KR20170012840A - 표면경도가 증진된 알루미늄복합재와 이에 대한 가공방법 - Google Patents

표면경도가 증진된 알루미늄복합재와 이에 대한 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시 예는 알루미늄 기재 위에 제1코팅층, 제2코팅층을 형성하고, 그 위에 나노세라믹층 또는 내지문층을 형성하여, 표면경도를 증진시키고 색상에 의한 미감을 부여하며 항균 또는 내지문성 등의 기능성을 구비하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 표면경도가 증진된 알루미늄복합재는 알루미늄 재질로 된 기재, 상기 기재의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)에 의해 형성되는 제1코팅층, 상기 제1코팅층 위에 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 형성되는 제2코팅층 및 상기 제2코팅층 위에 나노세라믹코팅으로 형성되는 나노세라믹층을 포함한다.

Description

표면경도가 증진된 알루미늄복합재와 이에 대한 가공방법{Aluminum composite material with improved surface hardness and method for manufacturing the same}
본 발명은 표면경도가 증진된 알루미늄복합재와 이에 대한 가공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 기재 위에 제1코팅층, 제2코팅층을 형성하고, 그 위에 나노세라믹층 또는 내지문층을 형성하여, 표면경도를 증진시키고 색상에 의한 미감을 부여하며 항균 또는 내지문성 등의 기능성을 구비하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 내부 인테리어를 위한 내장재는 경질의 기재와 연질의 표피지로 구성되며, 그 재질로서 기재는 주로 폴리프로필렌(PP)나 우드화이버(wood fiber) 또는 레진펠트(resin felt) 등을 사용하고, 표피지로는 폴리비닐클로라이드(PVC) 필름지나 폴리에틸렌 폼(PE foam) 등을 사용하고 있다. 그리고 최근에는 자동차의 고급화에 따라 내장재 기재를 먼저 사출 성형한 후 기재 표면에 나무 무늬 등 화려한 모양이 인쇄된 필름을 표면 열 접합 방법으로 라미네이팅(laminating)하거나, 이러한 필름을 사출 금형 내부에 인서트 하여 기재 성형과 함께 기재 표면에 일체화한 우드 그레인(wood grain) 등이 널리 보급되고 있다.
자동차용 내장재는 대쉬보드, 오디오데크, 기어변속부, 도어트림, 리어셀프, 인스트루먼트 판넬, 필러 등에 사용된다. 그리고 자동차용 내장재는 미려한 미감을 주어야 할 뿐만 아니라, 승차 인원의 안전 및 위생을 고려하여 선택되어야 하고, 또 최근의 연비 절감 시류에 맞추어 경량으로 형성되는 것이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0426375호(발명의 명칭: 자동차용 내장재 마감 패널 및 그 제조방법, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는, 소정의 요구된 형상을 갖도록 사출성형된 수지성형물 및 상기 수지성형물의 외표면과 측면의 형상에 대응되는 형상으로 가공되어 상기 수지성형물의 외표면과 측면에 접촉 배치되게 결합되며, 외표면에 소정의 모양이 인쇄된 금속 판형소재를 포함하는 자동차용 내장재 마감 패널이 개시되어 있다.
상기 종래기술1과 같이 금속 판형소재로 알루미늄을 사용하는 경우, 일반적으로 아노다이징(Anodizing)을 통하여 산화 알루미늄 피막을 형성하는 표면처리를 하게 되는데, 아노다이징(Anodizing)을 한 알루미늄 소재를 프레스 가공하면 표면에 미세한 파단이 발생하고, 성형된 알루미늄을 아노다이징(Anodizing)하면 공정이 복잡해지는 제1문제점을 갖는다.
또한 상기 종래기술1은, 금속 판형소재에 대해서 별다른 코팅층을 형성하지 않으므로, 금속 판형소재로 알루미늄을 사용하는 경우 낮은 표면경도로 인해 스크래치 등에 대한 내성이 부족하다는 제2문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 알루미늄 재질로 된 기재, 상기 기재의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)에 의해 형성되는 제1코팅층, 상기 제1코팅층 위에 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 형성되는 제2코팅층 및 상기 제2코팅층 위에 나노세라믹코팅으로 형성되는 나노세라믹층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1코팅층 또는 상기 제2코팅층은, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 나노세라믹층은, 내지문성 또는 항균성을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 나노세라믹층은, 습식코팅의 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 나노세라믹층은, 유무기하이브리드층일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 나노세라믹층은, 상기 제2코팅층의 색상을 선명하게 하기 위해, 유무기하이브리드 소재에 무기안료가 더 구비된 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 기재의 두께는, 0.2 이상 2.0 밀리미터(mm) 이하일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1코팅층 또는 상기 제2코팅층의 두께는, 0.01 이상 1.0 마이크로미터(μm) 이하일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 나노세라믹층의 두께는, 1.0 이상 5.0 마이크로미터(μm) 이하일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 알루미늄 재질로 된 기재, 상기 기재의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)에 의해 형성되는 제1코팅층, 상기 제1코팅층 위에 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 형성되는 제2코팅층 및 상기 제2코팅층 위에 산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2)으로 형성되는 내지문층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 내지문층은, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 상기 기재의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)으로 상기 제1코팅층을 형성하는 단계, (ⅱ) 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 상기 제1코팅층 위에 상기 제2코팅층을 형성하는 단계 및 (ⅲ) 나노세라믹코팅으로 상기 제2코팅층 위에 상기 나노세라믹층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅰ)단계 또는 상기 (ⅱ)단계는, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅲ)단계는, 습식코팅의 방법으로 수행될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 상기 기재의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)으로 상기 제1코팅층을 형성하는 단계, (ⅱ) 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 상기 제1코팅층 위에 상기 제2코팅층을 형성하는 단계 및 (ⅲ) 상기 제2코팅층 위에 산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2)으로 상기 내지문층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅰ)단계 내지 상기 (ⅲ)단계는, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명은, 알루미늄 소재의 표면에 증착이나 나노세라믹코팅 등에 의한 코팅층을 형성하여, 코팅층 형성으로 표면처리가 된 알루미늄 소재를 프레스 가공으로 성형하는 경우에 표면에 미세한 파단이 발생하지 않고, 성형된 알루미늄에 아노다이징((Anodizing)과 같은 별도의 표면처리가 필요치 않아 공정이 복잡하지 않은 제1효과를 갖는다.
또한 본 발명은, 칼라코팅으로 형성된 제2코팅층의 입자와 나노세라믹코팅으로 형성된 나노세라믹층의 입자 간 결합력이 우수하여, 본 발명의 알루미늄복합재가 높은 표면경도를 갖는 제2효과를 갖는다.
또한 본 발명은, 외부에 노출되는 면이 항균성 또는 내지문성 등을 구비하는 제3효과를 갖는다.
또한 본 발명은, 일반적으로 사용되는 합성수지로 된 표피지를 사용하지 않아, 폐차 등의 이유로 차량 내부 자재를 연소하는 경우, 오염물질을 최소화하여 친환경적이라는 제4효과를 갖는다.
또한 본 발명은, 자동차 유리창 주위의 몰딩 등을 금속재질로 형성하는 경우 고가의 비용이 소비되었던 기존의 기술에 대비하여, 비용 측면에서 상당히 저렴하다는 제5효과를 갖는다.
그리고 본 발명은, 자동화된 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에 의해 알루미늄복합재를 가공함으써, 대량 생산이 가능하다는 제6효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄복합재의 단면 모식도이다.
도2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 알루미늄복합재의 단면 모식도이다.
도3은 싱글챔버장비에서 이루어지는 본 발명인 알루미늄복합재 가공방법의 실시 예를 나타내는 모식도이다.
도4는 더블챔버장비에서 이루어지는 본 발명인 알루미늄복합재 가공방법의 실시 예를 나타내는 모식도이다.
도5는 트리플챔버장비에서 이루어지는 본 발명인 알루미늄복합재 가공방법의 실시 예를 나타내는 모식도이다.
도6은 본 발명인 알루미늄복합재의 습식코팅공정에 대한 실시 예를 나타내는 모식도이다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄복합재 가공방법의 흐름도이다.
도8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 알루미늄복합재 가공방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄복합재의 단면 모식도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 표면경도가 증진된 알루미늄복합재는, 알루미늄 재질로 된 기재(100), 기재(100)의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)에 의해 형성되는 제1코팅층(110), 제1코팅층(110) 위에 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 형성되는 제2코팅층(120) 및 제2코팅층(120) 위에 나노세라믹코팅으로 형성되는 나노세라믹층(130)을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 제1코팅층(110)이 크롬(Cr)이나 질화크롬(CrN)에 의해 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 그 외의 크롬(Cr)화합물이나 크롬(Cr)합금으로 이루어진 코팅층일 수도 있다.
제1코팅층(110)은, 크롬(Cr)이나 질화크롬(CrN)에 의해 표면의 경도를 증진시킴과 동시에 금속화합물의 제2코팅층(120)이 연성이 강한 알루미늄 표면에 안정적으로 고정되도록 지지하는 기능을 한다.
제1코팅층(110) 또는 제2코팅층(120)은, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 형성될 수 있다.
스퍼터링(Sputtering)은 진공증착법의 일종으로 비교적 낮은 진공도에서 플라스마를 발생시켜 이온화한 아르곤(Ar) 등의 가스를 타깃에 충돌시켜 목적의 원자를 분출, 그 근방에 있는 기재(100) 상에 막을 만드는 방법을 말한다. 합금의 스퍼터링(Sputtering)에서는 거의 합금의 조성대로 막을 형성할 수 있는 장점이 있으므로, 알루미늄 재질로 된 기재(100)에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)으로 제1코팅층(110)을 형성하는 경우에 적합할 수 있다.
스퍼터링(Sputtering) 변수 중에서 인가전력(파워), 기재(100)온도, 작업압력 및 증착시간은 코팅층의 상을 결정하는 중요한 변수일 수 있다.
인가전력(파워)에 의해 가속전압이 결정되며 가속전압은 기재(100)에 충돌하는 이온에너지를 증가시킬 수 있다. 충돌하는 이온에너지가 100eV를 넘어서면 스퍼터링율과 이온에너지가 비례하면서 증가하다가 10keV정도의 에너지 이상에서 더 이상 증가를 멈추는 구간이 나타날 수 있다.
기재(100)온도는 스퍼터링율과 직접적인 관계는 없으나, 스퍼터된 입자들이 기재(100)에 들어왔을 때 적당한 온도가 유지되고 있다면 입자들이 에너지를 얻어서 기재(100)표면 위에서 이동도가 증가하여 안정한 클러스터를 형성하게 될 수 있다. 150℃ 내지 450℃의 범위가 바람직하며, 너무 고온에서는 기재(100)표면에서 재증발 및 리스퍼터링 현상이 나타날 수 있다.
작업압력은 챔버 내의 진공의 정도를 의미하며, 작업압력이 낮아 진공의 정도가 커서 방해물질이 적으면 밀도가 높은 코팅층을 형성할 수 있고, 작업압력이 높아 진공의 정도가 작아서 방해물질이 상대적으로 많으면 밀도가 낮은 코팅층을 형성할 수 있다. 금속 기재(100)를 사용하고, 방전용 기체 아르곤(Ar)이며, 작업압력이 10-2 torr 정도라면, 가속전압이 350V 내지 400V범위에서 방전이 가능할 수 있다. 바람직하게는 작업압력은 10- 3 에서 10- 1 까지의 범위 내일 수 있다.
증착시간이 증가할수록 코팅층의 두께는 그에 대해 그래프상 직선적으로 비례하여 증가할 수 있다. 그리고 코팅층의 두께의 변화에 따라 코팅층의 광학적, 전기적, 기계적 특성이 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 제1코팅층(110) 또는 제2코팅층(120)이 스퍼터링(Sputtering) 방법에 의해 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 물리증착(PVD)이나 화학증착(CVD) 또는 열분사표면처리(HVOD) 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.
제2코팅층(120)은, 제1코팅층(110) 위에 형성되어 칼라를 부여하는 기능을 하며, 또한 표면강도를 증진시키는 역할을 한다.
제2코팅층(120)은 다양한 색상을 구현하기 위하여 질화티타늄(TiN, 금색), 탄화티타늄(TiC, 회색 계열), 탄화질화티타늄(TiCN, 동색) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN, 적색) 등의 입자로 형성되며, 강도가 우수한 티타늄(Ti)화합물의 특성에 의해 본 발명인 알루미늄복합재의 표면강도를 증진시킨다.
나노세라믹층(130)은, 습식코팅의 방법으로 형성될 수 있다.
나노세라믹층(130)은 습식코팅이 된 후, 복수 개의 건조부를 순처적으로 거치며 점진적으로 건조될 수 있으며, 복수 개의 건조부는 각각 다른 범위의 온도를 가질 수 있다.
나노세라믹층(130)은, 유무기하이브리드층일 수 있다.
나노세라믹층(130)의 소재에 있어서 무기 소재, 유기 소재, 유무기하이브리드 소재 등 다양한 소재를 적용할 수 있고, 바람직하게는 유무기하이브리드 소재를 적용할 수 있다. 유무기하이브리드소재의 경우, 무기소재와 고분자유기물이 함께 적용되는 소재인데, 접착성을 증진시킬 수 있어, 코팅층의 내구성을 확보하는데 유리하다.
나노세라믹층(130)은 내지문성 또는 항균성을 구비할 수 있다.
나노세라믹층(130)이 항균성을 가지는 경우, 무기성 항균제를 이용할 수 있는데, 특히 무기금속항균제인 경우, 수분, 균, 박테리아, 유기물질의 흡착이 가능한 제올라이트, 실리카 등의 비표면적이 큰 다공성물질(무기담체)에 항균활성을 갖는 칼슘, 구리, 마그네슘, 아연 등의 금속이온을 치환시켜 습식코팅 할 수 있다.
나노세라믹층(130)이 내지문성을 가지는 경우, 지문이 묻는 것을 방지하는 것은 물론 지문이 잘 닦이거나 지문이 묻더라도 잘 보이지 않게 하는 성질을 모두 의미하는 것이며, 내지문코팅층으로 발수성 또는 발유성의 불소를 포함하는 피막, 발수성 실리콘 수지 골격을 포함하는 피막 등이 채용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 제품의 용도에 따라 다양한 코팅 재료가 사용될 수 있다. 특히, 불소계 화합물은 5~6dyne/cm 정도의 매우 낮은 표면에너지를 가져 발수와 발유성, 내약품성, 윤활성, 이형성 및 방오성 등의 기능성을 발현하며, 나아가, 분자간의 인력이 작아서 표면장력이 낮고 기재(100)표면에 퍼지기 쉬운 특징을 가져 발수성이 뛰어나다. 물론, 실리콘 화합물과 불소계 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기의 항균성과 내지문성은 함께 형성될 수도 있다.
제2코팅층(120)과 나노세라믹층(130)이 서로 맞닿도록 코팅층을 형성했을 때 전자기적으로 입자 간 결합력이 증가하는 특성이 있어, 제2코팅층(120)과 나노세라믹층(130)은 순차적으로 코팅이 된 후 시너지 효과를 발휘하여 본 발명인 알루미늄복합재의 표면경도가 증가할 수 있다.
나노세라믹층(130)은, 제2코팅층(120)의 색상을 선명하게 하기 위해, 유무기하이브리드 소재에 무기안료가 더 구비된 소재로 형성될 수 있다.
제2코팅층(120)이 스퍼터링(Sputtering)되면 색상이 다소 덜 선명할 수 있기 때문에, 나노세라믹층(130)에 무기안료가 포함되게 하여 칼라코팅을 보완할 수 있고, 또한 무기안료에 의해 자외선 등에 의한 변형을 예방할 수 있다.
기재(100)의 두께는, 0.2 이상 2.0 밀리미터(mm) 이하일 수 있다.
기재(100)의 두께가 0.2 밀리미터(mm) 미만이면, 진공증착을 수행할 때 열에너지 또는 플라스마 에너지에 의해 소재에 변형이 발생하거나 연성 등의 물성이 변할 수 있다. 그리고 기재(100)의 두께가 2.0 밀리미터(mm) 초과이면, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에 부적합할 수 있다.
제1코팅층(110) 또는 제2코팅층(120)의 두께는, 0.01 이상 1.0 마이크로미터(μm) 이하일 수 있다.
제1코팅층(110)의 두께가 0.01 마이크로미터(μm) 미만이면, 크롬(Cr)이나 질화크롬(CrN)에 의해 표면의 경도를 증진시키기 부족하게 될 수 있다. 그리고 제1코팅층(110)의 두께가 1.0 마이크로미터(μm) 초과이면, 금속화합물의 제2코팅층(120)이 연성이 강한 알루미늄 표면에 안정적으로 고정되도록 지지하는 기능이 저하될 수 있다.
제2코팅층(120)의 두께가 0.01 마이크로미터(μm) 미만이면, 요구되는 색감이 형성되지 않고, 나노세라믹층(130)과의 입자 간 결합력이 부족할 수 있다. 그리고 제2코팅층(120)의 두께가 1.0 마이크로미터(μm) 초과이면, 코팅층이 형성된 알루미늄복합재를 프레스 성형 등으로 가공하는 경우 미세한 파단 등이 발생할 수 있다.
나노세라믹층(130)의 두께는, 1.0 이상 5.0 마이크로미터(μm) 이하일 수 있다.
나노세라믹층(130)의 두께가 1.0 마이크로미터(μm) 미만이면, 항균성, 내지문성 등의 기능이 저하되고, 제2코팅층(120)과의 입자 간 결합력이 부족할 수 있다. 그리고 나노세라믹층(130)의 두께가 5.0 마이크로미터(μm) 초과이면, 코팅층이 형성된 알루미늄복합재를 프레스 성형 등으로 가공하는 경우, 미세한 파단 등이 발생할 수 있고, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에 부적합할 수 있다.
도2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 알루미늄복합재의 단면 모식도이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 표면경도가 증진된 알루미늄복합재는, 알루미늄 재질로 된 기재(100), 기재(100)의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)에 의해 형성되는 제1코팅층(110), 제1코팅층(110) 위에 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 형성되는 제2코팅층(120) 및 제2코팅층(120) 위에 산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2)으로 형성되는 내지문층(140)을 포함하여 이루어질 수 있다.
내지문층(140)은, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 형성될 수 있다.
내지문층(140)은, 지문이 묻는 것을 방지하는 내지문성의 기능을 구비할 수 있다.
내지문성은 지문이 묻는 것을 방지하는 것은 물론 지문이 잘 닦이거나 지문이 묻더라도 잘 보이지 않게 하는 성질을 모두 의미하는 것이다.
본 발명의 실시 예에서는 내지문층(140)이 산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2)을 사용하여 스퍼터링(Sputtering)의 방법에 의해 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 발수성 또는 발유성의 불소를 포함하는 피막 또는 발수성 실리콘 수지 골격을 포함하는 피막 등이 채용되어, 분산액의 분무도포 또는 졸겔법 등의 방식뿐만 아니라, 그 외의 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
도3은 싱글챔버장비(10)에서 이루어지는 본 발명인 알루미늄복합재 가공방법의 실시 예를 나타내는 모식도이고, 도4는 더블챔버장비(20)에서 이루어지는 본 발명인 알루미늄복합재 가공방법의 실시 예를 나타내는 모식도이고, 도5는 트리플챔버장비(30)에서 이루어지는 본 발명인 알루미늄복합재 가공방법의 실시 예를 나타내는 모식도이며, 도6은 본 발명인 알루미늄복합재의 습식코팅공정에 대한 실시 예를 나타내는 모식도이다.
이하 도3, 도4와 도5에서, 각 챔버의 스퍼터링(Sputtering) 공정은 일반적인 공정과 동일하여, 자세한 방법에 대한 도시는 생략되어 있다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄복합재 가공방법의 흐름도이다.
이하 제1코팅층(110), 제2코팅층(120) 및 나노세라믹층(130)이 형성되는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법에 대해 설명하기로 한다.
첫째, 기재(100)의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)으로 제1코팅층(110)을 형성할 수 있다.(S1)
둘째, 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 제1코팅층(110) 위에 제2코팅층(120)을 형성할 수 있다. (S2)
여기서, 첫째 단계(S1) 또는 둘째 단계(S2)는, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 수행될 수 있다.
먼저 챔버를 진공에 가깝게 만든 후에 낮은 압력의 아르곤(Ar)을 챔버 내로 흘려줄 수 있다. 전극에 전압을 가하면 아르곤 양이온(Ar+)이 생성되고, 플레이트와 기재(100) 간에 플라즈마가 발생할 수 있다. 제1코팅층(110)을 이루는 입자 또는 제2코팅층(120)을 이루는 입자로 덮인 플레이트는 기재(100)보다 음전위로 유지되므로, 아르곤 양이온(Ar+)은 제1코팅층(110)을 이루는 입자 또는 제2코팅층(120)을 이루는 입자로 덮인 플레이트로 가속 후 충돌되고, 제1코팅층(110)을 이루는 입자 또는 제2코팅층(120)을 이루는 입자들은 플레이트에서 방출되어 기재(100)로 날아가 증착이 될 수 있다. 기재(100) 위에 붙은 제1코팅층(110)을 이루는 입자 또는 제2코팅층(120)을 이루는 입자들이 성장하여 제1코팅층(110) 또는 제2코팅층(120)을 형성할 수 있다.
셋째, 나노세라믹코팅으로 제2코팅층(120) 위에 나노세라믹층(130)을 형성할 수 있다. (S3)
도6에서 보는 바와 같이, 먼저 제1코팅층(110) 및 제2코팅층(120)이 형성된 알루미늄복합재가 롤부에서 습식코팅부(40)로 공급될 수 있다. 그 다음, 나노세라믹층(130)이 습식코팅된 알루미늄복합재가 제1건조부(51)로 투입되어 70℃~80℃의 온도 하에서 건조될 수 있다. 그리고, 제2건조부(52)로 투입되어 80℃~90℃의 온도 하에서 건조되고, 그 다음 제3건조부(53)에서 100℃~110℃의 온도 하에서 건조될 수 있다. 그 후, 제4건조부(54)에서 120℃~150℃의 온도 하에서 건조되고, 순차적으로 제5건조부(55)에서 160℃~200℃의 온도 하에서 건조될 수 있다. 마지막으로 건조를 마친 알루미늄복합재가 롤의 형태로 권취될 수 있다. 순차적으로 건조함으로써, 안정된 코팅층을 형성할 수 있다.
이와 같은 제1코팅층(110), 제2코팅층(120) 및 나노세라믹층(130)이 형성되는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정일 수 있다.
롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정이란, 하나의 롤부에서 권취가 해제되면서 기재(100)가 공급된 후, 연속적인 이동을 하면서 각 공정 단계를 순차적으로 거치며 가공되고, 가공이 완료되면 다시 다른 롤부에 권취되는 공정 방법을 의미할 수 있다. 자동화에 의해 대량으로 제품을 생산할 수 있는 시스템에 해당할 수 있다.
도8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 알루미늄복합재 가공방법의 흐름도이다.
이하 제1코팅층(110), 제2코팅층(120) 및 내지문층(140)이 형성되는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법에 대해 설명하기로 한다.
첫째, 기재(100)의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)으로 제1코팅층(110)을 형성할 수 있다. (S10)
둘째, 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 제1코팅층(110) 위에 제2코팅층(120)을 형성할 수 있다. (S20)
셋째, 제2코팅층(120) 위에 산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2)으로 내지문층(140)을 형성할 수 있다. (S30)
첫째 단계(S10), 둘째 단계(S20) 및 셋째 단계(S30)는, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 수행될 수 있다.
제1코팅층(110), 제2코팅층(120) 및 내지문층(140)이 형성되는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정일 수 있다.
이하 하단에서는 도3 내지 도6에 도시된 장비들에 의한 공정 순서에 대하여 설명한다.
도3에서 보는 바와 같이, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에서 증착 등이 수행되는 챔버가 하나만 구비될 수 있다.
이와 같은 경우에 제1코팅층(110), 제2코팅층(120) 및 나노세라믹층(130)이 형성되는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 첫째 단계(S1)와 둘째 단계(S2)가 싱글챔버장비(10)의 제1챔버(11)에 의해 각각 수행되고, 그 후, 도6에서와 같은 습식코팅공정에 의해 셋째 단계(S3)가 습식코팅부(40)와 제1건조부(51) 내지 제5건조부(55)에서 순차적으로 수행될 수 있다.
그리고, 제1코팅층(110), 제2코팅층(120) 및 내지문층(140)이 형성되는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 첫째 단계(S10)와 둘째 단계(S20) 및 셋째 단계 S(30)가 싱글챔버장비(10)의 제1챔버(11)에 의해 각각 수행될 수 있다.
도4에서 보는 바와 같이, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에서 두 개의 챔버가 동시에 구비될 수 있다.
이와 같은 경우에 제1코팅층(110), 제2코팅층(120) 및 나노세라믹층(130)이 형성되는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 첫째 단계(S1)와 둘째 단계(S2)가 더블챔버장비(20)의 제2-1챔버(21)와 제2-2챔버(22)에서 순차적으로 수행되고, 그 후, 도6에서와 같은 습식코팅공정에 의해 셋째 단계(S3)가 습식코팅부(40)와 제1건조부(51) 내지 제5건조부(55)에서 순차적으로 수행될 수 있다.
그리고, 제1코팅층(110), 제2코팅층(120) 및 내지문층(140)이 형성되는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 첫째 단계(S10)와 둘째 단계(S20)가 더블챔버장비(20)의 제2-1챔버(21)와 제2-2챔버(22)에서 순차적으로 수행되고, 그 후, 싱글챔버장비(10)의 제1챔버(11)에서 셋째 단계 S(30)가 수행될 수 있다. 또는, 첫째 단계(S10)가 싱글챔버장비(10)의 제1챔버(11)에서 수행되고, 둘째 단계(S20)와 셋째 단계 (S30)가 더블챔버장비(20)의 제2-1챔버(21)와 제2-2챔버(22)에서 순차적으로 수행될 수 있다.
도5에서 보는 바와 같이, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에서 세 개의 챔버가 동시에 구비될 수 있다.
이와 같은 경우에 제1코팅층(110), 제2코팅층(120) 및 내지문층(140)이 형성되는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 첫째 단계(S10), 둘째 단계(S20) 및 셋째 단계 (S30)가 트리플챔버장비(30)의 제3-1챔버(31), 제3-2챔버(32)와 제3-3챔버(33)에서 순차적으로 수행될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 싱글챔버장비 11 : 제1챔버
20 : 더블챔버장비 21 : 제2-1챔버
22 : 제2-2챔버 30 : 트리플챔버장비
31 : 제3-1챔버 32 : 제3-2챔버
33 : 제3-3챔버 40 : 습식코팅부
51 : 제1건조부 52 : 제2건조부
53 : 제3건조부 54 : 제4건조부
55 : 제5건조부 100 : 기재
110 : 제1코팅층 120 : 제2코팅층
130 : 나노세라믹층 140 : 내지문층

Claims (22)

  1. 표면경도가 증진된 알루미늄복합재에 있어서,
    알루미늄 재질로 된 기재;
    상기 기재의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)에 의해 형성되는 제1코팅층;
    상기 제1코팅층 위에 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 형성되는 제2코팅층; 및
    상기 제2코팅층 위에 나노세라믹코팅으로 형성되는 나노세라믹층;
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 제1코팅층 또는 상기 제2코팅층은, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 나노세라믹층은, 내지문성 또는 항균성을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  4. 청구항1에 있어서,
    상기 나노세라믹층은, 습식코팅의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 나노세라믹층은, 유무기하이브리드층인 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  6. 청구항5에 있어서,
    상기 나노세라믹층은, 상기 제2코팅층의 색상을 선명하게 하기 위해, 유무기하이브리드 소재에 무기안료가 더 구비된 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  7. 청구항1에 있어서,
    상기 기재의 두께는, 0.2 이상 2.0 밀리미터(mm) 이하인 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1코팅층 또는 상기 제2코팅층의 두께는, 0.01 이상 1.0 마이크로미터(μm) 이하인 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  9. 청구항1에 있어서,
    상기 나노세라믹층의 두께는, 1.0 이상 5.0 마이크로미터(μm) 이하인 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  10. 표면경도가 증진된 알루미늄복합재에 있어서,
    알루미늄 재질로 된 기재;
    상기 기재의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)에 의해 형성되는 제1코팅층;
    상기 제1코팅층 위에 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 형성되는 제2코팅층; 및
    상기 제2코팅층 위에 산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2)으로 형성되는 내지문층;
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  11. 청구항10에 있어서,
    상기 내지문층은, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재.
  12. 청구항1의 표면경도가 증진된 알루미늄복합재를 가공하는 방법에 있어서,
    (ⅰ) 상기 기재의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)으로 상기 제1코팅층을 형성하는 단계;
    (ⅱ) 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 상기 제1코팅층 위에 상기 제2코팅층을 형성하는 단계; 및
    (ⅲ) 나노세라믹코팅으로 상기 제2코팅층 위에 상기 나노세라믹층을 형성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  13. 청구항12에 있어서,
    상기 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정인 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  14. 청구항12에 있어서,
    상기 (ⅰ)단계 또는 상기 (ⅱ)단계는, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  15. 청구항12에 있어서,
    상기 (ⅲ)단계는, 습식코팅의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  16. 청구항12에 있어서,
    상기 (ⅰ)단계와 상기 (ⅱ)단계는, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에 의해 싱글챔버장비의 제1챔버에서 각각 수행되고, 상기 (ⅲ)단계는 습식코팅부와 제1건조부 내지 제5건조부에서 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  17. 청구항12에 있어서,
    상기 (ⅰ)단계와 상기 (ⅱ)단계는, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에 의해 더블챔버장비의 제2-1챔버와 제2-2챔버에서 순차적으로 수행되고, 상기 (ⅲ)단계는 습식코팅부와 제1건조부 내지 제5건조부에서 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  18. 청구항10의 표면경도가 증진된 알루미늄복합재를 가공하는 방법에 있어서,
    (ⅰ) 상기 기재의 일면에 크롬(Cr) 또는 질화크롬(CrN)으로 상기 제1코팅층을 형성하는 단계;
    (ⅱ) 질화티타늄(TiN), 탄화티타늄(TiC), 탄화질화티타늄(TiCN) 또는 질화알루미늄티타늄(TiAlN) 소재를 사용한 칼라코팅으로 상기 제1코팅층 위에 상기 제2코팅층을 형성하는 단계; 및
    (ⅲ) 상기 제2코팅층 위에 산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2)으로 상기 내지문층을 형성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  19. 청구항18에 있어서,
    상기 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법은, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정인 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  20. 청구항18에 있어서,
    상기 (ⅰ)단계 내지 상기 (ⅲ)단계는, 스퍼터링(Sputtering)의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  21. 청구항18에 있어서,
    상기 (ⅰ)단계, 상기 (ⅱ)단계와 상기 (ⅲ)단계는, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에 의해 싱글챔버장비의 제1챔버에서 각각 수행되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.
  22. 청구항18에 있어서,
    상기 (ⅰ)단계, 상기 (ⅱ)와 상기 (ⅲ)단계는, 롤-투-롤(Roll-to-Roll)공정에 의해 트리플챔버장비의 제3-1챔버, 제3-2챔버와 제3-3챔버에서 순차적으로 수행 되는 것을 특징으로 하는 표면경도가 증진된 알루미늄복합재 가공방법.

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