KR100239506B1 - 스테인리스강 제품의 산화발색방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인리스(stainless)강 제품의 산화발색방법에 관한 것이다.

스테인리스강은 크롬합금재질로서 특수 금속색상을 띠며 부식이나 변색이 거의 없는 비교적 안정된 색상을 가지고 있으나, 최근 금속제품의 색상화에 따라 스테인리스강 제품에도 단조로운 금속색상에서 다양한 컬러 스테인리스강의 제품을 원하게 되었다.

본 발명은 스테인리스 강의 발색을 위하여, 탈지 및 수세처리한 스테인리스강 제품을 유산액(H₂SO₄)와 3산화크롬(CrO₃)액의 조성으로 된 산화발색액에 80-90℃의 온도조건에서 백금전극을 양극으로 하여 전류밀도 0.2a/dm²전해시간 5분정도로 전해조에서 산화착색 처리하므로서 스테인리스강의 표면의 부동태의 산화피막을 두껍게 형성하여 이 피막자체는 무색이나, 이 피막을 투과하여 금속표면에서 반사하는 광의 입사각도와 반사각도의 차이에 따른 광의 간섭색에 의하여 보는 각도에 따라 각종 색상의 칼라 스테인리스 강의 제품으로 보일 수 있게 한 것이다.

Description

스테인리스강 제품의 산화발색방법

제1도는 본 발명의 산화발색 전해조의 예시도.

제2도는 본 발명의 전위곡선도.

제3도는 본 발명의 발색 설명도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 전해조 2 : 전해액

3 : 피착색제품 4 : 전극

본 발명은 스테인리스강 제품의 산화발색방법에 관한 것으로, 유산액과 3산화크롬액으로 조성된 산화발색액에서 전기에너지에 의하여 산화발색처리한 다음 3산화크롬액과 인산액으로 조성된 전기도금액에 의하여 경막처리 하는 것을 특징으로 한 것이다.

[발명의 목적]

본 발명의 목적은 스테인리스강 선으로 제조된 각종 선반이나 용기 등의 제품을 컬러화하여 종래의 단순한 금속성 색상에서 다양한 컬러 스테인리스강 제품을 제공하려는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스테인리스 강 소재의 표면에 도료나 착색물질의 피복과는 달리 소재자체의 부동태 피막을 형성하여 광의 간섭으로 영롱(玲瓏)한 색상으로 발색되는 특수 산화발색방법을 제공하려는데 있다.

또한, 부통태의 피막의 두께에 따라 청색상, 금색상, 적색상, 녹색상 등, 임의 색상으로 제어하여 각종 색상이 조화를 이룬 장식성이 높은 스테인리스강 제품을 제공하는데 있다.

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 스테인리스강 제품의 표면을 부동태피막으로 산화처리하여 광의 간섭작용으로 각종 색상으로 발색하는 스테인리스강의 산화발색방법에 관한 것이다.

스테인리스강 제품은 그 자체가 내식성과 내구성이 양호하고 특수 금속색상으로 변색되지 않는 장점이 있다. 따라서 일반 금속과는 달리 스테인리스강 소재의 표면에 대하여는 착색을 별로 하지 않았다.

스테인리스강의 착색에 관한, 선행기술의 한 예로서, 중크롬산의 용융염(400℃ 이상)에 침지하여 흑색으로 착색하는 방법이 있다. 이것에 대하여 100℃ 전후의 중크롬산염과 질산용액중에 착색하는 방법이 시도되고 있으나 색의 재현성이나 내식성에 난점이 있었다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

최근에는 상품의 컬러화가 보편적으로 요구되고 스페인리스강의 고유색상은 단조롭고 부드럽지 못하며 냉감(冷感)을 주기 때문에 다른 컬러제품과 조화롭지 못한 미비점이 있었다.

본 발명은 이러한 실정을 감안하여 스테인리스강의 표면의 컬러화에 대하여 여러가지 시험연구한 결과 새로운 산화발색방법을 개발하였다.

본 발명에서는 스테인리스강 제품의 표면에 각종 장식성의 고급문양과 다양한 컬러를 실현할 수 있게 하는데 주안점을 두고 다음 사항을 설정하였다.

① 가공치수범위는 직경 300㎜, 높이 200㎜ 정도의 크기와 두께(肉厚)는 0.5㎜정도의 스테인리스강 제품에 대응할 수 있을 것

② 디자인 정보에 의하여 3차원 곡면상으로 산화발색이 가능할 것

③ 발색의 색상 종류는 가능한 다양하고 또한 발색속도를 제어하여 연속발색이 가능할 것

④ 발색번짐을 방지 할 수 있을 것

⑤ 발색표면의 경도, 내마모성은 종래 제품과 동등 이상의 품질일 것

⑥ 가공품의 셋팅은 간단하고 단시간에 발색이 가능할 것

⑦ 산화용액은 무공해로 처리가능할 것

⑧ 작업성 및 안정성이 우수할 것

⑨ 경제성이 우수할 것 등이다.

본 발명에서 스테인리스강의 산화발색의 원리는 부동태피막을 이용한 것이다.

스테인리스강은 대기중에서 내 발수성을 나타내며, 이는 그 표면이 대기중의 산소나 수분과 반응하여 생성된 부동태 피막에 의한 것이다.

Fe-Cr계의 부동태 피막은 0.0001-0.003㎛의 함수형 Cr(Fe) 산화물로서, Fe-Ni-Cr계에서는 Cr, Fe이외에 Ni, Si, Mn, Mo, Cu, 등의 성분을 함유한 복잡한 구조로 되어 있다. 이들 부동태는 매우 얇음에도 불구하고 강인 치밀하여 밀착성이 좋은 유연한 구조이나 그 자체는 무색이다. 그런데 이 무색의 부동태 박막에 광선이 투사되면 광의 입사각도와 반사각도의 차이를 주어 광의 간섭을 일으키어 영롱한 색을 띠게 된다. 이 색상은 보는 각도에 따라 다르다.

본 발명에서는 이러한 부동태 피막을 인위적으로 단시간에 두껍게 형성하는 것이다. 즉 질산용액과 3산화크롬용액으로 조성된 전해액에 스테인리스강 제품을 침지하여, 일정한 액온유지조건에서 소정의 전류밀도로 약 5분정도 처리하여 부동태 피막을 두껍게 형성시키어 발색되게 하였다. 또 부동태의 박막의 두께에 따라 블루, 골드, 마젠타, 그린등의 색상으로 발색할수 있으며 그 두께는 0.1-0.3㎜이다. 발색처리된 표면은 다시 수세하여 3산화크롬액과 인산액으로 조성된 도금액으로 크롬 경막처리하여 상기 사항을 충족한 컬러 스테인리스강 제품을 얻었다. 또 마스킹법으로 부동태의 두께를 문양에 따라 다르게 형성하므로서 다양한 색상이 배색되어 장식성이 높은 칼라 제품을 얻을 수 있게 하였다.

본 발명의 컬러 스테인리스 강제품은 도료나 착색제의 피복이 아닌 스테인리스 강소지의 표면의 산화층에 의한 광 간섭색에 의한 발색이므로 안정성이 높고 발색표면의 경도와 내마모성이 스테인리스강 고유의 제품과 동등 이상으로 유지된다. 또 연속적이며 능률적으로 산화발색작업이 가능하여 작업성이 경제적으로 유리하다.

[발명의 구성 및 작용]

(1) 발색처리

스테인리스강선으로 제조된 제품을 탈지(脫脂) 및 수세(水洗)처리하고 별도로 유산(H₂SO₄) 용액과 3산화크롬(CrO₃)용액을 2 : 1의 중량비로 혼합 조성된 조성액을 산화발색액으로 하여 이를 전해조에 담고 액온을 80-90℃로 유지하면서 동 스테인리스 제품을 백금(Pt) 전극과 대향되게 전해조에 침지 설치하여 전류밀도 0.2A/dm로 약 5분간 처리하여 0.1-0.3㎛의 부동태 산화피막을 형성한다. 이 두께는 스테인리스강의 표면에 자연적으로 형성되는 부동태피막의 약 100정도의 두께이다.

도 2는 본 발명의 산화발색처리시의 전위(電位)곡선도로서, 전위와 제품의 전해액의 침지시간의 관계를 보이고 있다. 도면의 곡선 A점이 착색 개시점이 되고 시간의 경과에 따라 착색 전위곡선은 상승커브를 이룬다. 전위의 B점-A점 사이의 전위에서, 6mv에서는 청색상, 13mv에서는 금색상, 16mv에서는 적색상, 19.5mv에서는 녹색상이 얻어진다.

따라서, 소망하는 색조와 전위차는 착색액의 상태(농도, 온도)가 변하여도 거의 일정한 점에서 이 전위차를 관리하면 색조를 제어할 수 있다.

(2) 경막(硬膜)처리

착색처리는 스테인리스 강 소지(素地)를 용해하면서 산화피막을 형성하는 것이므로 그 피막은 첨가적인 것으로 되어 있다. 따라서 경막처리는 일종의 크롬도금으로서 이 구멍을 크롬의 수산화물로 메우고 또한 크롬이 표면에 석출하지 않는 범위에서 행하는 것으로 이것에 의하여 피막은 강화 된다.

경막처리에 있어서는, 3산화크롬(CrO₃)용액에 소량의 인산(H₃PO₄)용액을 혼합 조성된 전해액을 액온 약 10-40℃로 유지하면서 이에 스테인리스 강의 발색처리제품을 연(鉛)전극과 대향되게 침지되게, 설치하여, 15V에서 200A를 인가하여 일종의 크롬도금으로 경막처리한다. 경막처리후 수세하여 본 발명의 칼라 스테인리스강 제품을 얻는다.

본 발명의 발색 및 경막처리된 컬러 스테인리스강 제품은 발색피막의 내식성이 우수하다. 이와 같이 발색피막의 내식성이 우수한 까닭은 발색피막이 크롬릿치인것과, 피막두께가 매우 두꺼운 것(0.1-0.3㎛), 그리고 공식(孔食)이나 입계부식의 기점으로 되는 개재물이 발색공정에서 용출제거되는 것에 기인하고 있다.

또 발색피막은 소지와 밀착성이 강하고 가공성, 내충격성, 내마모성등이 양호하여 통상의 성형가공에 추분히 견딜 수 있다.

(3) 발색원리

도 3은 본 발명의 스테인리스강의 소지에 부동태 산화피막을 피막을 두껍게 형성하여 이 투명한 산화피막이 광의 간섭색에 의하여 발색되는 설명도이다.

즉 광 I는 투명한 산화피막표면 A점으로 부터 들어가 굴절하여 금속표면 B에서 반사하여 C, D로 나간다. 이건에 의하여 반사면이 다른 2개의 광의 광로차와 파장의 관계에 의하여 강해지는 파장과 약해지는 파장이 있고 강해지는 파장으로 착색된다. 광로차는 피막표면의 광의 입사각 ι가 다르게 변화하기 때문에 컬러 스테인리스 강의 색조는 보는 각도에 의하여 변한다.

또한 색상이 다른 문양을 발색처리하는 경우에는 문양의 색상별로 마스킹을 형성하여 전해조에서의 전류에 노출시간을 다르게 하여 목적하는 색상으로 할수 있다.

[실시예]

1. 발색처리

탈지 및 수세처리한 스테인리스강 피착색 제품(3)을 도 1에 표시된 전해조(1)에 백금전극(4)과 함께 나란히 설치한다.

산화발색액은 H₂SO₄500g/ι에 CrO₃250g/의 혼합 조성액으로 하며, 이 전해액(2)의 액온은 80-90℃로 하고 백금전극을 양극으로 사용하며, 전류밀도는 0.2A/dm²로 전해시간 5분이다.

도 2에 표시된 바와 같이 전위곡선에 의하여 6mv에서 블루, 13mv에서 골드, 16mv에서 마젠타, 19.5mv에서 그린색상으로 착색되므로 각각 목적하는 색상의 전위를 제어하면 된다.

2. 경막처리

격막처리장치는 도 1과 같은 전해조장치를 사용하여 발색처리 및 수세한 스테인리스 강 제품과 연 전극을 나란히 설치한다. 이때의 경막처리의 조성액은 CrO₃250g/ι, H₃PO₄2.5/ι 액온은 10-40℃이며 처리시간은 약 5분 정도이다.

경막처리는 도금의 두께와 시간과 상관되므로 처리시간은 임의로 조절하면 된다. 경막처리한 후 이를 수세하여 본 발명의 컬러 스테인리스 제품을 얻는다. 본 발명은 보는 각도에 따라 다양한 영롱한 색상으로 보인다.

[효과]

본 발명은 스테인리스강 제품을 부동태의 산화피막을 두껍게 형성하여 광의 간섭색에 의하여 발색되게하고 경막처리하였기 때문에 발색막이 견고하고 지금까지의 단조로운 금속성색상에서 다양한 영롱한 색상을 나타내어 스테인리스강 제품이 새로운 장식성의 컬러제품으로 되어 스테인리스강 고유의 내구성과 내부식성이 양호함은 물론 다양한 컬러에 의하여 제품의 상품가치를 보다 높히게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 탈지 및 수세처리한 스테인리스강 제품을, 질산(H₂SO₃)용액과 3산화크롬(CrO₃)용액으로 조성된 산화발색액의 전해조에 백금의 양극과 나란히 침지되게 설치하여, 액온 80-90℃정도의 조건에서 전류밀도 0.2A/dm²로 처리하여 부동태산화피막을 0.1-0.3㎛ 두께로 형성하여 산화발색처리하고 이를 수세한 다음 3산화크롬(CrO₃)용액과 인산(H₂PO₃)용액으로 조성된 경막처리액의 전해조에 상기 스테인리스강 제품을 연(鉛)전극과 나란히 침지되게 설치하여 액온 10-40℃ 정도의 조건에서 크롬도금에 의한 경막처리 하여 광 간섭색으로 발색되게 함을 특징으로 한 스테인리스강 제품의 산화발색방법.
2. 제1항에 있어서, 산화발색액은 H₂SO₄용액 500g/ι과 CrO₃용액 250g/ι을 혼합한 조성액으로 된 스테인리스강 제품의 산화발색방법.
3. 제1항에 있어서, 경막처리액은 CrO₃용액 250g/ι과 H₃PO₄용액 2.5g/ι을 혼합한 조성액으로 된 스테인리스강 제품의 산화발색방법.

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