KR102235862B1 - 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)으로 이루어진 모재(母材), 및 모재의 표면에 적층된 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재가 개시된다. 개시된 알루미늄 부재의 보호 피막은, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며, 50 내지 700nm 두께로 모재(母材)의 표면에 적층된 무공질 양극 산화층, 및 물리적 기상 증착(PVD)에 의해 무공질 양극 산화층 상에 적층되는 것으로, 알루미늄(Al)을 포함하여 이루어지며, 두께가 1 내지 20㎛ 인 보강층을 구비한다.

Description

보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법{Method for fabricating Aluminum member with protective film on its surface}
본 발명은 알루미늄 표면의 내식성(耐蝕性)이 향상되도록, 표면에 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체칩 등을 제조하기 위한 증착 공정에는 증착 챔버(chamber)가 사용된다. 상기 증착 챔버 내에는 증착 물질을 분사하는데 사용되는 디퓨져(diffuser), 샤워헤드(shower head), 상부 전극과 같은 알루미늄(Al) 재질의 부품이 구비된다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재는 표면의 내식성(耐蝕性)을 개선하기 위하여 표면에 양극산화 피막을 적층 형성한다. 산성 전해액 내에서 알루미늄 소재를 양극(anode)으로 하여 전기분해를 진행하는 통상적인 아노다이징(anodizing)을 통해 알루미늄 소재의 표면에 형성되는 양극산화 피막은 다수의 미세한 기공(pore)이 형성되는데, 상기 다수의 미세한 기공을 폐쇄하기 위하여 수화 봉공 처리가 부가될 수 있다.
상기 아노다이징 처리 후 수화 봉공 처리를 통해 형성된 양극산화 피막을 구비한 알루미늄 소재로 이루어진 부품은 상기 증착 챔버 내부에서 고진공 또는 고온의 가혹한 증착 환경에 노출된다. 증착 챔버 내의 250 내지 500℃의 고온 증착 환경에서 상기 알루미늄 부품의 양극산화 피막에 크랙(crack)이 발생하고, 이로 인해 증착 챔버 내에 불순물 파티클이 증대된다.
이를 방지하기 위하여, 아노다이징 처리 후, 수화 봉공 처리를 하지 않은 알루미늄 부품을 적용할 수도 있으나, 이 경우에는 알루미늄 부재 표면의 다수의 미세 기공으로 인해 반응성이 커져 증착율에 악영향을 미치고, 상기 미세 기공에 부착되어 있던 물질, 예컨대, 황 이온(S2-), 수소 이온(H+), 수산 이온(OH-) 등이 증착 과정에서 증착막 내부로 들어가서 상기 증착막의 물리적 특성이 변하고, 궁극적으로 증착막을 포함하는 소자의 특성을 열화시킬 수 있다.
한편, 표면에 양극산화 피막을 구비하지 않는, 소위 베어 알루미늄(bare aluminum) 소재로 이루어진 부품을 증착 챔버 내부에서 사용할 수도 있다. 그러나, 이 경우에는 주기적으로 삼불화질소(NF3) 및 사불화질소(CF4)를 사용하여 증착 챔버를 세척하는 과정에서 베어 알루미늄 부품의 표면에 불화알루미늄(AlFN)이 생성된다. 상기 불화알루미늄(AlFN)은 추후의 증착 과정에서 상기 베어 알루미늄 부품의 표면에서 떨어져 나가 증착 챔버 내의 불순물 파티클(particle)을 증가시키고, 증착 품질을 저하시킨다. 따라서, 상기 베어 알루미늄 부품의 교체 주기가 짧아져 증착 작업의 비용이 증대된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0077949호
본 발명은, 고온, 고진공, 강산(strong acid) 노출 등의 가혹한 작업 환경에서도 표면 부식, 표면 갈라짐, 표면에서 파티클(particle) 분리 등과 같은 표면 손상을 억제하는 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재, 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)으로 이루어진 모재(母材), 및 상기 모재의 표면에 적층된 보호 피막을 구비한 것으로, 상기 보호 피막은, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며, 200 내지 700nm 두께로 상기 모재(母材)의 표면에 적층된 무공질 양극 산화층, 및 물리적 기상 증착(PVD)에 의해 상기 무공질 양극 산화층 상에 적층되는 것으로, 알루미늄(Al)을 포함하여 이루어지며, 두께가 1 내지 20㎛ 인 보강층을 구비하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재를 제공한다.
상기 모재에는 내경이 0.1 내지 1mm 인 적어도 하나의 홀(hole)이 형성되고, 상기 무공질 양극 산화층은 상기 홀 내부의 내주면에 적층되나, 상기 보강층은 상기 홀 내부의 내주면에 적층되지 않으며, 상기 보강층에 의해 상기 홀의 입구가 폐쇄되지 않을 수 있다.
또한 본 발명은, 표면에 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재를 제조하는 방법으로서, 베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)으로 이루어진 모재(母材)의 표면에, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며 두께가 200 내지 700nm 인 무공질 양극 산화층을 적층하는 무공질 양극 산화층 적층 단계, 및 상기 무공질 양극 산화층 상에 알루미늄(Al)을 물리적 기상 증착(PVD; physical vapor deposition)하여, 알루미늄을 포함하여 이루어지며 두께가 1 내지 20㎛ 인 보강층을 적층하는 알루미늄 PVD 단계를 구비하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법을 제공한다.
상기 알루미늄 PVD 단계는, 산소(O2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄(pure aluminum)을 물리적 기상 증착하는 단계를 구비하고, 상기 알루미늄 PVD 단계를 통해 형성된 보강층은 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어질 수 있다.
상기 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 보강층은 상기 산소(O2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 복수 회 반복하여 적층 형성되고, 상기 산소 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 1회 수행할 때 상기 보강층의 두께가 0.7 내지 1.5㎛씩 성장할 수 있다.
상기 알루미늄 PVD 단계는, 질소(N2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄(pure aluminum)을 물리적 기상 증착하는 단계를 구비하고, 상기 알루미늄 PVD 단계를 통해 형성된 보강층은 질화알루미늄(AlN)으로 이루어질 수 있다.
상기 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 보강층은 상기 질소(N2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 복수 회 반복하여 적층 형성되고, 상기 질소 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 1회 수행할 때 상기 보강층의 두께가 0.7 내지 1.5㎛씩 성장할 수 있다.
상기 보강층은 순수 알루미늄(pure aluminum)으로 이루어질 수 있다.
상기 모재에는 내경이 0.1 내지 1mm 인 적어도 하나의 홀(hole)이 형성되고, 상기 무공질 양극 산화층 적층 단계에서는 상기 홀 내부의 내주면에 상기 무공질 양극 산화층이 적층되고, 상기 알루미늄 PVD 단계에서는 상기 홀 내부의 내주면에 상기 보강층이 적층되지 않으며, 상기 보강층에 의해 상기 홀의 입구가 폐쇄되지 않을 수 있다.
상기 무공질 양극 산화층 적층 단계는, 상기 모재를 중성 전해액(neutral electrolyte)에 침잠시키고, 상기 모재를 양극으로 하여 전기 분해하는 중성 전해액 전기 분해 단계를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법은, 상기 무공질 양극 산화층 적층 단계 이후에, 진공 환경 또는 질소 기체가 채워진 환경에서 상기 무공질 양극 산화층이 적층된 모재를 열처리하는 열처리 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재는, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어진 무공질 양극 산화층, 및 알루미늄(Al)을 포함하여 이루어진 보강층을 구비한 보호 피막을 구비한다. 상기 무공질 양극 산화층은 소위, 배리어 타입(barrier type) 양극 산화층으로서 다공질 양극 산화층보다 두께가 얇고 조직이 치밀하다. 또한, 상기 보강층은 물리적 기상 증착에 의해 적층되어 조직이 치밀하다. 따라서, 고온, 고진공, 강산(strong acid) 노출 등의 가혹한 작업 환경에서도 알루미늄 부재의 표면 부식, 표면 갈라짐, 표면에서 파티클(particle) 분리 등과 같은 표면 손상이 억제된다.
특히, 증착 챔버 내에 설치되는 디퓨져, 샤워헤드 등과 같이 내경이 0.1 내지 1mm 인 복수의 홀(hole)을 갖는 알루미늄 부재의 경우에도, 상기 홀의 내주면에 조직이 치밀한 무공질 양극 산화층이 적층되므로 가혹한 작업 환경에서 상기 홀 내주면 측의 표면 손상이 억제된다. 또한, 오랜 기간 사용한 후에 알루미늄 부재의 표면의 손상된 피막을 벗겨내고 보호 피막을 다시 적층하여 사용하는 리사이클링(recycling) 작업을 하는 경우에도 상기 홀의 내경이 과도하게 확장되지 않으므로, 리사이클링 작업 가능 회수가 증대되어 자원이 절약되고, 내구성이 향상된다.
또한, 무공질 양극 산화층이 적층된 후에 열처리가 추가되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재는, 상기 무공질 양극 산화층에 함유된 수분이 제거되고 재질의 밀도가 증가하므로 무공질 양극 산화층의 내식성이 더욱 향상되고, 특히 진공 챔버 내에서와 같은 가혹한 작업 환경에서도 알루미늄 부재의 표면 부식, 표면 갈라짐, 표면에서 파티클(particle) 분리 등과 같은 표면 손상이 더욱 억제된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 부재의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 부재의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다. 본 발명의 알루미늄 부재 제조 방법은, 모재 준비 단계(S10), 무공질 양극 산화층 적층 단계(S20), 및 알루미늄 PVD 단계(S30)를 구비한다. 도 1을 참조하면, 모재 준비 단계(S10)는 베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)로 이루어진 모재(11)를 준비하는 단계이다.
상기 알루미늄 합금은 알루미늄(Al)을 주재료로 포함하고, 소량의 다른 물질이 포함된 금속으로서, 상기 소량의 다른 물질은 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중에서 적어도 한 종류의 물질일 수 있다. 알루미늄 합금은 100% 조성의 순수 알루미늄에 비해 예컨대, 강도(strength) 등의 물리적 성질이 우수하므로, 증착 챔버 내의 가혹한 환경에서 사용하기에 보다 적합하다. 상기 모재(11)는 표면에 산화알루미늄(Al2O3) 피막이 형성되지 않은 베어(bare) 상태의 금속이다.
모재 준비 단계(S10)는 구체적으로, 알루미늄 합금으로 이루어진 판재나 덩어리(ingot)를 기계 가공하여 특정 알루미늄 부재의 형상으로 가공하는 형상 가공 단계와, 상기 형상 가공된 모재를 열처리하는 열처리 단계와, 상기 모재의 표면을 세정제를 이용하여 화학적으로 세정하는 화학 세정 단계와, 상기 모재의 표면을 연마하는 연마 단계를 포함할 수 있다. 상기 형상 가공 단계는, 상기 모재(11)를 두께 방향으로 관통하며, 내경(ID)이 0.1 내지 1mm 인 복수의 홀(hole)(15)을 형성하는 단계를 구비한다. 상기 복수의 홀(15)을 구비한 알루미늄 부재(10)(도 3 참조)는 예컨대, 증착 챔버 내의 디퓨져(diffuser), 샤워헤드(shower head)일 수 있다. 상기 화학 세정 단계와 연마 단계는, 표면에 산화알루미늄(Al2O3)으로 된 피막이 적층되지 않은 베어(bare) 상태의 모재(11)를 형성하기 위한 방법의 일 예이다.
도 2를 참조하면, 무공질 양극 산화층 적층 단계(S20)는 상기 베어 알루미늄 합금으로 이루어진 모재(11)의 표면에, 무공질 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지며 두께(TH1)가 200 내지 700nm 인 무공질(無孔質) 양극 산화층(20)을 적층하는 단계이다. 무공질 양극 산화층 적층 단계(S20)는, 중성 전해액 전기 분해 단계를 구비하며, 상기 중성 전해액 전기 분해 단계에 앞선 전처리 단계로서, 탈지 단계, 세정 단계, 및 중화 단계를 구비할 수 있다. 상기 탈지 단계는 모재(11)의 표면에서 유분을 제거하는 단계이고, 상기 세정 단계는 산 또는 염기성 수용액에 침잠시켜 모재(11) 표면에서 산화알루미늄 및 이물질을 제거하는 단계이며, 중화 단계는 상기 세정 단계을 통해 모재(11) 표면에 잔존하는 산 또는 염기를 중화하는 단계이다.
상기 중성 전해액 전기 분해 단계는, 상기 모재(11)를 중성 전해액(neutral electrolyte)에 침잠시키고, 상기 모재(11)를 양극 전극(anode)으로 하여 전기 분해를 진행하는 단계이다. 상기 중성 전해액은 예컨대, 붕산(boric acid), 붕산염(borate), 인산염(phosphate), 아디프산염(adipate)과 같은 중성 전해질의 수용액이다. 상기 중성 전해액에는 복수 종류의 중성 전해질이 포함될 수도 있다.
전기 분해의 구체적인 조건을 예를 들면, 중성 전해액에 포함된 중성 전해질의 농도는 1 내지 200g/l 일 수 있다. 중성 전해액의 온도는 50 내지 90℃ 일 수 있다. 양극 전극과 음극 전극 간 전압은 직류 30 내지 50V 일 수 있다 .전기 분해 시간은 무공질 양극 산화층(20)의 두께(TH1)에 따라 달라지며, 짧게는 1분 이내, 길게는 30분 이내일 수 있다.
상기 중성 전해액 전기 분해는 배리어 타입 아노다이징(barrier type anodizing)이라 불리기도 한다. 산성 전해액(acidic electrolyte)에 모재를 침잠시켜 전기 분해하는 일반적인 아노다이징에 의해 형성된 양극 산화층은 다공질(porous) 양극 산화층으로서, 표면에 다수의 기공이 형성되고, 두께가 수십 마이크로미터(㎛)이며, 조직이 치밀하지 않다. 그러나, 상기 중성 전해액 전기 분해를 통해 형성된 양극 산화층(20)은 무공질(non-porous) 양극 산화층으로서, 표면에 기공이 형성되지 않고, 두께(TH1)가 수십 내지 수백 나노미터(nm)로 얇으며, 조직이 치밀하여, 상기 다공질 양극 산화층보다 가혹한 환경에 견디는 내식성이 우수하다. 또한, 상기 무공질 양극 산화층(20)은 두께(TH1)가 얇아서 모재(11)에 형성된 내경(ID)(도 1 참조)이 0.1 내지 1mm 인 홀(hole)(15)의 내주면에도 적층된다. 따라서, 상기 홀(15) 내주면의 깊은 지점도 가혹한 환경에 의한 침식과 손상으로부터 보호된다.
본 발명의 알루미늄 부재 제조 방법은, 상기 무공질 양극 산화층 적층 단계(S20) 이후에, 진공 환경 또는 질소 기체가 채워진 환경에서 상기 무공질 양극 산화층(20)이 적층된 모재(11)를 열처리하는 열처리 단계를 더 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 무공질 양극 산화층(20)이 적층된 모재(11)를 200 내지 500℃ 온도에서 방치하여 열처리할 수 있다. 열처리 시간은 온도가 높을수록 짧아질 수 있다. 열처리 단계의 다른 예로서, 상기 무공질 양극 산화층(20)이 적층된 모재(11)를 500℃ 보다 높은 고온에서 30초 이내의 시간 동안 방치하는 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 적용할 수 있다. 500℃ 보다 높은 고온으로 열처리하는 경우에 상기 모재(11)를 고온에서 너무 오랜 시간 방치하면 베어 알루미늄 합금으로 이루어진 모재(11)에 변형이 올 수도 있으므로, 이를 예방하기 위하여 짧은 시간 동안만 열처리하게 된다. 상기 열처리 단계를 통하여 무공질 양극 산화층(20)에 함유된 수분이 제거되고 재질의 밀도가 증가하므로, 무공질 양극 산화층(20)의 내식성이 더욱 향상된다.
도 3을 참조하면, 알루미늄 PVD 단계(S30)는, 상기 무공질 양극 산화층(20) 상에 알루미늄(Al)을 물리적 기상 증착(PVD; physical vapor deposition)하여 두께(TH2)가 1 내지 20㎛ 인 보강층(25)을 적층하는 단계이다. 알루미늄 PVD 단계(S30)에서 증착 챔버(미도시) 내부를 고진공 상태가 되도록 환경을 조성하고, 순수 알루미늄(pure aluminum)을 물리적 기상 증착(PVD)하게 되면, 순수 알루미늄으로 이루어진 보강층(25)이 적층된다.
한편, 알루미늄 PVD 단계(S30)는, 증착 챔버(미도시) 내부에 산소(O2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄(pure aluminum)을 상기 무공질 양극 산화층(20)이 적층된 모재(11)에 물리적 기상 증착(PVD)하는 단계를 구비할 수 있다. 이 경우에 알루미늄 입자와 산소 입자가 반응하여 무공질 양극 산화층(20) 상에 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 보강층(25)이 적층 형성된다.
상기 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 보강층(25)은 상기 산소(O2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 복수 회 반복하여 적층 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 산소 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 1회 수행할 때 상기 보강층의 두께가 0.7 내지 1.5㎛씩 성장할 수 있다. 1회의 연속적인 적층으로 두꺼운 보강층(25)을 형성하는 경우에 비하여, 얇은 두께의 보강층을 반복 적층하여 두꺼운 두께의 보강층(25)을 적층하는 경우에, 세라믹(ceramic)인 산화알루미늄(Al2O3) 조직이 보다 치밀해지고 보강층(25)의 조성 중 알루미늄(Al)이 차지하는 조성비가 좀더 커져서, 보호 피막에 크랙(crack) 형성이 더욱 억제되고 내식성이 더욱 향상될 수 있다.
또 한편, 알루미늄 PVD 단계(S30)는, 증착 챔버(미도시) 내부에 질소(N2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄(pure aluminum)을 상기 무공질 양극 산화층(20)이 적층된 모재(11)에 물리적 기상 증착(PVD)하는 단계를 구비할 수 있다. 이 경우에 알루미늄 입자와 질소 입자가 반응하여 무공질 양극 산화층(20) 상에 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 보강층(25)이 적층 형성된다.
상기 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 보강층(25)은 상기 질소(N2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 복수 회 반복하여 적층 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 질소 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 1회 수행할 때 상기 보강층의 두께가 0.7 내지 1.5㎛씩 성장할 수 있다. 1회의 연속적인 적층으로 두꺼운 보강층(25)을 형성하는 경우에 비하여, 얇은 두께의 보강층을 반복 적층하여 두꺼운 두께의 보강층(25)을 적층하는 경우에, 세라믹(ceramic)인 질화알루미늄(AlN) 조직이 보다 치밀해지고 보강층(25)의 조성 중 알루미늄(Al)이 차지하는 조성비가 좀더 커져서, 보호 피막에 크랙(crack) 형성이 더욱 억제되고 내식성이 더욱 향상될 수 있다.
증착 챔버(미도시) 내에서 물리적 기상 증착(PVD)에 의해 모재(11)로 낙하하는 알루미늄 입자는 상기 모재(11)에 형성된 내경(ID)(도 1 참조) 0.1 내지 1mm 인 홀(15) 내부 깊숙이 침투하지 못한다. 따라서, 상기 보강층(25)은 상기 증착 챔버(미도시) 내에서 위를 향해 노출되는 모재(11)의 표면(12)과, 상기 홀(15)의 입구(17) 주변에는 적층 형성되지만, 상기 홀(15) 내부의 내주면에는 형성되지 않는다. 상기 보강층(25)의 두께(TH2)는 1 내지 20㎛ 이고, 상기 홀(15)의 내경(ID)은 이보다 매우 큰 0.1 내지 1mm 이므로, 상기 보강층(25)에 의해 상기 홀(15)의 입구(17)가 폐쇄되지 않는다.
도 3에 도시된 본 발명의 알루미늄 부재(10)는 모재(11)가 알루미늄 합금으로 이루어져 순수 알루미늄으로 이루어진 모재(11)보다 가혹한 환경 내에서 내구성이 우수하다. 또한, 상기 알루미늄 부재(10)는 무공질 양극 산화층(20) 및 알루미늄(Al)을 포함하여 이루어진 보강층(25)을 구비한 보호 피막을 구비한다. 상기 무공질 양극 산화층(20)은 소위, 배리어 타입(barrier type) 양극 산화층으로서 다공질 양극 산화층보다 두께가 얇고 조직이 치밀하다. 또한, 상기 보강층(25)은 물리적 기상 증착(PVD)에 의해 적층되어 조직이 치밀하다. 따라서, 고온, 고진공, 강산(strong acid) 노출 등의 가혹한 작업 환경에서도 알루미늄 부재(10)의 표면 부식, 표면 갈라짐, 표면에서 파티클(particle) 분리 등과 같은 표면 손상이 억제된다.
특히, 증착 챔버 내에 설치되는 디퓨져, 샤워헤드 등과 같이 내경이 0.1 내지 1mm 인 복수의 홀(hole)(15)을 갖는 알루미늄 부재(10)의 경우에도, 상기 홀(15)의 내주면에 조직이 치밀한 무공질 양극 산화층(20)이 적층되므로 가혹한 작업 환경에서 상기 홀(15) 내주면 측의 표면 손상이 억제된다. 또한, 오랜 기간 사용한 후에 알루미늄 부재(10)의 표면(12)의 손상된 피막을 벗겨내고 보호 피막을 다시 적층하여 사용하는 리사이클링(recycling) 작업을 하는 경우에도 상기 홀(15)의 내경(ID)(도 1 참조)이 과도하게 확장되지 않으므로, 리사이클링 작업 가능 회수가 증대되어 자원이 절약되고, 내구성이 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 알루미늄 부재 11: 모재
15: 홀(hole) 17: 홀 입구
20: 무공질 양극 산화층 25: 보강층

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 표면에 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재를 제조하는 방법으로서,
    베어 알루미늄 합금(bare aluminum alloy)으로 이루어지고, 내경이 0.1 내지 1mm인 복수의 홀들을 가지는 모재(母材)의 표면에, 무공질(無孔質) 산화알루미늄으로 이루어지며 두께가 200 내지 700nm 인 무공질 양극 산화층을 적층하는 무공질 양극 산화층 적층 단계; 및,
    상기 무공질 양극 산화층 상에 알루미늄(Al)을 물리적 기상 증착(PVD; physical vapor deposition)하여, 알루미늄을 포함하여 이루어지며 두께가 1 내지 20㎛ 인 보강층을 적층하는 알루미늄 PVD 단계;를 구비하고,
    상기 무공질 양극 산화층 적층 단계에서, 상기 무공질 양극 산화층은 상기 홀의 내주면에 적층되고, 상기 알루미늄 PVD 단계에서, 상기 보강층은 홀의 내주면에는 침투되지 않고,
    상기 물리적 기상 증착하는 단계는 1회 수행시에 보강층의 두께가 0.7 내지 1.5 μm씩 성장하도록, 반복 적층하는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 알루미늄 PVD 단계는, 산소(O2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄(pure aluminum)을 물리적 기상 증착하는 단계를 구비하고,
    상기 알루미늄 PVD 단계를 통해 형성된 보강층은 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 보강층은 상기 산소(O2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 복수 회 반복하여 적층 형성되고,
    상기 산소 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 1회 수행할 때 상기 보강층의 두께가 0.7 내지 1.5㎛씩 성장하는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 알루미늄 PVD 단계는, 질소(N2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄(pure aluminum)을 물리적 기상 증착하는 단계를 구비하고,
    상기 알루미늄 PVD 단계를 통해 형성된 보강층은 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 보강층은 상기 질소(N2) 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 복수 회 반복하여 적층 형성되고,
    상기 질소 기체가 채워진 환경에서 순수 알루미늄을 물리적 기상 증착하는 단계를 1회 수행할 때 상기 보강층의 두께가 0.7 내지 1.5㎛씩 성장하는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 보강층은 순수 알루미늄(pure aluminum)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제3 항에 있어서,
    상기 무공질 양극 산화층 적층 단계는, 상기 모재를 중성 전해액(neutral electrolyte)에 침잠시키고, 상기 모재를 양극으로 하여 전기 분해하는 중성 전해액 전기 분해 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 무공질 양극 산화층 적층 단계 이후에, 진공 환경 또는 질소 기체가 채워진 환경에서 상기 무공질 양극 산화층이 적층된 모재를 열처리하는 열처리 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 보호 피막을 구비한 알루미늄 부재의 제조 방법.
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