[Research Paper] 대한금속 ·재료학회지 (Korean J. Met. Mater.), Vol. 56, No. 3 (2018) pp.171-176 171

DOI: 10.3365/KJMM.2018.56.3.171

반사도와 색 차 분석을 이용한 Cu-Zn 합금의 색 변화 고찰

정연범1 · 홍성환1

· 박혜진1 · 김영석1

· 김정태2 · 이후담3

· 황윤중1 · 이영훈1

· 김기범1,*

1세종대학교 나노신소재공학과2Erich Schmid Institute of Materials Science, Austrian Academy of Science

3현대자동차

Investigation of Color Change in Cu-Zn Alloysby Reflectivity and Color Difference Analysis

Yeon Beom Jeong1, Sung Hwan Hong1, Hae Jin Park1, Young Seok Kim1, Jeong Tae Kim2,

Hoo Dam Lee3, Yun Jung Hwang1, Young Hoon Lee1, and Ki Buem Kim1,*

1Department of Nanotechnology and Advanced Materials Engineering, Sejong University, Seoul 05006, Republic of Korea2Erich Schmid Institute of Materials Science, Austrian Academy of Sciences, Jahnstraße 12, A-8700 Leoben, Austria

3Hyundai Motors Group, Uiwang-Si 16082, Republic of Korea

Abstract: The change in reflectivity of Cu-Zn alloys was investigated with the modulation of Zn content. The

reflectivity of the prepared alloys were compared with pure copper and divided into wavelength regions

corresponding to blue, green, yellow, and red colors. As the amounts of Zn increased, the difference in

reflectivity of the yellow region increased, and that of the red region decreased. To determine the color

difference, the measured reflectivity of the alloys was transformed into a tristimulus value using the

Reflectance-Tristimulus value converting equation. Then the tristmulus value was converted into the CIE

L*a*b* color space. The color difference was calculated using the color difference formula of the converted L*

a*b* values. When 5 at%Zn was added, the color difference value was 3.224, and it increased with increasing

Zn content. As the difference in the reflectivity of the green and yellow regions increased, the b* value of the

alloys increased and the a* value of the alloys decreased. In this study, the addition of Zn content to Cu alloy

induced changes in the reflectivity of the green and yellow wavelength regions, which influences color

differences of α-Cu solid solution alloys.

(Received November 1, 2017; Accepted December 27, 2017)

Keywords: Cu alloys, color metal, reflectivity, optical property, color difference

1. 서 론

최근 소비자들의 소비 패턴이 기존의 기능 위주에서 디

자인과 기능을 동시에 만족하는 소비로 변화하고 있고, 이

러한 흐름에 발맞춰 소재 분야에서도 소비자의 구매 감성

을 자극 할 수 있는 소재 개발을 위한 연구가 진행 되고

있다. 감성이란, 자극이나 자극의 변화를 느끼는 성질을 의

미하는데 금속 분야에서 이러한 감성을 만족시키는 연구는

여러 가지가 있지만, 그 중 가장 눈으로 확인하기 쉬운 것

은 색 상이라고 할 수 있다. 현재 산업적으로 활용되고 있

는 금속 소재 중 금과 구리 등을 제외한 대부분의 금속

재료는 대부분 금속 고유의 무채색만을 나타내어 다양한

색상을 기대하기 힘들었고, 표면 코팅 또는 양극 산화법을

이용한 표면의 피막 형성을 통한 금속 소재 표면에 국한된

색 제어 방법을 이용하였다. 하지만, 이러한 표면 색 제어

방법은 외부에서 기계적인 하중 또는 화학적 반응에 의해

표면의 색 구현층의 변형 또는 파괴, 박리 등이 발생할 수

있어, 소재의 색 내구도가 외부적 요인에 의해 한정된다는

단점을 가지고 있다. 또한, 양극 산화법을 이용한 산화 피

막에 염료를 주입하는 방법을 통해 표면 색을 제어할 수

있는 합금 조성이 매우 제한적이다 [1]. 이러한, 단점을 보

완하기 위한 방법으로 최근 합금 설계를 이용하여 영구적

*Corresponding Author: Ki Buem Kim

[Tel: +82-2-3408-3690, E-mail: kbkim@sejong.ac.kr ]

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172 대한금속 ·재료학회지 제56권 제3호 (2018년 3월)

인 색상을 갖는 합금을 개발하기 위한 연구가 활발히 진행

중에 있다. 그 중, 가장 널리 이용되고 있는 재료는 구리

이며, 구리는 좁은 d-band를 갖고 Fermi-level이 4s, p 밴

드 내에 형성된 독특한 전자 구조를 가진 유색금속재료로

써, 금과 마찬가지로 밴드간 전이현상에 의해 고유의 색상

을 나타낸다 [2-4]. 그러나 고유의 색을 갖고 있음에도 불

구하고 대기 중에 노출 시 쉽게 표면이 산화되는 단점 때

문에 구리는 과거부터 현재에 이르기 까지 주로 황동, 인

동, 청동 등 기계적[17], 전자기적 물성에 초점이 맞추어

연구가 진행되어 왔다. 최근에는, 탑 코팅[16], 블래스팅 처

리를 이용하여 산화, 부식 등에 대한 약점이 보완되어, 구

리의 광학적 특성에 대한 연구에 대한 관심이 높아지고 있

다. 그 예로, 구리에 미소 원소를 첨가함에 따라 광학적

특성 중 색상이 변하는 현상[13]에 주목하여 구리의 색 변

화에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 아직까지 그 연

구 성과는 색상을 비교하는데 그쳐 구리의 색상이 변하는

이유에 대해서 공학적인 접근이 이루어 지지 않고 있다.

따라서, 다양한 색상을 갖는 구리합금의 개발을 위해서 합

금 원소 첨가에 따른 구리합금의 색상 변화 메커니즘 연구

에 대한 필요성이 굉장히 높아지고 있다고 할 수 있다.

본 연구에서는, 황동의 주 미소 첨가 원소로써 구리 합

금에서 널리 이용되는 아연을 첨가하여 구리의 색 변화에

대해 고찰해 보았다. 재료의 광학적 특성에서 기인하여, 금

속의 경우 특정 파장 영역에서 이루어지는 빛의 반사가 다

른 영역의 흡수 보다 클 경우, 반사하는 영역의 색상을 눈

으로 인식하게 된다 [5-7]. 가시 광선 영역에서 분광계를

이용하여, 구리에 아연을 미소 첨가 원소로 첨가함에 따라

반사도의 측정을 진행 하였다. 각 합금의 측정된 반사도를

비교하여 재료의 명도, 적색도, 황색도의 변화를 분석해 보

고자 하였다. 또한, 합금이 비교하고자 하는 대상과 어느

정도의 색의 차이를 가지고 있는지를 나타내는 객관적 지

표인 ‘색 차’를 이용하여 순수한 구리와 합금이 지니는 색

의 차이를 정량적으로 분석하고자 하였다. 이러한 색 차를

시각적으로 표현하기 위해 산업과 색채 공학에서 널리 이

용하는 CIE L*a*b* 표색계를 이용하여 각 합금의 색상을

표기하였으며, 최종적으로 Cu-Zn 합금의 아연 첨가량 변

화에 따른 반사도 변화 분석을 통해 합금의 색상 변화에

대해 논의해보고자 한다.

2. 실험 방법

99.99% 이상의 고순도 Cu, Zn 원소를 탄소 도가니 안

에 장입 후 아르곤 가스 분위기 하에서 고주파 유도 용해

법을 이용해 용해 한 후, 탄소 도가니 안에서 서냉 하여

모합금을 제조하였다. 모합금을 연마하여 지름 20 mm 높

이 50 mm의 디스크 형태로 시편을 제작하였다. 제조된 시

편의 상 분석 및 미세조직 관찰을 위해 X-선 회절 분석

장비 (Rigaku Model : D/MAX-2500/PC) Cu-kα1와 주사

전자현미경(SEM : JEOL JSM-6390)를 이용하였다. 합금

의 반사도는 분광계 (Photon-Spectrometer : SCINCO

COLORMATE)를 이용하여 가시광선 영역에서 정반사 모

드로 측정하였다.

3. 결과 및 고찰

그림 1 (a)-(d) 은 X-선 회절 분석 장비를 이용해 측정

한 Cu100-xZnx (x = 0, 5, 10, 20 at%) 합금의 회절피크 분

석 결과와 주사 전자 현미경을 통해 관찰한 미세조직 사진

이다. 그림 1 (a)는 Cu 및 Cu에 Zn를 첨가한 합금에 대

한 X-선 회절 패턴 분석 결과를 보여준다. 분석한 모든

시편에서 fcc α-Cu (fm m) 상이 존재 한다는 것을 확인

하였다. 구리의 회절 피크와 비교하여 아연을 5 at% 첨가

하였을 때, 회절 피크는 저 각으로 이동한 것을 확인 할

수 있다. 회절 피크의 이동 정도는 아연의 첨가량이 늘어

날수록 증가 하였는데, 이는 치환형 고용체인 아연이 첨가

됨에 따라 격자의 뒤틀림이 발생하고, 그 결과 아연의 고

용 효과로 인해 격자상수의 값이 변하게 되어 면간 거리가

증가한 결과임으로 사료 된다 [8-10]. 그림 1 (b)-(d)는 주

사 전자 현미경의 후방 산란 전자 모드 (Back Scattering

Electron Mode)를 통해 Cu100-xZnx (x = 5, 10, 20 at%)

3

Fig. 1. (a) X-ray diffraction patterns of as-cast Cu100-xZnx (x= 0, 5,10, 20 at%) alloys, (b)-(c) secondary electron microscopy back-scattered electron micrographs of as-cast Cu95Zn5, Cu90Zn10 andCu80Zn20 alloys.

정연범 · 홍성환 · 박혜진 · 김영석 · 김정태 · 이후담 · 황윤중 · 이영훈 · 김기범 173

합금의 미세조직을 관찰한 결과이다. 아연의 첨가량이

20 at%까지 증가함에 따라 미세조직의 변화는 관찰되지 않

았으며, 단일 명암을 갖는 단상 조직이 형성된 것을 확인

할 수 있다. X-선 회절 분석 결과와 주사 전자 현미경 결

과를 통해 주조된 합금들은 단상 α-Cu 합금임을 알 수

있다. Cu-Zn 이원계 평형 상태도[12]를 통해서도 확인 할

수 있듯이, 아연에 대한 구리의 고용도는 약 35 at%임을

알 수 있고, 본 연구에서 확인된 결과와 일치하는 것으로

알 수 있다.

해당 합금의 반사도를 구하기 위해, 분광계를 이용해 가

시 광선 영역대의 반사도를 측정하였다. 실험의 모든 조성

은 총 10회 반복 실시하여 측정을 진행하였다. 그림 2 (a)

는 가시광선 영역대에서 Cu100-xZnx (x = 0, 5, 10, 20

at%) 합금의 반사도를 측정한 결과이다. 측정한 반사도는

반사도가 색상 변화에 미치는 영향을 확인하기 위해 각각

의 파장에 해당되는 색상에 따라 blue (청색, 380 nm ~

500 nm), green (녹색, 500 nm ~ 565 nm) ,yellow (황색,

565 nm ~ 625 nm), red (적색, 625 nm ~ 750 nm) 4 가지

영역으로 나누어 표시하였다. 반사도 스펙트럼을 통해 확

인한 결과, 모든 합금에 걸쳐서 반사도의 차이를 보이는

구간은 청색, 녹색, 황색, 적색 4가지 구간에서 모두 발생

하였음을 확인하였다. 반사도의 차이는 녹색과 청색 구간

에서 가장 컸으며 청색 적색의 구간에서도 소량의 반사도

차이가 존재함을 확인하였다. 이러한 결과로부터, 순수한

구리에 아연의 첨가를 통한 합금화는 625 nm 이후의 적색

파장 영역보다 625 nm 이전의 청색, 녹색, 황색 파장 영역

의 반사도에 더욱 큰 영향을 주는 것으로 사료된다. 파장

영역별로 반사도의 비교를 위해 구리와 합금 사이의 반사

도 차이 (ΔR)를 구하고자 하였다. 그림 2(b) 는 순수한

구리 및 구리에 아연을 첨가한 합금에서 각각의 색상 영역

에서의 반사도 차이를 보여준다. 각각의 색상 영역에서의

반사도 차이 값은 평균을 취하여 구하였다. 5 at%의 아연

을 첨가한 경우, 청색, 녹색,황색 및 적색 파장 영역에서

구리보다 높은 반사도를 나타내었다. 10 at%을 첨가하였을

때, 녹색 파장 영역의 반사도 차이는 증가하였으며 다른

파장 영역에서의 반사도는 5 at% 합금보다 감소 한 것을

확인하였다. 아연의 함량이 20 at%으로 증가하였을 때, 녹

색 파장의 반사도는 가장 높은 값을 보였으며 청색, 황색,

적색 파장의 반사도는 조성 중 가장 낮은 반사도를 보였

다. 일반적으로, 재료의 광학적 특성에서 가시 광선 영역

에서 전체적인 반사도가 비교하고자 하는 대상보다 높을

경우, 대상 보다 높은 명도를 갖는다 [5-7]. 그림 2(b)에서

Fig. 2. (a) Reflectivity for wavelength of as-cast Cu100-xZnx (x= 0, 5, 10, 20 at%) alloys (b) ΔR for the wavelength regions of as-cast Cu100-

xZnx (x= 0, 5, 10, 20 at%) alloys.

Table 1. Tristimulus values (X, Y and Z), CIE L*a*b* values and color difference (ΔE) of as-cast Cu100-xZnx (x= 0, 5, 10, 20 at%) alloys.

Composition X Y Z L a b ΔE

Pure Cu 72.17 69.38 56.23 86.7 13.9 15.9 0

Cu95Zn5 78.43 77.43 60.13 90.5 10.2 18.8 6.062

Cu90Zn10 77.92 78.47 58.99 91 7.14 20.7 9.325

Cu80Zn20 78.23 82.17 57.39 92.7 0.61 25 17.18

174 대한금속 ·재료학회지 제56권 제3호 (2018년 3월)

5 at%의 아연을 첨가 할 경우, 구리와의 ΔR이 모든 파장

에서 0보다 높은 값을 갖는 것이 확인 되었는데, 이를 통

해 구리와 비교하여 더 높은 명도 값을 갖게 될 것으로

사료되어진다. 명도의 경우 아연의 첨가량이 늘어날수록 더

높은 ΔR을 갖는 것을 확인 하였는데, 20 at%의 아연을

첨가할 경우 가시광선 영역의 모든 파장 영역에서 평균적

으로 가장 높은 ΔR을 보이는 것을 확인하였다. 이를 통하

여 아연의 첨가량이 늘어남에 따라 재료의 명도는 증가할

것으로 판단 된다. 또한 재료의 색상은 보색 상관 관계에

있는 파장의 영향을 받게 되는데[15], 재료의 적색도와 녹

색도의 경우 서로 보색 관계에 있는 적색 파장 영역과 녹

색 파장 영역의 반사도에 영향을 받게 된다. 5 at%의 아

연을 첨가한 합금에서 적색 및 녹색 영역의 ΔR은 각각

2.025 및 9.255로 확인되었다. 이러한 경우, 앞서 언급한

재료의 광학적 특성에 기인하여, 5 at%의 아연을 첨가할

경우 녹색도가 향상 됨에 따라 재료의 색상 변화에 영향을

줄 것으로 판단된다. 적색도와 마찬가지로 황색도와 청색

도의 경우, 황색 영역과 청색 영역의 반사도에 영향을 받

게 되며 황색 및 청색 영역의 ΔR 값이 0보다 크기 때문

에, 이 역시 재료의 색상 변화에 영향을 줄 것으로 판단된

다. 아연의 첨가량 20 at%까지 증가함에 따라 적색 영역

의 구리와의 반사도 차이는 지속 적으로 감소하였으며, 녹

색 영역의 반사도 차이는 지속적으로 증가하는 것을 확인

하였다. 이를 통해 아연의 함량이 증가함에 따라 재료의

적색도는 감소하며 녹색도는 증가 할 것으로 판단 된다.

황색도의 경우 청색 영역의 반사도 차이가 약 0.52로 구리

와 비슷한 반사도를 보인데 반하여, 상대적으로 황색 영역

의 반사도 차이는 증가하여 아연의 함량이 20 at%로 증가

하였을 때 가장 큰 반사도 차이를 보였다. 아연의 함량이

증가할수록 청색 영역의 반사도는 구리와 차이를 보이지

않고 황색 영역의 반사도 차이는 증가하기 때문에 아연의

함량이 증가함에 따라 재료의 황색도는 증가할 것으로 판

단 된다.

색의 변화를 더욱 명확하게 확인 하기 위해, 색 차를 이

용해 재료의 색 변화를 확인해보고자 하였다. 색 차를 구

하기 위해서는, 우선 반사도를 삼 자극 색체계로 변환해

주어야 한다 [5-7]. 삼 자극 값이란, 색을 정량적으로 표시

하는 기초적인 값으로 X는 적색, Y는 녹색, Z는 청색에

대응한다. 반사도를 삼 자극 색체계로 변환하기 위하여 다

음 식을 이용하였다.

여기서 k는 상수이고, R은 반사도, P는 광원의 함수 값

을 의미하고, 는 색 관측자 함수 값을

의미한다. 본 연구에서 색 변환을 위해 이용한 광원은

D65 (색 온도 6500K) 정오의 태양광 광원을 이용하였으며

, 관측자 각도는 10도를 이용해 변환하였다. 표 1은 위의

수식을 이용해 변환한 삼 자극 값을 보여준다. 삼 자극 값

은 아연의 함량이 증가함에 따라 이에 비례하여 증가 하는

것으로 확인 되었고, 녹색에 해당하는 Y 값의 증가가 가

장 높은 것을 알 수 있다. 이는 재료의 색이 계속적으로

변하고 있음을 보여주고 있는데, 계산을 통해 얻은 삼 자

극 값은 색을 비교하는 것이 아닌 자극에 대한 데이터이므

로, 색 차를 구하기 위해서는 Fairchild의 “Color

Appearance Model” [14]을 이용해 삼 자극 값을 CIE

L*a*b* 표색계로 변환해주어야 한다 [5-7].

L = 116f − 16

, if

, if

여기서 , , 는 삼 자극 값인 X, Y, Z를 표준

화 하여 얻은 백색광에 해당하는 표준화 값을 의미한다.

식 (2)를 이용해 변환한 L*a*b* 값은 표 1을 통해 확인

할 수 있다. L*a*b* 표색계에서 L*은 명도를 의미하고 0

에서 100사이의 값을 가지며, 100에 가까울수록 밝은 색

상을 나타낸다. a*는 양의 값을 가질 경우 적색도를 나타

내고 음의 값을 가질 경우 녹색도를 의미한다 [5-7]. b*는

양의 값을 가질 경우 황색도, 음의 값을 가질 경우 청색도

를 각각 의미한다. 5 at%의 아연을 첨가한 경우 앞서 반

사도를 통해 색 변화를 분석한 결과와 동일하게 아연을 함

량이 증가함에 따라 재료의 L*는 약 3.83 이상 증가 한

결과를 보였다. 아연의 함량이 10 at%로 증가한 경우, 명

도는 91로 더욱 증가하였고, 20 at%일 때는 92.7까지 증

X k R λ( ) P λ( ) x λ( )⋅ ⋅ λd380

780

∫=

Y k R λ( ) P λ( ) y λ( )⋅ ⋅ λd380

780

∫=

Z k R λ( ) P λ( ) z λ( )⋅ ⋅ λd380

780

∫=

x λ( ) y λ( ) z λ( ), ,

Y

Yn

-----⎝ ⎠⎛ ⎞

a 500 fX

Xn

-----⎝ ⎠⎛ ⎞ f

Y

Yn

-----⎝ ⎠⎛ ⎞–⎝ ⎠

⎛ ⎞=

b 200 fY

Yn

-----⎝ ⎠⎛ ⎞ f

Z

Zn

-----⎝ ⎠⎛ ⎞–⎝ ⎠

⎛ ⎞=

f x( ) x

1

3---

= x 0.008856>

f x( ) 7.787x16

116---------+= x 0.008856≤

Xn

Yn

Zn

정연범 · 홍성환 · 박혜진 · 김영석 · 김정태 · 이후담 · 황윤중 · 이영훈 · 김기범 175

가함을 확인할 수 있다. 결과적으로 아연의 함량이 증가함

에 따라 합금의 반사도 값이 증가하는 것을 알 수 있으

며, 이는 그림 2(b)에서 반사도 차이를 통해 확인한 결과

와 일치 한다. a* 값의 변화를 살펴보면, 구리의 a* 값인

13.86에서 아연의 함량이 5 at%로 증가할 경우 10.2로 감

소하는 것을 확인하였다. 10 at%로 함량이 더욱 증가 한

경우 7.14로 감소하여, 앞서 분석한 반사도 차이를 통해

분석한 결과 값과 일치하게 적색도는 감소하는 것을 확인

하였다. 이는 20 at%의 아연을 첨가할 경우에도 마찬가지

였는데, 이때 a* 값은 0.61로 가장 낮은 값을 나타냈다.

b* 값의 경우 구리와 비교하여 5 at%을 첨가 한 경우 2.9

이상 증가하였고 10 at%를 첨가했을 때는 약 4.8 정도 증

가하였다. 또한, 20 at%를 첨가한 합금의 b* 값은 25까지

증가하여 재료의 황색도는 크게 향상 되었음을 확인 하였

다. Cu80Zn20 합금의 경우 황색도의 증가폭보다 적색도의

감소폭이 더 큰 것을 확인 할 수 있는데, 이는 앞서 반사

도를 분석한 결과와 같이 녹색 파장에 해당하는 반사도 차

이가 가장 크게 증가한 결과로 사료 된다. L*a*b* 표색계

의 지표를 이용하여 아연의 함량이 증가 할 수록, 재료의

명도는 증가하고 적색도는 감소, 황색도는 증가하는 것을

확인 하였다. 구체적으로 구리와 합금들의 색 차이를 알기

위해 아래 식을 이용해 합금의 색 차를 구하고자 하였다.

표 1은 구리와 Cu100-xZnx 합금의 색 차를 나타낸다. 구

리와 비교하여 5at%의 아연을 첨가한 경우 약 6.06의 색

차를 나타냈으며, 조성들 중 가장 많은 아연이 첨가 된

Cu80Zn20 합금의 경우 17.18의 색 차를 보였다. 선행 연구

결과에 따르면, L*a*b* 표색계의 경우 2.4 이상의 색 차

를 보일 경우 육안으로 구분이 가능하다고 보고되고 있다

[11,14]. Cu100-xZnx (x = 5, 10, 20 at%) 합금의 경우, 모

든 조성이 구리와 2.4 이상의 색 차이를 가지고 있어 육

안으로 구리와 색 비교가 가능 할 것으로 판단 된다.

L*a*b* 값을 실제 색상으로 변환하여 Cu100-xZnx (x = 0,

5, 10, 20 at%) 합금의 색 변화를 확인하기 위해 CIE

a*b* 색도도를 이용해 확인해 보았다. 그림 3은 Cu100-xZnx

(x = 0, 5,10, 20 at%) 합금의 색도도를 보여준다. 반사도

와 L*a*b* 표색계를 통해 색의 변화를 확인한 결과와 일

치하게 합금의 색상은 적색의 구리(a*: 13.86/b*: 15.85)의

방향에서 점차적으로 황색 영역으로 이동하는 것을 확인할

수 있다. CIE L*a*b* 표색계를 이용해 얻은 합금의 색상

을 변환하여 실제 색을 찾아 보았고 그 색과 색 변화에

대해 확인해 보았다. 그림 4는 합금의 조성에 대응하는

L*a*b* 표색계의 지표에 해당하는 색상과 구리와의 색 차

를 보여준다. 순수한 구리는 적색 계열의 색상을 갖고 있

으며 아연의 함량이 5 at% 첨가된 합금은 순수한 구리에

비하여 적색에 해당하는 a* 지표가 줄어들고 황색에 해당

하는 b* 지표가 증가한 방향으로 색의 이동이 발생하였으

며 그때의 색 차는 6.062를 나타냈다. 10 at%의 아연을

첨가할 경우 구리와의 색 차는 9.325로 더욱 증가하였고

적색에 해당하는 a* 지표가 감소하고 황색에 해당하는 b*

지표가 증가하는 방향으로 색의 이동을 나타냈으며, 아연

이 가장 많이 첨가 된 20 at% 합금의 경우 적색에 해당

ΔE L2

a2

b2Δ+Δ+Δ=

Fig. 3. CIE a*b* chromaticity diagram of as-cast Cu100-xZnx (x= 0,5, 10, 20 at%) alloys.

Fig. 4. Corresponding color and color difference of as-cast Cu100-

xZnx (x= 0, 5, 10, 20 at%) alloys.

176 대한금속 ·재료학회지 제56권 제3호 (2018년 3월)

하는 a* 지표가 0에 가까워지도록 감소하였으며 황색에 해

당하는 b* 지표가 증가하여 황색 방향으로 색의 이동하였

으며 구리와 약 17의 색차를 나타냈다. Cu100-xZnx (x = 0,

5, 10, 20 at%) 합금에서 아연의 함량이 증가함에 따라

녹색 영역의 반사도는 크게 증가하였으며 적색과 청색 영

역의 반사도는 순수한 구리와 비슷하거나 미소 감소한 결

과를 나타냈다. 이와 비교하여 황색 영역의 반사도는 증가

하였으며, 결과적으로 합금의 적색도는 감소하고 황색도는

증가하여 구리와의 색 차가 증가하는 것을 확인하였다.

4. 결 론

구리는 독특한 전자 구조를 갖고 있어 밴드 간 전이현상

으로 색상을 보이는 유색 금속이다. 이러한 구리에 첨가 원

소로 아연을 첨가하여 발생하는 색 변화를 반사도의 분석을

통하여 관찰하고자 하였다. 분광계를 이용하여 가시광선 영

역에서 아연을 첨가함에 따라 합금의 반사도의 차이를 확인

하였다. 아연의 함량이 늘어남에 따라 가시광선 영역에서 전

체적 반사도가 증가하였고, 반사도 차이 비교를 통해 청색,

녹색, 황색 및 적색 영역에서의 반사도 차이를 분석하였다.

아연의 함량이 증가함에 따라 적색영역을 제외한 청색, 녹

색 및 황색 영역의 반사도가 증가하는 경향을 나타내었고,

이중 녹색 파장 영역의 반사도가 가장 크게 증가하였다. 아

연의 함량이 증가함에 따른 구리와 구리-아연 합금의 명도

및 색 차를 정량적으로 분석하기 위해 분석된 반사도 스펙

트럼을 이용하여 삼 자극 색채계로 변환하였고, 이를 이용

해 CIE L*a*b* 표색계로 변환하였다. L*a*b* 표색계를 통

해 확인한 결과, 아연의 함량이 증가함에 따라 재료의 명도

(L*)와 황색도(b*)는 증가하였고 적색도(a*)는 감소하였다.

여기서 적색도의 감소폭이 황색도의 증가 폭보다 큰 값을

보여 재료의 색 변화에 더 큰 영향을 주는 것을 알 수 있

다. 이러한 적색도의 감소는 가시광선 영역에서 적색 영역

의 반사도 변화가 매우 적고 적색과 보색 관계에 있는 녹색

영역의 반사도가 급격하게 증가함에 기인하는 것으로 사료

되며, 그 결과 합금의 색상이 적색도를 잃고 황색 영역으로

이동하는 것으로 판단된다. 현재 유색 합금을 연구하는데 있

어 아직까지 색의 단순 비교를 통해 색의 변화를 분석하고

있다. 이러한 분석을 활용하면 충분히 색 차가 존재함에도

불구하고 색을 관측하는 조명 혹은 환경에 따라 색을 객관

적으로 측정하지 못하는 단점이 존재한다. 본 연구에 활용

된 반사도 분석 및 색 차를 활용해 합금의 색 변화를 분석

한다면 색을 정량적으로 분석하고 평가하는 한 가지 방법이

될 수 있을 것으로 사료된다.

감사의 글

This work was supported by the Human Resources

Development of the Korea Institute of Energy

Technology Evaluation and Planning (KETEP) grant

funded by the Korea government Ministry of Trade,

industry & Energy (No. 20164030201340). Additional

support through the Technological Innovation R&D

Program (S2393987) funded by the Small and Medium

Business Administration (SMBA, Korea) and Hyundai

Motors group is gratefully acknowledged.

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