KR950003365B1 - 진공증발법에 의한 알루미늄산화물 발색도금강판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 방법으로 제조한 알루미늄산화물 도금피막표면의 화합물 조성을 ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)를 이용하여 분석한 분석표.
제2도는 본 발명의 방법으로 제조한 알루미늄산화물 도금피막의 깊이방향 성분분포를 SAM(Scanning Auger Microprobe)을 이용하여 분석한 분석표.
제3도는 본 발명의 방법에 의해 제조한 알루미늄산화물 도금피막의 전자빔전력과 증착두께에 따른 외관 변화를 나타낸 도표.
본 발명은 빛의 간섭에 의해 다양한 색상을 나타내는 알루미늄산화물 발색도금 강판의 제조방법에 관한 것이다. 이러한 발색강판은 내, 외장 건축자재, 가전제품등에 널리 이용될 수 있다.
세라믹은 내열성, 내마모성, 내식성등이 우수하여 최근 그에 대한 개발과 실용화가 진행되고 있다. 하지만 세라믹 자체는 취성(脆性)이라는 본질적인 결점이 있고, 원료비가 높아 사용에 제한점이 있기 때문에 연성(軟性t)이 우수한 금소재료와의 복합재료로 사용하기 위한 도금기술개발에 관심이 높아지고 있다. 세라믹중에서 알루미나(Al2O3)는 경도, 강도, 내열성, 내식성등이 우수하고 또한 내산화성 및 화학적 안정성이 높으며 원료가격면에서 비교적 안정된 가격을 갖기 때문에 도금피막으로서의 가치가 충분하다. 현재 이용되고 있는 알루미나 도금방법으로는 화학적 증착법(Chemical Vapor Deposition : CVD)이 주로 사용되고 있는데 화학적 증착법은 고온분위기의 반응구역으로 반응물을 기체상태로 보내어 화학반응들 일으켜서 원하는 기판위에 고체상태의 증착층을 얻는 방법이다. 그러나 이 방법은 1223-1373。K의 고온에서 행해지기 때문에 대상소재가 제한되는 단점이 있다.
본 발명은 화학적 증착법(CVD법)에 비해 저온에서 피막형성이 가능하며, 알루미나(Al2O3)의 우수한 특성 이외에 빛의 간섭에 의해 박도금으로 다양한 색상을 나타내는 진공증발법에 의한 알루미늄산화물 발색도 금강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 진공증발법에의한 알루미늄산화물 발색도금강판 제조방법은 전자빔에 의해 도가니에 장입된 알루미나 그레인(grain)을 가열증발시켜 증착하는 방법이다. 일반적으로 진공증착법에서 증발물질을 가열하는 방법으로 주로 사용되는 것이 저항가열방식과 전자빔 가열방식이다.
이중 저항가열방식은 증발물질로 이루어진 와이어(Wire)나 증발물질이 장입된 보트(Boat)를 전기적으로 가열하여 증발시키는 방법이고, 전자빔가열방식은 저항가열방식에서는 증발이 곤란한 물질이나 고융점물질 또는 순도가 요구되는 물질에 대해 행해지는 것이다. 따라서 본 발명은 일반적으로 고융점물질에 대해 증발율이 높고, 증발원에 의한 오염도가 적은 전자빔 가열방식에 의해 증착하여 다양한 색상을 띠게 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄산화물 발색도금강판에 관한 것이다.
이하 본 발명에 대하여 자세히 설명한다.
150×100㎟ 크기의 소지기판인 냉연강판을 알칼리 용액으로 전해탈지 및 알코올로 초음파세척하였다. 세척한 기판을 진공조에서 증발원으로 부터 30cm거리에 놓고, 99.9% 순도의 직경 2mm의 α-Al2O3낟알형상의 증발물질을 수냉식 구리도가니에 장입한 후에 10-5torr 이하로 진공배기하였다. 알루미나 그레인을 강판표면에 증착시킬때 기판온도에 따라 증착층의 밀착성이 다르게되며 이 밀착성의 정도와 증착층의 두께에 따라 생상이 다르게 나타나게 된다.
또한 증착층의 두께는 전자빔 출력의 세기와 증착시간에 따라 결정되는데 본 발명에서 전자빔의 세기를 1.8kW~2.2kW로 유지한 것은 이 범위에서 증발물질이 튀지 않고 가장 안정하게 증발되는 것을 확인할 수 있었기 때문이며 이 전자빔의 범위에서는 기판온도를 200~300℃로 유지하는 것이 다음의 실시예에 나타낸 바와같은 다양한 색상을 얻을 수 있었기 때문이다. 알루미나 그레인을 강판표면에 증착시킬때 기판온도에 따라 증착층의 밀착성이 다르게되며 이 밀착성의 정도와 증착층의 두께에 따라 색상이 다르게 나타나게 된다.
또한 증착층의 두께는 전자빔 출력의 세기와 증착시간에 따라 결정되는데 본 발명에서 전자빔의 세기를 1.8kW~2.2kW로 유지한 것은 이 범위에서 증발물질이 튀지 않고 가장 안정하게 증발되는 것을 확인할 수 있었기 때문이며 이 전자빔의 범위에서는 기판온도를 200~300℃로 유지하는 것이 다음의 실시예에 나타낸 바와같은 다양한 색상을 얻을 수 있었기 때문이다. 기판온도는 온도에 따른 밀착성과 색상의 변화를 보기위해 200℃와 300℃로 하였고, 전자빔 전력은 증발물질이 튀지 않고 안정하게 증발하는 1.8kW와 2.2kW로 하였다. 또한 증착시간으로 증착두께를 조절하므로서 외관의 변화를 관찰하기 위해 기판예열온도 200℃, 전자빔전력 1.8kW에서 1~15분, 기판예열온도 300℃, 전자빔전력 2.2kW에서 1~17분간 2분 간격으로 상기 진공증발법에 의해 증착하였다.
증발물질로 장입한 알루미나는 승화성 물질이기 때문에 전자빔 조사 부위를 좁힌 상태에서 전자빔전력을 증가시킨다면 전자빔 접촉부위의 증발물질만이 빠르게 증발하면서 도가니가 손상될 염려가 있다. 또한 알루미나는 그 자체의 낮은 열전도도와 높은 증발온도로 인해 전자빔에 의한 가열시 매우 작은 부피의 국부적인 열점(hot spot)이 형성됨으로써 국부적으로 증발물질의 집중적인 증발을 허용하기도 한다. 따라서 이와 같은 문제점을 최소로 줄이기 위해 전자빔 조사부위를 가능한 한 넓게 한 상태에서 장시간 충분한 예열후에 전력을 서서히 증가시키므로서 열전도에 필요한 시간을 주어 증발물질의 균일한 증발을 유도하였다.
제1도는 본 발명의 방법으로 제조한 알루미늄산화물 도금피막 표면을 전자분광화학분석장치(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis : ESCA)를 이용하여 분석한 그림으로 표면의 오염물질을 제거하기 위해 표면에서 30Å 스퍼터 엣칭한 후의 화합물 형태를 조사한 그림이다.
제2도는 알루미늄산화물 도금피막을 주사오제전자현미경(Scanning Auger Microprobe : SAM)을 이용하여 깊이방향에 따른 성분분포를 조사한 분석표이다.
제1도 및 제2도에서 보여주는 바와 같이 표면은 화학양론적인 조성의 알루미나의 결합에너지(74.7eV)에 가까운 75.4eV의 결합에너지를 보이는 반면, 증착막의 깊이방향에 따른 성분분포를 관찰한 결과, 증발 물질로 장입된 알루미나 그레인(grain)의 화학양론적인 조성과는 달리 산소가 부족한 상태를 나타낸다. 이는 근본적으로 화합물 구성원소의 다른 중기압으로 인해 증발과정에서 분해가 일어나고, 이 과정은 알루미 나 그레인(grain)의 커다란 표면적에 포함되어 있는 다른 오염물들이 가열시 방출되면서 촉진되어 산소결핍의 Al2O3-x형태를 보이는 것이고, 이러한 증착막이 증착후 진공조서냉동안이나 대기에 노출중에 산화되어 표면은 알루미나를 보이는 것이라 생각된다.
제3도는 기판예열온도 및 전자빔 전력을 일정하게 하고 증착시간을 증가시킴에 따른 외관변화를 나타낸 도표이다. 증착막이 박막인 관계로 두께측정이 곤란하여 글로우방전분광기(Glow Discharge Spectrometer)에 의한 분석결과에서 증착막두께의 상대적인 환산비율로써 각 증착시간에 따른 증착막두께를 표시하였다. 상기의 설명에서와 같이 증착막은 극표면 알루미나, 깊이방향에 따라 Al2O3-x형태로 화학양론적인 조성비인 2 : 3에 비해 산소가 부족하지만 증착막의 두께가 증가됨에 따라 간섭에 따른 색상변화를 나타내고 있다. 표면의 알루미나는 극박이므로 간섭에 의해 색상을 나타내는 것은 주로 Al2O3-m의 화합물 형태일 것으로 생각된다.
박도금으로 다양한 색상을 보이는 것은 빛이 강판에 조사될 때 빛의 일부가 박막표면에서 반사되고, 또 다른 일부가 박막을 투과하여 소지기판에서 반사됨으로써 생기는 경로차에 의한 빛의 간섭 효과가 가시광선 영역의 파장을 갖기 때문이다. 이러한 가시광선 파장은 박막의 재료, 굴절율 및 두께에 따라 변화기 때문에 이 빛의 간섭을 이용하며 다양한 색상을 얻을 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명을 통하여 제조된 알루미늄산화물 도금피막은 알루미나의 화학양론적인 조성을 나타내지는 않지만 전자빔 출력과 증착시간의 조절만으로 피막두께를 변화시켜 다양하고 안정된 색상을 유지하므로서 화학적증착법에 비해 공정을 간소화시킬 수 있으며, 수백∼수전Å의 박막만으로 색상을 나타낼 수 있기 때문에 경제적 생산성의 효과가 기대된다.
본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하면 다음과 같다.
[ 실시예 ]
[발명예(1-6) 및 비교예 (1) :]
소지기판으로 150×100mm2크기의 냉연강판을 알칼리 용액으로 전해탈지 및 알콜로 초음파 세척한 후, 진공조에서 증발원으로부터 30cm 거리에 놓고, 직경 2mm의 α-알루미나 그레인을 수냉식 구리도가니에 장입한 후 4×10-5torr까지 진공배기하였다. 이때 기판온도를 200℃, 전자빔전력을 1.8kW로 고정한 후 증착시간을 5분에서 17분까지 변화시켰다.
[발명예(7~12) 및 비교예(2) :]
상기 발명예(1~6) 및 비교예(1)과 동일하되 기판온도를 300℃로, 전자빔전력을 2.2kW로 고정한 후에 증착시간을 5분에서 15분까지 변화시켰다.
상기와 같이 준비한 각각의 시험편에 대해 밀착성, 색상, 명도 및 광택도를 측정하여 그 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다. 여기에서 밀착성은 Ot, 180°굴곡후 테이프 시험으로 평가하였고, 색상은 육안으로 관찰하였으며, 명도는 색차계를, 광택도는 그로스메터 (Glossmeter)를 이용하여 각각 평가하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이 실시예 모든 시험관에 대해 밀착성은 굴곡후 테이프시험시 도금층 박리가 전혀 없는 매우 양호한 상태를 나타냈고, 명도값은 증착시간(증착두께)이 증가됨에 따라 작아지므로서 전반적으로 어두워지는 경항을 보였고, 광택도 상대적으로 감소하는 경향을 보였다. 색상의 경우 200℃, 1.8kW의 증착조건에서 5분 증착까지는 외관상 색상의 변화는 없으나 7분에서 옅은 황색을 띠기 시작하여 시간이 증가하면서 황색이 짙어지고 15분경 적색을 띠기 시작하여 17분경 자주색을 보였다. 반면 300℃, 2.2kW의 증착조건에서는 상기의 조건보다 빠른 5분경 황색을 띠기 시작하여 10분경 적색을 보이고, 13분 이후 자주색을 보였다. 각 조건에서 색상의 변화는 증착두께의 변화에 따른 빛의 간섭에 의한 가시광선 파장의 변화때문이며, 200℃, 1.8kW의 증착조건에 비해 300℃, 2.2kW의 증착조건에서 같은 색상의 외관을 짧은 증착시간으로 얻을 수 있는 것은 증착조건중 전자빔전력의 증가로 인해 증발속도가 증가하므로서 같은 색상의 외관을 가져오는 증착두께에 보다 빨리 도달하기 때문이다. 따라서, 200℃, 1.8kW의 증착조건에서는 7분 이상의 증착시가, 300℃, 2.2kW의 증착조건에서는 5분이상의 증착시간으로 색상을 나타내는 강판 제조가 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 보다 간단한 방법으로 아루미나의 진공증발법에 의해 다양한 색상을 나타내는 알루미늄산화물 발색도금강판을 제조할 수 있으며, 제조된 강판은 의장성이 요구되는 건축자재 및 장식물등의 용도에 사용된다.
[표 1]
(주) 밀착성평가 : Ot 180°굴곡시험후 테이프시험
(평가기준) 양호-굴곡후 테이프시험시 도금층박리가 전혀없음
불량-굴곡후 테이프시험시 도금층이 일부 박리됨
색상평가 : 육안관찰
명도평가 : 색차계 이용(L*)
광택도 평가 : 그로스메터 이용(입사각 60°)
Claims (3)
- 산화알미늄 도금강판의 제조방법에 있어서, 4×10-5torr 이하의 진공하에서 소지기판의 온도를 200~300℃로 유지하고 1.8~2.2kW의 전자빔 출력으로 알루미나 그레인을 강판표면에 증착시켜 다양한 색상의 알루미늄산화물 발색도금강판을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 소지기판의 온도가 200℃이고, 전자빔의 출력이 1.8kW에서 증착시간을 5분 이상으로 유지하여 알루미나 그레인을 강판표면에 증착시켜 다양한 색상의 알루미늄 산화물 발색도금강판을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 소지기판의 온도가 300℃이고, 전자빔의 출력이 2.2kW에서 증착시간을 2분 이상으로 유지하여 알루미나 그레인을 강판표면에 증착시켜 다양한 색상의 알루미늄 산화물 발색도금강판을 제조하는 방법.
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| KR1019920024263A KR950003365B1 (ko) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 진공증발법에 의한 알루미늄산화물 발색도금강판 제조방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019920024263A KR950003365B1 (ko) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 진공증발법에 의한 알루미늄산화물 발색도금강판 제조방법 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR940014890A KR940014890A (ko) | 1994-07-19 |
| KR950003365B1 true KR950003365B1 (ko) | 1995-04-12 |
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- 1992-12-15 KR KR1019920024263A patent/KR950003365B1/ko not_active IP Right Cessation
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