KR20220091734A - 비정질 형성능을 갖는 Al계 다성분계 합금타겟 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 Al계 다성분계 합금 타겟의 접합력을 강화한 실린더형 타겟 또는 판재형 타겟을 제공하고자 하는 것이다. 또한, 좀 더 간소화된 공정으로 제조단가를 낮추고자 한다.
상기 목적에 따라 본 발명은 Al-계 비정질 합금분말을 용사공법으로 백 튜브 또는 기본 판재에 적층하여 실린더 타겟 또는 판재 타겟을 제조한다.

Description

비정질 형성능을 갖는 Al계 다성분계 합금타겟{Multi-componentAl-based alloy sputtering target with glass forming ability}

본 발명은 비정질 형성능을 갖는 Al계 다성분계 합금타겟 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자기기 및 생활용품 외장에 다양한 금속색상을 적용해서 디자인적인 가치를 높인 제품들이 많이 출시되고 있다. 다양한 금속색상으로 실버, 골드, 핑크, 블랙 등이 주색상으로 사용되고 있다. 색상 구현은 금속자체가 나타내는 색상을 증착하는 방법(비반응성)과 반응성(질소/산소/탄소) 증착법을 이용하여 다양한 색상을 구현하는 방법이 있다. 실버색상의 경우 비반응성 스퍼터링법으로 Cr과 Al 순금속을 이용하여 구현 하고 있다. Cr의 단독사용은 색상의 밝기가 낮아 사용이 제한적이며, Al 단독사용은 피코팅제와의 부착력 저하로 박리현상이 발생하여 사용이 제한적이다. 따라서, 소비자가 원하는 밝기(L*)을 구현하기 위해 현재 Cr을 증착 후 Al을 증착하여 부착력과 색상을 확보하여 사용하고 있다. 하지만, 2가지 금속이 증착되어 있음으로 특정 외부환경에서 갈바닉 부식이 발생하여 색상이 변화되는 문제가 발생하고 있다.

반응성 스퍼터링을 이용하여 실버색상을 구현하는 방법은 Cr에 질소를 첨가하여 스퍼터링 함으로써 실버색상을 구현할 수 있으며, CrN의 상이 형성되어 내부식성 및 부착력이 향상된다. 하지만, 반응성 스퍼터링 크기가 상대적으로 큰 제품을 실버색상으로 증착 시, 가스와의 불균일 반응으로 색상이 전체적으로 균일하지 않아 제품의 불량이 발생하게 된다. 최근 Al계 비정질 합금을 타겟으로 제조하여 증착함으로써 상기와 같은 문제점들을 해결하고 있다. 하지만, 분말제작 및 고온/고압 소결공법으로 제작하기 때문에 공정이 복잡하고 단가 상승하는 문제가 발생하고 있다. 또한, 소결하여 평판형 타겟의 적용 시 사용효율이 40% 이하로 단가상승에 문제가 있다. 또한, 낮은 온도에서 소결이 발생하는 Al계 합금의 경우, 실린더형을 일체형으로 소결 시 B/P와의 접합력이 낮아 사용 중 타겟이 분리되어 크랙이나 파단이 발생하여 사용에 극히 제한적이다. 본 출원인에 의해 출원된 출원번호 10-2019-0158682호는 스테인레스스틸 백 튜브와 Al 합금 분말을 소결하여 일체형 실린더 타겟을 제공하였으며, 이러한 경우에도 접합력을 강화할 필요가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 Al계 다성분계 합금 타겟의 접합력을 강화한 실린더형 타겟 또는 판재형 타겟을 제공하고자 하는 것이다. 또한, 좀 더 간소화된 공정으로 제조단가를 낮추고자 한다.

상기 목적에 따라 본 발명은 Al-계 비정질 합금분말을 용사공법으로 백 튜브 또는 기본 판재에 적층하여 실린더 타겟 또는 판재 타겟을 제조한다.

즉, 본 발명은,

Al-계 비정질 합금분말을 준비하되, 4원계 합금 분말, Al-Ni-Co-Y 또는 2원계 합금 분말, aAl-bY(a=85~95,b=5~15at%), aAl-bSm(a=85~95, b=5~15at%), 또는 aAl-bTb(a=85~95, b=5~15at%)을 준비하고,

백 튜브 또는 판재 기재를 준비하고,

상기 Al-계 비정질 합금분말을 용사공법으로 백 튜브 또는 판재 기재에 적층하여 실린더 타겟 또는 판재 타겟을 제조하는 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법을 제공한다.

상기에 있어서, 4원계 합금 분말은 aAl-bNi-cCo-dY(a=80~90, b=5~10, c=1~2, d=5~15at%)인 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법을 제공한다.

상기에 있어서, 합금 분말의 입도는 45 내지 150㎛로 분급된 것임을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법을 제공한다.

상기에 있어서, 백튜브는 용사 코팅 공정에서 코팅재의 적층속도에 맞추어 회전되는 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법을 제공한다.

상기에 있어서, 백튜브 또는 판재 기재는 스테인레스스틸을 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법을 제공한다.

상기의 제조방법으로 제조되어 상대 밀도가 85 ~ 98% 인 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟을 제공한다.

본 발명에 따르면, 소결과 같은 복잡한 공정을 단순화하며 실린더 타겟 제작 시 백 튜브와의 부착력을 향상시켜 사용 중 크랙이나 파단이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 공정순서를 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 용사 공정의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 사용될 합금 분말의 분급을 보여주는 사진이다.
도 4는 합금 분말의 분급별 증착물의 표면을 보여주는 사진이다.
도 5는 45 내지 150㎛ 입도 분말에 의한 타겟 표면을 보여주는 사진이다.
도 6은 45㎛ 이하 입도 분말에 의한 타겟 표면을 보여주는 사진이다.
도 7은 분급되지 않은 300㎛ 이하 입도 분말에 의한 타겟 표면을 보여주는 사진이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 공정순서를 보여주는 순서도이다.

먼저, 원하는 특성을 갖추도록 비정질 합금 설계를 하고, 모합금을 정련한다. 정련된 모합금으로 고청정 합금 분말을 제조한다. 금속들을 준비하고 인덕션 멜팅(induction melting)으로 모합금을 제작한다. 모합금에 대해 가스 아토마이징(gas atomization)을 실시하여 분말을 만든다. 이때 입도를 조절하여 증착물의 표면조도를 원하는 정도가 되도록 한다. 이에 대해서는 후술될 것이다. 고청정 합금 분말을 백 튜브 또는 판재 기재에 용사코팅을 실시하여 타겟을 제조한다.

합금 분말은 4원계 Al 합금으로, Al-Ni-Co-Y으로 하며, 바람직하게는, aAl-bNi-cCo-dY(a=80~90, b=5~10, c=1~2, d=5~15at%), 더욱 바람직하게는, Al₈₅-Ni₅-Co₂-Y₈ at.%일 수 있다. aAl-bSm(a=85~95, b=5~15at%), aAl-bTb(a=85~95, b=5~15at%), 또는 aAl-bY(a=85~95,b=5~15at%)의 2원계 합금 분말일 수도 있고, 여기에 Co, Ni을 추가한 3원계일 수 있다.

백 튜브 또는 판재 기재는 스테인레스스틸 또는 Al계 소재로 할 수 있다.

Al 계 비정질 합금 코팅은 이종원소들이 포함되어 원하는 컬러를 구현하면서도 비정질성으로 인해 이종원소들에 의한 갈바닉 부식이 일어나는 것을 방지하며, 비반응성 증착 공정에 의해 대면적 물품에 대해서도 균일한 색상을 구현할 수 있다.

도 2는 본 발명의 용사 공정의 구성을 보여주는 개략도이다.

백 튜브 또는 판재 기재를 준비하고, 스프레이 건을 구비한 용사 장치를 구성한다. 용사 챔버 내부에 전극이 설치되고, 전극을 에워싸듯 배치되며 분사노즐이 형성된 스프레이 건이 용사 챔버에 설치된다. 용사 챔버에 형성된 노즐은 스프레이 건의 노즐과 동축상에 놓인다. 스프레이 건에 분사용 가스를 공급하는 가스공급부와 합금 분말을 공급하는 분말 공급부가 연결되어 있고, 용사 챔버 자체가 대향 전극으로 작용한다. 즉, 전극과 용사 챔버에 서로 다른 극성의 전압을 인가하여 가스 압과 전기장을 이용한 아크 방전으로 합금 분말을 백 튜브나 판재 기재에 용사 적층한다. 백 튜브는 적층속도에 맞추어 회전 속도를 조절하며(적층 속도가 빠르면 빠르게, 느리면 느리게 회전), 일정 속도로 회전되어 균일한 두께의 실린더 타겟을 만든다. 판재 기재에 대해서도 용사에 의한 판재 타겟이 제작된다.

용사에 대한 코팅 조건은 일반적으로 알려진 수준으로 실시할 수 있다.

이러한 용사 코팅에 의한 타겟의 제작 및 타겟에 의한 코팅 품질에서 중요한 인자가 되는 것은 합금 분말의 분급이다.

도 3은 본 발명에 사용될 합금 분말의 분급을 보여주는 사진이다.

300㎛ 이하의 분급되지 않은 입자들로 된 합금 분말과 45㎛ 이하의 미세입도, 45 내지 150㎛ 입도 분말의 사진이며, 이들을 이용한 용사 코팅면을 도 4 이하에서 보여준다. 동일한 백 튜브의 상, 중, 하 부분에 각각의 합금 분말로 용사 코팅한 것으로, 코팅표면의 차이는 육안으로도 식별된다.

45 내지 150㎛ 입도의 합금 분말을 사용한 경우, 적층 상태가 우수하고 타겟으로 사용가능한 실린더 형태로 확인되었다(도 5 참조).

45㎛ 이하의 미세입도 합금 분말을 사용한 경우, 적층 속도가 매우 느려 비효율적이며, 적충률이 10% 이하로 분말의 손실이 막대하다(도 6).

분급이 되지 않은 300㎛ 이하 분말을 사용한 경우, 적층시 분말 입도차이에 따라 융점차이가 발생하여 크랙(Crack)이 발생한다. 따라서 이러한 것은 타겟으로 사용하기에 부적합하다(도 7).

또한, 용사타겟의 상대 밀도는 85 ~ 98% 이며, 상대 밀도가 85%보다 낮으면 스퍼터링 중 아킹이 발생하여 사용이 어려우며, 상대 밀도 98%보다 높으면 스퍼터링 중 열충격에 의해 크랙이 발생하게 된다. 따라서 85 ~ 98% 상대밀도를 갖는 것이 바람직하며, 이러한 밀도를 갖는 타겟은 안정적으로 사용이 가능하다.

상기의 비정질 합금 타겟을 이용하여 금속, 폴리머, 또는 세라믹 기재에 대해 비반응성 스퍼터링으로 컬러 코팅을 실시할 수 있으며, 비결정성으로 인해 폴리머를 포함한 피코팅제와의 부착력이 우수하다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 제작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명은 경기도의 '전자기기 외장 컬러 증착용 고내식 알루미늄계 합금 소재 및 타켓 제작 기술 개발'이라는 연구과제(과제고유번호 D202051)를 통해 이루어졌다.

Claims (6)

1. Al-계 비정질 합금분말을 준비하되, 4원계 합금 분말, Al-Ni-Co-Y 또는 2원계 합금 분말, aAl-bY(a=85~95,b=5~15at%), aAl-bSm(a=85~95, b=5~15at%), 또는 aAl-bTb(a=85~95, b=5~15at%)을 준비하고,
   백 튜브 또는 판재 기재를 준비하고,
   상기 Al-계 비정질 합금분말을 용사공법으로 백 튜브 또는 판재 기재에 적층하여 실린더 타겟 또는 판재 타겟을 제조하는 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 4원계 합금 분말은 aAl-bNi-cCo-dY(a=80~90, b=5~10, c=1~2, d=5~15at%)인 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 합금 분말의 입도는 45 내지 150㎛로 분급된 것임을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 백튜브는 용사 코팅 공정에서 코팅재의 적층속도에 맞추어 회전되는 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 백튜브 또는 판재 기재는 스테인레스스틸을 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟의 제조방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되어 상대 밀도가 85 ~ 98% 인 것을 특징으로 하는 Al-계 비정질 합금 타겟.
   
   

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