친환경 프로세스 방법인 PVD법을 이용하여 Al 중간층 유무에 따른 Zn, Mg 및 Zn-Mg 박막을 제작하였다. 제작된 박막에 대해 재료의 성분, 가스압 변화에 따른 몰포로지, 결정배향성과 내식성, 밀착성과의 특성을 규명하여 이들의 상관관계를 해석하였고, 친환경 코팅박막의 설계지침을 제공하고자 하였다.
본 논문은 이상의 연구 성과를 정리해서 다음과 같이 총 7장으로 구성되 어 있으며, 그 주된 내용은 다음과 같다.
제 1장에서는 서론으로서 연구배경 및 목적 그리고 연구내용 등의 논문 개요에 대해서 서술하였다. 즉, 진공용기내 방출 및 Ar, O2, H2O 등과 같은 누설 유입가스 문제와 DP의 구조적 불안정 역류가스 유입 현상 등에 따른 막의 밀착성과 내식성 문제에 대해 제의 하였다.
제 2장에서는 Zn계 박막의 형성 몰포로지와 결정배향성에 대한 기초 이론이 되 는 흡착 인히비션 모델의 잔류가스, 기판의 결정방위, 표면에너지, 흡착 인히비션 효 과, 결정배향성 등의 변화에 대해서 기술하였다. 또한, 다양한 밀착성 평가 방법 중 스크래치 테스트법에 대한 기초이론과 중간층 유무에 따른 밀착특성 해석의 중요성 에 대해 기술하였다.
제 3장에서는 진공증착법에 의해 제작된 Zn-Mg 박막의 제작방법, 잔류가 스인 O2의 존재유무에 의한 밀착특성, Al 중간층을 삽입하여 제작한 Zn-Mg 박막의 결정배향성, 몰포로지, 밀착성, 내식성 등에 미치는 영향을 분석하였 다. 즉, O2유무에 따라 변화하는 Zn-Mg 박막의 구조가 밀착특성에 미치는 영향을 해석하였다.
제 4장에서는 밀착성 향상을 위해 Al 중간층을 삽입하여 Zn-Mg 박막을 제작하여 기판과 Al 중간층의 밀착성을 분석하였다. 중간층인 Al은 기판의
산화막층과 반응하여 Al2O로 비산증발하게 되어 강한 금속간 결합이 형성되 는 것으로 나타났고, 이러한 밀착력이 내식성에 미치는 상관관계를 규명해 보 았다.
제 5장에서는 DC 스퍼터링법으로 중간층 유무에 따른 Zn, Mg 박막을 제 작하고, 가스압과 Mg함량 변화에 따라 변화하는 기하학적 몰포로지와 결정 구조학적 결정배향성과의 관계를 규명하여 막형성 관계를 해석하였고, 밀착 성과 내식특성을 평가하여 이들의 상관관계를 규명하고, Al 중간층 유무에 따른 Zn, Mg 박막의 물성 특성 관계를 밝히고자 하였다.
제 6장에서는 Al 중간층 유무에 따른 Zn-Mg 박막의 형성 메카니즘과 밀 착특성에 미치는 영향을 분석 및 고찰해 보았다. 또한, 밀착성과 내식성에 미치는 성분과 구조관계를 해석하고 정립하는데 있어서 가스압 변화와 Mg 함량의 변화가 미치는 영향도 분석하였고, HRTEM에 의한 격자의 회절패턴 을 분석하여 이들의 상관관계를 종합적으로 정립해 보았다.
제 7장에서는 진공증착법, DC스퍼터링법에 의해 강기판상에 제작된 Zn, Mg, Zn-Mg 및 Al+(Zn-Mg) 박막을 종합적으로 분석하여 이들의 형성관계 를 해석하고, 내식특성과 밀착특성을 평가하여 고밀착성, 고내식성의 재료 개발 및 코팅재료 설계에 대한 기본적인 지침을 제시하고자 하였다.
이상과 같은 연구 내용에 대한 구성 흐름도는 Fig. 1.2에 나타내어 보았 다.
Fig. 1.2 Flow chart of the investigation
〈참고 문헌〉
(1) Jun Katoh , Jnnji Kawafuku, "Corrosion Resistance of Vapor-Deposited Zinc Alloy Coated Steel Sheets", Current Japanse Materials Research, vol.16, pp.125-144, 1996
(2) S.Nomura, Kobe steel engineering reports, p.3, 1989 (3) S.Suzuki, et al., CAMP-ISIJ, No.4, p.1601, 1991 (4) F.Yamazaki, et al., CAMP-ISIJ, No.4, p.1603, 1991
(5) 李明勳, 長谷川恭孝, 沖猛雄, 日本金屬學會, vol.57 pp.686-687, 1993 (6) M.H.Lee, "Advanced Surface Coating Techniques using Plasma",
Journal of the Korean Society of Marine Engineers, Vol.24, pp.393-404, 2000
(7) K.K.Kim, M.H.Lee, K.M.Moon, "An Electrochemical Study on the Effect Affecting to Corrosion Behavaior of Reinforced steel in Simulated Porous Solution by Adding Salt and Inhibitors", Journal of
the Corrosion Science Society of Korea, Vol.29, No.4, pp.223-231, 2000 (8) M.H.Lee, I.Y.Bae, K.J.Kim, K.M.Moon, T.Oki, “Formation mechanism
of new corrosion resistance magnesium thin films by PVD method”, Surface and Coating Technology, Vol.169-170, pp.670-674, 2003
(9) M.H.Lee, Y.S.Yun, K.J.Kim, K.M.Moon, I.Y.Bae, “Magnesium Thin Films Possessing New Corrosion Resistance by RF Magnetron Sputtering Method”, Corrosion Science and Technology, Vol.3, No.4, pp.148-153, 2004
(10) M.H.Lee, J.D.Kim, I.Y.Bae, “Corrosion Monitoring Characteristics of Plasma RF Sputtered Mg Thin Films under Cyclic Wet-Dry Cyclic Conditions”, Materials Science, Vol.580-582, pp.499-502, 2008
(11) Y.W.Kim, I.Y.Bae, M.H.Lee, “Effect of Heat Treatment on Corrosion Resistance of Zn-Mg Alloy Thin Films”, Journal of the
Korean Institute of Surface Engineering, spring meeting, pp.227, 2009
제 2 장 막형성과 밀착성에 대한 이론적 배경