초록 ▼

1. 최종목표
◦PEO용 고성능 High-voltage bipolar plasma generator 개발
◦one-step 마이크로 플라즈마 전해산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)공법에 의해 나노입자가 혼입된 고성능 알루미늄 복합산화물 코팅용 친환경 전해액 개발
◦나노입자가 혼입된 고성능 알루미늄 복합 산화물 코팅용 친환경 one-step 마이크로 플라즈마 전해산화 코팅기술 개발
◦반도체 생산라인용 고신뢰성 세라믹 부품코팅 및 시제품 제작을 통한 산업화 기술 구축
2. 개

1. 최종목표
◦PEO용 고성능 High-voltage bipolar plasma generator 개발
◦one-step 마이크로 플라즈마 전해산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)공법에 의해 나노입자가 혼입된 고성능 알루미늄 복합산화물 코팅용 친환경 전해액 개발
◦나노입자가 혼입된 고성능 알루미늄 복합 산화물 코팅용 친환경 one-step 마이크로 플라즈마 전해산화 코팅기술 개발
◦반도체 생산라인용 고신뢰성 세라믹 부품코팅 및 시제품 제작을 통한 산업화 기술 구축
2. 개발내용 및 결과
◦PEO 코팅성장 이론 및 PEO 코팅 형성 메카니즘 이론적 고찰 및 규명
- PEO 코팅의 형태와 조성
- PEO 코팅의 전류모드 영향
- PEO 코팅공정에서의 화학반응
- PEO 코팅의 방전현상
- PEO 코팅의 산화피막의 파괴
- PEO 코팅의 공정시기 연구
- PEO 코팅 성장 메카니즘 연구
- PEO 성장속도 메카니즘 연구
- PEO 코팅 공정에 미치는 제반 공정변수 연구
◦알루미늄합금 코팅용 연구용급 one-step PEO 코팅 시스템 개량 제작
- 입력 전원 : 3상 380V
- 최대 출력 전압 : ± 550V
- 최대 허용 전류 : 75 Ampere
- Electrolytic bath capacity : Max. 70 ℓ
- Plasma Generator : Bipolar Pulsed AC type
- 출력 파형 : DC, DC+pulse, single type DC pulse, Bipolar Pulsed AC type의 waveforms를 모두 구현 가능
- 정전압 및 정전류 선택 모드
- 사용자 편의 컴퓨터 기반 실시간 electric regimes 제어용 소프트웨어
◦고 품질 복합 산화피막 형성용 환경친화형 one-step PEO 코팅 전해액 개발
1) 계면활성제 기반의 환경 친화형 one-step PEO 코팅 전해액 구성 성분 및 첨가량
- NaOH 2 g/ℓ(0.05 M)
- TiO₂ (유전상수가 ~ 100 으로 매우 높음) 나노입자 : 50 g (크기 0.5㎛ 이하)
- Sodium Dodecyl Sulfate 2.88 g/ℓ(0.01 M)
(전해액 ㏗: 11 - 12, 온도 : 25 ℃)
2) 등전점 기반의 환경 친화형 one-step PEO 코팅 전해액 구성성분 및 첨가량
- NaOH 4 g/ℓ(0.1 M)
- TiO₂(유전상수가 ~100 으로 매우 높음) 나노입자 : 50 g (크기 0.5㎛ 이하)
(전해액 ㏗: 10 - 12, 온도 : 25 ℃)
◦one-step PEO법에 의한 환경 친화적, 고 신뢰성 산화피막 코팅공정 기술개발 개발
- 알루미늄합금의 PEO 코팅 위한 최적 인가전압 : 250 ~ 450 V
- 알루미늄합금의 PEO 코팅 위한 최적 전류밀도 : 4~8A/dm²
- 알루미늄합금의 PEO 코팅 위한 최적 공정시간 : 30~40 분
- 알루미늄합금의 PEO 코팅 위한 최적 전해액 온도 : 20 ~ 25℃
◦one-step PEO 코팅 보호피막 처리된 알루미늄합금 코팅샘플에 대한 정량적 평가항목의 품질분석
- 전체 코팅두께 : average 122 ㎛
- ETL(External Technological Layer) 코팅두께 : average 8.69 ㎛
- 표면조도 : 1.173 Ra(㎛)
- 피막층 경도 : 2,021 Hv
- Na or K 혼입농도 : 표면 Na 2.16 at.%, 표면 K 2.50 at.%/ 단면 Na 2.21 at.%, 단면 K 2.43 at%
- 내열성 : 500 ℃ 30분 방치 후 이상 없음
- 내전압 : DC 3 kV 절연파괴 발생 안됨
- 유전상수 : 13.20
- 산화막 접합강도 : 300mN에서 박리발생 안됨
- 내식성 : 이상없음 (1,000시간 염수분무시험)
3. 사업성과
◦기술적 성과
- 본 사업에 의한 기술개발의 정량적 평가항목에 대한 공인시험기관의 피 코팅물에 대한 품질분석 결과 모든 평가항목에 대하여 우수한 제반물성을 갖는 것이 확인되어 본 사업에 의하여 개발된 정전척(Electro Static Chuck, ESC)의 재생 및 교체주기는 종래 양극산화 코팅공정의 3~ 6개월 및 6~12개월 대비 6~ 12개월 및 1~3년으로 증가될 것으로 기대
- 본 사업의 성공적인 수행에 의해 차세대 환경 친화적인 표면처리 시스템 및 공정기술에 대한 원천 핵심기술 확보 및 기술종국 탈피
- 물리적, 화학적 및 전기적 제반 특성이 우수한 차세대 보호피막 형성 원천기술을 확보함으로써 향후 활성이 강한 비철경금속의 보호피막 및 기능성 복합 세라믹코팅 등의 진보된 표면처리를 위한 기술기반 구축
- 종래 아노다이징법을 대체하는 새로운 친환경 표면처리기술의 확립을 통한 국가 기술경쟁력 확보
◦경제적 성과
- 정전척(Electro Static Chuck, ESC)의 재생 및 교체주기 증가에 따른 고가의 소모성 부품 구입비용 감소에 따른 반도체 제조업체 및 장비업체의 원가절감이 기대
- 본 사업에 의해 개발된 높은 성장속도를 갖는 코팅기술의 공정특성 상 기존기술 대비 매우 경제적으로 고성능의 코팅제품을 생산할 수 있어서 공급단가는 기존 제품대비 30~40% 수준이 예상되어, 가격 경쟁력이 매우 높을 것으로 기대
- 또한, 재생 및 교체수명의 연장에 따른 공정안정화에 의해 공정효율 및 생산수율의 향상이 기대
◦사회적 성과(일자리 창출 등)
- 기존 양극산화(anodizing) 코팅기술을 전면 대체할 수 있는 차세대 친환경 표면처리 기술의 선점에 의해 기존 코팅공정 및 전처리 공정에서 발생하는 황산등 여러 환경오염 물질들을 80~95 % 이상 획기적으로 줄임 수 있을 것으로 기대
4. 기술개발결과 활용계획
참여기업은 향후 개발제품의 우수성과 차별성을 적극적으로 홍보, 공격적인 판매 전략을 수립하여 본 사업의 개발기술을 사업화 할 계획이다. 개발 종료 이후에도 참여기업은 주관기관 및 해외공동연구기관과의 유기적 협력관계를 전략적으로 유지하여, 향후 사업화 단계에서 발생할 수 있는 애로 기술을 해결하며, 또한 지속적으로 사업화 기술을 향상, 발전시켜 나갈 계획이다.
본 사업에서 개발된 코팅기술은 활성이 강한 비철경합금 전반에 대한 코팅기술에의 적용뿐만 아니라, 각종 산업용 금속간 화합물 및 금속기지의 복합물 등의 코팅 기술에의 활용이 크게 기대되어 진다. 즉, 개발된 코팅기술의 주요 활용 및 적용 분야는 이 공법에 의하여 코팅된 Al, Ti, Mg 및 그 합금과 같은 비철경금속에 의하여 중금속 합금이나 항공기와 자동차 산업에서 요구되는 더욱 값 비싼 복합재료를 대체할 수 있다는 것이다. 주요한 응용분야는 화학, 기계, 열, 전기 및 전자분야, 레저산업에서도 존재한다.
5. 기술개발자료의 보안관리
◦보안등급 분류기준에 따른 등급부여 및 관련 의견 기술
◦연구개발의 기술임치 및 특허 출원등록 실적
- 특허출원실적:
① 출원명 및 번호(출원일자) : 세라믹 분말을 포함하는 금속 표면 처리용 조성물 및 이를 이용한 금속 표면 처리방법(10-2013-0046741)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 개 발 결 과 의 견 서 ... 2
• 최 종 보 고 요 약 서 ... 4
• 목 차 ... 8
• 제 1 장 서론 ... 9
• 제 1 절 개발대상기술(또는 제품)의 개요 ... 9
• 제 2 절 기술(또는 제품)개발의 필요성 및 중요성 ... 12
• 제 3 절 국제협력의 필요성 ... 16
• 제 4 절 국내 • 외 관련 기술의 현황 ... 17
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법 ... 34
• 제 1 절 기술개발 내용 ... 34
• 제 2 절 국내 주관기관 및 참여기업 수행실적 ... 44
• 제 3 절 해외공동연구기관 연구개발 내용 ... 47
• 제 4 절 사업계획 대비 추진실적 (목표달성 정도) ... 73
• 제 5 절 기술개발 결과 ... 75
• 제 6 절 기술개발의 내용에 대한 보호대책 수행실적 결과 ... 127
• 제 3 장 사업성과 ... 130
• 제 1 절 기술적 성과 ... 130
• 제 2 절 경제적 성과 ... 130
• 제 3 절 사회적 성과 ... 131
• 제 4 장 결론 ... 131
• 제 1 절 성과 활용 ... 131
• 제 2 절 향후 사업화 추진 계획 ... 136
• 제 3 절 참여기업 매출 계획 ... 138
• 부 록 ... 138
• 끝페이지 ... 139