KR0171679B1 - 금속제품의 표면코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 제품에 각종 처리를 한 후 입혀진 투명한 코팅층의 간섭 효과를 이용하여 다양한 색상을 창출하는 금속 제품의 장식용 발색 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 광택을 갖는 금속 제품의 표면에 광택 연마, 기계적 연마, 샌드 블라스팅, 케미칼 에칭, 전해 연마 등을 행하여 표면에 각종 처리를 한 후에 물리적 건식 도금법에 의하여 50∼1000nm의 투명한 금속 산화물 간섭 박막을 증착하여 다양한 발색이 가능토록 한 것이 특징이다. 또한 금속 산화물 코팅층 밑에 그와 동일한 금속으로 이루어진 금속 박막을 기저층으로 입힘으로써 그 광택과 강도를 증진시킨 것이 특징이다.

Description

금속제품의 표면 코팅방법

본 발명은 금속표면에 각종처리를 한 후 투명한 산화물을 코팅하여 장식적 효과를 갖는 금속제품의 표면 코팅방법에 관한 것으로서 특히, 투명한 금속산화물 코팅층의 간섭효과를 이용하여 다양한 색상을 창출할 수 있도록 한 금속제품의 표면 코팅방법에 관한 것이다.

빛은 겉보기에 투명한 물질로 입사를 할 경우에도 그 계면 전후의 굴절을 차이에 의해 일부는 반사를 하게 된다. 따라서 반사도가 높은 표면 위에 수 μm 내외의 얇고 투명한 막을 입히면 이 박막은 간섭에 의한 색상을 띄게 되며 이는 박막과 공기의 계면에서 반사된 빛의 박막과 기판의 계면에서 반사된 빛과 상호 간섭 작용을 일으킴으로써 나타난다. 일반적으로 금속 표면 위에 단층의 산화물 박막을 입혔을 경우 각 계면에서 반사된 빛은 동일한 위상 변화를 일으키며 반사된다. 이때, 이 두 빛은 박막의 두께에 의해 서로 다른 위상을 갖게 되며 이에 의해 간섭을 일으킨다. 실제 태양광에 의해서는 모든 파장 영역의 빛이 동시에 입사된다. 이때 박막의 두께가 특정한 파장의 1/4의 홀수 배에 해당하면 그러한 빛은 두 반사파 간의 상쇄 간섭으로 소멸된다. 따라서 이 소멸된 빛의 보색에 해당하는 빛이 지배적으로 나타나게 된다. 이러한 현상이 간섭에 의한 발색의 기본적인 원리이다.

전술하였듯이 우리가 일상생활에서 대하는 빛은 태양으로부터 오며 이 빛은 모든 파장 영역의 빛을 모두 포함한다. 따라서 박막의 두께를 점차 변화시키면 소멸 간섭을 일으키는 파장이 달라지게 되고 따라서 이에 의해 나타나는 보색도 달라지게 된다.

이때 이론적으로는 빛을 구성하는 7가지 색이 모두 가능하나 실제로는 각 빛의 파장 영역이 협소한 이유로 대표적으로 노랑, 빨강, 파랑, 초록이 지배적으로 나타나며 두께의 미세한 차이에 의해 색상의 미묘한 변화가 일어나게 된다. 또한 빛의 소멸 간섭은 파장의 1/4의 홀수 배에 해당하는 두께에서 일어나므로 간섭 색상은 두께의 증가에 따라 계속 반복적으로 일어나며 두께가 수 μm이상으로 두꺼워지면 각 파장 영역의 중첩에 의해 간섭 색상을 잃게 된다. 따라서 간섭색이 나타나는 박막의 두께는 수십에서 수천 nm의 범위에 있게 된다.

금속 제품에 적용되는 기존의 발색 코팅에는 매우 다양한 물질이 있다. 가장 손쉬운 방법으로는 페인트 등의 유기 도포막을 입히는 것으로 이 방법은 다양한 색상을 손쉽게 얻을 수 있으나 열에 약하고 흠집이 나기 쉬운 단점이 있다. 특히 양식기 등에 있어서는 인체에 유해한 특성상 이용이 제한되어 있다. 양식기나 기타 장식용 코팅에 가장 널리 이용되는 것으로는 금, 은 등의 귀금속 또는 그 합금 코팅, 또는 이를 대체하기 위한 질화티타늄, 질화지르코늄, 탄화질화티타늄, 탄화질화지르코늄, 질화티타늄지르코늄등이 있다. 또한 질화티탄알루미늄이나 탄화티타늄, 질화하프늄, 질화크로늄, 질화텅스텐, 다이아몬드형 탄소, 그 외 다양한 합금 등도 여러 가지 의 발색을 위하여 시도되고 있다. 그러나 이러한 코팅은 한가지 조성에서 단 한가지 색상만을 나타내며 맑고 영롱한 색상을 발현하는 데에는 한계가 있다. 반면 금속산화물의 투명 코팅층의 간섭을 이용한 발색은 그 층의 두께에 따라 노랑, 빨강, 파랑, 초록, 그리고 이들 색조의 중간 톤의 다양한 발색이 가능하다.

이러한 간섭막의 코팅은 주로 습식에 의한 산화법이나 습식 처리 후의 고온에서의 열산화법, 또는 진공 중에서의 가열을 이용한 진공 증발법등으로 입힐 수 있다.

습식에 의한 산화막의 경우에는 황산 등의 용액과 금속판과의 반응에 의한 산화를 이용한다. 또한 열산화법의 경우에는 크롬산 등의 용액에서 금속을 전처리 한 후 공기중에서 450-500℃ 정도의 온도로 가열하여 산화막을 얻게 된다. 이러한 방법은 대면적의 강판을 처리하는 데에는 유리하나 공해성 용액을 사용하게 되고 간섭막의 중요 요소인 두께를 정밀하게, 또는 자동으로 제어하지 못하는 문제점이 있다. 한편 진공 증착법은 금속 원료를 진공중에서 저항 가열이나 전자빔 가열에 의하여 증발시킨 후 산소를 주입하여 강판 위에 산화물 막이 생성되게 하는 방법이다.

이러한 방법은 비교적 짧은 시간에 산화막을 형성하는 장점이 있는 반면 두께의 정확한 제어가 힘들고 막의 표면이 거칠고 성긴 문제점이 있다. 이에 비해 본 발명에서 사용된 마그네트론 스퍼터링, 이중이온빔법, 이온빔보조증착법 등으로 대표되는 물리적 건식, 도금법은 비교적 빠른 성막 속도를 가지면서도 막의 두께를 정밀하게 자동으로 제어할 수 있는 방법이라고 하겠다.

또한, 이온의 충돌효과에 의하여 얇은 두께에서도 치밀하고 단단하며, 밀착성이 우수한 코팅을 얻을 수 있는 것이 특징이다.

전술한 간섭막은 평활한 면이나 약간의 굴곡을 가지는 면, 또는 특정한 무늬가 새겨진 면 등에 모두 응용할 수 있다. 그러나 이러한 막은 기본적으로 평평한 금속 표면에 그대로 코팅을 하기 때문에 그 색상이 단순하고 또 지문이 쉽게 묻거나 흠집이 날 경우 그것이 눈에 잘 띄는 단점이 있다. 본 발명은 상기의 문제점을 해결하면서 동시에 부수적인 장식효과를 얻기 위해 안출한 것으로서 그 개요는 모재에 각종 처리를 한 후 간섭 코팅막을 입히는 것이다. 여기서 말하는 처리란 금속 제품의 원하는 부위를 샌드 블라스팅, 화학적 에칭, 전해 연마처리 등의 서리무늬처리(Satin 처리)를 말하며 이러한 처리를 한 표면 위에 전술한 방법으로 금속 산화물 막을 입힐 경우에는 미세하게 곰보와 같은 무늬가 생긴 면에 간섭막이 증착됨으로써 마치 진주나 자개 표면과 같은 효과를 나타내게 되는 것이 특징이다. 이것은 각도에 따라 색상이 바뀌는 간섭막의 특성과 미세한 굴곡면의 형상을 이용하여 두가지 이상의 색상이 동시에 투영되는 듯한 효과를 나타내는 것이며 빛의 난반사를 통해 마치 보석과 같은 영롱하고 은은한 색조를 갖게 하는 것이다. 한편 이러한 박막의 모재와의 밀착성을 높이고 또한 색상의 미려함을 더 얻기 위하여 또 다른 전처리 과정을 고안, 적용하였다. 즉 3μm이하의 고온 연마제로 표면을 경면 광택 연마하거나 금속 표면과 입히고자 하는 금속 산화물의 사이에 그 산화물의 원료 금속에 해당하는 기저층을 입히는 방법이 그것이다. 예를 들면 금속 표면위에 산화알루미늄을 입히기 전에 알루미늄을 먼저 얇게 입히는 것을 말한다. 이러한 방법은 표면의 미세결함을 제거하거나 금속과 금속 사이의 친화성, 그리고 금속과 그 산화물간의 친화성을 이용하여 코팅층의 밀착력을 높여 주는 동시에 코팅된 면의 우수한 조도와 광택을 이용하여 광택이 있는 색상을 얻는 것을 특징으로 한다. 이러한 방법에 의하여 얻은 코팅층은 기본적으로 빛의 간섭 효과를 이용하므로 마치 보석의 색상처럼 맑고 영롱한 색상을 띄며 바라보는 각도에 따라 색상이 변화하는 특수한 효과도 얻을 수 있다.

상기의 본 발명을 달성할 수 있는 방법으로는 여러 가지 물리적 건식 도금법이 가능하나 본 실시예에서는 간섭 박막의 제작을 위해 마그네트론 스퍼터링, 이온빔보조 증착법, 이중 이온빔 법을 이용하여 양식기 등의 금속 일용품에 부분적으로 장식용 박막을 입힌다. 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

스테인레스 STS 304나 410,420등으로 제작된 금속 제품을 세제와 알콜을 이용하여 세척하고 건조시킨다. 이 제품을 그대로 사용하거나, 또는 특정부위를 마스킹하여 장식을 하고자 하는 부분만 노출을 시킨 후 챔버 내의 제품 호울더에 장착을 한다. 이때 증착 중에 모재를 가열하지 않더라도 이온의 충돌에 의하여 어느 정도의 온도 상승이 일어나게 되므로 마스킹제를 내열성이 있는 것으로 사용하는 것이 중요하다. 이러한 마스킹제로는 페닐화 폴리실록산이 있는 것으로 알려져 있다. 또한 본 실시예에서는 손쉬운 마스킹을 위해서 내열성 테이프를 사용하는 방법을 고안하게 되었다. 이러한 용도의 내열성 테이프로는 실리콘 계열의 테이프가 적당한데, 이러한 내열성 테이프로는 상용화되어 있는 3M 캡톤 테이프를 구할 수 있었다. 이 테이프에 제품의 노출하고자 하는 부분과 같은 모양으로 절단, 제거한 후 곧바로 제품에 부착하여 사용할 수 있었다. 이러한 방법에 있어서 내열 테이프가 견디는 온도에서 한계가 있는 것으로 나타났다. 따라서 제품 호울더에는 냉각수를 사용하여 반응이 200℃ 이하에서 일어나도록 하였다. 타아겟으로는 99% 이상의 순도를 갖는 금속이나 그 산화물을 사용한다.

[제조실시예 1]

본 발명은 마그네트론 스퍼터링을 이용한 방법으로서 제품 호울더와 타아겟은 서로 마주보게 놓이며 그 거리는 균일한 두께의 막을 얻을 수 있는 한에서 최대한 가깝게 놓이도록 한다. 진공 펌프를 가동시켜 챔버의 기저 압력이 10^-6Torr에 이르면 아르곤 가스를 주입하여 챔버의 압력을 10^-3∼10^-1Torr로 유지한 상태에서 제품 호울더 부분에 수분간 RF bias를 인가하여 제품을 이온 세척한다. 이와 동시에 타아겟에도 DC bias를 인가하여 이물질을 제거한다. 이때 제품 호울더와 타아겟 사이에는 셔터를 닫아서 타아겟의 오염을 방지한다.

세척이 끝나면 산소를 챔버 내에 주입하여 산화성 분위기를 만들어 준다. 이때 산소가 너무 적으면 투명한 산화물이 제대로 형성되지 않고 산소가 너무 많으면 스퍼터링 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 그런데 산화알루미늄의 경우에는 넓은 영역에서 Al₂O₃가 가장 안정한 화합물이며 그 밖의 알루미늄/산소의 비율을 갖는 화합물은 거의 나타나지 않기 때문에 증착물의 조성에 있어서는 크게 신경을 쓰지 않아도 되는 특성이 있다. 여기서는 아르곤 대 산소의 비율이 대략 20 대 1 이상만 되면 안정한 산화알루미늄이 형성되는 것으로 나타났다. 이러한 분위기 내에서 타아겟에 2∼10W/cm²의 DC power를 인가하면 아르곤 플라즈마의 스퍼터링 작용에 의해 제품의 표면에 산화막이 형성되게 된다. 이때 증착되는 산화막의 두께는 동일한 조건하에서는 공정 시간에 대하여 거의 직선적으로 비례하며 따라서 공정 시간을 조절하며 원하는 색상의 간섭막을 얻을 수 있다.

[실시예 1]

스테인레스 STS 304로 제작된 양식기를 잘 연마한 뒤 최종적으로 0.1μm의 알루미나 연마제로 경면 광택 연마를 행한다. 이를 연성 세제로 깨끗이 세척하고 이를 증류수로 헹군 후, 다시 알콜로 닦아내고 건조시킨다. 이 양식기에 내열 테이프로 마스킹하여 장식을 하고자하는 부분만 노출을 시킨 후 챔버 내의 제품 호울더에 장착을 한다. 타아겟으로는 99.5%의 알루미늄을 사용한다.

진공 펌프를 가동시켜 챔버의 기저 압력이 10^-6Torr에 이르면 아르곤 가스를 110sccm 주입하여 챔버의 압력을 10^-2Torr로 유지한 상태에서 제품 호울더 부분에 5분간 13.56MHz 2W/cm²의 RF power를 인가하여 제품을 이온 세척한다. 이와 동시에 타아겟에는 3W/cm²의 DC power를 인가하여 이물질을 제거한다. 이때 제품 호울더와 타아겟 사이에는 셔터를 닫아서 타아겟의 오염을 방지한다.

세척이 끝나면 10sccm의 산소를 챔버 내에 주입하고 타아겟에 5W/cm²의 DC power를 인가하여 원하는 시간만큼 마그네트론 스퍼터링을 행한다. 이때 타아겟이 음극의 역할을 하게 된다. 증착이 끝나면 마스킹 테이프를 제거한다.

이에 의하여 박막의 두께 150∼800nm의 범위에서 다양한 색상이 얻어졌다. 박막의 두께가 수 μm 이상에 이르면 간섭 색상이 나타나지 않았다. 작업 조건에 따라 각 두께가 얻어지는 시간은 변화하나 같은 두께에 있어서 얻어진 간섭 색상의 차이는 없었다. 대표적인 간섭 색상은 다음과 같다.

박막의 두께가 수 μm의 범위에 이르면 간섭에 의한 색상이 사라지고 스테인레스 고유의 색상을 그대로 반영하는 투명 박막을 얻을 수 있었다.

이상과 같은 산화알루미늄 박막은 그 낮은 굴절률로 인해 바라보는 각도에 따라 색상이 다르게 변화한다. 위의 색상은 정면에서 바라보았을 경우의 색상들을 표시한 것이다. 이러한 특성은 약간의 굴곡을 갖는 면이나 요철무늬가 있는 면에 입혀지므로서 두가지 색의 조화에 의해 특별한 무늬가 부여하게 된다.

[실시예 2]

스테인레스 STS 410으로 제작되고 잘 연마된 양식기를 원하는 부위를 제외한 나머지 부분에 마스킹제로 마스킹 한 후 샌드 블라스팅을 하고 케미칼 에칭을 하여 서리상 무늬를 만든다. 이를 연성 세제로 깨끗이 세척하고 이를 증류수로 헹군 후, 다시 알콜로 닦아 내고 건조시킨 후 챔버 내의 제품 호울더에 장착을 한다. 타아겟으로는 99.5%의 산화 알루미늄을 사용한다.

진공 펌프를 가동시켜 챔버의 기저 압력이 10 Torr에 이르면 아르곤 가스를 110sccm 주입하여 챔버의 압력을 10 Torr로 유지한 상태에서 제품 호울더 부분에 5분간 13.56MHz 2W/cm 의 RF power를 인가하여 제품을 이온 세척한다. 이와 동시에 타아겟에는 3W/cm 의 DC power를 인가하여 이물질을 제거한다. 이때 제품 호울더와 타아겟 사이에는 셔터를 닫아서 타아겟의 오염을 방지한다.

세척이 끝나면 10sccm의 산소를 챔버 내에 주입하고 타아겟에 5W/cm 의 negative DC power를 인가하여 원하는 시간만큼 마그네트론 스퍼터링을 행한다. 이와 동시에 호울더에 -100V의 RF bias를 인가하여 막의 밀착성을 높여 준다. 증착이 끝나고 나면 용제를 사용하여 마스킹제를 제거한다.

이러한 방법에 의해서 얻은 산화 알루미늄막은 매우 투명도가 우수하고, 1.6∼1.65의 굴절률을 나타내므로 은은하면서도 보석과 같은 색상을 나타내며, 비교적 높은 강도로 인한 장식용 코팅으로서의 가치를 갖고 있다. 또한 그 굴절률에 의해 보는 각도에 따라 색상이 변하는 특성도 나타낸다.

[제조실시예 2]

본 방법은 이중 이온빔 스퍼터링을 이용한 방법으로서 제품 호울더는 타아겟과 서로 마주 보게 놓이도록 한다. 그리고 주 이온건은 타아겟을 향하여 그 면에 45° 각도를 이루는 곳에 놓인다. 보조 이온건은 제품 호울더를 향하여 그 면에 45° 각도를 이루는 곳에 놓인다. 이 상태에서 타아겟과 제품 호울더는 각각 회전이 가능하여 필요에 따라 각도를 변화시킬 수 있도록 하였다. 한편 각 이온건에는 뉴트랄 라이저를 장치하여 과전하의 축적을 방지하였다. 진공 펌프를 가동시켜 챔프의 기저 압력이 10 Torr에 이르면 제품 호울더 부분에 수분간 300∼1000eV의 아르곤 이온빔을 인가하여 제품을 이온 세척한다. 이온건을 이용한 방법에서는 증착전에 아르곤 이온빔의 높은 에너지를 이용하여 모재를 매우 효과적으로 세척할 수 있는데 이때 제품 호울더를 이온빔에 대하여 45∼90° 각도를 조절함에 따라 세척된 면의 상태가 달라지게 되며 이의 제어에 의하여 코팅층의 부착성을 향상시킬 수 있다.

세척이 끝나면 이온건에 아르곤 플라즈마를 발생시켜 1000∼3000eV의 이온빔으로 타아겟을 스퍼터링한다. 그리고 보조 이온건에 산소 플라즈마를 발생시켜 60∼500eV의 에너지로 호울더를 향해 가한다. 이러한 작용이 안정 영역에 이르면 셔터를 열어 이중 이온빔 증착을 시작한다. 이때 증착되는 산화막의 두께는 동일한 조건하에서는 공정 시간에 직선적으로 비례하며 따라서 공정 시간을 조절하여 원하는 색상의 간섭막을 얻을 수 있다.

[실시예 1]

스테인레스 STS 304로 제작되고 잘 연마된 양식기를 연성 세제로 깨끗이 세척하고 이를 증류수로 헹군 후, 다시 알콜로 닦아내고 건조시킨다. 이 양식기에 내열 테이프로 마스킹하여 장식을 하고자 하는 부분만 노출을 시킨 후 챔버 내의 제품 호울더에 장착을 한다. 타아겟으로는 99.5%의 지르코늄을 사용한다.

진공 펌프를 가동시켜 챔버의 기저 압력이 10 Torr에 이르면 제품 호울더 부분에 5분간 500eV의 아르곤 이온빔을 인가하여 제품을 이온 세척한다. 이때 제품 호울더와 증발원 사이에는 셔터를 달아서 증발원의 오염을 방지한다.

세척이 끝나면 아르곤 주 이온건으로 1500eV로 타아겟을 5분간 스퍼터링하여 지르코늄 코팅층을 형성한다. 5분이 경과하면 셔터를 닫은 후 보조 이온건으로 산소 플라즈마를 발생시켜 300eV의 에너지로 제품 호울더를 향해 조사하며 이러한 작용이 안정 영역에 이르면 셔터를 열어 증착을 시작한다. 증착이 끝나면 마스킹 테이프를 제거한다.

이에 의하여 박막의 두께 150∼800nm의 범위에서 다양한 색상이 얻어졌다. 박막의 두께가 수 μm 이상에 이르면 간섭 색상이 나타나지 않았다. 작업 조건에 따라 각 두께가 얻어지는 시간은 변화하나 같은 두께에 있어서 얻어진 간섭 색상의 차이는 없었다. 대표적인 간섭 색상은 다음과 같다.

박막의 두께가 수 μm의 범위에 이르면 간섭에 의한 색상이 사라지고 스테인레스 고유의 색상을 그대로 반영하는 투명 박막을 얻을 수 있었다.

[실시예 2]

스테인레스 STS 410으로 제작되고 잘 연마된 양식기를 원하는 부위를 제외한 나머지 부분에 마스킹제로 마스킹 한 후 샌드 블라스팅을 하고 전해연마를 에칭을 하여 서리상 무늬를 만든다. 이를 연성 세제로 깨끗이 세척하고 이를 증류수로 헹군 후, 다시 알콜로 닦아 내고 건조시킨 후 챔버 내의 제품 호울더에 장착을 한다. 타아겟으로는 99.5%의 산화 지르코늄을 사용한다.

진공 펌프를 가동시켜 챔버의 기저 압력이 10 Torr에 이르면 제품 호울더 부분에 5분간 500eV의 아르곤 이온빔을 인가하여 제품을 이온 세척한다. 이때 제품 호울더와 증발원 사이에는 셔터를 닫아서 증발원의 오염을 방지한다.

세척이 끝나면 아르곤 주 이온건으로 1500eV로 타아겟을 스퍼터링하고 보조 이온건으로 산소 플라즈마를 발생시켜 300eV의 에너지로 제품 호울더를 향해 조사하며 이러한 작용이 안정 영역에 이르면 셔터를 열어 증착을 시작한다. 증착이 끝나고 나면 용제를 사용하여 마스킹제를 제거한다.

[제조실시예 3]

본 방법은 이온빔 보조 증착법을 이용한 방법으로서 제품 호울더는 증발원과 서로 마주 보게 놓이며 그 거리는 균일한 두께의 막을 얻을 수 있는 한에서 최대한 가깝게 놓이도록 한다. 그리고 이온건은 증발원과 호울더의 선상에서 30 내지 90도의 각도를 이루는 곳에서 호울더를 향해 놓이게 된다. 진공 펌프를 가동시켜 챔버의 기저 압력이 10 Torr에 이르면 제품 호울더 부분에 수분간 300∼1000eV의 아르곤 이온빔을 인가하여 제품을 이온 세척한다. 이온건을 이용한 방법에서는 증착전에 아르곤 이온빔의 높은 에너지를 이용하여 모재를 매우 효과적으로 세척할 수 있는데 이때 제품 호울더를 이온빔에 대하여 45∼90° 각도를 조절함에 따라 세척된 면의 상태가 달라지게 되며 이의 제어에 의하여 코팅층의 부착성을 향상시킬 수 있다.

세척이 끝나면 증발원에 수 KV의 전압을 이용하여 전자빔을 발생시켜 증발원을 증발시키고 보조 이온건으로 산소 플라즈마를 발생시켜 60∼500eV의 에너지로 제품 호울더를 향해 조사하며 이러한 작용이 안정 영역에서 이르면 셔터를 열어 이온빔으로 보조 증착을 시작한다. 이때 증착되는 산화막의 두께는 동일한 조건하에서는 공정 시간에 거의 직접적으로 비례하며 따라서 공정 시간을 조절하여 원하는 색상의 간섭막을 얻을 수 있다.

[실시예 1]

스테인레스 STS 304로 제작된 양식기를 잘 연마된 뒤 최종적으로 0.1μm의 알루미나 연마제로 경면 광택 연마를 행한다. 이와 같은 양식기를 연성 세제로 깨끗이 세척하고 이를 증류수로 헹군 후, 다시 알콜로 닦아내고 건조시킨다. 이 양식기에 내열 테이프로 마스킹하여 장식을 하고자 하는 부분만 노출을 시킨 후 챔버 내의 제품 호울더에 장착을 한다. 증발원으로는 99.9%의 타이타늄을 사용한다.

진공 펌프를 가동시켜 챔버의 기저 압력이 10 Torr에 이르면 제품 호울더 부분에 5분간 500eV의 아르곤 이온빔을 인가하여 제품을 이온 세척한다. 이때, 제품 호울더와 증발원 사이에는 셔터를 닫아서 증발원의 오염을 방지한다.

세척이 끝나면 증발원에 5kV의 전압을 이용하여 전자빔을 발생시켜 타이타늄을 증발시키고 보조 이온건으로 산소 플라즈마를 발생시켜 300eV의 에너지로 제품 호울더를 향해 조사하며 이러한 작용이 안정 영역에 이르면 셔터를 열어 증착을 시작한다. 증착이 끝나면 마스킹 테이프를 제거한다.

이에 의하여 박막의 두께 150∼800nm의 범위에서 다양한 색상이 얻어졌다. 박막의 두께가 수 μm 이상에 이르면 간섭 색상이 나타나지 않았다. 작업 조건에 따라 각 두께가 얻어지는 시간은 변화하나 같은 두께에 있어서 얻어진 간섭 색상의 차이는 없었다. 대표적인 간섭 색상은 다음과 같다.

박막의 두께가 수 μm의 범위에 이르면 간섭에 의한 색상이 사라지고 스테인레스 고유의 색상을 그대로 반영하는 투명 박막을 얻을 수 있었다. 이러한 산화 타이타늄 박막은 그 굴절률이 2.6정도로 매우 높으며 이러한 특성에 의해 박막을 바라보는 각도에 따른 색상의 변화가 적다. 따라서 이러한 박막은 각도에 따른 색상을 배제하고 싶은 경우에 사용할 수 있다.

[실시예 2]

스테인레스 SUS 304로 제작되고 잘 연마된 양식기를 원하는 부위를 제외한 나머지 부분에 마스킹제로 마스킹 한 후 샌드 블라스팅을 하고 전해연마를 하여 서리상 무늬를 만든다. 이를 연성 세제로 깨끗이 세척하고 이를 증류수로 헹군 후, 다시 알콜로 닦아 내고 건조시킨 후, 챔버 내의 제품 호울더에 장착을 한다. 증발원으로는 99.9%의 산화 타이타늄을 사용한다.

진공 펌프를 가동시켜 챔버의 기저 압력이 10 Torr에 이르면 제품 호울더 부분에 5분간 500eV의 아르곤 이온빔을 인가하여 제품을 이온 세척한다. 이때 제품 호울더와 증발원 사이에는 셔터를 닫아서 증발원의 오염을 방지한다.

세척이 끝나면 증발원에 5kV의 전압을 이용하여 전자빔을 발생시켜 산화 타이타늄을 증발시키고 보조 이온건으로 산소 플라즈마를 발생시켜 300eV의 에너지로 제품 호울더를 향해 조사하여 이러한 작용이 안정 영역에 이르면 셔터를 열어 증착을 시작한다. 증착이 끝나고 나면 용제를 사용하여 마스킹제를 제거한다.

이러한 코팅막은 평활한 면이나 약간의 굴곡을 가지는 면, 또는 특정 무늬가 새겨진 면 등에 모두 응용할 수 있다. 그런데 보다 특수한 효과를 내기 위하여 모재에 전해 연마처리를 한 후 막을 입히는 방법을 발명하였다. 제품의 원하는 부위를 샌드 블라스팅, 화학적 에칭 등의 전해 연마처리를 하고 이 위에 전술한 방법으로 알루미늄 산화물 막을 입힐 경우에는 에칭 처리된 면의 미세한 굴곡에 간섭막이 증착됨으로써 마치 자개 표면과 같은 효과를 나타내게 된다. 이는 각도에 따라 색상이 바뀌는 간섭막의 특정과 미세한 굴곡면의 형상을 이용하여 두가지 이상의 색상이 동시에 투영되는 듯한 효과를 나타내는 것이며 빛의 난반사를 통해 마치 보석과 같은 영롱하고 은은한 색조를 갖게 하는 것이다.

Claims (4)

1. 코팅하고자 하는 금속 표면에 샌드 블라스팅, 화학적 에칭, 전해 연마를 순차적, 또는 반복적으로 사용하여 표면 처리를 한 후 투명한 산화물의 코팅층을 입히는 것을 특징으로 하는 금속제품의 표면 코팅방법.
2. 코팅하고자 하는 금속 표면에는 금속 산화물 박막층 밑에 그 산화물과 동일한 성분의 금속으로 이루어진 투명한 산화물의 코팅층을 입히는 것을 특징으로 하는 금속제품의 표면 코팅방법.
3. 제1항 또는 제2항중 어느 한 항에 있어서, 코팅층의 두께가 50∼1000nm의 투명박막으로 하여 빛의 간섭 효과에 의한 장식효과를 나타내게 하는 것을 특징으로 하는 금속제품의 표면 코팅방법.
4. 제3항에 있어서, 투명박막이 각종 금속의 산화물로서 가시광선 영역에서 50% 이상의 투과도를 나타내는 물짐임을 특징으로 하는 금속제품의 표면 코팅방법.