KR100855358B1 - Chemical Coating Solutions for Magnesium Alloys, Environmental-affinitive Surface Treating Methods Using the Same, and Magnesium Alloy Substrates thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네슘 합금용 화성처리액과 이를 이용한 마그네슘 합금의 환경 친화적 표면처리방법 및 그에 따른 마그네슘 합금 기재에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 과망간산칼륨 0.1∼10중량%, 이인산칼륨 5∼30중량% 및, 삼인산칼륨 0.1∼10중량%를 포함하며, pH 7.2∼10.0인 마그네슘 합금용 화성처리액과; 마그네슘 합금 기재를 온도 50∼60℃의 상기 화성처리액에 0.5∼5분 동안 침적시켜 그 표면에 균일한 인산염 피막을 형성시키는 화성처리 단계를 포함하는 마그네슘 합금의 표면처리방법; 그리고 상기 표면처리방법에 의하여 표면에 인산염 피막이 형성된 마그네슘 합금 기재가 제공되며, 본 발명에 따른 마그네슘 합금용 화성처리액은 우수한 기계적 특성을 가지지만 부식성이 큰 초경량 합금인 마그네슘 합금 소재에 치밀한 화성피막층을 형성시키므로, 본 발명에 따른 표면처리방법에 의하면 마그네슘 합금 소재에 고내식성과 높은 전기전도성, 미려한 외관을 부여하므로 전기전자 및 정보통신용의 전도성을 갖는 경량의 휴대용 부품이나 제품 및 구조용 부품으로 마그네슘 합금을 효과적이고도 생산성 높게 사용할 수 있게 하며, 특히 크롬산염과 같은 심각한 환경 유해 물질을 사용하지 않으므로 환경친화적 제품으로서 유용하다.The present invention relates to a chemical treatment solution for magnesium alloys and an environmentally friendly surface treatment method of magnesium alloys using the same and a magnesium alloy substrate according to the present invention, according to the present invention 0.1 to 10% by weight of potassium permanganate, 5 to 30% by weight of potassium diphosphate And 0.1 to 10% by weight of potassium triphosphate, and a chemical treatment solution for magnesium alloy having a pH of 7.2 to 10.0; A surface treatment method of a magnesium alloy including a chemical conversion treatment step of depositing a magnesium alloy substrate on the chemical conversion treatment solution having a temperature of 50 to 60 ° C. for 0.5 to 5 minutes to form a uniform phosphate film on the surface thereof; In addition, a magnesium alloy substrate having a phosphate coating formed on its surface is provided by the surface treatment method. The chemical treatment solution for magnesium alloy according to the present invention has excellent mechanical properties, but has a dense chemical coating layer on a magnesium alloy material having a high corrosion resistance. According to the surface treatment method according to the present invention, since the magnesium alloy material has high corrosion resistance, high electrical conductivity, and beautiful appearance, the magnesium alloy is used as a lightweight portable part or product and structural part having conductivity for electrical, electronic and information communication. It is effective and productive, and is particularly useful as an environmentally friendly product because it does not use serious environmentally harmful substances such as chromates.

마그네슘합금, 화성처리, 환경친화, 비크롬산염, 인산염피막, 경량합금  Magnesium alloy, chemical conversion, environmental friendliness, non-chromate, phosphate coating, lightweight alloy

Description

마그네슘 합금용 화성 처리액과 이를 이용한 마그네슘 합금의 환경 친화적 표면처리방법 및 그에 따른 마그네슘 합금 기재{Chemical Coating Solutions for Magnesium Alloys, Environmental-affinitive Surface Treating Methods Using the Same, and Magnesium Alloy Substrates thereby}Chemical Coating Solutions for Magnesium Alloys and Environmentally Friendly Surface Treatment Methods of Magnesium Alloys Using the Same and Magnesium Alloy Substrates {Chemical Coating Solutions for Magnesium Alloys, Environmental-affinitive Surface Treating Methods Using the Same, and Magnesium Alloy Substrates}

도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 환경 친화적인 표면처리 방법을 설명하는 공정 흐름도이다.1 is a process flow chart illustrating an environmentally friendly surface treatment method of a magnesium alloy according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 환경 친화적인 표면처리 방법에 있어서 탈지 공정 후의 마그네슘 합금 기재 표면에 대한 현미경 사진이다.Figure 2 is a micrograph of the surface of the magnesium alloy substrate after the degreasing step in the environmentally friendly surface treatment method of magnesium alloy according to the present invention.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 환경 친화적인 표면처리 방법에 있어서 표면 조정 공정 후의 마그네슘 합금 기재 표면에 대한 현미경 사진이다.3A and 3B are micrographs of the surface of the magnesium alloy substrate after the surface adjustment process in the environmentally friendly surface treatment method of the magnesium alloy according to the present invention, respectively.

도 4는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 환경 친화적인 표면처리 방법에 있어서 화성 처리 공정에서의 인산염 피막 형성 후의 표면 마그네슘 합금 기재 표면에 대한 현미경 사진이다.4 is a photomicrograph of the surface magnesium alloy substrate surface after phosphate film formation in the chemical conversion treatment step in the environmentally friendly surface treatment method of the magnesium alloy according to the present invention.

마그네슘 합금용 화성처리액과 이를 이용한 마그네슘 합금의 환경 친화적 표면처리방법 및 그에 따른 마그네슘 합금 기재에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 마그네슘 합금에 우수한 내식성(耐蝕性) 및 방청성(rust-preventing property)과, 도전성(導電性), 양호한 외관미, 그리고 도장 밀착성(塗裝密着性), 을 부여하기 위한 마그네슘 합금용 화성 처리액과 이를 이용한 마그네슘 합금의 환경 친화적 표면처리방법 및 그에 따라 표면 처리된 마그네슘 합금 기재에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical conversion treatment solution for magnesium alloys, an environmentally friendly surface treatment method of magnesium alloys using the same, and a magnesium alloy base material according thereto, and more particularly, excellent corrosion resistance and rust-preventing properties for magnesium alloys, Chemical treatment solution for magnesium alloy for imparting conductivity, good appearance and paint adhesion, environmentally friendly surface treatment method of magnesium alloy using the same, and magnesium alloy base material treated accordingly It is about.

마그네슘은 1808년 영국의 화학자 H.데이비가 마그네시아알바를 금속칼륨으로 환원시켜 발견한 금속으로서 지상에서 매우 풍부한 광물이며, 외관은 은백색이고 비등점은 알루미늄과 거의 같은 650℃로서 마그네슘-알루미늄 등과 같이 타 금속과의 합금으로 주로 사용된다.Magnesium is a metal found in 1808 by British chemist H. Davie reducing magnesia alba with potassium metal. It is a very rich mineral on the ground. Its appearance is silver white and its boiling point is almost the same as that of aluminum. Mainly used as an alloy with.

마그네슘은 자연계에 유리(遊離)상태로는 산출되지 않지만, 탄산염, 황산염, 규산염 등의 형태로 지구상에 널리 그리고 다량으로 존재하며, 그 주요 산출 광석은 마그네사이트, 카널라이트, 돌로마이트, 활석, 사문석, 석면 등이며, 그 밖에 휘석, 각섬석 등에도 함유되어 있다.Magnesium is not produced naturally in the free state, but it is widely and largely present on earth in the form of carbonate, sulfate, silicate, etc., and its main output ore is magnesite, canalite, dolomite, talc, serpentine and asbestos. And the like, and is also contained in fluorite, hornblende and the like.

마그네슘은 지구상에서 8번째로 풍부한 경량 금속으로서, 비강도, 치수안정성, 기계 가공성, 진동 흡수성 등이 우수한 최경량의 기계 구조용 소재이다.Magnesium is the eighth most abundant lightweight metal on the planet, and is the lightest mechanical structural material with superior strength, dimensional stability, machinability and vibration absorption.

근래 들어, 마그네슘은 기존의 플라스틱에 비해 강도 및 강성이 우수하고 가공성이 양호하며 박형화(薄型化)가 가능하므로 마그네슘합금은 21세기 꿈의 신소재로 각광 받고 있으며, 설계, 정밀금형, 정밀가공, 금속공학, 도장 등 여러 분야의 기술을 필요로 하는 고정밀, 고부가가치의 제품으로 자동차, 우주항공, 전기, 전자 분야에서 그 사용 및 시장 규모가 급속히 확대되고 있다.In recent years, magnesium alloy has been in the spotlight as a new material of the 21st century dream because magnesium has superior strength and rigidity, good workability and thinness compared to conventional plastic, and it is designed, precision mold, precision processing, metal It is a high-precision, high value-added product that requires technology in various fields such as engineering and painting, and its use and market size are rapidly expanding in the fields of automotive, aerospace, electricity and electronics.

마그네슘 합금은 최근 컴퓨터, OA 기기, 비디오, 오디오 및, MD/CD 플레이어 케이스, 텔레비전 프레임, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, MP3, 디지털 카메라, TV 카메라, 액정프로젝터 등과 같은 경량성과 고강도를 요하는 전기전자 및 정보통신 부품으로서, 핸들, 센터페시아, 엔진의 실린더 헤드, 환기 팬 등과 같은 차량 부품으로서, 낚시용이나 등산용 등의 고급 경량화 스포츠용품으로서, 그리고 우주항공 분야의 신소재로서 적용되고 있으며, 그 적용 분야는 급격히 확대될 것으로 예상되고 있다.Magnesium alloys have recently been used in light weight and high strength electronics such as computers, OA devices, video, audio and MD / CD player cases, television frames, mobile phones, notebook computers, MP3s, digital cameras, TV cameras, liquid crystal projectors, and the like. As information and communication parts, it is applied to vehicle parts such as steering wheel, center fascia, engine cylinder head, ventilation fan, etc., and as high-quality lightweight sporting goods such as fishing and mountain climbing, and as new materials in aerospace field. It is expected to expand rapidly.

상기한 마그네슘 합금의 특성을 구체적으로 살펴보면, 실용 금속 중 가장 경량이며(비중: Mg 1, Al 1.5, Zn 3.6, Cu 4.9, Fe 4.4), 도전율이 매우 높고 구리 및 탄소 성분의 도전성 페인트와는 달리 벌크(bulk)형이므로 전자파 차폐 효과가 완벽하고, 진동 흡수성이 우수하여 반복 운동이나 단속 운동 부분에 사용함으로써 기계 장치의 변형이나 파괴를 방지하고 수명을 연장시킴과 동시에 소음 감소가 가능하며, 경시(經時) 치수 변화가 거의 없고 온도 변화에 의한 치수 안정성이 높아서 혹독한 사용 조건에 적용 가능하고, 철강, 알루미늄, 기타 합금 등에 비하여 동일 중량당 강도(비강도)나 내력이 우수하며(마그네슘 합금의 비강도는 철강의 약 1.5배), Al합금이나 연강에 비하여 충돌에 대한 내찍힘성이 양호하고, 절삭 저항이 작아서 빠른 속도의 기계 가공이 가능하며 가공 소요 동력이 철강의 약 1/10, Al의 약 1/3수준으로 가공성이 양호하고, 비중 및 열용량이 적고 방출열 및 용해열도 Al합금에 비하여 적으므로 주조성이 우수하며, Mg 용탕은 철과 반응하지 않으므로 다 이캐스트 주조에 적합하다.Looking specifically at the properties of the magnesium alloy, it is the lightest among the practical metals (specific gravity: Mg 1, Al 1.5, Zn 3.6, Cu 4.9, Fe 4.4), and has a very high conductivity, unlike copper and carbon conductive paints As it is a bulk type, electromagnetic shielding effect is perfect, and vibration absorption is excellent, so it can be used in repetitive or intermittent motion parts to prevent deformation or destruction of mechanical devices, extend the service life, and reduce noise. It has little dimensional change and high dimensional stability due to temperature change, so it can be applied to harsh use conditions, and has the same strength (specific strength) or strength per weight as compared to steel, aluminum, and other alloys (non-steel of magnesium alloy) 1.5 times higher than that of steel), better impact resistance against impact and less cutting resistance compared to Al alloys and mild steels. The processing power is about 1/10 of steel and about 1/3 of Al, so it has good processability, low specific gravity and heat capacity, and low heat and melting heat compared to Al alloy. It does not react with iron, making it suitable for die casting.

이하의 표 1은 마그네슘 합금의 전형적인 예로써의 AZ91D(Al 9%, Zn 1%)의 물리적 특성을 타 소재와 비교한 것이다.Table 1 below compares the physical properties of AZ91D (Al 9%, Zn 1%) as a typical example of magnesium alloy with other materials.

재질material 마그네슘magnesium 알류미늄aluminum 아연zinc 플라스틱plastic 철강steel 구분division AZ91DAZ91D ADC12ADC12 ZDC2ZDC2 ABSABS ABS(GF30%)ABS (GF30%) 탄소강Carbon steel 인장강도(kg/㎟)Tensile Strength (kg / ㎡) 23.923.9 33.533.5 2929 9.89.8 1212 517517 0.2%내력0.2% 15.315.3 1717 -- -- -- -- 신율(%)% Elongation 33 2.52.5 1010 6060 2.72.7 2222 경도(HB)Hardness (HB) 6363 -- -- -- -- -- 전단강도(Kg/㎟)Shear strength (Kg / ㎡) 14.114.1 2020 2222 -- -- -- 비중(g/㎤)Specific gravity (g / cm 3) 1.811.81 2.72.7 6.66.6 1.031.03 1.31.3 7.867.86 비강도(δ/p)Specific Intensity (δ / p) 13.213.2 12.4112.41 -- 9.519.51 9.239.23 8080 융점(℃)Melting Point (℃) 595595 580580 387387 -- -- 15201520 비열(kcal/℃)Specific heat (kcal / ℃) -- 0.230.23 -- 0.350.35 -- -- 열팽창율(㎛/m)Thermal expansion rate (㎛ / m) 27.427.4 2121 2727 -- -- -- 열전도율(W/m℃)Thermal Conductivity (W / m ℃) 7979 100100 113113 0.910.91 -- 4242

마그네슘 다이캐스트용으로는 AZ91계 합금이 널리 사용되고 있으며, 기타 신율, 자동차부품으로서는 인성이 우수한 AM60, 또는 크리프성이 좋은 AS41, AS21 등이 주로 사용되고 있다.AZ91-based alloys are widely used for magnesium die-casting, and other elongation and toughness AM60, or AS41 and AS21, which have good creep properties, are mainly used.

그러나 마그네슘은 실용금속 중에서 표준전위가 가장 낮기 때문에 대기 중에서 산화되기 매우 쉬운 특성을 갖고 있다. 따라서 마그네슘 합금은 내식성이 매우 취약하다는 결점을 가지고 있어 내식성 증대를 위한 표면처리가 불가피하며 이는 중요한 과제로 부각되어 있다.However, magnesium has the lowest standard potential among practical metals, so it is very easy to oxidize in the atmosphere. Therefore, magnesium alloy has the drawback that the corrosion resistance is very weak, so the surface treatment to increase the corrosion resistance is inevitable, which is an important problem.

상기한 마그네슘 합금의 표면처리는 내식성 증대 목적 외에, 제품의 외관 특성과 내마모 특성 등의 표면 기능을 향상시킬 목적으로도 수행되며, 마그네슘 합금 부품(소재)에 대한 표면처리는 표면전도도, 내식성, 내마모성 등과 같은 특징적인 기능성을 마그네슘 합금에 부여하게 된다.In addition to the purpose of improving the corrosion resistance, the surface treatment of the magnesium alloy is also performed for the purpose of improving the surface function such as the appearance characteristics and the wear resistance characteristics of the product, and the surface treatment of the magnesium alloy component (material) is performed in terms of surface conductivity, corrosion resistance, Characteristic functionalities such as wear resistance and the like are given to the magnesium alloy.

이러한 마그네슘 합금의 표면처리는 제품의 사용 조건과 마그네슘 합금의 종류, 그리고 다른 금속이 함께 조립되는지의 여부 등에 따라 그에 적합한 특정의 표면처리 공정이 적용되며, 전형적인 표면처리 방법으로는 화성처리(chemical coating treatment), 양극 산화, 전기도금, 무전해 도금, 도장(painting) 등과 같은 공정을 들 수 있다.The surface treatment of the magnesium alloy is applied to a specific surface treatment process suitable for the conditions of use of the product, the type of magnesium alloy, and whether or not other metals are assembled together, a typical surface treatment method is chemical coating (chemical coating) treatment), anodization, electroplating, electroless plating, painting and the like.

이 중에서 가장 널리 사용되고 있는 표면처리 방법은 화성처리 및 도금이다. 상기의 표면처리 방법은 모두 탈지, 산세 등의 전처리 공정을 거친 뒤 수행하게 되며, 일반적으로 마그네슘 합금 부품을 성형한 뒤에는 표면처리를 위한 전처리로서 세정 및 표면조정 처리를 하고 화성처리 혹은 도금하여 완제품으로 출하하거나 또는 다시 도장 처리하여 마무리하게 된다.The most widely used surface treatment methods are chemical conversion and plating. All of the above surface treatment methods are carried out after the pretreatment process such as degreasing and pickling.In general, after molding magnesium alloy parts, the surface treatment is performed as a pretreatment for surface treatment, followed by cleaning, surface adjustment treatment, and chemical conversion or plating. It may be shipped or repainted to finish.

상기한 화성처리는 금속 표면에 일종의 화학피막을 만드는 화학적 처리 방법으로서 방식(防蝕) 및 도장 하지(primer)용 피막, 금속 착색 등에 이용되며 환경조건이 상대적으로 깨끗하고 부식조건이 심하지 않은 환경에 주로 적용된다. 한편, 도금은 미려한 외관과 제품의 강도 구현 및 내마모성이 요구는 제품에 주로 적용되며 도장 하지용 피막으로서 사용되기도 한다.The above chemical conversion treatment is a chemical treatment method for making a kind of chemical coating on the metal surface. It is used for anticorrosive and primer coating, metal coloring, etc. Apply. On the other hand, the plating is applied to the product which is required for the appearance and strength of the product appearance and abrasion resistance is often used as a coating film.

종래, 마그네슘합금의 일반적인 화성처리법으로 6가 크롬을 함유하는 화성처리액에 마그네슘합금을 침적시키는 방법이 널리 시용되어 왔으나, 중금속인 6가 크롬은 인체에 치명적일 뿐만 아니라 심각한 환경오염 문제를 유발하게 된다는 문제점이 있어서 그 작업환경 및 폐수 처리 등에 대한 엄격한 규제가 적용되고 있으며, 크롬산염 처리는 가까운 장래에 법적으로 금지될 예정이다.Conventionally, a method of depositing magnesium alloy in a chemical treatment solution containing hexavalent chromium has been widely used as a general chemical conversion treatment of magnesium alloy, but hexavalent chromium, which is a heavy metal, is not only fatal to the human body but also causes serious environmental pollution problems. Due to the problem, strict regulations on the working environment and wastewater treatment are applied, and chromate treatment will be legally prohibited in the near future.

따라서, 상기한 종래의 크롬산염 처리를 대체하기 위한 종래의 비크롬산염 화성처리법으로서, 인산마그네슘에 지르코늄, 티탄, 또는 아연 등의 금속을 첨가하는 인산염 처리방법이 제안되었으나, 장시간이 소요되는 긴 처리 공정으로 인한 실용성 결여와 아울러, 충분한 내식성, 방청성 및 도막 밀착성을 부여할 수 없다는 문제가 있다.Therefore, as a conventional non-chromate chemical conversion method for replacing the conventional chromate treatment, a phosphate treatment method for adding a metal such as zirconium, titanium, or zinc to magnesium phosphate has been proposed, but a long treatment that takes a long time In addition to the lack of practicality due to the process, there is a problem in that sufficient corrosion resistance, rust resistance and coating film adhesion cannot be imparted.

또한, 일본 공개특허공보 평 7-126858호는 2가 망간 이온과 인산 이온 이외에, 지방족 아민, 방향족 아민, 복소환족 아민화합물을 첨가하여 수행되는 인산망간처리법을 제안하고 있으나, 아민 화합물의 첨가는 또 다른 환경오염 문제를 초래할 우려가 있으며, 처리액의 조성이 복잡하고, 욕조 관리가 매우 복잡하고 어렵다는 문제가 있다.In addition, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 7-126858 proposes a manganese phosphate treatment method performed by adding an aliphatic amine, an aromatic amine and a heterocyclic amine compound in addition to divalent manganese ions and phosphate ions. There is a concern that it may cause other environmental pollution problems, there is a problem that the composition of the treatment liquid is complicated, the bathtub management is very complicated and difficult.

아울러, 일본 공개특허공보 평 8-35073호에는 과망간산 이온을 사용한 화성처리법을 제안하고 있으나, 화성처리액이 인산결합을 함유하지 않으므로 도막밀착성이 안정적이지 못하다는 문제점이 있다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-35073 proposes a chemical conversion treatment method using permanganate ions, but there is a problem that the coating film adhesion is not stable because the chemical conversion treatment solution does not contain a phosphate bond.

또한, 한국공개특허 제2002-0077150호는 제1 인산 및 오르쏘 인산과 과망간산 칼륨을 함유하고 pH 1.5∼7인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금용 화성처리액과 표면처리방법을 제안하고 있다. 그러나 이 방법은 화성처리액이 원천적으로 강산성 처리 조건인 pH 2.0∼4.0 범위가 선호되며 화성처리액의 pH가 7을 초과하면 과망간산 이온의 산화력 저하로 인해 피막 석출량이 극단적으로 적어지게 되어 충분한 내식성과 도막 밀착성을 얻을 수 없게 되어 부적절한 것으로 보고하고 있다. 또한 이 방법은 욕조 관리가 간편하고 취급이 용이하다는 장점에도 불구하고, 상대적으로 낮은 인산 이온 농도로 인하여 재현 신뢰도가 낮아 수율이 낮으며 내식성 및 피막의 강도가 여전히 충분히 만족스럽지 못하다는 문제점이 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0077150 proposes a chemical treatment solution and a surface treatment method for magnesium alloys containing first phosphoric acid, orthophosphoric acid and potassium permanganate and having a pH of 1.5 to 7. However, in this method, the pH of the chemical treatment solution is preferably in the range of pH 2.0 to 4.0, which is a strong acid treatment condition. When the pH of the chemical treatment solution exceeds 7, the precipitation amount of the film becomes extremely low due to the decrease in the oxidation power of permanganate ions. It is reported that coating film adhesion cannot be obtained and is inappropriate. In addition, this method, despite the advantages of simple tub management and easy handling, there is a problem that the yield is low due to the relatively low phosphate ion concentration, the yield is low, and the corrosion resistance and film strength is still not satisfactory enough.

따라서, 본 발명의 첫 번째 목적은 인체 및 환경에 유해한 중금속 6가 크롬을 함유하지 않는 비크롬산염계이면서도 크롬산염계 피막과 같은 충분한 내식성, 방식성, 도막 밀착성을 부여할 수가 있는 환경친화적인 마그네슘 합금용 화성처리액을 제공하기 위한 것이다.Therefore, the first object of the present invention is an environmentally friendly magnesium that is capable of imparting sufficient corrosion resistance, corrosion resistance, and coating film adhesion, such as non-chromate-based and chromate-based coatings, which do not contain heavy metal hexavalent chromium, which are harmful to humans and the environment. It is to provide a chemical conversion treatment liquid for the alloy.

본 발명의 두 번째 목적은 상대적으로 온화한 약알칼리 조건 하에 실온 내지 중온역(中溫域)에서 간단하고 용이한 처리가 가능한 마그네슘 합금용 화성처리액을 제공하기 위한 것이다.A second object of the present invention is to provide a chemical treatment solution for magnesium alloys which is simple and easy to be treated at room temperature to mid temperature under relatively mild weak alkali conditions.

본 발명의 세 번째 목적은 처리액 조성이 단순한 마그네슘 합금용 화성처리액을 제공하기 위한 것이다.A third object of the present invention is to provide a chemical treatment solution for magnesium alloy having a simple treatment liquid composition.

본 발명의 네 번째 목적은 다이캐스팅(die-casting) 또는 딕소몰드(thixo -trophic molding)에 의한 복잡한 형상의 마그네슘 합금 기재(基材; substrate)에 우수한 내식성 및 전도성을 부여하며, 선택적으로는 우수한 도막 밀착성을 부여하기 위하여 상기한 첫 번째 내지 세 번째 목적에 따른 화성처리액을 이용한 효과적이고 경제적이며 환경친화적인 마그네슘 합금의 표면처리방법을 제공하기 위한 것이다.A fourth object of the present invention is to impart excellent corrosion resistance and conductivity to a magnesium alloy substrate of complex shape by die-casting or thixo-trophic molding, and optionally an excellent coating film. In order to provide adhesiveness, it is to provide an effective, economical and environmentally friendly magnesium alloy surface treatment method using the chemical conversion treatment liquid according to the first to third objects described above.

본 발명의 다섯 번째 목적은 상기한 본 발명의 네 번째 목적에 따른 표면처 리방법에 의하여 화성처리 피막이 형성된 마그네슘 합금 기재를 제공하기 위한 것이다.A fifth object of the present invention is to provide a magnesium alloy substrate on which a chemical conversion coating film is formed by the surface treatment method according to the fourth object of the present invention.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, 과망간산칼륨 0.1∼10중량%, 이인산칼륨 5∼30중량% 및, 삼인산칼륨 0.1∼10중량%를 포함하며, pH 7.2∼10.0, 바람직하게는 pH 8.0∼9.0인 마그네슘 합금용 화성처리액이 제공된다.According to one preferred aspect of the present invention for smoothly achieving the first to third objects of the present invention, 0.1 to 10% by weight of potassium permanganate, 5 to 30% by weight of potassium diphosphate, and 0.1% of potassium triphosphate The chemical conversion treatment liquid for magnesium alloys containing -10 weight% and pH 7.2-10.0, Preferably pH 8.0-9.0 is provided.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 양태에 따르면, 색상 및 기능성 부여를 위하여, 상기한 양태의 마그네슘 합금용 화성처리액에 구연산, 아세트산, 젓산, 질산, 아질산, 나트륨 및, 칼륨염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 더욱 포함하는 마그네슘 합금용 화성처리액이 제공된다.According to another preferred aspect of the present invention for smoothly achieving the first to third objects of the present invention, citric acid, acetic acid, acetic acid, There is provided a chemical conversion treatment solution for magnesium alloy further comprising at least one compound selected from the group consisting of nitric acid, nitrous acid, sodium, and potassium salt.

상기한 본 발명의 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 과망간산칼륨 0.1∼10중량%, 이인산칼륨 5∼30중량% 및, 삼인산칼륨 0.1∼10중량%를 포함하며, pH 7.2∼10.0, 바람직하게는 pH 8.0∼9.0의 온도 50∼60℃의 마그네슘 합금용 화성처리액에 마그네슘 합금 기재를 0.5∼5분 동안 침적시켜 그 표면에 균일한 인산염 피막을 형성시키는 화성처리 단계를 포함하는 마그네슘 합금의 표면처리방법이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention for smoothly achieving the fourth object of the present invention, 0.1 to 10% by weight of potassium permanganate, 5 to 30% by weight of potassium diphosphate, and 0.1 to 10% by weight of potassium triphosphate, and a magnesium alloy substrate for 0.5 to 5 minutes by depositing a magnesium alloy substrate in a chemical solution for magnesium alloy at a temperature of pH 7.2 to 10.0, preferably at a temperature of 8.0 to 9.0, and forming a uniform phosphate film on the surface thereof. Provided is a method for surface treatment of a magnesium alloy comprising the step.

상기한 본 발명의 다섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 양태의 마그네슘 합금의 표면처리방법에 의하여 표면에 인산염 피막이 형성된 마그네슘 합금 기재가 제공된다.According to a preferred aspect of the present invention for smoothly achieving the fifth object of the present invention, a magnesium alloy substrate having a phosphate coating formed on its surface is provided by the surface treatment method of the magnesium alloy of the above aspect.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

마그네슘 합금에 내식성을 부여하기 위한 표면처리법으로서는 전해도금법, 양극산화법, 화성처리법 등을 들 수 있으나, 우수한 내식성 부여와 동시에, 양호한 대량 생산성을 갖는 충분히 만족스러운 정도의 마그네슘 합금 표면처리법은 아직껏 활성화되어 있지 못한 실정이다.Surface treatment methods for imparting corrosion resistance to magnesium alloys include electroplating, anodizing, and chemical conversion, but magnesium alloy surface treatment with sufficient satisfactory degree of good corrosion resistance and good mass productivity has not yet been activated. It is not true.

마그네슘은 활성금속으로서 대기 중에서 불안정한 내식성을 가지지만 염소 이온 (Cl-)등과 같은 할로겐족 화합물 또는 그 음이온, 또는 산화성 분위기에서는 염소 이온(Cl-) 등의 침투에 의해 부동태 피막이 쉽게 손상되기 때문에 내식성이 크게 저하되는 문제점이 있으므로 그 사용에 많은 제약이 있다.Magnesium is only have an unstable corrosion resistance in the air as the active metal chloride ion (Cl -) - corrosion resistance significantly, since the passivation film is easily damaged by the penetration, such as the halogen compound or its anion, or an oxidizing atmosphere such as a chlorine ion (Cl) Since there is a problem of deterioration, there are many restrictions on its use.

마그네슘 합금의 부식은 마그네슘 기지(基地)와 기지에 존재하는 석출상 또는 불순물 간에 갈바닉 전지가 형성되어 양극으로 작용하는 부분에서 주로 일어난다. 따라서, Fe, Ni, Cu 등과 같은 불순물의 존재는 염수 분위기하에서 마그네슘 합금의 내식성에 치명적인 악영향을 끼친다. 이러한 분순물의 함량을 최소화시켜 상용화된 것이 AZ91 계열의 마그네슘 합금인데, 이 합금의 개발로 내식성이 많이 향상되기는 하였지만, 여전히 알루미늄 합금과 같은 경량합금재료에 비하여 내식성이 열등하다.Corrosion of the magnesium alloy occurs mainly in the part where the galvanic cell is formed between the magnesium base and the precipitated phase or impurities present in the base and serves as a positive electrode. Therefore, the presence of impurities such as Fe, Ni, Cu, and the like adversely affects the corrosion resistance of the magnesium alloy in a brine atmosphere. The commercialized by minimizing the content of such impurities is AZ91 series magnesium alloy, although the corrosion resistance has been greatly improved by the development of this alloy, it is still inferior to the light alloy material such as aluminum alloy.

마그네슘 합금은 강알칼리성에서 매우 안정한 Mg(OH)2의 수산화 막을 형성하여 부동태화 되지만 강알칼리성을 제외한 다른 모든 영역에서는 부식이 쉽게 발생 된다. 특히 마그네슘의 부식은 할로겐족 원소에 의해 국부적 부식 발생이 촉진되고 마그네슘의 산화가 일어나는 부식공(腐蝕孔)에 Mg2 + 의 농도가 증가하게 된다.Magnesium alloy is passivated by forming Mg (OH) 2 hydroxide film which is very stable in strong alkalinity, but corrosion occurs easily in all other areas except strong alkalinity. In particular, corrosion of the magnesium is accelerated localized corrosion caused by the halogen element is the corrosion ball (腐蝕孔) oxidation of the magnesium occurs increasing the concentration of Mg + 2.

전기적 중성을 이루기 위해서는 To achieve electrical neutrality

Mg2 + + H2O + Cl- → Mg(OH)Cl + H+ Mg 2 + + H 2 O + Cl - → Mg (OH) Cl + H +

로의 반응이 촉진 되고 수소이온 발생으로 인하여 산성화가 더욱 촉진되어 마그네슘의 부식은 더욱 가속화하게 된다.The reaction of the furnace is accelerated and acidification is accelerated by the generation of hydrogen ions, which accelerates the corrosion of magnesium.

따라서, 본 발명은 이러한 마그네슘합금의 부식거동을 예방하기 위해서 마그네슘 합금 소재에 인산염의 안정한 부동태 화성피막을 형성하여 내식성을 향상시키고자 하는 것이다.Therefore, the present invention is to improve the corrosion resistance by forming a stable passivation film of phosphate in the magnesium alloy material in order to prevent the corrosion behavior of the magnesium alloy.

일반적으로, 화성처리는 금속 표면에 화학처리로 산화막이나 무기염의 얇은 피막을 형성시키는 것을 지칭하며, 생산비용이 저렴하고 작업성이 우수하다는 장점이 있어서 금속 표면에 방식성을 부여하기 위하여 널리 사용되고 있으며, 또한 선택적으로는 도장 하지(primer)용으로도 널리 적용되고 있다.In general, chemical conversion treatment refers to forming a thin film of an oxide film or an inorganic salt by chemical treatment on a metal surface, and is widely used to give corrosion resistance to a metal surface due to its low production cost and excellent workability. In addition, it is also widely applied as a primer for coating.

이러한 화성처리에 의하여 형성되는 화성피막은 금속 하지(下地)에 보다 우수한 다른 물리화학적 특성, 예컨대, 방청성, 피막 및 도장 형성성이나 하지 금속 보호성, 착색성 등을 부여하게 되므로, 화성처리는 실용성이 뛰어난 표면처리 방법이라 할 수 있다.The chemical conversion film formed by the chemical conversion treatment gives other physical and chemical properties superior to the underlying metal, such as rust resistance, coating and paint formation properties, protection of the underlying metal, coloring, and the like. It is an excellent surface treatment method.

전기전자 및 정보통신 산업의 발달과 함께 가장 널리 사용되고 있는 마그네슘 합금(AZ91; Al 9%, Zn 0.7%, Mn 0.15%, 기타 원소 0.006%; AZ61; AZ31 등등)은 비강도 및 비탄성이 높고, 우수한 주조성, 가공성을 지니며, 전자기 차폐성이 우수하여, 휴대전화를 비롯한 휴대용 노트북 컴퓨터나, 경량 부품 소재 등으로 각광 받고 있음은 전술한 바와 같으며, 마그네슘 합금은 구조재로서 가져야 할 기계적 특성이 우수하기 때문에 그 용도가 광범위하여 기존 항공기나 자동차 등 수송계의 부품 소재 용도에 국한 되어 사용되던 것에서 벗어나, 최근에는 전기전자 또는 정보통신용의 경량화 제품 및 기타 전기전자 부품 소재로서의 적용이 급증하고 있음도 전술한 바와 같고, 최근 들어서는 마그네슘 합금의 최대 단점인 내식성 극복을 위한 표면처리 방법의 발전에 따라 그 이용 영역은 더욱 급격히 확대되고 있다.The most widely used magnesium alloys (AZ91; Al 9%, Zn 0.7%, Mn 0.15%, other elements 0.006%; AZ61; AZ31, etc.), with the development of the electronics and telecommunications industry, have high specific strength, inelasticity, It has castability, processability, and excellent electromagnetic shielding, and has been spotlighted as a portable notebook computer including a mobile phone, a lightweight component material, and the like, and magnesium alloy has excellent mechanical properties as a structural material. As a result, its use is so wide that it is limited to the use of parts in transportation systems such as aircraft and automobiles, and in recent years, the application of light weight products for electric and electronic communication and other electric and electronic component materials has increased rapidly. With the development of surface treatment method to overcome the corrosion resistance which is the biggest disadvantage of magnesium alloy in recent years, For area it has expanded more rapidly.

마그네슘 합금의 화성처리는 크롬산염 피막을 형성시키는 크롬산염 처리법과 인산염 피막을 형성시키는 비크롬산염 처리법으로 대별될 수 있으나, 크롬산염 처리법은 전술한 바와 같이 인체 및 환경에 유해한 방법으로서 그 사용에는 큰 제약 이 있거나 사용 금지되어 가고 있는 추세이므로, 근래 들어서는 크롬산염을 사용하지 않는 다양한 종류의 환경친화적인 비크롬산염 처리법, 특히 다양한 인산염 피막 처리법이 활발히 시도되고 있다.Chemical conversion of magnesium alloy can be roughly divided into chromate treatment to form the chromate coating and non-chromate treatment to form the phosphate coating. In recent years, various kinds of environmentally friendly non-chromate treatments, especially various phosphate coating treatments, which do not use chromates, have been actively attempted because of limitations or restrictions.

본 발명은 비크롬산염계로서 보다 환경친화적인 과망간산계 인산염을 이용하는 화성처리 공정을 포함하는 마그네슘 합금의 표면처리방법에 관한 것이며, 본 발명에 있어서의 화성처리는 침적법, 브러쉬법, 스프레이법, 롤러 처리법 등에 의하여 적용될 수 있으나, 공정 효율성 측면에서 침적법이 보다 바람직할 수 있다.The present invention relates to a surface treatment method of a magnesium alloy including a chemical conversion treatment process using a more environmentally friendly permanganic acid phosphate as a non-chromate salt, and the chemical conversion treatment in the present invention includes a deposition method, a brush method, a spray method, Although it may be applied by a roller treatment method or the like, a deposition method may be more preferable in terms of process efficiency.

본 발명에 따른 화성처리액을 이용하는 공정을 포함하는 마그네슘 합금의 표면처리방법은, 초경량 마그네슘 합금이 다양한 부품 소재로 사용될 수 있도록, 탈 지, 에칭, 중화, 표면조정, 화성피막 형성 및, 봉공처리 공정으로 구성되며, 마그네슘 합금 기재 또는 하지 표면에 치밀한 화성피막 층을 형성함으로써 마그네슘 합금 기재 또는 하지에 고내식성 및 전도성을 부여한다.Magnesium alloy surface treatment method comprising the process using the chemical conversion treatment according to the present invention, so that the ultra-light magnesium alloy can be used in a variety of parts material, degreasing, etching, neutralization, surface adjustment, chemical film formation, and sealing It consists of a process and provides high corrosion resistance and conductivity to a magnesium alloy base material or a base by forming a dense chemical conversion layer on the surface of a magnesium alloy base material or a base material.

여기서, 마그네슘 합금을 고온 공정인 다이캐스팅 또는 딕소몰딩 공정에서의 이형제나 열 변형 층을 화성처리의 전처리 공정으로서 탈지 및 에칭 공정에 의하여 균일한 외관을 만든 후, 중화 공정을 경유시킨 다음, 화성처리 공정에 의하여 마그네슘 합금 기재 표면의 내식성을 향상시킴과 동시에, 양호한 전도성을 부여하게 된다.Here, the release agent or heat-deformation layer in the die casting or thixomolding process, which is a high temperature process of magnesium alloy, has a uniform appearance by degreasing and etching as a pretreatment process of chemical conversion, and then passes through a neutralization process, followed by a chemical conversion process. This improves the corrosion resistance of the surface of the magnesium alloy substrate and imparts good conductivity.

도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 환경 친화적인 표면처리 방법을 설명하는 공정 흐름도로서, 마그네슘 하지(즉, 기지) 또는 기재의 산성 탈지, 중화, 에칭, 표면 조정, 화성처리, 중화, 실링 및, 건조 공정으로 구성됨을 나타내고 있으며, 이에 관하여 순차적으로 설명하기로 한다.1 is a process flow diagram illustrating a method for environmentally friendly surface treatment of a magnesium alloy according to the present invention, which includes acidic degreasing, neutralization, etching, surface adjustment, chemical conversion, neutralization, sealing of a magnesium base (ie, known) or a substrate; It is shown that it consists of a drying process, it will be described sequentially.

예컨대, 다이캐스팅 주조물의 표면은 금형과 주조물 간의 분리를 원활히 하기 위하여 Al2O3 또는 SiO2 성분의 이형제가 사용된다. 다이캐스팅 후에는 기계적 연마 또는 바렐 연마 등에 의하여 표면에 잔존하는 열 변형된 이형제 성분과 주조물의 표면에 존재하는 버(burr)를 제거하게 된다.For example, the surface of the die casting casting may be Al 2 O 3 to facilitate separation between the mold and the casting. Or a release agent of SiO 2 component is used. After die casting, the thermally deformable release agent component remaining on the surface by mechanical polishing or barrel polishing and the like, and the burrs present on the surface of the casting are removed.

먼저, 탈지 공정은 다이캐스팅 주조품(또는 딕소몰딩에 의한 성형품) 표면의 가공층(chill; 가공 경화층, 이형제 부착부 등)을 균일하게 하며, 주조물이나 성형물의 표면에 잔존하고 있는 유무기물 및 미세 불순물을 제거하는 공정으로서, 산성 탈지를 이용한다.First, the degreasing process uniforms the processing layer (chill (work hardening layer, release agent attaching part, etc.) on the surface of the die casting casting (or molded product by thixomolding)), and the organic and inorganic impurities and fine impurities remaining on the surface of the casting or the molding. As a step of removing the acid, acidic degreasing is used.

마그네슘 합금의 세척은 부식을 야기하는 물질이 소량이라도 포함되어 있을 경우에는 마그네슘 합금의 표면에 치명적 손상을 입게 된다. 따라서 마그네슘 합금의 탈지는 황산 베이스에 당업계 주지 관용의 부식억제제, 계면활성제, 산성탈지제를 적절한 농도로 배합하여 사용한다. 구체적으로는, 0.2∼10중량% 질산염(NO3 -)과 0.01∼2중량% 불화물(F-), 계면 활성제 및 착화제 0.1∼5중량%가 포함된 산성 탈지제로 작업 온도 10∼50℃에서 1∼120초간 침적시켜 탈지한다.Cleaning the magnesium alloy will cause fatal damage to the surface of the magnesium alloy if it contains a small amount of the material that causes corrosion. Therefore, the degreasing of the magnesium alloy is used in combination with an appropriate concentration of corrosion inhibitors, surfactants, acidic degreasing agents commonly known in the art in the sulfuric acid base. Specifically, an acidic degreasing agent containing 0.2 to 10% by weight of nitrate (NO 3 ), 0.01 to 2% by weight of fluoride (F ), surfactant and 0.1 to 5% by weight of a complexing agent at a working temperature of 10 to 50 ° C. Degrease for 1 to 120 seconds.

이어서, 탈지 공정 후 중화 공정은 탈지 공정에서 반응된 이형제 및 마그네슘 화합물{이상, 스멋(smut)}을 가성 소다 베이스의 중화욕에서 제거하는 것으로서 침적법에 의하여도 제거가 가능하나 초음파(10∼40㎑)에 의한 진동에 의해 세정력 향상을 도모할 수가 있는 초음파기를 병용하는 것이 바람직할 수 있다.Subsequently, after the degreasing step, the neutralization step removes the release agent and magnesium compound (smut) reacted in the degreasing step in a neutralization bath of caustic soda base, which can be removed by immersion but can be removed by ultrasonic method (10-40). It may be desirable to use an ultrasonic wave that can improve the cleaning power due to vibration caused by vi).

또한, 중화 공정에서는 탈지공정에서 다이캐스팅 시의 결함 부위인 기공이 존재하는 곳에서의 산(acid)에 의한 국부적 부식의 진행을 방지하는 역할도 수행하며, 알칼리 물질에 의한 중화 공정이다.In addition, the neutralization process also serves to prevent the progress of local corrosion by acid in the presence of pores, which are defects in die casting, in the degreasing process, and is a neutralization process using alkaline substances.

상기한 중화 공정은 3∼30중량%의 수산화나트륨과 1∼20중량%의 삼인산 나트륨 및 계면활성제를 포함하며 중보우메(Be') 3∼30의 비중을 가지는 알칼리성 표면 조정 용액을 이용하며, 선택적으로는 주파수 10∼50kHz, 바람직하게는 10∼40kHz의 초음파 조사 장치 설치 욕에서 30∼90℃, 바람직하게는 50∼85℃의 온도 범위에서 10초∼10분간, 바람직하게는 1∼5분간 중화욕에 침지시킴과 동시에 초음파 조사하 여 스멋(smut)을 깨끗이 제거할 수도 있다. 여기서 수산 이온(OH-)이 포함된 화합물인 수산화나트륨은 수산화칼륨이나 수산화암모늄 등으로 대체 사용할 수도 있으며, 인산 이온(PO4 -)이 포함된 화합물인 삼인산나트륨은 삼인산칼륨, 이인산나트륨, 피로인산나트륨 등으로 대체 사용할 수도 있고, 수산 이온(OH-)은 0.1∼5mol, 인산 이온(PO4 -)은 0.05∼5㏖ 포함된다.The neutralization process employs an alkaline surface conditioning solution containing 3-30% by weight sodium hydroxide, 1-20% by weight sodium triphosphate and a surfactant, and having a specific gravity of heavy Beau 3-30. For example, neutralize for 10 seconds to 10 minutes, preferably 1 to 5 minutes in a temperature range of 30 to 90 ° C, preferably 50 to 85 ° C in an ultrasonic irradiation apparatus installation bath having a frequency of 10 to 50 kHz, preferably 10 to 40 kHz. In addition to soaking in the bath, ultrasonic irradiation can also be used to remove the smut. The hydroxyl ions (OH -) may replace used as such a compound, sodium hydroxide is potassium hydroxide or ammonium hydroxide include, and phosphate ions (PO 4 -) in Sodium tripolyphosphate compounds include the tripolyphosphate, potassium phosphate, sodium fatigue It may alternatively be used with sodium phosphate or the like, and 0.1 to 5 mol of hydroxyl ions (OH ) and 0.05 to 5 mol of phosphate ions (PO 4 ) are contained.

중화 공정에 후속하는 에칭(etching) 공정은 탈지 공정에서 활성화된 무기물과 가공층(chill; 가공 경화층) 및 스멋(smut)을 균일하게 제거하여 단시간에 미세하고도 균질한 표면을 얻기 위한 최적 공정으로 화성 공정 처리에 앞서 표면 활성화와 동시에 무기물을 제거하는 공정으로서 화성처리 후 내식성 및 표면 균질화에 큰 영향을 미치는 공정이다.The etching process following the neutralization process is an optimal process for uniformly removing the activated inorganic material, the processing layer (chill) and the smut in the degreasing process to obtain a fine and homogeneous surface in a short time. This is a process that removes inorganic substances at the same time as surface activation prior to chemical conversion process, and has a great effect on corrosion resistance and surface homogenization after chemical conversion.

에칭제로서는 황산 베이스에 불화물 및 질산염을 적절한 농도로 배합하여 사용한다. 구체적으로는 0.01∼10중량% 황산과 0.2∼1M의 불화물(F-)과 계면 활성제 및 킬레이트제가 1∼10중량% 포함된 에칭욕에서 5∼40℃의 조건으로 1∼10분간 침적시킴으로써 표면을 에칭하여 균일한 표면 에너지를 갖도록 할 수 있다.As an etchant, a fluoride and a nitrate are mix | blended with a sulfuric acid base at appropriate concentration, and it is used. Specifically, the surface is immersed for 1 to 10 minutes in an etching bath containing 0.01 to 10% by weight sulfuric acid, 0.2 to 1M fluoride (F-), and 1 to 10% by weight of a surfactant and a chelating agent. It may be etched to have a uniform surface energy.

이어서, pH 11.5 이하에서 부식이 진행되는 마그네슘의 특성을 고려하여, 마그네슘 합금의 표면을 강알칼리성으로 만들기 위한 중화, 표면 활성화 및, 균질화 처리 공정인 표면조정 공정을 수행하게 된다. 표면조정 공정은 화성처리에 앞선 전처리 공정으로서 화성 처리 시 균일한 피막이 형성 될 수 있도록 에너지 전위를 동 일하게 만들며, 산성과 알칼리성 약품을 사용하여 에칭 표면을 균일 내지 균질하게 하고 스멋(smut)을 제거하여 미려한 표면 외관을 부여함과 아울러, 화성처리 전 활성도를 높이기 위한 공정이다. 화성처리 후 더욱 미려한 표면 외관을 얻기 위하여 가성소다 베이스에 당업계 공지의 각종 약품을 첨가하여 마그네슘 합금 기재의 표면 특성을 조정하기 위한 것이다.Subsequently, in consideration of the characteristics of the magnesium that corrosion proceeds at pH 11.5 or less, a surface adjustment process, which is a neutralization, surface activation, and homogenization treatment process, is performed to make the surface of the magnesium alloy strongly alkaline. The surface adjustment process is a pretreatment process prior to the chemical conversion process, which makes the energy potential equal to form a uniform film during chemical conversion process, and makes the etching surface uniform or homogeneous and removes smut by using acidic and alkaline chemicals. It provides a beautiful surface appearance, and also increases the activity before chemical conversion. In order to obtain a more beautiful surface appearance after the chemical conversion treatment, various chemicals known in the art are added to the caustic soda base to adjust the surface properties of the magnesium alloy substrate.

상기한 표면 조정 공정은 3∼20중량%의 수산화나트륨과 1∼15중량%의 삼인산 나트륨 및 계면활성제를 포함하며 중보우메(Be') 3∼30의 비중을 가지는 알칼리성 표면 조정 용액을 이용하며, 선택적으로는 주파수 10∼50㎑, 바람직하게는 10∼40㎑의 초음파 조사 장치 설치 욕에서 30∼90℃, 바람직하게는 50∼85℃의 온도 범위에서 10초∼10분간, 바람직하게는 1∼5분간 표면 조정욕에 침지시킴과 동시에 초음파 조사하여 스멋(smut)을 깨끗이 제거할 수도 있다. 여기서 수산 이온(OH-)이 포함된 화합물인수산화나트륨은 수산화칼륨이나 수산화암모늄 등으로 대체 사용할 수도 있으며, 인산 이온(PO4 -)이 포함된 화합물인 삼인산나트륨은 삼인산칼륨, 이인산나트륨, 피로인산나트륨 등으로 대체 사용할 수도 있고, 수산 이온(OH-)은 0.1∼5㏖, 인산 이온(PO4 -)은 0.05∼5㏖ 포함된다.The surface adjustment process described above uses an alkaline surface adjustment solution containing 3-20% by weight of sodium hydroxide, 1-15% by weight of sodium triphosphate and a surfactant, and having a specific gravity of heavy beam (Be ') 3-30. Optionally, in the temperature range of 30-90 degreeC, Preferably it is 50-85 degreeC in the ultrasonic irradiation apparatus installation bath of frequency 10-50 Hz, Preferably 10-40 Hz, Preferably it is 1- The smut can also be removed by soaking in a surface adjustment bath for 5 minutes and by ultrasonic irradiation. The hydroxyl ions (OH -) may replace used as such a compound, sodium hydroxide is potassium hydroxide or ammonium hydroxide include, and phosphate ions (PO 4 -) in Sodium tripolyphosphate compounds include the tripolyphosphate, potassium phosphate, sodium fatigue It may alternatively be used with sodium phosphate or the like, and 0.1 to 5 mol of hydroxyl ions (OH ) and 0.05 to 5 mol of phosphate ions (PO 4 ) are contained.

본 발명에 따른 표면 처리 방법에 있어서 핵심 단계인 화성처리 공정은 균일하고도 치밀한 인산염 피막을 형성하여 마그네슘 합금에 높은 내식성 및 도전성 등을 부여하는 공정이다. 구체적으로는, 과망간산-인산염 피막을 형성하는 화성처리 공정은 마그네슘 합금의 내식성을 높이고, 외관을 향상시키며, 색상을 부여하게 된다.The chemical conversion process, which is a key step in the surface treatment method according to the present invention, forms a uniform and dense phosphate film to impart high corrosion resistance and conductivity to the magnesium alloy. Specifically, the chemical conversion treatment process for forming the permanganate-phosphate coating enhances the corrosion resistance of the magnesium alloy, improves the appearance, and imparts color.

본 발명에 따른 마그네슘 합금용 화성처리액은 과망간산칼륨 0.1∼10중량%, 바람직하게는 0.2∼2중량%, 이인산칼륨 5∼30중량%, 바람직하게는 10∼20중량%, 및 삼인산칼륨 0.1∼10중량%, 바람직하게는 0.2∼2중량%를 포함하며, pH 7.2∼10.0, 바람직하게는 pH 8.0∼9.0이다.The chemical conversion treatment solution for magnesium alloy according to the present invention is 0.1 to 10% by weight of potassium permanganate, preferably 0.2 to 2% by weight, 5 to 30% by weight of potassium diphosphate, preferably 10 to 20% by weight, and potassium triphosphate 0.1 It contains 10 to 10 weight%, Preferably it is 0.2 to 2 weight%, pH 7.2-10.0, Preferably it is pH 8.0-9.0.

필요하다면 선택적으로, 색상 및 기능성 부여를 위하여, 상기한 마그네슘 합금용 화성처리액에 구연산, 아세트산, 젖산, 질산, 아질산, 나트륨 및, 칼륨염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 더욱 포함할 수도 있다.Optionally, if necessary, further, at least one compound selected from the group consisting of citric acid, acetic acid, lactic acid, nitric acid, nitrous acid, sodium, and potassium salt in the above-mentioned chemical conversion solution for magnesium alloy for imparting color and functionality. You may.

또한, pH 조절은 인산에 의해 제어 가능하며, 인산의 투입량 조절로 pH가 낮을 경우 마그네슘 합금의 화성처리 표면은 밝은 색상의 외관을 나타내고 pH가 높을 경우 진한 노랑색의 외관이 얻어지게 된다. 한편, pH 8.3∼pH 8.5일 경우 도장 하지용으로 사용되는 엷은 노랑(아이보리색)의 인산염 피막이 얻어지게 된다.In addition, the pH control can be controlled by the phosphoric acid, and when the pH is low by adjusting the amount of phosphoric acid, the chemical conversion surface of the magnesium alloy has a bright color appearance, and when the pH is high, a dark yellow appearance is obtained. On the other hand, when pH 8.3-pH 8.5, the pale yellow (ivory) phosphate film used for coating base material will be obtained.

화성처리 공정은 온도 30∼60℃, 바람직하게는 50∼60℃로 유지된 본 발명에 따른 마그네슘 합금용 화성처리액에 마그네슘 합금 기재를 0.5∼15분, 바람직하게는 0.5∼5분 동안 침적시켜 그 표면에 균일하고도 치밀한 인산염 피막을 형성시키게 된다.The chemical conversion process is performed by depositing a magnesium alloy substrate for 0.5 to 15 minutes, preferably 0.5 to 5 minutes, in the chemical conversion treatment solution for magnesium alloy according to the present invention maintained at a temperature of 30 to 60 ° C, preferably 50 to 60 ° C. A uniform and dense phosphate film is formed on the surface.

화성처리 공정에 후속하는 중화 공정은 화성처리 시 발생된 국소 반응 층을 제거하기 위한 것으로서 미려한 외관 및 전도성을 균일화시키게 된다.The neutralization process following the chemical conversion process is intended to remove the local reaction layer generated during the chemical conversion process, thereby uniforming the beautiful appearance and conductivity.

상기한 중화 공정은 0.1∼5중량%의 수산화나트륨, 수산화칼륨, 또는 수산화 암모늄과 0.05∼5중량%의 삼인산 나트륨, 삼인산칼륨, 이인산나트륨 및, 피로인산나트륨과, 계면활성제를 포함하며 중보우메(Be') 1∼10의 비중을 가지는 알칼리성 중화 용액을 이용하여 스멋을 제거한다. 여기서 수산 이온(OH-)은 0.001∼0.55㏖, 인산 이온(PO4 -)은 0.001∼0.5㏖ 정도 포함된다.The neutralization process comprises 0.1 to 5% by weight of sodium hydroxide, potassium hydroxide or ammonium hydroxide and 0.05 to 5% by weight of sodium triphosphate, potassium triphosphate, sodium diphosphate and sodium pyrophosphate, and a surfactant (Be ') Scoop is removed using an alkaline neutralizing solution having a specific gravity of 1 to 10. The hydroxyl ions (OH -) is 0.001~0.55㏖, phosphate ion (PO 4 -) which it is incorporated degree 0.001~0.5㏖.

중화 조건은 약 30∼50℃의 온도 범위에서 1∼10초 동안 침적한다.Neutralization conditions are deposited for 1 to 10 seconds in the temperature range of about 30 to 50 ° C.

이어서, 수행되는 씰링처리(sealing: 봉공) 공정은, 예컨대, 파라핀계 유기 씰링제(sealer)인 NR-303(Million Chemical社 製) 등을 이용하여 친수성 표면을 소수성 표면으로 전환시켜 수분 침투에 의한 방식 특성을 부여하는 처리 공정이다.Subsequently, the sealing process performed is performed by converting a hydrophilic surface into a hydrophobic surface using NR-303 (Million Chemical Co., Ltd.), which is a paraffinic organic sealing agent, and the like, by water penetration. It is a treatment process to impart anticorrosive properties.

마지막으로. 건조 공정이 수행되며, 피막의 건조온도 60∼150℃에서 10∼90분의 고온 송풍 건조시킨다.Finally. The drying process is carried out, followed by drying by hot blowing for 10 to 90 minutes at a drying temperature of 60 to 150 캜.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

실시예 1 내지 7: 표면 처리 방법의 적용Examples 1 to 7: Application of Surface Treatment Methods

먼저, 마그네슘 다이케스팅 합금은 미세 크랙(crack)과 가공 변질층, 내부 기공이 많이 존재하는 기재이므로 각 실시예에서의 시제품 특성 실험 시 5개의 시편(45x72mm, 휴대용 전화기 외장 케이스)을 동시에 제작하여 신뢰성 평가를 위한 측정을 하였다. 또한 화성처리 후 최종 수세 단계에서 잔류 약품을 완전히 제거하기 위해서 2회 내지 5회 세척 하였으며 일반 건조로에서 등온 송풍 건조를 하였다.First, since magnesium die-casting alloy is a substrate having a lot of fine cracks, processing altered layers, and internal pores, five specimens (45x72mm, portable telephone external case) were simultaneously fabricated for the characteristics test in each example. Measurement was made for. In addition, in order to completely remove residual chemicals in the final washing step after the chemical conversion treatment was washed 2 to 5 times and isothermal blowing in a general drying furnace.

구조용 재료로 사용되는 마그네슘 합금 기재를 다이캐스팅하고 기계 가공에 의하여 형상 가공한 후, 버핑(buffing), 사상(捨象) 및, 트리밍(trimming)에 의하여 완제품 형태로 형상화한 다음, 내식성 및 전도성 부여를 위한 본 발명에 따른 표면 처리 방법을 적용하였다.Magnesium alloy substrates used as structural materials are die cast and shaped by machining, and then shaped into finished products by buffing, finishing, and trimming, and then applied to provide corrosion resistance and conductivity. The surface treatment method according to the invention was applied.

(A) 탈지 공정(A) degreasing process

1M 질산, 0.03M 불화물, 0.01중량% 계면활성제, 0.02중량% 부식억제제, 기타 완충제 3중량%가 혼합된 용액 조성으로 5∼40℃의 온도 범위에서 1∼30초 동안 침적하여 이형제 및 유기물을 제거하였다.A solution composition containing 1 M nitric acid, 0.03 M fluoride, 0.01 wt% surfactant, 0.02 wt% corrosion inhibitor, and 3 wt% of other buffers was deposited for 1-30 seconds in a temperature range of 5-40 ° C. to remove release agents and organics. It was.

(B) 중화 공정(B) neutralization process

1.5M 수산화이온(OH-), 0.28M 인산(PO4 3 -), 0.05중량% 계면활성제, 기타 착화제 3중량%가 혼합된 용액 조성으로 50∼90℃의 온도 범위에서 0.5∼5분 동안 침적하여 스멋(smut: 반응생성물)을 제거하였다.A solution composition containing 1.5 M hydroxide OH (OH ), 0.28 M phosphoric acid (PO 4 3 ), 0.05 wt% surfactant, and 3 wt% of other complexing agents for 0.5-5 minutes in a temperature range of 50-90 ° C. Dipping removed the smut (reaction product).

중화 공정에서는 표면 생성물의 탈리(脫離)를 원활히 하기 위하여 10∼50㎑의 초음파를 이용하였다.In the neutralization step, ultrasonic waves of 10 to 50 Hz were used to smooth the desorption of the surface product.

(C) 에칭 공정(C) etching process

0.3중량% 황산(98%), 1.1M 불화물(F-), 0.02중량% 계면활성제, 기타 착화제 5중량%가 혼합된 용액 조성에 상온(10∼30℃)의 온도 범위에서 0.1∼5분 동안 침적하여 소재 열 변형 층과 무기물을 제거하였다.0.1 to 5 minutes in a temperature range of 10 to 30 ° C. in a solution composition containing 0.3% by weight sulfuric acid (98%), 1.1M fluoride (F ), 0.02% by weight surfactant, and 5% by weight of other complexing agents It was deposited during to remove the material heat deformation layer and the inorganic material.

(D) 표면조정 공정(D) surface adjustment process

1.2M 수산화이온(OH-), 0.20M 인산(PO4 3 -), 0.03중량% 계면활성제, 기타 착화제 8중량%가 혼합된 용액 조성으로 50∼85℃의 온도 범위에서 1∼5분 동안 침적하여 스멋(smut:반응생성물)을 제거하였다.A solution composition containing 1.2 M hydroxide OH (OH ), 0.20 M phosphoric acid (PO 4 3 ), 0.03 wt% surfactant, and 8 wt% of other complexing agents for 1-5 minutes in a temperature range of 50-85 ° C. It was deposited to remove the smut (reaction product).

표면조정 공정에서도 표면 생성물의 탈리(脫離)를 원활히 하기 위하여 10∼50㎑의 초음파를 이용하였다.In the surface adjustment process, ultrasonic waves of 10 to 50 Hz were used in order to smooth the desorption of the surface product.

(E) 화성처리 공정(E) chemical conversion process

0.5중량% 과망간산칼륨, 15중량% 이인산칼륨, 0.6중량% 삼인산칼륨 및, 0.02중량% 계면활성제를 포함하는 용액에 인산으로 pH 8.0∼9.0로 조정하고 50∼60℃의 온도 범위에서 0.5∼5분 동안 침적시켜 균일하고 치밀한 인산염 피막을 형성시켰다.To a solution containing 0.5 wt% potassium permanganate, 15 wt% potassium diphosphate, 0.6 wt% potassium triphosphate, and 0.02 wt% surfactant, adjusted to pH 8.0-9.0 with phosphoric acid and 0.5-5 at a temperature range of 50-60 ° C. It was deposited for minutes to form a uniform and dense phosphate coating.

(F) 중화 공정(F) neutralization process

0.8M 수산화이온(OH-), 0.1M 인산(PO4 3 -), 0.05중량% 계면활성제, 기타 착화제 1중량%가 혼합된 용액 조성으로 30∼50℃의 온도 범위에서 1∼10초 동안 침적하여 인산염 피막의 반응 부생성물을 제거하였다.A solution composition containing 0.8 M hydroxide OH (OH ), 0.1 M phosphoric acid (PO 4 3 ), 0.05 wt% surfactant, and 1 wt% of other complexing agents for 1 to 10 seconds in a temperature range of 30 to 50 ° C. It was deposited to remove the reaction byproducts of the phosphate coating.

(G) 씰링(봉공) 공정(G) Sealing process

씰링 처리(sealing)는 유기 씰러(sealer) 함량 0.05중량%의 씰링제를 이용하여 친수성 표면을 소수성으로 전환시켜 수분의 침투에 의한 방식 특성을 부여하였다.Sealing was performed by converting the hydrophilic surface into hydrophobic using a sealing agent having an organic sealer content of 0.05% by weight, thereby imparting anticorrosive characteristics by penetration of moisture.

(H) 건조 공정(H) drying process

침적 처리된 마그네슘 합금상의 화성처리 제품의 습기 제거를 위하여 60∼150℃의 고온에서 10∼90분, 바람직하게는 10∼50분 동안 고온 송풍 건조하였다.Hot drying was performed for 10 to 90 minutes, preferably 10 to 50 minutes, at a high temperature of 60 to 150 ° C. to remove moisture of the chemically treated product on the deposited magnesium alloy.

실시예 1 내지 7의 구체적인 처리 조건과, 표면 처리 마그네슘 합금에 대한 시험 평가(판정) 방법은 하기와 같이 하여 수행하였으며 그 결과를 하기의 표 3 및 표 4에 각각 기재한다.The specific treatment conditions of Examples 1 to 7 and the test evaluation (determination) method for the surface treated magnesium alloy were performed as follows, and the results are shown in Tables 3 and 4, respectively.

- 시험 평가 방법 --Test evaluation method-

1. 내식성 시험1. Corrosion resistance test

일반적 내식성을 확인하는 방법인 NaCl을 증류수에 녹여 염수 분무 시험(Salt spray test, KSD 9502)을 통하여 내식성을 확인하였다.NaCl, a method of confirming general corrosion resistance, was dissolved in distilled water to confirm corrosion resistance through a salt spray test (KSD 9502).

염수 분무 test의 조건은 탱크온도를 35±2℃로 조절하였으며 분무압은 1.1∼1.25kgf/㎠ 로 유지하였다. 이때의 염수의 NaCl농도는 5±0.5%이었고 pH는 7±0.2로 하였다. 부식성의 정도는 하기의 표 3에 나타낸 레이팅 넘버(Rating No.)(부식 0%일 경우 10, 50% 이상의 부식일 경우 0)로 평가하였다. 주조 결함이 많을 수 있는 제품이므로 국부 부식(Pitting)이 진행되었을 경우에도 피막 층 아래의 소재는 심한 부식 현상을 나타내게 되므로, 국부 부식일 경우에는 동일하게 제작한 시편과 비교하여 객관적으로 판단하였다.The conditions of the salt spray test adjusted the tank temperature to 35 ± 2 ℃ and spray pressure is 1.1 ~ 1.25kgf / ㎠ Was maintained. NaCl concentration in the brine at this time was 5 ± 0.5% and pH was 7 ± 0.2. Corrosion degree was evaluated by the rating number (Rating No.) shown in Table 3 below (10 for corrosion 0%, 0 for corrosion of 50% or more). Since the product may have a large number of casting defects, the material under the coating layer exhibits severe corrosion even when local pitting is progressed. In the case of local corrosion, the material was judged objectively compared to the same specimen.

2. 내산성 시험2. Acid Resistance Test

JIS H 8503에 의거한 중성 염수 분무 시험 가속 처리 방법으로서 pH 4.6의 산성 분위기 내에서의 내식성 시험을 수행하였다. 내산성 시험에 사용된 용액은 pH 7과 pH 4를 혼합하여 만든 용액으로 내산 용액이 공기와 접촉될 경우 용액의 오염으로 인한 pH의 차이가 존재하게 되므로 pH의 변동을 막기 위하여 밀폐된 공간에서 22∼25℃의 온도를 유지하였다.The corrosion resistance test in acidic atmosphere of pH 4.6 was performed as a neutral salt spray test accelerated processing method according to JIS H 8503. The solution used in the acid resistance test is a solution made by mixing pH 7 and pH 4. When the acid solution comes into contact with air, there is a difference in pH due to the contamination of the solution. The temperature of 25 ° C was maintained.

내산성 평가 기준도 상기한 염수 분무 시험 평가 기준과 동일하게 적용.The acid resistance evaluation criteria are also applied in the same manner as the salt spray test evaluation criteria described above.

부식율 측정(Rating No.) 평가 기준 Rating No. Evaluation Criteria 레이팅 번호Rating number 부식면적률(%)Corrosion area ratio (%) 부식면적(㎟)Corrosion area (mm2) 1㎜원형반점수1 mm round spot 개/1.57㎟ 반점/1.57㎡ Spot 1010 00 00 00 00 9.89.8 0.02 이하0.02 or less 0.750.75 0.30.3 0.30.3 9.59.5 0.03∼0.050.03 to 0.05 1.251.25 1One 0.50.5 9.39.3 0.05∼0.070.05-0.07 1.751.75 1.71.7 0.70.7 99 0.07∼0.100.07 to 0.10 2.52.5 22 1∼31 to 3 88 0.10∼0.250.10 to 0.25 6.256.25 66 4∼84 to 8 77 0.25∼0.500.25 to 0.50 12.512.5 1212 9∼159-15 66 0.50∼1.00.50 to 1.0 2525 2424 16∼3116-31 55 1.0∼2.51.0 to 2.5 62.562.5 5959 32∼7932-79 44 2.5∼5.02.5 to 5.0 125125 119119 80∼15980-159 33 5.0∼105.0-10 250250 240240 160∼318160-318 22 10∼2510-25 625625 480480 319∼796319-796 1One 25∼5025-50 1,2501,250 960960 792∼1,592792-1,592 00 50이상50 or more 1,2511,251 961961 1,5931,593

3. 전도성 측정3. Conductivity measurement

4점 탐침(Four point probe: VEECO사의 MODEL FPP-5000)를 이용하여 면 저항을 측정하였다(이 방법은 4개의 탐침을 이용하여 2개의 탐침에 전류를 흘리고 다른 2개의 탐침의 전압 강하를 측정하여 비저항 또는 면 저항으로 계산하여 측정).Four-point probe (VEECO MODEL FPP-5000) was used to measure the surface resistance (this method uses four probes to flow two probes and measures the voltage drop of the other two probes. Calculated as specific resistance or sheet resistance).

마그네슘 합금의 화성 처리 제품의 면 저항은 1.5㎝/Ω이내의 전도성을 가져야만 하며, 휴대 전화 케이스의 경우에는 내부는 전도성을, 외부는 비전도성을 나타내야 한다.The sheet resistance of the chemically treated product of magnesium alloy should have a conductivity of less than 1.5 cm / Ω, and in the case of a mobile phone case, the inside should be conductive and the outside should be non-conductive.

4. 색상4. Color

화성처리 제품의 색상을 정하는 기준은 특별히 정해져 있지는 않으나, 화성 처리 제품의 색상이 짙을 경우 도장 공정에서 하지의 짙은 색이 비춰져서 조잡하고 열등한 외관을 나타내게 되므로 바람직하지 못하다.The standard for determining the color of the chemical conversion product is not particularly defined, but if the color of the chemical conversion product is dark, it is not preferable because the dark color of the lower limb is reflected in the coating process, resulting in a crude and inferior appearance.

화성 처리 후 색상은 화성 처리액의 농도, 처리시간, 전처리의 영향, 온도 등 다양한 외부 환경의 영향을 받으며 제품의 특성에도 큰 영향을 미치게 되나, 본 발명의 실시 결과는 연한 아이보리색으로 도장 색상에 영향을 미치지 않는 것으로 판명되었다.The color after the chemical treatment is affected by various external environments such as the concentration of the chemical treatment solution, the treatment time, the influence of pretreatment, and the temperature, but also has a great influence on the characteristics of the product. It was found to have no effect.

5. 표면 스멋(smut) 및 밀착력 시험5. Surface Smut and Adhesion Test

스멋(Smut)의 형성은 불안정한 화성 처리에 의한 화학 반응의 이상 현상으로 형성된다. 스멋이 형성되어 있으면 후 공정에서 도료 전착 시 밀착성에 악영향을 미치며 제품의 신뢰성에 치명적 손상을 입히게 된다. 상기한 스멋의 존재는 면봉에 알코올을 묻혀 10회 반복 마찰 후 색상의 변화로 확인하였다.The formation of Smut is formed by an abnormal phenomenon of chemical reaction by unstable chemical conversion treatment. If the stool is formed, it will adversely affect the adhesion during the electrodeposition of the paint in the post-process, and will seriously damage the reliability of the product. The presence of the scotch was confirmed by a change in color after 10 times rubbing alcohol on a cotton swab.

밀착력 시험은 KSD 0254 (X-cutting 1mm, 1회 0%, 3회 연속 시험에서 1% 이하)의 기준으로 실시하였다.Adhesion test was conducted on the basis of KSD 0254 (X-cutting 1mm, 0% once, 1% or less in three consecutive tests).

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 실시예6Example 6 실시예7Example 7 탈지Degreasing 5초 침적, 25℃5 seconds deposition, 25 ° C 10초 침적, 25℃ 10 second deposition, 25 ° C 중화Chinese 2분 침적, 온도 75℃, 초음파 28 kHz2 minutes deposition, temperature 75 ℃, ultrasonic 28 kHz 에칭etching 1분 침적, 25℃1 minute deposition, 25 2분 침적, 25℃2 minutes deposition, 25 1분, 25℃1 minute, 25 ℃ 3분 , 25℃3 minutes, 25 표면조정Surface adjustment 2분 침적, 온도 80℃, 초음파 28 kHz2 minutes deposition, temperature 80 ℃, ultrasonic 28 kHz 화성처리Chemical treatment 80초 55℃ pH 8.580 sec 55 ℃ pH 8.5 120초 55℃ pH 8.5120 sec 55 ℃ pH 8.5 80초 55℃ pH 8.580 sec 55 ℃ pH 8.5 120초 55℃ pH8.5120 sec 55 ℃ pH8.5 120초 55℃, pH8.0120 sec 55 ° C, pH8.0 120초 55℃, pH8.0120 sec 55 ° C, pH8.0 180초 55℃, pH8.5180 sec 55 ° C, pH8.5 중화Chinese 2∼3초 침적, 온도 50℃2-3 seconds deposition, temperature 50 ℃ 실링shilling 100초 침적, 온도 40℃100 sec immersion, temperature 40 ℃ 건조dry 80∼90℃, 40분, 대류식 송풍 건조,80-90 degreeC, 40 minutes, convection ventilation drying,

판정 결과Judgment result 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 실시예6Example 6 실시예7Example 7 내식성 Rating No. (48hr기준)Corrosion Resistance Rating No. (48hr standard) 60 hr60 hr 72 hr72 hr 60 hr60 hr 72 hr72 hr 48 hr48 hr 48 hr48 hr 48 hr48 hr 8.88.8 9.69.6 8.28.2 9.49.4 7.67.6 8.18.1 7.67.6 저항(Ω)Resistance (Ω) 0.6∼1.2 0.6 to 1.2 0.6∼1.2 0.6 to 1.2 0.4∼1.1 0.4 to 1.1 0.4∼1.1 0.4 to 1.1 0.4∼1.2 0.4 to 1.2 0.4∼1.2 0.4 to 1.2 0.2∼0.8 0.2 to 0.8 내산성 Rating No. (48hr기준)Acid Resistance Rating No. (48hr standard) 48 hr48 hr 60 hr60 hr 60 hr60 hr 60 hr60 hr 48 hr48 hr 48 hr48 hr 48 hr48 hr 8.08.0 9.29.2 8.08.0 8.88.8 7.07.0 7.67.6 7.27.2 색상color 아이보리Ivory 아이보리Ivory 아이보리Ivory 아이보리Ivory 연회색Light gray 연회색Light gray 아이보리Ivory 도장 밀착성Paint adhesion 10회 test (0%)OK10 tests (0%) 10회 test (0%)OK10 tests (0%) 10회 test (0%)OK10 tests (0%) 10회 test (0%)OK10 tests (0%) 10회 test (0%)OK10 tests (0%) 10회 test (0%)OK10 tests (0%) 10회 test (0%)OK10 tests (0%) 외관Exterior 우수Great 우수Great 우수Great 우수Great 보통usually 보통usually 보통usually Smut 존재Smut presence 변색없음No discoloration 변색없음No discoloration 변색없음No discoloration 변색없음No discoloration 변색없음No discoloration 변색없음No discoloration 변색없음No discoloration

비교예 1 및 2:Comparative Examples 1 and 2:

KMnO4 5.0g/ℓ, 제1인산 50g/ℓ, 오르쏘인산 2.0g/ℓ, 잔부물로 이루어지는 pH 2.9의 화성처리액과, 10% 수산화나트륨을 이용하여 pH 5.9로 한 화성처리액을 이용하여 욕조 온도 55℃에서 2분간 처리한 것을 제외한 다른 과정은 상기한 실시예 1 내지 7과 동일하게 처리하여 각각 진한 갈색 및 연한 갈색의 외관을 가지는 화성처리 마그네슘 합금 시편을 얻었으며 이를 각각 비교예 1 및 2로 하였다.Using a chemical conversion solution of pH 2.9 consisting of KMnO 4 5.0 g / l, monophosphate 50 g / l, orthophosphoric acid 2.0 g / l, and residues, and a chemical conversion solution of pH 5.9 using 10% sodium hydroxide. Except for 2 minutes at 55 ° C bath temperature was treated in the same manner as in Examples 1 to 7 to obtain a chemically treated magnesium alloy specimen having a dark brown and light brown appearance, respectively, Comparative Example 1 And 2.

실시예에서와 동일한 시험을 수행한 결과, 비교에 1 및 2의 시편은 실시예와 대등한 정도의 높은 전기전도성을 가지고는 있으나, 내식성 시험 결과 각각 약 18% 및 24% 정도의 부식이 관찰되었으며 레이팅 넘버(Rating No.) 2로 평가되었다.As a result of the same test as in Example, the specimens of 1 and 2 had the same high electrical conductivity as the Example, but the corrosion resistance test showed that about 18% and 24% of corrosion were observed, respectively. Rated No. 2 was evaluated.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 환경 친화적인 표면처리 방법에 있어 실시예 2에서의 탈지 공정 후의 마그네슘 합금 기재 표면에 대한 현미경 사진(SEM, x500)으로서, 탈지 공정에서는 마그네슘의 반응 생성물인 스멋(smut)이 과량 발생하며 이는 제품의 얼룩 및 표면 저항, 도장 밀착성에 악영향을 미치므로 화성처리 전에 반드시 제거하여야 한다.On the other hand, Figure 2 is a micrograph (SEM, x500) of the surface of the magnesium alloy substrate after the degreasing step in Example 2 in the environmentally friendly surface treatment method of magnesium alloy according to the present invention, the reaction product of magnesium in the degreasing process Excessive smut is generated, which adversely affects staining, surface resistance, and paint adhesion of the product and must be removed before chemical treatment.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 환경 친화적인 표면처리 방법에 있어 실시예 2에서의 표면 조정 공정 후의 마그네슘 합금 기재 표면에 대한 현미경 사진(SEM, x500)으로서, 각각 에칭 1분 처리 및 에칭 2분 처리 기재를 표면 조정 공정을 거친 뒤의 표면 조직을 나타낸다.3A and 3B are micrographs (SEM, x500) of the surface of the magnesium alloy substrate after the surface adjustment process in Example 2 in the method for environmentally friendly surface treatment of the magnesium alloy according to the present invention, each treated for 1 minute of etching. And the surface texture after the etching two-minute treated substrate is subjected to a surface adjustment step.

마그네슘 합금의 에칭 시간이 길어질수록 표면의 기공은 줄어들지만 치수 안정성이 열등해지고, 내부 크랙 생성 우려가 커지며, 조대 기공이 돌출될 염려가 있어 도장 작업 시 블리스터(blister)를 발생시킬 수도 있다. 또한 다이캐스팅(die casting) 및 기타 주조, 판재 등의 가공 방법에 따라 에칭 시간도 달라져야 하며, 특히 내부 충진율이 높을 경우 에칭 시간이 길어지면 농도도 높게 사용 하여야 하고, 반대로 내부 충진율이 낮을 경우 과도한 에칭에 의한 제품의 표면 손상이 발생될 우려가 있으므로 상기에 언급한 시간과 농도 조건 범위 내에서 적절히 다르게 적용할 필요가 있다.The longer the etching time of the magnesium alloy, the less porosity of the surface, but inferior in dimensional stability, increased internal crack generation concerns, coarse pores may protrude, may cause blister during the painting work. In addition, the etching time should be different according to die casting, other casting and plate processing methods. Especially, if the internal filling rate is high, the etching time should be high, and if the internal filling rate is low, the etching time should be high. Due to the risk of surface damage caused by the product, it is necessary to appropriately apply differently within the time and concentration conditions mentioned above.

인산염 화성 피막 처리 제품의 내식성 및 전기 전도성은 전처리 조건과 표면 외관 상태에 따라 결정된다. 특히 부식이 매우 빠르게 진행되는 마그네슘 합금의 화성처리는 치밀한 피막 형성과 미세 공의 존재 없이 씰링성이 뛰어난 피막을 형성할 경우에 우수한 내식성을 가지게 된다. 특히 국소 부식(local pitting)의 영향을 없애기 위해서는 미세 공 및 크랙에 대한 봉공 처리(씰링)가 마그네슘 표면의 내식성에 가장 큰 영향을 주게 된다.Corrosion resistance and electrical conductivity of phosphate chemically coated products are determined by pretreatment conditions and surface appearance. In particular, the chemical conversion of magnesium alloy, which proceeds very quickly, has excellent corrosion resistance when forming a film having excellent sealing property without dense film formation and the presence of fine pores. In particular, in order to eliminate the effects of local pitting, sealing of micropores and cracks has the greatest effect on the corrosion resistance of magnesium surfaces.

일반적으로 마그네슘 화성처리의 내식성은 농도와 온도, 처리 시간에 비례한다.In general, the corrosion resistance of magnesium chemical treatment is proportional to concentration, temperature and treatment time.

도 4는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 환경 친화적인 표면처리 방법에 있어 실시예 2에서의 화성처리 공정에서의 인산염 피막 형성 후의 표면 마그네슘 합금 기재 표면에 대한 현미경 사진(SEM, x500)으로서, 화성처리 후 완제품의 균일한 외관 표면 형상을 나타낸다. 특히 내식성은 표면에 스멋(smut)이나 불균일 형상(기공이나 크랙 등)이 존재할 경우 급격히 떨어지게 된다.FIG. 4 is a micrograph (SEM, x500) of a surface magnesium alloy substrate surface after formation of a phosphate film in the chemical conversion treatment step of Example 2 in the environmentally friendly surface treatment method of the magnesium alloy according to the present invention. It then shows a uniform appearance surface shape of the finished product. In particular, the corrosion resistance drops sharply when there is a smut or non-uniform shape (pores or cracks) on the surface.

본 발명에 따른 마그네슘 합금용 화성처리액을 이용한 마그네슘 합금의 표면 처리 방법에 의하면 화성처리만으로도 마그네슘 내장 부품에 높은 내식성과 전도성을 부여할 수 있음은 물론, 다시 높은 표면 저항을 갖는 도막을 형성하는 것도 가능함은 물론이다. According to the surface treatment method of the magnesium alloy using the chemical treatment solution for magnesium alloy according to the present invention, not only the chemical conversion treatment can impart high corrosion resistance and conductivity to magnesium embedded parts, but also form a coating film having high surface resistance. Of course it is possible.

본 발명에 따른 마그네슘 합금용 화성처리액은 우수한 기계적 특성을 가지지만 부식성이 큰 초경량 합금인 마그네슘 합금 소재에 치밀한 화성피막층을 형성시킬 수가 있으며, 본 발명에 따른 표면처리방법에 의하면 침적 가공만으로도 활성도가 높은 마그네슘 합금 기재에 대한 염수 분무 내식성 시험 및 내산성 시험 시 48hr 이상의 대단히 우수한 고내식성 및 고내산성과 1.5Ω 이하의 높은 전기전도성을 부여함과 아울러, 산화막을 형성하지 않으므로 전기전자 및 정보통신용의 전도성을 갖는 경량의 휴대용 부품이나 제품 및 구조용 부품으로 마그네슘 합금을 효과적이고도 생산성 높게 사용할 수 있게 하며, 특히 크롬산염과 같은 심각한 환경 유해 물질을 사용하지 않으므로 유럽 등에 대한 수출제품 및 국내 산업의 환경친화적 제품으로서 유용하다.The chemical conversion treatment solution for magnesium alloy according to the present invention has excellent mechanical properties, but can form a dense chemical conversion layer on a magnesium alloy material, which is a super-light-weight alloy with high corrosiveness. The salt spray corrosion resistance test and acid resistance test on high magnesium alloy substrates provide very good corrosion resistance and high acid resistance of 48hr or more and high electrical conductivity of 1.5Ω or less, and do not form oxide film. Lightweight portable parts, products, and structural parts that make magnesium alloys effective and productive, and are particularly useful as export products for Europe and other eco-friendly products in the domestic industry because they do not use serious environmentally harmful substances such as chromates. Do.

Claims (15)

과망간산칼륨 0.1∼10중량%, 이인산칼륨 5∼30중량% 및, 삼인산칼륨 0.1∼10중량%를 포함하며, pH 7.2∼10.0인 마그네슘 합금용 화성처리액(chemical coating forming solution).A chemical coating forming solution for magnesium alloy containing 0.1 to 10% by weight of potassium permanganate, 5 to 30% by weight of potassium diphosphate, and 0.1 to 10% by weight of potassium triphosphate. 제1항에 있어서, 상기한 화성처리액에 구연산, 아세트산, 젓산, 질산, 아질산, 나트륨 및, 칼륨염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 더욱 포함하는 마그네슘 합금용 화성처리액.The chemical conversion treatment liquid for magnesium alloy according to claim 1, further comprising at least one compound selected from the group consisting of citric acid, acetic acid, acetic acid, nitric acid, nitrous acid, sodium, and potassium salt in the chemical conversion treatment liquid. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 화성처리액이 pH 조절용 인산을 더욱 포함하는 마그네슘 합금용 화성처리액.The chemical conversion treatment liquid for magnesium alloy according to claim 1 or 2, wherein the chemical conversion treatment solution further contains a phosphoric acid for pH adjustment. 마그네슘 합금 기재(基材: substrate)를 과망간산칼륨 0.1∼10중량%, 이인산칼륨 5∼30중량% 및, 삼인산칼륨 0.1∼10중량%를 포함하며 pH 7.2∼10.0인 온도 30∼60℃의 마그네슘 합금용 화성처리액에 접촉시켜 그 표면에 균일한 인산염 피막을 형성시키는 화성처리 단계를 포함하는 마그네슘 합금의 표면처리방법.Magnesium alloy substrate containing 0.1-10% by weight of potassium permanganate, 5-30% by weight of potassium diphosphate, and 0.1-10% by weight of potassium triphosphate and a temperature of 30-60 ° C. with a pH of 7.2-10.0. And a chemical conversion treatment step of contacting the chemical conversion solution for the alloy to form a uniform phosphate film on the surface thereof. 제4항에 있어서, 마그네슘 합금 기재의 마그네슘 합금용 화성처리액에의 상기한 접촉이 0.5∼15분 동안의 침적(dipping)에 의하여 수행되는 마그네슘 합금의 표면처리방법.5. The surface treatment method of a magnesium alloy according to claim 4, wherein said contact of the magnesium alloy substrate with said chemical conversion treatment liquid for magnesium alloy is carried out by dipping for 0.5 to 15 minutes. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기한 마그네슘 합금용 화성처리액의 pH 조절이 인산에 의해 이루어지는 마그네슘 합금의 표면처리방법.The surface treatment method of a magnesium alloy according to claim 4 or 5, wherein the pH adjustment of the chemical conversion treatment liquid for magnesium alloy is performed by phosphoric acid. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기한 화성처리 단계에 앞서, 0.01∼10중량% 황산과 0.2∼1M의 불화물(F-)을 포함하는 5∼40℃의 에칭욕(etching bath)에 1∼10분간 침적시키는 에칭 단계를 수행하는 마그네슘 합금의 표면처리방법.The etching bath according to claim 4 or 5, wherein prior to the above-mentioned chemical conversion step, 1 to a etching bath at 5 to 40 DEG C containing 0.01 to 10 wt% sulfuric acid and 0.2 to 1 M fluoride (F-). Magnesium alloy surface treatment method to perform the etching step of immersion for 10 minutes. 제7항에 있어서, 상기한 에칭 단계와 화성처리 단계 사이와, 수산 이온(OH-) 0.1∼5㏖과 인산 이온(PO4 -) 0.05∼5㏖을 포함하며 중보우메(Be') 3∼30의 비중을 가지는 30∼90℃의 알칼리성 표면 조정욕에 1∼5분 동안 침적하여 스멋(smut)을 제거하는 표면 조정 단계를 수행하는 마그네슘 합금의 표면처리방법.The method according to claim 7, wherein between the etching step and the chemical conversion step, 0.1 to 5 mol of hydroxide ions (OH ) and 0.05 to 5 mol of phosphate ions (PO 4 ) are included. A surface treatment method of magnesium alloy, which performs a surface adjustment step of removing smut by immersion for 1 to 5 minutes in an alkaline surface adjustment bath having a specific gravity of 30 to 90 ° C. 제8항에 있어서, 상기한 에칭 단계에 앞서서, 마그네슘 합금 기재를 0.2∼10중량% 질산염과 0.01∼2중량% 불화물을 포함하는 10∼50℃의 산성 탈지제 욕(bath)에 1∼120초간 침적시키는 탈지 단계를 수행하는 마그네슘 합금의 표면처리방법.The method of claim 8, wherein prior to the etching step, the magnesium alloy substrate is immersed in an acidic degreaser bath at 10 to 50 DEG C for 0.2 to 10 wt% nitrate and 0.01 to 2 wt% fluoride for 1 to 120 seconds. Surface treatment method of magnesium alloy to perform a degreasing step. 제9항에 있어서, 상기한 탈지 단계와 에칭 단계 사이에, 수산 이온(OH-) 0.1∼5㏖과 인산 이온(PO4 -) 0.05∼5㏖을 포함하며 중보우메(Be') 3∼30의 비중을 가지는 30∼90℃의 알칼리성 중화욕에 1∼5분 동안 침적하여 스멋(smut)을 제거하는 중화 단계를 수행하는 마그네슘 합금의 표면처리방법.10. The method of claim 9 further comprising, between said degreasing step and the etching step, the hydroxyl ions (OH -) 0.1~5㏖ and phosphate ions (PO 4 -) include 0.05~5㏖ and mediator Ume (Be ') 3~30 The surface treatment method of magnesium alloy which performs the neutralization step of removing smut by immersing for 1-5 minutes in the alkaline neutralization bath of 30-90 degreeC which has a specific gravity of. 제8항에 있어서, 주파수 10∼50㎑의 초음파 조사를 병행하는 마그네슘 합금의 표면처리방법.The surface treatment method of a magnesium alloy according to claim 8, wherein ultrasonic irradiation with a frequency of 10 to 50 Hz is performed in parallel. 제8항에 있어서, 상기한 화성처리 단계에 후속하여, 수산 이온(OH-) 0.001∼0.55㏖과 인산 이온(PO4 -) 0.001∼0.5㏖을 포함하며 중보우메(Be') 1∼10의 비중을 가지는 30∼50℃의 알칼리성 중화욕에 1∼10초 동안 침적하여 화성처리 후 표면에 잔존하는 스멋(smut)을 제거하는 중화 단계를 수행하는 마그네슘 합금의 표면처리방법.10. The method according to claim 8, wherein the chemical conversion treatment step comprises following the chemical conversion step and comprising 0.001 to 0.55 mol of hydroxyl ions (OH ) and 0.001 to 0.5 mol of phosphate ions (PO 4 ). A surface treatment method of a magnesium alloy, which is carried out by dipping in an alkaline neutralization bath having a specific gravity for 1 to 10 seconds to remove a smut remaining on the surface after chemical conversion. 제12항에 있어서, 소수성 유기 씰러(sealer)를 이용하여 친수성 표면을 소수성으로 전환시키는 씰링 단계를 수행하는 마그네슘 합금의 표면처리방법.13. The method of claim 12, wherein the sealing step of converting the hydrophilic surface into hydrophobic using a hydrophobic organic sealer is performed. 제13항에 있어서, 상기한 씰링 단계에 후속하여, 피막의 건조온도 60∼150℃ 에서 10∼90분의 고온 송풍 건조시키는 건조 단계를 수행하는 마그네슘 합금의 표면처리방법.The surface treatment method of a magnesium alloy according to claim 13, further comprising a drying step of hot blowing at a drying temperature of 60 to 150 DEG C for 10 to 90 minutes subsequent to the sealing step. 제4항에 따른 표면처리방법에 의하여 표면처리된 마그네슘 합금 기재(基材: substrate).Magnesium alloy substrate surface-treated by the surface treatment method according to claim 4.
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