KR100914786B1 - 금속체와 수지의 복합물 제조방법 - Google Patents

금속체와 수지의 복합물 제조방법

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Abstract

본 발명은 다공성 피막층이 형성된 금속체에 플라스틱이 사출성형되어 금속체와 일체로 부착되는 금속체와 수지의 복합물 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 베이스층을 형성하는 금속체의 형상을 가공하는 형상가공단계와; 상기 금속체 표면의 유지 및 유기오염물을 제거하는 탈지단계와; 화학연마 또는 전해연마를 통해 금속체의 표면을 광택이 나도록 가공하는 광택연마단계와; 상기 광택연마단계가 완료된 금속체를 질산수용액에 담궈 금속체의 표면에 형성된 스맛트(Smut)를 제거하는 디스맛트(Desmut)단계와; 상기 금속체를 산성용액 속에서 양극산화시켜 표면에 다수 기공을 가지는 다공성 피막층을 형성하는 양극산화(陽極酸化, Anodizing)단계와; 상기 금속체를 건조하여 기공을 개방하는 건조단계와; 상기 금속체의 일부에 플라스틱을 사출하여 수지층을 형성하고, 수지층의 일부는 기공 내부에 삽입되도록 하는 사출성형단계와; 상기 수지층이 수용되지 않은 기공의 공간 일부에 염료를 침투시켜 금속체의 표면에 색상을 추가하는 착색단계와; 상기 염료가 침투된 금속체를 붕산-초산니켈 혼합액에 담궈 기공을 봉공하는 봉공단계를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 장식성 및 활용성 향상된다.

Description

금속체와 수지의 복합물 제조방법{A manufacturing method for Composite of nonferrous metal and Resin}
본 발명은 양극산화를 이용하여, 금속체에 플라스틱을 사출성형하여 부착함으로써 수지의 부착성이 향상될 뿐만 아니라 금속체에 다양한 색상을 부가할 수 있어 장식성 및 그 응용범위가 넓어지는 금속체와 수지의 복합물 제조방법에 관한 것이다.
금속과 수지를 일체화하는 기술은 핸드폰, 자동차, 산업기기 등의 넓은 분야에서 요구되고 있으며, 특히 알루미늄(Al)은 가벼운 특성을 이용해 항공기, 선박,차량의 주요재료로 사용된다. 또 산화가 잘 일어나지 않으므로 식품공업이나 식기류 등을 만들기도 하며 그 밖에도 페인트, 건축재료 및 원자재 등의 용도로 사용된다. 또한 잘 늘어나는 성질(연성)이 있어서 매우 얇게 만들 수 있으므로 주방용 호일이나 인쇄판, 고급포장용지, 통신장비, 반도체 및 컴퓨터의 전기, 전자부품, 레저용품 등을 만드는 등 다양하게 이용하고 있다.
그러나, 알루미늄 자체로는 정밀한 형상 구현이 어려워, 알루미늄의 표면에 복잡한 형상이 형성된 수지를 접착제로 접착하여 다른 부품과 조립하여 사용되고 있다.
그러나, 접착제를 이용하여 접합하는 경우에는 장기간 사용되는 경우에는 접착력이 저하되어, 알루미늄과 수지가 분리되어 제품이 파손되는 경우가 발생 된다.
그리고, 상기와 같은 접착제를 이용한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 특허청 출원번호: 10-2003-7011585 에는 "알루미늄합금과 수지의 복합체와 그 제조방법" 이 게시되어 있다.
이는 아민류 화학약품을 이용하여, 상기 아민류 화학약품과 반응하는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)계열의 특정한 수지를 사출성형하는 방법이 소개되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에서는 알루미늄에 부착할 수 있는 수지류는 특정한 제품 즉, PBT계열만 가능하므로 그 활용이 제한적인 문제점이 있다.
또한, 아민류 화학약품에 알루미늄을 침지시키는 등 추가의 공정이 수행되므로 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양극산화를 이용하여, 금속체의 다공성 피막층에 형성된 기공에 플라스틱을 사출성형하여 부착함으로써 수지의 부착성이 향상되는 금속체와 수지의 복합물 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 다공성 피막층에 착색하여 다양한 색상 구현이 가능한 금속체와 수지의 복합물 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 금속체와 수지의 복합물의 제조방법은, 베이스층을 형성하는 금속체의 형상을 가공하는 형상가공단계와; 상기 형상가공단계가 완료된 금속체 표면의 유지 및 유기오염물을 제거하는 탈지단계와; 상기 탈지단계가 완료된 금속체의 표면이 광택이 나도록 가공하는 광택연마단계와; 상기 광택연마단계가 완료된 금속체의 표면에 형성된 스맛트(Smut)를 제거하는 디스맛트(Desmut)단계와; 상기 디스맛트단계가 완료된 금속체의 표면에 다수의 기공을 가지는 다공성 피막층을 형성하는 양극산화(陽極酸化, Anodizing)단계와; 상기 양극산화단계가 완료된 금속체를 건조하는 건조단계와; 상기 건조단계가 완료된 금속체의 적어도 일면의 전체 또는 일부에 플라스틱을 사출성형하는 사출성형단계와; 상기 사출성형단계가 완료된 금속체의 표면에 색상을 추가하는 착색단계와; 상기 착색단계가 완료된 금속체의 다공성 피막을 봉공하는 봉공단계를 포함하여 구성된다.
다른 측면에서 본 발명에 의한 금속체와 수지의 복합물 제조방법은, 베이스층을 형성하는 금속체의 형상을 가공하는 형상가공단계와; 상기 형상가공단계가 완료된 금속체 표면의 유지 및 유기오염물을 제거하는 탈지단계와; 상기 탈지단계가 완료된 금속체의 표면이 광택이 나도록 가공하는 광택연마단계와; 상기 광택연마단계가 완료된 금속체의 표면에 형성된 스맛트(Smut)를 제거하는 디스맛트(Desmut)단계와; 상기 디스맛트단계가 완료된 금속체의 표면에 다수의 기공을 가지는 다공성 피막층을 형성하는 양극산화(陽極酸化, Anodizing)단계와; 상기 양극산화단계가 완료된 금속체의 표면에 색상을 추가하는 착색단계와; 상기 착색단계가 완료된 금속체를 건조하는 건조단계와; 상기 건조단계가 완료된 금속체의 적어도 일면의 전체 또는 일부에 플라스틱을 사출성형하는 사출성형단계와; 상기 사출성형단계가 완료된 금속체의 다공성 피막층의 기공을 봉공하는 봉공단계를 포함하여 구성된다.
삭제
상기한 바와 같은 본 발명의 금속체와 수지의 복합물의 제조방법에 따르면, 양극산화에 의해 생성된 다공성 피막층(40)의 기공에 플라스틱이 사출성형되어 결합되므로, 부착성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 접착제를 바르는 등의 별도의 공정이 필요 없으므로, 제조방법이 간단한 이점이 있다.
따라서, 대량생산이 가능하여, 가격경쟁력이 증가하는 이점이 있다.
또한, 양극산화에 의해 생성된 다공성 피막층의 기공에 염료를 침투시켜 다양한 색상구현이 가능하므로, 장식성이 향상되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 금속체와 수지의 복합물의 제조방법을 순서대로 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 요부구성인 다공성 피막층의 일부를 확대하여 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 일실시예를 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 I-I' 단면을 확대하여 보인 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10. 베이스층 30. 수지층
40. 다공성 피막층 41. 기공
42. 염료 44. 봉공재
S100. 금속체 형상가공단계 S200. 탈지단계
S300. 광택연마단계 S400. 디스맛트단계
S500. 양극산화단계 S600. 건조단계
S700. 사출성형단계 S800. 착색단계
S900. 봉공단계
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 금속체와 수지의 복합물 및 이의 제조방법을 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 금속체와 수지의 복합물의 제조방법을 순서대로 도시한 순서도이며, 도 2는 본 발명의 요부구성인 다공성 피막층의 일부를 확대하여 보인 사시도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 사상에 따른 일실시예를 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3의 I-I' 단면을 확대하여 보인 단면도이다.
본 발명에서 적용되는 금속체는 양극산화(아노다이징 공법)에 의해 기공이 형성되는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 니오브(Nb) 중 하나이며, 양극산화에 의해 다공성 피막층이 형성되는 금속이면 모두 적용가능함을 밝혀두는 바이며, 이하에서는 알루미늄을 일예로 설명하도록 한다.
먼저, 소정의 두께를 가지는 금속체를 일정한 형상으로 가공하는 형상가공단계(S100)가 실시된다. 상기 형상가공단계(S100)는 금속체와 수지의 복합물이 적용되는 제품에 따라 형상 가공되며, 도 3에는 휴대폰 배터리의 후면커버가 일예로 도시되어 있다. 즉, 상기 금속체는 금속체와 수지의 복합물의 전반적인 외형을 형성하는 베이스층(10)을 이루며, 도 3과 같이 적용되는 제품에 적합한 형상으로 가공된다.
이후, 상기 형상가공단계(S100)가 완료된 금속체 표면의 유지 및 유기오염물을 제거하는 탈지단계(S200)가 실시된다. 상기 탈지단계(S200)는 상기 형상가공단계(S100)에서 발생되거나, 금속체의 표면상에 있는 기름, 지방, 먼지, 지문 등을 유기용제를 이용하여 제거하는 과정이다.
상기 탈지단계(S200)가 완료되면, 여러번의 수세과정(S210)을 거치게 된다. 이러한 수세과정(S210)은 상기 탈지단계(S200)를 거치면서 표면에 묻어있는 유기용제 및 불순물 등을 깨끗하게 세척하는 과정이며, 이는 일반적인 흐르는 물을 이용하여 상온에서 처리한다.
이후, 상기 탈지단계(S200) 즉, 수세과정(S210)이 완료되면, 금속체의 표면이 광택이 나도록 하는 광택연마단계(S300)가 실시된다. 상기 광택연마단계(S300)는 금속체의 성질, 목적, 비용에 따라 화학연마 또는 전해연마를 통해 금속체의 본래 광택을 살리게 된다. 일예로, 초순도나 고순도의 알루미늄상 반사목적의 연마에는 전해연마가 더 우수하며, 최초 설비에 관련된 처리비용은 전해연마보다 화학연마가 적게 든다.
일반적으로 화학연마는 산화제를 함유한 희석산이나 농축산을 사용하며, 전해연마는 전처리(S100 ~ S210) 후에 부품을 전류가 흐르는 조에 침지하여 부품에 양극을 걸어 전해한다.
상기 광택연마단계(S300)가 완료되면, 다시 수세과정(S310)을 거쳐서, 상기 광택연마단계(S300)에서 발생된 이물질을 제거한다.
상기 수세과정(S310)이 완료되면, 상기의 단계(S100 ~ S310)에서 금속체의 표면상에 발생되는 금속합금성분 즉, 스맛트(Smut)를 제거하는 디스맛트(Desmut)단계(S400)가 실시된다. 이는 손으로 쉽게 제거되며, 일예로 알루미늄소재 중 합금성분이 많으면 스맛트가 많이 생기고 색상도 흑색이 짙어지므로, 상기 디스맛트단계(S400)에서는 질산(20 ~ 30%, 용량)을 이용하여, 금속체의 표면의 스맛트를 제거한다.
그리고, 상기 디스맛트단계(S400)가 완료되면, 또 다시 수세과정(S410)을 거쳐서, 상기 디스맛트단계(S400)에서 발생된 이물질을 제거한다.
상기 수세과정(S410)이 완료되면, 도 2와 같이 금속체의 표면에 다수의 기공(41)이 형성되는 다공성 피막층(40)을 형성하는 양극산화단계(S500)가 실시된다.
상기 양극산화단계(S500)는 황산(Sulfuric acid)법 애노다이징(Anodizing)에 의해 실시되는데, 구체적으로 살펴보면 80%의 물과 20%의 황산으로 구성되는 전해액을 담고 있는 조에 전술한 과정(S100 ~ S410)이 완료된 금속체를 담근 후에, 금속체에는 (+)전극을 인가하고, 조에는 (-)전극을 인가하는 것에 의해 진행된다. 그리고, 이때 상기 전해액은 산화반응이 활발하게 일어날 수 있는 정도의 온도(예를 들면 24 내지 27℃)를 유지하는 것이 바람직하다.
실질적으로 상기 양극산화단계(S500)에서 금속체 즉, 알루미늄이 황산, 크롬산, 인산 등과 같은 산성용액에서 양극산화가 일어나게 되면, 알루미늄의 표면에는 도 2와 같은 다수의 기공(41)이 형성되는 다공성 피막층(40)인 산화막이 형성된다.
이러한 다공성 피막층(40)의 두께는 전기분해 시간, 전류밀도 등과 같은 요소에 의해 좌우된다. 전기분해 시간이 길어지고, 전류밀도가 높을수록 다공성 피막층(40)의 두께는 두꺼워진다. 즉, 상기 다공성 피막층(40)은 통전량에 비례하며, 전기분해시 전해액의 온도가 낮으면 산화막의 성장이 좋아지고 경질의 다공성 피막층(40)이 형성되고, 온도가 낮으면 얇고 부드러운 다공성 피막층(40)이 형성된다.
그리고, 이러한 다공성 피막층(40)은 실질적으로 경도가 높고 내마모성과 미관상의 측면에서 아주 우수한 특성을 가진다. 또한, 이러한 다공성 피막층(40)은 알루미늄의 순도가 높을수록 미려하고 광택있는 피막을 얻을 수 있으며, 전술한 단계(S100 ~ S410)에 따라 광택도 및 미려함이 좌우된다.
그리고, 상기 양극산화단계(S500)가 완료되면, 또 다시 수세과정(S510)을 거쳐서, 상기 양극산화단계(S500)에서 발생된 이물질을 제거한 다음 건조하는 건조단계(S600)가 실시된다.
상기 건조단계(S600)는 상온(대략 20 ~ 30℃)상태의 공기 중에서 실시되도록 하여, 상기 다공성 피막층(40)의 기공이 막히지 않도록 한다. 또한, 전술한 단계(S100 ~ S600)는 지문, 유기물, 오물 등이 발생되지 않는 청정실에서 실시된다.
이후, 상기 건조단계(S600)가 완료된 금속체의 적어도 일면에 플라스틱을 사출성형하여 수지층(30)을 형성하는 사출성형단계(S700)가 실시된다.
상기 사출성형단계(S700)는 도 3에 도시된 것과 같이 금속체로 형성하기 어려운 복잡한 형상을 형성하는 과정이며, 전술한 과정에서 형성된 다공성 피막층(40)의 기공(41)에 플라스틱 원액이 삽입되어, 금속체와 일체로 성형된다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 다공성 피막층(40)의 기공에 수지층(30)의 하면이 삽입되어, 상기 수지층(30)은 금속체 즉, 베이스층(10)에 일체로 결합된다.
상기 플라스틱은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 중 어느 하나 즉, 사출성형할 수 있는 종류이면 모두가 적용가능하다.
그리고, 상기 사출성형단계(S700)가 완료되면, 사출성형되지 않은 부분의 금속체 표면에 색상을 추가하는 착색단계(S800)가 실시된다. 상기 착색단계(S800)는 상기 다공성 피막층(40)의 무수한 기공(41)에 염료를 침투시켜서, 소정의 색상을 형성한다. 상세하게는, 염료와 물을 일정한 비율로 혼합한 염색액에 담그면, 염료는 상기 기공(41)속의 일부(기공 깊이의 50%이내)만 침투되어, 금속체는 소정의 색상을 띄게 된다.
한편, 상기 착색단계(S800)는 전술한 사출성형단계(S700)보다 먼저 실시될 수 있다. 즉, 양극산화가 완료된 금속체의 표면 전체에 착색한 다음, 건조단계(S600)를 실시한 뒤 착색된 금속체의 표면에 플라스틱을 사출성형할 수 있다.
상기 착색단계(S800)가 완료되면, 상기 다공성 피막층(40)의 기공(41)을 막는 봉공단계(S900)가 실시된다. 상기 봉공단계(S900)는 염료가 침투된 기공(41)의 나머지 부분을 막는 과정으로, 상기 다공성 피막층(40)의 내식성을 강화하고, 염료의 변색 또는 증발을 방지함으로써, 장기간 사용에도 색상의 변화를 방지한다.
상기 봉공단계(S900)는 붕산과 초산니켈을 일정한 비율로 혼합한 다음, 착색단계(S800) 또는 사출성형단계(S700)가 완료된 금속체를 일정시간 동안 담궈서 실시된다.
이상과 같은 과정(S100 ~ S900)을 거치면, 도 3과 같은 금속체와 수지의 복합물 제조과정을 완료되며, 상기의 제조과정이 완료된 금속체와 수지의 복합물을 도 3 내지 도 4를 참조하여 살펴보도록 한다.
금속체와 수지의 복합물은, 금속체로 형성되어, 기본적인 외형을 형성하는 베이스층(10)과, 플라스틱으로 사출성형되어, 상기 베이스층(10)의 적어도 일면에 결합되는 수지층(30)을 포함하여 구성되며, 상기 베이스층(10)과 수지층(30) 사이에는 다수의 기공(41)을 가지는 다공성 피막층(40)이 형성되며, 상기 플라스틱은 상기 기공(41)에 삽입되어 상기 베이스층(10)과 일체로 결합된다.
따라서, 상기 기공(41)은 베이스층(10)에 무수히 많이 존재하므로, 상기 수지층(30)은 베이스층(10)에 견고하게 부착된다.
그리고, 수지층(30)이 형성되지 않은 부분의 다공성 피막층(40)에는 소정의 색상을 띄는 염료가 침투되어 심미감을 불러일으켜 장식성이 향상되며, 상기 염료(42)가 침투된 기공(41)은 봉공재(44)에 의해 막혀서 염료(42)의 변색이나 증발이 방지되므로, 거의 반 영구적으로 사용가능하게 된다.
이러한 금속체와 수지의 복합물은 적용되는 제품에 따라 다양한 형상으로 변형되어 응용가능할 것이다.

Claims (7)

  1. 베이스층을 형성하는 금속체의 형상을 가공하는 형상가공단계와;
    상기 금속체 표면의 유지 및 유기오염물을 제거하는 탈지단계와;
    화학연마 또는 전해연마를 통해 금속체의 표면을 광택이 나도록 가공하는 광택연마단계와;
    상기 광택연마단계가 완료된 금속체를 질산수용액에 담궈 금속체의 표면에 형성된 스맛트(Smut)를 제거하는 디스맛트(Desmut)단계와;
    상기 금속체를 산성용액 속에서 양극산화시켜 표면에 다수 기공을 가지는 다공성 피막층을 형성하는 양극산화(陽極酸化, Anodizing)단계와;
    상기 금속체를 건조하여 기공을 개방하는 건조단계와;
    상기 금속체의 일부에 플라스틱을 사출하여 수지층을 형성하고, 수지층의 일부는 기공 내부에 삽입되도록 하는 사출성형단계와;
    상기 수지층이 수용되지 않은 기공의 공간 일부에 염료를 침투시켜 금속체의 표면에 색상을 추가하는 착색단계와;
    상기 염료가 침투된 금속체를 붕산-초산니켈 혼합액에 담궈 기공을 봉공하는 봉공단계를 포함하여 구성되는 금속체와 수지의 복합물 제조방법.
  2. 베이스층을 형성하는 금속체의 형상을 가공하는 형상가공단계와;
    상기 금속체 표면의 유지 및 유기오염물을 제거하는 탈지단계와;
    화학연마 또는 전해연마를 통해 금속체의 표면을 광택이 나도록 가공하는 광택연마단계와;
    상기 광택연마단계가 완료된 금속체를 질산수용액에 담궈 금속체의 표면에 형성된 스맛트(Smut)를 제거하는 디스맛트(Desmut)단계와;
    상기 금속체를 산성용액 속에서 양극산화시켜 표면에 다수 기공을 가지는 다공성 피막층을 형성하는 양극산화(陽極酸化, Anodizing)단계와;
    상기 기공의 공간 일부에 염료를 침투시켜 금속체의 표면에 색상을 추가하는 착색단계와;
    상기 금속체를 건조하여 기공을 개방하는 건조단계와;
    상기 금속체의 일부에 플라스틱을 사출하여 수지층을 형성하고, 수지층의 일부는 기공 내부에 삽입되도록 하는 사출성형단계와;
    상기 염료가 침투된 금속체를 붕산-초산니켈 혼합액에 담궈 기공을 봉공하는 봉공단계를 포함하여 구성되는 금속체와 수지의 복합물 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 양극산화단계에서, 상기 산성용액은 황산, 크롬산, 인산 중 하나 이상을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 금속체와 수지의 복합물 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속체는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 니오브(Nb) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속체와 수지의 복합물 제조방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속체와 수지의 복합물 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 봉공단계는, 염료가 침투된 기공의 개구된 공간을 차폐하는 과정임을 특징으로 하는 금속체와 수지의 복합물 제조방법.
  7. 삭제
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