KR101772772B1 - 표면 처리된 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네슘을 포함하는 표면 처리된 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 표면 처리된 기판은, 마그네슘 기재 상에 금속 산화물을 포함하는 피막층이 형성된 구조를 가짐으로써 금속 고유의 질감 및 광택성을 유지하면서 우수한 내마모성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 내식성, 내습성 등의 신뢰성이 향상되는 효과가 우수하므로 금속재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기전자 부품소재 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

표면 처리된 기판 및 이의 제조방법{SURFACE-TREATED SUBSTRATE AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 마그네슘을 포함하는 표면 처리된 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
금속을 주성분으로 하는 소재는 기계적 물성이 우수하고, 우수한 질감을 가지고 있어 외장 재료로서 다양한 분야에서 활용되고 있다. 최근에는 산업 전반의 경량화 추세로 인하여 마그네슘 함유 소재에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 금속 질감에 대한 트렌드에 맞추어 각종 전자기기의 외장재로 사용하고자 하는 시도가 이뤄지고 있다.
마그네슘은 앞서 말한 바와 같이 가벼울 뿐만 아니라 절삭성 및 주조성이 양호하고 환경 친화적이라는 이점이 있다. 그러나, 내식성이 낮아 대기 중이나 용액 중에서 매우 빠르게 부식이 진행되는 경향을 가지며, 경도 및 내마모성이 낮아 그 동안 산업에 응용하기엔 많은 어려움이 있다.
이러한 문제를 극복하기 위하여 종래, 마그네슘 기재를 크롬산염으로 화성처리하거나, 마그네슘을 함유하는 기재 상에 구리층, 니켈층, 경질 투명 유리 보호층 및 실리카층이 순차적으로 적층하여 소재의 내마모성을 향상시키는 기술 등이 적용되고 있다(특허문헌 1).
그러나, 상기 기술들은 표면 처리 공정이 복잡하여 비경제적이거나, 금속 질감이 저하되며 피막층 형성 시 사용되는 크롬으로 인한 환경 오염이 발생될 수 있는 한계가 있다.
따라서, 마그네슘을 함유하는 소재의 실용화를 위해서는 마그네슘을 함유하는 기재 표면을 화학적, 전기화학적 또는 물리적으로 처리하여 금속 고유의 질감을 구현하면서 기재의 내마모성, 내식성, 내습성 등의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
일본 공개특허 제2006-151410호
이러한 상기 문제를 해결하기 위하여,
본 발명의 목적은 마그네슘을 함유하고 금속 고유 질감을 유지하면서 내마모성, 내식성, 내습성 등의 신뢰성이 향상된 기판을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 기판의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서,
마그네슘 기재; 및
상기 기재 상에 형성되고, 금속 산화물을 포함하는 피막층을 포함하며,
피막층이 형성된 마그네슘 기재 표면에 대한 내마모성 평가 시,
하기 일반식 1의 조건을 만족하는 표면 처리된 기판을 제공한다:
[일반식 1]
0.3 ≤ 400 / π·W2 ≤ 20
상기 일반식 1에서,
W는 평균 직경 6 ㎜의 볼(ball)을 이용하여 50N의 하중, 3 ㎝/s 속도로 피막층 표면을 1회 긁는 경우 표면에 발생되는 긁힘(scratch)의 평균 너비를 나타내고,
단위는 GPa이다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
마그네슘 기재 상에 피막층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 피막층은 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 표면 처리된 기판은, 마그네슘 기재 상에 금속 산화물을 포함하는 피막층이 형성된 구조를 가짐으로써 금속 고유의 질감 및 광택성을 유지하면서 우수한 내마모성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 내식성, 내습성 등의 신뢰성이 향상되는 효과가 우수한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 표면 처리된 기판의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 일실시예에서, 5N 하중의 내마모성 평가 시 표면 긁힘이 발생된 표면 처리되지 않은 마그네슘 기재의 표면 및 단면을 도시한 이미지이다.
도 3은 일실시예에서, 5N 하중의 내마모성 평가 시 표면 긁힘이 발생된 비교예 1의 마그네슘 기판 표면과 단면을 도시한 이미지이다.
도 4는 일실시예에서, 5N 하중의 내마모성 평가 시 표면 긁힘이 발생된 비교예 2의 마그네슘 기판 표면과 단면을 도시한 이미지이다.
도 5는 일실시예에서, 50N 하중의 내마모성 평가 시 표면 긁힘이 발생된 실시예 2의 마그네슘 기판 표면과 단면을 도시한 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, 단위 "T"는, 마그네슘을 포함하는 기재의 두께를 나타내는 것으로서, 단위 "mm"와 동일할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 단위 "N"은, 힘의 크기를 나타내는 단위로서 1N은 질량이 약 0.1 ㎏인 물체에 작용하는 중력(무게)에 해당하는 힘을 의미한다(1 kgf≒9.8N).
나아가, 본 발명에서, "마모"란, 마그네슘 기판을 다른 구성성분을 포함하는 소재로 눌렀을 때 닳아 없어지는 성질을 의미하며, 상기 마모는 마그네슘 기판의 경도, 탄성계수, 항복응력 등의 영향을 받을 수 있다.
이와 더불어, "마그네슘 기재"란, 표면 처리가 되기 이전의 마그네슘을 함유하는 모재를 나타내고, "마그네슘 기판"란, 마그네슘을 함유하는 모재를 표면 처리한 것을 나타낸다.
본 발명은 마그네슘을 포함하는 표면 처리된 기판 및 이를 위한 기판의 표면 처리방법에 관한 것이다.
최근에는 산업 전반의 경량화 추세로 인하여 마그네슘 함유 소재에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 금속 질감에 대한 트렌드에 맞추어 각종 전자기기의 외장재로 사용하고자 하는 시도가 이뤄지고 있다. 그러나, 상기 마그네슘은 내식성이 낮아 대기 중이나 용액 중에서 매우 빠르게 부식이 진행되는 경향을 가지며, 경도 및 내마모성이 낮아 그 동안 산업에 응용하기엔 많은 어려움이 있다.
이러한 문제점들을 극복하기 위해서, 본 발명은 마그네슘을 포함하는 표면 처리된 기판 및 이를 위한 기판의 표면 처리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 표면 처리된 기판은, 마그네슘 기재 상에 금속 산화물을 포함하는 피막층이 형성된 구조를 가짐으로써 금속 고유의 질감 및 광택성을 유지하면서 우수한 내마모성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 내식성, 내습성 등의 신뢰성이 향상되는 효과가 우수하므로 금속재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기전자 부품소재 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 하나의 실시예에서,
마그네슘 기재; 및
상기 기재 상에 마련되고, 금속 산화물을 포함하는 피막층을 포함하는 표면 처리된 기판을 제공한다.
본 발명에 따른 표면 처리된 기판은, 마그네슘 기재 상에 금속 산화물을 포함하는 피막층이 적층된 구조를 가질 수 있으며, 이러한 적층 구조는 마그네슘 기재의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다. 상기 표면 처리된 기판은 마그네슘 기재 상에 금속 산화물을 포함하는 피막층을 구비하여 내마모성, 내식성, 내습성 등의 신뢰성이 우수할 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 상기 표면 처리된 기판은 내마모성 평가 시, 하기 일반식 1의 조건을 만족할 수 있다:
[일반식 1]
0.3 ≤ 400 / π·W2 ≤ 20
상기 일반식 1에서,
W는 평균 직경 6 ㎜의 볼(ball)을 이용하여 50N의 하중, 3 ㎝/s 속도로 피막층 표면을 1회 긁는 경우 표면에 발생되는 긁힘(scratch)의 평균 너비를 나타내고, 단위는 GPa이다.
구체적으로, 상기 표면 처리된 기판은 내마모성 평가 시, 하기 일반식 1의 조건을 0.3 내지 19, 0.32 내지 18. 0.34 내지 17, 0.36 내지 16, 0.38 내지 15, 0.4 내지 13, 0.3 내지 1, 0.3 내지 0.6, 1 내지 5, 5 내지 10, 10 내지 15, 15 내지 20, 또는 12 내지 13일 수 있다.
본 발명은 마그네슘 기재 상에 피막층이 구비된 표면 처리된 기판과 표면 처리되지 않은 기판을 대상으로 마찰계수 측정기(tribometer)를 이용한 내마모성을 평가하였다. 그 결과, 피막층을 포함하는 표면 처리된 기판은 5N의 낮은 하중에서 긁힘(scratch)이 발생되지 않는 것으로 나타났다. 또한, 피막층을 포함하는 표면 처리된 기판은 50N의 높은 하중에서 피막층 표면이 눌린 형태의 긁힘이 발생되나 그 깊이가 미미하여 마그네슘 기재가 노출되지 않으며, 일반식 1의 조건을 0.4 내지 13의 값을 나타내는 것으로 확인되었다. 여기서, 일반식 1은 스크래치가 발생하는 동안 단위 면적당 복에 작용하는 수직 하중에 관한 식으로서 볼에 하중에 따른 긁힘의 너비와 피막의 탄성복원력의 상관관계를 나타낸다. 이러한 결과는 마그네슘 기재 상에 형성된 피막층이 5N의 낮은 하중에 대한 마모 발생을 방지할 수 있으며, 50N의 높은 하중에 대한 마모를 완충시킴으로써 모재인 마그네슘 소재를 보호할 수 있음을 의미한다.
아울러, 다른 하나의 예로서 상기 표면 처리된 기판은 내식성 평가 시 전체 면적에 대한 부식된 면적의 비율이 5% 이하, 구체적으로는 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하 또는 1% 이하일 수 있다.
본 발명은 염수분무 시험법(SST, Salt Spray Tester)을 이용하여 표면 처리된 기판에 35℃, 5 중량%의 염수를 고르게 분사한 후 35℃에서 72시간 동안 방치하면서 24시간 간격으로 표면을 육안으로 평가하였다. 그 결과, 상기 기판은 염수 분무 이후 72시간 동안 방치되어도 부식이 방지되어 부식된 면적이 전체 면적의 1% 이하인 것으로 확인되었다. 이는, 마그네슘 기재 상에 형성된 피막층이 모재인 마그네슘 기재의 내식성을 향상시켜 염수 부식에 대한 내성이 개선됨을 의미하는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 표면 처리된 기판의 각 구성성분 별로 보다 상세히 설명한다.
먼저, 상기 마그네슘 기재는 기판의 기본 골격 및 물성을 결정하는 역할을 수행하며, 표면 처리된 기판의 표면 처리 이전 상태일 수 있다.
이때, 상기 마그네슘 기재로는 전기전자 제품소재 분야에서 프레임으로 사용될 수 있는 것이라면 그 종류나 형태를 특별히 제한하는 것은 아니다. 하나의 예로서, 상기 마그네슘 기재로는, 순수 마그네슘으로 구성되는 마그네슘 기재; 알루미늄, 망간 등이 첨가된 마그네슘 합금; 표면에 마그네슘이 코팅되거나 마그네슘 입자가 분산된 형태의 스테인레스강 또는 티타늄(Ti) 기재 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 피막층은 마그네슘 기재 상에 형성되어 기재에 내마모성, 내식성, 내습성 등의 신뢰성을 향상시키는 기능을 가질 수 있다.
이때, 상기 피막층은 마그네슘 기재 고유의 광택을 유지하여야 하므로 광 투과도가 높은 금속 산화물을 포함하여 광투과도가 60% 이상인 투명층일 수 있다. 하나의 예로서, 상기 피막층은 산화규소(SiO2), 산화티탄(TiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 금속 산화물을 주성분으로 포함하는 것일 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. 본 발명은 상기 피막층을 금속 산화물을 주성분으로 형성함으로써 마그네슘 기재 표면에 입사되는 광의 성질 변화 없이 온전히 투과시킬 수 있다.
또한, 상기 피막층은 마그네슘 기재의 금속 질감을 저감시키지 않으면서 기재의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 범위의 두께, 다시 말해 ㎛ 수준의 평균 두께를 가질 수 있다. 구체적으로 상기 피막층의 평균 두께는 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 평균 두께를 가질 수 있으며, 보다 구체적으로는 1 ㎛ 내지 9 ㎛; 1 ㎛ 내지 6 ㎛; 4 ㎛ 내지 9 ㎛; 4 ㎛ 내지 10 ㎛; 3 ㎛ 내지 7 ㎛; 7 ㎛ 내지 9 ㎛; 또는 2 ㎛ 내지 8 ㎛일 수 있다. 본 발명은 피막층의 평균 두께를 상기 범위로 조절함으로써 피막층으로 인한 기판의 광택 및 질감 저하 없이 경제적으로 기판의 내마모성을 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에 마그네슘 기재의 노출로 인한 기판 표면 부식 등을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
마그네슘 기재 상에 피막층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 피막층은 금속 산화물을 포함하는 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 기판의 제조방법은, 마그네슘 기재 상에 금속 산화물을 포함하는 피막층을 균일하게 적층하는 단계를 포함하여 마그네슘 기재의 고유한 광택 및 질감을 유지하면서 내마모성, 내식성, 내습성 등의 신뢰성이 향상된 마그네슘 기판을 제조할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 제조방법에 의해 얻어진 마그네슘 기판은 내마모성 평가 시, 하기 일반식 1의 조건을 만족할 수 있다:
[일반식 1]
0.3 ≤ 400 / π·W2 ≤ 20
상기 일반식 1에서,
W는 평균 직경 6 ㎜의 볼(ball)을 이용하여 50N의 하중, 3 ㎝/s 속도로 피막층 표면을 1회 긁는 경우 표면에 발생되는 긁힘(scratch)의 평균 너비를 나타내고, 단위는 GPa이다.
구체적으로, 상기 표면 처리된 기판은 내마모성 평가 시, 하기 일반식 1의 조건을 0.3 내지 19, 0.32 내지 18. 0.34 내지 17, 0.36 내지 16, 0.38 내지 15, 0.4 내지 13, 0.3 내지 1, 0.3 내지 0.6, 1 내지 5, 5 내지 10, 10 내지 15, 15 내지 20, 또는 12 내지 13일 수 있다.
이때, 상기 피막층은 마그네슘 기재 고유의 광택을 유지하여야 하므로 광 투과도가 높은 금속 산화물을 포함하는 투명층일 수 있다. 하나의 예로서, 상기 피막층은 산화규소(SiO2), 산화티탄(TiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 금속 산화물을 주성분으로 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 피막층을 형성하는 단계는 당업계에서 박막 형성 시 통상적으로 사용되고 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있으나 마그네슘 기재의 화학적·물리적 변형 없이 피막층을 형성할 수 있는 방법에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 하나의 예로서, 피막층을 형성하는 단계는, 화학적 증기 증착(CVD), 물리적 증기 증착(PVD), 대기압 플라즈마, 원자층 증착(ALD) 등의 증착방법에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로는, 상기 피막층은 화학적 증기 증착(CVD)의 일종인 플라즈마 화학적 증기 증착(PECVD)이나 원자층 증착(ALD) 등의 진공증착에 의해 수행될 수 있다. 상기 진공증착 방법들은 저온에서 증착이 가능하여 마그네슘 기재의 표면 변형 없이 피막층을 균일하게 형성할 수 있다는 이점이 있다.
하나의 예로서, 상기 피막을 플라즈마 화학 증기 증착(PECVD)로 형성하는 경우, 플라즈마 화학 증기 증착의 수행온도는 마그네슘 기재의 용융이 발생되지 않는 범위일 수 있으며, 구체적으로는 50 내지 500℃일 수 있고, 보다 구체적으로는 50 내지 300℃; 200 내지 500℃; 또는 200 내지 400℃일 수 있다.
또한, 플라즈마 화학 증기 증착의 속도는 0.5 ㎚/min 내지 1500 ㎚/min일 수 있으며, 구체적으로는 0.5 ㎚/min 내지 10 ㎚/min; 10 ㎚/min 내지 100 ㎚/min; 50 ㎚/min 내지 150 ㎚/min; 100 ㎚/min 내지 500 ㎚/min; 500 ㎚/min 내지 1000 ㎚/min; 750 ㎚/min 내지 1000 ㎚/min; 또는 900 ㎚/min 내지 1500 ㎚/min일 수 있다. 본 발명은 피막층의 증착속도를 상기 범위로 조절함으로써 마그네슘 기재 상에 증착되는 피막층의 밀도를 최적화하여 마그네슘 기재 고유의 질감 및 광택의 저하 없이 표면 처리된 기판의 내마모성, 내식성, 내습성 등의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기판의 제조방법은,
피막층을 형성하는 단계 이전에, 마그네슘 기재의 표면을 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전처리 단계는, 마그네슘 기재 상에 피막층을 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 마그네슘 기재의 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 피막층과의 접착력을 향상시킬 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 3.
가로 2.5 cm × 세로 1.9 cm × 0.4 T의 마그네슘 기재를 알칼리 세정액에 침지하여 탈지하고, 탈지된 시편을 건식 증착기에 고정시켰다. 그 후, 300℃ 온도 하에서 플라즈마 화학 증기 증착(PECVD, 증착 속도: 125 ㎚/min)을 수행하여 마그네슘 기재 상에 피막층이 형성된 마그네슘 기판을 얻었다. 이때, 피막층의 구성 성분 및 평균 두께는 하기 표 1에 나타내었다.
피막층
성분 평균 두께
실시예 1 산화규소(SiO2) 2±0.1 ㎛
실시예 2 산화규소(SiO2) 5±0.2 ㎛
실시예 3 산화규소(SiO2) 8±0.2 ㎛
비교예 1.
가로 2.5 cm × 세로 1.9 cm × 0.4 T의 마그네슘 기재를 알칼리 세정액에 침지하여 탈지하고, 탈지된 시편을 건조하여 표면 처리되지 않은 마그네슘 기판을 준비하였다.
비교예 2 및 3.
가로 2.5 cm × 세로 1.9 cm × 0.4 T의 마그네슘 기재를 알칼리 세정액에 침지하여 탈지하고, 탈지된 시편을 건식 증착기에 고정시켰다. 그 후, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 300℃ 온도 하에서 플라즈마 화학 증기 증착(PECVD, 증착 속도: 125 ㎚/min)을 수행하여 마그네슘 기재 상에 피막층을 증착시켜 표면 처리된 마그네슘 기판을 얻었다.
성분 평균 두께
비교예 2 산화규소(SiO2) 500±10 ㎚
비교예 3 산화규소(SiO2) 700±10 ㎚
실험예 1.
본 발명에 따른 표면 처리된 기판의 내마모성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
볼 온 플레이트(ball on plate) 형태의 마찰계수 측정기(tribometer)를 이용하여 표면 처리가 되지 않아 피막층을 포함하지 않는 마그네슘 기재와 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 3에서 준비된 표면 처리된 기판의 표면에 긁힘(scratch)을 발생시킨 후, 발생된 긁힘(scratch)의 평균 너비와 평균 깊이[D]를 측정하고, 긁힘으로 인한 모재인 마그네슘 기재의 노출 여부를 확인하였다. 이때, 상기 긁힘(scratch)은 마그네슘 기판의 표면을 5N 또는 50N의 하중을 갖는 볼(ball, 직경: 6 mm)을 이용하여 20±2℃에서 3 ㎝/s의 속도로 수행되었으며, 동일 위치를 1회 긁는 것을 원칙으로 하였다. 이러한 일련의 과정을 5개의 마그네슘 기판에 반복 수행하여 평균값을 도출하였으며, 하기 일반식 2를 이용하여 평균값으로부터 표면 처리된 기판의 내마모도(HS)를 도출하였다. 그 결과를 하기 표 3 및 도 2 내지 5에 나타내었다:
[일반식 2]
HS = 8 · L / π·W2
상기 일반식 2에서,
W는 평균 직경 6 ㎜의 볼(ball)을 이용하여 3 ㎝/s 속도로 피막층 표면을 1회 긁는 경우 표면에 발생되는 긁힘(scratch)의 평균 너비(단위: m)를 나타내고,
L은 긁힘(scratch) 발생 시 볼의 하중(단위: N)을 나타낸다.
대상기판 피막층
평균 두께
[㎛]		 하중 평균 깊이
[D, ㎛]		 평균 너비
[W, ㎛]		 Mg 기재
노출 여부		 HS [Gpa]
실시예 1 2±0.1 5N 0 0 Ⅹ -
실시예 2 5±0.2 5N 0 0 Ⅹ -
실시예 3 8±0.2 5N 0 0 Ⅹ -
실시예 2 5±0.2 50N 2.5±0.1 500±20 Ⅹ 0.5096
실시예 3 8±0.2 50N 1.5±0.1 100±20 Ⅹ 12.7389
비교예 1 0 5N 0.5±0.05 350±15 ○ 0.1040
비교예 2 0.5±0.01 5N 0.75±0.05 350±15 ○ 0.1040
비교예 3 0.7±0.01 5N 0.8±0.05 200±10 ○ 0.3185
상기 표 3 및 도 2 내지 5에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따라 표면 처리된 기판은 내마모성이 향상됨을 알 수 있다.
구체적으로, 5N의 하중으로 긁힘을 발생시킨 경우 금속 산화물을 포함하는 피막층이 1 내지 10 ㎛의 평균 두께로 형성된 실시예 1 내지 3의 기판은 긁힘이 발생되지 않는 것으로 나타났다. 특히, 상기 기판은 50N의 하중에서 피막층 표면이 눌린 형태의 긁힘이 발생되나 그 깊이가 미미하여 마그네슘 기재가 노출되지 않는 것으로 나타났다. 또한, 상기 기판은 일반식 2에 따른 내마모도(HS)는 볼의 하중이 50N인 경우 0.4 내지 13의 값을 나타내는 것으로 확인되었다. 이에 반해, 피막층이 형성되지 않은 비교예 1의 마그네슘 기판의 경우 5N의 하중으로 긁힘을 발생시킨 경우 평균 너비와 평균 두께가 각각 0.5±0.05 ㎛ 및 350±15 ㎛인 긁힘이 발생하였으며, 평균 두께가 1 ㎛ 미만인 비교예 1 및 2의 기판은 모두 긁힘이 강하게 발생되어 마그네슘 기재가 노출된 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터 마그네슘 기재 상에 형성된 피막층이 1 내지 10 ㎛의 평균 두께를 갖고, 금속 산화물을 포함하여 5N의 낮은 하중에 대한 마모 발생을 방지할 수 있으며, 50N의 높은 하중에 대한 마모를 완충시킴으로써 모재인 마그네슘 소재를 보호할 수 있음을 알 수 있다.
실험예 2.
본 발명에 따른 표면 처리된 기판의 내식성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
염수분무 시험법(SST, Salt Spray Tester)을 이용하여 실시예 1 내지 3에서 얻은 표면 처리된 기판의 표면에 각각 35℃, 5 중량%의 염수를 고르게 분사한 후 35℃에서 72시간 동안 방치하면서 24시간 간격으로 표면을 육안으로 평가하였다.
그 결과, 마그네슘 기재 상에 피막층이 형성된 실시예 1 내지 3의 기판은 염수 분무 이후 72시간 동안 방치되어도 부식이 방지되어 부식된 면적이 전체 면적의 1% 이하인 것으로 확인되었다. 이는, 마그네슘 기재 상에 형성된 피막층이 모재인 마그네슘 기재의 내식성을 향상시켜 염수 부식에 대한 내성이 개선됨을 의미하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 표면 처리된 기판은, 마그네슘 기재 상에 금속 산화물을 포함하는 피막층이 형성된 구조를 가짐으로써 금속 고유의 질감 및 광택성을 유지하면서 우수한 내마모성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 내식성, 내습성 등의 신뢰성이 향상되는 효과가 우수하므로 금속재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기전자 부품소재 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
10: 피막층
20: 마그네슘 기재

Claims (10)

  1. 마그네슘 기재; 및 상기 기재 상에 형성되고 금속 산화물을 포함하는 피막층을 포함하며,
    상기 피막층은 평균 두께가 2㎛ 내지 8㎛이고, 광투과도가 60% 이상인 투명층이며,
    피막층이 형성된 마그네슘 기재 표면에 대한 내마모성 평가 시, 하기 일반식 1의 조건을 만족하고,
    35℃, 5 중량%의 염수에 대한 염수분무 시험 시 부식 면적이 전체 면적의 1% 이하이며,
    마그네슘 기재의 고유 질감 및 광택성을 유지하는 것을 특징으로 하는 표면 처리된 기판:
    [일반식 1]
    0.3 ≤ 400 / π·W2 ≤ 20
    상기 일반식 1에서,
    W는 평균 직경 6 ㎜의 볼(ball)을 이용하여 50N의 하중, 3 ㎝/s 속도로 피막층 표면을 1회 긁는 경우 표면에 발생되는 긁힘(scratch)의 평균 너비를 나타내고,
    단위는 GPa이다.
  2. 제1항에 있어서,
    금속 산화물은, 산화규소, 산화티탄 및 산화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 기판.
  3. 삭제
  4. 마그네슘 기재 상에 플라즈마 화학 증기증착(PECVD)을 수행하여 금속 산화물을 포함하는 피막층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 피막층의 평균 두께는 1㎛ 내지 10㎛이고,
    상기 증기증착 온도는 200℃ 내지 400℃이며,
    상기 증기증착 속도는 0.5 ㎚/min 내지 1,500 ㎚/min인 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 기판의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    금속 산화물은, 산화규소, 산화티탄 및 산화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제4항에 있어서,
    피막층을 형성하는 단계 이전에,
    마그네슘 기재의 표면을 전처리하는 단계를 더 포함하는 기판의 제조방법.
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