KR100957928B1 - 알루미늄-마그네슘 합금 피막의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알루미늄-마그네슘 합금 피막에 관한 것이다.
본 발명은 진공실 내부에 마그네슘 증발소스 및 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판을 마련하는 단계; 상기 진공실을 10-5Torr 이하의 진공도로 배기한 후, 상기 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판을 350~500℃로 가열하는 단계; 및 상기 마그네슘 증발소스로부터 마그네슘을 증발시켜 증발된 마그네슘을 상기 기판위에 증착시킴으로써 알루미늄-마그네슘 합금층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 간단한 공정을 이용하면서도 우수한 피막특성을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금 피막의 제조를 가능하게 하며, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금 피막은 고내식성이 요구되는 제품의 표면처리에 유용하게 적용될 수 있다.
알루미늄, 마그네슘, 합금, 피막, 진공, 증착

Description

알루미늄-마그네슘 합금 피막의 제조방법{Method for manufacturing Al-Mg alloy films}
도 1은 본 발명에 이용될 수 있는 피막 제조장치의 개략도이다.
도 2는 마그네슘 증발소스 온도와 증착율의 관계를 보여주는 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1...진공실 2...증발소스
3...증발소스 덮개 4...증기제어노즐
5...기판홀더 6...기판
7...셔터 8...열전대
9...증발소스 히터 10, 10'...기판가열 히터
11...진공게이지 12...기판회전장치
본 발명은 알루미늄-마그네슘 합금 피막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판에 알루미늄-마그네슘 합금 피막을 형성시킴에 있어서 마그네슘의 재증발을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 증착과 동시에 합금을 형성시킬 수 있는 알루미늄-마그네슘 합금 피막의 제조방법에 관한 것이다.
알루미늄은 색상이 미려하고 내식성 및 내열성이 우수하여 화장품 케이스나 악세서리 등의 장식용 피막은 물론 반도체의 도전막, 자성재료나 강판의 보호피막, 온열 계통의 가전제품, 자동차용 머플러 등에 매우 폭 넓게 이용되고 있다. 또한, 알루미늄이 갖는 여러가지 특성(낮은 밀도, 우수한 가공성, 우수한 반사도 및 열전도성)으로 인하여 산업상 응용분야가 매우 다양하다. 최근 우주개발이나 항공산업이 크게 발달하면서 각종 소재에 알루미늄을 피막처리 함으로서 내식성 및 기계적 성질을 우수하게 하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예로서 맥도넬 더글라스사에서는 비행기에 사용되는 각종 부품에 알루미늄을 코팅하여 내부식 및 내마모 재료로 사용하고 있다. 한편, 독일에서는 강판상에 알루미늄을 진공증착하여 용기용 및 가전제품에 사용하고 있는 등, 그 응용은 헤아릴 수 없이 많다.
알루미늄은 전기도금으로 코팅할 경우 그 효율이 낮아 생산성이 떨어지기 때문에 대부분 물리증착법을 이용하고 있다. 물리증착법에는 크게 진공증착, 스퍼터링 그리고 이온플레이팅이 있으며, 내식성 향상을 위한 목적의 경우 일반적으로 이온플레이팅 방법을 이용하고 있다.
진공증착 방식으로 형성된 알루미늄 피막은 대체로 피막층에 많은 구멍을 포 함하고 있을 뿐만 아니라 기판과의 밀착성이 열악한 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 여러 가지 방법의 진공증착, 스퍼터링, 이온플레이팅 장치나 방법이 개발되었으며, 주로 피막의 균일성 및 피막과 기판간의 밀착성, 발생된 플라즈마의 안정성, 증발원의 재질 및 구조, 높은 이온화율 등이 제안되고 있다. 이외에도 알루미늄 피막위에 마그네슘을 증착하는 방법이 이용되기도 한다.
상기 마그네슘은 대기중에서 급격한 산화가 일어나 시간이 경과하면서 변색 또는 마모 등이 발생하게 된다. 따라서, 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 실 제품에 이용할 경우 양극산화나 화성처리 같은 별도의 표면처리를 실시하게 한다. 따라서, 알루미늄 위에 마그네슘을 단독으로 증착할 경우 별다른 특성 향상을 기대하기 어려우며, 결국 알루미늄과 마그네슘을 합금화시켜 내식성 향상을 이룰 필요가 있게 된다.
상기 알루미늄-마그네슘 합금은 가볍고 견고하여 항공기용 재료는 물론 노트북, 카메라 등과 같은 전자부품에도 폭 넓게 이용되고 있다. 그러나, 통상적으로 알루미늄과 마그네슘은 대기중에서 산화가 쉽게 일어나 별도의 표면처리를 통해 내식성 및 표면 보호를 하고 있다.
알루미늄-마그네슘 합금을 피막으로 제조할 경우 철강으로 만들어진 각종 부품의 내식성 향상에 크게 기여하는 것으로 알려져 있으며(Product Finish 45(6), 12 (1992)), 피막의 밀착력 및 밀도를 높이기 위해 이온플레이팅 방법으로 코팅하는 것이 일반적이다. 또한, 알루미늄 피막에 마그네슘이 약 5%정도 첨가되면 내식성이 30% 정도 향상되는 것으로 알려져 있다.
알루미늄-마그네슘 합금 피막을 제조하는 대표적인 종래기술로는 대한민국 특허등록 제0106444호가 있다. 상기 종래기술에서는 진공증착 방법을 이용하여 알루미늄과 마그네슘을 각각 두 개의 증발을 이용하여 증발시킴으로써 강판에 알루미늄-마그네슘 합금 피막을 형성시켜 알루미늄 피막내에 존재하는 미세 구멍 형성을 방지하여 낮은 두께에서도 내식성이 향상되는 방법을 제공하고 있다. 그러나, 상기 종래기술은 마그네슘의 증발율 제어가 어려워 피막내의 합금조성 제어가 어려울 뿐만 아니라 두 개의 증발원을 동시에 사용함에 따라 부착량 제어가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온으로 가열된 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판상에 마그네슘을 증착시킴으로써 증착과 동시에 합금층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금 피막의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
진공실 내부에 마그네슘 증발소스 및 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판을 마련하는 단계;
상기 진공실을 10-5Torr 이하의 진공도로 배기한 후, 상기 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판을 350~500℃로 가열하는 단계; 및
상기 마그네슘 증발소스로부터 마그네슘을 증발시켜 증발된 마그네슘을 상기 기판위에 증착시킴으로써 알루미늄-마그네슘 합금층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 알루미늄-마그네슘 합금 피막의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 본 발명에 이용이 가능한 진공증착장치의 예를 보여주는 도 1을 참조하여 상세하게 설명하나, 본 발명은 이러한 진공증착장치에 제한되는 것은 아니다.
먼저, 본 발명에서는 진공실(1) 내부에 마그네슘 증발소스(2) 및 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판(6)을 마련한다. 상기 마그네슘 증발소스(2) 하부에는 증발소스를 가열하기 위한 증발소스 히터(9)가 구비될 수 있으며, 증발소스(2) 상부에는 증기압 차를 형성하고 증기를 제어하기 위한 증발소스 덮개(3)와 증기제어노즐(4)이 구비될 수 있다. 상기 기판(6)은 기판홀더(5)를 이용하여 진공실 내부의 상단에 고정될 수 있으며, 상기 기판을 가열할 수 있는 기판가열 히터(10, 10')가 기판의 주위에 구비될 수 있다.
다음으로, 본 발명에서는 진공펌프(도시되지 않음)를 이용하여 진공도가 10-5Torr 이하가 되도록 배기한 후, 상기 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판(6)을 가열하게 된다. 상기 진공도는 10-5Torr 이하가 바람직한데, 그 이유는 진공도가 10-5Torr를 초과하면 진공실(1) 내부에 존재하는 잔류 가스에 의해 피막에 불순물의 혼입 가능성이 높아지기 때문이다. 또한, 기판을 가열할때 기판의 가열온도가 350℃ 미만이면 합금형성이 어렵고, 500℃를 초과하면 재증발에 의하여 피막형성이 곤란하므로, 상기 기판의 가열온도는 350~500℃로 제한하는 것이 바람직하다.
이어, 상기 마그네슘 증발소스(2)로부터 마그네슘을 증발시켜 증발된 마그네슘을 상기 기판위에 증착시키게 되며, 이때 상기 기판위에는 알루미늄-마그네슘 합금층이 형성된다. 상기 기판은 기판회전장치(12)에 의하여 회전되면서 증착되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기판위에 증착되는 마그네슘의 증착율(deposition rate)이 2㎛/분 이상이면 고온으로 가열된 기판에서 재증발이 거의 발생되지 않게 되어 원하는 두께의 피막을 용이하게 제조할 수 있으므로, 보다 바람직하다.
도 2는 마그네슘 증발소스 온도와 증착율의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 2㎛/분 이상의 증착율을 얻기 위해서는 마그네슘 증발소스의 온도를 600℃ 이상으로 제어하면 되는 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[실시예]
15cm×7.5cm×0.08cm인 용융알루미늄 도금강판을 기판홀더에 설치하였다. 마 그네슘 증발소스에 60g의 마그네슘을 장입한 다음 10-5Torr 이하로 진공배기하였다. 이후 기판을 하기 표 1의 온도조건으로 가열하였으며, 셔터(7)가 닫힌 상태에서 증발소스 히터를 가동하여 마그네슘을 증발시켰다. 이후, 기판회전장치를 이용하여 기판을 5rpm으로 회전시키면서 셔터를 열어 2분간 증착시켰다. 이때 각각의 증착율은 하기 표 1과 같다.
이후, 상기와 같이 제조된 시편의 피막특성을 검사하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
구분 기판온도 (℃) 증착율 (㎛/분) 피막특성
비교재1 310 3 합금이 형성되지 않음
발명재1 400 3 우수
비교재2 520 3 불량
발명재2 400 1 양호

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명재(1~2)의 경우, 우수하거나 양호한 피막특성이 얻어졌다.
그러나, 기판온도가 본 발명의 범위보다 낮은 비교재1의 경우 알루미늄-마그네슘 합금이 형성되지 않았으며, 기판온도가 본 발명의 범위보다 높은 비교재2의 경우 피막특성이 불량하게 나타났다.
또한, 기판온도를 본 발명의 범위로 하고 증착율을 1㎛/분으로 낮게 한 발명재2의 경우, 발명재1에 비하여 피막특성은 다소 떨어졌으나 비교재에 비해서는 양 호한 피막특성을 보여주었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 간단한 공정을 이용하면서도 우수한 피막특성을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금 피막의 제조가 가능하여, 고내식성이 요구되는 제품의 표면처리에 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (2)

  1. 진공실 내부에 마그네슘 증발소스 및 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판을 마련하는 단계;
    상기 진공실을 10-5Torr 이하의 진공도로 배기한 후, 상기 알루미늄 기판 또는 알루미늄이 코팅된 기판을 350~500℃로 가열하는 단계; 및
    상기 마그네슘 증발소스로부터 마그네슘을 증발시켜 증발된 마그네슘을 상기 기판위에 증착시킴으로써 알루미늄-마그네슘 합금층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 알루미늄-마그네슘 합금 피막의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기판위에 증착되는 마그네슘의 증착율이 2㎛/분 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금 피막의 제조방법.
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