KR20180137489A - 금속 코팅을 위한 방법 - Google Patents

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KR20180137489A
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조지프 이. 맥더멋
아담 지. 토마스
재커리 엠. 뎃와일러
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아캐넘 앨로이즈 인크.
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Abstract

본 발명은 기판에 인접한 금속 층을 형성하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 적어도 약 0.001 중량%의 농도의 탄소, 그리고 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 하나 이상을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 기판에 인접한 금속을 포함하는 제1 층을 피착하는 단계를 포함한다. 다음으로, 기판에 인접한 제1 층으로부터 제2 층을 생성하기에 충분한 조건 하에서 제1 층 및 기판을 어닐링시킬 수 있다. 제2 층은 탄소 및 금속을 금속 탄화물로서 포함할 수 있다.

Description

금속 코팅을 위한 방법
본원은 2016년 3월 8일자로 출원된 미국 가출원 제62/305,453호의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에 전체적으로 참고로 인용된다.
강은 철과 탄소를 포함하는 다른 원소의 합금일 수 있다. 탄소가 제1 합금 원소인 경우, 강 중의 그 함량은 0.002 중량% 내지 2.1 중량%일 수 있다. 탄소, 망간, 인, 황, 규소 및 산소, 질소 및 알루미늄의 흔적이 제한 없이 강철에 존재할 수 있다. 강철의 특성을 변경시키기 위해 첨가되는 합금 원소는 망간, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 붕소, 티타늄, 바나듐 및 니오븀을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
스테인리스 강은 물로 쉽게 부식되지 않거나, 녹슬지 않거나(또는 산화되지 않거나) 오염되지 않는 물질일 수 있다. 주어진 환경에 맞는 스테인리스 강의 다양한 등급과 표면 마감재가 제공될 수 있다. 스테인리스 강은 강의 특성과 부식에 대한 저항성이 모두 유용한 곳에서 사용할 수 있다.
본 발명은 슬러리를 사용하여 물질 층을 형성하는 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 물질 층의 예는 스테인리스 강, 규소 강 및 소음 진동 하시니스(harshness) 감쇠 강을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
본 발명은 기판에 인접한 층을 형성하기 위해 슬러리를 사용하는 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 층은 예를 들어 철, 크롬, 니켈, 규소, 바나듐, 티타늄, 붕소, 텅스텐, 알루미늄, 몰리브덴, 코발트, 망간, 지르코늄 및 니오븀, 이들의 산화물, 이들의 질화물, 이들의 황화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 금속 함유 부품을 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 (a) X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 측정될 때, 적어도 약 0.001 중량%의 농도의 탄소, 그리고 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 하나 이상을 포함하는 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 기판에 인접한 금속을 포함하는 제1 층을 피착(deposition)하는 단계; (c) 상기 기판에 인접한 상기 제1 층으로부터 제2 층을 생성하기에 충분한 조건 하에서 상기 제1 층 및 상기 기판을 어닐링시킴으로써, 상기 제2 층 및 상기 기판을 포함하는 상기 금속 함유 부품을 형성하는 단계로서, 상기 제2 층은 상기 탄소 및 상기 금속을 금속 탄화물로서 포함하는 것인 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 제2 층은 금속 탄화물의 도메인(domain)을 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 층은 금속 탄화물이 없는 도메인을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 층은 금속을 포함하는 슬러리를 사용하여 피착된다.
일부 실시예에서, 슬러리는 합금제, 금속 할로겐화물 활성제 및 용매를 포함하고, 상기 합금제는 상기 금속을 포함한다. 일부 실시예에서, 합금제는 탄소를 포함한다. 일부 실시예에서, 금속 할로겐화물 활성제는 1가 금속, 2가 금속 또는 3가 금속을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 금속 할로겐화물 활성제는 염화 마그네슘(MgCl2), 염화 철(Ⅱ)(FeCl2), 염화 칼슘(CaCl2), 염화 지르코늄(IV)(ZrCl4), 염화 티타늄(IV)(TiCl4), 염화 니오븀(V)(NbCl5), 염화 티타늄(Ⅲ)(TiCl3), 사염화 규소(SiCl4), 염화 바나듐(Ⅲ)(VCl3), 염화 크롬(Ⅲ)(CrCl3), 삼염화 실란(SiHCl3), 염화 망간(Ⅱ)(MnCl2), 염화 크롬(Ⅱ)(CrCl2), 염화 코발트(Ⅱ)(CoCl2), 염화 구리(Ⅱ)(CuCl2), 염화 니켈(Ⅱ)(NiCl2), 염화 바나듐(Ⅱ)(VCl2), 염화 암모늄(NH4Cl), 염화 나트륨(NaCl), 염화 칼륨(KCl), 황화 몰리브덴(MoS), 황화 망간(MnS), 이황화 철(FeS2), 황화 크롬(CrS), 황화 철(FeS), 황화 구리(CuS), 황화 니켈(NiS) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
일부 실시예에서, 슬러리는 불활성 종을 포함한다. 일부 실시예에서, 불활성 종은 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 이산화 티타늄(TiO2), 산화 마그네슘(MgO), 산화 칼슘(CaO), 점토 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
일부 실시예에서, 용매는 수성 용매이다. 일부 실시예에서, 용매는 유기 용매이다. 일부 실시예에서, 용매는 무기 결합제를 포함한다. 일부 실시예에서, 무기 결합제는 규산 나트륨이다. 일부 실시예에서, 용매는 유기 결합제를 포함한다. 일부 실시예에서, 유기 결합제는 메틸 셀룰로스 또는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)이다.
일부 실시예에서, 금속은 철, 크롬, 니켈, 규소, 바나듐, 티타늄, 붕소, 텅스텐, 알루미늄, 몰리브덴, 코발트, 망간, 지르코늄 및 니오븀 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 층은 기상 증착에 의해 피착된다. 일부 실시예에서, 제1 층은 전기 화학적 증착에 의해 피착된다. 일부 실시예에서, 기판은 강을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 층은 금속 탄화물의 형성을 용이하게 하는 패턴 또는 형태를 갖는다. 일부 실시 양태에서, 상기 방법은 (b) 단계 전에 상기 패턴 또는 형태를 선택하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 탄소는, XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.01 중량%의 농도이다. 일부 실시예에서, 탄소는, XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.1 중량%의 농도이다. 일부 실시예에서, 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 2개 이상을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 3개 이상을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 4개 이상을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 5개 이상을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소를 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 층은 기판에 확산 결합된다. 일부 실시예에서, 제2 층은 최외부 층이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 금속 함유 부품을 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 (a) X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 측정될 때 적어도 약 0.001 중량%의 농도의 탄소를 포함하는 기판을 제공하는 단계; (b) 슬러리를 사용하여 상기 기판에 인접한 적어도 하나의 금속을 포함하는 제1 층을 피착하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 금속은 크롬 및 니켈로부터 선택되는 것인 단계; (c) 상기 기판에 인접한 상기 제1 층으로부터 제2 층을 생성하기에 충분한 조건 하에서 상기 제1 층 및 상기 기판을 어닐링시키는 단계로서, 상기 제2 층은 상기 탄소 및 상기 적어도 하나의 금속을 금속 탄화물로서 포함하여, 상기 제2 층 및 상기 기판을 포함하는 상기 금속 함유 부품을 형성하고, 상기 제2 층은 상기 금속 탄화물의 도메인 및 상기 금속 탄화물이 없는 도메인을 포함하는 것인 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 금속은 크롬을 포함한다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 금속은 니켈을 포함한다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 금속은 크롬 및 니켈을 포함한다. 일부 실시예에서, 슬러리는 합금제, 금속 할로겐화물 활성제 및 용매를 포함하고, 합금제는 금속을 포함한다. 일부 실시예에서, 합금제는 탄소를 포함한다. 일부 실시예에서, 금속 할로겐화물 활성제는 1가 금속, 2가 금속 또는 3가 금속을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판은 강을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 층은 금속 탄화물의 형성을 용이하게 하는 패턴 또는 형태를 갖는다. 일부 실시예에서, 슬러리는 1000 s-1의 전단 속도의 전단 속도에서 약 1 센티푸아즈(cP) 내지 200 cP의 점도를 갖는다. 일부 실시예에서, 슬러리는 1000 s-1의 전단 속도의 전단 속도에서 약 1 센티푸아즈(cP) 내지 150 cP의 점도를 갖는다. 일부 실시예에서, 제2 층은 최외부 층이다. 일부 실시예에서, 탄소는, XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.01 중량%의 농도이다. 일부 실시예에서, 탄소는, XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.1 중량%의 농도이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 기판에 인접한 금속 층을 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 (a) X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 측정될 때 적어도 약 0.001 중량%의 농도의 탄소를 포함하는 기판을 제공하는 단계; (b) 슬러리를 사용하여 상기 기판에 인접한 적어도 하나의 금속을 포함하는 제1 층을 피착하는 단계로서, 상기 슬러리는 1000 s-1의 전단 속도의 전단 속도에서 약 1 센티푸아즈(cP) 내지 200 cP의 점도를 갖는 것인 단계; (c) 상기 기판에 인접한 상기 제1 층으로부터 제2 층을 생성하기에 충분한 조건 하에서 상기 제1 층 및 상기 기판을 어닐링시키는 단계로서, 상기 제2 층은 상기 탄소 및 상기 적어도 하나의 금속을 금속 탄화물로서 포함하여, 상기 제2 층 및 상기 기판을 포함하는 상기 금속 함유 부품을 형성하고, 상기 제2 층은 상기 금속 탄화물의 도메인 및 상기 금속 탄화물이 없는 도메인을 포함하는 것인 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 슬러리는 합금제, 금속 할로겐화물 활성제 및 용매를 포함하고, 합금제는 금속을 포함한다. 일부 실시예에서, 합금제는 탄소를 포함한다. 일부 실시예에서, 금속 할로겐화물 활성제는 1가 금속, 2가 금속 또는 3가 금속을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판은 강을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 층은 금속 탄화물의 형성을 용이하게 하는 패턴 또는 형태를 갖는다. 일부 실시예에서, 슬러리는 1000 s-1의 전단 속도의 전단 속도에서 약 1 센티푸아즈(cP) 내지 150 cP의 점도를 갖는다. 일부 실시예에서, 제2 층은 최외부 층이다. 일부 실시예에서, 탄소는, XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.01 중량%의 농도이다. 일부 실시예에서, 탄소는, XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.1 중량%의 농도이다.
본 발명의 추가적인 양태들 및 장점들은, 본 발명의 실시예들만이 도시되고 기술된 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다. 이해되는 바와 같이, 본 개시는 다른 실시예 및 상이한 실시예가 가능하며, 그 개시 내용으로부터 벗어남이 없이 여러 가지 상세한 설명이 다양한 명백한 관점에서 변형될 수 있다. 따라서, 도면 및 설명은 본질적으로 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 제한되지 않는다.
본 명세서에 언급된 모든 간행물 및 특허 출원은, 각각의 개별 간행물 또는 특허 출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조로 포함되도록 지시된 것과 동일한 정도로 본원에 참고 문헌으로 포함된다.
본 발명의 신규한 특징은 첨부된 청구 범위에서 상세하게 설명된다. 본 발명의 특징 및 이점의 더 나은 이해는 본 발명의 원리가 이용되는 예시적인 실시예 및 첨부 도면(또한 본원에서 "도면" 및 "도"로 언급됨)을 설명하는 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 얻어질 것이다.
도 1은 기판에 인접한 층을 형성하는 방법을 도시한다.
도 2는 물의 양의 변화에 따른 슬러리에 있어서의 전단 속도의 변화에 따른 점도의 변화를 도시한다.
도 3은 물의 양의 변화에 따른 슬러리에 있어서의 전단 속도의 변화에 따른 점도의 변화를 도시한다.
도 4는 슬러리에 있어서의 물의 양의 변화에 따른 점도의 변화를 도시한다.
도 5는 슬러리에 있어서의 물의 양의 변화에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다.
도 6은 물의 양의 변화에 따른 점도, 전단 담화(shear thinning) 지수 및 항복 응력의 변화를 나타내는 표이다.
도 7은 크롬의 양의 변화에 따른 슬러리에 있어서의 전단 속도의 변화에 따른 점도의 변화를 도시한다.
도 8은 점도, 전단 담화 지수(10 : 1000 및 100 : 1000) 및 크롬의 양의 변화에 따른 슬러리의 항복 응력의 변화를 나타내는 표이다.
도 9는 슬러리에 있어서의 크롬의 양의 변화에 따른 점도의 변화를 도시한다.
도 10은 슬러리에 있어서의 크롬의 양의 변화에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다.
도 11은 슬러리에 있어서의 점도에 대한 크롬 로딩의 계산된 크리게르-도허티(Krieger-Dougherty) 적합도 및 실험적 크리게르-도허티 적합도를 도시한다.
도 12는 점도, 전단 담화 지수(10 : 1000 및 100 : 1000) 및 산화 알루미늄(Ⅲ)의 양의 변화에 따른 슬러리의 항복 응력의 변화를 나타내는 표이다.
도 13은 알루미늄(Ⅲ) 산화물의 양의 변화에 따른 슬러리에 있어서의 점도의 변화를 도시한다.
도 14는 알루미늄(Ⅲ) 산화물의 양의 변화에 따른 슬러리에 있어서의 항복 응력의 변화를 도시한다.
도 15는 슬러리에 있어서의 점도에 대한 알루미늄(Ⅲ) 산화물 로딩의 계산된 크리게르-도허티 적합도 및 실험적 크리게르-도허티 적합도를 도시한다.
도 16은 염화 마그네슘의 양의 변화에 따른 슬러리의 점도, 전단 담화 지수(10 : 1000 및 100 : 1000) 및 항복 응력의 변화를 나타내는 표이다.
도 17은 슬러리에 있어서의 염화 마그네슘의 양의 변화에 따른 점도의 변화를 도시한다.
도 18은 슬러리에 있어서의 염화 마그네슘의 양의 변화에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다.
도 19는 슬러리에 있어서의 염화물의 양에 변화에 따른 상이한 염화물 공급원의 유동성의 변화를 도시한다.
도 20은 슬러리에 있어서의 염화물의 양에 변화에 따른 상이한 염화물 공급원의 pH의 변화를 도시한다.
도 21은 슬러리에 있어서의 마그네슘 염의 농도의 변화에 따른 유동성의 변화를 도시한다.
도 22는 슬러리에 있어서의 마그네슘 염의 농도의 변화에 따른 pH의 변화를 도시한다.
도 23은 슬러리에 있어서의 아세트산 마그네슘의 농도 및 전단 속도의 변화에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다.
도 24는 슬러리에 있어서의 황산 마그네슘의 농도 및 전단 속도의 변화에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다.
도 25는 슬러리에 있어서의 염 농도의 범위에 걸친 마그네슘 염의 변화에 따른 pH, 점도 및 항복 응력의 변화를 도시한다.
도 26은 슬러리에 있어서의 염 농도의 범위에 걸친 염의 변화에 따른 pH, 점도 및 항복 응력의 변화를 도시한다.
도 27은 슬러리에 있어서의 이온의 농도의 변화에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다.
도 28은 본 명세서에서 제공된 방법을 구현하도록 프로그램되거나 달리 구성되는 컴퓨터 제어 시스템을 도시한다.
도 29는 표면 마감된, 슬러리 코팅된 기판을 도시한다.
도 30a는 슬러리가 기판에 인접하게 어닐링된 후에 기판에 인접한 층의 단면을 도시한다. 탄화 크롬은 층의 표면에 존재한다.
도 30b는 슬러리가 기판에 인접하게 어닐링된 후에 기판에 인접한 층의 단면을 도시한다. 탄화 크롬은 층의 표면에 존재하지 않는다.
본 발명의 다양한 실시예가 본 명세서에 도시되고 설명되었지만, 당업자에게는 그러한 실시예가 단지 예로서 제공된다는 것이 명백할 것이다. 당업자는 본 발명을 벗어나지 않으면서 다양한 변형, 변경 및 대체를 행할 수 있다. 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예에 대한 다양한 대안이 채용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "슬러리"는 일반적으로 액상 및 고상을 포함하는 용액을 지칭한다. 고상은 액상 내에 존재할 수 있다. 슬러리는 하나 이상의 액상 및 하나 이상의 고상을 가질 수 있다.
본원에 사용된 용어 "인접한" 또는 "에 인접한"은 일반적으로 "옆에", "인접하는", "접촉하는" 및 "근접한"을 의미한다. 일 실시예에서 인접한 것은 '위' 또는 '아래'일 수 있다. 제2 층에 인접한 제1 층은 제2 층과 직접 접촉하거나, 제1 층과 제2 층 사이의 하나 이상의 개재 층이 존재할 수 있다.
본 발명은 슬러리 조성물(또는 슬러리)뿐만 아니라 슬러리를 사용하여 기판에 인접한 층을 형성하는 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 층은 예를 들어 철, 크롬, 니켈, 규소, 바나듐, 티타늄, 붕소, 텅스텐, 알루미늄, 몰리브덴, 코발트, 망간, 지르코늄 및 니오븀, 이들의 산화물, 이들의 질화물, 이들의 황화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명은 기판에 인접한 층을 형성하는 데 사용하기 위한 슬러리를 제공한다. 슬러리는 다양한 성분을 포함할 수 있다. 슬러리의 성분은 합금제, 할로겐화물 활성제와 같은 활성제, 용매 및 불활성 종을 포함할 수 있다. 합금제는 기판으로 또는 기판 내로 확산되도록 구성된 적어도 하나의 원소 종을 포함할 수 있다. 기판에 대한 또는 기판 내로의 원소 종의 확산은 활성제에 의해 촉진될 수 있다. 합금제는 불활성 종의 도움으로 용매에 분산될 수 있다. 불활성 종은 약 200 메쉬 이하의 입자 크기를 가질 수 있다.
합금제 중의 원소 종은 농도 구배에 따라 기판 내부로 또는 기판 상으로 확산될 수 있다. 예를 들어, 합금제 중의 원소 종의 농도는 기판의 표면에서 가장 높을 수 있으며, 기판의 깊이를 따른 구배에 따라 감소할 수 있다. 농도의 감소는 선형, 포물선, 가우시안 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 슬러리 중의 합금제의 농도는 기판 상에 형성될 합금 층의 원하는 두께에 기초하여 선택될 수 있다. 합금제의 입자 크기는 약 140 메쉬 미만일 수 있다.
합금제 중의 원소 종은 전이 금속일 수 있다. 합금제의 원소 종은 크롬, 니켈, 알루미늄, 규소, 바나듐, 티타늄, 붕소, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 망간, 지르코늄, 니오브 또는 이들의 조합일 수 있다.
합금제는 탄소를 포함할 수 있다. 일부 용도의 경우, 합금제는 낮은 수준의 탄소를 함유한다. 합금제는 전이 금속을 포함할 수 있다. 합금제는 철, 크롬, 니켈, 규소, 바나듐, 티타늄, 붕소, 텅스텐, 알루미늄, 몰리브덴, 코발트, 망간, 지르코늄, 니오브 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 합금제는 전이 금속의 합금철(ferroalloy)일 수 있다. 합금제는 페로 규소(FeSi), 페로 크롬(FeCr), 크롬(Cr) 또는 이들의 조합일 수 있다. 합금제는 염 또는 산화물일 수 있다. 합금제는 크롬, 니켈, 철 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
합금제 중의 원소 종의 기판으로의 확산은 활성제에 의해 촉진될 수 있다. 활성제는 할로겐화물 활성제일 수 있다. 할로겐화물은 합금제 중의 원소 종을 기판의 표면으로 운반할 수 있고, 따라서 원소 종의 기판으로의 확산을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 합금제는 크롬을 포함할 수 있고,할로겐화물 활성제는 염화물을 포함할 수 있다. 염화물 전구체는 크롬을 기판의 표면으로 운반할 수 있다. 할로겐화물 활성제의 할로겐화물과 원소 종의 몰비는 최대 약 0.0001 : 1, 0.001 : 1, 0.1 : 1, 0.5 : 1, 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1, 4 : 1 , 5 : 1, 6 : 1, 7 : 1, 8 : 1, 9 : 1 또는 10 : 1이다. 할로겐화물 활성제의 할로겐화물과 원소 종의 몰비는 약 0.0001 : 1 내지 10 : 1, 또는 0.001 : 1 내지 5 : 1일 수 있다. 할로겐화물 활성제의 할로겐화물과 원소 종의 몰비는 최대 약 10 : 1일 수 있다.
합금제 중의 원소 종의 기판으로의 확산은 활성제에 의해 촉진될 수 있다. 활성제는 금속 할로겐화물 활성제일 수 있다. 금속 할로겐화물은 합금제 중의 원소 종을 기판의 표면으로 운반할 수 있으며, 따라서 원소 종의 기판으로의 확산을 용이하게 한다. 예를 들어, 합금제는 크롬을 포함할 수 있고 금속 할로겐화물 활성제는 염화물을 포함할 수 있다. 염화물 전구체는 크롬을 기판의 표면으로 운반할 수 있다. 금속 할로겐화물 활성제의 할로겐화물과 원소 종의 몰비는 최대 약 0.0001 : 1, 0.001 : 1, 0.1 : 1, 0.5 : 1, 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1, 4 : 1, 5 : 1, 6 : 1, 7 : 1, 8 : 1, 9 : 1 또는 10 : 1이다. 금속 할로겐화물 활성제의 할로겐화물과 원소 종의 몰비는 약 0.0001 : 1 내지 10 : 1 또는 0.001 : 1 내지 5 : 1일 수 있다.
활성제는 또한 기판의 슬러리의 접착에 영향을 줄 수 있다. 또한, 활성제는 슬러리의 점도에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 활성제는 슬러리 코팅된 기판의 생강도(green strength)에 영향을 미칠 수 있다. 생강도는 일반적으로, 슬러리 코팅된 기판이 슬러리의 완전한 경화 이전에 취급 또는 기계 가공에 견디는 능력을 지칭한다. 따라서, 활성제는 기판에 대한 슬러리의 원하는 부착 정도, 슬러리의 원하는 점도, 및 슬러리 코팅된 기판의 생강도를 증가시키는 활성제의 능력에 기초하여 선택될 수 있다. 또한, 활성제는 기판에 대한 활성제의 부식성에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 금속 할로겐화물은 금속 기판에 대해 부식성일 수 있고 부식이 바람직하지 않을 수 있기 때문에, 이러한 금속 할로겐화물은 활성제로 선택되지 않을 수 있다. 또한, 일부 금속 할로겐화물은 슬러리를 기판에 도포하는 롤 코팅 조립체의 구성 요소에 대해 부식성일 수 있다. 이러한 부식은 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 금속 할로겐화물은 활성제로서 선택되지 않을 수 있다. 활성제는 합금제와 기판의 경계 계면에서 커켄들 보이드(Kirkendall void)의 형성을 방지할 수 있다. 가열 시, 할로겐화물 활성제는 산화물로 분해될 수 있다. 어닐링 후, 활성제는 결합제로서 작용할 수 있다. 또한, 어닐링 후, 활성제는 불활성이 될 수 있다. 활성제의 농도는 다양할 수 있다. 일부 실시예에서, 활성제의 농도는 광범위하게 변할 수 있다. 활성제의 농도는 슬러리에 첨가되는 결합제의 양에 의존할 수 있다.
활성제는 금속 중합체일 수 있다. 활성제는 1가 금속, 2가 금속 또는 3가 금속을 포함할 수 있다. 활성제는 디-메탈 할로겐화물일 수 있다. 활성제의 예로는 염화 마그네슘(MgCl2), 염화 철(Ⅱ)(FeCl2), 염화 칼슘(CaCl2), 염화 지르코늄(IV)(ZrCl4), 염화 티타늄(IV)(TiCl4), 염화 니오븀(V)(NbCl5), 염화 티타늄(Ⅲ)(TiCl3), 사염화 규소(SiCl4), 염화 바나듐(Ⅲ) (VCl3), 염화 크롬(Ⅲ)(CrCl3), 삼염화 실란(SiHCl3), 염화 망간(Ⅱ)(MnCl2), 염화 크롬(Ⅱ)(CrCl2), 염화 코발트(Ⅱ) (CoCl2), 염화 구리(Ⅱ)(CuCl2), 염화 니켈(Ⅱ)(NiCl2), 염화 바나듐(Ⅱ)(VCl2), 염화 암모늄(NH4Cl), 염화 나트륨(NaCl), 염화 칼륨(KCl) 및 이들의 조합을 포함한다.
일부 경우에, 염화 마그네슘은 염화 철보다 더 바람직한 활성제일 수 있다. 염화 마그네슘은 염화 철보다 비용면에서 저렴하고, 염화 철에 의한 생강도와 비슷한 생강도를 나타낼 수 있다. 활성제로서 염화 마그네슘을 갖는 슬러리는 점도의 증가를 나타낼 수 있다. 슬러리의 점도가 증가되면, 건조된 슬러리 코팅의 두께를 증가시키지 않을 수 있다.
활성제는 수화될 수 있다. 수화된 활성제의 비제한적인 예는 염화 철 사수화물(FeCl2·4H2O), 염화 철 육수화물(FeCl2·6H20) 및 염화 마그네슘 육수화물(MgCl2·6H2O)을 포함한다. 염화 마그네슘 육수화물은 염화 철 사수화물보다 더 바람직한 수화 활성제일 수 있다. 염화 마그네슘 육수화물은 염화 철 사수화물보다 비용면에서 저렴하다. 또한, 염화 마그네슘 육수화물은 염화 철 사수화물보다 기판에 대해 덜 부식성일 수 있다.
슬러리의 원하는 물리적 특성을 얻기 위해 염 첨가제를 사용할 수 있다. 염은 1가 염 또는 2가 염일 수 있다. 염 첨가물의 비제한적인 예로는 황화 몰리브덴(Ⅱ)(MoS), 황화 망간(Ⅱ)(MnS), 황화 철(Ⅱ)(FeS), 황화 철(Ⅱ)(FeS2), 황화 철(Ⅲ)(Fe2S3), 황화 크롬(Ⅲ)(Cr2S3), 황화 구리(Ⅱ)(CuS), 황화 니켈(Ⅱ)(NiS), 황화 마그네슘(Ⅱ)(MgS), 아세트산 마그네슘(Ⅱ)(Mg(OAc)2), 황산 마그네슘(MgSO4), 염화 마그네슘(MgCl2), 염화 암모늄(NH4Cl), 염화 철(FeCl2), 염화 칼슘(CaCl2), 염화 나트륨(NaCl), 아세트산 나트륨(NaOAc), 나트륨 카보네이트(Na2CO3), 염화 리튬(LiCl), 아세트산 리튬(LiOAc), 염화 칼륨(KCl), 아세트산 암모늄(NH4OAc), 아세트산 알루미늄(Al(OAc)3), 아세트산 염기 알루미늄(Al(OH)(OAc)2), 이염기 아세트산 알루미늄(Al(OH)2(OAc))을 포함한다.
슬러리는 용매를 포함할 수 있다. 단독으로 또는 용매 혼합물로서 사용될 수 있는 용매의 예에는 양성자성 용매, 비양자성 용매, 극성 용매 및 비극성 용매가 포함된다. 용매의 비제한적인 예는 물, 메탄올, 에탄올, 1- 프로판올 및 2- 프로판올과 같은 알콜; 펜탄, 헥산, 시클로헥산, 메틸 시클로헥산, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌과 같은 지방족 및 방향족 탄화수소; 디에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라 히드로푸란 및 디옥산과 같은 에테르; 염화 메틸렌, 클로로포름, 1,1,2,2-테트라 클로로에탄 및 클로로 벤젠과 같은 할로겐화 탄화수소; 아세트산 에틸, 부티로 락톤 및 발레로 락톤과 같은 에스테르 및 락톤; 디메틸 포름아미드(dimethylformamide), 디메틸 아세트아미드(dimethylacetamide), 및 N-메틸 피롤리돈과 같은 아미드산 및 락탐, 및 아세톤, 디부틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤 및 메톡시 아세톤과 같은 케톤을 포함한다.
슬러리는 합금제를 용매에 분산시키는 것을 돕는 불활성 물질을 포함할 수 있다. 불활성 물질은 슬러리의 다른 성분에 추가로 존재할 수 있다. 불활성 물질은 슬러리의 점도를 조절하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 불활성 물질은 활성제와 용매 사이의 수소 결합을 촉진시킴으로써 점도를 증가시킬 수 있다. 또한, 불활성 물질과 활성제 사이에서 수소 결합이 형성될 수 있다. 또한, 불활성 물질은 합금제가 현탁액으로부터 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 불활성 물질은 어닐링 공정 동안 형성되는 "스티커(sticker)"를 방지할 수 있다.
불활성 물질의 예는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 이산화 티타늄(TiO2), 산화 마그네슘(MgO), 산화 칼슘(CaO), 벤토나이트 점토, 몬테레이 점토, 카올린 점토, 필로실리케이트 점토(philosilicate clay), 다른 점토 및 이들의 조합을 포함한다. 불활성 물질은 이러한 물질의 비화학양론적 변이체를 포함할 수 있다.
용매의 비등점(또는 비등 온도)은 약 200 ℃, 190 ℃, 180 ℃, 170 ℃, 160 ℃, 150 ℃, 140 ℃, 130 ℃, 120 ℃, 110 ℃ 또는 100 ℃ 이하일 수 있다.
크롬 입자는 슬러리 중의 다른 입자보다 크기가 클 수 있고 고분자 첨가 없이 현탁될 수 있다.
슬러리에 메틸 셀룰로오스 및 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)와 같은 유기 결합제를 첨가할 수 있다. 규산 나트륨과 같은 무기 결합제가 슬러리에 첨가될 수 있다. 유기 결합제 및 무기 결합제는 생강도 및 유동학적 특성을 희생시키지 않으면서 활성제의 양을 감소시킬 수 있다.
불활성 물질의 입자 크기는 약 140 메쉬 미만일 수 있다. 불활성 물질의 입자 크기는 약 200 메쉬, 300 메쉬, 400 메쉬, 500 메쉬 또는 600 메쉬 이하일 수 있다. 불활성 물질의 입자 크기는 약 200 메쉬 이하일 수 있다. 이러한 입자 크기는 어닐링 후에 불활성 물질의 제거를 용이하게 할 수 있다.
슬러리의 특성은, 슬러리를 형성하고, 슬러리를 유지시키거나 또는 슬러리를 도포하는 데 사용되는 하나 이상의 파라미터의 함수일 수 있다. 이러한 특성은 점도, 전단 담화(shear thinning) 지수 및 항복 응력을 포함할 수 있다. 이러한 특성은 레이놀즈 수, 점도, pH 및 슬러리 성분 농도를 포함할 수 있다. 슬러리의 특성에 영향을 줄 수 있는 파라미터는 물 함량, 합금제 동일성 및 함량, 할로겐화물 활성제 동일성 및 함량, 그리고 불활성 종 동일성 및 함량, 온도, 전단 속도 및 혼합 시간을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 슬러리를 형성하는 방법을 제공한다. 슬러리는 혼합 챔버(또는 용기)에서 슬러리의 다양한 성분을 혼합함으로써 형성될 수 있다. 일부 예에서, 슬러리는 챔버에서 하나 이상의 용매, 하나 이상의 합금제, 하나 이상의 할로겐화물 활성제 및 하나 이상의 불활성 종을 혼합함으로써 형성된다. 이러한 성분들은 동시에 또는 순차적으로 혼합될 수 있다. 예를 들어, 챔버 내에 용매가 제공되고 이어서 합금제가 챔버에 첨가된다.
도 1은 기판에 인접한 층을 형성하는 방법을 도시한다. 단계 110에서, 슬러리는 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 합금제, 활성제, 용매 및 불활성 종의 조합으로부터 제조된다. 이러한 성분은 혼합 용기에 순차적으로 또는 동시에 첨가될 수 있다. 다음으로, 단계 120에서, 슬러리가 혼합 용기로부터 기판으로 도포될 수 있다. 단계 130에서, 슬러리 중의 용매는 90 ℃ 내지 175 ℃에서 10 내지 60 초 동안 열 또는 진공 건조에 의해 도포된 후에 제거된다. 단계 140에서, 웨브 또는 기판 물질은 압연되거나 열처리를 위해 준비된다. 혼합 순서는 물이 먼저 적재되고 염이 다음에 첨가되고, 다음에 알루미나가 첨가되고, 마지막으로 크롬이 첨가된다.
슬러리 제조 도중에, 합금제, 활성제, 용매 및 불활성 종을 함께 혼합할 수 있다. 응집을 방지하기 위해, 건조 성분을 제어된 양으로 용매에 첨가할 수 있다. 불활성 물질 및 합금제는 건조 파우더 형태일 수 있다.
슬러리 성분을 혼합하는 데 사용되는 블레이드는 위스크, 포크 또는 패들의 형태일 수 있다. 하나 이상의 블레이드가 슬러리 성분을 혼합하는 데 사용될 수 있다. 각 블레이드는 다른 모양 또는 동일한 모양을 가질 수 있다. 건조 성분은 응집을 방지하기 위해 제어된 양으로 용매에 첨가될 수 있다. 점도를 제어하기 위해서는 높은 전단 속도가 필요할 수 있다.
슬러리는 틱소트로픽(thixotropic) 거동을 나타낼 수 있으며, 슬러리는 전단 변형을 받을 때 감소된 점도를 나타낸다. 슬러리의 전단 담화 지수는 약 1 내지 약 8일 수 있다. 목표 점도를 달성하기 위해, 높은 전단 속도에서 혼합이 일어날 수 있다. 전단 속도는 약 1 s-1 내지 약 10,000 s-1(또는 Hz)일 수 있다. 전단 속도는 약 1 s-1, 약 10 s-1, 약 100 s-1, 약 1,000 s-1, 약 5,000 s-1 또는 약 10,000 s-1일 수 있다.
슬러리의 전단 속도는 다양한 기구에서 측정될 수 있다. 전단 속도는 예를 들어, TA 기구 DHR-2 레오미터(rheometer)에서 측정될 수 있다. 슬러리의 전단 속도는 측정을 수행하기 위해 사용되는 도구에 따라 다를 수 있다.
목표 또는 소정의 점도를 달성하기 위해, 혼합은 1 분 내지 2 시간의 동안 이루어질 수 있다. 혼합 시간은 30 분 미만일 수 있다. 슬러리의 점도는 슬러리가 혼합되는 시간이 길어질수록 감소할 수 있다. 혼합 시간은 슬러리를 균질화하는 데 필요한 시간의 길이에 상응할 수 있다.
적절하게 혼합된 상태는 슬러리가 표면 상에 물을 갖지 않는 상태일 수 있다. 적절하게 혼합된 상태는 용기의 바닥에 고형물이 없는 상태일 수 있다. 슬러리는 색 및 질감이 균일한 것처럼 보일 수 있다.
슬러리의 바람직한 점도는 롤 코팅에 적합한 점도일 수 있다. 슬러리의 점도는 약 1 센티푸아즈(cP) 내지 5,000,000 cP일 수 있다. 슬러리의 점도는 약 1 cP, 약 5 cP, 약 10 cP, 약 50 cP, 약 100 cP, 약 200 cP, 약 500 cP, 약 1,000 cP, 약 10,000 cP, 약 100,000 cP, 약 1,000,000 cP, 또는 약 5,000,000 cP일 수 있다. 슬러리의 점도는 적어도 약 1 cP, 5 cP, 10 cP, 50 cP, 100 cP, 200 cP, 500 cP, 1,000 cP, 10,000 cP, 100,000 cP, 1,000,000 cP 또는 5,000,000 cP일 수 있다. 슬러리의 점도는 약 1 cP 내지 1,000,000 cP, 또는 100 센티푸아즈(cP) 내지 100,000 cP일 수 있다. 슬러리의 점도는 전단 속도에 의존할 수 있다. 슬러리의 점도는 약 200 cP 내지 약 10,000 cP, 또는 약 600 cP 내지 약 800 cP일 수 있다. 슬러리는 1000 s-1 내지 1000000 s-1의 전단 속도를 갖는 도포 전단 윈도우에서 100 cP 내지 200 cP일 수 있다. 슬러리의 모관값(capillary number)은 약 0.01 내지 10일 수 있다. 슬러리의 모관값은 적어도 약 0.01, 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10일 수 있다. 슬러리의 항복 응력은 약 0 내지 1 Pa일 수 있다. 슬러리의 항복 응력은 적어도 약 0.01, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 또는 1 Pa일 수 있다.
슬러리의 침강 속도는 1 분 초과, 15 분 초과, 1 시간 초과, 1 일 초과, 1 개월 초과 또는 1 년 초과 동안 분리 또는 침강에 대해 안정할 수 있다. 슬러리의 침강 속도는 침강이 일어나기 전에 또는 점도가 롤 코팅에 적합하지 않은 값으로 증가하기 전에, 혼합 없이, 슬러리가 견딜 수 있는 시간의 양을 지칭할 수 있다. 유사하게, 슬러리의 유효 수명은 롤 코팅에 부적절한 정도로 농축되기 전에, 혼합 없이, 슬러리가 견딜 수 있는 시간을 지칭할 수 있다. 그러나, 슬러리가 침전되고 농축되더라도, 슬러리는 초기 점도로 재혼합될 수 있다. 슬러리의 틱소트로픽 지수는 슬러리가 롤 코팅 조립체의 팬 내의 데드 스폿(dead spots)에서 부적절한 수준까지 농축되지 않도록 안정할 수 있다.
슬러리의 점도는, 혼합 중에 슬러리에 산을 첨가하여 수소 결합의 정도를 조절함으로써 제어될 수 있다. 또한, 슬러리의 pH 수준을 제어하기 위해 혼합 중에 산 또는 염기가 슬러리에 첨가될 수 있다. 슬러리의 pH 수준은 약 3 내지 약 12일 수 있다. 슬러리의 pH 수준은 약 5 내지 약 8일 수 있다. 슬러리의 pH 수준은 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 약 8, 약 9, 약 10, 약 11 또는 약 12일 수 있다. 슬러리의 pH 수준은 슬러리가 침강함에 따라 변할 수 있다. 슬러리가 침전된 후 슬러리를 재혼합하면, 슬러리의 pH 수준을 초기 pH 수준으로 되돌릴 수 있다. 다양한 수준의 결합제, 예를 들어 아세트산 금속이 슬러리에 첨가되어 슬러리의 생강도를 증가시킬 수 있다.
슬러리의 유동성은 구배 테스트에 의해 측정될 수 있다. 구배 테스트는 항복 응력 및 점도를 나타낼 수 있다. 대안으로서, 슬러리의 유동성을 측정하기 위해 레오미터가 사용될 수 있다.
성분이 첨가되는 순서는 다음과 같을 수 있다. 먼저, 활성제를 용매에 첨가한 다음, 불활성 물질을 첨가하고, 그 다음 합금제를 혼합물에 첨가한다. 그 후, 혼합물의 pH 수준을 제어하기 위해 산을 혼합물에 첨가할 수 있다. 첨가 방법은 수용 가능한 슬러리 특성을 달성하기 위해 요구되지 않을 수 있다
슬러리의 건조 시간은, 롤 코팅 공정 중에 슬러리가 습윤 상태가 되고 슬러리 코팅이 기판에 도포될 때까지 건조되지 않도록 충분히 길 수 있다. 슬러리는 실온에서 건조되지 않을 수 있다. 슬러리는 롤 코팅 라인의 건조 영역에서 약 10 초 동안 열처리한 후에 만지면 건조해질 수 있다. 적용되는 열의 온도는 약 120 ℃일 수 있다.
슬러리의 비중은 약 1 내지 10 g/cm3일 수 있다. 슬러리의 생강도는, 슬러리 코팅된 기판이 손상되지 않도록 슬러리가 롤 코팅에 견딜 수 있는 정도일 수 있다. 예를 들어, 페인트 부스에 인접한 건조 오븐에서 롤 코팅한 후 건조된 슬러리의 건조 필름은, 직경 20 인치의 호에 대해 네거티브 방향 및 포지티브 방향으로 교대로 20 회만큼 필름을 구부리는 힘에 견딜 수 있게 허용하는 생강도를 가질 수 있다. 슬러리의 건조 필름의 생강도는 또한 필름이 소량의 파우더로 테이프 테스트를 통과할 수 있게 할 수 있다. 테이프 시험은 테이프 조각을 코팅된 물질의 표면과 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 일단 코팅된 물질의 표면에서 제거된 테이프는 테이프에 부착된 임의의 파우더를 볼 수 있도록 충분히 투명할 수 있다.
슬러리를 제조한 후, 예를 들어 롤 코팅 공정을 통해 기판에 도포할 수 있다. 기판은 철, 구리, 알루미늄 또는 이들의 임의 조합과 같은 금속을 포함할 수 있다. 기판은 금속 합금을 포함할 수 있다. 합금은 불순물을 포함할 수 있다. 기판은 강을 포함할 수 있다. 기판은 강 기판일 수 있다. 기판은 세라믹을 포함할 수 있다. 기판은 유리 탄소(free carbon)가 없을 수 있다. 기판은 용융 상으로부터 제조될 수 있다. 기판은 냉간 환원 상태, 완전 경질 상태(예를 들면, 냉간 환원 후 어닐링 단계를 거치지 않음), 또는 열간 롤링 산세척 상태(hot rolled pickled state)일 수 있다.
기판의 표면은 공정용 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 이는 통상적인 산세척에 의해 달성될 수 있다. 기판의 표면은 유기 물질을 합리적으로 제거할 수 있다. 기판의 표면은 상업적으로 입수할 수 있는 세정제로 가공한 후 알맞게 유기 물질에서 자유로울 수 있다.
결정립 피닝(pinning) 입자는 기판의 결정립 크기를 제어하기 위해 기판의 제조 중에 기판에 첨가될 수 있고, 이로부터 제거 또는 억제될 수 있다. 예를 들어, 결정립 크기를 작게 유지하고 피닝 포인트를 형성하기 위해 결정립 피너를 기판에 첨가할 수 있다. 또 다른 예로서, 결정립 피너는 기판으로부터 억제되어 결정립이 커지도록 하고 모터 라미네이션(motor lamination)을 허용할 수 있게 한다. 결정립 피너는 어닐링 온도에서 불용성일 수 있다.
결정립 피닝 입자의 예는 금속간 화합물, 질화물, 탄화물, 티타늄, 알루미늄, 니오브, 바나듐 및 이들의 조합의 탄질화물을 포함한다. 결정립 피닝 입자의 비제한적 예로는 질화 티타늄(TiN), 탄화 티타늄(TiC) 및 질화 알루미늄(AlN)을 들 수 있다.
　슬러리는 롤 코팅, 분할 코팅, 스핀 코팅, 슬롯 코팅, 커튼 코팅, 슬라이드 코팅, 압출 코팅, 페인팅, 분무 페인팅, 정전기적 기구, 인쇄(예컨대, 2-D 인쇄, 3-D 인쇄, 스크린 인쇄, 패턴 인쇄), 화학 기상 증착, 침지, 분무, 이들의 조합 또는 임의의 다른 적합한 방법을 통해 기판에 도포될 수 있다.
기판은 슬러리가 기판에 도포되기 전에 전처리될 수 있다. 기판은, 기판의 표면에 대한 슬러리의 접착력을 향상시키기 위해 기판의 표면을 개질시키기 위한 화학 물질을 사용하여 전처리될 수 있다. 이러한 화학 물질의 예에는 크롬산염(chromates) 및 인산염이 포함된다.
슬러리는 롤 코팅과 같은 다양한 방법에 의해 기판에 도포될 수 있다. 롤 코팅 공정은 강 기판과 같은 기판을 제공함으로써 시작될 수 있다. 기판은 코일, 메쉬(예컨대, 코일형 메쉬), 와이어, 파이프, 튜브, 슬래브, 메쉬, 침지된 성형 부품, 호일, 플레이트, 시트(예컨대, 0.001 인치 내지 0.100 인치 두께의 시트), 와이어 로프 또는 로드 또는 로드의 임의의 길이 또는 두께에 스크류 패턴이 적용된 나사산 로드로서 제공될 수 있다. 다음으로, 코일형 기판은 풀어질 수 있다. 다음으로, 풀어진 강 기판은 슬러리로 코팅될 수 있는 롤 코터에 제공될 수 있다. 다음으로, 롤 코터가 활성화되어 롤 코터가 기판을 슬러리로 코팅할 수 있다. 기판은, 슬러리가 기판에 여러 번 도포되도록 다중 사이클을 통해 롤 코터를 통해 공급될 수 있다. 슬러리의 특성에 따라, 슬러리의 다중 코팅을 기판에 도포하는 것이 바람직할 수 있다. 슬러리의 원하는 두께를 달성하기 위해 슬러리의 다중 코팅이 기판에 도포될 수 있다. 상이한 슬러리 제형이 다중 코팅에 각각 사용될 수 있다. 슬러리는 기판 상에 패턴을 형성하는 방식으로 도포될 수 있다. 패턴은 예를 들어 그리드, 스트라이프, 도트, 용접 마크 또는 이들의 임의의 조합의 형태일 수 있다. 동일한 기판 상의 다중 코팅은 기판 상에 분할 코팅을 형성할 수 있다.
슬러리가 기판에 도포된 후, 슬러리 중의 용매는 가열, 증발, 진공화 또는 이들의 임의의 조합에 의해 제거될 수 있다. 용매가 제거된 후, 기판은 반동될 수 있다. 다음으로, 코일형 슬러리 코팅된 기판은 어닐링될 수 있다.
슬러리 코팅된 코일형 기판은 레토르트에 놓여질 수 있고 열처리 중에 제어된 분위기에 놓일 수 있다. 물의 제거가 필요할 수 있다. 랩(wrap)들 사이에 수소를 가하기 위해 진공을 가하는 것이 필요할 수 있다. 어닐링 공정은 타이트한 코일 어닐링 또는 느슨한 코일 어닐링을 통해 이루어질 수 있다. 슬러리로 코팅된 기판을 어닐링함으로써 슬러리 중의 원소 종을 기판 내로 또는 기판을 통해 확산시킬 수 있다. 원소 종의 최대 약 100 중량%가 어닐링 시에 기판 내로 또는 기판을 통해 확산될 수 있다. 특정 공정 조건은 코팅에서 기판으로 확산하는 원소 종의 1 내지 5 %만 허용할 수 있다. 원소 종의 기판으로의 확산은 슬러리 내의 활성제에 의해 촉진될 수 있다. 어닐링 동안 활성제의 손실을 방지하기 위해, 염산이 어닐링 가스에 첨가될 수 있다. 고온에서 반응기 내의 활성제의 분압을 최소화하는 것은 커켄들 공극의 형성을 최소화 또는 중지시키는 데 필수적인 낮은 피착 속도를 유지할 수 있다. 너무 많은 산성 활성제를 첨가하면 코팅 장비 또는 기판의 부식을 유발할 수 있다. 어닐링 공정은 연속 어닐링 공정일 수 있다.
슬러리 코팅된 기판은 어닐링 전에 진공 또는 대기 조건 하에서 배양되거나 저장될 수 있다. 이것은 어닐링 이전에 발생하며, 코팅 공정에서 잔류하는 용매 또는 결합제와 같은 코팅으로부터의 잔류 오염 물질을 제거하는 데 유용할 수 있다. 배양 기간은 약 10 초 내지 약 5 분 동안 지속될 수 있거나 약 5 분 초과일 수 있다. 배양 기간은 코팅과 어닐링 사이의 시간일 수 있으며, 코팅된 물품을 열처리 설비 또는 장비로 운반하는 데 필요한 시간의 길이일 수 있다. 예를 들어, 배양 기간은 약 10 초, 약 30 초, 약 1 분, 약 2 분, 약 3 분, 약 4 분 또는 약 5 분 동안 지속될 수 있다. 배양 온도는 약 50 ℃ 내지 약 300 ℃ 범위일 수 있다. 예를 들어, 배양 온도는 약 50 ℃, 약 75 ℃, 약 100 ℃, 약 125 ℃, 약 150 ℃, 약 175 ℃, 약 200 ℃, 약 225 ℃, 약 250 ℃, 약 275 ℃ 또는 약 300 ℃ 초과일 수 있다. 배양 후, 어닐링 전에 기판 상의 슬러리의 건조 필름은 진공 조건 하에 유지될 수 있다. 코팅은 롤 코팅 공정 후 건조 단계 직후에 건조될 수 있다. 흡수된 물 또는 다른 오염 물질은 롤 코팅과 어닐링 사이에 언제든지 코팅과 함께 존재할 수 있다.
어닐링 온도는 약 800 ℃, 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃ 또는 1300 ℃일 수 있다. 어닐링 중 가열 온도는 약 900 ℃ 내지 약 1000 ℃와 같이 약 800 ℃ 내지 약 1300 ℃일 수 있다. 어닐링 분위기는 수소, 질소, 아르곤을 포함할 수 있다. 어닐링 분위기는 진공일 수 있다.
　가열을 포함하는 전체 어닐링 시간은 약 5 시간 내지 약 200 시간 범위일 수 있다. 예를 들어, 전체 어닐링 시간은 약 5 시간, 약 20 시간, 약 40 시간, 약 60 시간, 약 80 시간, 약 100 시간, 약 120 시간, 약 140 시간, 약 160 시간, 약 180 시간 또는 약 200 시간 초과일 수 있다. 어닐링 공정 동안의 최대 온도는 약 1 시간 내지 100 시간 내에 도달될 수 있다. 예를 들어, 어닐링 공정 동안의 최대 온도는 약 1 시간, 10 시간, 20 시간, 30 시간, 40 시간, 50 시간, 60 시간, 70 시간, 80 시간, 90 시간 또는 100 시간 내에 도달될 수 있다.
대형 제품은 열처리 중에 핫 스폿 또는 콜드 스폿을 가질 수 있는데, 이에 따라 제품은 균일하게 코팅되지만 불균일하게 가열될 수 있다. 핫 스폿 또는 콜드 스폿은 합금화 원소가 제품 내로 가능한 균일하게 확산되는 것을 조절하는 것을 나타낼 수 있다.
어닐링 공정 후에 잔류물이 기판 상에 남아 있을 수 있다. 슬러리 중의 활성제는 소비되거나 제거될 수 있고(예컨대, 레토르트 벽에 피착될 수 있고), 합금제의 농도는 기판으로의 및/또는 기판 내로의 확산으로 인해 감소된다. 그러나, 어닐링 후에, 예를 들어 파우더 형태의 다른 잔류물이 기판 상에 남을 수 있다. 잔류물은 슬러리로부터의 불활성 물질을 포함할 수 있다. 이 잔류물은 추가 공정(예컨대, 조질 압연) 전에 제거될 수 있다. 반응은 HCl 가스로 퍼징되어 반응을 정지시킬 수 있다. HCl 가스로 퍼징하면 평탄한 프로파일을 형성할 수 있다.
어닐링 후에, 기판 상에 층이 형성될 수 있다. 상기 층은 적어도 하나의 원소 종을 가질 수 있다. 상기 층은 외부 층에서 약 20 중량%, 약 15 중량% %, 약 10 중량%, 약 5 중량%, 약 4 중량% %, 약 3 중량%, 약 2 중량%, 약 1 중량%, 또는 약 0.5 중량% 미만의 농도 변화를 갖는 적어도 하나의 원소 종을 갖는 외부 층일 수 있다. 기판은 외부 층에 인접한 결합 층을 포함할 수 있다. 원소 종은 결합 층에서 약 1.0 중량% 미만으로 감소하는 농도를 가질 수 있다. 상기 층은 스테인리스 강을 포함할 수 있다. 스테인리스 강은 크롬 및 경우에 따라 니켈을 포함할 수 있다. 기판은 어닐링 후에 커켄들 보이드에서 실질적으로 자유로울 수 있다. 상기 층은 기판이 이전에 포함하지 않은 기판 상에 특성을 부여할 수 있다. 예를 들어, 층은 기판을 보다 경질로 만들거나, 보다 내마모성을 향상시키거나, 보다 미적으로 기분 좋게 만들거나, 더 전기적 저항성으로 만들거나, 보다 전기적으로 덜 저항성으로 만들거나, 보다 열 전도성으로 만들거나 또는 보다 덜 열 전도성으로 만들 수 있다. 또한, 상기 층은 기판에서의 음속을 더 빠르게 또는 더 느리게 할 수 있다.
어닐링 후, 슬러리로 코팅된 기판은 소정의 외형을 가질 수 있는 층을 생성할 수 있다. 이러한 외형은 다양한 용도 또는 사용에 맞게 조정될 수 있다. 상기 층은 스테인리스 강과 유사한 외형을 가질 수 있다. 상기 층은, 외형이 광택 있거나, 흐리거나, 또는 이들의 조합일 수 있다. 층의 표면은 예를 들어 거친 마감, 연마 마감, 브러시 마감, 광택 마감, 새틴 마감, 무광 마감, 금속 마감, 반사 마감, 경면 마감, 목재 마감, 흐린 마감 또는 이들의 조합과 같은 특정 마감을 가질 수 있다.
층의 표면은 미적으로 아름답거나 바람직한 외형을 가질 수 있거나 또는 그와 같이 보일 수 있다. 도 29는 슬러리 코팅된 기판을 어닐링한 후에 층의 표면의 예를 도시한다. 이 층은 줄무늬가 있는 표면 마감을 갖는다. 마감은 밝고 어두운 밴드(band)를 갖는다. 가벼운 밴드는 탄화 크롬의 영역에 해당하고 어두운 밴드는 탄화 크롬이 없는 크롬의 영역에 해당한다. 이러한 밴드의 유무는 층이 형성되는 인접한 기판의 조성에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 밴드의 존재는 그러한 기판 내의 하나 이상의 원소(예컨대, 탄소)의 농도에 의존한다.
층의 외형은 거친 질감, 줄무늬, 선, 다양한 기하학적 형태 또는 형상들의 조합, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 층의 표면은 줄무늬를 가질 수 있다. 흐린 마감과 빛나는 마감 사이에 줄무늬가 번갈아 나타날 수 있다. 줄무늬는 짧은 범위 또는 긴 범위의 순서를 가질 수 있다. 대안으로, 줄무늬가 정렬되지 않을 수도 있다. 일부 예에서, 줄무늬는 약 0.01 cm, 0.1 cm, 0.5 cm, 1 cm, 2 cm, 3 cm, 5 cm 또는 그 이상의 치수를 갖는다.
기판 상의 금속 층은 기판을 더욱 경질로 만들 수 있다. 상기 층은 코팅되지 않은 기판보다 약 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % 또는 그 이상의 경질의 기판을 제조할 수 있다. 일부 용도의 경우, 코팅된 기판의 경도가 바람직할 수 있다.
상이한 슬러리는 기판 상에 코팅하고 어닐링한 후 상이한 특성을 나타내는 층을 생성할 수 있다. 예를 들어, 기판 상에 코팅된 슬러리의 특정 제형(formulation)은, 기판 상에 코팅된 다른 특정 제형의 슬러리보다 층 및 기판을 갖는 부품이 더 단단하게 되도록 하는 층을 생성할 수 있다. 슬러리의 특정 제형은, 기판 상에 코팅된 다른 특정 슬러리 제형보다 약 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % 또는 그 이상 더 단단한 부품을 만들 수 있는 것이다.
본 개시는 하나 이상의 금속 층으로 코팅된 부품 또는 물체(예컨대, 시트, 튜브 또는 와이어)를 제공한다. 금속 층은 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 어떤 경우에는, 기판이 금속 층으로 코팅될 수 있다. 코팅은 하나 이상의 원소 금속을 갖는 합금제를 포함할 수 있다. 슬러리 코팅된 기판은, 기판이 적어도 하나의 원소 금속을 갖는 합금제를 포함하는 슬러리로 코팅될 때 형성될 수 있다. 합금제로 코팅된 기판은 어닐링 조건에 놓여 기판에 인접한 층을 생성할 수 있다. 금속 층은 금속 층과 기판 사이의 확산 층의 도움으로 기판에 결합될 수 있다.
확산 층 내의 합금제의 양은 깊이에 따라 변할 수 있다. 확산 층 내의 합금제의 양은 마이크로미터 당 약 -0.01 %, 마이크로미터 당 약 -0.01 %, 마이크로미터 당 약 -0.01 %, 마이크로미터 당 약 -0.05 %, 마이크로미터 당 약 -0.1 %, 마이크로미터 당 약 -0.5 %, 마이크로미터 당 약 -1.0 %, 마이크로미터 당 약 -3.0 %, 마이크로미터 당 약 -5.0 %, 마이크로미터 당 약 -7.0 % 또는 마이크로미터 당 약 -9.0 %와 같은 특정 비율로 깊이에 따라 변할 수 있다. 확산 층 내의 합금제의 양은 마이크로미터 당 약 -0.01 % 내지 마이크로미터 당 -5.0 %, 또는 마이크로미터 당 약 -0.01 % 내지 마이크로미터 당 -3.0 %만큼 깊이에 따른 변화를 나타낼 수 있다. X선 광전자 분광법(XPS)을 사용하여 깊이에 따른 이러한 양(또는 농도)의 변화를 측정할 수 있다.
합금제는 기판의 표면으로부터 100 마이크로미터 이하의 깊이에서 적어도 약 5 중량%의 농도, 30 마이크로미터 이하의 깊이에서 약 10 중량% 의 농도, 50 마이크로미터 이하의 깊이에서 약 15 중량% 의 농도, 또는 10 마이크로미터 이하의 깊이에서 약 15 중량%의 농도를 가질 수 있다.
금속 층 내의 합금제의 농도는 기판의 표면으로부터 약 100 마이크로미터보다 큰 깊이에 대해 최대 약 20 중량%, 약 110 마이크로미터보다 큰 깊이에 대해 최대 15 중량%, 약 125 마이크로미터보다 큰 깊이에 대해 최대 약 10 중량%, 약 140 마이크로미터보다 큰 깊이에 대해 8 중량%, 또는 약 150 마이크로미터의 깊이에 대해 약 6 중량%일 수 있다.
　금속 층 내의 합금제의 농도는 기판 상의 금속 층의 어닐링의 결과로서 특정 깊이에 걸쳐 감소할 수 있다. 금속 층 내의 합금제의 농도는 약 100 마이크로미터의 깊이에 대해 약 50 중량%, 약 90 마이크로미터의 깊이에 대해 약 40 중량%, 약 70 마이크로미터의 깊이에 대해 약 30 중량%, 약 60 마이크로미터의 깊이에 대해 약 25 중량%, 또는 약 50 마이크로미터의 깊이에 대해 약 20 중량%로 감소할 수 있다.
기판 상에 코팅되는 금속 층은, 금속 층이 기판에 어닐링된 후에 특정 두께를 가질 수 있다. 기판 상에 코팅된 금속 층은 약 1 밀리미터, 900 마이크로미터, 800 마이크로미터, 700 마이크로미터, 600 마이크로미터, 500 마이크로미터, 400 마이크로미터, 300 마이크로미터, 200 마이크로미터, 100 마이크로미터, 10 마이크로미터, 5 마이크로미터, 1 마이크로미터, 500 나노미터(nm), 400 나노미터, 300 나노미터, 200 나노미터, 100 나노미터, 10 나노미터 또는 그 보다 작은 크기 미만의 두께를 가질 수 있다. 기판 상에 코팅되는 금속 층은 적어도 약 1 나노미터, 10 나노미터, 100 나노미터, 200 나노미터, 300 나노미터, 400 나노미터, 500 나노미터, 1 마이크로미터, 5 마이크로미터, 10 마이크로미터, 20 마이크로미터, 30 마이크로미터, 40 마이크로미터, 50 마이크로미터, 100 마이크로미터, 200 마이크로미터, 300 마이크로미터, 400 마이크로미터, 500 마이크로미터, 600 마이크로미터, 700 마이크로미터, 800 마이크로미터, 900 마이크로미터, 1000 마이크로미터 또는 그 보다 큰 크기의 두께를 가질 수 있다. 일부 예에서, 두께는 10 nm 내지 100 마이크로미터, 또는 100 nm 내지 10 마이크로미터이다.
일부 경우에, 기판은 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량% , 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 7 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 30 중량%, 또는 40 중량% 이상의 탄소를 함유할 수 있다. 일부 경우에, 기판은 적어도 약 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량% 또는 0.1 중량%의 탄소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 약 0.004 중량% 이상의 탄소를 포함한다.
일부 경우에, 기판은 최대 약 40 중량%, 30 중량%, 20 중량%, 10 중량%, 5 중량%, 4 중량%, 3 중량%, 2 중량%, 1 중량%, 0.5 중량% 또는 0.1 중량%의 탄소를 포함할 수 있다.
일부 경우에, 어닐링 동안, 기판으로부터의 탄소는 층 표면으로 이동하여 예를 들어 탄화 크롬과 같은 금속 탄화물로서 침전될 수 있다. 생성된 금속 탄화물 층(예컨대, 탄화 크롬)은 층의 표면 상에 형성될 수 있다. 이러한 금속 탄화물의 금속은 기판 내에 존재하는 금속 또는 기판에 인접한 층을 포함할 수 있다.
일부 경우에, 기판은 금속 탄화물의 도메인을 포함할 것이다. 일부의 경우, 기판은 금속 탄화물이 없는 도메인을 포함할 것이다. 일부의 경우, 기판은 탄화 크롬의 도메인을 포함할 것이다. 일부의 경우, 기판은 탄화 크롬이 없는 도메인을 포함할 것이다.
일부 경우에, 금속 탄화물은 적어도 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 7 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 30 중량% 또는 40 중량%의 농도로 기판 또는 기판 층에 존재할 수 있다.
일부 경우에, 금속 탄화물은 최대 40 중량%, 30 중량%, 20 중량%, 10 중량%, 9 중량%, 8 중량%, 7 중량%, 6 중량%, 5 중량%, 4 중량%, 3 중량%, 2 중량%, 1 중량%, 0.9 중량%, 0.8 중량%, 0.7 중량%, 0.6 중량%, 0.5 중량%, 0.4 중량%, 0.3 중량%, 0.2 중량%, 0.1 중량%, 0.05 중량%, 0.01 중량%, 0.005 중량%, 0.004 중량%, 0.003 중량%, 0.002 중량% 또는 0.001 중량%의 농도로 기판 또는 기판의 층에 존재할 수 있다.
일부 경우에, 탄화 크롬은 적어도 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 7 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 30 중량% 또는 40 중량%의 농도로 기판 또는 기판의 층에 존재할 수 있다.
일부 경우에, 탄화 크롬은 최대 40 중량%, 30 중량%, 20 중량%, 10 중량%, 9 중량%, 8 중량%, 7 중량%, 6 중량 %, 5 중량%, 4 중량%, 3 중량%, 2 중량%, 1 중량%, 0.9 중량%, 0.8 중량%, 0.7 중량%, 0.6 중량%, 0.5 중량%, 0.4 중량%, 0.3 중량% 0.2 중량%, 0.1 중량%, 0.05 중량%, 0.01 중량%, 0.005 중량%, 0.004 중량%, 0.003 중량%, 0.002 중량% 또는 0.001 중량%의 농도로 기판 또는 기판의 층에 존재할 수 있다
일부 경우에, 기판 또는 기판의 층 내의 유리 탄소의 농도는 적어도 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2wt % 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 7 중량 %, 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 30 중량% 또는 40 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
일부 경우에, 기판 또는 기판의 층 내의 유리 탄소의 농도는 최대 약 40 중량%, 30 중량%, 20 중량%, 10 중량%, 9 중량%, 8 중량%, 7 중량%, 6 중량%, 5 중량%, 4 중량%, 3 중량%, 2 중량%, 1 중량%, 0.9 중량%, 0.8 중량%, 0.7 중량%, 0.6 중량%, 0.5 중량%, 0.4 중량%, 0.3 중량%, 0.2 중량%, 0.1 중량%, 0.05 중량%, 0.01 중량%, 0.005 중량%, 0.004 중량%, 0.003 중량%, 0.002 중량% 또는 0.001 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
층의 표면의 외형은 기판 내의 특정 원소의 양에 좌우될 수 있다. 층의 표면의 외형은 층의 표면 상에서의 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)의 형성에 기초하여 변경될 수 있다. 층의 표면 상에서의 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)의 형성은 기판 내의 유리 탄소 농도에 의존할 수 있다. 일부 예에서, 기판 내의 유리 탄소의 농도가 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량% 이상의 탄소를 나타낼 때, 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)이 층의 표면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 유리 탄소의 농도가 약 0.004 중량% 이상의 탄소를 나타내는 경우, 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)이 층의 표면 상에 형성된다. 유리 탄소는 기판의 표면 또는 기판에 인접한 층으로 이동하는 것과 같이, 어닐링 동안 이동하는 능력을 가질 수 있다.
층의 표면에 인접한 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)의 형성은 슬러리 코팅 형태 또는 슬러리가 기판에 인접하여 도포되는 패턴에 의해 좌우될 수 있다. 슬러리는 기판에 인접한 패턴을 형성하는 방식으로 도포될 수 있다. 상기 패턴은 예를 들어 그리드, 스트라이프, 도트, 용접 마크 또는 이들의 임의의 조합의 형태일 수 있다. 일례로, 슬러리는 스트라이프 패턴으로 기판에 인접하게 도포되고, 어닐링 후에 기판의 표면 상에 형성된 탄화 크롬은 스트라이프 패턴을 갖는다. 패턴은, 금속 탄화물을 갖는 층을 원하는 패턴 또는 다른 소정의 패턴으로 생성되도록 선택될 수 있다.
층의 표면 상의 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)은 탄화 크롬이 없는 층의 표면과 상이한 외형을 가질 수 있다. 층의 표면 상의 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)은 탄화 크롬이 없는 층의 표면보다 색상이 더 밝을 수 있다. 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)은 예를 들어 특정 패턴 또는 원하는 패턴을 얻기 위해 층의 표면 상의 특정 패턴으로 특정하게 형성될 수 있다. 표면은 금속 탄화물의 도메인 및 금속 탄화물이 없는 도메인을 가질 수 있다. 층의 표면 상에서의 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)의 형성을 용이하게 하기 위해, 추가의 탄소가 기판 상에 피착될 수 있다. 추가의 탄소는 슬러리가 기판에 인접하여 코팅되기 전에, 코팅되는 도중에 또는 코팅된 후에, 그리고/또는 어닐링 이전에, 도중에 또는 이후에 공피착될 수 있다.
기판에 충분한 탄소가 존재하면, 슬러리, 금속 탄화물 층(예컨대, 탄화 크롬), 또는 둘 모두가 기판에 인접한 금속 층의 전체 표면 상에 형성될 수 있다.
일부 경우에, 유리 탄소는 금속 탄화물(예컨대, 탄화 크롬)로서 층의 표면 상에 침전될 수 없다. 예를 들어, 탄소는 금속 탄화물로서 침전될 수 없는 티타늄 탄소의 형태일 수 있다.
기판은 다른 원소를 포함할 수 있다. 기판은 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 7 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 30 중량% 또는 40 중량% 이상의 규소를 포함할 수 있다. 기판은 약 0.0001 중량, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량 %, 3 중량 %, 5 중량 %, 7 중량 %, 10 중량 %, 15 중량 %, 20 중량%, 30 중량% 또는 40 중량% 이상의 망간을 포함할 수 있다. 기판은 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량 %, 3 중량 %, 5 중량 %, 7 중량 %, 10 중량 %, 15 중량 %, 20 중량%, 30 중량% 또는 40 중량% 이상의 티타늄을 포함할 수 있다. 기판은 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량 %, 3 중량 %, 5 중량 %, 7 중량 %, 10 중량 %, 15 중량 %, 20 중량%, 30 중량% 또는 40 중량% 이상의 바나듐을 포함할 수 있다. 기판은 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량 %, 3 중량 %, 5 중량 %, 7 중량 %, 10 중량 %, 15 중량 %, 20 중량%, 30 중량% 또는 40 중량% 이상의 알루미늄을 포함할 수 있다. 기판은 약 0.0001 중량%, 0.0005 중량%, 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2 중량%, 2.5 중량 %, 3 중량 %, 5 중량 %, 7 중량 %, 10 중량 %, 15 중량 %, 20 중량%, 30 중량% 또는 40 중량% 이상의 질소를 포함한다.
금속 층으로 코팅된 기판의 다른 특성은, 예를 들어, 미국 특허 공보 제2013/0171471호; 미국 특허 공보 제2013/0309410호; 미국 특허 공보 제2013/0252022호; 미국 특허 공보 제2015/0167131호; 미국 특허 공보 제2015/0345041호에 기술되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참고로 인용되어 있다.
본 발명의 다른 양태는 기판에 인접한 금속 층을 포함하는 금속 함유 물체를 형성하는 방법이다. 금속 함유 물체는 금속 함유 물체의 외부 층과 기판 사이의 물질 불연속성을 갖지 않을 수 있다.
컴퓨터 제어 시스템
본 개시는 본 개시의 방법을 구현하도록 프로그래밍된 컴퓨터 제어 시스템을 제공한다. 도 28은 슬러리를 제조하고 및/또는 슬러리의 코팅을 기판에 적용하도록 프로그래밍되거나 다른 방식으로 구성된 컴퓨터 제어 시스템(2801)을 도시한다. 컴퓨터 제어 시스템(2801)은 예를 들어 슬러리를 생성하는 방법 및 슬러리의 코팅을 기판에 적용하는 방법과 같은 본 발명의 방법의 다양한 양태를 조절할 수 있다. 컴퓨터 제어 시스템(2801)은 전자 장치에 대해 멀리 위치한 사용자 또는 컴퓨터 시스템의 전자 장치 상에 구현될 수 있다. 전자 장치는 이동식 전자 장치일 수 있다.
컴퓨터 시스템(2801)은 단일 코어 프로세서 또는 멀티 코어 프로세서일 수 있는 중앙 처리 유닛(CPU, 여기서는 "프로세서" 및 "컴퓨터 프로세서")(2805) 또는 병렬 처리를 위한 복수의 프로세서를 포함한다. 컴퓨터 제어 시스템(2801)은 또한 메모리 또는 메모리 장소(2810)(예컨대, 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플래시 메모리), 전자 저장 유닛(2815)(예컨대, 하드 디스크), 하나 이상의 다른 시스템과의 통신을 위한 통신 인터페이스(2820)(예컨대, 네트워크 어댑터), 및 캐시, 다른 메모리, 데이터 저장 장치 및/또는 전자 디스플레이 어댑터와 같은 주변 장치(2825)를 포함할 수 있다. 메모리(2810), 저장 유닛(2815), 인터페이스(2820) 및 주변 장치(2825)는 마더 보드와 같은 통신 버스(실선)를 통해 CPU(2805)와 통신한다. 저장 유닛(2815)은 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(또는 데이터 저장소)일 수 있다. 컴퓨터 제어 시스템(2801)은 통신 인터페이스(2820)의 도움으로 컴퓨터 네트워크( "네트워크")(2830)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 네트워크(2830)는 인터넷, 인터넷 및/또는 익스트라넷, 또는 인터넷과 통신하는 인트라넷 및/또는 익스트라넷일 수 있다. 네트워크(2830)는 일부 경우에 텔레커뮤니케이션 및/또는 데이터 네트워크이다. 네트워크(2830)는 클라우드 컴퓨팅과 같은 분산 컴퓨팅을 가능하게 할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 서버를 포함할 수 있다. 어떤 경우에는, 컴퓨터 시스템(2801)의 도움으로, 네트워크(2830)는, 컴퓨터 시스템(2801)에 결합된 장치가 고객 또는 서버로서 작동할 수 있게 하는 피어-투-피어 네트워크(peer-to-peer network)를 구현할 수 있다.
CPU(2805)는 프로그램 또는 소프트웨어로 구현될 수 있는 일련의 기계 판독 가능한 명령어를 실행할 수 있다. 명령어들은 메모리(2810)와 같은 메모리 위치에 저장될 수 있다. 명령어들은 연속적으로 프로그래밍할 수 있는 CPU(2805)로 향하거나 또는 다르게 본 개시의 방법을 구현하기 위해 CPU(2805)를 구성할 수 있다. CPU(2805)에 의해 수행되는 작동의 예는 패치, 디코드, 실행 및 라이트 백을 포함할 수 있다.
CPU(2805)는 집적 회로와 같은 회로의 일부일 수 있다. 시스템(2801)의 하나 이상의 다른 구성 요소가 회로에 포함될 수 있다. 경우에 따라 회로는 주문형 집적 회로(ASIC)이다.
저장 유닛(2815)은 드라이버, 라이브러리 및 저장된 프로그램과 같은 파일을 저장할 수 있다. 저장 유닛(2815)은 예를 들어, 사용자 선호도 및 사용자 프로그램과 같은 사용자 데이터를 저장할 수 있다. 컴퓨터 시스템(2801)은 어떤 경우에 인트라넷 또는 인터넷을 통해 컴퓨터 시스템(2801)과 통신하는 원격 서버 상에 위치하는 것과 같이, 컴퓨터 시스템(2801) 외부에 있는 하나 이상의 추가 데이터 저장 유닛을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(2801)은 네트워크(2830)를 통해 하나 이상의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(2801)은 사용자의 원격 컴퓨터 시스템(예컨대, 슬러리 코팅된 기판의 제조를 제어하는 사용자)과 통신할 수 있다. 원격 컴퓨터 시스템의 예는 개인용 컴퓨터(예컨대, 휴대용 PC), 슬레이트 또는 태블릿 PC(예컨대, Apple® iPad, Samsung® Galaxy Tab), 전화기, 스마트 폰(예컨대, Apple® iPhone, 안드로이드 지원 장치, Blackberry®), 또는 개인 디지털 보조 장치를 포함한다. 사용자는 네트워크(2830)를 통해 컴퓨터 시스템(2801)에 액세스할 수 있다.
여기에 설명된 방법은 예를 들어 메모리(2810) 또는 전자 저장 유닛(2815)과 같은 컴퓨터 시스템(2801)의 전자 저장 위치 상에 저장된 기계 실행 가능 코드(예컨대, 컴퓨터 프로세서 실행 가능 코드)에 의해 구현될 수 있다. 기계 실행 가능 코드 또는 기계 판독 가능한 코드는 소프트웨어의 형태로 제공될 수 있다. 사용 중에, 코드는 프로세서(2805)에 의해 실행될 수 있다. 일부 경우에, 코드는 저장 유닛(2815)으로부터 검색될 수 있고 프로세서(2805)에 의한 액세스를 용이하게 하기 위해 메모리(2810) 상에 저장될 수 있다. 일부 상황에서, 전자 저장 유닛(2815)은 배제될 수 있고, 기계 실행 가능 명령어가 메모리(2810)에 저장된다.
코드는 코드를 실행하도록 적응된 프로세서를 갖는 기계와 함께 사용하기 위해 사전 컴파일 및 구성될 수 있거나, 런타임 동안 컴파일될 수 있다. 코드는 사전 컴파일 또는 컴파일된 방식으로 코드를 실행할 수 있도록 선택될 수 있는 프로그래밍 언어로 제공될 수 있다.
컴퓨터 시스템(2801)과 같은, 본 명세서에 제공된 시스템 및 방법의 양태는 프로그래밍으로 구체화될 수 있다. 기술의 다양한 양태는 전형적으로 기계 판독 가능한 매체의 형태로 수행되거나 구현되는 기계 실행 가능 코드(또는 프로세서 실행 가능 코드) 및/또는 관련 데이터의 형태인 "제품" 또는 "물품"으로 생각할 수 있다. 기계 실행 가능 코드는 메모리(예컨대, 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리) 또는 하드 디스크와 같은 전자 저장 유닛 상에 저장될 수 있다. "저장" 유형의 매체는 컴퓨터, 프로세서 등과 같은 유형의 메모리 또는 다양한 반도체 메모리, 테이프 드라이브, 디스크 드라이브 등과 같은 그 관련된 모듈 중 임의의 것 또는 전체를 포함할 수 있으며, 이들은 소프트웨어 프로그래밍 동안 언제든지 비-일시적인 저장을 제공할 수 있다. 소프트웨어의 전체 또는 일부는 때때로 인터넷 또는 다양한 다른 텔레커뮤니케이션 네트워크를 통해 통신될 수 있다. 예를 들어, 이러한 통신은 관리 서버 또는 호스트 컴퓨터에서 응용 서버의 컴퓨터 플랫폼에 이르기까지 하나의 컴퓨터 또는 프로세서에서 다른 컴퓨터 또는 프로세서로 소프트웨어를 로딩할 수 있다. 따라서, 소프트웨어 요소가 탑재된 또 다른 유형의 매체는 유선 네트워크 및 광학 유선 네트워크 및 다양한 무선 링크를 통해 로컬 장치 간의 물리적 인터페이스에 걸쳐 사용되는 것과 같은 광 전기 및 전자기파를 포함한다. 유선 링크 또는 무선 링크, 광 링크 등과 같이 상기 전자기파를 운반하는 물리적 요소는 또한 소프트웨어가 탑재된 미디어로 간주될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 비-일시적 유형의 "저장 매체"에 한정되지 않는 한, 컴퓨터 또는 기계의 "판독 가능한 매체"와 같은 용어는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여하는 임의의 매체를 지칭한다.　
따라서, 컴퓨터 실행 가능 코드와 같은 기계 판독 가능한 매체는 유형(tangible)의 저장 매체, 반송파 매체 또는 물리적 전송 매체를 포함하지만 이에 한정되지 않는 많은 형태를 취할 수 있다. 비-휘발성 저장 매체는 예를 들어 도면에 도시된 데이터베이스 등을 구현하는 데 사용될 수 있는 임의의 컴퓨터(들) 등의 저장 장치 중 임의의 것과 같은 광학 디스크 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 저장 매체는 그러한 컴퓨터 플랫폼의 메인 메모리와 같은 동적 메모리를 포함한다. 유형의 전송 매체는 컴퓨터 시스템 내에 버스를 포함하는 와이어를 포함하는, 동축 케이블, 즉 구리선 및 광섬유를 포함한다. 반송파 전송 매체는 전기 신호 또는 전자기 신호 또는 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 중에 생성되는 것과 같은 음파 또는 광파의 형태를 취할 수 있다. 따라서, 컴퓨터 판독 가능한 매체의 일반적인 형태는 예를 들어, 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD 또는 DVD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드 페이퍼 테이프, 홀 패턴을 갖는 임의의 다른 물리적 저장 매체, RAM, ROM, PROM 및 EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 데이터 또는 명령어를 운반하는 반송파, 그러한 반송파를 운반하는 케이블 또는 링크, 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 이러한 많은 형태의 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 전달하는 것과 관련될 수 있다.
컴퓨터 시스템(2801)은, 예를 들어, 슬러리를 생성하고 및/또는 기판에 슬러리를 도포하기 위한 파라미터를 제공하기 위한 사용자 인터페이스(UI)(2840)를 포함하는 전자 디스플레이(2835)를 포함할 수 있거나 그와 통신할 수 있다. UI의 예는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 및 웹 기반 사용자 인터페이스를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
본 개시의 방법 및 시스템은 하나 이상의 알고리즘에 의해 구현될 수 있다. 알고리즘은 중앙 처리 유닛(2805)에 의한 실행 시 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 알고리즘은 예를 들어 슬러리의 혼합 전단 속도, 슬러리 혼합물에 첨가된 각 성분의 양, 및 성분이 슬러리 혼합물에 첨가되는 순서를 조절할 수 있다. 다른 예로서, 알고리즘은 슬러리가 기판에 도포되는 속도 및 기판에 도포된 슬러리의 코팅의 개수를 조절할 수 있다.
예시
예시 1
일례에서, 물, 합금제, 할로겐화물 활성제 및 불활성 종을 혼합 챔버에서 크롬, 염화 마그네슘 육수화물, 및 알루미나의 종과 혼합함으로써 슬러리가 형성된다. 이들 성분은 생성된 용액을 혼합하는 동안 혼합 챔버에 첨가된다. 혼합의 전단 속도는 변할 수 있고, 점도 및 항복 응력과 같은 성질이 도 2 내지 도 6에 기록되고, 목록화되며, 도시된다.
슬러리에 첨가되는 물의 양은 변화되어 다수의 슬러리를 형성하고, 슬러리의 특성에 대한 결과 효과가 기록된다. 다음으로, 슬러리는 롤 코팅 공정을 통해 탄소 강 기판에 도포된다. 이 후, 슬러리를 200 ℃에서 2 시간 동안 어닐링한다. 이어서, 슬러리를 약 2 시간 내지 약 100 시간 이상으로 완전 건조시킨다. 크롬화된 제품 표면 근처의 분위기는 이슬점이 -20 ℉ 미만일 수 있다.
예시 2
또 다른 예에서, 혼합 챔버에서 슬러리의 다양한 성분을 혼합함으로써 슬러리가 형성된다. 슬러리는 물과 같은 용매, 규산 철과 같은 합금제, 염화 철과 같은 할로겐화물 활성제, 및 크롬과 같은 불활성 종을 고전단 혼합기에서 혼합함으로써 형성된다. 전단 속도가 변화되고, 점도 및 항복 응력과 같은 특성이 도 7 내지 도 10에 기록되고, 목록화된다. 슬러리에 첨가된 크롬의 양은 변화되어 다수의 슬러리를 형성하고, 슬러리의 특성에 대한 결과 효과가 기록된다. 이어서, 슬러리를 기판 롤 코팅에 도포한다. 기판을 70 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 20 초 및 120 초의 시간 동안 유지시키면서 기판 상에서 슬러리를 건조시킨다. 과량의 슬러리는 후속 공정 전에 제거된다.
예시 3
또 다른 예에서, 혼합 챔버에서 슬러리의 다양한 성분을 혼합함으로써 슬러리가 형성된다. 슬러리는 물과 같은 용매, 규산 철과 같은 합금제, 염화 철과 같은 할로겐화물 활성제 및 알루미늄(Ⅲ) 산화물과 같은 불활성 종을 챔버 내에서 혼합함으로써 형성된다. 전단 속도가 변화되고, 점도 및 항복 응력과 같은 특성이 도 12 내지 도 14에 기록되고, 목록화된다. 슬러리에 첨가된 알루미나의 양은 변화되어 다수의 슬러리를 형성하고, 슬러리의 특성에 대한 결과 효과가 기록된다. 그 후, 슬러리는 단일 단계 공정을 통해 기판에 도포된다. 기판을 70 ℃ 내지 120 ℃의 온도로 20 초 및 120 초의 시간 동안 유지시키면서 기판 상에서 슬러리를 건조시킨다. 과량의 슬러리는 후속 공정 전에 제거된다.
예시 4
또 다른 예에서, 혼합 챔버에서 슬러리의 다양한 성분을 혼합함으로써 슬러리가 형성된다. 슬러리는 물과 같은 용매, 규산 철(ferro-silicon)과 같은 합금제, 염화 철과 같은 할로겐화물 활성제 및 알루미나와 같은 불활성 종을 챔버 내에서 혼합함으로써 형성된다. 전단 속도가 변화되고, 점도 및 항복 응력, 유동성 및 pH와 같은 특성이 도 16 내지 도 18, 도 21, 및 도 22에 기록되고, 목록화된다. 슬러리에 첨가된 염화 마그네슘의 변화되어 다수의 슬러리를 형성하고, 슬러리의 특성에 대한 결과 효과가 기록된다.
예시 5
또 다른 예에서, 크롬 15 g, 알루미나 5.25 g, 및 MgCl2·6H2O 0.25 g을 포함하고, 0.2 g씩 증량하면서 4.2 g 내지 5.4 g의 양으로 물을 포함하는 슬러리가 형성된다. 이들 성분은 생성된 용액을 혼합하는 동안 혼합 챔버에 첨가된다. 혼합의 전단 속도는 변화될 수 있고, 점도 및 항복 응력과 같은 특성이 도 2 내지 도 6에 기록되고, 목록화되며, 도시된다.
도 2 및 도 3은 다양한 양의 물이 슬러리의 점도에 영향을 줄 수 있는 예를 도시한다. 도면은 전단 속도가 증가함에 따라 점도가 감소할 수 있는 다양한 곡선 A-G를 도시한다. 곡선은 수분 함량이 증가하는 순서이다. 예를 들어, 곡선 A는 4.2 g의 수분 함량을 가지며, 곡선 G는 5.4g의 수분 함량을 갖는다. 일반적으로, 전단 속도를 증가시키는 것은 슬러리의 점도를 감소시킬 수 있다. 물의 양을 증가시키면 슬러리의 점도가 감소될 수 있다. 일부 경우에, 슬러리는 약 0.01 s-1 내지 1,000 s-1의 전단 속도에서 약 1x10-2 파스칼(Pa) 초 내지 100 Pa 초의 점도를 가질 수 있다. 예를 들어, 슬러리는 4 s-1에서 10 Pa 초 또는 7400 s-1에서 1x10-2 Pa 초의 점도를 가질 수 있다.
슬러리의 점도는 슬러리 중의 물의 중량의 함수일 수 있다. 도 4는 슬러리의 물의 변화량의 결과로서 고정 전단 속도(1000 s- 1)에서의 점도 변화를 도시한다. 슬러리 중의 물의 중량 증가는 슬러리의 점도를 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 선형적일 수 있다. 일부 실시예에서, 1000 s-1의 전단 속도에서의 슬러리의 점도는 약 4.2 g인 슬러리 중의 물 중량에서의 약 140 센티푸아즈(cP) 내지 5.4 g의 물 중량에서 60 cP일 수 있다.
슬러리의 항복 응력은 슬러리 중의 물의 중량의 함수일 수 있다. 도 5는 슬러리의 물의 양의 변화에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다. 슬러리 중의 물의 중량 증가는 슬러리의 항복 응력을 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 선형적일 수 있다. 일부 예에서, 슬러리의 항복 응력은 약 4.2 g인 슬러리 중의 물 중량에서의 약 70 파스칼(Pa) 내지 5.4 g의 물 중량에서의 약 30 Pa일 수 있다.
도 6은 다양한 양의 물의 결과로서의 점도, 전단 담화 지수 및 항복 응력의 변화를 도시한다. 일반적으로, 슬러리 중의 물의 양을 증가시키는 것은 슬러리의 점도를 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 선형적일 수 있다. 일부 실시예에서, 1000 s-1의 전단 속도에서 슬러리의 점도는 약 4.2 g인 슬러리 중의 물 중량에서의 약 136 센티푸아즈(cP) 내지 5.4 g의 물 중량에서의 61 cP일 수 있다. 일반적으로, 슬러리 중의 물의 양을 증가시키는 것은 슬러리의 전단 담화 지수를 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 선형적일 수 있다. 일부 예에서, 전단 담화 지수는 약 4.2 g인 슬러리 중의 물 중량에서의 약 6.1(100: 1000 s-1) 내지 5.4 g 물 중량에서의 5.8일 수 있다. 슬러리 중의 물의 중량 증가는 슬러리의 항복 응력을 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 선형적일 수 있다. 일부 예에서, 슬러리의 항복 응력은 약 4.2 g인 슬러리 중의 물 중량에서의 약 71 파스칼(Pa) 내지 5.4 g의 물 중량에서의 약 30 Pa일 수 있다.
예시 6
슬러리의 점도는 크롬과 같은 슬러리 중 합금제의 중량의 함수일 수 있다. 도 7은 다양한 양의 크롬이 슬러리의 점도에 영향을 줄 수 있는 예를 도시한다. 5 g의 물, 5.25 g의 알루미나, 0.25 g의 MgCl2·6H2O 및 1 g 내지 35 g의 양의 크롬을 포함하는 슬러리가 형성된다. 도면은 전단 속도가 증가함에 따라 점도가 감소할 수 있는 다양한 곡선 A 내지 J를 도시한다. 곡선은 크롬 함량이 증가하는 순서이다. 예를 들어, 곡선 A는 1.0 g의 크롬 함량을 가지며 곡선 J는 35.0 g의 물 함량을 가진다. 일반적으로, 전단 속도의 증가는 슬러리의 점도를 감소시킬 수 있다. 크롬의 양을 증가 시키면 슬러리의 점도가 감소될 수 있다. 일부 경우에, 슬러리는 약 0.01 s-1 내지 1,000 s-1의 전단 속도에서 약 1x10-2 파스칼(Pa) 초 내지 100 Pa 초의 점도를 가질 수 있다. 예를 들어, 슬러리는 0.01 s-1에서 1,000 Pa 초의 점도를 가질 수 있다. 예를 들어, 슬러리는 1,000 s-1에서 1x10-2 Pa 초의 점도를 가질 수 있다.
슬러리의 점도, 전단 담화 지수 및 항복 응력은 크롬과 같은 슬러리 중 합금제의 중량의 함수일 수 있다. 도 8은 다양한 양의 크롬의 결과로서의 점도, 전단 담화 지수 및 항복 응력의 변화를 도시한다. 일반적으로, 슬러리 중 크롬의 양을 증가시키는 것은 슬러리의 점도를 증가시킬 수 있다. 이러한 증가는 지수적일 수 있다. 일부 실시예에서, 1000 s-1의 전단 속도에서의 슬러리의 점도는 약 1.0 g인 슬러리 중의 크롬 중량에서의 약 26 센티푸아즈(cP) 내지 35.0 g의 크롬 중량에서의 442 cP일 수 있다. 일반적으로, 슬러리 중의 크롬의 양을 증가시키는 것은 슬러리의 전단 담화 지수를 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 선형적일 수 있다. 일부 예에서, 전단 담화 지수는 약 1.0 g인 슬러리 중의 크롬 중량에서의 약 42(10: 1000 s-1) 내지 35.0 g의 크롬 중량에서의 6일 수 있다. 일부 예에서, 전단 담화 지수는 약 1.0 g인 슬러리 중의 크롬 중량에서의 약 5.5(100: 1000 s-1) 내지 35.0 g의 크롬 중량에서의 3.0일 수 있다. 슬러리 중의 크롬의 중량 증가는 슬러리의 항복 응력을 증가시킬 수 있다. 이러한 증가는 선형적일 수 있다. 일부 예에서, 슬러리의 항복 응력은 약 1.0 g인 슬러리 중의 크롬 중량에서의 약 10 파스칼(Pa) 내지 35.0 g의 크롬 중량에서의 약 104 Pa일 수 있다.
슬러리의 점도는 슬러리 중 크롬과 같은 합금제의 중량의 함수일 수 있다. 도 9는 슬러리의 크롬 양의 변화의 결과로서 고정 전단 속도(1000 s- 1)에서의 점도 변화를 도시한다. 슬러리 중의 크롬의 증가는 슬러리의 점도를 증가시킬 수 있다. 이러한 증가는 지수적일 수 있다. 일부 예에서, 1000 s-1의 전단 속도에서의 슬러리의 점도는 약 1.0 g인 슬러리 중의 크롬 중량에서의 약 25 센티푸아즈(cP) 내지 35.0 g의 크롬 중량에서의 450 cP일 수 있다.
슬러리의 항복 응력은 슬러리 중의 합금제(예컨대, 크롬)의 중량의 함수일 수 있다. 도 10은 슬러리 중의 크롬 양의 변화의 결과로서 항복 응력의 변화를 도시한다. 슬러리 중의 크롬의 증가는 슬러리의 수율을 증가시킬 수 있다. 이러한 증가는 선형적일 수 있다. 일부 예에서, 슬러리의 항복 응력은 약 1.0 g인 슬러리 중의 크롬 중량에서의 약 10 파스칼(Pa) 내지 35.0 g의 크롬 중량에서의 약 100 Pa일 수 있다.
도 11은 슬러리의 점도에 대한 크롬 로딩의 실험 데이터 및 계산된 크리게르-도허티 적합도를 나타낸다. 슬러리의 점도에 대한 크롬 로딩의 실험 데이터 및 계산된 크리게르-도허티 적합도가 잘 대응될 수 있다. 슬러리 중의 크롬의 증가는 슬러리의 점도를 증가시킬 수 있다. 이러한 증가는 지수적일 수 있다.
예시 7
슬러리의 다양한 특성이 원하는 대로 선택되거나 조절될 수 있다. 이러한 특성은 점도, 전단 담화 지수 및 항복 응력을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 이들 특성은 알루미나 함량에 따라 변할 수 있다.
또 다른 예에서, 물 약 5 g, 크롬 15 g, 및 MgCl2·H2O 0.25 g을 포함하고, 0.5 g씩 증량하면서 4.5 g 내지 7.5 g 양으로 알루미나를 포함하는 슬러리가 형성된다. 도 12는 알루미나의 변화량에 따른 점도, 전단 담화 지수 및 항복 응력의 변화를 도시한다. 일반적으로, 슬러리 중의 알루미나의 양을 증가시키는 것은 슬러리의 점도를 증가시킬 수 있다. 이러한 증가는 지수적일 수 있다. 일부 실시예에서, 1000 s-1의 전단 속도에서 슬러리의 점도는 약 4.5 g인 슬러리 중의 알루미나 중량에서의 약 57 센티푸아즈(cP) 내지 7.5 g의 크롬 중량에서의 203 cP일 수 있다. 일반적으로, 슬러리 중의 알루미나의 양을 증가시키는 것은 슬러리의 전단 담화 지수를 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 전단 담화 지수는 약 4.5 g인 슬러리 중의 알루미나 중량에서의 약 42(10: 1000 s-1) 내지 7.5 g의 알루미나 중량에서의 약 14일 수 있다. 일부 예에서, 전단 담화 지수는 약 4.5 g인 슬러리 중의 알루미나 중량에서의 약 5.6(100: 1000 s-1) 내지 7.5 g의 알루미나 중량에서의 약 5.9일 수 있다. 슬러리 중의 알루미나의 중량 증가는 슬러리의 항복 응력을 증가시킬 수 있다. 일부 예에서, 슬러리의 항복 응력은 약 4.5 g의 슬러리 중의 알루미나 중량에서의 약 26 파스칼(Pa) 내지 7.5 g 알루미나 중량에서의 약 104 Pa일 수 있다.
슬러리의 점도는 슬러리 중 불활성 물질(예컨대, 알루미나)의 중량의 함수일 수 있다. 도 13은 슬러리의 알루미나의 양을 변화시킨 결과에 따른 고정 전단 속도(1000 s- 1)에서의 점도 변화를 도시한다. 슬러리 중의 알루미나의 증가는 슬러리의 점도를 증가시킬 수 있다. 이러한 증가는 지수적일 수 있다. 일부 실시예에서, 1000 s-1의 전단 속도에서 슬러리의 점도는 약 4.5 g인 슬러리 중의 알루미나 중량에서의 약 50 센티푸아즈(cP) 내지 7.5 g의 알루미나 중량에서의 약 200 cP일 수 있다. 기계론적 이론에 구속되기를 바라지는 않지만, 슬러리 중의 다량의 알루미늄(Ⅲ) 산화물은 슬러리와 화학적으로 상호 작용하여 구조적 특성 또는 물리적 특성을 변화시킬 수 있다.
슬러리의 항복 응력은 슬러리 중의 불활성(예, 알루미늄 산화물)의 중량의 함수일 수 있다. 도 14는 슬러리의 알루미늄(Ⅲ) 산화물의 양의 변화에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다. 슬러리 중의 알루미늄(Ⅲ) 산화물의 증가는 슬러리의 수율을 증가시킬 수 있다. 이러한 증가는 지수적일 수 있다. 일부 예에서, 슬러리의 항복 응력은 약 4.5 g인 슬러리 중의 알루미나 중량에서의 약 25 파스칼(Pa) 내지 7.5 g의 알루미나 중량에서의 약 100 Pa일 수 있다.
도 15는 슬러리의 점도에 대한 알루미늄(Ⅲ) 산화물 로딩의 계산된 크리게르-도허티 적합도 및 실험적 크리게르-도허티 적합도를 나타낸다. 슬러리의 점도에 대한 알루미늄(Ⅲ) 산화물 로딩의 실험 데이터 및 계산된 크리게르-도허티 적합도가 잘 대응될 수 있다. 슬러리 중의 알루미늄의 증가는 슬러리의 점도를 증가시킬 수 있다. 이러한 증가는 선형적 또는 지수적일 수 있다.
예시 8
슬러리 특성은 활성제(예컨대, 염화 마그네슘)의 함량에 따라 변할 수 있다. 도 16은 염화 마그네슘의 변화량에 따른 점도, 전단 담화 지수 및 항복 응력의 변화를 도시한다. 일반적으로, 슬러리 중의 염화 마그네슘의 양을 증가시키는 것은 슬러리의 점도를 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 지수 함수 또는 로그 함수일 수 있다. 일부 예에서, 1000 s-1의 전단 속도에서 슬러리의 점도는 약 0.1 g인 슬러리 중의 염화 마그네슘 중량에서의 약 93 센티푸아즈(cP) 내지 4 g의 염화 마그네슘 중량에서의 약 35 cP일 수 있다. 일반적으로, 슬러리 중의 염화 마그네슘의 양을 증가시키는 것은 슬러리의 전단 담화 지수를 변화시킬 수 있다. 일부 예에서, 전단 담화 지수는 약 0.1 g인 슬러리 중의 알루미나 중량에서의 약 16(10: 1000 s-1), 0.8 g의 염화 마그네슘 중량에서의 약 42, 4 g의 염화 마그네슘 중량에서의 약 16일 수 있다. 일부 예에서, 전단 담화 지수는 약 0.1 g인 슬러리 중의 염화 마그네슘 중량에서의 약 5.8(100: 1000 s-1) 내지 4 g의 염화 마그네슘 중량에서의 약 3.1일 수 있다. 슬러리 중의 염화 마그네슘의 중량 증가는 슬러리의 항복 응력을 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 지수적일 수 있다. 일부 예에서, 슬러리의 항복 응력은 약 0.1 g인 슬러리 중의 염화 마그네슘 중량에서의 약 47 파스칼(Pa) 내지 4 g의 염화 마그네슘 중량에서의 약 4 Pa일 수 있다.
슬러리의 점도는 슬러리 중의 활성제(예컨대, 염화 마그네슘)의 중량의 함수일 수 있다. 도 18은 슬러리의 염화 마그네슘의 양의 변화에 따른 고정 전단 속도(1000 s- 1)에서의 점도 변화를 도시한다. 슬러리 중의 염화 마그네슘의 증가는 슬러리의 점도를 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 지수적일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 1000 s-1의 전단 속도에서 슬러리의 점도는 약 0.1 g인 슬러리 중의 염화 마그네슘 중량에서의 약 90 센티푸아즈(cP) 내지 4 g의 염화 마그네슘 중량에서의 약 40 cP일 수 있다.
슬러리의 물리적 특성은 슬러리 중의 활성제의 양의 함수일 수 있다. 예를 들어, 슬러리의 항복 응력은 슬러리 중의 염화 마그네슘의 중량의 함수일 수 있다. 도 18은 슬러리의 염화 마그네슘의 양의 변화에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다. 슬러리 중의 염화 마그네슘의 증가는 슬러리의 수율을 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 지수적일 수 있다. 일부 예에서, 슬러리의 항복 응력은 약 0.1 g인 슬러리 중의 염화 마그네슘 중량에서의 약 50 파스칼(Pa) 내지 4 g의 염화 마그네슘 중량에서의 약 5 Pa일 수 있다.
도 19는 슬러리에 있어서 다양한 염화물 양을 갖는 상이한 염화물 공급원에 있어서의 유동성의 변화가 증명되는 기울임 테스트(tilt test)의 결과를 도시한다. 슬러리 중의 다량의 염화 마그네슘, 염화 철 및 염화 칼슘은 슬러리의 유동성 증가와 상응할 수 있다. 일부 예에서, 염화 마그네슘, 염화 철 및 염화 칼슘으로부터의 0.1 몰의 염화물은 약 10 눈금 실린더 단위의 슬러리의 유동성에 상응할 수 있다. 일부 예에서, 슬러리 중의 다량의 염화 암모늄은 슬러리의 유동성에 거의 변화를 주지 않을 수 있고, 염화 암모늄으로부터의 0.1 몰의 염화물은 10 밀리리터 실린더 상에서 약 0.5 눈금 실린더 단위의 슬러리의 유동성에 상응할 수 있다.
슬러리의 pH는 슬러리에 사용된 염화물 공급원의 함수로서 변할 수 있다. 도 20은 슬러리에 있어서 다양한 양의 염화물을 갖는 상이한 염화물 공급원에 있어서의 pH의 변화를 도시한다. 슬러리 중의 다량의 염화 마그네슘, 염화 암모늄, 염화 철 및 염화 칼슘은 슬러리의 pH의 약간의 감소에 상응할 수 있다. 일부 실시예에서, 염화 마그네슘, 염화 암모늄, 염화 철 및 염화 칼슘으로부터의 0.1 몰의 염화물은 각각 약 5, 7, 2 및 4의 pH에 상응할 수 있다.
예시 9
슬러리의 물리적 특성은 슬러리에 첨가될 수 있는 염의 동일성 및 함량에 의해 영향받을 수 있다. 도 21은 슬러리에 대한 다양한 농도의 마그네슘 염의 유동성의 변화를 도시한다. 슬러리의 기울임 테스트를 수행하였다. 일반적으로, 슬러리 중의 보다 많은 양의 마그네슘 염, 예컨대 염화 마그네슘, 아세트산 마그네슘 및 황산 마그네슘은 슬러리의 유동성 증가에 상응할 수 있다. 일부 실시예에서, 황산 마그네슘 및 아세트산 마그네슘 중 0.02 몰의 마그네슘은 약 6 눈금 실린더(grad cyl) 단위의 슬러리 유동성에 상응할 수 있다. 일부 실시예에서, 염화 마그네슘 중 0.02 몰의 마그네슘은 약 4 눈금 실린더 단위의 슬러리의 유동성에 상응할 수 있다.
도 22는 슬러리에 대한 다양한 농도의 마그네슘 염의 pH 변화를 도시한다. 일반적으로, 슬러리 중의 보다 많은 마그네슘 염, 예컨대 염화 마그네슘, 아세트산 마그네슘 및 황산 마그네슘은 슬러리의 pH의 약간의 감소에 상응할 수 있다. 이러한 감소는 지수적일 수 있다. 일부 예에서, 염화 마그네슘, 아세트산 마그네슘 및 황산 마그네슘으로부터의 0.02 몰의 마그네슘은 각각 약 7, 7.5 및 6의 pH에 상응할 수 있다.
도 23은 슬러리에 대한 아세트산 마그네슘의 다양한 농도 및 전단 속도에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다. 슬러리는 15 g의 크롬, 7.5 g의 알루미나, 5.05 g의 물 및 0.01 g 내지 10 g의 Mg(OAc)2·4H20을 포함한다. 일반적으로, 전단 속도를 증가시키면 슬러리의 항복 응력을 감소시킬 수 있다. 아세트산 마그네슘의 양을 증가시키는 것은, 용해도 한계에 도달할 때까지 슬러리의 항복 응력을 감소시키는 것에 상응할 수 있다. 용해도 한계에 도달할 때까지 더 많은 염이 용해됨에 따라 단조 담화 작용이 관찰될 수 있다. 일부 실시예에서, 슬러리 중의 아세트산 마그네슘의 양은 약 0.01 g, 1 g, 2 g, 4 g 또는 10 g이다.
도 24는 15 g의 크롬, 7.5 g의 알루미나, 5.05 g의 물 및 0.01 g 내지 10 g의 Mg(OAc)2·7H20을 포함하는 슬러리에 대한 황산 마그네슘의 다양한 농도 및 전단 속도에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다. 증가하는 염의 함수로서의 점도의 감소가 관찰된다. 용해도 한계에 도달할 때까지 더 많은 염이 용해됨에 따라 단조 담화 작용이 관찰될 수 있다. 슬러리 중의 물의 그램 당 0.0018 g 내지 0.8000 g의 MgSO4가 샘플 6 내지 9를 제조하는 데 사용되었다.
도 25는 슬러리의 염 농도의 범위에 따른 다양한 마그네슘 염의 pH, 점도 및 항복 응력의 변화를 도시한다.
pH, 점도 및 항복 응력과 같은 슬러리의 특성은 슬러리에 첨가될 수 있는 염의 동일성 및 함량에 의해 영향을 받을 수 있다. 도 26은 슬러리의 염 농도의 범위에 따른 다양한 마그네슘 염의 pH, 점도 및 항복 응력의 변화를 도시한다. 기계론적 이론에 구속되기를 바라지는 않지만, 양이온 원자가는 슬러리 유동도(rheology)에 직접적으로 영향을 줄 수 있으며 염의 이온 강도는 슬러리 유동도를 예측하지 못할 수 있다. 1가 아세트산 염은 목표 생강도 특성에 유리할 수 있다. 1가 염 슬러리 점도는 낮은 농도에서 시간 의존적일 수 있다. 기계론적 이론에 구속되기를 바라지는 않지만, 높은 알루미나 로딩 슬러리에서 겉보기 항복 응력을 제외 및 제거하기 위해 이염기 아세트산 알루미늄을 첨가할 수 있으며 양호한 응집력을 나타낼 수 있지만 생강도 테스트에서 불량한 접착력을 나타낼 수 있다. 이 실시예에서, 슬러리는 15 g의 크롬, 7.5 g의 알루미나, 5.05 g의 물 및 다양한 양의 염을 포함하며, # 1은 0.1 mmol의 염을 나타내고, # 2는 5 mmol의 염을 나타내고, # 3은 9 mmol의 염을 나타내고, # 4는 20 mmol의 염을 나타내고, # 5는 49 mmol의 염을 나타낸다.
도 27은 슬러리 중의 다양한 농도의 이온에 따른 항복 응력의 변화를 도시한다. 일반적으로, 마그네슘 염은 초기에는 높은 항복 응력을 가지며, 그 후 묽어짐을 나타낸다. 일반적으로, 1가 염은 더 높은 농도에서 약간의 희석 전에 더 많은 염을 첨가함에 따라 농축되게 된다. 일반적으로, 3가 염 및 이염기 아세트산 알루미늄는 용액 농도에서 항복 응력을 거의 내지 전혀 나타내지 않는다.
예시 10
또 다른 예에서, 탄소, 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소를 포함하는 기판이 제공된다. 일 예에서, 하기 기판은 중량%로 적어도 하기 성분들을 포함한다.
Figure pct00001
기판 SDI-01 및 C6은 기판이 슬러리로 코팅되고 어닐링된 후에 기판에 인접한 층의 표면 상에 탄화 크롬이 형성되는 기판의 예이다. 기판 SDI-03, SDI-04, C13, C20 및 C21은 기판이 슬러리로 코팅되고 어닐링된 후에 기판에 인접한 층의 표면 상에 탄화 크롬이 형성되지 않는 기판의 예이다. 기판 SDI-03, SDI-04, C13, C20 및 C21에서는, 슬러리가 탄화 크롬의 형성을 용이하게 하는 패턴 또는 형태로 도포되는 경우와 같이, 처리 조건이 탄화 크롬의 형성을 촉진하도록 선택된다면, 탄화 크롬이 형성될 수 있다.
예시 11
또 다른 예에서, 기판에 인접한 층의 출현은 기판의 원소의 동일성에 의해 영향을 받는다. 도 30a는 슬러리가 기판에 인접하게 어닐링된 후에 기판에 인접한 층의 단면을 도시한다. 탄화 크롬은 층 표면에 존재한다. 층의 표면은 크롬 및 탄소가 풍부하다. 상기 층은 둔한 마감과 빛나는 마감이 번갈아 가며 나타난다. 대조적으로, 도 30b는 슬러리가 기판에 인접하게 어닐링된 후의 기판에 인접한 층의 단면을 도시한다. 탄화 크롬은 층 표면에 존재하지 않는다. 상기 층은 외형이 빛난다.
물질 조성물(예컨대, 물질 층)을 포함하는 본원의 물질, 장치, 시스템 및 방법은, 각각의 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 예를 들어, 미국 특허 공보 제2013/0171471호; 미국 특허 공보 제2013/0309410호; 미국 특허 공보 제2013/0252022호; 미국 특허 공보 제2015/0167131호; 미국 특허 공보 제2015/0345041호; 특허 협력 조약 출원 제PCT/US2016/017155호에 개시된 물질 조성물을 포함하는 다른 물질, 장치, 시스템 및 방법과 조합되거나 이로부터 변형될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 본 명세서에 도시되고 설명되었지만, 당업자에게는 그러한 실시예가 단지 예로서 제공된다는 것이 명백할 것이다. 본 발명은 명세서 내에 제공된 특정 예들에 의해 제한되지 않는다. 본 발명은 전술한 명세서를 참조하여 설명되었지만, 본 명세서의 실시예에 대한 설명 및 도시는 제한적인 의미로 해석되지 않는다. 본 발명을 벗어나지 않으면서 당업자에게 다양한 변형, 변경 및 대체가 이루어질 것이다. 또한, 본 발명의 모든 양태는 다양한 조건 및 변수에 따른, 본원에서 설명된 특정 묘사, 구성 또는 상대 비율로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본원에 기술된 본 발명의 실시예에 대한 다양한 대안이 본 발명을 실시하는 데 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 이러한 대안, 수정, 변형 또는 등가물을 포함할 수도 있다. 하기 청구 범위는 본 발명의 범위를 한정하고, 청구 범위 내에 있는 방법 및 구조 및 그 등가물에 의해 커버되는 것으로 의도된다.

Claims (55)

  1. 금속 함유 부품을 형성하는 방법에 있어서,
    (a) X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 측정될 때, 적어도 약 0.001 중량%의 농도의 탄소, 그리고 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 하나 이상을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 기판에 인접한 금속을 포함하는 제1 층을 피착(depositing)하는 단계;
    (c) 상기 기판에 인접한 상기 제1 층으로부터 제2 층을 생성하기에 충분한 조건 하에서 상기 제1 층 및 상기 기판을 어닐링시킴으로써, 상기 제2 층 및 상기 기판을 포함하는 상기 금속 함유 부품을 형성하는 단계로서, 상기 제2 층은 상기 탄소 및 상기 금속을 금속 탄화물로서 포함하는 것인 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은 상기 금속 탄화물의 도메인(domain)을 포함하는 것인, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 층은 상기 금속 탄화물이 없는 도메인을 포함하는 것인, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 금속을 포함하는 슬러리를 사용하여 피착되는 것인, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬러리는 합금제, 금속 할로겐화물 활성제 및 용매를 포함하고, 상기 합금제는 상기 금속을 포함하는 것인, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 합금제는 탄소를 포함하는 것인, 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 금속 할로겐화물 활성제는 1가 금속, 2가 금속 또는 3가 금속을 포함하는 것인, 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 금속 할로겐화물 활성제는 염화 마그네슘(MgCl2), 염화 철(Ⅱ)(FeCl2), 염화 칼슘(CaCl2), 염화 지르코늄(IV)(ZrCl4), 염화 티타늄(IV)(TiCl4), 염화 니오븀(V)(NbCl5), 염화 티타늄(Ⅲ)(TiCl3), 사염화 규소(SiCl4), 염화 바나듐(Ⅲ)(VCl3), 염화 크롬(Ⅲ)(CrCl3), 삼염화 실란(SiHCl3), 염화 망간(Ⅱ)(MnCl2), 염화 크롬(Ⅱ)(CrCl2), 염화 코발트(Ⅱ)(CoCl2), 염화 구리(Ⅱ)(CuCl2), 염화 니켈(Ⅱ)(NiCl2), 염화 바나듐(Ⅱ)(VCl2), 염화 암모늄(NH4Cl), 염화 나트륨(NaCl), 염화 칼륨(KCl), 황화 몰리브덴(MoS), 황화 망간(MnS), 이황화 철(FeS2), 황화 크롬(CrS), 황화 철(FeS), 황화 구리(CuS), 황화 니켈(NiS) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인, 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 슬러리는 불활성 종(inert species)을 포함하는 것인, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 불활성 종은 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 이산화 티타늄(TiO2), 산화 마그네슘(MgO), 산화 칼슘(CaO), 점토 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인, 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 용매는 수성 용매인 것인, 방법.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 용매는 유기 용매인 것인, 방법.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 용매는 무기 결합제인 것인, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 무기 결합제는 규산 나트륨인 것인, 방법.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 용매는 유기 결합제를 포함하는 것인, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 유기 결합제는 메틸 셀룰로즈 또는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)인 것인, 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 금속은 철, 크롬, 니켈, 규소, 바나듐, 티타늄, 붕소, 텅스텐, 알루미늄, 몰리브덴, 코발트, 망간, 지르코늄 및 니오븀 중 하나 이상을 포함하는 것인, 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 기상 증착에 의해 피착되는 것인, 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 전기 화학적 증착에 의해 피착되는 것인, 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 강을 포함하는 것인, 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 금속 탄화물의 형성을 용이하게 하는 패턴 또는 형태(morphology)를 갖는 것인, 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    (b) 단계 이전에 상기 패턴 또는 형태를 선택하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  23. 제1항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 탄소는 XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.01 중량%의 농도인 것인, 방법.
  24. 제1항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 탄소는 XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.1 중량%의 농도인 것인, 방법.
  25. 제1항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 2개 이상을 포함하는 것인, 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 3개 이상을 포함하는 것인, 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 4개 이상을 포함하는 것인, 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소 중 5개 이상을 포함하는 것인, 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 기판은 규소, 망간, 티타늄, 바나듐, 알루미늄 및 질소를 포함하는 것인, 방법.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은 상기 기판에 확산 결합되는 것인, 방법.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층은 최외부 층인 것인, 방법.
  32. 금속 함유 부품을 형성하는 방법에 있어서,
    (a) X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 측정될 때 적어도 약 0.001 중량%의 농도의 탄소를 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 슬러리를 사용하여 상기 기판에 인접한 적어도 하나의 금속을 포함하는 제1 층을 피착하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 금속은 크롬 및 니켈로부터 선택되는 것인 단계;
    (c) 상기 기판에 인접한 상기 제1 층으로부터 제2 층을 생성하기에 충분한 조건 하에서 상기 제1 층 및 상기 기판을 어닐링시키는 단계로서, 상기 제2 층은 상기 탄소 및 상기 적어도 하나의 금속을 금속 탄화물로서 포함하여, 상기 제2 층 및 상기 기판을 포함하는 상기 금속 함유 부품을 형성하고, 상기 제2 층은 상기 금속 탄화물의 도메인 및 상기 금속 탄화물이 없는 도메인을 포함하는 것인 단계
    를 포함하는, 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은 크롬을 포함하는 것인, 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은 니켈을 포함하는 것인, 방법.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속은 크롬 및 니켈을 포함하는 것인, 방법.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 슬러리는 합금제, 금속 할로겐화물 활성제 및 용매를 포함하고, 상기 합금제는 상기 금속을 포함하는 것인, 방법.
  37. 제32항에 있어서,
    상기 합금제는 탄소를 포함하는 것인, 방법.
  38. 제32항에 있어서,
    상기 금속 할로겐화물 활성제는 1가 금속, 2가 금속 또는 3가 금속을 포함하는 것인, 방법.
  39. 제32항에 있어서,
    상기 기판은 강을 포함하는 것인, 방법.
  40. 제32항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 금속 탄화물의 형성을 용이하게 하는 패턴 또는 형태를 갖는 것인, 방법.
  41. 제32항에 있어서,
    상기 슬러리는 1000 s-1의 전단 속도인 전단 속도에서 약 1 센티푸아즈(cP) 내지 200 cP의 점도를 갖는 것인, 방법.
  42. 제32항에 있어서,
    상기 슬러리는 1000 s-1의 전단 속도인 전단 속도에서 약 1 센티푸아즈(cP) 내지 150 cP의 점도를 갖는 것인, 방법.
  43. 제32항에 있어서,
    상기 제2 층은 최외부 층인 것인, 방법.
  44. 제32항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 탄소는 XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.01 중량%의 농도인 것인, 방법.
  45. 제32항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 탄소는 XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.1 중량%의 농도인 것인, 방법.
  46. 기판에 인접한 금속 층을 형성하는 방법에 있어서,
    (a) X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 측정될 때 적어도 약 0.001 중량%의 농도의 탄소를 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 슬러리를 사용하여 상기 기판에 인접한 적어도 하나의 금속을 포함하는 제1 층을 피착하는 단계로서, 상기 슬러리는 1000 s-1의 전단 속도인 전단 속도에서 약 1 센티푸아즈(cP) 내지 200 cP의 점도를 갖는 것인 단계;
    (c) 상기 기판에 인접한 상기 제1 층으로부터 제2 층을 생성하기에 충분한 조건 하에서 상기 제1 층 및 상기 기판을 어닐링시키는 단계로서, 상기 제2 층은 상기 탄소 및 상기 적어도 하나의 금속을 금속 탄화물로서 포함하여, 상기 제2 층 및 상기 기판을 포함하는 상기 금속 함유 부품을 형성하고, 상기 제2 층은 상기 금속 탄화물의 도메인 및 상기 금속 탄화물이 없는 도메인을 포함하는 것인 단계
    를 포함하는, 방법.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 슬러리는 합금제, 금속 할로겐화물 활성제 및 용매를 포함하고, 상기 합금제는 상기 금속을 포함하는 것인, 방법.
  48. 제46항에 있어서,
    상기 합금제는 탄소를 포함하는 것인, 방법.
  49. 제46항에 있어서,
    상기 금속 할로겐화물 활성제는 1가 금속, 2가 금속 또는 3가 금속을 포함하는 것인, 방법.
  50. 제46항에 있어서,
    상기 기판은 강을 포함하는 것인, 방법.
  51. 제46항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 금속 탄화물의 형성을 용이하게 하는 패턴 또는 형태를 갖는 것인, 방법.
  52. 제46항에 있어서,
    상기 슬러리는 1000 s-1의 전단 속도인 전단 속도에서 약 1 센티푸아즈(cP) 내지 150 cP의 점도를 갖는 것인, 방법.
  53. 제46항에 있어서,
    상기 제2 층은 최외부 층인 것인, 방법.
  54. 제46항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 탄소는 XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.01 중량%의 농도인 것인, 방법.
  55. 제46항에 있어서,
    (a) 단계에서, 상기 탄소는 XPS에 의해 측정될 때 적어도 약 0.1 중량%의 농도인 것인, 방법.


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