KR100485469B1 - 경질양극산화피막 처리된 알루미늄 표면에 붕산을포함하는 피막의 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경질양극산화피막 처리된 알루미늄 표면에 붕산을 포함하는 피막의 형성방법에 관한 것으로서, 산화피막 처리된 알루미늄 표면의 포아에 붕산을 봉공처리함으로서 붕산 수화물이 포아 내에서 결정화되도록 기능성 양극산화피막을 갖는 알루미늄 소재를 제공하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 붕산을 포함하는 용액에 경질의 양극산화피막처리된 알루미늄 소재를 침지시키고, 상기 침지된 알루미늄 소재를 150 내지 200℃에서 건조하여 봉공처리하는 것을 특징으로 하는 경질양극산화피막 처리된 알루미늄 표면에 붕산을 포함하는 피막의 형성방법을 제공한다.

Description

경질양극산화피막 처리된 알루미늄 표면에 붕산을 포함하는 피막의 형성방법{Coat method of the aluminium surface containing with boric acid}

본 발명은 경질양극산화피막 처리된 알루미늄의 표면중 다공질에 붕산을 주입하여 봉공 처리하여 기능성 피막을 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 양극산화피막 처리후 피막에 형성된 다공질(=포아)에 붕산을 주입하여 봉공처리함으로서 붕산 수화물이 포아 내에서 결정화되도록 하여 붕산을 포함하는 산화피막을 알루미늄 표면에 형성할 수 있으며, 이 경우 알루미늄 피막은 내마모성 향상, 전기 절연성(유전율)향상, 열 전도성 향상, 해수에 의한 부식방지, 해수환경 사용시 미생물 부착 방지, 방사능 피폭시 중성자흡수능력 등의 효과를 얻을 수 있는 기능성 알루미늄 소재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄 금속은 자연상태에서 대부분 산화물인 알루미나 형태로 존재하게 되는데, 이것은 알루미늄 금속과 산소의 친화력이 아주 강하기 때문이며, 따라서 알루미늄 금속의 표면에는 쉽게 산화피막이 형성된다.

일단 산소와 알루미늄이 결합하여 산화피막이 형성되면 형성된 피막자체가 부도체가 되어 산화피막의 형성이 진행되지 못하게 되는데, 이때 형성된 피막의 두께는 6미크론 내지 10미크론 정도이다. 공기중에 알루미늄이 노출될 경우 표면은 일단 산소와 결합하여 더 이상의 산화진행을 막아 주기 때문에 알루미늄이 자연적인 내부식 능력을 가지게 되는 것이다. 이때 자연적으로 형성되는 피막의 두께는 1년에 아주 얇은 1 옹스트롬 정도이다.

이렇게 자연적으로 생성된 산화피막은 쉽게 긁히고 약할 뿐만 아니라 보다 두꺼운 산화피막을 형성시키고자 인위적인 방식으로 알루미늄 소재의 표면에 단단하고 두꺼운 산화막을 형성해주는 처리방식이 바로 아노다이징, 즉 양극산화피막처리이다. 상기 산화피막 처리를 위해 여러 가지 종류의 전해액이 사용되나, 가장 일반적으로는 황산 전해액을 이용하여 산화피막을 형성하고 있다. 특히, 산업용이나 기능성 피막을 위해서는 보다 두꺼운 경질의 피막이 필요하게 된다.

통상의 산화피막형성 방법은 알루미늄 소재를 상온의 전해액에 침지한 후 20볼트의 저전압을 걸어주는 것으로서, 이와 같이 실시하게 되면 알루미늄 표면에 25 내지 50미크론 정도 두께로 다공질의 알루미나 산화피막층이 형성된다.

초기 형성된 피막층의 1㎟에는 1 내지 2억개의 포아가 형성되는데, 피막이 두꺼워 짐에 따라 포아 숫자는 줄어들게 되며 반면에 기공의 크기는 늘어나게 되고, 기공의 지름(구멍의 크기)은 대략 200 내지 300옹스트롱(20 내지 30 나노미터)이다.

본 발명자는 상기와 같이 알루미늄 표면에 형성된 수억개의 포아가 공기중의 습기나 기타의 불순물을 흡수 하기전에 봉공처리하게 되는데, 봉공과정에서 상기 포아에 붕산을 포함하도록 할 경우 산화피막이 형성된 알루미늄은 내마모성 향상, 전기 절연성(유전율)향상, 열 전도성 향상, 해수환경 사용시 미생물 부착 방지, 방사능 피폭시 중성자흡수능력 등의 효과를 얻을 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.

이에 본 발명은 산화피막 처리된 알루미늄 표면의 포아에 붕산을 봉공처리함으로서 붕산 수화물이 포아 내에서 결정화되도록 기능성 양극산화피막을 갖는 알루미늄을 제공하기 위한 경질양극산화피막 처리된 알루미늄 표면에 붕산을 포함하는 피막의 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

붕산을 포함하는 용액에 경질의 양극산화피막처리된 알루미늄 소재를 침지시키고, 상기 침지된 알루미늄 소재를 150 내지 200℃에서 건조하여 봉공처리하는 것을 특징으로 하는 경질양극산화피막 처리된 알루미늄 표면에 붕산을 포함하는 피막의 형성방법을 제공한다.

상기와 같은 형성방법에 의해 얻어지는 알루미늄 소재는 내마모성 향상, 전기 절연성(유전율)향상, 열 전도성 향상, 해수에 의한 부식방지, 해수환경 사용시 미생물 부착 방지, 방사능 피폭시 중성자흡수능력 등의 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 먼저 경질의 양극산화피막처리된 알루미늄 소재를 붕산을 포함하는 용액에 침지시켜, 알루미늄 산화피막에 형성된 포아에 붕산이 주입되도록 하게 된다.

이때, 상기 경질의 양극산화피막처리된 알루미늄 소재를 얻기 위하여 알루미늄의 양극산화처리시에 포아의 활성화를 위해서는 경질피막 처리가 중요하며 이는 붕산이 충분히 포아내에 들어갈수있을 정도의 포아 크기가 형성되어야 하기 때문이다.

또 양극산화피막 처리후 일정시간이 경과되면 주변의 공기중에서 습기와 함께 불순물을 흡입 하기 때문에 시간을 경과하지 않고 바로 붕산 용액에 침지 시켜야 한다.

침지할 용액은 붕산이 완전 용해된 온수로서 용액에 경질의 산화피막처리된 알루미늄 소재를 침지시키게 된다. 붕산이 함유된 용액이 포아내에 침투되려면 25 내지 50미크론 정도 두께로 다공질의 알루미나 층이 형성된 것으로 1㎟내에 1 내지 2억개의 포아가 포함된 것으로 포아의 구경이 20 내지 30 나노미터의 경질 양극산화처리(전해용이 저온이 아닌 상온에서의 처리된것)된 소재가 좋다.

본 발명에서는 상기 산화피막처리된 알루미늄 소재는 미국의 샌포드사방식 (저전압/상온 전해온도)의 하드코트된 피막에 적용하여 사용하였다. 이는 기존의 경질 양극산화피막 처리 방식이 고전압 낮은 전해온도에서 진행하는 것으로 처리후 피막에 형성된 포아가 균일하지 않고 대부분 포아의 입구가 넓어진 상태이기 때문에 붕산이나 기타 물질이 포아내에 머물러 있지 않기 때문에 원하는 효과를 얻을 수 없으나, 상기 저전압(교류중첩식 직류전압), 상온전해조의 경우 50미크론 상태에서도 포아가 활성화 되어 있어 붕산의 용액이 잘 침투되고 건조후에도 붕산화된 화합물이 그대로 포아 속에 남아있게 된다.

이와 같은 방법으로 알루미늄 표면을 산화피막 처리하여 얻어진 것을 붕산을 포함하는 용액에 침지시키게 되는데, 상기 붕산을 포함하는 용액은 다양한 용액을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 약 50℃의 물에 붕산을 포화될 때까지 용해한 용액을 사용하거나, 약 50℃의 불소함유 유화제에 붕산을 녹여 포화시킨 용액을 사용하였다.

이때, 약 50℃의 물에 붕산을 포화될 때까지 용해한 용액을 사용하게 붕소 또는 붕산이 갖는 본연의 특징을 발휘할 수 있게 된다. 즉, 전기 절연성(유전율)향상, 열 전도성 향상, 해수에 의한 부식방지, 해수환경 사용시 미생물 부착 방지, 방사능 피폭시 중성자흡수능력 등의 효과를 얻을 수 있게 된다. 따라서 해수환경의 각종 구조물의 소재로서 매우 유용하게 적용할 수 있다.

또, 약 50℃의 불소함유 유화제에 붕산을 녹여 포화시킨 용액을 사용하게 되면, 붕소 또는 붕산의 기능을 발휘함과 동시에 불소함유 유화제의 기능을 동시에 얻을 수 있게 된다. 즉, 피막의 내마모성 향상, 전기 절연성(유전율)향상, 열 전도성 향상, 해수에 의한 부식방지, 해수환경 사용시 미생물 부착 방지, 방사능 피폭시 중성자흡수능력 등의 효과를 얻을 수 있다. 상기 불소함유 유화제로 본 발명에서는 탄화불소(fluoride Carbon)함유 유화제로 샌포드사의 상품명 "하드 루브"를 사용하였다.

상기한 바와 같이 붕산을 포함하는 용액에 경질의 산화피막처리된 알루미늄 소재를 침지시키게 되면, 산화피막 내에 형성된 포아에 붕산용액이 스며들게 된다. 이 경우 침지 시간은 10분 정도로서 경질 피막처리직후 침지하면 포아내에 침투하는 효과가 더 크다.

본 발명에서는 상기와 같이 침진시킨 알루미늄 소재를 150 내지 200℃에서 건조하여 봉공처리하게 되는데, 이와 같이 봉공처리하게 되면 고온의 열처리에 의해 산화피막층에 형성된 포아의 입구가 열팽창되면서 좁혀지게 되어 봉공이 완료되게 된다.

이때, 경질 포아속에 함유된 붕산용액은 고온의 열처리 과정에서 수분이 증발됨과 동시에 붕산이 결정으로 석출되게 되는데, 본 발명에서는 결정 석출과 동시에 봉공처리 됨에 따라 포아속에 붕산결정이 포함된 채로 봉공이 완료되게 된다.

따라서, 붕산의 성질이 그대로 발현되게 되는데, 특히 알루미늄 경질의 산화피막이 가지는 내마모성과 절연성 기능에 붕산이 가지는 특성이 추가 보완된 기능을 발현하게 된다.

특히, 상기와 같이 봉공 처리하여 얻어진 붕산을 포함하는 피막이 형성된 알루미늄 소재는 전술한 바와 같이 피막의 내마모성 향상, 전기 절연성(유전율)향상, 열 전도성 향상, 해수에 의한 부식방지, 해수환경 사용시 미생물 부착 방지, 방사능 피폭시 중성자흡수능력 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 산화피막 처리된 알루미늄 소재의 포아에 붕산을 봉공처리함으로서 붕산 수화물이 포아 내에서 결정화되도록 하여 붕산을 포함하는 피막을 알루미늄 소재의 표면에 형성할 수 있으며, 이렇게 얻어진 것을 산업용 소재로 사용할 경우 피막의 내마모성 향상, 전기 절연성(유전율)향상, 열 전도성 향상, 해수에 의한 부식방지, 해수환경 사용시 미생물 부착 방지, 방사능 피폭시 중성자흡수능력 등의 효과를 얻을 수 있는 경질양극산화피막 처리된 알루미늄 표면에 붕산을 포함하는 피막의 형성방법을 제공하는 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 붕산을 포함하는 용액에 경질의 양극산화피막처리된 알루미늄 소재를 침지시키고, 상기 침지된 알루미늄 소재를 150 내지 200℃에서 건조하여 봉공처리하는 것을 특징으로 하는 경질양극산화피막 처리된 알루미늄 표면에 붕산을 포함하는 피막의 형성방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 붕산을 포함하는 용액이 50℃의 불소함유 유화제에 붕산을 녹여 포화시킨 용액인 것을 특징으로 하는 경질양극산화피막 처리된 알루미늄 표면에 붕산을 포함하는 피막의 형성방법.
3. 청구항 1 또는 2항의 방법에 의해 제조됨을 특징으로 하는 붕산을 포함하는 피막이 형성된 알루미늄 소재.