KR910001772B1 - 미소층의 코팅방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

미소층의 코팅 방법

제1도는 본 발명의 방법을 수행하는데 사용될 수 있는 스퍼터링 시스템의 수직단면도이다.

제2도는 제1도의 스퍼터링 시스템의 수평단면도이다.

제3도는 4개의 상이한 필름에서 부분 X-선 회절패턴을 나타낸 다수의 곡선이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 진공실 26,28 : 타게트(target)

34 : 기질 캐리어(carrier) 38 : 기질

42 : 금속셔터 (shutter)

본 발명은 일반적으로 두개의 상이한 물질로된 미소층(micro lamina)으로 부품을 피복하는 방버에 관한 것이다. 특히 본 발명은 내화성 금속질화물 및 귀금속 합금으로된 미소적층화 코팅을 지니는 제품 및 물리적 증착법으로 미소층을 용착시키는 방법에 관한 것이다.

질소-함유 분위기하에서 티탄을 용착시키는 열저항성 기질상에 질화 티탄층을 형성시킴으로써 금빛이 나는 제품을 제조할 수 있음이 종래기술에 공지되어 있다. 티탄과 반응하는 질소의 양을 조절해 줌으로써 순수금 또는 황색금합금과 유사한 색상을 가진 질화 티탄 코팅을 제조할 수 있다. 그러나 그 표면상에서, 가시광의 상호반응 때문에 질화티탄은 진짜금이나 황색합금보다 훨씬 빛이 덜난다. 질화티탄의 이런 잘 알려진 성질은 질화 티탄코팅상에 금이나 황색금합금으로된 또 다른 코팅을 적용해줌으로써 피할 수 있다. 이런 방법이 미국특허 4, 252, 862에 공지되어 있다. 이런식으로 장식용금 또는 금합금 최종코팅의 겉보기 마멸수명을 증가시키기 위해 질화 티탄 필름이 사용되어 왔으며, 이때 이들은 치환해서 쓰거나 또는 니켈 초벌코팅위에 사용하며 그 사용은 전기도금 기술에 잘 알려져 있다. 사용자의 손에서 계속 사용되는 조건하에서 비교적 부드러운 금 함유층은 긁히고, 확산되어 반사되는 외관을 나타내며 동시에 피복된 기질의 밖으로 노출된 수려한 외관으로 부터 마멸되어 버린다. 금-함유층의 이런 수려함이 완전히 마멸되게 되어 더 어두운 질화 티탄 초벌층이 노출되게 하는 경우 이렇게 생긴 시각상의 대조는 니켈초벌층이 노출된 경우 만큼 크지는 않다. 그러나 금-함유층이 마멸되었다는 사실은 좀더 어둡고, 반사되는 스크래치 및 마멸저항성인 질화티탄 초벌층을 둘러싸는 확산되어 반사하는 긁힌 금-함유부위와 남아있는 광택있는 부위사이의 차이가 대조적으로 눈에 띄기 때문에 완전히 숨길 수는 없다.

그러나, 본 발명의 필름들은 금 또는 황색 금합금의 열등한 마멸성 및 질화 티탄의 열등한 외관을 피할 수 있다. 즉, 본 발명 필름의 구조 때문에 그 필름은 질화 티탄의 우수한 마멸저항성과 함께 금 또는 황색금합금의 우수한 외관을 함께 갖게 된다. 마멸에 수반되는 경우라도 본 발명의 미소층 필름은 그들의 빛나고 거울같은 외관을 그대로 유지시키고 눈에 띄는 대조부위를 전개시키지 않는다.

질소 존재하에 티탄과 금 또는 금합금을 동시에 용착시키는 것이 공지되어 있다. 이런 동시용착으로, 구성요소들이 원자 규모로 혼합되고, 그 특성들이 그 두께 전체를 통해 균일한 필름을 산출한다. 그러나 구성요소들의 원자 규모로의 혼합결과 질화티탄과 금의 바라는 바의 특성들이 단순히 통합되어 나타나지는 않는다. 그 보다는 오히려 금 또는 금합금을 종래기술의 방법에 따라 질소존재하에 티탄과 동시 용착시킬 경우, 필름특성이 어떤 주요 부문에서 부족한 필름을 산출하게 된다 : 즉, 혼합 필름은 질화티탄이나 원래금 또는 금합금색보다 실질적으로 덜 노란색을 가지며 ; 혼합 필름은 질화티탄 또는 원래 금이나 금합금보다 부식에 대한 저항성이 더 적다. 이후 좀더 완전히 설명되겠으나, 이들 바람직하지 못한 특성들은 동시용착된 필름의 성장 도중 형성된 금-티탄 금속간 화합물(gold-titanium intermetallic compound)이 상당량 존재하기 때문에 생긴 것이다. 게다가 이들 혼합필름은 그들을 형성하는데 사용된 금이나 광합금보다 광택이 훨씬 덜 난다. 주로 질화티탄으로된 초벌층부터 필름의 자유 표면상에 있는 금 또는 금합금까지 그 조성이 연속적 또는 단계적인 경사비로 존재하는 필림을 생성하는 것도 공지되어 있다. 이런 유형의 필름은, 금과 티탄과의 상호반응을 촉진하는 원자-규모로의 혼합결과 개개 성분들의 바라는 바의 특성들이 전술한 바와같은 열등해진 전이영역을 필수적으로 갖고 있다.

마멸 및 연마 조건에 수반되는 피복된 부품들에서, 모든 필름 부위는 궁극적으로 자유표면으로서 노출된다. 마멸과정이 진행됨에 따라 필름내 있는 열등한 특성을 가진 부위로 인해 그들의 사용 수명으로 부터 시작하여 필름 구조의 품질이 저하되게 된다.

따라서, 본 발명의 특징은 실질적인 양으로 금-티탄금속간 화합물이 형성되는 것을 피할 수 있으며, 이들 미소 적층된 그러나 혼합되지 않는 필름으로 피복된 부품들의 품질이 사용수명기간 내낸 균일하게 우수하다는데 있다.

요약하면, 본 발명의 한 바람직한 구체예에 따라, 금 또는 금합금 및 질화티탄으로 된 극히 작은 연속 또는 불연속의 개개 미소층이 음극 마그네트론 스퍼터링 또는 물리적 증착법에 의해 열저항성 기질상에 연속적으로 용착되게 된다. 이 방법에서, 최소한 2개의 독립된 스퍼터링 타게트가 금 미소층과 질화티탄 미소층 각각을 용착시키기 위해 단일 진공실내에 포한된다. 티탄타게트와 금 또는 금합금 타게트는 그들 각각의 코팅 플럭스가 실질적으로 중복되는 것을 피하기 위해 충분히 떨어져 있다. 이런 방법에 의해 기질 표면상에서 상기 물질들이 원자규모로 혼합되는 것을 피할 수 있으며, 또한 금과 티탄과의 반응을 촉진시키지 않게 된다. 이러한 구체예에서 거리가 코팅플럭스들의 분리를 이루는 역할을 한다. 이와 마찬가지로, 동일 목적을 이루기 위해 시일드(shield)을 적절히 설치하거나, 시일드와 물리적 분리를 함께 하기도 한다.

질화티탄 또는 금으로된 개개 미소층들이 반드시 연속적일 필요는 없지만, 용착조건애 따라 부분적으로 연결된 코팅물질들의 섬들로 구성될 수는 있다. 첨가해서, 본 발명의 각각의 개별층은 불투명하지 않다. 충분한 수의 미소층의 용착에 의해 기질은 완전히 흡장(嗤藏)되게 되며, 그 결과 생성된 미소적층된 코팅은 금과 티탄사이의 상호 반응으로 부터 야기되는 좋지 않은 특성을 나타냄이 없이 질화 티탄과 금 또는 금합금의 바람직한 물리적 특성들을 갖는다. 미소적층된 코팅의 광택은 질화티탄 코팅이나 금과 질화티탄으로된 동시용착 필름들 보다 금으로 전기도금된 보석류의 광택에 훨씬 더 가깝다.

본 발명에 따라 미소적층된 질화 티탄과 금 또는 금합금 코팅상에 또 다른 금 또는 금합금을 스퍼터링코팅해줌으로써 금전기 도금과 육안으로 동등한 것이 얻어질 수 있다. 금 또는 금합금의 외층은 피복된 부분에 전기 도금된 금의 색상과 광택을 부여해주며, 다층으로된 초벌코팅 만큼 스크래치에 대해 저항성이 있으며 또한 내구성을 가지게 되며, 종래의 전기도금된 금 또는 금합금 코팅보다는 더욱 스크래치 저항성이 있으며 내구성이 있다. 물론 미소적층된 코팅은 코팅이 금을 덜 함유하고 있다는 사실 때문에, 동일한 외관과 마멸성능을 갖고 있는 실질적으로 더 두꺼운 전기도금된 금코팅 보다 가격이 좀더 싸다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조로한 하기의 상세한 설명에 의해 더욱 잘 설명될 것이다.

제1도는 본 발명의 방법을 수행하는데 사용될 수 있는 스퍼터링 시스템의 수직 단면도이며 ; 제2도는 제1도의 스퍼터링 시스템의 수평단면도이며 ; 제3도는 4개의 상이한 필름에서의 부분 X-선 회절패턴을 나타내는 다수의 곡선으로서 : 곡선 3a는 1.67중량% 니켈과 98.33중량%의 금으로 구성된 금합금 필름의 부분 X-선 회절 패턴이며 : 곡선 3b는 곡선 3a의 금합금과 질화티탄으로 된 미소층이 교대로 적층되어 있는 본 발명에 따른 미소층 필름의 부분 X-선 회절 패턴이며 ; 곡선 3c는 곡선 3b의 미소층필름과 동일한 원소들로 구성되어 있으며 이 원소들이 종래기술에 따라 용착되어 있는 필름의 부분 X-선 회절 패턴이며 ; 곡선 3d는 질소를 제외하곤 곡선 3c의 필름과 같이 제조된 필름의 부분 X-선 회절 패턴이다.

본 발명은 특히 인체와의 접촉에 의해 마멸 및 부식되는데 대해 저항성이 있어야 하는 보석, 필기구같은 제품에 사용하기 적합한 금 코팅의 제조와 관련하여 설명하고자 한다. 그러나 이런 몇몇 특징에서, 본 발명은 내화성 금속화합물과 귀금속합금으로된 복합코팅이 바람직하나 상이한 금속간의 상호작용을 피해야 하는 경우에도 사용할 수 있을 것이다.

도면을 참조로 하면, 일반적으로 원통형 인클로우저(10)은 한 셋트의 펌프(14) 및 (16)에 의해 공기를 배기하기에 적합한 진공실(12)를 구비하고 있다. 펌프들은 압축식으로 구동하는 게이트 밸브(18)에 의해 진공실(12)과 접속된다. 펌프(14)는 기계식 펌프이며, 펌프(16)은 터어빈식 펌프이다.

아르곤기체 공급원(19)는 진공실(12)로 들어오는 아르곤의 유속을 조절해주는 조절밸브(20)에 의해 진공실(12)과 접속된다. 또한 질소기체 공급원(22)는 진공실(12)로 들어오는 질소의 유속을 조절해주는 조절밸브(24)에 의해 진공실(12)과 접속된다.

한쌍의 시일드화된 마그네트론 형태의 타게트 조립체(26)과 (28)은 진공실 (12)에서 공간적으로 서로 이격되어 정반대 위치에 마주보고 설치되어 있으며, 각기 한쌍의 가변 D.C 전원(30) 및 (32)의 음극과 접속되어 있다. 진공실(12)의 벽(33)은 전도성으로서, 도면에 도시된 바와 같이 전원(30) 및 (32)의 양극과 마찬가지로 지면에 접지되어 있다. 결국 타게트는 음극으로 구성되어 있으며 진공실 벽은 양쪽 타케트 음극 모두에 공통으로 양극이다. 하기에서 더욱 자세히 설명하는 바와 같이 독립된 글로우(glow)방전이 타케트 정면에 설치되어 있다.

기질 캐리어(34)는 진공실 상단(10)에 매달려 있으며 변속 모터(36)에 의해 중앙수직축을 중심으로 회전하여 다수의 기질(38)들이 타게트(26)과 (28)을 통과하게 해준다. 캐리어(34)는 전도성이며 가변 D.C전원(40)의 음극에 전기적으로 연결되어 있다. 기질(38)외에도 정밀하게 성형된 금속 셔터(42)가 타게트의 스퍼터-세척을 위해 기질 캐리어에 의해 타게트(26)과 (28)과 인접한 위치에서 움직여 이동하게 된다.

지금까지 기술된 바와같이, 동일한 진공실(12)내에 두 개의 분리된 스퍼터 타게트가 중복되지 않도록 충분한 거리만큼 서로 이격되어 위치하고 있다.

본 발명에 있어서, 타게트(26)은 비-귀금속의 내화성 금속, 예컨대 티탄, 지르코늄, 하프늄 또는 티탈륨 같은 것으로 형성된다. 타게트(28)은 예컨대 금이나 금합금같은 귀금속으로 형성된다. 귀금속과 합금이 되어 타게트(28)에 사용되는 물질을 제공하기에 적합한 금속에는 Al, Si, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Cd, In, Sn, Sb 및 W 등이 있다. 적합한 귀금속은 Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt 및 Au이다.

그 외관이 전착된 귀금속 코팅과 동일하고, 그 성능이 전착된 귀금속 코팅의 성능보다 더 큰 코팅을 비귀금속 제품 또는 부품에 제공하기 위해, 본 발명에 따라, 바라는 형상의 제품 또는 부품을 지닌 열 저항성 기질을 각기 귀금속 또는 귀금속 합금으로된 다수의 미소층 사이에 산재해 있는 내화성 금속의 질화물로된 다수의 미소층으로 피복시킨다. 질화물 미소층 각각은 0.01-0.33㎛의 두께를 갖는다. 귀금속 또는 귀금속 합금 미소층 각각은 0.003-0.13㎛의 두께를 갖는다.

미소층의 두께가 그들 각각의 하한 값에 근접함에 따라, 용착조건(예 : 기질 온도, 기질 바이어스(bias)전위) 및 물질의 성질(예 :확산 속도, 반응 운동성)에 대한 필름의 감도가 증가하게 된다. 이 증가된 감도는 허용되는 품질의 필름을 생성하는 용착 파라미터의 범위를 좁게 해준다.

각각의 하한 값을 넘게되는 경우, 바라는바의 필름 특성들 사이에 교환이 일어나, 즉 높은 순도, 밀도, 비-원주형 필름을 생성하는데 필요한 스퍼터링 바이어스의 양이 어느 정도 필름 붕괴를 야기하며, 이것이 상당한 양의 금-티탄 금속간 화합물의 생성을 촉진시킨다. 미소층 두께가 좀더 감소되게 되면, 산출된 결과의 필름의 특성은 원자규모의 혼합을 피하지 못한 종래기술의 필름의 특성과 유사하게 된다.

미소층의 두께가 전기한 상한값보다 더 적은 미소층은, 가시광선에 대해 불투명하지 않다. 불투명하지 않은 미소층들로 구성된 다수의 불투명한 층으로 피복된 기질의 색상과 광휘는 벌크 미소층물질들의 색상 및 광휘 사이에 놓이게 된다.

불투명한 다수의 불투명하지 않은 미소층들로 피복된 제품의 최종 색상과 광휘는 일반적으로 마지막으로 용착된 물질의 색상 및 광휘에 더 가깝게 된다. 그러나 이러한 효과의 크기는, 미소층 두께가 그들의 상한 값에 얼마나 가까운가에 따라, 그리고 그들의 상대 두께에 따라 즉 필름의 평균 캐러테이지(karatage)에 따라 결정 된다

장식용으로 사용되는 경우, 바람직한 최종 미소층은 금 또는 황색금합금이다. 이런 최종층이 피복된 제품에 바라는바의 색상과 광휘를 제공하는것 외에도 또한 피복된 제품의 스크래치 및 마멸저항성을 향상시킨다.

연질의 연성(延性)물질로된 극히 얇은 층은 그들이 용착되는 더 경질의 물질의 마찰성을 향상시킨다는 것은 잘 공지된 사실이다. 이런 필름 시스템에서, 연질 필름의 유효 경도는 두께 감소에 따라 지수적으로 증가된다. 이러한 현상은 본 발명의 필름의 우수한 마멸 및 스크래치 저항성 때문인 것으로 생각된다. 따라서 두개 미소층 물질의 바라는바의 특성들이 그대로 보존되며 더욱이 서로 상승적으로 더 보충되어 진다.

전기한 미소층 두께의 상한값 각각을 초과하는 경우, 미소층들은 광학방사선에 대해 완전히 불투명하게 된다. 또, 미소층 두께가 증가됨에 따라, 피복된 제품이 그 사용기간중 시각적 대비를 나타내는 경향이 증가하게 된다. 금-함유 미소층의 두께가 증가되면, 그 유효 경도는 벌크 물질의 경도와 유사하게 되며, 스크래치된 상태의 확산 반사되는 외관을 나타내는 경향이 비례적으로 증가되게 된다.

본 발명을 좀더 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 하기 실시예를 참조로 하여 본 발명을 설명하고자 한다.

[실시예 1]

니켈 전기도금 베릴륨-구리 필기구 부품과 같은 열 및 부식 저항성 기질을 알카리 세척액중에서 초음파적으로 탈지시키고, 탈이온수중에서 수세하고 유기용매중에서 건조시킨후 진공 시스템의 기질 캐리어 상에 장착시킨다.

5×10^-3파스칼의 압력이 얻어질 때까지 진공실의 공기를 배기시킨다. 이어, 1.8 파스칼의 동압(dynamic Pressure)이 얻어지도록 진공실에 아르곤을 주입시킨 후, 기질 표면에 있는 거의 모든 오염이 제거될 때까지 1.5KV의 D.C음전위를 인가시킴으로써 스퍼터에칭으로 기질을 더 세척시킨다.

각기 수냉된 평면 마그네트론형 타게트 조립체에 있어서 그 진공부위에는 스퍼터링 타게흐를 설치하고, 그 대기압 부위엔 조절성 자기 배열을 스퍼터링타게트에 근접한 위치에 설치한다.

용착에 앞서, 하기 방식으로 타게트로부터 오염물을 제거시킨다 : 98.33중량%의 금과 1.67중량%의 니켈로 구성되며, 그 표면상의 최대 횡성분 자기장 세기가 약 0.034 tesla로 조절되어 있는 타게트로부터 오염물을 제거하기 위해, 우선 타게트 셔터를 금합금 타게트에 면한 위치로 회전시킨후, 아르곤류를 0.7 파스칼의 동압이 산출되도록 조절하고, 타게트 면적 ㎡당 약 51kw의 평균 전류 밀도가 얻어지도록 금합금 타게트 조립체에 D.C 음전위를 인가시켜 일정한 전류 글로우 방전을 유발시킨다. 거의 일정한 타게트 전압이 얻어질때까지 방전을 지속시키고, 이어 타게트 조립체에 대한 전력 스위치를 끈후 셔터를 티탄타게트를 향한 위치로 회전시킨다.

최대 횡성분의 자기장 세기가 타게트 표면에서 약 0.028 tesla이며, 전력 밀도가 타게트 면적 ㎡당 약 66KW인 점을 제외하곤 상기한 바와 동일한 방식으로 티탄타게트로 부터 오염물을 제거시킨다.

실질적으로 거의 일정한 타게트 전압을 얻은 후, 약 1.7×10^-2파스칼의 질소 부분동압을 산출하는 속도로 질소기체류를 진공실에 주입함으로써 티탄타게트를 반응성 스퍼터링으로 조건화시킨다. 이러한 조건화는 실질적으로 일정한 타게트 전압이 얻어질때까지 계속되며, 그때 용착이 시작된다.

질화티탄 또는 금합금중 어느것이 먼저 용착되어 제1미소층을 형성하던간에 그 재료가 기질재료에 대해 최대 접착을 제공한다. 본 실시예에서 질화티탄이 제1미소층 물질로 사용된다.

미소층 물질들의 원자규모로의 혼합이 배재되어 우수한 색상, 광휘, 부식 저항성 및 기계적 성질을 갖고 있는 빛나고 수려한 미소층 필름을 산출하기 위해서는, 조합 인가되는 타게트 전력, 기질바이아스, 기질 회전속도 및 기체 압력 사이에 균형이 이루어져야 한다. 본 발명의 한 구체예에서, 상기와 같은 필름은 하기와 같은 경우 얻어진다 : 금합금 및 티탄타게트의 평균 전력 밀도가 각기 3.6 및 66KW/㎡ 이며 ; 0.3rpm의 일정한 각 속도로 회전되는 기질 캐리어에 150v의 D.C 바이아스음전위가 인가되며 ; 질소의 부분동압은 5.8×10^-2파스칼로 유지되는 반면, 아르곤의 경우는 총동압이 0.82파스칼로 유지되며 ; 기질에 대한 타게트의 거리는 55mm이며 ; 기질은 직경 570mm인 원형로를 따라 이동한다.

이런 용착 파라미터에 의해, 약 0.024㎛의 두께 및 약 69%의 불투명도를 지니는 각각의 질화티탄 미소층들과 상호 적층된 딱 0.007㎛의 두께 및 약 64%의 불투명도를 지니는 각각의 금 미소층들이 산출된다. 기질을 타게트마다 10회 회전통과시키면, 약 0.31㎛의 두께를 지니는 미소적층화 필름이 형성되는데, 그 필름에 대한 ASTM B287에 의한 부식저항성은 금과 동일하며, 그 마멸 저항성은 오직 1/35의 금만을 함유하고 있으며 약 2.5㎛의 두께를 지니는 23.6 캐럿의 전착된 금 및 니켈합금과 동일하다. 본 실시예의 필름과 전착된 금합금 코팅의 상대 사용수명은, 두가지 유형의 피복된 부품들을 모두 물체 마무리 가공작동에 통상 사용되는 형태의 진동보울 시스템내에서의 연마 매체의 물질제거 작용을 받게 함으로써 이루어진다.

본 발명의 또 다른 특징은 본 발명의 미소층 필름이 사용자의 손안에서 마멸 조건에 노출 되었을때 종래야금학적으로 또는 전기화학적으로 제조된 장식용 금합금의 스크래치 저항성을 훨씬 초과하는 스크래치 저항성을 갖고 있다는 점이다.

기질 캐러어의 총회전수가 증가되어 본 실시예의 미소층 필름이 최종 두께가 증가됨에 따라 이렇게 피복된 부품의 사용 수명이 증가되는 결과가 초래된다. 두께 약 1.2㎛인 미소층 필름은 두께 10㎛인 금 전기도금 코팅과 동등한 또는 그보다 더 큰 사용수명을 갖는다.

본 실시예의 미소층 필름은 평균 약 12 캐럿이다. 다른 값을 가진 미소층 필름은, 금합금 및 티탄타게트에 인가되는 전력의 비 및 그에 따른 재료들의 기질 표면에 축적되는 상대속도를 조절함으로써 쉽게 얻을 수 있다. 금 전기도금 코팅보다 훨씬 우수한 기계적 특성을 가진 미소층 필름은 9-20캐럿 범위에서 산출된다.

질화티탄의 색상은 용착중 질소의 흐름을 조절해줌으로써 선택된 금 또는 금합금의 색상과 거의 같게 조절할 수 있다. 일반적으로, 통상 관심을 끄는 대부분의 색상들은 질소가 화합물내의 40-50원자%를 구성하는 질화티탄에 의해 유사하게 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의해, 금합금 타게트와 실질적으로 거의 동일한 색상을 가지며 금합금의 약 93%의 광휘를 갖는 필름이 산출된다. 많은 장식용에서 상기의 광휘도는, 예컨대 피복된 부품이 작거나 덜 거울같은 표면가공을 가지고 있을때 적절하다. 그러나, 더 크고 거울같은 부품이 포함되는 경우, 또는 본 발명품의 미소층 필름으로 피복된 부품이 고체 금합금 부품 또는 전기도금 금합금 부품들과 나란히 사용되는 경우, 완전히 조립된 완제품이 균일한 외관을 얻기 위해서는 실질적으로 동일한 광휘 및 색상이 필요하다.

상기 언급한 미소층 필름이 그들의 일부를 구성하고 있는 금합금의 색상을 유지하고 금합금의 광휘를 큰 정도로 보유하고 있기 때문에, 그 필름들은 육안으로 볼 때 금합금과 동일한 외관을 가지며, 따라서 금의 사용 및 하기 설명되는 우수한 기계적 특성들이 모두 유지된다는 것이 본 발명의 특징이다.

[실시예 2]

열 및 부식 저항성 스텐레스 강 또는 니켈 전기도금 놋쇠 부품들을 탈지한 다음, 진공 시스템의 기질 캐리어상에 장착시킨다. 이어, 진공실을 5×10^-3파스칼의 압력으로 배기시킨다. 그런 다음, 부품들을 실시예 1과 동일한 방법에 따라 스퍼터 세척하고 피복시킨다. 미소층 용착상의 최종회전에 도달했을 때 모든 용착 파라키터를 다음을 제외하고는 일정하게 유지시킨다 : 티탄타게트의 전원을 끄고, 질소흐름을 중단시키고, 진공실의 총동력을 0.80파스칼로 유지시키고, 기질을 금합금 타게트를 지나 4회 더 계속 회전시킨 다음 용착을 종결시킨다.

실시예 1과 유사한 미소층 필름에 두께가 0.020㎛이며, 그 자체가 불투명하지 않은 또 다른 금합금코팅을 피복시킨다. 이렇게 피복된 기질은 육안으로 볼 때 색상 및 광휘가 고체 금합금 부품들 또는 전기도금된 금합금 부품들의 것과 동일하며 그들보다 더 큰 스크래치 저항성을 갖는다. 예컨데 버튼 작동시 볼펜을 20000회 사용하면 2.5㎛의 23.6 캐럿 금 및 니켈 합금으로 전기도금된 작동 버튼은 확산되어 반사되는 흐릿한 외관을 갖게 된다.

본 실시예의 미소적층된 필름계로 피복된 작동 버튼은 상기와 동일시험에 수반될 때 그 원래의 거울같은 외관을 그대로 유지한다.

본 발명의 미소층 필름과 동일한 화학원소를 동일량 함유하며, 그 원소들이 전 필름을 통해 본질적으로 균일하게 분포되어 있는 종래 기술의 비-미소적층화 필름은, 그합금 타게트 보다 20-30% 덜 노라며, 광휘가 약 13% 덜하다. 또한, 이렇게 원자적으로 혼합된 필름은 동일한 평균 조성을 갖고 있는 미소적층화 필름보다 덜 매끄러우며 스크래치 저항성 및 부식 저항성이 덜하다.

본 발명의 미소층 필름이 동일 평균조성을 가진 원자 혼합 필름보다 더 매끄러운 이유는 각 미소층의 초기 성장단계에서 핵 생성이 새로이 시작되며 큰 결정체의 성장이 피해지기 때문이라 생각된다.

본 실시예의 미소적층화 필름과, 동일한 화학원소들이 원자 규모로 혼합되어 있는 종래기술에 따라 제조된 필름 둘다의 원소들의 화학적 상태를 측정하기 위해 X-선 회전 패턴들 사이에 상당한 차이가 있음을 관찰하게 되었다. 이들 두 필름들의 패턴사이의 가장 큰 차이는 금(111) 피크 부분에서 발생한다.

제3도에 4개의 상이한 필름의 금(111)는 피크 부분에서의 X-선 회전 패턴이 도시되어 있다. 곡선 3a는 본 실시예의 금합금으로만 구성된 필름에 의해 형성된 패턴이다. 곡선 3b는 본 실시예의 금합금 및 질화티탄의 미소적층화 필름에 의해 형성된 패턴이다. 곡선 3c는 용착이 종래기술에 따라 수행된 곡선 3b의 미소적층화 필름에서와 동일한 원소로 구성된 필름에 의해 형성된 패턴이다. 곡선 3d는 용착중 질소를 도입시키지 않은 것을 제외하곤 곡선 3c와 동일한 필름에 의해 형성된 패턴이다.

곡선 3a를 참조로하면, 금합금필름이 바람직한(111) 배향을 가지고 있음을 알수 있다. 곡선 3b를 참조로 하면 미소적층화필름의 패턴이 금합금의 패턴과 아주 유사함을 알수 있다. 곡선 3c를 참조로 하면, 종래 기술의 필름의 피크가 금합금 필름이나 미소적층화필름의 피크보다 훨씬 더 넓은 것을 알수 있다. 이 피크폭의 확장은 미소적층화 필름에서 검출되지 않았던 그의 X-선 회절피크가 금(111) 피크위에 겹쳐지는 그런 화합물이 존재하기 때문이다. 어떤 티탄-금화합물이 종래기술의 필름에서 생겼나를 좀더 명확히 알아보기 위해, 필름에 질소를 혼입시키지 않은 것을 제외하고는 종래 기술에 따라 제조된 필름을 조사함으로써 질소 화합물 존재로 인한 라인의 폭-확장효과를 제거했다. 이런 필름의 패턴을 곡선 3d에서 볼수 있다. 이 패턴에서, AuTl₃(210)로 인한 새로운 피크가 Au(111) 피크에 인접하여 나타났음을 볼수 있다.

X- 선 회절 및 X-선광전분광분석에 의해 제공된 증거는, 종래기술에 따라 제조된 필름에서 관찰되었던 금과 TiN의 바람직한 특성들의 열화가 예상치 않았던 이들 두 물질들의 상호반응결과에 기인된 것이며, 본 발명의 미소적층화필름에서는 이들의 이런 상호반응이 촉진되지 않는 방식으로 생성되었기 때문에 Au와TiN의 바람직한 특성들이 보존되었음을 명백히 해준다.

일반적으로, 본 발명의 미소적층화필름의 광휘와 색상은 금, 티탄 및 질소의 원자규모의 혼합이 배제되지 않은 종래기술의 필름 및 주로 질화티탄으로 구성된 필름보다 금 또는 금합금의 광휘 및 색상에 실질적으로 더 가깝다. 결국, 만일 금 또는 금합금과 육안으로 동등한 색상과 광휘가 장식용에서 요구되는 목적인 경우 본 발명의 미소적층화필름을 사용함으로써 종래기술의 필름을 사용한 경우는 비교적 더 많이 요구되었던 것이 비교적 적은 또 다른 금 또는 금합금 코팅으로 이 목적을 이룰 수 있다.

그 색상 및 광휘가 금 또는 금합금의 색상 및 광휘와는 거리가 먼 종래기술의 필름의 경우, 금 또는 금합금의 육안으로 동일한 것을 얻기 위해선 그 밑에 용착되어 있는 더 어두운 색 또는 좋지 않은 색이 덮어지도록 하기 위해 과 자체가 불투명하거나 적어도 거의 불분명한 또 다른 금 또는 금합금 코팅을 해주는 것이 필요하다. 실시예 1의 것과 유사한 금합금필름은 그 두께가 0.13㎛에 도달했을 때 가시광선투과에 대해 완전히 불투명하게 된다

그러나 보석, 필기구와 같이 마멸 및 연마 조건하에 노출되는 소비 제품에 적용되는 금 또는 금합금 최종 코팅의 두께가 두꺼우면 두꺼울수록 스크래치가 나타나는 경향이 더 증가되는 것으로 나타났다. 이런 상태에서 두께가 0.13㎛ 또는 그 보다 두꺼운 금 또는 금합금코팅은 스크래치되게 되어 그 거울 같은 가공이 손실되게 되고 품질이 낮은 확산되어 반사되는 뿌연 표면을 갖게 된다. 이런 스크래치된 외관은 일반적으로 피복된 제품의 사용수명에 도달하기 훨씬전에 발생하게 된다.

이와는 별도로, 본 발명은 미소적층화필름은 금 또는 금합금과 실질적으로 거의 동일한 색상을 가지고 있으며, 더욱이 그 광휘가 금 또는 금합금의 7% 이내에 있는 것이 보통이기 때문에, 극히 얇고 불투명하지 않은 금합금 최종 코팅을 부가함으로써 금합금과 외관상 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이렇게 피복된 부품들은 그들의 거울같은 외장을 그대로 보유하며 그들의 마멸 및 연마 조건하에 노출되었을때 확산되어 반사되는 뿌연 외관을 나타내지 않는다.

두 물질 사이에 단열되거나 경사진 계면이 존재하는 색상이 유사하며 더 경질인 물질들로 귀금속을 초벌 코팅해 줌으로써 귀금속 코팅의 겉보기 사용수명을 증가시키려는 종래 기술의 해결법은 귀금속외관과 우수한 스크래치 저항성을 희생해야 하고 최적의 스크래치 저항성을 얻으려면 외관을 양보해야만 한다.

바라직한 필름 특성들의 이런 불리한 관계는 균일하게 상호간 적층(interlaminated)되어 있으나 혼합되어 있지 않은 귀금속합금과 유사한 색상의 경질물질로된 불투명하지 않은 미소층들로 구성된 그리고 그들의 바람직한 특성들이 분리되어 보존되어 있어 그 전체의 특성에 기여하는 그런 개선된 필름을 제공하는 본 발명의 방법에 의해 개선된다. 이러한 미소적층화 필름은 기계적 특성들의 열화를 수반하지 않고 최적외관을 제공해주는 극히 얇은 귀금속 최종층으로 부가적으로 피복할 수도 있다.

본 발명을 그 특정구체예를 들어 설명하였으나, 본 발명을 취지 및 범위에 벗어나지 않는 한 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 이 분야 숙련자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 취지 및 범위내에 있는 이런 모든 변경과 수정도 하기의 청구범위내에 포함된다.

Claims (12)

1. 내화성 금속의 질화물인 제1물질(26)과 귀금속 또는 귀금속의 합금인 제2물질(28)로된 최소한 4개의 비-불투명 층을 열 저항성 기질(38)위에 그리고 이후 서로서로의 층위에 연속적으로 그리고 교대로 용착시키는 것을 포함하는, 제1물질과 제2물질을 열 저항성 기질에 피복하는 방법에 있어서, 각각의 층이 층 또는 그것에 인접한 층과 상호 반응하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 내화성금속이 Ti인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 귀금속이 Au인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 제1물질층 각각이 최소한 0.01㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 제1물질층 각각이 0.33㎛ 보다 크지 않은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 제2물질층 각각이 최소한 0.003㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법 .
7. 제1항에 있어서, 제2물질층 각각이 0.13㎛ 보다 크지 않은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 제1 및 제2물질층들이 최소한 기질이 그에 의해 흡장될때까지 용착되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 기질로부터 가장 먼 최외층이 제2물질층인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 제1 및 제2물질층들이 음극 스퍼터링에 의해 용착되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 음극 스퍼터링이, 제1과 제2물질이 원자 규모로 혼합되는 것을 배제할 정도로 충분히 떨어져서 단일 진공실(12)내에 위치해 있는 적어도 2개의 음극 스퍼터링 공급원(26,28)을 사용하여 수행되는 것을 특정으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 제1 및 제2물질층들이 질소를 포함하는 일반 대기중에서 용착되는 것을 특징으로하는 방법.

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