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KR200436092Y1 - 이온질화가 가능한 진공증착 코팅장치 - Google Patents

이온질화가 가능한 진공증착 코팅장치 Download PDF

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KR200436092Y1
KR200436092Y1 KR2020060028922U KR20060028922U KR200436092Y1 KR 200436092 Y1 KR200436092 Y1 KR 200436092Y1 KR 2020060028922 U KR2020060028922 U KR 2020060028922U KR 20060028922 U KR20060028922 U KR 20060028922U KR 200436092 Y1 KR200436092 Y1 KR 200436092Y1
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South Korea
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furnace
gas
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KR2020060028922U
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허정
권탁희
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(주)국민진공
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Abstract

본 고안은 이온질화가 가능한 진공증착 코팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금형 또는 펀치류, 공구류 등 금속재료의 내마모성 및 내구성을 증대시키기 위해 코팅장치의 코팅로 안에서 이온질화로 금속재료 표면에 질화층을 형성한 후 연속해서 금속이온 박막을 코팅할 수 있는 이온질화가 가능한 코팅장치에 관한 것이다.
본 고안은 본체(110)의 내부가 밀폐되고 본체(110)의 전압이 제로가 되도록 일측이 접지되는 진공증착 코팅로(100)와, 상기 진공증착 코팅로(100)의 내부에 금속재료을 상단부에 고정설치할 수 있고 모터에 의해 회전가능하도록 구비된 기판(120)과, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 외측에 플라즈마에 의해 이온을 금속재료의 표면에 입사, 충돌시켜 경질박막을 형성하는 다수의 타겟(130)과, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 상부 일측에 코팅로(100)의 본체(110) 내부로 질소가스를 주입하는 질소가스주입장치(140)와, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 내부와 금속재료의 온도를 조절할 수 있도록 코팅로(100)의 본체(110) 내측에 구비된 히터(150)와, 상기 코팅로(100) 본체(110) 내부의 공기를 외부로 배기하는 배기장치(160)로 구성된 코팅장치에 있어서, 상기 기판(120)에 이온질화시 펄스형 음전압을 인가하고, 경질박막 코팅시 직류 음전압을 인가하여 펄스형과 직류전원을 교대로 공급할 수 있는 펄스/직류겸용 전원공급장치(200)와; 상기 코팅로(100)의 본체(110) 상부에 원통형의 몸체(310)가 설치되어 이온질화시 몸체(310) 내부에 공급되는 아르곤가스를 이온화시켜 금속재료의 표면에 입사, 충돌시켜 금속재료의 표면을 세정하는 이온소스장치(300)와; 상기 코팅로(100)의 본체(110) 상부 일측에 이온질화시 본체(110) 내부에서 전자가 활성화되도록 암모니아가스를 본체(110) 내부로 주입하는 암모니아가스 주입장치(400)로 구성된다.
이온질화, 코팅장치, 질화층, 금속이온, 이온소스장치, 연속코팅

Description

이온질화가 가능한 진공증착 코팅장치{A VACUUM EVAPORATION COATING APPARATUS FOR ION NITRIDING TREATMENT}
도 1 은 종래 기술에 따른 이온질화 장치를 나타낸 예시도
도 2 는 본 고안에 따른 진공증착 코팅장치를 나타낸 예시도
도 3 은 본 고안에 따른 이온 소스를 나타낸 예시도
도 4 는 본 고안에 따른 이온 소스의 내부를 나타낸 예시도
도 5 는 본 고안에 따른 코팅공정을 나타낸 순서도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 코팅로
110 : 본체 120 : 기판
130 : 타겟 140 : 질소가스주입장치
150 : 히터 160 : 배기장치
200 : 펄스/직류겸용 전원공급장치
300 : 이온소스장치
310 : 몸체 311 : 고정턱
320 : 음극판 321 : 통공
322 : 절연판 323 : 고정볼트
330 : 양극관 331 : 유통공
332 : 절연체 332a: 통공
340 : 가스공급구 341 : 몸체
342 : 가스공간부 343 : 가스분출공
350 : 가스분배기 351 : 분배공
360 : 자석 370 : 아르곤가스주입장치
380 : 핫필라멘트장치 381 : 고정구
382 : 핫필라멘트 390 : 전원공급기
400 : 암모니아가스주입장치
본 고안은 이온질화가 가능한 진공증착 코팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금형 또는 펀치류, 공구류 등 금속재료의 내마모성 및 내구성을 증대시키기 위해 코팅장치의 코팅로 안에서 이온질화로 금속재료 표면에 질화층을 형성한 후 연속해서 금속이온 박막을 코팅할 수 있는 이온질화가 가능한 코팅장치에 관한 것이다.
일반적으로 금형 또는 펀치류, 공구류 등의 금속재료 표면에는 내마모성과 내구성을 증대시키기 위해 질화물 또는 탄화물 등의 화합물 피막을 코팅하는 방법이 사용되고 있는데, 이와 같이 금속재료의 표면에 피막을 코팅하는 방법에는 주로 진공상태에서 플라즈마를 이용한 화학진공증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)이나 물리진공증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 방법이 이용되고 있다.
그러나 상기와 같이 금속재료의 표면에 코팅된 박막층만으로는 그 두께가 얇아 공구의 수명에 한계가 있고, 금속재료의 표면과 박막층의 밀착력 향상을 위하여 금속 표면에 이물질이 없도록 정밀하게 세척해야 하는 문제점이 있고, 심하면 금속 표면에서 박막층이 박리되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 금속재료의 표면 경도를 높이면서 박막층과의 밀착력을 향상시키기 위해 금속의 표면에 질화물 가스나 이온을 침투시켜서 금속재료의 표면 안쪽으로 확산층을 형성하여 표면을 경화시키는 방법으로 이온질화법이 이용되고 있다.
상기와 같이 금속재료의 표면에 이온질화하는 종래의 장치는 도 1 에 도시된 바와 같이 진공조(10)의 몸체(11) 내부에 시료대(20)가 구비되고, 상기 진공조(10)의 상부에는 질소,수소가스 주입구(30)와 아르곤가스 주입구(40)가 각각 구비되며, 상기 시료대(20)와 진공조(10)의 몸체(11)에 음전압과 양전압을 각각 인가하는 전원공급장치(50)가 구비되며, 진공조(10) 몸체(11) 내부의 공기를 외부로 배기하는 배기장치(60)로 구성된다.
이때, 상기 전원공급장치(50)는 디씨파워(DC Power)가 사용되고, 배기장치(60)에는 진공펌프가 사용되는 것이 일반적이다.
상기와 같이 구성된 이온질화 장치는 먼저 금속재료 표면의 이물질을 샌딩과 세척으로 제거한 후 진공조(10)의 몸체(11) 내부에 구비된 시료대(20)에 고정 설치 하고, 배기장치(60)를 이용하여 진공조(10) 몸체(11) 내부의 공기를 외부로 배기한다.
상기와 같이 배기장치(60)에 의해 진공조(10) 몸체(11)의 내부 기압이 약 0.001 Torr 진공도에 이르면 시료대(20)에 음전압을, 진공조(10)의 몸체(11)에 양전압을 인가하고, 약 3~5 Torr의 진공도가 되도록 아르곤가스를 진공조(10)의 상부에 구비된 아르곤가스 주입구(40)를 통해 진공조(10) 몸체(11) 내부로 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 금속재료 표면을 스퍼터(SPUTTER)한다. 이때 상기 시료대(20)에는 약 400V~500V의 음전압이 인가된다.
상기와 같이 금속재료 표면을 스퍼터하면서 금속재료 표면의 세정과 금속재료의 온도상승을 병행하게 된다.
그리고 상기와 같은 스퍼터로 금속재료의 온도가 약 400 ~ 500℃로 상승되면 질소가스 주입구(30)를 통해 진공조(10)의 몸체(11) 내부로 질소가스를 주입하여 플라즈마에 의해 생성된 N+를 금속재료의 표면에 침투시켜 금속재료의 표면에 질화층이 형성되도록 이온질화를 실시한다.
그리고 상기와 같이 이온질화를 실시하면서 진공조(10)의 몸체(11) 내부에는 금속재료 표면의 산화방지를 위해 수소가스를 질소가스와 함께 주입하게 된다.
상기와 같이 장시간 이온질화를 실시하면 금속재료의 표면에 형성된 질화층의 외측에 진공조(10) 몸체(11)의 내부의 다른 가스와 반응하여 불필요한 화합물층이 형성된다.
이와 같이 금속재료의 표면에 이온질화 처리가 끝난 후 코팅장치에 삽입하여 금속재료의 표면에 경질박막을 코팅하게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 이온질화장치는 금속재료의 표면에 장시간의 스퍼터로 금속재료 표면이 거칠어지고 광택을 잃게 되어 상품으로서의 가치가 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
그리고, 시료대(기판)에 음전압을 인가하는 전원공급장치는 직류전원을 사용함으로써 금속재료의 표면에 형성되는 질화층이 불규칙하게 형성되는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같이 금속재료의 표면에 이온질화 처리 후 표면에 생성되는 화합물층은 금속재료의 표면에 2차적으로 경질박막을 코팅할 때 금속재료의 취성이 약해지거나, 경질박막과 금속재료 표면의 밀착력을 약화시키는 문제점이 있었다.
따라서, 금속재료의 표면에 이온질화 처리 후 경질박막을 코팅하기 위해서는 금속재료의 표면에 형성된 화합물층을 완벽하게 제거한 후 경질박막을 코팅해야 하는 분제점이 있고, 상기와 같이 화합물층을 제거하는 과정에서 금속재료 표면의 질화층까지 제거되는 문제점이 있었다.
그리고 상기와 같이 화합물층을 완벽하게 제거한 후 금속재료의 표면을 다시 세정한 후 경질박막을 코팅해야 하므로 작업공정이 까다롭고, 여러 공정을 거쳐야 하므로 작업시간이 오래 걸리며, 금속재료의 단가가 상승되는 문제점이 있었다.
따라서 근자에는 상기와 같이 금속재료 표면에 이온질화 처리 후 연속적으로 경질박막을 코팅할 수 있는 코팅장치의 개발이 절실한 실정이다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 코팅장치의 코팅로 내부에 구비된 기판에 펄스형과 직류의 음전압을 교대로 인가하여 전원을 공급할 수 있는 펄스/직류겸용전원공급장치를 구비하고, 코팅로 상부에 이온소스장치를 구비하여 금속재료 표면의 광택을 유지하면서 표면에 질화층이 형성되도록 이온질화 후 금속재료 표면의 화합물층의 제거와 금속재료 표면의 세정 등 후가공처리 없이 연속적으로 경질박막을 코팅할 수 있는 코팅장치를 제공함에 목적이 있다.
그리고, 상기 코팅장치에 이온소스장치를 구비하여 이온질화시 이온화율의 향상과 전자의 활성화를 통해 금속재료 표면의 질화층이 균일하게 형성되고, 스퍼터의 시간을 단축하여 금속재료의 표면에 화합물층이 형성되는 것을 방지할 수 있는 코팅장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
그리고, 상기 이온소스장치를 이용하여 이온화율을 상승시켜 금속재료의 표면을 스퍼터함으로써 경질박막을 코팅 전 금속재료 표면의 세정 효과를 극대화시켜 경질박막과 금속재료 표면의 밀착력을 증대시킬 수 있는 코팅장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 본체(110)의 내부가 밀폐되고 본체(110)의 전압이 제로가 되도록 일측이 접지되는 진공증착 코팅로(100)와, 상기 진공증착 코팅로(100)의 내부에 금속재료을 상단부에 고정설치할 수 있고 모터에 의해 회전가능하도록 구비된 기판(120)과, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 외측에 플라즈마에 의해 이온을 금속재료의 표면에 입사, 충돌시켜 경질박막을 형성하는 다수의 타겟(130)과, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 상부 일측에 코팅로(100)의 본체(110) 내부로 질소가스를 주입하는 질소가스주입장치(140)와, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 내부와 금속재료의 온도를 조절할 수 있도록 코팅로(100)의 본체(110) 내측에 구비된 히터(150)와, 상기 코팅로(100) 본체(110) 내부의 공기를 외부로 배기하는 배기장치(160)와, 상기 기판(120)에 이온질화시 펄스형 음전압을 인가하고, 경질박막 코팅시 직류 음전압을 인가하여 펄스형과 직류전원을 교대로 공급할 수 있는 펄스/직류겸용 전원공급장치(200)와, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 상부에 원통형의 몸체(310)가 설치되어 이온질화시 몸체(310) 내부에 공급되는 아르곤가스를 이온화시켜 금속재료의 표면에 입사, 충돌시켜 금속재료의 표면을 세정하는 이온소스장치(300)와, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 상부 일측에 이온질화시 본체(110) 내부에서 전자가 활성화되도록 암모니아가스를 본체(110) 내부로 주입하는 암모니아가스 주입장치(400)로 구성된다.
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그리고, 상기 이온소스장치(300)는 도 3 과 도 4 에 도시된 바와 같이 하단부에 내측으로 돌출형성된 고정턱(311) 구비된 원통형의 몸체(310)와,
중앙에 통공(321)이 형성되어 절연판(322)에 의해 상기 몸체(310)의 고정턱(311)과 절연되어 고정볼트(323)에 의해 몸체(310)의 고정턱(311)에 고정되는 전자 방출원인 음극판(320)과,
원통형으로 중앙에 하부 외측으로 직경이 넓어지는 유통공(331)이 형성되어 상기 몸체(310)의 고정턱(311) 상부 내측에 중앙에 통공(332a)이 형성된 절연체(332)에 의해 상부와 하부가 몸체(310) 내부 중앙에 고정되는 양극관(330)과,
상기 양극관(330)의 상부에 원통형의 몸체(341) 내부에 아르곤가스가 유입되는 가스공간부(342)가 형성되고, 상기 몸체(341) 내부의 가스공간부(342) 하부에 다수의 가스분출공(343)이 형성된 가스공급구(340)와,
원판형으로 상기 양극관(330)과 가스공급구(340) 사이에 전기적으로 절연되어 가스분출공(343)을 통해 분출되는 아르곤가스를 양극관(330)의 유통공(331)으로 골고루 분배되도록 표면에 다수의 분배공(351)이 형성된 가스분배기(350)와,
상기 가스공급구(340)의 상부 중앙에 몸체(310) 내부에 자기력선이 형성되도록 하는 자석(360)과,
상기 가스공급구(340)의 가스공간부(342)에 아르곤가스을 주입하는 아르곤가스주입장치(370)와,
상기 음극판(320)의 양측 하부에 전기적으로 절연되도록 고정된 고정구(381)에 음극판(320)의 통공(321) 중심을 지나도록 열전자가 방출되는 핫필라멘트(382)의 양측단이 고정되어 양극관(330)에서 이온화된 가스의 이온이 음극판(320)의 통공(321)을 통과하고 상기 핫필라멘트(382)를 통과하며 열전자와 충돌하여 속도가 가속되도록 하는 핫필라멘트장치(380)와,
상기 음극판(320)과 양극관(330)에 음전압과 양전압을 각각 인가하는 전원공급기(390)로 구성된다.
도면 중 미설명 부호 500은 금속재료이다.
이와 같이 구성된 본 고안의 진공증착 코팅장치의 작업 단계를 도 5 에 도시된 바와 같이 먼저 금속재료의 표면을 래핑(lapping) 등의 방법으로 경면가공하는 단계(S10)와; 금속재료 표면의 이물질을 제거하기 위해 초음파 세척하는 단계(S20)와; 금속재료의 기능부위 위주로 코팅로에 장입하는 단계(S30)와; 일정시간 코팅로와 금속재료을 히팅(heating)하는 단계(S40); 및 이온소스장치로 금속재료의 표면을 세정 및 스퍼터(sputter)하는 단계(S50)와; 금속재료의 표면에 질화층을 형성하는 이온질화 단계(S60)와; 금속재료 표면의 질화층 표면을 가스 플라즈마 봄바드(BOMBARD)하는 단계(S70)와; 타겟을 증발시켜 금속이온 코팅하는 단계(S80)와; 냉각후 코팅로에서 금속재료을 인출하는 단계(S90)로 이루어진다.
상기와 같은 단계로 이루어지는 작업 공정을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
금속재료(500)의 주기능 부위를 래핑 등의 방법으로 경면가공하고, 금속재료(500)의 표면에 경면가공 중에 생긴 이물질을 초음파 세척 등으로 완벽하게 제거한다.
상기와 같이 금속재료(500)의 표면을 세척하고 코팅장치의 타겟(130) 방향으로 금속재료(500)의 주기능부위가 위치하도록 코팅로(100)의 본체(110) 내부에 삽입하여 기판(120)의 상부에 고정한 후 본체(110) 내측에 구비된 히터(150)를 작동하여 코팅로(100) 본체(110) 내부와 금속재료(500)의 온도를 조절한다.
이때 상기 기판(120)은 모터(도면에 미도시)에 의해 일정한 속도로 회전하게 된다.
그리고 상기 히터(150)에 의한 히팅 온도는 이온질화와 금속이온코팅이 모두 용이한 430℃~450℃로 히팅하는 것이 바람직하고, 코팅로(100)의 본체(110) 내부에 삽입된 금속재료(500)의 형상과 크기에 따라 히터(150)의 히팅시간을 조절한다.
상기와 같이 히터(150)의 히팅으로 코팅로(100) 본체(110)의 내부와 금속재료(500)가 설정된 온도로 상승되면 금속재료(500) 표면을 이온소스장치(300)를 이용하여 세정과 함께 스퍼터(Sputter)를 실시한다.
상기와 같은 금속재료(500) 표면의 세정과 스퍼터 과정은 먼저 이온소스장치(300)의 몸체(310)에 아르곤가스주입장치(370)를 이용하여 상기 이온소스장치(300)의 몸체(310) 내부에 구비된 가스공급구(340)의 몸체(341)에 아르곤가스를 주입시킨다.
이때 상기 이온소스장치(300)의 전원공급기(390)가 작동되어 음극판(320)에는 음전압을, 양극관(330)에는 양전압을 인가하게 된다.
상기와 같이 이온소스장치(300)의 몸체(310) 내부에 구비된 가스공급구(340) 몸체(341)로 공급되는 아르곤가스는 가스공급기(340)의 몸체(341) 내부에 형성된 가스공간부(342)로 유입되고, 상기 가스공간부(342)로 유입된 아르곤 가스는 가스공간부(342)의 하부에 다수 형성된 가스분출공(343)을 통해 분출되어 양극관(330)과 상기 가스공급구(340) 사이에 전기적으로 절연되어 구비된 가스분배기(350)의 표면에 다수 형성된 분배공(351)을 통과하여 중앙에 통공(332a)이 형성된 절연체(332)에 의해 상부와 하부가 이온소스장치(300)의 몸체(310) 내부, 즉 상기 음극 판(320)과 가스분배기(350)의 사이에 전기적으로 절연되어 구비된 양극관(330)의 유통공(331)으로 분배되어 주입된다.
한편, 상기 이온소스장치(300)의 몸체(310) 하부에 내측으로 돌출형성된 고정턱(311)에 절연판(322)에 의해 절연되어 고정볼트(323)에 의해 고정된 음극판(320)에서는 에너지를 가진 전자가 중앙에 형성된 통공(321)을 통해 상기 가스공급구(340)의 상부 중앙에 구비된 자석(360)에 의해 형성된 자기력선을 따라 회전운동을 하며 양극관(330)의 방전영역으로 이동하게 되고, 상기와 같이 양극관(330)의 방전영역으로 이동한 전자는 상기 가스분배기(350)의 분배공(351)으로 배출되어 양극관(330)의 유통공(331)으로 주입된 아르곤가스의 중성원자 또는 분자와 충돌하여 아르곤가스를 이온화시키며 2차 전자가 생성된다. 이때 상기 양극관(330)의 방전영역은 이온과 전자가 같이 존재하게 되어 전도성 가스나 플라즈마를 형성하게 된다.
그리고 상기 전자는 자석(360)의 자기력선을 따라 올라가므로 자기력선에 평행한 성분의 전기 전도도가 수직한 방향의 성분보다 월등히 크게 되고, 자석의 자기장에 수직한 성분의 전기 전도도가 작으므로 이 방향으로 전위차가 형성되며 자기력선은 거의 등전위를 이루게 된다.
즉 이온소스장치(300)의 몸체(310) 축 주위의 자력선은 음전위에 가깝게 되고, 양극관(330) 주위의 자기력선은 양전위를 이루게 되는데, 이온의 운동은 동경방향으로 형성된 전위차에 의해 축의 중심으로 가속되고, 가지고 있는 운동량에 의해 멈추지 못하고 축을 벗어나 이온은 반대방향에 양전위의 힘에 의해 되반사되면서 음극판(320)과 양극관(330) 사이의 전위차에 의해 음극판(320) 방향으로 가속되 어 음극판(320)의 중앙에 형성된 통공(321)을 통과하여 코팅로(100)의 기판(120)에 고정되어 음전압이 인가된 금속재료(500)의 표면에 충돌하여 금속재료(500)의 표면을 세정하게 되는 것이다.
이때, 상기와 같이 이동되는 이온은 상기 이온소스장치(300)의 음극판(320)의 양측 하부에 전기적으로 절연되도록 고정된 고정구(381)에 음극판(320)의 통공(321)의 중심을 지나도록 양측단이 고정되어 외부의 전원(도면에 미도시)을 공급받아 열전자를 방출하는 핫필라멘트장치(380)의 핫필라멘트(382)를 통과하며 열전자와 상기 이온이 충돌하며 빠른 속도에 가속되어 금속재료(500)의 표면에 충돌됨으로써 세정 및 스퍼터의 효과를 상승시킬 수 있는 것이다.
상기와 같이 이온소스장치(300)를 통해 금속재료(500)의 표면을 세정 및 스퍼터할 때에는 기판(120)에 400V~500V의 펄스형 음전압을 인가하되, 15KHz, DUTY 50%의 파워로 인가하고 , 배기장치(160)를 이용하여 0.02 Torr의 코팅로(100) 본체(110) 내부의 진공도를 유지하며 약 30분간 작업하는 것이 바람직하다.
그리고 상기와 같이 이온소스장치(300)에 의한 금속재료(500) 표면의 세정 및 스퍼터가 끝나면 이온소스장치(300)의 아르곤가스주입장치(370)의 가스주입량을 줄이고, 코팅로(100)의 본체(110) 상부 일측에 구비된 질소가스주입장치(140)와 암모니아가스주입장치(400)를 이용하여 코팅로(100)의 본체(110) 내부에 질소 또는 암모니아가스를 주입하여 이온질화를 실시하되, 핫필라멘트장치(380)와 기판(120)의 펄스형 음전압을 동일하게 사용하여 짧은 시간 내에 금속재료(500)의 표면에 고르게 질화층을 형성시킨다. 이때 전원이나 진공도는 이온소스장치(300)로 금속재 료(500)의 표면을 세정 및 스퍼터할 때의 조건과 동일하다.
한편, 상기와 같이 금속재료(500)의 표면에 이온질화시 코팅로(100) 내부에 구비된 히터(150)는 상기 코팅로(100) 내부의 온도와 금속재료(500)의 온도를 균일하게 상승시켜 질화층 형성에 필요한 분위기를 조성하여 질화층의 형성과 특성을 최대한 상승시킬 수 있고, 짧은 시간에 질화층을 형성할 수 있어 금속재료(500)의 표면에 장시간 이온질화에 따른 불필요한 화합물층이 형성되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
상기와 같이 금속재료(500)의 표면에 질화층을 형성하는 이온질화 공정이 끝나면 펄스/직류겸용 전원공급장치(200)에서 코팅로(100)의 기판(120)에 공급되는 전원을 직류전원으로 변환하고 이온소스장치(300)의 아르곤가스주입장치(370)를 이용하여 아르곤가스를 다시 주입하여 금속재료(500)의 표면에 형성된 질화층 표면에 가스 플라즈마 봄바드(BOMBARD)를 실시한다.
이때, 상기 코팅로(100) 본체(110) 내부의 진공도는 0.015 Torr, 기판(120) 전압은 600V, 시간은 약20분으로 실시하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기와 같이 금속재료(500)의 표면에 가스 플라즈마 봄바드(BOMBARD)를 실시한 후 기판(120) 전압을 700V로 증가시키고, 박막을 증착시키고자 하는 물질의 타겟(130)을 증발시켜 금속이온을 코팅한다. 이때 코팅로(100)의 질소가스주입장치(140)를 이용하여 코팅로(100)의 본체(110) 내부에 질소가스를 주입하되, 코팅로(100) 본체(110) 내부의 진공도는 0.007 Torr로 유지한다.
상기와 같이 금속이온 코팅이 완료되면 코팅로(100)와 금속재료(500)을 일정 한 시간동안 냉각 후(약 150℃ 이하) 코팅로(100)의 본체(110)에서 인출하면 되는 것이다.
이때, 상기와 같이 금속이온을 코팅한 후 급작스럽게 금속재료(500)을 냉각하기 보단 금속이온을 코팅하면서 코팅로(100) 본체(1100) 내부의 진공도는 0.007 Torr로 유지하고, 단계적으로 기판(120)의 전압을 600V에서 500V, 400V, 300V, 200V, 90V로 점차적으로 내리면서 박막의 형성과 특성이 갑작스런 냉각으로 변형 또는 파손되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
이상에서 기술한 바와 같이 본 고안의 진공증착 코팅장치는 코팅로(100) 상부에 이온소스장치(300)를 구비하여 금속재료(500) 표면의 광택을 유지하면서 표면에 질화층이 형성되도록 이온질화 후 금속재료(500) 표면의 화합물층의 제거와 별도의 금속재료(500) 표면의 세정 등 후가공처리 없이 코팅장치의 코팅로(100)에서 연속적으로 경질박막을 코팅할 수 있는 것이다.
이와 같은 본 고안의 진공증착 코팅장치는 코팅장치의 코팅로 내부에 구비된 기판에 펄스형과 직류의 음전압을 교대로 인가하여 전원을 공급할 수 있는 펄스/직류겸용전원공급장치를 구비하고, 코팅로 상부에 이온소스장치를 구비하여 금속재료 표면의 광택을 유지하면서 표면에 질화층이 형성되도록 이온질화 후 금속재료 표면의 화합물층의 제거와 금속재료 표면의 세정 등 후가공처리 없이 연속적으로 경질박막을 코팅할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 상기 코팅장치에 이온소스장치를 구비하여 이온질화시 이온화율의 향상과 전자의 활성화를 통해 금속재료 표면의 질화층이 균일하게 형성되고, 스퍼터의 시간을 단축하여 금속재료의 표면에 화합물층이 형성되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또 다른 효과로는 상기 이온소스장치를 이용하여 이온화율을 상승시켜 금속재료의 표면을 스퍼터함으로써 경질박막을 코팅하기 전 금속재료 표면의 세정 효과를 극대화시켜 경질박막과 금속재료 표면의 밀착력을 증대시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 본체의 내부가 밀폐되고 본체의 전압이 제로가 되도록 일측이 접지되는 진공증착 코팅로와, 상기 진공증착 코팅로의 내부에 금속재료을 상단부에 고정설치할 수 있고 모터에 의해 회전가능하도록 구비된 기판과, 상기 코팅로의 본체 외측에 플라즈마에 의해 이온을 금속재료의 표면에 입사, 충돌시켜 경질박막을 형성하는 다수의 타겟과, 상기 코팅로의 본체 상부 일측에 코팅로의 본체 내부로 질소가스를 주입하는 질소가스주입장치와, 상기 코팅로의 본체 내부와 금속재료의 온도를 조절할 수 있도록 코팅로의 본체 내측에 구비된 히터와, 상기 코팅로 내부의 공기를 외부로 배기하는 배기장치와, 상기 기판(120)에 이온질화시 펄스형 음전압을 인가하고, 경질박막 코팅시 직류 음전압을 인가하여 펄스형과 직류전원을 교대로 공급할 수 있는 펄스/직류겸용 전원공급장치(200)와, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 상부에 원통형의 몸체(310)가 설치되어 이온질화시 몸체(310) 내부에 공급되는 아르곤가스를 이온화시켜 금속재료의 표면에 입사, 충돌시켜 금속재료의 표면을 세정하는 이온소스장치(300)와, 상기 코팅로(100)의 본체(110) 상부 일측에 이온질화시 본체(110) 내부에서 전자가 활성화되도록 암모니아가스를 본체(110) 내부로 주입하는 암모니아가스 주입장치(400)로 구성된 진공증착 코팅장치에 있어서,
    상기 이온소스장치(300)는 하단부에 내측으로 돌출형성된 고정턱(311) 구비된 원통형의 몸체(310)와,
    중앙에 통공(321)이 형성되어 절연판(322)에 의해 상기 몸체(310)의 고정턱(311)과 절연되어 고정볼트(323)에 의해 몸체(310)의 고정턱(311)에 고정되는 전자 방출원인 음극판(320)과,
    원통형으로 중앙에 하부 외측으로 직경이 넓어지는 유통공(331)이 형성되어 상기 몸체(310)의 고정턱(311) 상부 내측에 중앙에 통공(332a)이 형성된 절연체(332)에 의해 상부와 하부가 몸체(310) 내부 중앙에 고정되는 양극관(330)과,
    상기 양극관(330)의 상부에 원통형의 몸체(341) 내부에 아르곤가스가 유입되는 가스공간부(342)가 형성되고, 상기 몸체(341) 내부의 가스공간부(342) 하부에 다수의 가스분출공(343)이 형성된 가스공급구(340)와,
    원판형으로 상기 양극관(330)과 가스공급구(340) 사이에 전기적으로 절연되어 가스분출공(343)을 통해 분출되는 아르곤가스를 양극관(330)의 유통공(331)으로 골고루 분배되도록 표면에 다수의 분배공(351)이 형성된 가스분배기(350)와,
    상기 가스공급구(340)의 상부 중앙에 몸체(310) 내부에 자기력선이 형성되도록 하는 자석(360)과,
    상기 가스공급구(340)의 가스공간부(342)에 아르곤가스을 주입하는 아르곤가스주입장치(370)와,
    상기 음극판(320)의 양측 하부에 전기적으로 절연되도록 고정된 고정구(381)에 음극판(320)의 통공(321) 중심을 지나도록 열전자가 방출되는 핫필라멘트(382)의 양측단이 고정되어 양극관(330)에서 이온화된 가스의 이온이 음극판(320)의 통공(321)을 통과하고 상기 핫필라멘트(382)를 통과하며 열전자와 충돌하여 속도가 가속되도록 하는 핫필라멘트장치(380)와,
    상기 음극판(320)과 양극관(330)에 음전압과 양전압을 각각 인가하는 전원공급기(390)로 구성된 것을 특징으로 하는 이온질화가 가능한 진공증착 코팅장치.
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CN109852931A (zh) * 2019-01-07 2019-06-07 纳狮新材料(浙江)有限公司 真空镀膜机及复合涂层的镀膜方法

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