KR100213562B1 - 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

알루미늄 또는 그 합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시켜 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 산화피막에 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 알루미노규산염 세라믹이 알루미늄 또는 그 합금표면에 형성되도록 함을 특징으로 하는 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리방법에 관한 것으로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 양극산화처리하여 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 양극산화피막에 알칼리규산영과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유리알칼리를 중화시킨 용액을 반응시켜 알루미노 규산염 세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄 합금표면에 형성되도록 하므로서 내몰탈성, 내산성, 내식성, 내광성이 우수하고 경도가 높아 제품표면에 스크래치의 발생이 적으며 유성매직 및 페인트 등이 표면에 부착되지 않아 세정 및 관리가 용이하고 손쉽게 색상을 조정할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 제조하고 이를 건축용 내외장재, 외장용 패널, 내장용 케이스, 음향기기의 프론트판넬 및 자동차 구조물에 이용하므로서 상품가치를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

알루미늄 또는 그 합금의 표면처리방법

본 발명은 건축자재용 내외장재, 외장용 패널, 내장용 케이스, 음향기기의 프론트 패널, 전자부품 및 자동차 구조물 등 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있는 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리방법에 관한 것으로, 특히 알루미늄 또는 그 합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시켜 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 산화피막에 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 알루미노규산염 세라믹이 알루미늄 또는 그 합금표면에 형성되도록 함을 특징으로 하는 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 은백색의 가볍고 무른 금속인 알루미늄과 알루미늄을 주성분으로 하여 구리, 마그네슘, 니텔, 망간, 규소, 아연 등을 첨가하여 제조한 알루미늄합금은 연신성 및 인발성이 우수하고 가벼우며, 튼튼하고 미관이 수려하여 건축자재용 내외장재, 외장용 패널, 내장용 케이스, 음향기기의 프론트판넬, 전자부품 및 자동차용 구조물 등으로 광범위하게 사용되고 있다.

그러나, 알루미늄 또는 그의 합금은 내몰탈성, 내산성, 내식성, 내광성이 좋지 않고 경도가 낮아 제조될 완제품 표면에 스크래치(Scratch)등이 발생하기 쉽고 유성매직 또는페인트 등이 표면에 부착되기 용이하므로 세정 및 관리가 쉽지 않은 단점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 현재 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 표면처리하여 사용하고 있으며, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면처리방법으로는 봉공처리, 전착처리(Eletro deposite resin), 페이트 도장 처리방법 등이 주고 사용되고 있다.

즉, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 하기에 기재된 반응메카니즘에 의거하여 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화를 시켜 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시킨다.

Al-3e-→Al³⁺

2Al³⁺+3O^2-→Al₂0₃

Al₂O₃+H₂O→2(OAlOH) (Bohimite)

일반적으로 Al₂O₃자체는 비교적 안정한 물질이어서 물과 크롬산칼륨 등 일반적인 약품과는 반응하지 않으나 양극산화방법으로 형성된 피막은 수화가 되어 있기 때문에(실질적으로 알루미늄 양극 산화 피막을 분석한 것에 의하면 약 8∼23개의 원자층(Atomic layers)으로 수화가 된다는 것이 확인되었다(G.C.Wood and V.J.J. MARRON, Trans, Inst, Met, Fin, Part 1 ; 1976, 45, (1), 17 ; Part2 ; 1967, 45, 3, 107)반응기를 내포하고 있으므로 하기의 반응기전에 의거 크롬산 칼륨 또는 니컬염을 반응시켜 봉공처리하든지 또는수용성멜라민 수지를 물에 해리하여 전기적으로 음이온성분을 코팅시키는 전착처리를 행한다.

2(OAlOH) + 2KHCrO₄→2(OAlHCrO₄) + 2KOH

또한, 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면에 페인트를 도장하여 표면을 보호하는 페인트 도장방법도 사용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 표면처리방법으로는 만족할 만한 표면처리효과를 얻을 수 없었다.

따라서, 본 발명의 목적은 내몰탈성, 내산성, 내식성, 내광성이 우수하고 경도가 높아 제품표면에 스크래치의 발생이 적으며, 유성매직 및 페인트 등이 표면에 부착되지 않아 세정 및 관리가 용이하고 손쉽게 색상을 조정할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면처리방법을 제공하는 데 있다.

제1도는 본 발명의 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리 공정도이다.

상기 목적 뿐만 아니라 용이하게 도출될 수 있는 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시켜 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산솨피막을 형성시키고, 산화피막에 알칼리기를 제거한 규산알루미늄염을 반응시켜 알루미노규산염 세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면에 형성되도록 하므로서 내몰탈성, 내산성, 내식성, 내광성이 우수하고 경도가 높아 제품표면에 스크래치의 발생이 적으며 유성매직 및 페인트 등이 표면에 부착되지 않아 세정 및 관리가 용이하고 손쉽게 색상을 조정할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 얻을 수 있었다.

본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면처리방법은 알루미늄 또는 그의 합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시켜 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 산화피막에 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 알루미노규산염 세라믹이 알루미늄 또는 그의 합금 표면에 형성되도록 함을 특징으로 하는 것이다.

먼저 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시키면 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면에서 다음과 같은 반응이 일어난다.

Al - 3e^-→ Al³⁺

2Al³⁺+ 30^2-→Al₂O₃

Al₂O+H₂N→2(OAlOH)

즉, 알루미늄 또는 알루미늄 표면을 수화되고 활성화된 양극산화피막을 형성하게 되므로 본 발명에서는 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 하기 반응메타니즘에 의거하여 알루미노 규산염 세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면에 형성되도록 하였다.

(여기에서, M은 K, Na, Mg 또는 Ca와 같은 알칼리금속 또는 알칼리토금속이고, a는 K, Na와 같은 알칼리금속인 경우 2이고, Mg, Ca와 같은 알칼리토금속인 경우 1이며, b는 1, 2, 또는 4이고, c는 3, 5 또는 9이다.)

(여기서, m은 1이상의 정수이다.)

상술한 방법으로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 양극산화하여 1차 표면처리하고, 이것을 10∼20% 농도의 유리 알칼리기가 제거된 규산알칼리염 수용액(알루미늄 세라믹 코팅제)에 50∼60℃의 온도에서 3∼5분 동안에 걸쳐 침지시켜 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면에 알루미노 규산염 세라믹을 코팅하고 수절(물빼기)한 후, 160∼190℃의 온도에서 30분동안 소부하여 완제품을 얻는다.

또한, 양극산화공정후에는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 전해착색 및 염료착색하고 수절한 후에 알칼리기를 제거한 규산알칼리 염을 반응시켜 알루미노규산염 세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면에 형성되도록 할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 알칼리기가 제거된 규산알칼리염은 다음과 같은 방법으로 제조된다.

즉, 공업용 물유리(Water glass : 알카리규산염)를 증류수와 1 : 1 로 혼합하면 물에 해리되어 알칼리를 생성한다. 예를 들면, 메타규산나트륨 또는 칼륨의 경우에는 하기의 반응식과 같이 물에 해리된다.

상기 용액에 황산 또는 염산을 넣어 하기의 반응식과 같이 유리 알칼리를 중화시킨다.

유리 알칼 리가 중화된 용액속에는 알칼리성의 반응기가 사라지고 순수 규산나트륨 또는 칼륨 용액의 활성화된 반응기만 남게 되며 규산알칼리염은 하기의 해리식과 같이 물에 해리되어 수화된 알루미늄과 규산이 반응하기 좋게 만들어진다.

이 때 알칼리가 남아 있으면 규산염이 반응하기 전에 알루미늄을 부식시켜 제품 표면에 얼룩이나 눈물자국이 남게 된다.

본 발명에서는 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유리 알칼리를 중화시킨 용액에 전해착색 및 염료착색된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 침지(dopping)한 후, 2차적으로 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유리 알칼리를 중화시킨 용액으로서 규산알칼리염의 농도가 10∼20%인 것을 코팅하여 반응을 완료하였다.

특히, 본 발명은 SiO_n의 산소말단기가 활성화기이고 알루미노규산염끼리 반응하여 고분자 물질을 형성한다는 사실에 근거를 둔 것으로, 양극산화되어 수화되고 활성화된 알루미늄 양극피막에 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유리 알칼리를 중화시킨 용액을 반응시키고 160∼190℃에서 30분 정도 소부하면 규산염 광물과 비슷하게 되어 활성화 성질을 잃는다.

즉, 유리(Glass)고분자 형태가 되어 내식성이 증가하게 되는 것이다.

또한, 규산염은 중금속이온을 흡수하는 성질을 갖고 있어 공해문제를 유발하지 않고 오히려 방지하는 역할을 하며, 금속염료 등의 수용성 물질을 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유리 알칼리를 중화시킨 용액에 첨가하여 마음대로 색상을 변경시킬 수도 있다.

상술한 바와 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 양극산화처리하여 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 양극산화피막에 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유리알칼리를 중화시킨 용액을 반응시켜 알루미노 규산염 세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄 합금표면에 형성되도록 하므로서 내몰탈성, 내산성, 내식성, 내광성이 우수하고 경도가 높아 제품표면에 스크래치의 발생이 적으며 유성매직 및 페인트 등이 표면에 부착되지 않아 세정 및 관리가 용이하고 손쉽게 색상을 조정할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 제조하고 이를 건축용 내외장재, 외장용 패널, 내장용 케이스, 음향기기의 프론트판넬 및 자동차 구조물에 이용하므로서 상품가치를 극대화시킬 수 있었다.

Claims (3)

1. 알루미늄 또는 그 합금을 전해액에서 양극산화시켜서 상기 알루미늄 또는 그합금의 표면에 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화 피막을 형성하는 단계.

   상기 산화 피막이 형성된 상기 알루미늄 또는 그 합금을 유리 알칼리기가 중화된 규산알칼리염 수용액에 침지, 반응시켜서 알루미노규산염 세라믹을 상기 알루미늄 또는 그 합금 표면에 형성하는 단계를 포함하는 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 규산알칼리염을 규산나트륨 또는 규산칼륨염인 것을 특징으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면처리 방법.
3. 제1항에 또는 제2항에 있어서, 상기 알칼리기가 중화된 규산알칼리염은 알칼리 규산염과 물을 혼합하고 여기에 산성분을 첨가하여 유리 알칼리기를 중화시킨 용액인 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리 방법.