KR100463640B1 - 알루미늄 합금 제품상의 경질 보호코팅 제조 방법 - Google Patents

알루미늄 합금 제품상의 경질 보호코팅 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 합금의 프라스마 전해질 산화물 코팅 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 15 내지 50℃ 온도의 알칼리성 전해질 내에서 50 내지 60 Hz의 진동수를 가지는 교류 전류를 사용하여 양극-음극 산화물 코팅하는 단계를 포함한다. 코팅 과정의 개시 단계에는 160 내지 180 A/dm2의 전류 밀도에서 5 내지 90초 동안 산화물 코팅을 수행한 다음, 전류 밀도를 3 내지 30 A/dm2으로 감소시키고, 정해진 두께가 얻어질 때까지 조건을 온라인으로 조절하지 않고 전력 소비가 자발적으로 감소되는 조건에서 산화물 코팅 과정을 계속한다. 알칼리성 전해질은 1 내지 5 g/ℓ의 알칼리 금속 수산화물, 2 내지 15 g/ℓ의 알칼리 금속 실리케이트, 2 내지 20 g/ℓ의 알칼리 금속 피로포스페이트, 및 2 내지 7 g/ℓ의 과산화물(H2O2의 경우는 30%)의 수용액이다. 본 발명의 방법은 추가의 에너지 또는 시간을 소요하지 않고도 미소-경도, 밀도, 및 기재에 대한 접착력을 증가시킴으로써 세라믹 산화물 코팅의 보호특성을 강화시킬 수 있다.

Description

알루미늄 합금 제품상의 경질 보호코팅 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING HARD PROTECTION COATINGS ON ARTICLES MADE OF ALUMINIUM ALLOYS}
독일 공보 제4209733 A1호에는 2 내지 20 A/dm2의 전류밀도와 양극 및 음극 각각 300 내지 750 V 및 15 내지 350 V의 최종 전압을 가지는 양극-음극 조건에서 알루미늄 합금을 산화시키는 방법이 기재되어 있다. 펄스 진동수는 10 내지 150 Hz로 다양할 수 있으며, 양극 전류의 펄스 지속시간은 10 내지 15 ms이고 음극 전류의 펄스 지속시간은 5 ms이다. 상기 방법에 따르면 알칼리-실리케이트 또는 알칼리-알루미네이트 전해질을 사용하여 50 내지 250 ㎛의 두께의 조밀한 고형의 산화물 코팅을 도포할 수 있다.
상기의 방법은 생산량이 낮고 에너지 소모량이 높으며 복잡한 설비가 필요하다는 단점이 있다. 또한, 종래의 알칼리-실리케이트 전해질을 사용하면 제품상에 균일한 품질의 코팅을 제조할 수 없다. 상기 전해질을 장기간 사용하면 품질 저하 및 두께 감소와 함께 도포된 코팅의 특성이 변질된다. 전해질의 안전성은 30 내지 90 Ah/ℓ 이내에 있으며 작동 과정 동안에는 조절될 수 없다.
미국 특허 공보 제5616229호에는 알루미늄 합금 상에 기재에 대한 접착성이 우수하며 다공성이 낮은 100 ㎛ 이상의 두께를 가지는 고형 세라믹-산화물 코팅을 도포하는 방법이 기재되어 있다. 이러한 층은 양극-음극 조건의 알칼리-실리케이트 전해질을 함유하는 몇몇 전해조 내에서 순차적으로 형성된다. 이러한 전해조 중에서 제1 전해조는 단지 0.5 g/ℓ의 KOH 수용액만을 함유하고; 제2 전해조는 0.5 g/ℓ의 KOH 및 4 g/ℓ의 소듐 테트라실리케이트를 함유하며; 제3 전해조는 0.5 g/ℓ의 KOH 및 11 g/ℓ의 소듐 테트라실리케이트를 함유한다. 상기 방법의 가장 중요한 단점은 복잡한 설비 및 장치와 함께 종래의 불안정한 전해질은 사용한다는 것이다.
미국 특허 공보 제5385662호에는 15℃ 이하의 전해질 온도에서 5 A/dm2의 전류밀도를 가지는 플라스마-화학적 양극 산화물 코팅을 사용하여 알루미늄 합금에 50 내지 150 ㎛ 두께의 내마모성 세라믹-산화물 코팅을 도포하는 방법이 기재되어 있다. ±2℃의 매우 제한된 온도 변화가 허락된다. 전해질은 소듐 포스페이트 및 보레이트의 수용액으로 이루어지며, 암모늄 플루오라이드를 함유한다. 이때, 용액 내 전체 염의 농도는 2 M/ℓ를 넘지 않아야 한다. 이러한 전해질을 사용하면 알루미늄 합금에 대하여 높은 미소-경도(7.5 GPa 이하)를 가지는 코팅을 제조할 수 없다. 이는 낮은 최종 양극 전압값(단지 250 V)을 통해 알 수 있다. 또한, 상기 전해질은 처리하는데 비용이 소비되는 유해한 플루오라이드를 함유한다. 높은 경도(20 GPa 이하)를 가지는 코팅을 제조하기 위하여, 상기에 기재된 전해질을 물을 사용하여 100배 희석시키고 0.1 M의 소듐 알루미네이트 및 0.1 M의 소듐 실리케이트를 첨가할 수 있다(이 용액의 pH는 10 내지 12임). 그러나, 상기 방법의 중요한 단점은 알루미노실리케이트 전해질의 안정성이 부족하다는 것이며, 소듐 알루미네이트는 물에 잘 용해되지 않아, 두께가 고르지 못한 산화물 코팅을 형성시키고 스테인리스 스틸 전해조의 벽에 제거되기 어려운 침적물을 형성시킨다.
미국 특허 공보 제5275713호에는 알칼리 금속 실리케이트, 과산화수소 및 소량의 플루오르화 수소, 알칼리 금속 수산화물 및 금속 산화물(예를 들면, 몰리브데늄 산화물)을 함유하는 전해질 수용액 내에서 알루미늄 및 이들의 합금으로 만들어진 제품에 고형의 내부식성 코팅을 도포하는 방법이 기재되어 있다. 상기 용액의 pH는 11.2 내지 11.8이다. 양전위는 직류 전류 또는 펄스 전류 공급원으로부터 제품으로 전달된다. 처음 1 내지 60 s 동안 전압은 240 내지 260 V로 증가하고, 다음 1 내지 20 분(요구되는 코팅의 두께에 따라 좌우됨)에 걸쳐서는 380 내지 420 V로 꾸준히 증가한다. 산소 축전기로서 과산화수소를 전해질에 주입하면, 스파크 방전 영역 내에서 금속의 산화물 코팅이 강화되어 산화물 코팅의 증가 속도 및 이들의 경도를 증가시킬 수 있다.
그러나, 상기 방법의 단점은 전해질 내의 플루오라이드 및 중금속 염의 함량에 있다. 중금속 이온은 촉매로서 용액 내의 과산화수소의 분해를 상당히 촉진하기 때문에, 중금속 염은 전해질의 안정성 및 전해질이 사용되는 기간에 유해한 효과를 가져온다. 게다가, 공정의 처음 몇 초간 얻어지는 "전압 서지"는 비교적 낮은 전류 밀도(15 A/dm2이하)에서 이루어지기 때문에, 예비-스파크 산화물 코팅의 주기를 다소 단축시키는 반면, 코팅의 특성에는 실질적으로 영향을 주지 않는다. 상기 방법은 기재에 대하여 항상 우수한 접착성을 가지는 얇은 산화물 필름(30 ㎛ 이하)을 도포하는데 사용된다.
독일 공보 제2070622 C1호에 기재된 방법은 본 발명과 가장 유사한 방법 중 하나로서, 양극 및/또는 양극-음극 조건에서 통상적인 진동수의 전류를 사용하여 플라스마 전해질 산화물을 코팅시킴으로써 알루미늄 합금으로 만들어진 제품에 고형의 세라믹-산화물 코팅을 도포하는 것이다. 알칼리 금속 수산화물, 실리케이트, 및 알칼리 금속 피로포스페이트의 수용액을 포함하는 환경에 깨끗한 전해질이 사용된다. P2O7 -4피로포스페이트 이온은 실리케이트 콜로이드 용액을 안정화시키고, 스파크 항복 채널 내에서 산화물을 원형화학 합성(plasmochemical synthesis)하는 과정 및 스파크가 없는 표면상에서 전해질의 음이온 복합체를 전기 화학적으로 중축합하는 과정에서 활성 파트로서 작용한다. 상기 전해질은 안정성이 매우 높으며(400 A·h/ℓ 이하) 사용 중에 용량이 조절될 수 있다는 특징이 있다. 이러한 방법의 단점은 산화물 코팅의 형성 속도는 상대적으로 낮고, 에너지 소비량은 매우 높다는 것이다.
본 발명은 알루미늄 합금으로 만들어진 제품에 산화물 보호코팅을 도포하는 방법, 특히 제품 표면을 플라스마 전해질 산화물로 코팅하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 엔지니어링, 설비-건축, 및 기타 산업 분야에 사용될 수 있다.
산화물 코팅은 그들의 물리적 및 기계적 성질 때문에, 빠르게 마모되는 기계의 중요한 부분을 제조하는데(정제 및 주조 가능한 것) 복잡한 구조의 알루미늄 합금 제품을 제조하는데 사용되는 방법이 점점 더 많이 사용되고 있다. 이는 연삭 입자 및 국부적인 고온에 노출되는 경우, 마모를 견뎌내고 부식 환경에 영향을 받지 않는 보호코팅에 대한 필요 때문이다. 이러한 문제를 해결하는 방법 중 하나가 플라스마 전해질 산화물 코팅법을 사용하여 세라믹-산화물 강옥 코팅을 알루미늄 합금에 도포하는 것이다. 이러한 코팅을 가지는 제품을 장기간 사용하는데 있어 결정적으로 중요한 것은 두께, 미소-경도, 및 코팅 기재에 대한 접착력인 반면, 실제로 사용되는 방법에 대해서는, 공정은 신뢰할 수 있는 높은 성과를 가져와야 하고, 설비는 간단해야 하며, 운용 방식은 환경에 해롭지 않아야 한다는 것이다.
상이한 전기분해 조건에서 시간에 따른 전류 펄스의 형태 및 그들 서열의 예를 도 1 내지 도4에 개략적으로 도시하였다.
도 1은 편극이 사인 모양의 교류전류를 통해 얻어지는 경우, 양극-음극 조건에서의 전류 형태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 편극이 단지 양극 전류만을 통해 얻어지는 경우, 양극 조건에서의 전류 형태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 편극이 단지 음극 전류만을 통해 얻어지는 경우, 음극 조건에서의 전류 형태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 교류전류의 편극 및 순수한 음극 진폭-비대칭적 편극이 (일정한 주기로) 교대되는 경우, 음극화(cathodisation)와 음극-양극 조건에서의 전류의 형태를 개략적으로 도시한 것이다.
A - 양극-음극기의 전류의 진폭;
a - 음극 조건(음극화)에서의 전류의 진폭, a = 0.05 내지 0.25;
Tac- 양극-음극기의 지속 시간, Tac= 5 내지 30초;
Tc- 음극기의 지속 시간, Tc= 1 내지 10초.
본 발명의 주요한 목적은 기재에 대한 접착력 및 코팅의 미소-경도를 증가시킴으로써 세라믹-산화물 코팅을 질적으로 개선시키는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 공정의 에너지 소비량을 증가시키지 않고도 원형화학 합성 반응을 강화시킴으로써 산화물 코팅의 형성 속도를 증가시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 고도의 안정성 및 사용 중에 조절될 수 있는 용량을 가지는 전해질을 사용함으로써 비교적 장시간에 걸쳐 우량질의 산화물 코팅을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 필수적인 최소의 장치를 포함하는 간단하고 확실한 설비 및 환경에 깨끗한 저렴하고 풍부한 성분을 포함하는 전해질을 사용함으로써 산화물 코팅 공정의 운용비용을 감소시키는 것이다.
상기에 기재된 목적들은 양극-음극 조건에서 50 내지 60 Hz의 교류전류를 사용하여 15 내지 50℃ 온도의 알칼리 전해질 내에서 알루미늄 합금을 산화물 코팅함으로써 달성된다. 상기 방법의 개시 단계에는 160 내지 180 A/dm2의 전류 밀도에서 5 내지 90초 동안 산화물 코팅이 수행된다. 그런 다음, 전류 밀도를 최적의 밀도인 3 내지 30 A/dm2으로 떨어뜨리고, 원하는 두께가 얻어질 때까지 전력 소비가 자발적으로 감소되는 조건에서 안정된 주요 산화물 코팅 과정을 수행한다. 알칼리 전해질은 1 내지 5 g/ℓ의 알칼리 금속 수산화물, 2 내지 15 g/ℓ의 알칼리 금속 실리케이트, 2 내지 20 g/ℓ의 알칼리 금속 피로포스페이트, 및 2 내지 7 g/ℓ의 과산화물(H2O2의 경우는 30%)의 수용액이다.
자발적인 전력 감소 조건은 초기 편극화 전류의 레벨을 설정한 다음, 전류의 매개변수를 산화물 코팅 공정의 종결 단계까지 온라인으로 조절하지 않는 것이다. 코팅의 형성과 함께 전기저항이 증가하기 때문에, 연속적인 스파크 방전을 위해서는 전극 사이에 점점 더 큰 전위차가 요구된다. 산화되고 있는 표면에서 스파크 방전의 수는 점점 감소하지만, 스파크 방전은 더 강력해지고 더 오랫동안 발화된다. 따라서, 전력이 감소하는 조건에서 전압은 자발적으로 일정하게 증가되고 전류 크기는 감소하는 반면, 종결 단계의 산화물 코팅에서 소비되는 전력은 개시 단계의 전력의 30 내지 40% 이하이다.
독일 공보 제4209733 A1호, 미국 특허 공보 제5385662호, 및 러시아 공보 제2070622 C1호에 기재된 방법들의 가장 중요한 단점은 발화 조건에 도달하는데 장시간이 요구되고, 그 시간이 전체 코팅 제조공정 동안 교대로 증가한다는 것이다. 실리콘-함유 알루미늄 합금을 산화물 코팅하기 위하여 발화 조건을 달성하는 것은 기술적으로 어렵고 복잡한 일이다.
코팅의 질적 저하 및 에너지 소비량의 막대한 증가 때문에, 전기 분해의 전기적 매개변수, 예를 들면 전류 밀도(30 A/dm2이상)를 증가시키면서까지 산화물 코팅 시간을 단축시킬 수는 없다. 그러나, 양극처리 단계로부터 스파크 방전 단계로의 전환 시간은 초기 전류밀도에 따라 좌우된다.
상기에 기재된 방법(미국 특허 공보 제52757113호) 외에도, 이미 높은 전류 밀도를 사용하여 산화물 코팅 과정을 시작하려는 시도가 이루어졌다(SU, A1, 1398472). 그러나, 이러한 모든 공지된 방법에는 양극 과정이 사용되었다. 바꿔 말하면, 양극(positive polasisation)의 직류전류 또는 양전류가 전극으로 공급되었다.
그러나, 양극 산화물 코팅 과정은 종종 수산화물 상(보크사이트, 베이어라이트)의 형성을 지연시킨다.
때때로, 양극 스파크 과정에서 펄스 사이의 중단은 스파크 방전을 새로운 차가운 표면 영역으로 이동시키기에 불충분한 시간이다. 방전은 그것이 막 끝난 곳에서 발생한다. 장시간 동안 방전이 전혀 발생하지 않은 영역에서는 보통의 화학적 산화물 코팅 조건에서 수산화물 상 포어의 기초가 형성된다. 이런 곳에서는 절연 강도가 매우 높으며, 양극 전압이 충분히 증가되더라도, 산화물 코팅 과정이 점차 중단될 수 있다.
그러나, 수산화물 상은 정류 특성을 가진다. 따라서, 양극 펄스의 부과(양극-음극 과정)는 코팅이 단극성인 곳에서 항복을 초래한다. 따라서, 알루미늄 합금 전극의 전류의 극을 바꿔주면, 알루미늄 합금 상에 균일한 두께의 조밀한 산화물 코팅이 형성된다.
제품의 제조를 위해 제안된 기술적 방법은 전류의 밀도가 높은 반응의 개시 단계 및 전류의 밀도가 최적의 상태인 안정화 단계의 전극에 이극 펄스를 전달하는 단계를 포함하며, 이는 공지된 방법들과 상당히 다른 것이다.
산화물 코팅의 개시 단계에 높은 전류 밀도의 강력한 마이크로-아크 방전을 발생시키면 금속 기재 및 산화물 필름을 격렬하게 혼합시키는 바람직한 효과가 제공된다. 이는 기재 물질 및 코팅의 공동 확산을 증가시키고 그들의 접착력을 증가시킨다. 기재와 코팅 사이의 경계부분을 분석하면 흐릿한 접착 영역이 발견되며, 이는 대규모 확산 영역이 형성되었음을 의미하는 것이다. 이렇게 단시간 동안 비생산적인 전지 에너지 소비량은 감소되고, 전해조 내의 전해질의 온도는 거의 변하지 않는다.
안정된 발화 조건에 도달하는데 소요되는 시간 및 전체 산화물 코팅 시간은 10 내지 20%가량 감소된다.
초기 전류 밀도 및 산화물 코팅 과정의 지속시간은 실험적으로 확인되었다. 선택된 전해질 조성물을 사용하여 최대의 속도로 알루미늄을 산화물 코팅하는 조건에서 160 내지 180 A/dm2의 개시 단계의 전류 밀도가 측정되었다. 개시 단계의 지속 시간은 각각의 합금에 대하여 특이적으로 선택하였으나, 90초 이상으로 시간을 증가시켜도 전기 소비량은 높아졌으나 코팅의 질적인 면에서 인식 가능한 변화는 발견되지 않았다.
특히, 복잡한 형태의 제품상에서 균일한 산화물 코팅을 제조하기 위하여, 산화물 코팅 과정의 안정화 단계에서 양극-음극 과정과 음극 과정을 변경시키면, 음극 펄스만이 제품으로 전달되고 코팅되는 표면이 추가로 활성화된다. 이런 경우에는 고정된 지속 시간을 위하여 양극-음극 또는 음극 조건을 순차적으로 켜고 끄는 조건 사이클링 장치가 전력 공급원에 장착된다. 양극-음극 펄스 전달의 지속 시간은 5 내지 30초이고, 음극 펄스 전달의 지속 시간은 1 내지 10초이다. 음극 조건 동안의 음극 펄스의 전류 밀도는 양극-음극 조건 동안의 전류 밀도의 5 내지 25%이다. 양극-음극 및 음극 조건을 변경시키면 보다 조밀하고 다공성이 적은 균일한 두께의 코팅을 제조할 수 있다.
몇몇 연구자들은 화학적으로 결합된 산소 공급원으로서 전해질 내에 과산화물을 사용하고자 시도해 왔다(미국 특허 공보 제5275713호; 미국 특허 공보 제5069763호; SU,제1767094 A1호). 문제는 알칼리, 열, 빛 등의 영향을 받으면 과산화물의 항복 강도가 증가하기 때문에 용액이 불안정하다는 것이다.
본 발명에 따라 공지된 전해질 조성물에 과산화물을 첨가하면 새로운 특성을 가지는 새로운 조성물이 얻어진다. 전해질 조성물 내에 존재하는 알칼리 금속 피로포스페이트(상대적으로 함량이 높음) 및 알칼리 금속 실리케이트(상대적으로 함량이 낮음)는 우수한 과산화수소계 산화제 안정화제이다.
피로포스페이트는 Na2HPO4와 같은 다른 포스페이트보다 용액의 pH를 높여준다는 사실에도 불구하고, H2O2안정화 효과는 그들 내에서 더욱 강하게 나타난다. 제조된 전해질을 10일 동안 방치한 경우, H2O2의 항복이 발생하지 않았다. 이는 새로운 전해질 조성물을 산업적으로 생산하는데 사용 가능하게 한다.
과산화물을 알칼리 피로포스페이트-실리케이트 전해질에 주입하면 전기분해 과정 및 형성된 코팅의 질적인 면에 좋은 영향을 준다.
과산화수소는 유리된 OH 라디칼의 공급원인 동시에 산소의 공급원이다. H2O2의 해리와 함께 전해질을 전극 표면으로 이동시키는 산소의 확산은 코팅되는 제품의 표면상에서의 열화학적 플라스마 반응을 증대시킨다. 산화물 층의 형성 속도는 10 내지 25% 증가한다. 고온의 알파상의 상 조성물 내 알루미늄 산화물의 함량이 증가됨에 따라 코팅의 미소-경도 또한 증가한다.
새로운 전해질 내에서의 산화물 코팅 과정의 특성은 과산화물의 음이온에 의한 자유전자의 포획량의 증가 및 방전으로부터 용액으로 들어가는 양이온의 에너지 증가와 관련 있다. 이러한 효과의 결과로 피로포스페이트 및 실리케이트의 중합이 더욱 증대된다. 중합의 개시 및 용액 중이 중축합물 사슬은 전극 상에 집약적인 절연층을 형성시키며, 이러한 절연층은 항복 전압을 증가시키고, 이는 교대로 코팅의 미소-경도를 증가시킨다.
끝으로, 다양한 무기물 폴리머 및 알루미늄 산화물 시스템이 공동 관통 및 공동 반응 구조로 형성되고, 이는 진동 및 충격 부하에 대하여 탄성 및 내성을 코팅에 부여한다.
전해질 조성물 내 성분의 초기 농도값을 실험적으로 측정하였다. 상기에 기재된 초기 값 이하의 성분 농도에서, 산화물 코팅 과정은 높은 전류 밀도에서 계속되며, 제조된 코팅은 불균일하고 제품의 에지 주변은 다공도가 높다. 성분의 농도가 초기 값보다 높은 경우에는 두껍고 부서지기 쉬우며 탄성이 없는 코팅이 제조된다.
사용될 수 있는 과산화물 중에는 과산화수소 및/또는 알칼리 금속 과산화물(Na2O2, K2O2, Li2O2) 또는 알칼리 금속 퍼옥소-솔베이트(퍼옥소포스페이트, 퍼옥소카보네이트, 퍼옥소보레이트 등)이 있다.
본 발명은 하기 실시예 및 표를 통해 예를 들어 설명된다. 고정되 크기로 만들어진 깊이 20 mm, 직경 200 mm의 D16 합금 디스크(AlCu4Mg2)를 산화물 코팅시켰다(표면이 7.5 dm2으로 코팅됨). 이 제품에 전류를 공급하면서 반대-전극인 600 리터의 전해조에 담갔다. 압축기를 켜고 전해질을 통해 기포를 발생시켰다. 사용된 전해질은 2 g/ℓ의 가성칼륨, 3 g/ℓ의 쇼듐 실리케이트 유리, 4 g/ℓ의 소듐 피로포스페이트, 및 3 g/ℓ의 과산화수소(30%)를 함유하는 증류수이다. 125 kW의 전력을 사용하여 양전압 펄스 및 음전압 펄스(양극-음극 조건)를 진동수 50 Hz에서 제품 및 전해조에 교대로 전달시켰다. 처음 10초 동안에는 160 A/dm2의 전류 밀도에서 산화물 코팅을 수행한 다음, 전류 밀도를 10 A/dm2로 떨어뜨리고 코팅의 두께가130 ㎛이 될까지 산화물 코팅을 계속하였다. 공정의 종결 단계에서 전류 밀도는 6 A/dm2이었다. 전해질의 온도는 35 내지 45 ℃ 범위로 유지시켰다. 산화물 코팅 후, 따뜻한 물로 제품을 세척하여 80℃의 온도에서 건조시켰다.
산화물 코팅 과정에서, 회로 내의 평균 전류 및 전력 전압의 양극과 음극 성분의 진폭을 측정하였다. 오실로그래프를 사용하여 순간 전류 및 전압값을 기록하였다. 핀법(pin method)을 사용하여 산화물 코팅과 금속 사이의 접착력을 측정하였다(코팅이 손상된 영역에 대한 분리력의 비를 계산함). 테이퍼 미소-구획상에서 미소-경도를 측정하였다(산화물 층의 상이한 깊이에서 10번 측정한 값을 산술적으로 평균내어 계산함).
하기 표는 전기 분해 조건과 공지된 방법 및 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 AlCu4Mg 합금 제품에 대한 코팅 특성을 비교한 것이다.
하기 표에 기재된 바와 같이, 본 발명의 방법은 다음과 같은 기술적 이점 및 경제적 이점을 제공한다: 전기 소비량을 증가시키지 않고도 1.1 내지 1.25배정도 빠르게 상당한 두께의 내마모 코팅이 제조된다. 동시에, 코팅의 미소-경도가 평균 15% 증가되고, 기재 물질에 대한 접착력도 15 내지 20% 증가한다.
따라서, 본 발명의 방법에 따르면 알루미늄 합금에 대하여 우수한 보호 특성 및 물리적/기계적 특성을 가지는 세라믹-산화물 코팅을 제조할 수 있다. 상기 코팅은 미소-경도 및 기재 물질에 대한 접착력이 크기 때문에, 사용 중에 엽렬(delamination)되는 것은 사실상 거의 불가능하다.
본 발명의 방법에 사용된 전해질은 뛰어난 안정성을 가지며 환경에 해롭지 않다. 본 발명의 전해질은 염화물, 플루오르화물, 암모니아, 또는 중금속 염을 함유하지 않는다.
본 발명의 방법은 최소의 운용비용과 함께 보통 진동수의 교류 전류를 사용하는 간단하고 확실한 시설에 효과적임이 입증되었다.
상업적 적용
본 발명의 방법은 내연 기관, 펌프 및 압축기, 유압 및 기압식 장치, 플레인 베어링, 스톱 밸브 및 제어 밸브, 라디에이터, 열 교환기 등의 피스톤 및 실린더 라이너와 같이 연삭 및 부식 인자가 존재하는 환경에서 작동되는 알루미늄 합금 제품에 내마모성 코팅을 도포하는데 적당하게 사용될 수 있다.
전해질 조성물, 전기분해 조건, 코팅,및 산화물 코팅 과정의 특징 공지된 방법(DE 4209733) 공지된 방법(RU 2070622) 본 발명의방법
1. 전해질 조성물:수산화 칼륨, g/ℓ소듐 실리케이트, g/ℓ소듐 피로포스페이트, g/ℓ과산화수소, (30%) ㎖/ℓ증류수, ℓ 29--< 1 123-<1 2343<1
2. 코팅 형성 조건:공정 종결시의 양극 전압 크기, V공정 종결시의 음극 전압 크기, V전류 밀도(양극 및 음극), A/dm2- 개시 단계- 안정화 단계전해질 온도, ℃산화물 코팅 시간, 분 690300-630180 720350-840150 78032016010.640135
3. 코팅 특성:산화물 코팅의 두께, ㎛미소-경도, GPa기재에 대한 접착력, MPa 10016.0297 13016.4309 13018.6358
4. 코팅 과정의 특성:단위 에너지 요구량, kWh.dm-2/㎛전해질의 안정도, A.h/ℓ 0.09030 - 90 0.085180 - 140 0.080150 - 300

Claims (4)

  1. 알루미늄 합금 제품상에 보호코팅을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 15 내지 50℃ 온도의 알칼리성 전해질 내에서 50 내지 60 Hz의 진동수를 가지는 교류 전류를 사용하는 양극-음극 산화물 코팅 과정을 포함하며, 산화물 코팅 과정은 개시 단계에, 160 내지 180 A/dm2의 전류 밀도에서 5 내지 90초 동안 산화물 코팅을 수행한 다음, 전류 밀도를 3 내지 30 A/dm2로 떨어뜨리고 원하는 두께의 코팅이 얻어질 때까지 전력 수요량을 점진적으로 감소시키면서 코팅 과정을 계속하는 보호코팅 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    전력 요구량이 감소하는 조건에서 양극-음극 펄스 전달의 지속 시간은 5 내지 30초이고 음극 펄스 전달의 지속 시간은 1 내지 10초인 양극-음극 및 음극 조건―여기서 음극 조건에서 음극 펄스의 전류 밀도는 양극-음극 조건의 양극 및 음극 펄스의 전류 밀도의 5 내지 25%임―을 교대시키면서 산화물 코팅을 수행하는 보호코팅 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전해질이 1 내지 5 g/ℓ의 알칼리 금속 수산화물, 2 내지 15 g/ℓ의 알칼리 금속 실리케이트, 2 내지 20 g/ℓ의 알칼리 금속 피로포스페이트, 및 2 내지 7 g/ℓ의 과산화물(H2O2의 경우는 30%)의 수용액인 보호코팅 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 과산화물이 과산화수소 및/또는 알칼리 금속 과산화물 또는 알칼리 금속 퍼옥소-솔베이트인 보호코팅 제조 방법.
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