JP2009270190A - マグネシウム系金属部材に着色及び光沢を具現可能にする表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】親環境的な電解液を使用しながらも、陽極酸化処理及び塗装処理を同時に行えるように構成されたマグネシウム系金属部材の表面処理方法を提供する。
【解決手段】マグネシウム系金属部材をバッフィングする工程と、前記バッフィングされたマグネシウム系金属部材を水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムが含まれたｐＨ１０以上の強塩基性電解液内に浸漬させる工程と、前記強塩基性電解液内で前記マグネシウム系金属部材に０．０１〜３Ａ／ｄｍ^２電流密度の電流を印加し、前記マグネシウム系金属部材の表面に金属光沢を具現する陽極酸化処理工程とを含んでマグネシウム系金属部材の表面処理方法を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、マグネシウム系金属部材の表面処理方法に関するもので、より詳細には、親環境的でありながらも、耐腐食性を向上させる酸化膜形成と着色及び光沢具現が同時に可能になるように構成されたマグネシウム系金属部材の表面処理方法に関するものである。

マグネシウム系金属は、重量的な側面でアルミニウム系金属に取って代わるものとして、将来に最も有望なエンジニアリング素材になると予想されている。

現在、マグネシウムとアルミニウムの価格がほぼ同じであるが、アルミニウムより軽い質量を有するマグネシウムは、軽量化に大きな比重を置いている自動車、飛行機、ラップトップコンピュータまたは携帯電話などの分野でアルミニウムより有利な位置を占める。例えば、自動車分野では、燃費向上を目的とする車両軽量化のために、鉄鋼やアルミニウム合金を使用していた部材にマグネシウム合金が適用されている。

最近、環境的な側面でも、リサイクル性に優れたマグネシウム合金を構造用金属材料として積極的に使用する傾向がある。例えば、家電分野では、ノートブック型コンピュータ、個人用コンピュータ、携帯電話のケースを中心にして、従来のプラスチックの代わりにリサイクル性に優れたマグネシウム合金を使用する傾向がある。

また、これらマグネシウム合金のほとんどは、ダイキャスト法、チクソモールディング法と呼ばれる鋳造法で形成されている。これら鋳造法は、溶融または半溶融状態のマグネシウム合金を高速及び高圧で金型に注入して成形する方法で、寸法精密度及び生産性に優れているという特徴を有する。そして、製品によっては、マグネシウム合金板を使用したプレス成形法または鍛造法で成形することもある。

このようなマグネシウム合金は、商用金属のうち最も大きい化学的活性を有する金属で、一般的に、表面処理されない場合に大気中や溶液中で非常に速く腐食されるという特徴を示すので、鉄鋼やアルミニウム合金の場合に比べて、表面処理工程で緻密かつ均一な被膜を形成することが重要である。しかしながら、マグネシウム合金は、緻密かつ均一な被膜を形成することが非常に難しい材料でもある。これは、マグネシウム合金の表面が化学的に不均一であるためである。マグネシウム合金表面の化学的不均一性の理由は、マクロ偏析及びミクロ偏析によって表面が化学的に不均一になるためで、その結果、緻密かつ均一な被膜を形成することが難しい実情である。

マグネシウム合金の表面処理方法のうち最も多く使用されている方法は、化成処理方法または陽極酸化処理方法である。これら二つの方法は、脱脂及び酸洗などの前処理工程を経た後で実施し、一般的に、マグネシウム合金部品を成形した後には、表面処理のための前処理として洗浄及び表面調整処理を行い、化成処理または陽極酸化処理を行う。

従来のマグネシウム合金の表面処理方法のうち、ＨＡＥ法、ＤＯＷ１７法及びガルバニック法などが陽極酸化処理方法として広く知られているが、これら方法は、重金属であるマンガン及びクロムなどを含有する電解液を使用するので、重金属廃水の発生及び製品の有害性誘発などの問題点を有する。

また、従来の陽極酸化処理方法は、特許文献１に開示したように、強塩基性電解液で１００Ｖ以上の高電圧で２０μｍ以下の酸化被膜を形成したり、特許文献２に開示したように、弱塩基性電解液で−２００〜４００Ｖの交流電圧をパルス方式で印加して酸化被膜を形成している。

ほとんどのマグネシウム合金の酸化被膜層には塗装処理が要求されるが、従来の陽極酸化処理方法によると、１００Ｖ以上の高電圧を使用して別途の塗装工程で塗装処理を行わなければならなかった。また、マグネシウム合金を陽極酸化工程で陽極酸化処理した後、別途の塗装工程で塗装処理するためには、水洗工程、シーリング工程、温水洗工程及び乾燥工程をさらに経なければならなかった。

すなわち、従来は、図１に示すように、脱脂工程１１、水洗工程１２、陽極酸化工程１３、水洗工程１４、シーリング工程１５、温水洗工程１６、乾燥工程１７及び塗装工程１８を経なければならなかったため、マグネシウム合金を陽極酸化処理及び塗装処理するための工程が複雑であり、収率が低下するという問題点がある。
韓国公開特許第１０−２００４−９４１０５号 韓国公開特許第１０−２００３−４０８２４号

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、親環境的な電解液を使用しながらも、陽極酸化処理及び塗装処理を同時に行えるように構成されたマグネシウム系金属部材の表面処理方法を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明は、マグネシウム系金属部材をバッフィングする工程と、前記バッフィングされたマグネシウム系金属部材を水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムが含まれたｐＨ１０以上の強塩基性電解液内に浸漬させる工程と、前記強塩基性電解液内で前記マグネシウム系金属部材に電流を印加し、前記マグネシウム系金属部材の表面に金属光沢を具現する陽極酸化処理工程とを含む。

前記陽極酸化処理段階では、前記電流の電流密度が０．０１乃至３Ａ／ｄｍ^２であることが好ましく、電流密度が３Ａ／ｄｍ^２を超える場合、マグネシウム系金属部材の表面に多くの酸化膜が不規則に生じる恐れがあり、このような不規則な酸化膜は、染料で着色するとき、均一な着色を困難にする原因となる。また、０．０１Ａ／ｄｍ^２未満である場合には、陽極酸化膜形成が難しい。前記電流密度は、０．５〜１Ａ／ｄｍ^２であることがより好ましく、このとき、酸化処理工程は約５分程度で行われる。前記電流密度が０．０１Ａ／ｄｍ^２付近である場合、約１０分程度で陽極酸化工程が行われる。また、前記陽極酸化処理段階では、電圧が１０Ｖ以下に制限されることが好ましい。また、前記バッフィング工程は、機械研磨、電気研磨および化学研磨のうち少なくとも何れか一つを含んで構成される。

前記電解液は、全体の水溶液１リットル当たり水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム５０〜４００ｇを含み、電解液温度は２０〜９０℃であることが好ましい。本発明は好ましくは、前記陽極酸化処理工程後に、染料に浸漬して（又は接触させて）前記マグネシウム系金属部材の表面を着色する工程をさらに含む。そして、前記染料は、全体の電解液１リットル当たり０．５〜５０ｇが含まれ、電解液温度は２０〜９０℃であり、前記染料は、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｒｅｄ ＣＬ−５Ｂ ＰＤＲ、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｏｒａｎｇｅ Ｃｌ−３Ｒ ＰＤＲ、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｙｅｌｌｏｗ ＣＬ−２Ｒ、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｔｕｒｑｕｉｏｓｅ Ｓ−ＣＴ １３３、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｂｌｕｅ ＣＬ−２ＲＬおよびＲｅｍａｚｏｌ Ｂｌａｃｋ ＧＳ−Ａから選択された少なくとも一つである。前記マグネシウム系金属部材は、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる。

本発明のマグネシウム系金属部材の表面処理方法によると、親環境的な電解液を使用しながらも、陽極酸化処理工程で着色処理または光沢処理まで行えることで、親環境的でありながら工程を短縮させるという効果がある。

以下、添付された図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

図２は、本発明の実施例に係るマグネシウム系金属部材の表面処理方法のフローチャートである。図２に示すように、本実施例に係るマグネシウム系金属部材の表面処理方法は、バッフィング工程２１、脱脂工程２２、陽極酸化工程２３、水洗工程２４、染料浸漬工程２５及び水洗工程２６からなる。

本発明は、陽極酸化後に染料浸漬工程を通して着色及び光沢を具現する工程を含むが、電解液中に染料を添加した後、陽極酸化と同時に着色及び光沢を具現することも可能である。

陽極酸化工程は、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが含まれた強塩基性電解液を用いて実施するが、被膜の特性に影響を及ぼす処理条件としては、電解液の組成、電流密度、温度及び作業時間などがあり、これらのうち電解液の組成が最も重要である。本発明で使用される強塩基性電解液には、ｐＨ１０以上の強塩基性になるように全体の水溶液１リットル当たり水酸化ナトリウム５０〜４００ｇまたは水酸化カリウム５０〜４００ｇが必ず含まれるのが好ましい。水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムは、重金属でないので親環境的である。

上記のように組成したｐＨ１０以上の強塩基性電解液にバッフィングが施されているマグネシウムまたはマグネシウム合金を浸漬させると、１０Ｖ以下の低い電圧でも酸化被膜が円滑に形成される。

マグネシウム合金のバッフィングは、機械研磨、化学研磨及び電気研磨を通して行われる。

一方、陽極酸化工程後に染料浸漬工程を行うことで、高電圧によって染料が影響を受けることを防止することができ、均一な着色処理が可能である。

所望の色相によって異なる染料が添加されるが、本発明では、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｒｅｄ ＣＬ−５Ｂ ＰＤＲ、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｏｒａｎｇｅ Ｃｌ−３Ｒ ＰＤＲ、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｙｅｌｌｏｗ ＣＬ−２Ｒ、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｔｕｒｑｕｉｏｓｅ Ｓ−ＣＴ １３３、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｂｌｕｅ ＣＬ−２ＲＬ、Ｒｅｍａｚｏｌ Ｂｌａｃｋ ＧＳ−Ａなどの反応性染料に浸漬させる（又は接触させる）と、赤色、橙色、黄色、青緑色、青色及び黒色などの多様な色相の酸化被膜層が形成される。また、バッフィング工程が追加されたマグネシウム合金を使用すると、好ましい光沢が実現される。

また、上述した水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液に１リットル当たり０．１乃至１００ｇの添加量でＫＦ及びＮａＦのうち少なくとも何れか一つを添加すると、さらに優れた光沢が出る酸化膜を形成することができる。このとき、添加量がリットル当たり０．１ｇ未満である場合、最終的に得られた酸化膜の光沢度が向上せず、添加量がリットル当たり１００ｇを超える場合、最終的に得られた酸化膜の均一度が大いに低下する。このようにリットル当たり５０ｇを超える場合、ＫＦ及びＮａＦが充分に溶解されず、水溶液が白く濁る現象が確認され、この現象によって前記酸化膜の均一度が低下する。

下記の表１は、上述した電解液内のＫＦまたはＮａＦ添加量による酸化膜の光沢度を肉眼で検査した結果を示している。

上記の表１から分かるように、ＫＦまたはＮａＦを３〜１００ｇ／ｌ添加した場合、最も良い光沢度を示した。一方、ＫＦまたはＮａＦ添加量が３ｇ／ｌを超えると、酸化膜の均一度が低下しはじめ、１００ｇ／ｌを超えると、酸化膜の均一度が大いに低下することを確認した。また、前記ＫＦまたはＮａＦの他に、Ｎａ_２ＳｉＯ_４を追加的に添加することができる。

また、このような着色アノダイジング工程を使用すると、別途の塗装処理を行うときに発生する作業環境の問題点も解消することができる。

本発明に係る実施例によると、図３に示すように、電解槽１内に収容された電解液２にマグネシウムまたはマグネシウム合金部材３及び陰極基板４を浸漬させた状態でマグネシウムまたはマグネシウム合金部材３に整流電源５の陽極を連結し、陰極基板４に整流電源５の陰極を連結して電圧を印加することで、酸化被膜が形成される。

このときに使用した電流密度は、０．０１〜３Ａ／ｄｍ^２、より好ましくは０．５〜１Ａ／ｄｍ^２に調整され、電圧は１０Ｖ以下に制限した。その結果、マグネシウムまたはマグネシウム合金部材３の表面に均一かつ緻密な膜が形成された。図４及び図５は、本発明の実施例によって陽極処理されたマグネシウムまたはマグネシウム合金表面の微細組織写真とＥＤＸ分析写真である。そして、図５及び下記の表２によって、重金属が含まれていないことを確認することができる。

電解液の温度は、２０℃乃至９０℃に維持する。

本発明では、必要によってマグネシウム系金属の表面を脱脂する脱脂工程を実施するが、この脱脂工程は、バッフィング工程後に表面に付いている有機汚染物を除去するためのもので、表面処理に対する要求性能及び表面の汚染程度によって適切に使用する。

以上、本発明を特定の実施例に基づいて説明したが、当該技術分野では、本発明の趣旨及び特許請求の範囲内で多様な変形、変更または修正が可能である。したがって、上述した説明及び図面は、本発明の技術思想を限定するものではなく本発明を例示するものとして理解されるべきである。

従来のマグネシウム系金属部材の表面処理方法を示したフローチャートである。 本発明のマグネシウム系金属部材の好ましい表面処理方法を示したフローチャートである。 本発明のマグネシウム系金属部材の表面処理装置の概略図である。 本発明によって陽極酸化処理されたマグネシウム系金属部材の表面の微細組織写真である。 本発明によって陽極酸化処理されたマグネシウム系金属部材の表面のＥＤＸ分析結果である。

符号の説明

１ 電解槽
２ 電解液
３ マグネシウムまたはマグネシウム合金部材
４ 陰極基板
５ 整流電源

Claims (12)

1. マグネシウム系金属部材をバッフィングする工程と、
   前記バッフィングされたマグネシウム系金属部材を水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムが含まれたｐＨ１０以上の強塩基性電解液内に浸漬させる工程と、
   前記強塩基性電解液内で前記マグネシウム系金属部材に０．０１〜３Ａ／ｄｍ^２電流密度の電流を印加し、前記マグネシウム系金属部材の表面に金属光沢を具現する陽極酸化処理工程と、を含むマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
2. 前記陽極酸化処理段階における前記電流の電流密度が、０．５〜１Ａ／ｄｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
3. 前記陽極酸化処理段階における電圧が、１０Ｖ以下に制限されていることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
4. 前記電解液は、全体の水溶液１リットル当たり水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム５０〜４００ｇを含み、電解液温度は２０〜９０℃であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
5. 前記バッフィング工程は、機械研磨、電気研磨および化学研磨のうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
6. 前記陽極酸化処理工程後に、染料に浸漬して前記マグネシウム系金属部材の表面を着色する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
7. 前記染料は、全体の電解液１リットル当たり０．５〜５０ｇが含まれ、電解液温度は２０〜９０℃であることを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
8. 前記染料は、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｒｅｄ ＣＬ−５Ｂ ＰＤＲ、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｏｒａｎｇｅ Ｃｌ−３Ｒ ＰＤＲ、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｙｅｌｌｏｗ ＣＬ−２Ｒ、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｔｕｒｑｕｉｏｓｅ Ｓ−ＣＴ １３３、Ｄｒｉｍａｒｅｎｅ Ｂｌｕｅ ＣＬ−２ＲＬおよびＲｅｍａｚｏｌ Ｂｌａｃｋ ＧＳ−Ａから選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
9. 前記マグネシウム系金属部材は、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
10. 前記全体の電解液１リットル当たりＫＦ及びＮａＦのうち少なくとも一つを０．１〜１００ｇ添加することを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
11. 前記電解液にＮａ_２ＳｉＯ_４を追加的に添加することを特徴とする請求項１０に記載のマグネシウム系金属部材の表面処理方法。
12. マグネシウム系金属部材を水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムが含まれた強塩基性電解液内に浸漬させる工程と、
    前記強塩基性電解液内で前記マグネシウム系金属部材に０．０１〜３Ａ／ｄｍ^２電流密度の電流を印加し、前記マグネシウム系金属部材の表面に金属光沢を具現する陽極酸化処理工程と、を含むマグネシウム系金属部材の表面処理方法。

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