JP6286560B2 - 発色処理された基材およびこのための基材の発色処理方法 - Google Patents

発色処理された基材およびこのための基材の発色処理方法 Download PDF

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Description

本発明は発色処理された基材およびこのための発色処理方法に関するものである。
最近の産業全般にわたる軽量化の傾向によってマグネシウム産業が注目を浴びている中、モバイルフォンケース部品などの電気、電子部品材料分野で金属質感外装材がトレンドになり、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。
その例として、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、大韓民国公開特許第２０１１−０１３４７６９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、顔料が溶解され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ている。
しかし、現在まで開発された技術は基材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、多様な色相の具現が難しいという問題がある。また、基材表面には不透明な酸化膜が形成されて金属固有の光沢および金属質感の具現が困難であるという問題がある。
一方、最近消費者の多様な要求とファッションの高級化傾向に合わせて黒色に発色処理された金属素材の製品が流行っており、このために素材表面に多様な色相特に黒色を発色させる技術が切に要求されている。
したがって、金属素材の固有質感および光沢を維持しつつ耐久性を向上させることができるだけでなく、黒色などの無彩色を含む多様な色相を表面に具現することができる表面処理技術の開発が切に要求されているのが実情である。
本発明の目的は金属の質感および光沢を維持しつつ表面に黒色を含む多様な色相に発色処理された基材を提供することにある。
また、本発明の目的は前記基材のための基材の発色処理方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、
本発明は、一つの実施例において、
マグネシウムを含むマトリックス；
前記マトリックス上に形成され、下記の化学式１で表される化合物を含有する皮膜；
前記皮膜上に形成された波長変換層を含み：
［化学式１］
Ｍ（ＯＨ）ｍ
前記化学式１において、
Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、ＣａおよびＢａからなる群から選択される１種以上を含み、
ｍは１または２であり、
波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対し、
下記の数学式１の条件を満足する発色処理された基材を提供する：
［数学式１］
０．１≦Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ≦１０
前記数学式１において、
Ｔｆｉｌｍは地点Ａでの皮膜の平均厚さを表わし、
ＴＭＬは地点Ａでの波長変換層の平均厚さを表わす。
また、本発明は他の一つの実施例において、
マグネシウムを含むマトリックス上に皮膜を形成する段階；
前記皮膜上に波長変換層を形成する段階を含み、
前記波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対し、
下記の数学式１の条件を満足する基材の発色処理方法を提供する：
［数学式１］
０．１≦Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ≦１０
前記数学式１において、
Ｔｆｉｌｍは地点Ａでの皮膜の平均厚さを表わし、
ＴＭＬは地点Ａでの波長変換層の平均厚さを表わす。
本発明は、金属固有の質感および光沢性を維持しつつ基材の耐久性を向上させて基材表面に黒色などの無彩色を含んで青色、緑色などの多様な色相を均一に具現することができるため、金属素材が使われる建築外装材、自動車インテリア、特にモバイル製品フレームなどの電気・電子部品素材分野において有用に使用され得る。
一つの実施例で得た発色処理された基材の皮膜および波長変換層を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用して撮影したイメージである。 他の一つの実施例で得た発色処理された基材の皮膜および波長変換層を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用して撮影したイメージである。
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ところ、特定実施例を図面に例示して詳細に説明する。
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。
本発明において、「含む」または「有する」などの用語は、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指定しようとするものであり、一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。
本発明において、「色座標」とは、ＣＩＥ（国際照明委員会、Ｃｏｍｍｏｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅ ｌ「Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）で規定した色相値であるＣＩＥ色空間での座標を意味し、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。
ここで、Ｌ＊値は明度を表すもので、Ｌ＊＝０であれば黒色（ｂｌａｃｋ）を表わし、Ｌ＊＝１００であれば白色（ｗｈｉｔｅ）を表わす。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）のうちいずれに偏ったかを表わし、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）のうちいずれに偏ったかを表わす。
具体的に、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）を表わし、ａ＊の最小値（ａ＊ｍｉｎ）は純粋な緑色（ｐｕｒｅ ｇｒｅｅｎ）を表わす。例えば、ａ＊値が負数であれば純粋な緑色に偏った色相であり、正数であれば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。これとともに、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）を表わし、ｂ＊の最小値（ｂ＊ｍｉｎ）は純粋な青色（ｐｕｒｅ ｂｌｕｅ）を表わす。例えば、ｂ＊値が負数であれば純粋な黄色に偏った色相であり、正数であれば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。
また、本発明において、「色偏差」または「色座標偏差」とは、ＣＩＥ色空間における二色間の距離を意味する。すなわち、距離が遠いと色相差が大きく、距離が近いほど色相差が殆どないことを意味し、これは下記の数学式５で表されるΔＥ＊で表示することができる：
［数学式５］
さらに、本発明において、「黒色（ｂｌａｃｋ）」とは、ＣＩＥ色座標を基準として明度に対する平均色座標（Ｌ＊）が６０以下である色を表わす。例えば、前記黒色は灰色、黒色などの無彩色を含むことができ、緑色系列または青色系列の色が混合されて緑黒色または黒藍色などの色相を含むことができる。
これとともに、本発明において「青色」とは、ＣＩＥ色座標を基準として平均色座標（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）がＬ＊は６０を超過し、ｂ＊は５未満の色を表わす。前述した通り、ｂ＊は純粋な黄色または青色を表わすため、本発明での青色はｂ＊値が小さい色相、具体的には５未満の色相を意味する。合わせて、ａ＊に対する色座標は特に制限されず、前記ａ＊は２０以下、１５以下、１０以下、または５以下であり得る。本発明に係る青色としては前記色座標範囲に含まれる藍色；青色；明るい青色；または緑色系列の色が混合された青緑色などが挙げられる。
また、本発明において「緑色」とは、ＣＩＥ色座標を基準として平均色座標（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）がＬ＊は６０を超過し、ａ＊は−５以下であり、ｂ＊は５以上である色を表わす。ＣＩＥ色空間でａ＊は純粋な赤色と緑色を表わすため、本発明での緑色はａ＊値が負数である色相、具体的に−５以下、より具体的に−６以下、または−７以下である色相を意味する。合わせて、前記緑色はｂ＊に対する色座標が５以上、具体的に６以上または７以上であり得る。本発明に係る緑色としては前記色座標範囲に含黄緑色、空色、紺青色（ｉｒｏｎ ｂｌｕｅ）、緑色などが挙げられる。
さらに、本発明において「波長変換層」とは、光の反射、屈折、散乱、回折などを調節して入射される光の波長を制御する層であって、皮膜上に形成されて皮膜表面にインターカレーション（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）された界面を含むことによって皮膜で屈折および／または散乱された光；およびマトリックス表面で反射した光を再散乱および／または屈折させる役割を有する。
最後に、本発明で単位「Ｔ」は、マグネシウムを含む基材の厚さを表わすものであって、単位「ｍｍ」と同一であり得る。
本発明は発色処理された基材およびこのための基材の発色処理方法を提供する。
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表面をコーティングするＰＶＤ−ゾルゲル法、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り、素材表面に色相を均一に具現し難い。また、コーティングされる皮膜層が容易に剥離されて信頼性を満足させない問題点がある。これとともに、最近消費者の多様な要求とファッションの高級化傾向に合わせて黒色に発色処理された金属素材の製品が流行することによって、金属固有の光沢および質感を維持しつつ表面に黒色相を具現することができる技術に対する必要性がさらに大きくなっているのが実情である。
これに対し、本発明は金属の質感および光沢を維持しつつ黒色を含む多様な色相に発色処理された基材およびこのための基材の発色処理方法を提案する。
本発明に係る発色処理された基材は、基材上に特定比率を有するｎｍオーダーの皮膜および波長変換層を含み、金属固有の質感および光沢性を維持しつつ基材の耐久性を向上させて基材表面に灰色、黒色などの無彩色を含む多様な色相を均一に具現することができるため、金属素材が使われる建築外装材、自動車インテリア、特にモバイル製品フレームなどの電気・電子部品素材分野において有用に使用され得る。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、一つの実施例において、
マグネシウムを含むマトリックス；
前記マトリックス上に形成され、下記の化学式１で表される化合物を含有する皮膜；
前記皮膜上に形成された波長変換層を含み：
［化学式１］
Ｍ（ＯＨ）ｍ
前記化学式１において、
Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、ＣａおよびＢａからなる群から選択される１種以上を含み、
ｍは１または２であり、
波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対し、
下記の数学式１の条件を満足する発色処理された基材を提供する：
［数学式１］
０．１≦Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ≦１０
前記数学式１において、
Ｔｆｉｌｍは地点Ａでの皮膜の平均厚さを表わし、
ＴＭＬは地点Ａでの波長変換層の平均厚さを表わす。
具体的に、前記基材は数学式１の条件を０．１〜１０；０．１〜９；０．１〜８．５；０．５〜６；０．５〜４；または１〜８．５で満足させることができる。
本発明に係る前記発色処理された基材は、マグネシウムを含むマトリックス上に皮膜および波長変換層が順次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金属材マトリックスの一面または両面に形成され得る。また、前記基材は前記数学式１の条件を満足させることによって波長変換層の光透過度減少を防止するとともに表面に色相を均一に発色させることができる。このとき、発色される色相は灰色、黒色などの無彩色だけでなく青色、緑色などの色相を含むことができる。
一つの実施例として、前記発色処理された基材は、波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対する皮膜と波長変換層の平均厚さ比率（Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ）が０．１〜６．０である場合、灰色、黒色などの無彩色が具現され得る。この場合、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点の平均色座標のＬ＊が６０以下であり得る。また、前記皮膜の平均厚さは８０ｎｍ未満であり得、具体的に７５ｎｍ以下、７０ｎｍ以下、６５ｎｍ以下、６０ｎｍ以下；５０ｎｍ以下、１０〜５５ｎｍまたは２５〜５５ｎｍであり得る（実験例２参照）。
他の一つの実施例として前記発色処理された基材は、波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対する皮膜と波長変換層の平均厚さ比率（Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ）が０．２〜４．０である場合、青色、青緑色、空色（ｓｋｙ ｂｌｕｅ）などの青色系列色相が具現され得る。この場合、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点の平均色座標はＬ＊が６０超であり、ｂ＊が５未満であり得る。また、前記皮膜の平均厚さは８０〜１４０ｎｍであり得、具体的に、８０〜１００ｎｍ、１２０〜１４０、１１０〜１３０ｎｍ、１００〜１３５ｎｍまたは８５〜１３５ｎｍであり得る（実験例２参照）。
また他の一つの実施例として前記発色処理された基材は、波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対する皮膜と波長変換層の平均厚さ比率（Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ）が０．７〜８．５である場合、黄緑色、空色、紺青色（ｉｒｏｎ ｂｌｕｅ）、緑色などの緑色系列色相が具現され得る。この場合、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点の平均色座標はＬ＊が６０超であり、ａ＊が−５以下であり、ｂ＊が５以上であり得る。また、前記皮膜の平均厚さは１４０ｎｍを超過して３００ｎｍ以下であり得、具体的に１４５ｎｍ〜３００ｎｍ、１４６ｎｍ〜２９０ｎｍ、１４７ｎｍ以上〜２６０ｎｍ、１４５ｎｍ〜２００ｎｍまたは１４５ｎｍ〜１７０ｎｍであり得る（実験例２参照）。
以下、本発明に係る前記発色処理された基材を各構成別により詳細に説明する。
まず、マグネシウムを含む前記マトリックスは基材の基本骨格および物性を決める役割を遂行し、本発明に係る発色処理された基材が発色処理される以前の形態と言える。
このとき、マグネシウムを含む前記マトリックスとしては、電気・電子製品素材分野において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；表面にマグネシウムが分散され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。
次に、前記皮膜はマトリックス表面に形成されて表面に入射される入射光を散乱または屈折させる役割を遂行する。
このとき、前記皮膜としては光を透過させることができる透明皮膜であって、入射される光を散乱または屈折させることができるものであれば特に制限されない。例えば、前記皮膜はナトリウム水酸化物（ＮａＯＨ）、カリウム水酸化物（ＫＯＨ）、マグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）２）、カルシウム水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）２）およびバリウム水酸化物（Ｂａ（ＯＨ）２）からなる群から選択される１種以上を含むことができる。より具体的には前記皮膜はマグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）２）を含むことができる。
また、前記皮膜は皮膜上に形成される波長変換層と特定平均厚さ比率を有することによって、基材表面に灰色、黒色などの無彩色を含んで青色、緑色などの多様な色相を具現するが、このとき、具現される色相を決定する発色層として役割を遂行することができる。例えば、本発明に係る発色処理された基材は、皮膜と波長変換層の平均厚さ比率が同一でもマトリックス上に形成された皮膜の平均厚さが相異なると表面に具現された色相が互いに異なり得る。ここで、前記皮膜の平均厚さはｎｍオーダーの大きさであれば特に制限されない。具体的に、前記皮膜の平均厚さは５００ｎｍ以下、４００ｎｍ以下、３００以下、１００ｎｍ〜２５０ｎｍ、１０〜７５ｎｍ、５０〜１４０ｎｍ、１４０〜２００ｎｍ、または１〜３００ｎｍであり得る。
次に、前記波長変換層は皮膜上に形成されて皮膜表面にインターカレーション（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）された界面を含むことによって皮膜で屈折および／または散乱された光；およびマトリックス表面で反射した光を再散乱および／または屈折させることによってマトリックス表面に色相を具現することができる。
このとき、マトリックス表面に色相を具現するためには、前述した通り、前記波長変換層が皮膜と数学式１の条件を満足する平均厚さ比率を有するとともに、ｎｍオーダーの平均厚さを有さなければならない。具体的に、前記波長変換層の平均厚さは２００ｎｍ以下であり得る。具体的に、前記平均厚さは１９０ｎｍ以下；１８０ｎｍ以下；１７０ｎｍ以下；１６０ｎｍ以下；または１５０ｎｍ以下であり得る。本発明は波長変換層の平均厚さを前記範囲内で調節することによって、波長変換層の光透過度が減少して色相が発色されないことを防止することができる。これとともに、前記波長変換層は、成分や形態が特に制限されるものではない。一つの例として、前記波長変換層は、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）または銅（Ｃｕ）を含む金属および前記金属のイオンからなる群から選択される１種以上を含むことができ、具体的には金属であるクロム（Ｃｒ）を含むことができる。また、前記金属は、金属粒子の形態を有することができ、波長変換層形成過程にて窒素ガス、エタンガス、酸素ガスなどと反応して金属窒化物、金属酸化物、金属炭化物などの多様な形態を含むことができる。さらに、前記金属が皮膜上稠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散開された形態の不連続層であり得るが、これに制限されるものではない。
一方、本発明に係る発色処理された基材は、基材の耐スクラッチ性および耐久性を向上させるために波長変換層上にトップコートをさらに含むことができる。
このとき、前記トップコートとしては、金属、金属酸化物または金属水酸化物上のコーティングに適用可能なクリアコーティング剤であれば特に制限なく用いることができる。より具体的には、前記クリアコーティング剤としては、金属コーティングに適用可能な艶消しクリアコーティング剤または艶有り／艶消しクリアコーティング剤などが挙げられる．また、前記トップコートは、波長変換層との優秀な密着力を有することができる。具体的に、トップコートを含む発色処理された基材は、３５℃、５重量％塩水噴霧７２時間経過後密着性評価時、５％以下のトップコート剥離率を有し得る。
一つの実施例でトップコートを含む発色処理された基材を対象に、３５℃、５重量％塩水を噴霧し、７２時間が経過した後、クロス−カットテープテスト方法を遂行した。その結果、剥離されたトップコートの面積は、トップコート全体面積を基準として５％以下であることを確認することができる。このような結果から、本発明に係るトップコートが形成された前記基材は波長変換層とトップコートの間の密着力が優秀であることが分かる（実験例３参照）。
さらに、本発明は、一つの実施例において、
マグネシウムを含むマトリックス上に皮膜を形成する段階；
前記皮膜上に波長変換層を形成する段階を含み、
前記波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対し、
下記の数学式１の条件を満足する基材の発色処理方法を提供する：
［数学式１］
０．１≦Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ≦１０
前記数学式１において、
Ｔｆｉｌｍは地点Ａでの皮膜の平均厚さを表わし、
ＴＭＬは地点Ａでの波長変換層の平均厚さを表わす。
本発明に係る基材の発色処理方法は、０．１〜１０の特定比率を有する皮膜と波長変換層をｎｍオーダーの厚さで形成することによって、基材表面に優れた発色力で均一に灰色、黒色などの無彩色だけでなく青色、緑色などの多様な色相を具現することができる。
前記発色処理方法において、皮膜を形成する段階はマグネシウムを含むマトリックスを水酸化溶液に浸漬して遂行され得る。
このとき、前記水酸化溶液としては、水酸化基（−ＯＨ基）を含む溶液であれば特に制限されない。より具体的には、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２およびＢａ（ＯＨ）２からなる群から選択される１種以上が溶解された溶液を用いることができる。前記水酸化溶液は短い時間内に基材表面に皮膜を均一に形成することができ、具現される色相の発色力および鮮明度が優秀な利点がある（実験例１参照）。
また、本発明に係る製造方法は、浸漬条件によりマトリックス表面に形成される皮膜の厚さを制御することができる。ここで、前記マトリックスは厚さによって熱伝導量が異なるため、マトリックスの厚さが異なる場合、同じ条件下で浸漬されたマトリックスであっても表面に形成される皮膜の厚さが異なり得る。したがって、マグネシウムを含むマトリックスの厚さにより浸漬条件を調節して皮膜の厚さを制御することが好ましい。
一つの例として、マグネシウムを含むマトリックスの厚さが０．４〜０．７Ｔである場合、前記水酸化溶液の温度は１５℃〜２００℃、具体的に１５℃〜５０℃、１５℃〜３０℃、９０℃〜１５０℃、または９５℃〜１１０℃であり得る。また、マトリックスの浸漬時間は６０分以下であり得る。具体的には５０分以下、４０分以下、３０分以下、２０分以下、または１５分以下であり得る。さらに、水酸化溶液の濃度は１重量％〜８０重量％、具体的には１重量％〜７０重量％；５重量％〜５０重量％；１０重量％〜２０重量％；１重量％〜４０重量％；３０重量％〜６０重量％；１５重量％〜４５重量％または５重量％〜２０重量％であり得る。前記発色処理方法は前記条件範囲でマトリックスの浸漬を遂行することによって短い時間内に皮膜を均一に形成することができ、過度な皮膜形成による金属固有の光沢度減少を防止することができる。
さらに、前記発色処理方法において、波長変換層を形成する段階は当業界で通常的に用いられている方法であれば特に制限なく適用することができる。具体的に例えば、前記波長変換層を形成する段階は真空蒸着法、スパッタ法、イオンメッキ法またはイオンビーム蒸着法によって遂行され得る。
これとともに、本発明に係る基材の発色処理方法は、皮膜を形成する段階の前に、マトリックスの表面を前処理する段階；および皮膜を形成する段階の後で、リンシングする段階のうちいずれか一つ以上の段階をさらに含むことができる。
このとき、前記表面を前処理する段階は、マグネシウムを含むマトリックスを水酸化溶液に浸漬する前に表面をアルカリ洗浄液で処理して表面に残留する汚染物質を除去するか、研磨を遂行する段階である。このとき、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を洗浄のために当業界で通常的に用いられるものであれば、特に制限されない。また、前記研磨はバフィング（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に制限されるものではない。本段階では、マグネシウムを含むマトリックス表面に存在する汚染物質やスケールなどを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、具体的に表面の微細構造変化を通じて皮膜形成速度を制御することができる。すなわち、研磨が遂行されたマトリックスに形成された皮膜の厚さは同じ条件下で形成された研磨が遂行されなかったマトリックスの皮膜厚さと異なり得、これに伴い、表面に発色される色相が互いに異なり得る。
また、前記リンシングする段階は、マトリックスを水酸化溶液に浸漬する段階の後で、マトリックス表面をリンシングすることによって、表面に残留する水酸化溶液を除去する段階である。この段階ではマトリックス表面に残留する水酸化溶液を除去することによって残留水酸化溶液による追加的な皮膜形成を防止することができる。
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。
ただし、下記の実施例および実験例は本発明を例示するだけのもので、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１〜３．
マトリックスで準備されたマグネシウムを含む試片（横１ｃｍ×縦１ｃｍ×０．４Ｔ）をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を下記の表１に表わした時間の間、１００℃、１０重量％ＮａＯＨ水溶液に浸漬した。その後、前記試片を蒸溜水でリンシングし、乾燥オーブンで乾燥させた後、スパッタ法でクロム（Ｃｒ）からなる波長変換層を形成して発色処理された試片を得た。また、得られた発色処理された試片上に存在する任意の地点Ａを選定し、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用して地点Ａでの皮膜および波長変換層の厚さを３回測定して平均厚さを導き出した。
実施例４．
マトリックスで準備されたマグネシウムを含む試片（横１ｃｍ×縦１ｃｍ×０．４Ｔ）をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ水溶液に２０秒間浸漬した。その後、前記試片を蒸溜水でリンシングし、乾燥オーブンで乾燥させた後、スパッタ法でクロム（Ｃｒ）からなる波長変換層を形成した。前記波長変換層上に液相の艶消しクリア塗料を塗布し１２０℃−１５０℃オーブン乾燥して発色処理された試片を製造した。このとき、コーティングされた艶消しクリアの平均厚さは約２５μｍであった。
比較例１．
マトリックスで準備されたマグネシウムを含む試片（横１ｃｍ×縦１ｃｍ×０．４Ｔ）をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ水溶液に１５分間浸漬した。その後、前記試片を蒸溜水でリンシングし、乾燥オーブンで乾燥させた後、スパッタ法でクロム（Ｃｒ）からなる波長変換層を形成してマトリックス上に皮膜と波長変換層が順次積層された試片を製造した。このとき、マトリックス上に形成された皮膜および波長変換層の平均厚さはそれぞれ約１５０±５ｎｍおよび２２０ｎｍであった。
実験例１．水酸化溶液の種類による基材の発色効率評価
水酸化溶液の種類による発色処理された基材の発色速度および発色力を評価するために下記のような実験を遂行した。
マトリックスであるマグネシウムを含む試片（横１ｃｍ×縦１ｃｍ×０．４Ｔ）をアルカリ洗浄液に浸漬して脱脂し、脱脂された試片を１００℃、１０重量％ＮａＯＨ水溶液または蒸溜水に４０分、１時間および２時間の間それぞれ浸漬させた。その後、試片を蒸溜水でリンシングし、乾燥オーブンで乾燥させて表面に具現される色相を目視で評価した。
その結果、１０重量％ＮａＯＨ水溶液に浸漬された試片は蒸溜水に浸漬された試片と対比して、発色速度が早かった。より具体的には、１０重量％ＮａＯＨ水溶液に浸漬された試片は浸漬１０分が経過した時点まで試片固有の色相である銀色が維持され、その後黄色を経て４０分以内に橙色に発色するものと示された。しかし、蒸溜水に４０分間浸漬された試片の場合、表面の色相変化量が微小であり、発色未処理された基材と比較して色相差が小さく、１時間の間浸漬された試片は徐々に黄色に発色された。また、２時間の間浸漬された試片は黄色に発色されるものの、１０重量％ＮａＯＨ水溶液に浸漬された試片と対比して発色力が顕著に落ちるものと示された。
このような結果から、基材の表面処理はＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２などを含む水酸化溶液で遂行した方が工程効率が優れるだけでなく、発色される色相の発色力が優秀であることが分かる。
実験例２．浸漬時間による基材の発色評価
本発明により発色処理された基材の皮膜および波長変換層の平均厚さ比率による表面に具現される色相および色相均一性を評価するために下記のような実験を遂行した。
前記実施例１〜３で試片製造時、水酸化溶液に浸漬した後、表面色相を目視で評価した。その次に、クロム（Ｃｒ）層を形成し、発色処理された基材の表面色相を目視で評価した後、試片上に存在する任意の３点に対するＣＩＥ色空間での色座標を４回繰返し測定した。測定された色座標から、平均色座標（Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊）と色座標偏差を導き出し、その結果を下記の表２に表わした。
本発明に係る発色処理された基材は黒色などの無彩色だけでなく青色、緑色などの多様な色相を均一に発色することが分かる。
具体的に、発色処理された基材の色相を目視で評価した結果、実施例１〜３の基材は皮膜だけ形成された場合、金属固有の色相である銀色を維持するものと示され、皮膜上に波長変換層が形成されると皮膜と波長変換層の平均厚さ比率により黒色、青色または緑色を呈するものと示された。反面、比較例２で製造された試片の場合、皮膜上に形成された波長変換層の平均厚さが厚く、表面に色相が発色されず波長変換層を構成するクロム（Ｃｒ）の固有色相である銀色を示すことが確認された。
また、前記表２を詳察すると、試片上に存在する任意の３点に対する色座標測定結果、実施例１〜３の基材は色座標偏差（ΔＥ＊）が０．７以下であり、表面に具現される色相差が小さく均一であることが確認された。これとともに、実施例１〜３の基材は皮膜と波長変換層の平均厚さ比率（Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ）がそれぞれ０．８７５、３．２５および３．７５であり、数学式１の条件を満足するものと示された。このような結果から、本発明に係る発色処理された基材は特定厚さ比率を有する皮膜と波長変換層をｎｍオーダーで形成することによって、基材表面に黒色などの無彩色を含んで青色、緑色などの多様な色相を均一に具現することができ、前記色相は皮膜の平均厚さにより選択的に具現できることが分かる。
実験例３．トップコートが形成された発色処理された基材の物性評価
トップコートが形成された発色処理された基材の耐腐食性および密着力を評価するために下記のような実験を遂行した。
塩水噴霧試験機（ＳＳＴ、Ｓａｌｔ ＳｐｒａｙＴｅｓｔｅｒ）を利用して、３５℃で実施例４でトップコートが形成された発色処理された試片に５重量％の塩水を均一に噴射し、塩水噴霧７２時間が経過すると、試片の表面耐腐食性；および波長変換層と表面に形成されたトップコートの密着力を評価した。このとき、前記密着力はクロス−カットテープテスト方法で評価した。より詳細に、コーティングされたトップコートにナイフを利用して１ｍｍ間隔の横６線と縦６線が互いに交差するようにカッティングした後、横線と縦線の交差点にテープを堅固に付着させ、素早く剥がす時のトップコート全体面積に対する剥離されたトップコートの面積を測定する方法で密着力を評価した。
その結果、本発明に係るトップコートが形成された発色処理された基材は耐腐食性が優秀で、発色処理された基材とトップコートの間の密着力が優秀であることが分かる。より具体的には、艶消しトップコートが形成された実施例２の試片は塩水噴霧７２時間経過後にも腐食による表面変形が発生しないものと示された。また、耐腐食性試験が遂行された試片に対する密着力評価結果、テープによって剥離されるトップコートの面積はトップコート全体面積の５％以下であることが確認された。
このような結果から、本発明に係るトップコートが形成された発色処理された基材は優秀な耐腐食性を有するだけでなく、波長変換層とトップコート間の優秀な密着力を有することが分かる。
したがって、本発明に係る発色処理された基材は、マトリックス上に特定比率を有する皮膜および波長変換層をｎｍオーダーで含まれることによって、金属固有の質感および光沢性を維持しつつ基材の耐久性が向上し、基材表面に黒色などの無彩色だけでなく青色、緑色などの多様な色相を均一に発色するため、金属素材が使われる建築外装材、自動車インテリア、特にモバイル製品フレームなどの電気・電子部品素材分野において有用に使用され得る。
本発明に係る発色処理された基材は、基材の金属固有質感および光沢性を維持しつつ基材の耐久性を向上させて基材表面に黒色などの無彩色を含んで青色、緑色などの多様な色相を均一に具現することができるため、金属素材が使われる建築外装材、自動車インテリア、特にモバイル製品フレームなどの電気・電子部品素材分野において有用に使用され得る。

Claims (12)

  1. マグネシウムを含むマトリックス；
    前記マトリックス上に形成され、下記の化学式１で表される化合物を含有する皮膜；
    前記皮膜上に形成された波長変換層を含み、
    波長変換層の平均厚さは２００ｎｍ以下であり、
    波長変換層上に存在する任意の地点Ａに関し下記の数学式１の条件を満足する、
    発色処理された基材：
    ［化学式１］
    Ｍ（ＯＨ）ｍ
    前記化学式１において、
    Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、ＣａおよびＢａからなる群から選択される１種以上を含み、
    ｍは１または２であり、
    ［数学式１］
    ０．１≦Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ≦１０
    前記数学式１において、
    Ｔｆｉｌｍは地点Ａでの皮膜の平均厚さを表わし、
    ＴＭＬは地点Ａでの波長変換層の平均厚さを表わす。
  2. 波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対する皮膜と波長変換層の平均厚さ比率（Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ）が０．１〜６．０で、皮膜の平均厚さが８０ｎｍ未満の場合、
    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点のＣＩＥ平均色座標は、Ｌ＊が６０以下である、請求項１に記載の発色処理された基材。
  3. 波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対する皮膜と波長変換層の平均厚さ比率（Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ）が０．２〜４．０で、皮膜の平均厚さは８０〜１４０ｎｍである場合、
    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点のＣＩＥ平均色座標は、Ｌ＊が６０超であり、ｂ＊が５未満である、請求項１に記載の発色処理された基材。
  4. 波長変換層上に存在する任意の地点Ａに対する皮膜と波長変換層の平均厚さ比率（Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ）が０．７〜８．５で、皮膜の平均厚さは１４０ｎｍを超過して３００ｎｍ以下である場合、
    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点のＣＩＥ平均色座標は、Ｌ＊が６０超であり、ａ＊が−５以下であり、ｂ＊が５以上である、請求項１に記載の発色処理された基材。
  5. 皮膜は、マグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）２）を含む、請求項１に記載の発色処理された基材。
  6. 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）または銅（Ｃｕ）を含む金属および前記金属のイオンからなる群から選択される１種以上を含む、請求項１に記載の発色処理された基材。
  7. マトリックスは、ステンレス鋼またはチタニウム（Ｔｉ）をさらに含む、請求項１に記載の発色処理された基材。
  8. マグネシウムを含むマトリックス上に皮膜を形成する段階；
    前記皮膜上に波長変換層を形成する段階を含み、
    前記皮膜を形成する段階において、皮膜は、マグネシウムを含むマトリックスを水酸化溶液に浸漬することにより形成され、
    前記皮膜は、下記の化学式１で表される化合物を含有し、
    前記波長変換層の平均厚さは２００ｎｍ以下であり、
    前記波長変換層上に存在する任意の地点Ａに関し、下記の数学式１の条件を満足する、
    基材の発色処理方法：
    ［化学式１］
    Ｍ（ＯＨ） ｍ
    前記化学式１において、
    Ｍは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、ＣａおよびＢａからなる群から選択される１種以上を含み、
    ｍは１または２であり、
    ［数学式１］
    ０．１≦Ｔｆｉｌｍ／ＴＭＬ≦１０
    前記数学式１において、
    Ｔｆｉｌｍは地点Ａでの皮膜の平均厚さを表わし、
    ＴＭＬは地点Ａでの波長変換層の平均厚さを表わす。
  9. 前記水酸化溶液に浸漬する段階の前に表面を前処理する段階；および、前記水酸化溶液に浸漬する段階の後でリンシングする段階のうちいずれか一つ以上をさらに含む、請求項８に記載の基材の発色処理方法。
  10. 水酸化溶液の温度は、９５℃〜１１０℃で、
    浸漬時間は、２０分以下であることを特徴とする、請求項８に記載の基材の発色処理方法。
  11. 水酸化溶液は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２およびＢａ（ＯＨ）２からなる群から選択される１種以上を含む、請求項８に記載の基材の発色処理方法。
  12. 水酸化溶液の濃度は、１重量％〜４０重量％である、請求項８に記載の基材の発色処理方法。
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