KR100680255B1

KR100680255B1 - 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법

Info

Publication number: KR100680255B1
Application number: KR1020030083747A
Authority: KR
Inventors: 신홍섭; 김진수; 채창희
Original assignee: 신홍섭
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2007-02-09
Also published as: KR20030096156A

Abstract

본 발명은, 크롬 및 망간 성분과 같은 환경오염 물질이 아닌 친환경적인 전해액을 사용하여 폐수의 발생을 원천적으로 억제하고, 내부식성 및 내마모성을 향상시킨 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법에 관한 것이다.

본 발명은, 마그네슘 및 마그네슘 합금에 산화막을 형성시키기 위한 표면처리방법에 있어서, 샌드 블라스트를 사용하여 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면의 이물질 및 산화층을 제거하는 전처리공정과, 상기 전처리공정을 거친 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 알카리 전해액 속에 담근 후 전류밀도가 5A/dm²이하인 직류전류를 가하여 마그네슘 산화물의 피막 코팅층을 형성하는 스파크 아노다이징 공정과, 상기 피막 코팅된 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 증류수로 세정 후 열풍으로 건조하는 후처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법을 제공한다.

내부식성, 내마모성, 산화피막공정, 표면처리

Description

마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법{the coating method of magnesium-alloy for the protection of environment}

도 1은 종래에 사용되던 마그네슘 표면처리 방법의 공정도이며,

도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 표면처리 방법의 공정도이며,

도 3은 본 발명에 따른 마그네슘 표면처리방법으로 표면처리된 마그네슘 제품의 조직사진이다.

본 발명은 마그네슘 및 마그네슘 합금의 내부식성 향상을 위한 표면처리방법으로써, 보다 상세하게는 크롬 및 망간 성분과 같은 환경오염 물질이 아닌 친환경적인 전해액을 사용하여 폐수의 발생을 원천적으로 억제하고, 내부식성 및 내마모성을 향상시킨 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘은 여러 실용금속 중에서 가장 가볍고(비중이 알루미늄의 2/3), 지구상에서 6번째로 풍부한 금속으로 우수한 비강도(강도/비중) 및 내력, 뛰어난 전자파 차폐성, 우수한 진동 흡착력 등과 같은 특성을 가지고 있으므로 하우징, 오일팬, 시트 프레임 등과 같은 자동차용 부품, 휴대용 가전기기 케이스류, 레져 및 스포츠용품, 첨단 우주 항공소재 등에 폭넓게 이용하기 위해 시도되고 있다.

이와 같이 마그네슘 합금은 많은 우수한 특성을 가지고 있는 반면에 마그네슘합금은 활성이 큰 금속이므로 알카리와 산에 모두 취약한 단점을 갖고 있으며, 부식환경에 노출된 경우 심한 갈바닉 부식이 진행되기 때문에 마그네슘 합금 표면에 내부식성 코팅이 반드시 필요하게 된다.

마그네슘 합금의 표면처리방법에는 건식코팅 방법과 습식 코팅방법이 있다. 건식코팅 방법의 경우 증기압이 높아 진공중에서 증착도금을 하기가 어렵고, 작업공간의 한계 및 아연의 방출 때문에 많은 제약을 받고 있었다.

습식코팅방법의 경우 마그네슘 합금은 활성이 크기 때문에 전해도금 및 무전해도금시 마그네슘 합금의 모재가 녹아 나오기 때문에 도금층의 밀착성이 떨어지고, 도금의 생산성이 저하되는 문제가 발생한다.

그래서 제시된 방법으로는 마그네슘 합금의 표면처리 방법으로 피막처리 방법이 있는데, 대표적인 피막처리 방법으로서 크롬산염 및 화성처리방법이 있다. 이 경우 내식성과 내마모성이 그다지 좋지 않아 도장의 전처리용으로 사용되고 있는 실정이며, 또한 이 피막형성에는 공해문제로 규제가 예상되고 있는 크롬(Cr)을 사용하고 있어 향후 생산에 규제가 따르는 결정적인 단점이 있다.

또한, 양극산화법에 의한 마그네슘 합금의 코팅기술이 있는데, 이는 갈바니 아노다이징(alvanic anodize), HAE 아노다이징, Dow 17 아노다이징 등의 방법으로 많은 연구가 이루어졌다.

그러나, 마그네슘 및 마그네슘 합금의 양극산화법은 Al 및 Al 합금의 양극산화처리와 비교하여 산화피막이 형성되는 메카니즘이 다르고, Kubashevsky의 용적분율(생성된 산화물의 용적/원 금속의 용적)에서도 나타나는 바와 같이 Al은 1.49인 반면 Mg는 0.81이므로 마그네슘 합금의 양극산화 피막층의 치밀도가 부족하여 원하는 충분한 내식성을 얻을 수 없는 문제점이 있었다. 그리고 양극산화법 역시 피막처리 방법과 마찬가지로 처리액의 조성에 공해문제를 야기시킬 수 있는 크롬과 망간을 사용하고 있는 문제점이 있다.

한편 종래에 마그네슘의 내부식성을 위해 표면처리(전해도금, 호성처리, 크로메이트, 양극산화처리 등)를 하기 위한 전처리 공정은 도1에서 보는 바와 같이 아주 복잡하다. 즉, 마그네슘 합금의 모재의 이물질을 제거하는 탈지공정(S1)과 상기 이물질이 제거된 마그네슘 모재를 물로 세정하는 1차 수세공정(S2)과, 마그네슘 합금 모재에 형성된 산화층을 제거하는 산화층제거공정(S3)과, 상기 산화층제거공정에서 사용된 약품을 제거하는 2차 수세공정(S4) 등을 마친 후 코팅공정으로 이루어졌다.

그러나 이러한 공정의 복잡함으로 인해 전처리 공정의 경제성이 떨어지고 각 공정에서 사용되는 화학약품으로 인해 환경이 오염된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 표면처리 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 전처리 공정개선으로 폐수의 발생량을 크게 감소시키고, 크롬 및 망간 성분을 함유하지 않는 친환경적인 전해액을 사용하며, 직류전류를 가하는 스파크 아노다이징 방법을 이용하여 마그네슘 및 마그네슘 합금 모재에 내부식성을 향상시키는 마그네슘 산화층을 치밀하게 코팅하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은, 마그네슘 및 마그네슘 합금에 산화막을 형성시키기 위한 표면처리방법에 있어서,
샌드 블라스트를 사용하여 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면의 이물질 및 산화층을 제거하는 전처리공정과;
상기 전처리공정을 거친 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 알카리 전해액 속에 담근 후 전류밀도가 5A/dm²이하인 직류전류를 가하여 마그네슘 산화물의 피막 코팅층을 형성하는 스파크 아노다이징 공정과;
상기 피막 코팅된 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 증류수로 세정 후 열풍으로 건조하는 후처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법을 제공한다.
또한, 상기 스파크 아노다이징 공정의 알카리 전해액은, 수산화나트륨 1∼300g/L, 규산나트륨 60∼300g/L, 구연산나트륨 1∼150g/L, 아세트산 1∼60g/L, 메타붕산나트륨 1∼50g/L, 불화암모늄 1∼50g/L의 조성과 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스파크 아노다이징 공정에서 사용되는 음극재료는 무전극, SUS극판, Cu극판, Pb극판, Mg극판 중의 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 코팅방법을 나타낸 공정도로서, 본 발명에 따른 마그네슘 및 마그네슘 합금의 내부식성 코팅방법은 마그네슘 모재를 샌드블라스트 처리하는 전처리 공정(S11)과 전처리한 모재를 실리콘 옥사이드를 포함하는 마그네슘 산화층의 피막을 형성하는 스파크 아노다이징 공정(S12)과 코팅 피막층을 수세 및 건조하는 후처리공정(S13)으로 이루어진다.

먼저 본 발명의 전처리공정(S11)에서는 샌드 블라스트(Sand Blast)처리를 이용하여 표면의 이물질 및 산화층을 제거하게 되는데 이는 압축공기를 이용하여 연마재의 입자를 초고속으로 가공물 표면에 충돌시키는 냉간가공의 한 방법이다.

다음 본 발명의 스파크 아노다이징 공정(S12)에서는 양이온계면활성제(Cationic surfactant)와 산, 염 등을 조합하여 만든 친환경적인 전해액 속에 마그네슘 제품을 담근 후 전류밀도가 5A/dm² 이하의 범위내에서 직류전류를 가하게 된다.

상기 친환경적인 전해액은 pH 9∼14의 알카리 전해액이 사용되며, 그 조성 및 농도는 다음 <표1>과 같다. 여기서 아노다이징을 이용한 칼라링을 하거나 마그네슘 제품의 성분 변화에 따라 약간의 첨가제가 별도로 첨가될 수 있다.

<표1>

조성	농도
수산화나트륨(NaOH)	1∼300g/L
규산나트륨용액(Na₂SiO₃)	60∼300g/L
구연산나트륨(C₆H₅Na₃O₇)	1∼150g/L
아세트산(CH₃COOH)	1∼60g/L
메타붕산나트륨(NaBO₂)	1∼50g/L
불화암모늄(NH₄F)	1∼50g/L

본 발명의 전해액은 망간 및 크롬을 사용하지 않은 친환경적인 전해액을 사용하는데 그 특징이 있으며, 특히 상기 전해액의 조성중에서 구연산나트륨(C₆H₅Na₃O₇)을 첨가함으로써 실리콘 옥사이드를 포함하는 마그네슘 산화물의 코팅층을 치밀하게 한다. 도3은 구연산나트륨을 첨가한 경우의 마그네슘 산화층의 코팅층의 치밀한 조직구성을 보여주고 있는 사진이다.

한편 본 발명의 전해액은 높은 전류효율을 가지고 있으므로, 5A/dm²이하의 낮은 전류밀도에서도 스파크 아노다이징이 가능하며, 교류전류가 아닌 직류전류를 가함으로써 마그네슘 산화층이 마그네슘제품에 코팅되는 속도가 빨라지게 된다.

여기서, 마그네슘 산화층이 마그네슘제품에 코팅되는 속도는 음극재료의 변화에 따라 달라지게 되는데 본 발명에서 사용되는 음극재료로는 스테인리스 스틸(SUS), Cu합금, Pb합금, 또는 Mg합금 등이 전극으로 사용된다.

다음 <표2>는 본 발명의 일실시예로서 마그네슘 합금(AZ91 및 AM60)을 샌드 블라스트로 전처리를 한 후 본 발명의 전해액을 이용하여 5A/dm² 이하 범위의 직류전류로 스파크 아노다이징을 할 경우 음극재료에 따라 마그네슘 산화층이 마그네슘 합금(AZ91 및 AM60)에 코팅되는 속도변화를 기록한 결과이다.

<표2>

극판종류	색깔	거칠기	코팅속도(㎛/min)
무극판	밝은 회색	피막 양호	0.53
SUS극판			0.80
Cu극판			0.73
Pb극판			0.80
Mg극판			1.00

다음 본 발명의 후처리공정(S13)은 스파크 아노다이징 공정을 통해 마그네슘 산화층으로 코팅된 마그네슘 제품을 증류수에 1∼10분 세척한 후 열풍으로 건조하는 공정이다.
상기의 방법으로 제조된 시료를 염수분무시험(35℃, 10% NaCl 용액)결과 마그네슘 산화층의 두께가 10∼20㎛인 경우 300시간 동안 전혀 부식되지 않음을 확인하였다.

삭제

본 발명의 효과는 먼저 전처리 공정을 샌드 블라스트 방법으로 수행함으로써 공정이 보다 단순해질 뿐만 아니라 전처리 공정을 통하여 서리면처리, 연삭효과, 클리닝(Cleaning)효과, 피이닝효과 등의 효과를 얻을 수 있으며 산화 피막층의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한 종래의 전처리공정에서 배출되는 폐수의 발생을 원 천적으로 억제하는 효과가 있다.

다음 스파크 아노다이징 공정에서는 크롬 및 망간 성분과 같은 환경오염 물질이 아닌 친환경적이고 입수가 용이한 전해질 용액을 사용함으로써 폐수의 발생을 원천적으로 억제하는 효과가 있다.
또한, 구연산나트륨(C₆H₅Na₃O₇)을 전해질 용액에 첨가하여 종래의 방법보다 치밀한 마그네슘 제품에 마그네슘 산화물의 코팅층을 형성함으로써 내부식성, 내마모성 및 도장성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

마그네슘 및 마그네슘 합금에 산화막을 형성시키기 위한 표면처리방법에 있어서,

샌드 블라스트를 사용하여 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면의 이물질 및 산화층을 제거하는 전처리공정과;

상기 전처리공정을 거친 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 알카리 전해액 속에 담근 후 전류밀도가 5A/dm²이하인 직류전류를 가하여 마그네슘 산화물의 피막 코팅층을 형성하는 스파크 아노다이징 공정과;

상기 피막 코팅된 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 증류수로 세정 후 열풍으로 건조하는 후처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법.
제1항에 있어서,

상기 스파크 아노다이징 공정의 알카리 전해액은, 수산화나트륨 1∼300g/L, 규산나트륨 60∼300g/L, 구연산나트륨 1∼150g/L, 아세트산 1∼60g/L, 메타붕산나트륨 1∼50g/L, 불화암모늄 1∼50g/L의 조성과 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법.
제1항에 있어서,

상기 스파크 아노다이징 공정에서 사용되는 음극재료는 무전극, SUS극판, Cu극판, Pb극판, Mg극판 중의 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법.