금속공예에서 DLC 코팅을 활용한 색상 표현 연구 -백동과 적동 바탕 금속을 중심으로-

투고일_2021.08.10 심사기간_2021.09.01-14 게재확정일_2021.09.27 DOI https://doi.org/10.47294/KSBDA.22.5.15

금속공예에서 DLC 코팅을 활용한 색상 표현 연구 -백동과 적동 바탕 금속을 중심으로- Study of Color Expression Utilizing DLC Coating in Metal Craft

-focused on base metal of nickel silver and copper-

오나은, 서울대학교 대학원 디자인학부 금속공예전공 / 송오성, 서울시립대학교 공과대학 신소재공학과 / 민복기, 서울대학교 미술대학 디자인학부 공예과

Oh, Naun_Department of Crafts, Graduate School of Seoul National University / Song, Oh Sung_Department of Materials Science and Engineering, University of Seoul / Min, Bog Ki_Department of Crafts, College of Fine Arts, Seoul National University

차례 1. 서론

1.1. 연구의 배경과 목적 1.2. 연구의 방법과 범위

2. DLC 코팅

2.1. 백동과 적동의 부식 패턴 준비 2.2. PECVD 장비를 이용한 DLC 코팅 2.2.1. PECVD 증착

2.2.2. DLC 코팅 적용 결과 및 증착조건에 따른 두께의 확인 2.3. 색상예측 모델의 논의

3. DLC 코팅의 활용 및 작품연구 3.1. DLC 코팅의 활용

3.2. 작품 연구

3.2.1. DLC 코팅 색채 팔레트를 활용한 브로치 제작 3.2.2. 제작된 기물에 DLC 코팅 적용

4. 결론 References

금속공예에서 DLC 코팅을 활용한 색상 표현 연구 -백동과 적동 바탕 금속을 중심으로- Study of Color Expression Utilizing DLC Coating in Metal Craft

-focused on base metal of nickel silver and copper-

오나은, 서울대학교 대학원 디자인학부 금속공예전공 / 송오성, 서울시립대학교 공과대학 신소재공학과 / 민복기, 서울대학교 미술대학 디자인학부 공예과

Oh, Naun_Department of Crafts, Graduate School of Seoul National University / Song, Oh Sung_Department of Materials Science and Engineering, University of Seoul / Min, Bog Ki_Department of Crafts, College of Fine Arts, Seoul National University

요약

중심어 DLC 코팅 부식 표면 착색 간섭색 금속공예

금속 공예가들은 금속의 색상표현을 위해 다양한 착색기법을 연구해 왔다. 많은 착색 방법들 가운데 애노다이징 기법을 이용한 알루미늄 착색은 간섭색을 이용한 착색이나 넓은 판재의 애노다이징에는 고가의 장비와 다공성 표면에 유해한 염료 투입후 봉공처리가 필요한 공정상의 제한이 있었다. 이에 연구자는 내마모성이 뛰어나고 두께에 따라 다양한 간섭색을 나타내는 diamond-like carbon(DLC) 박막에 주목하였다. 이 연구의 목적은 두께에 따라 비철금속인 백동과 적동 기판에 충분한 접합성과 간섭색이 나는지 확인하기 위함이다. 연구 방법은 백동과 적동 판재를 이용하여 네 가지의 도형을 조 합한 패턴을 부식시켜 준비하고 공정시간을 달리하여 네 가지의 두께로 DLC 박막을 코팅하였다. 각 조건에서의 두께와 색상을 주사전자현미경, 색 분석기를 이용하여 확인하고. DLC 박막의 반사모드만 을 고려한 모델로 간섭색을 예측해보았다. DLC 코팅 후 코팅된 금속 시편을 10개의 색상 팔레트로 사 용해 색을 조합하여 두 개의 브로치를 제작하였고 직경 25cm로 성형된 기물에 보라색 DLC 코팅을 적용해 제작 가능성을 확인 하였다. 브로치의 제안에서는 코팅한 표면 위를 일부 연마해 본래의 금속 색과 코팅된 색의 차이를 대비시켜 연출하여 생동감 있는 표현과 DLC 코팅을 연마용 버로 일부 제거 하고 바탕 금속이 부분 노출되게 하여 입사법과 비슷한 색상의 대비효과를 얻을 수 있었다. 또한 이 연구를 통해 큰 직경의 기물에서는 그동안 표현되기 어려웠던 남보라 계열의 색상 표현과 반복된 마 스킹 작업 없이 높이에 따른 간섭색의 그라데이션을 통해 풍부한 색상 표현이 가능하였다.

ABSTRACT

Keywords DLC coating etching

surface coloring interference color metal craft

Metalsmiths have studied various surface treatments for the color expression of metals. Among many coloring methods, aluminum anodizing coloring technique employing interference color had limitations in which it requires costly equipment for applying on a wide metal plate, and not ecologically friendly sealing treatment after injecting harmful dyes on the porous surface.

Therefore, the researchers paid attention to the diamond-like carbon(DLC) film that showed excellent wear resistance and various interference colors depending on the thickness. This research also investigated whether sufficient adhesion and interference color were achieved depending on the thickness by using nonferrous metals, nickel and copper plates. Four different pattern images using figures were etched on nickel and copper sheets and nano-thin DLC films were coated with four different thicknesses by varying the coating process time. It showed thicknesses and colors under each condition by using a scanning electron microscopy and a colorimetry and predicted the interference color with a model that considered only the reflection mode of the DLC film. After the DLC coating, two brooches were made by combining the coated metal specimens from 10 color palettes, and navy-purplish DLC coating was applied to a formed object with a diameter of 25cm to confirm the possibility of feasible manufacturing. In the brooch’s proposal, some of the coated surfaces were taken off to enhance the vivid contrast between the original metal color and the coated color. Furthermore, by removing some of the DLC coating films with a polishing burr and partially exposing the background, it was possible to obtain a color contrast effect similar to the inlay ‘Ipsa’ technique. With the large-diameter object, it was possible to express the colors of the navy purple series, which had been difficult to express so far. Moreover, without repeated masking processes, diverse color expressions were available through the gradation of interference colors according to the height of the object during the DLC coating.

1. 서론

1.1. 연구의 배경과 목적

금속공예에서 일반적으로 사용되는 금속은 금, 은, 구리, 구리의 합금, 그리고 알루미늄 등이 있다. 금은 녹이 슬지 않고 산화되지 않는 성질을 가지고 있어 순수한 금의 색을 사용하는 경우 가 일반적이다. 은이나 스털링 실버는 화학반응을 일으켜 표면에 피막을 만들어 변색이 되나 시중에 파는 은 세척제를 가지고 쉽게 세척이 가능하다. 금속공예에서 가소성이 뛰어나기 때문 에 재료로써 쓰는 비율이 가장 높은 구리나 구리의 합금인 백동과 황동은 표면이 공기 중에서 비교적 빠르게 산화되어 암전색이 되며 탄산가스나 습기가 있으면 염기성 탄산 등의 인체에 해로운 푸른색의 녹을 띈다. 따라서 다양한 착색방법들이 시도되는데 옻칠, 칠보, 도금, 그리고 도장(painting) 등이 있다.

이러한 착색 방법들은 내마모성이 떨어지고 환경에 유해하다는 단점이 있다. 반면에, 애노다이 징(anodizing)은 보통 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등에 수용액과 전기를 사용해 양극산화해서 피막을 만드는 데 쓰이는 기술이다(Lee, M., 2008). 이 기술은 연구자가 소개할 DLC 코팅과 유사한 원리를 가지고 있는 기법이다. 전압과 시간을 조절하여 생성한 피막을 통해 다양한 색상 을 낼 수 있는 애노다이징은 내마모성과 내식성이 우수하며 강도가 높다. 다만, 장비가 고가이 고 백동과 적동이 아닌 앞서 나열한 소재들에게만 적용이 가능하다는 단점을 가지고 있다. 또한 알루미늄 애노다이징은 다공성 표면에 염료를 투입 후 봉공처리, 탕세(hot water rinse)와 같 은 후처리가 필요하는 등 공정상의 제한을 가지고 있으며 알루미늄 애노다이징에서 사용되는 염료는 중금속을 포함하여 인체와 환경에 악영향을 미치는 것이 많다. 티타늄 애노다이징은 알루미늄과 달리 염료를 사용하지 않고 양극산화를 통해 생성된 피막의 두께가 만들어내는 반사광의 간섭현상을 이용해 다양한 색상이 만들어진다는 특징이 있으나 티타늄 원소재를 제 조할 수 있는 국내의 기술이 초보적인 수준에 머물러 있고 소재 및 가공의 비용이 높다는 단점 이 있다(Kim, K., 2010; Beak et al., 2006).

앞서 나열한 기존의 금속에 색을 씌우는 여러 기법들의 한계를 극복하기 위해 새로이 DLC 박막을 코팅하는 방법을 제안한다. 다이아몬드상(相)과 흑연상의 혼합물질인 DLC 박막은 diamond like carbon의 약자로 물성은 다음과 같다. 나노급 두께에서도 안정적이며, 마찰계수 가 적고, 내마모성이 우수하다. 이는 주로 화학적 기상 반응으로 박막을 제조하는 공정 방법인 CVD(chemical vapor deposition)로 제작된다. H2와 CH4 가스를 혼합하여 700℃ 이상의 고온 에서 반응시키면 CH4 가스가 분해되어 이때 기판에 침적되는 카본이 다이아몬드와 흑연이 혼합된 상으로 균일하고 빠르게 코팅되는 방안으로 비교적 큰 기물에도 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있는 특징이 있다. 선행 연구인 변견호 외(Byun et al., 2001)의 연구 결과에 의하면 알루미늄과 티타늄 기판에 대해 3차원적 코팅은 어려움이 있었고 나노급 두께를 제어하여 정량 적인 칼라링은 어렵다는 보고가 있었다.

본 연구에서는 DLC 코팅을 금속공예에 채용하여 증착시간에 따른 박막 두께의 정밀 제어를 통해 다채로운 간섭색을 팔레트로 이용하여 장신구의 표면처리 가능성과 기존의 금속공예 착 색표현으로 구현하기 힘든 남보라 계열의 색상을 대형 금속 수반에 적용하여 균일한 심미적 표현 가능성을 확인하였다.

1.2. 연구의 방법과 범위

본 연구에서는 낮은 온도에서도 DLC 박막 코팅이 가능하도록 플라즈마 상에서 기체가 화학반 응이 일어날 수 있도록 plasma enhanced(PE) CVD 장비를 이용하여 2분에서 10분정도 반응 시간을 달리하여 증착하는 공정을 이용하였다. 금속공예 분야 중 3차원적 기물에는 최초로 DLC 코팅이 시도되었는데, 증착시간에 따른 박막 두께의 정밀제어를 통해 염료를 사용하지 않고도 다채로운 간섭색을 적용하고자 하였다. DLC 박막 코팅은 카본의 표면고용도가 충분한 철과 스테인리스계 금속에서만 사용되어왔고, 비철금속에서는 그동안 표면 반응을 위한 내부 착성이 염려되어 시도가 없었다. 따라서 연구자는 새로이 기존 공예재료로 많이 쓰이는 백동

(합금배합: 구리65%, 니켈18%, 아연17%)과 적동판재를 40×40×1 mm 크기로 재단해 표면 을 네 가지의 패턴으로 부식하여 DLC로 간섭색을 구현하는 것이 가능한지 확인하였다. 특히, 요철이 있는 판재에서 균일한 코팅이 가능한지 확인하기 위해 다양한 패턴을 디자인하여 증착 을 시도하였다. 이 연구를 통해 금속공예에서 색상을 표현하는 한 기법으로서 DLC 코팅을 제안 하고자 하였고 색을 표현할 수 있는 범위를 넓혀서 장신구나 금속 기물에서 발전시켜 다양한 색을 표현할 수 있는 가능성을 확인하고자 하였다.

2. DLC 코팅

본 장에서는 PECVD DLC 박막이 금속공예에서 많이 활용되는 음각 패턴의 굴곡에 대해서 균일하게 코팅될 수 있는지 확인하기 위해 백동과 적동 기판에 다양한 부식 패턴을 준비하는 과정과 실제로 PECVD 장비로 코팅 시간을 조절하여 코팅하고 각 코팅층의 물성을 확인하는 과정, 그리고 비교적 간단한 모델로 DLC 박막 의 두께에 따른 간섭색을 예측하는 과정을 알 아보았다.

2.1. 백동과 적동의 부식 패턴 준비

DLC 코팅을 적용하기 앞서 <Figure 1>과 같 이 1mm 두께의 백동과 적동 판재를 40x40mm 의 크기로 각 4개씩 합 8개로 재단하여 준비했 다. 준비된 각 시편을 4등분하여 1, 2, 3, 4사분 면으로 나누었고 1, 2, 4사분면은 각각 다시 한 번 4등분 하여 염화제이철을 이용한 부식법으 로 의도된 패턴을 만들었다.

제1사분면은 선을 활용한 패턴이다. 왼쪽에서 시계방향으로 직선(직각), 직선(예각), 곡선 1, 곡선 2를 활용한 패턴이다. 직각, 예각, 곡선 부 분과 선, 면으로 형성된 착시 그림이 코팅 되었 을 때 색의 깊이감을 느낄 수 있는지 실험하기 위해 디자인 되었다. 규칙성을 지닌 도형과 선을 사용한 패턴은 관찰자로 하여금 추상적이고 감각적인 효과를 줄 수 있다.

제2사분면에는 기본 도형을 이용한 패턴 3가지와 한 공간은 부식되지 않은 면과 부식된 면의 비교를 위해 남겨두었다. 평면 도형인 삼각형, 사각형, 원을 이용해서 규칙적인 간격을 두고 점차적으로 도형의 크기가 작아지거나 커지게 배열했고, 이는 도형의 크기가 달라짐에 따라 동일한 각도를 가진 각각의 변곡점 위치에 색 변화가 있는지 확인하기 위함이다.

제3사분면 이미지는 실제 사진을 흑백화, 애니메이션화 시켰고 이는 사진이 부식된 후 코팅되 면 선과 면 만으로 전체적인 이미지, 인물, 풍경의 디테일을 얼마나 잘 전달할 지를 실험하기 위해 선택하였다. 추후 이미지를 통해 표현할 수 있는 작품 방향성이 넓기에 이용하였다.

제4사분면 글을 사용한 패턴은 부식한 글자 위에 DLC 코팅을 하면 어떤 효과를 얻을 수 있고 복잡한 글자를 사용해서 정교한 부분도 얼마나 효과적으로 코팅이 되는지 확인하기 위해 한글, 한자, 크메르어, 위그러어 중 가장 획이 많거나 복잡해 보이는 단어를 선택하였다.

부식이 완료된 결과물은 <Table 1>의 reference와 같다.

<Figure 1> Size and Design of Nickel Silver and Copper Samples

<Figure 2> Size and Design of ‘Object’

<Figure 2>는 이후 언급되는 세 번째 기물 작품의 디자인이다. 지름 약 25cm되는 원을 일부 나누어 왼쪽은 자수 천을 이용하였고, 오른쪽은 자유로운 선과 면을 파내어 부식하였다.

2.2. PECVD 장비를 이용한 DLC 코팅 2.2.1. PECVD 증착

<Figure 3>과 같이 PECVD 장비(Ka-DLC 800, 한국진공)를 이용하였으며, 증착공정이 이루 어지기 전 초기 진공도는 5×10E-6 Torr, CH4와 Ar가스를 각각 3:1의 비율로 주입하였다.

이후 2∼2.5×10E-2 Torr의 진공도와 기판 온도 130℃ 조건으로 증착공정을 진행하였다.

DLC 코팅막 형성은 800×800×600 mm 크기의 챔버를 이용하였고 Φ 400 mm의 균일 증착 구간에서 DLC 코팅 시편을 제조하였다. 코팅막 형성 시간은 2, 3, 5, 10분으로 조절하여 형성 시켰으며, 이에 따른 두께의 변화가 나타나도록 하였다. 4가지의 시간을 조절하여 나타난 결과 물을 바탕으로, 큰 기물인 백동에는 기존 금속공예 착색법에서 나타낼 수 없었던 남보라색을 띤 5분 증착을 시도하였다.

<Figure 3> Photo of PECVD (Tiroad, 2021)

2.2.2. DLC 코팅 적용 결과 및 증착조건에 따른 두께의 확인

<Table 1>에는 백동과 적동의 실제 증착시간을 달리하며 동일한 PECVD로 DLC를 증착하고 난 이후의 시편 이미지를 나타내었다. 표의 상부에는 백동을, 하부에는 적동기판을 나타내었다.

공정시간이 순차적으로 0, 2, 3, 5, 10분인 경우 디지털사진기로 찍은 시편의 이미지를 보였다.

제조된 DLC 코팅막 두께에 대한 확인은 FE-SEM (S-4700, Hitachi) 장치를 이용하였 다. 두께 측정시 동일한 공정으로 만든 DLC/

Si(100) wafer 시편을 사용하였고, 이를 질소 용 액으로 급냉하여 절단하였으며, 깨끗하게 절단된 단면을 측정하여 <Figure 4>와 같이 DLC층의 두께와 표면조도를 판단하였다.

다른 공정조건의 시편들도 마찬가지 방법으로 측 정하여 <Table 1>와 같은 두께확인을 할 수 있었 다. 전 조건에서 평탄한 실리콘 기판 위에 균일한 DLC 박막이 형성되었음을 확인하였다. 따라서 <Table 1>에 나타난 백동과 적동에서도 기판 의 표면 도에 따라 균일한 박막이 모두 같은 두께로 증착되었다고 가정할 수 있었다.

이후 칼라미터(Spectro 1™, Variable)장치를 광원 D50에 시야각 2°로 설정하여 측정한 색상 결과와 각 색상의 RGB와 Lab 지수를 정량적으로 나타내었다.

결국 증착시간을 조절하여 백동과 적동에 4가지의 다채로운 색을 얻을 수 있었다. 다만 이러한 간섭색이 기판 자체의 광학적 물성과 DLC 박막 자체의 물성에 따라 매우 좁은 공정 범위에서 변화하므로 목표하는 색상을 얻기 위해서는 정밀한 공정 제어가 필요하였다.

reference no. 2 no. 3 no. 5 no. 10

depo time (min) 0 2 3 5 10

DLC thickness (nm) 0 35.7 53.6 59.5 123.0

nickel silver

deposited sample

colorimeter result

R/G/B 159.8/151.6/135.6 157/131.6

/ 91.9

98.5/46.9 /0

62.7/ 49.9

/ 67.6 145.2/132.6/112

L/a/b 63/0.5/8.9 56.4/4.3/24.6 25.6/20.2/41.8 22.8/9.8/-9.2 56/1.5/12.3

copper

deposited sample

colorimeter result

R/G/B 169.9/133.3/ 119.4 146.8/82.9

/ 54.9 138.7/107.2/ 103 128/ 110.4

/ 106 168.3/128.5/ 107.4

L/a/b 58.7/12.2/12.3 42.2/24.1/27.4 48.3/12.1/6.7 48.1/6.3/4.5 57.1/12.6/16.8

film thickness (nm) 0 25.7 38.6 64.3 128.6

<Table 1> Result and Thickness of DLC Coated Nickel Silver and Copper

2.3. 색상예측 모델의 논의

본 연구에서는 Li Quing Yu 외(Li et al., 2013)와 박새봄 외(Park et al., 2021)의 선행연구를 바탕으로 <Figure 5>에 나타난 비교적 간단한 모델로 380~700 nm 가시광선대의 입사광 스펙트럼 Pi(λ)가 DLC 박막과 기판에 반사되는 반사율 R을 고려한 반사광 스펙트럼 Pr(λ)을 구하여 최종적인 RGB Color 지수를 예측하여 보았다.

<Figure 4> Cross-sectional SEM Image of DLC Film Deposited 10 Minute

<Figure 5> Optical Path of the DLC Film and Substrate System (Li et al., 2013)

백동과 적동 모두 불투명한 금속 기판이므로 기판에서의 투과광 스펙트럼은 무시하였다. 반사 광 스펙트럼은 Equation (1)과 같이 입사광 스펙트럼과 반사율의 곱으로 나타낼 수 있다.

_

   

 ×





   





 

cos   



 

sin 





 

cos   



 

sin 



여기서 ηs, ηf, ηc는 각각 기판(substrate), 박막(film), Cover(air)의 임피던스이다.

또한 Eq (2)의 η, δ는 각각 임피던스, The phase delay delta for normal incident light 인데 Eq (3), (4)로 주어진다.

  

  



물질의 임피던스 (



 

^{ }





  

이때 a는 자유공간에서의 임피던스이고, N은 물질의 복소굴절율 k0는 자유공간에서의 파수이 다. ϵ0는 진공에서의 유전율, μ0는 진공에서의 이동도를 뜻한다. n은 refractive index,, k는 extinction coefficient, λ는 입사광의 파장이다.

Eq (2)의 R(λ)을 구하기 위해 Pi(λ)와 실리콘 기판의, DLC 박막의 n, k는 광학적 상수를 Aspnes과 Studna(Aspnes & Studna, 1983)과 Mednikarov 외(Mednikarov et al., 2005)의 데이터를 이용하여 구해보았다.

아쉽게도 백동과 적동의 정확한 광학적 상수를 확인할 수 없었고, DLC 박막의 광학적 지수도 공정조건에 따라 변화한다고 알려져 있으나 불투명 기판인 실리콘 기판을 가정하여 백동과 비슷한 정도의 광학적 상수를 가지는 것으로 가정 하에 색 예측을 수행하였다. 이때 Pi(λ)는 Noboru와 Alan(Noboru & Alan, 2005)의 데이터를 이용하여 Pr(λ)를 구하였다.

CIE 색공간에서는 XYZ의 요소로 구성되어있는데 이 변수들은 다음 Eq (5), (6) CIE color-matching equation에 의해 계산된다.











∆ 











∆ 











∆ 

K는 정규화 상수이고 다음과 같이 주어진다.



_{ }





  ∆ 



계산된 XYZ 변수는 이후 RGB, Lab 변수로 변환될 수 있다(Lim, H., & Kim, M., 2017; Li et al., 2013).

<Table 2> 에는 이러한 모델을 이용하여 예측한 각 두께에서의 예측된 RGB, Lab 지수를 표현하였다.

이러한 결과는 <Table 1>에서 보인 백동의 실측값과 비교하면 약간의 차이가 있으나 두께에 따라 주기적인 특성을 가지고 간섭색이 나온다는 점과 사용한 백동판과 본 연구의 DLC 박막의 광학 상수값이 없어서 실리콘과 타 연구자의 실험값을 이용한 예측임을 고려하면, 제시한 모델 로도 DLC 두께에 따른 색 예측이 가능함을 의미한다.

no. 2 no. 3 no. 5 no. 10

Calculation result

RGB (89.18, 102,29, 99.03) (125.9, 95.02, 44.85) (157.67, 88.45, 19.08) (66.92, 106.97, 111.32)

Lab (42.14, -5.71, 0.14) (42.48, 6.75, 32.98) (44.73, 23.94, 48.17) (42.54, -12.89, -6.89)

<Table 2> Predictive Value of Interference Color

3. DLC 코팅의 활용 및 작품연구 3.1. DLC 코팅의 활용

위 실험 방법에서 검증되었듯 색 예측이 가능하고 패턴이 부식된 판재에도 가능한 코팅이므로 기존 시편을 이용하여 장신구 등으로 만드는 것이 가능한지와 자유롭게 실제 작품인 기물을 완성한 후 코팅을 할 수 있는지를 작품 연구를 통해 알아보았다.

금속공예의 착색 기법에서 표현하기 어려운 색의 코팅 시편을 골라 진행하였다. 작업 시간에 따라 다른 간섭색을 띤 색채 기판 8가지와 기존 백동, 적동 기판 2가지를 색채 팔레트와 같이 사용할 수 있었다. 코팅된 판재 10가지를 색채 팔레트처럼 활용하여 그 중 적동 no. 2, 적동 no. 3, 백동 no. 3, 백동 no. 5를 선택하여 브로치를 제작하게 되었다. 또한, 패턴이 부식된 백동 기물에는 백동 no. 5의 남보라색을 코팅하였다.

3.2. 작품 연구

3.2.1. DLC 코팅 색채 팔레트를 활용한 브로치 제작

작품은 두 가지의 브로치로 구상되었다. 먼저, <Figure 6>에 나타낸 ‘Brooch 1’은 적동 no.

2와 백동 no. 3를 사용해 제작하였다. 두 가지의 언뜻 보기에 비슷하면서도 다른 색상의 시편들 을 톱질해 난집에 물려 동그란 틀의 액자 안에 땜하였다. 또한 위 시편, 적동 no.3 에는 가로 물결 모양, 아래 시편, 백동 no. 2에는 세로 물결 모양으로 고속 핸드피스툴을 사용하여

<Figure 7, 8>와 같이 연마해 코팅된 박막을 일부 벗겨내 기존 바탕 금속과의 색 차이를 보여 주고 색상 대비를 주면서 동시에 장식 효과를 주려고 시도했다. 또한 이 새로운 시도는 색상 및 명암 대비 효과를 구현할 수 있었고 이는 금속판을 일부 파내어 그 틈에 은선을 입사하는 은입사기법과 같이 금속 표면의 표현색을 확장시킬 수 있었다. 은입사에서 바탕금속의 색은 철의 색으로 한정되지만 ‘Brooch 1’의 바탕색은 DLC 코팅을 통한 적갈색이며 이는 바탕색이 DLC 코팅으로 표현가능한 모든 색으로 확장될 수 있다는 것을 의미한다. 작업 과정 중 톱질을

하거나 고속 핸드피스툴로 연마를 하였는데 DLC 박막의 박리나 탈락이 발생하지 않았다는 점을 확인하였다.

<Figure 6> Brooch 1

<Figure 7> Brooch 1_Left Detail <Figure 8> Brooch 1_Right Detail

두 번째 작업, <Figure 9>에 나타낸 ‘Brooch 2’는 백동 no. 5 시편을 가운데 둘러싼 적동 no.

3 시편을 톱질해 제작하였다. 금속공예에서 이미 존재하던 착색법으로 구현해낼 수 없는 색인 보라색과 자주색 같은 색 위주로 색 대비가 강하도록 구성하였으며 시편을 유기적인 형태로 잘라 그 모양을 따라 난집을 제작하여 물렸다. 부식된 패턴으로 인해 색의 깊이감의 차이가 느껴지도록 패턴의 비율을 적절히 섞어 사용하였다. 또한 다소 채도가 높은 두 색을 어우러지게 하기 위해 은선을 시편의 모양을 따라 배치하여 하나의 물체로 인식되도록 하는 효과를 주었다.

판을 팔레트처럼 만들어두고 거기서 색과 패턴을 선택하여 조합하여 만든 작품을 최초로 시도 해보았다. 팔레트가 있어 정확한 배색을 예측해본 뒤 조화로운 색 조합이 가능했다. 또한, 코팅 되는 바탕금속의 색이 다양하고 부분적으로 코팅을 제거하는 것이 가능하므로 앞으로 다양한 시도를 통해 응용할 부분이 있다고 사료된다.

<Figure 9> Brooch 2

3.2.2. 제작된 기물에 DLC 코팅 적용

<Figure 10> Object

<Figure 10> 의 ‘Object’는 금속 성형을 거치 고 표면에 부식을 진행한 후 DLC 코팅을 적용 한 작품이다. 보다 큰 면적에 DLC 코팅이 가 능한지와 입체적인 구조에 코팅이 어떻게 적 용될지를 실험하기 위해 시도하였다. 넓은 면 적에 코팅의 가능성은 확인하였으나 삼차원 형태에서의 코팅은 가장자리에 가까워질수록 5nm 정도의 코팅 두께 차이로 인해 색상이 옅 어지는 결과를 얻을 수 있었다. 색 변화의 그 라데이션이 <Figure 11>에서와 같이 자연스

<Figure 11> Object_Gradient Detail

럽게 일어났기 때문에 이러한 결과는 화기(花器)에서 중요한 색상의 표현을 더욱 깊고 풍부하 게 만드는 효과를 거두었고 금속공예에서 금속을 사용해 오브제를 제작 후 DLC 코팅을 부가하 여 활용할 수 있는 가능성을 확인하였다.

그릇의 선에 따라서 변화하는 색상은 형태를 뚜렷하게 구분할 수 있게 해주었고 색상 팔레트에 서 작업자가 추구하는 <Figure 12>와 같은 색상을 골라 코팅을 적용할 수 있는 장점을 가지고 있었다. 또한, 바탕 금속의 사포로 연마된 재질감과 광택을 낸 재질감의 차이에 색을 입혔을 때의 시각적인 효과 또한 얻을 수 있었다. 이 기물 연구를 통해 기존 소형 브로치 외에 깊이가 있는 대형 입체 기물의 적용성을 검토할 수 있었다.

4. 결론

금속공예에서의 착색기법은 전통적인 옻칠이나 칠보 뿐 아니라 전기도금, 애노다이징, 증착 등 현대적 기술의 발달로 계속해서 확장되어 가고 있다. 연구자는 기계적 성질을 개선하기 위해 사용되어온 DLC 코팅 특유의 간섭색이 금속공예나 감성소재분야의 가능성이 있다고 판단하여 DLC 코팅을 적용한 금속착색을 시도하였다.

따라서 연구자는 DLC 코팅의 실험을 통하여 패턴이 식각된 적동과 백동판에 PECVD 장비를 이용하여 각 시편마다 시간을 달리해 형성시켜 두께 변화를 주는 실험에서 DLC 코팅이 가능함 을 확인하였다. DLC 박막이 나노급 두께에서도 안정적이고 내마모성과 내부식성이 우수하고 마찰계수가 적으며 기존 코팅 대비 다양한 색상을 구현 할 수 있는 장점이 있다. 그리고 코팅 과정을 거친 시편들을 가지고 작품으로 만들어 조형적 가능성을 확인하였다.

DLC 코팅된 백동, 적동의 시편으로 두 개의 브로치를 제작하면서 기존의 착색에서 표현되지 않았던 보라계열 색상의 표현이 DLC 코팅의 차별적 강점이라고 파악하였다. 또한 부분적 연마 나 마스킹을 통해 코팅 아래의 금속 색을 노출시켜 색상의 대비를 표현할 수 있었다. 특히, 다른 도장방식의 착색에 비해 두께감을 시각적으로 인지할 수 없는 200nm이하의 박막이 주는 강한 색상 대비 효과는 DLC 코팅의 차별점이라고 사료된다. 연구자는 패턴이 부식된 백동과 적동의 본래 색상과 각 4가지의 코팅된 색을 합해 총 10가지의 시판을 간섭색 팔레트로 사용하 였고 작품연구에서 연마를 통해 색상 대비의 효과를 가지는 장식 기법을 시도하였다. 브로치 작품군에서는 DLC 코팅이 완료된 이후에 땜이나 물리적 변형을 크게 가할 수 없기에 시편을 절단하고 조합하는 기본적 가공만을 시도해야 했지만 기물 작품군에서는 간섭색 팔레트를 활 용하여 큰 표면적인 화기(花器)에 DLC상의 구성비에 따른 그라데이션 표현이라는 새로운 가 능성도 확인하였다. 이러한 그라데이션 표현은 후속연구를 통해 DLC 코팅의 새로운 색상표현 기법으로 자리 잡을 수 있었으면 한다. DLC박막의 두께에 따른 색상의 예측이 가능함을 확인하 였고, 색상팔레트를 통해 더 정확한 색상을 예측할 수 있으므로 향후 감성소재 등 다른 분야에 서도 이 기법이 활용될 수 있기를 기대해본다.

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<Figure 12> Object_Color Detail

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