[논문]빗각으로 코팅한 Al 및 Al-Si 박막의 특성 평가

송민아; 양지훈; 정재훈; 김성환; 정재인

빗각으로 코팅한 Al 및 Al-Si 박막의 특성 평가
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송민아 (포항산업과학연구원 융합소재연구본부) , 양지훈 (포항산업과학연구원 융합소재연구본부) , 정재훈 (포항산업과학연구원 융합소재연구본부) , 김성환 (포항산업과학연구원 융합소재연구본부) , 정재인 (포항산업과학연구원 융합소재연구본부)

Al과 Al합금은 경량금속으로 가공성과 내식성이 우수하여 철강제품의 부식방지, 고효율 반사체 등의 산업 분야에 널리 이용된다. 본 연구에서는 Al과 Al-3wt%Si, Al-10wt%Si의 Al 합금을 마그네트론 스퍼터링으로 코팅하였고 외부 자기장 변화와 빗각 증착에 따른 반사율과 조직 변화 등의 물성을 비교 분석하였다.

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문제 정의

특히 Al에 Si을 소량 첨가하게 되면 내식성과 반사율이 향상되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 순수한 Al 박막과 Si 함량이 3, 10wt%인 Al 합금 박막을 마그네트론 스퍼터링을 이용해 코팅하였고 외부자기장과 빗각의 효과가 박막의 조직과 특성에 미치는 영향을 알아보았다.

제안 방법

박막의 조직을 관찰하기 위해 전자 현미경 (SEM)을 사용하였으며 내부식성 평가를 위해 SST를 실시하였고 코팅층의 치밀도 확인을 위해 Ferroxyl Test를 실시하여 철과 Ferroxyl 용액이 반응하여 생기는 파란 반점으로 기공도를 평가하였다. 또한 코팅층의 내열성 평가를 위해 450도, 500도에서 각각 4시간, 8시간 열처리하여 시편 표면의 색상 변화를 관찰하였다. Si 함량이 증가할수록 조직이 치밀해지고 내식성이 향상되었다.
마그네트론 스퍼터링을 이용하여 순수한 Al 박막과 Al-3wt%Si, Al-10wt%Si 박막을 코팅하였다. Si의 함량이 높아질수록 반사율과 내식성이 높아졌다.
빗각 0, 30, 45, 60, 90도에서 다층으로 코팅하였으며, 외부자기장 1, 3, 5 A로 역방향과 순방향에 따라 실험을 실시하였다. 박막의 조직을 관찰하기 위해 전자 현미경 (SEM)을 사용하였으며 내부식성 평가를 위해 SST를 실시하였고 코팅층의 치밀도 확인을 위해 Ferroxyl Test를 실시하여 철과 Ferroxyl 용액이 반응하여 생기는 파란 반점으로 기공도를 평가하였다. 또한 코팅층의 내열성 평가를 위해 450도, 500도에서 각각 4시간, 8시간 열처리하여 시편 표면의 색상 변화를 관찰하였다.
본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링으로 Al, Al-Si 박막을 코팅하였다. 시편은 Si wafer를 사용하였으며 알코올과 아세톤으로 각각 10분간 초음파 세척한 후 진공장비에 장착하여 Ar 분위기에서 glow discharge로 in-situ cleaning을 약 30분간 실시하였다.
기판-타겟의 거리는 12 cm로 고정 하였다. 빗각 0, 30, 45, 60, 90도에서 다층으로 코팅하였으며, 외부자기장 1, 3, 5 A로 역방향과 순방향에 따라 실험을 실시하였다. 박막의 조직을 관찰하기 위해 전자 현미경 (SEM)을 사용하였으며 내부식성 평가를 위해 SST를 실시하였고 코팅층의 치밀도 확인을 위해 Ferroxyl Test를 실시하여 철과 Ferroxyl 용액이 반응하여 생기는 파란 반점으로 기공도를 평가하였다.
본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링으로 Al, Al-Si 박막을 코팅하였다. 시편은 Si wafer를 사용하였으며 알코올과 아세톤으로 각각 10분간 초음파 세척한 후 진공장비에 장착하여 Ar 분위기에서 glow discharge로 in-situ cleaning을 약 30분간 실시하였다. 시편청정이 끝나면 ~10^-6 Torr 까지 진공배기를 실시하고 Ar 가스를 주입하여 2.
시편은 Si wafer를 사용하였으며 알코올과 아세톤으로 각각 10분간 초음파 세척한 후 진공장비에 장착하여 Ar 분위기에서 glow discharge로 in-situ cleaning을 약 30분간 실시하였다. 시편청정이 끝나면 ~10^-6 Torr 까지 진공배기를 실시하고 Ar 가스를 주입하여 2.5 mTorr로 진공도를 유지하여 스퍼터링으로 박막 코팅을 실시하였다. 기판-타겟의 거리는 12 cm로 고정 하였다.

성능/효과

빗각의 경우 30°에서 코팅한 Al-10wt%Si의 박막이 우수한 반사율을 보였으며 SST 결과 216시간이 경과한 후에 적청이 발생하는 우수한 내식성을 보였다.

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