KR20040035530A - 위에서 아래방향으로 선택적 제거에 의한 티타늄 발색 - Google Patents

Abstract

기존의 티타늄 및 그의 합금의 표면을 산화시켜 소정의 발색효과를 갖게하는 공정에 부가하여, 일단 두꺼운 소정 두께의 티타늄 산화막을 형성시키고, 국부 또는 전체를 서로 다른 두께로 위에서 아래 방향으로 제거하여 국부적으로 특정 발색이 가능하도록 하는 공정의 발명.

Description

위에서 아래방향으로 선택적 제거에 의한 티타늄 발색{Titanium coloring with top-down selective etching}

Ti와 그의 합금 표면에 산화막을 생성시켜 이 막에 의한 발색효과로 미려한 표면을 얻는 기술은 의장용 목적 및 건축자재, 생활용품 등의 부가가치를 향상시키는 심미적 목적으로 개발되어 왔다.

표면의 발색은 산화막의 두께와 치밀도에 따른 결함밀도에 크게 영향 받으므로 일단 목적하는 두께의 티타늄 산화막을 생성시키기 위해서는 이제까지 건식법, 아노다이징 방법의 습식법이 주로 사용되었고 그 외 TiN등의 질화물로써 진회색의 코팅을 하는 방법과 플라즈마를 이용하여 아주 얇은 산화막을 형성하는 기술이 적용되어 왔으나 각 방법마다 문제점이 있었다.

건식식각법은 목표하는 온도에 산소분위기하에서 열처리하여 표면에 균일한 열산화막을 생성하는 방법으로, 많은 양의 티타늄 요소를 한번에 처리하는 것이 가능하지만 형상에 따른 온도구배 차이에 의한 발색효과가 전체 목적하는 시료에 대해 불균일하게 생길 수 있는 단점이 있고, 열산화 공정 중 판재가 열변형에 의해 치수변형이 생길수 있는 문제가 있다.

습식법은 비교적 간단히 표면부를 (+)로 하여 전해액하에서 산화시키는 아노다이징 방법으로 쉽게 선형적인 두께 변화를 예측하여 여러 가지 발색이 가능하지만 고전압에서 생기는 녹색, 적색 발색을 위해서는 과전류 발생에 따른 유해가스 발생 등의 환경, 안전 상 단점이 있다. 또한 여러 가지 색을 가진 패턴을 형성하기 위해서는 색별로 마스크를 이용하여 아노다이징 공정을 반복하여 실시하는 단점이 있다.

TiN 등의 질화물을 만드는 방법은 주로 흑색 계열의 발색을 위해서 사용되지만 1500 ℃ 의 고온반응로가 필요하고 여러 가지 색의 발색이 불가능하고 흑색계열만 가능한 단점이 있다.

플라즈마를 이용한 얇은 박막의 증착은 건식, 습식법으로 만들 수 없는 새로운 발색이 가능하지만 큰 면적의 시편인 경우 균일한 색상제작이 어려운 단점이 있다.

상기 열거한 방법은 모두 아래서 위로 (bottom up) 코팅 또는 층형성기술이라는 특징이 있다.

이러한 방법의 공통된 단점은 균일하여 단색만이 발색되고 복수 색을 내기 위해서는 특정부위에 마스크를 하고 특정 발색법을 적용하여 비싼 마스크를 써서 선택적인 부분에 색을 내는 공정을 반복하여야만 했다. 따라서 의장용 목적으로 복수색을 내는 목적이라면 경제적으로 비용이 많이 증가하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점의 해결을 위해 일단 기존 발색법을 써서 특정산화막 두께를 가지게 하여 특정색을 내도록 하고, 산화층을 기계적으로 연마하여 기존방법과 다르게 박막의 위에서 아랫방향으로 제거하여 제거된 부분이 이미 구현된 특정색과 다른 색을 내도록 하는 방법에 관한 방법이다.

도 1은 본 발명에 따른 티타늄의 발색가공공정을 예시하는 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 티타늄시료의 가공전후 실제 사진.

본 발명의 공정 개요를 [도1]에 나타내었다.

먼저 상기 목적을 이루기 위해, 실시 예로서 반지형태의 티타늄을 이용하여 표면을 700℃에서 10.분간 대기 중에서 가열하여 푸른색의 산화막을 시편 전체에 균일하게 생성하였다.

다음공정으로 완성된 다수계의 시편을 직경 5mm의 알루미나 볼과 3㎛의 알루미나 분말, 물을 각각 1:1:1의 부피비로 혼합하고 다수계의 시편을 투입하여 통속에서 60rpm의 속도로 회전시켜 상호연마에 의해 표면부가 특정량 제거되도록 하였다. 물론 마찰을 이용한 부분제거는 한 실시예이며 본 발명이 제안한 산화막 제거방법은 연마를 포함한 물리, 화학적 방법을 모두 포함하여 실시될 수 있다. 따라서 제안한 원리로 산화막을 소정량 제거하기 위해서는 레이저나 마스크를 이용하여 선택적으로 제거함으로써 특정한 무늬나 패턴의 제작도 가능하다.

상기 공정이후 시편의 각 위치별로 연마속도가 다르므로 두께가 얇아지면서 국부적으로 황금색, 보라색, 노란색, 금속성 티타늄 색이 혼합되어 나타나게 된다.

따라서 장신구용으로 제작할 때 별다른 마스크 없이 복수개의 색이 하나의 시편에 구현되었다.

실시예로서 [도2]에 푸른색의 균일한 링형태를 만들고 상기 방법으로 처리하여 국부적으로 노란색, 보라색을 포함한 서로 다른색이 나온 예를 명시하였다.

기존의 아래에서 위로 막이 형성되어 간섭효과에 의해 균일한 색상을 내는 티타늄 및 그의 합금소재의 발색방법에서 탈피하여 이미 만들어진 소정 색상을 가진 산화막을 국부적 또는 균일하게 제거함으로서, 제거된 부분만 소정 색상과 다른 색을 구현할 수 있으므로 장신구나 생활용품의 표면처리에 이용되어 심미적인 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 티타늄 금속 표면에 산화막을 생성시켜 복수개의 색을 내는 방식에 있어서, 일단 전체에 균일한 색을 발색시키고, 표면에 생성된 산화막을 소정 두께로 기계 ·화학적으로 제거하여 복수개의 색을 형성시키는 공정.
2. 상기 1항의 산화막을 생성시키는 방법은 열산화 건식, 아노다이징 습식 방법을 포함한다.
3. 상기 1항의 생성된 산화막을 소정 두께가 되도록 기계 ·화학적으로 제거하는 것은 연마제를 이용한 상호마찰에 의한 제거를 비롯한 미세 연마 기술을 포함한다.