(57)【要約】  本発明はマグネシウムを含む発色処理された基板、および、そのための基板の発色処理方法に関するものである。本発明に係る発色処理された基板は、マグネシウム基材上に金属酸化物を含む皮膜と波長変換層とが順に積層された構造を有することによって、金属固有の質感および光沢性を維持しつつ、皮膜の平均厚さの制御を通じて表面に多様な色相を均一に具現することができる。
2018530665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム基材；
前記基材上に設けられ、金属酸化物を含む皮膜；および
前記皮膜上に設けられた波長変換層を含む、発色処理された基板。
【請求項２】
金属酸化物は、酸化ケイ素、酸化チタン、および酸化アルミニウムからなる群から選択される１種であることを特徴とする、請求項１に記載の発色処理された基板。
【請求項３】
波長変換層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、カドミウム（Ｃｄ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）からなる群から選択される１種以上の金属またはそのイオンを含む、請求項１に記載の発色処理された基板。
【請求項４】
波長変換層の平均厚さは、５ｎｍ〜２００ｎｍである、請求項１に記載の発色処理された基板。
【請求項５】
皮膜の平均厚さは、１ｎｍ〜６μｍである、請求項１に記載の発色処理された基板。
【請求項６】
波長変換層上に存在する任意の領域（横１ｃｍおよび縦１ｃｍ）に含まれる任意の３点は、
各点間の平均色座標偏差（ΔＬ＊、Δａ＊、Δｂ＊）がΔＬ＊＜０．５、Δａ＊＜０．６、およびΔｂ＊＜０．６のうち１つ以上の条件を満足する、請求項１に記載の発色処理された基板。
【請求項７】
波長変換層上に形成されたトップコートをさらに含む、請求項１に記載の発色処理された基板。
【請求項８】
トップコートは、酸化ケイ素、酸化チタン、および酸化アルミニウムからなる群から選択される１種以上の金属酸化物を含む、請求項７に記載の発色処理された基板。
【請求項９】
皮膜が形成されたマグネシウム基材の表面に対する耐摩耗性の評価時、
下記の一般式１の条件を満足する、請求項１に記載の発色処理された基板：
［一般式１］
０．３≦４００／π・Ｗ２≦２０
前記一般式１で、
Ｗは平均直径６mmのボールを利用して５０Ｎの荷重、３cm／ｓの速度で皮膜の表面を１回引っ掻く場合、表面に発生するスクラッチの平均幅を示し、単位はＧＰａである。
【請求項１０】
マグネシウム基材上に皮膜を形成する段階；および
前記皮膜上に波長変換層を形成する段階を含み、
前記皮膜は金属酸化物を含む、基板の発色処理方法。
【請求項１１】
皮膜および波長変換層を形成する段階は、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）により遂行される、請求項１０に記載の基板の発色処理方法。
【請求項１２】
化学蒸着は、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）を含む、請求項１１に記載の基板の発色処理方法。
【請求項１３】
プラズマ化学蒸着温度は、１００〜５００℃であることを特徴とする、請求項１２に記載の基板の発色処理方法。
【請求項１４】
プラズマ化学蒸着速度は、０．５〜１５００ｎｍ／分であることを特徴とする、請求項１２に記載の基板の発色処理方法。
【請求項１５】
皮膜を形成する段階の前に、
マグネシウム基材の表面を前処理する段階；および
波長変換層を形成する段階の後に、波長変換層上にトップコートを形成する段階のうちいずれか１つ以上の段階をさらに含む、請求項１０に記載の基板の発色処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネシウムを含む発色処理された基板および、そのための基板の発色処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは実用金属のうち超軽量金属に属する金属であって、耐摩耗性に優れ、日光に強く、環境に優しいものの、金属の質感および多様な色相の具現が難しいという問題がある。また、電気化学的に最も低い金属であって、大気中や溶液中で非常に早く腐食するため、産業に応用するには多くの難しさがある。
【０００３】
最近産業全般の軽量化の趨勢によりマグネシウム産業が注目を浴びている中で、モバイルフォンのケース部品などの電気、電子部品の材料分野において金属質感の外装材がトレンドとなるに伴い、マグネシウムのこのような問題点を改善しようとする研究が活発に行われている。
【０００４】
その結果、大韓民国公開特許第２０１１−００１６７５０号はマグネシウム合金からなる基材の表面に金属質感の具現および耐腐食性の確保のために金属含有物質を乾式コーティングした後、ゾルゲルコーティングするＰＶＤ−ゾルゲル法を提示しており、アメリカ公開特許第２０１１−０３０３５４５号は化学研磨を利用してマグネシウムを含む基材の表面に光沢を付与し、 顔料が溶解した塩基性電解液に前記基材を陽極酸化させて表面を発色させる陽極酸化法を提示した。
【０００５】
しかし、ＰＶＤ−ゾルゲル法の場合、基材の表面に金属質感は具現されるものの、マグネシウム固有の金属質感ではなく、多様な色相を具現し難いという問題がある。また、陽極酸化法を利用して発色処理する場合、基材の表面には不透明な酸化膜が形成されるだけでなく、金属固有の金属質感を具現し難いという問題がある。
【０００６】
したがって、マグネシウムを含む基材の実用化のためには、前記基材の表面を化学的、電気化学的または物理的に処理して、染料を使用することなく表面に所望の色相を具現するとともに金属固有の質感が具現できる技術の開発が切に要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような前記問題を解決するために、本発明の目的は金属の質感および光沢を維持しつつ、多様な色相を均一に具現できるマグネシウムを含む発色処理された基板を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記基板の発色処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明は一実施例において、マグネシウム基材；前記基材上に設けられ、金属酸化物を含む皮膜；および前記皮膜上に設けられた波長変換層を含む発色処理された基板を提供する。
【００１０】
また、本発明は一実施例において、マグネシウム基材上に皮膜を形成する段階；および前記皮膜上に波長変換層を形成する段階を含み、前記皮膜は金属酸化物を含む基板の発色処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る発色処理された基板は、マグネシウム基材上に金属酸化物を含む皮膜と波長変換層とが順に積層された構造を有することによって、金属固有の質感および光沢性を維持しつつ、皮膜の平均厚さの制御を通じて表面に多様な色相を均一に具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、ＣＩＥ色空間を図示したイメージである。
【図２】図２は、本発明により基材の一面に発色処理された基板の構造を図示した断面図であり、１０は波長変換層を示し、２０は皮膜を示し、３０はマグネシウム基材を示す。
【図３】図３は、５０Ｎ荷重の耐摩耗性の評価時、スクラッチ発生後に表面に平均厚さが２μｍである皮膜が形成されたマグネシウム基材の表面と断面を図示したイメージである。
【図４】図４は、５０Ｎ荷重の耐摩耗性の評価時、スクラッチ発生後に表面に平均厚さが５μｍである皮膜が形成されたマグネシウム基材の表面と断面を図示したイメージである。
【図５】図５は、５Ｎ荷重の耐摩耗性評価時、スクラッチ発生後に表面に皮膜が形成されなかったマグネシウム基材の表面と断面を図示したイメージである。
【図６】図６は、他の一実施例において、発色処理された基板の塩水噴霧７２時間後の表面状態を撮影したイメージである。
【図７】図７は、さらに他の一実施例において、９５℃の熱湯浸漬後に発色処理された基板のクロスカットテープテストを行ったイメージである。
【図８】図８は、一実施例において、５０℃、９５％の恒温恒湿の条件下で耐湿性評価後に発色処理された基板の表面状態を撮影したイメージである。
【図９】図９は、一実施例において、発色処理された基板の耐摩耗性評価時のスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）の平均深さ［Ｄ］を測定したグラフである。
【図１０】図１０は、一実施例において、発色処理された基板の耐摩耗性評価時のスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）の平均深さ［Ｄ］を測定したグラフである。
【図１１】図１１は、一実施例において、発色処理された基板の耐摩耗性評価時のスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）の平均深さ［Ｄ］を測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は多様な変更を加えることができ、様々な実施例を有することができるが、特定の実施例を図面に例示して詳細な説明に詳細に説明する。
【００１４】
しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。
【００１５】
本発明において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを特定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。
【００１６】
また、本発明において添付された図面は、説明の便宜のために拡大または縮小して図示されたものと理解されるべきである。
【００１７】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明し、図面符号にかかわらず、同一または対応する構成要素は同じ参照番号を付し、これに対する重複する説明は省略する。
【００１８】
本発明において、「色座標」とは、ＣＩＥ（国際照明委員会、Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）で規定した色相値であるＣＩＥ  Ｌａｂ色空間における座標を意味し、ＣＩＥ色空間での任意の位置はＬ＊、ａ＊、ｂ＊の三つの座標値で表現され得る。
【００１９】
ここで、Ｌ＊値は明るさを示すものであって、Ｌ＊＝０であれば黒色（ｂｌａｃｋ）を示し、Ｌ＊＝１００であれば白色（ｗｈｉｔｅ）を示す。また、ａ＊値は該当色座標を有する色が純粋な赤色（ｐｕｒｅ  ｍａｇｅｎｔａ）と純粋な緑色（ｐｕｒｅ  ｇｒｅｅｎ）のうちいずれの方に偏ったかを示し、ｂ＊値は該当色座標を有する色が純粋な黄色（ｐｕｒｅ  ｙｅｌｌｏｗ）と純粋な青色（ｐｕｒｅ  ｂｌｕｅ）のうちいずれの方に偏ったかを示す。
【００２０】
具体的には、前記ａ＊値は、−ａ〜＋ａの範囲を有し、ａ＊の最大値（ａ＊ｍａｘ）は純粋な赤色（ｐｕｒｅ  ｍａｇｅｎｔａ）を示し、ａ＊の最小値（ａ＊ｍｉｎ）は純粋な緑色（ｐｕｒｅ  ｇｒｅｅｎ）を示す。例えば、ａ＊値が負数であると純粋な緑色に偏った色相であり、正数であると純粋な赤色に偏った色相を意味する。ａ＊＝８０とａ＊＝５０を比較した時、ａ＊＝８０がａ＊＝５０より純粋な赤色に近く位置することを意味する。これと共に、前記ｂ＊値は、−ｂ〜＋ｂの範囲を有する。ｂ＊の最大値（ｂ＊ｍａｘ）は純粋な黄色（ｐｕｒｅ  ｙｅｌｌｏｗ）を示し、ｂ＊の最小値（ｂ＊ｍｉｎ）は純粋な青色（ｐｕｒｅ  ｂｌｕｅ）を示す。例えば、ｂ＊値が正数であると純粋な黄色に偏った色相であり、負数であると純粋な青色に偏った色相を意味する。ｂ＊＝５０とｂ＊＝２０を比較した時、ｂ＊＝８０がｂ＊＝５０より純粋な黄色に近く位置することを意味する。
【００２１】
また、本発明において、「色偏差」または「色座標偏差」とは、ＣＩＥ  Ｌａｂ色空間における二色間の距離を意味する。すなわち、距離が遠いと色相の差が大きいことを意味し、距離が近いほど色相の差が殆どないことを意味し、これは下記の数学式１で示すΔＥ＊で表示することができる：
【００２２】
【数１】
2018530665.tif 000003
【００２３】
併せて、本発明において、単位「Ｔ」は、マグネシウムを含む基材の厚さを示すものであって、単位「ｍｍ」と同じであり得る。
【００２４】
また、本発明において、単位「Ｎ」は、力の大きさを示す単位であって、１Ｎは質量が約０．１ｋｇである物体に作用する重力（重さ）に該当する力を意味する（１ｋｇｆ≒９．８Ｎ）。
【００２５】
さらに、本発明において、「摩耗」とは、マグネシウム基板を他の構成成分を含む素材で押圧した時にすり減ってなくなる性質を意味し、前記摩耗はマグネシウム基板の硬度、弾性係数、降伏応力などの影響を受けることがある。
【００２６】
これと共に、本発明において、「マグネシウム基材」とは、表面処理する前のマグネシウムを含有する母材を示し、「マグネシウム基板」とは、マグネシウムを含有する母材を表面処理したものを示す。
【００２７】
本発明はマグネシウムを含む発色処理された基板および、そのための基板の発色処理方法に関するものである。
【００２８】
従来、マグネシウムを含む素材に色相を具現する方法としては、金属含有物質や顔料などを利用して素材の表面をコーティングするＰＶＤ−ゾルゲル法や、陽極酸化法などが知られている。しかし、前記方法は、基材の耐久性を減少させる恐れがある。また、素材の表面に色相を均一に具現し難く、コーティングされる皮膜層が容易に剥離して信頼性を満足させないという問題点がある。特に、前記方法は、金属固有の金属質感を具現できないため、建築の外装材、自動車のインテリア、特にモバイル製品のフレームなどの電気、電子部品の素材分野での活用が難しいという問題がある。
【００２９】
このような問題点を克服するために、本発明は本発明に係るマグネシウムを含む発色処理された基板および、そのための基板の発色処理方法を提供する。
【００３０】
本発明に係る発色処理された基板は、マグネシウム基材上に金属酸化物を含む皮膜と波長変換層が順に積層された構造を有することによって、金属固有の質感および光沢性を維持しつつ、皮膜の平均厚さの制御を通じて表面に多様な色相を均一に具現することができるため、金属材が使われる建築の外装材、自動車のインテリア、特にモバイル製品のフレームなどの電気、電子部品の素材分野で有用に使用され得る。
【００３１】
以下、本発明をより具体的に説明する。
【００３２】
本発明は一実施例において、マグネシウム基材；前記基材上に設けられ、金属酸化物を含む皮膜；および前記皮膜上に設けられた波長変換層を含む発色処理された基板を提供する。
【００３３】
本発明に係る発色処理された基板は、マグネシウム基材上に金属酸化物を含む皮膜と波長変化層が順に積層された構造を有することができ、このような積層構造はマグネシウム基材の一面または両面に形成され得る。
【００３４】
金属酸化物を含む本発明の皮膜は、チタニウムやステンレスなどの基材に単独で形成する場合は色相を具現することができるが、マグネシウム基材上に単独で形成される場合は色相を具現し難いため、従来はマグネシウム基材の表面発色のために金属酸化物と顔料を混合したコーティング剤を利用して発色層を形成した。しかし、本発明の発色処理された基板は、マグネシウム基材上に金属酸化物を含む皮膜と共に波長変換層を順に均一に積層することによって、表面に入射した光の干渉を誘導し、これに伴い、基板の表面に色相を均一に具現することができる。
【００３５】
一つの例として、本発明に係る発色処理された基板は、波長変換層上に存在する任意の領域（横１ｃｍおよび縦１ｃｍ）に含まれる任意の３点についてＣＩＥ色座標を測定した結果、各点間の平均色座標偏差（ΔＬ＊、Δａ＊、Δｂ＊）がΔＬ＊＜０．５、Δａ＊＜０．６およびΔｂ＊＜０．６のうち１つ以上の条件を満足することを確認した。具体的には、本発明に係る発色処理された基板は前記条件のうち２以上を満足させることができ、より具体的には前記条件をすべて満足させることができる。
【００３６】
本発明は一実施例において、発色処理された基板上に存在する任意の領域に含まれる任意の３点についてのＣＩＥ色座標を測定した。その結果、色座標偏差は、０．０５＜ΔＬ＊＜０．２５、０．０１＜Δａ＊＜０．３、および０．２＜Δｂ＊＜０．５であった。また、前記発色処理された基板は、０．１５＜ΔＥ＊≦０．５５の色座標偏差を示し、具現された色相間の偏差が小さいことが確認された。
【００３７】
このような結果から、本発明に係る発色処理された基板は、金属酸化物を含む皮膜だけでは発色しないマグネシウム基材に金属酸化物を含む皮膜と波長変換層が順に積層された構造を有することによって、表面に均一に色相が具現できることが分かる。
【００３８】
以下、本発明に係る発色処理された基板の各構成成分別に、より詳細に説明する。
【００３９】
まず、前記マグネシウム基材は基板の基本骨格および物性を決める役割を遂行し、発色処理された基板の発色処理前の状態であり得る。
【００４０】
この時、前記マグネシウム基材としては、電気、電子製品の素材分野でフレームとして使用できるものであれば、その種類や形態は特に制限されない。一つの例として、前記マトリックスとしては、マグネシウムで構成されるマグネシウム基材；アルミニウム、マンガンなどが添加されたマグネシウム合金；表面にマグネシウムが分散した形態のステンレス鋼またはチタニウム（Ｔｉ）基材などを用いることができる。
【００４１】
次いで、前記皮膜はマグネシウム基材上に入射する光の性質を変化させ、平均厚さに応じて多様な色相を具現する役割を遂行することができる。また、波長変換層を形成する前にマグネシウム基材自体の耐摩耗性、耐食性、耐湿性などの信頼性を改善させる機能を有し得る。
【００４２】
一つの例として、皮膜が形成されたマグネシウム基材の表面についての耐摩耗性の評価時、下記の一般式１の条件を満足することができる：
【００４３】
［一般式１］
０．３≦４００／π・Ｗ２≦２０
【００４４】
前記一般式１で、Ｗは平均直径６mmのボール（ｂａｌｌ）を利用して５０Ｎの荷重、３cm／ｓの速度で皮膜の表面を１回引っ掻く場合、表面に発生するスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）の平均幅を示し、単位はＧＰａである。
【００４５】
具体的には、前記マグネシウム基材は一般式１の条件を、０．３〜１９ＧＰａ、０．３４〜１５ＧＰａ、０．３８〜１０ＧＰａ、０．４〜５ＧＰａ、０．３〜１ＧＰａ、０．３〜０．６ＧＰａ、１〜５ＧＰａ、５〜１０ＧＰａ、１０〜１５ＧＰａ、１５〜２０ＧＰａ、または１２〜１３ＧＰａで満足することができる。
【００４６】
本発明は、マグネシウム基材上に皮膜が備えられた表面処理された基板と 表面処理されていない基板を対象として摩擦係数測定機（ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ）を利用して耐摩耗性を評価した。その結果、皮膜を含む表面処理された基板は、５Ｎの低い荷重でスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）が発生しないことが確認された。また、皮膜を含む表面処理された基板は５０Ｎの高い荷重で皮膜の表面が押圧された形態のスクラッチが発生するが、その深さが微小であるためマグネシウム基材が露出せず、一般式１の条件を０．３Ｇｐａ〜０．６Ｇｐａの値を示すことが確認された。ここで、一般式１はスクラッチが発生する間、単位面積当たりのボールに作用する垂直荷重に関する式であって、ボールに荷重によるスクラッチの幅と皮膜の弾性復元力の相関関係を示す。このような結果はマグネシウム基材上に形成された皮膜が表面で発生する摩耗を緩衝させることによって、母材であるマグネシウム素材を保護できることを意味する。
【００４７】
この時、前記皮膜としては、光を透過させ得る透明皮膜であって、金属酸化物を含むものであれば特に制限されない。例えば、前記皮膜は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる群から選択される１種の金属酸化物を含むものであり得る。
【００４８】
また、前記皮膜は特定の厚さを有することによって、皮膜上に形成される波長変換層と共に入射光の干渉を誘導して色相を具現することができる。ここで、前記皮膜の平均厚さは、１ｎｍ〜６μｍであり得、具体的には１ｎｍ〜２μｍ；１０ｎｍ〜１μｍ；２０ｎｍ〜１．５μｍ；１０ｎｍ〜５００ｎｍ；５００ｎｍ〜２μｍ；３μｍ〜５μｍ；４μｍ〜６μｍ；１０ｎｍ〜２００ｎｍ；１００ｎｍ〜１μｍ；または１μｍ〜６μｍであり得る。本発明は前記範囲で皮膜の平均厚さを調節することによって、マグネシウム基材の変色を防止しつつ、表面に色相を均一に具現することができる。
【００４９】
次いで、前記波長変換層は皮膜上に形成されて皮膜と共に光干渉を誘導することによって表面に金属質感の色相を発現する役割を遂行する。
【００５０】
この時、前記波長変換層は、皮膜と異なる屈折率を有し、金属質感が具現できるものであれば特に制限されない。一つの例として、前記波長変換層としては、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、カドミウム（Ｃｄ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）からなる群から選択される１種以上の金属またはそのイオンを含むことができ、より具体的にはクロム（Ｃｒ）金属、アルミニウム（Ａｌ）金属、クロム（Ｃｒ）イオン、またはアルミニウム（Ａｌ）イオンを含むことができる。
【００５１】
また、前記金属は、金属粒子、金属酸化物などの多様な形態で含むことができ、前記金属が皮膜上に密に積層されて表面を完全に覆う連続層、または皮膜上に金属がまき散らされた形態の不連続層であり得るが、これらに制限されるものではない。
【００５２】
さらに、前記波長変換層の平均厚さは５ｎｍ〜２００ｎｍであり得、好ましくは５ｎｍ〜１５０ｎｍ；１０ｎｍ〜１００ｎｍ；または１０ｎｍ〜６０ｎｍであり得る。本発明は前記範囲で波長変換層の平均厚さを調節することによって、入射光に対する光干渉が十分に誘導できるだけでなく、波長変換層の光透過度が低下することを防止することができる。
【００５３】
一方、本発明に係る発色処理された基板は、波長変換層上に形成されたトップコートをさらに含むことができる。前記トップコートは波長変換層上に形成されて発色処理された基板の表面の耐スクラッチ性、耐久性、耐食性などの信頼性を向上させることができる。
【００５４】
一つの例として、本発明はそれぞれ塩水噴霧試験法（ＳＳＴ、Ｓａｌｔ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｓｔｅｒ）を利用して発色処理された基板に、３５℃、５重量％の塩水を均一に噴射した後、３５℃で７２時間の間放置して２４時間間隔で表面を肉眼で評価した。その結果、前記基板は塩水噴霧後７２時間の間放置しても腐食が防止されて表面の変化がないことが分かる。これは、波長変換層上に形成されたトップコートが発色処理された基板の耐食性を向上させ、塩水腐食に対する耐性が改善されることを意味するのである。
【００５５】
また、他の一つの例として、本発明はボールオンプレート（ｂａｌｌ  ｏｎ  ｐｌａｔｅ）の形態の摩擦係数測定機（ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ）を利用して、波長変換層上にトップコートが形成された発色処理された基板と形成されていない発色処理された基板の表面にそれぞれスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）を発生させた後、発生したスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）の平均深さ［Ｄ］とスクラッチによる母材であるマグネシウム基材の露出の有無を確認した。その結果、波長変換層上にトップコートを含まない発色処理された基板は、５Ｎの低い荷重にもかかわらず約１μｍのスクラッチが発生してマグネシウム基材が露出することが確認されたが、波長変換層上にトップコートを含む発色処理された基板は、５０Ｎおよび７０Ｎの高い荷重でも母材が露出しないことが確認された。これは、波長変換層上に形成されたトップコートが外部から加えられる外力を緩衝させ、５０Ｎ〜７０Ｎの高い荷重に対する摩耗が防止できることを示す。
【００５６】
このような結果から、本発明に係る発色処理された基板は、マグネシウム基材上に金属酸化物を含む皮膜と波長変換層を順に積層することによって、表面に均一に色相を具現することができ、波長変換層上にトップコートを形成する場合、発色処理された基板の耐食性、耐久性、耐湿性などの信頼性を向上させ得ることが分かる。
【００５７】
この時、前記トップコートは、金属、金属酸化物または金属水酸化物からなる表面をコーティングできるものであれば特に制限されずに適用され得る。一つの例として、前記トップコートは、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる群から選択される１種以上の金属酸化物が蒸着されて形成される透明薄膜であり得、場合によっては、金属類のコーティングが可能なツヤ消し／ツヤ有りクリアコーティング剤、クリアセラミックコーティング剤またはガラスコーティング剤などを用いてコーティングしたものであり得る。
【００５８】
また、前記トップコートの平均厚さは１μｍ〜１０μｍであり得る。
【００５９】
また、本発明は一実施例において、マグネシウム基材上に皮膜を形成する段階；および前記皮膜上に波長変換層を形成する段階を含み、前記皮膜は金属酸化物を含む基板の発色処理方法を提供する。
【００６０】
本発明に係る基板の発色処理方法は、マグネシウム基材上に皮膜および波長変換層を順に均一に積層する段階を含み、これによって、積層された皮膜と波長変換層によって入射光の光干渉を誘導して基板の表面を発色させることができる。
【００６１】
ここで、前記皮膜と波長変換層を形成する段階は、当技術分野で薄膜形成時に通常的に使われている方法であれば、特に制限されずに適用され得る。一つの例として、皮膜および波長変換層を形成する段階は、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）等の蒸着法によって行われてもよい。具体的には、本発明に係る前記皮膜および波長変換層は化学蒸着（ＣＶＤ）の一種であるプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）や、大気圧プラズマなどによって遂行され得る。前記蒸着はマグネシウム基材上に皮膜を均一に形成することができるという利点がある。
【００６２】
この時、プラズマ化学蒸着の遂行温度は皮膜が均一に形成され得る温度であり得、具体的には１００℃〜５００℃であり得、より具体的には２００℃〜５００℃または２００℃〜４００℃であり得る。
【００６３】
また、前記プラズマ化学蒸着の遂行速度は、０．５ｎｍ／分〜１５００ｎｍ／分であり得、具体的には０．５ｎｍ／分〜１０ｎｍ／分；１０ｎｍ／分〜１００ｎｍ／分；５０ｎｍ／分〜１５０ｎｍ／分；１００ｎｍ／分〜５００ｎｍ／分；５００ｎｍ／分〜１０００ｎｍ／分；７５０ｎｍ／分〜１０００ｎｍ／分；または９００ｎｍ／分〜１５００ｎｍ／分であり得る。本発明はプラズマ化学蒸着の温度および蒸着速度を前記範囲に調節することによってマグネシウム基材上に蒸着される皮膜の密度を最適化して、マグネシウム基材固有の質感および光沢を低下させることなく表面に色相を具現することができる。
【００６４】
一方、本発明に係る基板の発色処理方法は、皮膜を形成する段階の前にマグネシウム基材の表面を前処理する段階；および波長変換層を形成する段階の後に波長変換層上にトップコートを形成する段階のうちいずれか１つ以上の段階をさらに含むことができる。
【００６５】
前記前処理段階は、マグネシウム基材上に皮膜を形成する前にアルカリ洗浄液で表面を洗浄して残留汚染物質を除去したり研磨を遂行したりする段階である。この時、前記アルカリ洗浄液としては、金属、金属酸化物または金属水酸化物の表面洗浄のために当技術分野で通常的に使われるものであれば特に制限されない。また、前記研磨は、バフ（ｂｕｆｆｉｎｇ）、ポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ブラスティング（ｂｌａｓｔｉｎｇ）または電解研磨などによって遂行され得るが、これらに制限されるものではない。本段階では、マグネシウム基材の表面に存在する汚染物質やスケールなどが除去できるだけでなく、表面の表面エネルギーおよび／または表面状態、具体的には表面の微細構造の変化を通じてマグネシウム基材と基材上に形成される皮膜との接着力を向上させることができる。
【００６６】
前記トップコートを形成する段階は、波長変換層上にトップコートを形成して発色処理された基板の信頼性、例えば耐スクラッチ性、耐久性、耐食性などを向上させる段階である。この時、前記トップコートは、金属、金属酸化物または金属水酸化物からなる表面がコーティングできるものであれば特に制限されずに適用され得る。一つの例として、前記トップコートは、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる群から選択される１種以上の金属酸化物が波長変換層上に蒸着されて形成される透明薄膜であり得、場合によっては金属類のコーティングが可能なツヤ消し/ツヤ有りクリアコーティング剤、クリアセラミックコーティング剤またはグラスコーティング剤などを使用してコーティングしたものであり得る。また、トップコートを形成する段階は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の金属酸化物が蒸着され得る熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、蒸発法、スパッタリング、イオンプレーティングなどの真空蒸着；プラズマ溶射；電気メッキ；または無電解メッキによって遂行され得る。場合によっては、ディップコート、スピンコート、プリンティング、スプレー法などの溶液コーティングによって遂行されてもよいが、これらに制限されるものではない。
【００６７】
以下、本発明を実施例および実験例によってより詳細に説明する。
【００６８】
ただし、下記の実施例および実験例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容は下記の実施例および実験例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６９】
実施例１．
横６ｃｍ×縦６ｃｍ×０．４Ｔのマグネシウム基材をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を乾式蒸着機に固定させた。その後、３００℃の温度下で原子層堆積法（ＡＬＤ）を遂行してマグネシウム基材上に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含む皮膜（平均厚さ：２０±２ｎｍ）を形成した。その後、連続的にＲＦ／ＤＣスパッタリング法によりアルミニウム（Ａｌ）を含む波長変換層（平均厚さ：１０±２ｎｍ）を形成して発色処理された基板を得た。
【００７０】
実施例２〜４．
横６ｃｍ×縦６ｃｍ×０．４Ｔのマグネシウム基材をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を乾式蒸着機に固定させた。その後、３００℃の温度下でプラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）を遂行して皮膜を形成し、連続的にＥ−ｂｅａｍを使って波長変換層が形成された発色処理された基板を得た。この時、皮膜と波長変換層の構成成分および平均厚さは下記の表１のとおりである。
【００７１】
【表１】
2018530665.tif 000004
【００７２】
実施例５〜８．
前記実施例１〜４で得た発色処理された基板を乾式蒸着機に固定させ、３００℃の温度下でプラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）を遂行して波長変換層上に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む透明トップコートが形成された発色試片を製造した。この時、透明トップコートの平均厚さは５±０．１μｍであった。
【００７３】
比較例１〜６．
横６ｃｍ×縦６ｃｍ×０．４Ｔのマグネシウム基材をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を乾式蒸着機に固定させた。その後、下記の表２に示したように、３００℃の温度下でＲＦ／ＤＣスパッタリング法によりマグネシウム基材上に皮膜を蒸着させて皮膜のみが単独で形成された基板を得た。
【００７４】
【表２】
2018530665.tif 000005
【００７５】
比較例７．
横６ｃｍ×縦６ｃｍ×０．４Ｔのチタニウム基材をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を乾式蒸着機に固定させた。その後、３００℃の温度下でＲＦ／ＤＣスパッタリング法によりチタニウム基材上に酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む皮膜を蒸着させて発色処理されたチタニウム基板を得た。
【００７６】
実験例１．
マグネシウム基材上に形成された皮膜によるマグネシウム基材自体の耐摩耗性の変化を評価するために、下記のような実験を遂行した。
【００７７】
表面処理ができないため皮膜を含まないマグネシウム基材と；表面にそれぞれ２±０．１μｍおよび５±０．２μｍの平均厚さを有する皮膜を形成したマグネシウム基材とを準備した。その後、ボールオンプレート（ｂａｌｌ  ｏｎ  ｐｌａｔｅ）の形態の摩擦係数測定機（ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ）を利用して、前記基材の表面にスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）を発生させた後、発生したスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）の平均幅と平均深さ［Ｄ］を測定し、スクラッチによる母材であるマグネシウム基材の露出の有無を確認した。この時、前記スクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）は、マグネシウム基板の表面をボール（ｂａｌｌ、直径：６ｍｍ）を利用して、２０±２℃で５Ｎまたは５０Ｎの荷重、３cm／ｓの速度で遂行したのであり、同一位置を１回引っ掻くことを原則とした。このような一連の過程を５個のマグネシウム基板に繰り返し遂行して平均値を導き出したのであり、下記の一般式２を利用して平均値から表面処理された基板の耐摩耗度（ＨＳ）を導き出した。その結果を下記の表３および図３〜５に示した。
【００７８】
［一般式２］
ＨＳ＝８・Ｌ／π・Ｗ２
【００７９】
前記一般式２において、Ｗは、平均直径６mmのボール（ｂａｌｌ）を利用して３cm／ｓ速度で皮膜の表面を１回引っ掻く場合に表面に発生するスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）の平均幅（単位：μｍ）を示し、Ｌはスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）発生時のボールの荷重（単位：Ｎ）を示す。
【００８０】
【表３】
2018530665.tif 000006
【００８１】
前記表３および図３〜５に示した通り、皮膜が形成されたマグネシウム基材は耐摩耗性が向上することが分かる。
【００８２】
具体的には、５Ｎの荷重でスクラッチを発生させた場合、金属酸化物を含む皮膜が１ｎｍ〜６μｍの平均厚さに形成された基板はスクラッチが発生しないことが確認された。特に、前記基板は５０Ｎの荷重で皮膜が押圧された形態のスクラッチが発生するが、その深さが微々たるものと確認された。また、前記基板は、一般式２による耐摩耗度（ＨＳ）はボールの荷重が５０Ｎである場合、０．３Ｇｐａ〜０．６Ｇｐａの値を示すと確認された。これに反し、皮膜が形成されていないマグネシウム基板の場合、５Ｎの荷重でスクラッチを発生させた場合、平均幅と平均厚さがそれぞれ０．５±０．０５μｍおよび３５０±１５μｍであるスクラッチが強く発生することが確認された。
【００８３】
このような結果から、金属酸化物を含有する皮膜がマグネシウム基材上に１ｎｍ〜６μｍの平均厚さに形成されてマグネシウム基材の表面で発生する摩耗を緩衝させることによって、母材であるマグネシウム素材が保護できることが分かる。
【００８４】
実験例２．
本発明に係る発色処理された基板の具現色相と色相の均一度を評価するために下記のような実験を遂行した。
【００８５】
実施例１〜３と比較例１〜６で得た発色処理された基板の具現色相を肉眼で評価した。また、実施例１〜３で得た基板を対象に各表面に存在する任意の３地点、Ａ〜Ｃを選定し、選定した地点に対してＣＩＥ色空間での色座標を測定して平均色座標偏差を求めた。この時、色座標偏差（ΔＥ＊）は下記の数学式１を利用して導き出したのであり、その結果を下記の表４に示した。
【００８６】
【表４】
2018530665.tif 000007
【００８７】
まず、実施例１〜３で製造された基板の具現色相を肉眼で評価した結果、皮膜上に波長変換層が形成された実施例１〜３の場合、それぞれ灰色、青緑色および赤色に発色する反面、波長変換層が形成されていない比較例１〜６の場合、表面が発色しないことが分かった。また、マグネシウム基材ではなくチタニウム基材を含む比較例７の基板は、基材の成分による表面発色のメカニズムが異なるため波長変換層を含まなくても黄色に発色することが確認された。
【００８８】
併せて、前記表３を詳察すると、実施例１〜３で製造された基板は具現された色相が均一であることが分かる。より具体的には、実施例１〜３で製造された基板は試片上に存在する任意の３地点に対する色座標偏差が、０．０５＜ΔＬ＊＜０．２５、０．０１＜Δａ＊＜０．３、および０．２＜Δｂ＊＜０．５であることが分かった。また、前記発色処理された基板は、０．１５＜ΔＥ＊≦０．５５の色座標偏差を示し、具現された色相間の偏差が小さいことが確認された。
【００８９】
このような結果から、本発明に係る発色処理された基板は金属酸化物を含む皮膜だけでは発色されず、マグネシウム基材に金属酸化物を含む皮膜と波長変換層が順に積層された構造を有することによって、表面に均一に色相が具現できることが分かる。
【００９０】
実験例３．
トップコート形成による本発明に係る発色処理された基板の耐食性、耐久性、耐湿性、耐摩耗性などの信頼性を評価するために、下記のような実験を遂行した。
【００９１】
イ．塩水に対する耐食性の評価
実施例５および７で得た発色処理された基板をそれぞれ塩水噴霧試験法（ＳＳＴ、Ｓａｌｔ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｓｔｅｒ）を利用して、３５℃、５重量％の塩水を均一に噴射した後、３５℃で７２時間の間放置して２４時間間隔で表面を肉眼で評価したのであり、その結果を図６に示した。
【００９２】
図６を詳察すると、波長変換層上にトップコートが形成された実施例５〜７の基板は塩水噴霧後に７２時間の間放置しても腐食が防止されて表面の変化がないことが分かる。これは、波長変換層上に形成されたトップコートが発色処理された基板の耐食性を向上させて塩水腐食に対する耐性が改善されることを意味する。
【００９３】
ロ．耐久性の評価
実施例５および７で得た発色処理された基板を９５℃の蒸溜水が入っている耐熱湯試験機に３０分間浸漬した後、変色の有無を肉眼で確認し、クロスカットテープテストを通じてマグネシウム基材の表面で波長変換層とトップコートが剥離する程度を測定した。この時、クロスカットテープテストは、発色処理された基板の表面にカッターを利用して１ｍｍ間隔の横６線と縦６線とが互いに交差するようにカッティングした。その後、横線と縦線の交差点にテープを堅固に付着し、速やかに剥がす時の試片の全面積に対する薄膜の剥離面積を確認する方式で遂行したのであり、その結果は図７に示した。
【００９４】
図７を詳察すると、実施例５および７の基板は高温の蒸溜水に浸漬した後にもマグネシウム基材上に形成された波長変換層およびトップコートの剥離と表面の変色が防止されて、全面積のうち波長変換層とトップコートが剥離するか、または変色する面積が１％以下であることが分かった。これはマグネシウム基材上に波長変換層とトップコートが高い密着力で均一に形成されることを示すのである。
【００９５】
ハ．耐湿性の評価
実施例５で得た発色処理された基板を５０℃、９５％条件の恒温恒湿試験機に投入して７２時間の間放置した後、表面状態を肉眼で評価したのであり、その結果を図８に示した。
【００９６】
図８を詳察すると、実施例５で発色処理された基板は高温多湿の条件下でも変色などの表面変化が発生しないことが確認された。このような結果は、波長変換層とトップコートとが高い密着力を有するため発色処理された基板の耐湿性が向上することによって、高温多湿の条件下でも表面の変形が発生しないことを示すのである。
【００９７】
ニ．耐摩耗性の評価
ボールオンプレート（ｂａｌｌ  ｏｎ  ｐｌａｔｅ）の形態の摩擦係数測定機（ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ）を利用して実施例３および８で得た発色処理された基板の表面にそれぞれスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）を発生させた後、発生したスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）の平均深さ［Ｄ］とスクラッチによる母材であるマグネシウム基材の露出の有無を確認した。この時、前記スクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）は、マグネシウム基板の表面をボール（ｂａｌｌ、直径：６ｍｍ）を利用して２０±２℃で５Ｎ、５０Ｎまたは７０Ｎの荷重、３cm／ｓの速度で遂行されたのであり、同一の位置を１回引っ掻くのを原則とした。このような一連の過程を３個のマグネシウム基板に３回繰り返し遂行して平均値を導き出したのであり、測定された結果は図９〜図１１に示した。
【００９８】
まず、図９を詳察すると、波長変換層上にトップコートを含まない実施例３の発色処理された基板は、５Ｎの低い荷重にも約１μｍのスクラッチが発生してマグネシウム基材が露出することが確認された。これに反し、図１０および図１１を詳察すると、波長変換層上にトップコートを含む実施例８の発色処理された基板は５０Ｎおよび７０Ｎの高い荷重にもかかわらず母材が露出しないことが確認された。これは、波長変換層上に形成されたトップコートが外部から加えられる外力を緩衝させて５０Ｎ〜７０Ｎの高い荷重に対する摩耗が防止できることを示す。
【００９９】
このような結果から、本発明に係る発色処理された基板は、マグネシウム基材上に金属酸化物を含む皮膜と波長変換層を順に積層することによって、表面に均一に色相を具現することができ、波長変換層上にトップコートを形成する場合、発色処理された基板の耐食性、耐久性、耐湿性などの信頼性を向上させることができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明に係る発色処理された基板は、マグネシウム基材上に金属酸化物を含む皮膜と波長変換層が順に積層された構造を有することによって、金属固有の質感および光沢性を維持しつつ、皮膜の平均厚さの制御を通じて表面に多様な色相を均一に具現することができる。したがって、発色処理された基材はマグネシウム素材が用いられる建築の外装材、自動車のインテリア、特にモバイルフォンケースの部品などの電気、電子部品の材料分野で有用に使われ得る。
【図１】
2018530665.tif 000008
【図２】
2018530665.tif 000009
【図３】
2018530665.tif 000010
【図４】
2018530665.tif 000011
【図５】
2018530665.tif 000012
【図６】
2018530665.tif 000013
【図７】
2018530665.tif 000014
【図８】
2018530665.tif 000015
【図９】
2018530665.tif 000016
【図１０】
2018530665.tif 000017
【図１１】
2018530665.tif 000018
【国際調査報告】
2018530665.tif 000019
2018530665.tif 000020
2018530665.tif 000021
2018530665.tif 000022