KR20200125844A - 건식 도금 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래 습식 도금 방법과 비교하여 공정의 단순화 및 제품의 경량화를 달성할 수 있는 건식 도금 방법에 관한 것으로서, 상기 건식 도금 방법은 성형품의 표면에 프라이머를 도포하여 하도층을 형성하는 하도층 형성 단계와, 타겟 금속을 스퍼터링하여 상기 하도층의 표면에 증착하여 금속층을 형성하는 금속층 형성 단계와, 상기 금속층을 보호하기 위하여 상기 금속층의 표면을 코팅하여 상도층을 형성하는 상도층 형성 단계를 포함한다.

Description

건식 도금 방법{PHYSICAL VAPOR DEPOSITION METHOD}
본 발명은 건식 도금 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 내외장재로 사용되는 성형품의 건식 도금 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 내외장재 부품에 대한 표면 처리는 주로 도장으로 마감한다. 이때, 내외장재 부품이 고급스러운 금속 질감을 나타내기 위해서, 금속 안료를 포함하는 도료에 의한 도장 마감 또는 습식 도금 공정에 의한 전기도금이 사용되고 있다.
그러나, 금속 안료를 포함하는 도료에 의한 도장 마감의 경우 휘도가 떨어져 고급스러운 금속 질감을 나타내는데 한계가 있고, 습식 도금의 경우 공해물질이 배출되는 문제점이 있다.
즉, 국내에서는 환경규제 강화에 따라 6가 크롬의 사용이 제한되어 3가 크롬으로 대체되고 있지만, 이로 인한 가격이 상승하는 문제가 있고, 색상 구현의 한계로 디자인 선택이 제한되는 문제점이 있다.
그리고, 종래의 습식 도금 방법으로 도금한 제품의 도막구성은 복잡하다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 습식 도금 방법으로 도금한 제품의 도막은 성형품(10)의 표면을 에칭하여 밀착력을 부여하고, 전도성을 부여하기 위하여 에칭된 표면에 무전해 니켈층(20)을 형성하고, 금속층과 성형품(10) 간의 완충역할을 하는 구리층(30)을 형성하고, 내식성 향상 및 부식 방지를 위하여 반광택 니켈층(40)을 형성하고, 광택 및 내식성을 부여하기 위하여 광택 니켈층(50)을 형성하고, 부식전류를 분산하기 위하여 MP(MicroPorous) 니켈층(60)을 형성하고, 내식성, 내마모성 및 광택을 위하여 3가 또는 6가 크롬층(70)을 형성한다. 이와 같이, 종래의 습식 도금 방법으로 형성된 도막은 다수의 층을 형성해야 하고 복잡한 다수의 공정을 수행해야 하는 어려움이 있다.
한국등록특허 제0789766호 (2007.12.28)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 환경규제 대상에 해당하지 않고, 종래 습식 도금 방법과 비교하여 공정의 단순화 및 제품의 경량화를 달성할 수 있는 건식 도금 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식 도금 방법은, 성형품의 표면에 프라이머를 도포하여 하도층을 형성하는 하도층 형성 단계; 타겟 금속을 스퍼터링하여 상기 하도층의 표면에 증착하여 금속층을 형성하는 금속층 형성 단계; 및 상기 금속층을 보호하기 위하여 상기 금속층의 표면을 코팅하여 상도층을 형성하는 상도층 형성 단계를 포함한다.
상기 하도층 형성 단계는, 상기 성형품의 표면을 세척하는 하도 전처리 단계; 세척된 상기 성형품에 공기 이온을 분사하여 정전기를 중화하는 하도 제전 에어 블로우 단계; 프라이머를 상기 성형품의 표면에 도포하는 프라이머 도포 단계; 및 상기 성형품에 도포된 프라이머를 건조하는 하도 건조 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 프라이머 도포 단계는, 온도 20~30℃, 습도 30~60%를 만족하는 스프레이 부스에 상기 성형품을 장입한 후 프라이머를 스프레이하여 도포할 수 있다.
그리고, 상기 하도 건조 단계는, 원적외선을 이용하여 상기 성형품에 도포된 프라이머를 1차로 건조하는 제1 하도 건조 단계; 및 상기 제1 하도 건조 단계 이후 자외선을 이용하여 2차로 건조하는 제2 하도 건조 단계;를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 하도 건조 단계는, 도포된 상기 프라이머의 표면 온도가 45~60℃를 만족하는 범위에서 3~5분 동안 건조할 수 있다.
그리고, 상기 제2 하도 건조 단계는, 광량 1,000~2,000mJ/cm2, 광세기 100~300mW/cm2로 자외선A를 조사하여 건조할 수 있다.
상기 금속층 형성 단계는, 상기 하도층이 형성된 성형품을 챔버에 장입하는 성형품 장입 단계; 상기 챔버의 내부를 저진공 상태로 배기하는 저진공 형성 단계; 상기 하도층을 플라즈마 처리하는 플라즈마 전처리 단계; 상기 챔버의 내부를 고진공 상태로 배기하는 고진공 형성 단계; 및 타겟 금속을 스퍼터링하여 플라즈마 처리된 상기 하도층의 표면에 금속층을 형성하는 스퍼터링 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 플라즈마 전처리 단계는, 상기 챔버에 산소 또는 아르곤 가스를 공급하고, MF(Midium Frequency) 전원을 공급하여 10~30초 동안 상기 하도층을 플라즈마 처리하여 이루어 질 수 있다.
그리고, 상기 스퍼터링 단계는, 상기 타겟 금속으로 Al-Cr 합금 금속을 사용하고, 상기 Al-Cr 합금 금속의 Al과 Cr의 함유 비율은 60:40~80:20인 것으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 스퍼터링 단계는, 30~60초 동안 증착하여 상기 하도층의 표면에 0.1~0.7㎛의 금속층을 형성하도록 마련될 수 있다.
상기 상도층 형성 단계는, 상기 금속층 형성 단계에서 형성된 금속층에 공기 이온을 분사하여 정전기를 중화하는 상도 제전 에어 블로우 단계; 하드코팅액을 상기 금속층에 도포하는 하드코팅액 도포 단계; 및 상기 금속층에 도포된 하드코팅액을 건조하는 상도 건조 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하드코팅액 도포 단계는, 온도 20~30℃, 습도 30~60%를 만족하는 스프레이 부스에 상기 성형품을 장입한 후 하드코팅액을 스프레이하여 도포할 수 있다.
그리고, 상기 상도 건조 단계는, 원적외선을 이용하여 상기 금속층에 도포된 하드코팅액을 1차로 건조하는 제1 상도 건조 단계; 상기 제1 상도 건조 단계 이후 상기 성형품을 일정 온도까지 냉각하는 냉각 단계; 및 상기 냉각 단계 이후 자외선을 이용하여 2차로 건조하는 제2 상도 건조 단계;를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 상도 건조 단계는, 도포된 상기 하드코팅액의 표면 온도가 60~80℃를 만족하는 범위에서 3~5분 동안 건조하도록 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제2 상도 건조 단계는, 광량 2,500~4,000mJ/cm2, 광세기 100~400mW/cm2로 자외선A를 조사하여 건조하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 건식 도금 방법에 따르면, 종래 습식 도금 방법과 비교하여 공정을 단순화하여 제조 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 금속층의 두께를 감소할 수 있어 제품의 경량화를 달성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 습식 도금 방법을 통하여 형성된 도막층을 개략적으로 도시해 보인 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법을 통하여 형성된 도막층을 개략적으로 도시해 보인 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법을 개략적으로 도시해 보인 순서도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법에서 하도층 형성 단계를 개략적으로 도시해 보인 순서도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법에서 금속층 형성 단계를 개략적으로 도시해 보인 순서도,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법에서 상도층 형성 단계를 개략적으로 도시해 보인 순서도이다.
본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 건식 도금 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서는 자동차의 내외장재로 사용되는 성형품에 고급스러운 금속 질감을 나타내기 위해서, 종래 널리 사용되고 있는 습식 도금 공정이 아니라, 타겟 금속을 스퍼터링하여 성형품의 표면에 금속층을 형성하는 건식 도금 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법을 적용할 수 있는 자동차의 내외장재는 외장재 중 도어 래치, 도어 가니시, 윈도우 가니시, 범퍼 몰딩, 백판넬 몰딩, 엠블럼, SCC 커버, 라디에이터 그릴 등에 적용할 수 있고, 내장재 중에서는 에어밴트 가니시, 크래시패드 몰딩, 도어핸들, 콘솔 몰딩, 트레이 몰딩 등에 적용할 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니고, 전자제품 등 기타 금속 질감을 나타내기 위한 어떠한 성형품에도 적용할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법을 통하여 형성된 도막층을 개략적으로 도시해 보인 단면도이다. 도 3은 상기 건식 도금 방법을 개략적으로 도시해 보인 순서도이고, 도 4는 상기 건식 도금 방법에서 하도층 형성 단계를 개략적으로 도시해 보인 순서도이고, 도 5는 상기 건식 도금 방법에서 금속층 형성 단계를 개략적으로 도시해 보인 순서도이며, 도 6은 상기 건식 도금 방법에서 상도층 형성 단계를 개략적으로 도시해 보인 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법을 통하여 성형품(10)의 표면에 형성된 도막층은 금속층(200)을 상기 성형품(10)의 표면에 부착시키기 위한 밀착력을 부여하도록 성형품(10)의 표면에 하도층(100)을 형성하고, 상기 하도층(100)의 표면에 스퍼터링을 통하여 금속층(200)을 형성하고, 내식성, 내마모성 및 칼라 구현을 위하여 상기 금속층(200)의 표면에 상도층(300)을 형성하였다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법을 구체적으로 설명한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 건식 도금 방법은 성형품의 표면에 프라이머를 도포하여 하도층을 형성하는 하도층 형성 단계(S100)와, 타겟 금속을 스퍼터링하여 상기 하도층의 표면에 증착하여 금속층을 형성하는 금속층 형성 단계(S200), 그리고 상기 금속층을 보호하기 위하여 상기 금속층의 표면을 코팅하여 상도층을 형성하는 상도층 형성 단계(S300)를 포함한다.
여기서, 상기 하도층 형성 단계(S100)는 상기 성형품의 표면을 세척하는 하도 전처리 단계(S110)와, 세척된 상기 성형품에 공기 이온을 분사하여 정전기를 중화하는 하도 제전 에어 블로우 단계(S120)와, 프라이머를 상기 성형품의 표면에 도포하는 프라이머 도포 단계(S130), 그리고 상기 성형품에 도포된 프라이머를 건조하는 하도 건조 단계를 포함한다. 그리고, 상기 하도 건조 단계는 원적외선을 이용하여 상기 성형품에 도포된 프라이머를 1차로 건조하는 제1 하도 건조 단계(S140)와, 상기 제1 하도 건조 단계(S140) 이후 자외선을 이용하여 2차로 건조하는 제2 하도 건조 단계(S150)를 포함한다.
상기 하도 전처리 단계(S110)는 상기 성형품의 표면을 IPA(icosapentaenoic acid: 아이코사펜타엔산)를 이용하여 세척한다. 보다 구체적으로, IPA가 젖은 세척포를 이용하여 상기 성형품의 표면을 세척하여 상기 성형품의 표면에 잔유할 수 있는 오염물질(유분, 수분, 먼지 등)을 제거한다. 이때, IPA를 이용한 세척은 1차 및 2차로 나눠 이루어질 수 있다. 물론, 상기 성형품의 표면을 세척하는 방법이 이에 한정되는 것은 아니고, IPA를 성형품의 표면에 스프레이한 후 세척포를 이용하여 세척하는 등 다양한 공지의 세척 방법이 적용될 수 있다.
이러한, 상기 하도 전처리 단계(S110)를 통하여 이물, 크레이터링, 핀홀 등의 발생으로 외관 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 하도 제전 에어 블로우 단계(S120)는 상기 하도 전처리 단계(S110)에서 세척된 상기 성형품에 공기 이온을 분사하여 정전기를 중화하는 단계이다. 즉, 세척된 상기 성형품을 제전기로 이동시켜 정전도를 갖는 에어를 상기 성형품의 표면에 분사하여 정전기를 중화시킬 수 있다.
이러한, 상기 하도 제전 에어 블로우 단계(S120)를 통하여 정전기 발생을 방지하여 정전기에 의한 이물의 흡착을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 프라이머 도포 단계(S130)는 상기 하도 제전 에어 블로우 단계(S120)를 통해 정전기가 중화된 상기 성형품의 표면에 프라이머를 도포하는 단계이다. 여기서, 상기 프라이머로는 우레탄 아크릴레이트가 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 프라이머 도포 단계(S130)는 온도 20~30℃, 습도 30~60%를 만족하는 스프레이 부스에 상기 성형품을 장입한 후 프라이머를 스프레이하여 도포한다. 여기서, 상기 스프레이 부스의 온도가 20℃ 미만일 경우에는 이후 형성되는 도장면의 외관에 불량이 발생하는 문제가 있고, 온도가 30℃를 초과하는 경우에는 프라이머가 흘러내리는 문제가 있다. 그리고, 상기 스프레이 부스의 습도가 30% 미만일 경우에는 정전기가 발생할 수 있는 문제가 있고, 습도가 60%를 초과하는 경우에는 도장면에 헤이즈(Haze) 즉, 흐린형상의 이물이 발생할 수 있는 문제가 있다.
그리고, 상기 제1 하도 건조 단계(S140)는 원적외선을 이용하여 상기 성형품에 도포된 프라이머를 1차로 건조하는 단계이다. 보다 구체적으로, 상기 제1 하도 건조 단계(S140)는 도포된 상기 프라이머의 표면 온도가 45~60℃를 만족하는 범위에서 3~5분 동안 원적외선을 이용하여 건조한다. 여기서, 표면 온도가 45℃ 미만이거나 건조 시간이 3분 미만으로 수행되는 경우에는 프라이머가 박리되는 문제가 있고, 표면 온도가 60℃를 초과하거나 건조 시간이 5분을 초과하여 수행되는 경우에도 과건조로 인하여 프라이머가 박리되는 문제가 있다.
그리고, 상기 제2 하도 건조 단계(S150)는 상기 제1 하도 건조 단계(S140) 이후 자외선을 이용하여 2차로 건조하는 단계이다. 보다 구체적으로, 상기 제2 하도 건조 단계(S150)는 광량 1,000~2,000mJ/cm2, 광세기 100~300mW/cm2로 자외선A를 조사하여 건조한다. 여기서, 자외선A의 광량이 1,000mJ/cm2 미만이고, 광세기가 100mW/cm2 미만인 경우에는 경화가 되지 않는 문제가 있고, 자외선A의 광량이 2,000mJ/cm2 초과하고, 광세기가 300mW/cm2를 초과하는 경우에는 과경화로 인하여 크랙이 발생하는 문제가 있다.
상기 금속층 형성 단계(S200)는 상기 하도층이 형성된 성형품을 챔버에 장입하는 성형품 장입 단계(S210)와, 상기 챔버의 내부를 저진공 상태로 배기하는 저진공 형성 단계(S220)와, 상기 하도층을 플라즈마 처리하는 플라즈마 전처리 단계(S230)와, 상기 챔버의 내부를 고진공 상태로 배기하는 고진공 형성 단계(S240), 그리고 타겟 금속을 스퍼터링하여 플라즈마 처리된 상기 하도층의 표면에 금속층을 형성하는 스퍼터링 단계(S250)를 포함한다.
여기서, 상기 저진공 형성 단계(S220)는 상기 챔버에 성형품을 장입한 후 저진공 펌프를 동작시켜 상기 챔버 내부의 공기를 외부로 배기시켜 저진공 상태를 만드는 단계이다. 이때, 상기 챔버 내부는 9.0E-3 Torr 이하가 되도록 배기하는 것이 바람직하다. 만약 상기 챔버 내부를 9.0E-3 Torr 이하가 되도록 배기하지 못한다면 이후 고진공 형성을 위한 배기에서 고진공 펌프의 고장을 유발할 수 있는 문제가 있다.
그리고, 상기 플라즈마 전처리 단계(S230)는 상기 챔버의 내부가 저진공 상태가 되면 상기 하도층을 플라즈마 처리하는 단계이다. 만약, 상기 하도층을 플라즈마 처리하지 않고 상기 스퍼터링 단계(S250)를 진행하여 금속층을 형성하는 경우 상기 하도층과 금속층 간의 밀착력이 저하되어 금속층을 형성함에 어려운 문제가 있다.
보다 구체적으로, 상기 플라즈마 전처리 단계(S230)는 상기 챔버에 산소 또는 아르곤 가스를 공급하고, MF(Midium Frequency) 전원을 공급하여 10~30초 동안 상기 하도층을 플라즈마 처리한다.
그리고, 상기 고진공 형성 단계(S240)는 상기 하도층에 플라즈마 처리가 끝나면 고진공 펌프를 동작시켜 상기 챔버 내부의 공기를 외부로 배기하여 고진공 상태를 만드는 단계이다. 이때, 상기 챔버 내부는 1.0~3.0E-5 Torr 이하가 되도록 배기하는 것이 바람직하다. 만약 상기 챔버 내부를 1.0E-5 Torr 이하가 되도록 배기하지 못한다면 이후 진행되는 스퍼터링 단계(S250)에서 반사율 및 증착 속도가 저하되는 문제가 있다.
상기 스퍼터링 단계(S250)는 상기 챔버의 내부가 고진공 상태가 되면 타겟 금속을 스퍼터링하여 플라즈마 처리된 상기 하도층의 표면에 금속층을 형성한다. 여기서, 상기 타겟 금속으로 Al-Cr 합금 금속을 사용하고, 상기 Al-Cr 합금 금속의 Al과 Cr의 함유 비율은 60:40~80:20으로 마련되는 것이 바람직하다. Cr이 20% 미만으로 함유되는 경우에는 제품의 신뢰성 시험(내수성, 내염수 분무성, CASS 시험 등)에서 목표치를 달성할 수 없는 문제가 있고, Cr이 40%를 초과하여 함유되는 경우 제품 표면에 미세한 크랙이 발생하는 문제가 있다. Al과 Cr의 함유 비율에 따른 비교 평가는 아래 표 1에 상세히 기재하였다.
그리고, 상기 스퍼터링 단계(S250)는 30~60초 동안 증착하여 상기 하도층의 표면에 0.1~0.7㎛의 금속층을 형성한다. 여기서, 상기 금속층이 0.1㎛ 미만의 두께로 형성되면 상기 성형품의 색상이 노출되는 문제가 있고, 상기 금속층이 0.7㎛를 초과한 두께로 형성되면 상기 하도층과의 밀착력이 저하되는 문제가 있다.
그리고, 상기 스퍼터링 단계(S250)가 완료되어 상기 하도층에 상기 금속층이 형성되면 상기 챔버에 공기 또는 질소 가스를 주입하여 상기 챔버 내부를 벤트한 후 상기 금속층이 형성된 성형품을 상도층을 형성하기 위한 단계로 이동시킨다.
상기 상도층 형성 단계(S300)는 상기 금속층 형성 단계(S200)에서 형성된 금속층에 공기 이온을 분사하여 정전기를 중화하는 상도 제전 에어 블로우 단계(S310)와, 하드코팅액을 상기 금속층에 도포하는 하드코팅액 도포 단계(S320), 그리고 상기 금속층에 도포된 하드코팅액을 건조하는 상도 건조 단계를 포함한다. 여기서, 상기 상도 건조 단계는 원적외선을 이용하여 상기 금속층에 도포된 하드코팅액을 1차로 건조하는 제1 상도 건조 단계(S330)와, 상기 제1 상도 건조 단계(S330) 이후 상기 성형품을 일정 온도까지 냉각하는 냉각 단계(S340), 그리고 상기 냉각 단계(S340) 이후 자외선을 이용하여 2차로 건조하는 제2 상도 건조 단계(S350)를 포함한다.
상기 상도 제전 에어 블로우 단계(S310)는 상기 금속층 형성 단계(S200)에서 형성된 상기 금속층에 공기 이온을 분사하여 정전기를 중화하는 단계이다. 즉, 상기 금속층이 형성된 상기 성형품을 제전기로 이동시켜 정전도를 갖는 에어를 상기 금속층의 표면에 분사하여 정전기를 중화시킬 수 있다.
이러한, 상기 상도 제전 에어 블로우 단계(S310)를 통하여 정전기 발생을 방지하여 정전기에 의한 이물의 흡착을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 하드코팅액 도포 단계(S320)는 상기 상도 제전 에어 블로우 단계(S310)를 통해 정전기가 중화된 상기 금속층의 표면에 하드코팅액을 도포하는 단계이다. 여기서, 상기 하드코팅액으로는 우레탄 아크릴레이트가 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 하드코팅액 도포 단계(S320)는 온도 20~30℃, 습도 30~60%를 만족하는 스프레이 부스에 상기 성형품을 장입한 후 하드코팅액을 스프레이하여 도포한다. 여기서, 상기 스프레이 부스의 온도가 20℃ 미만일 경우에는 박리가 발생하는 문제가 있다. 그리고, 상기 스프레이 부스의 습도가 30% 미만일 경우에는 정전기가 발생할 수 있는 문제가 있고, 온도가 30℃를 초과하는 경우에는 하드코팅액이 흘러내리는 문제가 있다. 그리고, 상기 스프레이 부스의 습도가 30% 미만일 경우에는 정전기가 발생할 수 있는 문제가 있고, 습도가 60%를 초과하는 경우에는 도장면에 헤이즈(Haze)가 발생할 수 있는 문제가 있다.
그리고, 상기 하드코팅의 도막 두께는 15~25㎛로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 하드코팅의 도막 두께가 15㎛ 미만으로 형성되면 내구성이 저하되는 문제가 있다. 그리고, 상기 하드코팅의 도막 두께가 25㎛를 초과하여 형성되면 도막의 경도가 상승하고, 건조 단계에서 경화가 잘 되지 않고, 크랙이 발생할 수 있으며, 초기 부착성이 불안정하며, 내치핑성이 저하되는 문제가 있다.
나아가, 상기 제1 상도 건조 단계(S330)는 원적외선을 이용하여 상기 성형품에 도포된 하드코팅액을 1차로 건조하는 단계이다. 보다 구체적으로, 상기 제1 상도 건조 단계(S330)는 도포된 상기 하드코팅액의 표면 온도가 60~80℃를 만족하는 범위에서 3~5분 동안 원적외선을 이용하여 건조한다. 여기서, 표면 온도가 60℃ 미만이고 건조 시간이 3분 미만으로 수행되는 경우에는 하드코팅 도막이 박리되는 문제가 있고, 표면 온도가 80℃를 초과하거나 건조 시간이 5분을 초과하여 수행되는 경우에는 과경화로 인하여 크랙이 발생하는 문제가 있다.
그리고, 상기 냉각 단계(S340)는 상기 제1 상도 건조 단계(S330) 이후에 상기 성형품을 일정 온도까지 냉각하는 단계이다. 보다 구체적으로, 상기 냉각 단계(S340)는 하드코팅 도막의 표면 온도가 40~60℃를 만족하도록 냉각하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 하드코팅 도막의 표면 온도가 40℃ 미만이면 도장면 수축을 유발하는 문제가 있고, 표면 온도가 60℃를 초과하는 경우에는 이후 제2 상도 건조 단계(S350)를 위하여 자외선 건조 구간 투입시에 상기 하드코팅 도막에 변형이 발생하는 문제가 있다.
그리고, 상기 제2 상도 건조 단계(S350)는 상기 냉각 단계(S340) 이후 자외선을 이용하여 2차로 건조하는 단계이다. 보다 구체적으로, 상기 제2 상도 건조 단계(S350)는 광량 2,500~4,000mJ/cm2, 광세기 100~400mW/cm2로 자외선A를 조사하여 건조한다. 여기서, 자외선A의 광량이 2,500mJ/cm2 미만이고, 광세기가 100mW/cm2 미만인 경우에는 경화가 되지 않는 문제가 있고, 자외선A의 광량이 4,000mJ/cm2 초과하고, 광세기가 400mW/cm2를 초과하는 경우에는 과경화로 인한 크랙발생 문제가 있다.
실시예
상기에서 설명한 본 발명의 건식 도금 방법을 통하여 성형품의 표면에 두께 약 20㎛의 하도층과, 두께 약 0.3㎛의 금속층과, 두께 약 19.6㎛의 상도층을 형성하였다. 그리고, 타겟 금속은 Al과 Cr의 함유 비율이 70:30인 Al-Cr 합금 금속을 사용하였다.
시험 평가
이하, 시험 평가는 자동차용 내외장재로 사용되는 부품이 만족해야 하는 시험 평가이다.
(1) 연필경도: 제품의 측정면에 대하여 약 45° 각도로 KS G 2602에 규정된 연필의 심을 대고, 하중 약 1kgf로 초당 0.5~1㎜의 속도로 최소한 7㎜의 거리를 밀어준다. 손상된 자국도 보이지 않으면 최소 3㎜의 자국이 나타날 때까지 경도를 올려가면서 시험한다. 통상적으로 낮은 경도에서 높은 경도의 순서는 2B, B, HB, F, H, 2H, 3H이다. (평가: 연필경도가 HB 이상이면 양호)
(2) 내스크래치성: 하중 4.9N, 스트로크 100±5mm, 마찰속도 100mm/sec, Ø3 60도 사파이어 ?안岵米? 1회 긁어서 시험한다. (평가: 3.5급 이상이면 양호, 표면에 미세한 손상이 인지되지만 3급보다는 우수함)
(3) 부착성: 2mm 간격의 바둑판 눈목 100개(10×10)로 크로스 커팅 후 규정된 셀로판 점착 테이프를 완전히 밀착시킨 후 약 90° 방향으로 0.5초이내 떼어낸다. (평가: M-1~M2.5 이내이면 양호, 교차점에서 도막의 부서짐이 조금 보이고, 바둑판 눈목 1면의 도막이 50% 이상 붙어있고, 총 박리면적이 5% 미만)
(4) 내습성: 상대습도 95±2%, 시험온도 50±2℃에서 240시간 동안 시험한다. (평가: 도막에 변색, 퇴색, 팽윤, 갈라짐, 광택 저하 등이 없고, 부착성이 M-1~M2.5 이내이면 양호)
(5) 내수성: 수돗물, 시험온도 40±2℃에서 240시간 동안 시험한다. (평가: 도막에 변색, 퇴색, 팽윤, 갈라짐, 광택 저하 등이 없고, 부착성이 M-1~M2.5 이내이면 양호)
(6) 내염수 분무성: 분무 실내온도 35±2℃, 상대습도 95%, 분무량 0.5~3㎖/hr, 염수액 농도 5±1w/v%, 염수액 산성도 pH 6.5~7.2의 조건에서 240시간 동안 시험한다. (평가: 도막에 변색, 퇴색, 팽윤, 갈라짐, 광택 저하 등이 없고, 부착성이 M-1~M2.5 이내이면 양호)
(7) 내산성: 0.1N 황산 또는 0.1N 염산을 표면에 0.2㎖ 떨어뜨린 후 24시간 동안 방치한다. (평가: 도막에 변색, 퇴색, 팽윤, 갈라짐, 광택 저하 등이 없고, 부착성이 M-1~M2.5 이내이면 양호)
(8) 내알칼리성: 0.1N 수산화나트륨을 표면에 0.2㎖ 떨어뜨린 후 24시간 동안 방치한다. (평가: 도막에 변색, 퇴색, 팽윤, 갈라짐, 광택 저하 등이 없고, 부착성이 M-1~M2.5 이내이면 양호)
(9) 내약품성: 4.9N 하중의 추(직경 4cm)를 거즈로 감싸고 규정하는 약품(가솔린, 광택왁스, 유리세정제, 에틸알콜, 아세톤 등)을 충분히 적신 후 도막 표면을 10회 왕복으로 문지른다. 실온에서 1시간 동안 방치 후 80±2℃ 조건의 항온 챔버 내에서 3시간 동안 방치한다. (평가: 도막에 팽윤, 갈라짐, 피착재 노출이 없으면 양호)
(10) 내열성: 90℃에서 240시간 동안 실시 후 실온에서 1시간 동안 방치 후 제품 표면을 확인 및 부착성 시험을 실시한다. (평가: 도막에 팽윤, 갈라짐, 광택 저하 등이 없고, 부착성이 M-1~M2.5 이내이면 양호)
(11) 내열 사이클성: 80±2℃에서 3시간 → 실온에서 1시간 → -40±2℃에서 3시간 → 실온에서 1시간 → 50±2℃, 상대습도 95±2%에서 7시간 → 실온에서 1시간 동안 방치하는 사이클에서 5회 시험한 후 실온에서 1시간 동안 방치한 후 제품 표면을 확인 및 부착성 시험을 실시한다. (평가: 도막에 팽윤, 갈라짐, 광택 저하 등이 없고, 부착성이 M-1~M2.5 이내이면 양호)
(12) 촉진내후성: 블랙패널 70±2°C, 자외선 조사조도가 0.75±0.02W/m2/nm, 340nm로 설정하고, 상대습도가 50±5%인 조건에서 40분 동안 자외선 조사 → 표면에 스프레이한 후 20분 동안 자외선 조사 → 상대습도가 50±5%인 조건에서 60분 동안 자외선 조사 → 표면에 스프레이한 후 60분 동안 자외선 미조사하여 시험을 실시한다. (평가: 도막에 변색, 퇴색, 팽윤, 갈라짐, 광택 저하 등이 없고, 부착성이 M-1~M2.5 이내이면 양호)
(13) 내마모성: 왕복 마모시험기를 하중 9.8N, 스트로크 100±5mm, 속도 30왕복/min가 되도록 설정하고, 20X20mm 양면범포 #10를 이용하여 5000회 실시한다. (평가: 피착재 노출이 없으면 양호)
(14) 내치핑성: 슈팅 거리가 100mm, 슈팅 각도가 45°, 슈팅 압력은 4.0kgf로 설정하고, 실온에서 크기가 2.5~5mm이고 무게가 50g인 비석을 350~400개 슈팅하여 시험한다. (평가: 치핑 크기가 1mm 이상인 자국이 3개 이하면 양호, 단 치핑 크기 1mm 미만 또는 피착재가 노출되지 않은 자국은 제외하고, 3개의 시편을 시험한 후 2개 이상의 시편이 만족)
(15) 내식성-CASS: 염화나트륨 5%용액, 염화제 2동(0.26±0.02g/ℓ), 아세트산(pH 3.0~3.2로 조정)의 혼합용액으로 챔버 내에서 50℃의 온도로 240시간 동안 분무하여 시험한다. (평가: 부식 크기가 100㎛ 이하이면 양호)
(16) 내식성-제설염: 염화칼슘용액(50g/L) 5ml와 백토 3g을 혼합하여 pH 6.5~7.5의 제설염 부식액 제조하고, 온도 60±2℃, 상대습도 30±5%의 조건에서 254mm2의 면적에 부식액 0.24g을 균일하게 도포 후 120시간 동안 방치한다. (평가: 부식 크기가 100㎛ 이하이면 양호)
상기 실시예를 통하여 제작한 시험편으로 상기에 기재한 16가지의 시험을 수행하였고, 상기 16가지의 시험 평가를 모두 만족하는 결과를 얻었다.
아래 표 1은 Al과 Cr의 함유 비율에 따른 비교 평가 결과이다. 평가는 타겟 금속을 Al과 Cr의 함유 비율이 90:10, 80:20, 70:30, 50:50, 40:60인 합금 금속을 각각 타겟 금속으로 하여 하도층 위에 금속층을 형성한 후 상도층까지 형성하여 제작한 시험편으로 평가를 진행하였다. 여기서, 각각의 시험편의 하도층과 상도층은 동일하게 형성하였다. 그리고, 평가는 외관 평가와, 위에서 설명한 시험 평가를 진행하였다.
구분 Al : Cr 합금 비율 (%)
Al 90 80 70 60 50 40
Cr 10 20 30 40 50 60
외관 평가 면품질 및 평활도 ◎ ◎ ◎ ○ ○ ○
표면 미세크랙 ○ ○ ○ ○ X X
시험 평가 부착성 하도층 ○ ○ ○ ○ ○ ○
상도층 ○ ○ ○ ○ ○ ○
내마모성 ○ ○ ◎ ◎ ◎ ◎
내스크래치성 △ ○ ○ ○ ◎ ◎
연필경도 △ ○ ○ ○ ◎ ◎
내식성-CASS X ○ ○ ○ ○ ○
내식성-제설염 X ○ ○ ○ ○ ○
내염수 분무성 X ○ ○ ○ ○ ○
내수성 X ○ ○ ○ ○ ○
내치핑성 △ ○ ○ ○ ◎ ◎
내열성 ○ ○ ○ ○ ○ ○
내열 사이클성 ○ ○ ○ ○ ○ ○
내약품성
(아세톤 외 8종)		 ○ ○ ○ ○ ○ ○
내산성 △ ○ ○ ○ ○ ○
내알칼리성 △ ○ ○ ○ ○ ○
내습성 X ○ ○ ○ ○ ○
(◎: 우수, ○: 양호, △: 보통, X: 불량)
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 타겟 금속의 Al과 Cr의 함유 비율이 90:10인 경우에는 내식성-CASS, 내식성-제설염, 내염수 분무성 시험에서 도막에 침식이 발생하고, 내습성 시험에서 도막이 박리되는 문제가 있다.
그리고, 타겟 금속의 Al과 Cr의 함유 비율이 50:50~40:60인 경우에는 도막의 표면에 미세한 크랙이 발생하는 문제가 있다. 상기 표에 나타내지는 않았지만, Cr의 함유 비율이 60% 이상으로 함유되면 모두 도막의 표면에 미세한 크랙이 발생하는 문제가 있다.
따라서, Al과 Cr의 함유 비율이 60:40~80:20의 범위를 만족하는 합금 금속을 타겟 금속으로 사용하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
10 : 성형품
100 : 하도층
200 : 금속층
300 : 상도층

Claims (15)

  1. 성형품의 표면에 프라이머를 도포하여 하도층을 형성하는 하도층 형성 단계;
    타겟 금속을 스퍼터링하여 상기 하도층의 표면에 증착하여 금속층을 형성하는 금속층 형성 단계; 및
    상기 금속층을 보호하기 위하여 상기 금속층의 표면을 코팅하여 상도층을 형성하는 상도층 형성 단계;
    를 포함하는 건식 도금 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하도층 형성 단계는,
    상기 성형품의 표면을 세척하는 하도 전처리 단계;
    세척된 상기 성형품에 공기 이온을 분사하여 정전기를 중화하는 하도 제전 에어 블로우 단계;
    프라이머를 상기 성형품의 표면에 도포하는 프라이머 도포 단계; 및
    상기 성형품에 도포된 프라이머를 건조하는 하도 건조 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프라이머 도포 단계는,
    온도 20~30℃, 습도 30~60%를 만족하는 스프레이 부스에 상기 성형품을 장입한 후 프라이머를 스프레이하여 도포하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하도 건조 단계는,
    원적외선을 이용하여 상기 성형품에 도포된 프라이머를 1차로 건조하는 제1 하도 건조 단계; 및
    상기 제1 하도 건조 단계 이후 자외선을 이용하여 2차로 건조하는 제2 하도 건조 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 하도 건조 단계는,
    도포된 상기 프라이머의 표면 온도가 45~60℃를 만족하는 범위에서 3~5분 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 하도 건조 단계는,
    광량 1,000~2,000mJ/cm2, 광세기 100~300mW/cm2로 자외선A를 조사하여 건조하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속층 형성 단계는,
    상기 하도층이 형성된 성형품을 챔버에 장입하는 성형품 장입 단계;
    상기 챔버의 내부를 저진공 상태로 배기하는 저진공 형성 단계;
    상기 하도층을 플라즈마 처리하는 플라즈마 전처리 단계;
    상기 챔버의 내부를 고진공 상태로 배기하는 고진공 형성 단계; 및
    타겟 금속을 스퍼터링하여 플라즈마 처리된 상기 하도층의 표면에 금속층을 형성하는 스퍼터링 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플라즈마 전처리 단계는,
    상기 챔버에 산소 또는 아르곤 가스를 공급하고, MF(Midium Frequency) 전원을 공급하여 10~30초 동안 상기 하도층을 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스퍼터링 단계는,
    상기 타겟 금속으로 Al-Cr 합금 금속을 사용하고, 상기 Al-Cr 합금 금속의 Al과 Cr의 함유 비율은 60:40~80:20인 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 스퍼터링 단계는,
    30~60초 동안 증착하여 상기 하도층의 표면에 0.1~0.7㎛의 금속층을 형성하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 상도층 형성 단계는,
    상기 금속층 형성 단계에서 형성된 금속층에 공기 이온을 분사하여 정전기를 중화하는 상도 제전 에어 블로우 단계;
    하드코팅액을 상기 금속층에 도포하는 하드코팅액 도포 단계; 및
    상기 금속층에 도포된 하드코팅액을 건조하는 상도 건조 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하드코팅액 도포 단계는,
    온도 20~30℃, 습도 30~60%를 만족하는 스프레이 부스에 상기 성형품을 장입한 후 하드코팅액을 스프레이하여 도포하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 상도 건조 단계는,
    원적외선을 이용하여 상기 금속층에 도포된 하드코팅액을 1차로 건조하는 제1 상도 건조 단계;
    상기 제1 상도 건조 단계 이후 상기 성형품을 일정 온도까지 냉각하는 냉각 단계; 및
    상기 냉각 단계 이후 자외선을 이용하여 2차로 건조하는 제2 상도 건조 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 상도 건조 단계는,
    도포된 상기 하드코팅액의 표면 온도가 60~80℃를 만족하는 범위에서 3~5분 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 상도 건조 단계는,
    광량 2,500~4,000mJ/cm2, 광세기 100~400mW/cm2로 자외선A를 조사하여 건조하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
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