KR20200053369A - 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LIPSS 표면에 서로 다른 조건으로 열처리를 수행하여 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성하는 것에 의해 금속 표면에 다양한 색상을 구현할 수 있도록 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계; 원하는 색상 그룹의 구현을 위한 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조가 형성된 상기 금속 부재에 대한 열처리 조건을 설정하는 열처리 조건 설정 단계; 및 상기 설정된 열처리 조건으로 열처리를 수행하여 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성하여 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 원하는 색상 그룹 구현 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법을 제공한다.

Description

열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재{Color implementing method of metal surface using heat treatment and surface color implemented metal panel}
본 발명은 금속에 표면 색상을 구현하는 것에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LIPSS 표면에 서로 다른 조건으로 열처리를 수행하여 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성하는 것에 의해 금속 표면에 다양한 색상을 구현할 수 있도록 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재에 관한 것이다.
최근 소비자들의 건축 내외장재, 가전 외장재, 자동차 내외장재 등으로 사용되는 강판의 표면에 대한 심미성의 충족에 대한 요구가 매우 높아졌다. 이에 따라, 소비자들의 기호를 충족하기 위하여 다양한 색상이 구현된 금속 판재들이 공급되고 있다.
종래기술에서의 상술한 금속 표면 색상 구현 방법으로는 대한민국 등록특허 제10-0171679호에 개시된 도장기술 또는 코팅기술 등이 널리 사용되어 왔다.
그러나 상술한 종래기술의 금속 표면 색상 구현 방법인 도장기술 또는 코팅 기술은 휘발성 유기화합물이나 도금을 위한 전해용액을 사용하기 때문에, 휘발성 물질, 도금용 금속 또는 화학약품 등의 환경유해 물질이 대량 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 금속의 색상 구현 시 마다. 도장 또는 코팅 물질을 조합하여 사용하게 되므로, 색상 구현의 재현성이 떨어지게 되어, 일정 기간 동안 동일한 도장 또는 코팅 물질을 이용하여 색상이 구현된 금속 판재를 제작한 후에는, 다시 금속 판재의 표면에 동일한 색상을 구현하는 것이 불가능한 문제점을 가진다.
그리고 상술한 종래기술들에서와 같이 도장 또는 코팅에 의해 금속 표면에 색상을 구현하는 경우에는 재현성이 낮아지게 되므로, 대량생산이 용이하지 않은 문제점 또한 발생한다.
대한민국 등록특허 제10-0171679호
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 상대적으로 공정시간이 짧고 공정제어가 쉬운 펨토초 레이저를 이용하여 금속에 LIPSS(Laser Induced Periodic Surface Structure)를 형성하고, 열처리 온도와 시간을 가변하면서 열처리공정을 수행하여 LIPSS 표면에 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성하는 것에 의해 환경오염의 발생 없이 금속 표면에 다양한 색상을 구현할 수 있도록 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 금속 표면의 색상 구현 재현성을 높일 수 있으며, 대량 생산을 가능하게 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 열처리공정을 제어하는 것에 의해 사용자 기호 또는 요구에 맞추어 자연적인 색상과 질감을 구현할 수 있도록 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계; 원하는 색상 그룹의 구현을 위한 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조가 형성된 상기 금속 부재에 대한 열처리 조건을 설정하는 열처리 조건 설정 단계; 및 상기 설정된 열처리 조건으로 열처리를 수행하여 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성하여 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 원하는 색상 그룹 구현 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법을 제공한다.
상기 레이저는, 펨토초 레이저인 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단계는, 기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 가지도록 상기 펨토초 레이저의 스캔 조사 속도를 제어하여 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 부재를 구성하는 금속은 비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 비철계 금속은, Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 철계 금속은, Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 열처리 조건은, 150℃ 내지 350℃의 온도에서 20분 내지 60분 동안 수행되는 조건 중에서 설정되는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 일 실시예의 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법은, 상기 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계 이후에, 시야각 및 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단위 패턴과의 시야의 교차각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 특정 시야각 및 교차각에 대응하는 굴절율을 가지는 투명 폴리머 층을 상기 색상 그룹 구현 산화피막층의 상부에 형성하는 표면 굴절율 부여 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 금속 부재; 상기 금속 부재의 상부에 형성되는 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS: Laser induced periodic surface structure); 및 원하는 색상 그룹의 구현에 대응하는 열처리 조건에 따른 열처리공정의 수행에 의해 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부에 형성되는 색상 그룹 구현 산화피막층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재를 제공한다.
상기 레이저는, 펨토초 레이저인 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단계는, 기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 가지도록 상기 펨토초 레이저의 스캔 조사속도를 제어하여 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 부재를 구성하는 금속은 비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 비철계 금속은, Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 철계 금속은, Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 열처리 조건은, 150℃ 내지 350℃의 온도에서 20분 내지 60분 동안 수행되는 조건 중에서 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 금속판재는, 상기 색상 그룹 구현 산화피막층의 상부에 시야각 및 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단위 패턴과의 시야의 교차각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 굴절율이 조절된 투명 폴리머층;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 열처리 공정이 진행되기 때문에, 열처리 공정조건 제어에 따라 사용자 기호에 맞추어 금속표면에 자연적인 색상과 질감을 구현할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상대적으로 공정시간이 짧고 공정제어가 쉬운 펨토초 레이저 가공에 의한 LIPSS의 형성과 열처리공정을 사용하여 금속 표면에 색상 그룹 구현을 위한 산화피막층을 형성함으로써, 금속 표면에 동일한 색상을 구현하는 재현성이 현저히 향상되며, 대량 생산에 용이한 열처리 공정을 적용하였기 때문에 공정효율이 현저히 향상되어, 색상 구현의 재현성이 높은 표면에 색상이 구현된 금속 판재의 대량생산을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 상대적으로 공정시간이 짧고 공정제어가 쉬운 펨토초 레이저를 이용하여 금속에 LIPSS(Laser Induced Periodic Surface Structure)를 형성하고, 열처리공정을 가변하여 색상 그룹 구현을 위한 산화피막층을 형성하는 것에 의해 환경오염의 발생 없이 금속 표면에 다양한 색상을 구현할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법의 처리과정을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 공정을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 표면 색상이 구현된 금속판재의 단면도.
도 4는 실험예의 금속 판재의 열처리 조건 별 금속 표면 밝기 변화를 나타내는 그래프.
도 5는 실험예의 금속 판재의 열처리 조건 별 금속 표면의 밝기 변화를 나타내는 그래프.
도 6은 LIPSS가 형성되지 않은 순수 구리판재의 시야각 및 교차각에 따른 색상변화를 나타내는 도면.
도 7은 2.5mm/s(a), 5mm/s(b) 및 6mm/s(c)로 펨토초 레이저를 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 열처리를 수행하지 않은 구리판재의 시야각 및 교차각에 따른 색상변화를 나타내는 도면.
도 8은 2.5mm/s(a), 5mm/s(b) 및 6mm/s(c)로 펨토초 레이저를 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 열처리를 수행하지 않은 구리판재의 시야각 및 교차각에 따른 색상변화를 나타내는 도면.
도 9는 2.5mm/s(a), 5mm/s(b) 및 6mm/s(c)로 펨토초 레이저를 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 200℃에서 60분간 열처리를 수행하여 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성한 구리판재의 시야각 및 교차각에 따른 색상변화를 나타내는 도면.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 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 실시예를 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.
본 발명의 일 실시예는, 레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계; 원하는 색상 그룹의 구현을 위한 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조가 형성된 상기 금속 부재에 대한 열처리 조건을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 열처리 조건으로 열처리를 수행하여 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성하여 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 원하는 색상 그룹 구현 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법을 제공한다.
상기 레이저는, 펨토초 레이저인 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단계는, 기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 가지도록 상기 펨토초 레이저의 스캔 조사속도를 제어하여 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 부재를 구성하는 금속은 비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 비철계 금속은, Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 철계 금속은, Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 열처리 조건은, 150℃ 내지 350℃의 온도에서 20분 내지 60분 동안 수행되는 조건 중에서 설정되는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 일 실시예의 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법은, 상기 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계 이후에, 시야각 및 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단위 패턴과의 교차각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 특정 시야각에 대응하는 굴절율을 가지는 투명 폴리머 층을 상기 색상 그룹 구현 산화피막층의 상부에 형성하는 표면 굴절율 부여 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 금속 부재; 상기 금속 부재의 상부에 형성되는 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS: Laser induced periodic surface structure); 및 원하는 색상 그룹의 구현에 대응하는 열처리 조건에 따른 열처리공정의 수행에 의해 형성되는 색상 그룹 구현 산화피막층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재를 제공한다.
상기 레이저는, 펨토초 레이저인 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단계는, 기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 가지도록 상기 펨토초 레이저의 스캔 조사속도를 제어하여 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 부재를 구성하는 금속은 비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 비철계 금속은, Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 철계 금속은, Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 열처리 조건은, 150℃ 내지 350℃의 온도에서 20분 내지 60분 동안 수행되는 조건 중에서 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 금속판재는, 상기 색상 그룹 구현 산화피막층의 상부에 시야각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 굴절율이 조절된 투명 폴리머층;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법의 처리과정을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예의 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 공정을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예의 표면 색상이 구현된 금속판재의 구성도이다.
도 1 및 도 2와 같이, 상술한 본 발명의 일 실시예의 금속 표면 색상 방법은, LIPSS 형성단계(S10), 열처리 조건 설정 단계(S20), 원하는 색상 그룹 구현 단계(S30) 및 표면 굴절율 부여단계(S40)를 포함하여 구성된다.
그리고 도 1 및 도 2의 순서 및 공정에 의해 제작된 본 발명의 일 실시예의 표면 색상이 구현된 금속 판재(1)는, 도 3과 같이, 금속 부재(10), 상기 금속 부재(10)의 상부에 형성되는 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS: Laser induced periodic surface structure)(LIPSS(11)), 색상 그룹 구현 산화피막층(20) 및 투명 폴리머층(30)을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 LIPSS 형성단계(S10)에서 1kW 내지 3 kW 파워를 가지는 펨토초 레이저를 이용하여 구현될 색상 그룹에 대응하는 패턴을 가지는 LIPSS(11)를 금속 부재(10)의 표면에 형성한다. 이때, 금속 부재(10)는 비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나의 금속으로 형성된다. 상기 비철계 금속은, Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 그리고 상기 철계 금속은, Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
다음으로, 상기 열처리 조건 설정 단계(S20)에서 구현될 색상 그룹에 대응하는 색상 그룹 구현 산화피막층(20)의 형성을 위한 열처리 조건을 설정한다.
상술한 열처리 조건은, 질소 또는 대기 분위기에서 150℃ 내지 350℃의 온도로 20분 내지 60분 동안 수행되는 조건 중에서 설정될 수 있다.
상술한 LIPSS 형성을 위한 펨토초 레이저의 파워와 스캔 조사 속도 및 열처리 조건은 색상 그룹에 포함되는 색상별로 데이터베이스로 구축된 후, 원하는 색상의 표출을 위한 공정처리 과정에서 선택되어 설정될 수 있다.
이후, 색상 구현 단계(S30)에서는 상기 설정된 열처리 조건에 따라 열처리를 수행하는 것에 의해 상기 LIPSS(11)의 표면에 색상 그룹 구현 산화피막층(20)을 형성하여 원하는 색상 그룹을 구현한다.
상술한 바와 같이 LIPSS(10)와 색상 그룹 구현 산화피막층(20)이 형성된 금속 부재의 표면은 시야각 및 교차각에 따라 상기 색상 그룹에 포함되는 서로 다른 색을 발현하게 된다.
여기서, 시야각은 금속판재의 표면을 바라보는 고도각으로서 0℃에서 90℃ 사이의 각도이고, 상기 교차각(방위각)은 레이저 유도 주기적 표면 구조(11)를 구성하는 단위 패턴들과 시야의 동일 평면에서의 사잇각으로서 0℃에서 180℃(180℃ d에서 360℃는 동일 색상 구간임)의 값을 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 표면 굴절율 부여 단계(S40)에서는 시야각 및 교차각에 따라 서로 다르게 발현되는 색들을 가지는 색상 그룹 중 특정 색을 시야각 및 교차각에 무관하게 표출하도록 하기 위하여, 특정 시야각 및 교차각에 대응하는 굴절율을 가지는 투명 폴리머 층(30)을 색상 그룹 구현 산화피막층(20)의 상부에 형성한다. 이에 의해, 상기 투명 폴리머 층(30)의 굴절율에 대응하는 시야각 및 교차각 방향의 색상이 시야각 및 교차각에 무관하게 금속 부재(10)의 표면 전체에서 표출된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 금속 부재(10)의 표면에 구현될 색상 그룹에 대응하는 패턴을 가지는 LIPSS(11)를 형성하고, 공정 시간이 작고 제어가 용이한 열처리공정을 수행하여 색상 그룹 구현 산화피막층(20)을 형성하는 것에 의해, 색상 재현성이 높고, 색상 구현 공정의 연속적 구현을 가능하게 하는 것에 의해 색상 재현성이 높은 표면 색상 그룹 구현 금속 판재(1)를 대량으로 생산할 수 있도록 한다.
<실험예>
- 표면 색상 그룹 구현 금속 판재의 제작
순수 구리판재(Pure Cu), 2.5mm/s(a), 5mm/s(b) 및 10mm/s(c)로 1Kw의 파워를 가지는 펨토초 레이저를 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 열처리를 수행하지 않은 구리판재들, 2.5mm/s(a), 5mm/s(b) 및 10mm/s(c)로 1Kw의 파워를 가지는 펨토초 레이저를 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 200℃에서 20분간 열처리를 수행한 구리판재들 및 2.5mm/s(a), 5mm/s(b) 및 10mm/s(c)로 1Kw의 파워를 가지는 펨토초 레이저를 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 200℃에서 60분간 열처리를 수행하여 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성한 구리판재들을 제작하였다.
- 분석
도 4는 실험예의 금속 판재의 열처리 조건 별 금속 표면 밝기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4와 같이, 순수 구리판재 및 LIPSS가 형성된 구리판재들에서 열처리를 수행하지 않은 구리판재의 밝기가 가장 밝게 나타났으며, 열처리 시간이 증가할수록 밝기가 감소하여 어두워지는 것을 알 수 있었다.
도 5는 실험예의 금속 판재의 열처리 조건 별 금속 표면의 밝기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5의 색상 구현 성능은 CIE 색좌표계에서 시야각 90°에서 L*, a*, b*를 이용하여 측정하였다. 참고로, CIE 색좌표계에서 L*은 명도의 변화를 나타내며, a*는 (+) 측은 붉은 색(R)이 점점 강해지며 (-) 측은 녹색(G)이 점점 강해지고, b*는 (+) 측은 노란색(Y)이 점점 강해지며 (-) 측은 파란색(B)이 점점 강해진다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 열처리를 수행하지 않은 LIPSS가 형성된 구리판재(Non haeat treatment)의 경우 (a*, b*)가 약(-22, -8)로 녹색과 파란색이 강하게 나타났다. 그리고 LIPSS가 형성된 후 20분간 열처리를 수행한 구리판재(20min)의 경우에는 (a*, b*)가 약(-16, +1)로 녹색이 강하게 나타났으며, LIPSS가 형성된 후 60분간 열처리를 수행한 구리판재(60min)의 경우에는 (a*, b*)가 약(-9, 7)로 약한 녹색과 약한 파란색을 나타냈다. 즉, 도 5를 통해 구리판재에 LIPSS를 형성한 후 열처리 시간을 다르게 하는 경우 서로 다른 색상 그룹이 구현됨을 확인할 수 있었다.
도 6은 LIPSS가 형성되지 않은 순수 구리판재의 시야각 및 교차각에 따른 색상변화를 나타내는 도면이고, 도 7은 2.5mm/s(a), 5mm/s(b) 및 6mm/s(c)로 펨토초 레이저를 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 열처리를 수행하지 않은 구리판재의 시야각 및 교차각에 따른 색상변화를 나타내는 도면이며, 도 8은 2.5mm/s(a), 5mm/s(b) 및 6mm/s(c)로 펨토초 레이저를 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 열처리를 수행하지 않은 구리판재의 시야각 및 교차각에 따른 색상변화를 나타내는 도면이고, 도 9는 2.5mm/s(a), 5mm/s(b) 및 6mm/s(c)로 펨토초 레이저를 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 200℃에서 60분간 열처리를 수행하여 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성한 구리판재의 시야각 및 교차각에 따른 색상변화를 나타내는 도면이다.
도 7 내지 9에서 (a), (b) 및 (c)로 펨토초 레이저를 각각 2.5mm/s, 5mm/s 및 10mm/s로 스캔 조사하여 LIPSS를 형성한 후 열처리를 수행한 구리판재들에서 표출되는 색상 그룹을 나타낸다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 순수 구리판재의 경우에도 시야각에 따라 밝기의 변화만을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
그러나 도 7 내지 도 9에서와 같이, 표면에 LIPSS를 형성한 후, 열처리를 수행하는 경우에는 LIPSS 형성 조건과 열처리 조건에 따라 다양한 색상이 구현됨을 확인할 수 있었다. 즉, 금속 부재로 되는 금속판재의 표면에 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성하는 경우 펨토초 레이저의 스캔 조사 속도 및 열처리 조건에 따라 다양한 색상이 구현됨을 확인하였다. 또한, 이러한 색상들은 금속 판재(1)를 바라보는 시선의 각도인 시야각과, 시선의 수평면에 선과 레이저 유도 주기적 표면 구조를 구성하는 단위 패턴의 길이 방향 축 사이의 수평면에서의 교차각에 따라 다양한 색상을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 색상 그룹에 포함된 색상 중 각각의 시야각에 대응하여 표출되는 색상에 대응하는 굴절을 가지는 투명 폴리머층(30)을 색상 그룹 구현 산화피막층(20) 표면에 형성하는 경우, 금속 판재(1)의 표면 전체에서 해당 시야각에 대응하는 특정 색상을 구현할 수 있음을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 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 실시예들은 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 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 금속 판재
10: 금속 부재
11: LIPSS
20: 색상 그룹 구현 산화피막층
21: 발열기
30: 투명 폴리머 층

Claims (16)

  1. 레이저를 이용하여 금속 부재의 표면에 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS)를 형성하는 단계;
    원하는 색상 그룹의 구현을 위한 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조가 형성된 상기 금속 부재에 대한 열처리 조건을 설정하는 열처리 조건 설정 단계; 및
    상기 설정된 열처리 조건으로 열처리를 수행하여 상기 금속 부재의 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부면에 색상 그룹 구현 산화피막층을 형성하여 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 원하는 색상 그룹 구현 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저는,
    펨토초 레이저인 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단계는,
    기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 가지도록 상기 펨토초 레이저의 스캔 조사속도를 제어하여 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 부재를 구성하는 금속은,
    비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 비철계 금속은,
    Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 철계 금속은,
    Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 열처리 조건은,
    150℃ 내지 350℃의 온도에서 20분 내지 60분 동안 수행되는 조건 중에서 설정되는 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 원하는 색상 그룹의 색상을 구현하는 단계 이후에, 시야각 및 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단위 패턴과의 시야의 교차각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 특정 시야각 및 교차각에 대응하는 굴절율을 가지는 투명 폴리머 층을 상기 색상 그룹 구현 산화피막층의 상부에 형성하는 표면 굴절율 부여 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리를 이용한 금속 표면 색상 구현 방법.
  9. 금속 부재;
    상기 금속 부재의 상부에 형성되는 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS: Laser induced periodic surface structure); 및
    원하는 색상 그룹의 구현에 대응하는 열처리 조건에 따른 열처리공정의 수행에 의해 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조의 상부에 형성되는 색상 그룹 구현 산화피막층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 레이저는,
    펨토초 레이저인 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단계는,
    기 설정된 색상을 표출하는 패턴을 가지도록 상기 펨토초 레이저의 스캔 조사속도를 제어하여 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 금속 부재를 구성하는 금속은,
    비철계 금속 또는 철계 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 비철계 금속은,
    Cu, Zn, Au, Ag, Al, Ti, W, Ni, Mo, Co, Mg 또는 이들의 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 철계 금속은,
    Fe 또는 Fe 합금을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 열처리 조건은,
    150℃ 내지 350℃의 온도에서 20분 내지 60분 동안 수행되는 조건 중에서 설정되는 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재.
  16. 청구항 9 항에 있어서, 상기 금속판재는,
    상기 색상 그룹 구현 산화피막층의 상부에 시야각 및 상기 레이저 유도 주기적 표면 구조를 형성하는 단위 패턴과의 시야의 교차각에 따라 표출되는 상기 원하는 색상 그룹에 포함되는 색 중 특정 색의 표출을 위해 굴절율이 조절된 투명 폴리머층;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 색상이 구현된 금속판재.
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