KR20060039922A

KR20060039922A - 코팅

Info

Publication number: KR20060039922A
Application number: KR1020067001418A
Authority: KR
Inventors: 임마뉴엘 우조마 오코로어포
Original assignee: 더 비오씨 그룹 피엘씨
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-05-09
Also published as: DE202004010821U1; EP1646736B1; EP1646736A2; US20070071992A1; WO2005014892A3; KR101133902B1; JP2006528279A; WO2005014892A2; JP5264074B2

Abstract

본 발명은 금속층을 진공 펌프의 플라스틱 성분에 적용하는 단계 및 금속층을 전해질 플라즈마 산화로 처리하여 금속층으로부터 코팅을 형성하는 단계를 포함하는, 진공 펌프의 플라스틱 성분 상에 코팅물을 형성하는 방법을 제공한다.

Description

코팅{COATING}

본 발명은 기판 상에 코팅물을 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적이지만 제한되지 않고, 본 발명은 예컨대 진공 펌프 등에 사용된 기계의 부품 상에 내부식성 코팅물을 형성하는 방법에 관한 것이다.

진공 펌프는 칩이 제조중에 노출되는 다양한 환경의 조절을 용이하게 하기 위해 반도체 칩 제조에 사용된다. 전형적으로, 상기 펌프는 캐스트 철 및 스틸 성분을 사용하여 제조되고, 이들 대부분은 정확하게 설계되어 펌프의 최적 성능을 보장한다. 또한, 플라스틱 계 부품은 하기 기재한 특정 조건 하에 진공 펌프에서 성분으로서 사용될 수 있다.

오랫동안, 철 캐스팅 및 스틸은 석유화학 및 반도체 산업을 포함하는 폭넓은 범위의 산업에서 사용되는 장비를 위한 구성 부품의 제조에 사용되어 왔다. 상기 부품은 값이 싸며, 우수한 열적 및 열-기계적 성질을 나타내고, 비교적 성형하기 용이하다. 그러나, 반도체 산업에서 요구되는 관련 승온 및 압력과 함께 높은 유속의 공정 가스(예, 염소, 붕소-트라이클로라이드, 수소 브로마이드, 플루오르 및 염소-트라이플루오라이드)의 사용의 증가로 인해 철 및 스틸 구성 부품의 심각한 부식이 발생된다. 상기 부식은 장비 고장, 공정 화학물질의 누출, 공정 오염의 가 능성, 감소된 공정 효율 및 계획되지 않는 정지 시간과 관련된 비용을 초래한다.

상기 문제를 최소화하기 위한 시도에 있어서, 일반적으로 대부분의 산업에서 대부분의 구성 부품을 수동적으로 보호하여 왔으며, 이는 이러한 수동적 보호가 이용가능한 보다 값비싼 적극적인 보호에 비해 보다 값싼 대안이기 때문이다. 예를 들어, 우수한 내부식성 및 내열성을 제공하기 위해 철 캐스팅 및 스틸 상에 알루미늄 코팅물을 사용하는 것을 다양한 산업에서 이용하고 있다. 또한, 직접적으로 금속 표면에 적용된 핫-스프레이 세라믹 코팅물이 또한 사용되어 연마제 및 고온 용도에서 철 및 스틸 캐스팅을 보호해왔다.

또한, 철 및 스틸 부품 대신 니켈 부유 철 계 합금, 모넬(Monel), 인코넬(Inconel) 또는 보다 높은 니켈 함량의 합금과 같은 보다 값비싼 물질을 사용하여 부식 문제를 극복할 수 있다고 제시하고 있다. 그러나, 상기 물질은 값이 비싸서 구성 부품으로서 사용하기 위한 비용 효율적인 대안은 아니다.

보다 최근에는, 통상적으로 사용된 금속 구성 부품을 대체하기 위한 시도로 다양한 산업에서 플라스틱-계 구성 부품을 사용하고자 하는 움직임이 있다. 플라스틱의 다양한 성질은, 다양한 이유로 금속 부품을 대체하는데 플라스틱이 사용될 수 있음을 의미한다. 플라스틱 부품은 다양한 수단으로 제조될 수 있고, 수많은 용도의 필요요건을 만족시키도록 조정될 수 있다. 또한, 금속에 비해 플라스틱의 작은 중량 및 비용은, 기계 부품의 제조에 매력적인 대안이 될 수 있음을 의미한다. 그러나, 반도체 산업에서 발생되는 강한 부식성의 산화 및 공격적인 환경에 대한 상기 물질의 민감성 때문에, 상기 산업의 장비에서 상기 물질의 사용은 제한 되어 왔다. 대부분의 플라스틱 물질은 연마용 입자의 존재 하에 용이하게 마모될 것이고, 다수의 탄화수소-계 플라스틱은 플루오르 또는 산소 가스의 존재하에 자발적으로 가연될 수 있다.

수많은 플라스틱 물질에 대한 내마모성 및 내부식성을 부여하는 다수의 시도가 실시되어 왔는데, 세라믹 코팅물의 제공이 특히 두드러진다. 그러나, 플라스틱 기판에 대한 세라믹 코팅물의 적용은, 금속 표면과 달리, 우수한 접착성을 나타내고, 사용 중 파쇄되지 않는 플라스틱 표면 상의 세라믹 코팅물을 형성하는 것이 어렵기 때문에 항상 용이한 것은 아니다. 이는, 스프레이 공정 동안 정전하를 적층시키고 스프레이된 세라믹 입자를 반발시키는 행동을 하는 플라스틱 표면의 비-전도성 성질 때문인 것으로 여겨진다.

따라서, 금속 또는 플라스틱 기판에 용이하게 적용될 수 있고, 이의 기판에 우수한 접착성을 나타내는 내부식성 코팅물에 대한 요구가 계속되고 있다.

하나의 실시양태에서, 본 발명은 금속층을 기판에 적용하는 단계 및 금속층을 전해질 플라즈마 산화로 처리하여 금속층으로부터 코팅물을 형성하는 단계를 포함하는, 플라스틱 기판 상에 코팅물을 형성하는 방법을 제공한다.

따라서, 본 발명은 진공 펌프의 플라스틱 성분 상에 부식방지성 코팅물을 형성하는 단순하고 편리한 기법을 제공한다. 용어 "부식방지성"은 연마용 입자 및 가스, 예컨대 플루오르, 염소-트라이플루오라이드, 텅스텐-헥사플루오라이드, 염 소, 붕소-트라이클로라이드, 수소 브로마이드, 산소 등에 노출되는 결과로서 마모 및 분해에 코팅물이 견딜 수 있는 것을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 코팅물은 임의 적합한 배리어층-형성 금속 또는 이들의 합금으로부터 수월하게 형성될 수 있다. 용어 "배리어층-형성 금속"은 금속 및 이들의 합금(예, Al, Mg, Ti, Ta, Zr, Nb, Hf, Sb, W, Mo, V, Bi)을 의미하되, 이때 이들의 표면은 코팅층을 형성하기 위해 놓인 환경의 원소(예, 산소)와 자연적으로 반응하며, 금속 표면과 상기 반응성 원소의 반응을 더욱 억제하는 것으로 이해해야 한다.

전해질 플라즈마 산화(EPO) 기법은 다양한 다른 명칭, 예컨대 애노드 플라즈마 산화(APO), 애노드 스파크 산화(ASO), 마이크로-아크 산화(MAO)로 공지되어 있다. 상기 기법 동안, 부분적인 산화 플라즈마는 금속/가스/전해질 상 경계에서 형성되어 세라믹 옥사이드층을 생성시킨다. 세라믹 옥사이드층 중 금속 이온은 금속 표면에서 수성 전해질의 애노드 반응 동안 형성된 금속 및 산소로부터 유도된다. 7000K의 온도는 플라즈마 형성을 수반하고, 세라믹 옥사이드는 용융된 상태로 존재한다. 이는 용융된 세라믹 옥사이드가 금속/옥사이드 경계에서 금속 표면과 밀접한 접촉을 달성할 수 있는 것을 의미하고, 이는 용융된 세라믹 옥사이드가 공극이 거의 없는 소결된 세라믹 옥사이드층을 수축 및 형성하기에 충분한 시간을 갖는 것을 의미한다. 그러나, 전해질/옥사이드 경계에서, 용융된 세라믹 옥사이드는 전해질 및 가스, 특히 산소 및 수증기를 흘려보냄으로서 재빨리 냉각되고, 증가된 다공성을 갖는 세라믹 옥사이드층을 형성한다.

따라서, 이렇게 형성된 세라믹 옥사이드 코팅물 그 자체는 세 개의 층 또는 구역을 가짐을 특징으로 한다. 제 1 층 또는 구역은 금속 표면이 변형된, 금속층 및 코팅물 사이의 전이층으로, 코팅물에 대한 우수한 접착을 초래한다. 제 2 층 또는 구역은 높은 경도 및 내마모 특성을 코팅물에 제공하는 경질 결정을 함유하는 소결된 세라믹 옥사이드를 포함하는 작용층이다. 제 3 층 또는 구역은 작용층 보다 더 낮은 경도 및 더 높은 다공성을 갖는 표면층이다.

세라믹 옥사이드 코팅물은 하부 금속층에 원자적으로 결합하고, 금속층의 표면으로부터 형성된다는 것을 상기로부터 이해될 것이다. 이는, 이렇게 제조된 세라믹 옥사이드 코팅물이 외부적으로 적용된 스프레이된 세라믹 코팅물로부터 형성되는 것 보다 하부 금속층에 더 크게 접착된다는 것을 의미한다. 세라믹 옥사이드 코팅물은 우수한 표면 성질, 예컨대 최대 경도, 매우 낮은 마모, 내폭발성 및 공동저항성(cavitation resistance), 우수한 내부식성 및 내열성, 높은 절연 강도 및 낮은 마찰 계수를 나타낸다. 또한, 상기 물질은 플라즈마에 의해 여기되는 할로겐, 할로겐 간 화합물 및 다른 반도체 가공 화학물질로부터의 부식에 또한 저항성이다.

상기로부터, 코팅물의 외부 표면은 일부 용도에서 낮은 다공성을 특징으로 하는 것으로 이해될 것이다. 이러한 경우, 코팅된 기판 물질로부터 배기가 감소된다. 다른 용도에서, 코팅물의 외부 표면은 불규칙할 수 있고, 약간의 다공성을 나타낼 수 있다. 최대 경도, 낮은 마모 및 우수한 내부식성을 보장하기 위해, 상기 코팅물의 외부 표면은 분쇄에 의해 제거되어 하부의 소결된 세라믹 옥사이드층을 노출시키고, 이는 상기 언급한 우수한 표면 성질을 제공한다.

다르게는, 코팅물의 외부 표면이 약간의 다공성을 나타내는 경우, 이는 복합 성질의 임의 층을 적용하기 위한 매트릭스로서 작용할 수 있다. 상기 경우, 복합층을 형성하기에 적합한 물질은 예컨대, 윤활제 또는 페인트를 포함한다. 제 2 층의 외부 표면의 공극 크기는 제 3 층의 물질을 보유할 수 있는 크기의 것으로 이해될 것이다. 상기 복합 코팅물의 다른 예는 윤활제, 예컨대 코팅물의 공극성 외부 표면에 의해 보유되는 플루오로탄소, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 몰리브데넘 다이설피드(MoS₂), 흑연 등을 포함한다. 바람직하게는, 임의 층은 상기 부가층의 접착성에 대한 중요한 역할을 제공하는 코팅물 상에 직접적으로 형성된다.

하나의 실시양태에서, 금속층은 기판의 표면 상에 직접적으로 형성되지 않고, 기판에 미리 적용된 금속층의 표면 상에 형성된다. 예를 들어, 니켈로부터 형성된 상기 금속층을 기판의 표면 상에 적용하는 것은 후속의 금속층이 침착되는 표면의 성질을 개선시킬 것이다. 또한, 니켈, 알루미늄 및 세라믹 옥사이드층으로부터 형성된 코팅물은 고속의 진공 펌프의 제조에 사용된 알루미늄 합금과 같은 금속 기판에 대한 우수한 내부식성, 내마모성 및 열전달 능력을 제공할 것이다. 따라서, 또다른 양상에서 본 발명은 제 1 금속층을 기판에 적용하는 단계, 제 2 금속층을 제 1 금속층 상에 적용하는 단계, 및 제 2 금속층을 전해질 플라즈마 산화로 처리하여 제 2 금속층으로부터 코팅물을 형성하는 단계를 포함하는, 금속 또는 플라스틱 기판 상에 코팅물을 형성하는 방법을 제공한다.

(제 2) 금속층은 100㎛ 미만의 바람직한 두께로 배리어층-형성 금속 또는 이 들의 합금의 층을 직접적 또는 간접적으로(기판에 따라) 기판 표면으로 침착시켜 적합하게 적용된다. 금속층은 (i) 표면에 적용 후 액체 접착제 상에서의 금속 분말의 시프팅(sifting) 또는 압축 또는 포일(foil)의 랩핑(wrapping), (ii) 처음의 침착된 금속층으로의 전해질-침착, (iii) 스퍼터링, 플라즈마-스프레이, 아크-스프레이, 불꽃-스프레이, 진공-금속화, 이온-기상 증착, 고속도 옥시연료-스프레이, 냉 가스-스프레이; 이들의 조합 등과 같이, 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지된 스프레이 기법 중 하나를 사용하여 기판 표면으로 바람직하게 침착된다. 금속 또는 이들의 합금이 하부 기판에 잘 부착되고 분해되지 않음이 상기 방법으로 보장된다. 채택된 과정 또는 이들의 조합이 무엇이든지, 파라미터(parameter)는 낮은 다공성 값을 지니고, 전해질 플라즈마 산화에 의해 세라믹 옥사이드 코팅물의 형성을 보상하는 캐스트-인(삽입된) 입자, 옥사이드 및 틈을 함유하지 않는 균일한 코팅물을 얻기에 적합한 값으로 조절되어야 한다. 금속 및 플라스틱 기판에 있어서, 기판 표면 상의 금속층의 침착은 기판의 벌크 온도에 영향을 덜 미쳐 이들의 뒤틀림을 방지한다. 핫-스프레이 기법을 사용하는 경우, 기판 표면 상의 용융된 금속 입자의 우수한 습윤 성질은, 통상적으로 스프레이된 세라믹 입자와 비교시 낮은 다공성을 갖는 금속층의 형성을 야기한다.

상기 명시한 바와 같이, 코팅물은 금속층의 표면의 전해질 플라즈마 산화에 의해 형성된다. 코팅물은 상대 전극(counter electrode)으로서 작용하는 스테인레스 스틸 욕을 사용하여 애노드하게 하전된 금속 코팅된 부품을 알칼리성 전해질(예, 알칼리 금속 하이드록사이드 및 나트륨 실리케이트의 수용액) 중에 침지시키 고, 부품에 250V 초과의 AC 전압을 인가하여 적합하게 형성된다. 상기 기법 동안, 부분적인 산소 플라즈마는 금속/가스/전해질상 경계에서 형성되어 세라믹 옥사이드층을 생성시킨다. 세라믹 옥사이드층 중 금속 이온은 금속 표면에서 수성 전해질의 애노드 반응 동안 형성된 금속 및 산소로부터 유도된다. 7000K의 온도는 플라즈마 형성을 수반하고, 세라믹 옥사이드는 용융된 상태로 존재한다. 이는 용융된 세라믹 옥사이드가 금속/옥사이드 경계에서 금속 표면과 밀접한 접촉을 달성할 수 있는 것을 의미하고, 이는 용융된 세라믹 옥사이드가 공극이 거의 없는 소결된 세라믹 옥사이드층을 수축 및 형성하기에 충분한 시간을 갖는 것을 의미한다. 그러나, 전해질/옥사이드 경계에서, 용융된 세라믹 옥사이드는 전해질 및 가스, 특히 산소 및 수증기를 흘려보냄으로서 재빨리 냉각되어, 증가된 다공성을 갖는 세라믹 옥사이드 층을 형성한다. 욕 온도는 약 20℃에서 일정하게 유지된다. 1A/dm²이상의 일정한 전류 밀도는 전해질 욕 중에서 전압이 미리측정된 종말 값에 도달할 때까지 유지되어 절연층의 형성과 일치된다. 상기 조건 하에서, 전형적으로 분당 약 1㎛의 세라믹 옥사이드 코팅물이 얻어진다. 배리어를 형성하는 금속 유형 및 합금에 따라 약 100㎛ 이하의 세라믹 코팅물의 두께를 60분 내에 얻을 수 있다. 플라즈마 공정을 시작하기 위해 요구되는 전류 밀도는 적용된 금속층이 거칠고 다공성인 경우 25A/dm²만큼 클 수 있다.

바람직하게는, 전해질 플라즈마 산화는 약 20℃의 온도에서, 7 내지 8.5, 바람직하게는 7.5 내지 8의 pH 범위의 약한 수성 알칼리 전해질 중 수행되고, 이는 기판 물질의 통합성이 거의 영향을 받지 않음을 의미한다. 상기 명시한 바와 같이, 세라믹 코팅물의 형성 동안 발생하는 용융은 하부 금속층 중 임의 공극을 채우는 경향이 있어서, 층들 사이에 불침투성의 계면 구역을 생성시킨다.

플라스틱 기판에 있어서, 세라믹 입자가 플라스틱 기판의 표면으로 직접적으로 침착하는 경우 하부 금속층 상에 세라믹 옥사이드 코팅물의 형성으로, 일반적으로 초래되는 정전기적 반발력 문제를 극복할 수 있다.

바람직하게는, 기판은 진공 펌프의 성분이어서, 본 발명은 금속 또는 플라스틱 물질로부터 형성된 진공 펌프 성분을 제공하고, 상기 성분에 적용된 금속층의 전해질 플라즈마 산화에 의해 상기 물질 위에 형성된 코팅물을 갖는다.

본 발명의 바람직한 특성은 하기 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시적으로 기재될 것이다.

도 1은 진공 펌프 회전자(rotor)의 간단한 횡단면도이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시양태에서의 회전자 성분 상의 코팅물 형성 단계를 도시한 것으로, 도 2(a)는 전해질 플라즈마 산화 이전의 구성 부품의 횡단면도이고, 도 2(b)는 전해질 플라즈마 산화에 따른 상기 부품의 횡단면도이다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시양태에서의 회전자 성분 상의 코팅물 형성 단계를 도시한 것으로, 도 3(a)는 전해질 플라즈마 산화 이전의 구성 부품의 횡단면도이고, 도 3(b)는 전해질 플라즈마 산화에 따른 상기 부품의 횡단면도이다.

본 발명에서는, 철 캐스팅, 스틸 및 플라스틱 상에 접착성 및 응집성의 세라믹 코팅물을, 엄격한 허용 오차를 지닌 정밀한 부품에 상기 물질의 적용을 또한 허용하는 비교적 단순하고 비용-효율적인 방식으로 달성할 수 있다. 상기 부품의 예는 진공 펌프의 성분, 특히 진공 펌프 회전자의 성분이다. 도 1과 관련하여, 공지된 복잡한 진공 펌프(10)는 재생 구획 및 분자성 드래그(홀웨크(Holweck)) 구획을 포함한다. 드라이브 샤프트(drive shaft)(도시되지 않음) 상에 회전 가능하게 설치된 회전자(12)는 재생 구획 및 홀웨크 구획 모두에서 회전자 부재(element)를 운반한다. 홀웨크 구획에 대한 회전자 부재는 튜브(14)의 종축이 회전자(12) 및 드라이브 샤프트의 축에 평행하도록 회전자(12) 상에 설치된 하나 이상의 동심 실린더 또는 튜브(14)(도 1에서 오직 하나만 도시됨)를 포함한다. 상기 튜브는 탄소-섬유 보강된 에폭시 수지로부터 전형적으로 형성된다.

상기 진공 펌프의 성분에 코팅물을 적용하는 일반적인 방법을 하기 설명하고, 이후 특정 실시예를 제시한다:

(1) 성분의 표면의 조면화(roughen)를 위한 선택적인 초기 처리. 상기 방법은 피닝(peening) 및 블라스팅(blasting), 피클링(pickling) 및 /또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 플라스틱에 있어서, 액체 접착제의 박층, 예컨대 폴리이미드 또는 에폭시, 또는 니켈과 같은 금속의 적용은 표면 조면화 후에 수행될 수 있다.

(2) 적용된 접착층 상에서의 금속 분말의 시프팅 또는 압축 또는 금속 포일의 랩핑, 또는 처음의 적용된 금속층으로의 금속층의 전기-침착, 진공-금속화, 스퍼터링, 플라즈마-스프레이, 아크-스프레이, 불꽃-스프레이, 고속 옥시연료-스프레이, 및 이들의 조합과 같은 기법을 사용한, 경금속(예, Al, Ti, Mg 및 이들의 합금) 또는 합금(Al-Ni, Al-Cu, Al-Zn, Al-Mg, 등)의 (선택적으로) 조면화된 표면(액체 접착제 또는 금속의 박층을 포함할 수 있다)으로의 침착. 플라스틱 성분의 경우, 대부분의 가능한 코팅 기법은 적용된 액체 접착층 상에서의 금속 분말의 압축 또는 금속 포일의 랩핑 또는 처음의 적용된 금속층으로의 금속의 전기-침착, 플라즈마 스프레이, 고속 옥시연료-스프레이 및 이들의 조합이다(이들은 다른 기법에 비해 낮은 열기계적 하중을 나타낸다). 상기 언급한 스프레이 기법은 금속 기판에 대해 열기계적인 영향을 거의 주지 않는 것으로 기대된다. 도면과 관련하여, 도 2(a)는 금속층(20)이 성분(14)의 표면 상에 직접적으로 침착되는 보기의 횡단면도인 반면, 도 3(a)는 먼저 성분(14)에 적용된 금속층(22)으로 금속층(20)이 침착되는 보기의 횡단면도이다.

(3) 세라믹 옥사이드 코팅물을 생성시키기 위한 금속층 표면의 전해질 플라즈마 산화. 도 2(b)는 산화 후의 도 2(a)의 보기의 횡단면도이고, 도 3(b)는 산화 후의 도3(a)의 보기의 횡단면도이다. 모든 금속층(20)이 세라믹으로 전환되지 않는다는 것이 중요하다. 이렇게 형성된 세라믹 옥사이드 코팅물 그 자체는 세 개의 층 또는 구역을 가짐을 특징으로 한다. 제 1 층(30)은 금속 표면이 변형된 금속층(20) 및 코팅물 사이의 전이층으로, 코팅물에 대한 우수한 접착을 초래한다. 제 2 층(32)은 높은 경도 및 내마모 특성을 코팅물에 제공하는 경질 결정을 함유하는 소결된 세라믹 옥사이드를 포함하는 작용층이다. 제 3 층(34)은 작용층(32) 보다 더 낮은 경도 및 더 높은 다공성을 갖는 표면층이다.

(4) 물질(예컨대, CF_x, 플루오로탄소, PTFE, MoS₂ 및 흑연, Ni, Cr, Mo, W 및 이들이 카바이드, 페인트 및 수지)의 조절, 분쇄, 연마, 텀블링(tumbling), 럼블링(rumbling) 등 및 이들의 조합과 같은 기법을 사용한 세라믹 코팅물 표면의 선택적인 마무리 처리.

이제, 본 발명은 하기 비제한적인 실시예와 관련하여 기술될 것이다. 본 발명의 범위 내에서 상기의 변화는 당해 분야의 숙련자에 의해 명백해질 것이다.

실시예 1

탄소 섬유(금속 회전자 부품과 부합하는 열기계적 변형을 만족시키는 섬유 방향)을 포함하는 에폭시 수지로 제조된 복합 튜브를 코팅 공정으로 처리하였다. 60메쉬 그릿(grit)을 사용한 저압 그릿 블라스트 또는 보크사이트를 사용한 경량 피닝으로 튜브의 표면을 처리하였다. 또한, 열 샌드블라스팅(sandblasting)을 사용할 수 있다. 모든 방법은 튜브의 표면으로부터 광택을 제거하여 섬유의 손상없이 표면을 조면화하도록 작용한다. 그 후, 표면을 알콜로 닦고 건조하여 이들로부터 그리스(grease)를 제거하였다.

공칭 크기 약 10㎛의 분말을 갖는 알루미늄 및 알루미늄-니켈 합금(80/20)을 공칭적으로 40kW 전력 수준의 표준 Ar/H₂ 플라즈마를 사용하여 튜브 상에 플라즈마 스프레이 하였다. 공칭 치수 45 내지 90㎛을 지닌 표준 분말을 사용하면 다공성이 보다 큰 코팅을 제공하는 경향이 있음을 유념해야 한다. 60rpm으로 회전하는 튜브로 150 내지 180mm의 거리로부터 투입하기 전에 약 15000℃에서 플라즈마 내에 약 0.1ms 동안 각각의 분말 유형이 유지되었다. 튜브에 작용하는 입자의 속도는 225m/s 내지 300m/s의 범위이어서, 튜브로 약간 침투하면서 용융된 입자가 퍼졌다(또는 습윤하였다). 플라즈마 스프레이 공정 동안 평균 표면 온도는 100 내지 150℃이었다. 코팅물의 두께를 스프레이의 지속 시간에 의해 조절하였다. 스프레이한 후, 튜브를 정적 공기 중에서 천천히 냉각시키고, 코팅물의 밀도를 높이기 위해 그릿 블라스트하고, 표면 조면화를 제거하기 위해 180 SiC 연마 휠을 사용하여 연마함으로서 표면을 정밀처리하여, 튜브 상에 형성시킨 금속층의 최종 두께를 약 50㎛가 되게 하였다.

상기 기재된 바와 같이 적용된 금속층을 7.6의 pH에서 전해질(알칼리 금속 하이드록사이드 및 나트륨 실리케이트 또는 나트륨 알루미네이트의 수용액 또는 나트륨 메타포스페이트) 중에 전해질 플라즈마 산화로 처리하였다. 12A/dm²의 전류 밀도, 20±3℃의 전해질 온도, 및 60분의 코팅 시간을 사용하여, 350V의 전압 종말 값을 기록했다. 이렇게 형성된 세라믹 코팅물을 지닌 성분을 세척하고 건조하였다. 세라믹 코팅물의 두께는 30㎛이었다.

상기 방식으로 코팅된 복합 튜브의 내부식성은 반도체 용도에서의 비코팅된 에폭시 탄소 섬유 복합 튜브 보다 4배 더 우수한 내부식성을 갖는다. 특히, 세라 믹 코팅물로 코팅된 성분을 갖는 BOC 에드워드(Edward) IPX 펌프는 염소, 브롬 및 플루오르 각각 4500리터로 노출되는 경우, 비코팅된 펌프 보다 4배 더 길게 지속된다는 것을 알게 되었다.

최종적인 선택적인 처리로서, 세라믹-코팅된 성분을 침지하고 약 0.3㎛의 입자 크기를 갖는 수성 음이온성 PTFE 분산 내로 이동시키고, 온수(90℃)의 흐름 하에 세척하고 뜨거운 공기로 건조시켜 코팅물의 내부식성을 향상시켰다.

실시예 2

실시예 1의 유사한 복합 튜브를 60메쉬 그릿을 사용한 저압 그릿 블라스트로 처리하여 복합물의 표면으로부터 광택을 제거하여 섬유의 손상없이 표면을 조면화시켰다. 그 후, 페인트브러쉬(paintbrush)를 사용하여 에폭시 접착제의 얇은 액체층을 적용하기 전에 알콜로 표면을 닦고 건조하여 이들로부터 그리스를 제거하였다.

공칭 크기 약 10㎛의 분말을 갖는 알루미늄 및 알루미늄-니켈 합금(80/20)을 금속 분말의 베드(bed) 상에 롤링 다짐함으로써 튜브의 표면상으로 압축시켰다. 120℃로 미리 조정된 오븐에서 1시간 동안 분말-코팅된 튜브를 놓아서 접착제의 경화를 달성하였다. 코팅물은 금속 분말이 접착제와 혼합되는 내부층 및 분말이 내부층 상에 고정되는 외부층을 가졌다. 그 후, 표면 조면화를 제거하기 위해 180 SiC 연마 휠을 사용하여 연마함으로서 표면을 정밀처리하여, 최종 연마 금속층의 두께를 약 30㎛가 되게 하였다.

상기 기재된 바와 같이 적용된 금속층을 7.6의 pH에서 전해질(알칼리 금속 하이드록사이드 및 나트륨 실리케이트 또는 나트륨 알루미네이트의 수용액 또는 나트륨 메타포스페이트) 중에 전해질 플라즈마 산화로 처리하였다. 20A/dm²의 전류 밀도, 20±3℃의 전해질 온도, 및 75분의 코팅 시간을 사용하여, 400V의 전압 종말 값을 기록했다. 이렇게 형성된 세라믹 코팅물을 지닌 튜브를 세척하고 건조하였다. 세라믹 코팅물의 두께는 10㎛이었다. 상기 방식으로 코팅된 복합 튜브의 내부식성은 반도체 용도에서의 비코팅된 에폭시 탄소 섬유 복합 튜브 보다 4배 더 우수한 내부식성을 갖는다.

세라믹-코팅된 튜브는 실시예 1에서와 같이 코팅물의 내부식성을 향상시키기 위해 선택적으로 코팅될 수 있다.

실시예 3

연마된 금속층만을 지닌 상기 실시예 2로부터의 샘플을 실시예 1에서 사용한 조건 하에 알루미늄 및 알루미늄 합금 분말의 플라즈마 스프레이로 추가로 처리하였다. 스프레이한 후, 튜브를 정적 공기 중에서 천천히 냉각시키고, 코팅물의 밀도를 높이기 위해 그릿 블라스트하였다. 그 후, 표면 조면화를 제거하기 위해 180 SiC 연마 휠을 사용하여 연마함으로서 표면을 정밀처리하여, 최종 연마 금속층 두께를 약 60㎛가 되게 하였다.

상기 기재된 바와 같이 적용된 금속층을 7.6의 pH에서 전해질(알칼리 금속 하이드록사이드 및 나트륨 실리케이트 또는 나트륨 알루미네이트의 수용액 또는 나트륨 메타포스페이트) 중에 전해질 플라즈마 산화로 처리하였다. 12A/dm²의 전류 밀도, 20±3℃의 전해질 온도, 및 60분의 코팅 시간을 사용하여, 350V의 전압 종말 값을 기록했다. 이렇게 형성된 세라믹 코팅물을 지닌 튜브를 세척하고 건조하였다. 세라믹 코팅물의 두께는 40㎛이었다. 상기 방식으로 코팅된 복합 튜브의 내부식성은 반도체 용도에서의 비코팅된 에폭시 탄소 섬유 복합 튜브 보다 4배 더 우수한 내부식성을 갖는다.

실시예 4

실시예 1의 유사한 복합 튜브를 60메쉬 그릿을 사용한 저압 그릿 블라스트로 처리하여 복합물의 표면으로부터 광택을 제거하여 섬유의 손상없이 표면을 조면화시켰다. 그 후, 페인트브러쉬를 사용하여 에폭시 접착제의 얇은 액체층을 적용하기 전에 알콜로 표면을 닦고 건조하여 이들로부터 그리스를 제거하였다.

약 50㎛의 두께를 지닌 알루미늄 포일을 액체 접착제 상에 랩핑시켰다. 포일의 절단면 상에 튜브를 프레스(press) 롤링시켜 튜브의 외부 직경을 코팅하고 초과 부분은 잘라내어 오버랩 길이가 약 1mm가 되게 하였다. 내부 직경에 있어서, 포일의 유사한 절단면을 표면 주위에 서서히 놓고, 롤러에 의해 결합시키고 초과 부분은 잘라내어 오버랩 길이가 약 1mm가 되게 하였다. 120℃로 미리 조정된 오븐에서 1시간 동안 포일-코팅된 튜브를 놓아서 접착제의 경화를 달성하였다.

상기 기재된 바와 같이 적용된 금속층을 7.6의 pH에서 전해질(알칼리 금속 하이드록사이드 및 나트륨 실리케이트 또는 나트륨 알루미네이트의 수용액 또는 나 트륨 메타포스페이트) 중에 전해질 플라즈마 산화로 처리하였다. 6A/dm²의 전류 밀도, 20±3℃의 전해질 온도, 및 45분의 코팅 시간을 사용하여, 300V의 전압 종말 값을 기록했다. 이어, 튜브를 세척하고 건조하였다. 튜브 상에 형성된 세라믹 코팅물의 두께는 35㎛이었다. 상기 방식으로 코팅된 복합 튜브의 내부식성은 반도체 용도에서의 비코팅된 에폭시 탄소 섬유 복합 튜브 보다 4배 더 우수한 내부식성을 갖는다.

실시예 5

실시예 1의 유사한 복합 튜브를 세정하고, 그릿 블라스팅 또는 플라즈마 에칭과 이의 조합을 사용하여 표면을 조면화 및 활성화시켜 개질하였다.

그 후, 개질된 중합체 표면을 Pd/Sn 콜로이드로 활성화시켜 무전해 니켈 도금에 의해 니켈 층의 침착을 위한 장소를 제공하였다. 그 후, 니켈층(결합 코팅으로서 작용함)으로의 알루미늄 층의 침착을 허용하는 전해질 공정을 수행하였다. 니켈 층의 전형적인 코팅 두께는 5 내지 25㎛이었고, 오버코팅된 알루미늄 층의 두께는 15 내지 50㎛이었다. 이렇게 제조된 코팅물은 복합 튜브에 대해 매우 접착성이 있고, 매끄럽고, 비-다공성이며 유동체에 대해 불침투성이었다.

상기 기재된 바와 같이 적용된 금속층을 7.6의 pH에서 전해질(알칼리 금속 하이드록사이드 및 나트륨 실리케이트 또는 나트륨 알루미네이트의 수용액 또는 나 트륨 메타포스페이트) 중에 전해질 플라즈마 산화로 처리하였다. 4A/dm²의 전류 밀도, 20±3℃의 전해질 온도, 및 10분의 코팅 시간을 사용하여, 350V의 전압 종말 값을 기록했다. 이어, 튜브를 세척하고 건조하였다. 튜브 상에 형성된 세라믹 코팅물의 두께는 15㎛이었다. 상기 방식으로 코팅된 복합 튜브의 내부식성은 반도체 용도에서의 비코팅된 에폭시 탄소 섬유 복합 튜브 보다 6배 더 우수한 내부식성을 갖는다.

실시예 6

본 실시예에서, SG 철 샘플 100mm×100mm×5mm 및 연강 샘플 100mm×100mm×5mm를 코팅 공정으로 처리하였다. 상기 샘플들의 표면을 샌드블라스팅하여 조면화시키고, 60분 동안 실온에서 10% HF 수용액 중 피클링하였다. 그 후, 샘플을 세척하고 건조하였다.

그 후, 실시예 1에서 사용된 조건 하에 알루미늄 및 알루미늄 합금 분말의 플라즈마 스프레이로 샘플을 처리하였다. 스프레이한 후, 샘플을 정적 공기 중에서 천천히 냉각시키고, 코팅물의 밀도를 높이기 위해 그릿 블라스트하였다. 그 후, 표면 조면화를 제거하기 위해 180 SiC 연마 휠을 사용하여 연마함으로서 표면을 정밀처리하여, 최종 연마 금속층 두께를 약 50㎛가 되게 하였다.

상기 기재된 바와 같이 적용된 금속층을 7.6의 pH에서 전해질(알칼리 금속 하이드록사이드 및 나트륨 실리케이트 또는 나트륨 알루미네이트의 수용액 또는 나트륨 메타포스페이트) 중에 전해질 플라즈마 산화로 처리하였다. 약 8A/dm²의 전류 밀도, 20±3℃의 전해질 온도, 및 60분의 코팅 시간을 사용하여, 300V의 전압 종말 값을 기록했다. 샘플을 세척하고 건조하였다. 샘플 상에 형성된 세라믹 코팅물의 두께는 약 30㎛이었다. 상기 방식으로 코팅된 SG 철은 반도체 용도에서의 비코팅된 SG 철 보다 4배 더 우수한 내부식성을 갖는다.

세라믹-코팅된 샘플은 실시예 1에서와 같이 코팅물의 내부식성을 향상시키기 위해 선택적으로 코팅될 수 있다.

Claims

금속층을 플라스틱 기판에 적용하는 단계 및 금속층을 전해질 플라즈마 산화로 처리하여 금속층으로부터 코팅물을 형성하는 단계를 포함하는, 플라스틱 기판 상에 코팅물을 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서,

금속층이 알루미늄, 마그네슘, 타이타늄, 탄탈럼, 지르코늄, 나이오븀, 하프늄, 주석, 텅스텐, 몰리브데넘, 바나듐, 안티모니, 비스무트 및 전술함 금속의 합금 중 하나로부터 형성되는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

금속층이 기판 상에 침착되는 방법.
제 3 항에 있어서,

금속층이 기판 상에 스프레이되는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

금속층이 기판에 접착되는 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

기판에 적용된 금속층의 두께가 100㎛ 미만인 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

기판으로 금속층이 적용되기 전에 기판이 조면화되는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

기판에 미리 적용된 제 2 금속층 상에 금속층이 형성되는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

기판에 미리 적용된 제 2 중합체층 상에 금속층이 형성되는 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

기판이 에폭시 탄소 섬유 복합물 또는 섬유 보강된 플라스틱 물질인 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

금속층으로부터 코팅물이 형성되기 전에 금속층이 매끄러워지는 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

전해질 플라즈마 산화가 7 내지 8.5의 pH에서 수행되는 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

금속층으로부터 형성된 코팅물의 두께가 100㎛ 미만인 방법.
제 13 항에 있어서,

금속층으로부터 형성된 코팅물의 두께가 50㎛ 미만인 방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

금속층으로부터 형성된 코팅물의 외부 표면이 기판 상에 형성된 코팅물의 물리적 및/또는 화학적 성질을 개질시키도록 연이어 처리되는 방법.
제 15 항에 있어서,

코팅물의 외부층이 금속층으로부터 형성된 후 적어도 부분적으로 제거되는 방법.
제 16 항에 있어서,

외부층의 적어도 일부가 코팅물로부터 연마적으로 제거되는 방법.
제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

코팅물의 다공성을 감소시키기 위한 물질을 코팅물에 적용함을 포함하는 방법.
제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

코팅물의 내부식성을 향상시키기 위한 물질을 코팅물에 적용함을 포함하는 방법.
제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

플루오로탄소, 폴리테트라플루오로에틸렌, MoS₂, 탄소, Ni, Cr, Mo, W, 임의 전술한 금속의 카바이드, 페인트 및 수지 중 하나로부터 형성된 층을 코팅물에 적용함을 포함하는 방법.
제 1 금속층을 기판에 적용하는 단계, 제 2 금속층을 제 1 금속층 상에 적용하는 단계, 및 제 2 금속층을 전해질 플라즈마 산화로 처리하여 제 2 금속층으로부터 코팅물을 형성하는 단계를 포함하는, 금속 또는 플라스틱 기판 상에 코팅물을 형성하는 방법.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

기판이 진공 펌프의 성분인 방법.
금속 또는 플라스틱 물질로부터 형성되고, 성분에 적용된 금속층의 전해질 플라즈마 산화에 의해 상기 물질 위에 형성된 코팅물을 갖는, 진공 펌프 성분.