KR100627380B1

KR100627380B1 - 3가 크로메이트제를 이용한 알루미늄 소재의 화성처리코팅방법

Info

Publication number: KR100627380B1
Application number: KR1020060010150A
Authority: KR
Inventors: 배명직; 박행배; 조진기
Original assignee: 기양금속공업(주)
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2006-09-25

Abstract

본 발명은 알루미늄소재를 무색의 3가 크로메이트제를 염료와 함께 코팅하여 다양한 색깔을 부여할 수 있는 화성처리방법에 관한 것이다.

본 발명은 무색의 3가 크로메이트제를 이용하여 코팅하는 크로메이트처리공정(S40)과, 상기 크로메이트처리공정(S40)후 다양한 색상을 구현하는 염료를 착색하는 공정(S50)과, 상기 염료착색공정(S50) 후 건조하기 위한 건조공정(S60)에 의해 코팅되는 공정과,

또 다른 공정으로는 상기 3가 크로메이트제와 다양한 색상의 염료를 동시에 착색시키기 위한 염료착색공정(S40)과, 상기 염료착색공정(S40) 후 염료를 안정화하기 위한 공정(S50)과, 상기 안정화공정후(S50)후 건조하기 위한 건조공정(S50)에 의해 알루미늄소재를 코팅하게 된다.

본 발명은 다양한 색상의 구현이 가능하고 빠른 도금속도와 낮은 불량률로 생산성을 높일 수 있으며, 중금속이 포함되지 않아 유해물질의 배출을 감소함으로 환경오염 방지에 큰 효과가 있다.

3가 크로메이트제, 크롬3가, 유기성 염료, 알루미늄, 화성처리

Description

3가 크로메이트제를 이용한 알루미늄 소재의 화성처리 코팅방법{Aluminium material of chemical coating method that use The trivalent chromate}

도 1은 본 발명에 따른 3가 크로메이트제를 이용한 알루미늄 소재의 화성처리 코팅방법에서 크로메이트처리공정과 염료착색 공정이 분리되었을 때를 나타내는 전체 블럭도이며,

도 2는 본 발명에 따른 3가 크로메이트제를 이용한 알루미늄 소재의 화성처리 코팅방법에서 크로메이트처리제와 염료가 동시에 투입했을 때의 공정을 나타내는 전체 블럭도이다.

본 발명은 알루미늄소재를 무색의 3가 크로메이트제에 염료를 투입하여 코팅과 함께 다양한 색깔을 부여할 수 있는 화성처리 코팅방법에 관한 것이다.

알루미늄 소재의 표면처리에는 아노다이징, 화성피막처리, 전기도금, 무전해도금, 진공도금등이 있다. 이중 알루미늄의 대표적인 표면처리는 아노다이징과 크로메이트처리로 아노다이징처리는 종래의 공지된 기술인 대한민국 특허출원번호 제10-1998-018460호(1998. 05. 22)의 "알루미늄 또는 알루미늄 합금 양극 산화피막 의 후처리법"에 있어서, 알루미늄 또는 알루미늄합금 양극산화피막을 수용성 불소계 계면활성제를 1㎖/ℓ∼100㎖/ℓ 포함하며 온도 60℃이상인 수용액중에서 5분∼30분간 침지하고, 상기 알루미늄 또는 알루미늄합금 양극산화피막은 그 표면을 유기물이나 무기물로 전해발색, 전해착색 또는 착색을 하며, 알루미늄 또는 알루미늄합금 양극산화피막을 1㎖/ℓ∼100㎖/ℓ의 불소계 계면활성제를 포함한 온도 20℃∼40℃의 3.5g/ℓ ∼ 5g/ℓ불화니켈 봉공액에 5분∼30분간 침지하여 이루어지게 하여 알루미늄 합금을 산화피막으로 후처리하는 것과, 또 다른 공지 기술인 대한민국 특허출원번호 제10-1985-0006006호(1985. 08. 20)의 "알루미늄 양극산화 피막의 착색법"에 있어서, 그 착색방법은 막두께가 12μ이하의 알루미늄계 금속의 양극산화피막을 철, 니켈, 코발트, 크롬, 석, 동, 은, 아연, 바나듐, 티타늄, 카드뮴, 망간, 알루미늄, 및 마그네슘등 각종금속의 각종 금속염 및 황산, 린산등의 무기산, 초산, 구연산, 호박산, 글로코닉아사이드, 글리신, 에틸렌디아민테트라초산(그 부분 중화염을 포함), 마론닉아사이드수산, 의산등의 산을 포함하는 활성화처리욕으로 처리하고 염료염색처리하는 것으로 상기 두 종래 기술은 일반적으로 널리 퍼져 있는 아노다이징 기법을 이용한 알루미늄 소재를 산화피막 처리하는 것이고 본 발명의 3가 크로메이트제를 이용한 화성피막처리와는 차이가 있다.

또한, 종래의 알루미늄을 화성피막처리하는 코팅방법은 6가 크로메이트제를 이용하는 것이 일반적이며 피막이 잘 형성되도록 알루미늄 표면의 기름때를 없애는 탈지공정과, 용액을 이용하여 표면을 갈아내서 표면적을 넓히는 에칭공정과, 알루미늄 표면에 있는 검은 덩어리인 스머트를 제거하기 위한 스머트제거공정과, 6가 크롬을 이용한 크로메이트 코팅공정과, 건조시기키 위한 공정으로 6가 크롬을 이용할 경우에는 6가 크롬의 함량과 두께에 의해 백색 및 황색 계열을 생성할 수 있었으나, 상기 6가 크로메이트제는 독성이 있는 물질이기 때문에 최근 유해물질의 규제로 인해 크롬 6가가 포함된 크로메이트제를 사용할 수 없고, 다른 크로메이트제는 인체에 무해하지만 다양한 칼라를 표현할 수 없는 문제점이 발생하게 되었다.

상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 유해한 발암물질이 포함되어 있는 6가 크로메이트제를 사용하지 않고 3가 크로메이트제를 이용함으로서 인체에 무해한 코팅을 할 수 있으며 상기 3가 크로메이트제가 무색인 것을 보완하기 위해 다양한 색상구현이 가능하며 고열에서도 탈색현상, 내식성과 밀착력이 떨어지지 않는 유기성 염료를 함께 투입하여 착색할 수 있는 알루미늄소재의 코팅공정을 제공하는데 목적이 있다.

목적을 달성하기 위한 본 발명의 코팅방법은, 피막이 잘 형성되도록 알루미늄 표면의 기름때를 없애는 탈지공정(S10)과, 용액을 이용하여 표면을 갈아내서 표면적을 넓히는 에칭공정(S20)과, 알루미늄 표면에 있는 검은 덩어리인 스머트를 제거하기 위한 스멋제거공정(S30)에 의한 알루미늄 코팅공정에 있어서;

3가 크로메이트제를 알루미늄 소재 표면에 코팅하는 크로메이트처리공정(S40)과, 상기 크로메이트처리공정(S40)후 색상 구현을 위한 염료를 착색하는 공정(S50)과, 상기 염료착색공정(S50)후 건조하기 위한 건조공정(S60)으로 코팅하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 공정으로는 상기 3가 크로메이트제와 염료를 동시에 착색시키는 염료착색공정(S40)과, 상기 염료착색공정(S40)후 건조하기 위한 건조공정(S50)으로 코팅되고, 상기 크로메이트제의 크롬3가 산성도(PH)와 염료 산성도(PH)를 맞추어 제조함으로서 염료의 뭉침을 방지하고 색상의 선명도를 제고할 수 있는 것을 특징으로 알루미늄 소재를 코팅하는 것을 특징으로 한다.

여기서 사용되는 염료는 유기성 염료를 사용하고, 용액 제조 전 분말상태에서 온도범위 180 ~ 200℃로 30분 열처리하여 열에 의한 탈색을 방지하는 것이며, 또한 사용되어 지는 상기 염료는 산성도(PH)가 4.5 ~ 5.0인 것을 특징으로 하고, 상기 크로메이트제의 산성도(PH)는 1.8~4.5인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 소재에 3가 크로메이트제를 이용한 화성처리 코팅방법을 크로메이트처리공정과 염료착색 공정이 분리되었을 때를 나타내는 전체 블럭도이며, 도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 소재의 3가 크로메이트제를 이용한 화성처리 코팅방법에서 크로메이트처리제와 염료가 동시에 투입했을 때의 공정을 나타내는 전체 블럭도이다.

일반적으로 크로메이트 처리는 알루미늄, 카드늄, 구리, 마그네슘, 은, 아연과 그 합금성에 화학적 혹은 전기화학적 처리로 6가 크롬의 화합물과 기타 다른 화합물을 만드는 것으로, 크롬산이나 중크롬산염을 주성분으로 하는 용액속에 물품을 침지시켜 방청피막을 생성시키는 것이며, 전해에 의한 산화피막은 강한 부도체이지만 화성피막은 도전성이 양호한 전도체이고, 내 마모성이 약한 반면, 내식성은 아주 양호하며, 외관이 아름답고, 지문등의 더러움을 타지 않으며, 염색이 가능하며 피막층은 불활성인 산화피막층을 형성하며 피막이 닳은 부분에서 자기치유성을 가지며 박편없이 피막형성이 가능하고, 화학적인 처리방법을 선택하므로 형상이 복잡한 구조물에도 처리가 용이하고 대량생산도 가능하다는 특징이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 3가 크로메이트제의 성질을 이용한 알루미늄 소재의 표면을 코팅하고 염료에 의해 다양한 색상 구현이 가능한 방법을 설명하기 위한 것이다.

도 1은 알루미늄 소재에 3가 크로메이트제를 이용한 코팅방법으로 크로메이트처리공정과 염료착색 공정이 분리된 화성처리 코팅방법으로 아래와 같다.

상기 탈지공정(S10)은 피막이 잘 형성되도록 알루미늄 표면에 묻어 있는 윤활유 및 광물성 오일 등을 제거하여 도금에 영향을 미치지 않게 하기 위한 것이다.

상기 에칭공정(S20)은 용액을 이용하여 표면을 갈아내서 표면적을 넓히는 것이다.

상기 스머트제거공정(S30)은 알루미늄 표면에 있는 상기 에칭공정(S20)시 남게되는 산화물과 떨어지지 않는 이종금속의 불순물인 스머트를 제거하기 위한 것으로 알루미늄의 표면에 있는 스머트(Smut)를 제거하기 위해서는 일반적으로 알칼리세척과 산세척이 사용되고 있으며, 특히 산세척에는 황산이나 인산등을 사용할 수 있으나 온도가 낮은 경우 반응이 잘 되지 않을 수 있으며 반응이 지나치면 스머트 가 더 생길 수 있다.

상기 크로메이트처리공정(S40)은 상기 크롬 3가를 포함하고 있는 3가 크로메이트제는 무색이기 때문에 염색에 의해 색상을 표현할 수 있는 것이며 상기 3가크로메이트제의 산성도(PH)는 1.8~4.5인 것을 사용하게 된다.

상기 3가 크로메이트제는 알루미늄을 전환코팅하기 위한 것이며 약산성 : 1.8 ~ 4.5 이며 저농도의 크롬3가를 함유하고 있고 인체에 무해하며, 알루미늄 및 양극 산화처리된 알루미늄에 적용되며 내식성을 부여하기 위한 것으로 코팅등의 처리가 필요 없게 된다.

상기 염료착색공정(S50)은 상기 크로메이트처리공정(S40)후에 다양한 색상을 구현하는 염료를 착색하는 공정으로서, 상기 염료는 유기성 염료 레코탄 골드 피이(Lecotan Gold P - C₃₂H₂₁N₇O₁₄S3)와 레코탄 오렌지 에프 오(Lecotan Orange FO)와 레코탄 옐로우 쥐이씨이(Lecotan Yellow GC- C₁₆H₁₄N4O8S)와, 레코탄 옐로우 엠(Lecotan Yellow M-C₁₈H₁₅N₃O₃S)등 수용성 아조계 산성 염료이며, 색상을 표현하기 위해 각각 관련 염료를 각각 투입하여 색상을 표현하게 되며 상기 염료를 열처리하지 않고 상기 크로메이트처리공정(S40)후 곧바로 투입하게 되면 염료가 색상이 탈색되는 문제점이 발생하게 되어 상기 염료를 온도범위 180 ~ 200℃에서 30분 열처리하여 투입하게 됨으로서 열에 의한 탈색을 방지할 수 있는 것이며, 사용되는 상기 염료는 PH(산성도)가 4.5 ~ 5.0인 것을 사용하게 된다.

상기 건조공정(S60)은 상기 염료착색공정(S50)을 거친 알루미늄 소재를 45~80℃건조하여 알루미늄 소재 표면에 있는 수분을 완전히 제거하게 된다.

도 2는 알루미늄 소재에 크롬 3가 크로메이트제를 이용한 또 다른 코팅공정으로 크로메이트제와 염료가 동시에 투입했을 때의 화성처리 코팅방법으로 아래와 같다.

피막이 잘 형성되도록 알루미늄 표면의 기름때를 없애는 탈지공정(S10)과, 용액을 이용하여 표면을 갈아내서 표면적을 넓히는 에칭공정(S20)과, 알루미늄 표면에 있는 검은 덩어리인 스머트를 제거하기 위한 스머트제거공정(S30)에 의해 진행되는 것으로 이는 크로메이트처리공정과 염료착색 공정이 분리하여 코팅공정과 같으며 아래에 다른 코팅공정을 설명하면 다음과 같다.

상기 염료착색공정(S40)은 상기 크로메이트처리공정(S40) 없이 상기 스머트제거공정(S30)후 상기 3가 크로메이트제와 다양한 색상의 염료를 혼합시켜 동시에 착색시키기 위한 것으로 상기 크로메이트제의 산성도(PH)와 염료 산성도(PH)를 맞추어 제조함으로서 염료의 뭉침을 방지하고 색상의 선명도를 더욱더 선명하게 할 수 있는 것이다.

여기서 3가 크로메이트제는 상기 위에서 설명한 공정에 사용된 크로메이트제와 같은 것으로 무색이기 때문에 염색에 의해 색상을 표현할 수 있고, 포함된 크로메이트제의 산성도(PH)는 1.8~4.5인 것을 사용하고 있으며, 사용되는 상기 염료 또한 상기 언급한 수용성 아조계 산성 염료를 이용하여 색상을 표현하게 되어 있으며, 알루미늄 소재에 착색하여 색상을 나타내기 위해 상기 크로메이트제와 염료를 동시에 투입하여 사용하게 되며, 동시 투입함에 있어 상기 크로메이트제의 산성도 (PH)와 염료 산성도(PH)를 맞추어 코팅함으로서 염료의 뭉침을 방지하고 색상의 선명도를 제고할 수 있는 것이다.

상기 건조공정(S50)은 상기 염료착색공정(S40) 후에 알루미늄 소재를 45 ~ 80℃에서 건조하여 알루미늄 소재 표면에 있는 수분을 완전히 제거하게 된다.

(실시예 1)

- 3가 크로메이트 염수분무시험결과표

염부용액	물	증류수		소금	99.5%	표준온도	35℃(+1.1~1.7)
확인사항	항목 일자		collected salt solution(포집된 염수용액)
			부피 1.0~2.0ml/hr/79cm²		농도및비중 농도:5 ±1wt% 비중: 1.0255~1.0400(25)		PH (6.5~7.2)	온도(℃) 시간간격 2번기록
	2005.12.14		1.2		1.04		6.5	35.0	35.0
	2005.12.16		1.4		1.04		6.5	35.0	35.0
	2005.12.18		1.4		1.04		6.7	35.0	35.0
	2005.12.21		1.3		1.04		6.7	35.0	35.0
시편규격	시편재질		알루미늄 AL5052
	직용시료규격		130 * 75
세척방법	시험전(세척없음)			38℃이하 유출수에서 세척수 에어스프레이로 즉시 건조
	시험후(표면성질,오염상태에 따라서 세척)			39℃이하 유출수에서 세척수 에어스프레이로 즉시 건조
시편설치방법(15°)			수직으로부터 15° 기울여서 설치
시편마스킹방법 ASTM B 117 4,5항 참조 (가장자리, 마킹부등)			없음
염수분무시험기간			2005. 12. 14 09시 15분 ~ 2005. 12. 21 09. 20분(168시간)

(실시예 2)

- 한국화학시험연구원에서 실시한 3가크로메이트 황색 시험결과표

시험항목	단위	결과치	시험방법
Pb	mg/kg	검출안됨	ASTM E 350 : 1995(AAS)
Cd	mg/kg	검출안됨	ASTM E 350 : 1995(준용,AAS)
Hg	mg/kg	검출안됨	ASTM E 350 : 1995(준용,AAS)
용출시험(Cr⁶ ⁺)	μg/cm⁴	검출안됨	ISO 3613:2000(E)(증류수Boiling1시간)
Total-PBBs	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Mono BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Di-BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Tri BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Tetra-BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Penta-BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Hexa-BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Hepta-BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Octa-BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Nona-BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Deca-BB	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Total-PBDEs	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Mono-BDE	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Di-BDE	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Tri-BDE	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Tetra-BDE	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Penta-BDE	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Hexa-BDE	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Hepta-BDF	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Octa--BDE	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Nona-BDE	mg/kg	검출안됨	GC/MS
Deca-BDF	mg/kg	검출안됨	GC/MS

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 통신부품이나 도전성을 요하는 정밀 기계부품, 자동차, 항공기 부품등 다양하게 사용할 수 있으며 유기성 염료와 함께 착색되어 다양한 색상의 구현이 가능하고 빠른 도금속도와 낮은 불량률로 생산성을 높일 수 있으며, 6가 크로메이트제와 같이 중금속이 포함되지 않은 3가 크로메이트제를 사용함으로서 유해물질의 배출을 감소함으로 환경오염 방지에 큰 효과가 있다.

Claims

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피막이 잘 형성되도록 알루미늄 표면의 기름때를 없애는 탈지공정(S10)과, 용액을 이용하여 표면을 갈아내서 표면적을 넓히는 에칭공정(S20)과, 알루미늄 표면에 있는 검은 덩어리인 스머트를 제거하기 위한 스머트 제거공정(S30)과, 3가 크로메이트제를 알루미늄 소재 표면에 코팅하는 크로메이트처리공정(S40)에 의한 알루미늄소재의 코팅방법에 있어서;

산성도(PH)가 3.8~3.9인 상기 크로메이트처리공정(S40)후 색상 구현을 위한 산성도(PH)가 4.5~5.0이고, 온도범위 180 ~ 200℃로 30분간 미리 열처리한 유기성 염료를 착색하는 공정(S50)과, 상기 염료착색공정(S50)후 착색된 알루미늄 소재를 건조하기 위한 건조공정(S60)으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 3가 크로메이트제를 이용한 알루미늄 소재 화성처리방법.
피막이 잘 형성되도록 알루미늄 표면의 기름때를 없애는 탈지공정(S10)과, 용액을 이용하여 표면을 갈아내서 표면적을 넓히는 에칭공정(S20)과, 알루미늄 표면에 있는 검은 덩어리인 스머트를 제거하기 위한 스머트제거공정(S30)에 의한 알루미늄 소재의 코팅방법에 있어서;

산성도(PH)가 3.8~3.9인 3가 크로메이트제와 산성도(PH)가 4.5~5.0이고 온도범위 180 ~ 200℃로 30분간 미리 열처리한 유기성 염료의 산성도(PH)를 조절하여 동시에 착색시키는 염료착색공정(S40)과, 상기 염료착색공정(S40)후 착색된 알루미늄 소재를 건조하기 위한 건조공정(S50)으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 3가 크로메이트제를 이용한 알루미늄 소재 화성처리방법.
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