KR101294944B1 - 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 경면 방향성 전기 강판 및 티탄 타겟을 진공 챔버에 위치시키고, 진공 분위기를 형성하는 단계; 상기 진공 챔버에 질소 및 아르곤 기체를 투입하는 단계; 및 아크 전력을 인가하여 상기 전기 강판 표면에 질화 티탄 피막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 질소와 아르곤 기체는 1:0.05 내지 1:0.15의 중량비율로 투입되는 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 방향성 전기 강판을 제공한다.

Description

초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법{ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET HAVING ULTRA-HIGH TENSION AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
방향성 전기 강판은 Si 성분을 3.0% ~ 3.4%로 함유하고, 결정립의 방위가 (110)[001]방향으로 정렬된 집합 조직을 가지는 강판을 말하는 것으로, 이러한 방향성 전기 강판은 압연 방향으로 극히 우수한 자기적 특성을 나타내기 때문에, 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자 기기 등의 철심 재료로 사용된다.
이러한 방향성 전기 강판은 그 표면에 포스테라이트계 바탕 피막을 형성하고, 그 위에 인산염 피막으로 이루어지는 절연 코팅막을 형성하는 것이 일반적인데, 최근 방향성 전기강판의 고급화 추세에 따라 절연피막의 고 장력화에 의한 자성 개선에 대한 연구가 활발히 시도되고 있다. 절연 피막의 피막 장력이 클수록 와류손실이 축소되기 때문에 기판의 자성 특성 개선 효과가 있다.
한편, 방향성 전기강판은 최종 공정으로 절연코팅 및 평탄화 소둔의 최종공정을 거치게 되는데, 이때 절연 코팅 후 소둔을 거치면서 열에 의해 팽창된 강판은 냉각 시 다시 수축하려는 반면 이미 세라믹화가 된 절연 코팅 피막은 강판의 수축을 방해하게 된다. 일반적으로 절연코팅 피막의 두께 기판에 비하여 아주 적을 때 압연 방향에서의 잔류응력 (Residual stress) σRD 은 다음과 같은 식 (1)로 표현될 수 있다 (A.J.Moses and J.E. Thompson, Proc. IEEE, 119, 1222 [1972]).
식 (1)
Figure 112010086652181-pat00001
여기서 △T= 온도차 (℃), αSi-Fe= 강판의 열팽창 계수, αC = 절연 코팅 피막의 열팽창 계수, Ec= 영역에서의 절연 코팅 피막의 Young's Modulus의 평균값, δ= 강판과 절연 코팅 피막의 두께비, νRD = 압연방향에서의 Poisson's ratio이다.
상기 식 (1)로부터 피막에 의한 잔류 응력은 강판과 절연 코팅 피막의 두께비나, 강판과 절연 코팅 피막의 열 팽창 계수의 차가 클 수록 커짐을 알 수 있다. 그러나 피막 두께가 높아지면, 점적율이 떨어지는 문제가 있으므로, 현재 대부분의 연구는 강판과 절연 코팅 피막 간의 열 팽창 계수 차이를 크게 함으로써 잔류 응력을 높이는 방향으로 진행되고 있다. 예를 들어, 고온의 유리 전이점을 가진 콜로이달 실리카를 사용하여 피막 장력을 향상시키는 방법이나, 알루미나 주체의 알루미나 졸과 붕산 혼합액을 이용하여 전기 강판 상에 고장력의 산화물 피막을 형성하는 기술 등이 제안되었다.
현재 사용되는 전기 강판의 경우 통상의 절연 피막에 의한 피막장력이 0.23mm 두께의 방향성 전기강판에서 0.30~0.36 kg/mm2의 수준이며, 이 정도의 피막 장력 부여에 의해 최종 제품의 자성 기여율에 약 3~4%의 개선효과가 있다고 보고 되고 있다. 그러나, 보다 고 품질의 방향성 전기 강판을 제공하기 위해서는 피막 장력을 보다 높일 필요가 있다.
이와 더불어 최근에는 방향성 전기강판 표면의 포스테라이트 층을 의도적으로 제거 또는 형성을 방해하여 표면을 평활하게 만든 경면 방향성 전기강판이 제안되었다. 경면 방향성 전기강판은 자구이동을 방해하는 표면의 Pinning site를 제거해 줌으로써 자구이동을 원활히 하여 자기이력손을 낮추어 준다. 그러나 이렇게 표면이 경면화 되었을 경우 표면 젖음성이 불량해져 일반적인 습식코팅이 어렵고, 성막된 피막의 밀착성도 매우 불량하게 된다. 이에 대한 대안으로 스퍼터링법이나 전자빔 코팅과 같은 건식 코팅 방법이 사용될 수 있다. 그러나 스퍼터링의 경우 성막 속도가 너무 느려 상업화에는 무리가 있고, 전자빔 증착의 경우에는 증착 속도는 높지만 타겟 물질이 금속 성질을 가질 경우 증착 중 전자빔이 산란된다는 문제점이 있고, 타겟과 소재 강판 상이의 거리가 통상 20cm 이상 떨어져야 하기 때문에 타겟 손실율이 크다는 문제점이 있다. 또한, 상기 방법들은 강판의 표면 조도에 따라 밀착성 정도가 많이 차이가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 표면이 평활화된 경면 방향성 전기 강판에 적용될 수 있고, 성막 속도가 빠르고, 강판과의 밀착성이 우수하며, 종래의 습식 장력 코팅제보다 높은 피막 장력을 갖는 초고장력 코팅막을 형성할 수 있는 방향성 전기 강판의 제조 방법 및 초고장력 코팅막을 갖는 전기 강판을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은, 경면 방향성 전기 강판 및 티탄 타겟을 진공 챔버에 위치시키고, 감압하여 진공분위기를 형성하는 단계; 상기 진공 챔버에 질소 및 아르곤 기체를 투입하는 단계; 및 아크 전력을 인가하여 상기 전기 강판 표면에 질화 티탄 피막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 질소와 아르곤 기체는 1:0.05 내지 1:0.15의 중량비율로 투입되는 초고장력 코팅막을 갖는 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 질소 기체는 30 내지 55 cm3/min의 양으로 투입되는 것이 바람직하며, 상기 아르곤 기체는 2.5 내지 15 cm3/min의 양으로 투입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 티탄 타겟에 -10V 내지 -50V의 바이어스 전압을 인가하는것이 바람직하다.
또한, 상기 감압은 4.0×10-6 ~ 6.0×10-6Torr까지 수행되는 것이 바람직하며, 증착 시에는 챔버 압력이 10 ~30mTorr 정도로 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 아크 전력은 50~70A, 100~200V정도인 것이 바람직하며, 상기 전기 강판의 온도는 400 내지 500℃정도인 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 방향성 전기 강판의 제조 방법에 의하면, 0.05 ~0.15㎛/min의 성막 속도로 질화 티탄 피막을 형성할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 포스테라이트 피막이 의도적으로 억제 또는 제거되거나, 포스테라이트 피막이 형성되지 않은 경면 방향성 전기 강판; 및 상기 전기 강판 표면에 형성되는 질화티탄 피막을 포함하며, 상기 질화티탄 피막은 피막 장력이 1.0 내지 4.5kgf/mm2인 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판을 제공한다.
이때, 상기 질화티탄 피막은 두께가 0.1 내지 2.0㎛정도인 것이 바람직하며, 상기 질화티탄 피막은 SRA(Stress Release Annealing) 소둔 후의 밀착성이 20mmΦ이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 방향성 전기 강판은 상기한 본 발명의 방향성 전기 강판의 제조 방법에 의해 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명의 방향성 전기 강판의 제조 방법에 따르면, 종래에 비해 월등하게 향상된 피막 장력을 갖는 방향성 전기 강판을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에 따르면, 표면이 평활화된 경면 방향성 전기 강판의 표면에 밀착성이 우수한 초고장력 코팅막을 형성할 수 있으며, 성막 속도 역시 우수하다.
또한, 본 발명의 방법에 따라 제조된 방향성 전기 강판은 철손 특성이 우수하고, 피막 장력이 높아 자기적 특성이 매우 우수하다.
도 1은 진공 아크 증착 과정에서 티탄 타겟에 바이어스 전압을 인가하였을 때, 바이어스 전압 값과 질화 티탄 피막의 응력의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
본 발명자들은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 특정 비율의 질소 및 아르곤 혼합 가스 분위기에서 진공 아크 증착을 수행함으로써, 경면 방향성 전기 강판 상에 밀착성 및 피막 장력이 우수한 코팅막을 형성할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법에 관한 것으로, (1) 경면 방향성 전기 강판 및 티탄 타겟을 진공 챔버에 위치시키고, 감압하여 진공 분위기를 형성하는 단계, (2) 상기 진공 챔버에 질소 및 아르곤 기체를 투입하는 단계, 및 (3) 아크 전력을 인가하여 상기 전기 강판 표면에 질화 티탄 피막을 형성하는 단계를 포함한다.
먼저, 경면 방향성 전기 강판과 티탄 타겟을 진공 챔버에 위치시킨다.
본 발명에서는 상기 전기 강판으로, 포스테라이트 피막이 의도적으로 억제 또는 제거되거나, 포스테라이트 피막이 형성되지 않은 경면 방향성 전기 강판을 사용한다. 이와 같은 경면 방향성 전기 강판은 그 표면이 평활하여, 자구 이동을 방해하는 표면의 핀닝 사이트(pinning site)가 적기 때문에, 포스테라이트 피막을 갖는 종래의 전기 강판보다 자구 이동이 원활하고, 그 결과 자기 이력손이 낮아 우수한 철손 특성을 갖는다. 그러나, 경면 방향성 전기 강판의 경우 표면이 평활하기 때문에, 표면 젖음성이 불량하고, 그로 인해 습식 코팅을 통한 피막 형성이 어렵고, 성막된 피막의 밀착성도 매우 불량하게 된다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명자들의 연구 결과, 증착 방법으로 진공 아크법을 사용하고, 진공 챔버 내에 특정 비율의 질소와 아르곤 혼합 기체를 투입할 경우 이와 같은 문제점이 해결되는 것으로 밝혀졌다.
한편, 상기 티탄 타겟은 전기 강판 상에 TiN 피막을 형성하기 위한 것으로, 상기 티탄 타겟에서 방출되는 Ti과 질소가 반응하여 강판 상에 TiN 피막을 형성하게 된다.
한편, 경면 방향성 전기 강판과 티탄 타겟을 진공 챔버에 위치시킨 후에, 상기 진공 챔버를 감압하여 진공 분위기를 형성한다. 이때 상기 감압 후 진공 챔버의 압력은 4.0 ×10-6~ 6.0×10-6Torr 정도인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 약 5.0×10-6 Torr 정도이다.
그런 다음, 상기 진공 챔버에 질소 기체와 아르곤 기체를 투입한다. 본 발명과 같이 질소와 아르곤 혼합 기체 분위기 하에서 진공 아크 증착이 이루어질 경우, 질소 기체를 단독으로 사용하는 경우보다 성막 속도가 향상되며, 타겟의 아크 상태도 더 안정적으로 유지될 뿐 아니라, 형성되는 피막의 특성도 더 우수한 것으로 밝혀졌다.
질소 기체와 함께 아르곤 기체를 투입할 경우 성막 속도가 향상되는 이유는, 아르곤 이온이 증착 대상인 경면 방향성 전기 강판 표면을 세정하여, 챔버에서 반응된 TiN이 강판 표면에 신속하게 증착될 수 있도록 돕는 기능을 수행하기 때문인 것으로 생각된다.
한편, 상기 아르곤 기체는 질소 기체의 중량에 대하여 약 5 ~ 15 중량%의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다. 즉, 질소 기체 : 아르곤 기체의 중량 비율이 1: 0.05 내지 1: 0.15 정도인 것이 바람직하다. 아르곤 기체의 함량이 이보다 적을 경우에는 성막 속도 향상 효과가 미미하고, 아르곤 기체의 함량이 상기 범위를 초과할 경우 Ti와 N의 반응이 충분하지 않아, TiN 피막의 품질이 떨어질 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 질소 기체는 30 내지 55 cm3/min정도의 양으로 투입되는 것이 바람직하며, 상기 아르곤 기체는 2.5 내지 15 cm3/min의 양으로 투입되는 것이 좋다. 질소 기체와 아르곤 기체의 투입량이 상기 범위 내일 때 형성되는 피막의 특성, 성막 속도 등에서 가장 바람직한 결과를 얻을 수 있기 때문이다. 특히, 질소 기체의 투입량이 30 cm3/min 미만이면, 형성되는 피막의 전기 저항도가 25 ~ 50μΩcm 정도로 높아 절연 특성이 떨어진다는 문제점이 있다.
질소 기체와 아르곤 기체를 투입한 다음, 아크 전력을 인가하여 경면 전기 강판 표면에 질화 티탄 피막이 형성된다. 스퍼터링과 같은 일반 물리적 진공 증착에서 타겟 물질로부터 중성 원자가 방출되어 소재에 증착되는 것과는 달리, 진공 아크 증착의 경우, 타겟 물질에서 이온 상태의 원자가 방출된다. 따라서, 진공 아크 증착을 이용하면 증착될 물질이 최적의 동적 에너지 상태로 존재하게 되고, 그 결과 높은 에너지를 가지고 소재 표면에 증착되기 때문에 피막과 소재의 밀착력이 우수하고, 증착 속도도 빠르다. 본 발명의 경우, 아크 전력에 의해 질소 기체와 타겟에서 방출되는 티탄 이온이 반응하면서 전기 강판 표면에 증착되게 된다. 이때 상기 아크 전력의 전류 및 전압은 2인치 티탄 타겟을 기준으로 50~70A, 100~200V정도인 것이 바람직하다. 아크 전력의 전류가 50A 미만이거나 전압이 200V를 초과할 경우에는 아크 형성이 어렵고, 아크 전력의 전류가 70A를 초과하거나, 전압이 100V 미만인 경우에는 안정적인 아크 상태를 유지하기 어렵기 때문이다. 가장 바람직하게는 상기 아크 전력의 전류 및 전압은 각각 60A, 150V 정도일 수 있다.
또한, 증착 시에 경면 방향성 전기 강판의 온도는 400 내지 500℃ 정도인 것이 바람직하며, 챔버 압력은 10 내지 30 Torr 정도로 유지되는 것이 바람직하다. 강판의 온도가 상기 범위 내일 때, 가장 바람직한 피막 장력을 얻을 수 있으며, 챔버 압력이 상기 범위 내일 때 장 시간동안 일정한 아크 상태를 유지할 수 있다.
한편, 본 발명의 제조 방법은, 피막 증착 시에 티탄 타겟에 -10V 내지 -50V의 바이어스 전압을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
티탄 타겟에 상기 범위의 바이어스 전압을 걸어줄 경우, TiN 피막과 강판의 밀착성과 성막 속도가 현저히 향상되는 것으로 밝혀졌다. 바이어스 전압을 인가해 줌으로써 증착물질과 강판과의 밀착성이 향상되는 이유는 다음과 같은 식 (2)를 통해 설명될 수 있다.
식 (2): Ei = E0 + Q e Vbias
여기서 E0 는 플라즈마 상태에서의 이온 에너지 (Ti의 경우 59 eV), Q 는 인가상태수로 (Ti 아크의 경우 2) 이다. 그리고 Vbias 는 인가된 바이어스 전압이다.
식 (2)에 의하면 본 발명에서와 같이 -50V 바이어스 가해지면 Ei = 59 eV + 2×e×50 Volts =159 eV 가 평균 에너지를 얻을 수 있다. 이러한 수준의 에너지는 시편의 표면을 추가적으로 세정하는 효과를 발휘하며 결과적으로 TiN 피막이 우수한 밀착성을 가질 수 있도록 해준다. 다만, 도 1에 도시된 바와 같이, 티탄 타겟에 -50V 이상의 바이어스 전압이 인가되면, 피막에 압축 응력이 작용하여 피막 밀착성이 떨어지는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에 있어서, 티탄 타겟에 인가되는 바이어스 전압은 -10V 내지 -50V 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 실험 결과 티탄 타겟에 음극 바이어스 전압을 인가할 경우, 그렇지 않은 경우보다 성막 속도가 10 ~ 30% 정도 향상되는 것으로 나타났다.
상기한 바와 같은 본 발명의 제조 방법을 이용할 경우, 바람직하게는 0.05㎛/min 내지 0.15㎛/min, 더 바람직하게는 0.1㎛/min 내지 0.15㎛/min 이상의 성막 속도로 질화 티탄 피막을 형성할 수 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 방법에 의해 제조된 방향성 전기 강판은 피막 장력이 1.0 내지 4.5kgf/mm2인 초고장력 코팅막을 갖는다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 방향성 전기 장판은 포스테라이트 피막이 의도적으로 억제 또는 제거되거나, 포스테라이트 피막이 형성되지 않은 경면 방향성 전기 강판; 및 상기 전기 강판 표면에 형성되는 질화티탄 피막을 포함하며, 상기 질화티탄 피막의 피막 장력이 1.0 내지 4.5kgf/mm2으로 초고장력 코팅막을 갖는 것을 그 특징으로 한다. 상기한 바와 같이, 종래에 인산염계 절연 피막을 갖는 방향성 전기 강판의 경우, 피막 장력이 통상 0.30 ~ 0.36kg/mm2의 수준인데 반해, 본 발명의 전기 강판은 피막 장력이 매우 우수하며, 그 결과 전기 강판의 자성 특성도 매우 우수하다.
이때, 상기 질화티탄 피막은 두께가 0.1 내지 2.0㎛이며, SRA(Stress Release Annealing) 소둔 후의 밀착성이 50mmΦ이하, 더 바람직하게는 20mmΦ이하로 매우 우수하다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
실시예 1
중량비로 Si 3.1%로 함유하고, 판 두께 0.23mm 마무리 소둔된 1차 피막이 없는 경면 방향성 전기강판(300×60mm)을 2 인치 티탄 타겟이 장착된 진공 챔버에 위치시키고 5.0×10-6 Torr 정도로 감압하였다. 상기 진공 챔버에 질소 및 아르곤을 각각 55 cm3/min 및 10 cm3/min의 유량으로 투입한 다음, 아크 전력을 인가하여, 질화티탄 피막을 형성하였다. 이때 2인치 Ti 타겟에 투입되는 아크 전력은 60A, 150V으로 하고, 상기 전기 강판의 온도는 400 ~ 500℃, 증착중의 챔버 압력은 10 ~ 30 mTorr로 유지하였으며, 증착 시간은 3분이였다.
실시예 2
티탄 타겟에 -40V의 바이어스 전압을 인가한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
실시예 3
증착 시간을 5분으로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
실시예 4
티탄 타겟에 -40V의 바이어스 전압을 인가한 점을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
실시예 5
증착 시간을 10분으로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
실시예 6
티탄 타겟에 -40V의 바이어스 전압을 인가한 점을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
실시예 7
증착 시간을 15분으로 한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
실시예 8
티탄 타겟에 -40V의 바이어스 전압을 인가한 점을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
비교예 1
중량비로 Si을 3.1% 함유하고, 판 두께 0.23mm 마무리 소둔된 1차 피막이 없는 경면 방향성 전기강판(300×60mm)을 1/4 인치 알루미늄 타겟이 장착된 진공 챔버에 위치시킨 다음, 스퍼터링법을 통해 산화 알루미늄 피막을 형성하였다. 진공 챔버의 압력은 5.0×10-6 Torr 정도였으며, 질소 및 아르곤을 각각 20 cm3/min 및 40 cm3/min의 유량으로 투입하여 스퍼터링 증착을 수행하였다. 이때 1/4인치 알루미늄 타겟에 투입되는 전력은 0.55~0.85A, 300~400V로 하고, 상기 전기 강판의 온도는 400 ~ 500℃, 증착중의 챔버 압력은 50 ~ 70 mTorr로 유지하였으며, 증착 시간은 15분이었다.
비교예 2
증착 시간을 30분으로 한 점을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
비교예 3
증착 시간을 45분으로 한 점을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
비교예 4
증착 시간을 60분으로 한 점을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 피막을 형성하였다.
실험예 1
실시예 1 ~8, 비교예 1 ~4에 의해 형성된 피막의 두께, 형성된 피막의 전기 저항, 및 성막 속도를 각각 측정하였다. 측정 결과는 표 1에 도시하였다. 전기 저항은 300PSI 압력하에서 입력 0.5V, 1.0A의 전류를 통하였을 때의 수납 전류 값으로 측정하였다.
피막두께(㎛) 전기저항(Ωcm) 성막속도(㎛/min×10-3)
실시예 1 0.3 38.4 100
실시예 2 0.4 45.2 133
실시예 3 0.55 55.0 110
실시예 4 0.7 68.2 140
실시예 5 1.0 67.4 100
실시예 6 1.2 73.9 120
실시예 7 1.7 51.3 113
실시예 8 2.0 55.7 133
비교예 1 0.05 56.3 3.3
비교예 2 0.08 42.2 2.6
비교예 3 0.11 72.6 1.5
비교예 4 크랙 발생 하여 측정불가
상기 [표 1]을 통해, 실시예 1 ~ 8의 경우, 비교예 1 ~4에 비해 성막 속도가 35배에서 90배 가량 빠름을 알 수 있다.
실시예 9
중량비로 Si을 3.1% 함유하고, 판 두께 0.23mm 마무리 소둔 된 1차 피막이 없는 경면 방향성 전기강판(300×60mm)을 2 인치 티탄 타겟이 장착된 진공 챔버에 위치시키고 5.0×10-6 Torr정도로 감압하였다. 상기 진공 챔버에 질소 및 아르곤을 각각 55 cm3/min 및 10 cm3/min의 유량으로 투입한 다음, 아크 전력을 인가하여 두께 1㎛의 질화 티탄 피막을 형성하였다. 이때 2인치 Ti 타겟에 투입되는 아크 전력은 60A, 150V으로 하고, 상기 전기 강판의 온도는 400 ~ 450℃, 증착중의 챔버 압력은 10 ~ 30 mTorr로 유지하였다.
실시예 10
티탄 타겟에 -10V의 바이어스 전압을 인가한 점을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
실시예 11
티탄 타겟에 -40V의 바이어스 전압을 인가한 점을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 질화티탄 피막을 형성하였다.
비교예 5
중량비로 Si을 3.1% 함유하고, 판 두께 0.23mm 마무리 소둔된 1차 피막을 가진 방향성 전기강판 (300×60 mm)상에, 인산염, 콜로이달실리카, 크롬이 함유된 수용액을 도포량이 4.0±0.5 g/m2 되도록 도포하였다. 그 후 750℃ 에서 30초 동안 건조시켜 두께 2㎛의 인산염 코팅 피막을 형성하였다.
실험예 2
실시예 9 ~ 11 및 비교예 5에 의해 제조된 피막의 피막 장력, 밀착성 및 SRA 소둔 후 밀착성을 각각 측정하였다.
피막 장력은 기판의 휨의 정도(H')로 측정하였으며, SRA는 건조한 100% N2 가스분위기에 750℃, 2시간 열처리하였으며, 밀착성은 SRA 전, 후 기판을 10mmΦ 간격으로 10 ~ 100 mmΦ인 원호에 접하여 180°구부린 다음, 피막 박리가 발생하는지 여부를 육안으로 확인하고, 피막 박리가 없는 최소원호직경으로 나타내었다.
No. 피막 장력
(kgf/mm2)		 SRA 소둔전 밀착성
(mmΦ)		 SRA 소둔 후 밀착성
(mmΦ)
실시예 9 1.0 ≤40 ≤50
실시예 10 1.8 ≤40 ≤50
실시예 11 4.0 ≤20 ≤20
비교예 5 0.20~0.30 ≤30 ≤30
[표 2]를 통해 실시예 9 ~ 11의 강판의 경우, 비교예에 비해 피막 장력이 매우 우수함을 알 수 있으며, 특히 실시예 11의 강판의 경우, 피막 장력이 월등하고, 밀착력 역시 매우 우수함을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 경면 방향성 전기 강판 및 티탄 타겟을 진공 챔버에 위치시키고, 감압하여 진공 분위기를 형성하는 단계;
    상기 진공 챔버에 질소 및 아르곤 기체를 투입하는 단계; 및
    아크 전력을 인가하여 상기 전기 강판 표면에 질화 티탄 피막을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 질소와 아르곤 기체는 1:0.05 내지 1:0.15의 중량비율로 투입되는 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질소 기체는 30 내지 55 cm3/min 의 양으로 투입되는 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아르곤 기체는 2.5 내지 15 cm3/min 의 양으로 투입되는 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 티탄 타겟에 -10V 내지 -50V의 바이어스 전압을 인가하는 단계를 더 포함하는 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감압 후 진공 챔버의 압력은 4.0×10-6 ~ 6.0×10-6Torr인 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아크 전력은 전류가 50~70A이고, 전압이 100~200V인 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기 강판의 온도는 400 내지 500℃인 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 질화 티탄 피막의 성막 속도가 0.05 내지 0.15㎛/min인 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판의 제조 방법.
  9. 포스테라이트 피막이 의도적으로 억제 또는 제거되거나, 포스테라이트 피막이 형성되지 않은 경면 방향성 전기 강판; 및
    상기 전기 강판 표면에 형성되는 질화티탄 피막을 포함하고,
    상기 질화티탄 피막은 피막 장력이 1.0 내지 4.5kgf/mm2인 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 질화티탄 피막은 두께가 0.1 내지 2.0㎛인 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 질화티탄 피막은 SRA(Stress Release Annealing) 소둔 후의 밀착성이 20mmΦ이하인 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판.
  12. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되며,
    상기 질화티탄 피막의 피막 장력이 1.0 내지 4.5kgf/mm2인 초고장력 코팅막을 갖는 방향성 전기 강판.
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