KR100266454B1

KR100266454B1 - 티타늄증착을 이용한 비철금속의 착색방법

Info

Publication number: KR100266454B1
Application number: KR1019980028918A
Authority: KR
Inventors: 이지환; 김선요; 조동철
Original assignee: 이지환; 박병욱; 주식회사뉴매트
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2000-09-15
Also published as: KR20000008860A

Abstract

본 발명은 비철금속의 표면에 다양한 색상을 착색할 수 있는 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 비철금속의 표면을 연마하는 단계와, 상기 비철금속의 표면에 동을 도금하는 단계와, 상기 동 도금층의 상부에 니켈-파라디움을 도금하는 단계와, 상기 니켈-파라디움 도금층의 상부에 티탄을 이온증착시키는 단계와, 상기 티타늄 증착층 표면을 양극산화법으로 발색시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타늄증착을 이용한 비철금속의 착색방법을 제공한다.

또한, 상기 티타늄 증착층의 두께는 0.5∼5㎛로 하며, 양극산화법시 전해액은 0.01∼5mol/ℓH₃PO₄, 0.05∼1.5mol/ℓH₂O₂및 0.01∼3mol/ℓH₂SO₄로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

Description

티타늄증착을 이용한 비철금속의 착색방법

본 발명은 비철금속의 표면에 다양한 색상을 착색할 수 있는 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 가공이 용이하고 가격이 저렴하며 현재 상용화되어 있는 다이캐스팅재 등의 형상이 복잡한 비철금속의 표면에 티타늄을 증착도금한 후 양극산화법으로 착색시키므로서 기존에는 얻을 수 없었던 우수한 내식성과 다양한 색상 및 광택을 가질 수 있는 티타늄증착을 이용한 비철금속의 착색방법에 관한 것이다.

종래 비철금속의 표면에 색상을 착색할 수 있는 방법으로는 대부분 원하는 색상의 도료를 소재의 표면에 도포하는 방법이 주류를 이루고 있었으나, 내식성 및 내마모성 등이 떨어져 미려한 외관 형상을 일정기간 이상 유지하여야 하는 건축재료, 장식품, 가전제품 등에의 적용이 제한되어 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 실용화되어 있는 값싼 비철금속의 표면에 티타늄을 증착하여 높은 미감 및 질감 등을 가질 수 있을 뿐만 아니라 기지금속인 비철금속의 내식성, 내마모성을 향상시킬 수 있는 티타늄증착을 이용한 비철금속의 착색방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 착색되어진 비철금속의 단면도,

도 2는 본 발명의 작업 공정도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 비철금속의 표면을 연마하는 단계와, 상기 비철금속의 표면에 동을 도금하는 단계와, 상기 동 도금층의 상부에 니켈-파라디움을 도금하는 단계와, 상기 니켈-파라디움 도금층의 상부에 티탄을 이온증착시키는 단계와, 상기 티타늄 증착층 표면을 양극산화법으로 발색시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타늄증착을 이용한 비철금속의 착색방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 수치한정의 이유에 대하여 설명한다.

먼저, 상기 티타늄 증착층의 두께를 0.5∼5㎛로 한정하는 이유는 그 두께가 0.5㎛이하이면 다음 공정인 양극산화에 의한 손상이 발생하고, 5㎛이상으로 증착하게 되면 증가되는 효과에 비해 경제성이 떨어지기 때문이다.

H₃PO₄를 0.01∼5mol/ℓ로 한정한 이유는 H₃PO₄가 0.01mol/ℓ이하 첨가되면 발색에 상당한 시간이 필요하기 때문이고, 5mol/ℓ이상 첨가되면 발색속도가 너무 빨라 색상제어가 불가능하기 때문이다.

그리고, 티타늄 소재의 표면을 세척해주는 H₂O₂및 H₂SO₄를 각각 0.05∼1.5mol/ℓ 및 0.01∼3mol/ℓ으로 제한하여 첨가하는 이유는 H₂O₂및 H₂SO₄가 각각 0.05mol/ℓ 및 0.01mol/ℓ이하로 첨가되면 티타늄 소재의 세척작용 및 선명도와 채도가 높은 색상을 얻을 수 없고, 각각 1.5mol/ℓ 및 3mol/ℓ 이상 첨가되면 티타늄 소재가 침식되어 표면이 백색의 거친 면으로 되어 발색이 불가능하기 때문이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에서 사용하고자 하는 티타늄은 가볍고 내구성이 우수한 특징을 가지고 있어 항공기와 레져 등의 공업적 제품 뿐만 아니라 장식품, 건축재료, 가전제품, 스포츠 용품 등의 일반용품에도 널리 이용되고 있으며 특히, 표면을 착색시킬 수 있어 한층 더 높은 색상의 미려함과 광택성을 부여할 수 있을 뿐만 아니라 다른 착색금속재에 비해 극히 채도가 높고 색조가 풍부하기 때문에 그 이용범위가 광범위한 원소이다.

그러나, 이러한 많은 장점을 가지고 있는 반면에 가공이 용이하지 않고 가격이 고가인 단점을 가지고 있다.

본 발명은 이러한 티타늄의 문제점들에 착안하여 기지금속을 비철금속을 사용하고, 상기 기지금속의 표면에 소량의 티타늄을 증착시킴으로써 비용을 절감하고 상기 티타늄과 비철금속의 밀착력을 향상시키고자 티타늄과 비철금속의 사이에 동 및 니켈-파라듐 도금층을 형성시켰다.

한편, 티타늄의 착색법으로는 양극산화법, 대기산화법 및 산화성욕 등의 침적법이 있으며 그중 대기산화법 및 산화성욕으로의 침적법은 산화성 분위기에서 티타늄 산화피막을 형성시키지만, 열에 의한 재질의 열화가 발생할 수 있고, 양극산화법에 비해 착색할 수 있는 색상이 적고, 선명도가 떨어지며 색상제어가 까다롭다는 단점이 있다.

이에 반해 티타늄을 양극, 알루미늄을 음극으로하고 질산, 황산 또는 인산 등의 무기산 욕중에 침적한 후 정전압 전해를 행하여 산화피막을 생성시키는 양극산화법은 색조의 종류가 다양하며 채도가 높고 색조제어가 용이하다는 장점이외에도 상온에서 행해지기 때문에 열에 의한 재질의 열화가 없고, 소재의 종류 및 형상도 제한이 없어 가장 널리 사용되고 있으며 본 발명에 적용한 방법이다.

또 다른 착색처리방법으로서는 TiO₂, TiN과 TiCN 코팅으로 유색도금을 기판상에 석출시키는 이온플레이팅법 등이 있지만 색상이 금색과 검정색 및 청색으로 한정되고, 형상이 복잡하거나 넓은 면적의 소재에서는 균일한 색상을 얻을 수 없어 본 발명에서는 제외되었다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명한다.

＜실시예＞

먼저, 착색하고자 하는 비철금속의 표면을 균일하게 연마한 후, 티타늄과 비철금속간의 밀착성, 내구성 및 표면조도를 향상시키기 위해 동 및 니켈-파라듐의 이중 도금층을 형성시켰다.

즉, 비철금속 및 니켈-파라듐과의 결합력이 우수하며 이후 도금되는 니켈-파라듐의 도금상태를 용이하게 확인할 수 있는 동을 먼저 도금한 후 티탄과의 결합력이 우수한 니켈-파라듐을 다시 한번 도금한 것이다.

이와같이 비철금속의 표면에 이중금속을 도금한 후 금 티타늄의 균일한 증착을 위해 이온플레이팅 장치내에 지그를 공전 및 자전을 할 수 있도록 설치하고 할로우 케서드 데포지트(Hollow Cathod Deposite) 법을 이용하여 어떠한 형상을 가진 제품이라도 균일하게 증착될 수 있도록 하였으며, 코팅속도는 0.2㎛/min, 산화피막 두께는 5㎛이하로 실시하였다.

또한, 전해액은 인산, 과산화수소 및 황산을 주성분으로 하고, 티타늄 코팅한 비철금속 소재를 전해액속에 넣은 다음 40℃이하의 온도에서 정전압 전해법으로 DC 5∼500V 및 AC 5∼350V 를 인가하여 양극산화처리를 행하였다.

1. 구리 및 그 합금

구리 및 그 합금은 기계적으로 표면을 경면 연마한 후, 60∼90℃의 탈지액에 넣고, 약 15분간 유지시켜 표면의 유지성분을 모두 제거하고, 수세로 탈지액 성분을 완전히 제거한다.

이때 탈지액의 성분이 약간이라도 남아 있게되면, 티타늄 증착공정에서 증착층과 비철금속사이의 밀착성이 떨어지게 되므로 완전히 제거해야 한다.

수세공정 후에 니켈-파라듐 도금을 행하고 그 위해 이온 플레이팅 장비를 이용해서 티타늄을 5㎛이하로 증착시켰으며, 챔버내의 온도는 약 500℃로 유지하였고, 압력은 1×10^-5torr 이상으로 하였다.

이후 하기 표 1과 같은 조건의 전해액내에서 양극산화처리 한후 수세, 건조시킨다.

표 1.

수용액 조성	수용액 온도(℃)	전 압(V)	전 류(A)
0.1 H₃PO₄+ 0.1 H₂sO₄+0.1 H₂O₂	상온	10∼280	5 이하

2. 주석 및 그 합금

주석 및 그 합금 공정도 상기 조건과 동일하게 실시하였고, 다만 주석의 녹는 점이 낮아서 이온플레이팅시 녹는 경우가 발생할 수 있으므로, 챔버내 온도를 200℃이하로 해주었으며, 전해액의 조건은 하기 표 2와 같다.

표 2.

수용액 조성	수용액 온도(℃)	전 압(V)	전 류(A)
0.1 H₃PO₄+ 0.1 H₂sO₄+0.1 H₂O₂	상온	10∼180	3 이하

3. 아연 및 그 합금

아연 및 그 합금의 양극산화처리 공정도 상기 구리 및 그 합금과 동일한 공정으로 실시하였으며, 다만 아연 및 그 합금은 진공도가 높을 경우 증발되기 때문에 하지도금을 균일하게 해 주어야 한다.

아연 및 그 합금의 양극산화처리를 위한 전해액의 조건은 하기 표 3과 같다.

표 3.

수용액 조성	수용액 온도(℃)	전 압(V)	전 류(A)
0.1 H₃PO₄+ 0.1 H₂sO₄+0.1 H₂O₂	상온	10∼170	5 이하

4. 알루미늄 및 그 합금

알루미늄 및 그 합금의 경우는 다이캐스팅으로 제조되기 때문에 기계적인 표면연마후 표면결함이 나타나지 않도록 주의를 요한다.

그 처리공정은 상기의 예와 동일하고, 전해액의 조건은 하기 표 4와 같다.

표 4.

상기와 같은 조건으로 각 비철금속에 티타늄을 증착후 양극산화법으로 착색시킨 결과가 하기 표 5와 같이 나타났다.

표 5.

구 분	공 시 제	전압(V)	접착성 평가	외 관 색
1	티타늄 증착/구리 및 그 합금	15	◎	금 색
2		30	◎	보라색
3		35	◎	남보라색
4		45	◎	청 색
5	티타늄 증착/주석 및 그 합금	10	○	황 색
6		20	○	연한 보라색
7		30	○	남보라색
8		40	○	청 색
9	티타늄 증착/아연 및 그 합금	15	◎	연노란색
10		20	◎	연보라색
11		30	◎	녹청색
12		35	◎	남보라색
13	티타늄 증착/알루미늄 및 그 합금	15	◎	진한금색
14		20	◎	진한 보라색
15		35	◎	하늘색
16		40	◎	연청색

상기 표 5와 같이 모든 시편에 있어 인가된 전압에 의해 형성되는 산화피막의 두께에 따라 다양하고 균일한 색상 및 우수한 광택성을 얻을 수 있었으며, 가로, 세로 1mm 간격으로 텅스텐 와이어(Tungsten Wire)로 스크레치(Scratch)를 주어 테이프로 테스트한 결과 어떠한 박리현상도 발견하지 못하였다.

또한, 하기 표 6과 같이 3% NaOH 용액에서 5일동안 실시한 내식성 시험결과 어느것에서도 피막층의 변화를 확인할 수 없었다.

표 6.

구 분	본 발 명	비교예
구 분	착색 Zn	착색 Sn	착색 Cu	착색 Al	착색 SUS304
1 일	○	○	○	○	○
2 일	○	○	○	○	○
3 일	○	○	○	○	○
4 일	○	○	○	○	×
5 일	○	○	○	○	×

상기와 같은 본 발명에 의해 비철금속 표면에 티타늄을 증착하여 착색시킴으로써 저렴한 비용으로 다양한 색상 및 광택성을 나타내며, 우수한 내식성을 갖는 착색 비철금속을 얻을 수 있다.

Claims

비철금속의 표면을 연마하는 단계와,

상기 비철금속의 표면에 동을 도금하는 단계와,

상기 동 도금층의 상부에 니켈-파라디움을 도금하는 단계와,

상기 니켈-파라디움 도금층의 상부에 티탄을 이온증착시키는 단계와,

상기 티타늄 증착층 표면을 양극산화법으로 발색시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타늄증착을 이용한 비철금속의 착색방법.
제 1항에 있어서,

상기 티타늄 증착층의 두께는 0.5∼5㎛로 하는 것을 특징으로 하는 티타늄증착을 이용한 비철금속의 착색방법.
제 1항에 있어서,

상기 양극산화법시 전해액은 0.01∼5mol/ℓH₃PO₄, 0.05∼1.5mol/ℓH₂O₂및 0.01∼3mol/ℓH₂SO₄로 구성되는 것을 특징으로 하는 티타늄증착을 이용한 비철금속의 착색방법.