KR20060024468A

KR20060024468A - 스테인레스 스틸 표면의 코팅방법 및 이 방법에 의해얻어진 코팅된 제품

Info

Publication number: KR20060024468A
Application number: KR1020040072908A
Authority: KR
Inventors: 김태영
Original assignee: 김태영
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-17

Abstract

본 발명은 스테인레스 스틸 재료를 닉켈, 코발트, 알루미나, 티타늄, 산화티타늄 등의 금속 화합물로 코팅하는 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 코팅된 스테인레스 스틸 제품에 관한 것이다. 즉, 스테인레스 스틸 재료를 세정, 건조한 후, 산소, 아세틸렌 가스, 아르곤, 질소 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 1종이상의 혼합기체로 챔버내의 온도를 200∼250℃로 유지하고, 또한 압력을 1×10^-4∼8×10^-6torr로 유지하면서 플라즈마 엣칭하여 스테인레스 스틸 재료인 피코팅물의 표면에 엣칭을 형성하고, 이를 치구에 재치한 후, 통상의 금속 증착방법으로 코팅함을 특징으로 하는 스테인레스 스틸의 코팅 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 코팅된 스테인레스 스틸 재료를 제공하는 것이다.

따라서, 종래 스테인레스 스틸 재료에 코팅을 할 수 없거나 또는 코팅을 하여도 쉽게 벗겨진다는 단점을 극복한 유용한 기술을 제공하는 것이다.

Description

스테인레스 스틸 표면의 코팅방법 및 이 방법에 의해 얻어진 코팅된 제품 {PROCESS FOR COATING THE SURFACE OF STAINLESS STEEL AND THE ARTICLE OF STAINLESS STEEL COATED BY THE SAID PROCESS}

도 1은 본 발명의 피코팅물인 스테인레스 스틸 재료를 엣칭하기 위한 챔버의 개략도이다.

도 2는 치구와 스테인레스 스틸재의 조립 상태 및 그 스테인레스 스틸재를 확대한 사시도이다.

도 3은 다른 형상의 스테인레스 스틸을 코팅하기 위한 치구의 조립완료 상태도이다.

도 4는 도 2의 A-A의 단면도이다.

도 5는 치구의 다른 실시예의 횡단면도 및 그 요부의 확대사시도이다.

도 6은 치구의 또 다른 실시예를 보인 일부 확대단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 제1치구

11 : 홈 12 : 안착단부

20 : 제2치구

30 : 스테인레스 스틸재(피코팅물)

31 : 날개 40 : 클립

50 : 경첩부

본 발명은 스테인레스 스틸에 코팅하는 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 코팅된 스테인레스 스틸 제품에 관한 것이다. 더 상세히는 스테인레스 스틸 재료를 세정, 건조한 후, 산소, 아세틸렌 가스, 아르곤, 질소 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 1종이상의 혼합기체로 챔버내의 온도를 200∼250℃로 유지하고, 또한 압력을 1×10^-4∼8×10^-6으로 유지하면서 플라즈마를 발생시켜 스테인레스 스틸 재료 표면에 엣칭을 형성하고, 엣칭된 스테인레스 스틸 재료를 치구에 재치하고, 이를 통상의 금속 증착방법에 의해 금속을 코팅하는 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 코팅된 스테인레스 스틸 재료를 제공하는 것이다.

스테인레스 스틸은 시중에서는 흔히 스테인레스 강이라고 불리우며, 탄소강에 비해 내식성 및 내열성이 우수한 강으로서 열처리특성 및 현미경 조직에 의해 마르텐사이트계(소입 경화하는 성질 가짐), 페라이트계 및 오스테나이트계(소입 경 화하지 않음)의 3종으로 대별되며, 가장 널리 사용되는 오스테나이트계는 크롬, 니켈, 철, 기타 몰리브덴, 티타늄 등이 함유된 합금으로 이루어져 있다. 또한, 이러한 스테인레스 스틸 재료의 표면은 대부분 이들 금속의 산화물로 이루어져 내식성이 우수하다. 따라서, 이 스테인레스 스틸은 내식성이 우수하여 그의 표면에 코팅이 되지 않거나, 코팅하여도 쉽게 벗겨져, 통상 스테인레스 스틸 제품상에 코팅하는 것은 불가능한 것으로 알려져 왔고, 단지, 스테인레스 스틸 제품을 화학 약품으로 부식시켜 일정한 형상이나 모양을 만들 수 있으나(참고: 특허공고 특1995-0014638호), 다양한 색채의 코팅을 시행하는 것을 불가능한 것으로 알려져 있다. 그 원인으로는 스테인레스 스틸 제품의 표면에 금속 증착과 같은 코팅을 위해서는 엣칭, 특히 플라즈마 엣칭이 이루어져야 하나, 이러한 엣칭 방법이 현재까지 개발된 바 없고, 다만 플라즈마 용사를 이용하여 박막을 형성하는 방법(특허공고 특1992-001918호), 또한, 코팅이 이루어진다 하여도 고온에서 스테인레스 스틸 제품과 유사한 합금을 금속 결합시키는 방법(공개특허 특2003-0024685호)이 개시되어 있으나, 이 방법 역시 스테인레스 스틸 제품상에 원하는 컬러의 코팅을 행하는 것은 아니다.

최근, 가전 제품, 휴대폰, 엠피3 등 각종 제품에 부품으로서 각종 스테인레스 스틸 재료가 사용되나, 이들 스테인레스 스틸 재료에 원하는 컬러로 코팅할 수 없어 제품의 가치를 떨어뜨리거나, 또는 제품의 만족도를 저하시켜 이를 해결할 수 없었다.

따라서, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 일소하기 위하여 예의 연구한 결과, 스테인레스 스틸 재료를 밀폐된 챔버중 고온에서 장시간 건조하여 스테인레스 스틸 재료의 표면에 부착된 오염물질 및 불순물을 제거함과 동시에 스테인레스 스틸 재료에서 발생하는 각종 물질을 제거하는 일종의 템퍼링 공정을 거친 후, 이를 엣칭 챔버에 넣고, 엣칭 챔버를 감압하에서 필라멘트가 연결된 전극에 전류를 인가하고, 산소 가스, 질소 가스, 아세틸렌 가스, 아르곤 가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종을 필라멘트에 통과시켜 플라스마를 형성시켜 스테인레스 스틸 재료의 표면을 엣칭하고, 이를 치구에 조립하고, 알루미나, 산화티타늄, 티타늄, 닉켈 등의 금속을 이용하는 통상의 증착 방법으로 코팅함으로서 스테인레스 스틸의 표면에 내구성이 우수한 코팅을 행할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

즉, 본 발명은 스테인레스 스틸의 표면을 코팅하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 얻어진 코팅된 스테인레스 스틸 제품을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 스테인레스 스틸 재료의 표면의 불순물, 오염물의 제거 및 템퍼링에 대하여 설명한다.

통상, 스테인레스 스틸 재료중 스테인레스 스틸을 부식 등의 처리를 위하여는 세정, 건조하여야 함은 알려져 있다. 스테인레스 스틸의 표면에 컬러 코팅하는 것은 현재까지 알려져 있지 않고, 코팅하여도 쉽게 코팅부가 얼룩이 지거나, 일부가 벗겨져서 보기 흉하게 되어 코팅을 안한 것만 못한 결과가 나타난다. 이러한 종래의 부식 처리 등의 경우도 스테인레스 스틸 재료를 세정, 건조하여야 하는 것으로 되어있다. 그러나, 본 발명에서는 이와 같은 정도의 종래의 세정, 즉, 알카리 세정, 수세, 중화 처리하는 공정과 연이은 건조에 의해서는 후술하는 엣칭이 충분히 이루어지지 않는다. 즉, 단순한 세정, 건조에 의해서는 스테인레스 스틸 재료의 표면이 세정되나, 이러한 세정, 건조로는 내식성이 강한 스테인레스 스틸 제품의 표면이 크롬, 니켈의 산화물 결정 형태로 이루어져 있기 때문에, 이러한 표면은 통상 사용되는 산소 등의 기체 플라즈마에 의하여 충분한 엣칭이 이루어지지 않는다. 즉, 스테인레스 스틸과 같은 난연성 재료는 통상의 플라즈마 엣칭에 사용되는 세정, 건조 이상의 공정인 템퍼링이 이루어져야 후속공정인 플라즈마 엣칭이 이루어질 수 있다. 이러한 템퍼링은 80∼120℃에서 약 1.5∼3시간 건조한다. 스테인레스 스틸 제품은 이 템퍼링 공정을 거쳐 불순물 등이 제거됨과 동시에 스테인레스 스틸 표면의 결정 구조를 어느 정도 유연하게 하는 것으로 생각된다. 상기 템퍼링 공정의 조건은 결정구조학적으로 산출된 것이 아니라, 본 발명자의 경험에 의해 얻어진 결과이다.

상기와 같이 처리된 스테인레스 스틸 제품을 도 1에 나타난 바와 같은 챔버, 즉, 하단으로부터 강자성체(1), 주입된 가스를 분배하는 가스분배기(3), 음극 판 (anode plate)(4), 중앙이 개구된 덮개(5), 전류를 인입하는 전극(6)(6'). 및 전극에 연결된 필라멘드(7)로 구성된 챔버에 넣고, 챔버내에 산소, 질소, 아르곤에서 선택된 기체로 일소하여 잔존하는 공기 등을 제거하고, 챔버내를 1×10^-4∼8×10^-6torr로 조정하고, 전극(6)(6')에 약 220볼트의 전류를 흘려 전극에 이어진 필라멘트에 전류를 통하면서 산소, 아르곤, 질소, 아세틸렌 가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종이상을 가스 주입구(2)를 통해 공급하여 챔버내의 온도를 250∼350℃를 유지하며 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시키면, 이 플라즈마가 챔버의 상단에 설치된(도면에 미도시) 스테인레스 스틸 제품의 표면상의 금속, 특히 철 성분을 용출시키면서 크롬과 니켈 성분이 많아지고, 발생되는 기체상의 물질이 챔버내의 감압에 의해 제거되고, 표면이 요철을 갖는 형상으로 된다. 아르곤 가스를 사용하여 스테인레스 스틸 재료의 표면을 엣칭하는 경우, 엣칭 전과 엣칭 후의 표면은 육안으로는 구별이 안되고, 전자현미경상으로 관찰하여도 엣칭면이 너무 미세하여 거의 구별이 되지 않는다. 그러나, 산소 가스를 이용하여 엣칭하면, 스테인레스 스틸 재료 표면이 금색으로 변하여 육안으로도 엣칭된 것을 관찰할 수 있다. 실질적으로 표면의 금색의 색도로서 엣칭의 정도를 알 수 있다. 본 발명에서는 플라즈마가 챔버의 하단에 설치된 강자성체에 의해 주입된 가스가 와류를 일으켜 필라멘트에 분사해주고, 여기서 플라즈마를 발생하여 감압상태에서 상단에 설치된 피처리물인 스테인레스 스틸 재료로 급속하게 이동하기 때문에 별도의 가속 전압을 가해줄 필요는 없다.

이와 같이 표면이 엣칭된 스테인레스 스틸 재료를 이용하여 통상의 진공증착기를 이용하여 코팅한다. 즉, 챔버에 상기에서 얻은 엣칭된 스테인레스 스틸을 치구를 이용하여 재치하고, 전자 총에 닉켈, 알루미나, 티타늄, 산화티타늄 등의 금속을 올려놓고, 챔버내를 감압하여 약 10^-5torr 이하의 진공도를 유지하고, 챔버내의 온도는 코팅물질에 따라 다르나, 대개 약 250℃이상으로 일정하게 유지하고, 전자총에 7500∼10,000볼트를 걸어주면 열과 빛을 발산하여 코팅 금속물질을 치구상에 재치된 스테인레스 스틸에 증착되는 것이다. 이때, 원하는 색상의 코팅을 얻는 것은 사용되는 금속, 즉, 알루미나, 닉켈, 티타늄, 산화티타늄 등을 반복하여 코팅하는 멀티코팅에 의해 이루어질 수 있다.

엣칭된 스테인레스 스틸의 치구에의 조립상태 등에 대해서는 첨부된 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 2는 치구와 스테인레스 스틸의 조립 상태 및 그 스테인레스 스틸을 확대한 사시도이고, 도 3은 다른 형상의 스테인레스 스틸을 코팅하기 위한 치구의 조립완료 상태도이며, 도 4는 도 2의 A-A의 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 코팅의 대상이 되는 피코팅물인 스테인레스 스틸(30)은 코팅하고자 하는 부분을 제외한 하단 둘레에 바깥으로 돌출된 날개(31)를 갖으며, 스테인레스 스틸(30)이 상기의 날개(31)를 갖는 형태라면 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 그에 따라 스테인레스 스틸(30)을 고정하기 위한 제1치구(10)에 형성된 홈(11) 역시 스테인레스 스틸(30)을 고정하기에 적합한 다양한 형 태로 변형될 수 있다.

예를 들어, 도 2에서와 같이, 직사각형 형태의 스테인레스 스틸(30)을 코팅하기 위해서, 제1치구(10)는 스테인레스 스틸(30)의 코팅하고자 하는 부분과 거의 동일한 크기로 다수개가 형성된 직사각형 형태의 홈(11)을 갖으며, 이때 스테인레스 스틸(30)의 날개(31)를 이용하여 스테인레스 스틸(30)을 상기 홈(11)에 삽착시키고, 그 이면을 플레이트 상의 제2치구(20)가 스테인레스 스틸(30)이 이탈되지 않도록 덮는 형태로 조립된다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이, 스테인레스 스틸(30)을 개재시킨 상태로 중첩된 제1치구(10) 및 제2치구(20)가 상호 분리되지 않도록 하기 위해서, 바람직하게는 서로 동일한 면적 크기를 갖는 제1치구(10) 및 제2치구(20)의 각 대향하는 2개 면 또는 도시된 바와 같은 4개 면에 클립(40)을 끼워서 고정하고, 이와 같이 완성된 치구 조립체를 상기 챔버 내에서 전기와 같은 방법으로 증착하는 것이다.

도 5는 치구의 다른 실시예의 횡단면도 및 그 요부의 확대사시도로서, 스테인레스 스틸을 재치하기 위한 치구의 보다 바람직한 형태이며, 그 구성은 제1치구(10) 및 제2치구(20)의 각 1개 면이 상호 연접하여 회동 가능하게 하는 경첩부(50)를 형성하면, 각 치구(10)(20)의 일측이 고정된 상태에서 스테인레스 스틸을 개재시킬 수 있고, 이후 경첩부(50)의 대향 면 1개소에, 클립(40)을 끼워 고정하면 되므로, 치구 조립체를 완성하는 작업이 용이하다.

도 6은 치구의 또 다른 형태를 보이기 위한 치구 조립체의 확대단면도로서, 스테인레스 스틸(30)이 각 치구(10)(20)에 개재되었을 때, 치구와 스테인레스 스틸 이 상호 유동이 없도록 하기 위해 제1치구(10)의 홈(11) 외주면에 도시된 바와 같이 안착단부(12)를 형성하여 스테인레스 스틸의 날개(31)를 안착시킬 수 있게 한 것이다.

이와 같이 하면, 제1치구(10) 및 제2치구(20)의 각 면이 상호 견고하게 접하기 때문에, 스테인레스 스틸(30)의 유동이 없으므로, 보다 정교한 모양의 증착이 가능하다.

상기와 같이 하여 코팅하면, 내마모성, 내박리성이 우수한 코팅이 이루어진다.

[실시예]

이하, 실시예를 들어 본 발명은 더 구체적으로 설명한다.

실시예 1

휴대폰용 디스플레이 외각을 형성하는 스테인레스 스틸을 100℃에서 2시간 유지하여 템퍼링시켰다. 이를 도 1의 챔버에 넣고, 챔버내를 3×10^-5으로 감압하여 챔버 내의 공기를 일소시켰다. 이 챔버에 산소 가스를 100 cc/분의 속도로 주입하면서 220볼트의 전류를 인가하여 플라즈마를 발생시키며, 챔버내의 온도를 300℃로 유지하며, 3분 동안 엣칭시켰다. 그런 다음, 산소 엣칭된 스테인레스 스틸 재료를 꺼내, 육안으로 확인하여 본 결과, 황금색으로 변하였다. 이를 통상의 증착기, 즉, 전자총에 7500∼10000볼트를 걸어 시료를 표면에 증착시키는 코팅법으로 닉켈 금속으로 코팅한 후, 알루미나(Al₂O₃)로 코팅하였다. 코팅이 완료된 스테인레스 스틸 재료를 건조기에 넣고, 80℃에서 30분간 건조, 코팅강화를 행하였다.

이렇게 얻어진 제품의 신뢰성 등을 시험하고, 그 결과를 아래에 나타낸다.

시험 항목	시험조건	결과
염수 분무	5% 염화나트륨, 35℃ 시험기에 방치 72시간 수세후, 물기를 제거하고, 상온에서 4시간 방치하고, 전연 테이프(OPP 접착테이프)로 1회 착탈	-부식 없음, -코팅막 들뜸 없음 -코팅막 균열 없음 -표면 불량없음
180° 벤딩	180° 벤딩	-코팅막 들뜸 없음
X-컷팅	X-컷팅→2 ㎜ X-컷팅→OPP 접착 테이프로 착,탈 1회	-코팅막 들뜸 없음
내마모성	연필 지우개^*(500g 하중) 왕복 1500회	-코팅막 벗겨지지 않음
내약품성	연필 지우개^*(500g 하중) 왕복 250회 (50회마다 99.3%메탄올로 1회 도포)	-코팅막 벗겨지지 않음
내산성	pH 4.6 용액에 72시간 침지→수세→물기제거→상온 4시간 방치→전연 OPP 테이프로 1회 착탈	-부식 없음, -코팅막 들뜸 없음 -코팅막 균열 없음 -표면 불량없음

*) 연필 지우개, 미국 EVERHARD FABER 제품, Pencil No. EF

상기 시험결과로부터 본 발명의 방법에 따라 얻어진 엣칭된 스테인레스 스틸 재료는 코팅하기에 매우 적합하며, 코팅 후 코팅이 벗겨지거나, 변색되는 것이 없는 우수한 엣칭면을 제공함을 확인할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 스테인레스 스틸 재료 표면의 엣칭방법에 의해 얻어진 엣칭된 스테인레스 스틸 재료는 멀티 코팅이 용이하며, 이에 따라 각종 색상의 코팅을 원하는 대로 얻을 수 있으며, 본 발명은 종래 스테인레스 스틸상에 금속 증착 코팅 할 수 없다는 개념을 바꿔 각종 스테인레스 스틸 재료의 표면을 코팅하여 벗겨지지 않으며, 변색되지 않는 색상을 제공하는 유용한 기술이다.

Claims

스테인레스 스틸 제품을 80∼120℃에서 약 1.5∼3시간 건조하여 템퍼링한 후,

증착 코팅 챔버에 넣고, 챔버내에 산소, 질소, 아르곤, 아세틸렌에서 선택된 1종 또는 2종의 기체로 일소하여 잔존하는 공기 등을 제거하고,

챔버내를 1×10^-4∼8×10^-6torr으로 조정하고, 약 220볼트의 전류를 통하면서 산소, 아르곤, 질소, 아세틸렌 가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종이상을 공급하여 챔버내의 온도를 250∼350℃를 유지하며 플라즈마를 발생시켜 엣칭시키고,

얻어진 엣칭된 스테인레스 스틸 제품을 통상의 금속 증착기 챔버에 넣어 증착시킴을 특징으로 하는 스테인레스 스틸 표면의 코팅방법.
스테인레스 스틸 제품을 80∼120℃에서 약 1.5∼3시간 건조하여 템퍼링한 후,

증착 코팅 챔버에 넣고, 챔버내에 산소, 질소, 아르곤, 아세틸렌에서 선택된 1종 또는 2종의 기체로 일소하여 잔존하는 공기 등을 제거하고,

챔버내를 1×10^-5∼8×10^-6torr으로 조정하고, 약 220볼트의 전류를 통하면서 산소, 아르곤, 질소, 아세틸렌 가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종이상을 공급하여 챔버내의 온도를 250∼350℃를 유지하며 플라즈마를 발생시켜 엣칭시키고,

얻어진 엣칭된 스테인레스 스틸 제품을 통상의 금속 증착기 챔버에 넣어 증착시켜 얻어진 표면이 코팅된 스테인레스 스틸.