KR102328391B1 - 단일 금속을 이용한 블랙 컬러 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 금속을 이용한 블랙 컬러 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 모재; 상기 모재 상에 형성된 CrO 투명박막층; 및 상기 CrO 투명박막층 상에 형성된 Cr 금속층;을 포함하며, 상기 CrO 투명박막층의 두께는 5~100nm이고, 상기 Cr 금속층의 두께는 1~50nm인 블랙 컬러 강판 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

단일 금속을 이용한 블랙 컬러 강판 및 그 제조방법{BLACK COLORED STEEL SHEET USING SINGLE METAL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 단일 금속을 이용한 블랙 컬러 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

가전 및 통신기기가 빠른 속도로 발전하면서 냉장고, 모바일 폰 케이스 부품 등의 전기, 전자 부품재료 분야에서 디자인을 좌우하는 외장재에 대한 관심이 높아지고 있다. 최근에는 금속 질감을 나타내는 소재를 냉장고나 휴대용 전자기기의 외장재로 사용하는 것이 트렌드가 되면서 금속 질감을 유지하면서 소재 표면에 다양한 색상을 구현하는 기술에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

이러한 대표적인 기술로는 특허문헌 1이 있는데, 특허문헌 1에는 스테인레스 기재, 글래스층, 금속층 및 탑코팅층이 순차적으로 적층된 구조를 갖고 상기 금속층은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 망간(Mn), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 그 이온을 포함하는 발색 기판에 관하여 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1과 같은 기술은 다양한 칼라구현을 위해서 다양한 금속 물질이나 가스를 이용해야 할 필요가 있으며, 이러한 방법은 증착 공정에 있어 복잡성을 야기한다. 아울러, 금속물질의 과다한 사용은 갈바닉 부식과 같은 부식을 촉진시킬 수 있다.

한편, 이러한 다양한 색상을 갖는 강판에 대한 연구는 활발히 진행 중이나, 블랙 컬러를 갖는 강판에 대한 연구는 아직까지 미흡한 실정이다.

이에 따라, 블랙 컬러를 용이하게 구현할 수 있으면서도, 부식 문제 및 공정의 복잡성을 해결할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한국 공개특허공보 제2019-007647호

본 발명의 일 측면은, 단일 금속을 이용한 블랙 컬러 강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 모재; 상기 모재 상에 형성된 CrO 투명박막층; 및 상기 CrO 투명박막층 상에 형성된 Cr 금속층;을 포함하며, 상기 CrO 투명박막층의 두께는 5~100nm이고, 상기 Cr 금속층의 두께는 1~50nm인 블랙 컬러 강판을 제공한다.

본 발명의 다른 실시형태는 모재 상에 Cr층을 증착시키는 단계; 상기 Cr층에 산소 가스를 인가하여 CrO 투명박막층을 형성시키는 단계; 및 상기 CrO 투명박막층 상에 Cr 금속층을 증착시키는 단계;를 포함하는 블랙 컬러 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 단일 금속을 이용하여 공정을 단순화하면서도, 부식성을 향상시키고, 블랙 컬러를 용이하게 구현할 수 있는 블랙 컬러 강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 블랙 컬러 강판의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예 1을 관찰한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 1을 관찰한 사진이다.
도 4는 발명예 1을 TEM으로 관찰한 사진이다.
도 5는 발명예 1에 대한 EDS Mapping 결과이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 블랙 컬러 강판의 모식도이다. 이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 블랙 컬러 강판에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 블랙 컬러 강판은 모재(10), 상기 모재(10) 상에 형성된 CrO 투명박막층(20) 및 상기 CrO 투명박막층(20) 상에 형성된 Cr 금속층(30)을 포함한다.

상기 모재는 본 발명 블랙 컬러 강판의 베이스 기판으로서, 가전 또는 전기·전자 제품 소재 분야에서 사용될 수 있는 것이라면, 본 발명에서는 상기 모재의 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, STS, 마그네슘 판재, 티타늄 판재, 도금강판 등을 이용할 수 있다.

본 발명의 블랙 컬러 강판은 투명박막층을 이용하여 투과한 빛의 굴절 및 산란에 의하여 컬러를 구현하는 기술을 이용한 것이다. 즉, 상기 투명박막층은 빛의 성질을 변화시켜 그 두께에 따라 다양한 색상(hue)을 균일하게 구현하는 역할을 한다. 그러나, 소재에 형성된 투명박막층만으로 구현된 컬러는 색의 채도가 미약하여 상품성이 떨어질 뿐만 아니라 컬러 구현에 한계가 있다. 무엇보다 블랙 컬러를 구현하는데 어려움이 있다. 즉, 본 발명에서는 투명박막층 단독으로는 블랙 컬러 구현이 불가능하다는 식견 하에 상기 투명박막층 상에 금속층을 형성시키는 것을 특징으로 한다. 상기 금속층은 투명박막층에 의해 간섭된 입사광을 이용하여 박막에 의해 구현되는 색상(hue)을 조율(tunning)하는 기능을 수행한다.

본 발명에서는 블랙 컬러 구현 및 공정의 단순화를 위하여, 상기 투명박막층 및 금속층으로서 단일 금속을 이용하고, 특히, 상기 단일 금속으로서 Cr을 이용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 투명박막층으로서 CrO을 이용하고, 금속층으로서 Cr을 이용하여 블랙 컬러를 구현하고자 하는 것이다. Cr은 블랙 컬러를 구현하는데 용이한 원소로 파악된다. 만일, Cr이 아닌 다른 금속을 단독으로 사용하는 경우에는 블랙 컬러를 구현하기 어려우며, 블랙 컬러를 구현하기 위해서는 서로 다른 종류의 금속을 이용하여 투명박막층과 금속층을 형성해야 하므로, 공정이 복잡해지는 단점이 있다.

상기 CrO 투명박막층의 두께는 5~100nm이고, 상기 Cr 금속층의 두께는 1~50nm인 것이 바람직하다. 상기 CrO 투명박막층의 두께가 5nm 미만인 경우에는 컬러가 구현되지 않거나, 블랙이 아닌 다른 색상의 컬러가 구현된다는 단점이 있으며, 100nm를 초과하는 경우에는 CrO 투명박막층이 빛을 흡수함에 따라 컬러 구현이 되지 않는다는 단점이 있다. 상기 Cr 금속층의 두께가 1nm 미만인 경우에는 빛이 투과하게 됨에 따라 블랙 컬러 구현이 되지 않는다는 단점이 있으며, 50nm를 초과하는 경우에는 Cr금속층의 과도한 두께로 인하여 CrO 투명박막층이 아닌 Cr금속층의 색상이 발현되는 단점이 있다. 따라서, 상기 CrO 투명박막층의 두께는 5~100nm이고, 상기 Cr 금속층의 두께는 1~50nm인 것이 바람직하다. 상기 CrO 투명박막층의 두께의 상한은 85nm인 것이 보다 바람직하고, 80nm인 것이 보다 더 바람직하며, 75nm인 것이 가장 바람직하다. 상기 Cr 금속층의 두께의 상한은 45nm인 것이 보다 바람직하고, 40nm인 것이 보다 더 바람직하며, 35nm인 것이 가장 바람직하다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 블랙 컬러 강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

우선, 모재를 준비한다. 상기 모재 준비 단계 시에는, 상기 모재의 표면을 청정화시키기 위하여, 세정 혹은 산세 공정을 수행할 수 있다.

이후, 상기 모재 상에 Cr층을 증착시킨다. 이 때, 상기 Cr층의 증착은 sputtering 또는 evaporation 중 하나를 이용할 수 있다. 다만, 보다 바람직하게는, 박막층의 균일성 확보를 위하여, sputtering을 이용하는 것이 유리하다. 상기 Cr층의 증착은 Cr 타겟을 이용하여 sputtering을 수행하는 것으로 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 목표하는 두께로 Cr층을 증착시킬 수 있는 것이라면, 상기 sputtering시 구체적인 조건에 대해서 특별히 한정하지 않는다.

이후, 상기 Cr층에 산소 가스를 인가하여 CrO 투명박막층을 형성시킨다. sputtering 이용시, 로 내에 산소 가스를 주입하게 되면, 상기 모재 상에 형성된 Cr층에 산소가 침입하게 되어 CrO 투명박막층이 형성된다. 본 발명에서는 다양한 가스 종류의 사용없이도 저렴한 산소 가스만을 이용함으로써 투명박막층을 형성시킬 수 있다. 한편, 본 발명에서는 CrO 투명박막층이 형성될 수 있는 것이라면, 상기 산소 가스 주입시 구체적인 조건에 대해서 특별히 한정하지 않는다.

이후, 상기 CrO 투명박막층 상에 Cr 금속층을 증착시킨다. 본 발명에서는 상기 Cr 금속층의 증착 역시 sputtering 또는 evaporation 중 하나를 이용할 수 있다. 다만, 보다 바람직하게는, 박막층의 균일성 확보를 위하여, sputtering을 이용하는 것이 유리하다. 본 발명에서는 목표하는 두께로 Cr층을 증착시킬 수 있는 것이라면, 상기 sputtering시 구체적인 조건에 대해서 특별히 한정하지 않는다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

모재로서 STS 기판을 준비한 뒤, sputtering을 이용하여 상온~150℃에서 상기 STS 기판 상에 Cr층을 증착시킨 후 산소 가스를 주입하여 Cr 투명박막층을 형성시키고, 이후, 상기 Cr 투명박막층 상에 Cr 금속층을 형성시켰다. 이와 같이 제조된 강판에 대하여 Cr 투명박막층 및 Cr 금속층의 두께와 구현된 컬러를 관찰한 뒤, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	Cr 투명박막층 두께(nm)	Cr 금속층(nm)	색상
발명예1	60	20	흑색
비교예1	45	100	은색

상기 표 1 및 2를 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 조건을 만족하는 발명예 1 내지 3의 경우에는 흑색이 구현되었음을 알 수 있는 반면, 본 발명이 제안하는 조건을 만족하지 않은 비교예 1 내지 3의 경우에는 흑색이 아닌 다른 컬러가 구현되었음을 확인할 수 있다.

도 2는 비교예 1을 관찰한 사진이며, 도 3은 발명예 1을 관찰한 사진이다. 도 2 및 3을 통해 알 수 있듯이, 비교예 1의 경우에는 Cr금속층의 두께가 과도하게 두꺼운 관계로 강판의 컬러가 Cr금속층 자체의 색인 은색을 띄는 반면, 발명예 1의 경우에는 강판의 컬러가 흑색을 띄는 것을 확인할 수 있다.

한편, "색좌표"란, CIE(국제조명위원회, Commission International de l'Eclairage)에서 규정한 색상 값인 CIE Lab 색 공간에서의 좌표를 의미하며, CIE 색 공간에서의 임의의 위치는 L, a, b 3가지 좌표값으로 표현될 수 있다. 여기서, L 값은 밝기를 나타내는 것으로 L=0 이면 어두움을 나타내며, L=100 이면 밝음을 나타낸다. 또한, a 값은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 적색(pure magenta)과 순수한 녹색(pure green) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타내며, b 값은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 황색(pure yellow)과 순수한 청색(pure blue) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타낸다. 상기 a 값은 -a 내지 +a의 범위를 가지며, a의 최대값(a max)은 순수한 적색(pure magenta)을 나타내며, a의 최소값(a min)은 순수한 녹색(pure green)을 나타낸다. a 값이 음수이면 순수한 녹색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 적색에 치우친 색상을 의미한다. 예를 들어, a=80와 a=50를 비교하였을 때, a=80이 a=50보다 순수한 적색에 가깝게 위치함을 의미한다. 이와 더불어, 상기 b 값은 -b 내지 +b의 범위를 가진다. b의 최대값(b max)은 순수한 황색(pure yellow)을 나타내며, b의 최소값(b min)은 순수한 청색(pure blue)을 나타낸다. b 값이 음수이면 순순한 황색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 청색에 치우친 색상을 의미한다. 예를 들어, b=50와 b=20를 비교하였을 때, b=50이 b=20보다 순수한 청색에 가깝게 위치함을 의미한다.

도 4는 발명예 1을 TEM으로 관찰한 사진이다. 도 4를 통해 알 수 있듯이, 발명예 1의 경우에는 STS 모재 상에 Cr 투명박막층과 Cr 금속층이 적정 두께로 형성되어 있음을 알 수 있다.

도 5는 발명예 1에 대한 EDS Mapping 결과이다. 도 5를 통해 알 수 있듯이, 발명예 1의 경우에는 CrO 투명박막층 상에 Cr 금속층이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

10: 모재
20: CrO 투명박막층
30: Cr 금속층

Claims (4)

1. 모재;
   상기 모재 상에 형성된 CrO 투명박막층; 및
   상기 CrO 투명박막층 상에 형성된 Cr 금속층;을 포함하며,
   상기 CrO 투명박막층의 두께는 5~100nm이고, 상기 Cr 금속층의 두께는 1~50nm인 블랙 컬러 강판.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 모재는 STS, 마그네슘 판재, 티타늄 판재, 도금강판 중 하나인 블랙 컬러 강판.
   
3. 모재 상에 Cr층을 증착시키는 단계;
   상기 Cr층에 산소 가스를 인가하여 CrO 투명박막층을 형성시키는 단계; 및
   상기 CrO 투명박막층 상에 Cr 금속층을 증착시키는 단계;를 포함하고,
   상기 CrO 투명박막층의 두께는 5~100nm이고, 상기 Cr 금속층의 두께는 1~50nm인 블랙 컬러 강판의 제조방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 Cr층 및 Cr 금속층을 증착시키는 단계는 sputtering 또는 evaporation 중 하나를 이용하는 블랙 컬러 강판의 제조방법.
   
   

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