KR102065216B1

KR102065216B1 - 내굴곡성이 우수한 철-니켈 합금박

Info

Publication number: KR102065216B1
Application number: KR1020170175495A
Authority: KR
Inventors: 김종권; 이재곤; 김현태; 이재륭; 정관호; 양홍석; 홍재화
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: WO2019124696A1; TWI678826B; TW201929286A; KR20190074107A

Abstract

본 발명은 내굴곡성이 우수한 철-니켈 합금박에 관한 것이다. 본 발명의 철-니켈 합금박은 니켈의 함량이 36~42wt%, 잔부 탄소 및 황 함유량이 각각 500ppm 이하, 드럼면과 용액면에서 표면 조도(Ra)가 각각 1.5㎛ 이하, 인장강도가 800MPa 이상, 평균 결정립 크기가 50nm 이상, 그리고 철-니켈 합금박의 중량 편차는 3g/㎡ 이하이다. 본 발명에 의한 철-니켈 합금박은 강도가 높을 뿐만 아니라 및 내굴곡성이 우수하며 플렉서블 디스플레이용 소재로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 철-니켈 합금박은 미세 에칭 가공이 가능하며, 고해상도를 구현할 수 있다.

Description

내굴곡성이 우수한 철-니켈 합금박{Fe-Ni ALLOY FOIL WITH EXCELLENT FLEXIBILITY RESISTANCE}

본 발명은 철-니켈 합금박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내굴곡성이 우수한 철-니켈 합금박에 관한 것이다.

플렉서블 디스플레이(Flexible Display)는 평면 디스플레이(Flat Panel Display)와 달리 접거나 휠 수 있는 등 형태를 변형시킬 수 있는 차세대 디스플레이이다. 플렉서블 디스플레이는 형태의 변형을 통해 공간 활용성을 높일 수 있으며, 얇고 가벼우며 깨지지 않는 장점 등이 있다. 따라서, 스마트폰을 비롯한 웨어러블 스마트 기기, 폴더블(Foldable) IT 기기, 롤러블(Rollable) IT 기기, 자동차용 디스플레이 및 디지털 사이니지(Digital Signage)등의 분야에 적용이 가능하다. 접거나 휘는 것이 가능한 플렉서블 형태의 IT 기기는 휴대성, 공간 활용성 등을 높여 소비자에게 편의성을 제공할 것으로 기대된다. 이러한 차세대의 IT 기기가 개발되기 위해서는 플렉서블 디스플레이 등 변형이 가능한 부품 개발이 선행되어야 한다.

플렉서블 디스플레이는 휘는 정도에 따라 약간 굽혀지는(Curved), 구부릴 수 있는(Bendable), 롤러블(Rollable) 및 폴더불(Foldable) 단계로 발전하고 있으며, 현재는 휘어진 형태로 고정되어 변형이 불가능한 약각 굽혀지는 (Curved) 단계의 디스플레이만 상용화(스마트폰, 스마트 워치 등)되고 있다.

플렉서블 디스플레이는 OLED, LCD, E-페이퍼(Paper) 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으나, 업계 내에서는 OLED 구동방식이 플렉서블 디스플레이에 적합한 방식으로, 이를 이용한 제품 개발이 되고 있다.

플렉서블 디스플레이 생산기술의 핵심 부품은 고해상도에 필수적인 섀도우 마스크(shadow mask)이다. FMM(Fine metal mask)으로 알려져 있는 이 마스크는 RGB(Red, Green, Blue) 구조의 고해상도 OLED를 생산하기 위한 필수 부품으로, 100만 화소의 해상도 OLED를 만들기 위해서는 40㎛ 정도의 박판으로 된 섀도우 마스크가 필요하다. 마스크는 유연성이 확보되면서, 고온에서 공정 수행이 이루어짐에 따라 열에 의한 수축, 팽창이 일어나기 때문에 열팽창 특성이 우수한 재료의 선택이 필수적이다. 종래 섀도우 마스크에 관한 기술로 한국특허공개 2016-0047193 등이 출원된 바 있다.

또한, 섀도우 마스크 소재로 철-니켈(Fe-Ni) 합금계인 인바 합금(Fe-36%Ni)을 주로 사용한다. 압연 공정을 통해 제조된 인바 합금은 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 패널 화소를 결정 짓는 핵심 부품인 섀도우 마스크 극박 제품(두께 18㎛ 이하) 제조 기술 한계(개재물에 의한 표면 불량 및 제조 비용 상승)로 고해상도 상향이 어려운 실정이다.

한편, 마스크는 두께가 얇고, 에칭(etching)공법의 제조기술로 눈에 보이지 않을 정도로 미세한 구멍이 수없이 많이 뚫려 있다. OLED 패널은 패널 기판 위에 마스크를 얹고 RGB 형광체 유기물질을 진공 증착시켜 만들어진다. 마스크 두께가 얇고 구멍이 정확한 위치에 미세하게 뚫려있어야 화소를 제 위치에 증착시킬 수 있고, 구멍이 세밀할수록 보다 높은 화소를 구현할 수 있다. 또한, 고온에서도 마스크가 쳐지거나 늘어나는 현상이 최소화되어야 한다.

한편, 기존의 압연법이 아닌 전주도금법을 통해 두께가 얇은 철-니켈 합금박을 제조할 수 있다. 그러나, 철-니켈 합금박의 두께가 얇아지면 강도 저하가 수반되고, 증착용 마스크 제작시 기판의 변형뿐만 아니라, 금속 박의 크랙 및 찢김 현상으로 인해 공정에서 다양한 문제가 발생한다.

이에 따라, 두께는 얇고, 우수한 강도 및 내굴곡성을 갖는 철-니켈 합극박이 요구된다. 또한, 에칭 공정과 증착 공정에서 핸들링시 내덴트성을 확보하기 위해서는 우수한 내굴곡성 및 높은 인장강도가 요구된다.

한국특허공개 2016-0047193

본 발명은 강도 및 내굴곡성이 우수한 철-니켈 합극박을 제공하는 것이다. 본 발명은 또한, 플렉서블 디스플레이용 소재로 이용가능한 강도 및 내굴곡성이 우수한 철-니켈 합극박을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 니켈의 함량이 36~42wt%, 탄소 및 황 함유량이 각각 500ppm 이하이고 잔부 철 및 불가피한 불순물을 포함하고, 드럼면과 용액면이 표면 조도(Ra)가 각각 1.5㎛ 이하, 인장강도가 800MPa 이상, 평균 결정립 크기가 50nm 이상, 그리고 철-니켈 합금박의 중량 편차는 3g/㎡ 이하인 철-니켈 합금박이 제공된다.

상기 인장강도는 800MPa 내지 1200 MPa일 수 있다.

상기 평균 결정립 크기는 50nm 내지 100nm일 수 있다.

상기 철-니켈 합금박은 결정배향성이 20% 이상일 수 있다.

상기 철-니켈 합금박은 열팽창 계수가 5ppm/K 이하일 수 있다.

상기 철-니켈 합금박은 니켈 성분의 편차가 1 wt%/㎡ 이하일 수 있다.

상기 철-니켈 합금박은 두께가 18 ㎛이하일 수 있다.

상기 철-니켈 합금박은 플렉서블 디스플레이 소재로 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 철-니켈 합금박은 강도가 높을 뿐만 아니라 및 내굴곡성이 우수하며 플렉서블 디스플레이용 소재로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 철-니켈 합금박은 미세 에칭 가공이 가능하며, 고해상도를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 철-니켈 합금박 제조에 사용되는 전주도금 장치를 나타내는 개략도이다.

본 발명자들은 철-니켈 합금박 중 특정한 물성의 조합을 만족하는 철-니켈 합금박은 두께가 얇음에도 불구하고, 높은 강도와 우수한 내굴곡성을 가짐을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 일 구현에 의한 높은 강도와 우수한 내굴곡성을 갖는 철-니켈 합금박은 니켈 36 내지 42wt%, 탄소 및 황을 각각 500ppm 이하 그리고 잔부 철 및 불가피한 불순물을 포함하고, 드럼면과 용액면의 표면 조도(Ra)가 각각 1.5㎛ 이하, 인장강도가 800MPa 이상, 평균 결정립 크기가 50nm 이상 그리고 철-니켈 합금박의 중량 편차는 3g/㎡ 이하이다. 이하, 본 명세서에서 기재한 합금박의 물성은 모두 열처리 후의 물성이다.

상기 철-니켈 합금박 (이하, 단지 '합금박'이라 하기도 함)에서 니켈함량은 36wt% 내지 42wt%이다. 니켈 함량이 낮을 경우 열팽창계수가 급격하게 증가하는 문제점이 있으므로, 상기 니켈의 함량이 36wt% 이상인 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과도하게 높아 42wt%를 초과하는 경우, 합금박의 열팽창계수가 유리 등에 비해 지나치게 커져 플렉서블 디스플레이용 소재로 적합하게 사용할 수 없게 되는 문제가 있다.

탄소 및 황의 함량은 각각 500ppm 이하이다. 탄소 또는 황 함유량이 500ppm을 초과하면, 합금박의 증착 공정시, 열에 의한 반응으로 탄소는 이산화탄소, 황은 이산화황이 되면서 미세 파단이 형성된다.

상술한 니켈, 탄소 및 황 함량을 제외한 나머지 성분은 Fe이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

상기 본원의 합금박은 드럼면과 용액면의 표면조도 (Ra)가 각각 1.5㎛ 이하이다. 에칭 공정 시 에칭 깊이의 차이를 최소화 하기 위해 드럼면과 용액면의 표면조도 (Ra)가 각각 1.5㎛ 이하이어야 한다. 드럼면은 전주장치의 드럼과 접촉되어 있는 면을 말하며, 용액면은 용액과 접촉되는 면으로서 드럼면의 반대면을 말한다.

상기 본원의 합금박은 인장강도가 800MPa 이상이며, 바람직하게는 800 내지 1200 MPa이다. 인장강도가 800MPa 미만이면 에칭 및 증착 공정에서 핸들링 시 내덴트성을 확보하기 어렵다. 인장강도는 클수록 바람직하며, 상한값에 대하여 특히 한정하는 것은 아니지만, 강도를 1200 MPa를 초과하게 하기 위해서는 사카린의 함량을 증가시켜야 하며, 이 경우에는 연속적으로 합금박이 제조되지 않는 문제가 있으므로, 인장강도의 상한은 1200 MPa 정도일 수 있다.

상기 평균 결정립 크기는 열처리 후의 평균 결정립 크기로서, 상기 본원의 합금박은 평균 결정립 크기가 50nm 이상, 바람직하게는 50nm 내지 100nm이다. 평균 결정립 크기가 상기 범위인 것이 우수한 내굴곡성과 인장강도 측면에서 바람직하다. 평균 결정립 크기가 50nm 미만이면 내굴곡성이 저조하며, 100nm을 초과하면 인장강도가 저하되어 바람직하지 않다.

전착박의 평균 결정립 크기는 50nm 이하이다. 하지만, 열처리 공정을 완료한 열처리 박에서의 결정립은 평균 결정립 크기가 50nm 이상으로 성장한다. 일반적으로 미세한 결정립을 가지는 경우에, 경도와 강도는 높지만, 낮은 연신율을 갖는다. 그러나, 우수한 내굴곡성을 갖기 위해서는 평균 결정립 크기가 50nm 이상이 되어야 한다.

상기 본원의 합금박은 중량 편차가 3g/㎡ 이하이다. 중량편차가 3g/㎡을 초과하면, 중량이 높은 부분에 응력이 집중되어 철-니켈 합금박의 평탄도가 저하되어 에칭이 불균일하게 되며, 파단의 위험이 있다. 중량 편차는 작을수록 좋으며, 하한값을 특히 한정하는 것은 아니다.

상기 본원의 철-니켈 합금박은 결정배향성의 변화가 20% 이상, 보다 바람직하게는 20% 내지 30%인 것이 바람직하다.

열처리 공정에 의해 철-니켈 합금박의 표면조도(Ra)는 변화하지 않지만, 낮은 온도 범위에서 결정이 성장한다. 결정립 성장은 결정립 크기의 변화뿐만 아니라 집합조직 변화도 함께 일어난다. 결정배향성의 변화가 20% 미만 발생시 결정구조 변화로 인해 표면 컬(Curl)이 증가하는 문제가 있다. 표면 컬이 증가하면, 제품화할 수 없는 문제가 있다. 또한 30% 초과 발생시 합금박의 판 형상 변화로 인해 에칭 공정에서 패턴의 모양이 부정확하게 되고, 균일도가 낮아 제품화가 불가하다.

상기 결정 배향성은 전착 박 표면을 X-Ray 회절 분석으로 얻어진 피크 중 (111)면 피크 강도를 I(111)이라 하고, (200)면 피크 강도를 I(200)이라고 할 때, I(200)/I(111)의 백분율을 말한다.

상기 본원의 철-니켈 합금박은 열팽창 계수(CTE)가 5 ppm/K 이하인 것이 바람직하다. 열팽창 계수가 5 ppm/K를 초과하면 증착 공정시, 기판과 마스크의 치수 차이로 인한 색 번짐 등의 불량으로 바람직하지 않다. 열팽창 계수는 작을수록 바람직한 것으로, 하한값은 한정하지 않는다.

나아가, 상기 본원의 철-니켈 합금박은 니켈 성분의 편차가 1wt%/m²이하인 것이 바람직하다. 합금박의 니켈 성분의 편차가 1wt%/m²을 초과하면, 열팽창 계수 차이가 커지며, 이로 인하여, 증착 공정 시 기판과 마스크의 치수 차이의 문제가 발생될 수 있다.

상기한 본원의 철-니켈 합금박은 두께가 18㎛이하, 바람직하게는 4㎛ 내지 18㎛이다. 합금박의 두께가 18㎛를 초과할 경우, 고해상도 소재로 사용하기에는 바람직하지 않고, 4㎛ 미만이면 에칭 공정 핸들링 문제로 수율이 저하되는 점에서 바람직하지 않다.

본 발명의 철-니켈 합금박은 플렉서블 디스플레이 소재(예컨대, 마스크, 기판 등) 등으로 사용될 수 있으며, 특별히 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 물성을 만족하는 본원의 철-니켈 합금박은 전주법으로 제조될 수 있다. 이하, 전주법에 의한 본원의 철-니켈 합금박의 제조방법을 도 1의 전주도금 장치를 참고하여 설명한다.

전주법은 도 1의 전주도금장치의 전해조(11)내에 설치된 회전하는 원통형의 음극 드럼(12)과 이에 대향하는 한 쌍의 원호 형상의 불용성 양극(13)에 둘러싸인 틈으로 급액부(14)를 통해 전해액을 공급하여 전류를 흘려주면서, 상기 음극 드럼(12)의 표면에 철-니켈 합금박을 전착시키고, 이를 권취하므로서 전착박인 금속박(1)을 제조하는 방법이다. 본원에서, 전주도금 장치를 통해 제조된 철-니켈 합금박을 '전착 박'이라 하고, 일정 온도 조건에서 열처리한 것은 '열처리 박'이라 한다.

상기 전착박은 첨가제의 종류 및 함량에 따른 전해액의 조성, 온도, 전류밀도, pH, 유량 등의 전주조건에 따라, 전착박의 표면조도, 중량편차, 탄소 함유량, 황 함유량, 집합조직 비율, 열팽창계수, 인장강도 등의 인자(물성)를 조절할 수 있다.

예를 들어, 전해액은 철, 니켈 화합물, 응력완화제, 광택제, pH 안정제등의 첨가제 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 전해액은 5~20g/L의 철 이온, 20~50g/L의 니켈 이온, 30g/L 이하(0은 제외)의 나트륨, 5g/L 이하(0은 제외)의 보론, 1~100ppm의 사카린, 5ppm 초과~25ppm 미만의 PPS(poly phenylene sulfide)를 포함할 수 있다.

상기 전해액의 나머지 성분은 용매로서 물이며, 물은 특히 한정되는 것은 아니며, 순수, 초순수, 정제수, 증류수 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 초순수를 사용할 수 있다.

상기 전해액 내 철 이온의 농도와 니켈 이온의 농도는 제조하고자 하는 철-니켈 합금박 중 철 및 니켈의 함량에 따라 결정된다. 대략 상기 범위로 조절함으로써 원하는 용도에 적용가능하며 원하는 물성을 갖는 철-니켈 함금박이 제조될 수 있다.

상기 철 이온은 황산철, 염화철, 설퍼민산철 등의 염의 형태에서 녹여 사용하거나 전해철, 철 파우더를 염산이나 황산에 녹여서 공급할 수 있다. 또한, 상기 니켈 이온은 염화니켈, 황산니켈, 설퍼민산니켈 등의 염 형태로 사용하거나 산에 페로니켈 등을 녹여 공급할 수 있다.

상기 전해액 성분 중 나트륨은 상기 전해액의 저항을 줄임으로써 음극(cathode), 양극(anode), 전해액(electrolyte)로 구성하는 셀(cell) 전압을 낮추기 위해 첨가한다. 나트륨 성분은 바람직하게 30g/L 이하로 첨가할 때 의도하는 효과를 얻을 수 있다. 만일, 상기 나트늄의 농도가 30g/L를 초과하게 되면 오히려 셀 전압은 더 저하되나, 붉은 파우더 현상이 발생하여 목표로 하는 제품을 제조할 수 없게 되는 문제가 있다. 나트륨 성분은 전해액에 나트륨 성분을 제공하기 위해 배합되는 것으로 일반적으로 알려져 있는 어떠한 물질에 의해 제공될 수 있으며, 예를 들어, 염화나트륨, 탄산나트륨 등이 사용될 수 있고 이로써 한정하는 것은 아니다.

상기 보론은 전해액의 pH를 일정하게 유지시키기 위해 첨가하는 성분으로서, 의도하는 pH 범위가 되도록 적합하게 첨가될 수 있다. 예를 들어, 5g/L 이하로 첨가하여, pH를 조절할 수 있다. 전해액의 pH는 전해액 자체뿐만 아니라, 제품의 특성 전체에 영향을 미치는 중요인자이다. 특히, 음극(cathode) 주변은 국부 pH가 쉽게 변화하는 영역이기 때문에, pH를 일정한 값으로 유지시키는 것은 매우 중요하다. 보론 성분은 전해액에 보론 성분을 제공하기 위해 배합되는 것으로 일반적으로 알려져 있는 어떠한 물질에 의해 제공될 수 있으며, 예를 들어, 붕산이 사용될 수 있고, 이로써 한정하는 것은 아니다.

사카린 및 PPS는 철-니켈 합금박의 표면조도를 낮추고 인장강도를 증대시키기 위하여 첨가된다. 전주법을 통해 철-니켈 합금박의 제조시 도금된 면에 응력이 집중되면, 디스차지(discharge)되어 흡착된 원소가 결정화되는데 방해를 받아 외관상 파우더링(powdering) 현상으로 나타나게 되어, 미려한 도금면을 얻지 못하게 된다.

이를 방지하기 위하여, 응력을 완화시키는 첨가제로서 사카린이 첨가될 수 있다. 상기 사카린은 1~100ppm 범위에서 원하는 응력 완화 효과를 나타내도록 첨가될 수 있다.

PPS는 전해 도금시 광택효과와 더불어 레벨링(leveling) 효과를 부여하기 위하여 첨가하며, 나아가 상기 사카린과 교호작용을 통해 도금되는 조직의 조도를 낮추는 기능을 한다. 상기 PPS는 5ppm 초과~25ppm 미만의 범위에서 교호작용에 의해 표면 조도를 낮추고 레벨링 효과를 나타내도록 배합될 수 있다.

상기 전해액의 pH는 예를 들어, 1.0~3.0일 수 있으며, 이러한 범위의 pH에서 전착박이 용이하게 제조된다.

예를 들어, 도 1의 전주장치를 사용한 전착박 제조시, 45~70℃의 온도, 10~100A/dm²의 전류밀도 및 10~100m³/hr의 유량의 조건으로 전착박을 제조할 수 있다. 전류밀도가 너무 낮으면 작업속도가 느리고, 그에 따라 생산성이 저하되는 단점이 있다. 반면, 전류밀도가 너무 높으면 응력이 증가하고, 고전류밀도에 필요한 과전압이 커져 주반응 외, 양극 및 음극 표면에서 부반응이 상대적으로 늘어나게 된다. 이로 인해, 전류 효율은 저하되고, 버닝(burning) 및 수소취성(hydrogen embrittlement) 등과 같은 전착물의 열화가 발생하는 문제가 있다.

또한, 온도가 너무 높거나 유량이 너무 낮으면 니켈 조성이 낮아지고, 반면 온도가 너무 낮거나 유량이 너무 과도하면 니켈 조성이 증가하는 문제가 있다.

예를 들어, 상기와 같은 전해액 및 전주조건으로 전착박을 얻고, 전착박의 결정립이 성장되도록 열처리 공정을 행한다. 열처리 공정은 환원성 기체를 흘러주면서 표면 산화를 억제하고, 합금박의 조직을 안정화하기 위해 300~350℃의 온도 범위에서 10분 이상, 바람직하게는 10분 내지 60분 동안 유지하여 행할 수 있다. 보다 바람직하게는 20분 내지 40분 동안 유지하는 것이 좋다.

환원성 기체로는 수소, 질소 혹은 혼합가스(예를 들어, 수소:질소의 2:8 부피비의 혼합가스)등이 사용될 수 있다.

열처리 온도가 300℃ 미만일 경우, 조직 안정화 미흡으로 인한 내굴곡성이 저하될 우려가 있다. 반면 350℃를 초과하면, 급격한 결정립 성장으로 인한 합금박의 형상 변화가 발생하여 바람직하지 않다. 열처리 시간의 경우, 10분 미만일 경우 국부적으로 열처리가 되고, 60분을 초과하면, 합금박의 표면산화 가속화 및 결정립 성장으로 인한 인장강도 저하 문제가 발생하기 때문에 바람직하지 않다.

이 기술분야의 기술자는 상기 예시한 바와 같은 전해액 조성 및 전주 조건 등을 참고하여, 본원의 물성을 만족하는 철-니켈 합금을 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

도 1에 도시된 전주도금 장치를 사용하여 철-니켈 합금박을 제조하였다. 전해액의 pH는 2.0, 온도는 57℃ 전류밀도는 30A/dm²인 조건에서 35m³/hr의 유량으로 하기 표 1의 조성으로 된 전해액을 공급하여 전착박을 제조하였다. 그 후, 얻어진 전착박을 환원가스로 혼합가스 (수소와 질소의 2:8 부피비 혼합가스)를 20 L/m로 흘려주면서, 300~350℃의 온도 범위에서 20분 내지 40분간 열처리하여, 철-니켈 합금박을 얻었다.

얻어진 열처리박에 대해 MIT 굴곡 시험을 행하고, 실시예 및 비교예에서 제조된 철-니켈 합금박의 물성 및 MIT 횟수를 하기 표 2에 나타내었다.

하기 표 2에 나타낸 물성 평가는 다음과 같은 방법으로 행하였다.

1. 표면조도

드럼면과 용액면의 표면조도는 산술 평균 거칠기(Ra)로서, JIS B 0601-2001 규격에 있는 거칠기를 나타내며, 광학식 비접촉 표면 조도계인 3D 프로파일러(profiler)로 측정하였다. 이때, 배율은 시야각 렌즈, 대물 렌즈 배율을 합계 50배로 철-니켈 박 표면의 폭 방향으로 측정하였다.

2. 인장강도

ASTM-SUB 기준으로 제작하여 strain speed 1㎛/sec 기준으로 미세 인장 시험기를 이용하여 측정하였다.

3. 결정 배향성

전착박 표면을 X-Ray 회절 분석으로 얻어진 피크 중 (111)면 피크 강도를 I(111)이라 하고, (200)면 피크 강도를 I(200)이라고 할 때, I(200)/I(111)의 백분율을 말한다. 즉, 결정 배향성 (%)=[I(200)/I(111)]*100

4. 평균 결정립 크기

X-Ray 회절 분석에 의한 회절 피크의 반가폭(FWHM, full width at half maximum)을 이용하여, 전착박 및 열처리 박의 결정립 크기를 Scherrer식^*을 사용하여 계산하였다. (* B.D.Cullity; Elements of X-Ray diffraction, (2^nd ed., Addison-Wesley Pub., 1978) 102.)

결정 크기 (d) = 0.9λ/(B cosθ), λ: X-선 파장, B: 반가폭, θ: 회절각

평균 결정립 크기는 X-선을 이용하여, 분석한 것으로, 드럼면과 용액면 구분이 없이, 모두 동일한 값으로 나타내었다.

5. MIT 굴곡 시험

MIT 굴곡 시험 장치에 의해 MIT 굴곡 시험을 행하였다. 굴곡 시험은 하기 조건하에서 굴곡을 반복하고, 시험편이 단선될 때까지의 횟수를 굴곡횟수로서 구하였다.

시편 규격: ED 150mm * TD 12.5mm, 굴곡반경(R): 0.38mm, 굴곡각도: 90° 굴곡속도: 90회/분, 하중: 450g

6. 탄소, 및 황 함유량 측정

합금 박 내에 존재하는 탄소, 및 황 함유량은 원소분석기(Elemental Analyzer)를 이용하여 측정하였다.

7. 중량 편차의 측정

합금박의 중량 편차는 합금박을 50mm*50mm의 크기로 절단 후 시편을 제작하여, 그 중량을 측정하여 단위면적당 합금박의 중량값을 환산한다. 그리고, 폭, 및 길이 방향을 따라 시편을 절단하는 과정을 반복적으로 수행하였다. 각 시편에 대한 중량값을 측정한 후 표준편차를 계산함으로써 산출하였다.

8. 니켈 함량 및 니켈 성분 편차의 측정성분은 형광 X선 방법을 이용하여 니켈 성분의 편차를 연속적으로 측정하였다. 형광 X선 방법은 시편에 일차 X선을 입사 시킨 후 시편에서 발행하는 특성 형광 X선의 강도를 측정하여 시편을 구성하고 있는 원소의 성분을 측정하는 방법으로 통상적으로 사용하는 방법이다. 이때, 검량선을 설정하기 위해서는 성분을 알고 있는 표준 시편을 이용하는데, 본 발명에서는 철-니켈 합금 5종의 표준시편을 이용하였다. 합금박의 니켈 성분의 함량 또한, 형광 X선 방법을 이용하여 측정하였다.

9. 열팽창계수(CTE) 측정방법

열처리 된 합금박들은 TMA(Thermo-Mechanical Analysis)를 사용하여 열팽창 거동을 분석하였다. 20℃에서 안정화 시키고 1분간 유지, 200℃까지 5℃/min 승온하여 5분간 유지한 후 20℃까지 5℃/min 속도로 냉각 하였다. 냉각하면서 내려오는 30~100℃ 직선 구간에서 CTE를 계산하였다.

전해액의 조성

구분	철 이온 (g/L)	니켈 이온 (g/L)	나트륨 (g/L)	보론 (g/L)	사카린 (ppm)	PPS (ppm)
실시예 1	13.17	43.78	21.29	2.89	50	15
실시예 2	13.23	42.58	22.05	2.93	50	15
실시예 3	12.78	44.39	21.98	2.79	50	15
실시예 4	12.64	44.57	21.39	2.77	50	15
실시예 5	13.13	43.00	20.49	2.95	50	15
실시예 6	12.97	45.28	20.88	2.92	50	15
실시예 7	13.61	47.26	21.19	2.91	50	15
실시예 8	13.69	45.55	21.34	2.92	50	15
비교예 1	13.94	44.17	30.5	2.82	50	15
비교예 2	13.93	44.71	20.19	5.05	50	15
비교예 3	14.04	44.48	21.19	2.78	102	15
비교예 4	14.08	43.66	21.34	2.76	0.5	15
비교예 5	12.73	44.43	22.72	2.54	50	2
비교예 6	12.79	43.09	22.80	2.58	50	27
비교예 7	13.61	47.26	31.0	2.76	50	4
비교예 8	13.45	47.20	22.34	6.0	0.5	15

[표 1의 전해액에서, 철 이온은 성분으로는 황산철을, 니켈이온 성분으로는 염화니켈을, 나트륨 성분은 염화나트륨을, 보론 성분으로는 붕산을 사용하였으며, 잔부는 초순수이다]

철-니켈 합금박의 물성

구분	두께 (㎛)	드럼면 (Ra)	용액면 (Ra)	Ni 함량 (wt%)	탄소 함유량 (ppm)	황 함유량 (ppm)	결정 배향성 (%)	열팽창 계수 (ppm/K)	중량 편차 (g/㎡)	Ni 성분 편차 (wt%/㎡)	평균 결정립 크기 (nm)	인장 강도 (GPa)	MIT 횟수
실시예 1	18	1.2	1.5	36.5	200	400	27	3.71	2	0.5	84	1.3	602
실시예 2	18	1.2	1.5	36.5	200	400	28	3.65	2	0.5	73	1.1	574
실시예 3	18	1.2	1.0	38.0	300	400	27	4.33	2	0.4	85	1.0	558
실시예 4	18	1.2	1.5	38.0	100	400	23	4.18	2	0.5	66	0.8	552
실시예 5	18	1.2	1.5	40.0	200	100	23	4.43	2	0.4	77	1.1	546
실시예 6	18	1.2	1.5	40.0	200	400	25	4.59	2	0.5	62	1.0	549
실시예 7	18	1.2	1.0	41.2	200	400	27	4.77	2	0.5	52	0.9	560
실시예 8	18	1.2	1.0	41.2	200	400	24	4.89	2	0.5	57	1.0	623
비교예 1	18	1.2	2.0	36.5	200	600	21	4.13	2	0.4	61	0.7	464
비교예 2	18	1.2	1.7	36.5	200	400	12	3.98	2	0.4	53	0.8	490
비교예 3	18	1.2	1.5	38.0	500	400	11	4.53	2	0.5	55	0.9	495
비교예 4	18	1.2	1.5	38.0	200	400	13	4.37	2	0.5	51	0.8	490
비교예 5	18	1.2	2.0	40.0	200	400	19	4.60	2	0.5	60	1.0	463
비교예 6	18	1.2	1.5	40.0	200	600	24	4.89	2	0.5	55	1.1	482
비교예 7	18	1.2	1.5	41.2	600	400	18	4.97	2	0.5	52	0.7	488
비교예 8	18	1.2	1.0	41.2	200	400	13	4.90	2	0.5	52	0.7	466

상기 표 2로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 철-니켈 합금박들은 MIT 횟수가 적어도 500회 이상을 기록하는 반면, 비교예에 따른 철-니켈 합금박들은 MIT 횟수가 500회 이하이다. 이로부터, 본원의 물성을 만족하는 철-니켈 합금박은 우수한 내굴곡성을 나타냄을 알 수 있다.

1... 전착박 11... 전해조
12... 음극 드럼 13... 양극
14... 급액부

Claims

니켈의 함량이 36~42wt%, 탄소 및 황 함유량이 각각 500ppm 이하이고 잔부 철 및 불가피한 불순물을 포함하고, 드럼면과 용액면이 표면 조도(Ra)가 각각 1.5㎛ 이하, 인장강도가 800MPa 이상, 평균 결정립 크기가 50nm 이상, 그리고 철-니켈 합금박의 중량 편차는 3g/㎡ 이하인 철-니켈 합금박.
제1항에 있어서, 상기 인장강도는 800MPa 내지 1200 MPa인 철-니켈 합금박.
제1항에 있어서, 상기 평균 결정립 크기가 50nm 내지 100nm인 철-니켈 합금박.
제1항에 있어서, 결정배향성이 20% 이상인 철-니켈 합금박.
제1항에 있어서, 열팽창 계수 5 ppm/K 이하인 철-니켈 합금박.
제1항에 있어서, 니켈 성분의 편차가 1 wt%/㎡ 이하인 철-니켈 합금박.
제1항에 있어서, 두께가 18 ㎛이하인 철-니켈 합금박.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 철-니켈 합금박은 플렉서블 디스플레이 소재로 적용되는 철-니켈 합금박.