저작자표시

이에 따라, 실험실 규모의 건식공정을 이용하여 위와 같이 강철 기재에 높은 내식성을 갖는 다양한 Zn계 합금막에 대한 연구가 보고되고 있다. 또한, 확산펌프(DP)의 구조적 불안정성으로 인해 역기체 유입 등 접착성 및 내식성 문제가 발생하여 실용화에 어려움을 겪고 있다.

Fig. 1.1 An example of a continuous vapour deposition apparatus

연구 내용

Zn-Mg 합금의 성막 및 박막 구조 변화의 원인과 이들 구조와 접착성, 내식성 등의 물리적 특성과의 관계를 분석, 확인함으로써 응용 설계에 대한 기본 지침을 제공합니다. 강재 기재용 고내성 식용 코팅막 제조의 실제 공정에 대해 소개하고자 합니다. 또한, 구조성분의 분석 및 확립에 있어서 가스압력과 Mg 함량의 변화에 따른 영향을 분석하고, 접착력과 내식성에 대한 관계를 분석하였으며, HRTEM에 의한 격자 회절 패턴을 분석하여 상관관계를 종합적으로 확립하였다.

Fig. 1.2 Flow chart of the investigation

PVD법에 의해 제작된 금속박막의 형성 구조

금속박막의 자유에너지

금속박막의 몰포로지와 결정배향성

PVD 방법에 의한 박막의 결정 성장은 기판 표면의 초기 핵 생성부터 시작됩니다. 또한, 퇴적물 원자가 성막 표면까지 확산되기 어려운 상황(원자의 이동도가 낮은 경우)에서는 결정면에 따른 성장 속도의 차이가 작아집니다.

흡착인히비터 모델

따라서 증착 물질은 표면 에너지가 낮은 표면에 우선적으로 흡착되고 이 표면에서 핵이 성장합니다. 즉, 흡착가스 Ar은 표면에너지가 높은 표면에 우선적으로 흡착되어 결정성장을 저해한다.

Fig. 2.1 Model of crystal growth of Zn-Mg thin film under non-adsorption(high vacuum)

피막의 밀착성

각종 밀착성 평가법

글루를 이용하여 계면에 힘을 가하는 방법은 다음과 같다. 3)과 같이 표면을 압축하여 계면에 큰 힘을 가하면 필름에서 기판까지 소성변형이 일어난다.

밀착성 평가의 문제점

이는 금속간 화합물의 양이 증가하고 (002)면이 상대적으로 방향성이 높아져 면적이 증가했기 때문인 것으로 판단된다. 3) 스크래치 테스트를 통한 접착특성 평가 결과, Zn-Mg박막의 접착력은 Mg 함량이 증가할수록 좋은 결과를 보였다. 각각의 조건으로 제조된 (Zn-Mg)/Al 박막은 기판으로 사용된 SPCC와 증착된 금속인 Mg, Zn, Al에 비해 우수한 내식성을 나타내어 향상된 내식성을 나타냄을 알 수 있다.

Fig. 2.4 Relation of normal road and friction force by scratch test method

서로 다른 방법에 의한 밀착성 평가결과의 연관성

서론

또한 표면에너지의 차이에 따라 결정핵의 성장속도가 달라진다. 따라서 표면에너지가 낮은 표면의 성장속도는 느려지고, 표면에너지가 높은 표면의 성장속도는 빨라진다.

실험 방법

진공증착법의 실험장치
실험재료
Zn-Mg 박막의 제작방법
Zn-Mg 박막의 특성 분석 및 평가

열전자총 대신 전계방출(FE) 전자총을 탑재한 FE-SEM은 1.5nm 이하의 고해상도로 고화질 영상을 획득할 수 있다. a) SEM 측정 책임자 (b) SEM 장치. 자연전위 실험과 양극 분극 실험을 이용하여 전기화학적 실험을 수행하였다. a) 스크래치 테스트 장치의 주요 장치 (b) 스크래치 테스트 장치.

Fig. 3.1 Schematic diagram vacuum apparatus for Zn-Mg thin film

실험결과 및 고찰

Zn-Mg 박막의 표면 원소조성 분석

또한, Mg 함량 증가와 관계없이 O2 및 Fe 성분도 분석하였다. 이렇게 검출된 O2 함량이 낮은 이유는 낮은 O2 환경에서 Zn-Mg 박막이 생성되었기 때문인 것으로 판단된다.

Zn-Mg 박막의 단면 원소조성 분석

산소 대소 분위기에서 제작한 Zn-Mg 박막의

산소량이 많은 경우 모폴로지는 모재의 형상에 따라 결정립이 큰 형태를 나타낸다. 산소량이 적을 경우 초기에는 모재의 형상에 따라 모폴로지가 형성되지만, Mg의 흡착억제제의 영향으로 표면에너지가 높은 (002)면이 우선적으로 배향되어 결정이 형성된다. 결정 성장보다 더 활발하게 진행됩니다.

Fig. 3.14 SEM surface morphology of Zn-Mg thin film with the Mg composition ratio (7.5∼14% Mg, O 2 much)

Zn-Mg 박막의 결정배향성 분석

또한, Mg 함량이 증가함에 따라 Mg의 게터 특성에 의해 생성된 막 표면의 O2 흡착이 증가한다. 결국, Mg의 양이 증가할수록 결정입자는 더 미세해지고 XRD 피크는 더 넓어진다.

Fig. 3.17 HR-XRD patterns of Zn-Mg thin film at various Mg/Zn ratio in much oxygen atmosphere

Zn-Mg 박막의 밀착성 평가

박막의 특성에 영향을 미치는 다양한 요인 중 결정립의 크기가 작아지면 상대적으로 결정입계면적이 증가한다. 첨가된 금속간화합물은 박막접착성 향상을 방해하는 요인으로 작용한다.

Fig. 3.21 Acoustic emission and normal load of 92.5Zn-7.5Mg thin film in much O 2 content

Zn-Mg 박막의 내식성 평가

또한, 낮은 O2 분위기에서 생성된 Zn-Mg 박막의 전류밀도 값이 감소함을 알 수 있다. 낮은 O2 분위기에서 생성된 Zn-Mg 박막은 전위 부동태 값이 더 낮은 것으로 나타났다.

Fig. 3.35 Anodic polarization curves of Zn-Mg thin film measured at 3% NaCl solution in the case of much O 2 content

Zn-Mg 박막의 밀착성과 막형성 메카니즘 고찰

표면 형태를 갖는 작은 결정립은 단위 면적당 결정립계의 면적을 상대적으로 증가시킵니다. 따라서 모폴로지상 활성(002)면이 결정립계 역할을 하여 치밀하고 내식성이 우수한 Zn-Mg 박막을 형성하는 것으로 판단된다.

Fig. 3.39 Corrosion resistance formation mechanism of Zn-Mg thin film prepared with a evaporated element compound

결론

제조된 Zn-Mg 박막에서는 모재 위에 FeO 산화막이 형성되어 접착력이 저하된다. 이 치밀한 수동 산화막은 내식성을 향상시킵니다.

서론

Chapter 4 Al 중간층이 Zn-Mg 박막 접착력 향상에 미치는 영향. 비율에 따른 Zn-Mg 박막의 상태도를 나타내었다.

실험 방법

진공증착법의 실험장치
실험재료
Al 중간층 상 Zn-Mg 박막의 제작방법
Al 중간층 상 Zn-Mg 박막의 특성 분석 및 평가

X-선은 Cu ka를 사용하여 측정되었으며 필터는 K-β였습니다. 기판과 박막 사이의 접착성을 평가하기 위해 CSEM JRST022 모델 장비를 이용하여 스크래치 테스트를 수행하였다.

Fig. 4.2 Schematic diagram of vacuum evaporation apparatus for Zn-Mg thin films

실험결과 및 고찰

Al 중간층 상 Zn-Mg 박막의 원소조성 분석

Al 중간층이 삽입된 (Zn-Mg)/Al 박막의 원소 조성을 EDS 분석을 통해 조사하였다. 또한, 기판과 모재 사이에 Al 중간층이 증착되어 Al 성분이 검출되었다.

Al 중간층 상 Zn-Mg 박막의 몰포로지 분석

궁극적으로 동일한 직경과 동일한 간격의 결정 코어로 이상적인 패턴이 생성됩니다. 따라서 Mg 함량이 증가함에 따라 결정입도가 감소하며 이는 접착력 및 내식성에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.

Fig. 4.6 SEM photographs for top surface and cross section of Zn-Mg thin films at Mg/Zn ratio with Al interlayer

Al 중간층 상 Zn-Mg 박막의 결정배향성 분석

따라서 Mg 함량이 증가함에 따라 형성된 (Zn-Mg)/Al 박막의 내식성은 접착력과 마찬가지로 양호한 것으로 나타났다. 6) Zn-Mg박막과 (Zn-Mg)/Al박막의 접착력 및 내식성을 상호비교한 결과 Al층간막이 접착력이 우수한 것으로 나타났다. 더 이상의 성장은 서로 충돌할 때까지 계속되며, 이후 성장이 멈추고 새로운 핵이 형성되며 결정립이 반복해서 형성됩니다.

Fig. 4.13 XRD patterns of Zn-Mg thin film at various Mg/Zn ratio with Al interlayer

Al 중간층 상 Zn-Mg 박막의 밀착특성 평가

Al 중간층 상 Zn-Mg 박막의 내식특성 평가

이는 앞서 언급한 영역 II의 영향으로 Mg 함량 증가로 Al의 부식이 지연되어 부동태 부분이 확대되었기 때문인 것으로 판단된다. 이는 면간 공간이 커짐에 따라 표면에 형성되는 부동태 산화막이 안정화되어 보다 안정적인 내식성을 유지하는데 기여하는 것으로 판단된다.

Fig. 4.29 Anodic polarization curves of (Zn-Mg)/Al thin film measured in dearated 3% NaCl solution with Mg content increase

Al 중간층 상 Zn-Mg 박막의 밀착성과

결론

따라서 Zn-Mg는 Al과의 접착력이 우수한 금속결합을 형성하는 것으로 판단된다. 또한, 내식성과 접착력에 대한 Al 중간층의 다양한 효과가 확인되었습니다.

서론

그러나 Mg의 내식성은 염화물과 산이 존재하는 환경에서 열화되며, Mg를 단독재료로 사용하는 경우 문제가 발생한다. 또한, Cr 함유 Mg 합금 제품을 재용해하는 과정에서 불순물이 혼입되는 문제가 발생할 수 있으며, Cr 습식 도금 처리는 Mg의 활성 특성으로 인해 밀착성 및 내식성 향상을 위한 표면 처리 공정이 많이 필요한 단점이 있습니다. 거기.

실험 방법

DC 스퍼터링법의 실험장치
실험재료
Zn 및 Mg 박막의 제작방법
Zn 및 Mg 박막의 특성 분석 및 평가

활성화된 Zn은 들뜬 상태(excited state)에 있다가 다시 원래 상태로 돌아와 빛을 내고 바닥상태에서 금속입자가 된다. 측정 전 시편에 Au와 C를 이용하여 2분간 스퍼터링을 실시하였다.

Fig. 5.1 Schematic diagram and vacuum chamber of DC sputtering apparatus

실험결과 및 고찰

Zn 및 Mg 박막의 원소조성 분석

따라서 가스압력이 증가할수록 흡착억제의 역할도 커지게 된다. 즉, Ar 가스 압력이 증가할수록 Mg와 O2 사이의 흡착활성 유도가 저해된다.

Fig. 5.7 EDS graphs of Zn thin film deposited at various Ar gas pressure in bias voltage -200 V

Zn 및 Mg 박막의 몰포로지 분석

또한, 가스압력이 증가함에 따라 결정입자의 크기가 미세하고 조밀한 구조로 변화하였다. 플라즈마는 이온화된 Mg+ 이온에서 형성될 수 있지만 여기된 Mg* 입자는 액체 상태로 남아 있다가 원래 상태로 돌아가면서 복사 전이를 겪을 수 있습니다.

Fig. 5.12는 SPCC모재위에 Al 중간층을 삽입하여 제작한 후, 바이아스 전압 을 -200 V로 일정하게 하고, Ar 가스를 변화시키면서 SPCC 모재위에 제작 한 Zn 박막의 표면 및 단면의 몰포로지 사진을 나타내고 있다

Zn 및 Mg 박막의 결정배향성 분석

이 회절 강도 패턴은 Zn 박막과 유사하게 가스 압력이 증가함에 따라 높은 표면 에너지 (002) 평면이 크게 방향을 잡는다는 것을 보여줍니다. 따라서 표면 에너지가 높은 (002) 표면은 면적 점유율이 증가하고 피크의 상대적 강도가 강하게 지향되는 것으로 간주됩니다.