KR20230143503A - 전자기기용 내장 금속재 및 금속재 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자기기용 내장 금속재 및 금속재 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수 부식 방지 처리된 전자기기용 내장 금속재 및 금속재 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전자기기용 내장 금속재는 전도성을 갖는 제1 금속을 포함하는 금속 기재; 및 상기 제1 금속 및 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 합금으로 이루어지며, 상기 금속 기재 상에 코팅되는 합금코팅층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전자기기용 내장 금속재는 전도성을 갖는 제1 금속을 포함하는 금속 기재; 및 상기 제1 금속 및 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 합금으로 이루어지며, 상기 금속 기재 상에 코팅되는 합금코팅층;을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 전자기기용 내장 금속재 및 금속재 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수 부식 방지 처리된 전자기기용 내장 금속재 및 금속재 제조방법에 관한 것이다.
다양한 금속을 활용한 구조물들이 배, 조력발전, 해상 구조물, 방파제, 등대 등 해수의 환경에서 사용되고 있으며, 해수의 환경에서 사용되지 않는 구조물들의 경우에도 내화학성의 정도를 평가하기 위하여 내해수성을 측정하여 그 지표로 사용한다.
단일 금속의 경우, 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh) 등의 귀금속을 제외한 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 일반적인 금속들은 내해수성 및 내화학성이 약하다.
예를 들어, 알루미늄(Al)은 색상이 미려하고 내열성이 우수할 뿐만 아니라 부동화(passivation) 현상으로 인한 내식성이 우수하여 화장품 케이스나 악세서리 등의 장식용 피막은 물론 반도체의 도전막, 자성재료나 강판의 보호피막, 온열 계통의 가전제품, 자동차용 머플러 등에 매우 폭 넓게 이용되고 있다. 또한, 알루미늄(Al)이 갖는 여러가지 특성(낮은 밀도, 우수한 가공성, 우수한 반사도 및 열전도성)으로 인하여 산업상 응용분야가 매우 다양하다.
최근 알루미늄(Al)은 가볍고 견고하여 항공기용 재료는 물론 우수한 전기전도도와 방열 특성으로 인해 휴대폰, 노트북, 카메라 등과 같은 전자기기에도 폭 넓게 이용되고 있다. 하지만, 통상적으로 알루미늄(Al)은 대기중에서 산화가 쉽게 일어나 산화 피막을 통해 내식성 및 표면 보호를 하고 있으며, 알루미늄 산화 피막의 경우에는 전기 부도체이어서 전기전도성이 요구되는 전자기기 등에 이용하는 데에 어려움이 있다.
이에, 별도의 표면처리를 통해 전기전도성을 유지하면서 알루미늄(Al)의 내식성 향상 및 표면 보호가 필요하며, 금속의 가공성, 용접성, 절곡성, 취성, 경도, 표면 색상, 사용 온도 등 다양한 제작 및 사용 환경에 따라서 금속에 대한 부식 방지 처리가 요구되고 있다.
본 발명은 금속 기재에 내해수성을 갖는 합금코팅층이 코팅되는 전자기기용 내장 금속재 및 금속재 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전자기기용 내장 금속재는 전도성을 갖는 제1 금속을 포함하는 금속 기재; 및 상기 제1 금속 및 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 합금으로 이루어지며, 상기 금속 기재 상에 코팅되는 합금코팅층;을 포함할 수 있다.
상기 제1 금속은 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
상기 제2 금속은 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 상기 제1 금속에 따라 선택될 수 있다.
상기 합금코팅층은 상기 금속 기재보다 얇을 수 있다.
상기 합금코팅층은 상기 제2 금속을 포함하는 금속층을 상기 금속 기재 상에 형성한 후에 상기 금속층이 형성된 상기 금속 기재를 열처리하여 형성될 수 있다.
상기 열처리는 상기 제1 금속의 용융점보다 낮은 온도에서 이루어질 수 있다.
상기 합금코팅층은 2 내지 95 %의 상기 제2 금속을 함유할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법은 전도성을 갖는 제1 금속을 포함하는 금속 기재 상에 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 금속층을 형성하는 과정; 및 상기 금속층이 형성된 상기 금속 기재를 열처리하여 상기 금속 기재 상에 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금으로 이루어진 합금코팅층을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 금속층을 형성하는 과정에서는 상기 금속 기재보다 얇은 두께로 상기 금속층을 형성할 수 있다.
상기 금속층을 형성하는 과정은 물리 증착법으로 수행될 수 있다.
상기 금속층을 형성하는 과정에서는 상기 금속층에 핀홀이 형성되고, 상기 핀홀의 종횡비는 1 이상일 수 있다.
상기 합금코팅층을 형성하는 과정에서는 상기 핀홀이 제거될 수 있다.
상기 합금코팅층을 형성하는 과정은 상기 금속층을 열처리하는 과정을 포함하고, 상기 열처리하는 과정은 상기 제1 금속의 용융점보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
상기 제1 금속은 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하고, 상기 금속층을 형성하는 과정은 상기 제1 금속에 따라 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 상기 제2 금속을 선택하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 금속층을 형성하는 과정 이후에 상기 금속 기재 상에 마감 코팅층을 형성하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 마감 코팅층을 형성하는 과정에서는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 스테인리스강 또는 귀금속으로 상기 마감 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 합금코팅층을 형성하는 과정은 상기 마감 코팅층을 형성하는 과정 이후에 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 전자기기용 내장 금속재는 제1 금속을 포함하는 금속 기재 상에 제1 금속 및 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 합금코팅층을 코팅함으로써, 우수한 내해수성을 확보할 수 있다. 이에 따라 전자기기의 사용 시간이 경과함에 따라 내장 금속재의 부식이 발생됨으로 인해 지속적인 금속재의 교체가 발생하게 되어 인적 및/또는 물적 비용이 증가하는 문제를 해결할 수 있다.
즉, 가공성, 절곡성, 전기전도도, 표면 색상, 원재료비 등 다양한 장점으로 인하여 널리 사용되고 있으나 내해수성이 부족한 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 제1 금속을 포함하는 금속 기재를 제1 금속에 따라 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 선택되는 제2 금속과의 합금으로 이루어진 합금코팅층으로 코팅함으로써, 전기전도도와 방열 특성을 유지하면서도 전자기기용 내장 금속재의 내해수성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 금속재 제조방법에서는 제2 금속을 물리 증착으로 빠르게 증착한 후에 열처리를 통해 제1 금속과 제2 금속을 합금화시켜 합금코팅층을 형성함으로써, 핀홀이 없이 치밀하게 합금코팅층을 형성할 수 있으면서 생산성이 증대될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자기기용 내장 금속재를 나타내는 개략단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 구체적으로 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 순서적으로 나타낸 개략단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마감 코팅층의 형성을 나타내는 개략단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 구체적으로 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 순서적으로 나타낸 개략단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마감 코팅층의 형성을 나타내는 개략단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자기기용 내장 금속재를 나타내는 개략단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전자기기용 내장 금속재(100)는 전도성을 갖는 제1 금속을 포함하는 금속 기재(110); 및 상기 제1 금속 및 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 합금으로 이루어지며, 상기 금속 기재(110) 상에 코팅되는 합금코팅층(120);을 포함할 수 있다.
금속 기재(base metal, 110)는 전도성을 갖는 제1 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제1 금속의 단일 금속으로 이루어질 수도 있고, 상기 제1 금속의 합금으로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 제1 금속은 금속 기재(110)의 주 성분일 수 있다. 여기서, 상기 전도성은 전기전도성 및 열전도성을 포함하는 개념이며, 금속 기재(110)는 전기전도성만 가질 수도 있고, 열전도성만 가질 수도 있으며, 전기전도성과 열전도성을 모두 가질 수도 있다. 즉, 금속 기재(110)는 전기전도성뿐만 아니라 열전도성도 가질 수 있고, 방열 특성이 우수할 수도 있다. 한편, 금속 기재(110)는 상기 제1 금속의 단일 금속 또는 상기 제1 금속의 합금으로만 이루어질 수도 있고, 상기 제1 금속의 단일 금속 또는 상기 제1 금속의 합금으로 코팅되거나, 이를 포함하는 둘 이상의 금속이 적층된 다층구조를 가질 수도 있으며, 상기 제1 금속의 단일 금속 또는 상기 제1 금속의 합금이 금속 기재(110)의 표면에 제공(또는 노출)될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 금속은 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh) 등과 같은 고가의 귀금속보다 상대적으로 저가의 금속(예를 들어, 비귀금속)일 수 있으며, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)는 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh) 등과 같은 고가의 귀금속보다 저렴할 수 있을 뿐만 아니라 가공성, 절곡성, 전기전도도, 표면 색상, 원재료비 등 다양한 장점으로 인하여 널리 사용되고 있으며, 최근에는 우수한 전기전도도와 방열 특성으로 인해 핸드폰(또는 휴대폰), 노트북, 카메라 등과 같은 (휴대용) 전자기기 내장재로도 폭 넓게 이용되고 있다. 하지만, 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)는 경도(hardness)가 낮은 무른 금속일 뿐만 아니라 산소 결합성이 높아 (대기 중) 산소(O2)와 쉽게 반응하며, 이로 인해 대기 중에 노출 시 표면에 산화 피막이 형성될 수 있고, 이러한 산화 피막은 전기 부도체이어서 전기전도성이 요구되는 전자기기용 내장재(예를 들어, 내장 금속재)에는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)의 산화 피막이 형성된 금속 기재(110)를 이용하지 못한다. 한편, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)의 산화 피막이 형성되는 경우에는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)의 국부적(또는 국소적)인 상호 확산 및/또는 용융이 어려워져 제2 금속 등의 다른 금속과의 합금화가 이루어지지 않는다.
그리고 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)는 그 자체로는 해수(seawater)에 취약하여 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하는 금속 기재(110)의 경우에는 내해수성 및 내화학성의 강화가 필요하다.
여기서, 전자기기용 내장 금속재(100)는 핸드폰, 노트북, 카메라 등과 같은 휴대용 전자기기에 사용될 수 있으며, 판(plate)의 형태를 가질 수 있고, 금속판재(metallic plate material)일 수 있다. 예를 들어, 상기 휴대용 전자기기에서 디스플레이 소자의 후면을 지지하는 금속 패드(metal pad)로 사용될 수 있으며, 0.05 내지 1 ㎜ 정도의 얇은 두께를 가질 수 있고, 판 같은 모양일 수 있다. 또한, 전자기기용 내장 금속재(100)는 휴대폰 등의 배터리(battery) 단자용으로 사용될 수도 있고, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB), 배터리 등이 실장되는 플레이트(plate)에 사용될 수도 있다.
합금코팅층(120)은 상기 제1 금속 및 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있고, 금속 기재(110) 상에 코팅(또는 피복)될 수 있다. 상기 제2 금속은 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이룰 수 있으며, 열처리를 통해 상기 제1 금속과 합금화될 수 있다. 여기서, 상기 공융혼합물은 두 금속의 용융점(또는 녹는점)보다 낮은 온도에서 서로 합금을 이룰 수 있는 두 금속의 혼합물을 말하며, 비교적 낮은 온도에서 합금을 용이하게 이룰 수 있다.
그리고 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 합금은 상기 제1 금속과 상기 제2 금속으로만 이루어진 합금일 수도 있고, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속 이외에 소량(예를 들어, 상기 제1 금속 및/또는 상기 제2 금속보다 작은 양)의 다른 금속(예를 들어, 크롬, 망간 등)이 첨가된 합금일 수도 있으며, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하면 족하다.
합금코팅층(120)은 금속 기재(110) 상에 코팅(coating)되어 금속 기재(110)를 보호할 수 있으며, 금속 기재(110)의 일면 상에 코팅되어 금속 기재(110)의 일면을 전체적으로 덮을 수 있고, 금속 기재(110)의 측면 등 다른 면(들)도 피복하여 금속 기재(110)가 대기(또는 공기) 중에 노출되지 않도록 할 수도 있다.
즉, 합금코팅층(120)은 금속 기재(110)를 피복하여 대기 중에 노출되지 않도록 함으로써, (대기 중) 산소(O2)와의 접촉을 차단할 수 있고, 금속 기재(110)의 산화(또는 산소와의 결합)를 원천적으로 방지할 수 있다. 이에 따라 금속 기재(110)가 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하는 경우에도 산화 피막이 형성되지 않아 전기전도도와 방열 특성이 우수한 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하는 금속 기재(110)를 전자기기용 내장재에 사용할 수 있다. 이때, 합금코팅층(120)은 금속 기재(110)가 대기 중에 노출되지 않도록 금속 기재(110)를 피복하면서 적어도 부분적으로 (대기 중에) 노출될 수 있으며, 금속 기재(110)보다 산소 결합성(또는 반응성)이 낮을 수 있다.
여기서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 합금은 상기 제1 금속과 상이한 특성을 가질 수 있으며, 우수한 내해수성 및 내화학성 등을 가져 합금코팅층(120)이 금속 기재(110)에 피복되는 경우에 금속 기재(110)를 효과적으로 보호할 수 있고, 전자기기용 내장 금속재(100)가 내해수성 및 내화학성을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 합금은 상기 제1 금속보다 산소 결합성(또는 반응성)이 낮을 수 있다. 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 합금의 산소 결합성이 상기 제1 금속의 산소 결합성 이상인 경우에도 합금코팅층(120)이 금속 기재(110)를 피복하여 합금코팅층(120)의 표면이 산화되더라도 금속 기재(110)의 산화는 방지할 수 있으나, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 합금의 산소 결합성이 높아 합금코팅층(120)의 표면이 (대기 중) 산소(O2)에 의해 산화됨으로써, 합금코팅층(120)의 표면(또는 노출면)에 산화 피막이 형성될 수 있고, 이러한 산화 피막으로 인해 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 합금은 상기 제1 금속보다 산소 결합성이 낮을 수 있으며, 이에 따라 금속 기재(110)의 산화를 방지할 수 있으면서 전자기기용 내장 금속재(100) 자체의 산화를 방지하여 전자기기용 내장 금속재(100)의 표면(또는 상기 합금코팅층의 표면)에 산화 피막이 형성되는 것을 억제 또는 방지할 수 있고, 산화 피막으로 인해 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 금속은 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 상기 제1 금속에 따라 선택될 수 있으며, 상기 제1 금속에 따라 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이룰 수 있도록 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 선택될 수 있다.
상기 제1 금속이 알루미늄(Al)인 경우에는 알루미늄(Al)과 공융혼합물을 이룰 수 있는 마그네슘(Mg) 및/또는 구리(Cu)가 상기 제2 금속으로 선택될 수 있으며, 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg)의 합금, 알루미늄(Al)과 구리(Cu)의 합금 및 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg) 및 구리(Cu)의 합금은 내식성(특히, 내해수성)이 우수할 수 있고, 성형성 및 용접성이 우수 또는 양호할 수 있다.
그리고 상기 제1 금속이 구리(Cu)인 경우에는 구리(Cu)와 공융혼합물을 이룰 수 있는 주석(Sn) 및/또는 알루미늄(Al)이 상기 제2 금속으로 선택될 수 있으며, 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금, 구리(Cu)와 알루미늄(Al)의 합금 및 구리(Cu)와 주석(Sn) 및 알루미늄(Al)의 합금은 내해수성이 우수할 수 있고, 선박 스크류 제조에 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 전자기기용 내장 금속재(100)는 상기 제1 금속을 포함하는 금속 기재(110) 상에 서로 공융혼합물을 이루는 상기 제1 금속과 상기 제2 금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 합금코팅층(120)을 코팅함으로써, 우수한 내해수성을 확보할 수 있다. 이에 따라 (휴대용) 전자기기의 사용 시간이 경과함에 따라 내장 금속재의 부식이 발생됨으로 인해 지속적인 금속재의 교체가 발생하게 되어 인적 및/또는 물적 비용이 증가하는 문제를 해결할 수 있다.
즉, 가공성, 절곡성, 전기전도도, 표면 색상, 원재료비 등 다양한 장점으로 인하여 널리 사용되고 있으나 내해수성이 부족한 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)의 상기 제1 금속을 포함하는 금속 기재(110)를 상기 제1 금속에 따라 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 선택되는 상기 제2 금속과 상기 제1 금속의 합금으로 이루어진 합금코팅층(120)으로 코팅함으로써, 전기전도도와 방열 특성을 유지하면서도 전자기기용 내장 금속재(100)의 내해수성을 개선할 수 있다.
여기서, 합금코팅층(120)은 금속 기재(110)보다 얇을 수 있다. 합금코팅층(120)이 금속 기재(110) 이상의 두께를 갖는 경우에는 전자기기용 내장 금속재(100)에서 전기전도도가 우수한 금속 기재(110)의 부분(또는 비율)이 줄고 전기전도도가 상대적으로 낮은 합금코팅층(120)의 부분(또는 비율)이 늘어나게 되어 전자기기용 내장 금속재(100)의 전체적인 전기전도도가 저하될 수 있다.
예를 들어, 합금코팅층(120)의 두께는 금속 기재(110)의 두께의 10 % 이하일 수 있으며, 0.01 내지 10 ㎛일 수 있다. 합금코팅층(120)은 금속 기재(110)를 산소(O2), 산(성) 또는 알칼리 용액 등의 외부 환경(또는 요소)으로부터 보호할 수 있으면서 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도를 저하시키지 않는 두께로 제공되어야 한다. 즉, 합금코팅층(120)의 두께를 금속 기재(110)의 두께의 10 % 이하로 얇게 함으로써, 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도를 상기 제1 금속의 전기전도도와 유사하게 할 수 있고, 전자기기용 내장 금속재(100)는 전기전도도가 상기 제1 금속과 유사하게 유지될 수 있다.
합금코팅층(120)의 두께가 금속 기재(110)의 두께의 10 %(예를 들어, 10 ㎛)를 초과하면, 전자기기용 내장 금속재(100)에서 합금코팅층(120)의 비율이 너무 많아져(또는 증가하여) 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도가 상대적으로 낮은 합금코팅층(120)의 전기전도도와 유사하게 됨으로써, 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도가 저하될 수 있다.
반면에, 합금코팅층(120)의 두께가 0.01 ㎛(또는 10 ㎚) 미만으로 너무 얇으면, 합금코팅층(120)이 너무 얇아 상기 외부 환경으로부터 금속 기재(110)에 대한 보호가 효과적이지 않을 수 있으며, 세정 공정에서 알칼리 용액 등의 세정 용액에 의해 합금코팅층(120)이 부식되어 금속 기재(110)가 (대기 중에) 노출될 수 있고, 금속 기재(110)가 산소(O2)와 접촉하여 산화됨으로써 산화 피막이 형성되거나, 상기 세정 용액에 의해 부식될 수도 있다.
따라서, 전자기기용 내장 금속재(100)가 상기 제1 금속과 유사한 전기전도도를 갖도록 합금코팅층(120)의 두께는 금속 기재(110)의 두께의 10 % 이하일 수 있으며, 최소한(또는 적어도) 0.01 ㎛ 이상일 수 있다.
여기서, 합금코팅층(120)의 두께는 10 ㎛ 이하일 수 있다. 합금코팅층(120)은 금속 기재(110)의 산화 및/또는 부식을 방지할 수 있으면서 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도를 저하시키지 않는 두께로 제공되어야 하며, 합금코팅층(120)의 두께 범위는 금속 기재(110)의 두께, 상기 제1 금속의 종류 및/또는 상기 제2 금속의 종류에 따라 결정될 수 있다. 합금코팅층(120)의 두께가 10 ㎛를 초과하여 너무 두껍게 제공되는 경우에는 금속 기재(110)의 산화 및/또는 부식을 방지할 수는 있으나, 합금코팅층(120)이 필요 이상으로 두꺼워져 전자기기용 내장 금속재(100)에서 전기전도도가 상대적으로 낮은 합금코팅층(120)의 부분이 늘어나게 됨으로써, 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도를 저하시킬 수 있다.
이때, 합금코팅층(120)은 상기 제2 금속을 포함하는 금속층(115)을 금속 기재(110) 상에 형성한 후에 금속층(115)이 형성된 금속 기재(110)를 열처리하여 형성될 수 있다. 상기 제2 금속은 열처리를 통한 열에너지에 의해 상기 제1 금속과 합금화가 가능할 수 있으며, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금은 상기 제1 금속 및/또는 상기 제2 금속보다는 낮은 용융점을 가질 수 있고, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금의 용융점(또는 용융온도)에서 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화가 이루어질 수 있다. 즉, 금속 기재(110) 상에 상기 제2 금속을 포함하는 금속층(115)을 금속 기재(110)에 접하여 형성한 후에 열처리를 통해 금속 기재(110)와 금속층(115)의 계면에 열에너지를 전달하여 상기 제1 금속과 상기 제2 금속을 합금화시킬 수 있고, 이를 통해 합금코팅층(120)을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화는 금속 기재(110)와 금속층(115)의 계면에서부터 이루어질 수 있으며, 열처리를 통한 열에너지에 의해 금속층(115)과 금속 기재(110)의 표면이 가열되어 상기 제2 금속 및/또는 상기 제1 금속이 국부적으로 용융될 수 있고, 국부적인 열에너지에 의해 금속층(115)의 금속 기재(110)와의 접합면(또는 접촉면)에서 상기 제2 금속이 금속 기재(110)로(또는 상기 금속 기재와의 계면으로) 확산되어 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 합금화될 수 있다. 하지만, 금속층(115)의 두께(thickness; t)가 너무 두꺼운 경우에는 상기 열에너지가 금속 기재(110)와 금속층(115)의 계면 및/또는 금속 기재(110)의 표면에 전달되지 못하여 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화가 이루어지지 않을 수 있다.
한편, 전기도금법으로 금속 기재(110)에 내해수성이 우수한 금속 또는 합금(예를 들어, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금)을 도금하여 합금코팅층(120)을 형성할 수도 있으나, 도금 고유의 미세 핀홀(15a)을 방지하기 위해서는 수십 ㎛ 이상의 두꺼운 두께가 필요하므로, 효율이 낮아 생산성이 떨어지고 고비용의 문제가 있을 뿐만 아니라 금속 기재(110)의 두께의 10 % 및/또는 10 ㎛ 이하로 얇게 형성할 수 없다. 두께 및/또는 비용을 줄이기 위해 합금코팅층(120)의 두께를 얇게 하여 핀홀(15)이 있을 경우에는 해수가 핀홀(15)을 통하여 파고들어 금속 기재(110)를 손상시키고 금속 기재(110)에 코팅된 합금코팅층(120)의 접합면(또는 표면)으로 해수가 침투하여 합금코팅층(120)의 들뜸 문제를 일으킬 수도 있다. 한편, 합금코팅층(120)은 금속 기재(110) 상에 스퍼터링(sputtering), 열증착(thermal evaporation), 전자빔 증착(e-beam evaporation) 등 다양한 물리 증착(Physical Vapor Deposition; PVD)법으로 코팅될 수 있으나, 물리 증착(PVD)법으로 코팅된 합금코팅층(120)은 대체로 합금코팅층(120)에 고유한 다수의 핀홀(15)을(또는 많은 구멍을) 포함하고 있어 금속 기재(110)와의 밀착성이 열악할 뿐만 아니라 해수의 차단성이 매우 취약한 문제점을 가지고 있다.
상기 열처리는 상기 제1 금속의 용융점보다 낮은 온도에서 이루어질 수 있다. 상기 열처리의 온도가 상기 제1 금속의 용융점 이상인 경우에는 열처리 공정에서 금속 기재(110)도 용융되어 금속 기재(110)가 그 형상을 유지하지 못하여 전자기기용 내장 금속재(100)가 일정 형상(또는 소정 형상)으로 유지되지 못하게 된다. 즉, 금속 기재(110)는 전자기기용 내장 금속재(100)의 뼈대(또는 틀)를 이루며, 합금코팅층(120)은 금속 기재(110)를 보호하기 위해 금속 기재(110)의 표면을 따라 얇은 두께로 코팅될 뿐이고, 금속 기재(110)가 용융되는 경우에는 전자기기용 내장 금속재(100)의 뼈대가 무너져(또는 변형되어) 전자기기용 내장 금속재(100)가 금속 기재(110)의 형상에 따른 일정 형상으로 유지되지 못한다. 또한, 금속 기재(110)가 용융되는 경우에는 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화가 활발하게 이루어져 합금코팅층(120)의 두께가 필요 이상으로(또는 상기 금속 기재의 두께의 10 %나 10 ㎛를 초과하여) 증가됨으로써, 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도를 저하시킬 수 있다.
따라서, 상기 열처리는 상기 제1 금속의 용융점보다 낮은 온도에서 이루어질 수 있으며, 이에 따라 금속 기재(110)의 형상에 따라 전자기기용 내장 금속재(100)가 일정 형상으로 유지될 수 있다.
한편, 상기 열처리는 200 ℃ 이상의 온도에서 이루어질 수 있다. 상기 열처리 온도가 200℃ 미만이면, 상기 제2 금속 및/또는 상기 제1 금속이 국부적으로 용융될 수 없어 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화가 이루어지지 못하게 된다. 여기서, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금은 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 성분비에 따라 용융점(또는 용융온도)이 결정될 수 있다.
그리고 합금코팅층(120)은 2 내지 95 %(예를 들어, at%)의 상기 제2 금속을 함유할 수 있다. 합금코팅층(120)에 2 % 미만의 상기 제2 금속이 함유되는 경우에는 합금코팅층(120)이 해수에 취약한 상기 제1 금속의 특성을 그대로 유지하여 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화 효과가 미미할 수 있다. 반면에, 95 %를 초과하는 상기 제2 금속이 함유된 합금코팅층(120)의 경우에는 상기 제2 금속과 유사한 전기전도도를 갖게 되어 합금코팅층(120)의 전기전도도가 저하될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 금속이 알루미늄(Al)이고, 상기 제2 금속이 마그네슘(Mg)인 경우에는 합금코팅층(120)이 2 내지 70 %의 마그네슘(Mg)을 함유할 수 있고, 약 5 내지 40 %의 마그네슘(Mg)을 함유하는 것이 바람직할 수 있다. 합금코팅층(120)이 2 % 미만의 마그네슘(Mg)을 함유하는 경우에는 상기 제1 금속인 알루미늄(Al)과 유사한 특성을 갖게 되어 높은 산소 결합성으로 인해 (대기 중) 산소(O2)와 쉽게 반응할 수 있으며, 이에 따라 산화 피막이 형성되거나, 쉽게 부식될 수 있다. 반면에, 합금코팅층(120)이 70 %를 초과하는 마그네슘(Mg)을 함유하는 경우에는 상기 제2 금속인 마그네슘(Mg)과 유사한 전기전도도를 갖게 되어 합금코팅층(120)의 전기전도도가 저하될 수 있을 뿐만 아니라 충분한 내해수성을 가질 수 없다. 또한, 마그네슘(Mg)은 대기중에서 급격한 산화가 일어나 시간이 경과하면서 변색 또는 마모 등이 발생하게 되며, 70 %를 초과하는 마그네슘(Mg)을 함유하는 마그네슘 합금도 이러한 문제가 있어 합금코팅층(120)에 이용할 경우 양극 산화나 화성 처리(chemical conversion treatment) 같은 별도의 표면처리를 실시하여야 한다.
그리고 상기 제1 금속이 구리(Cu)이고, 상기 제2 금속이 주석(Sn)인 경우에는 합금코팅층(120)이 5 내지 95 %의 주석(Sn)을 함유할 수 있으며, 주석(Sn)의 함유량이 높을수록 내해수성이 증가할 수 있고, 약 10 % 이상(또는 10 내지 95 %)의 주석(Sn)을 함유하는 것이 바람직할 수 있다. 5 % 미만의 주석(Sn)을 함유하는 합금코팅층(120)은 상기 제1 금속인 구리(Cu)와 유사한 특성을 가져 높은 산소 결합성으로 인해 (대기 중) 산소(O2)와 쉽게 반응할 수 있으며, 이에 따라 산화 피막이 형성되거나, 쉽게 부식될 수 있다. 반면에, 95 %를 초과하는 주석(Sn)을 함유하는 합금코팅층(120)은 상기 제2 금속인 주석(Sn)과 유사한 특성을 가져 합금코팅층(120)의 전기전도도가 저하될 수 있을 뿐만 아니라 상당히 무르며, 충분한 내해수성을 가질 수 없다.
또한, 상기 제1 금속이 구리(Cu)이고, 상기 제2 금속이 알루미늄(Al)인 경우에는 합금코팅층(120)이 15 내지 85 %의 알루미늄(Al)을 함유할 수 있고, 알루미늄(Al)을 약 20 내지 40 % 함유하는 것이 바람직할 수 있다. 15 % 미만의 알루미늄(Al)을 함유하는 합금코팅층(120)은 상기 제1 금속인 구리(Cu)와 유사한 특성을 가져 높은 산소 결합성으로 인해 (대기 중) 산소(O2)와 쉽게 반응할 수 있으며, 이에 따라 산화 피막이 형성되거나, 쉽게 부식될 수 있다. 반면에, 85 %를 초과하는 알루미늄(Al)을 함유하는 합금코팅층(120)은 상기 제2 금속인 알루미늄(Al)과 유사한 특성을 가져 무를 뿐만 아니라 산화 피막이 형성되거나, 쉽게 부식되어 충분한 내해수성을 가질 수 없다.
한편, 상기 제1 금속이 알루미늄(Al)이고, 상기 제2 금속이 구리(Cu)일 수도 있으나, 알루미늄(Al)의 용융점(약 660 ℃)이 구리(Cu)의 용융점(약 1,084 ℃)과 차이가 많이 나므로, 알루미늄(Al)의 용융점보다 낮은 온도에서 열처리를 하는 경우에는 상기 제1 금속(즉, 알루미늄)과 상기 제2 금속(즉, 구리)의 합금화가 잘 이루어지지 않을 수 있으며, 합금코팅층(120)에 구리(Cu)가 15 % 이상 함유되지 못하여 상기 제1 금속인 알루미늄(Al)과 유사한 특성을 가져 무를 뿐만 아니라 산화 피막이 형성되거나, 쉽게 부식될 수 있다. 이때, 합금코팅층(120)은 15 내지 40 %의 구리(Cu)를 함유할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 합금코팅층(120)이 2 내지 95 %의 상기 제2 금속을 함유함으로써, 내해수성이 매우 우수할 수 있다.
여기서, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금의 용융점은 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 조성(또는 비율)에 따라 결정되며, 상기 열처리 온도에 따라 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 조성이 결정될 수 있고, 원하는 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 조성이 되도록 상기 열처리 온도가 정해질 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 전자기기용 내장 금속재와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법은 전도성을 갖는 제1 금속을 포함하는 금속 기재(110) 상에 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 금속층(115)을 형성하는 과정(S100); 및 상기 금속층(115)이 형성된 상기 금속 기재(110)를 열처리하여 상기 금속 기재(110) 상에 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금으로 이루어진 합금코팅층(120)을 형성하는 과정(S200);을 포함할 수 있다.
먼저, 전도성을 갖는 제1 금속을 포함하는 금속 기재(110) 상에 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 금속층(115)을 형성한다(S100). 금속 기재(base metal, 110)는 전도성을 갖는 제1 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제1 금속의 단일 금속으로 이루어질 수도 있고, 상기 제1 금속의 합금으로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 제1 금속은 금속 기재(110)의 주 성분일 수 있다. 여기서, 상기 전도성은 전기전도성 및 열전도성을 포함하는 개념이며, 금속 기재(110)는 전기전도성만 가질 수도 있고, 열전도성만 가질 수도 있으며, 전기전도성과 열전도성을 모두 가질 수도 있다. 즉, 금속 기재(110)는 전기전도성뿐만 아니라 열전도성도 가질 수 있고, 방열 특성이 우수할 수도 있다. 한편, 금속 기재(110)는 상기 제1 금속의 단일 금속 또는 상기 제1 금속의 합금으로만 이루어질 수도 있고, 상기 제1 금속의 단일 금속 또는 상기 제1 금속의 합금으로 코팅되거나, 이를 포함하는 둘 이상의 금속이 적층된 다층구조를 가질 수도 있으며, 상기 제1 금속의 단일 금속 또는 상기 제1 금속의 합금이 금속 기재(110)의 표면에 제공(또는 노출)될 수 있다.
이때, 금속 기재(110)는 그 자체로는 해수(seawater)에 취약하여 내해수성 및 내화학성의 강화가 필요할 수 있다.
이에, 금속 기재(110) 상에 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 금속층(115)을 형성할 수 있다. 금속층(115)은 금속 기재(110) 상에 코팅(coating)될 수 있으며, 금속 기재(110)의 일면 상에 코팅(또는 피복)되어 금속 기재(110)의 일면을 전체적으로 덮을 수 있고, 금속 기재(110)의 측면 등 다른 면(들)도 피복(또는 코팅)하여 금속 기재(110)가 대기(또는 공기) 중에 노출되지 않도록 할 수도 있다. 이때, 상기 제2 금속은 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이룰 수 있고, 열처리를 통해 상기 제1 금속과 합금화될 수 있다. 여기서, 상기 공융혼합물은 두 금속의 용융점(또는 녹는점)보다 낮은 온도에서 서로 합금을 이룰 수 있는 두 금속의 혼합물을 말하며, 비교적 낮은 온도에서 합금을 용이하게 이룰 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 금속재 제조방법은 금속 기재(110)의 표면의 산화막(또는 산화 피막)을 제거하는 과정(S50)을 더 포함할 수 있으며, 금속 기재(110)의 표면에 산화막이 형성된 경우에는 금속 기재(110)의 표면의 산화막을 제거한 후에 금속 기재(110)의 표면에 금속층(115)을 형성할 수 있다. 금속 기재(110)의 표면에 산화막이 있으면, 금속층(115)의 상기 제2 금속이 금속 기재(110)의 내부로 침투하는 것을 차단하여 금속 기재(110)의 상기 제1 금속과 합금을 형성하는 것을 방해할 수 있다.
예를 들어, 진공에서 아르곤(Ar) 가스로 플라즈마(plasma) 처리하여 상기 (제1 금속의) 산화막을 제거할 수 있으며, 아르곤(Ar), 질소(N2), 수소(H2), 헬륨(He) 및/또는 이들의 혼합 가스로 플라즈마 처리할 수도 있고, 아르곤(Ar) 이온빔(ion beam) 처리, 대기압 플라즈마 처리, 각종 약액을 이용한 처리 등 다양한 방법으로 금속 기재(110)의 표면의 산화막을 제거할 수 있다.
다음으로, 상기 금속층(115)이 형성된 상기 금속 기재(110)를 열처리하여 상기 금속 기재(110) 상에 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금으로 이루어진 합금코팅층(120)을 형성한다(S200). 금속층(115)이 형성된 금속 기재(110)를 열처리하여 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금으로 이루어진 합금코팅층(120)을 형성할 수 있으며, 금속 기재(110)가 합금코팅층(120)으로 코팅될 수 있다. 금속층(115)이 형성된 금속 기재(110)를 열처리하게 되면, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 공융혼합물을 이루어 열처리를 통한 열에너지에 의해 합금화됨으로써, 합금코팅층(120)이 형성될 수 있으며, 금속층(115)이 합금화에 의해 합금코팅층(120)으로 변화되면서 금속 기재(110) 상에 합금코팅층(120)이 형성될 수 있다.
상기 금속층(115)을 형성하는 과정(S100)에서는 금속 기재(110)보다 얇은 두께로 금속층(115)을 형성할 수 있다. 금속층(115)이 금속 기재(110) 이상의 두께를 갖는 경우에는 전자기기용 내장 금속재(100)에서 전기전도도가 상대적으로 낮은 합금코팅층(120)의 부분(또는 비율)이 늘어나게 되어 전자기기용 내장 금속재(100)의 전체적인 전기전도도가 저하될 수 있다.
예를 들어, 금속층(115)의 두께(t)는 금속 기재(110)의 두께의 10 % 이하일 수 있으며, 0.01 내지 10 ㎛일 수 있다. 금속층(115)은 금속 기재(110)를 산소(O2), 산(성) 또는 알칼리 용액 등의 외부 환경(또는 요소)으로부터 보호할 수 있으면서 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도를 저하시키지 않는 두께로 합금코팅층(120)이 제공되도록 형성될 수 있다. 즉, 금속층(115)의 두께(t)를 금속 기재(110)의 두께의 10 % 이하로 얇게 함으로써, 합금코팅층(120)의 두께를 금속 기재(110)의 두께의 10 % 이하로 얇게 하여 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도를 상기 제1 금속과 유사하게 할 수 있고, 상기 제2 금속의 비율을 줄여 합금코팅층(120)을 이루는 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금이 상기 제1 금속과 유사한 전기전도도를 갖도록 할 수도 있다.
금속층(115)의 두께(t)가 금속 기재(110)의 두께의 10 %(예를 들어, 10 ㎛)를 초과하면, 합금코팅층(120)의 두께가 금속 기재(110)의 두께의 10 %를 초과하여 너무 두꺼워짐으로써, 전자기기용 내장 금속재(100)에서 합금코팅층(120)의 비율이 너무 많아져(또는 증가하여) 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도가 상대적으로 낮은 합금코팅층(120)의 전기전도도와 유사하게 될 수 있고, 이로 인해 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도가 저하될 수 있다. 한편, 합금코팅층(120)에 상기 제2 금속이 (너무) 많이 함유되어 합금코팅층(120)이 상기 제2 금속과 유사한 전기전도도를 갖게 됨으로써, 합금코팅층(120)의 전기전도도가 저하될 수도 있다.
반면에, 금속층(115)의 두께(t)가 0.01 ㎛(또는 10 ㎚) 미만으로 너무 얇으면, 합금코팅층(120)이 0.01 ㎛ 미만으로 너무 얇게 형성되어 상기 외부 환경으로부터 금속 기재(110)에 대한 보호가 효과적이지 않을 수 있으며, 세정 공정에서 알칼리 용액 등의 세정 용액에 의해 합금코팅층(120)이 부식되어 금속 기재(110)가 (대기 중에) 노출될 수 있고, 금속 기재(110)가 산소(O2)와 접촉하여 산화됨으로써 산화 피막이 형성되거나, 상기 세정 용액에 의해 부식될 수도 있다.
한편, 합금코팅층(120)은 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 성분비에 따라 상기 제1 금속과 성질이 유사해질 수도 있고, 상기 제2 금속과 성질이 유사해질 수도 있으며, 용융점(또는 용융온도)이 결정될 수도 있다. 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금으로 이루어진 합금코팅층(120)에 상기 제2 금속이 소량 함유되는 경우에는 합금코팅층(120)이 상기 제1 금속과 성질이 유사해져 상기 제1 금속과 유사한 전기전도도를 갖게 될 수 있고, 합금코팅층(120)에 상기 제2 금속이 다량 함유되는 경우에는 합금코팅층(120)이 상기 제2 금속과 성질이 유사해져 상기 제2 금속과 유사한 전기전도도를 갖게 될 수 있다.
따라서, 전자기기용 내장 금속재(100) 및/또는 합금코팅층(120)이 상기 제1 금속과 유사한 전기전도도를 갖도록 하는 금속층(115)의 두께(t)는 금속 기재(110)의 두께의 10 % 이하일 수 있다.
여기서, 금속층(115)의 두께(t)는 10 ㎛ 이하일 수 있다. 금속층(115)은 금속 기재(110)의 산화 및/또는 부식을 방지할 수 있으면서 전자기기용 내장 금속재(100)의 전기전도도를 저하시키지 않는 두께로 합금코팅층(120)이 제공되도록 형성될 수 있으며, 금속층(115)의 두께 범위는 금속 기재(110)의 두께, 상기 제1 금속의 종류 및/또는 상기 제2 금속의 종류에 따라 결정될 수 있다. 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 종류에 따라 상기 제1 금속의 용융점, 상기 제2 금속의 용융점 및/또는 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금의 용융점이 결정될 수 있으며, 금속층(115)의 두께(t)가 10 ㎛를 초과하여 너무 두껍게 제공되는 경우에는 열처리 공정에서 열에너지가 금속 기재(110)와 금속층(115)의 계면에 잘 전달되지 않아 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화가 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 특히 상기 제1 금속의 용융점, 상기 제2 금속의 용융점 및/또는 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금의 용융점이 높은 경우에는 더욱 문제가 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속재 제조방법을 순서적으로 나타낸 개략단면도로, 도 4(a)는 금속층의 형성을 나타내며, 도 4(b) 및 도 4(c)는 열처리에 의한 합금화 과정을 나타내고, 도 4(d)는 합금코팅층의 형성을 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 금속층(115)을 형성하는 과정(S100)은 물리 증착(Physical Vapor Deposition; PVD)법으로 수행될 수 있다. 금속층(115)은 물리 증착(PVD)법으로 금속 기재(110) 상에 증착되어 형성될 수 있으며, 이에 따라 얇게 형성될 수 있고, 증착 효율이 높아 빠르게 형성(또는 증착)될 수 있다.
예를 들어, 상기 금속층(115)을 형성하는 과정(S100)은 상기 제2 금속을 물리 증착(PVD)하는 과정(S110)을 포함할 수 있다.
상기 제2 금속을 물리 증착(PVD)할 수 있다(S110). 금속층(115)은 상기 제2 금속으로 이루어질 수 있으며, 상기 제2 금속을 물리 증착(PVD)하여 형성될 수 있다. 한편, 전기도금법으로 금속 기재(110)에 상기 제2 금속을 도금하여 금속층(115)을 형성하게 되면, 도금 고유의 미세 핀홀(15a)을 방지하기 위해서 수십 ㎛ 이상의 두꺼운 두께로 금속층(115)을 형성해야 하므로, 효율이 낮아 생산성이 떨어지고 고비용의 문제가 있을 뿐만 아니라 금속 기재(110)의 두께의 10 % 및/또는 10 ㎛ 이하로 금속층(115)을 얇게 형성할 수 없다.
이에, 금속 기재(110) 상에 상기 제2 금속을 물리 증착(PVD)하여 금속층(115)을 형성할 수 있으며, 이에 따라 증착 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있고, 금속층(115)을 얇게 형성할 수도 있다. 예를 들어, 진공 증착(vacuum deposition), 스퍼터링(sputtering), 열증착(thermal evaporation), 전자빔 증착(e-beam evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 등 다양한 물리 증착(PVD)법으로 상기 제2 금속을 형성할 수 있다.
물리 증착(PVD) 방식으로 형성된 금속층(115)은 대체로 금속층(115)에 다수의 핀홀(15)을(또는 많은 구멍을) 포함하고 있을 뿐만 아니라 금속 기재(110)와의 밀착성이 열악한 문제점을 가지고 있다. 또한, 금속층(115)에 핀홀(15)이 있을 경우에는 해수가 핀홀(15)을 통하여 파고들어 금속 기재(110)를 손상시키고 금속 기재(110)의 표면에 형성된 금속층(115) 또는 합금코팅층(120)의 접합면(또는 표면)으로 해수가 침투하여 금속층(115) 또는 합금코팅층(120)의 들뜸 문제를 일으킬 수도 있다.
따라서, 금속 기재(110) 상에 물리 증착(PVD) 방식으로 상기 제2 금속을 단독으로 증착할 경우에는 다수의 핀홀(15)로 인해 해수의 차단성이 매우 취약한 문제점을 가지고 있어 별다른 내식성 향상을 기대하기 어려우며, 결국 상기 제1 금속과 상기 제2 금속을 합금화시켜 내식성 향상을 이룰 필요가 있다.
상기 금속층(115)을 형성하는 과정(S100)에서는 금속층(115)에 핀홀(15)이 형성될 수 있으며, 핀홀(15)은 물리 증착(PVD) 등으로 인한 미세 핀홀(15a) 및/또는 외부 요인에 의한 파티클(particle) 등의 오염으로 인한 중소형 핀홀(15b)을 포함할 수 있다. 물리 증착(PVD)에서는 높은 증착 효율로 빠르게 금속층(115)을 증착할 수 있으나, 미세 핀홀(15a) 등의 핀홀(15)이 발생하게 된다. 또한, 외부 요인에 의해 금속 기재(110)의 표면에 파티클 등이 붙어 오염되어 있는 경우에는 파티클 등이 붙어있는 자리에 중소형 핀홀(15b)이 발생할 수도 있다.
따라서, 금속층(115)을 빠르게 증착하여 생산성을 높일 수 있는 물리 증착(PVD) 방식을 사용하기 위해서는 해수의 차단성을 높일 수 있도록 핀홀(15)을 제거할 필요도 있다.
상기 합금코팅층(120)을 형성하는 과정(S200)은 금속층(115)을 열처리하는 과정(S210)을 포함할 수 있다.
금속층(115)을 열처리할 수 있다(S210). 합금코팅층(120)을 형성하기 위해 금속층(115)을 열처리할 수 있으며, 금속층(115)이 형성된 금속 기재(110)를 열처리할 수 있다. 합금코팅층(120)은 금속층(115)을 열처리하여 형성될 수 있으며, 금속층(115)이 형성된 금속 기재(110)를 열처리하여 형성될 수 있다. 금속층(115)의 상기 제2 금속은 상기 열처리를 통한 열에너지에 의해 상기 제1 금속과 합금화가 가능할 수 있으며, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금은 상기 제1 금속 및/또는 상기 제2 금속보다는 낮은 용융점을 가질 수 있고, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금의 용융점(또는 용융온도)에서 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화가 이루어질 수 있다. 즉, 금속 기재(110)에 접하여 금속층(115)을 형성한 후에 상기 열처리를 통해 금속 기재(110)와 금속층(115)의 계면에 열에너지를 전달하여 상기 제1 금속과 상기 제2 금속을 합금화시킬 수 있고, 이를 통해 합금코팅층(120)을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화는 금속 기재(110)와 금속층(115)의 계면에서부터 이루어질 수 있으며, 상기 열처리를 통한 열에너지에 의해 금속층(115)과 금속 기재(110)의 표면이 가열되어 상기 제2 금속 및/또는 상기 제1 금속이 국부적(또는 국소적)으로 용융될 수 있고, 국부적인 열에너지에 의해 금속층(115)의 금속 기재(110)와의 접합면(또는 접촉면)에서 상기 제2 금속이 금속 기재(110)로(또는 상기 금속 기재와의 계면으로) 확산되어 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 합금화될 수 있다. 하지만, 금속층(115)의 두께(t)가 너무 두꺼운 경우에는 상기 열에너지가 금속 기재(110)와 금속층(115)의 계면 및/또는 금속 기재(110)의 표면에 전달되지 못하여 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화가 이루어지지 않을 수 있다.
금속층(115)은 변화(또는 변형)가 일어나지 않는 최종적인 층이 아니라 합금코팅층(120)을 형성하기 위한 프리커서(precursor)층 또는 중간(단계)층으로 작용하므로, 핀홀(15)이 생기더라도 문제가 없어 물리 증착(PVD)법으로 빠르게 증착될 수 있으며, 상기 열처리하는 과정(S210)에서 금속층(115)이 금속 기재(110)로 확산되면서 핀홀(15)이 없어질(또는 제거될) 수 있고, 핀홀(15)과는 무관하게 금속 기재(110)의 표면 전체를 감싸는 치밀한 합금코팅층(120)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 열처리하는 과정(S210)은 상기 제1 금속의 용융점보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열처리하는 과정(S210)이 상기 제1 금속의 용융점 이상의 온도에서 수행되는 경우에는 상기 열처리하는 과정(S210)에서 금속 기재(110)도 용융되어 금속 기재(110)가 그 형상을 유지하지 못하여 금속재(100)가 일정 형상(또는 소정 형상)으로 유지되지 못하게 된다. 즉, 금속 기재(110)는 금속재(100)의 뼈대(또는 틀)를 이루며, 합금코팅층(120)은 금속 기재(110)를 보호하기 위해 금속 기재(110)의 표면을 따라 얇은 두께로 코팅될 뿐이고, 금속 기재(110)가 용융되는 경우에는 금속재(100)의 뼈대가 무너져(또는 변형되어) 금속재(100)가 금속 기재(110)의 형상에 따른 일정 형상으로 유지되지 못한다. 또한, 금속 기재(110)가 용융되는 경우에는 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화가 활발하게 이루어져 합금코팅층(120)의 두께가 필요 이상으로(또는 상기 금속 기재의 두께의 10 %나 10 ㎛를 초과하여) 증가됨으로써, 금속재(100)의 전기전도도를 저하시킬 수 있다.
따라서, 상기 열처리하는 과정(S210)은 상기 제1 금속의 용융점보다 낮은 온도에서 수행될 수 있으며, 이에 따라 금속 기재(110)의 형상에 따라 금속재(100)가 일정 형상으로 유지될 수 있다.
또한, 상기 열처리하는 과정(S210)은 200 ℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열처리하는 과정(S210)이 200℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우에는 상기 제2 금속 및/또는 상기 제1 금속이 국부적으로 용융될 수 없어 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금화가 이루어지지 못하게 된다.
한편, 상기 합금코팅층(120)을 형성하는 과정(S200)은 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금이 원하는 조성(또는 비율)이 되도록 상기 열처리 온도를 결정하는 과정(S205)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금이 원하는 조성이 되도록 상기 열처리 온도를 결정할 수 있다(S205). 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금의 용융점은 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 조성(또는 비율)에 따라 결정될 수 있으며, 상기 열처리 온도에 따라 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 조성을 결정할 수 있고, 원하는 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 조성이 되도록 상기 열처리 온도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 합금코팅층(120)이 2 내지 95 %의 상기 제2 금속을 함유하도록 상기 열처리 온도를 결정할 수 있으며, 상기 제1 금속이 알루미늄(Al)이고 상기 제2 금속이 마그네슘(Mg)인 경우에는 합금코팅층(120)이 2 내지 70 %의 마그네슘(Mg)을 함유하도록 상기 열처리 온도를 결정할 수 있고, 상기 제1 금속이 구리(Cu)이고 상기 제2 금속이 주석(Sn)인 경우에는 합금코팅층(120)이 5 내지 95 %의 주석(Sn)을 함유하도록 상기 열처리 온도를 결정할 수 있다. 또한, 상기 제1 금속이 구리(Cu)이고 상기 제2 금속이 알루미늄(Al)인 경우에는 합금코팅층(120)이 15 내지 85 %의 알루미늄(Al)을 함유하도록 상기 열처리 온도를 결정할 수 있다.
그리고 상기 열처리 시간은 금속층(115)의 두께(t)에 따라 알맞게 정해질 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리하는 과정(S210)은 5분 이하로 수행될 수 있으며, 5분 이하면 충분하나, 더 긴 시간 열처리해도 무방할 수 있다.
또한, 금속층(115)의 두께(t)가 얇을수록 상기 제2 금속 등 금속층(115)의 용융점(또는 상기 제2 금속의 융융점)이 낮아질 수 있으며, 낮은 열처리 온도에서 상기 제1 금속과 상기 제2 금속을 합금화시킬 수 있다.
상기 합금코팅층(120)을 형성하는 과정(S200)에서는 핀홀(15)이 제거될 수 있으며, 상기 열처리하는 과정(S210)에서 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 합금화되면서 상기 제2 금속 및/또는 상기 제1 금속이 국부적으로 용융되어 핀홀(15)이 메워(또는 메꿔)질 수 있고, 핀홀(15)이 제거될 수 있다. 즉, 상기 합금코팅층(120)을 형성하는 과정(S200)에서 금속 기재(110)의 표면이 핀홀(15) 없이 합금코팅층(120)으로 완전히 덮어줄 수 있으며, 금속재(100)의 표면이 완전히 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금으로 변화될 수 있다. 한편, 상기 열처리하는 과정(S210)에서는 단순히 상기 제2 금속이 용융되어(또는 녹아서) 금속 기재(110)의 표면을 완전히 덮어주는 것이 아니라 국부적으로 용융된 상기 제2 금속이 금속 기재(110)의 표면으로 흡수되어 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 합금화되면서 금속재(100)의 표면을 완전히 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금으로 변화시킬 수 있다.
이때, 핀홀(15)의 종횡비(h/w)는 1 이상일 수 있으며, 핀홀(15)의 높이(height; h)가 핀홀(15)의 폭(width; w) 또는 직경과 같거나 핀홀(15)의 폭(w) 또는 직경보다 클(또는 상기 핀홀의 폭 또는 직경 이상일) 수 있다. 다시 말하면, 핀홀(15)의 높이(h)는 금속층(115)의 두께(t)와 동일할 수 있으며, 금속층(115)의 두께(t)는 핀홀(15)의 폭(w) 이상일 수 있다.
금속층(115)의 두께(t)가 핀홀(15)의 폭(w) 미만인 경우에는 상기 제2 금속 및/또는 상기 제1 금속이 국부적으로 용융되어 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 합금화되면서 핀홀(15)이 완전히 메워지지 않을 수 있으며, 핀홀(15)이 완전히 메워지지 않은 틈새(gap)로 해수 등이 침투할 수 있다.
이에, 상기 금속층(115)을 형성하는 과정(S100)에서는 금속층(115)을 핀홀(15)의 폭(w) 이상의 두께로 형성할 수 있으며, 이러한 경우에 상기 제2 금속 및/또는 상기 제1 금속이 국부적으로 용융되어 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 합금화되면서 (모든) 핀홀(15)이 완전히 메워질 수 있고, 해수의 차단성을 높여 내해수성을 개선할 수 있다. 즉, 금속층(115)의 상기 제2 금속이 금속 기재(110)의 표면에서 상기 제1 금속과 합금을 이루면서 금속 기재(110) 속으로 침투되고 이 과정에서 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금이 금속 기재(110)의 표면을 완벽하게 덮어주므로, 우수한 내해수성을 확보할 수 있다.
이때, 상기 핀홀(15)의 폭(w)은 가장 큰(또는 최대 크기의) 핀홀(15)의 폭(w)일 수도 있고, 평균(average) 크기 또는 중간(median) 크기의 핀홀의 폭(w)일 수도 있으나, 가장 큰 핀홀(15)까지 모든 핀홀(15)이 잘 메워지기 위해서는 가장 큰 핀홀(15)의 폭(w)인 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 금속재 제조방법은 상기 제2 금속을 물리 증착(PVD)으로 빠르게 증착한 후에 상기 열처리를 통해 금속 기재(110)의 상기 제1 금속과 금속층(115)의 상기 제2 금속을 합금화시켜 합금코팅층(120)을 형성함으로써, 핀홀(15)이 없이 치밀하게 합금코팅층(120)을 형성할 수 있으면서 생산성이 증대될 수도 있다. 이때, 합금코팅층(120)은 핀홀(15)이 없는 무공성(poreless or pore free)의 치밀한 층(또는 피막)일 수 있으며, 금속재(100)에 무공성 표면을 제공할 수 있다.
상기 제1 금속은 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh) 등과 같은 고가의 귀금속보다 상대적으로 저가의 금속(예를 들어, 비귀금속)일 수 있으며, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)는 금(Au), 백금(Pt), 로듐(Rh) 등과 같은 고가의 귀금속보다 저렴할 수 있을 뿐만 아니라 가공성, 절곡성, 전기전도도, 표면 색상, 원재료비 등 다양한 장점으로 인하여 널리 사용되고 있으며, 최근에는 우수한 전기전도도와 방열 특성으로 인해 핸드폰(또는 휴대폰), 노트북, 카메라 등과 같은 (휴대용) 전자기기 내장재로도 폭 넓게 이용되고 있다. 하지만, 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)는 경도(hardness)가 낮은 무른 금속일 뿐만 아니라 산소 결합성이 높아 (대기 중) 산소(O2)와 쉽게 반응하며, 이로 인해 대기 중에 노출 시 표면에 산화 피막이 형성될 수 있고, 이러한 산화 피막은 전기 부도체이어서 전기전도성이 요구되는 전자기기용 내장재(예를 들어, 내장 금속재)에는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)의 산화 피막이 형성된 금속 기재(110)를 이용하지 못한다. 한편, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)의 산화 피막이 형성되는 경우에는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)의 국부적인 상호 확산 및/또는 용융이 어려워져 제2 금속 등의 다른 금속과의 합금화가 이루어지지 않는다.
또한, 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)는 그 자체로는 해수에 취약하여 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하는 금속 기재(110)의 경우에는 내해수성 및 내화학성의 강화가 필요하다.
그리고 상기 금속층(115)을 형성하는 과정(S100)은 상기 제1 금속에 따라 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 상기 제2 금속을 선택하는 과정(S105)을 포함할 수 있다.
상기 제1 금속에 따라 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 상기 제2 금속을 선택할 수 있다(S105). 상기 제2 금속은 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al) 및 구리(Cu) 중에서 상기 제1 금속에 따라 선택될 수 있으며, 상기 제1 금속에 따라 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이룰 수 있도록 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al) 및 구리(Cu) 중에서 선택할 수 있다.
상기 제1 금속이 알루미늄(Al)인 경우에는 알루미늄(Al)과 공융혼합물을 이룰 수 있는 마그네슘(Mg) 및/또는 구리(Cu)를 상기 제2 금속으로 선택할 수 있으며, 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg)의 합금, 알루미늄(Al)과 구리(Cu)의 합금 및 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg) 및 구리(Cu)의 합금은 내식성(특히, 내해수성)이 우수할 수 있고, 성형성 및 용접성이 우수 또는 양호할 수 있다.
그리고 상기 제1 금속이 구리(Cu)인 경우에는 구리(Cu)와 공융혼합물을 이룰 수 있는 주석(Sn) 및/또는 알루미늄(Al)을 상기 제2 금속으로 선택할 수 있으며, 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금, 구리(Cu)와 알루미늄(Al)의 합금 및 구리(Cu)와 주석(Sn) 및 알루미늄(Al)의 합금은 내해수성이 우수할 수 있고, 선박 스크류 제조에 사용될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마감 코팅층의 형성을 나타내는 개략단면도이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 금속재 제조방법은 상기 금속층(115)을 형성하는 과정(S100) 이후에 금속 기재(110) 상에 마감 코팅층(130)을 형성하는 과정(S150);을 더 포함할 수 있다.
상기 금속층(115)을 형성하는 과정(S100) 이후에 금속 기재(110) 상에 마감 코팅층(130)을 형성할 수 있다(S150). 금속 기재(110) 상에 마감 코팅층(130)을 형성할 수 있으며, 합금코팅층(120)을 형성한 후에 합금코팅층(120)에 접하여 마감 코팅층(130)을 형성할 수도 있고, 금속층(115)에 접하여 마감 코팅층(130)을 형성한 후에 금속층(115)과 마감 코팅층(130)이 형성된 금속 기재(110)를 열처리하여 금속 기재(110)와 마감 코팅층(130)의 사이에 합금코팅층(120)을 형성할 수도 있다.
마감 코팅층(130)은 최종 제품(product) 또는 열처리 후 제품의 표면 색상, 내스크래치 등의 다양한 목적을 달성하기 위해 금속 기재(110) 상의 금속층(115) 또는 합금코팅층(120)에 접하여 형성될 수 있고, 적어도 부분적으로 (대기 중에) 노출될 수 있다. 이에 따라 금속재(100)가 내스크래치성을 가질 수 있고, 원하는 표면 색상을 가질 수 있다.
예를 들어, 마감 코팅층(130)은 제3 금속을 스퍼터링 등의 물리 증착(PVD) 방식으로 증착하여 형성할 수 있다. 이때, DC 스퍼터링을 사용하여 동일한 진공 챔버(미도시) 내에서 인시튜(in-situ) 상태로 금속층(115)과 마감 코팅층(130)을 증착할 수 있으며, 금속층(115)을 증착한 후에 바로 금속층(115) 상에 마감 코팅층(130)을 적층(또는 피복)할 수 있다. 여기서, 복수의 타겟(multi-target)을 이용할 수 있으며, 상기 제2 금속으로 이루어진 제1 타겟(target)을 스퍼터링하여 금속층(115)을 증착할 수 있고, 상기 제3 금속을 포함하는 제2 타겟을 스퍼터링하여 마감 코팅층(130)을 증착(또는 적층)할 수 있다. 마감 코팅층(130)의 형성방법은 스퍼터링에 한정되지 않으며, 마감 코팅층(130)은 열증착, 전자빔 증착 등의 다양한 방법으로 형성할 수 있고, 필요에 따라서는 전해도금(electroplating) 공정 또한 활용될 수 있다.
하지만, 마감 코팅층(130)을 도금 또는 용사 등을 사용하여 형성하는 경우에는 금속층(115)을 형성한 후에 마감 코팅층(130)의 형성을 위해서 금속층(115)이 대기 중(또는 공기 중)에 노출될 수 밖에 없고, 금속층(115)의 표면이 산화되는 문제가 있다. 이러한 문제로 인해 금속층(115)의 표면 산화막을 제거한 후에 금속층(115) 상에 마감 코팅층(130)을 형성해도 되나, 상기 표면 산화막의 제거를 위한 별도의 산화막 제거장치 및 작업 비용이 발생하게 된다.
반면에, 마감 코팅층(130)을 물리 증착(PVD) 방식으로 증착하는 경우에는 인시튜로 금속층(115)과 마감 코팅층(130)을 형성할 수 있어 금속층(115)을 증착한 후에 바로 마감 코팅층(130)을 증착함으로써, 금속층(115) 표면의 산화막 제거가 필요하지 않을 수 있고, 이에 따라 공정 비용을 효과적으로 낮출 수 있다. 또한, 전해도금 공정을 사용하지 않고도 금속재(100)를 제조(또는 형성)할 수 있어 전해도금 공정으로 인한 다양한 환경오염 물질의 미배출로 친환경적일 수 있고, 전해도금 공정에 필요한 시드 금속(seed metal)층을 이용하지 않아 공정 비용도 매우 저렴해질 수 있다.
상기 마감 코팅층(130)을 형성하는 과정(S150)에서는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 스테인리스강(Steel Use Stainless; SUS) 또는 귀금속으로 마감 코팅층(130)을 형성할 수 있으며, 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 스테인리스강(SUS) 또는 귀금속을 포함하는 상기 제3 금속으로 마감 코팅층(130)을 형성할 수 있다. 금속재(100)의 내해수성이 확보될 수 있도록 내해수성이 우수한 스테인리스강(SUS) 또는 각종 귀금속 및 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 등 다양한 금속을 금속재(100)의 표면에 (최종) 코팅할 수 있으며, 최종 제품의 표면 색상, 내스크래치 등의 다양한 목적을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 금속재(100)의 내해수성이 매우 우수해질 수 있다. 한편, 마감 코팅층(130)은 알루미늄(Al)을 포함하는 합금일 수 있으며, 상기 열처리하는 과정(S210)에서 알루미늄(Al)이 금속층(115)의 상기 제2 금속과 합금화된 합금일 수 있다. 이때, 마감 코팅층(130)은 금속 기재(110)보다 얇으므로, 합금코팅층(120)과 마감 코팅층(130)의 알루미늄(Al) 함유율은 상이할 수 있으며, 마감 코팅층(130)의 알루미늄(Al) 함유율이 합금코팅층(120)의 알루미늄(Al) 함유율보다 작을 수 있다.
상기 합금코팅층(120)을 형성하는 과정(S200)은 상기 마감 코팅층(130)을 형성하는 과정(S150) 이후에 수행될 수 있다. 상기 합금코팅층(120)을 형성하는 과정(S200)을 상기 마감 코팅층(130)을 형성하는 과정(S150) 이후에 수행할 경우에는 금속층(115)의 상기 제2 금속이 열처리 과정에서 마감 코팅층(130)의 상기 제3 금속과도 합금을 이룰 수 있으며, 이에 따라 내해수성이 우수할 뿐만 아니라 합금코팅층(120)의 표면에 피복(또는 코팅)되는 마감 코팅층(130)의 접합력을 개선할 수 있다. 여기서, 마감 코팅층(130)의 (상기 금속층 및/또는 상기 합금코팅층과의) 계면에만 합금화되는 경우에는 상기 제2 금속과 상기 제3 금속의 합금으로 이루어지는 층은 접합력개선(glue)층(미도시)일 수 있다. 한편, 마감 코팅층(130)을 모두 상기 제2 금속과 합금화시켜 최종적으로 합금화된 마감 코팅층(130)만이 남게 되는 경우에는 상기 마감 코팅층(130)을 형성하는 과정(S150)은 최종적으로 상기 합금화된 마감 코팅층(130)을 형성하는 과정까지가 아니라 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 스테인리스강(SUS) 또는 귀금속으로 금속층(115) 상에 마감 코팅층(130)을 증착(또는 형성)하는 과정까지일 수 있다.
이때, 금속층(115)의 상기 제2 금속과 마감 코팅층(130)의 상기 제3 금속의 합금 형성을 보다 용이하게 하기 위해 본 발명의 금속재 제조방법은 상기 마감 코팅층(130)을 형성하는 과정(S150) 이전에 금속층(115)의 표면의 산화막(또는 산화 피막)을 제거하는 과정(S145)을 더 포함할 수 있으며, 금속층(115)의 표면에 산화막이 형성된 경우에는 금속층(115)의 표면의 산화막을 제거한 후에 금속층(115)의 표면에 마감 코팅층(130)을 형성할 수 있다. 금속층(115)의 표면에 산화막이 있으면, 마감 코팅층(130)의 상기 제3 금속이 금속층(115)의 상기 제2 금속과 합금을 형성하는 것을 방해할 수 있다.
예를 들어, 진공에서 아르곤(Ar) 가스로 플라즈마 처리하여 상기 (제2 금속의) 산화막을 제거할 수 있으며, 아르곤(Ar), 질소(N2), 수소(H2), 헬륨(He) 및/또는 이들의 혼합 가스로 플라즈마 처리할 수도 있고, 아르곤(Ar) 이온빔 처리, 대기압 플라즈마 처리, 각종 약액을 이용한 처리 등 다양한 방법으로 금속층(115)의 표면의 산화막을 제거할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 제1 금속을 포함하는 금속 기재 상에 제1 금속 및 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 합금코팅층을 코팅함으로써, 우수한 내해수성을 확보할 수 있다. 이에 따라 전자기기의 사용 시간이 경과함에 따라 내장 금속재의 부식이 발생됨으로 인해 지속적인 금속재의 교체가 발생하게 되어 인적 및/또는 물적 비용이 증가하는 문제를 해결할 수 있다. 즉, 가공성, 절곡성, 전기전도도, 표면 색상, 원재료비 등 다양한 장점으로 인하여 널리 사용되고 있으나 내해수성이 부족한 알루미늄, 구리 등의 제1 금속을 포함하는 금속 기재를 제1 금속에 따라 마그네슘, 주석, 알루미늄 및 구리 중에서 선택되는 제2 금속과의 합금으로 이루어진 합금코팅층으로 코팅함으로써, 전기전도도와 방열 특성을 유지하면서도 전자기기용 내장 금속재의 내해수성을 개선할 수 있다. 또한, 제2 금속을 물리 증착으로 빠르게 증착한 후에 열처리를 통해 제1 금속과 제2 금속을 합금화시켜 합금코팅층을 형성함으로써, 핀홀이 없이 치밀하게 합금코팅층을 형성할 수 있으면서 생산성이 증대될 수도 있다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상”이라는 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부 또는 하부에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
15 : 핀홀 100 : 금속재
110 : 금속 기재 115 : 금속층
120 : 합금코팅층 130 : 마감 코팅층
110 : 금속 기재 115 : 금속층
120 : 합금코팅층 130 : 마감 코팅층
Claims (17)
- 전도성을 갖는 제1 금속을 포함하는 금속 기재; 및
상기 제1 금속 및 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 합금으로 이루어지며, 상기 금속 기재 상에 코팅되는 합금코팅층;을 포함하는 전자기기용 내장 금속재. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 금속은 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하는 전자기기용 내장 금속재. - 청구항 2에 있어서,
상기 제2 금속은 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 상기 제1 금속에 따라 선택되는 전자기기용 내장 금속재. - 청구항 1에 있어서,
상기 합금코팅층은 상기 금속 기재보다 얇은 전자기기용 내장 금속재. - 청구항 1에 있어서,
상기 합금코팅층은 상기 제2 금속을 포함하는 금속층을 상기 금속 기재 상에 형성한 후에 상기 금속층이 형성된 상기 금속 기재를 열처리하여 형성되는 전자기기용 내장 금속재. - 청구항 5에 있어서,
상기 열처리는 상기 제1 금속의 용융점보다 낮은 온도에서 이루어지는 전자기기용 내장 금속재. - 청구항 1에 있어서,
상기 합금코팅층은 2 내지 95 %의 상기 제2 금속을 함유하는 전자기기용 내장 금속재. - 전도성을 갖는 제1 금속을 포함하는 금속 기재 상에 상기 제1 금속과 공융혼합물을 이루는 제2 금속을 포함하는 금속층을 형성하는 과정; 및
상기 금속층이 형성된 상기 금속 기재를 열처리하여 상기 금속 기재 상에 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 합금으로 이루어진 합금코팅층을 형성하는 과정;을 포함하는 금속재 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 금속층을 형성하는 과정에서는 상기 금속 기재보다 얇은 두께로 상기 금속층을 형성하는 금속재 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 금속층을 형성하는 과정은 물리 증착법으로 수행되는 금속재 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 금속층을 형성하는 과정에서는 상기 금속층에 핀홀이 형성되고,
상기 핀홀의 종횡비는 1 이상인 금속재 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 합금코팅층을 형성하는 과정에서는 상기 핀홀이 제거되는 금속재 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 합금코팅층을 형성하는 과정은 상기 금속층을 열처리하는 과정을 포함하고,
상기 열처리하는 과정은 상기 제1 금속의 용융점보다 낮은 온도에서 수행되는 금속재 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 제1 금속은 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하고,
상기 금속층을 형성하는 과정은 상기 제1 금속에 따라 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 아연(Zn) 중에서 상기 제2 금속을 선택하는 과정을 포함하는 금속재 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 금속층을 형성하는 과정 이후에 상기 금속 기재 상에 마감 코팅층을 형성하는 과정;을 더 포함하는 금속재 제조방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 마감 코팅층을 형성하는 과정에서는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 스테인리스강 또는 귀금속으로 상기 마감 코팅층을 형성하는 금속재 제조방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 합금코팅층을 형성하는 과정은 상기 마감 코팅층을 형성하는 과정 이후에 수행되는 금속재 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020220042512A KR20230143503A (ko) | 2022-04-05 | 2022-04-05 | 전자기기용 내장 금속재 및 금속재 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020220042512A KR20230143503A (ko) | 2022-04-05 | 2022-04-05 | 전자기기용 내장 금속재 및 금속재 제조방법 |
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| KR20230143503A true KR20230143503A (ko) | 2023-10-12 |
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ID=88291723
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160085670A (ko) | 2015-01-08 | 2016-07-18 | 주식회사 케이에이치바텍 | 휴대 단말기용 고내구성 금속 외장재 및 이의 제조방법 |
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2022
- 2022-04-05 KR KR1020220042512A patent/KR20230143503A/ko unknown
Patent Citations (1)
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| KR20160085670A (ko) | 2015-01-08 | 2016-07-18 | 주식회사 케이에이치바텍 | 휴대 단말기용 고내구성 금속 외장재 및 이의 제조방법 |
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