JP2018524481A - 発色処理された基板及びこのための発色処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、発色処理された基板及びこのための基板の発色処理方法に関する。本発明による発色処理された基板は、炭素層を備えて金属基材の高い硬度と様々な色を具現し得、金属水酸化物を含有する中間層を備えて炭素層と金属基材との間の密着力が向上するため、基板の耐久性と耐腐食性に優れるという利点がある。

Description

本発明は、発色処理された基板及びこのための基板の発色処理方法に関する。

マグネシウムは、実用金属のうち超軽量の金属に属する金属であって環境に優しいが、金属の質感及び様々な色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極めて活性であるため、表面処理が行われない場合、大気中や溶液中で急速に腐食するので、産業に応用するには多くの困難がある。

最近、産業全般の軽量化の流れによってマグネシウム産業が注目されている中、モバイルフォンケース部品などの電気、電子部品材料の分野で金属質感の外装材がトレンドとなるに伴い、マグネシウムのこれらの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及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た。また、米国公開特許第２０１１−０３０３５４５号は，化学研磨を用いてマグネシウムを含む基材の表面に光沢を付与し、顔料や染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。

しかし、前記ＰＶＤ−ゾルゲル法の場合、基材表面に金属質感は具現できるが、マグネシウム固有の金属質感ではなく、様々な色を具現するのは難しいという問題がある。また、陽極酸化法を用いて発色処理する場合、基材表面には、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の具現が容易でなく、弱い硬度によって耐久性が低いという問題がある。

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せずに、表面に所望の色と金属固有の質感を具現するとともに、基材の弱い硬度を改善して基板の耐久性を向上させることができる技術の開発が切実に要求されている。

これらの前記問題を解決するために、本発明の目的は、金属の質感及び光沢を維持しながら、表面に様々な色が均一に具現され、基材の耐久性及び耐腐食性が向上した発色処理された基板を提供することにある。

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。

前記目的を果たすために、本発明は、一実施例において、金属基材と、前記金属基材上に形成され、金属水酸化物を含有する中間層と、前記中間層上に形成された炭素層とを含む発色処理された基板を提供する。

また、本発明は、一実施例において、金属基材上に金属水酸化物を含有する中間層を形成する段階と、前記中間層上に炭素層を形成する段階とを含む基板の発色処理方法を提供する。

本発明による発色処理された基板は、炭素層を備えて金属基材の高い硬度と様々な色を具現し得、金属水酸化物を含む中間層を備えて炭素層と金属基材との間の密着力が向上するため、基板の耐久性と耐腐食性に優れるという利点がある。

図１は、本発明によって一面に発色処理された基板の構造を示す断面図である。 図２は、一実施例で、発色処理された基板を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で分析したイメージである。 図３は、他の一実施例で、中間層が形成された金属基材の耐腐食性を評価した後、表面を撮影したイメージである。 図４は、また他の一実施例で、金属水酸化物を含有する中間層が備えられた基板とバッファー層として、クロム層が備えられた基板の耐腐食性を評価した後、表面を撮影したイメージである。

本発明は、様々な変更を加えることができ、いくつかの実施例を有し得るところ、特定の実施例を図面に例示して、詳細な説明において具体的に説明する。

しかし、これは本発明を特定の実施形態について限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。

本発明で、「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特定しようとするものであって、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の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

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。

以下、本発明について、図面を参考にして具体的に説明し、図面符号にかかわらず同一または対応する構成要素は、同一の参照番号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。

本発明において、「色度座標」とは、ＣＩＥ（国際照明委員会、Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ ｌ‘Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）で規定した色値であるＣＩＥ Ｌａｂ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３つの座標値で表現され得る。

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、該当の色度座標を有する色が純粋な赤色（Ｐｕｒｅ Ｍａｇｅｎｔａ）と純粋な緑色（Ｐｕｒｅ Ｇｒｅｅｎ）のうちどちらに偏ったのかを示し、ｂ^＊値は、該当の色度座標を有する色が純粋な黄色（Ｐｕｒｅ Ｙｅｌｌｏｗ）と純粋な青色（Ｐｕｒｅ Ｂｌｕｅ）のうちどちらに偏ったのかを示す。

具体的に、前記ａ^＊値は、−ａないし＋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^＊値が負数であれば、純粋な緑色に偏った色であり、正数であれば、純粋な赤色に偏った色を意味する。ａ^＊＝８０とａ^＊＝５０を比較したとき、ａ^＊＝８０がａ^＊＝５０よりも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ないし＋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^＊値が正数であれば、純粋な黄色に偏った色であり、負数であれば、純粋な青色に偏った色を意味する。ｂ^＊=５０とｂ^＊＝２０を比較したとき、ｂ^＊＝８０がｂ^＊＝５０よりも純粋な黄色に近く位置することを意味する。

また、本発明で、「色偏差」または「色度座標の偏差」とは、ＣＩＥ Ｌａｂ色空間での二つの色間の距離を意味する。すなわち、距離が遠ければ色の差が大きくなり、距離が近いほど色の差がほとんどないことを意味し、これは下記の式１で示すΔＥ＊で表示し得る。

さらに、本発明において、単位「Ｔ」は、金属基材の厚さを示すものであって、単位「ｍｍ」と同一であり得る。

さらに、本発明において、「傾斜角（α）」とは、金属基材の表面または金属基材の表面に水平な面と結晶の長軸面に存在する任意の軸がなす角のうち、その大きさが最も小さい角を意味する。

さらに、本発明において、「ダイヤモンド状炭素層（ＤＬＣ層）」とは、結晶構造を有しない非結晶炭素層であって、ｓｐ^１、ｓｐ^２及びｓｐ^３の混成結合で炭素が結合されたフィルム、薄膜、またはコーティング層をいう。

本発明は、発色処理された基板及びこのための基板の発色処理方法に関する。

従来、マグネシウムを含む素材に色を具現する方法は、金属含有物質や顔料などを用い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、前記技術は、基材の耐久性を減少させることがある。また、素材の表面に色を均一に具現しにくく、コーティングされる被膜層が容易に剥離して信頼性を満足させることができ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し得ないだけでなく、基材の耐腐食性及び耐久性が低く、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・電子部品素材分野で活用が難しいという問題がある。

これらの問題点を克服するために、本発明は、発色処理された基板及びこのための基板の発色処理方法を提供する。

本発明による発色処理された基板は、炭素層を備えて金属基材の高い硬度と様々な色を具現し得、金属水酸化物を含む中間層を備えて炭素層と金属基材との間の密着力が向上するため、基板の耐久性と耐腐食性に優れた利点がある。

以下、本発明をより具体的に説明する。

本発明は、一つの実施例において、金属基材と、前記金属基材上に形成され、金属水酸化物を含有する中間層と、前記中間層上に形成された炭素層とを含む発色処理された基板を提供する。

本発明による発色処理された基板は、金属基材上に金属水酸化物を含有する中間層と炭素層が順に積層された構造を有し得る。このような積層構造は、金属基材の一面または両面に形成され得る。

前記発色処理された基板は、金属基材の表面に炭素層を含むことにより、金属基材の硬度を向上させることができ、表面に入射する光を散乱と屈折または吸収させて様々な色を均一に具現し得る。

以下、本発明による発色処理された基板の各構成成分別に、より詳しく説明する。

まず、前記金属基材は、発色処理された基板の基本骨格と物性を決定する役割を遂行し、発色処理された基板の発色処理前の状態であり得る。

前記金属基材としては、電気・電子製品素材分野でフレームに使用し得るものであれば、その種類や形態を特に制限するものではない。一つの例として、前記金属基材としては、マグネシウムを主成分とするマグネシウム基材を使用し得、場合によっては、表面にマグネシウムが分散した形態のステンレス鋼などを使用し得る。ここで、「主成分とする」とは、基材の全体重量に対して９０重量部以上、９５重量部以上、９６重量部以上、９７重量部以上、９８重量部以上、または９９重量部以上が含まれることを意味する。例えば、マグネシウムを主成分とする基材は、９５重量部のマグネシウムと５重量部の金属元素を含み得、前記金属元素は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択される１種以上の金属であり得る。

次に、前記炭素層は、金属基材に入射する光を散乱及び屈折させたり、吸収させたりして表面に様々な色を具現し、金属基材の硬度を向上させる役割を遂行する。

一つの例として、本発明による発色処理された基板は、炭素層上に存在する任意の領域（横１ｃｍ及び縦１ｃｍ）に含まれる任意の３点は、各点間の平均の色度座標の偏差（ΔＬ^＊、Δａ^＊、Δｂ^＊）がΔＬ^＊＜０．５、Δａ^＊＜０．６及びΔｂ^＊＜０．６のうち一つ以上の条件を満足し得る。具体的に、本発明による発色処理された基板は、前記条件のうち２以上を満足させ得、より具体的には、前記条件をすべて満足させ得る。

本発明は、一つの実施例で、マグネシウム基材上にマグネシウム水酸化物を含有する中間層と炭素層を順に形成した後、炭素層上に存在する任意の領域に含まれる任意の３点に対するＣＩＥ色度座標を測定した。その結果、色度座標の偏差は、０．０５≦ΔＬ^＊＜０．２０、０．０５＜Δａ^＊＜０．３０、及び０．１＜Δｂ^＊＜０．５５で前記条件をすべて満足した。また、前記測定値から導出されるΔＥ^＊は、０．３０≦ΔＥ^＊＜０．６０で、色度座標の偏差が顕著に少ないことと確認された。これは、本発明による発色処理された基板の色が均一なことを意味する。

また、本発明による炭素層は、平均厚さに応じて具現される色を制御することができる。具体的に、前記炭素層の平均厚さが１μｍを超過する場合、発色処理された基板の表面に入射する光を吸収して炭素層本来の黒色を具現し得る。また、炭素層の平均厚さが１μｍ以下の場合、透明薄膜形態の炭素層が形成されて表面に入射する光の散乱及び屈折を誘導するため、黒色以外の様々な色を金属基材の表面に具現し得る。

このとき、前記炭素層の平均厚さは、５ｎｍないし１０μｍ；５０ｎｍないし９００ｎｍ；１００ｎｍないし７００ｎｍ；１００ｎｍないし５００ｎｍ；１００ｎｍないし３５０ｎｍ；５ｎｍないし１μｍ；５００ｎｍないし１μｍ；１μｍないし２μｍ；３μｍないし４μｍ；５μｍないし６μｍ；１μｍないし６μｍ；または２μｍないし８μｍであり得る。本発明は、前記平均厚さを前記範囲で調節して経済的に様々な色を具現し得、過度な平均厚さによるクラックなどの炭素層の損傷を防止し得る。

さらに、前記炭素層は、炭素からなる層であって、具体的には、ｓｐ^３結合を含む炭素で構成される層、ｓｐ^２結合を含むグラフェン、炭素ナノチューブなどの炭素ナノ構造体で構成される層であり得、好ましくは、ｓｐ^１、ｓｐ^２及びｓｐ^３の混成結合が混在する非晶質構造のダイヤモンド状炭素層（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ Ｌａｙｅｒ、ＤＬＣ層）であり得る。前記ダイヤモンド状炭素層は、ダイヤモンドのような高い硬度を示すため、金属基材の物性変化なしに硬度を効果的に向上させることができる。

次に、前記中間層は、金属基材と炭素層との間に形成されるバッファー層であって、金属基材と炭素層との異種間の密着力を向上させ、金属基材の耐久性を向上させるとともに腐食を防止する役割を遂行する。

一つの例として、平均厚さが約１００ｎｍ以下の中間層が形成された金属基材は、中間層による金属固有の色の変化は発生せず、かつ金属基材の耐食性は顕著に向上することができる。

具体的に、中間層（平均厚さ：約１００ｎｍ以下）が形成されたマグネシウム基材の任意の領域（横１ｃｍ×縦１ｃｍ×０．４Ｔ）に含まれる任意の３点の平均ＣＩＥ色度座標を測定した。その結果、表面処理されたマグネシウム基板の平均ＣＩＥ色度座標は、７６．１０≦Ｌ^＊≦７６．３０、−０．７０≦ａ^＊≦−０．８０、及び５．１０≦ｂ^＊≦５．３５であることが確認された。前記ＣＩＥ色度座標は、中間層が形成されないマグネシウム基材と約５％未満、具体的に、約４％未満のＣＩＥ色度座標の偏差を示すことと確認された。すなわち、約１００ｎｍ以下の平均厚さを有する中間層は、マグネシウム基材の表面に単独で形成される場合、色の変化がほとんど発生しないことを意味する。

また、中間層（平均厚さ：約１００ｎｍ以下）が形成されたマグネシウム基材と中間層が形成されないマグネシウム基材とを対象に、３５℃、５重量％の塩水を塩水噴霧試験機（ＳＳＴ、Ｓａｌｔ Ｓｐｒａｙ Ｔｅｓｔｅｒ）を用いて均等に噴射し、３５℃で２４０時間放置すると、中間層が形成されたマグネシウム基材は、腐食面積が基材の全体表面積の約５％以下、具体的には、４％以下、３％以下、２％以下、または１％以下であった。しかし、中間層が形成されないマグネシウム基材は、全体表面積の約５０％以上が均一にならず、変色したことが確認された。

他の一つの例として、中間層と炭素層をいずれも含む本発明の発色処理された基板は、金属基材の耐腐食性が向上して２４時間の塩水噴霧試験時の腐食面積が、基材の全体表面積に対して５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、または１％以下を満足させ得る。

具体的に、本発明による中間層を含む基板とバッファー層としてクロム層を含む基板とを対象に３５℃、５重量％の塩水を塩水噴霧試験機（ＳＳＴ、Ｓａｌｔ Ｓｐｒａｙ Ｔｅｓｔｅｒ）を用いて均等に噴射し、３５℃で２４時間放置した後に表面を肉眼で観察した。その結果、本発明による発色処理された基板は、表面に中間層が備えられて塩水腐食による表面変化が全体基材表面積の１％以下であることが確認されたが、バッファー層としてクロム層を含む基板は、塩水による表面の腐食が進行して基板の全体表面積の約８０％以上が均一にならず変形したことと確認された。このような結果から、本発明による中間層が従来のダイヤモンド状炭素層のバッファー層として使用されるクロム層と対比して金属基材と炭素層との間の異種間の密着力を向上させる効果により優れ、これを通じて金属基材の腐食を防止し得る。

ここで、前記中間層は、金属基材から由来する金属水酸化物を含み得、前記金属水酸化物は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎ及びＮｉからなる群から選択される１種以上の金属を含み得る。具体的には、金属水酸化物は、マグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を含み得る。

また、前記中間層の平均厚さは、５ｎｍないし５００ｎｍであり得、具体的には、１０ｎｍないし９０ｎｍ；２０ｎｍないし８０ｎｍ；２０ｎｍないし５０ｎｍ；１０ｎｍないし１００ｎｍ；５０ｎｍないし２００ｎｍ；１００ｎｍないし３００ｎｍ；５０ｎｍないし１５０ｎｍ；２００ｎｍないし４００ｎｍ；１５０ｎｍないし３５０ｎｍ；または３００ｎｍないし５００ｎｍであり得る。

また、本発明は、一実施例において、金属基材上に金属水酸化物を含有する中間層を形成する段階と、前記中間層上に炭素層を形成する段階とを含む基板の発色処理方法を提供する。

本発明による基板の発色処理方法は、金属基材上に中間層と炭素層を順に均一に積層する段階を含んで金属基材の優れた硬度と様々な色を具現し得、金属基材と炭素層の密着力の向上を通じて、金属基材の耐腐食性を改善し得る。

ここで、前記中間層を形成する段階は、金属基材上に金属水酸化物をコーティングすることができる方法であれば、特に制限されず使用し得る。

一つの例として、前記中間層は、金属基材を水及び／またはＮａＯＨ、ＫＯＨなどが１重量％ないし２０重量％で溶解されたアルカリ水溶液に浸漬して形成され得、このとき、前記水及び/またはアルカリ水溶液の温度は、３０℃ないし１５０℃；具体的には、５０℃ないし１4０℃；または９０℃ないし１１０℃であり得、浸漬時間は、１分間ないし２００分間；より具体的には、５分間ないし３０分間；３０分間ないし１００分間；３０分間ないし１２０分間；または１００分間ないし１５０分間実行され得る。本発明は、金属基材を前記条件下に浸漬することにより、金属基材の表面に基材表面を基準に平均４５゜以上の傾斜角をなす金属水酸化物の結晶を形成し得、これらの形成された結晶は、互いに接してネットワーク構造をなすことにより、表面積を広げるため、金属基材と炭素層との異種間の密着力を向上させることができる。

また、前記炭素層を形成する段階は、当技術分野で炭素薄膜の形成時に一般的に使用される方法であれば、特に制限されず適用され得る。一つの例として、炭素層を形成する段階は、イオンプレーティング法、スパッタリング法、高周波プラズマ法、アーク法、プラズマ蒸着法、またはプラズマ補助化学気相蒸着（ＰＡＣＶＤ）のような化学気相蒸着法によって実行され得る。具体的には、本発明による前記炭素層は、化学気相蒸着法によって実行され得る。

このとき、前記化学気相蒸着法において、蒸着温度は、２００℃ないし１０００℃、具体的には、２００℃ないし４００℃；３００℃ないし６００℃；４００℃ないし８００℃、または７５０℃ないし９００℃であり得る。本発明は、化学気相蒸着の条件を前記範囲に調節することにより、中間層上にｓｐ^１、ｓｐ^２及びｓｐ^３の混成結合が混在する非晶質構造の炭素層を均一に形成し得る。

一方、本発明による基板の発色処理方法は、中間層を形成する段階の前に、金属基材の表面を前処理する段階と、炭素層を形成する段階の後に、形成された炭素層上にクリア層を形成する段階のうちいずれか一つ以上の段階をさらに含み得る。

前記前処理段階は、金属基材上に中間層を形成する前に、アルカリ洗浄液で表面を洗滌して残留汚染物質を除去したり、研磨を実行したりする段階である。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するために当技術分野で一般的に使用するものであれば、特に制限されるものではない。また、前記研磨は、バフ（Ｂｕｆｆｉｎｇ）、ポリッシング（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ブラスト（Ｂｌａｓｔｉｎｇ）または電解研磨などによって実行され得るが、これに制限されるものではない。本段階では、金属基材の表面に存在する汚染物質やスケールなどを除去し得るだけでなく、表面の表面エネルギー及び／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中間層との密着力を向上させることができる。

また、前記クリア層を形成する段階は、発色処理された基板の表面、すなわち、炭素層の耐磨耗性及び／または耐スクラッチ性を向上させる段階であって、前記クリア層は，炭素層によって具現された色を変色させず、当技術分野で一般的に使用するものであれば、特に制限されず使用し得る。例えば、前記クリア層は、光透過度に優れたセラミックスコーティング、高分子コーティングなどが挙げられる。

以下、本発明を実施例及び実験例よって、より詳しく説明する。

但し、下記実施例及び実験例は、本発明を例示するものであるだけであり、本発明の内容が下記実施例及び実験例に限定されるものではない。

［製造例１及び２］
１ｃｍ×１ｃｍ×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、脱脂した基材を９５℃、１０重量％のＮａＯＨ水溶液に１０分間浸漬した。その後、前記基板を蒸留水にてリンシングし、乾燥オーブンで乾燥させて中間層が形成されたマグネシウム基材を得た。

前記中間層が形成されたマグネシウム基材と中間層が形成されない脱脂したマグネシウム基材のＣＩＥ色度座標を測定した。このとき、前記ＣＩＥ色度座標は、基材上に存在する任意の領域（横１ｃｍ×縦１ｃｍ）で任意の３地点、ＡないしＣを選定し、選定された地点に対してＣＩＥ色空間での色度座標を測定して平均色度座標の偏差を求めた。このとき、色度座標の偏差（ΔＥ^＊）は、下記式１を用いて導出したものであり、導出された色度座標の偏差から平均値を得た。

その結果、中間層が形成されたマグネシウム基材の平均ＣＩＥ色度座標は、７６．１０≦Ｌ^＊≦７６．３０、−０.７０≦ａ^＊≦−０.８０、及び５.１０≦ｂ^＊≦５.３５であり、中間層が形成されないマグネシウム基材の平均ＣＩＥ色度座標は、７６．６０≦Ｌ^＊≦７６．９０、−０．７０≦ａ^＊≦−０．８０、及び５.１０≦ｂ^＊≦５.５０であることを確認した。

［実施例１ないし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、脱脂した試験片を１００℃の蒸留水に４０分間浸漬して金属水酸化物であるマグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を含む中間層（平均厚さ：約３７±１.５ｎｍ）を形成した。中間層が形成された基材を８０℃の乾燥オーブンで３０分間乾燥させ、化学気相蒸着機に固定させた。その後、原料ガスとして、メタンガス、水素ガス及び酸素ガスを使用して８０℃、１０ｍＴｏｒｒ下でダイヤモンド状炭素層（ＤＬＣ層）を蒸着して発色処理された基板を得た。このように得られた発色処理された基板の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の分析を実行して蒸着された炭素層の平均厚さを測定し、その結果は、下記図２及び表２に示した。

［比較例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、脱脂した試験片を乾式蒸着機に固定させた。その後、下記３００℃の温度下でＲＦ／ＤＣスパッタリング法でクロム層（平均厚さ：約４０±２ｎｍ）とダイヤモンド状炭素層（ＤＬＣ層、平均厚さ：１μｍ）を順に積層して、バッファー層としてクロム層を含む発色処理された基板を得た。

［実験例１］
本発明による発色処理された基板の具現色及び色の均一度を評価するために、下記のような実験を実行した。

実施例１ないし４で発色処理された基板の発色力を肉眼で評価した。また、実施例１及び３で発色処理された基板の各表面に存在する任意の３地点、ＡないしＣを選定し、選定された地点に対してＣＩＥ色空間での色度座標を測定して平均色度座標の偏差を求めた。このとき、色度座標の偏差（ΔＥ^＊）は、下記式１を用いて導出したものであり、その結果を表３に示した。

その結果、マグネシウムを主成分として含む実施例１ないし４の基板は、表面に色が均一に発色されることが確認できた。具体的に、実施例１ないし４の基板は、順に緑色、黄色、青緑色及び黒色で均一に発色することを肉眼で確認した。

また、前記表３を検討すると、マグネシウム基材に中間層と炭素層が順に積層された発色処理された基板は、色が均一に具現されることが分かる。具体的には、実施例１及び３で製造された基板は、試験片上に存在する任意の３地点に対する色度座標の偏差が０.０５≦ΔＬ^＊＜０.２０、０.０５＜Δａ^＊＜０.３０、及び０.１＜Δｂ^＊＜０．５５であることが示された。また、前記発色処理された基板は、０.３＜ΔＥ^＊＜０.６の色度座標の偏差を示して具現された色相の間の偏差が少ないことと確認された。

このような結果から、本発明による発色処理された基板は、金属基材上に中間層と炭素層を、均一に順に積層された構造を有することにより、表面に均一に色相を具現し得る。

［実験例２］
中間層が形成されたマグネシウム基材の耐腐食性を評価するために下記のような実験を実行した。

中間層が形成されていない製造例１のマグネシウム基材と中間層が形成された製造例２のマグネシウム基材にそれぞれ塩水噴霧試験機（ＳＳＴ、Ｓａｌｔ Ｓｐｒａｙ Ｔｅｓｔｅｒ）を用いて３５℃で５重量％の塩水を均等に噴射し、２４０時間経過後の試験片の表面を肉眼で評価した。その結果は図３に示した。

図３を検討すると、中間層が形成されたマグネシウム基材は、腐食面積は全体表面積の約１％以下であり、試験片の表面の変形及び変色は発生せず、均一であることが確認された。これに対して、中間層が形成されないマグネシウム基材は、塩水による腐食が進行して基板の全体表面積の約８５％において表面が均一にならず、変色したことが示された。

このような結果から、本発明による発色処理された金属基材は、中間層が形成されて金属基材の腐食抵抗性が向上することが分かる。

［実験例３］
本発明による発色処理された基板の耐腐食性を評価するために下記のような実験を実行した。

実施例４及び比較例１で得た基板をそれぞれ塩水噴霧試験法（ＳＳＴ、Ｓａｌｔ Ｓｐｒａｙ Ｔｅｓｔｅｒ）を用いて３５℃、５重量％の塩水を均等に噴射し、３５℃で２４時間放置した後に表面を肉眼で評価したのであり、その結果を図４に示した。

図４を検討すると、本発明による発色処理された基板は、耐腐食性が向上したことが分かる。具体的に、金属基材上にマグネシウム水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を含有する中間層と炭素層が順に積層された実施例４の基板は、塩水噴霧の後にも腐食が進行せず、腐食面積が全体表面積の約１％以下であることが示された。これに反して、バッファー層としてクロム層を含む比較例１の基板は、金属基材と炭素層との間に発生したクラックに塩水が侵透して基板の全体表面積の約８０％以上が不均一に腐食されたことが確認できる。

このような結果は、本発明による中間層が、従来ダイヤモンド状炭素層のバッファー層で使用されるクロム層と対比して、金属基材と炭素層との間の異種間の密着力を向上させる効果にさらに優れ、これを通じて金属基材の腐食を防止することが分かる。

したがって、本発明による発色処理された基板は、金属基材上に金属水酸化物を含有する中間層と炭素層を順に均一に形成して金属基材固有の光沢性と質感を維持しながら、炭素層の厚さに応じて様々な色を具現し得る。また、基板の硬度、金属基材と炭素層の密着力及び金属基材の耐腐食性に優れているため、金属素材が使用される建築外装材、自動車インテリア、特に、モバイル製品のフレームなどの電気・電子部品素材の分野で有用に使用し得る。

本発明による発色処理された基板は、炭素層を備えて金属基材の高い硬度と様々な色を具現し得、基板の耐久性と耐腐食性に優れているため、金属素材が使用される建築外装材、自動車インテリア、特に、モバイル製品のフレームなどの電気・電子部品素材の分野で有用に使用し得る。

Claims (14)

1. 金属基材と、
   前記金属基材上に形成され、金属水酸化物を含有する中間層と、
   前記中間層上に形成された炭素層
   とを含む発色処理された基板。
2. 金属基材は、マグネシウム（Ｍｇ）を含む、請求項１に記載の発色処理された基板。
3. 金属水酸化物は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎ及びＮｉからなる群から選択される１種以上の金属を含む、請求項１に記載の発色処理された基板。
4. 金属水酸化物は、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板。
5. 炭素層の平均厚さは、５ｎｍないし１０μｍである、請求項１に記載の発色処理された基板。
6. 中間層の平均厚さは、５ｎｍないし５００ｎｍである、請求項１に記載の発色処理された基板。
7. 中間層の平均厚さが１００ｎｍ以下の場合、
   腐食防止層上に存在する任意の領域（横１ｃｍ×縦１ｃｍ）に含まれる任意の３点の平均ＣＩＥ色度座標は、７６．０≦Ｌ^＊≦７７．０、−０．４≦ａ^＊≦−１．０及び５．０≦ｂ^＊≦５．６のうちいずれか一つ以上の条件を満足し、
   腐食防止層が形成されたマグネシウム基材（１ｃｍ×１ｃｍ×０．４Ｔ）に対する２４０時間の塩水噴霧試験時に、
   腐食面積が基材の全体表面積の５％以下である、請求項１に記載の発色処理された基板。
8. ２４時間の塩水噴霧試験（ＳＳＴ、Ｓａｌｔ Ｓｐｒａｙ Ｔｅｓｔ）時に、
   腐食面積が基材の全体表面積の５％以下である、請求項１に記載の発色処理された基板。
9. 炭素層上に存在する任意の領域（横１ｃｍ及び縦１ｃｍ）に含まれる任意の ３点は、
   各点間の平均の色度座標の偏差（ΔＬ^＊、Δａ^＊、Δｂ^＊）がΔＬ^＊＜０．５、Δａ^＊＜０．６及びΔｂ^＊＜０．６のうち一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。
10. 金属基材上に金属水酸化物を含有する中間層を形成する段階と、
    前記中間層上に炭素層を形成する段階
    とを含む基板の発色処理方法。
11. 中間層は、金属基材を水またはアルカリ水溶液に浸漬して形成される、請求項１０に記載の基板の発色処理方法。
12. 浸漬は、３０℃ないし１５０℃の温度で１分間ないし２００分間実行される、請求項１１に記載の基板の発色処理方法。
13. 炭素層は、イオンプレーティング法、スパッタリング法、高周波プラズマ法、アーク法、プラズマ蒸着法、または化学気相蒸着法によって形成される、請求項１０に記載の基板の発色処理方法。
14. 中間層を形成する段階の前に、金属基材の表面を前処理する段階と、
    炭素層を形成する段階の後に、形成された炭素層上にクリア層を形成する段階のうちいずれか一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。