KR100442418B1 - 높은 정반사율의 알루미늄-티타늄 합금, 그 합금을포함하는 반사피막 및 그 피막을 포함하는 거울 및 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄의 함량이 80 내지 90 원자%이고, 티타늄의 함량이 10 내지 20 원자%인 알루미늄 및 티타늄을 기재로 한 금속합금에 관한 것이다. 본 발명은 금속합금이 미세결정질이고 열역학적으로 평형상태에 있지 않으며, 상기 합금은 그로 인해 산화와 부식에 대한 저항성을 가짐과 동시에 폴리머 재료에 대한 뛰어난 접착력을 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 바람직하게는 폴리머 재료인, 보호필름으로 덮힌, 바람직하게는 0.01 내지 3 ㎛ 두께의 상기 금속합금의 반사 피막에 관한 것이다. 본 발명은 더욱 더 약 65 %이상의 정반사율 및 부식과 산화에 대해 좋은 저항성을 가지며, 본 발명의 반사피막을 지지하는 바람직하게는 폴리머 재료인 기재를 포함하는 특수거울에 관한 것이다. 본 발명은 마지막으로 자동차의 백미러와 같은 거울을 포함하는 부품에 관한 것이다.

Description

높은 정반사율의 알루미늄-티타늄 합금, 그 합금을 포함하는 반사피막 및 그 피막을 포함하는 거울 및 부품{ALUMINIUM-TITANIUM ALLOY WITH HIGH SPECULAR REFLECTIVITY, REFLECTING COATINGS COMPRISING SAME AND MIRRORS AND PARTS COMPRISING SAID COATING}

선행기술에서, 상기한 특수거울은 일반적으로 "백금족 원소"라고 일컬어지는 금속, 즉 원소주기율표에서 VIII족의 금속, 더욱 특별하게는 로듐, 루테늄, 또는 팔라듐을 침착하여 제조된다. 이 금속들은 60%에 가까운 만족스러운 반사율을 가지고 있다. 이 금속들은 오염에 둔감하며, 높은 경도를 가지고 있기 때문에 기계적인 침해에 좋은 저항성을 갖는다. 그러나, 이 기술은 이러한 금속으로 피복하기가 어렵고 또 그 비용이 매우 높다라는 큰 약점을 가지고 있다.

몇 몇 제조사는 투명한 폴리머로 보호된 순수한 알루미늄 또는 은을 금속, 폴리머 또는 세라믹 기재에 침착시켜 거울을 제조하고 있다. 이러한 거울은 우수한 광학특성을 갖지만 피막의 오염, 블리스터링 및 스케일링으로 매우 빨리 훼손되기 때문에 침해성 환경에서 사용될 수 없다.

FR 2768069 에서 기술된 바와 같이 티타늄층은 크롬층과 결합되거나 결합되지 않고 사용되지만, FR 2768069가 투명 지지재의 뒷면에 이 층을 침착할 것을 추천하고, 그런 다음 기계적인 영향 및 화학적인 영향으로부터 특별히 잘 보호될 것을 지시할 정도로, 공격적인 환경에 쉽게 훼손된다.

티타늄 및 알루미늄의 합금은 당해 분야에서 잘 알려져 있다. 이것은 티타늄에 기계적인 특성을 부여하기 위해 사용되며; 이 합금은 낮은 알루미늄 함량을 가지며 일반적으로 구리를 함유하고 있다.

본 발명은 높은 정반사율의 알루미늄-티타늄 합금, 그 합금을 포함하는 반사피복 및 그 피복을 포함하는 거울과 부품에 관한 것이다.

본 발명은 더욱 특별하게는 특수거울의 디자인과 제조에 관한 것이다. 특수거울은 심지어 이것이 심한 구속을 받아도, 그것의 광학특성이 명확한 범위내에 있어야 하며 완전한 형태로 보존되어야 하는 거울이다. 본 발명에 대한 한정이 아닌 심한 구속의 예는, 예컨데 염화나트륨과 같은 화학물질이 존재하고 응축되거나 또는 응축되지 않은 습한 분위기와 같은 부식성분위기 이다. 더욱 특별하게는, 이것이 본 발명에 한정이 되지 않으며, 본 발명은 플라스틱 재료 또는 복합재료 지지체에 금속층을 침착시켜 제조한 거울에 대한 것으로; 후자의 경우, 반사피막 및 통상 폴리머인 기재간의 계면은 환경에 특히 민감하며 비가역적인 손상의 자리가 된다.

침해성 환경에 견디는 특수거울은 종종 금속을 적절한 구조를 제공하는 지지체위에 침착시켜 제조된다. 그 다음 금속층은 투명한 보호 필름에 의해 기계적, 화학적 또는 다른 침해에 대해 보호된다. 보호필름의 비한정적인 예는, 비록 실리적인 이유로 폴리머가 매우 자주 사용되지만, 금속 산화물 또는 산질화물이다.

따라서 이러한 종류의 거울은 2 개의 계면, 즉 기재/반사피복 계면 및 반사피복/보호필름 계면을 포함하며; 이것들은 오염, 블리스터링 및 모든 경우에서 거울에 심각한 손상을 유발시키는 분리의 자리가 될 수 있기 때문에 약한 지점들이다.

본 발명의 하나의 목적은 좋은 반사체 특성과 기재, 특히 폴리머 기재와 강한 화학적 결합을 형성하는 특성을 동시에 가지는 금속 합금을 제공하여, 상기 두 계면이 공업적 또는 염류 환경이건 대부분의 환경적인 침해에 대하여 저항성을 갖도록 하는 금속 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 부식 그에 따른 오염에 대하여 본질적으로 저항성을 갖는 금속합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 기재, 특히 폴리머 기재와 광범위한 사용범위에 걸친 온도 변화에 의해 열화되지 않는 화학결합을 형성하는 합금을 제공하는 것이다.

저렴한 가격으로 반사 피막를 제공하는 것 역시 본 발명의 목적이다.

하기의 설명을 숙독하면 명백해지는 다른 것들과 더불어 상기 목적들은, 알루미늄 함량이 80 내지 90 원자%이고, 티타늄 함량이 10 내지 20 원자%이고, 열역학적으로 평형상태에 있지 않으며, 따라서 산화와 부식에 대한 저항성을 가지며, 동시에 폴리머 재료와의 뛰어난 접착능력을 갖는 알루미늄 및 티타늄을 주성분으로 한 미세결정질 금속 합금을 제공하는 본 발명에 의하여 충족된다.

본 발명의 내용에서, 용어 "미세결정질"은 약 1㎛ 미만의 크기를 갖는 결정을 나타낸다. 본 발명에 있어서, 미세결정질 합금은 약 1㎛ 미만의 크기를 갖는 결정으로 구성된다.

본 발명의 금속합금의 성능, 특히 그것의 반사율에 관한 성능은 합금이 더욱 순수해지면 향상된다. 그러나, 2 원자% 까지의 불순물은 합금의 성능에 큰 영향을 주지않고 용인될 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서 금속 합금은 약 2 원자% 이하의 불순물을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 금속 합금은 84 내지 87 원자%의 알루미늄 함량을 그리고 13 내지 16 원자%의 티타늄 함량을 갖는다.

알루미늄에 첨가원소를 첨가하면 일반적으로 반사율이 크게 감소한다는 것이 당해 분야에서 잘 알려져있기 때문에, 본 발명을 이루기 위해서는 이러한 중요한 편견을 극복할 필요가 있다.

티타늄 및 알루미늄의 합금은 당해 분야에 공지이지만 이것은 일반적으로 저함량의 알루미늄을 갖는 합금이며, 일반적으로 구리를 함유하고 있으며, 티타늄에 기계적인 특성을 부여하기 위해 사용된다. 저함량의 티타늄을 갖는 알루미늄 합금은, 일반적으로 동등한 양의 망간 및 마그네슘과 더불어, 1 원자% 이하의 티타늄 함량을 갖는다. 압력하에서 속이 빈 몸체를 제조하고자 의도된 그러한 합금은 본 발명의 사용분야 및 범위를 완전히 벗어난다.

T.B. Massalski의 출판물 "2원 합금 상태도"는 vol 1, 175-176 쪽에서 알루미늄의 함량이 80 내지 90 원자%이고 티타늄의 함량이 10 내지 20 원자%인 알루미늄 및 티타늄의 합금을 개시하고 있다. 본 발명의 범위를 벗어나는 이 합금은 열역학적으로 평형상태에 있으며 미세결정질이 아니다. 이것들은 산화와 부식에 대해 요구되는 저항성을 가지지 못하며 폴리머 재료에 대한 큰 접착력을 가지지 못한다.

본 발명은 또한 상기한 본 발명에 따른 보호필름으로 덮힌 금속 합금층으로 구성된 반사피막을 제공한다.

이 금속 합금은 알루미늄 및 미세결정질 티타늄을 기재로 한 합금으로 열역학적으로는 평형상태에 있지 않으며, 알루미늄의 함량은 80 내지 90 원자%이고 티타늄의 함량은 10 내지 20 원자%이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 반사피막은 투명한 보호필름으로 덮힌 금속 합금층으로 구성되며, 금속 합금은 알루미늄의 함량이 80 내지 90 원자%이고, 티타늄의 함량이 10 내지 20 원자%이며 불순물의 함량은 많아야 약 2 원자%에 상당하는 알루미늄 및 티타늄을 기재로 한 합금이다. 본 발명의 반사피막에 있어서, 보호필름은 항상 폴리머 재료이다.상기 금속 합금의 반사율은 알루미늄의 함량이 84% 이하가 되면 감소하게 되는 경향이 있다. 또한 이러한 감소경향으로 인하여 알루미늄의 함량이 80% 이하가 되면 반사율이 너무 저하되어(65% 이하) 사용에 부적합하게 된다. 따라서 본원발명의 청구범위 제1항에 기재된 알루미늄 함량의 하한치와 청구범위 제3항에 기재된 알루미늄 함량의 하한치는 상기와 같은 이유로 인하여 설정된 것이다.또한, 티타늄은 부식에 대한 저항성을 높여 주는데 13% 이상 함유되어야 가장 바람직하고 최소한 10% 는 함유되어야 한다. 따라서 청구범위 제1항 및 제3항에 티타늄 하한치를 각각 10%와 13%로 설정하였다.합금 중 알루미늄 함량의 상한치는 대응되는 티타늄 합금의 하한치를 고려하여 설정된 것이다. 즉, 합금내 성분 함량의 총 합은 100%를 넘을 수가 없기 때문이다. 티타늄 함량의 상한치도 동일한 이유로 설정되었다.

금속 합금층의 두께는 대체적으로 0.01 내지 5 ㎛이다.

0.01 ㎛ 미만의 피막은 준-투명하다. 따라서 합금층의 두께를 상기 두께 이상으로 유지할 필요가 있다. 합금의 부식에 대한 저항성과 반사율을 높이기 위해서는 합금이 조밀한 구조를 제공하여야 하는데, 5 ㎛를 초과하면, 합금의 전체 두께에 걸쳐서 고르게 조밀한 구조를 제공하기가 어렵기 때문에 비록 다른 특성은 영향받지 않지만 반사율이 떨어진다.

상기와 같은 이유로 합금의 구조는 두께가 얇아질수록 조밀하게 되는데, 금속 합금층의 두께는 바람직하게는 0.01 내지 3 ㎛이고 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 ㎛이다.

본 발명은 또한 상기한 바와 같은 반사피막을 지지하는 기재를 포함하는 거울을 제공한다.

기재는 일반적으로 폴리머 재료이다.

적어도 약 65 %에 상당하는 정반사율, 부식 및 산화에 대한 저항성을 갖는 특수 거울을 얻기 위해서는, 투명한 보호필름으로 덮힌 금속 합금층으로 구성된 반사 피막을 선택할 필요가 있으며, 이 금속 합금은 알루미늄 및 미세결정질 티타늄을 주성분으로 하고, 열역학적으로는 평형상태에 있지 않으며, 알루미늄의 함량이 80 내지 90 원자%이고 티타늄의 함량이 10 내지 20 원자%이며, 불순물의 함량이 많아야 2 원자%에 상당하는 합금이며, 여기에서 합금층의 두께는 0.01 내지 3㎛인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 반사피막이 폴리머 기재에 침착되고 투명한 보호필름으로 보호되면, 이 조합은 반사율에 영향받지 않고 또는 계면에 나타나는 결함을 유발하지 않고 ISO 표준 9227의 염무시험과 같은 부식성 환경에 노출될 수 있다.

본 발명에 따르는 알루미늄/티타늄 합금은 어떠한 적절한 수단으로 침착될 수 있으나; 그러나, 특정조건(미세결정을 얻기 위해 당업자들이 쉽게 결정할 수 있음)하에서 다양한 형태의 음극 스퍼터링, 증착 및 동시증착과 같은 진공 침착은 이러한 물질을 박층형태로 제조하는데 특별히 지적되는 수단을 대표한다.

본 발명의 거울, 특히 특수거울은 자동차 백미러 또는 광고판과 같은 부품의 일부일 수 있다.

본 발명에 의한 합금은 폴리머에 대한 매우 높은 친화력과 접착력을 갖는다.

거울의 반사면이 환경 요소와 직접 접촉하고 있고 산화에 대해 보호되어 있지 않기 때문에 부식저항성 역시 높다.

니폰 지도샤 특허 JP 61133902는 투명한 TiO₂층 및 알루미늄 합금 예컨데 알루미늄 티타늄 합금의 반사층을 연속적으로 침착시킨 유리기재로 구성되는 거울을 기술하고 있다. 그 목적은 착색거울을 제조하는 것으로, 색상은 TiO₂층 내에서의 광간섭으로 생성된다. 이산화티타늄은 착색거울에 가장 중요한 구성요소이다. 알루미늄 합금의 반사층은 가시광선을 고려하여 유리의 뒷 부분에 있고; 따라서 그 반사면은 산화에 대해 보호되고 있음을 주목한다. 더욱이 상기 특허의 알루미늄 합금은 세라믹과 접촉상태이고, 본 발명의 알루미늄 합금과는 달리 폴리머에 대한 친화력을 가질 필요가 없으며, 세라믹은 폴리머와는 물리적-화학적인 면에서 완전히 다르다.

본 발명은 하기의 비한정적인 실시예에 관하여 더욱 상세하게 기술될 것이다.

실시예 1

이 실시예는 옥외용 거울제품에 관한 것이다.

거울의 구조물은 폴리카보네이트(기재)로 제조하였다.

이것은 바람에 유입된 입자의 마찰로 인한 마모에 대한 저항성을 가져야 했고 강우 및 공업적인 환경에 의한 부식에 대해서도 역시 저항성을 가져야 했다. 이러한 목적을 위해, 본 발명에 따라 85 원자%의 알루미늄과 잔량이 티타늄인 0.1 ㎛두께의 알루미늄 티타늄 합금층을 진공 침착, 예를 들면 음극 스퍼터링으로 침착하였으며, 그 후 내마모성이고 폴리실록산계인 투명한 피막(보호필름)으로 보호하였다.

거울의 반사율은 67% ± 1%이었고, 피막의 접착력을 ISO 표준 2409로 측정하였으며 그 결과는 클래스 0 이었다. 거울을 ISO 표준 9227에 따라 400시간 동안 염수 환경에 노출시켜 인공적으로 노화시켰다. 그 다음 수세, 건조하고 접착력을 다시 시험하였으며; 결과는 클래스 0이었고, 떨어지거나 스케일링은 없었다. 시험후의 반사율은 66% ± 1% 이었고, 초기값에 대한 이 차이는 대략 측정오차의 범위였다.

비교를 위해, 폴리카보네이트 기재에 동일 두께의 순수한 알루미늄을 침착시키고 이것을 동일한 폴리실록산 피막으로 덮어 종래 방식으로 만든 거울에 대하여 동일한 시험을 하였으며; 400 시간 동안 염무에 노출시킨 후, 피막은 거울 표면의 약 30%가 떨어졌으며, 이것은 사용할 수 없는 수치였다.

실시예 2

적외선 가열장치에 사용하기 위한 거울을 제조하였다. 거울은 그 성능에 영향받지 않고 200 ℃의 작업온도를 견딜수 있어야 했다. 이러한 목적으로, 폴리에테르이미드 구조체를 사용하였고 본 발명에 따른 알루미늄 티타늄층을 진공침착으로 이 구조체에 피복하였다. 조성물은 알루미늄 함량이 87 원자%이고 티타늄 함량은 13 원자%였다. 두께는 5 마이크로미터 였다.

거울의 본래의 반사율은 70 %였다. 피막의 접착력을 실시예 1에서 언급한 방법으로 시험하였고 그 결과는 클래스 0 이었다.

200 ℃에서 1시간 및 실온에서 2시간 기간을 번갈아가면서 거울에 일련의 시험을 하였다. 10주기 후에 시험을 정지하고 다시 특성을 측정하였다. 접착력 시험결과는 클래스 0 이었고, 반사율은 변함이 없었다.

비교하기 위해, 동일한 시험을 선행기술의 2개의 거울에 실시하였으며, 이중의 하나의 거울은 폴리에테르이미드 기재에 1 마이크로미터의 금을 피복하여 제조하였고, 다른 하나는 동일한 기재에 순수한 알루미늄을 피복하여 제조하였다. 10 주기후 금피막은 부분적으로 떨어져, 거울을 사용할 수 없는 상태가 되게 하였으며, 95 %였던 알루미늄 피막의 반사율은 표면의 산화물층의 성장으로 52 %로 감소되었다.

실시예 3

옥외에 전시하고자 광고판을 제조하였다. 광고판은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS)으로 제조되었고, 번쩍이는 금속성 외관을 가져야 했다. 사용기간은 정위치에서 5년을 훨씬 넘어야 했다.

이러한 목적으로, 82 원자%의 알루미늄 및 18 원자%의 티타늄을 포함하는 본 발명에 따른 알루미늄 및 티타늄의 합금으로 광고판을 금속도금하였다. 두께는 0.3 마이크로미터였다. 그런 다음 20 마이크로미터의 두께로 투명한 보호 니스를 피복하였다. 실시예 1에서 언급한 시험으로 측정한 피막의 접착력은 클래스 0이었고; 반사율은 68 % 였다.

실시예 1에서 언급한 표준화된 시험에 따라 염분에 100시간 노출시킴으로써노화를 모사하였다. 시험의 종료시점에서, 광고판을 세척, 건조하고 다시 특성을 측정하였다. 접착력은 변함이 없었으며 반사율은 65 % 였다. 이러한 약간의 변화는 염무에 의한 보호 니스의 약한 표면 손상으로 인한 것이었다.

비교하기 위해, 보통의 전기도금 기술에 의해 0.1 마이크로미터 두께의 크롬 침착층을 피복하고 동일한 니스로 보호한 광고판에 동일한 시험을 하였다. 반사율은 70 %였고 접착력 클래스는 0 이었다. 염무에 노출시킨 후에 반사율은 동일한 이유때문에 66 %로 감소하였으나 접착력 클래스는 단지 1 이었다.

실시예 4: 비-미세결정질 합금(본 발명에 따르지 않음)

경량의 플라스틱재 기재상에 고성능의 거울을 만들기 위해, 13 %의 티타늄을 함유하는 AlTi합금의 주괴를 주조하였고 압연하여 10 ㎛ 두께의 필름을 제조하였다. 필름의 x-선 조사를 통해 필름의 결정학적인 구조가 알루미늄 티타늄 상태도로 예측한 것과 일치함을 확인하였다.

합금은 미세결정질이 아니었고 열역학적으로 평형상태였다.

합금 필름을 그 후 폴리머 필름과 함께 압연하여 금속층의 두께를 0.2 ㎛로 감소시켰다.

그런 다음 금속이 입혀진 플라스틱재 필름을 거울의 구조물을 형성하는 폴리카보네이트 기재에 부착하였다. 이어서 반사면을 손상으로부터 보호하기 위해 투명한 스크래치방지 니스층으로 전체를 도포하였으며, 이 기술로 쉽게 공업화할 수 있으며 저비용으로 대량생산할 수 있다.

거울의 반사율은 75 %였다.

이러한 내구성을 확인하기 위해, 거울에 상기 실시예 1에서 기술한 염무시험을 하였다. 현저하게 매우 짧은 24 시간 동안의 시험후에, 보호니스층은 두드러지게 열화하였다. 현미경 조사는 열화의 근원이 이러한 방법에서 얻어지는 알루미늄 티타늄 합금에 대한 폴리머 니스의 불충분한 접착력인 것을 보여주었다.

Claims (15)

1. 알루미늄 및 티타늄을 주성분으로 한 미세결정질 금속 합금으로서, 알루미늄 함량은 80 내지 90 원자%이며, 티타늄 함량은 10 내지 20 원자%이고, 열역학적으로 평형상태에 있지 않으며, 따라서 산화와 부식에 대한 저항성을 가지며, 동시에 폴리머 재료에 대해 뛰어난 접착력을 갖는 것을 특징으로 하는 금속합금.
2. 제 1 항에 있어서, 불순물 함량이 많아야 2 원자%에 상당하는 것을 특징으로 하는 금속 합금.
3. 제 1 항에 있어서, 알루미늄의 함량이 84 내지 87 원자%이고 티타늄의 함량이 13 내지 16 원자%인 것을 특징으로 하는 금속 합금.
4. 보호필름으로 덮힌 제 1 항에 따르는 알루미늄 및 티타늄을 주성분으로 한 금속 합금층으로 구성되는 반사피막.
5. 투명한 보호필름으로 덮힌 제 2 항에 따른 알루미늄 및 티타늄을 주성분으로 한 금속 합금층으로 구성되는 반사피막.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 보호필름이 폴리머 재료의 필름인 것을 특징으로 하는 반사피막.
7. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 금속 합금층이 0.01 내지 5㎛의 두께인 것을 특징으로 하는 반사피막.
8. 제 7 항에 있어서, 금속 합금층이 0.01 내지 3㎛의 두께인 것을 특징으로 하는 반사피막.
9. 제 8 항에 있어서, 금속 합금층이 0.01 내지 0.5㎛의 두께인 것을 특징으로 하는 반사피막.
10. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 따르는 반사피막을 지지하는 기재를 포함하는 거울.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 기재가 폴리머 재료인 것을 특징으로 하는 거울.
12. 적어도 65 %에 상당하는 정반사율 및 부식과 산화에 대한 좋은 저항성을 갖는 특수 거울로서, 거울은 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 따르는 반사피막을 지지하는 기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 특수거울.
13. 제 12 항에 따르는 특수거울을 포함하는 부품.
14. 제 13 항에 있어서, 자동차의 백미러를 구성하는 것을 특징으로 하는 부품.
15. 제 13 항에 있어서, 광고판을 구성하는 것을 특징으로 하는 부품.