KR102640080B1 - Aluminum alloys for sputtering target with high corrosion resistance and lightness and method of producing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 다양한 실시예는 고내식 및 고광택 알루미늄계 합금 타겟에 관한 것이다. 상세하게는 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟과, 이 타겟을 사용하여 비정질 구조의 고내식 특성 및 밝기(L* > 75)가 높은 고광택 특성을 동시에 갖는 알루미늄계 합금 증착막을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예는 고내식 및 고광택 알루미늄계 합금의 나노결정질 구조를 갖는 타겟의 제조 방법과, 그 타겟을 이용하여 스퍼터링 공법으로 증착한 증착막을 가지는 전자기기를 제공할 수 있다.Various embodiments of the present invention relate to highly corrosion-resistant and high-gloss aluminum-based alloy targets. In detail, a nanocrystalline aluminum-based alloy target with amorphous forming ability and this target can be used to provide an aluminum-based alloy deposited film that simultaneously has high corrosion resistance characteristics of an amorphous structure and high gloss characteristics with high brightness (L* > 75). . In addition, various embodiments of the present invention can provide a method of manufacturing a target having a nanocrystalline structure of a highly corrosion-resistant and high-gloss aluminum alloy, and an electronic device having a deposited film using the target by a sputtering method.
Description
본 발명의 다양한 실시예는 고내식 및 고광택 알루미늄계 합금 타겟에 관한 것이다. 예를 들어, 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물과, 이 조성물로 만든 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟, 그리고 이 타겟을 사용하여 고내식 특성(비정질 구조) 및 고광택 특성을 동시에 갖는 알루미늄계 합금 증착막에 관한 것이다.Various embodiments of the present invention relate to highly corrosion-resistant and high-gloss aluminum-based alloy targets. For example, it relates to an aluminum-based alloy composition having amorphous forming ability, a nanocrystalline aluminum-based alloy target made from this composition, and an aluminum-based alloy deposited film having both high corrosion resistance (amorphous structure) and high gloss characteristics using this target. will be.
일반적으로 전자제품의 외장케이스 등은 전자제품 특유의 복잡한 형상을 구현하기 위하여 다이캐스팅법을 사용하여 제작할 수 있다. 이렇게 제작된 외장케이스 등은 부식에 약하고 강도가 낮을 수 있으므로, 표면에 박막을 형성시킬 수 있다. 이 과정에서, 예를 들어 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)에 의해 크롬 또는 기타 금속 박막을 증착하는 경우, 증착 조건의 물리적 특성에 따라 증착되는 박막 내에 주상정 조직이 형성될 수 있다. 주상정 조직이 형성될 경우, 주상정 조직 내의 입계(grain boundary)를 따라 부식액이 침투하여 부식이 가속될 수 있다. 주상정 조직으로 형성된 박막은 부식에 매우 약하고 강도가 낮으며, 그로 인해 박막 상부의 도색이나 도장된 층이 벗겨질 수 있다. 또한, 스퍼터링법을 포함한 진공 증착법에서 통상적으로 사용되는 금속인 크롬 합금을 이용하여 증착막을 형성하는 경우, 색상이 어두운 회색으로 밝기가 낮으므로(L*<75) 표면 외관에 사용하기에 적합하지 않을 수 있다.In general, external cases of electronic products can be manufactured using die casting methods to realize complex shapes unique to electronic products. External cases manufactured in this way may be vulnerable to corrosion and have low strength, so a thin film may be formed on the surface. In this process, for example, when depositing a chromium or other metal thin film by physical vapor deposition, a columnar structure may be formed in the deposited thin film depending on the physical characteristics of the deposition conditions. When a columnar structure is formed, a corrosive solution may penetrate along the grain boundary within the columnar structure, thereby accelerating corrosion. A thin film formed of columnar structure is very vulnerable to corrosion and has low strength, and as a result, the paint or painted layer on the top of the thin film may peel off. In addition, when forming a deposited film using chromium alloy, a metal commonly used in vacuum deposition methods including sputtering, the color is dark gray and has low brightness (L*<75), so it may not be suitable for use in surface appearance. You can.
전자기기의 외장 표면 막에 적용되는 합금은 내부식성뿐 아니라 밝기 등 심미적인 기준도 만족시킬 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 이러한 기준을 만족하는 합금, 즉 내식성 향상을 위해 비정질 형성능을 가지면서도, 동시에 밝기 및 광택이 우수한 합금 조성 또는 합금 타겟에 관해서는 아직 연구가 충분히 이루어지지 않은 실정이다.The alloy applied to the exterior surface film of electronic devices is preferably selected to satisfy not only corrosion resistance but also aesthetic standards such as brightness. There has not yet been sufficient research on alloys that satisfy these standards, that is, alloy compositions or alloy targets that have an amorphous forming ability to improve corrosion resistance and at the same time have excellent brightness and gloss.
전자기기의 외장 표면 막에 적용되는 합금의 경우에는, 내식성뿐만 아니라 밝기 등 심미적인 기준도 만족시킬 필요가 있을 수 있다. 내식성 향상을 위해 비정질 형성능을 가지면서도, 동시에 밝기 및 광택이 우수한 합금 조성 또는 합금 타겟의 구현이 요구될 수 있다.In the case of alloys applied to the exterior surface film of electronic devices, it may be necessary to satisfy not only corrosion resistance but also aesthetic standards such as brightness. In order to improve corrosion resistance, the implementation of an alloy composition or alloy target that has amorphous forming ability and at the same time has excellent brightness and gloss may be required.
본 발명의 다양한 실시예는 내부식성이 우수하고 밝기가 높은(표색계의 명도 지수 L*>75) 비정질 증착막을 형성할 수 있는 알루미늄계 합금 조성물과, 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.Various embodiments of the present invention provide an aluminum-based alloy composition capable of forming an amorphous deposition film with excellent corrosion resistance and high brightness (colorimetric brightness index L*>75), a nanocrystalline aluminum-based alloy target, and a method for manufacturing the same. can do.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물이 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물은 Al을 주성분으로 하되, 금속 원소 1종 이상을 더 함유하여 비정질 형성능을 갖도록 한 다원계 조성의 합금 조성물이다. 본 발명에 따른 알루미늄계 합금 조성물에서 주성분인 Al의 함량은, 합금을 구성하는 총 원자수를 기준으로, 80 내지 94 원자(at.)%인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물에서 2원계 조성은 Al(85~94 at.%)-X(6~15 at.%)이고, 여기서 X는 Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc 및 Ge로 이루어진 군에서 선택된 금속 원소일 수 있다. 또는, 상기 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물에서 3원계 조성은 Al(80~92 at.%)-M(2~10 at.%)-X(0~15 at.%)이며, 여기서 M은 Ni, Co, Fe 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 금속 원소이고, X는 Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc 및 Ge로 이루어진 군에서 선택된 금속 원소일 수 있다. 또는, 상기 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물에서 4원계 조성은 Al(80~92 at.%)-Ni(2~10 at.%)-Co(2~10 at.%)-X(0~15% at.%)이며, 여기서 X는 Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc 및 Ge로 이루어진 군에서 선택된 금속 원소일 수 있다. 또는, 상기 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물은 Cr, Mo, Si, Nb, Co, Sn, In, Bi, Zn, V, Hf, Ag, Ti 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 원소를 더 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, an aluminum-based alloy composition having an amorphous forming ability can be provided. The aluminum-based alloy composition having amorphous forming ability according to the present invention is an alloy composition of a multi-element composition that has Al as a main component but further contains one or more metal elements to have amorphous forming ability. In the aluminum-based alloy composition according to the present invention, the content of Al, which is the main component, is preferably 80 to 94 at.% based on the total number of atoms constituting the alloy. More specifically, in the aluminum-based alloy composition having the amorphous forming ability, the binary composition is Al (85-94 at.%)-X (6-15 at.%), where X is Y, Tb, Zr, Ta, It may be a metal element selected from the group consisting of W, La, Sm, Sc and Ge. Alternatively, in the aluminum-based alloy composition having the amorphous forming ability, the ternary composition is Al (80-92 at.%)-M (2-10 at.%)-X (0-15 at.%), where M is It is a metal element selected from the group consisting of Ni, Co, Fe and Cu, and X may be a metal element selected from the group consisting of Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc and Ge. Alternatively, in the aluminum alloy composition having the amorphous forming ability, the quaternary composition is Al (80~92 at.%)-Ni (2~10 at.%)-Co(2~10 at.%)-X(0~ 15% at.%), where X may be a metal element selected from the group consisting of Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc and Ge. Alternatively, the aluminum-based alloy composition having the amorphous forming ability contains at least one metal element selected from the group consisting of Cr, Mo, Si, Nb, Co, Sn, In, Bi, Zn, V, Hf, Ag, Ti and Fe. More may be included.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟이 제공된다. 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟은 상기 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물로 제조될 수 있으며, 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟을 이루는 미세구조의 결정립 크기는 50 ㎚ 내지 10 ㎛ 범위일 수 있다. According to another aspect of the present invention, a nanocrystalline aluminum-based alloy target having amorphous forming ability is provided. A nanocrystalline aluminum-based alloy target having an amorphous forming ability may be manufactured from the aluminum-based alloy composition having an amorphous forming ability, and the grain size of the microstructure forming the nanocrystalline aluminum-based alloy target may be in the range of 50 nm to 10 ㎛.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟의 제조 방법이 제공된다. 상기 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟의 제조 방법은, 본 발명에 따른 합금 조성을 갖는 모합금을 용융하는 단계; 급속응고법을 이용하여 비정질 및 나노결정질 복합 구조의 합금 분말 또는 합금 리본을 제조하는 단계; 상기 합금 분말 또는 합금 리본을 고온 성형 및 고온 소결하여 타겟을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 고온 성형 또는 고온 소결은 상기 비정질 및 나노결정질 복합 구조 합금의 결정화 개시온도 이상 내지 용융온도 미만의 온도 범위에서 진공 또는 불활성 가스 분위기 하에서 수행될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method for manufacturing a nanocrystalline aluminum-based alloy target having amorphous forming ability is provided. The method for manufacturing the nanocrystalline aluminum-based alloy target having the amorphous forming ability includes melting a master alloy having an alloy composition according to the present invention; Manufacturing an alloy powder or alloy ribbon with an amorphous and nanocrystalline composite structure using a rapid solidification method; It includes the step of manufacturing a target by high-temperature molding and high-temperature sintering of the alloy powder or alloy ribbon, wherein the high-temperature molding or high-temperature sintering is performed in a temperature range from more than the crystallization onset temperature to less than the melting temperature of the amorphous and nanocrystalline composite structure alloy. It can be performed under vacuum or inert gas atmosphere.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 합금 타겟을 이용하여 비정질 합금 증착막이 형성된 전자기기를 제공할 수 있다. 상기 비정질 합금 증착막은 스퍼터링법을 통하여 상기 전자기기 몸체의 외면에 형성될 수 있으며, 상기 형성된 증착막은 두께 10 nm 이상의 비정질 합금 박막일 수 있으며, 상기 증착막의 밝기는 표색계의 명도 지수 L* 값이 75 초과일 수 있다.According to another aspect of the present invention, an electronic device in which an amorphous alloy deposition film is formed using the nanocrystalline alloy target having the amorphous forming ability can be provided. The amorphous alloy deposition film may be formed on the outer surface of the electronic device body through a sputtering method, and the formed deposition film has a thickness of 10 nm. It may be the above amorphous alloy thin film, and the brightness of the deposited film may have a brightness index L* value of the colorimetric system exceeding 75.
본 발명의 다양한 실시예는, 고내식 및 고광택의 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금의 조성 및 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟과, 타겟의 제조 방법을 제공할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예는 밝기가 높은(L*>75) 비정질 합금 증착막을 구현함으로써 전자기기 외장 표면처리용으로 사용을 확대할 수 있다.Various embodiments of the present invention can provide a composition of an aluminum-based alloy having high corrosion resistance and high gloss amorphous forming ability, a nanocrystalline aluminum-based alloy target having amorphous forming ability, and a method of manufacturing the target. Various embodiments of the present invention can be used for exterior surface treatment of electronic devices by implementing an amorphous alloy deposition film with high brightness (L*>75).
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟의 제작 및 상기 합금 타겟을 사용한 증착막 형성의 전체 공정도이다.
도 2는 급속응고법으로 제조된, 본 발명의 실시예 1에 따른 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 분말의 열적 특성을 나타낸 것이다(DSC 결과).
도 3은 급속응고법으로 제조된, 본 발명의 실시예 1에 따른 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 분말의 구조적 특성을 나타낸 것이다(XRD 결과).
도 4a는 본 발명의 실시예 1의 조성에 따라 고온 성형/소결된 Al-Ni-Co-Y 합금 타겟의 형상을 나타낸 것이다.
도 4b는 본 발명의 실시예 1의 조성에 따라 고온 성형/소결된 Al-Ni-Co-Y 합금 타겟을 50시간 스퍼터링 공정을 진행한 후의 형상을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 조성에 따라 고온 성형/소결된 Al-Ni-Co-Y 합금 타겟의 미세조직을 촬영한 주사전자현미경 사진이다. 상기 합금 타겟은 미세한 결정립이 형성되었으며, 나노결정질 특성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 조성에 따라 고온 성형/소결된 Al-Ni-Co-Y 합금 타겟의 조성을 확인하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1의 조성에 따라 고온 성형/소결된 Al-Ni-Co-Y 합금 타겟의 스퍼터링 후 합금 증착막의 나노구조 분석(HRTEM & SADP)을 나타낸 것이다.
도 8a는 본 발명의 비교예 2를 사용하여 형성된 결정질 합금 증착막의 내부식성 시험 결과를 나타낸 것이다(시험 조건: 염수 분무 시험, 8시간 유지).
도 8b는 본 발명의 실시예 1을 사용하여 형성된 비정질 합금 증착막의 내부식성 시험 결과를 나타낸 것이다(시험 조건: 염수 분무 시험, 8시간 유지).
도 9는 본 발명의 비교예 3을 사용하여 형성된 결정질 금속 증착막(위)과 실시예 1을 사용하여 형성된 비정질 합금 증착막(아래)의 내부식성 시험 결과를 비교하는 사진이다(시험 조건: 염수 분무 시험, 48시간 유지).Figure 1 is an overall process diagram of manufacturing a nanocrystalline aluminum-based alloy target with amorphous forming ability and forming a deposition film using the alloy target according to various embodiments of the present invention.
Figure 2 shows the thermal properties of an aluminum-based alloy powder with amorphous forming ability according to Example 1 of the present invention prepared by a rapid solidification method (DSC results).
Figure 3 shows the structural characteristics of an aluminum-based alloy powder with amorphous forming ability according to Example 1 of the present invention prepared by a rapid solidification method (XRD results).
Figure 4a shows the shape of an Al-Ni-Co-Y alloy target molded/sintered at high temperature according to the composition of Example 1 of the present invention.
Figure 4b shows the shape of the Al-Ni-Co-Y alloy target molded/sintered at high temperature according to the composition of Example 1 of the present invention after performing a sputtering process for 50 hours.
Figure 5 is a scanning electron microscope photograph of the microstructure of an Al-Ni-Co-Y alloy target molded/sintered at high temperature according to the composition of Example 1 of the present invention. The alloy target has fine crystal grains formed and exhibits nanocrystalline properties.
Figure 6 is a graph confirming the composition of the Al-Ni-Co-Y alloy target molded/sintered at high temperature according to the composition of Example 1 of the present invention.
Figure 7 shows nanostructure analysis (HRTEM & SADP) of the alloy deposited film after sputtering of the Al-Ni-Co-Y alloy target molded/sintered at high temperature according to the composition of Example 1 of the present invention.
Figure 8a shows the corrosion resistance test results of the crystalline alloy deposited film formed using Comparative Example 2 of the present invention (test conditions: salt spray test, maintained for 8 hours).
Figure 8b shows the results of a corrosion resistance test of the amorphous alloy deposited film formed using Example 1 of the present invention (test conditions: salt spray test, maintained for 8 hours).
Figure 9 is a photograph comparing the corrosion resistance test results of the crystalline metal deposited film (top) formed using Comparative Example 3 of the present invention and the amorphous alloy deposited film (bottom) formed using Example 1 (test conditions: salt spray test , maintained for 48 hours).
일반적으로 금속은 상온에서 결정구조를 가지며 미세 결정의 집합체라 할 수 있다. 이러한 결정 금속들을 가열하여 액체 상태로 만든 후 급랭하면 고화되면서 원자들이 규칙적인 배열을 하지 못하고 무질서한 배열을 보이게 된다. 이러한 상태를 비정질(amorphous)이라 한다. In general, metals have a crystal structure at room temperature and can be said to be an aggregate of fine crystals. When these crystalline metals are heated to a liquid state and then rapidly cooled, they solidify and the atoms are not arranged in a regular manner and show a disordered arrangement. This state is called amorphous.
비정질 합금은 통상적으로 결정의 특징적인 격자 주기성이 없는 합금을 지칭하며, 가열 시 유리전이 상태를 거쳐 액체 또는 겔 상태로 변환되는 금속 유리를 포함할 수도 있다. 또한, 비정질 합금은 결정질 합금의 특성인 장거리 질서를 갖지 않지만, 화학 결합의 성질 때문에 원자 길이 규모에서 약간의 단거리 질서를 가질 수 있다. 비정질 합금과 결정질 합금은, X선 회절 및 투과전자현미경과 같은 구조 특성화 기술에 의해 결정되는 격자 주기성에 따라 구별될 수 있다. 여기서, 질서 및 무질서라는 용어는 다입자계에서 어떤 대칭 또는 상관관계의 존재 또는 부재를 나타내는 개념으로 사용되었고, 장거리 질서 및 단거리 질서라는 용어는 물질에서의 질서를 길이 규모에 기초해서 구별하는 개념으로 사용되었다.Amorphous alloys generally refer to alloys that do not have the characteristic lattice periodicity of crystals, and may include metallic glasses that go through a glass transition state and transform into a liquid or gel state when heated. Additionally, amorphous alloys do not have the long-range order that is characteristic of crystalline alloys, but may have some short-range order on the atomic length scale due to the nature of chemical bonds. Amorphous and crystalline alloys can be distinguished according to the lattice periodicity determined by structural characterization techniques such as X-ray diffraction and transmission electron microscopy. Here, the terms order and disorder are used as concepts to indicate the presence or absence of any symmetry or correlation in a multi-particle system, and the terms long-range order and short-range order are concepts that distinguish order in materials based on the length scale. It was used.
또한, 비정질 합금은 니켈(Ni), 하프늄(Hf), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 코발트(Co), 철(Fe), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 성분을 포함할 수 있다. 구체적으로, 비정질 합금은 유리전이가 되는 니켈(Ni), 하프늄(Hf), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 코발트(Co) 및 철(Fe)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 성분을 포함할 수 있다. 또한, 비정질 합금은 유리전이가 되지 않는 철(Fe) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 성분을 포함할 수 있다.In addition, the amorphous alloy is selected from the group including nickel (Ni), hafnium (Hf), copper (Cu), zirconium (Zr), cobalt (Co), iron (Fe), aluminum (Al), and titanium (Ti). It may contain at least one metal component. Specifically, the amorphous alloy includes at least one metal component selected from the group including nickel (Ni), hafnium (Hf), copper (Cu), zirconium (Zr), cobalt (Co), and iron (Fe) that undergoes a glass transition. may include. Additionally, the amorphous alloy may include at least one metal component selected from the group including iron (Fe) and aluminum (Al) that do not undergo a glass transition.
또한, 비정질 합금은 결정질 합금에서는 나타나지 않는 과냉각 액상구간 (유리전이 온도와 결정화 온도 구간)이 존재하고, 이 온도 영역에서는 적은 힘으로도 많은 양의 소성변형이 가능하다. 따라서, 비정질 합금의 과냉각 액상구간에서의 비정질 합금의 초소성 특성을 이용하여 비정질 합금 분말을 성형하여 제품에 적용할 수 있다.In addition, amorphous alloys have a supercooled liquid phase region (glass transition temperature and crystallization temperature region) that does not appear in crystalline alloys, and in this temperature region, a large amount of plastic deformation is possible with a small amount of force. Therefore, amorphous alloy powder can be molded and applied to products by using the superplastic properties of the amorphous alloy in the supercooled liquid phase section of the amorphous alloy.
또한, 비정질 합금은 유리전이가 되는 성분을 포함하는 금속 성분을 포함하는 경우에 고유의 유리전이 온도(Tg, glass transition temperature)를 가질 수 있다. 여기서, 유리전이 온도(Tg)는 비정질 고체가 유리와 같은 무른 상태에서 점성이 있는 상태로 변화하는 온도 영역의 중심을 의미한다. 유리전이 온도와 결정화 온도 사이의 구간의 온도인 과냉각 액상 구간에서 비정질 합금은 초소성의 특징을 나타내며, 상기 온도 구간에서 작은 힘으로도 균일 변형이 가능하게 된다.Additionally, an amorphous alloy may have a unique glass transition temperature (Tg) when it contains a metal component that undergoes a glass transition. Here, the glass transition temperature (Tg) refers to the center of the temperature range where an amorphous solid changes from a glass-like soft state to a viscous state. In the supercooled liquid phase section, which is the temperature in the section between the glass transition temperature and the crystallization temperature, the amorphous alloy exhibits the characteristics of superplasticity, and uniform deformation is possible even with a small force in this temperature section.
본 명세서에서 언급하는 "원자%"(또는 "at.%") 단위는 전체 합금 조성물 중에서 차지하는 해당 원자의 비율을 의미한다.As used herein, the unit “atomic percent” (or “at.%”) refers to the proportion of the corresponding atom in the total alloy composition.
본 발명은 고내식 및 고광택 특성의 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum-based alloy composition having an amorphous forming ability with high corrosion resistance and high gloss characteristics.
본 발명에 따른 비정질 형성능을 갖는 합금 조성물은 알루미늄계 합금 조성물로서, 알루미늄 원소의 함량이 매우 높으며, 알루미늄 원소 및 그 밖의 특정 금속 원소를 함유하여, 2원계, 3원계, 4원계 또는 그 이상의 다원계 조성으로 이루어질 수 있다. 그 중에서 본 발명에 따른 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물이 2원계인 경우, Al이 85 원자% 내지 94 원자%이고, Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc 및 Ge로 이루어진 군에서 선택된 금속 원소가 6 원자% 내지 15 원자%로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물이 3원계인 경우에는, Al이 80 원자% 내지 92 원자%이고, Ni, Co, Fe 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 금속 원소가 2 원자% 내지 10 원자%이며, Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc 및 Ge로 이루어진 군에서 선택된 금속 원소가 0 원자% 초과 내지 15 원자%로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물이 4원계인 경우에는, Al이 80 원자% 내지 92 원자%이고, Ni이 2 원자% 내지 10 원자%이며, Co가 2 원자% 내지 10 원자%이고, Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc 및 Ge로 이루어진 군에서 선택된 금속 원소가 0 원자% 초과 내지 15 원자%로 이루어질 수 있다.The alloy composition having amorphous forming ability according to the present invention is an aluminum-based alloy composition, has a very high content of aluminum element, contains aluminum element and other specific metal elements, and is binary, ternary, quaternary, or more multi-element. It can be done by composition. Among them, when the aluminum-based alloy composition having amorphous forming ability according to the present invention is a binary system, Al is 85 to 94 atomic% and consists of Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc, and Ge. The metal element selected from the group may consist of 6 atomic% to 15 atomic%. When the aluminum-based alloy composition having amorphous forming ability according to the present invention is a ternary system, Al is 80 to 92 at%, and the metal element selected from the group consisting of Ni, Co, Fe and Cu is 2 to 10 at%. It is in atomic %, and may consist of more than 0 atomic % to 15 atomic % of a metal element selected from the group consisting of Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc, and Ge. When the aluminum-based alloy composition having amorphous forming ability according to the present invention is quaternary, Al is 80 to 92 at%, Ni is 2 to 10 at%, and Co is 2 to 10 at%. And, the metal element selected from the group consisting of Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc, and Ge may be comprised in an amount of more than 0 atomic% to 15 atomic%.
또한, 본 발명에 따른 상기 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물은 Cr, Mo, Si, Nb, Co, Sn, In, Bi, Zn, V, Hf, Ag, Ti 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 원소를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the aluminum-based alloy composition having the amorphous forming ability according to the present invention is at least one selected from the group consisting of Cr, Mo, Si, Nb, Co, Sn, In, Bi, Zn, V, Hf, Ag, Ti and Fe. It may further include metal elements.
또한, 본 발명에 따른 상기 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물은 비정질 합금이며, 부분적으로 나노결정질이 포함된 비정질 합금일 수 있다. 상기 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물은 급속응고법(아토마이징법 또는 멜트스피닝법)에 의해 비정질 합금 분말 또는 비정질 합금 리본의 형태로 제공될 수 있다. 상기 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물은 멜트스피닝법에 의해 합금 리본을 형성할 경우, 상기 알루미늄계 합금의 용탕을 104~106 K/sec 범위의 냉각속도로 주조 시 약 500 ㎛의 임계 주조두께를 갖는 비정질 합금 리본을 얻을 수 있다.In addition, the aluminum-based alloy composition having the amorphous forming ability according to the present invention is an amorphous alloy, and may be an amorphous alloy partially containing nanocrystals. The aluminum-based alloy composition having the amorphous forming ability may be provided in the form of an amorphous alloy powder or an amorphous alloy ribbon by a rapid solidification method (atomizing method or melt spinning method). When forming an alloy ribbon by the melt spinning method, the aluminum-based alloy composition having the amorphous forming ability has a critical casting value of about 500 ㎛ when casting the molten aluminum alloy at a cooling rate in the range of 10 4 to 10 6 K/sec. An amorphous alloy ribbon having a thickness can be obtained.
본 발명은 또한 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟에 관한 것이다. The present invention also relates to a nanocrystalline aluminum-based alloy target with amorphous forming ability.
본 발명에 따른 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟은 상기 본 발명에 따른 고내식 및 고광택 특성의 비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물의 분말 또는 리본 형태로부터 제조된 것으로, 나노결정질 미세 구조를 가지며, 부분적으로 비정질이 포함된 나노결정질 미세 구조를 가질 수 있다. 여기서 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟의 결정립 크기는 50 ㎚ 내지 10 ㎛ 범위일 수 있고 또한, 본 발명에 따른 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟은, 스퍼터링법을 이용하여 전자기기 몸체의 외면에 고내식 및 고광택 특성의 비정질 합금 증착막을 형성하기 위한 스퍼터링용 합금 타겟일 수 있다.The nanocrystalline aluminum-based alloy target having amorphous forming ability according to the present invention is manufactured from the powder or ribbon form of the aluminum-based alloy composition having amorphous forming ability with high corrosion resistance and high gloss characteristics according to the present invention, and has a nanocrystalline microstructure. , may have a nanocrystalline microstructure partially containing amorphous elements. Here, the grain size of the nanocrystalline aluminum-based alloy target may range from 50 nm to 10 ㎛, and the nanocrystalline aluminum-based alloy target with amorphous forming ability according to the present invention is fixed to the outer surface of the electronic device body using a sputtering method. It may be an alloy target for sputtering to form an amorphous alloy deposition film with corrosion resistance and high gloss characteristics.
또한, 본 발명에 따른 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟을 사용하여 전자기기 몸체의 외면에 형성된 비정질 합금 증착막에 있어서, 상기 증착막의 두께가 10 nm 이상이고, 상기 증착막의 밝기는 표색계의 명도 지수 L* 값이 75 초과인 것을 특징으로 하며, 엄격하게는 L* 값이 80 이상일 수 있다.In addition, in the amorphous alloy deposition film formed on the outer surface of the electronic device body using the nanocrystalline aluminum-based alloy target with amorphous forming ability according to the present invention, the thickness of the deposition film is 10 nm or more, and the brightness of the deposition film is the brightness of the colorimetric system. It is characterized by an index L* value exceeding 75, and strictly, the L* value may be 80 or more.
본 발명은 또한 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for producing a nanocrystalline aluminum-based alloy target with amorphous forming ability.
상기 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟의 제조 방법은, 본 발명에 따른 합금 조성을 갖는 모합금을 용융하는 단계; 급속응고법을 이용하여 비정질 및 나노결정질 복합 구조의 합금 분말 또는 합금 리본을 제조하는 단계; 상기 합금 분말 또는 합금 리본을 고온 성형 및 고온 소결하여 타겟을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 고온 성형 또는 고온 소결은 상기 비정질 및 나노결정질 복합 구조 합금의 결정화 개시온도 이상 내지 용융온도 미만의 온도 범위에서 진공 또는 불활성 가스 분위기 하에서 수행될 수 있다.The method for manufacturing the nanocrystalline aluminum-based alloy target having the amorphous forming ability includes melting a master alloy having an alloy composition according to the present invention; Manufacturing an alloy powder or alloy ribbon with an amorphous and nanocrystalline composite structure using a rapid solidification method; It includes the step of manufacturing a target by high-temperature molding and high-temperature sintering of the alloy powder or alloy ribbon, wherein the high-temperature molding or high-temperature sintering is performed in a temperature range from more than the crystallization onset temperature to less than the melting temperature of the amorphous and nanocrystalline composite structure alloy. It can be performed under vacuum or inert gas atmosphere.
본 발명에 따른 스퍼터링용 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟은 상술한 합금 분말 또는 리본 형태의 비정질 합금을 준비하고, 이러한 비정질 합금을 열가압하여 서로 결합시킴으로써 제조할 수 있다. 상기 열가압을 수행하는 동안 비정질 합금의 소성 변형이 일어날 수 있다.The nanocrystalline aluminum-based alloy target for sputtering according to the present invention can be manufactured by preparing the amorphous alloy in the form of the above-described alloy powder or ribbon and combining the amorphous alloy with each other by heat pressing. Plastic deformation of the amorphous alloy may occur during the thermal pressing.
이때 상기 열가압은 비정질 합금의 결정화 개시온도 이상 용융온도 미만의 온도범위에서 수행될 수 있다. 결정화 개시온도는 특정 조성을 가지는 합금이 비정질 상태에서 결정질 상태로 상천이가 시작되는 온도로서 정의된다.At this time, the thermal pressing may be performed in a temperature range of more than the crystallization start temperature and less than the melting temperature of the amorphous alloy. Crystallization onset temperature is defined as the temperature at which an alloy having a specific composition begins to transition from an amorphous state to a crystalline state.
상기 비정질 합금은 예를 들어, 비정질 합금 분말일 수 있다. 이러한 합금 분말을 소결 금형에서 가압 소결하여 결합시킴으로써 실제 타겟과 근사한 형상과 크기의 응집체가 얻어질 수 있다. 이 경우 가압 소결은 상기 합금 분말이 가지는 조성에서의 비정질 결정화 개시온도 이상 용융온도 미만의 온도범위에서 수행될 수 있다. 가열하는 과정 중에 비정질 합금 분말의 응집체는 서로 확산에 의해 결합되면서 결정화 및/또는 결정립 성장이 일어나게 된다. 이때 결정화 또는 결정립 성장은 결정립의 크기가 특정한 범위를 갖게 되도록 시간 및/또는 온도 등이 제어될 수 있다. 이에 따라 최종적으로 결정화 또는 결정립 성장된 합금 타겟은 상기 합금 타겟의 결정립 크기가 50 ㎚ 내지 10 ㎛ 범위일 수 있으며, 엄격하게는 50 ㎚ 내지 5 ㎛ 범위일 수 있다.For example, the amorphous alloy may be an amorphous alloy powder. By combining these alloy powders by pressure sintering in a sintering mold, an aggregate of a shape and size similar to the actual target can be obtained. In this case, pressure sintering may be performed in a temperature range from more than the amorphous crystallization start temperature to less than the melting temperature in the composition of the alloy powder. During the heating process, agglomerates of amorphous alloy powder are combined with each other by diffusion, causing crystallization and/or grain growth. At this time, crystallization or grain growth may be controlled in terms of time and/or temperature so that the grain size is within a specific range. Accordingly, the final crystallized or grain-grown alloy target may have a grain size in the range of 50 ㎚ to 10 ㎛, and strictly in the 50 ㎚ to 5 ㎛ range.
이때 상기 비정질 합금 분말은 아토마이징법(Gas atomization)에 의해 제조된 것일 수 있다. 구체적으로 비정질 형성능을 갖는 2종 이상의 금속원소가 융해된 용탕을 준비하고 상기 용탕을 분출시키면서 아르곤 가스 등과 같은 불활성 가스를 상기 분출된 용탕에 분무함으로써 상기 용탕을 급냉시켜 합금 분말을 형성할 수 있다.At this time, the amorphous alloy powder may be manufactured by atomizing (Gas atomization). Specifically, molten metal in which two or more metal elements having amorphous forming ability are melted is prepared, and an inert gas such as argon gas is sprayed on the ejected molten metal while ejecting the molten metal, thereby rapidly cooling the molten metal to form alloy powder.
다른 예로서 상기 비정질 합금은 포일 형태의 비정질 합금 리본일 수 있다. 이러한 리본들을 복수 개로 적층한 후 합금 리본이 가지는 조성에서의 결정화 개시온도 이상 용융온도 미만의 온도 범위에서 열가압함으로써 타겟을 형성할 수 있다. 이 경우 가압처리 과정 중에 비정질 합금 리본 적층체는 리본 간의 상호확산에 의한 결합이 진행되면서 결정화 및/또는 결정립 성장이 일어날 수 있다. 한편 이러한 과정에서 적층된 합금 리본 간의 적층계면은 상호확산에 의해 소멸될 수 있다.As another example, the amorphous alloy may be an amorphous alloy ribbon in the form of a foil. A target can be formed by stacking a plurality of such ribbons and then heat-pressing them in a temperature range of more than the crystallization start temperature and less than the melting temperature of the composition of the alloy ribbon. In this case, during the pressure treatment process, crystallization and/or grain growth may occur in the amorphous alloy ribbon laminate as bonding occurs between the ribbons through mutual diffusion. Meanwhile, in this process, the lamination interface between laminated alloy ribbons may be destroyed by mutual diffusion.
이때 상기 비정질 합금 리본은 멜트스피닝법(Melt spinning)과 같은 급속응고법에 의해 제조된 것일 수 있다. 구체적으로 비정질 형성능을 갖는 2종 이상의 금속원소가 용해된 용탕을 준비하고 상기 용탕을 고속으로 회전하는 롤 표면에 투입하여 급속응고시킴으로써 리본 형상의 비정질 합금을 제조할 수 있다.At this time, the amorphous alloy ribbon may be manufactured by a rapid solidification method such as melt spinning. Specifically, a ribbon-shaped amorphous alloy can be manufactured by preparing a molten metal in which two or more metal elements having amorphous forming ability are dissolved and rapidly solidifying the molten metal by putting it on the surface of a roll rotating at high speed.
합금 리본의 경우에도 합금 분말에서와 마찬가지로 최종적으로 결정화된 합금 타겟은 상기 합금 타겟의 결정립 크기가 위에서 기술한 범위가 되도록 조절될 수 있다.In the case of the alloy ribbon, as in the alloy powder, the final crystallized alloy target can be adjusted so that the grain size of the alloy target is within the range described above.
이하，첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예는 본 발명의 개시를 완전하게 하고 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들의 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various different forms. The following examples are provided to complete the disclosure of the present invention and to inform those skilled in the art of the scope of the invention. Additionally, for convenience of explanation, the sizes of components may be exaggerated or reduced in the drawings.
비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟의 제작 및 증착 전체 공정The entire process of manufacturing and depositing a nanocrystalline aluminum-based alloy target with amorphous forming ability
본 발명에 따른 고내식-고광택 특성의 비정질 형성능을 갖는 나노결정질 알루미늄 합금 타겟 제작 및 증착의 전체 공정은 도 1에서 보는 바와 같이 5단계로 이루어진다.The entire process of manufacturing and depositing a nanocrystalline aluminum alloy target with high corrosion resistance and high gloss characteristics and amorphous forming ability according to the present invention consists of five steps, as shown in FIG. 1 .
첫 번째 단계에서는 합금 타겟의 원료가 되는 알루미늄계 합금 조성물의 조성을 설계하고, 비정질 형성능을 갖는 2종 이상의 금속 원소가 용해된 모합금을 준비한다.In the first step, the composition of the aluminum-based alloy composition, which is the raw material of the alloy target, is designed, and a master alloy in which two or more metal elements with amorphous forming ability are dissolved is prepared.
두 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 준비한 모합금으로 알루미늄계 합금 조성물을 제조한다. 급속응고법을 이용하여 비정질 및 나노결정질 복합 구조의 합금 분말 또는 합금 리본을 제조하며, 이때 급속응고법은 아토마이징법 또는 멜트스피닝법일 수 있다.In the second step, an aluminum-based alloy composition is manufactured from the master alloy prepared in the first step. An alloy powder or alloy ribbon with an amorphous and nanocrystalline composite structure is manufactured using a rapid solidification method. In this case, the rapid solidification method may be an atomizing method or a melt spinning method.
세 번째 단계에서는 두 번째 단계에서 제조된 합금 분말 또는 합금 리본을 고온 성형 및 소결하여 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟을 제조한다.In the third step, a nanocrystalline aluminum-based alloy target is manufactured by high-temperature molding and sintering of the alloy powder or alloy ribbon prepared in the second step.
네 번째 단계에서는 세 번째 단계에서 제조된 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟을 전자기기 몸체의 외면 상에 스퍼터링 처리한다.In the fourth step, the nanocrystalline aluminum-based alloy target prepared in the third step is sputtered onto the outer surface of the electronic device body.
다섯 번째 단계에서는 상기 스퍼터링에 의해 고내식-고광택 특성을 갖는 비정질 합금 증착막이 전자기기 몸체의 외면에 형성된다.In the fifth step, an amorphous alloy deposition film with high corrosion resistance and high gloss characteristics is formed on the outer surface of the electronic device body by the sputtering.
실시예 및 비교예: 알루미늄계 합금 조성물의 제조Examples and Comparative Examples: Preparation of aluminum-based alloy composition
본 발명에 따른 비정질 형성능을 갖는 실시예 1 내지 5의 알루미늄계 합금 조성물의 합금 조성과 합금 형태, 그리고 비교예 1 내지 3의 알루미늄계 합금 조성물의 합금 조성과 합금 형태를 하기 표 1에 나타내었다.The alloy composition and alloy form of the aluminum-based alloy compositions of Examples 1 to 5 having amorphous forming ability according to the present invention, and the alloy composition and alloy form of the aluminum-based alloy compositions of Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1 below.
실시예 1은 Al이 85 원자%, Ni이 5 원자%, Co가 2 원자%, Y이 8 원자%로 이루어지며, 이를 Al85Ni5Co2Y8로 표시한다(이후 합금의 조성을 이와 같은 방식으로 표시한다). Example 1 consists of 85 atomic% Al, 5 atomic% Ni, 2 atomic% Co, and 8 atomic% Y, which is expressed as Al 85 Ni 5 Co 2 Y 8 (hereinafter, the composition of the alloy is (expressed in this way).
상기 표 1의 합금 조성에 따라, Al을 포함한 2종 이상의 금속원소들이 용융된 모합금을 준비하였다.According to the alloy composition in Table 1 above, a master alloy in which two or more metal elements including Al were melted was prepared.
그런 뒤, 급속응고법을 사용하여 실시예 1 내지 4의 알루미늄계 합금 분말 또는 합금 리본을 제조하였다. 급속응고법은 2가지 공법이 사용되었으며 비정질 미세 구조를 갖는 알루미늄계 합금이 얻어졌다. 이때 비정질 구조는 나노결정질 상이 일부 포함되어 있는 비정질 및 나노결정질의 복합 구조일 수 있다.Then, the aluminum-based alloy powder or alloy ribbon of Examples 1 to 4 was manufactured using a rapid solidification method. Two rapid solidification methods were used, and an aluminum alloy with an amorphous microstructure was obtained. At this time, the amorphous structure may be a composite structure of amorphous and nanocrystalline containing some nanocrystalline phase.
실시예 1의 합금 분말은 Al85Ni5Co2Y8 조성으로 아토마이징법을 이용해 제조하여, 비정질 및 나노결정질 복합 구조의 합금 분말을 얻었다. 아토마이징법은 용해된 용탕을 고압의 불활성 가스를 때려 분말을 제조하는 방법으로, 냉각속도는 약 103 K/sec 이상이다. 구체적으로 비정질 형성능을 갖는 전술한 상기 원소들이 용해된 용탕을 준비하고 상기 용탕을 분출시키면서 아르곤 가스 등과 같은 불활성 가스를 상기 분출된 용탕에 분무함으로써 상기 용탕을 급냉시켜 합금 분말을 형성하였다. 제조된 합금 분말은 구형으로 형성되었으며, 평균 입도는 약 38 ㎛이다.The alloy powder of Example 1 was manufactured using an atomizing method with a composition of Al 85 Ni 5 Co 2 Y 8 to obtain an alloy powder with an amorphous and nanocrystalline composite structure. The atomizing method is a method of producing powder by hitting molten metal with a high-pressure inert gas, and the cooling rate is about 10 3 K/sec or more. Specifically, molten metal in which the above-described elements having amorphous forming ability were dissolved was prepared, and while ejecting the molten metal, an inert gas such as argon gas was sprayed on the ejected molten metal to rapidly cool the molten metal to form alloy powder. The prepared alloy powder was formed into a sphere and had an average particle size of about 38 ㎛.
실시예 2의 합금 리본은 Al85Ni5Co2Y8 조성으로 멜트스피닝법을 이용해 제조하여, 비정질 및 나노결정질 복합 구조를 갖는 합금 리본을 얻었다. 구체적으로, 고속으로 회전하는 냉각 휠에 용해된 용탕을 흘려 급랭하였으며, 이때 냉각속도는 104~106 K/sec이었다. 제조된 합금 리본은 주조 두께가 20~50 ㎛이다.The alloy ribbon of Example 2 was manufactured using a melt spinning method with a composition of Al 85 Ni 5 Co 2 Y 8 to obtain an alloy ribbon having an amorphous and nanocrystalline composite structure. Specifically, the molten metal was rapidly cooled by flowing it through a cooling wheel rotating at high speed, and the cooling rate at this time was 10 4 to 10 6 K/sec. The manufactured alloy ribbon has a casting thickness of 20 to 50 ㎛.
실시예 3의 합금 분말은 Al86Ni5Y9 조성으로 아토마이징법을 이용해 제조하여, 비정질 및 나노결정질 복합 구조의 합금 분말을 얻었다. 제조 시 냉각속도는 약 104~106 K/sec이고, 평균 입도는 38 ㎛이다.The alloy powder of Example 3 was manufactured using an atomizing method with a composition of Al 86 Ni 5 Y 9 to obtain an alloy powder with an amorphous and nanocrystalline composite structure. The cooling rate during manufacturing is about 10 4 ~10 6 K/sec, and the average particle size is 38 ㎛.
실시예 4의 합금 리본은 Al90Sm10 조성으로 멜트스피닝법을 이용해 제조하여, 비정질 및 나노결정질 복합 구조의 합금 리본을 얻었다. 제조 시 냉각속도는 약 104~106 K/sec이고, 주조 두께가 20~50 ㎛이다.The alloy ribbon of Example 4 was manufactured using a melt spinning method with a composition of Al 90 Sm 10 to obtain an alloy ribbon with an amorphous and nanocrystalline composite structure. The cooling rate during manufacturing is approximately 10 4 to 10 6 K/sec, and the casting thickness is 20 to 50 ㎛.
실시예 5의 합금 리본은 Al90Tb10 조성으로 멜트스피닝법을 이용해 제조하여, 비정질 및 나노결정질 복합 구조의 합금 리본을 얻었다. 제조 시 냉각속도는 약 104~106 K/sec이고, 주조 두께가 20~50 ㎛이다.The alloy ribbon of Example 5 was manufactured using a melt spinning method with a composition of Al 90 Tb 10 to obtain an alloy ribbon with an amorphous and nanocrystalline composite structure. The cooling rate during manufacturing is approximately 10 4 to 10 6 K/sec, and the casting thickness is 20 to 50 ㎛.
시험예 1: 급속응고법으로 제조된 알루미늄계 합금 조성물의 열적 특성 및 구조적 특성 분석Test Example 1: Analysis of thermal and structural properties of aluminum alloy composition prepared by rapid solidification method
이어서 상기 제조된 실시예 1의 합금 분말의 결정화 특성을 알아보기 위해, 시차주사 열량측정법(DSC; differential scanning calorimetry)을 이용하여 열 분석을 실시하였다. 승온 시 결정화 거동을 관찰하였고, 그 결과는 도 2에 나타내었다. 도 2의 각 곡선은 실시예 1의 조성으로 제조된 합금 분말의 평균 입도가 각각 20 ㎛ 미만일 때, 20 내지 32 ㎛일 때, 32 ㎛ 초과일 때, 시간에 따른 열량의 변화를 나타낸다. Subsequently, in order to determine the crystallization characteristics of the alloy powder of Example 1 prepared above, thermal analysis was performed using differential scanning calorimetry (DSC). Crystallization behavior was observed upon temperature increase, and the results are shown in Figure 2. Each curve in FIG. 2 shows the change in heat amount over time when the average particle size of the alloy powder prepared with the composition of Example 1 is less than 20 ㎛, 20 to 32 ㎛, and more than 32 ㎛, respectively.
도 2를 통해, 급속응고법으로 제조된 Al85Ni5Co2Y8 합금 분말은 유리전이 온도(Tg)(약 260℃ 내외의 값)와 결정화 개시온도(Tx)(약 280℃ 내외의 값)가 존재함을 확인할 수 있다. 이와 같은 승온 시 결정화 거동에 따른 발열 피크는 전형적인 비정질 합금의 열적 특성으로서, 본 발명의 실시예는 비정질 상을 포함하고 있음을 알 수 있다.Through Figure 2 , the Al 85 Ni 5 Co 2 Y 8 alloy powder manufactured by the rapid solidification method has a glass transition temperature (T g ) (about 260°C) and crystallization onset temperature (T x ) (about 280°C). value) can be confirmed to exist. Such an exothermic peak due to crystallization behavior upon temperature increase is a typical thermal characteristic of an amorphous alloy, and it can be seen that the embodiment of the present invention includes an amorphous phase.
또한, 상기 제조된 실시예 1의 합금 분말을 X선 회절(XRD; X-ray diffraction)을 이용해 구조적 성질을 조사하였고, 결과는 도 3에 나타내었다. 도 3의 각 곡선은 실시예 1의 조성으로 제조된 합금 분말의 평균 입도가 각각 20 ㎛ 미만일 때, 20 내지 32 ㎛일 때, 32 ㎛ 초과일 때의 결과를 나타낸다.In addition, the structural properties of the alloy powder prepared in Example 1 were investigated using X-ray diffraction (XRD), and the results are shown in FIG. 3. Each curve in Figure 3 shows the results when the average particle size of the alloy powder prepared with the composition of Example 1 was less than 20 ㎛, 20 to 32 ㎛, and more than 32 ㎛, respectively.
도 3에 나타낸 바와 같이, XRD 분석 결과 결정질 피크(sharp peak)가 관찰되었다. 이것으로 보아, 본 발명에 따른 실시예 1의 합금 분말은 비정질 상과 나노결정질 상이 공존해 있음을 알 수 있다.As shown in Figure 3 , a crystalline peak (sharp peak) was observed as a result of XRD analysis. From this, it can be seen that the alloy powder of Example 1 according to the present invention contains an amorphous phase and a nanocrystalline phase.
스퍼터링용 알루미늄계 합금 타겟의 제조Manufacturing of aluminum-based alloy targets for sputtering
상기 실시예 및 비교예의 알루미늄계 합금 조성물을 사용하여 스퍼터링용 알루미늄계 합금 타겟을 제조하였다.An aluminum-based alloy target for sputtering was manufactured using the aluminum-based alloy composition of the above Examples and Comparative Examples.
스퍼터링용 타겟 제조를 위해서는 상기 제조된 실시예 및 비교예의 합금 분말 또는 합금 리본을 성형 및 소결하는 공정이 필요하다. 이때 합금 조성물의 조성에 따라, 성형 및 소결을 위한 열처리 조건도 달라진다. 열처리의 온도 조건은 합금 조성물의 열적 특성 분석 결과를 토대로 비정질 결정화 개시온도 이상 융융 온도 미만의 온도범위에서 수행된다. 구체적으로는 유리전이 온도 부근에서 일정 시간 유지(holding) 및 가압하여 성형하고, 지속적인 승온 및 1차/2차/3차 결정화가 완료된 온도에서 일정 시간 유지를 통해 결정립 미세화를 유도한다. 또한 용융온도 미만의 부근에서 일정 시간 유지함으로써 최종 기공과 결함을 제거한다.In order to manufacture a target for sputtering, a process of molding and sintering the alloy powder or alloy ribbon of the manufactured Examples and Comparative Examples is required. At this time, depending on the composition of the alloy composition, heat treatment conditions for forming and sintering also vary. The temperature conditions of heat treatment are performed in a temperature range of more than the amorphous crystallization start temperature and less than the melting temperature, based on the results of thermal property analysis of the alloy composition. Specifically, it is formed by holding and pressurizing for a certain period of time near the glass transition temperature, and grain refinement is induced by continuously raising the temperature and maintaining it for a certain period of time at the temperature at which primary, secondary, and tertiary crystallization has been completed. Additionally, final pores and defects are removed by maintaining the temperature below the melting temperature for a certain period of time.
상기 실시예 1의 합금 조성물을 이용하여, 상술된 본 발명의 스퍼터링용 타겟 제조 방법을 통해 고온 성형/소결하여 제조된 Al-Ni-Co-Y 합금 타겟의 모습을 사진으로 찍어 도 4a에 나타내었다. 도 4b는 상기 타겟을 50시간 스퍼터링 공정을 진행한 후 모습이다.The Al-Ni-Co-Y alloy target manufactured by high-temperature molding/sintering using the alloy composition of Example 1 through the sputtering target manufacturing method of the present invention described above was photographed and shown in Figure 4a . . Figure 4b shows the target after performing a sputtering process for 50 hours.
시험예 2: 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟의 미세 구조 분석Test Example 2: Microstructure analysis of nanocrystalline aluminum alloy target
상기 실시예 1의 합금 조성물을 이용하여 제조된 Al-Ni-Co-Y 합금 타겟의 미세 구조를 주사전자현미경을 사용하여 분석하여, 그 결과를 도 5에 나타내었다.The microstructure of the Al-Ni-Co-Y alloy target manufactured using the alloy composition of Example 1 was analyzed using a scanning electron microscope, and the results are shown in FIG. 5.
도 5의 전자현미경 사진에 나타난 바와 같이, 상기 합금 타겟은 매우 미세한 결정립이 형성되었음을 확인할 수 있다. 결정립 크기는 약 50 nm~10 ㎛로 나노결정질 특성을 나타낸다. As shown in the electron microscope photograph of FIG. 5 , it can be confirmed that very fine crystal grains were formed in the alloy target. The crystal grain size is approximately 50 nm to 10 ㎛, showing nanocrystalline characteristics.
도 6은 실시예 1의 조성에 따라 상기 제조된 합금 타겟의 조성을 EDS를 통해 분석하였으며, Al 85 원자%, Ni 5 원자%, Co 2 원자%, Y 8 원자%의 조성과 일치함을 확인할 수 있다. Figure 6 shows that the composition of the alloy target prepared according to the composition of Example 1 was analyzed through EDS, and it can be confirmed that it matches the composition of 85 atomic% Al, 5 atomic% Ni, 2 atomic% Co, and 8 atomic% Y. there is.
본 발명에 따른 나노결정질 합금 타겟은 동일 조성의 비정질 합금에 비해 매우 우수한 열적 안정성을 가진다. 비정질 합금은 고온에서 불안정하며, 외부에서 전달된 열에너지에 의해 국부적으로 부분 결정화가 일어나면서 나노 결정질이 국부적으로 형성된다. 이러한 국부적인 결정화는 비정질 합금의 구조를 취약하게 만들어 파괴인성이 감소할 수 있다. 따라서 스퍼터링법에 적용 시 스퍼터링 도중 타겟이 파괴되는 현상이 발생하기 쉬울 수 있다.The nanocrystalline alloy target according to the present invention has very excellent thermal stability compared to an amorphous alloy of the same composition. Amorphous alloys are unstable at high temperatures, and nanocrystals are formed locally as partial crystallization occurs locally due to heat energy transmitted from the outside. This localized crystallization may weaken the structure of the amorphous alloy and reduce fracture toughness. Therefore, when applied to the sputtering method, it may be easy for the target to be destroyed during sputtering.
그러나 본 발명에서 타겟으로 사용되는 나노결정질 구조의 합금은 비정질 합금 또는 나노결정질 합금으로부터 결정화 또는 결정립 성장을 통해 그 결정립 크기가 제어되며, 이러한 합금은 외부에서 열이 가해지더라도 미세조직의 큰 변화를 보이지 않으며, 따라서 종래의 비정질 합금 또는 결정질 합금이 가지는 열적, 기계적 불안전성에 기인한 파괴가 나타나지 않을 수 있다.However, the alloy with a nanocrystalline structure used as a target in the present invention has its grain size controlled through crystallization or grain growth from an amorphous alloy or nanocrystalline alloy, and such alloy does not show significant changes in microstructure even when heat is applied from the outside. Therefore, failure due to the thermal and mechanical instability of conventional amorphous alloys or crystalline alloys may not occur.
스퍼터링 타겟의 경우 공정 중에 플라즈마로부터 가속되는 이온이 계속 충돌하게 되며, 이로 인해 스퍼터링 타겟은 공정 중에 필연적으로 온도가 상승하게 된다. 스퍼터링 타겟이 비정질 합금으로 이루어진 경우, 스퍼터링 과정 중에 온도 상승에 따른 타겟 표면에서의 국부적 결정화가 진행될 수 있으며, 이러한 국부적 결정화는 타겟의 취성을 증가시켜 스퍼터링 공정 중에 타겟이 쉽게 파괴되는 결과를 초래할 수 있다.In the case of a sputtering target, ions accelerated from plasma continue to collide during the process, and as a result, the temperature of the sputtering target inevitably increases during the process. If the sputtering target is made of an amorphous alloy, local crystallization may occur on the surface of the target due to an increase in temperature during the sputtering process. This local crystallization may increase the brittleness of the target, resulting in the target being easily destroyed during the sputtering process. .
반면, 본 발명에 따른 나노결정질 합금 타겟은 열처리에 의해 제어된 특정한 크기 범위를 가지는 결정립이 균일하게 분포하는 미세조직을 가지므로 열적/기계적 안정성이 크게 향상되어 스퍼터링 중에 발생되는 타겟의 온도 상승에도 국부적인 조직의 변화가 나타나지 않으며, 상술한 것과 같은 기계적 불안정성이 나타나지 않을 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟은 스퍼터링을 이용하여 비정질 증착막을 안정적으로 형성하는 데 이용될 수 있다.On the other hand, the nanocrystalline alloy target according to the present invention has a microstructure in which crystal grains with a specific size range controlled by heat treatment are uniformly distributed, and thus the thermal/mechanical stability is greatly improved, so that it is resistant to local temperature increases of the target that occur during sputtering. Changes in human tissue do not appear, and mechanical instability as described above may not appear. Therefore, the nanocrystalline aluminum-based alloy target according to the present invention can be used to stably form an amorphous deposition film using sputtering.
시험예 3: 스퍼터링(Sputtering)에 의한 비정질 증착막 형성 및 형성된 증착막의 미세 구조 분석Test Example 3: Formation of amorphous deposited film by sputtering and analysis of microstructure of the formed deposited film
본 발명에 따른 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟을 이용한 스퍼터링에 의하여 비정질 증착막을 성막할 수 있다.An amorphous deposition film can be formed by sputtering using a nanocrystalline aluminum alloy target according to the present invention.
본 발명에 따른 나노결정질 합금 타겟을 이용하여, 비반응성 스퍼터링으로 모재 상에 증착막을 형성하는 경우, 상기 증착막은 비정질 합금 박막일 수 있다. 여기서 비반응성 스퍼터링은 스퍼터링 장치 내부로 의도적으로 나노결정질 합금 타겟을 구성하는 물질과 반응성이 있는 가스를 도입하지 않고 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ar)과 같은 가스만으로 스퍼터링을 수행하는 스퍼터링을 의미할 수 있다. 나노결정질 합금 타겟은 비정질 형성능을 가지고 있으며, 따라서 스퍼터링과 같이 높은 냉각속도로 고상이 형성되는 프로세스에서는 비정질 합금 조직을 나타낼 수 있게 된다. 이때 성막된 비정질 합금 증착막은 스퍼터링에 이용된 나노결정질 합금 타겟의 조성과 근사한 조성을 가질 수 있다.When forming a deposition film on a base material by non-reactive sputtering using the nanocrystalline alloy target according to the present invention, the deposition film may be an amorphous alloy thin film. Here, non-reactive sputtering refers to sputtering in which sputtering is performed only with a gas such as an inert gas, for example, argon (Ar), without intentionally introducing a gas reactive with the material constituting the nanocrystalline alloy target into the sputtering device. You can. Nanocrystalline alloy targets have the ability to form amorphous substances, and therefore can exhibit an amorphous alloy structure in processes where a solid phase is formed at a high cooling rate, such as sputtering. At this time, the deposited amorphous alloy film may have a composition similar to that of the nanocrystalline alloy target used for sputtering.
본 시험예에서는 상기 실시예 1의 합금 조성물로 제조된 합금 타겟을 이용하여, 비반응성 스퍼터링 방식을 통해 Al-Ni-Co-Y 비정질 합금 증착막을 성막하였다. In this test example, an Al-Ni-Co-Y amorphous alloy deposition film was deposited using a non-reactive sputtering method using an alloy target prepared with the alloy composition of Example 1.
그리고, 고분해능 투과 전자 현미경법(HRTEM; high resolution transmission electron microscope)을 통해, 상기 비정질 합금 증착막의 미세조직과 구조를 분석하여, 그 결과를 도 7에 나타내었다.Then, the microstructure and structure of the amorphous alloy deposited film were analyzed through high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and the results are shown in FIG. 7.
도 7의 투과 전자 현미경 사진을 통해, 비정질 구조를 갖는 증착막이 형성되었음을 확인할 수 있다. 또한 상기 증착막의 조성을 사용된 합금 타겟과 비교하여 표 2에 나타내었다. 표 2를 통해, 사용된 합금 타겟의 조성과 거의 유사한 박막이 얻어졌음을 확인할 수 있다.Through the transmission electron micrograph of FIG. 7 , it can be confirmed that a deposited film having an amorphous structure was formed. Additionally, the composition of the deposited film is shown in Table 2 compared with the alloy target used. Through Table 2, it can be confirmed that a thin film almost similar to the composition of the alloy target used was obtained.
(원자%)(atom%)
시험예 4: 합금 증착막의 내부식성 시험Test Example 4: Corrosion resistance test of alloy deposited film
본 발명에 따른 알루미늄계 비정질 합금 증착막은 우수한 내식 특성을 나타낼 수 있다. 즉, 피처리체에 형성되는 비정질 증착막은 결정질 합금 박막에서 나타나는 결정립계보다 휠씬 작은 나노결정립이 포함되어 마치 유리질과 같은 특성을 나타내므로 피처리체를 외부의 내식 환경으로부터 효과적으로 차단할 수 있다. 내부에 결정립계를 가지는 결정질 합금 박막에 있어서, 결정립계는 일종의 외부환경과 피처리체를 서로 연결하는 통로로서 작용할 수 있어 수분이나 부식가스, 부식액 등과 같은 부식물질의 이동경로로서 작용할 수 있다. 반면, 비정질 박막은 원자들이 나노미터 수준의 단 범위 배열을 하고 있어 결정립계 등의 부식 경로가 존재하지 않기 때문에 부식 속도가 동일 조성의 결정질 합금에 비해 현저히 낮은 값을 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명의 비정질 박막은 부식경로가 거의 존재하지 않음에 따라 내식환경을 피처리체로부터 고립시키는 효과가 급격하게 개선되어 내식성을 효과적으로 증대시킬 수 있다.The aluminum-based amorphous alloy deposition film according to the present invention can exhibit excellent corrosion resistance properties. In other words, the amorphous deposition film formed on the object to be treated contains nanocrystal grains that are much smaller than the grain boundaries found in the crystalline alloy thin film and exhibits glass-like properties, so it can effectively block the object to be treated from the external corrosion resistance environment. In a crystalline alloy thin film having a grain boundary inside, the grain boundary can act as a passage connecting the external environment and the object to be treated, and thus can act as a movement path for corrosive substances such as moisture, corrosive gas, and corrosive liquid. On the other hand, in amorphous thin films, atoms are arranged in a short range at the nanometer level, so corrosion paths such as grain boundaries do not exist, so the corrosion rate can be significantly lower than that of crystalline alloys of the same composition. Therefore, since the amorphous thin film of the present invention has almost no corrosion path, the effect of isolating the corrosion-resistant environment from the object to be treated is drastically improved, thereby effectively increasing corrosion resistance.
또한, 비정질 박막은 수십 나노미터 두께로 증착되어도 높은 경도를 나타내므로 내스크레치성을 가질 수 있다. 따라서, 헤어라인 등의 미세 구조가 형성된 피처리체 상에도 그 구조를 유지하며 보호층을 형성할 수 있다.In addition, the amorphous thin film exhibits high hardness even when deposited to a thickness of several tens of nanometers, so it can have scratch resistance. Therefore, a protective layer can be formed on an object to be processed with a fine structure such as a hairline while maintaining the structure.
본 시험예에서는 상기 실시예 1의 합금 조성물을 이용하여 본 발명의 증착막 형성 방법에 따라 제조된 Al-Ni-Co-Y 비정질 합금 증착막과 상기 비교예 2 또는 비교예 3의 합금 조성물로 제조된 합금 증착막의 내부식성을 시험하고 그 결과를 비교하였다.In this test example, an Al-Ni-Co-Y amorphous alloy deposition film manufactured according to the deposition film forming method of the present invention using the alloy composition of Example 1 and an alloy manufactured with the alloy composition of Comparative Example 2 or Comparative Example 3 The corrosion resistance of the deposited film was tested and the results were compared.
본 발명의 실시예 1 및 비교예 2의 합금 조성물에 따른 합금 증착막을 형성하고, 형성된 증착막에 염수를 분무한 뒤 8시간 동안 유지하였으며, 그 후 부식이 발생하는지 여부를 관찰하였다. 그 결과는 하기 표 3 및 도 8a, 도 8b에 나타내었다.An alloy deposited film was formed according to the alloy composition of Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention, and salt water was sprayed on the formed deposited film and maintained for 8 hours, after which it was observed whether corrosion occurred. The results are shown in Table 3 below and Figures 8a and 8b .
또한, 본 발명의 실시예 1 및 비교예 3의 합금 조성물에 따른 합금 증착막을 형성하고, 형성된 증착막에 염수를 분무한 뒤 48시간 동안 유지하였으며, 그 후 부식이 발생하는지 여부를 관찰하였다. 그 결과는 하기 표 4 및 도 9에 나타내었다.In addition, an alloy deposited film was formed according to the alloy composition of Example 1 and Comparative Example 3 of the present invention, salt water was sprayed on the formed deposited film and maintained for 48 hours, and then it was observed whether corrosion occurred. The results are shown in Table 4 and Figure 9 below.
상기 표 3~4 및 도 8a, 8b, 9의 결과로부터, 본 발명에 따른 알루미늄계 비정질 합금 증착막의 내부식성이 우수함을 확인할 수 있다. 특히 표 3 및 도 8a, 8b의 결과로부터, 알루미늄계 합금 조성물을 이루는 원소의 종류가 Al-Ni-Co-Y의 4원계로 동일하더라도, 각 원소의 함량이 달라 비정질 형성능을 갖지 못하는 경우, 내부식성이 현저히 떨어짐을 확인할 수 있다. 또한, 표 4 및 도 9의 결과로부터, 순수 Cr 금속 증착 후 순수 Al 금속을 증착한 종래의 결정질 증착막보다, 본 발명에 따른 알루미늄계 비정질 합금 증착막의 내부식성이 훨씬 뛰어남을 확인할 수 있다.From the results of Tables 3 to 4 and Figures 8a, 8b, and 9, it can be confirmed that the corrosion resistance of the aluminum-based amorphous alloy deposited film according to the present invention is excellent. In particular, from the results of Table 3 and Figures 8a and 8b, even if the types of elements constituting the aluminum alloy composition are the same as the quaternary system of Al-Ni-Co-Y, if the content of each element is different and does not have the ability to form amorphous It can be seen that corrosiveness is significantly reduced. Additionally, from the results in Table 4 and Figure 9, it can be seen that the corrosion resistance of the aluminum-based amorphous alloy deposited film according to the present invention is much better than that of the conventional crystalline deposited film in which pure Al metal is deposited after pure Cr metal is deposited.
시험예 5: 합금 증착막의 고광택 시험Test Example 5: High gloss test of alloy deposited film
본 시험예에서는 상기 실시예 1 및 실시예 4의 합금 조성물을 이용하여 본 발명의 증착막 형성 방법에 따라 제조된 알루미늄계 비정질 합금 증착막과, 상기 비교예 1의 합금 조성물로 제조된 합금 증착막의 색도를 측정하여 그 결과를 비교하였다.In this test example, the chromaticity of the aluminum-based amorphous alloy deposited film manufactured according to the deposition film forming method of the present invention using the alloy composition of Example 1 and Example 4, and the alloy deposited film prepared using the alloy composition of Comparative Example 1 was tested. Measurements were made and the results were compared.
L*a*b* 표색계의 명도 지수 L*과 지각색도 지수 a* 및 b*를 측정하였다. 참고로 CIE L-a-b 좌표 표준에 따라, L* 좌표는 명도(흑→백) 스케일을 나타내고, a* 좌표는 녹-적 색도를 나타내며, b* 좌표는 청-황 색도를 나타낸다. 본 발명에서는 명도 지수 L* 값이 75를 초과할 경우, 전자기기의 외관 적용에 적합한 밝기 및 광택을 지니는 것으로 판단한다.The brightness index L* and perceptual chromaticity indices a* and b* of the L*a*b* colorimetric system were measured. For reference, according to the CIE L-a-b coordinate standard, the L* coordinate represents the brightness (black → white) scale, the a* coordinate represents the green-red chromaticity, and the b* coordinate represents the blue-yellow chromaticity. In the present invention, when the brightness index L* value exceeds 75, it is judged to have brightness and gloss suitable for exterior application of electronic devices.
본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 합금 조성물에 따른 합금 증착막을 형성하고, 색도 L*, a*, b*의 값은 각각 3회에 걸쳐 측정하였으며, 그 평균값을 구하였다. 그 결과는 하기 표 5(실시예 1) 및 표 6(비교예 1)에 나타내었다.An alloy deposition film was formed according to the alloy composition of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, and the chromaticity L*, a*, and b* values were measured three times, and the average value was obtained. The results are shown in Table 5 (Example 1) and Table 6 (Comparative Example 1) below.
또한, 본 발명의 실시예 4의 합금 조성물에 따른 합금 증착막을 형성하고, 표색계의 명도 지수 L*, a*, b*의 값을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 7에 나타내었다. Additionally, an alloy deposition film was formed according to the alloy composition of Example 4 of the present invention, and the values of the colorimetric brightness indices L*, a*, and b* were measured. The results are shown in Table 7 below.
상기 표 5~7의 결과를 정리하면, 다음 표 8과 같다.The results of Tables 5 to 7 above are summarized as Table 8 below.
상기 표 5~8의 결과로부터, 본 발명에 따른 알루미늄계 비정질 합금 증착막의 광택이 매우 우수함을 확인할 수 있다. 특히 표색계의 명도 지수인 L*의 평균값이 실시예 1 및 실시예 4의 합금 조성물에 따른 비정질 합금 증착막의 경우 75 초과, 심지어 80 초과로 밝기가 매우 높은 것으로 나타났다. 이에 비해, 비교예 1의 합금 조성물에 따른 합금 증착막은 L* 값이 75 미만으로 밝기가 낮았다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 밝기가 높은(L* > 75) 비정질 합금 증착막을 구현함으로써 전자기기 외장 표면처리용으로 사용을 확대할 수 있음을 확인하였다.From the results in Tables 5 to 8, it can be confirmed that the gloss of the aluminum-based amorphous alloy deposited film according to the present invention is very excellent. In particular, the average value of L*, the brightness index of the colorimetric system, for the amorphous alloy deposited films according to the alloy compositions of Examples 1 and 4 exceeded 75 and even exceeded 80, showing very high brightness. In comparison, the alloy deposited film according to the alloy composition of Comparative Example 1 had an L* value of less than 75 and had low brightness. Therefore, it was confirmed that various embodiments of the present invention can be used for exterior surface treatment of electronic devices by implementing an amorphous alloy deposition film with high brightness (L* > 75).
Claims (17)
상기 Al의 함량은 80 원자% 내지 94 원자%인,
비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물로 제조되되,
상기 알루미늄계 합금 조성물을 유리전이 온도에서 소정 시간 온도 유지 및 가압 성형하는 단계,
결정화 완료 온도에서 소정 시간동안 유지 및 승온하는 단계, 및
상기 알루미늄계 합금 조성물의 용융온도 미만의 온도에서 소정 시간 유지하는 단계로써 소결 제조된, 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟.Al; and one or more metal elements selected from the group consisting of Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc and Ge,
The Al content is 80 atomic% to 94 atomic%,
Manufactured from an aluminum-based alloy composition with amorphous forming ability,
Maintaining the temperature of the aluminum-based alloy composition at the glass transition temperature for a predetermined period of time and pressurizing the composition,
Maintaining and increasing the temperature at the crystallization completion temperature for a predetermined time, and
A nanocrystalline aluminum-based alloy target manufactured by sintering by maintaining a temperature below the melting temperature of the aluminum-based alloy composition for a predetermined period of time.
상기 Al의 함량은 80 원자% 내지 94 원자%인,
비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물로 제조되되,
상기 알루미늄계 합금 조성물을 유리전이 온도에서 소정 시간 온도 유지 및 가압 성형하는 단계,
결정화 완료 온도에서 소정 시간동안 유지 및 승온하는 단계, 및
상기 알루미늄계 합금 조성물의 용융온도 미만의 온도에서 소정 시간 유지하는 단계로써 소결 제조된 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟을 이용하여,
진공 증착법으로 성막하여 형성되는 알루미늄계 비정질 합금 증착막.Al; and one or more metal elements selected from the group consisting of Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc and Ge,
The Al content is 80 atomic% to 94 atomic%,
Manufactured from an aluminum-based alloy composition with amorphous forming ability,
Maintaining the temperature of the aluminum-based alloy composition at the glass transition temperature for a predetermined period of time and pressurizing the composition,
Maintaining and increasing the temperature at the crystallization completion temperature for a predetermined time, and
Using a nanocrystalline aluminum-based alloy target manufactured by sintering by maintaining for a predetermined time at a temperature below the melting temperature of the aluminum-based alloy composition,
An aluminum-based amorphous alloy deposition film formed by vacuum deposition.
상기 Al의 함량은 80 원자% 내지 94 원자%인,
비정질 형성능을 갖는 알루미늄계 합금 조성물로 제조되되,
상기 알루미늄계 합금 조성물을 유리전이 온도에서 소정 시간 온도 유지 및 가압 성형하는 단계,
결정화 완료 온도에서 소정 시간동안 유지 및 승온하는 단계, 및
상기 알루미늄계 합금 조성물의 용융온도 미만의 온도에서 소정 시간 유지하는 단계로써 소결 제조된 나노결정질 알루미늄계 합금 타겟을 이용하여,
진공 증착법으로 성막하여 형성된 알루미늄계 비정질 합금 증착막이 기재 상에 형성되어 있는 전자기기.Al; and one or more metal elements selected from the group consisting of Y, Tb, Zr, Ta, W, La, Sm, Sc and Ge,
The Al content is 80 atomic% to 94 atomic%,
Manufactured from an aluminum-based alloy composition with amorphous forming ability,
Maintaining the temperature of the aluminum-based alloy composition at the glass transition temperature for a predetermined period of time and pressurizing the composition,
Maintaining and increasing the temperature at the crystallization completion temperature for a predetermined time, and
Using a nanocrystalline aluminum-based alloy target manufactured by sintering by maintaining for a predetermined time at a temperature below the melting temperature of the aluminum-based alloy composition,
An electronic device in which an aluminum-based amorphous alloy deposition film formed by vacuum deposition is formed on a substrate.
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004204284A (en) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Toshiba Corp | Sputtering target, al alloy film, and electronic component |
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2004204284A (en) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Toshiba Corp | Sputtering target, al alloy film, and electronic component |
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