KR20060115380A

KR20060115380A - 금속 층으로 코팅된 스테인레스강 스트립

Info

Publication number: KR20060115380A
Application number: KR1020067008652A
Authority: KR
Inventors: 호켄 홀름베리
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2006-11-08
Also published as: EP1682691A1; JP2007510809A; KR101141573B1; EP1682691B1; WO2005042797A1; CN100591798C; SE0302902L; SE527385C2; JP4819688B2; CN1875128A; SE0302902D0

Abstract

본 발명은 한 면 혹은 양면에 균일하게 분포된 밀한 층이 있는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품을 제공한다. 상기 층은 필수적으로 금, 구리, 니켈, 몰리브덴, 코발트, 은, 구리, 혹은 텅스텐 중의 1종 이상의 금속으로 구성되며, 상기 층의 두께는 바람직하게 최대 15㎛ 이며, 상기 층의 공차는 그 층 두께의 최대 +/- 30%이며, 강 스트립 기재에 포함된 Cr 은 적어도 10% 이며, 상기 층은 상기 코팅된 강 스트립이 인장 시험에서 박리, 플레이킹 (flaking) 등을 보이지 않으면서 균열될 때까지 단축 방향으로 인장될 수 있는 양호한 부착성을 갖는다. 상기 금속 코팅된 스트립 제품은 표면에서 작은 접촉 저항이 유리한 부하 운반 용도에 사용이 접합하다.

Description

금속 층으로 코팅된 스테인레스강 스트립{A STAINLESS STEEL STRIP COATED WITH A METALLIC LAYER}

본 발명은 롤투롤 (roll-to-roll) 공정에서 금속 코팅된 스트립 제품의 제조를 위한 방법에 관한 것으로, 특히 고강도 스테인레스강 제품을 생산하는데 적합한 코팅된 금속 기재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이는 청구항 제 1 항처럼 금속 스트립에 전기 전도성 층을 코팅하는 것이다.

전화, 리모컨, 컴퓨터 등 같은 많은 전자 기기에서 스프링 및 다른 성형 금속 부품이 여러 가지 용도로 쓰인다. 그러므로 전자기 차폐 (EMS) 목적을 위해서, 스프링은 차폐 박스의 분리 가능한 부분에 있는 가스켓으로서 소위 "핑거 스톡 (finger stock)" 에 사용된다. 대부분의 이런 제품에서 재료에 대한 몇몇 요구 사항은 꼭 필요하다. 스프링에서는, 일반적으로 힘, 이완 저항, 피로 저항 같은 기계적인 성질이 요구 사항과 관련이 있다. 그러나 일반적으로 성형과 관련하여, 재료는 균열 없이 필요한 형상으로 성형 될 수 있어야만 한다. 또한, 전자 기기의 분야에서 소형화 추세에 따라 전자 기기의 부품에서 엄격한 기하학적 공차에 대한 요구가 증가하고 있다. 이런 사항 외에도, 이런 부품은 잘 규정된 전기적 특성을 갖는 것이 때때로 중요하다. 이 전기적 특성으로서는 전기 전도 성 혹은 기기 내 접촉부에서의 접촉 저항이 있을 수 있다. 일반적으로 이런 요구 사항이 존재하면, 구리 혹은 구리 합금 같은 전도성 재료를 사용하거나, 또는 강에 전도성 층을 코팅하는 것이 해결책이다. 구리와 구리 합금의 특징은 좋은 전기 전도성과 좋은 성형성 (formability) 에 있지만, 대부분은 기계적 강도가 낮아서 스프링 같이 큰 응력을 받는 경우에는 적합하지 못하다. 구리와 베릴륨의 합금은 인장 강도가 약 1400MPa 까지 되도록 경화될 수 있으나, 이런 인장 강도의 수준은 스프링 용도로 얻어질 수 있는 스프링 력, 피로 저항 및 이완 저항을 제한할 수 있다. 또한, 베릴륨은 독성 금속이며, 이는 건강에 대한 고려 때문에 사용과 생산 동안에 제한이 있게 된다. 마지막으로, 구리-베릴륨 합금은 비싸서 많은 용도에서 덜 비싼 재료가 요구된다.

코팅은 기계적인 방법과 화학적인 방법으로 분류할 수 있는 다양한 방법으로 수행이 가능하다. 이는 다시 고온 및 저온법으로 분류될 수 있다. 기계적 방법의 예를 들면 클래딩 (cladding), 용사 (thermal by spraying) 혹은 페인팅이 있다. 여기서 클래딩은 롤 결합을 말하는 것으로, 즉 상대적으로 간단하며 기판과 코팅의 다른 조합으로 수행될 수 있는 롤링 공정에 의해서 2개의 (또는 그 이상) 다른 재료를 결합하는 것이다. 그러나 클래딩은 코팅층의 두께 공차와 나쁜 부착성과 관련된 몇몇 기술적 단점을 가진다. 이 때문에 종종 층간 확산 영역을 얻기 위한 결합 후 열처리가 필요하게 된다. 만일 하나의 (혹은 다수의) 층이 스테인레스강이면 스테인레스강의 표면에 부동태 (passive) 막 때문에 좋은 부착이 얻어지기 더욱 힘들게 된다. 또한, 롤 결합은 저속 공정이고 모재 및 코팅이 조합될 수 있는 경우에 한정된다.

용사 (thermal spray), 고속 산화물 분사 (High Velocity Oxide Fuel) (HVOF), 플라즈마 분사, 연소 화학적 증기 증착법 (Combustion Chemical Vapor Deposition) (CCVD) 같은 다양한 분사 방법에 기초한 수많은 다양한 증착 기술이 있으나, 근원적인 방법은 동일하다. 코팅물은 기판에 분사되고, 재료는 막대, 선, 스톡 (stock), 분말 재료, 액체 혹은 기체로부터 노즐 혹은 "화염 (flame)" 에 공급된다. 분사 기술은 세세한 코팅에 가장 많이 사용되지만, 높은 생산성과 작은 공차의 요건을 갖춘 롤투롤 (roll-to-roll) 코팅에는 적합하지 않다.

또 기판을 코팅하는 다른 방법은 용융 금속에 제품을 용융 침지하는 것이다. 용융 침지 (hot dipping) 는 일반적으로 낮은 융점을 갖는 코팅물 (예를 들면 아연) 에 사용된다. 니켈 및 구리 같은 높은 융점의 코팅물을 위해서는 용융 금속의 온도가 높아야 하는데, 이는 기재에 부정적인 영향을 주게 된다. 또한, 층 두께가 작은 공차를 갖도록 용융 욕을 정확하게 공정 제어하는 것이 어렵다.

전기 도금은 코팅이 금속 이온이 녹아있는 용액과 도금하려는 금속 대상물을 통전시켜서 코팅을 하는 전기화학적 공정이다. 전기 화학적 셀에서 금속 기판이 음극 역할을 하여 용액으로부터 금속 이온을 끌어당긴다. 철 및 비철 금속 기판은 알루미늄, 황동, 청동, 카드뮴, 구리, 크롬, 철, 납, 니켈, 주석, 아연뿐만 아니라 금, 백금, 은 같은 귀금속을 포함하는 다양한 금속으로 도금된다.

기판이 공정에서 음극 역할을 하여 용액 중의 이온을 끌어당기지만, 평평한 제품이 균일한 층 분포를 제공하는 것은 어렵다. 전류 밀도가 국부적으로 변동 되면 증착 속도가 일정하지 않게 된다. 잘 알려진 문제로 "도그 본 (dog bone)" 현상이란 것이 있는데, 이는 코팅된 스트립의 가장자리 쪽으로 갈수록 코팅이 두꺼워지는 현상이다. 또한, 이 방법은 전해액과 비싼 폐수 처리를 포함하기 때문에 환경 친화적이지 않다. 전기 화학적 방법과 용융 침지 방법은 만일 한쪽 면만 코팅이 필요한 경우 코팅이 되지 않는 면은 코팅 전에 어떤 방식으로 마스킹해야 하는 단점이 있다. 마스크는 코팅 작업 후에 제거되어야 한다.

금속을 증착시키는데 증기 증착법을 사용할 수 있다. 대부분의 방법은 일괄식 공정이나 몇몇 연속적인 공정도 있다. 전자빔 증발을 사용하는 롤투롤 방법의 한 예가 WO 98/08986에 소개되어 있으며, 여기서는 롤투롤 공정으로 기재를 알루미늄 코팅하여 페라이트계 스테인레스 FeCrAl-강 스트립을 제조하는 방법이 소개 되어 있다. 그러나 상기 특허 출원에 소개된 방법은 고온 부식성 환경에서 사용되는데 적합한 제품을 만드는데 최적이어서, 좋은 고온 강도와 좋은 고온 내부식성, 즉 내산화성을 갖는 재료가 필요하다. 더욱이, 상기 특허 출원은 알루미늄이 페라이트에 균일하게 분포되도록 하기 위해 코팅과 관련하여 950~1150℃의 온도에서 균질화 풀림을 실시하는 것을 제안하고 있다. 이는 이런 경우 최종 제품이 표면에 알루미늄 층을 가진 코팅된 제품이 아니라는 것을 말한다. 그러므로 이것은 오히려 알루미늄을 또한 포함하는 합금 원소가 균일하게 분포된 FeCrAl 스트립 제품인 것이다. 또한, 이는 층의 양호한 부착성 및 무산화물 계면에 대한 특별한 요건이 없다는 것을 의미한다.

그래서 이러한 모든 종래의 방법은 서로 다른 단점을 가지며, 이 때문에 작 은 기하학적 공차와 우수한 전기적 특성과 함께 좋은 기계적 특성을 겸비한 새로운 제품의 개발이 필요한 것이다. 일괄식 생산에 기초한 모든 공정은 항상 비용을 증가시키므로, 비용 감소를 위해서는 롤투롤 공정으로 생산하는 것이 필요하다.

그래서 본 발명의 주 목적은 예컨대 블랭킹, 굽힘 가공, 드릴링, 열처리 등과 같은 후속 공정에 적합한 맞춤식 물리적 및 기계적 특성을 가진 가요성 금속 제품을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비싸지 않으며 연속적인 롤투롤 공정으로 생산될 수 있는 단층 혹은 다층 금속 스트립으로 만들어지며 좋은 전기적 전도성이 요구되는 스프링 혹은 다른 제품을 위해 사용될 수 있는 가요성 스트립 제품을 제공하는 것이다.

상기 목적과 다른 목적은 제 1 항의 특징부에 따른 특징을 가진 코팅된 강 제품의 구현으로 놀라운 방식으로 이뤄질 수 있다. 다른 바람직한 실시예는 종속항에 기재되어 있다.

본 발명의 간단한 설명

얇고 연속적이며 균일하고 니켈, 은, 주석, 몰리브덴, 구리, 텅스텐 금 혹은 코발트 같은 금속으로 된 하나 이상의 전기 전도성 층을 기재로서 역할을 하는 금속 스테인레스강 스트립의 표면에 형성하여 상기의 목적 및 이점이 얻어질 수 있다. 기재 스트립의 한쪽 혹은 양쪽 면에 코팅할 수 있다. 박리 혹은 플레이킹의 위험 없이 추가 공정을 받을 수 있도록 금속 층은 매끈매끈하며 밀해야 하고 부착성도 좋아야 한다. 하나 혹은 두 전기 전도성 표면을 가진 고강도 스트 립강의 형태인 최종 제품은 전자 기기, 전자기 차폐 등을 위한 개스킷에 사용되기에 적합하다. 이러한 용도의 경우에는 본 발명에 의한 제품과 그 접촉점 사이의 계면에서 접촉 저항이 작은 고강도 재료가 요구된다.

바람직하게는 15 ㎛ 미만의 두께로 균일하게 분포되기 위해서 롤투롤 (roll-to-roll) 공정에서 종래의 전자빔 증발 (electron beam evaporation (EB)) 법에 의해서 코팅된 층이 만들어진다. 기재는 10 중량% 이상의 Cr을 포함하는 스테인레스강이며 스트립 두께는 보통 3㎜ 미만이다. 기재의 인장 강도는 적어도 1000 MPa 이며, 냉간 변형 혹은 고온 경화와 같은 열처리 혹은 저온 석출 경화에 의해서 얻어진다. 제 1 단계로서 롤투롤 공정은 일반적으로 스테인레스강에 존재하는 산화물층을 제거하기 위해서 에칭실 (etch chamber) 을 포함할 수 있다.

금속 코팅 스트립재의 형태인 최종 제품은 계면에서 작은 접촉 저항을 제공하는 것이 특징인 내하 부품 (load carrying part) 으로서 사용되기에 적합하다. 이런 용도의 예로는 커넥터 (connector) 와 스위치가 있다. 스프링에 주어진 힘을 가하면, 표면에 접촉하게 되고 전기적 회로를 닫는다. 전류가 흐르는 접촉점에서는 접촉저항이 낮은 것이 중요하다. 스테인레스강은 스프링용으로 점점 사용되어가는 재료이다. 이는 다소 복잡한 형상의 스프링으로도 성형 될 수 있는 좋은 가공성과 높은 기계적 강도를 겸비하고 있기 때문이다. 일반적으로 고강도 스테인레스강 스프링은 비철 재료에 비하여 우수한 기계적 특성을 갖는다. 스프링의 특성 중에서 고강도 특히 스테인레스강의 특히 내피로성과 내이완성이 사용 기간 동안 일정한 힘을 받는 스프링의 수명을 길게 하는데 중요한 요소이다. 그러나 스테인레스강은 표면에 부동태 막이 생기는 것이 특징이다. 이 막은 산화 크롬으로 이루어져 있으며 강 자체보다 상당히 낮은 전기전도성을 갖는다. 참고로, 스테인레스강은 인장 강도에 따라 80 ~ 90 × 10^-8 Ωm 의 전기 저항을 갖는다. 그러나 표면에서 산화물 (Cr₂O₃) 의 저항은 약 1.3 × 10¹¹Ωm 이다. 만일 산화물 막이 두 전도성 면의 계면 사이에 있으면, 전도성이 떨어지게 된다. 이로 인해 회로 내에서 전류 순환의 효율이 떨어져 성능이 저하된다.

고강도 스테인레스강에서 저전도성의 문제를 해결하기 위해서, 스트립 표면에서 산화물 막을 형성하는 경향이 적은 금속 층을 적어도 하나의 스트립 표면에 코팅한다. 이렇게 해서 코팅층은 접촉점에서 산화물이 없는 표면을 갖게 되며, 이리하여 계면에서 전기 전도성의 저하를 피할 수 있게 된다. 필요에 따라서 코팅은 다른 금속으로 이루어질 수 있다. 은, 구리, 니켈, 코발트, 금, 텅스텐, 주석, 및 몰리브덴 모두 본 발명의 방법으로 표면에 증착 (deposit) 될 수 있는 양호한 전기 전도성의 금속이다. 코팅이 표면에 균일하게 분포되고 기재의 두께에 비하여 너무 두껍지 않아야 하는 것 역시 매우 중요하다. 굽힘력은 수직 단면의 두께의 3승에 비례하므로 두껍거나 균일하지 못한 층은 스프링의 특성에 영향을 주게 된다. 그래서 층의 두께는 바람직하게는 기재의 두께의 최대 10%이다. 또한, 각 코팅층의 두께는 바람직하게는 최대 15㎛ 이고, 일반적으로 0.05 ~ 15㎛ 이며, 바람직하게는 0.05 ~ 10㎛ 이며, 더욱 바람직하게는 0.05 ~ 5㎛ 이다. 만일 다층을 증착하고자 할 때는, 코팅의 전체 두께는 코팅 스트립의 전체 두께의 20%를 넘지 않아야 한다. 본 발명에 따른 코팅층의 두께 공차는 매우 좋다. 각 층에서 두께의 변동폭은 그 층의 공칭 두께의 +/- 20%를 넘지 않아야 한다. 더욱 바람직하게는 각 층에서 두께의 변동폭은 최대 +/- 10%를 넘지 않아야 한다.

코팅은 기재에 대한 부착성이 양호하여, 이후의 가공을 가능하게 해야 한다. 본 발명에 따른 제품은 코팅과 기재 간의 부착성이 우수하다. 이러한 우수한 부착성은 기재에 코팅을 증착하기 전에 진공 중에서 이온 에칭으로 스테인레스강 스트립을 전처리함으로써 얻어진다. 이렇게 해서, 산화물이 없는 계면으로 금속-금속 접촉이 이루어지고, 이 결과 굽힘 가공, 블랭킹 가공, 슬릿팅 또는 딥 드로잉을 받을 수 있는 제품이 얻어지게 된다. 유일한 제한은 기재의 연성에 의해 주어진다.

코팅될 기재 스트립

코팅될 재료의 내부식성은 일반적으로 좋아야 한다. 이것은 이 재료가 적어도 10 중량%, 바람직하게는 최소 12 중량%, 더욱 바람직하게는 최소 13 중량%, 혹은 가장 바람직하게는 최소 15 중량 % 의 크롬을 함유함을 의미한다. 또한, 상기 재료는 인장 강도가 적어도 1000MPa, 바람직하게는 적어도 1300MPa, 더욱 바람직하게는 최소 1500MPa, 또는 가장 바람직하게는 최소 1700MPa 가 되도록 합금화되어야 한다. 이러한 기계적 강도는 예컨대 ASTM 200 및 300 계열의 강을 냉간 변형 시켜서 혹은 경화 가능한 마르텐사이트계 크롬강을 열 경화시켜 얻어질 수 있다. 다른 적합한 기재는 13-8 PH, 15-5 PH, 17-4 PH 혹은 17-7 PH 형의 석출 경화 가능한 (precipitation hardenable (PH)) 강이다. 또 다른 적합한 기재로는 구리, 알루미늄, 티타늄, 니켈 등의 치환 원소의 석출로 경화되는 질소 함유 마르텐사이트계 매트릭스를 포함하는 저 탄소 스테인레스 마레이징강이 있다.

전도성 층

얇은 층 막의 형태로 기재 표면에 코팅되는 재료는 상온에서 좋은 전기 전도성과, 산화물 형성에 대한 열역학적 안정성 및 적절한 탄성 계수를 가져야 한다. 적절한 원소의 특성을 이하 설명한다.

은은 상온에서 약 1.47×10^-8Ωm의 매우 작은 전기 저항을 갖는다. 상온에서 Ag₂O 에 필요한 자유 에너지는 약 ΔG = -10.7kJ 인데, 이 정도이면 스테인레스 강에서처럼 Cr₂O₃의 형성에 비하여 은이 산화에 대해 보다 안정적으로 된다. 참고로 상온에서 Cr₂O₃ 의 자유 에너지는 약 ΔG = -1050kJ 이다. 은은 다른 강 종류의 탄성 계수인 180,000 ~ 220,000 MPa 에 비교될 수 있는 약 79,000MPa 의 탄성 계수를 갖는다. 그러나 은은 상대적으로 비싸며 때때로 싼 대체물이 필요하다.

구리는 전기 저항이 약 1.58×10^-8Ωm 으로 낮고, 탄성계수는 약 210,000MPa 이며, Cu₂0 형성을 위한 자유 에너지가 약 ΔG =-145kJ 이며, CuO 형성을 위한 자유 에너지는 약 ΔG =-127kJ 이다. 이런 특성들 때문에 구리는 본 발명에 따른 제품에 적절한 코팅으로 사용될 수 있다.

니켈은 전기 저항이 약 6.2×10^-8Ωm 으로 낮고, 탄성계수는 약 200,000MPa이며, Ni0 형성을 위한 자유 에너지는 약 ΔG =-213kJ이다.

금은 전기 저항이 약 2×10^-8Ωm 이고, 탄성계수는 약 80,000MPa이다. 금은 산화에 대해서 매우 안정적이다. 이 때문에 많은 적용 분야에서 금이 전도성 코팅 원소로서 가장 적합하다. 그러나, 금은 비싸고 재활용 비용뿐만 아니라 합금 비용도 비싸기 때문에 종종 대체물이 요구되고 있다.

몰리브덴은 전기 저항이 약 5.3×10^-8Ωm 으로 낮고, 탄성계수는 약 329,000MPa이며 Mo0₃ 형성을 위한 자유 에너지가 약 ΔG =-668kJ 이며, MoO₂ 형성을 위한 자유 에너지는 약 ΔG =-533kJ 이다.

코발트는 전기 저항이 약 6.24×10^-8Ωm 으로 낮고, 탄성계수가 약 209,000MPa이며, CoO 형성을 위한 자유 에너지는 약 ΔG =-241kJ이다.

텅스텐은 전기 저항이 약 5.3×10^-8Ωm 으로 낮고, 탄성계수가 약 360,000MPa이며 W0₂ 형성을 위한 자유 에너지가 약 ΔG =-534kJ 이며, WO₃ 형성을 위한 자유 에너지는 약 ΔG =-764kJ 이다.

주석은 전기 저항이 약 10×10^-8Ωm, 탄성계수가 약 50,000MPa이며, Sn0 형성을 위한 자유 에너지는 상온에서 약 ΔG =-534kJ이다. 주석은 비교적 연한 금속이며, 접촉점에서 쉽게 변형될 수 있고, 그래서 계면에서 접촉 면적이 크게 된다. 주석은 예를 들면 전자기 차폐를 위한 가스켓 스프링에 사용될 수 있다.

코팅 방법에 대한 설명

코팅 방법은 롤투롤 스트립 생산 라인에 통합되는 것이 유리하다. 이 롤투롤 제조 라인에서, 제 1 제조 단계는 제 1 층에 대한 양호한 부착성을 얻기 위해서 금속 스트립 표면에 대해 이온 보조 에칭을 하는 것이다. 전도성 층은 롤투롤 공정에서 전자빔 증발 (EB) 에 의해서 증착된다. 다층은 여러 개의 EB 증착실을 일렬로 결합하여 형성될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예의 개략 단면도, 즉 한면 혹은 양면에 전기 전도성 층 (1, 3) 이 코팅된 기판 스트립 (2) 이다. 만일 기판의 양면이 코팅되었다면, 그 코팅은 동일한 구성물일 수 있으며, 원한다면 다른 구성물일 수 있다. 코팅의 두께는 양면이 동일하거나 다를 수 있다.

도 2 는 본 발명의 제 2 실시예의 개략 단면도, 즉 한면 혹은 양면에 다수의 층 (각각 1, 3, 4 및 5, 6) 이 코팅된 기판 스트립 (2) 이다.

도 3 은 본 발명의 코팅된 금속 스트립 재료의 생산을 위한 생산 라인의 개략도이다.

본 발명의 2개의 실시예를 이제부터 좀 더 자세히 설명한다. 한 실시예는 최대 0.12%의 C, 최대 1.5%의 Si, 최대 2%의 Mn, 16~18%의 Cr 및 6~8%의 Ni 와 나머지로서 Fe 및 사용된 야금 방식에 따라 존재하는 잔류 원소로 이루어진 화학 조성을 갖는 ASTM 301-형 강에 은을 코팅한 것을 기초로 한다. 제 2 실시예는 최대 0.12%의 C, 최대 1.5%의 Si, 최대 2%의 Mn, 16~18%의 Cr, 6~8%의 Ni, 과 0.5~1.0%의 Mo, 나머지로서 Fe 및 사용된 야금 방식에 따라 존재하는 잔류 원소로 이루어진 화학 조성을 갖는 수정된 ASTM 301-형 강에 니켈을 코팅한 것이다.

우선, 상기 예시된 화학 조성을 갖는 기재를 통상의 야금 제강법으로 제조한다. 그런 다음 최종 두께가 약 0.02~1㎜ 이고 폭이 최대 1000㎜ 가 될 때까지, 기재를 중간 크기로 열간 압연하고나서 압연 단계 사이에 다수의 재결정화 단계를 거치면서 냉간 압연을 여러 단계로 실시한다. 기재의 표면을 적절한 방법으로 세정하여 압연 과정에서 생긴 잔류 오일을 모두 제거한다.

그 후에, 연속되는 공정 라인에서 코일 풀기 장치로부터 시작하여 코팅 공정을 수행한다. 롤투롤 공정 라인에서 제 1 단계는 진공실 단계 또는 입구 진공 록 (lock) 단계이며, 그 다음에 에칭실을 거치게 된다. 이 에칭실에서 스테인레스가 기재의 표면에 있는 얇은 산화물층을 제거하기 위해 이온 보조 에칭이 실시된다. 그 후 스트립은 원하는 층의 증착이 일어나는 전자빔 증발실로 들어간다. 보통 0.05~15㎛ 의 금속 층이 증착되며 바람직한 두께는 용도에 따라 다르다. 여기에 설명된 두 실시예에서는 하나의 전자빔 증발실을 이용하여 0.2~1.5㎛ 의 두께로 증착시켰다.

전자빔 증발을 거친 후, 코팅된 스트립재는 코일기계에 감겨지기 전에 출구 진공실, 혹은 출구 진공 록을 통과하게 된다. 상기 코팅된 스트립재는 필요하 다면 요소 제작을 위해 바람직한 최종 치수를 얻기 위해 예를 들면 압연 혹은 슬리팅 (slitting) 같은 추가 공정을 거칠 수 있다.

상술한 두 실시예에서의 최종 제품, 즉 한쪽 면에 1.5㎛ Ag 코팅을 한 0.05㎜ 두께의 ASTM 301 스트립과, 한쪽 면에 0.2㎛ Ni 코팅을 한 0.07㎜ 두께의 수정 ASTM 301 스트립은 코팅된 층에 대한 부착성이 매우 좋으며, 따라서 예컨대 고강도 스프링을 위한 요소의 제작에 적절하게 사용될 수 있다. 층에 대한 양호한 부착성은 표준 인장 시험으로 측정된다. 본 발명에 따른 코팅된 스트립 제품을 얻기 위해서 얇은 피복 층으로 코팅된 스테인레스강 스트립의 기재로부터 표준 인장 시편을 만든다. 그 후 예컨대 EN 10002-1 에 따라서 4개의 시편에 대한 인장시험을 균열이 발생할 때까지 수행한다. 시험이 끝난 후, 시편의 균열된 부분을 50배로 확대한 광학 현미경으로 관찰한다. 시험에서 생긴 실제 균열 외에 코팅층의 박리, 플레이킹 (flaking) 혹은 다른 손상의 징후가 어떤 시편에서도 관찰되지 않았다. 시험의 결과는 아래의 표에 나타나 있다.

위에서 언급한 롤투롤 전자빔 증발 공정은 도 3 에 도시되어 있다. 이런 제조 라인의 첫 번째 부분은 진공실 (14) 안에 있는 언코일러 (13) 이며, 그 다음에 직렬 이온 보조 에칭실 (15) 이 있고, 그 뒤에는 일련의 전자빔 증발실 (16) 이 있다. 만약 원한다면 다층구조를 얻기 위해서 필요한 전자빔 증발실의 수를 1~10 으로 다양하게 변경시킬 수 있다. 모든 전자빔 증발실 (16) 은 전자빔 총 (17) 과 증발을 위해 적합한 도가니 (18) 가 설치되어 있다. 이들 증착실 다음에는 출구 진공실 (19) 과 상기 코팅된 스트립재를 감는 리코일러 (20) 가 있으며, 리코일러는 출구 진공실 (19) 안에 위치한다. 상기 진공실 (14, 19) 은 입구 진공 록 시스템과 출구 진공 록 시스템으로 각각 대체될 수 있다. 출구 진공 록 시스템의 경우 언코일러 (13) 와 코일러 (20) 는 개방 공기 중에 위치된다.

Claims

한 면 혹은 양면에 균일하게 분포된 밀한 큰 층이 있는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품에 있어서, 상기 층은 필수적으로 금, 구리, 니켈, 몰리브덴, 코발트, 은, 구리, 혹은 텅스텐 중의 1종 이상의 금속으로 구성되며, 상기 층의 두께는 바람직하게 최대 15㎛ 이며, 상기 층의 공차는 그 층 두께의 최대 +/- 30%이며, 강 스트립 기재에 포함된 Cr 은 적어도 10% 이며, 상기 층은 상기 코팅된 강 스트립이 인장 시험에서 박리, 플레이킹 (flaking) 등을 보이지 않으면서 균열될 때까지 단축 방향으로 인장될 수 있는 양호한 부착성을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 1 항에 있어서, 상기 스트립 기재의 두께는 0.015㎜~3.0㎜ 인 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제품은 냉간 압연 혹은 열처리 조건에서 최소 1000MPa의 인장 강도를 갖는 오스테나이트계 스테인레스강 혹은 2상 스테인레스강 혹은 경화 가능한 마르텐사이트계 크롬강 혹은 석출 경화 스테인레스강 혹은 마레이징강의 기재로 만들어진 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층은 최대 10 층까지의 다수 층 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 4 항에 있어서, 각 개별 층의 두께가 0.05~15㎛ 인 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 4 항에 있어서, 각 개별 층의 두께가 0.05~11㎛ 인 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 4 항에 있어서, 각 개별 층의 두께가 0.05~5㎛ 인 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 5 항에 있어서, 상기 층은 Ag, Ni, Mo, Co, Au, Mo, W, 및/또는 Sn 으로 된 상이한 개별 금속 코팅으로 이루어진 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 8 항에 있어서, 상기 층은 제 1 항에 기재된 원소 중 2종 이상의 합금으로 구성된 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 표면에서 작은 접촉 저항이 요구되는 내하 용도 (load carrying application) 로 사용이 적합한 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 예컨대 스위치, 커넥터, 금속 돔 (dome) 용 스프링 요소의 제조와 그러한 스프링 요소로서의 사용에 적합한 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 코팅된 스테인레스강 스트립 제품의 제조 방법에 있어서, 상기 제품은 직렬로 배열된 에칭실을 포함하는 전자빔 증발을 사용하는 스트립 제조 라인에 포함된 연속적인 롤투롤 (roll-to-roll) 공정에서 제조되는 것을 특징으로 하는 코팅된 스테인레스강 스트립 제품의 제조 방법.