KR100260764B1 - 알루미늄 합금으로 제조된 대형 물품을 마이크로아크산화시키는 공정 - Google Patents
알루미늄 합금으로 제조된 대형 물품을 마이크로아크산화시키는 공정 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 알루미늄 합금으로 제조된 물품의 마이크로아크 산화공정에 관한 것이다.
본 발명의 산화공정은 약산 전해질을 넣은 조(漕, bath) 내부에 알루미늄 합금으로 된 부재를 로딩하고, 전기 펄스를 발생시키고, 10 - 40 ms 동안 휴지시간을 주고, 상기 전기 펄스시간과 상기 휴지시간을 반복하여 운전하는 마이크로아크 산화 공정이다.
상기와 같이 운전하면 종래 공정과 비교하여 약 1/50 정도로 전력소비를 줄일 수 있다.
Description
[발명의 명칭]
알루미늄 합금으로 제조된 대형 물품을 마이크로아크산화시키는 공정
[발명의 상세한 설명]
[발명의 분야]
본 발명은 알루미늄 합금으로 제조된 물품의 마이크로아크 산화(microarc oxidation) 공정에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 자동차 산업(자동차 엔진 케이스, 피스톤, 외부 마감부품) 뿐만 아니라, 건설산업(창문들, 천장, 상업용 텐트), 항공기 산업(항공기 외부 표면재, 엔진부품, 터빈), 기계장치와 정유산업(펌프 부품, 케이스 부품)에서 물품의 부식방지를 위하여 유용한 마이크로아크 산화공정에 관한 것이다.
[발명의 목적]
본 발명의 목적은 생태학적으로 안정된 운전공정을 유지하면서 대형물품 또는 소형 물품의 무더기를 코팅할 수 있으며, 경제적 측면을 보장하는 마이크로아크 산화공정에서 전력소비를 감소시키기 위한 공정법을 제공하는 것이다.
[발명의 요약]
본 발명은 알루미늄 합금으로 제조된 물품의 마이크로아크 산화공정에 관한 것이다.
본 발명의 산화공정은 약산 전해질을 넣은 조(漕, bath) 내부에 알루미늄 합금으로 된 부재를 로딩하고, 전기 펄스를 발생시키고, 10 - 40 ms 동안 휴지시간을 주고, 상기 전기 펄스시간과 상기 휴지시간을 반복하여 운전하는 마이크로아크 산화 공정이다.
본 발명과 같이 운전하면 종래 공정법과 비교하여 약 1/50 정도로 전력 소비를 줄일 수 있다.
[발명의 상세한 설명]
코팅해야 할 물체의 표면에 표면전하를 형성할 때 전해질로부터 나오는 음이온의 양이 최대가 되도록, 그리고 전해질 조(漕,bath)에 로딩할 수 있는 알루미늄 물체의 적정용량을 선택함으로써 최대효과를 얻을 수 있도록 펄스와 펄스 사이의 휴지시간을 선택함으로서 본 발명의 목적을 이룰 수 있다.
전해질로부터 발생하는 최대 이온수는 펄스 사이의 휴지시간이 10 - 4oms(1ms = 1/1000 초) 범위에서 얻어지며, 전력소비를 감소시키기 위한 최대 효과는 부재의 면적이 50 - 700 dm2(dm2 = 1/100 m2)가 되도록 조정하여 부재를을 전해질 조에 담글 때 얻어진다. 단일 대형물품 및 소형물품의 집합체를 전체 로딩(loading) 면적으로 간주할 수 있다. 전해질은 약알카리 전해질을 사용한다. 전해질은 합금의 종류와 제품의 모양 및 제품의 용도에 영향을 받긴 하지만 통합농도가 3%인 약알칼리 전해질이 사용되며 약전해질을 구성하는 용매는 예를 들면 수산화나트륨과 rb산소다를 사용한다.
전력소비를 감소시키기 위한 메카니즘을 다음에 설명한다. 전해질 전도체 내에 주 전류 운반체는 이온이다. 예를 들면 전자에 비하여 매우 큰 중량을 가지는 대전입자 등이다. 전해질 내에 전류흐름의 공정은 특히 펄스운전(pulsed operation)에서는 관성 공정이다. 펄스운전이 중지된 시점에는 전극층 이전의 이온은 그 자체의 운동량에 의해 얼마동안 계속해서 움직여 전극층 표면에서 전하를 형성하고, 전하값은 전하가 형성되는 시간(즉, 휴지시간)에 영향을 받는다. 상기 휴지시간을 주어야 할 적절한 주기는 실험결과에 따르면 10 - 40 ms이다. 휴지시간이 짧으면 전하가 완전히 형성될 시간이 없고, 휴지시간을 연장시키면 전해질내에 부품 표면으로부터 전하가 흘러내리는(flowing down) 결과를 초래하며 전력의 소비를 증가시키기 때문이다.
다음의 펄스를 코팅 브레이크다운(break-down)에 형성된 플라즈마 채널(plasma channel) 내로 공급할 때 외부 전력원으로부터 공급되는 전류뿐만 아니라 흘러내리는 누적된 표면 전하도 관계하기 시작한다. 따라서, 부품표면에 공급되는 실제 전류 밀도는 전력 원으로부터 설정된 전류 값을 초과하며, 따라서 똑같은 두께(같은 특성을 갖는)의 코팅을 얻기 위해서는 뒤의 경우의 값이 감소된다.
상기 효과는 표 1에 나타낸 데이터에 의해 설명된다. 본 실험은 250 V에서 펄스 발생기(a pulse thyristor converter)를 사용하여 면적이 50 dm2인 AD3l 합금의 평판을 사용하였다. 마이크로아크 산화는, 부식성을 갖기위해서는 부식방지총의 두께는 20 mcm(㎛)가 되도록 코팅해야 한다는 조건을 만족해야 한다. 표 1에서 공지 비교예 1은 500 V에서 수행된 것이다.
[표 1]
위 실험결과에 따르면 본 발명에서 청구하는 휴지시간대로 공정을 실행하면 종래 공정과 비교하여 약 1/50 정도로 전력소비를 줄인다.
또한 콘덴서 용량이 콘덴서 평판 면적에 의존하는 콘덴서와 유사한 원리로, 휴지시간 동안에 물체 표면에 형성된 전하값은 코팅처리할 물체의 표면적에 의존한다. 상기 표면 전하값은 똑같은 품질의 코팅을 얻기 위한 종래의 공정과 비교할 때 외부 에너지 원으로부터 공급되는 전류 밀도에 영향을 미친다.
전해질 조 내에 담겨지는 알루미늄 부재의 적정량은 다음과 같다. 원칙상 이온의 관성운동의 효과는 휴지시간 및 담겨진 부재의 면적에 영향을 받는다. 그러나 전력 소비를 현저하게 실제적으로 감소시키는 효과는 오직 로딩(loading) 면적이 50 dm2 이상에서 얻어진다. 로딩의 최대 한계는 설비기술 능력에 따른다(변압기 동력, 조 크기, 동력 장치의 운전 신뢰도, 전류공급 부품 등).
적절하게 로딩 용량을 선택한 실제 예를 표 2에 나타내었다 본 실험은 건물의 구조부재를 양극 산화처리 하기 위해서 표준상태의 전해질 조에서 실시되었다. 사용된 샘플은 알루미늄 합금 AD31(러시아 규격의 알루미늄합금 종류)으로 여러 길이로 A0037 단면을 제조한 것이었다. 본 공정에서 펄스시간은 τpause= 20 ms이고, 휴지시간은 τpause= 20 ms이고, 전압은 250 V이며, 운전시간은 15분의 조건으로 실시되었다. 실험결과 코팅의 두께는 20 - 25 mcm(㎛)이었다.
[표 2]
직류를 사용하여 펄스를 발생하지 않는 조건하에서 코팅할 경우에 단위소비 전력은 1.0 kW · h/dm2 이었다.
모든 실시예에서 수산화나트륨 2% 및 규산나트륨 1.5%을 포함하는 전해질을 사용하였다. 모든 실시예에서 얻어진 코팅의 부식저항은 GOST 9.302.86을 준수하였다.
상기 실험 결과를 바탕으로 본 발명의 산화공정을 요약하면 다음과 같다. 약산 전해질을 넣은 조(漕, bath) 내부에 알루미늄 합금으로 된 부재를 로딩하고, 전기 펄스를 20 ms 동안 발생시키고, 10 - 40 ms 동안 휴지시간을 주고, 그리고 상기 전기 펄스시간과 상기 휴지시간을 반복하여 운전하여 총 운전시간은 15분이 되도록 운전한다.
본 발명은 하기 실시예에 의하여 보다 상세히 설명될 것이다.
[실시예 1]
알루미늄 부재를 양극 산화 처리하기 위한 현대화된 조에 길이가 6 m이고 전체면적이 500 dm2인 AD3l 알루미늄 부재 3개를 넣었다. 본 발명에서 사용된 전해질은 수산화나트륨 2% 및 규산나트륨 1.5%의 수용액으로 제조된다.
전기적 변수로는 전압이 250 V이고, 전류 밀도가 1.4 A/dm2이고, 전체 운전시간은 15분이고, 펄스주기는 τpause= 20 ms이고, 휴지시간은 τpause= 20 ms이며, 단위 소비전력은 0.175 kW · h/dm2이었다. 실험결과 코팅 두께는 20 - 25 mcm(㎛)이었다. 부식저항에 의한 모든 세 부분에 코팅은 GOST 9.302.56을 준수하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서 사용된 것 같은 전해질을 사용하고, Φ200×200 mm 및 120dm2 크기의 전체면적의 알루미늄 합금 D16으로 제조된 도가니 4개를 전해질조에 넣었다. 상기 도가니는 치아-보철용 원재료를 제조하는데 쓰이는 것이다. 적용하는 조건은 전압이 250 V이고, 전류밀도 2.1 A/dm2, 전체 운전시간은 15분이고, 펄스주기는 τpause= 20 ms이고, 휴지시간는 τpause= 20 ms이며, 단위 소비전력은 0.265 kW · h/dm2(전체 소비전력 = 31.5 kW.h)이었다.
결론적으로 도가니 안정도는 종래에 사용한 철제 도가니와 비교하여 2 - 3배가 증가되 었다.
그러므로 공정의 생태학적 안전성을 유지하기 위한 본 발명은 전력비용을 감소시키고 대형 부품을 코팅할 가능성을 보장한다.
Claims (1)
- 0.5~3%의 NaOH 또는 0.5~3%의 KOH중의 어느 하나와 0~6%의 Na2SiO3또는 0~8%의 Na2MoO4로 구성되는 약알칼리 전해질을 넣은 조(漕, bath)내부에 알루미늄 합금으로 된 부재를 로딩(loading)하고; 100~250V의 전압 또는 0.5~10A/dm2의 전류밀도하에서 전기 펄스를 20 ms동안 발생시키고; 10-40ms동안 휴지시간을 주고; 그리고 상기 전기 펄스시간과 상기 휴지시간을 반복하여 운전하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로아크 산화 공정.
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