KR100868547B1 - 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법 및 이 전해법을 실시하기 위한 전류원형 전자 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리된 금속의 물리-화학적 변환 반응에 의해 알루미늄, 티탄, 마그네슘, 하프늄, 지르코늄 및 이들의 합금들과 같은 반도체 특성을 가진 금속의 표면에 세라믹 코팅을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 수산화 칼륨 또는 수산화 나트륨과 같은 알칼리 금속 수산화물의 수용액과 알칼리 금속의 산소산 염으로 이루어진 전해 용액(3) 내에 전극들 중 하나를 형성하는 코팅될 금속편(5) 침지하는 단계; 및 전체로서 삼각파형의 신호 전압, 즉, 처리 중에 변화할 수 있는 파형률과 함께 적어도 상승 기울기와 하강 기울기를 가지고, 강도, 파형, 및 부(負)의 세기에 대한 정(正)의 세기의 비율이 제어되는 전류를 발생하는 신호를 상기 전극들에 인가하는 단계를 포함한다.

마이크로아크 플라즈마, 양극산화, 전해

Description

플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법 및 이 전해법을 실시하기 위한 전류원형 전자 발생장치{Electrolytic process for plasma microarc oxidation and electronic generator of the current source type for implementing the process}

본 발명은 반도체 특성을 가지는 금속의 표면에 세라믹 코팅을 형성하기 위한, 마이크로아크(microarc) 플라즈마를 이용한 전기 산화법에 관한 것이다.

알루미늄, 티탄, 이들의 합금, 및 밸브(다이오드) 특성을 나타내는 모든 금속은 유익한 강도/중량 비율을 가지고, 항공학, 자동차 및 기계공학(특히, 높은 기계적 부하 및 응력 변형을 가지는 가동(可動) 부품에 대한) 등과 같은 광범위한 적용분야에 적합하다.

그러나, 이들 재료는 본래 적절한 마찰학적 및 기계적 특성(경도, 마찰 계수, 내마모성 등)을 나타내지 않기 때문에, 이들 재료의 제한된 특성을 향상시키기 위해 코팅이 종종 사용된다.

이러한 코팅은 산 매질 및/또는 알칼리 매질에서의 내부식성, 고온에 일시적으로 견디는 가능성, 또는 유전(誘電) 특성의 획득과 같은 보완적 요건들을 종종 충족시킬 수 있다.

현재, 여러가지 전해(電解) 코팅법이 사용되고 있다. 마손 및/또는 부식 방지를 위해 많이 사용되는 프로세스는 경질 양극산화(hard anodizing) 처리이다. 그러나, 이 프로세스는 매우 빨리 그의 동작 한계에 도달한다.

이 양극산화 프로세스는 알루미늄 가공물(workpiece)에 보호 산화막을 형성하기 위해 사용된다. 그러나, 이 방법에 의해 제조된 코팅은 두께가 제한되고, 중간 정도의 경도(최대 약 500 Hv)만을 가진다.

보다 격심한 조작 요건에 맞도록 고성능의 코팅, 특히 세라믹 코팅을 형성하기 위해 많은 다른 기술, 즉, 아크 방전 플라즈마 분사, 화염 분사, 또는 진공 증착 기술들이 개발되었다.

그러나, 코팅의 양호한 접착을 얻기 위해서는, 이들 기술은 높은 기판 온도 및 표면을 준비하기 위한 전(前)처리를 필요로 한다는 결점이 있다.

또한, 이들 프로세스는 코팅의 균일성 및/또는 생산비의 면에서 종래의 양극산화 처리에 필적할 수 없다.

극심한 마모 및 부식에 대한 보호 수단으로서, 알루미늄, 티탄, 마그네슘, 및 이들의 합금으로 된 가공물을 위한 세라믹 코팅을 얻기 위해, 양극 스파크 방전 또는 마이크로아크 방전을 이용한 비교적 구식(1932년)의 양극산화 프로세스가 개발되었다.

밸브 효과 때문에, 마이크로아크 산화는 알루미늄 및 티탄과 같은 금속 상에 절연성 배리어(barrier)막을 형성한다. 양극 전위를 200 V 이상으로 증가시킴으로써, 배리어막이 파괴되고 마이크로아크가 생긴다. 고전압이 유지되면, 많은 마이크로아크가 생기고, 시료의 침지된 표면 전체에 걸쳐 빠르게 이동한다.

이들 절연 파괴는 형성된 산화(배리어)막을 통과하는 트랙(track)들을 생성한다. 이들 트랙 내에서 착(錯)화합물이 합성된다. 이들 화합물은 기판 재료, 표면 산화물, 및 전해질로부터의 첨가 요소로 이루어진다. 플라즈마 상(相)에서의 화학적 상호작용이 다수의 표면 방전에서 일어나고, 기판의 표면으로부터 두 방향으로 성장하는 코팅을 형성한다. 이것에 의해, 코팅의 조성이 기판 내의 금속 합금으로부터 코팅 내의 복합 세라믹 혼합물로 점진적으로 변화한다.

이 프로세스의 역사적 설명에 의하면, 1932년에 Gunterschulze와 Betz가 양극 스파크 퇴적(ASD: anodic spark deposition) 프로세스를 처음으로 언급하였다. 그들은 양극 상에서 성장하는 절연막의 절연 파괴 중에 재료에 전해질이 퇴적하는 것을 관찰하였다.

이러한 절연 파괴는 스파크들을 야기하고, 이들 스파크는 양극의 전체 표면에 걸쳐 분포되면서 발생 및 소멸하여 이동의 효과를 부여한다.

ASD의 첫 번째의 실제 적용은 1936년부터 마그네슘 합금 상의 내부식성 코팅으로서 사용하는 것이었고, 이러한 사용이 1963년의 군수용 사양에 포함되어 있다.

그 이후, 그에 대한 주요 연구 성과는 미국 필라델피아의 Frankford Arsenal의 Gruss, McNeill 및 그들의 동료들과, Urbana-Champaign의 일리노이 대학의 Brown, Wirtz, Kriven 및 그들의 동료들에 의해 추구되었다.

동시에, 독일에서 주로 Krysmann, Kurze, Dittrich 및 그들의 동료들에 의해 연구가 수행되었다. 독일에서의 프로세스는 "스파크 방전에 의한 양극산화"(독일어 머리글자는 ANOF[Anodische Oxidation an Funkenanladung]이다)라 불린다. 국제 연구문헌에서의 이 연구에 대한 보고서들은 독일어의 특허명세서들을 참조하고 있다.

이 연구는 상당히 진행되어 있으나, 외견상 모든 것은 아니지만 아직 남아 있는 것이 있고, 형성된 코팅의 화합물이 명확히 확인되지 않았음이 명백하다(α-Al₂O₃와 γ-Al₂O₃(OH)(보헤마이트(bohemite))만이 X선 회절에 의해 확인되었다).

1974년에 특허된 한가지 프로세스는 건축학적 목적으로 알루미늄 상의 코팅에 필적하기 위해 개발되었다. 이 방법은, 알루미늄 기판이 규산 칼륨 용액에서 양극으로 작용하게 하여, 올리브 회색의 알루미노실리케이트 코팅이 400 V의 반파 정류 DC 전류를 사용하여 형성되도록 한다. 이 프로세스는 배리어 층의 절연 파괴에 의해 행해져, 양극 기판 상에서 보이는 스파크 또는 섬광을 야기한다. 반면에, Bakovets, Dolgoveseva 및 Nikoforova는 막의 형성 중에 3가지 병행 메카니즘, 즉, 전기화학적 메카니즘, 플라즈마 산화 메카니즘, 및 화학적 산화 메카니즘을 가정하고 있다.

이 프로세스에 대해 몇 가지 변형이 행해졌고, 이것이 "silicodisant"라고 불리고, 수조(水槽)에 카르복실산 및 바나듐 성분들을 첨가하는 것을 포함한다. 또한, 코팅에 경도 또는 윤활 특성을 제공하기 위해 세라믹 또는 테트라플루오로에틸렌 수지를 수조에 첨가하였다.

그러한 프로세스들의 결점은 신호 파형의 점에서 500 V 이하의 전압에서 수 mA의 DC 전류를 사용하는 것이다. 이것에 의해, 스파크가 수 분 후에 멈추어진다 (대부분의 퇴적은 처음 수 분 내에 형성된다). 그러한 조작 조건은 매우 얇은 두께의 코팅만을 형성하여 그 코팅의 물리적 특성을 제한할 수 있다.

다른 프로세스는 가변 조성의 전해조에서 DC 또는 AC 전류와 조합하여 1,000 V를 초과할 수 있는 AC 전압을 사용하고 있다.

또한, 어떤 경우 높은 전류 밀도의 고전압을 사용하는 것은, 이 프로세스가 산업적 규모에서 쉽게 이용될 수 없다는 것을 의미한다.

다른 한편, 이러한 타입의 코팅의 기판에 대한 우수한 접착, 물리적 및 마찰학적 특성(높은 경도, 내열성, 전기 저항, 내마모성, 내부식성 등), 코팅 목적을 위한 다양한 알루미노실리케이트 혼합물, 및 코팅이 복잡한 기하학적 구조의 좁은 표면 내에서 행해질 수 있다는 것은 이 프로세스의 많은 이점에 포함된다.

다양한 단계에서의 세라믹 코팅 공정의 변화를 모니터하고, 부여하고, 제어할 수 있는 상이한 타입의 마이크로아크 프로세스를 아래에 설명한다. 다양한 파라미터(피처리 가공물의 합금 또는 금속의 성질, 얻고자 하는 세라믹의 특성 등)에 따라 최적의 프로그래밍을 달성하기 위해 적절한 장치가 사용된다.

3가지 주요 프로세스 단계들이, 마이크로아크 산화라고 일반적으로 불리고 앞에서 설명한 주제에 대한 많은 과학적 연구 및 다른 간행물들에서 발견될 수 있는 설명에 따라 확인될 수 있다.

전해질 내에 침지되는 피처리 가공물과 전극이 쌍극자(dipole)를 구성하고, 이 쌍극자에 발전기에 의해 공급되는 전기 에너지가 인가된다.

전해질은, 바람직하게는 탈염수에 기초한 수용액이고, 알칼리 금속의 적어도 한가지 산소산 염(oxyacid salt)과 알칼리 금속의 수산화물을 포함한다. 다양한 용액들이 이 주제에 대한 많은 간행물에 설명되어 있다.

합금에 따라 수 초에서 수 분까지 지속되는 제1 단계에서, 수산화물로 이루어진 절연층이 형성되고, 이 얇은 층은 유전(誘電)성이다.

제2 단계에서는, 이 유전층의 파괴가, 인가되는 전기 에너지에 따라 증가하는 마이크로아크 활동도를 가지고 관찰된다.

상기한 파라미터들에 따라, 이 제2 단계는 15분 내지 30분간 지속된다.

제3 단계에서는, 두꺼운 세라믹층이 점진적으로 형성된다. 이 세라믹층의 형성 중에 코팅의 조성 및 물리적 특성이 변화한다. γ-Al₂O₃(OH)(보헤마이트) 및 α-Al₂O₃(코런덤(corundum))의 성분이 우세하게 존재하는 것이 X선 회절에 의해 확인되었다.

고정된 파라미터들로 DC 또는 AC 전력을 공급하는 발전기가 사용되면, 처리 중의 전류 강하가 오실로스코프에 기록된 전압 대 전류 곡선의 차이로 관찰된다.

이것은 어떤 개입에 무관한 프로세스 자체의 결과이다. 이 경우, 주된 인자들 중 하나는 형성된 세라믹층의 유전 특성 및 두께이다.

다양한 간행물들에서 사용되고 설명되어 있는 발전기들은 정류된 및/또는 DC 전류 또는 정현파형 단상 또는 3상 AC 전류를 공급한다. 특히, 2차 동작 회로에서의 전류를 제한하기 위해, 직렬 접속된 커패시터들이 개재되고, 그 결과, 특정 파형의 전류가 생긴다. 또한, 3상 전류를 공급하고 사이리스터(thyristor) 또는 동등한 전자장치에 의해 3상을 순차로 이용하는 AC 발전기도 설명되어 있다. 전류의 파형은 단지 프로세스 자체의 결과이고, 그의 형상은 변경될 수 없다.

미국 특허 제5,616,229호는 이 기술에 의해 세라믹 코팅을 생성하는 프로세스에 관한 것으로, 여기서는, 전극들에 인가되는 전압이 적어도 700 V이다. 이 전압값 아래에서는, 응집성 세라믹이 아니라 분말을 얻을 수 있다. 따라서, 특히, 세라믹으로 코팅될 가공물이 큰 면적을 가지는 경우에는, 매우 높은 에너지 소비가 발생한다.

본 발명의 목적은, 처리된 금속의 물리-화학적 변환 반응에 의해, 알루미늄, 티탄, 마그네슘, 하프늄, 지르코늄 및 이들의 합금과 같은, 반도체 특성을 가지는 금속의 표면에 세라믹 코팅을 형성하기 위한 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 가공물(workpiece)의 전체 표면에 걸쳐 매우 치밀하고 균일한 두께의 층을 얻도록 세라믹층의 다공률을 감소시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 소비되는 전기 에너지를 감소시키면서, 금속 가공물의 표면에서 세라믹을 성장시키는 시간을 줄이는데 있다.

이 목적을 위해, 본 발명의 방법은, 수산화 칼륨 또는 수산화 나트륨과 같은 알칼리 금속 수산화물의 수용액과 알칼리 금속의 산소산 염으로 이루어진 전해욕 내에 전극들 중 하나를 형성하는 코팅될 금속 가공물을 침지하는 단계; 및
전체로서 삼각파형의 신호 전압, 즉, 처리 중에 변화할 수 있는 파형률(form factor)과 함께 적어도 상승 기울기와 하강 기울기를 가지고, 강도, 파형, 및 부(負)의 세기에 대한 정(正)의 세기의 비율이 제어되는 전류를 발생하는 신호를 상기 전극들에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리하여, 처리의 다양한 단계들 뿐만 아니라 합금의 유형 및 다양한 전해욕 용액들에 전압 파형을 맞추는 것이 가능하다. 이 파형은 주파수 가변 파라미터를 추가적으로 그리고 공동으로 가진다. 이것은 공지의 프로세스에 의해 얻어지는 것에 비하여 세라믹 코팅의 품질을 크게 향상시킨다.

이 프로세스를 실시하는 다양한 방법이 가능하다. 따라서, 전압 신호의 상승 기울기 및 하강 기울기는 대략 대칭이거나 비대칭일 수도 있고, 처리 중에 변화하는 각도를 가진다. 또한, 처리 중에, 삼각파형 신호의 주파수를 약 100 Hz와 400 Hz 사이에서 변화시키는 것이 가능하다.

이 프로세스를 실시하는 한가지 방법은, 전해 중에 삼각파형 전압의 값을 300 Vrms와 600 Vrms 사이에서 변화시키는 단계를 더 포함한다.

또한, 전류의 값은 전압에 관계없이 변경되거나 고정될 수도 있다. 처리 중에, 다양한 파리미터(파형률, 전위의 값, 주파수, 전류의 값)들이 동시에 또는 서로 독립하여 변경될 수도 있다.

이들 이외의 특징에 따르면, 이 프로세스는 정(正)의 위상 및/또는 부(負)의 위상에서의 파형 및 전력 VI 값을 개별적으로 제어하는 단계를 더 포함한다.

이 프로세스를 실시하기 위한 전류원형(型) 전자 발생장치는, 주 급전선으로부터의 단상 또는 3상 전원에의 접속을 위한 유닛과, 전해조에의 접속을 위한 유닛을 포함하고, 이 전류원형 전자 발생장치는,
주 급전선으로부터 공급되는 정현파형 AC 신호를 사다리꼴 또는 톱니파형 신호로 변환하는 모듈;
신호의 기울기 및 파형률을 변경하는 모듈;
다양한 타입의 사이클에서 주파수를 변화시키는 모듈; 및
파라미터화된 에너지와 사용되는 에너지에 따라 전기 에너지를 관리하는 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

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바람직하게는, 이 발생장치는, 극(pole)들 중 하나를 접지에 접속하여 전기적 보호에 관하여 작동상의 안전성을 부여하면서, 자기(磁氣) 회로가 포화되는 것을 방지하도록 DC 성분을 여과하기 위해, 1차 회로 또는 2차 회로에 직렬 접속 커패시터들을 가진 격리된 변압기를 출력측에 더 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 이 발생장치는, 프로세스의 실행 중에 다양한 파라미터를 관리하기 위해 사용되는 퍼스널 컴퓨터형 프로세서에 의해 제어된다.

신호 및 전류의 주파수, 전압 및 파형률의 공역(共役) 변화는 본 발명의 프로세스에서 중요한 역할을 한다.

삼각파형 신호의 상승 기울기의 변화와 공역하는 주파수 주사는, 매우 활동적이지 않은 내부 영역과 높은 레벨의 자연 여기(勵起)를 가지는 외부 영역을 여기하는 것을 가능하게 한다.

가파른 상승 기울기는 평균 전압의 상승 없이 매우 활동적으로 마이크로아크 개시를 일으킬 수 있게 한다. 완만한 기울기는 플라즈마 내에서의 물리-화학 반응을 실행하는데 필요한 시간 동안 일정한 전류를 유지한다. 또한, 하강 기울기의 제어도 부(負)의 전류에 영향을 준다. 부의 전류의 피크는 프로세스의 특정 단계에서 세라믹층의 연속성에 필요한 알루미늄(Al) 이온의 확산을 돕는다. 또한, 프로세스의 끝에서 잔여 다공률을 줄이도록 작용한다.

신호의 대칭적인 기울기는 세라믹층의 신속하고 균일한 성장에 유리하고, 또한, 가공물의 최적의 사용을 위해 얻어지는 것이 요구되는 세라믹 코팅의 특성에 따라, 전해욕에 첨가될 수 있는 첨가 요소들의 첨가를 가능하게 한다.

이러한 상황은 종래 기술의 문헌들에 기재된 정현 또는 DC 전류를 사용하여 얻어지는 것보다 훨씬 더 효과적이다.

본 발명에 따른 프로세스의 실시는 다음과 같은 주된 이점들을 가진다. 즉,

- 수산화물 층의 최적의 형성;

- 수산화물 층의 표면의 거칠기의 현저한 감소;

- 기판에 대한 코팅의 접착의 향상;

- 산화물 층의 점진적인 성장;

- α-Al₂O₃(코런덤(corundum)) 타입의 세라믹층의 급속한 성장;

- 기본적인 마이크로아크 프로세스 자체와 특히 특정 합금에 고유한 잔여 다공률의 효과적인 제어 및 감소의 가능성;

- 합금도가 높은 알루미늄 등급에 대한 처리의 향상;

- 50% 이상 감소된 시간 내에서의 더욱 두껍고 치밀한 층의 형성;

- 기존 층의 파괴 없이 40 ㎛에서 300 ㎛까지(합금에 따라)의 두꺼운 두께를 얻기 위한, 처리의 진행 단계에서의 마이크로아크의 재개의 가능성;

- 에너지 소비의 50% 이상의 감소;

- 방출된 열 파워의 35%의 감소;

- 처리될 가공물의 모서리 및 윤곽에 의한 전류 크리프 경로(creep path)에 무관하게 얻어지는 더욱 뛰어난 균질성; 및

- 디핑(dipping)법, 분사법, 또는 다른 수단에 의한 진공 중에서의 엘라스토머성 폴리머 수지 또는 다른 유기 화합물의 포화 가능성.

처리 면적의 dm² 당 동일한 비교 용량에 대하여, 이 신규한 프로세스에서는 50% 더 작은 단면의 급전 케이블을 사용하는 것이 가능하다.

전력을 공급하는 주 급전선의 에너지 전력은 소비되는 전기 에너지에 대하여 고정된 미터 대역 전하(meter band charge)와 함께 동일한 비율로 감소된다.

그 결과, 품질의 증가와 함께 처리의 생산비의 상당한 절감이 얻어진다. 산업상 주요 결점들 중 하나가 높은 전기 에너지 소비에 있음을 인지한다면, 본 발명에 따른 프로세스는 이 분야에서 큰 이점을 이미 제공하는 것이 된다.

또 다른 관점에서 보면, 이와 동일한 플랜트는, 전기 에너지의 특정 값에 기초하여, 분배 본선의 정현파형 신호를 사용하는 종래의 발전기에 비하여 처리 능력을 2배로 할 수 있다. 얻어진 전압 대 전류 곡선들은 이 프로세스에서 얻어진 정의 에너지 피크와 부의 에너지 피크의 기본적인 차이를 나타낸다. 이들 파라미터를 완전히 제어하는 것은, 처리 중에 층의 성장의 어떠한 단계에서도 소망의 전류값과 파형을 얻을 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 플랜트의 매우 일반적인 개략도이다.

도 2는 전류 발생장치의 블록도이다.

도 3 내지 도 5는 각각, 평형이 이루어진 때의 공급 전압 신호, 부하의 단자들에서의 대응하는 전류/전압 신호, 및 그에 관련하는 정(正) 및 부(負)의 전력 곡선을 나타내는 도면이다.

도 6 내지 도 8은 전압 신호의 상승 기울기가 하강 기울기보다 가파른 때의, 도 3 내지 도 5에 각각 대응하는 도면이다.

도 9 내지 도 11은 전압 신호의 하강 기울기가 상승 기울기보다 가파른 때의, 도 3 내지 도 5에 각각 대응하는 도면이다.

이하에, 프로세스를 나타내는 몇 개의 곡선과 함께, 프로세스를 실시하기 위한 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1은 플랜트의 전체적인 배치를 나타내고, 여기서, 전해조가 부호 2로 나타내어져 있고, 이 전해조는 수산화 칼륨 또는 수산화 나트륨과 같은 알칼리 금속 수산화물의 수용액과 알칼리 금속의 산소산 염으로 이루어진 전해욕(3)을 수용하고 있다. 전해질 내에 대향 전극(음극)(4)과 양극(5)이 침지되어 있고, 양극(5)은 금속 자체의 변태(transformation)에 의해 코팅되는 가공물(workpiece)로 이루어져 있고, 이 가공물은 반도체 특성을 가진 금속 또는 금속 합금으로 되어 있다. 도 1에는 또한, 전류 공급 유닛(6), 전압 발생장치(7), 및 프로세스의 연속에 따라 변화하는 파라미터들을 제어하고 모니터하는 마이크로컴퓨터(8)가 도시되어 있다.

도 2는 전압 발생장치(7)를 더 상세히 나타내고 있다. 도 2의 좌측의 부호 9로 나타낸 곳에서 전력이 공급된다. 이 발생장치(7)는 정현파형 AC 신호를 삼각파형 또는 사다리꼴 파형의 신호로 변환하기 위한 모듈(10)을 포함한다. 모듈(12)은 전압 신호의 기울기 및 파형률(form factor)을 변경하기 위한 것이다. 모듈(13)은, 예를 들어, 70 Hz 내지 400 Hz의 다양한 타입의 사이클에서의 주파수의 변화를 제어한다.

마이크로컴퓨터(8)에 접속된 모듈(14)은 파라미터화된 에너지와 실제 사용되는 에너지에 따라 전기 에너지를 관리한다. 출력 신호가 부호 15로 나타내어져 있다. 극(pole)들 중 하나를 접지에 접속하여 전기적 보호에 관하여 작동상의 안전성을 부여하면서, 자기(磁氣) 회로가 포화되는 것을 방지하도록 DC 성분을 여과하기 위해, 1차 회로 또는 2차 회로에 직렬 접속 커패시터들을 가진 격리된 변압기(도시되지 않음)가 출력측에 포함될 수도 있다.

도 3 내지 도 11에 나타낸 곡선들은, 특히 전력 및 그의 정(正) 및 부(負)의 위상의 분포에 있어서의 전압 신호의 상승 및 하강 기울기의 변화의 결과를 명확하게 나타낸다. 전압 신호의 상승 및 하강 기울기를 변화시킴으로써 전력이 쉽게 조절된다는 것을 지적하는 것은 가치가 있다.

이상으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은, 큰 면적의 것이라도 금속 가공물 상에 균일한 두께이고 우수한 품질의 세라믹 코팅을 형성할 수 있게 하는 매우 저렴한 프로세스를 제공함으로써, 현존하는 기술에 대한 현저한 개선을 제공한다.

Claims (14)

1. 처리된 금속의 물리-화학적 변환 반응에 의해, 알루미늄, 티탄, 마그네슘, 하프늄, 지르코늄 및 이들의 합금과 같은 반도체 특성을 가진 금속의 표면에 세라믹 코팅을 형성하기 위한 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법에 있어서,

   수산화 칼륨 또는 수산화 나트륨과 같은 알칼리 금속 수산화물의 수용액과 알칼리 금속의 산소산 염으로 이루어진 전해욕 내에, 전극들 중 하나를 형성하는 코팅될 금속 가공물(workpiece)을 침지하는 단계;

   전체로서 삼각파형의 전압 신호, 즉, 처리 중에 변화할 수 있는 파형률(form factor)과 함께 적어도 상승 기울기와 하강 기울기를 가지고, 강도, 파형, 및 부(負)의 세기에 대한 정(正)의 세기의 비율이 제어되는 전류를 발생하는 신호를 상기 전극들에 인가하는 단계; 및

   처리 중에, 파형률, 전위의 값, 주파수, 및 전류의 값을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 신호의 상승 기울기 및 하강 기울기가 대칭인 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 신호의 상승 기울기 및 하강 기울기가 비대칭이고, 전해 중에 변하는 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 중에 삼각파형 전압의 값을 300 Vrms와 600 Vrms 사이에서 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 중에 삼각파형 신호의 주파수를 100 Hz와 400 Hz 사이에서 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 전류의 값을 전압의 값에 관계없이 변화시키거나 또는 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 중에, 파형률, 전위의 값, 주파수, 전류의 값을 서로 독립하여 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 중에, 파형률, 전위의 값, 주파수, 전류의 값을 동시에 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 정(正)의 위상에서의 파형 및 전력값 VI을 개별적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법을 실시하기 위한 전류원형(型) 전자 발생장치로서, 주 급전선으로부터의 단상 또는 3상 전원에의 접속을 위한 유닛과, 전해조에의 접속을 위한 유닛을 포함하는 전류원형 전자 발생장치에 있어서,

    주 급전선으로부터 공급되는 정현파형 AC 신호를 사다리꼴 또는 톱니파형 신호로 변환하는 모듈(10);

    신호의 기울기 및 파형률(form factor)을 변경하는 모듈(12);

    다양한 타입의 사이클에서 주파수를 변화시키는 모듈(13); 및

    파라미터화된 에너지와 사용되는 에너지에 따라 전기 에너지를 관리하는 모듈(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류원형 전자 발생장치.
11. 제 10 항에 있어서, 극(pole)들 중 하나를 접지에 접속하여 전기적 보호에 관하여 작동상의 안전성을 부여하면서, 자기(磁氣) 회로가 포화되는 것을 방지하도록 DC 성분을 여과하기 위해, 1차 회로 또는 2차 회로에 직렬 접속 커패시터들을 가진 격리된 변압기를 출력측에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류원형 전자 발생장치.
12. 제 10 항에 있어서, 이 발생장치가, 전해 공정 실행 중에 다양한 파라미터를 관리하기 위해 사용되는 퍼스널 컴퓨터형 프로세서에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 전류원형 전자 발생장치.
13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 부(負)의 위상에서의 파형 및 전력값 VI을 개별적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.
14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 정(正)의 위상 및 부(負)의 위상에서의 파형 및 전력값 VI을 개별적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 마이크로아크 산화용 전해법.

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