산업과 경제가 성장함에 따라 보다 높은 내식성과 내구성을 갖는 표면처리 강판에 대한 요구가 증가하고 있다. 하지만 현재 널리 사용되는 표면처리 공정은 보통 습식 공정으로 진행되며, 습식 공정 특성상 폐수 등 환경오염의 문제가 지속적으로 우려 되고 있다. 반면에 건식 코팅 공정은 우수한 코팅 품질, 높은 생산성, 친환경 기술이라는 점에서 각광을 받고 있으며 활발히 연구개발 되어 습식 코팅의 대체의 노력이 증가하고 있다. 건식 코팅의 대표적인 마그네트론 스퍼터링 공정은 재현성이 우수하고 박막의 조성, 두께 등 공정변수의 조절이 용이하며 다른 건식코팅공정에 비해 밀착성, 경도, 내마모성, 내식성 등 우수한 물성을 나타내는 박막합성이 가능하다는 장점이 있으며, 본 연구에서는 이러한 장점을 이용하여 비대칭 마그네트론 스퍼터링공정을 이용한 Zn-Mg 합금 박막의 합성 및 특성분석을 실시하고자 하였다.
Zn-Mg 합금 박막은 공정조건을 변화하며 Si (100) wafer와 Cold rolled steel에 합성하였으며, 증착된 박막의 조성, 결정구조 및 합금상, 미세구조, 내식성, 밀착성 등을 분석하여 최적의 Zn-Mg 박막을 합성할 수 있는 공정조건을 도출하고자 하였다.
Zn-Mg 합금 박막은 기존의 스퍼터링 공정을 이용하여 Zn-Mg 합금 타겟의 Mg 조성에 따른 Zn-Mg 박막을 합성 시, 타겟의 Mg 조성이 증가 할수록 미세구조가 치밀해 지며 13% Mg 타겟을 사용하여 합성한 Zn-Mg 박막은 대부분의 파워 조건에서 매우 치밀한 미세구조가 형성되었다. 하지만 Mg 조성이 낮은 Zn-Mg 합금 박막의 경우 타겟의 인가 전력를 변화시키며 합성하여도 치밀한 박막의 합성이 어려웠다. 이러한 점을 개선하고자 Zn-Mg 박막 합성 전용 공정조건을 도출하기 위하여, 분할타겟 제작, Baking 공정 실시, 온도을 제어 등을 실시하며 박막을 합성하였으며, Baking 공정 후 타겟의 온도를 제어하는 공정으로 낮은 Mg 조성에서도 치밀한 박막을 합성 할 수 있었다. Zn-Mg 합금 박막 전용 공정조건을 이용하여 합성한 Zn-Mg 박막의 미세조직 분석결과 합성된 Zn-Mg 박막은 낮은 Mg 조성에서는 주상조직을 나타내었으며, Mg 조성이 10% 이상 증가하게 되면 매우 치밀한 미세조직을 나타내었다. XRD를 이용하여 박막 내 합금상 및 결정구조 분석 결과, Zn-Mg 합금 박막의 주요 합금상은 (Zn)상과 Mg2Zn11상이며, 결정질의 박막이 Mg 조성이 증가할수록 비정질로 변화한다. 또한 Pure Zn 박막의 경도값은 30.5 Hv를 나타내었으며 박막 내의 Mg 함량이 증가할수록 경도 값은 증가하며 13% Mg 타겟을 사용하여 합성한 박막의 경우 400 Hv이상의 최고값을 나타내었다.
Zn-Mg 박막의 밀착성 분석결과 미세구조가 치밀할수록 밀착성은 감소하는 경향을 나타냈으며, 내식성은 증가하는 경향을 나타냈다. 미세구조가 치밀하지 않은 Zn-Mg 박막의 경우, 0T bending test 중에 발생되는 박막의 변형 시 박막 내 Zn-Mg 입자들 사이의 낮은 결합력으로 인하여 비교적 변형이 자유롭게 일어나게 되는 반면 치밀한 미세구조를 갖는 Zn-Mg 박막의 경우 박막이 변형 저항이 낮은 비정질구조이기 때문에 변형 중에 Zn-Mg 박막 내에서 균열생성 및 파괴현상이 쉽게 발생하여 밀착성 테스트 결과 박막의 박리가 발생하는 것으로 판단된다. 그러나 내식성 분석의 결과에서는 치밀하지 않은 박막에서는 Zn-Mg 입자들 사이의 기공들이 염수의 이동통로로 작용하여 치밀하지 않은 Zn-Mg 박막의 내식성이 낮게 나타나게 되며, 치밀한 Zn-Mg 박막의 경우 염수로부터 기판을 충분하게 보호하는 역할을 하기 때문에 높은 내식성을 나타내는 것으로 해석할 수 있다. 따라서 Zn-Mg 박막이 최적화된 특성을 나타내기 위해서는 밀착성과 내식성이 적절하게 절충된 미세조직을 설계 및 확보해야 할 것으로 판단된다.