KR20150134194A

KR20150134194A - 금속기재의 표면처리방법

Info

Publication number: KR20150134194A
Application number: KR1020140061234A
Authority: KR
Inventors: 윤주식
Original assignee: 주식회사 위스코하이텍
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-12-01

Abstract

본 발명은 휴대폰이나 노트북 및 각종 전자기기를 비롯한 자동차, 항공기, 선박 등에 있어서 내외장재(內外裝材), 외장 케이스(Case), 하우징(Housing), 바디(Body) 등에 적용되는 것으로, 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 구비된 산화가 용이한 금속기재의 표면에 대해 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation)처리로 부동태층(不動態層)을 형성시켜 줌과 함께 구조물 패턴(Pattern) 및 이종(異種) 금속층을 형성시켜 주는 표면처리를 통해서 제품의 내구성을 비롯한 내식성, 도막 밀착성 및 금속(Metal) 질감성 등을 향상시켜 줄 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 본 발명은 금속기재의 표면의 어느 한쪽 또는 양쪽에 PEO처리로 부동태층을 형성시켜 주는 단계; 상기 부동태층 위에 도막(塗膜)으로 하도 피막층을 형성시켜 주는 단계; 상기 하도 피막층에 구조물 패턴(Pattern)을 형성시켜 주는 단계; 상기 구조물 패턴 위에 상기 금속기재와 도전율이 다른 이종(異種) 금속층을 형성시켜 주는 단계; 상기 이종 금속층 위에 도막(塗膜)으로 탑(Top) 보호층을 형성시켜 주는 단계를 포함한 것을 그 특징으로 한다.

Description

금속기재의 표면처리방법{METHOD FOR SURFACE TREATMENT OF BASE METAL}

본 발명은 휴대폰이나 노트북 및 각종 전자기기를 비롯한 자동차, 항공기, 선박 등에 있어서 내외장재(內外裝材), 외장 케이스(Case), 하우징(Housing), 바디(Body), 파이프(Pipe) 등에 적용되는 것으로, 좀 더 구체적으로는 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 구비된 산화가 용이한 금속기재의 표면에 대해 PEO처리로 부동태층(不動態層)을 형성시켜 줌과 함께 구조물 패턴(Pattern) 및 이종(異種) 금속층을 형성시켜 주는 표면처리를 통해서 제품의 내구성을 비롯한 내식성, 도막 밀착성 및 금속(Metal) 질감성 등을 향상시켜 줄 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

근래 들어 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 소재는 경량이면서 전자파 차폐성 및 방열성 등이 우수하여 각종 전자제품이나 전자기기를 비롯한 컴퓨터, 노트북, 카메라, 휴대폰뿐만 아니라 자동차, 항공기, 선박 등 다양한 분야에 걸쳐 많이 사용되고 있다.

하지만, 높은 산화성과 낮은 내식성 문제를 가진 상기 언급된 소재를 실용화하기 위해서는 필히, 별도의 표면처리를 하여야만 각종 내장부품이나 외장부품 등에 내구성을 확보할 수 있다.

한편, 한국공개특허 제2002-0077150호(2002년 10월 11일)로 공개된 '마그네슘합금용 화성처리액, 표면처리방법 및 마그네슘합금 기재'(이를 '문헌 1'이라 한다.)가 이미 널리 알려져 있다.

상기 언급된 문헌 1에 대해 살펴보면, 마그네슘 합금에 도장 밀착성, 내식성 및 녹 방지성을 부여하기 위한 수단으로 인산이온 및 과망간산 이온을 함유하고, pH가 1.5 내지 7인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금용 화성처리액과 표면처리방법을 제안하고 있다.

하지만, 이와 같은 종래의 방법으로는 화성처리액이 강산성 처리 조건인 pH 2 내지 4 범위로 선호되어야 하기 때문에 예컨데, 화성처리액의 pH가 7을 초과하면 과망간산 이온의 산화력 저하로 인해 피막 석출량이 극단적으로 적어지게 되어, 피막의 재현 신뢰도가 떨어지기 때문에 충분한 내식성과 도막 밀착성 등을 얻을 수 없는 문제점을 가지고 있는 실정이다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 산화가 용이한 금속기재의 표면에 대해 PEO처리로 부동태층(不動態層)을 형성시켜 줌과 함께 구조물 패턴(Pattern) 및 이종(異種) 금속층을 형성시켜 주는 표면처리를 통해서 제품의 내구성을 비롯한 내식성, 도막 밀착성 및 금속(Metal) 질감성 등을 더욱 향상시켜 줄 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 방법으로 금속기재의 표면의 어느 한쪽 또는 양쪽에 PEO처리로 부동태층을 형성시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 부동태층 위에 도막(塗膜)으로 하도 피막층을 형성시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 하도 피막층에 구조물 패턴(Pattern)을 형성시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 구조물 패턴 위에 상기 금속기재와 도전율이 다른 이종(異種) 금속층을 형성시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.

그리고, 상기 이종 금속층 위에 도막(塗膜)으로 탑(Top) 보호층을 형성시켜 주는 단계를 포함한 것을 그 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 과제를 해결하기 위한 또 다른 방법으로는 금속기재의 표면의 어느 한쪽 또는 양쪽에 PEO처리로 부동태층을 형성시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 구조물 패턴 위에 상기 금속기재와 열팽창율이 다른 이종(異種) 금속층을 형성시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 해결하고자 하는 과제에 대한 구성수단 및 다양한 과정들은 첨부한 도면에 나타난 다양한 일실시사례들의 상세한 설명을 통해서 보다 더 명백하여 질 것이다.

이와 같이 본 발명은 산화가 용이한 금속기재의 표면에 대해 PEO처리로 부동태층(不動態層)을 형성시켜 주는 표면처리를 통해서 제품의 내구성을 비롯한 내식성, 도막 밀착성 등을 향상시켜 주는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 금속기재는 그 표면에 대해 구조물 패턴(Pattern) 및 이종(異種) 금속층을 형성시켜 주는 것에 의해 제품의 금속(Metal) 질감성을 한층 더 높여 주는 또 다른 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 금속기재에 대한 표면처리가 이루어지는 상태를 개략적으로 나타낸 일실시사례 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1에 있어서, 금속기재에 대한 표면처리가 이루어진 상태를 개략적으로 나타낸 일실시사례 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속기재에 대한 표면처리 과정을 나타낸 일실시사례 플로우차트이다.

본 발명의 구체적인 실시사례를 설명함에 있어서 본 발명의 도면에 의해 도시되어 있고, 이에 따른 구성수단과 동작들은 적어도 하나의 일실시 사례로써 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심적인 구성수단 및 일실시 사례들이 제한받지는 않아야 할 것이다.

참고할 사항으로, 본 발명에서 설명되는 각 도면들에 부호를 표기함에 있어서 동일한 구성요소는 비록 다른 도면에 표기되더라도 동일한 부호를 부여하였음에 특히 유의하여야 할 것이다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 3에 나타낸 도면들을 참조하여 본 발명의 금속기재의 표면처리방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 금속기재(100)는 휴대폰이나 노트북 및 각종 전자기기를 비롯한 자동차, 항공기, 선박 등(이하 "실시대상 제품"이라 한다.)에 있어서 내외장재(內外裝材), 외장 케이스(Case), 하우징(Housing), 바디(Body), 파이프(Pipe) 등에 다양하게 적용되는 것으로, 이는 표면 산화가 용이한 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같은 소재를 포함하는 것을 그 특징으로 하되, 물론 본 발명의 상기 금속기재(100)는 위에 언급된 실시대상 제품 및 소재들로 한정되어서는 아니 될 것이다.

또한, 본 발명에 있어서 금속기재(100)는 상기 언급된 소재를 활용하여 다이캐스팅(Die Casting)이나 사출, 압출, 압연, 프레스 또는 연마(Etching) 등과 같은 다양한 가공방식으로 그 형상이 구비되는 것을 그 특징으로 한다.

더불어, 본 발명에 따른 금속기재(100)는 그 표면(101a, 101b)에 대해 부동태층(不動態層 ; 이를 "부동태(不動態)"라고도 한다.)(110a, 110b)을 형성시켜 주는 표면처리를 통해서 제품의 내구성을 비롯한 내식성, 도막 밀착성 등을 향상시켜 줄 수 있도록 한 것을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 부동태층(不動態層)(110a, 110b)이 형성된 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 대해 구조물 패턴(Pattern)(130) 및 이종(異種) 금속층(140)을 형성시켜 주는 것에 의해 제품의 금속(Metal) 질감성을 더욱 높여 줄 수 있도록 한 것을 그 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 금속기재(100)를 상기 언급된 실시대상 제품 등에 적용함에 있어서 통상적으로 표면(101a)은 외관 즉, 외측면 쪽을 의미하게 되고, 또 다른 표면(101b)은 내측면 쪽을 의미하게 된다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 금속기재(100)는 마그네슘(Mg) 단독이거나 또는 마그네슘(Mg)에 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 적어도 어느 하나 이상 선택된 마그네슘 합금을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 금속기재(100)는 알루미늄(Al) 단독이거나 또는 알루미늄(Al)에 Mg, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 적어도 어느 하나 이상 선택된 알루미늄 합금을 포함하여 구성될 수 있다.

더 나아가서, 본 발명에 있어서 상기 금속기재(100)에 대한 두께(t1)는 너무 얇게 할 경우에는 연마(Etching) 등을 통한 박막(薄膜) 가공의 어려움을 비롯하여, 후술(後述)되는 부동태층(110a, 110b)의 형성에도 어려움이 따르게 되고, 반면에 그 두께(t1)를 너무 두껍게 하면 가공성은 용이하나 중량감이나 부피 등이 커질 뿐만 아니라 실시대상 제품에 적용시에 소요 자재비를 불필요하게 증가시켜 주는 요인이 될 수 있다.

따라서, 본 발명은 금속기재(100)의 화학적, 물리적인 특성 및 가공성 등을 비롯하여 이를 사용하는 목적이나 용도 및 실시대상 제품 등에 따라 그 두께(t1)를 적합하게 선정하여 사용하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 본 발명에 따른 부동태층(110a, 110b)이 형성된 금속기재(100)에 대한 신뢰성 테스트 조건으로는 온도 60℃, 습도 90%에서 24시간 동안 실시되는 항온항습 테스트를 비롯하여, 온도 -40℃의 30분에서 80℃의 30분 동안까지 24사이클(Cycle)에 걸쳐 실시되는 냉온 열충격 테스트, 그리고 염수 5%에서 48시간 동안 실시되는 내염수 테스트에서 변형이나 변질이 없어야 하기 때문에 그 표면처리 기술이 무엇보다 중요시되고 있는 실정이다.

다음은 본 발명에 따른 과제를 해결하기 위한 구성수단 및 그 방법에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 그 일실시 사례를 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 첨부된 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일실시 사례로는 상기 언급된 가공방식에 의해 예컨데, 표면 산화가 용이한 마그네슘(Mg), 마그네슘 합금 또는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등으로 구비된 금속기재(100)에 대한 표면처리를 시켜주기 위한 수단으로 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)의 어느 한쪽 또는 양쪽에 대해 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation, 이를 "플라즈마 전해산화"라고도 하며, 이하 "PEO"라 한다.)처리로 부동태층(不動態層)(110a, 110b)을 형성시켜 주는 단계(S301)가 구비된다.

상기 언급된 PEO처리는 용액조(도시 생략함.)에 채워진 전해액(이를 "부동태액"이라고도 한다.)과 전기적으로 연결된 금속기재(100)에 전류를 흘려 플라즈마(Plasma)를 발생시켜 주기 위한 수단으로 별도의 전원공급부(도시 생략함.)를 통해서 상기 전해액에는 음극(-) 전원을 공급시켜 주고, 더불어 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에는 양극(+) 전원을 공급시켜 통전이 이루어지는 구성으로 된다.

이와 같이 본 발명은 부동태층(110a, 110b) 즉, 산화 피막층의 형성 중에 산화 피막 내부에서 상기 전해액과의 반응에 의해 생성된 가스(Gas) 예컨데, O₂ 또는 H₂는 국부적으로 형성된 강한 전류장(Current Field)에 의해 플라즈마(Plasma)가 발생되고, 이때 생성된 고온 에너지(Energy)가 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 순간 형성된 산화물을 융착시켜, 그 결과 마그네슘이나 마그네슘 합금, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 재질로 구비된 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에는 그 일실시 사례로써 MgO, Mg₃(PO₃)₂, Mg(OH)₂ 및 Mg₂AlO₄ 등과 같은 치밀하고 견고한 부동태층(110a, 110b)이 형성되는 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 산화 피막층의 형성과 통전에 기인하는 상기 전해액의 온도는 상온을 포함하여 주되, 더 나아가서 10 내지 80℃ 범위가 바람직하다.

또한, 상기 전원공급부에서 공급되는 PEO처리에 요구되는 전압은 통상 60V(볼트) 내외로 이루어지나, 이는 제품 즉, 금속기재(100)의 크기나 두께(t1) 또는 전해액의 종류 등에 따라 다소 그 차이가 있을 수 있으나, 그 전압은 30 내지 100V(볼트) 범위로 공급시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 PEO처리를 위한 반응 물질로 사용되는 전해액은 물의 중량을 기준으로 수산화나트륨(NaOH) 0.01 내지 30 중량부, 플루오르화나트륨(NaF) 0.01 내지 2 중량부, 희토류금속 파우더 0.01 내지 2.5 중량부, 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 0.01 내지 1 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆) 0.01 내지 5 중량부, 수산화암모늄(NH₄OH) 0.01 내지 2 중량부, 알루미늄 파우더 0.01 내지 1 중량부를 물에 혼합시켜 조성시켜 주거나, 또는 수산화나트륨(NaOH)과 인산나트륨(Na₃PO₄) 등을 사용하는 것을 그 특징으로 하나, 본 발명은 이에 한정하지 않는 것이 바람직할 것이다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)을 전해액에 접촉시켜 부동태층(110a, 110b)을 형성시켜 주기 위한 시간은 0.05 내지 30분인 것을 그 특징으로 한다.

예컨데, 상기 전해액에 금속기재(100)를 접촉(또는 "노출"이라고도 한다.)시켜 주는 시간을 0.05분 이하로 너무 짧게 할 경우에는 PEO처리가 제대로 수행되지 않음에 따른 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 부동태층(110a, 110b)이 치밀하게 형성되지 않을 우려가 있고, 반면에 30분 이상으로 너무 길게 할 경우에는 부동태층(110a, 110b)의 치밀도가 높아지는 장점은 있으나, 상기 부동태층(110a, 110b)의 형성 즉, 산화 피막처리를 위한 공정시간이 불필요하게 길어지게 되어 경제적인 낭비 요인으로 작용할 우려가 있기 때문에 본 발명은 0.05 내지 30분 범위에서 적합하게 선택하는 것이 바람직할 것이다.

이어서, 본 발명에 따른 상기 부동태층(110a) 위에는 후술(後述)되는 도막(塗膜)으로 하도 피막층(120a)을 형성시켜 주는 단계(S302)를 구비시켜 주는 것에 의해 상기 부동태층(110a)에 대한 요철을 평평하고 매끄럽게 메워 줌과 함께 방청성 등을 높여 주는 기능을 하게 된다.

더불어, 본 발명은 상기 부동태층(110b) 위에도 후술(後述)되는 도막(塗膜)으로 두께 0.2 내지 20㎛의 하도 피막층(120b)을 형성시켜 주는 것에 의해 마찬가지로 상기 부동태층(110b)에 대한 요철을 평평하고 매끄럽게 메워 줌과 함께 방청성 등을 높여 주도록 하는 것이 바람직할 것이다.

그리고, 상기 하도 피막층(120a)에는 물리적, 화학적인 수단에 의해 헤어라인(Hairline)이나 도형, 이미지(Image), 로고(Logo) 등과 같이 형상화시켜 이를 시각적으로 나타내 주는 다양한 형태의 구조물 패턴(Pattern)(130)을 형성시켜 주는 단계(S303)가 구비된다.

이때, 상기 하도 피막층(120a)에 형성되는 구조물 패턴(130)은 0.01 내지 20㎛ 깊이로 형성시킨 구성을 그 특징으로 한다.

또한, 이와는 달리 상기 구조물 패턴(130)은 부동태층(110a)과 하도 피막층(120a)에 걸쳐 0.01 내지 20㎛ 깊이로 어느 한쪽 또는 양쪽에 형성시킨 구성을 그 특징으로 한다.

예컨데, 상기 구조물 패턴(130)의 깊이를 0.01㎛ 이하로 얕게 형성시켜 줄 경우에는 육안 즉, 시각으로 구분이 너무 어려워 오히려 금속(Metal) 질감을 저하시킬 우려가 있고, 반면에 20㎛ 이상으로 깊게 형성시켜 줄 경우에는 자칫 금속기재(100)의 표면(101a)을 훼손시킬 우려가 있기에 이를 감안하여 본 발명은 0.01 내지 20㎛의 깊이로 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

한편, 상기 언급된 구조물 패턴(130)은 첨부된 도 1에 나타낸 바와 같이 산(131a)과 골(131b)이 동일하거나, 또는 비동일한 주기로 연속되게 형성시킨 헤어라인(Hairline)(131)을 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같이 구성된 상기 헤어라인(131)은 산(131a)과 골(131b)이 1cm 간격(L1) 내에 10 내지 400 주기로 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.

다시 말해서, 상기 헤어라인(131)에 있어서 산(131a)과 골(131b)을 1cm 간격(L1) 내에 10 주기 이하로 형성시켜 주게 되면, 이는 너무 엉성한 간격으로 인해 금속(Metal) 질감을 저하시켜 디자인성이 떨어질 우려가 있고, 반면에 산(131a)과 골(131b)을 1cm 간격(L1) 내에 400 주기 이상으로 조밀하게 형성시켜 줄 경우에는 금속(Metal) 질감이나 디자인성. 세련미 등은 우수하나, 이를 연마 또는 가공하기 위한 시간과 비용 등을 증가시켜 주는 요인으로 작용할 수 있기 때문에 이러한 점을 감안하여 1cm 간격(L1) 내에 200 주기 내외로 형성시켜 주는 것이 바람직하나, 본 발명에서는 10 내지 400 주기로 형성시켜 주는 것이 더 바람직할 것이다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 구조물 패턴(130)은 도시하지는 않았지만 동일하거나, 또는 비동일한 크기의 도형을 요와 철의 조합에 의해 하나 또는 그 이상으로 배치되도록 형성시킨 구성을 포함할 수 있다.

예컨데, 상기 도형에는 원형상, 삼각형상, 사각형상, 오각형상, 육각형상, 다이아몬드 형상 등 다양한 종류의 도형이 포함될 수 있으며, 이는 앞에서 열거된 도형들로 한정되어서는 아니 될 것이다.

더불어, 상기 도형에는 요 또는 철의 부분이 1㎠ 내에 4 내지 400개를 형성시킨 것을 그 특징으로 한다.

다시 말해서, 상기 요를 4개 이하로 형성시켜 주게 되면, 이 또한 너무 엉성한 구성으로 인해 금속(Metal) 질감을 저하시켜 디자인성이 떨어질 우려가 있을 수 있으며, 반면에 상기 요를 400개 이상으로 조밀하게 너무 많이 형성시켜 줄 경우에는 금속(Metal) 질감이나 디자인성, 세련미 등이 우수한 장점은 있으나, 이를 연마 또는 가공하기 위한 시간과 비용 등을 증가시켜 주는 요인으로 작용할 수 있기 때문에 이러한 점을 감안하여 200 개 내외로 형성시켜 주는 것이 바람직하나, 본 발명에서는 4개 내지 400개로 형성시켜 주는 것이 더 바람직할 것이다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 구조물 패턴(130)은 도시하지는 않았지만 이미지(Image)를 요와 철의 조합에 의해 하나 또는 그 이상으로 배치되도록 형성시킨 구성을 포함할 수 있다.

예컨데, 상기 이미지에는 꽃이나 잎, 나무 등과 같은 식물을 비롯하여 나비, 벌 등과 같은 곤충이 포함될 수 있고, 또한 개나 돼지 등과 같은 동물도 포함되며, 또한 인물이나 초상화 등을 포함할 수 있으며. 물론 앞에서 열거된 이미지들로 한정되어서는 아니 될 것이다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 구조물 패턴(130)은 도시하지는 않았지만 로고(Logo)를 요와 철의 조합에 의해 하나 또는 그 이상으로 배치되도록 형성시킨 구성을 포함할 수 있다.

예컨데, 상기 로고에는 기업체명이나 학교명, 학원명, 상점명, 동호회명, 지방자치단체명 등을 포함하되, 더 나아가서 사람 이름이나 명함 등도 포함될 수 있으며, 이 또한 앞에서 열거된 로고들로 한정되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 구조물 패턴(130)은 도시하지는 않았지만 금속 질감 및 디자인 감각을 더욱 잘 살려주기 위한 수단으로 앞에서 언급된 헤어라인(131)을 기본 바탕으로 하여 도형, 이미지, 로고 중에서 선택된 어느 하나를 요와 철의 조합에 의해 형성시켜 주거나, 또는 도형, 이미지, 로고 중에서 적어도 둘 이상을 선택하여 요와 철의 조합에 의해 형성시켜 주는 구성을 포함할 수 있다.

이때, 상기 도형, 이미지, 로고를 헤어라인(131)이 형성된 금속기재(100)의 표면(101a)으로부터 0.01 내지 0.6mm의 높이로 돌출되게 형성시켜 주는 구성에 의해 상기 헤어라인(131)과 차별화시켜 주도록 하는 것이 바람직할 것이다.

더 나아가서, 상기 돌출 형성된 도형, 이미지, 로고 등에 대해서는 그 표면(도시 생략함.)에 대해 경면(鏡面)처리하거나, 또는 해칭(Hatching)처리하여 상기 헤어라인(131)과 차별화는 물론 시각적인 감각을 더욱 잘 나타내 주도록 하는 것이 바람직할 것이다.

예컨데, 상기 도형, 이미지, 로고에 대한 그 돌출 높이를 0.01mm 이하로 형성시켜 주게 되면 기본 바탕으로 형성된 헤어라인(131)에 대비하여 뚜렷한 차별화가 되지 않기 때문에 시각적인 감각을 떨어뜨릴 우려가 있고, 반면에 0.6mm 이상으로 너무 높게 형성시켜 주게 되면 상기 헤어라인(131)에 대비하여 시각적인 차별화 효과는 우수하나 심한 돌출로 인한 금속기재(100)의 표면(101a)이 훼손될 우려가 있을 수 있기 때문에 이를 감안하여 본 발명에서는 0.01 내지 0.6mm의 높이로 돌출 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

그리고, 본 발명에 있어서 앞에서 언급된 구조물 패턴(130)에 포함된 요와 철은 음각과 양각으로도 표현 내지는 형성될 수 있음이 자명(自明)할 것이다.

한편, 상기 구조물 패턴(130) 위에는 구조물 패턴(130)을 보호하고, 더 나아가서는 금속기재(100)에 대한 내구성 및 내식성 등의 향상은 물론 금속(Metal) 질감을 높여 주기 위한 수단으로 상기 금속기재(100)와 도전율 또는 열팽창률이 다른 도전성의 이종(異種) 금속층(140)을 형성시켜 주는 단계(S304)를 구비시켜 주되, 이때 상기 이종 금속층(140)은 실시대상 제품의 종류나 특성에 따라 한층 또는 다층으로 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

이때, 본 발명에 따른 상기 이종 금속층(140)의 두께는 0.1㎛ 내외로 형성시켜 주는 것이 바람직하나, 이 또한 실시대상 제품의 종류나 특성 등에 따라 그 두께를 0.01 내지 2㎛로 형성시켜 주는 것이 더 바람직할 것이다.

다시 말해서, 상기 이종 금속층(140)의 두께를 0.01㎛ 이하로 얇게 형성시켜 주게 되면 구조물 패턴(130)에 대한 금속(Metal) 질감성이나 디자인성, 세련미 등은 우수하나 보호성이 떨어질 우려가 있고, 반면에 그 두께를 2㎛ 이상으로 두껍게 형성시켜 주게 되면 구조물 패턴(130)에 대한 보호성은 우수하나 금속(Metal) 질감성이나 디자인성, 세련미 등이 떨어질 우려가 있기 때문에 본 발명에서는 이러한 점을 감안하여 0.01 내지 2㎛ 범위의 두께로 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 상기 이종 금속층(140)은 금속기재(100)가 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 구비될 경우에는 도전성 금속 즉, 상기 금속기재(100)와는 도전율 또는 열팽창률이 다른 Al이나 Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 10^-3 내지 10^-6Torr의 진공챔버(Chamber)(이를 "진공 분위기"라고도 한다.)에서 증착 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 이와는 달리 상기 이종 금속층(140)은 금속기재(100)가 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구비될 경우에는 도전성 금속 즉, 상기 금속기재(100)와는 도전율 또는 열팽창률이 다른 Mg나 Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 10^-3 내지 10^-6Torr의 진공챔버(Chamber)(이를 "진공 분위기"라고도 한다.)에서 증착 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.

그리고, 상기 이종 금속층(140)을 형성시켜 주기 위한 증착 수단으로는 플라즈마(Plasma)에 의한 스퍼터링(Sputtering) 증착법을 비롯하여 전자빔(Electron Beam) 증착법, 열(Thermal) 증착법, 이온플레이팅(Ion Plating) 증착 법 등을 사용하여 이루어지는 것도 가능하나, 이는 앞에서 열거한 사례들로 제한받지는 않아야 할 것이다.

한편, 상기 이종 금속층(140)은 금속기재(100)가 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 구비될 경우에 있어서 도전성 금속 즉, 상기 금속기재(100)와는 도전율 또는 열팽창률이 다른 Al이나 Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 대기 중에서 습식 도금으로 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 이와는 달리 상기 이종 금속층(140)은 금속기재(100)가 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구비될 경우에 있어서 도전성 금속 즉, 상기 금속기재(100)와는 도전율 또는 열팽창률이 다른 Mg나 Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 대기 중에서 습식 도금으로 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.

그리고, 상기 이종 금속층(140)을 형성시켜 주기 위한 수단으로는 상기 언급된 습식 도금법 외에 양극산화 피막처리법 등을 사용하여 이루어지는 것도 가능하나, 이 또한 앞에서 열거한 사례들로 제한받지는 않아야 할 것이다.

더불어, 본 발명에 따른 상기 이종(異種) 금속층(140) 위에는 두께 0.2 내지 20㎛의 도막(塗膜)으로 탑(Top) 보호층(150)을 형성시켜 주는 단계(S305)를 포함하여 구비된 것을 그 특징으로 한다.

이때, 상기 언급된 탑(Top) 보호층(150)은 실시대상 제품의 종류나 특성 등에 따라 한층 또는 다층으로 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 하되, 이로 인해 금속기재(100)를 강한 자외선으로부터 변질을 보호함과 함께 표면(101a)의 긁힘을 방지하고, 더 나아가서는 내지문성과 함께 내구성, 내식성 및 방청성 등을 향상시켜 주는 작용을 하게 된다.

한편, 본 발명은 앞에서 언급된 하도 피막층(120a, 120b)을 비롯한 탑(Top) 보호층(150)은 투명 또는 유색수지(이를 "칼라(Color)수지"라고도 한다.) 등으로 조성된 도료(塗料)를 포함하여 도막(塗膜)으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 하도 피막층(120a, 120b), 탑(Top) 보호층(150)은 금속기재(100)에 다양한 색상을 부여하거나, 또는 금속(Metal) 질감성을 높여 주기 위한 수단으로 백색 또는 유색의 안료물질 등으로 구성된 도료(塗料)를 포함하여 도막(塗膜)으로 형성될 수 있다.

더 나아가서, 본 발명에 따른 상기 안료물질에는 친환경 차원에서 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 티타늄, 철, 크롬 등과 같은 광물성의 천연 무기안료를 적어도 1종 이상 포함시켜 주는 것에 의해 상기 금속기재(100)로 하여금 강한 자외선으로부터 저항력을 더욱 강화시켜 줌과 함께 탈색이나 변색되는 현상을 방지하여 주는 내후성을 가질 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

예컨데, 상기 안료물질 중에서 백색안료에는 화학적 성질이 안정되고 독성이 없으며, 특히 산이나 안칼리에 대한 저항성 및 착색력, 은폐력이 강한 굴절율이 2.50 내지 2.75 범위의 TiO₂(이산화티타늄)를 포함하되, 이는 앞에서 열거된 사례들로 제한받지는 않아야 할 것이다.

또한, 상기 안료물질 중에서 유색안료에는 굴절율이 1.8 이상인 ZrO₂(지르코니아), ZnO(산화아연), BiOCl(산화염화비스무스) 또는 굴절율이 1.8 이하인 SiO₂(이산화규소), MgF₂(불화마그네슘), Al₂O₂(알루미나) 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상 포함하되, 이 또한 앞에서 열거된 사례들로 제한받지는 않아야 할 것이다.

그리고, 상기 유색안료 중에는 카본블랙(Carbon Black)이나 크롬 옥사이드 그린(Chromium Oxide Green) 등을 비롯한 인체에 무해하고 무독성을 가진 예컨데 블랙(Black), 레드(Red), 블루(Blue), 핑크(Pink), 바이올렛(Violet), 옐로우(Yellow) 등과 같은 다양한 색상을 구현할 수 있는 안료물질들을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같이 상기 하도 피막층(120a, 120b), 탑(Top) 보호층(150)을 형성시켜 주기 위한 수단으로는 상기 언급된 도료(塗料)를 사용하여 전착도장법이나 합성수지도장법, 분체도장법, 정전도장법 중에서 선택된 어느 하나에 의해 도막(塗膜)처리로 균일하게 형성시켜 주는 것이 바람직하나, 이 또한 앞에서 열거된 사례들로 제한받지는 않아야 할 것이다.

더불어, 본 발명에 있어서 상기 하도 피막층(120a, 120b), 탑(Top) 보호층(150)의 두께를 0.2㎛ 이하로 형성시켜 줄 경우에는 특히, 이종 금속층(140)에 대한 금속(Metal) 질감성을 잘 살려 주는 장점은 있으나, 이는 도막의 두께가 너무 얇기 때문에 금속기재(100)의 보호성 즉, 내구성 및 내식성 등이 떨어질 우려가 있고, 반면에 그 두께를 20㎛ 이상으로 두껍게 형성시켜 줄 경우에는 금속기재(100)의 보호성은 우수하나 이종 금속층(140)에 대한 금속(Metal) 질감성을 저하시 킬 우려가 있을 수 있는 것이다.

따라서, 상기 하도 피막층(120a, 120b), 탑(Top) 보호층(150)의 두께는 금속기재(100)의 물리적, 화학적인 특성을 비롯하여 이를 사용하는 목적이나 용도 등에 따라 그 두께를 0.2 내지 20㎛ 범위에서 너무 얇거나 두껍지 않도록 적합하게 선택하여 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 PEO처리로 형성되는 부동태층(110a, 110b)의 두께는 0.001 내지 2㎛로 형성시켜 주는 것이 바람직하다.

또한, 이와는 달리 본 발명에 따른 부동태층(110a, 110b)의 두께는 0.001 내지 2㎛로 형성시켜 주는 것이 바람직하다.

더 나아가서, 본 발명은 0.2 내지 20㎛로 형성되는 하도 피막층(120a, 120b) 두께의 0.005 내지 3배에 해당하는 즉, 0.00l 내지 60㎛로 형성시켜 주는 구성을 그 특징으로 한다.

다시 말해서, 본 발명에 있어서 상기 부동태층(110a, 110b)의 두께를 0.001㎛ 이하로 얇게 형성시켜 줄 경우에는 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 대한 훼손이 적은 장점은 있으나, 이는 산화 피막(또는 "산화막"이라고도 한다.)이 너무 얇게 형성되기 때문에 제품의 내구성 및 내식성 등이 떨어질 우려가 있고, 반면에 그 두께를 60㎛ 이상으로 두껍게 형성시켜 줄 경우에는 제품의 내구성 및 내식성 등은 우수하나, 자칫 박막으로 구비된 금속기재(100)가 심하게 훼손될 우려가 있을 수 있음에 유의하여야 학 석이다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 부동태층(110a, 110b)의 두께는 금속기재(100)의 재질 즉, 마그네슘이나 마그네슘 합금, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등을 비롯하여 전해액의 농도 예컨데, 전해질의 조성 상태나 온도, PEO처리에 요구되는 전압 및 전류조건, 그리고 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)을 전해액에 접촉시켜 주는 시간 등에 따라 달라질 수 있음을 감안하여, 그 두께를 0.001 내지 60㎛ 범위에서 너무 얇거나 두껍지 않도록 적합하게 선택하여 형성시켜 주는 것이 더 바람직할 것이다.

이와 같이 형성된 본 발명의 부동태층(110a, 110b)은 금속기재(100)에 대한 내식성의 향상과 함께 이종(異種) 금속층(140)을 비롯한 도장(塗裝)을 기반으로 하는 하도 피막층(120a, 120b), 탑(Top) 보호층(150) 등의 형성시에 이종 금속이나 도막(塗膜)의 흡착력 즉, 도막 밀착성 등을 향상시켜 주는 작용을 하게 된다.

한편, 본 발명은 상기 금속기재(100)를 PEO처리 하기 전에 탈지 및 세정공정을 거쳐서 그 표면(101a, 101b)에 묻은 이물질들을 충분하게 제거시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

다시 말해서, 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 이물질이 묻어 있을 경우에는 부동태액이 전체적으로 균일하게 묻지 않기 때문에 결국, 치밀하고 안정된 부동태층(110a, 110b)의 형성에 나쁜 영향을 미치게 될 수 있는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위에서 다양한 변경과 수정 등이 가능함을 자명하게 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 언급된 바와 같은 다양한 일실시사례들에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 특허청구 범위에 의하여 정해져야 함이 바람직할 것이다.

100 : 금속기재
101a, 101b : 표면
110a, 110b : 부동태층
120a, 120b : 하도 피막층
130 : 구조물 패턴(Pattern)
131 : 헤어라인(Hairline)
131a : 산
131b : 골
140 : 이종 금속층
150 : 탑(Top) 보호층

Claims

금속기재(100)의 표면(101a, 101b)의 어느 한쪽 또는 양쪽에 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation)처리로 부동태층(不動態層)(110a, 110b)을 형성시켜 주는 단계(S301);
상기 부동태층(110a) 위에 도막(塗膜)으로 하도 피막층(120a)을 형성시켜 주는 단계(S302);
상기 하도 피막층(120a)에 구조물 패턴(Pattern)(130)을 형성시켜 주는 단계(S303);
상기 구조물 패턴(130) 위에 상기 금속기재(100)와 도전율이 다른 이종(異種) 금속층(140)을 형성시켜 주는 단계(S304);
상기 이종 금속층(140) 위에 도막(塗膜)으로 탑(Top) 보호층(150)을 형성시켜 주는 단계(S305)를 포함한 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
금속기재(100)의 표면(101a, 101b)의 어느 한쪽 또는 양쪽에 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation)처리로 부동태층(不動態層)(110a, 110b)을 형성시켜 주는 단계(S301);
상기 부동태층(110a) 위에 도막(塗膜)으로 하도 피막층(120a)을 형성시켜 주는 단계(S302);
상기 하도 피막층(120a)에 구조물 패턴(Pattern)(130)을 형성시켜 주는 단계(S303);
상기 구조물 패턴(130) 위에 상기 금속기재(100)와 열팽창율이 다른 이종(異種) 금속층(140)을 형성시켜 주는 단계(S304);
상기 이종 금속층(140) 위에 도막(塗膜)으로 탑(Top) 보호층(150)을 형성시켜 주는 단계(S305)를 포함한 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부동태층(110a, 110b)의 두께는 하도 피막층(120a) 두께의 0.005 내지 3배인 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하도 피막층(120a)에 형성되는 구조물 패턴(130)은 0.01 내지 20㎛ 깊이로 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구조물 패턴(130)은 부동태층(110a)과 하도 피막층(120a)에 걸쳐 0.01 내지 20㎛ 깊이로 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종 금속층(140)은 금속기재(100)가 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 구비되면 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 10^-3 내지 10^-6Torr의 진공 분위기에서 증착 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종 금속층(140)은 금속기재(100)가 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구비되면 Mg, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 10^-3 내지 10^-6Torr의 진공 분위기에서 증착 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종 금속층(140)은 금속기재(100)가 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 구비되면 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 대기 중에서 습식 도금으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종 금속층(140)은 금속기재(100)가 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구비되면 Mg, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 대기 중에서 습식 도금으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 이종 금속층(140)의 두께는 0.01 내지 2㎛로 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.