KR20210036045A - 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법 및 이로부터 코팅된 타이어 금형 - Google Patents

몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법 및 이로부터 코팅된 타이어 금형 Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 제1가열부의 하단부와 제2가열부의 상단부가 관을 통해 서로 연결된 챔버를 준비하는 단계; b) 상기 제1가열부에 모재를 장입하고, 제2가열부에 몰리브덴 전구체를 장입하는 단계; c) 상기 제1가열부를 예열하는 단계; d) 상기 제2가열부를 가열하여 화학기상증착(CVD) 방식으로 상기 모재의 표면에 몰리브덴산화물 코팅층을 형성하는 단계; 및 e) 상기 제1가열부를 안정화 열처리하는 단계;를 포함하는 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법, 및 이로부터 제조된 몰리브덴산화물 코팅층에 관한 것이다.

Description

몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법 및 이로부터 코팅된 타이어 금형{Manufacturing method of molybdenum oxide coating layer, and tire mold coated therefrom}
본 발명은 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법 및 이로부터 코팅된 타이어 금형에 관한 것이다.
타이어는 천연ㆍ합성고무, 카본 등 원재료를 정련, 압연, 재단, 비드, 성형 및 가황(가류) 등의 공정을 통해 제조된다.
그 중 가황 공정은 타이어 금형(tire mold)에 그린케이스를 삽입하고 일정한 압력과 열을 가하여 타이어의 종류에 따른 트레드(tread) 패턴을 완성하는 과정으로, 고온·고압의 환경에서 유황 및 화학 약품에 타이어 금형이 노출되어 그 표면에 이물질이 잔류하게 된다.
특히 황(S)과 산화아연(ZnO)은 가교하여 황화아연(ZnS)을 생성하며, 가황 공정이 반복되면 타이어 금형의 표면에 증착되어 쌓이게 되는데, 이러한 현상을 금형 오염(mold fouling)이라 한다. 금형 오염은 타이어의 외관상의 가치를 떨어트리고, 외형적 결함을 초래하여 물성 저하의 원인이 된다.
이를 방지하기 위해서는 주기적으로 타이어 금형을 교체하거나 청소를 해야 하는데, 이로 인하여 타이어 생산성이 감소하고 시간과 비용이 소요되게 된다.
따라서 반복적인 가황 공정에도 금형 오염을 방지할 수 있고, 청소 주기를 연장해 타이어 제조의 시간과 비용을 절약함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1726076호가 제시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1726076호 (2017.04.05)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 반복적인 가황 공정에도 효과적으로 금형 오염을 방지할 수 있고, 청소 주기를 연장해 타이어 제조의 시간과 비용을 절약함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법 및 이로부터 코팅된 타이어 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 밀착력 및 표면경도 등의 특성이 우수하여 타이어 제조 시 외형적 결함을 방지할 수 있는 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법 및 이로부터 코팅된 타이어 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 a) 제1가열부의 하단부와 제2가열부의 상단부가 관을 통해 서로 연결된 챔버를 준비하는 단계; b) 상기 제1가열부에 모재를 장입하고, 제2가열부에 몰리브덴 전구체를 장입하는 단계; c) 상기 제1가열부를 예열하는 단계; d) 상기 제2가열부를 가열하여 화학기상증착(CVD) 방식으로 상기 모재의 표면에 몰리브덴산화물 코팅층을 형성하는 단계; 및 e) 상기 제1가열부를 안정화 열처리하는 단계;를 포함하는 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 몰리브덴 전구체는 Mo(CO)6일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 모재는 알루미늄계 합금일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 c)단계의 예열은 300 내지 500℃의 온도로 수행되는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 d)단계의 가열은 200 내지 400℃의 온도로 수행되는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 e)단계의 안정화 열처리는 300 내지 500℃의 온도로 1 내지 5시간 동안 수행되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 상기의 방법으로 코팅된 몰리브덴산화물 코팅층을 포함하는 타이어 금형에 관한 것이다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 몰리브덴산화물 코팅층의 두께는 1 내지 100 ㎛일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 몰리브덴산화물 코팅층의 밀착력은 2.5 N 이상일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 몰리브덴산화물 코팅층의 표면경도는 60 HV 이상일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 몰리브덴산화물 코팅층의 치밀도(D)는 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
85 ≤ (Gb/Gs)×100 ≤ 100
(상기 관계식 1에서 (Gb/Gs)×100은 치밀도(%)로, 상기 Gs는 몰리브덴산화물 코팅층의 이론 계산치로부터의 산출된 비중이며, Gb는 몰리브덴산화물 코팅층의 벌크(bulk) 비중이다.)
본 발명에 따른 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법은 화학기상증착 방식으로 모재의 표면에 몰리브덴산화물을 코팅함으로써 효과적으로 몰리브덴산화물 코팅층을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 모재와 몰리브덴산화물 코팅층 간의 밀착력을 높일 수 있으며, 몰리브덴산화물 코팅층의 표면강도 및 치밀도를 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 모재로 타이어 금형을 사용할 경우, 가황 공정에서 발생할 수 있는 황화아연(ZnS)에 의한 금형 오염을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이에 따라 청소 주기를 연장해 타이어 제조의 시간과 비용을 절약함으로써 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 몰리브덴산화물 코팅층의 밀착력 및 표면경도 등의 특성이 우수하여 타이어 제조 시 외형적 결함을 방지할 수 있어 좋다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 몰리브덴산화물 코팅층 형성을 위한 챔버의 모식도이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 몰리브덴산화물 코팅층의 (a) 표면 주사전자현미경(SEM) 사진 및 (b) 절단면 후방산란전자(BSE) 사진이다.
도 3은 비교예 1에 따라 제조된 몰리브덴산화물 코팅층의 표면 SEM 사진이다.
도 4는 비교예 2에 따라 제조된 몰리브덴산화물 코팅층의 (a) 표면 SEM 사진 및 (b) 절단면 BSE 사진이다.
이하 본 발명에 따른 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법 및 이로부터 코팅된 타이어 금형에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
가황 공정은 타이어 금형(tire mold)에 그린케이스를 삽입하고 일정한 압력과 열을 가하여 타이어의 종류에 따른 트레드(tread) 패턴을 완성하는 과정으로, 가황 공정이 반복되면 황(S)과 산화아연(ZnO)의 가교 부산물인 황화아연(ZnS)이 타이어 금형의 표면에 증착되어 쌓이게 되는데, 이와 같은 금형 오염은 타이어의 외관상의 가치를 떨어트리고, 외형적 결함을 초래하여 물성 저하의 원인이 된다.
이를 방지하기 위해서는 주기적으로 타이어 금형을 교체하거나 청소를 해야 하는데, 이로 인하여 타이어 생산성이 감소하고 시간과 비용이 소요되게 된다.
이에 금형 오염을 방지할 수 있는 방법에 대하여 거듭 연구한 결과, 타이어 금형의 표면을 몰리브덴산화물로 코팅할 경우, 효과적으로 금형 오염을 방지할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상세하게, 본 발명의 일 양태는 a) 제1가열부의 하단부와 제2가열부의 상단부가 관을 통해 서로 연결된 챔버를 준비하는 단계; b) 상기 제1가열부에 모재를 장입하고, 제2가열부에 몰리브덴 전구체를 장입하는 단계; c) 상기 제1가열부를 예열하는 단계; d) 상기 제2가열부를 가열하여 화학기상증착(CVD) 방식으로 상기 모재의 표면에 몰리브덴산화물 코팅층을 형성하는 단계; 및 e) 상기 제1가열부를 안정화 열처리하는 단계;를 포함하는 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법에 관한 것이다.
이와 같이, 화학기상증착 방식으로 모재의 표면에 몰리브덴산화물을 코팅함으로써 효과적으로 몰리브덴산화물 코팅층을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 모재와 몰리브덴산화물 코팅층 간의 밀착력을 높일 수 있으며, 몰리브덴산화물 코팅층의 표면강도 및 치밀도를 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 모재로 타이어 금형을 사용할 경우, 가황 공정에서 발생할 수 있는 황화아연(ZnS)에 의한 금형 오염을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이에 따라 청소 주기를 연장해 타이어 제조의 시간과 비용을 절약함으로써 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 몰리브덴산화물 코팅층의 밀착력 및 표면경도 등의 특성이 우수하여 타이어 제조 시 외형적 결함을 방지할 수 있어 좋다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법의 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, a) 제1가열부의 하단부와 제2가열부의 상단부가 관을 통해 서로 연결된 챔버를 준비하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 챔버는 화학기상증착(CVD)을 원활하게 수행할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 도 1에 도시된 것과 같이 제1가열부와 제2가열부가 서로 다른 영역에 위치하되, 관을 통해 서로 연결된 구조를 가진 것일 수 있다.
이 외에도 상기 챔버는 원료를 주입하는 원료 주입구, 모재를 거치할 수 있는 모재 홀더(substrate holder), 상기 제2가열부의 일 측면에 위치하여 운반가스(carrier gas)를 주입하는 운반가스 주입구, 제1가열부의 일 측면에 위치하여 배기가스(exhaust gas)를 배출하는 배기구, 제1가열부 및 제2가열부의 온도를 각각 제저할 수 있는 가열 시스템, 압력을 조절하는 압력 조절기, 챔버로 주입되는 기체의 유량을 조절하는 유량 조절기 및 길목마다 흐름을 제어하는 밸브 등을 더 포함할 수 있으며, 이는 통상적인 화학기상증착용 챔버에 따라 구성될 수 있다.
다음으로, b) 상기 제1가열부에 모재를 장입하고, 제2가열부에 몰리브덴 전구체를 장입하는 단계를 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 모재는 제1가열부의 상부로부터 장입될 수 있으며, 상기 모재 홀더에 거치될 수 있다. 거치 방법은 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 한정하지 않으며, 일 예로 진공흡입, 클램프, 전자기력 등의 방법으로 모재를 고정할 수 있다.
이때, 상기 모재는 특별히 한정하는 것은 아니나, 알루미늄계 합금일 수 있으며, 바람직하게는 타이어 금형용 알루미늄계 합금일 수 있고, 구체적인 일 예시로, AC4C 또는 AC7A 등의 알루미늄계 합금일 수 있다. 이처럼 모재로 타이어 금형을 사용하고, 그 표면을 몰리브덴산화물로 코팅할 경우, 가황 공정에서 발생할 수 있는 황화아연(ZnS)에 의한 금형 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 몰리브덴 전구체는 제2가열부로 장입될 수 있으며, 원료를 주입하는 원료 주입구로부터 장입될 수 있다. 이때, 상기 몰리브덴 전구체가 고체상인 경우 분말 그래도 장입이 가능하고, 기체상일 경우 기체 공급기 및 조절기를 통해 몰리브덴 전구체를 주입할 수 있다.
바람직하게, 상기 몰리브덴 전구체는 Mo(CO)6일 수 있다. 상기 Mo(CO)6은 상온에서 고체상임에 따라 핸들링이 용이하고, 기화 온도가 비교적 낮아 화학기상증착을 비교적 효율적으로 수행할 수 있어 좋으며, 반응 부산물이 이산화탄소임에 따라 제거가 용이하고, 유해 가스를 배출하지 않음에 따라 작업자의 건강을 해칠 우려가 극히 적다.
이처럼, 코팅될 모재와 코팅 원료가 준비되면, 공정 조건을 조절하여 모재를 몰리브덴산화물로 코팅할 수 있다. 이때, 공정 조건을 적절히 조절해주어야 몰리브덴산화물이 모재의 표면에 잘 증착될 수 있으며, 코팅층의 두께 및 치밀도 등을 목표대로 달성할 수 있다.
이때, 제1가열부 및 제2가열부를 가열하기 이전 챔버 내에 불필요한 가스를 제거하기 위해 비활성 기체로 퍼징하는 단계가 더 수행될 수 있으며, 이때 비활성 기체는 아르곤(Ar), 질소(N2) 또는 헬륨(He) 등일 수 있다.
다음으로, c) 상기 제1가열부를 예열하는 단계를 수행할 수 있다. 이처럼, 제1가열부를 예열하여 모재를 미리 가열함으로써 흡열 반응인 증착 반응이 모재의 표면에서 이루어지도록 할 수 있다.
구체적인 일 예시로, 상기 c)단계의 예열은 300 내지 500℃의 온도로 수행되는 것일 수 있으며, 보다 좋게는 350 내지 450℃의 온도로 수행되는 것일 수 있다. 이와 같은 온도 범위에서 예열함으로써 차후 화학기상증착 수행 시 몰리브덴산화물이 모재의 표면에 효과적으로 증착 및 코팅될 수 있다. 반면, 모재의 온도가 몰리브덴 전구체의 기화 온도보다 낮을 경우 원하는 화학 반응이 일어나지 않아 모재의 표면에 몰리브덴산화물이 쉽게 증착될 수 없으며, 온도가 너무 높을 경우 몰리브덴산화물의 코팅 정도를 제어하는 것이 어렵고, 챔버 내부 구석구석 몰리브덴산화물로 코팅될 수 있어 좋지 않다.
상기 c)단계의 예열 시간은 특별히 한정하지 않으나, 3분 이상인 것이 바람직하며, 구체적으로 5분 내지 1시간일 수 있으며, 보다 좋게는 8 내지 20분일 수 있다. 상기 범위에서 모재가 충분히 가열되어 모재의 표면에서 효과적으로 화학 반응이 일어날 수 있다.
다음으로, d) 상기 제2가열부를 가열하여 화학기상증착(CVD) 방식으로 상기 모재의 표면에 몰리브덴산화물 코팅층을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.
본 단계는 실질적으로 몰리브덴 전구체를 기화시키고, 화학 반응을 유발하여 모재의 표면에 몰리브덴산화물 코팅층을 형성하기 위한 단계로, 상기 d)단계의 가열은 200 내지 400℃의 온도로 수행되는 것일 수 있으며, 보다 좋게는 250 내지 350℃의 온도로 수행되는 것일 수 있다. 이와 같은 온도 범위에서 몰리브덴 전구체가 잘 기화되면서도 화학 반응을 일으킬 수 있는 상태로 활성화(activate)되어 모재 표면에 효과적으로 흡착 및 증착될 수 있다. 반면, 가열 온도가 너무 낮으면 화학 반응이 쉽게 일어나지 않아 몰리브덴산화물 코팅층이 잘 형성되지 않을 수 있으며, 가열 온도가 너무 높으면 활성화된 몰리브덴 전구체가 과한 에너지 공급에 의해 불안정해져 기상 반응이 일어날 수 있어 좋지 않다.
상기 d)단계의 가열 시간은 특별히 한정하지 않으나, 3분 이상인 것이 바람직하며, 구체적으로 5분 내지 1시간일 수 있으며, 보다 좋게는 8 내지 20분일 수 있다. 상기 범위에서 몰리브덴 전구체가 충분히 기화되어 모재의 표면에 목표하는 두께의 몰리브덴산화물 코팅층이 효과적으로 형성될 수 있으며, 상기 모재로 타이어 금형을 사용할 경우, 가황 공정에서 발생할 수 있는 황화아연(ZnS)에 의한 금형 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
이때, 상기 몰리브덴 전구체의 산화를 위해 상기 챔버는 공기 분위기를 가질 수 있으며, 기상의 몰리브덴 전구체의 용이한 운반을 위해 운반가스가 추가적으로 주입될 수 있다. 구체적으로, 상기 운반가스는 아르곤(Ar), 질소(N2) 또는 헬륨(He) 등의 비활성 기체일 수 있으며, 1 내지 10 ℓ/분의 유량으로 주입될 수 있으며, 보다 좋게는 3 내지 6 ℓ/분의 유량으로 주입될 수 있다.
다음으로, e) 상기 제1가열부를 안정화 열처리하는 단계를 수행할 수 있으며, 이를 통해 모재의 표면에 형성된 몰리브덴산화물 코팅층을 확산시키고, 모재와의 밀착력을 향상시킬 수 있다.
구체적인 일 예시로, 상기 e)단계의 안정화 열처리는 300 내지 500℃의 온도로 1 내지 5시간 동안 수행되는 것일 수 있으며, 보다 좋게는 350 내지 450℃의 온도로 2 내지 4시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 이와 같은 온도 및 시간 범위에서 몰리브덴산화물 코팅층이 잘 확산되어 모재의 표면에 목표하는 두께의 몰리브덴산화물 코팅층이 효과적으로 형성될 수 있으며, 우수한 밀착력과 표면경도 및 치밀도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법으로 코팅된 몰리브덴산화물 코팅층을 포함하는 타이어 금형에 관한 것으로, 이때, 상기 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 화학기상증착 방식으로 타이어 금형 모재의 표면에 몰리브덴산화물을 코팅함으로써 효과적으로 몰리브덴산화물 코팅층을 형성할 수 있으며, 이를 통해 타이어 제조 시 가황 공정에서 발생할 수 있는 황화아연(ZnS)에 의한 금형 오염을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 몰리브덴산화물 코팅층의 밀착력, 표면경도 및 치밀도 등의 특성이 우수하여 타이어 제조 시 외형적 결함을 방지할 수 있어 좋다.
상기 몰리브덴산화물 코팅층의 두께는 1 내지 20 ㎛일 수 있다. 이와 같은 범위에서 황화아연(ZnS)에 의한 금형 오염을 특히 더 효과적으로 방지할 수 있으며, 더욱 우수한 밀착력, 표면경도 및 치밀도를 가질 수 있다.
구체적인 일 예시로, 상기 몰리브덴산화물 코팅층의 밀착력은 2.5 N 이상(ASTM G171(03) 기준)일 수 있으며, 보다 좋게는 3 N 이상일 수 있다. 밀착력의 상한은 특별히 한정하지 않으나, 일 예로 10 N 이하일 수 있다. 상기 몰리브덴산화물 코팅층의 표면경도는 60 HV 이상(JIS Z 2244 기준)일 수 있으며, 보다 좋게는 65 HV 이상수 있다. 표면경도의 상한은 특별히 한정하지 않으나, 일 예로 100 HV 이하일 수 있다. 이와 같은 범위에서 타이어 제조 시 타이어 금형에서 몰리브덴산화물 코팅층이 쉽게 박리되거나 트레드(tread) 패턴에 영향을 끼치지 않을 수 있으며, 표면 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 몰리브덴산화물 코팅층의 치밀도(D)는 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
85 ≤ (Gb/Gs)×100 ≤ 100
(상기 관계식 1에서 (Gb/Gs)×100은 치밀도(%)로, 상기 Gs는 몰리브덴산화물 코팅층의 이론 계산치로부터의 산출된 비중이며, Gb는 몰리브덴산화물 코팅층의 벌크(bulk) 비중이다.)
보다 좋게는, 상기 치밀도(D)는 90 ≤ (Gb/Gs)×100 ≤ 100을 만족할 수 있으며, 더욱 좋게는 95 ≤ (Gb/Gs)×100 ≤ 100을 만족할 수 있다. 이처럼 우수한 치밀도를 가짐으로써 우수한 물리적 강도를 확보할 수 있으며, 표면 오염을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법 및 이로부터 코팅된 타이어 금형에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1]
도 1에 도시된 것과 같이, 제1가열부와 제2가열부가 관을 통해 서로 연결된 CVD용 챔버를 준비하고, 제1가열부에는 알루미늄계 합금 모재(AC7A)를 장입하고, 제2가열부에는 몰리브덴 헥사카보닐(Mo(CO)6) 분말 5 g을 장입하였다.
다음으로, 상기 제2가열부의 일측에 위치한 운반가스 주입구를 통해 아르곤(Ar) 가스를 5 L/분의 유량으로 20분 동안 퍼징하고, 제1가열부를 450℃로 10분 동안 예열하여 모재에 미리 열을 가하였다(공정 A). 이후 아르곤(Ar) 가스를 5 L/분의 유량으로 주입하면서, 제2가열부를 300℃로 10분간 가열하여 Mo(CO)6 분말을 기화시켜 상기 모재의 표면에 증착하였다(공정 B). 끝으로, 제1가열부를 450℃로 3시간 동안 안정화 열처리하여 몰리브덴산화물 코팅층을 형성하였다(공정 C).
[실시예 2]
제1가열부를 250℃로 10분 동안 예열(공정 A)한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[실시예 3]
제2가열부를 150℃로 10분간 가열(공정 B)한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[실시예 4]
제2가열부를 500℃로 10분간 가열(공정 B)한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[실시예 5]
제1가열부를 250℃로 3시간 동안 안정화 열처리(공정 C)한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[실시예 6]
제1가열부를 450℃로 1시간 동안 안정화 열처리(공정 C)한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[실시예 7]
제1가열부를 600℃로 1시간 동안 안정화 열처리(공정 C)한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 1]
제1가열부를 450℃로 10분 동안 예열하는 공정(공정 A) 및 제1가열부를 450℃로 3시간 동안 안정화 열처리하는 공정(공정 C)을 수행하지 않은 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 2]
제1가열부를 450℃로 10분 동안 예열하는 공정(공정 A)을 수행하지 않은 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[비교예 3]
제1가열부를 450℃로 3시간 동안 안정화 열처리하는 공정(공정 C)을 수행하지 않은 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
공정 A 공정 B 공정 C
실시예 1 450℃, 10분 300℃, 10분 450℃, 3시간
실시예 2 250℃, 10분 300℃, 10분 450℃, 3시간
실시예 3 450℃, 10분 150℃, 10분 450℃, 3시간
실시예 4 450℃, 10분 500℃, 10분 450℃, 3시간
실시예 5 450℃, 10분 300℃, 10분 250℃, 3시간
실시예 6 450℃, 10분 300℃, 10분 450℃, 1시간
실시예 7 450℃, 10분 300℃, 10분 600℃, 1시간
비교예 1 x 300℃, 10분 x
비교예 2 x 300℃, 10분 450℃, 3시간
비교예 3 450℃, 10분 300℃, 10분 x
[특성 평가]
하기 기재된 방법에 따라 상기 실시예 1 내지 7, 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 시편의 각 특성을 평가하였으며, 그 결과를 표 2에 기재하였다.
1) 두께 (㎛): JIS G 0562에 따라 측정하였다.
2) 밀착력 (N): ASTM G171(03)에 따라 측정하였다.
3) 표면경도 (HV): JIS Z 2244에 따라 측정하였다.
4) 치밀도 (%): 하기 계산식을 통해 산출하였으며, 이때 Gs는 몰리브덴산화물 코팅층의 이론 계산치로부터의 산출된 비중이며, Gb는 몰리브덴산화물 코팅층의 벌크(bulk) 비중이다.
계산식 : 치밀도(D) = (Gb/Gs)×100
두께 (㎛) 밀착력 (N) 표면경도 (HV) 치밀도 (%)
실시예 1 11.3 3.6 68.5 98.6
실시예 2 9.6 2.1 67.4 92.6
실시예 3 6.5 2.9 63.1 88.4
실시예 4 12.4 3.1 67.8 91.9
실시예 5 8.9 2.1 64.7 87.5
실시예 6 9.3 2.5 63.5 89.2
실시예 7 9.7 2.9 65.2 90.6
비교예 1 - - - -
비교예 2 7.8 1.6 62.1 88.3
비교예 3 3.2 1.8 - 84.6
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 모재를 먼저 예열한 후 화학기상증착 방식으로 몰리브덴산화물을 증착하고, 안정화 열처리까지 수행한 실시예 1 내지 7의 경우, 비교예들 대비 몰리브덴산화물 코팅층이 치밀하게 잘 형성되었으며, 밀착력 및 표면경도 특성 또한 우수함을 확인할 수 있었다.
상세하게, 실시예 1의 경우, 화학기상증착 가열 온도가 몰리브덴산화물 증착에 가장 적합하여 모든 특성 평가에서 그 특성이 가장 우수하였다. 실시예 2의 경우 예열 온도(공정 A)가 다소 낮음에 따라 실시예 1 대비 밀착력이 다소 낮았으며, 실시예 3의 경우 화학기상증착 시 온도(공정 B)가 다소 낮음에 따라 실시예 1 대비 몰리브덴산화물 코팅막의 두께가 다소 얇았고, 치밀도 및 표면경도 또한 떨어졌다. 실시예 4의 경우 화학기상증착 시 온도(공정 B)가 다소 높음에 따라 기상에서 몰리브덴산화물이 뭉쳐져 입자가 되는 문제점이 있었으며, 이 몰리브덴산화물 입자가 코팅층으로 흡착되어 코팅층의 치밀도 및 표면경도가 오히려 저하되었다. 실시예 5의 경우 안정화 열처리 온도(공정 C)가 다소 낮음에 따라 실시예 1 대비 밀착력이 다소 낮았으며, 치밀도 및 표면경도 특성 또한 좋지 않았다. 실시예 6 및 7의 경우 안정화 열처리 시간(공정 C)이 너무 짧아 충분한 확산이 이루어지지 못하여 실시예 1 대비 밀착력, 치밀도 및 표면경도가 모두 저하되었다.
한편, 비교예 1의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 몰리브덴산화물 코팅층이 제대로 형성되지 않았으며, 비교예 2 및 3의 경우, 몰리브덴산화물 코팅층은 형성되었으나, 실시예 1과 동일한 시간 동안 화학기상증착을 수행했음에도 불구하고 증착된 몰리브덴산화물 코팅층의 두께가 얇았으며, 표 2 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 모재와의 밀착력 및 표면경도 특성 또한 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. a) 제1가열부의 하단부와 제2가열부의 상단부가 관을 통해 서로 연결된 챔버를 준비하는 단계;
    b) 상기 제1가열부에 모재를 장입하고, 제2가열부에 몰리브덴 전구체를 장입하는 단계;
    c) 상기 제1가열부를 예열하는 단계;
    d) 상기 제2가열부를 가열하여 화학기상증착(CVD) 방식으로 상기 모재의 표면에 몰리브덴산화물 코팅층을 형성하는 단계; 및
    e) 상기 제1가열부를 안정화 열처리하는 단계;
    를 포함하는 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 몰리브덴 전구체는 Mo(CO)6인, 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모재는 알루미늄계 합금인, 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 c)단계의 예열은 300 내지 500℃의 온도로 수행되는 것인, 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 d)단계의 가열은 200 내지 400℃의 온도로 수행되는 것인, 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 e)단계의 안정화 열처리는 300 내지 500℃의 온도로 1 내지 5시간 동안 수행되는 것인, 몰리브덴산화물 코팅층의 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항에서 선택되는 어느 한 항의 방법으로 코팅된 몰리브덴산화물 코팅층을 포함하는 타이어 금형.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 몰리브덴산화물 코팅층의 두께는 1 내지 20 ㎛인, 타이어 금형.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 몰리브덴산화물 코팅층의 밀착력은 2.5 N 이상인, 타이어 금형.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 몰리브덴산화물 코팅층의 표면경도는 60 HV 이상인, 몰리브덴산화물 코팅층.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 몰리브덴산화물 코팅층의 치밀도(D)는 관계식 1을 만족하는 것인, 타이어 금형.
    [관계식 1]
    85 ≤ (Gb/Gs)×100 ≤ 100
    (상기 관계식 1에서 (Gb/Gs)×100은 치밀도(%)로, 상기 Gs는 몰리브덴산화물 코팅층의 이론 계산치로부터의 산출된 비중이며, Gb는 몰리브덴산화물 코팅층의 벌크(bulk) 비중이다.)
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