細に説明する。

しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。

本発明において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。

また、本発明で添付された図面は説明の便宜のために拡大または縮小して図示されたものと理解されるべきである。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明するが、図面符号にかかわらず同一であるか対応する構成要素に対しては同じ参照番号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。

本発明において、「色座標」とは、ＣＩＥ（国際照明委員会、Ｃｏｍｍｏｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅ ｌ「Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）で規定した色相値であるＣＩＥ色空間での座標を意味し、ＣＩＥ色空間での任意の位置は、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊の三つの座標値で表現され得る。

ここで、Ｌ^＊値は明度を表すもので、Ｌ^＊＝０であれば黒色（ｂｌａｃｋ）を表わし、Ｌ^＊＝１００であれば白色（ｗｈｉｔｅ）を表わす。また、ａ^＊値は該当色座標を有する色が純粋な赤色（ｐｕｒｅ ｍａｇｅｎｔａ）と純粋な緑色（ｐｕｒｅ ｇｒｅｅｎ）のうちいずれに偏ったかを表わし、ｂ^＊値は該当色座標を有する色が純粋な黄色（ｐｕｒｅ ｙｅｌｌｏｗ）と純粋な青色（ｐｕｒｅ ｂｌｕｅ）のうちいずれに偏ったかを表わす。

具体的に、前記ａ^＊値は、−ａ〜＋ａの範囲を有し、ａ^＊の最大値（ａ^＊ｍａｘ）は純粋な赤色（ｐｕｒｅ ｍａｇｅｎｔａ）を表わし、ａ^＊の最小値（ａ^＊ｍｉｎ）は純粋な緑色（ｐｕｒｅ ｇｒｅｅｎ）を表わす。例えば、ａ^＊値が負数であれば純粋な緑色に偏った色相であり、正数であれば純粋な赤色に偏った色相を意味する。ａ^＊＝８０とａ^＊＝５０を比較した時、ａ^＊＝８０がａ^＊＝５０より純粋な赤色に近く位置することを意味する。これとともに、前記ｂ^＊値は、−ｂ〜＋ｂの範囲を有する。ｂ^＊の最大値（ｂ^＊ｍａｘ）は純粋な黄色（ｐｕｒｅ ｙｅｌｌｏｗ）を表わし、ｂ^＊の最小値（ｂ^＊ｍｉｎ）は純粋な青色（ｐｕｒｅ ｂｌｕｅ）を表わす。例えば、ｂ^＊値が負数であれば純粋な黄色に偏った色相であり、正数であれば純粋な青色に偏った色相を意味する。ｂ^＊＝５０とｂ^＊＝２０を比較した時、ｂ^＊＝８０がｂ^＊＝５０より純粋な黄色に近く位置することを意味する。

また、本発明において、「色偏差」または「色座標偏差」とは、ＣＩＥ色空間における二色間の距離を意味する。すなわち、距離が遠いと色相差が大きく、距離が近いほど色相差が殆どないことを意味し、これは下記の数学式５で表されるΔＥ^＊で表示することができる：

［数学式５］

さらに、本発明において、「意図された模様」とは、基材の用途により表面に計画的および／または意図的に導入される模様を意味し、このとき、前記模様は規則性を有さない形態と規則性を有する形態をすべて含み得る。

これとともに、本発明において「波長変換層」とは、光の反射、屈折、散乱、回折などを調節して入射される光の波長を制御する層であって、皮膜で屈折および／または散乱された光が追加的にトップコートで屈折および散乱することを最小化させ、光反射を誘導することによって、皮膜によって発色された色相を維持する役割を遂行することができる。

最後に、本発明において、単位「Ｔ」は、マグネシウムを含む基材の厚さを表わすものであって、単位「ｍｍ」と同一であり得る。

本発明はマグネシウムを含む発色処理された基材およびこのための基材の発色処理方法を提供する。

従来、マグネシウムを含む素材に色相を具現する方法としては、金属含有物質や顔料などを利用して素材表面をコーティングするＰＶＤ−ゾルゲル法、陽極酸化法などが知られている。しかし、前記方法は基材の耐久性を減少させる恐れがある。また、素材表面に色相を均一に具現することが難しく、コーティングされる皮膜層が容易に剥離されて信頼性を満足させない問題点がある。特に、前記方法は金属固有の金属質感を具現することができないため、建築外装材、自動車インテリア、特にモバイル製品フレームなどの電気・電子部品素材分野での活用が難しいという問題がある。

このような問題点を克服するために、本発明は本発明に係るマグネシウムを含む発色処理された基材およびこのための基材の発色処理方法を提案する。

本発明に係る発色処理された基材は、マグネシウムを含むマトリックス表面に皮膜を均一に形成させることによって、短い時間内に色相を均一に具現することができ、形成された皮膜の厚さにより多様な色相を具現することができる。これとともに、基材表面の均質性および耐食性を向上させることができるという利点がある。

以下、本発明をより詳細に説明する。

本発明は、一つの実施例において、
マグネシウムを含むマトリックス；および前記マトリックス上に形成され、下記の化学式１で表される化合物を含有する皮膜を含み、
前記皮膜上に存在する任意の領域（横１ｃｍおよび縦１ｃｍ）に含まれる任意の３点は、
各点間の平均色座標偏差差（ΔＬ^＊、Δａ^＊、Δｂ＊）が、ΔＬ＊＜０．６、Δａ^＊＜０．６およびΔｂ^＊＜０．５の中の一つ以上の条件を満足する発色処理された基材を提供する：
［化学式１］
Ｍ（ＯＨ）_ｍ
前記化学式１において、
Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、ＣａおよびＢａからなる群から選択される１種以上を含み、
ｍは、１または２である。

具体的には前記発色処理された基材は、前記条件のうち２以上を満足させることができ、より具体的には前記条件をすべて満足させることができる。

一つの実施例において、本発明に係る発色処理された基材上に存在する任意の３点に対するＣＩＥ色空間での色座標を測定した。その結果、色座標偏差はΔＬ^＊＜０．０６、０．２３≦Δａ^＊＜０．３１および０．０１≦Δｂ^＊＜０．２１と前記条件をすべて満足した。また、前記測定値から導き出されるΔＥ^＊は、０．２３７≦ΔＥ^＊＜０．３７５と色座標の偏差が顕著に少ないことが確認された。これは本発明に係る発色処理されたマグネシウムの色相が均一であることを意味する（実験例１参照）。

前記発色処理された基材に具現される色相は、表面に入射される光の散乱および屈折原理を利用したものであって、基材表面に均一に形成された皮膜の平均厚さ調節を通じて入射光の散乱および屈折率を制御することによって、基材表面に意図した色相を均一に具現することができる。

このとき、前記マトリックスは、発色処理された基材が発色処理される以前の基材と同一であり得、前記マトリックスとしては、マグネシウムを含み、電気・電子製品素材分野においてフレームとして使用できるものであれば、その種類や形態は特に制限されない。一つの例として、マグネシウムで構成されるマグネシウム基材；表面にマグネシウムが分散された形態のステンレス鋼またはチタニウム（Ｔｉ）基材などを用いることができる。

また、前記皮膜は、平均厚さは特に制限されないが、具体的に５０ｎｍ〜２μｍ、より具体的には１００ｎｍ〜１μｍであり得る。

さらに、前記皮膜は、マグネシウムを含むマトリックス上に意図された模様を具現するパターン構造を有することができ、前記模様は皮膜の平均厚さ偏差によって具現され得る。

図２および図３を参照すると、前記皮膜１０２および２０２はパターニング領域１０３および２０３の場合、皮膜のパターニング領域１０３および２０３と非パターニング領域１０４および２０４を含み、前記パターニング領域１０３および２０３はマトリックス１０１および２０１上に皮膜が形成されないか薄い厚さで形成され、非パターニング領域１０４および２０４と一定の平均厚さ偏差を有し得る。このとき、前記模様は皮膜１０２および２０２の平均厚さ偏差による入射光の散乱および屈折率差によって具現され得る。

一つの例として、前記皮膜の平均厚さ偏差は下記の数学式１の条件を満足することができる：
［数学式１］
５ｎｍ≦｜Ｔ１−Ｔ２｜＜２．０μｍ
前記数学式１において、
Ｔ_１はパターニング領域の皮膜平均厚さを表わし、
Ｔ_２は非パターニング領域の皮膜平均厚さを表わす。

具体的に、前記皮膜の平均厚さ偏差は５ｎｍ以上２．０μｍ未満であり得、より具体的には、５ｎｍ〜１００ｎｍ；５０ｎｍ〜０．５μｍ；または０．５μｍ以上２．０μｍ未満であり得る。本発明は前記平均厚さ偏差範囲で、パターニング領域と非パターニング領域の大きな色相差を誘導し、より効果的に模様を具現することができる。

また、本発明に係る発色処理された基材は、マトリックス上に皮膜を含むことによって耐腐食性が向上され得る。具体的に、前記発色処理された基材は耐腐食性評価時に下記の数学式２を満足することができる：
［数学式２］
腐食度（Ｃｏｒｒ．Ｒａｔｅ）≦０．０１
前記数学式２において、
腐食度（Ｃｏｒｒ．Ｒａｔｅ）は、常温、０．５重量％塩水で動電位分極実験で測定された発色処理された基材の腐食程度を表わし、単位はｍｍ／ｙｅａｒである。ここで、常温は２５±２℃であり得る。

一つの実施例において、前記発色処理された基材と発色未処理された基材を対象に、常温、０．５重量％塩水での動電位分極試験を遂行して基材の耐食性を評価した。その結果、発色処理された基材の場合、腐食度（Ｃｏｒｒ．Ｒａｔｅ）は、０．０００４〜０．００１３ｍｍ／ｙｅａｒである反面、発色未処理された基材の腐食度は０．４３２２ｍｍ／ｙｅａｒであることが確認された。このような結果から、本発明に係る発色処理された基材は表面に皮膜を形成することによって、発色未処理された基材と対比して優秀な耐腐食性を有することが分かる（実験例３および４参照）。

このとき、前記皮膜は表面に入射される光を散乱および屈折させることができるものであれば特に制限されない。具体的に前記皮膜は、ナトリウム水酸化物（ＮａＯＨ）、カリウム水酸化物（ＫＯＨ）、マグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、カルシウム水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）_２）およびバリウム水酸化物（Ｂａ（ＯＨ）_２）の中のいずれか一つ以上であり得、より具体的にはマグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）であり得る。

一つの実施例において、前記発色処理された基材に含まれた皮膜のＸ線回折分析を遂行した。その結果、前記皮膜は、２θで表示される１８．５±１．０°、３８．０±１．０°、５０．５±１．０°、５８．５±１．０°、６２．０±１．０°および６８．５±１．０°の回折ピーク値を有するものと確認された。これは基材表面に形成された皮膜がブル−サイト（ｂｒｕｃｉｔｅ）結晶型を有するマグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）で構成されることを意味する。このような結果から、本発明に係る発色処理された基材はマグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を含むことが分かる（実験例２参照）。

また、本発明に係る発色処理された基材は皮膜上に形成された波長変換層およびトップコートをさらに含むことができる。

このとき、前記波長変換層としては、皮膜で屈折および／または散乱された光が追加的にトップコートで屈折および散乱することを最小化させ、光反射を誘導することによって、皮膜によって発色された色相を維持することができるのであれば、その種類や形態は特に制限なく用いることができる。具体的に前記波長変換層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、カドミウム（Ｃｄ）または銅（Ｃｕ）を含む金属および前記金属のイオンからなる群から選択される１種以上を含むことができ、具体的には金属であるクロム（Ｃｒ）を含むことができる。また、前記金属は、金属粒子の形態を有することができ、波長変換層形成過程にて窒素ガス、エタンガス、酸素ガスなどと反応して金属窒化物、金属酸化物、金属炭化物などの多様な形態を含むことができる。さらに、前記金属が皮膜上稠密に積層されて表面を完全に覆う連続層、または皮膜上に金属が散開された形態の不連続層であり得るが、これに制限されるものではない。

前記トップコートは、マグネシウムを含む基材表面の耐スクラッチ性および耐久性を向上させるためにさらに含むことができる。このとき、前記トップコートを形成するクリアコーティング剤は、金属コーティングに適用可能なクリアコーティング剤であれば特に制限されない。より具体的には、金属コーティングに適用可能な艶消しクリアコーティング剤または艶有り／艶消しクリアコーティング剤などが挙げられる。

前記トップコートを含む発色処理された基材は、３５℃、５重量％塩水噴霧処理し、７２時間経過後密着性を評価した場合、５％以下のトップコート剥離率を有し得る。

一つの実施例において、艶消しまたは艶有り／艶消しトップコートが形成された発色処理された基材を対象に、３５℃、５％塩水噴霧し、７２時間経過後クロス−カットテープテスト方法を遂行した。その結果、剥離されたトップコートの面積は試片全体面積と対比して５％以下と示された。このような結果から、本発明に係るトップコートが形成された前記基材は発色処理された基材とトップコートの間の密着力が優秀であることが分かる（実験例５参照）。

一方、本発明は他の一つの実施例において、マグネシウムを含むマトリックスを水酸化溶液に浸漬する段階を含む基材の発色処理方法を提供する。

本発明に係る前記基材の発色処理方法は、マグネシウムを含むマトリックスを水酸化溶液に浸漬して表面に皮膜を均一に形成することによって、色相を具現することができる。

このとき、前記水酸化溶液としては、水酸化基（−ＯＨ基）を含む溶液であれば特に制限されない。具体的に、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２およびＢａ（ＯＨ）_２からなる群から選択される１種以上が溶解された溶液を用いることができる。

一つの実施例において、マグネシウムを含むマトリックスを対象に水酸化溶液の種類による発色速度、発色力および色相均一度を評価した。その結果、水酸化溶液にＮａＯＨが溶解された水溶液を用いた場合、蒸留水を用いた場合と対比して色相の発色速度が４倍以上早いことが確認された。また、表面に発色される色相の発色力が優秀で、具現される色相が均一であった。このような結果から、水酸化溶液としてＮａＯＨなどの金属水酸化物が溶解された溶液を用いた場合、マトリックス表面に皮膜が迅速かつ均一に形成され、優れた発色力で色相を具現できることが分かる（実験例１参照）。

また、本発明に係る製造方法は、浸漬条件によりマトリックス表面に形成される皮膜の厚さを制御することができる。ここで、前記マトリックスは厚さによって熱伝導量が異なるため、マトリックスの厚さが異なる場合、同じ条件下で浸漬されたマトリックスであっても表面に形成される皮膜の厚さが異なり得る。したがって、マグネシウムを含むマトリックスの厚さにより浸漬条件を調節して皮膜の厚さを制御することが好ましい。

一つの例として、マグネシウムを含むマトリックスの厚さが０．４〜０．７Ｔである場合、前記水酸化溶液の濃度は、１重量％〜８０重量％、より具体的には１重量％〜７０重量％；５重量％〜５０重量％；１０重量％〜２０重量％；１重量％〜４０重量％；３０重量％〜６０重量％；１５重量％〜４５重量％；５重量％〜２０重量％；または１重量％〜１５重量％であり得る。これとともに、前記水酸化溶液の温度は９０℃〜２００℃、より具体的には、１００℃〜１５０℃、より具体的に９５℃〜１１０℃であり得る。合わせて、浸漬時間は１分〜５００分、具体的には１０分〜９０分であり得る。本発明は、前記範囲で基材表面に経済的に多様な色相を具現することができ、皮膜厚さの過度な増加による基材固有の光沢度減少を防止することができる。

一つの実施例において、マトリックスの浸漬時間が経過するにつれて基材表面に形成される皮膜の平均厚さが増加することが分かり、これによって、表面に発色される色相が転換されることが確認された。これは表面に具現される色相が皮膜の厚さにより転換されることを意味する。したがって、基材表面に具現される色相は、マトリックスを浸漬させる水酸化溶液の濃度、温度および浸漬時間の調節を通じて皮膜の形成速度および平均厚さを制御することによって調節可能であることが分かる。（実験例２参照）。

さらに、前記水酸化溶液に浸漬する段階は、
Ｎ_１濃度の水酸化溶液で浸漬する第１浸漬段階；および
Ｎ_ｎ濃度の水酸化溶液で浸漬する第ｎ浸漬段階を含み、
第１および第ｎ浸漬段階で、水酸化溶液の濃度は互いに独立的に下記の数学式３および４を満足し、ｎは２以上６以下の整数である方法によって遂行され得る：
［数学式３］
８≦Ｎ_１≦２５
［数学式４］
｜Ｎ_ｎ−１−Ｎ_ｎ｜＞３
前記数学式３および４において、
Ｎ_１およびＮ_ｎは各段階別水酸化溶液の濃度を意味し、単位は重量％である。

前述した通り、前記水酸化溶液に浸漬する段階は、マグネシウムを含む基材の表面に皮膜を形成して色相を具現する段階であって、形成される皮膜の厚さ調節を通じて発色される色相を調節することができる。このとき、前記皮膜の厚さは水酸化溶液の濃度により制御が可能であるため、マトリックスを浸漬させる水酸化溶液の濃度をＮ_１〜Ｎ_ｎ、具体的にＮ_１〜Ｎ_６；Ｎ_１〜Ｎ_５；Ｎ_１〜Ｎ_４；Ｎ_１〜Ｎ_３；またはＮ_１〜Ｎ_２；に細分化して順次浸漬する場合、表面に具現される色相の微細な色相差を調節することができる。

一方、本発明に係る基材の発色処理方法は、
水酸化溶液に浸漬する段階の前に、表面を前処理する段階；
水酸化溶液に浸漬する段階の前に、マトリックス表面をマスキングフィルムでパターニングする段階；および
水酸化溶液に浸漬する段階の後で、リンシングする段階のうちいずれか一つ以上の段階をさらに含むことができる。

このとき、前記表面を前処理する段階は、マトリックス上に皮膜を形成する前に表面をアルカリ洗浄液で処理して表面に残留する汚染物質を除去するか、研磨を遂行する段階である。このとき、前記アルカリ洗浄液としては、金属、金属酸化物または金属水酸化物の表面を洗浄のために当業界で通常的に用いられるものであれば、特に制限されない。また、前記研磨はバフィング（ｂｕｆｆｉｎｇ）、ポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ブラスティング（ｂｌａｓｔｉｎｇ）または電解研磨などによって遂行され得るがこれに制限されるものではない。

本段階では、マグネシウムを含むマトリックス表面に存在する汚染物質やスケールなどを除去できるだけでなく、表面の表面エネルギーおよび／または表面状態、具体的に表面の微細構造変化を通じて皮膜形成速度を制御することができる。すなわち、研磨が遂行されたマトリックスの場合、研磨が遂行されなかったマトリックスと同じ条件下で皮膜を形成するとしても、マトリックス表面に形成された皮膜の厚さは互いに異なることがあり、したがって、表面に発色される色相が互いに異なり得る。

また、前記パターニングする段階は、マトリックスを水酸化溶液に浸漬する前にマトリックス表面をマスキングフィルムでパターニングし、水酸化溶液浸漬時にパターン構造の皮膜が形成されるように誘導する段階である。

図２を参照すると、前記パターニングする段階によりマスキングフィルムでパターニングされた「パターニング領域１０３」は水酸化溶液浸漬時に皮膜が形成されなくなり、マスキングフィルムでパターニングされていない「非パターニング領域１０４」は皮膜が形成され、これら間に皮膜の平均厚さ偏差が発生するため、表面に発色される色相差によって模様を具現することができる。

これとともに、前記パターニングする段階の前にマトリックスを水酸化溶液に浸漬する段階をさらに遂行する場合、図３に示した通り、「パターニング領域２０３」にも「非パターニング領域２０４」と対比して相対的に薄い厚さの皮膜が形成されることによって、色相を発色させることができ、このとき、「パターニング領域２０３」で発色される色相は「非パターニング領域２０４」の色相とは互いに異なり得る。

ここで、前記マスキングフィルムはマトリックス表面にパターニング可能なマスキングフィルムであれば特に制限されないが、具体的に水酸化溶液に浸漬する段階遂行時、加えられる熱に対する抵抗性を有する離型可能な放熱フィルムなどを用いることができる。

さらに、前記リンシングする段階は、マトリックスに皮膜を形成した後、具体的にマトリックスを水酸化溶液に浸漬する段階の後で、マトリックス表面をリンシングすることによって、表面に残留する水酸化溶液を除去する段階である。この段階ではマトリックス表面に残留する水酸化溶液を除去することによって残留水酸化溶液による追加的な皮膜形成を防止することができる。

以下、本発明を実施例および実験例によってより詳細に説明する。

ただし、下記の実施例および実験例は本発明を例示するだけのもので、本発明の内容は下記の実施例および実験例に限定されるものではない。

実施例１．
１ｃｍ×１ｃｍ×０．４Ｔのマグネシウムを含む試片をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ溶液に４０分間浸漬した。その後、前記試片を蒸溜水でリンシングし、乾燥オーブンで乾燥させて発色処理された試片を製造した。

実施例２．
前記実施例１でマグネシウム試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ溶液に４０分間浸漬する代わりに３０分間浸漬することを除いては、前記実施例１と同じ方法で遂行して黄色に発色処理された試片を製造した。

実施例３．
前記実施例１でマグネシウム試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ溶液に４０分間浸漬する代わりに５５分間浸漬することを除いては、前記実施例１と同じ方法で遂行して赤紫色に発色処理された試片を製造した。

実施例４．
前記実施例１でマグネシウム試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ溶液に４０分間浸漬する代わりに８０分間浸漬することを除いては、前記実施例１と同じ方法で遂行して緑色に発色処理された試片を製造した。

実施例５．
４ｃｍ×７ｃｍ×０．４Ｔのマグネシウムを含む試片をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片にマスキングフィルムを付着した。その後、１００℃、１０重量％ＮａＯＨ溶液に２０分間浸漬し、蒸溜水でリンシングした後、乾燥オーブンで乾燥させてパターニングされた発色試片を製造した。前記試片を目視で観察する場合、表面に模様がパターニングされたことを確認することができた。

実施例６．
１ｃｍ×１ｃｍ×０．４Ｔのマグネシウムを含む試片をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ溶液に５０分間浸漬した。その後、前記試片を蒸溜水でリンシングして乾燥させた後、乾燥された試片に液相の艶消しクリア塗料でコーティングし、１２０℃−１５０℃オーブン乾燥して艶消しクリアコーティングされた試片を製造した。このとき、コーティングされた艶消しクリアの厚さは５μｍ以下である。

実施例７．
前記実施例６でマグネシウム試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ溶液に５０分間浸漬する代わりに８５分間浸漬することを除いては前記実施例６と同じ方法で遂行して艶消しクリアコーティングされた発色試片を製造した。

実施例８．
前記実施例６で艶消しクリアコーティング剤を用いる代わりに艶有り／艶消しクリアコーティング剤を用いることを除いては前記実施例６と同じ方法で遂行して艶有り／艶消しクリアコーティングされた発色試片を製造した。

比較例１〜比較例３．
前記実施例１でマグネシウム試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ溶液に４０分間浸漬する代わりに下記の表１に示された時間の間、１００℃、蒸溜水に浸漬することを除いては、前記実施例１と同じ方法で遂行して発色処理された試片を製造した。

実験例１．水酸化溶液の種類による基材の発色効率評価
水酸化溶液として用いられる溶液の種類によるマグネシウムを含む基材の発色速度、発色力および色相均一度を評価するために、下記のような実験を遂行した。

実施例１および比較例１〜比較例３で製造された発色処理された試片の発色力を目視で評価した。また、実施例２〜実施例４および比較例３の試片を対象に、各表面に存在する任意の３点Ａ〜Ｃを選定し、選定された地点に対するＣＩＥ色空間での色座標を測定して平均色座標偏差を求めた。このとき、色座標偏差（ΔＥ^＊）は下記の数学式５を利用して導き出し、その結果を下記の表２に表わした。

［数学式５］

まず、実施例１および比較例１〜比較例３で製造された発色処理された試片の発色力を目視で評価した結果、水酸化溶液としてＮａＯＨ水溶液を用いて表面を処理した試片が水酸化溶液として蒸留水を用いた試片と対比して試片の発色速度が早かった。より具体的には、ＮａＯＨ水溶液で処理された実施例１の試片は、浸漬１０分が経過した時点で試片固有の色相である銀色を維持したが、その後３０分が経過した時点で黄色に発色した。しかし、蒸溜水で処理した比較例１〜比較例３の試片のうち浸漬経過時間が４０分であった比較例１の試片は、表面の色相変化量が微小であり、発色未処理された基材と比較して色相差が大きくなかった。また、浸漬経過時間が１時間であった比較例２の試片は徐々に発色されて黄色が発色され、浸漬２時間が経過した比較例３の試片は黄色に発色されたが、発色された色相の発色力が前記実施例１の試片と対比して顕著に劣ることが確認できた。

次に、前記表２を詳察すると、ＮａＯＨ水溶液で発色処理された試片は発色された色相が均一であることが分かる。より具体的には、ＮａＯＨ水溶液で発色処理された実施例２の試片は試片上に存在する任意の３地点に対する色座標偏差がΔＬ^＊＜０．０６、０．２３≦Δａ^＊＜０．３１、０．０１≦Δｂ^＊＜０．２１および０．２３７≦ΔＥ^＊＜０．３７５と表れた。また、実施例３および実施例４の試片も、色座標偏差が０．０２≦ΔＬ^＊＜０．２４、０．０９≦Δａ^＊＜０．４４、０．０３≦Δｂ^＊＜０．４７および０．２７１≦ΔＥ^＊＜０．６３０と、その偏差が大きくないことが確認された。しかし、比較例３の試片は色座標偏差が２．２５≦ΔＬ^＊＜２．８８、０．７９≦Δａ^＊＜１．０１、３．１１≦Δｂ^＊＜３．２３および３．９１９≦ΔＥ^＊＜４．４０と、色座標偏差が大きかった。

このような結果から、マグネシウムを含む基材の発色処理はＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｂａ（ＯＨ）_２などを含む水酸化溶液に浸漬させた方が効率が優秀であるだけでなく、発色される色相も均一であることが分かる。

実験例２．水酸化溶液浸漬時間による基材の発色評価
マグネシウムを含む基材の浸漬時間による発色度を評価するために下記のような実験を遂行した。

１ｃｍ×１ｃｍ×０．４Ｔのマグネシウムを含む試片をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ水溶液に２４０分間浸漬した。このとき、前記試片をＮａＯＨ水溶液に浸漬した直後、５〜１０分間隔で発色される色相を目視で評価した。また、試片の表面に生成された皮膜の成分および厚さを確認するために、浸漬１０分、１７０分および２４０分が経過した時点の試片を対象に、皮膜のＸ線回折分析および透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）撮影を遂行した。前記結果は図４に示した。

本発明に係る発色処理された基材は水酸化溶液に浸漬する時間により発色される色相が互いに異なるものと示された。より具体的には、発色処理されていない銀色の試片を水酸化溶液に浸漬すると、３０分が経過した後、黄色、橙色、赤色、紫色、藍色および緑色に順次発色され、このような色相変化は時間が経過するにつれて一定の周期を有して繰り返されるものと示された。

また、１０重量％ＮａＯＨ水溶液に浸漬した後、１０分、１７０分および２４０分が経過した試片の皮膜に対するＸ線回折結果、三つの試片の皮膜すべてが、２θで表示される１８．５±１．０°、３８．０±１．０°、５０．５±１．０°、５８．５±１．０°、６２．０±１．０°および６８．５±１．０°の回折ピーク値を有してブル−サイト（ｂｒｕｃｉｔｅ）結晶型のマグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を含むことが確認された。

さらに、図４を詳察すると、前記皮膜の平均厚さは浸漬された時間が経過するにつれてそれぞれ約２００ｎｍ、６００ｎｍおよび９００ｎｍに増加することが分かる。

このような結果から、本発明に係る発色処理された基材はマグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を含有する皮膜を含むことによって発色されることが分かる。また、マグネシウムを含む基材の浸漬時間により表面に形成される皮膜の厚さを制御することができ、これを通じて発色される色相も調節できることが分かる。

実験例３．発色処理された基材の耐腐食性評価１
本発明に係る発色処理された基材の耐腐食性を評価するために下記のような実験を遂行した。

１ｃｍ×１ｃｍ×０．４Ｔのマグネシウムを含む発色未処理された試片、および実施例４で発色処理された試片をそれぞれ塩水噴霧試験機（ＳＳＴ、Ｓａｌｔ ＳｐｒａｙＴｅｓｔｅｒ）を利用して、３５℃で５重量％の塩水を均一に噴射し、９４２時間経過後の試片の表面を目視で評価した。その結果を図５に示した。

図５を詳察すると、本発明に係る発色処理された基材は耐腐食性が顕著に改善されることが分かる。より具体的には、発色未処理された試片は塩水による腐食が進行されて目視でも試片の表面が均一でなく、変形されたことが分かった。これに反し、表面に皮膜が形成された実施例４の発色処理された試片は、微々たる程度の脱色が進行されただけで、試片の表面変形は発生せず均一であることが確認された。

このような結果から、本発明により発色処理された基材は表面に皮膜を形成することによって、耐腐食性が向上することが分かる。

実験例４．発色処理された基材の耐腐食性評価２
本発明に係る発色処理された基材の耐腐食性を評価するために下記のような実験を遂行した。

１ｃｍ×１ｃｍ×０．４Ｔのマグネシウムを含む発色未処理された試片と発色未処理された前記試片と同じ試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ水溶液に７５分、１５０分および２３０分間それぞれ浸漬して得た試片を準備した。その後、準備された試片を０．５重量％塩水に浸漬した状態で７２時間が経過すると、発色未処理された試片と発色処理された試片を対象に動電位分極試験を遂行した。測定された動電位分極曲線を図６に示し、動電位分極曲線をターフェル分析（Ｔａｆｅｌ ａｎａｌｙｓｉｓ）し、各試片の分極曲線のターフェル領域（±２００ｍＶ）で得られる腐食電流密度（Ｉ_ｃｏｒｒ）、腐食電位（Ｅ_ｃｏｒｒ）および孔食電位（Ｅ_ｐｉｔ）を求めた。また、下記の数学式６を利用して導き出された値から腐食度（Ｃｏｒｒ．Ｒａｔｅ）を算出した。その結果を下記の表３に表した。

［数学式６］

前記数学式６において、Ｅ．Ｗはマグネシウム原子量／交換電子数＝２４．３０５／２であり；
密度は１．７３８ｇ／ｃｍ^３である。

表３に表された通り、本発明に係る発色処理された基材は耐腐食性が優秀であることが分かる。

より具体的には、水酸化溶液にそれぞれ７５分、１５０分および２３０分間浸漬された試片と発色未処理された試片に対する動電位分極試験を遂行した結果、発色処理された試片は約０．０００４〜０．００１３ｍｍ／ｙｒの腐食度（Ｃｏｒｒ．ｒａｔｅ）を示しており、発色処理時間が長くなるほど腐食度が次第に減少するものと確認された。反面、発色未処理された試片の場合、腐食度は約０．４３２２ｍｍ／ｙｒであり、発色処理された試片と対比して腐食度が約３３０倍以上高いものと確認された。

このような結果から、発色処理された基材の表面に形成された皮膜が表面に色相を具現するだけでなく、マグネシウムを含むマトリックスの腐食を防止する役割も遂行することが分かる。

実験例５．トップコートが形成された発色処理された基材の物性評価
トップコートが形成された発色処理された基材の耐腐食性および密着力を評価するために下記のような実験を遂行した。

実施例６および実施例８でトップコートが形成された発色処理された試片を対象に、前記実験例３と同じ条件で実験を遂行するものの、塩水噴霧７２時間が経過すると、試片の表面耐腐食性；および発色処理された基材と表面に形成されたトップコートの密着力を評価した。このとき、前記密着力はクロス−カットテープテスト方法で評価した。より詳細に、コーティングされたトップコートにナイフを利用して１ｍｍ間隔の横６線と縦６線が互いに交差するようにカッティングした後、横線と縦線の交差点にテープを堅固に付着させ、素早く剥がす時の試片全体面積に対する剥離されたトップコートの面積を測定する方法で密着力を評価した。

その結果、本発明に係るトップコートが形成された発色処理された基材は耐腐食性が優秀で、発色処理された基材とトップコートの間の密着力が優秀であることが分かる。より具体的には、艶消しまたは艶有り／艶消しトップコートが形成された実施例６および実施例８の試片は塩無噴水７２時間経過後にも腐食による表面変形が発生しないものと示された。また、耐腐食性試験が遂行された試片に対する密着力評価結果、テープによって剥離されるトップコートの面積はトップコート全体面積の５％以下であることが確認された。

このような結果から、本発明に係るトップコートが形成された発色処理された基材は優秀な耐腐食性を有するだけでなく、発色処理された基材とトップコート間の優秀な密着力を有することが分かる。

したがって、本発明に係る発色処理された基材は、マグネシウムを含むマトリックスをＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｂａ（ＯＨ）_２などを含む水酸化溶液に浸漬して表面に皮膜を形成することによって、表面の均質性および耐食性を向上させることができ、短い時間内に色相を均一に具現することができる利点がある。したがって、前記発色処理された基材は、マグネシウム素材が使われる建築外装材、自動車インテリア、特にモバイルフォンケース部品などの電気、電子部品材料分野において有用に使用され得る。

本発明に係る発色処理された基材は、マグネシウムを含むマトリックスの表面に化学式１で表される化合物を含有する皮膜を形成することによって、基材表面の均質性および耐食性を向上させることができ、短い時間内に色相を均一に具現することができる。したがって、前記発色処理された基材は、マグネシウム素材が使われる建築外装材、自動車インテリア、特にモバイルフォンケース部品などの電気、電子部品材料分野において有用に使用され得る。

Claims (16)

1. マグネシウムを含むマトリックス；および前記マトリックス上に形成され、下記の化学式１で表される化合物を含有する皮膜を含み、
   前記皮膜上に存在する任意の領域（横１ｃｍおよび縦１ｃｍ）に含まれる任意の３点は、
   各点間の平均色座標偏差差（ΔＬ^＊、Δａ^＊、Δｂ^＊）が、ΔＬ^＊＜０．６、Δａ^＊＜０．６およびΔｂ^＊＜０．５の中の一つ以上の条件を満足する、発色処理された基材：
   ［化学式１］
   Ｍ（ＯＨ）_ｍ
   前記化学式１において、
   Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、ＣａおよびＢａからなる群から選択される１種以上を含み、
   ｍは、１または２である。
2. 皮膜の平均厚さは、１〜２μｍである、請求項１に記載の発色処理された基材。
3. 皮膜は、マグネシウムを含むマトリックス上に意図された模様を具現するパターン構造を有する、請求項１に記載の発色処理された基材。
4. 模様は、下記の数学式１の条件を満足する皮膜の平均厚さ偏差によって具現される、請求項３に記載の発色処理された基材：
   ［数学式１］
   ５ｎｍ≦｜Ｔ_１−Ｔ_２｜＜２．０μｍ
   前記数学式１において、
   Ｔ_１はパターニング領域の皮膜平均厚さを表わし、
   Ｔ_２は非パターニング領域の皮膜平均厚さを表わす。
5. 耐腐食性評価時、下記の数学式２の条件を満足する、請求項１に記載の発色処理された基材：
   ［数学式２］
   腐食度（Ｃｏｒｒ．Ｒａｔｅ）≦０．０１
   前記数学式２において、
   腐食度（Ｃｏｒｒ．Ｒａｔｅ）は、０．５重量％塩水で動電位分極実験で測定された発色処理された基材の腐食程度を表わし、単位はｍｍ／ｙｅａｒである。
6. 皮膜は、マグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を含む、請求項１に記載の発色処理された基材。
7. マトリックスは、ステンレス鋼またはチタニウム（Ｔｉ）をさらに含む、請求項１に記載の発色処理された基材。
8. 皮膜上に形成されたトップコートをさらに含む、請求項１に記載の発色処理された基材。
9. マグネシウムを含むマトリックスを水酸化溶液に浸漬する段階を含む、基材の発色処理方法。
10. 水酸化溶液は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２およびＢａ（ＯＨ）_２からなる群から選択される１種以上を含む、請求項９に記載の基材の発色処理方法。
11. 水酸化溶液の濃度は、１重量％〜８０重量％である、請求項９に記載の基材の発色処理方法。
12. 水酸化溶液に浸漬する段階は、水酸化溶液の温度が９０℃〜２００℃である範囲で、１分〜５００分の間遂行する、請求項９に記載の基材の発色処理方法。
13. 水酸化溶液に浸漬する段階の前に、表面を前処理する段階；
    水酸化溶液に浸漬する段階の前に、マトリックス表面をマスキングフィルムでパターニングする段階；および
    水酸化溶液に浸漬する段階の後で、リンシングする段階のうちいずれか一つ以上の段階をさらに含む、請求項９に記載の基材の発色処理方法。
14. マスキングフィルムでパターニングする段階の前に、
    マグネシウムを含むマトリックスを水酸化溶液に浸漬する段階をさらに含む、請求項１３に記載の基材の発色処理方法。
15. マスキングフィルムは、離型可能な放熱フィルムである、請求項１３に記載の基材の発色処理方法。
16. 水酸化溶液に浸漬する段階は、
    Ｎ_１濃度の水酸化溶液で浸漬する第１浸漬段階；および
    Ｎ_ｎ濃度の水酸化溶液で浸漬する第ｎ浸漬段階を含み、
    第１および第ｎ浸漬段階で、水酸化溶液の濃度は互いに独立的に下記の数学式３および４を満足し、ｎは２以上６以下の整数である、請求項９に記載の基材の発色処理方法：
    ［数学式３］
    ８≦Ｎ_１≦２５
    ［数学式４］
    ｜Ｎ_ｎ−１−Ｎ_ｎ｜＞３
    前記数学式３および４において、
    Ｎ_１およびＮ_ｎは各段階別水酸化溶液の濃度を意味し、単位は重量％である。