WO2019125000A1 - 내마모성 및 발색력이 우수한 스테인레스 발색 기판 및 이를 위한 스테인레스 기판의 발색방법 - Google Patents

내마모성 및 발색력이 우수한 스테인레스 발색 기판 및 이를 위한 스테인레스 기판의 발색방법 Download PDF

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metal
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이경
조재동
여경윤
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Definitions

  • the present invention relates to a stainless color substrate excellent in abrasion resistance and color developing ability and a method of coloring a stainless substrate for the same.
  • KR 10-2015-0076352 and KR 10-2006-0031744 disclose a method of forming an oxide film or a hydroxide glass layer, which is a coloring glass layer, on the surface of a stainless steel substrate or a magnesium substrate, respectively, And a method for implementing the method.
  • the techniques developed so far have to form a color-developing glass layer having a sufficient thickness of 500 nm or more or to repeatedly laminate two or more layers in order to realize hue on the surface of a metal substrate, so that a glass layer with a low thickness of less than 400 nm
  • the number of layers repeatedly stacked is low, the color is implemented on the surface, but there is a problem that the degree of the color is small and the aesthetic effect is inferior.
  • the thickness of the entire layer laminated on the substrate becomes thick, , The durability is low and there is a limit that the laminated thin film is peeled from the metal substrate.
  • the metal layer may be at least one selected from the group consisting of Al, Mg, Cr, Ti, Au, Ag, At least one metal selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), cobalt (Co), cadmium (Cd), nickel (Ni) and copper (Cu)
  • the surface hardness of the stainless steel substrate is 110 Hv or more based on 500 g of Vickers hardness.
  • the metal layer may include at least one of aluminum (Al), magnesium (Mg), chromium (Cr), titanium (Ti), gold (Au), molybdenum (Mo), silver (Ag), manganese (Mn), zirconium At least one metal selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), cobalt (Co), cadmium (Cd), nickel (Ni) and copper (Cu)
  • the surface hardness of the stainless steel substrate is 110 Hv or more based on 500 g of Vickers hardness.
  • the coloring substrate according to the present invention can uniformly realize various colors on the surface with high coloring power while maintaining the inherent texture and gloss of the stainless steel substrate and has an advantage of exhibiting excellent abrasion resistance and corrosion resistance without discoloration of color realized on the surface.
  • the color substrate can be easily thinned as compared with a conventional color substrate, it can be advantageously used in the field of electric and electronic parts such as a building exterior material, a car interior, and a mobile product frame in which a metal material is used.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a coloring substrate according to the present invention.
  • FIG. 3 is an image showing a result of a salt spray test on a color-developing substrate depending on whether or not a top coating layer is included.
  • 4 to 8 are graphs showing wear resistance results of the color-developing substrate according to the present invention.
  • color coordinates used in the present invention means coordinates in the CIE Lab color space (shown in FIG. 2) which is a color value defined by CIE (Commission Internationale de l'Eclairage)
  • CIE Commission Internationale de l'Eclairage
  • An arbitrary position can be represented by three coordinate values L *, a *, b *.
  • the a * value indicates whether the color having the corresponding color coordinate deviates to pure red (pure magenta) or pure green, and b * indicates that the color having the corresponding color coordinate is pure yellow Indicates which of the pure blue colors is deviated.
  • the b * value ranges from -b to + b. The maximum value of b * (b * max) represents pure yellow, and the minimum value of b * (b * min) represents pure blue.
  • color deviation or "color coordinate deviation” means a distance between two colors in the CIE Lab color space. That is, when the distance is long, the difference in color is large, and when the distance is short, the color difference is almost no difference, which can be expressed by? E *
  • the unit "T” indicates the thickness of the stainless steel substrate and may be equal to the unit “mm ".
  • the present invention relates to a stainless color substrate excellent in abrasion resistance and color developing ability and a method of coloring a stainless substrate for the same.
  • the techniques developed so far have a structure in which a color-developing glass layer having a sufficient thickness of 500 nm or more is formed or a laminate of two or more layers is repeatedly laminated in order to realize color on the surface of a metal substrate. That is, when the glass layer is formed with a thickness of less than 400 nm on the surface of the metal substrate or when the number of the layers repeatedly laminated is low, the color is realized but the degree is small and the aesthetic effect is poor.
  • the present invention provides a stainless color substrate excellent in abrasion resistance and color developing ability, and a method of coloring a stainless substrate therefor.
  • the coloring substrate according to the present invention is characterized by sequentially laminating a thin glass layer, a metal layer and a top coating layer on a stainless steel substrate having a high surface hardness so as to uniformly and uniformly color various colors on the surface while maintaining the inherent texture and gloss of the stainless- And has the advantage of exhibiting excellent abrasion resistance and corrosion resistance without discoloration of the color implemented on the surface.
  • the color substrate can be easily thinned as compared with a conventional color substrate, it can be advantageously used in the field of electric and electronic parts such as a building exterior material, a car interior, and a mobile product frame in which a metal material is used.
  • the metal layer may be at least one selected from the group consisting of Al, Mg, Cr, Ti, Au, Ag, At least one metal selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), cobalt (Co), cadmium (Cd), nickel (Ni) and copper (Cu)
  • the surface hardness of the stainless steel substrate is 110 Hv or more based on 500 g of Vickers hardness.
  • the coloring substrate according to the present invention may have a structure in which a glass layer, a metal layer, and a top coating layer are sequentially laminated on a stainless substrate, and the lamination structure may be formed on one side or both sides of the stainless substrate.
  • the coloring substrate can be formed by sequentially forming a glass layer and a metal layer on a stainless steel substrate having a high surface hardness so that various colors can be uniformly realized with high coloring power depending on the thicknesses of the glass layer and the metal layer, Corrosion resistance can be improved.
  • the color substrate of the present invention was evaluated for abrasion resistance by using a ball having an average diameter of 6 ⁇ 0.1 mm under a load of 5 ⁇ 0.1 N,
  • the average depth of scratches developed may be 3 ⁇ m or less and the average width may be 0.1 mm or less.
  • the average depth of the scratches is 3 ⁇ m or less, 2.5 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, 1.5 ⁇ m or less, 1 ⁇ m or less, 0.9 ⁇ m or less, 0.8 ⁇ m or less, 0.7 ⁇ m or less, 0.6 ⁇ m or less, 0.5 ⁇ m or less, , Less than or equal to 0.3 microns, less than or equal to 0.2 microns, less than or equal to 0.1 microns, less than or equal to 0.05 microns, less than or equal to 0.01 microns, or less than or equal to 0.01 microns and less than or equal to 1 microns and an average width less than or equal to 0.075 millimeters, have.
  • the above-mentioned color substrate was evaluated by using an average diameter of 6 ⁇ 0.1 mm and an average depth of scratches developed on the surface of the top coat layer at a speed of 20 ⁇ 0.1 N, a speed of 1 Hz, And the average width may be 0.3 mm or less. More specifically, the average depth may be 4 ⁇ or less or 3.5 ⁇ or less, and the average width may be 0.25 mm or less or 0.2 mm or less.
  • the surface hardness of the pure stainless steel substrate on which the glass layer and the metal layer are not formed may be 110 Hv or more based on 500 g of Vickers hardness.
  • the surface hardness may be 120 Hv or more, 130 Hv or more, 140 Hv or more, 150 Hv or more, 120Hv to 500Hv, 120Hv to 400Hv, 120Hv to 350Hv, 120Hv to 300Hv, 120Hv to 250Hv, 120Hv to 220Hv, 120Hv to 180Hv, 120Hv to 180Hv, 150Hv to 200Hv, 150Hv to 250Hv, 150Hv to 300Hv, 180Hv to 200Hv, 180Hv to 220Hv, 250Hv, 180Hv to 300Hv, 180Hv, 350Hv, 180Hv to 400Hv, 180Hv to 450Hv, 200Hv to 300Hv, 200Hv to 350Hv, 200Hv to 350Hv, 200Hv to 400Hv, 220Hv to 400
  • the present invention can further improve the surface hardness of the glass layer, the metal layer and the top coating layer laminated on the substrate surface by controlling the surface hardness of the stainless steel substrate as the metal base in the above range, thereby improving the abrasion resistance of the color substrate .
  • the coloring substrate according to the present invention may have a corrosion area ratio of not more than 5%, specifically not more than 4%, not more than 3%, not more than 2%, or not more than 1% In some cases, the percentage of corroded area may be close to 0% because no corrosion has occurred.
  • the present invention uses a salt spray test method (SST, Salt Spray Tester) to uniformly spray 5% by weight of salt water at 35 DEG C, and then leave it at 35 DEG C for 72 hours, Respectively. As a result, it was confirmed that the substrate was prevented from corrosion even after being left for 72 hours after the salt spray, and the area where the surface was discolored or corroded was less than 5% of the total area. This means that the top coat layer formed at the outermost part of the color-developing substrate improves the corrosion resistance of the color-developing substrate, thereby improving resistance to salt water corrosion.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a coloring substrate 100 according to the present invention.
  • each component of the coloring substrate 100 according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG.
  • the stainless steel substrate 101 may be used as a frame in a field of electric and electronic products as a base of a substrate, and is not particularly limited as long as it is a substrate containing iron (Fe) as a main component.
  • the term "main component" is meant to include at least 90 parts by weight, at least 95 parts by weight, at least 96 parts by weight, at least 97 parts by weight, at least 98 parts by weight, or at least 99 parts by weight, based on the total weight of the substrate.
  • the stainless steel substrate 101 may be, for example, stainless steel (STS) or a stainless steel alloy, and may perform a role of determining the basic skeleton and physical properties of the substrate before the coloring substrate 100 is developed.
  • the stainless steel substrate 101 may have a high surface hardness.
  • the stainless steel base material 101 having a high surface hardness as a metal base, compared to the case of using a soft metal such as magnesium (surface hardness: 50 to 60 Hv based on Vickers hardness 500 g)
  • the hardness of the color-developing substrate can be remarkably improved, and thus the abrasion resistance of the color-developing substrate can be improved.
  • the surface hardness of the stainless steel substrate 101 may be in the range of 120Hv to 130Hv, 140Hv, 150Hv, 180Hv, 120Hv to 500Hv, 120Hv to 350Hv, 120Hv to 300Hv, 120Hv, 150Hv to 250Hv, 150Hv to 250Hv, 150Hv to 300Hv, 180Hv to 200Hv, 180Hv to 200Hv, 180Hv to 220Hv, 180Hv to 250Hv, 180Hv to 300Hv, 180Hv, 350Hv, 180Hv to 400Hv, 180Hv to 450Hv, 120Hv to 220Hv, 200Hv to 300Hv, 200Hv to 350Hv, 200Hv to 400Hv, 220Hv to 300Hv, 220Hv to 350Hv, 220Hv to 400Hv, 230Hv to 300Hv to 350Hv, 300Hv to 400Hv, 350Hv to 450Hv or 220Hv to 250Hv.
  • the glass layer 102 changes the properties of the light incident on the stainless steel substrate 101 and uniformly implements various hues according to the average thickness.
  • the glass layer 102 is not particularly limited as long as it contains a metal compound as a transparent glass layer having a high refractive index.
  • the glass layer 102 may be formed of a material selected from the group consisting of silicon oxide (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium nitride AlN), and silicon nitride (SiN). ≪ IMAGE >
  • the glass layer 102 has a specific thickness to induce interference of incident light with the metal layer 103 formed on the glass layer 102 to maintain the intrinsic hue on the surface
  • the average thickness of the glass layer 102 may be 10 nm to 400 nm, and specifically 10 nm to 350 nm, 10 nm to 300 nm, 10 nm to 250 nm, 10 nm to 200 nm, 10 nm Wherein the wavelength of the laser beam is in a range of from 50 nm to 350 nm, Wherein the wavelength of the visible light is from 300 nm to 400 nm, 100 nm to 200 nm, 200 nm to 300 nm, 10 nm to 90 nm, 30 nm to 90 nm, 50 nm to 90 nm, 100 nm to 150 nm, 150 nm to 200 nm, May be from 220 nm to 290 nm, from 230 nm to 270 n
  • the metal layer 103 may then be positioned on the glass layer 102 to perform the function of tuning the hue realized by the glass layer 102. Specifically, the metal layer 103 may shift the incident light interfered by the glass layer, thereby changing the color hue realized by the thin film and enhancing the color developing ability of the implemented color.
  • two stainless steel substrates 101 having a glass layer 102 containing silicon oxide (SiO 2 ) on its surface and having an average thickness of 80 ⁇ 2 nm are prepared, and the metal layer 102 is formed on the glass layer 102.
  • the substrate having an average thickness of 10 ⁇ 2 nm is strongly blue While a substrate having an average thickness of 15 +/- 2 nm of the metal layer 103 can be strongly colored yellow. This means that the color hue induced by the glass layer 102 is changed according to the average thickness of the metal layer 103.
  • the additional interference of the incident light generated when the top coating layer 104 is introduced to the outermost periphery is minimized, have.
  • the metal layer minimizes the additional interference of the incident light due to the top coating layer even though the top coat layer is included in the outermost layer so that the change in hue realized on the surface is remarkably small, The interference of the incident light due to the top coating layer is generated and the color hue realized on the surface is changed into another series of hue having low sharpness and / or coloring power.
  • the metal layer 103 may have a thickness capable of adjusting the color hue realized by the glass layer 102 and minimizing the wavelength shift of the color light due to the top coating layer 104 have.
  • the average thickness of the metal layer 103 may be 5 nm to 50 nm, more specifically 5 nm to 40 nm; 5 nm to 30 nm; 5 nm to 20 nm; 5 nm to 10 nm; 10 nm to 20 nm; 20 nm to 30 nm; 15 nm to 18 nm; 8 nm to 12 nm; 11 nm to 16 nm; 25 nm to 50 nm; 15 nm to 18 nm; 18 nm to 25 nm; 19 nm to 22 nm; 20 nm to 23 nm; Or 9 to 23 nm.
  • the coloring ability of the coloring substrate 100 can be improved by adjusting the average thickness of the metal layer 103 in the above range, the glass layer 102 having a thickness exceeding 400 nm is not required for improving the color developing ability It is possible to reduce the light transmittance of the metal layer 103 and minimize the additional interference of the incident light due to the top coat layer 104 formed at the outermost layer, Can be minimized.
  • the metal layer 103 can also enhance the hue realized by the glass layer 102 and minimize the additional interference of the incident light generated by the top coating layer 104, May comprise a < / RTI >
  • the metal layer 103 may be formed of a metal such as Al, Mg, Cr, Ti, Au, Mo, Ag, Mn, And at least one metal selected from the group consisting of zirconium (Zr), palladium (Pd), platinum (Pt), cobalt (Co), cadmium (Cd), nickel (Ni) and copper (Cu).
  • the metal layer 103 may include aluminum (Al), magnesium (Mg), chromium (Cr), or titanium (Ti).
  • the top coating layer is formed on the metal layer and has the function of improving wear resistance as well as corrosion resistance of the color-developing substrate.
  • the topcoat is not particularly limited as long as it can coat the surface made of metal, metal oxide or metal hydroxide.
  • the topcoat can be made of a material selected from the group consisting of silicon dioxide (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium nitride (TiN) And silicon nitride (SiN) may be deposited to form a transparent thin film.
  • the average thickness of the top coat may be 50 nm to 2 ⁇ ⁇ , and specifically 50 nm to 1.5 ⁇ ⁇ , 50 nm to 1 ⁇ ⁇ , 100 nm to 2 ⁇ ⁇ , 100 nm to 1.5 ⁇ ⁇ , 150 nm to 1 ⁇ ⁇ , 500 nm to 1 ⁇ ⁇ , 500 nm to 2 ⁇ ⁇ , 750 nm to 1 ⁇ ⁇ , 750 nm to 2 ⁇ ⁇ , 1 ⁇ ⁇ to 2 ⁇ ⁇ , 1 ⁇ ⁇ to 1.5 ⁇ ⁇ , 50 nm 50 nm to 500 nm, 50 nm to 300 nm, 50 nm to 150 nm, 100 nm to 500 nm, 200 nm to 600 nm, 500 nm to 900 nm, or 80 nm to 500 nm, Lt; / RTI > By adjusting the average thickness of the top coating layer to the above thickness, it is possible
  • the metal layer may include at least one of aluminum (Al), magnesium (Mg), chromium (Cr), titanium (Ti), gold (Au), molybdenum (Mo), silver (Ag), manganese (Mn), zirconium At least one metal selected from the group consisting of palladium (Pd), platinum (Pt), cobalt (Co), cadmium (Cd), nickel (Ni) and copper (Cu)
  • the surface hardness of the stainless steel substrate is 110 Hv or more based on 500 g of Vickers hardness.
  • the method for coloring a substrate according to the present invention comprises sequentially laminating a glass layer, a metal layer and a top coating layer on a stainless substrate.
  • the step of forming the glass layer, the metal layer, and the top coating layer formed on the stainless steel substrate may be applied without any particular limitations as long as it is a commonly used method for depositing metal compounds or metals in the art.
  • the step of forming the glass layer, the metal layer and the top coating layer may be performed by a vapor deposition method such as chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), atomic layer deposition (ALD), or the like.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the glass layer or top coat layer can be performed by plasma chemical vapor deposition (PECVD), which is a type of chemical vapor deposition (CVD), atmospheric plasma, etc., and the metal layer is a type of physical vapor deposition Sputtering or the like.
  • PECVD plasma chemical vapor deposition
  • the vapor depositions have the advantage of being able to uniformly form a thin film on the surface as well as to easily adjust the average thickness of the thin film deposited according to the deposition time.
  • the performing temperature of the vapor deposition may be a temperature at which each layer to be formed can be uniformly formed.
  • the temperature may be 20 to 1,500 ° C, more specifically, 20 to 1,400 ° C, 20 to 1,300 ° C, 20 to 1000 ⁇ ⁇ , 20 to 900 ⁇ ⁇ , 20 to 750 ⁇ ⁇ , 20 to 500 ⁇ ⁇ , 300 to 600 ⁇ ⁇ , 400 to 800 ⁇ ⁇ , 500 to 1,000 ⁇ ⁇ , 750 to 1,500 ⁇ ⁇ , 750 to 750 ⁇ ⁇ , 20 to 100 ⁇ ⁇ , 20 to 200 ⁇ ⁇ , 100 to 200 ⁇ ⁇ , 100 to 300 ⁇ ⁇ , 200 to 1000 ⁇ ⁇ , 1,000 to 1,500 ⁇ ⁇ , 1,000 to 1,500 ⁇ ⁇ , 20 to 40 ⁇ ⁇ , 500 < 0 > C or 200-400 < 0 > C.
  • the vapor deposition may be performed at a rate of 0.5 nm / min to 1,500 nm / min, specifically 0.5 nm / min to 10 nm / min; 10 nm / min to 100 nm / min; 50 nm / min to 150 nm / min; 100 nm / min to 500 nm / min; 400 nm / min to 600 nm / min; 500 nm / min to 1000 nm / min; 750 nm / min to 1000 nm / min; Or 900 nm / min to 1500 nm / min.
  • the present invention optimizes the density of each layer deposited by adjusting the temperature and the deposition rate during the deposition so that various colors can be realized without deteriorating the texture and gloss of the metal, and the interlayer adhesion can be increased.
  • the time for depositing the metal layer may be 5 seconds to 500 seconds, and more specifically 5 seconds to 400 seconds, 5 seconds to 300 seconds, 5 seconds to 200 seconds, 5 seconds to 100 seconds, 5 seconds to 60 seconds, 5 5 seconds to 15 seconds, 10 seconds to 60 seconds, 50 seconds to 120 seconds, 100 seconds to 200 seconds, 150 seconds to 300 seconds, 200 seconds to 400 seconds, or 5 seconds to 35 seconds.
  • the present invention can appropriately control the average thickness of the metal layer by adjusting the deposition time of the metal layer to the above range.
  • the average thickness of the metal layer may be 10 +/- 2 nm and performed for 30 +/- 2 seconds
  • the average thickness of the metal layer may be 15 +/- 2 nm.
  • the method of coloring a substrate according to the present invention may further include a step of pretreating the surface of the stainless steel substrate before the step of forming the glass layer.
  • the step of pretreating the surface of the stainless steel substrate is a step of treating the surface of the stainless steel substrate with an alkaline cleaning liquid to remove contaminants remaining on the surface or polishing the surface before immersing the stainless steel substrate in the hydroxide solution.
  • the alkaline cleaning liquid is not particularly limited as long as it is commonly used in the art for cleaning the surfaces of metals, metal oxides or metal hydroxides.
  • the polishing may be performed by buffing, polishing, blasting or electrolytic polishing, but is not limited thereto.
  • contaminants and scales present on the surface of the stainless steel substrate can be removed, and the glass layer formation rate can be controlled through the surface energy and / or the surface state of the surface, specifically by changing the microstructure of the surface.
  • the pretreatment step may be a step of performing a surface treatment for increasing the surface strength of stainless steel.
  • the surface treatment step for increasing the surface strength of stainless steel include a nitriding treatment performed at a high temperature of, for example, 500 DEG C, but the present invention is not limited thereto.
  • Such a surface treatment may be performed by a conventional method .
  • Stainless steel (STS, surface hardness: 270 ⁇ 5 Hv) of 6 cm ⁇ 3 cm ⁇ 0.4 T was prepared, the prepared substrate was fixed to a dry evaporator, and then chemical vapor deposition (CVD) was performed at 300 ⁇ 5 ° C. It was deposited by a silicon oxide (SiO 2).
  • RF / DC sputtering is continuously performed at a temperature of 20 ⁇ 5 ° C to deposit a metal layer, and further chemical vapor deposition (CVD) is performed at a temperature of 300 ⁇ 5 ° C to deposit silicon oxide (SiO 2 ) ≪ / RTI > At this time, the thicknesses of the respective layers and the types of the metal layers are as shown in Table 1 below.
  • Example 1 80 ⁇ 2 nm Chromium (Cr) 20 ⁇ 2 seconds 1,000 ⁇ 2 nm
  • Example 2 80 ⁇ 2 nm Chromium (Cr) 30 ⁇ 2 seconds 1,000 ⁇ 2 nm
  • Example 3 150 ⁇ 2 nm Chromium (Cr) 30 ⁇ 2 seconds 1,000 ⁇ 2 nm
  • Example 4 80 ⁇ 2 nm Titanium (Ti) 30 ⁇ 2 seconds 1,000 ⁇ 2 nm
  • Example 5 170 ⁇ 2 nm Aluminum (Al) 30 ⁇ 2 seconds 1,000 ⁇ 2 nm
  • Stainless steel (STS, surface hardness: 270 ⁇ 5 Hv) of 6 cm ⁇ 3 cm ⁇ 0.4 T was prepared, the prepared substrate was fixed to a dry evaporator, and then chemical vapor deposition (CVD) was performed at 300 ⁇ 5 ° C. It was deposited by a silicon oxide (SiO 2). Then, RF / DC sputtering was continuously performed at a temperature of 20 ⁇ 5 ° C to deposit a metal layer to obtain a color-developed substrate. At this time, the thickness of each layer and the kind of the metal layer are as shown in Table 2 below.
  • a coloring substrate was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that stainless steel (STS) having a surface hardness of 150 +/- 5 Hv was used.
  • STS stainless steel
  • the surfaces of the color-producing substrates obtained in Examples 1, 2 and 5 and Comparative Examples 1 and 4 were visually evaluated.
  • arbitrary three points, A to C, present on each surface of the coloring substrate and the untreated stainless substrate obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were selected,
  • the color coordinate D65 was measured to obtain an average color coordinate deviation.
  • the color coordinate deviation (DELTA E *) is derived using the following equation (1), and the color coordinate deviation (DELTA E *) of each substrate showing the color uniformity of the developed substrate is shown in Table 3.
  • the coloring substrate according to the present invention is uniformly realized with high coloring power on the surface while maintaining the metallic texture and gloss.
  • the hue embodied in the color-developing substrate obtained in Examples 1 and 2 was clearly colored in blue and yellow according to the average thickness of the metal layer.
  • the coloring substrate of Comparative Example 1 had a slight color hue, and it was difficult to visually confirm the color difference with the stainless steel substrate which was not subjected to the coloring treatment.
  • the coloring substrates of Examples 1 and 2 had color coordinate deviations of 0.25? L * ⁇ 0.45, 0.05 ⁇ ? A * ⁇ 0.25, and 0.45 ⁇ ? B * ≪ 0.65, and a deviation of color between the colors realized on the surface was found to be small, indicating a color coordinate deviation of 0.6 ⁇ This means that a single color implemented on the color substrate surface is implemented very uniformly.
  • the coloring substrate of Comparative Example 4 which has the same composition and average thickness as the glass layer and the top coat layer but does not include the metal layer, exhibits unclear pink rather than clear yellow.
  • the metal layer minimizes the additional interference of the incident light due to the top coating layer even though the top coat layer is included in the outermost layer so that the change in hue realized on the surface is remarkably small, The interference of the incident light due to the top coating layer is generated and the color hue realized on the surface is changed into another series of hue having low sharpness and / or coloring power.
  • Example 4 The chromogenic substrate obtained in Example 4 and Comparative Example 3 was uniformly sprayed with salt water at 5% by weight using a salt water spray tester at 35 DEG C, and the degree of discoloration due to salt water corrosion was visually confirmed after 72 hours of salt water spraying. The results are shown in Fig.
  • the color substrate according to the present invention has excellent corrosion resistance by including a top coating layer containing a metal oxide at the outermost periphery.
  • the coloring substrate of Example 4 including a top coating layer containing a metal oxide at the outermost surface was visually observed to have a discolored area of less than 1% of the total area because discoloration did not occur before and after spraying with salt water.
  • the coloring substrate of Comparative Example 3 which does not include the top coating layer was corroded due to brine and discolored about 10 to 30% of the total area.
  • the coloring substrate according to the present invention includes a stainless steel substrate having a high surface hardness and thus has excellent abrasion resistance.
  • the color substrate of Example 3 including the top coat layer on the surface was found to have an average depth and width of scratches close to 0 ⁇ 0.1 ⁇ ⁇ and 0 ⁇ 0.1 mm since the scratch resistance was not improved due to the improved abrasion resistance.
  • Comparative Example 2 which did not include the top coating layer, showed clear scratches on the surface, wherein the average depth and width of the scratches were 3 ⁇ 0.1 ⁇ m and 0.13 ⁇ 0.1 mm, respectively.
  • the coloring substrates of Comparative Examples 2 and 5 did not include a topcoat layer, and in Comparative Example 5 including a stainless steel substrate having a sharp scratch but a low surface hardness, the average depth and width of scratches were 6.6. + -. 0.1 .mu.m and 0.36. + -. 0.1 .mu.m, respectively, than the coloring substrate of Comparative Example 2.
  • This means that the surface hardness of the outermost layer formed on the surface is also increased when the surface hardness of the stainless base substrate as the base substrate is increased, thereby improving the abrasion resistance of the color substrate.
  • the color-developing substrate according to the present invention includes a stainless steel substrate having a high surface hardness together with a top coating layer, thereby remarkably excelling in abrasion resistance.
  • the coloring substrate according to the present invention can be manufactured by sequentially laminating a thin glass layer, a metal layer, and a top coating layer on a stainless steel substrate having a high surface hardness, so as to maintain the unique texture and gloss of the stainless steel substrate, And can exhibit excellent abrasion resistance and corrosion resistance without color discoloration implemented on the surface at the same time.
  • the color substrate can be easily thinned as compared with a conventional color substrate, it can be advantageously used in the field of electric and electronic parts such as a building exterior material, a car interior, and a mobile product frame in which a metal material is used.
  • the coloring substrate according to the present invention can uniformly realize various colors on the surface with high coloring power while maintaining the inherent texture and gloss of the stainless steel substrate and has an advantage of exhibiting excellent abrasion resistance and corrosion resistance without discoloration of color realized on the surface.
  • the color substrate can be easily thinned as compared with a conventional color substrate, it can be advantageously used in the field of electric and electronic parts such as a building exterior material, a car interior, and a mobile product frame in which a metal material is used.

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Abstract

본 발명은 스테인레스 발색 기판 및 이를 위한 스테인레스 기판의 발색 방법에 관한 것으로, 상기 발색 기판은 표면 경도가 높은 스테인레스 기재 상에 얇은 두께의 글래스층, 금속층 및 탑코팅층을 순차적으로 적층시킴으로써 스테인레스 기재의 고유 질감 및 광택을 유지하면서 표면에 다양한 색상을 높은 발색력으로 균일하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 표면에 구현된 색상의 변색 없이 우수한 내마모성 및 내식성을 나타내는 이점이 있다. 또한, 상기 발색 기판은 종래 발색 기판과 대비하여 박형화가 용이하므로 금속 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기전자 부품소재 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

내마모성 및 발색력이 우수한 스테인레스 발색 기판 및 이를 위한 스테인레스 기판의 발색방법
본 발명은 내마모성 및 발색력이 우수한 스테인레스 발색 기판 및 이를 위한 스테인레스 기판의 발색 방법에 관한 것이다.
가전 및 통신기기가 빠른 속도로 발전하면서 휴대용 전자기기에 대한 산업이 주목받고 있는 가운데 휴대용 전자기기의 디자인을 좌우하는 외장재에 대한 관심이 높아지고 있다. 최근에는 금속 질감을 나타내는 소재를 휴대용 전자기기의 외장재로 사용하는 것이 트렌드가 되면서 금속 질감을 유지하면서 소재 표면에 다양한 색상을 구현하는 기술에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.
그 예로서, KR 10-2015-0076352 및 KR 10-2006-0031744는 발색 글래스층인 산화막 또는 수산화 글래스층을 스테인레스 기재 또는 마그네슘 기재 표면에 각각 형성하고, 형성된 발색 글래스층의 두께에 따라 다양한 색상을 구현하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 현재까지 개발된 기술들은 금속 기재 표면에 색상을 구현하기 위해 500 nm 이상의 충분한 두께를 갖는 발색 글래스층을 형성하거나 2 이상의 층을 반복 적층하여야 하므로, 400nm 미만의 낮은 두께로 글래스층을 형성하거나 반복 적층되는 층수가 낮을 경우 표면에 색상이 구현은 되나 그 정도가 미미하여 심미적 효과가 떨어지는 문제가 있다. 또한, 금속 기재 상에 충분한 두께의 발색 글래스층을 형성하더라도, 기판의 내마모성이나 내식성을 개선하기 위해 탑코트층을 추가 형성할 경우 기재 상에 적층되는 전체 층의 두께가 두꺼워지므로 기재의 박형화가 어렵고, 내구성이 낮아 적층된 박막이 금속 기재로부터 벗겨지는 한계가 있다.
따라서, 금속 기재의 금속 질감 및 광택을 유지하면서 얇은 두께의 발색 글래스층을 포함하더라도 표면에 다양한 색상을 높은 발색력으로 균일하게 구현할 수 있고, 내마모성이나 내식성 등이 우수한 발색 기판의 개발이 절실히 요구되고 있다.
이에, 본 발명의 목적은 스테인레스 기재의 금속 질감 및 광택을 유지하면서 얇은 두께의 발색 글래스층을 포함하더라도 다양한 색상을 높은 발색력으로 균일하게 표면에 구현할 수 있고, 내마모성 및 내식성이 우수한 발색 기판 및 이를 위한 기판의 발색방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 일실시예에서,
스테인레스 기재, 글래스층, 금속층 및 탑코팅층이 순차적으로 적층된 구조를 갖고;
상기 금속층은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 망간(Mn), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 그 이온을 포함하며,
상기 스테인레스 기재의 표면 경도는 비커스 경도 500g 기준으로 110Hv 이상인 것을 특징으로 하는 발색 기판을 제공한다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
스테인레스 기재 상에 글래스층을 형성하는 단계;
형성된 글래스층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및
형성된 금속층 상에 탑코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 상기 금속층은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 망간(Mn), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 그 이온을 포함하며,
상기 스테인레스 기재의 표면 경도는 비커스 경도 500g 기준으로 110Hv 이상인 것을 특징으로 하는 기판의 발색방법을 제공한다.
본 발명에 따른 발색 기판은 스테인레스 기재의 고유 질감 및 광택을 유지하면서 표면에 다양한 색상을 높은 발색력으로 균일하게 구현할 수 있고, 표면에 구현된 색상의 변색 없이 우수한 내마모성 및 내식성을 나타내는 이점이 있다. 또한, 상기 발색 기판은 종래 발색 기판과 대비하여 박형화가 용이하므로 금속 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기전자 부품소재 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발색 기판의 적층 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 CIE 색표계를 나타낸 이미지이다.
도 3은 탑코팅층의 포함여부에 따른 발색 기판의 염수분무 시험 결과를 도시한 이미지이다.
도 4 내지 8은 본 발명에 따른 발색 기판의 내마모성 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명에서 사용되는 "색좌표"란, CIE(국제조명위원회, Commission International de l'Eclairage)에서 규정한 색상 값인 CIE Lab 색 공간(도 2에 도시)에서의 좌표를 의미하며, CIE 색 공간에서의 임의의 위치는 L*, a*, b* 3가지 좌표값으로 표현될 수 있다.
여기서, L* 값은 밝기를 나타내는 것으로 L*=0 이면 흑색(black)을 나타내며, L*=100 이면 백색(white)을 나타낸다. 또한, a* 값은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 적색(pure magenta)과 순수한 녹색(pure green) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타내며, b* 값은 해당 색좌표를 갖는 색이 순수한 황색(pure yellow)과 순수한 청색(pure blue) 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타낸다.
구체적으로, 상기 a* 값은 -a 내지 +a의 범위를 가지며, a*의 최대값(a* max)은 순수한 적색(pure magenta)을 나타내며, a*의 최소값(a* min)은 순수한 녹색(pure green)을 나타낸다. 예를 들어, a* 값이 음수이면 순수한 녹색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 적색에 치우친 색상을 의미한다. a*=80와 a*=50를 비교하였을 때, a*=80이 a*=50보다 순수한 적색에 가깝게 위치함을 의미한다. 이와 더불어, 상기 b* 값은 -b 내지 +b의 범위를 가진다. b*의 최대값(b* max)은 순수한 황색(pure yellow)을 나타내며, b*의 최소값(b* min)은 순수한 청색(pure blue)을 나타낸다. 예를 들어, b* 값이 음수이면 순순한 황색에 치우친 색상이며, 양수이면 순수한 청색에 치우친 색상을 의미한다. b*=50와 b*=20를 비교하였을 때, b*=50이 b*=20보다 순수한 황색에 가깝게 위치함을 의미한다.
또한, 본 발명에서, "색편차" 또는 "색좌표 편차"란, CIE Lab 색 공간에서의 두 색간의 거리를 의미한다. 즉, 거리가 멀면 색상의 차이가 크게 나는 것이고 거리가 가까울수록 색상의 차이가 거의 없다는 것을 의미하며, 이는 하기 수학식 1로 나타내는 ΔE*로 표시할 수 있다:
[수학식 1]
Figure PCTKR2018016304-appb-I000001
나아가, 본 발명에서, 단위 "T"는, 스테인레스 기재의 두께를 나타내는 것으로서, 단위 "mm"와 동일할 수 있다.
본 발명은 내마모성 및 발색력이 우수한 스테인레스 발색 기판 및 이를 위한 스테인레스 기판의 발색 방법에 관한 것이다.
가전 및 통신기기가 빠른 속도로 발전하면서 휴대용 전자기기에 대한 산업이 주목받고 있는 가운데 휴대용 전자기기의 디자인을 좌우하는 외장재에 대한 관심이 높아지고 있다. 최근에는 금속 질감을 나타내는 소재를 휴대용 전자기기의 외장재로 사용하는 것이 트렌드가 되면서 금속 질감을 유지하면서 소재 표면에 다양한 색상을 구현하는 기술에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.
그러나, 현재까지 개발된 기술들은 금속 기재 표면에 색상을 구현하기 위해 500㎚ 이상의 충분한 두께를 갖는 발색 글래스층을 형성하거나 2 이상의 층을 반복 적층하는 구성을 갖는다. 즉, 금속 기재 표면에 400nm 미만의 낮은 두께로 글래스층을 형성하거나, 반복 적층되는 층수가 낮을 경우 색상이 구현은 되나 그 정도가 미미하여 심미적 효과가 떨어지는 문제가 있다. 또한, 금속 기재 상에 충분한 두께의 발색 글래스층을 형성하더라도, 기판의 내식성을 개선하기 위해 탑코트층을 추가 형성할 경우 기재 상에 적층되는 전체 층의 두께가 두꺼워지므로 기재의 박형화가 어렵고, 내마모성이 낮아 표면에 힘이 가해질 경우 스크래치가 강하게 남거나 적층된 박막이 금속 기재로부터 벗겨지는 한계가 있다.
이에, 본 발명은 내마모성 및 발색력이 우수한 스테인레스 발색 기판 및 이를 위한 스테인레스 기판의 발색 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 발색 기판은 표면 경도가 높은 스테인레스 기재 상에 얇은 두께의 글래스층, 금속층 및 탑코팅층을 순차적으로 적층시킴으로써 스테인레스 기재의 고유 질감 및 광택을 유지하면서 표면에 다양한 색상을 높은 발색력으로 균일하게 구현할 수 있고, 표면에 구현된 색상의 변색 없이 우수한 내마모성 및 내식성을 나타내는 이점이 있다. 또한, 상기 발색 기판은 종래 발색 기판과 대비하여 박형화가 용이하므로 금속 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기전자 부품소재 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
스테인레스 발색 기판
본 발명은 일실시예에서,
스테인레스 기재, 글래스층, 금속층 및 탑코팅층이 순차적으로 적층된 구조를 갖고;
상기 금속층은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 망간(Mn), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 그 이온을 포함하며,
상기 스테인레스 기재의 표면 경도는 비커스 경도 500g 기준으로 110Hv 이상인 것을 특징으로 하는 발색 기판을 제공한다.
본 발명에 따른 발색 기판은 스테인레스 기재 상에 글래스층, 금속층 및 탑코팅층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있고, 이러한 적층 구조는 스테인레스 기재의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.
상기 발색 기판은 표면 경도가 높은 스테인레스 기재 상에 글래스층 및 금속층을 순차적으로 형성함으로써 글래스층과 금속층의 두께에 따라 높은 발색력으로 균일하게 다양한 색상을 구현할 수 있고, 표면 색상의 변색 없이 기판의 내마모성과 내식성을 향상시킬 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 발색 기판은 내마모성 평가 시, 평균 직경 6±0.1 ㎜을 갖는 볼을 이용하여 5±0.1N의 하중, 1 Hz의 속도로 탑코팅층 표면을 1회 긁는 경우 표면에 발색되는 긁힘(scratch)의 평균 깊이가 3㎛ 이하이고, 평균 너비가 0.1㎜ 이하일 수 있다. 구체적으로 긁힘의 평균 깊이는 3㎛ 이하, 2.5㎛ 이하, 2㎛ 이하, 1.5㎛ 이하, 1㎛ 이하, 0.9㎛ 이하, 0.8㎛ 이하, 0.7㎛ 이하, 0.6㎛ 이하, 0.5㎛ 이하, 0.4㎛ 이하, 0.3㎛ 이하, 0.2㎛ 이하, 0.1㎛ 이하, 0.05㎛ 이하, 0.01㎛ 이하 또는 0.01㎛ 내지 1㎛일 수 있고, 평균 너비는 0.075㎜ 이하, 0.05㎜ 이하, 0.025㎜ 이하, 또는 0.01㎜ 이하일 수 있다. 또한, 상기 발색 기판은 평균 직경 6±0.1 ㎜을 갖는 볼을 이용하여 20±0.1N의 하중, 1 Hz의 속도로 탑코팅층 표면을 1회 긁는 경우 표면에 발색되는 긁힘(scratch)의 평균 깊이가 5㎛ 이하이고, 평균 너비가 0.3㎜ 이하일 수 있고, 보다 구체적으로는 평균 깊이가 4㎛ 이하 또는 3.5㎛ 이하이고, 평균 너비가 0.25㎜ 이하 또는 0.2㎜ 이하일 수 있다.
이때, 글래스층 및 금속층이 형성되지 않은 순수한 스테인레스 기재의 표면 경도는 비커스 경도 500g 기준으로 110Hv 이상일 수 있고, 구체적으로는 비커스 경도 500g 기준으로 120Hv 이상, 130Hv 이상, 140Hv 이상, 150Hv 이상, 180Hv 이상, 120Hv 내지 500Hv, 120Hv 내지 400Hv, 120Hv 내지 350Hv, 120Hv 내지 300Hv, 120Hv 내지 250Hv, 120Hv 내지 220Hv, 120Hv 내지 180Hv, 150Hv 내지 200Hv, 150Hv 내지 250Hv, 150Hv 내지 300Hv, 180Hv 내지 200Hv, 180Hv 내지 220Hv, 180Hv 내지 250Hv, 180Hv 내지 300Hv, 180Hv, 350Hv, 180Hv 내지 400Hv, 180Hv 내지 450Hv, 200Hv 내지 300Hv, 200Hv 내지 350Hv, 200Hv 내지 400Hv, 220Hv 내지 300Hv, 220Hv 내지 350Hv, 220Hv 내지 400Hv, 230Hv 내지 300Hv 내지 350Hv, 300Hv 내지 400Hv, 350Hv 내지 450Hv 또는 220Hv 내지 250Hv일 수 있다. 본 발명은 금속 기재인 스테인레스 기재의 표면 경도를 상기 범위로 제어함으로써 기재 표면에 적층되는 글래스층, 금속층 및 탑코팅층의 표면 경도를 보다 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 발색 기판의 내마모성을 개선할 수 있다.
다른 하나의 예로서 본 발명에 따른 발색 기판은 내식성 평가 시 전체 면적에 대한 부식된 면적의 비율이 5% 이하, 구체적으로는 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하 또는 1% 이하일 수 있고, 경우에 따라서는 부식이 진행되지 않아 부식된 면적의 비율이 0%에 가까울 수 있다. 본 발명은 염수분무 시험법(SST, Salt Spray Tester)을 이용하여 발색 기판에 35℃, 5 중량%의 염수를 고르게 분사한 후 35℃에서 72시간 동안 방치하면서 24시간 간격으로 표면을 육안으로 평가하였다. 그 결과, 상기 기판은 염수 분무 이후 72시간 동안 방치되어도 부식이 방지되어 부식되거나 표면 색상이 변색된 면적이 전체 면적의 5% 미만인 것으로 확인되었다. 이는, 발색 기판의 최외각에 형성된 탑코팅층이 발색 기판의 내식성을 향상시켜 염수 부식에 대한 내성이 개선됨을 의미하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 발색 기판(100)의 구조를 나타낸 단면도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 발색 기판(100)의 각 구성성분을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 상기 스테인레스 기재(101)는 기판의 베이스로서 전기전자 제품소재 분야에서 프레임으로 사용될 수 있고, 철(Fe)을 주성분으로 포함하는 기재라면 특별히 제한되지 않는다. 여기서, "주성분으로 한다"란 기재 전체 중량에 대하여 90 중량부 이상, 95 중량부 이상, 96 중량부 이상, 97 중량부 이상, 98 중량부 이상 또는 99 중량부 이상 포함되는 것을 의미한다. 상기 스테인레스 기재(101)로는 예를 들어, 스테인레스 스틸(STS)이나 스테인레스 합금 등일 수 있고, 발색 기판(100)의 발색 처리 이전 상태로서 기판의 기본 골격 및 물성을 결정하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 스테인레스 기재(101)는 높은 표면 경도를 가질 수 있다. 본 발명은 표면 경도가 높은 스테인레스 기재(101)를 금속 기재로 포함함으로써 종래 마그네슘(표면경도: 비커스 경도 500 g 기준 50~60Hv)과 같은 연질 금속을 사용한 경우와 비교하여 금속 기재 표면에 적층되는 박막의 경도를 현저히 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 발색 기판의 내마모성이 개선할 수 있다.
이때, 상기 스테인레스 기재(101)의 표면 경도는 비커스 경도 500g 기준으로 120Hv 이상, 130Hv 이상, 140Hv 이상, 150Hv 이상, 180Hv 이상, 120Hv 내지 500Hv, 120Hv 내지 400Hv, 120Hv 내지 350Hv, 120Hv 내지 300Hv, 120Hv 내지 250Hv, 120Hv 내지 220Hv, 120Hv 내지 180Hv, 150Hv 내지 200Hv, 150Hv 내지 250Hv, 150Hv 내지 300Hv, 180Hv 내지 200Hv, 180Hv 내지 220Hv, 180Hv 내지 250Hv, 180Hv 내지 300Hv, 180Hv, 350Hv, 180Hv 내지 400Hv, 180Hv 내지 450Hv, 200Hv 내지 300Hv, 200Hv 내지 350Hv, 200Hv 내지 400Hv, 220Hv 내지 300Hv, 220Hv 내지 350Hv, 220Hv 내지 400Hv, 230Hv 내지 300Hv 내지 350Hv, 300Hv 내지 400Hv, 350Hv 내지 450Hv 또는 220Hv 내지 250Hv일 수 있다. 스테인레스 기재(101)의 표면 경도는 스테인레스 조성에 따라 제어할 수 있으며, 경우에 따라서는 글래스층 형성 이전에 표면 처리를 수행하여 적절하게 조절할 수도 있다.
다음으로, 상기 글래스층(102)은 스테인레스 기재(101) 상에 입사되는 광의 성질을 변화시켜 그 평균 두께에 따라 다양한 색상(hue)을 균일하게 구현하는 역할을 수행한다.
이때, 상기 글래스층(102)은 높은 굴절률을 갖는 투명 글래스층으로 금속 화합물을 포함하는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 글래스층(102)은 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 질화티타늄(TiN), 질화알루미늄(AlN) 및 질화규소(SiN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 화합물을 포함하는 투명 글래스층일 수 있다.
또한, 상기 글래스층(102)은 특정 두께를 가짐으로써 글래스층(102) 상에 형성되는 금속층(103)과 함께 입사광의 간섭을 유도하여 금속 고유의 질감을 유지하면서 의도한 색상(hue)을 표면에 균일하게 구현할 수 있다. 여기서, 상기 글래스층(102)의 평균 두께는 10 ㎚ 내지 400 ㎚일 수 있으며, 구체적으로는 10 ㎚ 내지 350 ㎚, 10 ㎚ 내지 300 ㎚, 10 ㎚ 내지 250 ㎚, 10 ㎚ 내지 200 ㎚, 10 ㎚ 내지 150 ㎚, 10 ㎚ 내지 100 ㎚, 10 ㎚ 내지 50 ㎚, 50 ㎚ 내지 350 ㎚, 100 ㎚ 내지 350 ㎚, 150 ㎚ 내지 350 ㎚, 200 ㎚ 내지 400 ㎚, 250 ㎚ 내지 350 ㎚, 300 ㎚ 내지 350 ㎚, 300 ㎚ 내지 400 ㎚, 100 ㎚ 내지 200 ㎚, 200 ㎚ 내지 300 ㎚, 10 ㎚ 내지 90 ㎚, 30 ㎚ 내지 90 ㎚, 50 ㎚ 내지 90 ㎚, 100 ㎚ 내지 150 ㎚, 150 ㎚ 내지 200 ㎚, 220 ㎚ 내지 290 ㎚, 230 ㎚ 내지 270 ㎚, 190 ㎚ 내지 210 ㎚, 130 ㎚ 내지 170 ㎚, 110 ㎚ 내지 140 ㎚, 210 ㎚ 내지 230 ㎚, 60 ㎚ 내지 80 ㎚ 또는 60 ㎚ 내지 90 ㎚일 수 있다.
다음으로, 금속층(103)은 글래스층(102) 상에 위치하여 글래스층(102)에 의해 구현된 색상(hue)을 조율(tunning)하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속층(103)은 글래스층에 의해 간섭된 입사광을 시프트(shift)시킴으로써 박막에 의해 구현되는 색상(hue)을 변화시킴과 동시에 구현된 색상의 발색력을 강화시킬 수 있다. 예를 들어, 표면에 산화규소(SiO2)를 포함하는 글래스층(102)을 80±2㎚의 평균 두께로 형성한 스테인레스 기재(101)를 2개 준비하고, 글래스층(102) 상에 금속층(103)을 형성하되 금속층(103)의 평균 두께를 각각 10±2㎚ 및 15±2㎚로 조절하는 경우, 금속층(103)의 평균 두께가 10±2㎚인 기재는 청색(blue)이 강하게 발색되는 반면 금속층(103)의 평균 두께가 15±2㎚인 기재는 황색(yellow)이 강하게 발색될 수 있다. 이는 금속층(103)의 평균 두께에 따라 글래스층(102)에 의해 유도되는 발색 색상(hue)이 변화됨을 의미하는 것이다.
아울러, 발색 기판(100)의 내마모성 및 내식성을 향상시키기 위해 탑코팅층(104)을 최외각에 도입 시 발생되는 입사광의 추가 간섭을 최소화함으로써 표면에 구현된 색상(hue)이 변색되는 것을 방지할 수 있다.
하나의 예로서, 스테인레스 기재 상에 평균 두께가 170±2㎚인 글래스층과 동일 성분을 포함하고 평균 두께가 500±2㎚인 탑코팅층을 포함하되 이들 사이에 일정 두께의 금속층을 도입하는 경우 표면에는 선명한 황색(clear yellow)이 구현된다. 그러나, 금속층을 도입하지 않는 경우 발색 기판의 표면에는 탁한 분홍색(unclear pink)이 구현된다. 이는 글래스층 상에 금속층을 포함하는 경우 최외각층에 탑코팅층을 포함하더라도 금속층이 탑코팅층으로 인한 입사광의 추가 간섭을 최소화시킴으로써 표면에 구현된 색상(hue)의 변화가 현저히 적으나, 금속층을 포함하지 않는 경우 탑코팅층으로 인한 입사광의 간섭이 발생되어 표면에 구현된 색상(hue)이 선명도 및/또는 발색력 등이 낮은 다른 계열의 색상(hue)으로 변색됨을 의미한다.
여기서, 상기 금속층(103)은 글래스층(102)에 의해 구현되는 색상(hue)을 조율할 수 있고, 탑코팅층(104)으로 인한 발색광의 파장 이동(shift)을 최소화할 수 있는 두께로 적용될 수 있다. 구체적으로, 상기 상기 금속층(103)의 평균 두께는 5 ㎚ 내지 50 ㎚일 수 있으며, 보다 구체적으로는 5 ㎚ 내지 40 ㎚; 5 ㎚ 내지 30 ㎚; 5 ㎚ 내지 20 ㎚; 5 ㎚ 내지 10 ㎚; 10 ㎚ 내지 20 ㎚; 20 ㎚ 내지 30 ㎚; 15 ㎚ 내지 18 ㎚; 8 ㎚ 내지 12 ㎚; 11 ㎚ 내지 16 ㎚; 25 ㎚ 내지 50 ㎚; 15 ㎚ 내지 18 ㎚; 18 ㎚ 내지 25 ㎚; 19 ㎚ 내지 22 ㎚; 20 ㎚ 내지 23 ㎚; 또는 9 내지 23 ㎚일 수 있다. 본 발명은 금속층(103)의 평균 두께를 상기 범위로 조절함으로써 발색 기판(100)의 발색력을 향상시킬 수 있으므로 발색력 향상을 위해 두께가 400㎚를 초과하는 글래스층(102)이 요구되지 않고 (발색 기판의 '박형화' 가능), 금속층(103)의 광투과도가 저하하는 것을 방지할 수 있으며, 최외각에 형성되는 탑코팅층(104)으로 인한 입사광의 추가 간섭을 최소화하여 표면에 구현된 색상의 변화를 최소화할 수 있다.
또한, 상기 금속층(103)은 글래스층(102)에 의해 구현된 색상(hue)을 강화시킬 수 있고, 탑코팅층(104)으로 인해 발생되는 입사광의 추가 간섭을 최소화하여 표면에 구현된 색상(hue)이 유지할 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속층(103)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 망간(Mn), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 금속층(103)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다.
마지막으로, 탑코팅층은 금속층 상에 형성되어 발색 기판의 내마모성은 물론 내식성을 향상시키는 기능을 갖는다.
이때, 상기 탑코트는 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물로 이루어진 표면을 코팅할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있다. 하나의 예로서, 상기 탑코트는 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 질화티타늄(TiN), 질화알루미늄(AlN) 및 질화규소(SiN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물이 증착되어 형성되는 투명 박막일 수 있다.
또한 상기 탑코트의 평균 두께는 50㎚ 내지 2㎛일 수 있으며, 구체적으로는 50㎚ 내지 1.5㎛, 50㎚ 내지 1㎛, 100㎚ 내지 2㎛, 100㎚ 내지 1.5㎛, 150㎚ 내지 1㎛, 200㎚ 내지 1㎛, 400㎚ 내지 1㎛, 500㎚ 내지 1㎛, 500㎚ 내지 2㎛, 750㎚ 내지 1㎛, 750㎚ 내지 2㎛, 1㎛ 내지 2㎛, 1㎛ 내지 1.5㎛, 50㎚ 내지 900㎚, 50㎚ 내지 750㎚, 50㎚ 내지 500㎚, 50㎚ 내지 300㎚, 50㎚ 내지 150㎚, 100㎚ 내지 500㎚, 200㎚ 내지 600㎚, 500㎚ 내지 900㎚, 또는 80㎚ 내지 120㎚일 수 있다. 본 발명은 탑코팅층의 평균 두께를 상기 두께로 조절함으로서 금속 고유의 질감이 저감되는 것을 방지할 수 있고, 발색 기판의 내식성 및 내마모성을 현저히 향상시킬 수 있다.
스테인레스 기판의 발색방법
또한, 본 발명은 일실시예에서,
스테인레스 기재 상에 글래스층을 형성하는 단계;
형성된 글래스층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및
형성된 금속층 상에 탑코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 상기 금속층은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 망간(Mn), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 그 이온을 포함하며,
상기 스테인레스 기재의 표면 경도는 비커스 경도 500g 기준으로 110Hv 이상인 것을 특징으로 하는 기판의 발색방법을 제공한다.
본 발명에 따른 기판의 발색방법은 스테인레스 기재 상에 글래스층, 금속층 및 탑코팅층을 순차적으로 적층하는 단계를 포함한다.
이때, 스테인레스 기재 상에 형성되는 글래스층, 금속층 및 탑코팅층을 형성하는 단계는 당업계에서 금속 화합물 내지는 금속의 증착 시 통상적으로 사용되고 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있다. 구체적으로, 글래스층, 금속층 및 탑코팅층을 형성하는 단계는, 화학적 증기 증착(CVD), 물리적 증기 증착(PVD), 원자층 증착(ALD) 등의 증착법에 의해 수행될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 글래스층이나 탑코팅층은 화학적 증기 증착(CVD)의 일종인 플라즈마 화학 증기 증착(PECVD)이나, 대기압 플라즈마 등에 의해 수행될 수 있고, 금속층은 물리적 증기 증착(PVD)의 일종인 스퍼터링 등에 의해 수행될 수 있다. 상기 증기 증착들은 표면에 균일하게 박막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 증착 시간에 따라 증착되는 박막의 평균 두께를 용이하게 조절할 수 있는 이점이 있다.
상기 증기 증착의 수행온도는 형성되는 각 층이 균일하게 형성될 수 있는 온도일 수 있으며, 구체적으로는 20 내지 1,500℃일 수 있고, 보다 구체적으로는 20 내지 1,400℃, 20 내지 1,300℃, 20 내지 1,200℃, 20 내지 1,100℃, 20 내지 1,000℃, 20 내지 900℃, 20 내지 750℃, 20 내지 500℃, 300 내지 600℃, 400 내지 800℃, 500 내지 1,000℃, 750 내지 1,500℃, 750 내지 1,000℃, 800 내지 1,100℃, 900 내지 1,500℃, 1,000 내지 1,500℃, 20 내지 40℃, 20 내지 60℃, 20 내지 100℃, 20 내지 200℃, 100 내지 200℃, 100 내지 300℃, 200 내지 500℃ 또는 200 내지 400℃일 수 있다.
또한, 증기 증착의 수행속도는 0.5 ㎚/min 내지 1,500 ㎚/min일 수 있으며, 구체적으로는 0.5 ㎚/min 내지 10 ㎚/min; 10 ㎚/min 내지 100 ㎚/min; 50 ㎚/min 내지 150 ㎚/min; 100 ㎚/min 내지 500 ㎚/min; 400 ㎚/min 내지 600 ㎚/min; 500 ㎚/min 내지 1000 ㎚/min; 750 ㎚/min 내지 1000 ㎚/min; 또는 900 ㎚/min 내지 1500 ㎚/min일 수 있다. 본 발명은 증착 시 온도와 증착속도를 상기 범위로 조절함으로써 증착되는 각 층의 밀도를 최적화하여 금속 고유의 질감 및 광택의 저하 없이 다양한 색상을 구현할 수 있고, 각 층간 밀착력을 증가시킬 수 있다.
나아가, 금속층을 증착하는 시간은 5초 내지 500초일 수 있고, 구체적으로는 5초 내지 400초, 5초 내지 300초, 5초 내지 200초, 5초 내지 100초, 5초 내지 60초, 5초 내지 25초, 5초 내지 15초, 10초 내지 60초, 50초 내지 120초, 100초 내지 200초, 150초 내지 300초, 200초 내지 400초 또는 5초 내지 35초일 수 있다. 본 발명은 금속층의 증착시간을 상기 범위로 조절함으로써 금속층의 평균 두께를 적절히 제어할 수 있다.
하나의 예로서, 연속적으로 20±5℃ 온도 하에서 RF/DC 스퍼터링을 20±2초 동안 수행하여 금속층을 형성하는 경우 금속층의 평균 두께는 10±2㎚일 수 있고, 30±2초 동안 수행하여 금속층을 형성하는 경우 금속층의 평균 두께는 15±2㎚일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기판의 발색방법은 글래스층을 형성하는 단계 이전에, 스테인레스 기재 표면을 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 스테인레스 기재 표면을 전처리하는 단계는, 스테인레스 기재를 수산화 용액에 침지하기 이전에 표면을 알칼리 세정액으로 처리하여 표면에 잔류하는 오염 물질을 제거하거나, 연마를 수행하는 단계이다. 상기 알칼리 세정액으로는 금속, 금속 산화물 또는 금속 수산화물의 표면을 세정을 위하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 연마는 버핑(buffing), 폴리싱(polishing), 블라스팅(blasting) 또는 전해연마 등에 의해 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 단계에서는 스테인레스 기재 표면에 존재하는 오염 물질이나 스케일 등을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 표면의 표면에너지 및/또는 표면상태 구체적으로 표면의 미세 구조 변화를 통하여 글래스층 형성속도를 제어할 수 있다.
또한, 경우에 따라서 상기 전처리하는 단계는 스테인레스의 표면 강도를 높이기 위한 표면처리를 수행하는 단계일 수 있다. 스테인레스의 표면 강도를 높일 수 있는 표면처리 공정으로서는 예를 들어, 500℃의 고온에서 수행되는 질화처리 등을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 이러한 공정들은 당업계에서 통상적으로 적용되는 공정 방식으로 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5.
가로 6 cm × 세로 3 cm × 0.4 T의 스테인레스(STS, 표면 경도: 270±5Hv)를 준비하고, 준비된 기재를 건식 증착기에 고정시킨 후, 300±5℃ 온도 하에서 화학적 증기 증착(CVD)을 수행하여 산화규소(SiO2)를 증착시켰다. 그런 다음, 연속적으로 20±5℃ 온도 하에서 RF/DC 스퍼터링을 수행하여 금속층을 증착시키고, 다시 300±5℃ 온도 하에서 화학적 증기 증착(CVD)을 수행하여 산화규소(SiO2)를 증착시켜 발색 기판을 얻었다. 이때, 각 층의 두께와 금속층의 종류는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
글래스층두께 금속층 탑코팅층 두께
종류 증착시간
실시예 1 80±2㎚ 크롬(Cr) 20±2초 1,000±2㎚
실시예 2 80±2㎚ 크롬(Cr) 30±2초 1,000±2㎚
실시예 3 150±2㎚ 크롬(Cr) 30±2초 1,000±2㎚
실시예 4 80±2㎚ 티타늄(Ti) 30±2초 1,000±2㎚
실시예 5 170±2㎚ 알루미늄(Al) 30±2초 1,000±2㎚
비교예 1 내지 4.
가로 6 cm × 세로 3 cm × 0.4 T의 스테인레스(STS, 표면 경도: 270±5Hv)를 준비하고, 준비된 기재를 건식 증착기에 고정시킨 후, 300±5℃ 온도 하에서 화학적 증기 증착(CVD)을 수행하여 산화규소(SiO2)를 증착시켰다. 그런 다음, 연속적으로 20±5℃ 온도 하에서 RF/DC 스퍼터링을 수행하여 금속층을 증착시켜 발색 기판을 얻었다. 이때, 각 층의 두께와 금속층의 종류는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.
글래스층두께 금속층 탑코팅층 두께
종류 증착시간
비교예 1 80±2㎚ - - -
비교예 2 150±2㎚ 크롬(Cr) 30±2초 -
비교예 3 80±2㎚ 티타늄(Ti) 30±2초 -
비교예 4 170±2㎚ - - 1,000±2㎚
비교예 5.
표면 경도가 150±5Hv인 스테인레스(STS)를 사용한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일한 방법으로 수행하여 발색 기판을 얻었다.
실험예 1.
본 발명에 따른 발색 기판의 표면 발색을 확인하기 위하여 실시예 1, 2 및 5와 비교예 1 및 4에서 얻은 발색 기판의 표면을 육안으로 평가하였다. 또한, 실시예 1 및 2와 비교예 1에서 얻은 발색 기판과 무처리 스테인레스 기판을 대상으로 각 표면에 존재하는 임의의 3지점, A 내지 C를 선정하고, 선정된 지점에 대하여 CIE 색 공간에서의 색좌표(D65)를 측정하여 평균 색좌표 편차를 구하였다. 이때, 색좌표 편차(ΔE*)는 하기 수학식 1을 이용하여 도출하였으며, 발색된 기판의 색상 균일도를 나타내는 각 기판의 색좌표 편차(ΔE*)는 표 3에 나타내었다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018016304-appb-I000002
3점 L* a* b* ΔL* Δa* Δb* ΔE*
실시예 1 A 29.61 6.02 -42.34 - - - -
B 29.02 6.22 -42.03 0.59 0.2 0.31 0.70
C 29.86 6.22 -41.72 0.25 0.2 0.62 0.70
평균 29.16 6.15 -42.03 0.42 0.2 0.47 0.67
실시예 2 A 64.29 3.69 48.74 - - - -
B 64.44 3.65 49.07 0.15 0.04 0.33 0.36
C 64.82 3.52 49.67 0.53 0.17 0.93 1.08
평균 64.63 3.59 49.37 0.34 0.10 0.63 0.72
비교예 1 A 74.86 -1.79 -8.11 - - - -
B 74.61 -1.7 -8.16 0.25 0.09 0.05 0.27
C 74.39 -1.61 -8.2 0.47 0.18 0.09 0.51
평균 74.62 -1.7 -8.16 0.36 0.14 0.07 0.39
무처리 A 76.29 -0.77 5.17 - - - -
B 76.24 -0.74 5.32 0.05 0.03 -0.15 0.16
C 76.11 -0.76 5.28 0.18 0.01 -0.11 0.21
평균 76.21 -0.76 5.26 0.115 0.02 -0.13 0.18
그 결과, 상기 표 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 발색 기판은 금속 질감 및 광택을 유지하면서 표면에 색상이 높은 발색력으로 균일하게 구현되는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 실시예 1 및 2에서 얻은 발색 기판에 구현되는 색상은 금속층의 평균 두께에 따라 각각 청색 및 황색으로 색상이 선명하게 구현되었다. 이에 반해, 비교예 1의 발색 기판은 색상이 미미하게 나타나 육안으로는 발색처리되지 않은 스테인레스 기재와의 색상차이를 확인하기 어려웠다.
또한, 표 3에 나타낸 바와 같이 실시예 1 및 2의 발색 기판은 시편 상에 존재하는 임의의 3 지점에 대한 색좌표 편차가 0.25≤ΔL*<0.45, 0.05<Δa*<0.25, 및 0.45<Δb*<0.65인 것으로 나타내고, 0.6<ΔE*<0.75의 색좌표 편차를 나타내어 표면에 구현된 색상 간의 편차가 작은 것으로 확인되었다. 이는 발색 기판 표면에 구현된 하나의 색상이 매우 균일하게 구현됨을 의미한다.
이러한 결과는 본 발명에 따른 발색 기판은 글래스층 상에 형성되는 금속층의 두께에 따라 다양한 색상이 균일하게 구현되며, 금속층을 포함하여 발색력이 우수한 것을 나타낸다.
나아가, 실시예 5에서 얻은 발색 기판은 표면에는 선명한 황색(clear yellow)이 구현되는 것을 육안으로 확인되었다. 이에 반해, 글래스층과 탑코팅층의 성분 및 평균 두께가 동일하나 금속층을 포함하지 않는 비교예 4의 발색 기판은 선명한 황색(clear yellow)이 아닌 탁한 분홍색(unclear pink)이 구현되는 것으로 나타났다.
이는 글래스층 상에 금속층을 포함하는 경우 최외각층에 탑코팅층을 포함하더라도 금속층이 탑코팅층으로 인한 입사광의 추가 간섭을 최소화시킴으로써 표면에 구현된 색상(hue)의 변화가 현저히 적으나, 금속층을 포함하지 않는 경우 탑코팅층으로 인한 입사광의 간섭이 발생되어 표면에 구현된 색상(hue)이 선명도 및/또는 발색력 등이 낮은 다른 계열의 색상(hue)으로 변색됨을 의미한다.
실험예 2.
본 발명에 따른 발색 기판의 신뢰성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
가. 염수분무 시험(SST, Salt Spray Test)
염수분무 시험기를 이용하여 35℃에서 실시예 4와 비교예 3에서 얻은 발색 기판을 5 중량%의 염수를 고르게 분사하고, 염수 분무 72시간이 경과 후 염수 부식으로 인한 변색 정도를 육안으로 확인하였다. 그 결과는 도 3에 나타내었다.
그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 발색 기판은 금속 산화물을 포함하는 탑코팅층을 최외각에 포함함으로써 우수한 내식성을 갖는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 최외각에 금속 산화물을 포함하는 탑코팅층을 포함하는 실시예 4의 발색 기판은 염수 분무 전후의 변색이 발생되지 않아 변색 면적이 전체 면적의 1% 미만인 것이 육안으로 확인되었다. 그러나, 탑코팅층을 포함하지 않는 비교예 3의 발색 기판은 염수로 인해 부식이 발생되어 전체 면적의 약 10 내지 30%가 변색된 것을 확인되었다.
나. 박막의 내마모성 시험
볼 온 플레이트(ball on plate) 형태의 마찰계수 측정기(tribometer)를 이용하여 실시예 3과 비교예 2 및 5의 발색 기판 표면에 각각 긁힘(scratch)을 발생시킨 후 표면에 발생된 긁힘(scratch)의 평균 너비와 평균 깊이를 측정하였다. 이때, 상기 긁힘(scratch)은 발색 기판의 표면을 5N, 10N 또는 20N의 하중을 갖는 볼(ball, 직경: 6±0.1 mm)을 이용하여 20±2℃에서 1 hz(≒1회/1초)의 속도로 수행되었으며, 1회 긁는 것을 원칙으로 하였다. 이러한 일련의 과정을 5개의 발색 기판에 반복 수행하여 평균값을 도출하였으며, 측정된 긁힘(scratch)의 평균 너비와 깊이를 표 4 및 도 4 내지 8에 나타내었다.
금속 기재의 표면 경도 하중 평균 깊이 평균 너비
실시예 3 270±5Hv 5N ≒ 0㎛ ≒ 0㎜
실시예 3 10N ≒ 0㎛ ≒ 0㎜
실시예 3 20N ≒ 3.3±0.1㎛ ≒ 0.19±0.05㎜
비교예 2 270±5Hv 5N ≒ 3±0.1㎛ ≒ 0.13±0.05㎜
비교예 5 150±5Hv 5N ≒ 6.6±0.1㎛ ≒ 0.36±0.05㎜
표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 발색 기판은 표면 경도가 높은 스테인레스 기재를 포함하여 내마모성이 우수한 것을 알 수 있다.구체적으로, 도 4 및 6을 살펴보면, 5N의 하중에서 긁힘을 발생시키는 경우 표면에 탑코팅층을 포함하는 실시예 3의 발색 기판은 내마모성이 향상되어 긁힘이 발생되지 않으므로 긁힘의 평균 깊이 및 너비가 각각 0±0.1㎛ 및 0±0.1㎜에 가까운 것으로 나타났다. 반면, 탑코팅층을 포함하지 않는 비교예 2는 표면에 뚜렷한 긁힘이 발생했으며, 이때 긁힘의 평균 깊이 및 너비는 각각 3±0.1㎛ 및 0.13±0.1㎜인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 탑코팅층이 발색 기판의 내마모성을 개선하는 역할을 수행함을 나타냅니다.
또한, 도 7 및 8을 살펴보면, 비교예 2와 5의 발색 기판은 탑코팅층을 포함하지 않아 뚜렷한 긁힘 발생되나 표면 경도가 낮은 스테인레스 기재를 포함하는 비교예 5의 경우 긁힘의 평균 깊이 및 너비가 각각 6.6±0.1㎛ 및 0.36±0.1㎜로 비교예 2의 발색 기판보다 긁힘 보다 강하게 발생된 것으로 나타났다. 이는 베이스 기재인 스테인레스 기재의 표면 경도를 증가시키는 경우 표면에 형성되는 최외각층의 표면 경도도 함께 증가되고 이에 따라 발색 기판의 내마모성도 향상됨을 의미하는 것이다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 발색 기판은 탑코팅층과 함께 표면 경도가 높은 스테인레스 기재를 포함하여 내마모성이 현저히 우수함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 발색 기판은 표면 경도가 높은 스테인레스 기재 상에 얇은 두께의 글래스층, 금속층 및 탑코팅층을 순차적으로 적층시킴으로써 스테인레스 기재의 고유 질감 및 광택을 유지하면서 표면에 다양한 색상을 높은 발색력으로 균일하게 구현할 수 있고, 동시에 표면에 구현된 색상의 변색 없이 우수한 내마모성 및 내식성을 나타내는 이점이 있다. 또한, 상기 발색 기판은 종래 발색 기판과 대비하여 박형화가 용이하므로 금속 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기전자 부품소재 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
[부호의 설명]
100: 발색 기판
101: 스테인레스 기재
102: 글래스층
103: 금속층
104: 탑코팅층
본 발명에 따른 발색 기판은 스테인레스 기재의 고유 질감 및 광택을 유지하면서 표면에 다양한 색상을 높은 발색력으로 균일하게 구현할 수 있고, 표면에 구현된 색상의 변색 없이 우수한 내마모성 및 내식성을 나타내는 이점이 있다. 또한, 상기 발색 기판은 종래 발색 기판과 대비하여 박형화가 용이하므로 금속 소재가 사용되는 건축 외장재, 자동차 인테리어, 특히 모바일 제품 프레임 등의 전기전자 부품소재 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 스테인레스 기재, 글래스층, 금속층 및 탑코팅층이 순차적으로 적층된 구조를 갖고;
    상기 금속층은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 망간(Mn), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 그 이온을 포함하며,
    상기 스테인레스 기재의 표면 경도는 비커스 경도 500g 기준으로 110Hv 이상인 것을 특징으로 하는 발색 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    발색 기판은 35℃, 5 중량%의 염수에 대한 염수분무 시험 시 부식 면적이 전체 면적의 5% 이하인 발색 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    금속층의 평균 두께는 5㎚ 내지 50㎚인 것을 특징으로 하는 발색 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    글래스층의 평균 두께는 5㎚ 내지 400㎚인 것을 특징으로 하는 발색 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    글래스층은 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 질화티타늄(TiN), 질화알루미늄(AlN) 및 질화규소(SiN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 발색 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    탑코팅층은 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 질화티타늄(TiN), 질화알루미늄(AlN) 및 질화규소(SiN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 발색 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    탑코팅층의 평균 두께는 50㎚ 내지 2㎛인 발색 기판.
  8. 스테인레스 기재 상에 글래스층을 형성하는 단계;
    형성된 글래스층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및
    형성된 금속층 상에 탑코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 상기 금속층은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 망간(Mn), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 그 이온을 포함하며,
    상기 스테인레스 기재의 표면 경도는 비커스 경도 500g 기준으로 110Hv 이상인 것을 특징으로 하는 기판의 발색방법.
  9. 제8항에 있어서,
    글래스층 및 금속층은 각각 화학적 증기 증착(CVD), 물리적 증기 증착(PVD) 또는 원자층 증착(ALD)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 기판의 발색방법.
  10. 제9항에 있어서,
    증기 증착은 20℃ 내지 1,500℃에서 0.5 ㎚/min 내지 1,500 ㎚/min의 속도로 수행되는 기판의 발색방법.
  11. 제9항에 있어서,
    글래스층을 형성하는 단계 이전에, 스테인레스 기재 표면을 전처리하는 단계를 더 포함하는 기판의 발색방법.
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