KR101687462B1 - Metal material, and surface treatment method and device - Google Patents
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Abstract
금속 재료는 금속 재료 기재(2)와, 금속 재료 기재(2)의 표면상에 형성된 개질층을 구비하고, 개질층은 금속 재료 기재(2)의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 1㎛이하인, 금속 재료 기재(2)의 표면으로부터 돌출된 돌기부(3)를 10㎛2의 범위내에 평균 3개 이상 구비한다. 개질층은 금속 재료 기재(2)의 표면으로부터 돌출된 베이스부와, 베이스부의 단부에 형성된 선단부를 구비하고, 금속 재료 기재(2)의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 1㎛이하이고, 베이스부의 외경이 선단부의 외경보다 작은 협착 구조를 갖는 돌기부를 10㎛2의 범위내에 평균 1개 이상 구비하면 좋다. 이에 따라, 친수 특성 및 발광 특성 등의 새로운 기능을 갖는 금속 재료를 제공할 수 있다.The metal material comprises a metal material base material (2) and a modified layer formed on the surface of the metal material base material (2), and the modified layer has an average diameter when viewed in a direction perpendicular to the surface of the metal material material (3) protruding from the surface of the metal material base (2) is not more than 1占 퐉 in an average of not less than 10 占 퐉 2 . The reforming layer has a base portion protruding from the surface of the metal material base 2 and a tip portion formed at the end of the base portion and has an average diameter when viewed in a direction perpendicular to the surface of the metal material base 2 of 1 占 퐉 And the projections having a constriction structure in which the outer diameter of the base portion is smaller than the outer diameter of the distal end portion may be provided in an average of one or more within a range of 10 탆 2 . Thus, it is possible to provide a metal material having new functions such as a hydrophilic property and a luminescent property.
Description
본 발명은 금속 재료, 금속 재료의 표면 처리 방법, 금속 재료를 기재로 한 발수 재료의 제조 방법, 도전성 재료의 표면 처리 장치, 및 도전성 재료의 표면 처리 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a metal material, a surface treatment method of a metal material, a water-repellent material production method based on a metal material, a surface treatment apparatus of a conductive material, and a surface treatment method of a conductive material.
최근, 금속 재료에 신(新)기능을 부여하는 것이 강하게 기대되고 있다. 구체적으로는 강도, 가공성, 내식성과 같은 금속 재료가 본래 갖는 유리한 특성에 부가해서, 친수 특성, 발수 특성, 발광 특성과 같은 금속 표면에 관한 신기능이 금속 재료의 새로운 이용 분야를 개척하는 의미에서 크게 기대되고 있다. 이러한 배경으로부터, 최근에는 도금층, 산화층, 표면 경화층, 표면 조도를 향상시킨 개질층 등의 개질층을 금속 표면에 형성하는 연구가 활발히 실행되고 있다. 일예를 들면, 금속 표면을 애노드 산화해서 미세 구조를 형성하는 기술(비특허 문헌 1 참조)이나 전해 가공에 의한 표면 미세 구조를 형성하는 기술(비특허 문헌 2 참조) 등이 있다.In recent years, it is strongly expected that a new function is given to a metal material. Specifically, in addition to advantageous properties originally possessed by metal materials such as strength, workability, and corrosion resistance, new functions relating to metal surfaces such as hydrophilic properties, water repellency characteristics, and luminescent properties are greatly expected in terms of pioneering new fields of use of metal materials . From these backgrounds, studies for forming a modified layer such as a plating layer, an oxide layer, a surface hardened layer, and a modified layer having improved surface roughness on a metal surface have been actively carried out in recent years. For example, there is a technique of forming a fine structure by oxidizing a metal surface by an anode (see Non-Patent Document 1) and a technique of forming a surface fine structure by electrolytic processing (see Non-Patent Document 2).
금속 재료 표면에 친수 특성, 발수 특성, 발광 특성과 같은 신기능을 부여하기 위해서는 1㎛이하의 미크로의 시점에서 표면 개질층의 구조나 조성을 설계할 필요가 있다. 그러나, 종래까지의 연구는 가공성이나 내식성 등의 기능의 향상을 목적으로 한 것이며, 미크론 수치로 표면 개질층의 구조나 조성을 설계하고 있었기 때문에, 신기능의 발현에는 불충분하였다. 예를 들면, 표면 조도를 향상시키는 방법으로서, 금속 재료의 표면에 덜(dull) 구조를 갖는 롤을 밀어붙이는 방법이 제안되어 있다. 그런데, 이 방법에 의해서 형성되는 금속 재료 표면의 요철은 미크론 수치 이상의 크기를 갖고 있다. 이 때문에, 금속 재료 표면은 기름 유지에 의한 가공성의 향상이나 표면 외관을 균일하게 하는 효과를 갖지만, 신기능을 발현하지 않는다. 또, 자동차 외부 판의 도장 밀착성을 높이는 방법으로서, 금속 재료 표면에 인산염 결정을 형성하는 방법이 제안되어 있다. 그런데, 이 방법에 의해서 형성되는 인산염 결정의 입자 직경은 수 미크론의 크기를 갖고 있다. 이 때문에, 금속 재료 표면은 신기능을 발현하지 않는다.It is necessary to design the structure and composition of the surface modification layer at a microstructure of 1 탆 or less in order to impart new functions such as hydrophilicity, water repellency and light emission to the surface of the metal material. However, conventional researches are aimed at improving functions such as workability and corrosion resistance, and since the structure and composition of the surface-modified layer are designed with micron numbers, it is insufficient for the expression of new functions. For example, as a method of improving the surface roughness, a method of pushing a roll having a dull structure on the surface of a metal material has been proposed. However, the irregularities on the surface of the metal material formed by this method have a size larger than a micron value. For this reason, the surface of the metal material has the effect of improving the workability due to oil retention and the effect of making the surface appearance uniform, but does not exhibit new functions. Further, as a method for enhancing the paint adhesion of the automobile outer plate, a method of forming phosphate crystals on the surface of the metal material has been proposed. However, the particle diameter of the phosphate crystals formed by this method has a size of several microns. Therefore, the surface of the metal material does not exhibit new functions.
한편, 이미 보고된 미세 구조 형성 기술 중, 비특허 문헌 1에 기재된 기술과 같은 금속 표면을 애노드 산화해서 미세 구조를 형성하는 기술은 미세한 구멍을 형성하는 것으로써, 부여할 수 있는 기능이 한정되어 버린다. 또, 표면이 산화층으로 되기 때문에, 표면 물성이 산화물종에 한정되어 버린다. 또, 비특허 문헌 2에 기재된 방법과 같은 전해 가공을 이용하는 방법은 표면 미세 구조를 형성시키기 위해 피처리 표면과 대향 전극간의 거리를 매우 짧게 할 필요가 있지만, 이 제어는 매우 곤란하다.On the other hand, among the reported microstructure forming techniques, the technique of forming a fine structure by oxidizing a metal surface such as the technique described in the
본 발명은 상기 과제를 감안해서 이루어진 것으로서, 그 목적은 친수 특성 및 발광 특성 등의 새로운 기능을 갖는 금속 재료를 제공하는 것에 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a metal material having new functions such as a hydrophilic characteristic and a luminescent characteristic.
또, 본 발명의 다른 목적은 많은 노동력 및 비용을 요하지 않고 금속 재료 표면에 높은 발수 특성을 부여하는 것이 가능한 금속 재료의 표면 처리 방법 및 금속 재료를 기재로 한 발수 재료의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of surface treatment of a metal material and a method of manufacturing a water-repellent material based on a metal material, which can impart a high water repellency to the surface of a metal material without requiring much labor and cost .
또한, 본 발명의 다른 목적은 표면의 소정의 장소 또는 표면의 넓은 면적에 걸쳐 처리를 실행하고 나노 레벨의 미세 구조가 형성된 도전성 재료를 저비용으로 효율적으로 제조 가능한 도전성 재료의 표면 처리 장치 및 표면 처리 방법을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus and surface treatment method of a conductive material capable of efficiently carrying out a treatment over a wide area of a predetermined place or surface of a surface and efficiently forming a conductive material having a nano- And the like.
본 발명에 관한 금속 재료는 금속 재료 기재와, 상기 금속 재료 기재의 표면상에 형성된 개질층을 구비하고, 상기 개질층은 상기 금속 재료 기재의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 1㎛이하인, 상기 금속 재료 기재의 표면으로부터 돌출된 돌기부를 10㎛2의 범위내에 평균 3개 이상 구비하는 것을 특징으로 한다.The metal material according to the present invention comprises a metal material base and a modified layer formed on the surface of the metal material base, wherein the modified layer has an average diameter when viewed in a direction perpendicular to the surface of the metal material base is 1 Mu m or less, and protrusions protruding from the surface of the metal material base are provided in an average of 3 or more in the range of 10 mu m < 2 & gt ;.
본 발명에 관한 금속 재료는 상기 발명에 있어서, 상기 개질층은 상기 금속 재료 기재의 표면으로부터 돌출된 베이스부와, 상기 베이스부의 단부에 형성된 선단부를 구비하고, 상기 금속 재료 기재의 표면에 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 1㎛이하이고, 상기 베이스부의 외경이 상기 선단부의 외경보다 작은 협착 구조를 갖는 돌기부를 10㎛2의 범위내에 평균 1개 이상 구비하는 것을 특징으로 한다.The metal material according to the present invention is characterized in that the modified layer has a base portion protruded from a surface of the metal material base and a tip portion formed at an end portion of the base portion, And a protruding portion having an average diameter of 1 占 퐉 or less as viewed from the center of the base portion and an outer diameter of the base portion being smaller than an outer diameter of the tip portion is provided in an average of one or more within a range of 10 占 퐉 2 .
본 발명에 관한 금속 재료는 상기 발명에 있어서, 상기 돌기부의 상기 금속 재료 기재의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 500㎚이하인 것을 특징으로 한다.The metal material according to the present invention is characterized in that the average diameter of the protrusions in a direction perpendicular to the surface of the metal material base is 500 nm or less in the above invention.
본 발명에 관한 금속 재료는 상기 발명에 있어서, 상기 돌기부가 형성되어 있는 위치는 상기 금속 재료 기재의 면내 방향에 있어서 주기성을 갖지 않는 것을 특징으로 한다.The metal material according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the position where the protrusion is formed does not have periodicity in the in-plane direction of the metal material base.
본 발명에 관한 금속 재료는 상기 발명에 있어서, 상기 개질층은 상기 금속 재료 기재의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 500㎚이하의 오목부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The metal material according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the modified layer has a concave portion having an average diameter of 500 nm or less when viewed in a direction perpendicular to the surface of the metal material base.
본 발명에 관한 금속 재료는 상기 발명에 있어서, 상기 금속 재료 기재는 합금강에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.The metal material according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the metal material base is formed of an alloy steel.
본 발명에 관한 금속 재료는 상기 발명에 있어서, 상기 금속 재료 기재는 강재에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.The metal material according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the metal material base is formed of a steel material.
본 발명에 관한 금속 재료는 상기 발명에 있어서, 상기 금속 재료 기재의 조성과 상기 돌기부의 조성은 다른 것을 특징으로 한다.The metal material according to the present invention is characterized in that the composition of the metal material base and the composition of the protrusions are different from each other in the above invention.
본 발명에 관한 금속 재료는 상기 발명에 있어서, 상기 금속 재료 기재와 상기 돌기부는 연속적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.The metallic material according to the present invention is characterized in that the metallic material base and the protruding portion are continuously connected.
본 발명의 제 1 양태에 관한 금속 재료의 표면 처리 방법은 피처리 표면을 갖는 금속 재료로 이루어지는 음극 전극으로서의 피처리재와 양극 전극을 전해 용액 중에 침지시키는 스텝과, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 70V이상으로 피처리재가 산화 또는 용해되지 않는 범위의 전압을 인가하는 것에 의해서, 상기 피처리 표면에 미세 구조를 형성하는 스텝과, 상기 전해 용액 중에서 상기 피처리재를 꺼내고, 해당 피처리재를 세정하는 스텝과, 세정된 상기 피처리재의 상기 피처리 표면에 발수 처리를 실시하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for surface treatment of a metallic material according to a first aspect of the present invention includes the steps of: immersing a member to be treated as a cathode electrode made of a metal material having a surface to be treated and an anode electrode in an electrolytic solution; Forming a microstructure on the surface to be treated by applying a voltage in a range not lower than 70 V to the target material so as not to oxidize or dissolve the target material; And performing a water repellent treatment on the surface of the object to be treated which has been cleaned.
본 발명의 제 2 양태에 관한 금속 재료의 표면 처리 방법은 피처리 표면을 갖는 금속 재료로 이루어지는 음극 전극으로서의 피처리재와 양극 전극을 전해 용액 중에 침지시키는 스텝과, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 70V이상 200V이하의 전압을 인가하는 것에 의해서, 상기 피처리 표면에 미세 구조를 형성하는 스텝과, 상기 전해 용액 중에서 상기 피처리재를 꺼내고, 해당 피처리재를 세정하는 스텝과, 세정된 상기 피처리재의 상기 피처리 표면에 발수 처리를 실시하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for surface treatment of a metallic material according to a second aspect of the present invention includes the steps of: immersing a material to be treated as a cathode electrode made of a metal material having a surface to be treated and an anode electrode in an electrolytic solution; A step of forming a microstructure on the surface to be treated by applying a voltage of 70 V to 200 V to the surface of the substrate to be treated, And performing a water repellent treatment on the surface to be treated of the material to be treated.
본 발명에 관한 금속 재료를 기재로 한 발수 재료의 제조 방법은 피처리 표면을 갖는 음극 전극으로서의 피처리재인 금속 재료와 양극 전극을 전해 용액 중에 침지시키는 스텝과, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 70V이상 200V이하의 전압을 인가하는 것에 의해서, 상기 피처리재인 금속 재료 표면에 미세 구조를 형성하는 스텝과, 상기 전해 용액 중에서 상기 금속 재료를 꺼내고, 해당 금속 재료를 세정하는 스텝과, 세정된 상기 금속 재료의 상기 피처리 표면에 발수 처리를 실시하는 스텝을 포함한 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a water-repellent material using a metal material as a base material according to the present invention comprises the steps of: immersing a metal material and a cathode electrode as a cathode material having a surface to be treated as a cathode electrode in an electrolytic solution; Forming a microstructure on the surface of the metal material as the material to be treated by applying a voltage of 70V to 200V; removing the metal material from the electrolytic solution and cleaning the metal material; And performing a water repellent treatment on the surface to be treated of the metallic material.
본 발명에 관한 도전성 재료의 표면 처리 장치는 전해 용액 중에 서로 이격되어 침지된 양극 전극 및 도전성 재료로 이루어지는 음극 전극과, 상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 개재하고, 상기 음극 전극의 피처리 부분을 한정하는 개구부를 갖는 차폐물과, 상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 전압을 인가하는 전원을 구비하는 것을 특징으로 한다.The surface treatment apparatus for a conductive material according to the present invention comprises a cathode electrode made of a conductive material and a cathode electrode immersed and immersed in an electrolytic solution and a cathode electrode interposed between the anode electrode and the cathode electrode, And a power source for applying a voltage between the positive electrode and the negative electrode.
본 발명에 관한 도전성 재료의 표면 처리 장치는 상기 발명에 있어서, 상기 개구부의 위치 및/또는 상기 양극 전극과 상기 음극 전극의 상대 위치를 변화시키는 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.The surface treatment apparatus for a conductive material according to the present invention is characterized in that it comprises a mechanism for changing the position of the opening and / or the relative position of the anode electrode and the cathode electrode.
본 발명에 관한 도전성 재료의 표면 처리 장치는 상기 발명에 있어서, 상기 전원이 양극 전극과 음극 전극 사이에 60V이상, 300V이하의 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.The surface treatment apparatus for a conductive material according to the present invention is characterized in that the power source applies a voltage of 60 V or more and 300 V or less between the anode electrode and the cathode electrode.
본 발명에 관한 도전성 재료의 표면 처리 장치는 상기 발명에 있어서, 상기 차폐물은 음극 표면의 표면에 피복된 상기 개구부를 갖는 절연성의 내열 재료인 것을 특징으로 한다.The surface treatment apparatus for a conductive material according to the present invention is characterized in that the shield is an insulating heat-resistant material having the opening covered with the surface of the cathode.
본 발명에 관한 도전성 재료의 표면 처리 장치는 상기 발명에 있어서, 상기 도전성 재료는 금속 재료인 것을 특징으로 한다.The surface treatment apparatus for a conductive material according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the conductive material is a metal material.
본 발명에 관한 도전성 재료의 표면 처리 방법은 본 발명에 관한 도전성 재료의 표면 처리 장치를 이용해서 도전성 재료의 표면을 처리하는 것을 특징으로 한다.The surface treatment method of a conductive material according to the present invention is characterized in that the surface of a conductive material is treated by using the surface treatment apparatus of the conductive material according to the present invention.
본 발명에 관한 금속 재료에 따르면, 친수 특성 및 발광 특성 등의 새로운 기능을 갖는 금속 재료를 제공할 수 있다.According to the metal material of the present invention, it is possible to provide a metal material having new functions such as a hydrophilic property and a luminescent property.
본 발명에 관한 금속 재료의 표면 처리 방법 및 금속 재료를 기재로 한 발수 재료의 제조 방법에 따르면, 많은 노동력 및 비용을 요하지 않고 금속 재료 표면에 높은 발수 특성을 부여할 수 있다.According to the surface treatment method of a metal material and the method of manufacturing a water-repellent material based on a metal material according to the present invention, high water repellency can be imparted to the surface of a metal material without requiring much labor and cost.
본 발명에 관한 도전성 재료의 표면 처리 장치 및 표면 처리 방법에 따르면, 표면의 소정의 장소 또는 표면의 넓은 면적에 걸쳐 나노 레벨의 미세 구조가 형성된 도전성 재료를 저비용으로 효율적으로 제조할 수 있다.According to the surface treatment apparatus and surface treatment method of the conductive material of the present invention, it is possible to efficiently manufacture a conductive material having a nano-level microstructure formed over a wide area of a predetermined place or surface of the surface at a low cost.
도 1a는 본 발명의 1실시형태인 금속 재료의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A선 단면도이다.
도 2는 냉연 강판의 표면에 형성된 돌기부의 일예를 나타내는 SEM 사진이다.
도 3은 돌기부의 외경의 산출 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 돌기부의 협착 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 냉연 강판에 형성된 협착 구조를 갖는 돌기부의 일예를 나타내는 SEM 사진이다.
도 6은 냉연 강판에 형성된 협착 구조를 갖는 돌기부의 일예를 나타내는 단면 TEM 사진이다.
도 7은 스테인리스강의 표면에 형성된 오목부의 일예를 나타내는 SEM 사진이다.
도 8은 스테인리스강의 표면에 형성된 오목부의 일예를 나타내는 SEM 사진이다.
도 9는 기재의 조성과는 다른 조성을 갖는 돌기부의 일예를 나타내는 단면 TEM 사진이다.
도 10은 냉연 강판에 돌기부가 연속적으로 형성되어 있는 상태를 나타내는 단면 TEM 사진이다.
도 11은 본 발명의 1실시형태인 금속 재료의 표면 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 1실시형태인 금속 재료의 표면 처리 방법에 있어서 이용되는 장치의 1구성예를 나타내는 모식도이다.
도 13은 표면 처리된 SUS316L 스테인리스강의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.
도 14는 도 13에 나타내는 스테인리스강 표면에 발수 처리를 실시한 후에 표면에 증류수를 적하한 상태를 횡방향에서 관찰한 도면이다.
도 15는 본 발명의 1실시형태인 도전성 재료의 표면 처리 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 16은 도 15에 나타내는 표면 처리 장치의 변형예를 나타내는 모식도이다.
도 17은 도 15에 나타내는 표면 처리 장치의 변형예를 나타내는 모식도이다.
도 18은 개구부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 19a는 양극 전극과 음극 전극 사이에 150V를 인가했을 때의 개구부의 길이 방향의 좌측부의 2차 전자상을 나타내는 도면이다.
도 19b는 양극 전극과 음극 전극 사이에 150V를 인가했을 때의 개구부의 길이 방향의 중앙부의 2차 전자상을 나타내는 도면이다.
도 19c는 양극 전극과 음극 전극 사이에 150V를 인가했을 때의 개구부의 길이 방향의 우측부의 2차 전자상을 나타내는 도면이다.
도 20은 개구부의 크기를 5㎜×5㎜ 및 5㎜φ로서 처리한 후의 음극 전극의 외관을 나타내는 도면이다.
도 21은 개구부의 크기를 5㎜φ로서 처리한 후의 음극 전극 표면의 SEM상을 나타내는 도면이다.
도 22는 표면 처리를 실행하고 있지 않은 음극 전극 표면의 SEM상을 나타내는 도면이다.1A is a plan view showing a configuration of a metal material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A.
2 is an SEM photograph showing an example of a protrusion formed on the surface of the cold-rolled steel sheet.
3 is a schematic diagram for explaining a method of calculating the outer diameter of the protruding portion.
4 is a schematic view for explaining the constriction structure of the projections.
5 is an SEM photograph showing an example of a projection having a constriction structure formed on a cold-rolled steel sheet.
6 is a cross-sectional TEM photograph showing an example of a projection having a constriction structure formed on a cold-rolled steel sheet.
7 is an SEM photograph showing an example of a recess formed on the surface of stainless steel.
8 is an SEM photograph showing an example of a recess formed on the surface of stainless steel.
9 is a cross-sectional TEM photograph showing an example of a protrusion having a composition different from that of the base material.
10 is a cross-sectional TEM photograph showing a state in which protrusions are continuously formed on the cold-rolled steel sheet.
11 is a flowchart showing the flow of the surface treatment of the metal material according to one embodiment of the present invention.
12 is a schematic view showing one configuration example of an apparatus used in a surface treatment method of a metal material according to one embodiment of the present invention.
13 is a SEM photograph showing the surface of the surface-treated SUS316L stainless steel.
14 is a view showing a state in which distilled water is dropped on the surface after the water-repellent treatment is performed on the surface of the stainless steel shown in Fig. 13 in the lateral direction.
15 is a schematic diagram showing a configuration of a surface treatment apparatus for a conductive material according to one embodiment of the present invention.
16 is a schematic view showing a modified example of the surface treatment apparatus shown in Fig.
17 is a schematic view showing a modification of the surface treatment apparatus shown in Fig.
Fig. 18 is a view showing a configuration of an opening portion. Fig.
19A is a diagram showing a secondary electron image at the left side in the longitudinal direction of the opening portion when 150 V is applied between the anode electrode and the cathode electrode.
FIG. 19B is a diagram showing a secondary electron image at the center in the longitudinal direction of the opening portion when 150 V is applied between the anode electrode and the cathode electrode. FIG.
19C is a view showing a secondary electron image in the right side portion in the longitudinal direction of the opening portion when 150 V is applied between the anode electrode and the cathode electrode.
Fig. 20 is a view showing the appearance of the cathode electrode after the openings have been processed to have dimensions of 5 mm x 5 mm and 5 mm phi.
21 is a view showing an SEM image of the surface of the cathode electrode after the size of the opening is treated to 5 mm ?.
22 is a view showing an SEM image of a surface of a negative electrode not subjected to surface treatment.
[금속 재료][Metal material]
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 1실시형태인 금속 재료의 구성을 나타내는 평면도, 및 도 1a의 A-A선 단면도이다. 도 1a 및 도 1b에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 1실시형태인 금속 재료(1)는 기재(2)와, 기재(2)의 표면상에 형성된 개질층으로서의 돌기부(3)를 구비하고 있다. 기재(2)는 금속 재료에 의해서 형성되어 있다. 금속 재료로서는 스테인리스강을 포함하는 합금강, Fe와 C와 필요에 따라 3질량%이하 정도의 미량의 합금 원소를 함유하는 냉연 강판 등의 강재, 연질 강판, 인장 강도 2GPa급의 고강도 강판, 열연 강판 등을 예시할 수 있다. 기재(2)의 형상은 특히 한정되는 것은 아니며, 판형상, 봉형상, 선형상, 혹은 파이프형상 등의 형상을 이용할 수 있다. 또, 기재(2)는 복수의 부재가 용접된 것이라도 좋다. 또, 기재(2)가 판형상인 경우, 그 판두께가 한정되지 않으며, 100㎛이하의 금속박부터 두께 3㎜이상의 두꺼운 강판까지 이용할 수 있다.Figs. 1A and 1B are a plan view showing the configuration of a metallic material according to an embodiment of the present invention, and Fig. 1A is a sectional view taken along the line A-A in Fig. 1A. 1A and 1B, a
돌기부(3)는 기재(2)의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경 R이 1㎛, 바람직하게는 500㎚이하인 기재(2)의 표면으로부터 돌출된 미세 구조에 의해서 형성되어 있다. 도 2는 냉연 강판의 표면에 형성된 돌기부의 일예를 나타내는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM) 사진이다. 도면 중, 화살표로 나타낸 것이 돌기부(3)이다. 이 돌기부(3)는 냉연 강판 및 백금 전극을 각각 음극 전극 및 양극 전극으로 해서 농도 0.3mol/L의 K2CO3 수용액 중에 있어서 30분간 135V로 통전하는 것에 의해서 형성된 것이다. 이 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 냉연 강판의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 돌기부(3)의 평균 직경 R은 돌기부(3)의 윤곽에 의해서 둘러싸이는 면적과 동일한 면적을 갖는 원 C를 상정하고, 이 원 C의 직경 R을 산출하는 것에 의해서 구하였다. 이러한 돌기부(3)를 10㎛2의 범위내에 평균 3개 이상 형성하는 것에 의해서, 발광 특성이나 친수 특성을 기재(2)의 표면에 부여할 수 있다. 친수 특성을 높게 하는 것에 의해, 금속 표면에 액적이 형성되기 어려워지는 결과, 유기물 등의 오염이 잘 묻지 않는 청정화 작용을 갖게 되고, 반사 강도가 떨어지기 어려운 광반사판 등의 다양한 용도를 기대할 수 있다. 돌기부(3)의 면내 분포는 한정되는 것은 아니지만, 특단의 주기성을 갖지 않는 것은 제조상 유리하다. 예를 들면, 돌기부(3)가 열(列)형상으로 주기성을 갖는 표면을 제조하기 위해서는 과도한 공정이 필요하게 되어, 제조상 불리하게 된다.The
도 4에 나타내는 바와 같이, 돌기부(3)가 베이스부(3a)의 외경 Lrmin이 선단부(3b)의 외경 Lrmax보다 작은 구조, 즉 협착 구조를 갖는 경우, 협착 구조를 갖지 않는 경우에 비해, 기재(2)의 비표면적이나 내부의 공극이 외관상 크게 된다. 그 때문에, 비표면적에 영향을 받는 친수 특성 등을 더욱 향상시킬 수 있다. 또, 협착 구조를 갖는 돌기부(3)는 표면에서의 화학 반응이나 그 촉진 기능을 기재(2)의 표면에 부여하거나, 기재(2)의 표면상에 형성되는 박막층과의 밀착성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다. 이 때문에, 베이스부(3a)의 외경 Lrmin이 선단부(3b)의 외경 Lrmax보다 작은 협착 구조를 갖는 돌기부(3)를 10㎛2의 범위내에 평균 1개 이상 형성하는 것이 바람직하다. 친수 특성은 비표면적이 클수록 높기 때문에, 돌기 사이즈를 작고 또한 돌기 수를 많게 하면 유리하고, 또, 협착된 돌기 구조를 갖는 표면에서는 비표면적이 더욱 커지기 때문에, 친수 특성이 더욱 향상된다.As shown in Fig. 4, when the projecting
협착 구조를 갖는 돌기부(3)는 [1] FIB(Focused Ion Beam)법 등에 의해서 금속 재료 표면의 단면 시료를 제작하고, 그 단면 시료를 SEM이나 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope: TEM)으로 관찰하는 방법, [2] 금속 재료를 경사시켜 SEM으로 관찰하는 방법 등에 의해서 확인할 수 있다. 도 5는 냉연 강판에 형성된 협착 구조를 갖는 돌기부(3)의 일예를 나타내는 SEM 사진이다. 이것은 시료를 70도 경사시켜 촬영한 상(像)이다. 도 6은 냉연 강판에 형성된 협착 구조를 갖는 돌기부(3)의 일예를 나타내는 단면 TEM 사진이다. 협착 구조를 갖는 돌기부는 이하에 나타내는 식 (1)과 같이 베이스부(3a)의 외경 Lrmin이 선단부(3b)의 외경 Lrmax의 크기의 90%이하, 바람직하게는 이하에 나타내는 식 (2)와 같이 베이스부(3a)의 외경 Lrmin이 선단부(3b)의 외경 Lrmax의 크기의 80%이하인 구조인 것을 의미한다. 도 5에 나타내는 예에서는 Lrmin/Lrmax의 값은 0.38, 도 6에 나타내는 예에서는 Lrmin/Lrmax의 값은 0.62이었다. 베이스부(3a)의 외경 Lrmin은 금속 재료 기재의 표면에 대해 수직인 방향에서 베이스부(3a)를 보았을 때의 베이스부(3a)의 최소 외경을 말하며, 선단부(3b)의 외경 Lrmax는 금속 재료 기재의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 선단부(3b)의 최대 외경을 말한이다.The protruding
[식 1] [Formula 1]
[식 2] [Formula 2]
기재(2)의 표면에는 돌기부(3)에 부가해서, 기재(2)의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 1㎛이하, 바람직하게는 500㎚이하의 오목부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 돌기부(3)에 부가해서 오목부를 형성하는 것에 의해서, 금속 재료의 표면적을 더욱 크게 할 수 있으므로, 금속 재료 표면의 발광 특성이나 친수 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 볼록부 이외에 오목부가 존재하는 것에 의해 윤활유나 기능성 액체를 더 많게, 또한 길게 유지시킬 수 있으므로, 기재(2)의 표면에 신기능을 부여할 수 있다.The surface of the
도 7 및 도 8은 스테인리스강의 표면에 형성된 오목부의 일예를 나타내는 SEM 사진이다. 도 7은 금속 재료 표면의 바로 위에서 금속 재료를 관찰한 상태를 나타내고, 도 8은 금속 재료를 60도 경사시켜 금속 재료를 관찰한 상태를 나타낸다. 도 7 및 도 8에 나타내는 오목부는 SUS430 스테인리스강 및 백금 전극을 각각 음극 전극 및 양극 전극으로 해서 농도 0.1mol/L의 K2CO3 수용액 중에 있어서 30분간 115V로 통전하는 것에 의해서 형성된 것이다. 도면 중의 화살표가 오목부를 나타내고 있다. 도 7 및 도 8로부터 명백한 바와 같이, 200㎚ 내지 500㎚ 정도의 크기를 갖는 오목부가 스테인리스강 표면의 도처에 형성되어 있다.7 and 8 are SEM photographs showing an example of a recess formed on the surface of stainless steel. Fig. 7 shows a state in which the metal material is observed just above the surface of the metal material, and Fig. 8 shows a state in which the metal material is observed by tilting the metal material at 60 degrees. 7 and concave portion 8 shown in Fig. SUS430 stainless steel, and a platinum electrode to each of the cathode electrode and the anode electrode of the concentration 0.1mol / L K 2 CO 3 In an aqueous solution at 115 V for 30 minutes. Arrows in the drawing indicate concave portions. 7 and 8, recesses having a size of about 200 nm to 500 nm are formed all over the surface of the stainless steel.
돌기부(3)를 형성하는 물질은 기재(2)와 동일한 조성을 갖고 있어도 좋고, 다른 조성이어도 좋으며, 목적에 따라 구분하여 사용할 수 있다. 도 9는 기재(2)의 조성과는 다른 조성을 갖는 돌기부(3)의 일예를 나타내는 단면 TEM 사진이다. 도 9에 나타내는 예에서는 기재(2)는 SUS316 스테인리스강에 의해서 형성되어 있지만, 돌기부(3) 중의 Cr농도는 기재(2) 중의 Cr농도보다 작게 되어 있다. 이러한 구조에 의하면, SUS316 스테인리스강의 장점을 살리면서, Ni의 촉매 기능을 더욱 유효하게 활용할 수 있다고 기대된다. 일예를 들면, Ni를 유효 성분으로 하는 수증기 개질 촉매로서 그대로 이용할 수 있을 가능성이 있다. 이 경우, Cr은 촉매 성능을 저하시키는 것이 알려져 있으므로, Cr의 영향을 적게 할 수 있는 것을 기대할 수 있다. 또, 본 발명의 돌기 구조는 비표면적이 크기 때문에 열교환성이 우수하다. 이것도 촉매 반응 기재로서 유리하다.The material forming the
기재(2)와 돌기부(3)는 연속체인 것이 바람직하다. 기재(2)와 돌기부(3)가 연속체인 것에 의해서, 돌기부(3)의 강도를 높일 수 있다. 도 10은 냉연 강판에 돌기부가 연속적으로 형성되어 있는 상태를 나타내는 단면 TEM 사진이다. 도시하지 않지만, 돌기부(3)의 영역 R1과 기재(2)의 영역 R2에 대해 결정 방위를 해석한 결과, 돌기부(3)는 단결정이며 기재(2)와 대략 동일한 결정 방위를 갖고 있었다. 이러한 연속 구조는 기계적 작용이나 화학적 작용에 대해 안정되어 있으며 돌기부(3)가 탈락하기 어려운 것에 부가해서, 돌기부(3)에 이종 물질이나 이종 원소를 이용하고 싶지 않은 경우에도 유효하다. 또, 이러한 연속 구조는 이(易)산화성의 합금 원소(예를 들면, Cr)의 함유량이 적은 강재나 금속을 기재(2)로서 이용하는 것에 의해서 형성할 수 있다.The
이러한 구조를 갖는 금속 재료(1)의 제조 방법의 일예로서는 전해 용액 중의 방전을 이용하는 것에 의해서 제조할 수 있다. 구체적으로는 피처리재 및 백금 등의 불활성의 금속을 각각 음극 전극 및 양극 전극으로 해서 전해 용액 중에서 60 내지 140V 정도의 직류 전압을 전극에 인가한다. 인가 전압의 범위에는 피처리재에 따라 다르지만, 피처리재의 표면 구조를 SEM으로 확인하면서 용이하게 결정할 수 있다. 처리 시간이나 인가 전압을 적합한 범위내에서 변경하는 것에 의해서, 돌기부의 평균 직경을 제어할 수 있다. 구체적으로는 동일한 소재인 경우, 인가 전압을 크게 할수록, 처리 시간을 길게 할수록, 전해 용액 액면으로부터 깊은 위치일수록, 돌기부의 평균 직경을 크게 할 수 있다.An example of a method for producing the
단, 인가 전압이 완전 플라즈마 상태가 되는 값이 되면, 철이나 스테인리스강에서는 표면이 과도하게 융해되거나 산화되어 버려, 미세한 돌기 구조가 형성되기 어렵다. 협착 구조를 부여하기 위해서는 표면이 과도하게 융해 또는 산화되지 않는 범위에서 방전 에너지 밀도가 높은 조건을 선정할 필요가 있다. 일예로서, 인가 전압을 약간 높게 설정하거나 또는 전장이 집중하도록 처리 대상 영역을 작게 하는 것이 유효하다. 이 경우에도, 처리 표면을 SEM으로 관찰한 결과를 처리 조건과 비교하는 것에 의해서 바람직한 조건을 결정할 수 있다. 또, 도 9에 나타낸 Ni가 농화되고, Cr이 결핍된 돌기 구조는 방전 전압을 약간 높게 설정하는 것에 의해서 형성할 수 있다. 그 밖에도, 돌기 구조를 제작해 두고, 계속해서 원소를 용액 중에서 공급함으로써 표면에 새로운 원소를 부여할 수 있다. 「완전 플라즈마 상태」는 방전시에 오렌지색이 섞인 발광 또는 오렌지색이 주체인 발광이 음극 전극 표면을 덮는 상태를 가리킨다.However, when the applied voltage reaches a value at which the applied voltage becomes a completely plasma state, the surface is excessively melted or oxidized in the case of iron or stainless steel, and a fine projection structure is hardly formed. In order to provide a constriction structure, it is necessary to select a condition having a high discharge energy density within a range where the surface is not excessively melted or oxidized. For example, it is effective to set the applied voltage to be slightly higher or reduce the area to be processed so that the electric field is concentrated. Even in this case, preferable conditions can be determined by comparing the result of observing the treated surface with the SEM with the treatment conditions. 9 can be formed by setting the discharge voltage to a slightly higher value. In addition, a protruding structure may be prepared, and a new element may be added to the surface by continuously supplying the element in the solution. The " completely plasma state " indicates a state in which luminescence mixed with orange color or orange luminescence mainly covers the surface of the cathode during discharge.
[실시예 1][Example 1]
연질 냉연 강판(CRS, 크기 2㎜×20㎜×0.7㎜) 및 Pt를 각각 음극 전극 및 양극 전극으로 해서 농도 0.3mol/L의 K2CO3 수용액 중에 침지하고, 다른 통전 전압을 음극 전극 및 양극 전극에 통전해서 시료를 제작하였다. 그리고, 통전 후의 연질 냉연 강판의 표면을 SEM에 의해 관찰하고, 표면에 형성되어 있는 돌기부의 평균 직경과 밀도를 평가하였다. 그 때, 수용액 액면으로부터의 깊이에 따라 어떻게 처리가 다른지를 관찰하기 위해, 일부의 시료에 관해서는 액면으로부터의 깊이가 다른 부분에서 연질 냉연 강판으로부터 샘플을 잘라내고, 표면 관찰을 실행하였다. 돌기부의 평균 직경은 임의로 선택한 12㎛×9㎛의 범위 중에서 임의로 선택한 20개의 돌기부의 직경의 평균값이며, 밀도는 상기 범위내에 있는 돌기부의 수를 108㎛2(=12㎛×9㎛)로 나누는 동시에 10㎛2를 곱해 10㎛2당 돌기부의 개수를 구한 결과이다. 평가 결과를 이하의 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타내는 실험 No.1-7의 시료는 상기의 수용액 중에서 통전을 실행하기 전의 연질 냉연 강판이다. 표 1에 나타내는 실험 No.1-1 내지 1-6의 시료와 실험 No.1-7의 시료의 비교로부터 명백한 바와 같이, 통전 처리에 의해서 본 발명에 관한 돌기부를 갖는 개질층이 얻어지는 것이 확인되었다. 또, 인가 전압을 작게 하는 것에 의해서, 돌기부의 평균 직경을 작게 하고, 또한 돌기부의 밀도를 증가시킬 수 있는 것이 확인되었다. 또, 실험 No.1-6의 시료와 같이, 액면으로부터 처리 표면까지의 거리를 짧게 하는 것에 의해서도, 돌기부의 평균 직경을 작게 하고, 또한 돌기부의 밀도를 증가시킬 수 있는 것이 확인되었다.A soft cold-rolled steel sheet (CRS,
[표 1] [Table 1]
[실시예 2] [Example 2]
SUS316 스테인리스강(크기 25㎜×2.5㎜×0.8㎜) 및 Pt를 각각 음극 전극 및 양극 전극으로 해서 농도 0.3mol/L의 K2CO3 수용액 중에 침지하고, 다른 통전 전압을 음극 전극 및 양극 전극에 통전해서 시료를 제작하였다. 그리고, 통전 후의 SUS316 스테인리스강의 표면을 SEM에 의해 관찰하고, 표면에 형성되어 있는 돌기부의 평균 직경과 밀도를 실시예 1과 마찬가지로 평가하였다. 그 때, 수용액 액면으로부터의 깊이에 따라 어떻게 처리가 다른지를 관찰하기 위해, 일부의 시료에 관해서는 액면으로부터의 깊이가 다른 부분에서 연질 냉연 강판으로부터 샘플을 잘라내고, 표면 관찰을 실행하였다. 또, 통전 후의 SUS316 스테인리스강의 표면의 광루미네선스(photoluminescence)를 측정하였다. 장치에는 일본 분광(주)(JASCO Corporation)제 FP6200을 이용하고, 개시 파장 350㎚, 종료 파장 600㎚, 여기 파장 435㎚로 측정을 실행하였다. 구체적으로는 통전 후의 스테인리스강 표면으로부터 얻어진 광루미네선스 스펙트럼에는 통전 전의 스테인리스강 표면으로부터 얻어진 광루미네선스 스펙트럼에는 보이지 않는 파장 430㎚ 부근을 중심으로 하는 발광 피크가 확인되었다. 그래서, 본 실시예에서는 광루미네선스 측정에 있어서 이 발광 피크의 강도를 측정하였다. 본 실시예내에서 최대의 발광 강도가 얻어진 실험 No.2-5의 발광 피크의 높이를 10, 미처리로 해당하는 발광 피크가 관측되지 않았던 실험 No.2-7의 발광 피크의 높이를 0으로서 평가하였다. 평가 결과를 이하의 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관한 돌기부를 갖는 스테인리스강 표면(실험 No.2-1 내지 2-5의 시료)은 미처리의 돌기부를 갖지 않는 스테인리스강 표면(실험 No.2-7의 시료), 또는 돌기가 1000㎚를 훨씬 넘는 실험 No.2-6의 시료에 비해, 높은 발광 특성을 갖는 것이 확인되었다. 발광 특성은 돌기부의 사이즈가 작을수록 크게 되어 있고, 돌기부의 평균 직경이 500㎚이하에서 특히 높은 발광 특성이 얻어지고 있다. 이 결과로부터, 본 발명에 관한 돌기부를 갖는 스테인리스강이 표시 소자나 가시광 영역의 광을 이용하는 소자의 금속 재료로서 이용할 수 있는 것으로 기대된다.SUS316 stainless steel (
[표 2] [Table 2]
[실시예 3][Example 3]
SUS316 스테인리스강(두께 1㎜×폭 2.5㎜×길이 30㎜)을 이용하였다. 표면을 다이어 랩(Dia-Lap) ML-150P로 경면 연마하였다. 이 스테인리스강 및 Pt를 각각 음극 전극 및 양극 전극으로 해서 농도 0.1mol/L의 K2CO3 수용액 300㎤중에 침지하고, 다른 통전 전압으로 음극 전극 및 양극 전극에 15분간 통전하여 시료를 제작하였다. 실험 후의 전극(SUS316 스테인리스강)은 증류수로 충분히 헹군 후, 충분히 건조시켜 액면으로부터의 깊이 30㎜, 28㎜, 26㎜의 3개소 부분의 표면의 접촉각 측정 실험을 실행하였다. 증류수(와코 순약 공업사(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)제)를 마이크로피펫으로 1μ리터 적하하고, 카메라(Canon사제 EOS Kiss X2)로 각각의 물방울을 바로 옆에서 촬영하고, 사진으로부터 액적의 높이(h), 접촉 길이(l)을 측정하고, θR=2tan- 1(2h/l)로부터 각각의 접촉각(θR)을 구해 평균값을 산출하고, 액면으로부터의 깊이 30㎜ 부분의 접촉각으로 하였다.SUS316 stainless steel (
접촉각 측정 실험이 종료한 후, 충분히 건조시켜, 표면에 형성되어 있는 돌기부의 평균 직경과 밀도를 실시예 1과 마찬가지로 평가하였다. 또, 얻어진 시료의 표면적이 평활한 표면에 대해 어느 정도 증가하고 있는지를 평가하기 위해, 평활한 표면의 표면적을 1로 했을 때의 시료의 표면적을 비표면적으로 해서, 이하의 가정에 의거하여 산출하였다. 즉, 상기에서 구해진 평균 직경을 갖는 반구형상의 돌기가 상기에서 구해진 밀도로 평활 표면상에 존재한다고 가정하여, 평활 표면에 대해 몇 배가 되는지를 산출하였다. 결과를 이하의 표 3에 나타낸다. 표 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 범위내에 있는 실시예는 미처리로 본 발명의 개질층을 갖지 않는 시료(실험 No.3-1) 또는 개질층의 성상이 본 발명 범위를 벗어나는 시료(실험 No.3-6)에 비해 접촉각이 작고 친수 특성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.After the contact angle measurement experiment was completed, the sample was thoroughly dried and the average diameter and density of the protrusions formed on the surface were evaluated in the same manner as in Example 1. [ In order to evaluate to what extent the surface area of the obtained sample is increased with respect to the smooth surface, the surface area of the sample when the surface area of the smooth surface is 1 is calculated as the specific surface area based on the following assumptions . That is, assuming that the hemispherical protrusion having the average diameter obtained in the above is present on the smooth surface at the density obtained above, how many times as many times as the smooth surface is calculated is calculated. The results are shown in Table 3 below. As shown in Table 3, the examples within the scope of the present invention are samples (Experiment No. 3-1) which do not have the modified layer of the present invention in an untreated state, or samples in which the property of the modified layer deviates from the scope of the present invention The contact angle is smaller and the hydrophilic property is improved compared to the case of.
[표 3] [Table 3]
[실시예 4][Example 4]
연질 냉연 강판(크기 1.5㎜×20㎜×0.7㎜) 및 Pt를 각각 음극 전극 및 양극 전극으로 해서 농도 0.3mol/L의 K2CO3 수용액 중에 침지하고, 통전 전압을 110V로 해서 음극 전극 및 양극 전극에 30분간 통전해서 시료를 제작하였다. 본 실시예에서는 전장을 집중시키기 위해 시료의 폭을 실시예 1, 2와는 다른 1.0㎜로 하였다. 그리고, 통전 후, 액면으로부터 깊이 15㎜부분에 관해, 실시예 3과 마찬가지의 방법으로 1개소의 접촉각을 측정하였다. 결과는 접촉각 45°이었다. 또, 접촉각 측정 후, 건조시키고, 동일 부분의 표면을 SEM에 의해 관찰하고, 표면에 형성되어 있는 돌기부의 평균 직경과 밀도를 실시예 1과 마찬가지로 평가하였다. 대표적인 SEM 사진을 도 5에 나타낸다. 평가의 결과, 위에서 본 돌기의 평균 직경은 350㎚이었다. 또, 협착 구조를 갖는 돌기의 밀도를 평가하였다. 협착 구조를 갖는 돌기의 밀도는 돌기부의 평균 직경과 밀도를 평가한 부분(범위)과 동일한 부분에 있는 협착 구조를 갖는 돌기의 수를 세고, 돌기부의 밀도와 마찬가지로 해서, 10㎛2당 평균 수를 산출하여 구하였다. 그 결과, 평균 3개 존재하는 것이 확인되었다.A soft cold-rolled steel sheet (size: 1.5 mm x 20 mm x 0.7 mm) and Pt were used as a cathode electrode and an anode electrode, respectively, with a concentration of 0.3 mol / L K 2 CO 3 Immersed in an aqueous solution, and energized for 30 minutes with a negative electrode and a positive electrode at an energizing voltage of 110 V to prepare a sample. In this embodiment, the width of the sample is set to 1.0 mm, which is different from that of Examples 1 and 2, in order to concentrate the electric field. After the energization, the contact angle of one portion was measured in the same manner as in Example 3 with respect to the depth of 15 mm from the liquid surface. The result was a contact angle of 45 [deg.]. The surface of the same portion was observed by SEM, and the average diameter and density of the protrusions formed on the surface were evaluated in the same manner as in Example 1. [ A representative SEM photograph is shown in Fig. As a result of the evaluation, the average diameter of the projections viewed from above was 350 nm. The density of the protrusions having the constriction structure was evaluated. The density of projections having a confinement structure count the number of protrusions having a confinement structure in which the same parts and portions mentioned the average diameter and density of the protrusions (range), in the same manner as the density of protrusions, the average number per 10㎛ 2 Respectively. As a result, it was confirmed that there were three on average.
[실시예 5][Example 5]
연질 냉연 강판(크기 1.5㎜×20㎜×0.7㎜) 및 Pt를 각각 음극 전극 및 양극 전극으로 해서 농도 0.3mol/L의 K2CO3 수용액 중에 침지하고, 통전 전압을 95V로 해서 음극 전극 및 양극 전극에 10분간 통전하여 시료를 제작하였다. 그리고, 통전 후, 액면으로부터 깊이 15㎜부분에 관해, 실시예 3과 마찬가지의 방법으로 1개소의 접촉각을 측정하였다. 결과는 접촉각 60°이었다. 또, 접촉각 측정 후, 건조시키고, 동일한 부분의 표면을 SEM에 의해 관찰하고, 표면에 형성되어 있는 돌기부의 평균 직경 및 밀도와 협착 구조를 갖는 돌기의 밀도를 실시예 1과 마찬가지로 평가하였다. 평가의 결과, 위에서 본 돌기의 평균 직경은 350㎚이며, 협착 구조를 갖는 돌기가 10㎛2 내에 평균 1개 존재하는 것이 확인되었다.A soft cold-rolled steel sheet (size: 1.5 mm x 20 mm x 0.7 mm) and Pt were used as a cathode electrode and an anode electrode, respectively, with a concentration of 0.3 mol / L K 2 CO 3 Immersed in an aqueous solution, and energized for 10 minutes with a negative electrode and a positive electrode at an energizing voltage of 95 V to prepare a sample. After the energization, the contact angle of one portion was measured in the same manner as in Example 3 with respect to the depth of 15 mm from the liquid surface. The result was a contact angle of 60 °. The contact angle was measured, and the surface of the same portion was observed by SEM. The average diameter and density of protrusions formed on the surface and the density of protrusions having a constriction structure were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result of the evaluation, it was confirmed that the average diameter of the protrusions viewed from above was 350 nm, and the average number of protrusions having a constriction structure was within 10 탆 2 .
[실시예 6][Example 6]
6mass%C-2mass%Si-2mass%Cr강을 압연 가공하고, 단면을 25g의 비커스 강도를 평가한 결과, 900이고, 2GPa급의 초고강도 강인 것이 확인되었다. 이 강재를 크기 1㎜×20㎜×0.7㎜로 절단한 것 및 Pt를 각각 음극 전극 및 양극 전극으로 해서 농도 0.1mol/L의 K2CO3 수용액 중에 침지하고, 통전 전압을 110V로 해서 음극 전극 및 양극 전극에 30분간 통전하였다. 그리고, 통전 후, 액면으로부터 깊이 18㎜부분의 연질 냉연 강판의 표면을 SEM에 의해 관찰하고, 표면에 형성되어 있는 돌기부의 평균 직경과 협착 구조를 갖는 돌기의 밀도를 평가하였다. 평가의 결과, 위에서 본 돌기의 평균 직경은 400㎚이고, 협착 구조를 갖는 돌기가 10㎛2 내에 평균 2개 존재하는 것이 확인되었다.6% by mass C-2% by mass Si-2% by mass Cr steel was subjected to rolling processing and the Vickers strength of 25 g in cross section was evaluated. As a result, it was confirmed that the steel was 900 and the super high strength steel of 2 GPa class. This steel material was cut into a size of 1 mm x 20 mm x 0.7 mm, and Pt was used as a cathode electrode and an anode electrode, respectively, and K 2 CO 3 And an electric current was applied to the cathode electrode and the anode electrode for 30 minutes at an energizing voltage of 110V. After energization, the surface of the soft rolled steel sheet at a depth of 18 mm from the liquid surface was observed by SEM, and the density of protrusions having an average diameter and a constriction structure formed on the surface was evaluated. As a result of the evaluation, it was confirmed that the average diameter of the protrusions viewed from above was 400 nm, and two protrusions having a constriction structure were present in an average of 10 탆 2 .
[금속 재료의 표면 처리 방법][Surface Treatment Method of Metal Material]
도 11은 본 발명의 1실시형태인 금속 재료의 표면 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 12는 본 발명의 1실시형태인 금속 재료의 표면 처리 방법에 있어서 이용되는 장치의 1구성예를 나타내는 모식도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 1실시형태인 금속 재료의 표면 처리에서는 처음에, 금속 재료인 음극 전극으로서의 피처리재와 양극 전극을 전해 용액 중에 침지하고, 음극 전극과 양극 전극의 사이에 전압을 인가하는 것에 의해, 피처리재의 표면에 미세 구조를 형성시킨다(스텝 S1). 구체적으로는 도 12에 나타내는 바와 같이, 용기(11)내의 전해 용액(12) 중에 양극 전극(13)과 피처리재(14)를 침지하고, 동 와이어 등의 도선(15)을 통해 전원(16)으로부터 양극 전극(13)과 피처리재(14)에 전압을 인가하는 것에 의해서, 피처리재(14)의 표면에 미세 구조를 형성시킨다.11 is a flowchart showing the flow of the surface treatment of the metal material according to one embodiment of the present invention. 12 is a schematic view showing one configuration example of an apparatus used in a surface treatment method of a metal material according to one embodiment of the present invention. As shown in Fig. 11, in the surface treatment of the metallic material, which is one embodiment of the present invention, the object to be treated as the cathode material, which is a metallic material, and the anode electrode are immersed in the electrolytic solution, A voltage is applied to form a fine structure on the surface of the material to be treated (step S1). 12, the
전해 용액(12)은 특히 한정되지 않지만, 전기 전도성을 갖고 또한 피처리재(14)의 표면 처리를 실행할 때에, 피처리재(14)의 표면을 과도하게 에칭하거나, 양극 전극(13) 및 피처리재(14)의 표면에 부착 또는 석출하거나, 침전물을 형성하기 어려운 용액이다. 이러한 전해 용액(12)의 전해질로는 탄산칼륨(K2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산암모늄((NH4)2CO3), 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 염화암모늄(NH4Cl), 황산의 나트륨염, 황산의 칼륨염, 황산의 암모늄염, 질산의 나트륨염, 질산의 칼륨염, 질산의 암모늄염, 구연산나트륨(NaH2(C3H5O(COO)3)) 등의 구연산의 나트륨염, 구연산의 칼륨염, 구연산의 암모늄염, 질산, 및 염산 등을 예시할 수 있다.The surface of the material to be treated 14 is excessively etched when the surface treatment of the material 14 to be treated is conducted and the surface of the material 14 to be treated is excessively etched, It is a solution which adheres to or precipitates on the surface of the
전해 용액(12)은 피처리재(14)의 표면을 개질할 수 있으면, 임의의 pH 및 농도로 할 수 있다. 예를 들면, 탄산칼륨수용액을 전해 용액(12)으로서 이용하는 경우, 그 농도는 특히 한정되지 않고, 0.001mol/L이상, 더욱 바람직하게는 0.005mol/L이상으로 할 수 있다. 전해 용액(12)의 농도가 너무 낮으면, 양극 전극(13)과 피처리재(14)의 사이에 전압을 인가했을 때에 바람직한 방전 상태를 유지하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있기 때문이다. 전해 용액(12)의 농도의 상한은 특히 마련하지 않지만, 예를 들면 0.5mol/L이하로 할 수 있다. 또, 전해 용액(12)의 pH는 전극의 과도한 부식이나 에칭을 일으키지 않으면 임의의 값으로 할 수 있으며, 예를 들면 pH 10 내지 12로 할 수 있다.The
양극 전극(13)은 방전시에 열적 및 화학적으로 안정된 재료에 의해서 형성되어 있다. 이러한 양극 전극(13)으로서는 Pt, Ir, 흑연 등을 예시할 수 있다.The
피처리재(14)는 금속 재료이면 특히 한정되지 않으며, 철강 재료이면 냉간 압연재, 열간 압연재, 혹은 주조재 및 그 가공물(용접 등을 포함)을 이용할 수 있다. 또, 강종은 특히 한정되지 않으며, 탄소강, 저합금강, 혹은 스테인리스강 등을 이용할 수 있다. 또, 전기 아연 도금 강판을 비롯한 도금 강판도 이용할 수 있다. 또, 피처리재(14)의 형상은 특히 한정되지 않으며, 판형상, 선형상, 봉형상, 파이프형상, 혹은 가공 부품을 이용할 수 있다. 또, 피처리재(14)는 전해 용액(12) 중에 침지되어 있는 것이 필요하며, 적어도 액면으로부터 1㎜보다 깊게 할 필요가 있다.The material to be treated 14 is not particularly limited as long as it is a metal material. As the steel material, a cold rolled steel sheet, a hot rolled steel sheet, a casting material, and a workpiece (including welding) may be used. The steel type is not particularly limited, and carbon steel, low alloy steel, stainless steel, or the like can be used. Also, electroplated steel sheets including an electrogalvanized steel sheet may be used. The shape of the material to be treated 14 is not particularly limited, and a plate, a line, a rod, a pipe, or a machining part can be used. The material to be treated 14 needs to be immersed in the
방전 조건은 피처리재(14)의 표면에 요철이 형성되는 부분 플라즈마 상태에서 완전 플라즈마 상태까지의 범위를 이용할 수 있다. 단, 피처리재(14)가 융해되는 전압보다 낮은 전압 범위에서 실시할 필요가 있다. 구체적으로는 방전 전압을 올려가고 있을 때에 어두운 곳에서 육안으로 확인할 수 있는 발광이 시작되며, 오렌지색의 점 발광을 나타내는 전압부터 재료 전체가 적열하기 직전까지의 상태이다. 인가 전압은 피처리재(14)의 크기를 1㎜×1㎜×20㎜로 한 경우, 대략 70 내지 200V의 범위내가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 80 내지 150V의 범위내이다. 이 전압 범위는 스테인리스강 등의 합금강을 포함하는 대부분의 철강 재료에 적용할 수 있다. 그러나, 이 전압 범위는 피처리재(14)의 종류나 배치에 따라 변화하기 때문에, 전압 조건을 변경해서 처리한 피처리재(14)의 표면을 SEM으로 관찰하는 것에 의해 결정하면 좋다.The discharge condition may be a range from a partial plasma state where unevenness is formed on the surface of the material 14 to a complete plasma state. However, it is necessary to perform the process at a voltage range lower than the voltage at which the material to be treated 14 is melted. Concretely, when the discharge voltage is being raised, light emission which can be visually confirmed in a dark place is started, and the state from the voltage indicating orange light emission to the moment immediately before the entire material is heated up. The applied voltage is preferably in the range of about 70 to 200 V, more preferably in the range of 80 to 150 V when the size of the material 14 to be treated is 1 mm x 1 mm x 20 mm. This voltage range is applicable to most steel materials including alloy steels such as stainless steel. However, since the voltage range varies depending on the type and arrangement of the material to be treated 14, the surface of the material 14 to be treated after changing the voltage condition may be determined by observing with SEM.
방전 전압은 철강 재료의 표면에 미세 돌기를 형성시키는 전압인 것이 필요 조건이다. 하한의 전압 미만에서는 표면에 미세 돌기는 형성되지 않기 때문에, SEM으로 미세 돌기의 유무를 확인함으로써 결정할 수 있다. 상한을 넘으면 피처리면이 용해되어 버린다. 따라서, 표면이 용해하는 전압으로서 상한을 결정할 수 있다. 그러나, 표면을 산화시키지 않는 것이 더욱 바람직하다. 그 경우는 표면이 산화되는 전압을 SEM 및 SEM에 부속된 에너지 분산형 X선 분광 장치(EDS)를 이용해서 조사함으로써 용이하게 결정할 수 있다. 피처리재(14)의 산화물과 동일 정도의 X선 강도로 산소가 검출된 경우, 표면은 산화되어 있다고 판단할 수 있다. 또, 피처리재(14)의 산화물(예를 들면, 냉연 강판이나 저합금강에서는 Fe의 산화물을 의미함)의 Fe의 L선의 강도로 규격화된 산소의 X선 강도에 대해, 피처리재(14)에 있어서의 산소의 Fe-L선 강도로 규격화한 X선 강도가 1/3이하일 필요가 있다. 상기의 표면 조사는 전압을 변경해서 30분간 방전한 후, 피처리재(14)를 꺼내어 수세, 건조시킨 후, SEM에 도입해서 관찰하는 것에 의해 실행한다.The discharge voltage is a necessary condition to form a fine protrusion on the surface of the steel material. Since the fine protrusions are not formed on the surface at a voltage lower than the lower limit, it can be determined by confirming the presence or absence of fine protrusions by SEM. If the upper limit is exceeded, the surface to be treated is dissolved. Therefore, the upper limit can be determined as the voltage dissolving the surface. However, it is more preferable not to oxidize the surface. In this case, the voltage at which the surface is oxidized can be easily determined by irradiating the SEM with an energy dispersive X-ray spectroscope (EDS) attached to the SEM. When oxygen is detected with the same X-ray intensity as the oxide of the material to be treated 14, it can be determined that the surface is oxidized. The X-ray intensity of the oxygen standardized by the intensity of the L line of Fe in the oxide of the material to be treated 14 (for example, the oxide of Fe in the cold-rolled steel sheet or the low alloy steel) ), The X-ray intensity normalized by the Fe-L ray intensity of oxygen needs to be 1/3 or less. The above surface irradiation is carried out by changing the voltage and discharging for 30 minutes, taking out the material to be treated 14, washing it with water, drying it, introducing it into an SEM and observing it.
방전 처리 시간은 3초 이상 필요하다. 단, 방전 처리 시간은 예를 들면 60분 등의 긴 시간도 가능하지만, 방전 처리 시간이 너무 길면 피처리재(14)가 손모하는 경우가 있기 때문에 30분 이상의 처리 시간은 바람직하지 않다. 바람직한 전압 범위 중에서는 인가 전압이 클수록 최종 공정 후의 표면의 발수 특성이 높은 것을 알 수 있다. 따라서, 가장 바람직한 조건은 바람직한 조건 범위 중의 상한에 가까운 인가 전압을 선택하는 것이다.Discharge processing time is required for 3 seconds or more. However, the discharge treatment time can be as long as 60 minutes, for example. However, if the discharge treatment time is too long, the
도 13은 두께 0.8㎜의 SUS316L 스테인리스 강판을 처리한 예이다. 이 SUS316L 스테인리스 강판을 2㎜ 폭, 길이 30㎜로 절단하고, 동 와이어에 의해 도통을 취하고 음극 전극으로 하였다. 양극 전극은 길이 50cm의 Pt 와이어를 서로 접촉하지 않도록 절곡해서 면형상으로 성형한 것을 이용하였다. SUS316L 스테인리스 강판과 동 와이어의 접속부는 내열 수지를 가열 압착하고 동 와이어가 전해 용액에 닿지 않도록 해서 전극의 20㎜의 길이 부분을 전해 용액에 침지하였다. 전해 용액은 농도 0.1mol/L의 K2CO3 수용액을 이용하고, 전압을 130V로 설정해서 10분간 방전을 실행하고, 종료 후 즉시 수세하였다.Fig. 13 shows an example of processing a SUS316L stainless steel sheet having a thickness of 0.8 mm. The SUS316L stainless steel sheet was cut into 2 mm wide and 30 mm long, and conduction was carried out by the copper wire to form a cathode electrode. The positive electrode was formed by bending a 50-cm-long Pt wire so as not to contact each other and forming it into a plane shape. SUS316L Stainless steel plate and the copper wire are heat-pressed with a heat-resistant resin, and the length of 20 mm of the electrode is immersed in the electrolytic solution so that the copper wire does not contact the electrolytic solution. The electrolytic solution contained K 2 CO 3 at a concentration of 0.1 mol / L An aqueous solution was used and the discharge was carried out for 10 minutes by setting the voltage to 130 V, and immediately after the completion of the water washing.
그 결과, 도 13에 나타내는 바와 같이, SUS316L 스테인리스 강판의 표면에 평균 직경이 1㎛이하의 미세한 돌기 구조가 형성되어 있는 것이 확인되었다. 또, EDS에 의한 원소 분석에 의해 SUS316L 스테인리스 강판의 표면은 산화되어 있지 않은 것이 확인되었다. 또, 160V를 넘는 인가 전압에서는 SUS316L 스테인리스 강판의 선단이 용단되어 버렸다. 이 때문에, 인가 전압의 상한값은 160V로 구할 수 있었다. 또, EDS에 의한 원소 분석에 의해 140V이하의 인가 전압에서는 SUS316L 스테인리스 강판의 표면이 산화되지 않은 것이 확인되었기 때문에, 이 실험 조건 및 시험재에 있어서는 인가 전압의 바람직한 상한값은 140V인 것을 알 수 있었다. 한편, 인가 전압의 하한값은 돌기 구조의 유무로부터 80V로 결정할 수 있었다. 가장 바람직한 인가 전압은 140V로 결정할 수 있었다.As a result, as shown in Fig. 13, it was confirmed that a fine protrusion structure with an average diameter of 1 占 퐉 or less was formed on the surface of the SUS316L stainless steel plate. It was also confirmed by elemental analysis by EDS that the surface of the SUS316L stainless steel sheet was not oxidized. Further, at an applied voltage exceeding 160 V, the tip of the SUS316L stainless steel plate was fused. Therefore, the upper limit value of the applied voltage was found to be 160V. Elemental analysis by EDS confirmed that the surface of the SUS316L stainless steel sheet was not oxidized at an applied voltage of 140 V or lower. Therefore, it was found that the preferable upper limit value of the applied voltage in this test condition and the test material was 140 V. On the other hand, the lower limit value of the applied voltage was determined to be 80 V from the presence or absence of the projection structure. The most desirable applied voltage could be determined as 140V.
도 11로 돌아간다. 상술한 바와 같이 해서 피처리재(14)의 표면에 미세 구조를 형성하면, 다음에, 전해 용액(12) 중에서 피처리재(14)를 꺼내고, 피처리재(14)를 세정한다(스텝 S2). 그리고, 마지막에, 세정된 피처리재(14)의 피처리 표면에 발수 처리를 실시한다(스텝 S3). 세정 방법은 표면의 전해 용액을 제거할 목적으로 실행하고, 순수(純水)에 침지하거나, 스프레이하는 방법 등을 들 수 있다. 순수에 한정되지 않고, 표면의 미세 구조를 파괴하지 않으면, 약산이나 알칼리 용액을 이용해도 좋다. 그 때, 전해를 가하는 것도 가능하다. 세정 후에는 건조시켜도 좋고, 계속되는 발수 처리에 의해서는 건조시키지 않고 다음 공정으로 진행할 수도 있다. 발수 처리 방법은 발수 스프레이를 도포하는 방법이나, 불소계 수지 등 발수 기능을 갖는 유기물을 액상 또는 기상 중에서 흡착시키는 방법 등을 채용할 수 있다. 본 실시형태에서는 코로닐사(Collonil)제 나노프로(Nanopro)(성분: 불화 탄소 수지, 실리콘 수지)를 피처리재(14)의 표면에 내뿜고, 12시간 이상 건조시키는 것에 의해서, 피처리재(14)의 표면에 발수 처리를 실시하였다. 이에 따라, 일련의 표면 처리는 종료한다.Returning to Fig. After the microstructure is formed on the surface of the material to be treated 14 as described above, the material to be treated 14 is taken out from the
도 14는 도 13에 나타내는 시료 표면에 발수 처리를 실시하고, 증류수를 적하한 상태를 횡방향에서 관찰한 결과이다. 관찰의 결과, 물의 접촉각은 152°로 측정되고, 초발수가 실현되고 있는 것이 확인되었다. 발수 처리를 실행하지 않았던 시료에 있어서의 물의 접촉각은 51°이었다. 또, 용액 중 플라즈마 방전을 실시하고 있지 않은 재료에 대해 마찬가지의 발수 처리를 실시한 결과, 물의 접촉각은 125°이었다. 따라서, 초발수 표면을 얻기 위해서는 용액 중 플라즈마 방전과 발수 처리의 양쪽이 필요한 것이 확인되었다.Fig. 14 is a result of observing the state of the sample surface shown in Fig. 13 in a state in which water-repellent treatment is performed and distilled water is dropped in the lateral direction. As a result of observation, the contact angle of water was measured at 152 °, and it was confirmed that super water repellency was realized. The contact angle of water in the sample in which the water repellent treatment was not performed was 51 °. The same water-repellent treatment was applied to the material not subjected to the plasma discharge in the solution, and as a result, the contact angle of water was 125 占. Therefore, it has been confirmed that both plasma discharge and water-repellent treatment are required in order to obtain a super water-repellent surface.
[실시예 1][Example 1]
시판 중인 두께 0.8㎜의 스테인리스 SUS316L 강판을 2㎜ 폭, 길이 30㎜로 절단하고, 묽은 염산에 침지시키는 것에 의해서 탈지한 후, 동 와이어를 통해 도통을 취하고 음극 전극으로 하였다. 양극 전극은 길이 50cm의 0.5㎜φ의 Pt 와이어를 서로 접촉하지 않도록 절곡해서 면형상으로 성형한 것을 이용하였다. 음극 전극과 동 와이어의 접속부는 내열 수지를 가열 압착하는 것에 의해서, 동 와이어가 전해 용액에 닿지 않도록 하여 전극의 20㎜의 길이 부분을 전해 용액에 침지하였다. 전해 용액은 농도 0.1mol/L의 K2CO3 수용액으로 하고, 인가 전압을 60 내지 180V의 범위내로 설정하며, 10분간 방전을 실행하고, 종료 후 즉시 순수로 수세하고 건조시켰다. 그 후, 코로닐사제 나노프로를 피처리재의 표면에 내뿜어 12시간 이상 건조시키는 것에 의해서 발수 처리를 실시하고, 젖음성을 조사하였다. 젖음성은 증류수를 마이크로피펫을 이용해서 전극면에 등간격으로 되도록 증류수를 1㎛씩 6개소 적하하고, 캐논사제의 디지털 카메라 EOS Kiss X2를 이용해서 바로 옆에서 촬영하고, 얻어진 사진으로부터 접촉각을 측정하며, 6개소의 평균을 취하는 것에 의해서 평가하였다. 증류수는 와코 순약 공업사제 증류수 049-16787을 사용하였다. 표 4에 시험 결과를 나타낸다. 표 4에 나타내는 바와 같이, 발명예는 모두 미처리재에 비해 높은 접촉각을 나타내는 것이 확인되었다. 특히, 인가 전압이 120 내지 140V의 범위인 발명예 3, 4, 5에서는 접촉각 150°이상의 초발수가 실현되어 있고, 인가 전압을 140V로 한 발명예 5는 153.6°로 가장 높은 접촉각을 나타내는 것이 확인되었다.A commercially available stainless steel SUS316L steel sheet having a thickness of 0.8 mm was cut to a width of 2 mm and a length of 30 mm and was degreased by dipping in diluted hydrochloric acid, and conduction was conducted through the copper wire to form a cathode electrode. The positive electrode was formed by bending a 50 mm long Pt wire of 0.5 mm phi so as not to contact each other and forming it into a plane shape. The connecting portion between the cathode electrode and the copper wire was heat-pressed with a heat-resistant resin so that the copper wire was not brought into contact with the electrolytic solution so that a length of 20 mm of the electrode was immersed in the electrolytic solution. The electrolytic solution contained K 2 CO 3 at a concentration of 0.1 mol / L Aqueous solution, the applied voltage was set within a range of 60 to 180 V, the discharge was carried out for 10 minutes, and immediately after completion, it was rinsed with pure water and dried. Thereafter, nanoproducts made by Coronel Corporation were sprayed onto the surface of the treated material and dried for 12 hours or longer to perform water repellency, and the wettability was examined. The wettability was measured by using a micropipette to distill the distilled water six times in 1 mu m distilled water so that the distilled water was equally spaced on the electrode surface, taking a picture side by side using a digital camera EOS Kiss X2 manufactured by Canon Inc., , And an average of 6 places. Distilled water was distilled water 049-16787 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Table 4 shows the test results. As shown in Table 4, it was confirmed that all of the inventive examples exhibited a higher contact angle than the untreated materials. Particularly in Inventive Examples 3, 4, and 5 in which the applied voltage is in the range of 120 to 140 V, super-water repellency of 150 ° or more is achieved, and Example 5 in which the applied voltage is 140V shows 153.6 ° .
[표 4] [Table 4]
[도전성 재료의 표면 처리 장치)[Surface Treatment Apparatus for Conductive Material]
본 발명의 발명자들은 표면에 나노 레벨의 미세 구조가 형성된 도전성 재료를 저비용으로 효율적으로 제조하는 것을 목적으로 하여, 종래는 나노 레벨의 미세 구조의 형성이 불가능하다고 고려되고 있던 액중 플라즈마 방전의 이용 가능성의 검토도 포함시켜, 예의 연구를 실행하였다. 그 결과, 본 발명의 발명자들은 도전성 재료를 음극 전극으로서 이용하여 부분적으로 액중 플라즈마 방전을 일으키는 것에 의해서, 도전성 재료의 표면에 나노 레벨의 미세 구조를 형성할 수 있는 것을 알아내었다. 또, 본 발명의 발명자들은 도전성 재료의 표면의 특정 부분에 나노 레벨의 미세 구조를 형성하는 방법을 검토하고, 도전성 재료의 피처리 부분이 양극 전극과 함께 전해액에 침지되고, 도전성 재료와 양극 전극의 사이에 개구부를 갖는 차폐물을 설치하는 것에 의해서, 도전성 재료의 표면의 특정 부분에 나노 레벨의 미세 구조를 형성할 수 있는 것을 알아내었다. 또한, 본 발명의 발명자들은 차폐물의 개구부 및/또는 양극 전극과 도전성 재료의 상대 위치를 변화시키는 것에 의해서 도전성 재료의 표면에 연속적 또는 이산적으로 나노 레벨의 미세 구조를 형성할 수 있는 것을 알아내었다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors of the present invention have found that it is possible to efficiently produce a conductive material having a nano-level microstructure on the surface at low cost and to solve the problem of the possibility of the use of the submerged plasma discharge which was conventionally considered impossible to form a nano- The study was also included in the study. As a result, the inventors of the present invention have found that a nano-level microstructure can be formed on the surface of a conductive material by partially discharging an in-situ plasma discharge using a conductive material as a cathode electrode. The inventors of the present invention have studied a method of forming a nano-level microstructure in a specific portion of the surface of a conductive material and have found that a portion to be treated of the conductive material is immersed in the electrolyte solution together with the anode electrode, It is found that a nano-level microstructure can be formed in a specific portion of the surface of the conductive material by providing a shield having openings in between. Further, the inventors of the present invention have found that by changing the relative positions of the openings of the shield and / or the anode electrode and the conductive material, the nanostructures can be formed continuously or discretely on the surface of the conductive material.
도 15는 본 발명의 1실시형태인 도전성 재료의 표면 처리 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 1실시형태인 도전성 재료의 표면 처리 장치(21)는 개질 처리 셀(22)과, 개질 처리 셀(22)내에 저장된 전해 용액(23)과, 전해 용액(23) 중에 서로 이격되어 침지된 양극 전극(24) 및 도전성을 갖는 피처리재로 이루어지는 음극 전극(25)과, 양극 전극(24) 및 음극 전극(25)에 접속된 직류 전원(26)을 구비하고 있다. 음극 전극(25)은 절연 소재로 이루어지는 상자(27)에 의해서 덮여 있으며, 상자(27)에는 음극 전극(25)의 피처리 부분을 한정하는 개구부(28)가 형성되어 있다. 상자(27)는 상부가 전해 용액(23)의 액면보다 높은 위치가 되도록 배치되어 있다. 상자(27)의 상부는 개방되어 있어도 좋고, 음극 전극(25)과 직류 전원(26)을 접속하는 도선을 통과시키는 구멍이 뚫린 덮개를 갖고 있어도 좋다.15 is a schematic diagram showing a configuration of a surface treatment apparatus for a conductive material according to one embodiment of the present invention. 15, a
개질 처리 셀(22)로서는 전해 용액(23)에 대해 안정한 재질로 이루어지는 주지의 셀, 예를 들면 유리, 테플론(등록 상표), 또는 폴리에틸 에테르 케톤(PEEK)제의 셀을 이용할 수 있다. 또, 개질 처리 셀(22)로서, 세라믹스제의 셀도 이용할 수 있다. 후술하는 도 16에 나타내는 표면 처리 장치(21)에서는 금속성의 셀을 사용하는 것도 가능하다.Cells made of a well-known material, such as glass, Teflon (registered trademark), or polyethyl ether ketone (PEEK), which are made of a stable material for the
전해 용액(23)은 전기 전도성을 갖고 또한 양극 전극(24)과 음극 전극(25) 사이에 전압을 인가해서 피처리 표면(음극 전극(25)의 표면)에 나노 레벨의 미세 구조를 형성할 때에, 피처리 표면을 과도하게 에칭하거나, 양극 전극(24) 및 음극 전극(25)의 표면에 부착 또는 석출하거나, 침전물을 형성하기 어려운 용액이다. 이러한 전해 용액(23)으로서는 예를 들면, 탄산칼륨(K2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산암모늄((NH4)2CO3), 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 염화마그네슘(MgCl2), 염화암모늄(NH4Cl), 리튬의 황산염, 나트륨의 황산염, 마그네슘의 황산염, 칼륨의 황산염, 암모늄의 황산염, 리튬의 질산염, 나트륨의 질산염, 마그네슘의 질산염, 칼륨의 질산염, 암모늄의 질산염, 리튬의 구연산염, 구연산나트륨(NaH2(C3H5O(COO)3)) 등의 나트륨의 구연산염, 마그네슘의 구연산염, 칼륨의 구연산염, 암모늄의 구연산염, 황산, 질산, 염산, 및 구연산으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 수용액을 이용할 수 있다.The
전해 용액(23)은 음극 전극(25)의 표면 처리를 실시할 수 있으면, 임의의 pH 및 농도로 할 수 있고, 예를 들면 탄산칼륨수용액을 전해 용액(23)으로서 이용하는 경우에는 그 농도는 특히 한정되지 않으며, 0.001mol/L이상, 더욱 바람직하게는 0.005mol/L이상으로 할 수 있다. 농도가 너무 낮으면, 양극 전극(24)과 음극 전극(25) 사이에 전압을 인가했을 때에 바람직한 방전 상태를 유지하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있기 때문이다. 농도의 상한은 특히 마련하지 않지만, 예를 들면 0.5mol/L이하로 할 수 있다. 또, 전해 용액(23)의 pH는 전극의 과도한 부식이나 에칭을 일으키지 않으면 임의의 값으로 할 수 있으며, 예를 들면 pH5 내지 12로 할 수 있다.The
양극 전극(24)은 양극 전극(24)과 음극 전극(25) 사이에 전압을 인가하여 피처리 표면에 나노 레벨의 미세 구조를 형성할 때에, 전해 용액(23) 중에 이온화해서 용해되고, 음극 전극(25)상에 석출해서 나노 레벨의 미세 구조의 형성을 저해하지 않는 전극재로 이루어지는 불용성 양극 전극이다. 이러한 양극 전극(24)으로서는 예를 들면 백금(Pt) 전극, 팔라듐(Pd) 전극, 이리듐(Ir) 전극, 표면을 Pt나 Pd나 Ir로 코팅한 전극, 또는 흑연 전극 등을 이용할 수 있다.The
음극 전극(25)은 전압의 인가에 의해서 표면이 개질 처리되는 피처리재이며, 금속 재료나 합금 재료 등의 도전성을 갖는 재료(도전성 재료)로 이루어진다. 음극 전극(25)으로서 기능하는 피처리재로서는 예를 들면, 탄소 강재, 합금 강재, 스테인리스 강재, 니켈재 등을 들 수 있다. 또, 음극 전극(25)(피처리재)의 형상은 특히 한정되지 않으며, 판형상, 띠형상, 도전성 재료부를 갖는 부품으로 할 수 있다. 피처리재는 임의로 샌드 페이퍼 등으로 표면을 경면 연마하고 나서 음극 전극(25)으로서 이용할 수도 있다.The
직류 전원(26)은 피처리재인 음극 전극(25)의 표면의 개질 처리에 필요한 전압, 예를 들면 60V이상, 300V이하의 전압을 양극 전극(24)과 음극 전극(25) 사이에 인가하는 것이다. 직류 전원(26)으로서는 주지의 전원을 이용할 수 있다.The
본 실시형태에서는 음극 전극(25)이 상자(27)에 의해서 덮여 있다고 했지만, 도 16에 나타내는 바와 같이, 양극 전극(24)을 개구부(28)가 형성된 상자(27)에 의해서 덮도록 해도 좋다. 또, 개구부(28)를 갖는 상자(27)에 의해서 음극 전극(25)의 피처리 부분을 한정하는 것이 아니라, 도 17에 나타내는 바와 같이, 음극 전극(25)의 적어도 전해 용액(23)에 침지하는 표면을 내열성 수지나 유리 등의 절연성의 내열 재료로 피복하고, 내열 재료의 일부에 음극 전극(25)의 피처리 부분을 한정하기 위한 개구부(28)를 형성하도록 해도 좋다.The
개구부(28)의 형상이나 크기는 특히 한정되지 않으며, 상자(27)는 복수의 개구부를 갖고 있어도 좋다. 개구부(28)를 복수 마련하는 경우, 개구부(28)는 음극 전극(25)의 동일 면에 한정되지 않는다. 예를 들면, 음극 전극(25)의 표면측과 이면측에 개구부(28)를 마련해도 좋다. 또, 도 18에 나타내는 바와 같이, 개구부(28)의 상측(액면측)의 단부에 경사부(28a)를 마련해도 좋다. 경사부(28a)를 마련하는 것에 의해서, 피처리 부분으로부터 발생하는 기체를 효율적으로 전해 용액(23) 중에 배출할 수 있다.The shape and size of the
표면 처리 장치(21)는 전해 용액(23)을 가열하기 위한 히터 등의 가열 수단이나 전해 용액(23)의 온도를 측정하기 위한 온도계를 갖고 있어도 좋다. 또, 음극 전극(25)을 설치하는 각도는 전해 용액(23)의 액면에 대해 수직이어도 좋지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 음극 전극(25)의 표면에 있어서의 플라즈마 발생을 촉진할 목적으로, 음극 전극(25)의 표면에 수소나 아르곤, 수증기 등의 가스를 공급하는 기구를 마련해도 좋다.The
이러한 구성을 갖는 표면 처리 장치(21)는 다음과 같이 해서 표면 개질된 도전성 재료를 제조한다. 이하, 이 표면 처리 장치(21)를 이용한 도전성 재료의 표면 처리 방법에 대해 설명한다.The
[도전성 재료의 표면 처리 방법][Method of surface treatment of conductive material]
표면 처리 장치(21)를 이용해서 표면 개질된 도전성 재료를 제조할 때에는 처음에, 개질 처리 셀(22)내에 저장된 전해 용액(23) 중에 상자(27)를 침지한 후, 양극 전극(24)과 음극 전극(25)을 이격시켜 침지하고, 음극 전극(25)의 표면 개질 처리를 실행하는 계(표면 개질 처리계)를 구축한다. 그 때, 음극 전극(25)은 상자(27) 중에 침지하고, 처리하고자 하는 부분을 상자(27)의 개구부(28)로부터 보이도록 한다. 음극 전극(25)의 표면 개질 처리는 개구부(28)로부터 전해 용액(23)측에 노출된 부분에 대해 실시된다. 도 16에 나타내는 표면 처리 장치(21)의 구성에서는 양극 전극(24)을 상자(27)속에 넣고, 상자(27)의 개구부(28)가 음극 전극(25)의 피처리 부분에 대향하도록 상자(27)를 설치한다. 개구부(28)로부터 처리하고자 하는 부분이 멀어질수록 처리되는 부분이 개구부보다 커져 버리기 때문에. 개구부(28)와 음극 전극(25)의 처리하고자 하는 간격(거리)은 통상 5㎜이하가 바람직하고, 1㎜이하가 더욱 바람직하다.When the surface-modified conductive material is produced by using the
다음에, 양극 전극(24)과 음극 전극(25) 사이에 소정 전압을 인가하고, 음극 전극(25)의 표면을 개질 처리한다(표면 개질 처리 공정). 소정 전압은 예비 실험에서 정할 수 있는 전압이며, 이하의 방법에 의해 결정할 수 있다. 즉, 처음에, 표면 개질 처리계에 인가하는 전압과 처리 시간을 희망하는 범위에서 변화시킨다. 처리 시간의 지정이 없는 경우에는 15분간 실행하면 좋다. 또, 전압을 변화시키는 범위는 50 내지 300V정도이면 좋다. 다음에, 처리된 표면을 SEM으로 관찰하고, 표면에 평균 1㎛이하의 돌기 구조가 형성되어 있는 것, 표면이 산화되어 있지 않은 것(두께 수 나노 미터 정도의 자연 산화층은 제외), 융해되어 있지 않은 것을 확인하고, 조건을 결정한다. 표면이 산화되어 있는지의 여부는 SEM내의 EDS를 이용함으로써 확인할 수 있다.Next, a predetermined voltage is applied between the
전압 범위는 음극 전극(25)의 종류에 따라 다소는 변화하지만, 60V 내지 300V의 범위내, 바람직하게는 80 내지 180V의 범위내이다. 하한 전압은 플라즈마가 발생하는 전압에 대응하고 있다. 상한 전압은 고온이 되는 것에 의해서 표면이 산화되는 것, 또는 표면이 융해하고 미세한 돌기 구조가 소실하는 것에 의해 정해진다. 이상으로 바람직한 전압 범위는 결정할 수 있지만, 단시간 처리하고자 하는 경우나 돌기 구조를 크게 하고자 하는 경우에는 약간 높은 인가 전압을 설정하면 좋다.The voltage range varies somewhat depending on the type of the
구체예를 설명한다. 본 구체예에서는 도 15에 나타낸 표면 개질 처리계를 음극 전극(25)으로 해서 스테인리스 강판(SUS316)을 이용하여 구축하였다. 개구부(28)의 크기를 25㎜×4㎜로 하였다. 그리고, 0.1mol/L의 탄산칼륨(K2CO3) 수용액을 전해 용액(23)으로서 15분간 통전하였다. SEM으로 처리 후의 스테인리스 강판 표면을 관찰한 결과, 하한 전압은 80V로 구하였다. 또, 상한 전압은 250V인 것을 알 수 있었다. 양극 전극(24)과 음극 전극(25) 사이에 150V를 인가했을 때의 개구부(28)의 길이 방향의 (a) 좌측부, (b) 중앙부, 및 (c) 우측부의 2차 전자상을 각각 도 19a, 도 19b, 도 19c에 나타낸다.Specific examples will be described. In this specific example, the surface modification treatment system shown in Fig. 15 was constructed using the stainless steel plate (SUS316) as the
도 19a, 도 19b, 도 19c에 나타내는 바와 같이, 직경 1㎛이하의 미세한 돌기 구조가 스테인리스 강판의 표면에 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 개구부(28)의 길이 방향의 좌측부 및 우측부와 중앙부에서 마찬가지의 돌기 구조가 보이기 때문에, 개구부 전면에서 적정한 처리가 실행되고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 바람직한 전압 범위내에서 전압이 낮을수록, 돌기 구조의 크기가 감소하고, 돌기 구조의 수가 증가하는 것이 확인되었다. 이 때문에, 필요로 하는 표면 특성에 맞추어 인가 전압을 조정하면 좋다. 예를 들면, 발광 특성을 얻고자 하는 경우에는 돌기 구조는 작은 쪽이 좋으므로, 인가 전압을 약간 낮게 설정하면 좋다.As shown in Figs. 19A, 19B and 19C, it was confirmed that a fine protrusion structure with a diameter of 1 mu m or less was formed on the surface of the stainless steel plate. In addition, since the same projecting structure is seen in the left side portion, the right side portion and the central portion in the lengthwise direction of the opening
미세 돌기가 형성되는 원리는 명백하게는 되어 있지 않지만, 음극 전극(25)의 근방에서 부분적인 액중 플라즈마 방전이 일어남으로써 형성되어 있는 것으로 추측된다. 즉, 이 방법에서는 양극 전극(24)과 음극 전극(25) 사이에 인가하는 전압이 하한 전압 미만이면, 부분적인 액중 플라즈마 방전이 충분히 일어나지 않아 미세 돌기가 형성되지 않고, 상한 전압 이상이면, 완전 플라즈마의 발생에 의해서 음극 전극(25)의 표면이 융해되어 버려, 미세 돌기의 형성에 불리하게 된다.It is presumed that the principle of formation of the fine protrusions is not clearly defined, but is formed by partial sub-plasma discharge in the vicinity of the
액중 플라즈마 방전은 전압 인가에 따라 음극 전극(25)의 근방의 전해 용액(23)의 온도가 국소적으로 비등점 이상으로 되고, 음극 전극(25)의 근방에 가스상이 발생했을 때에, 가스액 중에 플라즈마 방전이 생김으로써 일어나고 있는 것으로 고려된다. 이 때문에, 전압의 인가는 실온부터 시작해도 가능하기는 하지만, 전해 용액(23) 전체 혹은 음극 전극(25) 근방의 온도를 80℃에서 100℃의 범위로 하고 나서 실행하면 더욱 효과적이다. 음극 전극(25)의 근방에서의 온도를 효율적으로 상승시켜 액중 플라즈마 방전을 효율적으로 일으킬 수 있기 때문이다. 전압의 인가 시간은 임의의 시간, 예를 들면 1초 이상, 30분 이하로 할 수 있다. 전압의 인가 시간이 짧을수록, 형성되는 미세 돌기의 사이즈가 작아지므로, 전압의 인가 시간은 원하는 표면 형상이나 특성에 따라 적절히 선택하면 된다.In the liquid-under-plasma discharge, when the temperature of the
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 이 표면 처리 방법에 의하면, 고가의 장치 및 고도의 기술을 이용하지 않고, 전해 용액(23) 중에 침지한 양극 전극(24)과 음극 전극(25) 사이에 인가하는 전압을 제어하는 것만으로, 표면에 나노 레벨의 미세 구조가 형성된 도전성 재료를 저비용으로 효율적으로 제조할 수 있다. 표면에 나노 레벨의 미세 구조가 형성된 도전성 재료는 그 미세 구조에 기인해서 다양한 기능을 발휘할 수 있다. 상자(27)를 고정시켜 두고 음극 전극(25)을 이동시키거나, 또는 음극 전극(25)을 고정시켜 두고 상자(27)를 이동시키는 것에 의해, 음극 전극(25)의 더욱 넓은 면적에 대해 표면 개질을 실행할 수 있다. 또, 처리하면서 연속적으로 이동시키는 것에 의해 연속적인 처리 표면이 얻어진다. 또, 스텝형상으로 이동시키거나, 또는 이동과 방전을 반복하는 것에 의해서 이산적인 패턴을 붙이는 것도 가능하다. 특히, 도 16에 나타내는 표면 처리 장치(21)에서는 음극 전극(25)을 상자(27)로 덮을 필요가 없기 때문에, 음극 전극(25)을 대형 시료와 띠형상 시료로 함으로써 연속 처리 설비 및 연속 처리 방법으로의 확장이 가능하다.As apparent from the above description, according to this surface treatment method, the voltage applied between the
[실시예 1][Example 1]
두께 1.7㎜의 알루미나판에 다양한 크기의 개구부(5㎜×5㎜, 5㎜φ, 10㎜φ, 10㎜×2㎜ 및 20㎜×1㎜의 5종류)를 갖는 상자(27)를 제작하였다. 개구부(28)의 상부 단면은 도 18에 나타내는 바와 같이 30도 비스듬히 가공하였다. 음극 전극(25)으로서 두께 1㎜의 SUS316 스테인리스강을 사용하고, Pt를 양극 전극(24)으로 해서 농도 0.3mol/L의 K2CO3 수용액 중에 침지하고, 도 15에 나타내는 바와 같인 표면 개질 처리계를 구축하였다. 음극 전극(25) 및 양극 전극(24)간에 전압을 인가하였다. 그리고, 전압 인가 후의 SUS316 스테인리스강의 표면을 SEM에 의해 관찰하였다. 개구부(28)의 크기를 5㎜×5㎜ 및 5㎜φ로 해서 처리한 후의 음극 전극(25)의 외관 사진의 일예를 도 20에 나타낸다. 인가 전압은 160V이고 인가 시간은 15분간이다. 도 20에 나타내는 바와 같이, 음극 전극(25)의 표면이 개구부(28)의 형태로 처리되고 있는 것을 확인할 수 있었다.A
개구부(28)의 크기를 5㎜φ로서 처리한 후의 음극 전극(25)의 표면의 SEM상의 일예를 도 21에 나타낸다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 표면 처리를 실행하고 있지 않은 표면(도 22 참조)에는 없는 직경 1㎛이하의 미세한 돌기 구조가 음극 전극(25)의 표면에 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 다른 개구부(28)의 형상을 이용해도 90 내지 200V의 인가 전압으로 미세 돌기 구조를 형성시킬 수 있었지만, 220V이상에서는 미세 돌기 구조가 감소하는 것을 알 수 있었다. 이것은 표면의 융해에 의한 것으로 추정된다. 또, 도 20에 나타낸 음극 전극(25)의 전면에 균일한 발수 처리를 실행한 결과, 표면 처리를 실행하고 있지 않은 표면에 비해 높은 발수 성능을 얻을 수 있었다. 또, 5㎜φ 및 5㎜×5㎜의 개구부(28)를 양면에 갖는 상자(27)를 이용해서 170V(인가 시간은 15분)를 인가한 실험에서는 SEM 관찰에 의해서 양면 모두 미세 돌기 구조가 형성되고, 표면 개질 처리를 표리 동시에 실시할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.An example of the SEM of the surface of the
[실시예 2][Example 2]
스테인리스 강판(SUS316)을 음극 전극으로 해서, 1㎜(종방향)×20㎜(횡방향)의 개구부(28)를 마련한 알루미나(두께 1.7㎜)제의 상자(27)로 양극 전극(24)을 덮고, 도 16에 나타내는 바와 같은 표면 개질 처리계를 구축하였다. 개구부(28)의 임의의 면을 음극 전극(25)으로부터 1㎜ 거리를 두고 설치하였다. 전극간의 인가 전압을 140V와 220V로 하였다. 전극간에 5분간 전압을 인가하고, 계속해서 스테인리스 강판을 5㎜ 위쪽(종방향)으로 이동시키고, 재차 5분간 전압을 인가하였다. 위쪽으로의 이동과 전압의 인가를 10회 반복하였다. 전극간의 인가 전압을 140V의 경우와 220V의 경우의 2가지의 실험을 실행하였다. 결과는 모두 5㎜ 간격으로 미세 돌기 구조가 존재하는 영역을 갖는 스테인리스 강판을 얻을 수 있었다.The
[실시예 3][Example 3]
Zn 도금 강판을 음극으로 해서, 1㎜(종방향)×20㎜(횡방향)의 개구부(28)를 마련한 알루미나(두께 1.7㎜)제의 상자(27)로 양극 전극(24)을 덮고, 도 16에 나타내는 바와 같은 표면 개질 처리계를 구축하였다. 개구부(28)의 임의의 면을 음극 전극(25)으로부터 1㎜ 거리를 두고 설치하였다. 전극간의 인가 전압을 120V로 하고, 전극간에 전압을 인가하면서 Zn 도금 강판을 아래쪽(종방향)으로 1㎜/분의 속도로 20㎜ 이동시켰다. 20㎜×20㎜의 면적이 처리된 Zn 도금 강판을 제작할 수 있었다. 이 표면에 대해 메틸렌 블루 탈색 반응 시험을 실시한 결과, 표면 처리를 실행하고 있지 않은 표면에 비해 현격히 높은 광촉매 효과가 얻어졌다.The
[실시예 4][Example 4]
두께 0.8㎜의 시판중인 냉연 강판을 길이 80㎜×폭 6㎜로 절단하여 음극으로 하였다. 길이 방향이 축이 되도록 폭 방향에 구부림 가공을 하여 폭방향 단면이 곡률반경 10㎜의 호형상으로 되도록 가공하였다. 전극과의 접속부를 제외하고 음극 전극(25)의 표면에 내열 수지를 도포하고, 만곡 가공한 한쪽의 면에 폭 2㎜ 및 4㎜로 길이 25㎜의 개구부(28)를 형성하였다. Pt의 음극 전극(25)과의 사이에 150V의 전압을 인가하였다. 어느 쪽의 시료에서도 개구부(28)의 표면에 평균 직경 1㎛이하의 미세 돌기 구조가 형성되고 있었다.A commercially available cold-rolled steel sheet having a thickness of 0.8 mm was cut into a length of 80 mm and a width of 6 mm to form a negative electrode. And was bent in the width direction so that the longitudinal direction was an axis so that the cross-section in the width direction was machined to have an arc shape with a radius of curvature of 10 mm. A heat-resistant resin was applied to the surface of the
[산업상의 이용 가능성][Industrial Availability]
본 발명에 따르면, 친수 특성 및 발광 특성 등의 새로운 기능을 갖는 금속 재료를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a metal material having new functions such as a hydrophilic property and a luminescent property.
본 발명에 따르면, 많은 노동력 및 비용을 요하지 않고 금속 재료 표면에 높은 발수 특성을 부여하는 것이 가능한 금속 재료의 표면 처리 방법 및 금속 재료를 기재로 한 발수 재료의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a surface treatment method of a metal material and a method of manufacturing a water-repellent material based on a metal material, which can impart high water repellency to the surface of a metal material without requiring much labor and cost.
본 발명에 따르면, 표면의 소정의 장소 또는 표면의 넓은 면적에 걸쳐 처리를 실행하고 나노 레벨의 미세 구조가 형성된 도전성 재료를 저비용으로 효율적으로 제조할 수 있는 도전성 재료의 표면 처리 장치 및 표면 처리 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, there are provided a surface treatment apparatus and a surface treatment method of a conductive material which can perform a treatment over a large area of a predetermined place or surface of a surface and efficiently manufacture a conductive material having a nano- .
1; 금속 재료 2; 기재
3; 돌기부 11; 용기
12; 전해 용액 13; 양극 전극
14; 피처리재(음극 전극) 15; 도선
16; 전원 17; 온도계
21; 표면 처리 장치 22; 개질 처리 셀
23; 전해 용액 24; 양극 전극
25; 음극 전극(피처리재) 26; 직류 전원
27; 상자 28; 개구부
28a; 경사부One;
3; A
12;
14; (Cathode electrode) 15; ferry
16;
21; A
23;
25; Cathode electrode (material to be processed) 26; DC power
27;
28a; Inclined portion
Claims (19)
상기 금속 재료 기재의 표면상에 형성된 개질층을 구비하고,
상기 개질층은 상기 금속 재료 기재의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 1㎛이하인, 상기 금속 재료 기재의 표면으로부터 돌출된 돌기부를 10㎛2의 범위내에 평균 3개 이상 구비하고,
상기 개질층은 상기 금속 재료 기재의 표면으로부터 돌출된 베이스부와, 상기 베이스부의 단부에 형성된 선단부를 구비하고, 상기 금속 재료 기재의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 1㎛이하이고, 상기 베이스부의 외경이 상기 선단부의 외경보다 작은 협착 구조를 갖는 돌기부를 10㎛2의 범위내에 평균 1개 이상 구비하며,
상기 금속 재료 기재의 금속재료는, 스테인리스강을 포함하는 합금강, 냉연 강판, 연질 강판, 인장 강도 2GPa 이상의 고강도 강판 및 열연 강판 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 재료.A metal material substrate,
And a modified layer formed on the surface of the metal material base,
Wherein the modifying layer has an average of at least 3 protrusions protruding from the surface of the metal material base having an average diameter of 1 占 퐉 or less as viewed in a direction perpendicular to the surface of the metal material base within a range of 10 占 퐉 2 ,
Wherein the reforming layer has a base portion protruding from a surface of the metal material base and a tip portion formed at an end of the base portion, wherein an average diameter when viewed in a direction perpendicular to the surface of the metal material base is 1 m or less An average of at least one projecting portion having a constriction structure whose outer diameter of the base portion is smaller than the outer diameter of the distal end portion within a range of 10 탆 2 ,
Wherein the metallic material comprises at least one of an alloy steel including stainless steel, a cold rolled steel sheet, a soft steel sheet, a high strength steel sheet having a tensile strength of 2 GPa or more, and a hot rolled steel sheet.
상기 돌기부의 상기 금속 재료 기재의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 500㎚이하인 것을 특징으로 하는 금속 재료.The method according to claim 1,
Wherein an average diameter of the protrusions when viewed in a direction perpendicular to the surface of the metal material base is 500 nm or less.
상기 돌기부가 형성되어 있는 위치는 상기 금속 재료 기재의 면내 방향에 있어서 주기성을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 금속 재료.The method according to claim 1,
Wherein a position where the protrusion is formed does not have a periodicity in an in-plane direction of the metal material base.
상기 개질층은 상기 금속 재료 기재의 표면에 대해 수직인 방향에서 보았을 때의 평균 직경이 500㎚이하의 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 재료.The method according to claim 1,
Wherein the modifying layer has a concave portion having an average diameter of 500 nm or less when viewed in a direction perpendicular to the surface of the metal material base.
상기 금속 재료 기재는 합금강에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 재료.The method according to claim 1,
Wherein the metal material base is formed of an alloy steel.
상기 금속 재료 기재는 강재에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 재료.6. The method of claim 5,
Wherein the metal material base is formed of a steel material.
상기 금속 재료 기재의 조성과 상기 돌기부의 조성은 다른 것을 특징으로 하는 금속 재료.The method according to claim 1,
Wherein a composition of the metal material base and a composition of the projecting portion are different.
상기 금속 재료 기재와 상기 돌기부는 연속적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 재료.The method according to claim 1,
Wherein the metal material base and the protrusions are continuously connected to each other.
피처리 표면을 갖는 금속 재료로 이루어지는 음극 전극으로서의 피처리재와 양극 전극을 전해 용액 중에 침지시키는 스텝과,
상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 70V이상으로 피처리재가 산화 또는 용해되지 않는 범위의 전압을 인가하는 것에 의해서, 상기 피처리 표면에 미세 구조를 형성하는 스텝과,
상기 전해 용액 중에서 상기 피처리재를 꺼내고, 해당 피처리재를 세정하는 스텝과,
세정된 상기 피처리재의 상기 피처리 표면에 발수 처리를 실시하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제조 방법.9. A method of manufacturing a metallic material according to any one of claims 1 to 8,
A step of immersing the material to be treated as a cathode electrode made of a metal material having a surface to be treated and the anode electrode in an electrolytic solution;
Forming a microstructure on the surface to be treated by applying a voltage between the cathode electrode and the anode electrode in a range that does not oxidize or dissolve the material to be treated at 70 V or more;
Removing the object to be treated from the electrolytic solution and cleaning the object to be processed,
And performing a water repellent treatment on the surface to be treated of the washed material to be treated.
피처리 표면을 갖는 금속 재료로 이루어지는 음극 전극으로서의 피처리재와 양극 전극을 전해 용액 중에 침지시키는 스텝과,
상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 70V이상 200V이하의 전압을 인가하는 것에 의해서, 상기 피처리 표면에 미세 구조를 형성하는 스텝과,
상기 전해 용액 중에서 상기 피처리재를 꺼내고, 해당 피처리재를 세정하는 스텝과,
세정된 상기 피처리재의 상기 피처리 표면에 발수 처리를 실시하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제조 방법.9. A method of manufacturing a metallic material according to any one of claims 1 to 8,
A step of immersing the material to be treated as a cathode electrode made of a metal material having a surface to be treated and the anode electrode in an electrolytic solution;
A step of forming a fine structure on the surface to be treated by applying a voltage of not less than 70 V and not more than 200 V between the cathode electrode and the anode electrode,
Removing the object to be treated from the electrolytic solution and cleaning the object to be processed,
And performing a water repellent treatment on the surface to be treated of the washed material to be treated.
피처리 표면을 갖는 음극 전극으로서의 피처리재인 금속 재료와 양극 전극을 전해 용액 중에 침지시키는 스텝과,
상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 70V이상 200V이하의 전압을 인가하는 것에 의해서, 상기 피처리재인 금속 재료 표면에 미세 구조를 형성하는 스텝과,
상기 전해 용액 중에서 상기 금속 재료를 꺼내고, 해당 금속 재료를 세정하는 스텝과,
세정된 상기 금속 재료의 상기 피처리 표면에 발수 처리를 실시하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 재료를 기재로 한 발수 재료의 제조 방법.9. A method for producing a water-repellent material based on a metal material according to any one of claims 1 to 8,
A step of immersing a metal material and a cathode electrode as a cathode material having a surface to be treated in an electrolytic solution;
Forming a fine structure on the surface of the metal material, which is the material to be treated, by applying a voltage of 70 V or more and 200 V or less between the cathode electrode and the anode electrode;
Removing the metal material from the electrolytic solution and cleaning the metal material,
And performing a water repellent treatment on the surface to be treated of the washed metal material.
전해 용액 중에 서로 이격되어 침지된 양극 전극 및 금속 재료로 이루어지는 음극 전극과,
상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 개재하고, 상기 음극 전극의 피처리 부분을 한정하는 개구부를 갖는 차폐물과,
상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 전압을 인가하는 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제조 장치.9. An apparatus for manufacturing a metallic material according to any one of claims 1 to 8,
A cathode electrode made of an anode electrode and a metal material immersed and immersed in an electrolytic solution,
A shield member interposed between the anode electrode and the cathode electrode and having an opening portion defining a portion to be processed of the cathode electrode;
And a power source for applying a voltage between the anode electrode and the cathode electrode.
상기 개구부의 위치 및/또는 상기 양극 전극과 상기 음극 전극의 상대 위치를 변화시키는 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제조 장치.13. The method of claim 12,
And a mechanism for changing a position of the opening and / or a relative position of the anode electrode and the cathode electrode.
상기 전원은 양극 전극과 음극 전극 사이에 60V이상, 300V이하의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제조 장치.13. The method of claim 12,
Wherein the power source applies a voltage between 60 V and 300 V between the anode electrode and the cathode electrode.
상기 차폐물은 음극 전극의 표면에 피복된 상기 개구부를 갖는 절연성의 내열 재료인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제조 장치.13. The method of claim 12,
Wherein the shield is an insulating heat-resistant material having the opening covered with the surface of the cathode electrode.
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