선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 Zn-Mg 박막의 치밀도를 향상을 위해 Zn와 Mg의 낮은 융점을 고려하여 기판의 온도상승을 억제시키고자 하였으며, 이를 위하여 Mg 조성과 총 증착 시간을 일정하게 유지하면서 증착 횟수를 변경하여 다양한 Zn-Mg 박막을 증착하였다. 각 Zn-Mg 박막의 증착 시간 및 횟수는 표 1에 나타내었으며, 각 조건의 기판 온도변화를 그림 1에나타내었다.
가설 설정
- 상태도에 따라 3 wt.%Mg 함량을 갖는 Zn-Mg의 녹는점(Tm)을 426oC로 가정하여 [17] 계산한 T/Tm 결과를 표1에 나타내었다. 단층으로 증착한 박막은 기판 온도가 최대 200oC에 이르며 이에 따른 T/Tm은 0.
제안 방법
- Zn-Mg 박막 합성 전 기판과 타겟 사이의 거리는 100 mm로 고정하였고, 챔버 내부 압력은 로터리 펌프와 터보 펌프를 이용하여 5.2 × 10-5 Pa까지 배기후 베이킹 및 프리 스퍼터링 과정을 통한 챔버 내 수분 제거와 타겟 표면 불순물 제거를 실시하였다.
- 이에 본 연구에서는 우수한 밀착성 및 성형성을 보이는 Zn-3wt.%Mg 박막의 내식성을 향상시키기 위해 박막의 미세구조를 제어하였다. 일반적으로 박막의 내식성은 박막 내부의 공공 밀도 및 크기에 영향을 받으며, 공공의 수가 적을수록 부식 환경에 대한 장벽 효과를 효과적으로 발휘하여 내식성이 향상 된다 [15].
- 일반적으로 박막의 내식성은 박막 내부의 공공 밀도 및 크기에 영향을 받으며, 공공의 수가 적을수록 부식 환경에 대한 장벽 효과를 효과적으로 발휘하여 내식성이 향상 된다 [15]. 따라서, Zn-Mg 박막 내의 공공 생성을 억제하고 미세구조를 치밀하게 형성하기 위해 공정 중 증착 횟수 제어를 통해 기판 온도를 조절하여 연구를 진행하였다.
- 4 mm) 이며, 열처리와 연마 과정 없이 표면 세정 후 사용하였다. 냉연강판의 전처리 공정으로써, Zn-Mg 박막 증착 전 냉연 강판은 에탄올(99.9 %)에서 30분간 초음파세척을 진행하였으며, 진공 챔버 내에서 플라즈마에칭 공정을 통해 표면의 불순물 및 산화막을 제거하였다.
- 증착된 박막의 표면 및 단면의 미세구조 분석은 Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM)을 사용하여 분석하였으며, 화학 조성은 EDS 분석을 통해 도출하였다. Zn-Mg 박막의 치밀도의 경우 이온밀링을 통해 연마된 박막의 단면 FE-SEM 이미지 분석을 통해 도출하였다.
- 증착된 박막의 표면 및 단면의 미세구조 분석은 Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM)을 사용하여 분석하였으며, 화학 조성은 EDS 분석을 통해 도출하였다. Zn-Mg 박막의 치밀도의 경우 이온밀링을 통해 연마된 박막의 단면 FE-SEM 이미지 분석을 통해 도출하였다. 치밀도 분석 시 표면 조도의 영향을 배제하기 위하여 박막 하단으로부터 전체 두께의 90 %를 치밀도 분석 영역으로 설정하였으며, 박막의 단면적 대비 기공의 면적의 계산을 통해 치밀도를 분석하였다.
- Zn-Mg 박막의 치밀도의 경우 이온밀링을 통해 연마된 박막의 단면 FE-SEM 이미지 분석을 통해 도출하였다. 치밀도 분석 시 표면 조도의 영향을 배제하기 위하여 박막 하단으로부터 전체 두께의 90 %를 치밀도 분석 영역으로 설정하였으며, 박막의 단면적 대비 기공의 면적의 계산을 통해 치밀도를 분석하였다.
- Zn-Mg 박막의 내식성을 측정하기 위해서 염수분무시험(Salt spray test, SST)을 진행하였다. 염수분무시험 조건은 ASTM B117에 따라 염수의 온도는 35oC, 염수의 농도는 5%로 실시하여 Zn-Mg 박막의 적청이 억제되는 시간을 측정하였다.
- Zn-Mg 박막의 내식성을 측정하기 위해서 염수분무시험(Salt spray test, SST)을 진행하였다. 염수분무시험 조건은 ASTM B117에 따라 염수의 온도는 35oC, 염수의 농도는 5%로 실시하여 Zn-Mg 박막의 적청이 억제되는 시간을 측정하였다. Zn-Mg 박막의 밀착성을 평가하기 위해서는 0-T bending test를 진행하였다.
- Zn-Mg 박막의 밀착성을 평가하기 위해서는 0-T bending test를 진행하였다. 시편에 밀착성 평가용 테이프 (3M,model 600)를 시편에 부착 후, 0o 까지 굽힌 후에 탈착하여 박막의 박리되는 정도를 비교평가 하였다.
- 비대칭 마그네트론 스퍼터링 공정을 활용하여 ZnMg 박막의 증착을 실시하였으며, 동일한 총 공정시간 동안 증착 횟수를 제어함으로써 그림 1과 같이 기판의 온도가 제어되었다. 단층으로 Zn-Mg 박막을 증착할 경우 약 200oC까지 기판 온도가 상승하였으나, 다층으로 Zn-Mg 박막을 증착할 경우 최대 기판 온도는 감소하여, 3층일 경우 160oC, 7층일 경우 120oC, 10층일 경우 80oC로 Zn-Mg 박막증착 시 증착 층수에 따라 최대 온도는 감소하는 경향을 나타내었다.
- 다양한 층수로 증착된 Zn-Mg 박막의 내식성을 평가하기 위해 염수분무시험 (Salt spray test, SST)을 실시하였으며, 그 결과를 그림 5에 나타내었다. 상용 아연도금강판의 경우 동일한 내식성 평가를 진행하였을 때 약 30시간동안 적청이 억제된다고 보고된 바 있으며 [18], 본 연구의 Zn-Mg 박막의 경우 상용 아연도금 대비 최소 2배 이상 우수한 내식성을 보였다.
- 본 연구에서는 비대칭 마그네트론 스퍼터링을 활용하여 3 wt.%의 Mg이 함유된 Zn-Mg 박막의 치밀도를 향상시키고자 기판 온도 제어를 실시하였다. 기판 온도 제어를 위해 Zn-Mg 박막의 층수를 단층, 3층, 7층, 10층으로 제어하였으며 이를 통해 복사열 및 잠열에 의한 온도상승을 억제하였다.
- %의 Mg이 함유된 Zn-Mg 박막의 치밀도를 향상시키고자 기판 온도 제어를 실시하였다. 기판 온도 제어를 위해 Zn-Mg 박막의 층수를 단층, 3층, 7층, 10층으로 제어하였으며 이를 통해 복사열 및 잠열에 의한 온도상승을 억제하였다. 이에 따라 공정 기판 온도를 최대 200℃에서 80℃로 감소시켰으며, 기판 온도 제어에 따른 박막의 치밀도는 향상되었다.
대상 데이터
- 사용된 냉연 강판은 POSCO에서 제작된 CSP3 강판 (화학 조성(wt.%) = C<0.08, Mn<0.45, Si<0.04, P<0.03,S<0.03, Fe remainder, thickness = 0.4 mm) 이며, 열처리와 연마 과정 없이 표면 세정 후 사용하였다.
- Zn-Mg 박막은 마그네트론 스퍼터링 공정을 활용하여 냉연강판 위에 증착하였다. 사용된 냉연 강판은 POSCO에서 제작된 CSP3 강판 (화학 조성(wt.
이론/모형
- 염수분무시험 조건은 ASTM B117에 따라 염수의 온도는 35oC, 염수의 농도는 5%로 실시하여 Zn-Mg 박막의 적청이 억제되는 시간을 측정하였다. Zn-Mg 박막의 밀착성을 평가하기 위해서는 0-T bending test를 진행하였다. 시편에 밀착성 평가용 테이프 (3M,model 600)를 시편에 부착 후, 0o 까지 굽힌 후에 탈착하여 박막의 박리되는 정도를 비교평가 하였다.
성능/효과
- 비대칭 마그네트론 스퍼터링 공정을 활용하여 ZnMg 박막의 증착을 실시하였으며, 동일한 총 공정시간 동안 증착 횟수를 제어함으로써 그림 1과 같이 기판의 온도가 제어되었다. 단층으로 Zn-Mg 박막을 증착할 경우 약 200oC까지 기판 온도가 상승하였으나, 다층으로 Zn-Mg 박막을 증착할 경우 최대 기판 온도는 감소하여, 3층일 경우 160oC, 7층일 경우 120oC, 10층일 경우 80oC로 Zn-Mg 박막증착 시 증착 층수에 따라 최대 온도는 감소하는 경향을 나타내었다. 증착된 Zn-Mg 박막의 화학 조성을 표 1에 나타내었으며, 모든 박막의 Mg 조성은 약 3 wt.
- %로 유사하였다. 이러한 결과는 스퍼터링 공정을 활용한 Zn-Mg 박막의 증착 시 시간에 따른 조성의 변화 없이 일정하게 박막의 증착이 이루어진다는 것을 보여준다. 그림 2에 나타낸 XRD 결과 또한 모든 박막에서 큰 변화 없이 유사한 세기의 Zn 피크가 확인되었으며, 본 연구에서 증착된 Zn-Mg 박막의 경우 상대적으로 낮은 Mg 함량으로 인해 Mg가 Zn 기지 내에 고용되어 고용체로 존재하는 것으로 XRD 결과 확인되었다.
- 이러한 결과는 스퍼터링 공정을 활용한 Zn-Mg 박막의 증착 시 시간에 따른 조성의 변화 없이 일정하게 박막의 증착이 이루어진다는 것을 보여준다. 그림 2에 나타낸 XRD 결과 또한 모든 박막에서 큰 변화 없이 유사한 세기의 Zn 피크가 확인되었으며, 본 연구에서 증착된 Zn-Mg 박막의 경우 상대적으로 낮은 Mg 함량으로 인해 Mg가 Zn 기지 내에 고용되어 고용체로 존재하는 것으로 XRD 결과 확인되었다.
- 그림 4의 단면 사진에서도 확인할 수 있듯이, Zn-Mg 단층 박막은 비교적 크기가 큰 공공이 박막 내부에 존재하여 외부환경과 기판 사이의 통로로 작용하기 때문에 염수 분위기에서 부식 환경에 강판이 노출되기 쉬우므로 약 60시간에서 적청이 발생하였다. 그러나 Zn-Mg 박막의 층수 제어를 통해 박막의 치밀도가 상승될수록 염수분무시험 중 강판의 보호 효과는 증가하며, 그 결과 10층으로 증착한 Zn-Mg 박막의 경우 최대 288시간까지 적청 억제 시간이 증가되었다.
- 0-T bending test는 강재에 증착된 박막의 밀착성 및 성형성을 평가하는 방법이며, 테이프를 붙인 강판을 굽힌 후 테이프를 떼어내어 박리된 박막의 폭을 비교하여 밀착성을 분석하는 방식이다. 0-T bending test 결과, 모든 Zn-Mg 박막의 박리 폭은 큰 차이 없이 약 0.5~0.7 mm의 작은 값을 보였다. 본 연구와 동일한 0-T bending test를 활용하여 Zn-Mg 박막의 밀착성을 평가한 선행연구 결과에 따르면, 12 wt.
- 하지만 본 연구에서 모든 Zn-Mg 박막의 Mg 함량은 표 1에 나타낸 바와 같이 약 3 wt.%로 낮은 Mg을 함유하고 있으므로, 모든 박막이 높은 연신율을 보유할 것으로 판단되며, 0-Tbending test 결과에서도 모든 박막에서 우수한 밀착성을 나타내었다.
- 기판 온도 제어를 위해 Zn-Mg 박막의 층수를 단층, 3층, 7층, 10층으로 제어하였으며 이를 통해 복사열 및 잠열에 의한 온도상승을 억제하였다. 이에 따라 공정 기판 온도를 최대 200℃에서 80℃로 감소시켰으며, 기판 온도 제어에 따른 박막의 치밀도는 향상되었다. Zn-Mg 박막의 층수가 증가함에 따라 치밀도는 점차 증가하여 10층 박막에서 최대 95.
- 이에 따라 공정 기판 온도를 최대 200℃에서 80℃로 감소시켰으며, 기판 온도 제어에 따른 박막의 치밀도는 향상되었다. Zn-Mg 박막의 층수가 증가함에 따라 치밀도는 점차 증가하여 10층 박막에서 최대 95.8 %를 보였으며, 치밀도 증가로 인해 Zn-Mg 박막의 부식에 대한 장벽 효과는 향상되어 SST 시험 시 적청 억제 시간이 60시간에서 228시간으로 3배 이상 증가하였다. 0-T bending test를 통한 밀착성 평가에서는 모든 박막이 동일한 조성을 나타내기 때문에 박막간에 큰 차이는 없었다.
- 0-T bending test를 통한 밀착성 평가에서는 모든 박막이 동일한 조성을 나타내기 때문에 박막간에 큰 차이는 없었다. 따라서 온도 제어를 통한 미세구조의 치밀화를 통하여 밀착성의 감소 없이 내식성이 향상된 우수한 Zn-Mg 박막을 증착할 수 있었다.
- FE-SEM 단면 이미지 분석을 통해 치밀도를 분석하기 위해 그림 4에 나타낸 바와 같이 단면적과 기공의 비율을 계산하였으며, 그 결과를 그림 4에 나타내었다. 단층으로 증착한 Zn-Mg 박막의 치밀도는 76.1 %로 계산되었으며, 박막의 층수가 증가할수록 치밀도는 점차 증가하여 10층으로 증착한 ZnMg 박막은 95.8 %로 가장 높은 치밀도를 나타내었다. 따라서 박막의 층수 제어를 통해 기판의 증착 온도가 제어되었으며, 이에 따라 동일 조성 Zn-Mg 박막의 치밀도를 향상시킬 수 있었다.
- 8 %로 가장 높은 치밀도를 나타내었다. 따라서 박막의 층수 제어를 통해 기판의 증착 온도가 제어되었으며, 이에 따라 동일 조성 Zn-Mg 박막의 치밀도를 향상시킬 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.