KR101655039B1

KR101655039B1 - 발색 처리된 기판 및 이를 위한 발색 처리방법

Info

Publication number: KR101655039B1
Application number: KR1020150104878A
Authority: KR
Inventors: 정현주; 이종석; 이정희; 유윤하
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2016-09-23

Abstract

본 발명은 발색 처리된 기판 및 이를 위한 기판의 발색 처리방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 발색 처리된 기판은, 탄소층을 구비하여 금속 기재의 높은 경도와 다양한 색상을 구현할 수 있으며, 금속 수산화물을 함유하는 중간층을 구비하여 탄소층과 금속 기재 간의 밀착력이 향상되므로 기판의 내구성과 내부식성이 우수한 이점이 있다.

Description

발색 처리된 기판 및 이를 위한 발색 처리방법{COLOR-TREATED SUBSTRATE AND COLOR-TREATMENT METHOD THEREOF}

본 발명은 발색 처리된 기판 및 이를 위한 기판의 발색 처리방법에 관한 것이다.

마그네슘은 실용금속 중 초경량 금속에 속하는 금속으로, 환경 친화적이나, 금속의 질감 및 다양한 색상구현이 어려운 문제가 있다. 또한, 전기화학적으로 가장 낮은 금속으로 극히 활성적이기 때문에 표면 처리가 이루어지지 않을 경우, 대기 중이나 용액 중에서 매우 빠르게 부식되므로, 산업에 응용하기엔 많은 어려움이 있다.

최근 산업 전반의 경량화 추세로 인하여 마그네슘 산업이 주목받고 있는 가운데, 모바일 폰 케이스 부품 등의 전기, 전자 부품재료 분야에서 금속 질감 외장재가 트렌드가 되면서 마그네슘의 이러한 문제점을 개선하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.

그 결과, 특허문헌 1은 마그네슘 합금으로 이루어진 기재의 표면에 금속 질감 구현 및 내부식성 확보를 위하여 금속 함유 물질을 건식 코팅한 후 졸겔 코팅하는 PVD-졸겔법을 제시하였으며, 특허문헌 2는 화학 연마를 이용하여 마그네슘을 포함하는 기재의 표면에 광택을 부여하고, 안료가 용해된 염기성 전해액에 상기 기재를 양극 산화시켜 표면을 발색시키는 양극 산화법을 제시하였다.

그러나, 상기 PVD-졸겔법의 경우 기재 표면에 금속 질감은 구현되나, 마그네슘 고유의 금속질감이 아니며, 다양한 색상을 구현하기 어렵다는 문제가 있다. 또한, 양극 산화법을 이용하여 발색 처리할 경우, 기재 표면에는 불투명한 산화막이 형성될 뿐만 아니라, 금속 고유의 금속질감을 구현이 용이하지 않고 약한 경도로 인하여 내구성이 낮은 문제가 있다.

따라서, 마그네슘을 포함하는 기재의 실용화를 위해서는 상기 기재의 표면을 화학적, 전기화학적 또는 물리적으로 처리하여 염료의 사용 없이 표면에 원하는 색상과 금속 고유의 질감을 구현함과 동시에 기재의 약한 경도를 개선하여 기판의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 제2011-0016750호 미국 공개특허 제2011-0303545호

이러한 상기 문제를 해결하기 위하여,

본 발명의 목적은 금속의 질감 및 광택을 유지하면서 표면에 다양한 색상이 균일하게 구현되고, 기재의 내구성 및 내부식성이 향상된 발색 처리된 기판을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 기판의 발색 처리방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 일실시예에서,

금속 기재;

상기 금속 기재 상에 형성되고, 금속 수산화물을 함유하는 중간층; 및

상기 중간층 상에 형성된 탄소층을 포함하는 발색 처리된 기판을 제공한다.

또한, 본 발명은 일실시예에서,

금속 기재 상에 금속 수산화물을 함유하는 중간층을 형성하는 단계; 및

상기 중간층 상에 탄소층을 형성하는 단계를 포함하는 기판의 발색 처리방법을 제공한다.

본 발명에 따른 발색 처리된 기판은, 탄소층을 구비하여 금속 기재의 높은 경도와 다양한 색상을 구현할 수 있으며, 금속 수산화물을 포함하는 중간층을 구비하여 탄소층과 금속 기재 간의 밀착력이 향상되므로 기판의 내구성과 내부식성이 우수한 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따라 일면에 발색 처리된 기판의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 일실시예에서, 발색 처리된 기판을 투과전자현미경(TEM) 분석한 이미지이다.
도 3은 다른 일실시예에서, 발색 처리된 기판의 표면에 발색된 색상을 촬영한 이미지이다.
도 4는 또 다른 일실시예에서, 금속 수산화물을 함유하는 중간층이 구비된 기판과 버퍼층으로서 크롬층이 구비된 기판의 내부식성을 평가 후 표면을 촬영한 이미지이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서, "색좌표"란, CIE(국제조명위원회, Commossion International de l'Eclairage)에서 규정한 색상 값인 CIE Lab 색 공간에서의 좌표를 의미하며, CIE 색 공간에서의 임의의 위치는 L*, a*, b* 3가지 좌표값으로 표현될 수 있다.

여기서, L* 값은 밝기를 나타내는 것으로 L* = 0 이면 흑색(black)을 나타내며, L* = 100 이면 백색(white)을 나타낸다. 또한, a* 값은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 적색(pure magenta)과 순수한 녹색(pure green) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타내며, b* 값은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 황색(pure yellow)과 순수한 청색(pure blue) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타낸다.

구체적으로, 상기 a* 값은 -a 내지 +a의 범위를 가지며, a*의 최대값(a* max)은 순수한 적색(pure magenta)을 나타내며, a*의 최소값(a* min)은 순수한 녹색(pure green)을 나타낸다. 예를 들어, a* 값이 음수이면 순수한 녹색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 적색에 치우친 색상을 의미한다. a*=80와 a*=50를 비교하였을 때, a*=80이 a*=50보다 순수한 적색에 가깝게 위치함을 의미한다. 이와 더불어, 상기 b* 값은 -b 내지 +b의 범위를 가진다. b*의 최대값(b* max)은 순수한 황색(pure yellow)을 나타내며, b*의 최소값(b* min)은 순수한 청색(pure blue)을 나타낸다. 예를 들어, b* 값이 음수이면 순순한 황색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 청색에 치우친 색상을 의미한다. b*=80와 b*=50을 비교하였을 때, b*=80이 b*=50보다 순수한 황색에 가깝게 위치함을 의미한다.

또한, 본 발명에서, "색편차" 또는 "색좌표 편차"란, CIE Lab 색 공간에서의 두 색간의 거리를 의미한다. 즉, 거리가 멀면 색상의 차이가 크게 나는 것이고 거리가 가까울수록 색상의 차이가 거의 없다는 것을 의미하며, 이는 하기 수학식 1로 나타내는 ΔE*로 표시할 수 있다:

[수학식 1]

나아가, 본 발명에서, 단위 "T"는, 금속 기재의 두께를 나타내는 것으로서, 단위 "mm"와 동일할 수 있다.

아울러, 본 발명에서, "경사각(α)"이란, 금속 기재의 표면 또는 금속 기재 표면에 수평인 면과 결정의 장축면에 존재하는 임의의 축이 이루는 각 중 그 크기가 가장 작은 각을 의미한다.

이와 더불어, 본 발명에서, "다이아몬드상 탄소층(DLC층)"이란, 결정구조를 갖지 않는 비결정 탄소층으로서, sp¹, sp² 및 sp³ 혼성결합으로 탄소들이 결합된 필름, 박막, 또는 코팅층을 말한다.

종래, 마그네슘을 포함하는 소재에 색상을 구현하는 방법으로는 금속 함유 물질이나 안료 등을 이용하여 소재 표면을 코팅하는 PVD-졸겔법, 양극 산화법 등이 알려져 있다. 그러나, 상기 기술들은 기재의 내구성을 감소시킬 수 있다. 또한, 소재 표면에 색상을 균일하게 구현하기 어려우며, 코팅되는 피막층이 쉽게 박리되어 신뢰성을 만족시키지 못하는 문제점이 있다. 특히, 상기 방법들은 금속 고유의 금속질감이 구현하지 못할 뿐만 아니라, 기재의 내부식성 및 내구성이 낮아 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기·전자 부품소재 분야에서 활용이 어려운 문제가 있다.

이러한 문제점들을 극복하기 위해서, 본 발명은 발색 처리된 기판 및 이를 위한 기판의 발색 처리방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명은 하나의 실시예에서,

금속 기재;

본 발명에 따른 발색 처리된 기판은, 금속 기재 상에 금속 수산화물을 함유하는 중간층과 탄소층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 적층 구조는 금속 기재의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.

상기 발색 처리된 기판은 금속 기재 표면에 탄소층을 포함함으로써 금속 기재의 경도를 향상시킬 수 있으며 표면에 입사되는 빛을 산란과 굴절 또는 흡수시켜 다양한 색상을 균일하게 구현할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 발색 처리된 기판의 각 구성성분 별로 보다 상세히 설명한다.

먼저, 상기 금속 기재는 발색 처리된 기판의 기본 골격과 물성을 결정하는 역할을 수행하며, 발색 처리된 기판의 발색 처리 이전 상태일 수 있다.

상기 금속 기재로는 전기·전자 제품소재 분야에서 프레임으로 사용될 수 있는 것이라면 그 종류나 형태를 특별히 제한하는 것은 아니다. 하나의 예로서, 상기 금속 기재로는, 마그네슘을 주성분으로 하는 마그네슘 기재를 사용할 수 있으며; 경우에 따라서는 표면에 마그네슘이 분산된 형태의 스테인레스강 등을 사용할 수 있다. 여기서, "주성분으로 한다"란 기재 전체 중량에 대하여 90 중량부 이상, 95 중량부 이상, 96 중량부 이상, 97 중량부 이상, 98 중량부 이상 또는 99 중량부 이상 포함되는 것을 의미한다. 예를 들면, 마그네슘을 주성분으로 하는 기재는 95 중량부의 마그네슘과 5 중량부의 금속원소들을 포함할 수 있으며, 상기 금속원소는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn), 카드뮴(Cd) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속일 수 있다.

다음으로, 상기 탄소층은 금속 기재에 입사되는 광을 산란 및 굴절시키거나, 흡수하여 표면에 다양한 색상을 구현하고, 금속 기재의 경도를 향상시키는 역할을 수행한다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 발색 처리된 기판은, 탄소층 상에 존재하는 임의의 영역 (가로 1 cm 및 세로 1 cm)에 포함되는 임의의 3점은, 각 점들간의 평균 색좌표 편차(ΔL*, Δa*, Δb*)가 ΔL*<0.5, Δa*<0.6 및 Δb*<0.6 중 하나 이상의 조건을 만족할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 발색 처리된 기판은 상기 조건 중 2 이상을 만족시킬 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 조건을 모두 만족시킬 수 있다.

본 발명은 하나의 실시예에서, 마그네슘 기재 상에 마그네슘 수산화물을 함유하는 중간층과 탄소층을 순차적으로 형성한 후 탄소층 상에 존재하는 임의의 영역에 포함되는 임의의 3점에 대한 CIE 색좌표를 측정하였다. 그 결과, 색좌표 편차는 0.05≤ΔL*<0.20, 0.05<Δa*<0.30, 및 0.1<Δb*<0.55로 상기 조건을 모두 만족하였다. 또한, 상기 측정값들로부터 도출되는 ΔE는 0.30≤ΔE<0.60로 색좌표의 편차가 현저히 적은 것으로 확인되었다. 이는 본 발명에 따른 발색 처리된 기판의 색상이 균일한 것을 의미한다.

또한, 본 발명에 따른 탄소층은 평균 두께에 따라 구현되는 색상을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소층의 평균 두께가 1 ㎛를 초과하는 경우 발색 처리된 기판의 표면에 입사되는 광을 흡수하여 탄소층 본연의 흑색을 구현할 수 있다. 또한, 탄소층의 평균 두께가 1 ㎛ 이하인 경우 투명 박막이 형태의 탄소층이 형성되어 표면에 입사되는 광의 산란 및 굴절을 유도하므로 흑색 이외의 다양한 색상을 금속 기재 표면에 구현할 수 있다.

이때, 상기 탄소층의 평균 두께는, 5 ㎚ 내지 10 ㎛; 50 nm 내지 900 nm; 100 nm 내지 700 nm; 100 nm 내지 500 nm; 100 nm 내지 350 nm; 5 ㎚ 내지 1㎛; 500 ㎚ 내지 1 ㎛; 1 ㎛ 내지 2 ㎛; 3 ㎛ 내지 4 ㎛; 5 ㎛ 내지 6 ㎛; 1 ㎛ 내지 6 ㎛; 또는 2 ㎛ 내지 8 ㎛일 수 있다. 본 발명은 상기 평균 두께를 상기 범위로 조절하여 경제적으로 다양한 색상을 구현할 수 있으며, 과도한 평균 두께로 인하여 크랙 등의 탄소층 손상을 방지할 수 있다.

나아가, 상기 탄소층은 탄소로 이루어진 층으로서, 구체적으로는 sp³ 결합을 포함하는 탄소로 구성되는 층, sp² 결합을 포함하는 그래핀, 탄소나노튜브 등의 탄소나노구조체로 구성되는 층 등일 수 있으며, 바람직하게는 sp¹, sp² 및 sp³ 혼성 결합이 섞여있는 비정질 구조의 다이아몬드상 탄소층(Diamond Like Carbon Layer, DLC층)일 수 있다. 상기 다이아몬드상 탄소층은 다이아몬드와 같은 높은 경도를 나타내므로 금속 기재의 물성 변화 없이 경도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

다음으로, 상기 중간층은 금속 기재와 탄소층 사이에 형성되는 버퍼층으로서 금속 기재와 탄소층의 이종간 밀착력을 향상시키고, 이를 통하여 금속 기재의 내구성을 향상시키고, 부식을 방지하는 역할을 수행한다.

구체적으로, 상기 발색 처리된 기판은 금속 기재의 내부식성이 향상되어 24시간 염수분무시험 시 부식 면적이 기재의 전체 표면적에 대하여 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하 또는 1% 이하를 만족시킬 수 있다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 중간층을 포함하는 기판과 버퍼층으로서 크롬층을 포함하는 기판을 대상으로 35℃, 5 중량%의 염수를 염수분무 시험기(SST, Salt Spray Tester)를 이용하여 고르게 분사하고, 35℃에서 24시간 동안 방치한 후 표면을 육안으로 관찰하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 발색 처리된 기판은 표면에 중간층이 구비되어 염수 부식으로 인한 표면 변화가 전체 기재 표면적의 1% 이하인 것으로 확인되었으나, 버퍼층으로서 크롬층을 포함하는 기판은 염수에 의한 표면 부식이 진행되어 기판의 전체 표면적의 약 80% 이상이 균일하지 못하고, 변형된 것으로 확인되었다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 중간층이 종래, 다이아몬드상 탄소층의 버퍼층으로 사용되는 크롬층과 대비하여 금속 기재와 탄소층 간의 이종간 밀착력을 향상시키는 효과가 더 우수하며, 이를 통하여 금속 기재의 부식을 방지할 수 있음을 알 수 있다.

이때, 상기 중간층으로는 금속 기재로부터 유래되는 금속 수산화물을 포함할 수 있으며, 상기 금속 수산화물은 Mg, Ti, Al, Cu, Zn, Cd, Mn 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 금속 수산화물은 마그네슘 수산화물(Mg(OH)₂)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 중간층의 평균 두께는, 5 ㎚ 내지 500 ㎚일 수 있으며, 구체적으로는 10 nm 내지 90 nm; 20 nm 내지 80 nm; 20 nm 내지 50 nm; 10 내지 100 nm; 50 내지 200 nm; 100 내지 300 nm; 50 내지 150 nm; 200 내지 400 nm; 150 내지 350 nm; 또는 300 내지 500 nm일 수 있다.

또한, 본 발명은 일실시예에서,

상기 중간층 상에 탄소층을 형성하는 단계를 포함하는 기판의 발색 처리방법을 제공한다:

본 발명에 따른 기판의 발색 처리방법은, 금속 기재 상에 중간층과 탄소층을 순차적으로 균일하게 적층하는 단계를 포함하여 금속 기재의 우수한 경도와 다양한 색상을 구현할 수 있으며, 금속 기재와 탄소층의 밀착력 향상을 통하여 금속 기재의 내부식성을 개선할 수 있다.

여기서, 상기 중간층을 형성하는 단계는 금속 기재 상에 금속 수산화물을 코팅할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.

하나의 예로서, 상기 중간층은, 금속 기재를 물 및/또는 NaOH, KOH 등이 1 중량% 내지 20 중량%로 용해된 알칼리 수용액에 침지하여 형성될 수 있으며, 이때, 상기 물 및/또는 알칼리 수용액의 온도는 30 내지 150℃; 구체적으로는 50 내지 140℃; 또는 90 내지 110℃일 수 있으며, 침지시간은 5분 내지 200분; 보다 구체적으로는 5분 내지 30분; 30분 내지 100분; 30분 내지 120분; 또는 100분 내지 150분 동안 수행될 수 있다. 본 발명은 금속 기재를 상기 조건 하에 침지함으로써 금속 기재 표면에 기재 표면을 기준으로 평균 45˚ 이상의 경사각도를 이루는 금속 수산화물을 형성할 수 있으며, 이렇게 형성된 결정들은 서로 접하여 네트워크 구조를 이룸으로써 표면적을 넓히므로 금속 기재와 탄소층의 이종간 밀착력을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 탄소층을 형성하는 단계는 당업계에서 탄소 박막 형성 시 통상적으로 사용되고 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있다. 하나의 예로서, 탄소층을 형성하는 단계는, 이온 플레이팅법, 스퍼터링법, 고주파 플라즈마법, 아크법, 플라즈마 증착법, 또는 플라즈마 보조 화학기상증착(PACVD)과 같은 화학기상증착법에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 상기 탄소층은 화학기상증착법에 의해 수행될 수 있다.

이때, 상기 화학기상증착법에 있어서, 증착 온도는, 200℃ 내지 1000℃, 구체적으로는 200℃ 내지 400℃; 300℃ 내지 600℃; 400℃ 내지 800℃ 또는 750℃ 내지 900℃일 수 있다. 본 발명은 화학기상증착 조건을 상기 범위로 조절함으로써 중간층 상에 sp¹, sp² 및 sp³ 혼성 결합이 섞여있는 비정질 구조의 탄소층을 균일하게 형성할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 기판의 발색처리방법은,

중간층을 형성하는 단계 이전에, 금속 기재 표면을 전처리하는 단계; 및

탄소층을 형성하는 단계 이후에, 형성된 탄소층 상에 클리어층을 형성하는 단계 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전처리 단계는, 금속 기재 상에 중간층을 형성하기 이전에 알칼리 세정액으로 표면을 세척하여 잔류 오염 물질을 제거하거나 연마를 수행하는 단계이다. 이때, 상기 알칼리 세정액으로는 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물의 표면 세정을 위하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 연마는 버핑(buffing), 폴리싱(polishing), 블라스팅(blasting) 또는 전해연마 등에 의해 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 단계에서는 금속 기재 표면에 존재하는 오염 물질이나 스케일 등을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 표면의 표면에너지 및/또는 표면상태, 구체적으로 표면의 미세 구조 변화를 통하여 마그네슘 기재와 기재 상에 형성되는 중간층과의 밀착력을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 클리어층을 형성하는 단계는 발색 처리된 기판의 표면, 즉 탄소층의 내마모성 및/또는 내스크레치성을 향상시키는 단계로서, 상기 클리어층은 탄소층에 의해 구현된 색상을 변색시키지 않고 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 클리어층은 광투과도가 우수한 세라믹 코팅, 고분자 코팅 등을 들 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 4.

가로 6 cm × 세로 6 cm × 0.4 T의 마그네슘 기재를 알칼리 세정액에 침지하여 탈지하고, 탈지된 시편을 100℃의 증류수에 40분간 침지하여 금속 수산화물인 마그네슘 수산화물(Mg(OH)₂)을 포함하는 중간층(평균 두께: 약 37±1.5 nm)을 형성하였다. 중간층이 형성된 기재를 80℃의 건조 오븐에서 30분 동안 건조하고, 화학기상증착기에 고정시켰다. 그 후, 원료가스로서 메탄 가스, 수소 가스 및 산소 가스를 사용하여 80℃, 10 mTorr 하에서 다이아몬드상 탄소층(DLC층)을 증착하여 발색 처리된 기판을 얻었다. 이렇게 얻어진 발색 처리된 기판의 투과전자현미경(TEM) 분석을 수행하여 증착된 탄소층의 평균 두께를 측정하였으며, 그 결과는 하기 도 2 및 표 1에 나타내었다.

	탄소층의 평균 두께
실시예 1	200±5 nm
실시예 2	228±5 nm
실시예 3	300±5 nm
실시예 4	3.0±0.1 ㎛

비교예 1.

가로 6 cm × 세로 6 cm × 0.4 T의 마그네슘 기재를 알칼리 세정액에 침지하여 탈지하고, 탈지된 시편을 건식 증착기에 고정시켰다. 그 후, 하기 300℃ 온도 하에서 RF/DC 스퍼터링법으로 크롬층(평균 두께: 약 40±2 nm)과 다이아몬드상 탄소층(DLC층, 평균 두께: 1 ㎛)을 순차적으로 적층하여 버퍼층으로서 크롬층을 포함하는 발색 처리된 기판을 얻었다.

실험예 1.

본 발명에 따른 발색 처리된 기판의 구현 색상 및 색상 균일도를 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.

실시예 1 내지 4에서 발색 처리된 기판의 발색력을 육안으로 평가하였다. 또한, 실시예 1 및 3에서 발색 처리된 기판의 각 표면에 존재하는 임의의 3지점, A 내지 C를 선정하고, 선정된 지점에 대하여 CIE 색 공간에서의 색좌표를 측정하여 평균 색좌표 편차를 구하였다. 이때, 색좌표 편차(ΔE*)는 하기 수학식 1을 이용하여 도출하였으며, 그 결과를 도 3과 표 2에 나타내었다.

[수학식 1]

	3점	L*	a*	b*	ΔL*	Δa*	Δb*	ΔE*
실시예 1	A	50.97	-17.60	9.56	-	-	-	-
	B	50.87	-17.67	9.23	0.10	0.07	0.33	0.3529
	C	50.85	-17.73	9.28	0.12	0.13	0.28	0.3312
실시예 3	A	42.24	-14.58	-4.28	-	-	-	-
	B	42.29	-14.29	-4.42	0.05	0.29	0.14	0.3259
	C	42.24	-14.45	-4.82	0	0.13	0.54	0.5554

먼저, 도 3에 나타낸 바와 같이 마그네슘을 주성분으로 포함하는 실시예 1 내지 4의 기판은 녹색, 황색, 청록색 및 흑색으로 균일하게 발색하는 것을 육안으로 확인하였다.

또한, 상기 표 2를 살펴보면, 마그네슘 기재에 중간층과 탄소층이 순차적으로 적층된 발색 처리된 기판은 색상이 균일하게 구현되는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 실시예 1 및 3에서 제조된 기판은 시편 상에 존재하는 임의의 3 지점에 대한 색좌표 편차가 0.05≤ΔL*<0.20, 0.05<Δa*<0.30, 및 0.1<Δb*<0.55인 것으로 나타났다. 또한, 상기 발색 처리된 기판들은 0.3<ΔE*<0.6의 색좌표 편차를 나타내어 구현된 색상간의 편차가 작은 것으로 확인되었다.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 발색 처리된 기판은 금속 기재 상에 중간층과 탄소층을 균일하게 순차적으로 적층된 구조를 가짐으로써 표면에 균일하게 색상을 구현할 수 있음을 알 수 있다.

실험예 2.

본 발명에 따른 발색 처리된 기판의 내부식성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.

실시예 4 및 비교예 1에서 얻은 기판을 각각 염수분무 시험법(SST, Salt Spray Tester)을 이용하여 35℃, 5 중량%의 염수를 고르게 분사하고, 35℃에서 24시간 동안 방치한 후 표면을 육안으로 평가하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4를 살펴보면, 본 발명에 따른 발색 처리된 기판은 내부식성이 향상된 것을 알 수 있다.

구체적으로, 금속 기재 상에 마그네슘 수산화물(Mg(OH)₂)을 함유하는 중간층과 탄소층이 순차적으로 적층된 실시예 4의 기판은 염수 분무 이후에도 부식이 진행되지 않아 부식 면적이 전체 표면적의 약 1% 이하인 것으로 나타났다. 이에 반해, 버퍼층으로서 크롬층을 포함하는 비교예 1의 기판은 금속 기재와 탄소층 사이에 발생된 크랙으로 염수가 침투하여 기판 전체 표면적의 약 80% 이상이 불균일하게 부식된 것을 확인할 수 있다.

이러한 결과는 본 발명에 따른 중간층이 종래, 다이아몬드상 탄소층의 버퍼층으로 사용되는 크롬층과 대비하여 금속 기재와 탄소층 간의 이종간 밀착력을 향상시키는 효과가 더 우수하며, 이를 통하여 금속 기재의 부식을 방지할 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 발색 처리된 기판은 금속 기재 상에 금속 수산화물을 함유하는 중간층과 탄소층을 순차적으로 균일하게 형성하여 금속 기재 고유의 광택성과 질감을 유지하면서 탄소층의 두께에 따라 다양한 색상을 구현할 수 있다. 또한, 기판의 경도, 금속 기재와 탄소층의 밀착력 및 금속 기재의 내부식성이 우수하므로 금속 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기·전자 부품소재 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

10: 탄소층
20: 버퍼층
30: 금속 기재

Claims

금속 기재;
상기 금속 기재 상에 형성되고, 금속 수산화물을 함유하는 버퍼층; 및
상기 버퍼층 상에 형성된 탄소층을 포함하고,
상기 탄소층의 평균 두께는 100㎚ 내지 500㎚인 것을 특징으로 하는 발색 처리된 기판.
제1항에 있어서,
금속 기재는, 마그네슘(Mg)을 포함하는 발색 처리된 기판.
제1항에 있어서,
금속 수산화물은 Mg, Ti, Al, Cu, Zn, Cd, Mn 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 발색 처리된 기판.
제1항에 있어서,
금속 수산화물은 마그네슘 수산화물(Mg(OH)₂)을 포함하는 발색 처리된 기판.
삭제
제1항에 있어서,
버퍼층의 평균 두께는, 5 ㎚ 내지 500 ㎚인 것을 특징으로 하는 발색 처리된 기판.
제1항에 있어서,
24시간 염수분무시험(SST, salt spray test) 시,
부식 면적이 기재의 전체 표면적의 5% 이하인 것을 특징으로 하는 발색 처리된 기판.
제1항에 있어서,
탄소층 상에 존재하는 임의의 영역 (가로 1 cm 및 세로 1 cm)에 포함되는 임의의 3점은,
각 점들간의 평균 색좌표 편차(ΔL*, Δa*, Δb*)가 ΔL*<0.5, Δa*<0.6 및 Δb*<0.6 중 하나 이상의 조건을 만족하는 발색 처리된 기판.
금속 기재 상에 금속 수산화물을 함유하는 버퍼층을 형성하는 단계; 및
상기 버퍼층 상에 탄소층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 탄소층의 평균 두께는 100㎚ 내지 500㎚인 것을 특징으로 하는 기판의 발색 처리방법.
제9항에 있어서,
버퍼층은, 금속 기재를 물 또는 알칼리 수용액에 침지하여 형성되는 것을 특징으로 하는 기판의 발색 처리방법.
제10항에 있어서,
침지는, 30 내지 150℃의 온도에서 10 내지 200분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 기판의 발색 처리방법.
제9항에 있어서,
탄소층은, 이온 플레이팅법, 스퍼터링법, 고주파 플라즈마법, 아크법, 플라즈마 증착법 또는 화학기상증착법에 의해 형성되는 기판의 발색 처리 방법.
제9항에 있어서,
버퍼층을 형성하는 단계 이전에, 금속 기재 표면을 전처리하는 단계; 및
탄소층을 형성하는 단계 이후에, 형성된 탄소층 상에 클리어층을 형성하는 단계 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함하는 기판의 발색 처리방법.