KR101616908B1 - 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법은, (ⅰ) 플라스틱 모재의 표면을 프라이머로 하도 처리하는 단계와, (ⅱ) 상기 플라스틱 모재의 표면을 O₂ 플라즈마로서 전처리하는 단계와, (ⅲ) 상기 플라스틱 모재 상에 아크 이온 플레이팅(Arc ion plating) 방식으로서 크롬층을 증착하는 단계를 포함한다.

플라스틱, 금속 코팅, 하도, 전처리, 증착층, 두께, 고광택, 금속 질감

Description

플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법 {DRY PROCESS METAL COATING METHOD WITH PLASMA TECHNIQUE}

본 발명의 예시적인 실시예는 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고분자 플라스틱 모재에 고광택의 금속 질감을 구현하기 위한 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 플라스틱 소재는 비강도가 높고 가볍다는 특징과 화학적으로 안정한 특성을 갖고 있어 전기전자, 자동차, 바이오, 환경에너지, 기계, 건축, 생활용품 등 다양한 산업에 걸쳐 사용되고 있다.

이러한 플라스틱 소재는 대량 생산, 금속 소재 대비 저가, 제품 생산에 소비되는 낮은 에너지 소비량 등의 제품화를 위한 장점을 갖고 있지만, 외관의 특성상 광택과 색상이 고급스럽지 못한 단점을 갖고 있다. 이에 플라스틱 외관의 고급화 및 기능성 부여를 위해 표면에 도금, 코팅, 도장 등의 표면처리 기술 적용이 반드시 필요하다.

한편, 환경 규제의 강화는 차량의 사용 중에 발생하는 환경 오염 뿐만 아니라, 차량의 제조에서 폐기에 이르는 모든 부분으로 확대 적용하고 있어, 제조 공정 중의 환경 유해물질 배출과 차량에의 유해물질 채용 제약으로 기존 플라스틱 상의 6가 크롬 습식 도금의 대체 기술 개발이 필요하다.

다른 한편으로, 플라즈마를 이용한 건식 표면 처리는 습식 도금법을 대체하는 가장 유효한 친환경 표면처리 공법으로 가장 각광받고 있는 기술이다. 그러나 현재까지는 건식 표면 처리 기술의 경우 공구, 금형 등 내마모, 고경도의 하드 코팅 분야 등 특수한 분야에서만 적용이 되고 있다.

또한, 플라즈마 전처리 혹은 상압 플라즈마 전처리 기술 등 전처리 기술 분야에서 일부 플라스틱 도금에 적용이 되고 있으나, 엔지니어링 기술 및 장비 기술 등이 낙후되어 있고, 활용 기술의 개발이 늦어지는 관계로 경제성에서 습식 표면 처리에 비해 경쟁력이 떨어지는 실정이다.

따라서 본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 고분자 소재들에 심미성을 부여하는 크롬 습식 도급의 환경 문제를 개선하기 위해 플라즈마 기술을 이용하여 고분자 모재 상에 고광택의 금속층을 형성할 수 있는 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법은, (ⅰ) 플라스틱 모재의 표면을 프라이머로 하도 처리하는 단계와, (ⅱ) 상기 플라스틱 모재의 표면을 O₂ 플라즈마로서 전처리하는 단계와, (ⅲ) 상기 플라스틱 모재 상에 아크 이온 플레이팅(Arc ion plating) 방식으로서 크롬층을 증착하는 단계를 포함한다.

상기 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법은, 상기 크롬층을 50~150nm의 두께로서 증착할 수 있다.

상기 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법은, 상기 플라스틱 모재로서 ABS 소재인 것을 사용할 수 있다.

상기 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법은, 상기 크롬층의 증착이 100℃ 이하의 저온에서 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅을 통해 저온에서의 금속 코팅이 가능하며, 생산 속도를 증대시킬 수 있고, 친환경적이며, 금속층의 두께 제어를 통해 고광택 금속 질감의 구현이 가능하여 기존의 습식 크롬 도금 공정을 대체할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 건 식 금속 코팅 방법은 고분자 플라스틱 소재에 금속을 도금하여 금속 질감이 부여된 자동차, 전자제품, 생활용품 등의 외장재에 적용된다.

본 실시예는 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅을 통해 저온에서의 금속 코팅이 가능하며, 생산 속도를 증대시킬 수 있고, 친환경적이며, 금속층의 두께 제어를 통해 고광택의 금속 질감을 구현할 수 있는 금속 코팅 방법을 제공한다.

이를 위해, 본 실시예에서는 플라스틱 모재가 열화되지 않도록 저온에서 금속 코팅이 이루어지며, 플라스틱 모재 상에 코팅되는 금속층의 밀착력을 높이기 위한 하도 처리 및 전처리 공정의 유무와, 금속 증착층의 두께에 따른 광택도의 영향성을 평가하고자 한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법을 상세하게 설명하면, 우선 ABS 소재로 이루어진 플라스틱 모재를 준비한다(S1 단계).

이어서, 상기 플라스틱 모재의 표면을 프라이어(primer)로 하도 처리를 하는데(S2 단계), 이는 플라스틱 모재와 금속층 간의 밀착력 확보 및 모재 결함부의 레벨링(leveling)을 통한 코팅층의 평탄도를 확보하기 위함이다.

다음, 상기 플라스틱 모재의 표면을 O₂ 플라즈마로서 전처리하는 과정을 수행한다(S3 단계). 이렇게 전처리 공정을 수행하는 이유는 플라스틱 모재의 표면 에칭으로서 금속층의 광택도를 증대시키기 위함이다.

이어서, 본 실시예에서는 플라스틱 모재 상에 플라즈마를 이용한 건식 코팅 방식인 아크 이온 플레이팅(Arc ion plating) 방식으로서 크롬층을 증착한다(S4 단계).

여기서, 상기 크롬층의 증착은 플라스틱 모재가 열화되지 않는 저온, 즉 ABS 모재의 경우 100℃ 이하, 바람직하게는 25℃의 상온에서 이루어지며, 그 크롬층을 50~150nm의 두께로서 증착하는 것이 바람직하다.

이하, 상기에서와 같이 플라즈마를 이용하여 건식 금속 코팅을 하는 바람직한 실시예를 실험 결과를 통해 상세하게 설명하기로 한다.

[실험예]

본 실험예에서는 생산 속도 및 저온 코팅 공정이 가능하도록 플라즈마 방식인 아크 이온 플레이팅(Arc ion plating) 방식을 적용하여 실험을 진행하였다.

구분	내용
프라이머(primer) 처리	ABS 모재의 하도 처리 유/무
전처리	ABS 모재의 O2 플라즈마 전처리 유/무
금속 증착 두께	크롬 증착층의 두께에 따른 광택도 영향성 평가

상기 표 1에서는 플라스틱 모재의 고광택 질감을 구현하기 위한 아크 이온 플레이팅 증착 방법의 공정 조건을 나타내고 있다.

여기서, 플라스틱 모재의 프라이머 처리는 모재와 코팅층간의 밀착력 확보 및 모재 결함부의 레벨링(leveling)을 통한 코팅층 평탄도 확보를 위해 통상적으로 적용된다.

그리고, 본 발명에서는 프라이머의 통상적인 기능 이외에 프라이머 하도 처리의 유무가 금속 증착 코팅층의 광택도에 어떠한 영향을 주는지 확인하기 위하여 실험을 진행하였다.

이 경우, 플라스틱 모재의 전처리는 플라스틱과 금속층의 밀착력 확보, 및 O₂ 플라즈마 전처리에 의한 플라스틱 모재의 표면 에칭이 금속층의 광택도에 어떤 영향을 주는지 확인하기 위한 factor이다.

마지막으로, 크롬 증착층의 두께가 광택도에 어떤 영향을 주는지 검증하기 위하여 실험을 진행하였다. 실험 조건에 따라 총 5종의 시편(A, B, C, D, E)을 제조 하였으며 그 조건을 표 2에 표시하였다.

시편	실험 조건
	하도 처리 유무	전처리 유무	크롬 증착층 두께(nm)
A	유	유	350~450
B	유	유	200~300
C	유	무	50~150
D	무	유	40~150
E	유	유	50~150

상기 표 2에서와 같은 실험 조건에 따라, 각각의 시편은 도 2에서와 같이 상기한 각각의 실험 조건에 따라 서로 다른 광택을 나타내고 있다.

먼저, 상기 A 시편은 하도와 전처리가 진행되었으며, 크롬 증착층의 두께가 350~450nm로 가장 두꺼운 시편으로 광택이 없는 회색 빛의 표면을 나타내었다.

상기 B 시편의 경우는 두께가 200~300nm로 증착된 크롬층을 가지며, 약간의 금속 질감의 표면을 나타내고, A 시편 보다는 확연히 뛰어난 광택도를 나타내었다.

그리고, 상기 C와 D의 시편의 경우는 더 얇은 50~150nm의 두께를 증착 하였으며, 기존의 습식 크롬 도금과 유사한 광택도를 지니는 표면이 구현 가능하였다.

그러나, 이 경우는 각각 하도와 전처리 공정을 삭제하여 진행하였기 때문에, 금속층의 위치별 두께 편차가 발생되어 레인보우(rainbow) 현상을 나타내는 문제점이 있었다.

또한, 상기 E의 시편의 경우는 기존 습식 도금와 매우 유사하며 레인 보우 현상이 없는 가장 우수한 광택도를 가지는 금속층을 구현할 수 있었다.

따라서, 본 실험예에서는 기존 습식 크롬 도금을 대체하며 우수한 광택도를 나타내는 플라즈마 건식 표면 처리 증착을 위해서는 하도와 전처리가 수반되어야 하고, 크롬층의 두께를 50~150nm의 범위로 얇게 증착해야 한다는 것을 알 수 있었다.

이로써, 본 실시예에서는 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅을 통해 저온에서의 금속 코팅이 가능하며, 생산 속도를 증대시킬 수 있고, 친환경적이며, 금속층의 두께 제어를 통해 고광택 금속 질감의 구현이 가능하여 기존의 습식 크롬 도금 공정을 대체할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법에 있어, 다양한 실험 조건에 따른 크롬 증착층의 표면 사진이다.

Claims (3)

1. (ⅰ) 플라스틱 모재의 표면을 프라이머로 하도 처리하는 단계;

   (ⅱ) 상기 플라스틱 모재의 표면을 O₂ 플라즈마로서 전처리하는 단계; 및

   (ⅲ) 상기 플라스틱 모재 상에 아크 이온 플레이팅(Arc ion plating) 방식으로서 크롬층을 증착하는 단계

   를 포함하고,

   상기 크롬층을 50~150nm의 두께로서 증착하며,

   상기 플라스틱 모재로서 ABS 소재인 것을 사용하고, 상기 크롬층의 증착이 100℃ 이하의 저온에서 이루어지는 플라즈마를 이용한 건식 금속 코팅 방법.
2. 삭제
3. 삭제

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