KR20010110969A - 스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구현할 수 있는 색의 한계 및 여러 공정을 거쳐야 하는 종래 발색코팅 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 장식성을 요구하는 제품의 칼라를 위해 반응성 스퍼터링법을 사용하여 단일 색상 및 다색의 금속화합물 박막을 일회에 발색시켜 형성시키고, 공정을 단순화하였다. 또한 본 발명은 환경오염을 발생시키지 않는 건식도금인 스퍼터링법을 사용하여 소지금속의 내식성 향상, 내마모성 향상, 경도 증가 및 미려한 표면의 획득, 그리고 대량생산을 가능하게 하였다.

Description

스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법{Coloring methods by Sputtering for decoration}

본 발명은 스퍼터링 방법을 이용하여 금속의 화합물을 금속 또는 비금속 소지에 건식으로 도금하여 그 화학적 조성과 두께 변화로 도금층의 색상을 변화시킴과 동시에 소지 표면에 내식성, 내마모성 및 경도 증가 등 물리적 성질의 개선을도모할 수 있는 도금 발색방법에 관한 것이다.

금속의 표면 개질을 위한 기술에는 종래의 습식도금 방법이 오랫동안 이용되어 왔으며, 근래에는 반도체 산업이 발달함에 따라서 다양한 건식도금 방식이 개발되어 이용되어 왔다. 특히 이들 건식도금을 수행하는데 필수적인 환경인 진공환경을 얻을 수 있는 관련 장비의 보급이 확산되면서 최근 들어서는 다양한 건식도금 방법이 확산되고 있다.

미려한 표면을 얻을 목적으로 수행하는 도금에 있어 종래의 방법으로는 습식도금과 건식도금이 있다. 습식도금의 경우에는 도금되는 금속의 고유한 금속광택을 이용하고 있으며, 건식도금의 경우에는 금속 또는 금속화합물이 갖는 고유한 특정 색상 및 광택을 이용하는 방법이 이용되어 왔다.

표면 개질 방법은 소지금속의 내식성 향상, 내마모성 향상, 경도증가 및 미려한 표면을 얻는 것을 목적으로 하는데, 대부분의 습식 금속 표면처리 방법은 순금속 또는 합금을 도금하여 표면을 개질하고 있으며, 건식도금 방법은 금속의 산화물, 탄화물 및 질화물 등 화합물을 도금하여 표면을 개질하고 있다.

보다 구체적으로는 표면의 장식을 목적으로 한 종래의 방법은 일회의 도금으로 특정한 한가지 색상 또는 특정한 광택도를 갖는 표면처리 기술이 활용되어 왔으며, 여러 색상이나 여러 광택도를 동일한 피도금체의 표면에서 나타내기 위해서는 표면의 일부를 테이프 등으로 가려주면서 여러 차례 도금하는 기술이 최근에 개발되어 활용되고 있다.

기존의 발색도금 기술은 습식도금법이나 양극산화법 등이 많이 이용되어 왔고, 색이 있는 페인트를 소지에 칠하는 페인팅법 및 인위적으로 약품을 사용하여 소지를 부식시켜 발색시키는 방법도 사용되고 있다. 그러나 이들 기술은 구현할 수 있는 색의 수에 제한이 있으며, 한번에 여러 가지 색을 동시에 구현할 수 없어 하나의 제품에 여러 색을 내기 위해서는 최초 도금후 마스킹을 하여 다른색을 입히는 등 여러 단계의 공정을 거쳐야 하고, 약품의 사용으로 인해 환경오염을 유발시킨다는 문제점이 부각되어 왔다.

그러나 이에 반하여 건식도금인 스퍼터링법에 의한 발색 도금은 한번의 공정으로도 오염물질의 배출없이 도금이 가능하다는 이점이 있으나, 주로 금색 또는 검정색의 단색 도금방법으로 이용되었으며 다색 발색이 어려워 장식성 발색 도금방법으로는 사용되지 않았다.

본 발명은 장식용 도금을 필요로 하는 제품의 표면상에 개성 있는 자연스러운 색상의 변화를 구현하는 새로운 표면 도금기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 장식성을 요구하는 제품의 칼라를 단일 색상 및 다색으로 일회에 발색시켜 공정을 단순화하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 장식성 도금을 위하여 환경오염을 발생시키지 않는 건식도금으로 대량 생산이 가능한 공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 소지금속의 내식성 향상, 내마모성 향상, 경도 증가 및 미려한 표면을 스퍼터링 도금하여 얻는 것이다.

제 1 도는 본 발명의 스퍼터링 건식 도금장치를 도시한 개략적인 단면도.

제 2 도는 본 발명의 방법에 의하여 도금된 금속임.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 진공챔버 2 : 피도금체 설치부

3 : 타겟금속 설치부 4 : 방전가스 및 반응성가스

5 : MFC(mass flow controller) 6 : 전원

7 : 진공펌프

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 타겟 금속 및 가스를 이용하여 금속 또는 비금속 소지의 표면상에 화합물을 형성시켜 도금을 진행함에 있어서, 진공조건에서 도금층의 화학적 미량성분을 타겟과 방전가스 및 반응성가스의 유입량을 조정함으로써 다양한 색상을 얻을 수 있는 방법을 제공한다.

본 발명은 도금하기에 적당한 상태로 적절히 전처리된 피도금체의 표면에 스퍼터링 장치를 이용하여 금속 화합물의 조성을 녹색, 청색, 적색, 황색, 청자색, 자색, 흑색 및 황금색 등의 다양한 색상으로 변화시킬 수 있는 표면처리 공정기술을 포함한다.

본 발명의 구성은 타겟금속과 방전가스 및 반응성가스의 혼합가스를 사용하여 반응성 스퍼터링을 실시함에 있어서, 방전가스의 유입량을 10∼300sccm, 반응성가스의 유입량을 1∼100sccm, 챔버의 작업진공을 1×10^-4∼ 4×10^-2torr의 범위 내에서 변화시켜 도금층의 색상을 다양하게 변화시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법을 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 구성은 일정시간 후 상기 타겟금속, 방전가스, 반응성 가스의 종류, 농도, 유입량을 변화시키면서 도금층의 색상과 광택을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법을 포함한다.

본 발명에서 타겟 금속으로는 Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ta, W 중에서 하나 또는 둘 이상으로 구성된다.

본 발명에서 방전가스로는 Ar, Kr, Xe 중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 반응성 가스로는 N₂, O₂, CH₄, C₂H₂, H₂S, NH₃중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 제조된 도금층이 금속 탄화물, 금속 질화물 및 금속 산화물 중에서 하나 이상을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 표면 색상의 구현 방법은 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 발색코팅을 구현할 수 있는 스퍼터링 건식 도금장치이다. 이 장치는 진공챔버(1) 내에 피도금체 설치부(2), 타겟금속 설치부(3), 방전가스 및 반응성가스 설치부(4), 가스의 양을 제어하는 MFC(Mass Flow Controller)(5), 전원(6), 챔버 내의 진공을 유지시키는 진공펌프(7) 등의 구성으로 되어 있다.

스퍼터링 장치의 진공챔버(1) 내에 타겟금속(3)을 장치하고, 피도금체를 피도금체 설치부(2)에 설치한 후 챔버 내를 진공펌프(7)로 1×10^-5torr 이하까지 배기하여 고진공을 유지시킨다.

피도금체 설치부(2)에는 도금층의 밀착력 향상, 경도 및 내마모성 향상을 위해 발열부를 별도로 설치하여 온도를 가하여 주거나 음극바이어스를 인가시켜 줄 수 있다. 그 후 방전가스를 유입시키고 전원(6)으로부터 전류를 흘려 플라즈마를 생성시킨 뒤 반응성 가스를 유입하여 MFC(5)로 가스의 농도를, 전원(6)으로 전류밀도를 조절시키며 도금하는 경우 피도금체의 표면에는 녹색, 청색, 적색, 황색, 청자색, 자색, 흑색 및 황금색 등의 단일색상 및 여러 가지 색상이 혼합된 도금층을 얻을 수 있으며, 광택의 정도가 변화된 도금층을 얻을 수 있다.

이 경우에도 각 도금 조건에서의 유지시간을 변화시킴에 따라 특정 색상의 비율을 조절할 수 있으며, 도금체의 외관형상에 의해 달라지는 타겟과의 극간 거리에 의해 변화하는 플라즈마 밀도의 차에 따라 도금층의 색상을 임의로 변화시킬 수 있다.

타겟금속으로는 Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ta, W 중에서 하나 이상을 사용한다.

피도금체로는 순금속, 합금, 유리, 세라믹 등 원하는 재료를 선택적으로 사용한다.

방전가스로는 Ar, Kr, Xe 중 하나 이상을 사용하고, 유입량은 10∼300sccm, 반응성 가스로 N₂, O₂, CH₄, C₂H₂, H₂S, NH₃중 하나 이상을 사용하며, 유입량은 1∼100sccm로 한다.

일정시간 후 상기 타겟금속 또는 상기 방전가스, 반응성 가스의 종류 및 농도를 변화시키면서 도금층의 색상과 광택을 다양하게 변화시키게 된다.

스퍼터링 작업시의 작업진공은 1×10^-4torr∼4×10^-2torr, 피도금체(기판)의 가열온도는 0∼450℃의 범위로 하여 스퍼터링을 실시한다.

이러한 본 발명의 구성은 하기 실험예를 통하여 더욱 명백히 이해될 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위가 아래의 실험예에 한정되는 것은 아니다.

[실험예 1]

1. 타겟금속으로 Ti를 사용하고, 피도금체로는 스테인레스 스틸을 사용하였다.

2. 피도금체는 일반적인 전처리 과정을 거쳐 청청한 표면을 가진 상태로 챔버 내에 장입시키고 챔버 내의 진공을 1×10^-5torr 까지 배기하였다. 이때 도금층과 피도금체 사이의 밀착력 향상을 위하여 피도금체의 온도를 올려줄 수 있으며, 스테인레스 스틸의 경우 150∼250℃ 정도의 온도를 가하여 주었다.

3. 방전가스로서 Ar을 20sccm, 반응성 가스로서 O₂를 2∼8sccm으로 유입시킨 뒤, 챔버 내의 작업진공을 1×10^-4torr∼3×10^-2torr사이로 조정하고, 전압 500V, 전류 1A를 가하여 플라즈마 방전시켜 10분간 도금시켰다.

상기 조건 하에서 투명성이 있는 밝은 파란색의 도금층을 얻을 수 있었다.

위 실험에서 방전가스와 반응성 가스의 양은 진공챔버의 용적 및 펌프의 용량에 따라 달라질 수 있으며, 실험자는 방전가스와 반응성 가스의 유입량, 작업진공, 전압 및 전류를 임의로 조절함에 따라 원하는 색의 도금층을 얻을 수 있다. 도금층은 투명성이 있기 때문에 소지의 색에 따라 약간은 다르게 나타날 수 있다. 본 발명의 방법에 따라 얻어진 도금된 금속의 사진을 도2에 나타내었다.

상기와 같은 본 발명은 스퍼터링 장치 내에서 다양한 종류의 타겟금속, 방전가스, 반응성가스를 사용하여 각기 도금시간, 전류밀도 및 방전가스 및 반응성가스의 유입량, 작업진공 등을 변화시켜 피도금체의 표면상의 금속화합물의 색상 및 광택을 변화시킬 수 있어 일회의 스퍼터링 도금으로 다양한 색상을 갖는 도금층을 얻을 수 있다. 또한 환경오염이 없는 건식 도금기술로서 환경보호에도 큰 일익을 담당할 수 있는 것이다.

Claims (6)

1. 타겟금속과 방전가스 및 반응성가스의 혼합가스를 사용하여 반응성 스퍼터링을 실시함에 있어서, 방전가스의 유입량을 10∼300sccm, 반응성가스의 유입량을 1∼100sccm, 챔버의 작업진공을 1×10^-4∼ 4×10^-2torr의 범위에서 변화시켜 도금층의 색상을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법.
2. 제1항에 있어서, 일정시간 후 상기 타겟금속, 방전가스, 반응성 가스의 종류, 농도, 유입량을 변화시키면서 도금층의 색상과 광택을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 타겟금속은 Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ta, W중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 방전가스로서 Ar, Kr, Xe 중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응성 가스로서 N₂, O₂, CH₄, C₂H₂, H₂S, NH₃중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제조된 도금층이 금속 탄화물, 금속 질화물 및금속 산화물 중에서 하나 이상을 형성하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링법에 의한 장식용 도금 발색방법.