KR100931258B1 - 마그네슘 합금제품의 표면처리방법 - Google Patents

마그네슘 합금제품의 표면처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 마그네슘 합금제품을 랙에 거치한 상태에서 화성처리, 염료착색 및 양극산화를 순차적으로 실시하여 내식성이 향상되도록 한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법은, 마그네슘 합금소재(P)를 S형상의 랙킹고리(L)를 이용하여 랙(R)에 장착하는 제품장착단계(S100)와, 상기 마그네슘 합금소재(P)에 존재하는 유기물을 제거하는 알카리탈지단계(S200)와, 산화물 및 이물질을 제거하는 산세단계(S300)와, 스머트를 제거하는 표면조정단계(S400)와, 마그네슘 합금소재(P)의 표면이 1㎝당 2Ω이하의 저항값을 유지하도록 표면을 활성화하는 표면활성화단계(S500)와, 마그네슘 합금소재(P)를 양극산화처리액에 침지하여 양극산화피막을 형성하는 양극산화단계(S600)와, 양극산화피막에 형성된 미세기공 내의 양극산화처리액을 중화시키는 중화단계(S700)와, 미세기공에 염료를 투입하여 색상을 부여하는 염료착색단계(S800)와, 미세기공을 차폐하는 봉공처리단계(S900)와, 건조단계(S1000)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 아노다이징 피막층이 균일하게 형성되어 품질이 향상되는 이점이 있다.
마그네슘, 내식성, 표면활성화, 양극산화, 염료착색

Description

마그네슘 합금제품의 표면처리방법{Surface treatment method of magnesium alloy product}
도 1 은 본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법을 나타낸 블럭도.
도 2 는 본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법에서 제품장착시 사용되는 랙킹고리를 보인 실물사진.
도 3 은 본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법에서 랙킹고리를 이용하여 랙에 제품이 걸려진 모습을 보인 정면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
C. 전원연결부 L. 랙킹고리
P. 마그네슘 합금소재 R. 랙
S100. 제품장착단계 S200. 알카리탈지단계
S300. 산세단계 S400. 표면조정단계
S500. 표면활성화단계 S600. 양극산화단계
S700. 중화단계 S800. 염료착색단계
S900. 봉공처리단계 S1000. 건조단계
본 발명은 마그네슘 합금제품의 표면처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 마그네슘 합금제품을 랙에 거치한 상태에서 화성처리, 염료착색 및 양극산화 등을 순차적으로 실시하여 내식성이 향상되도록 한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법에 관한 것이다.
마그네슘은 실용금속 중에 가장 낮은 비중을 가지고 있으며, 탄성이 좋고 전자파를 차단하는 효과가 있어 휴대용 전자부품, 자동차 부품, 휴대폰, 노트북 케이스와 같이 다양한 분야에서 경량화를 위하여 사용이 지속적으로 증가하고 있다.
그러나, 마그네슘 재질 특성상 높은 화학적 반응성으로 인하여 공기중에서도 부식이 급속히 진행되는 단점이 있다.
이러한 마그네슘의 부식을 보완하기 위한 다양한 방법이 개발되어 적용되어지고 있다. 즉, 표면에 전기화학적인 방법으로 치밀한 산화피막을 형성시키는 양극산화와 화학적 처리를 통한 화성처리 피막방법, 도금법을 이용한 도금방법 및 유기물을 피복하는 도장방법 등이 그것이다.
이중에서 마그네슘 양극산화의 경우 6가 크롬 등의 환경 유해물질이 발생됨으로 인하여 규제가 강화되어 현재 적용이 불가능한 실정이고, 그 외에 국외에서 개발된 스파크 양극산화기법은 고전압하에서 진행되거나, PR(정격출력)정류기 등의 고가 제조 설비를 구비하여 실시해야 하므로 투자비가 급증하게 되는 문제점이 있다.
특히 대량의 제품을 장착하였을 경우 저전압(80V 이하) 작업에서는 전류와 전압 분포의 불균일로 인하여 균일한 피막을 가진 제품의 생산이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 제품의 생산에 있어서 대량의 제품 전체에 균일한 피막 형성을 위해서는 고전압이나 PR(정격출력) 방식의 전원을 사용하거나, 저전압하에서 소량의 제품을 하나의 랙에 장착하여 양극산화 공정을 실시해야 하므로 대량 생산에 부적합하여 제조 원가가 상승하게 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 본 발명의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 활성화단계에서 마그네슘 소지의 표면이 1㎝당 2Ω이하의 낮은 저항값을 나타내도록 화성처리피막을 형성한 후 양극산화 처리를 실시함으로써 양극산화 처리시 균일한 피막이 형성되도록 하며, 대량생산이 가능한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 화성처리피막을 티타늄과 같은 금속재로 형성하여 지속적인 전류가 흐르도록 함으로써 소재면의 전기 저항으로 인해 발생될 수 있는 전류 단락을 방지하고, 환경 유해물질의 생성을 차단한 상태로 대량 생산이 가능한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법을 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법은, 마그네슘 합금소재를 S형상의 랙킹고리를 이용하여 랙에 장착하는 제품장착단계와, 상기 마그네슘 합금소재에 존재하는 유기물을 제거하기 위한 알카리탈지단계와, 산화물 및 이물질을 제거하는 산세단계와, 상기 산세단계에서 형성된 스머트를 제거하는 표면조정단계와, 상기 마그네슘 합금소재의 표면이 1㎝당 2Ω이하의 저항값을 유지하도록 화성처리피막을 형성하여 표면을 활성화하는 표면활성화단계와, 상기 마그네슘 합금소재를 양극산화처리액에 침지하여 양극산화피막을 형성하는 양극산화단계와, 양극산화피막에 형성된 미세 기공에 존재하는 알카리성의 양극산화처리액을 중화시키는 중화단계와, 미세기공에 염료를 투입하여 색상을 부여하는 염료착색단계와, 미세기공의 입구를 차폐하는 봉공처리단계와, 제품을 건조하는 건조단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 산세단계는, 1~10중량%의 질산이 포함된 질산 수용액 상에 마그네슘 합금소재를 상온에서 10~60초간 침지하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 표면활성화단계는, 인산염((PO4)3-)과 불화물염(F-)을 포함하고 망간염(Mn2+)과 바나듐염(V4+) 중 하나 이상을 포함하는 표면 활성화 수용액 상에서 20~60℃ 사이의 온도로 1분 동안 실시됨을 특징으로 한다.
상기 양극산화단계는, 20℃이하의 양극산화처리액에 마그네슘 합금소재를 침지하여 70V 내외의 직류 전원을 사용하여 3분간 진행됨을 특징으로 한다.
상기 양극산화처리액에는, 양극산화처리액 1리터당 120g/L 의 수산화나트륨과, 35g/L의 알루민산나트륨및 35g/L의 불화칼륨이 포함됨을 특징으로 한다.
상기 중화단계는, 상온에서 1~10중량% 농도의 유기산이 포함된 약산성의 중화용액에 5~60초간 실시됨을 특징으로 한다.
상기 제품장착단계는, 상기 마그네슘 합금소재와 랙킹고리를 교번하여 배치하는 과정임을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 대량의 마그네슘 합금제품의 표면처리가 가능하며 제품 표면의 피막 두께가 고르게 형성되는 이점이 있다.
이하 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법을 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법을 나타낸 블럭도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법에서 제품장착시 사용되는 랙킹고리를 보인 실물사진이 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법에서 랙킹고리를 이용하여 랙에 제품이 걸려진 모습을 보인 정면도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 바에 의하면, 본 발명에 의한 마그네슘 합금제품의 표면처리방법은, 마그네슘 합금소재(P)를 랙킹고리(L)를 이용하여 랙(R)에 장착하는 제품장착단계(S100)와, 마그네슘 합금소재(P)에 존재하는 유기물을 제거하기 위한 알카리탈지단계(S200)와, 산화물 및 이물질을 제거하는 산세단계(S300)와, 산세단계에서 형성된 스머트를 제거하는 표면조정단계(S400)와, 마그네슘 합금소재(P)의 표면이 1㎝당 2Ω이하의 낮은 저항값을 갖도록 화성처리피막을 형성하여 표면을 활성화하는 표면활성화단계(S500)와, 마그네슘 합금소재(P)의 표면에 양극산화피막을 형성하는 양극산화단계(S600)와, 양극산화피막에 형성된 미세 기공에 존재하는 알카리용액을 약산성용액으로 중화시키는 중화단계(S700)와, 미세기공에 염료를 투입하여 색상을 부여하는 염료착색단계(S800)와, 미세기공의 입구를 차폐하는 봉공처리단계(S900)와, 제품을 건조하는 건조단계(S1000)를 포함하여 구성된다.
이하 상기한 각 단계를 상세히 설명하면, 상기 제품장착단계(S100)는 다수의 마그네슘 합금소재(P)를 미리 제작된 랙(R)에 랙킹고리(L)를 이용하여 장착하는 과정으로, 상기 마그네슘 합금소재(P)와 S형상의 랙킹고리(L)를 교번하여 배치하는 과정이다.
그리고, 상기 랙킹고리(L)는 마그네슘 합금소재(P)의 형상에 따라 교번하여 걸 수 있는 범위 내에서 다양한 형상 변형이 가능하다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 마그네슘 합금소재(P)에 홀(Hole)이 형성되어진 경우에는 상기 랙킹고리(L)를 "S" 형상 또는 갈고리 형상으로 성형하여 홀에 걸림 결합되도록 하며, 상기 랙킹고리(L)는 마그네슘 합금으로 제작된다.
또한, 마그네슘 합금소재(P)에 홀이 형성되어지지 않은 경우에는 제품에 돌출부위에 걸려질 수 있는 범위내에서 상기 랙킹고리(L)를 다양하게 변형하여 적용 가능하다.
그리고, 하측에 위치한 랙킹고리(L)는 상기 랙(R)에 매달린 상태에서 흔들리지 않도록 고정된다. 즉, 상기 랙킹고리(L)의 하단은 도 3과 같이 절연성을 가지는 플라스틱 끈 등을 이용하여 랙(R)의 하단에 묶어 마그네슘 합금소재(P)의 흔들림이 방지되도록 한다.
한편, 상기 랙(R)은 내부가 전/후 방향으로 천공된 사각형상을 가지며, 상부에는 다수의 랙킹고리(L)가 걸려져 마그네슘 합금소재(P)를 지지하게 된다.
그리고, 상기 랙(R)의 상단은 높은 전기통전성을 가지도록 형성되며, 상기 랙(R)의 좌/우 및 하단은 절연성을 가지도록 처리된다.
상기 랙(R)의 상단은 구리판 또는 구리봉으로 형성되며, 중앙부에는 역시 구리로 형성된 전원연결부(C)가 구비된다. 따라서, 상기 랙(R)의 상단에 도 3과 같이 랙킹고리(L)가 걸려지게 되면 상기 전원연결부(C)를 통해 공급되는 전원은 상기 랙킹고리(L) 및 마그네슘 합금소재(P)로 전달될 수 있게 된다.
그리고, 상기 랙(R)의 좌/우 및 하부는 스테인레스강이나 티타늄 등으로 성형되며, 상기 전원연결부(C)에 공급되는 전원이 상기 랙(R)의 좌/우 및 하부로 전달되지 않도록 상부의 양단부는 전원연결부(C)로부터 절연된다.
따라서, 상기 전원연결부(C)에 공급되는 전원은 랙(R)의 상부에만 전달되어 상기 랙킹고리(L)를 통해 마그네슘 합금소재(P)에 집중될 수 있게 된다.
상기한 과정을 통해 제품장착단계(S100)가 완료되면, 상기 알카리탈지단계(S200)가 실시된다. 상기 알카리탈지단계(S200)는 상업용 알카리 탈지제를 사용하여 일정시간만큼 탈지하되 침적탈지공법으로 실시하며, 소재의 부식을 야기하게 되는 전해탈지공법이나 산성용탈지제의 사용은 제한한다.
보다 상세하게는 상기 알카리탈지단계(S200)에서 사용되는 알카리 탈지제는 10중량%의 수산화나트륨이 포함된 수산화나트륨 수용액이 사용되며, 수산화나트륨 수용액에는 수산화나트륨 수용액 1리터당 계면활성제 3㎖가 포함된다.
그리고, 상기 알카리탈지단계(S200)에서 알카리 탈지제는 60~70℃가 바람직하며, 상기 마그네슘 합금소재(P)는 알카리 탈지제에 5분간 침지되어 실시된다.
이후 상기 알카리 탈지제를 제거하기 위한 1차수세과정을 거치게 되며, 일차수세과정이 완료되면 상기 랙(R)에 장착된 마그네슘 합금소재(P)는 상온에서 1~10중량%의 질산이 포함된 질산 수용액 상에 침지시켜 10~60초간 산세단계(S300)를 거치게 된다.
상기 산세단계(S300)가 완료되면 질산 수용액을 제거하기 위해 2차수세과정을 거치게 되며, 이후 상기 마그네슘 합금소재(P)는 10~15중량%의 수산화나트륨 또는 수산화칼륨이 포함된 알카리 수용액에 침지시켜 3분 이상 표면조정단계(S400)를 실시하게 된다.
이때 상기 알카리 수용액의 온도는 40~80℃가 바람직하며, 상기 알카리 수용액에는 알카리 수용액 1리터당 3㎖의 계면활성제가 포함된다. 그리고, 상기 표면조정단계(S400)에서는 산세단계(S300)를 거치면서 마그네슘 합금소재(P)에 발생된 검은색의 그을음(smut)이 제거된다.
상기 표면조정단계(S400) 이후에는 알카리 수용액을 제거하기 위한 3차수세과정을 실시하게 된다.
그런 다음 상기 마그네슘 합금소재(P)에는 표면활성화단계(S500)가 실시된다. 상기 표면활성화단계(S500)는 인산염((PO4)3-)과 불화물염(F-)을 포함하고 망간염(Mn2+)과 바나듐염(V4+) 중 하나 이상을 포함하는 표면 활성화 수용액 상에서 20~60℃ 사이의 온도로 1분 동안 실시하게 되며, 상기 마그네슘 합금소재(P)의 전체면에 화성처리피막을 형성하는 과정이다.
상기 화성처리피막은 마그네슘 합금소재(P)의 표면이 1㎝당 2Ω이하의 낮은 저항값을 유지하도록 한다. 즉, 상기 화성처리피막은 마그네슘 합금소재(P)의 산화를 방지하여 산화시 저항값이 높아지는 것을 미연에 차단하는 역할을 한다.
그리고,상기 표면 활성화 수용액에는 6가크롬, 납, 카드뮴, 수은과 같은 환경 유해성 물질이 포함되지 않는다.
그리고, 상기 표면활성화단계(S500)를 거쳐 마그네슘 합금소재(P) 표면에 형성된 화성처리피막은 일정한 저항(2Ω)이하를 유지함으로써 아래에서 설명할 양극산화단계(S600)가 보다 잘 진행될 수 있도록 돕게 되므로 비전도체는 적용되지 않는다.
보다 상세하게는 상기 양극산화단계(S600)에서 부분적으로 양극산화피막이 형성된 경우, 이러한 양극산화피막은 비통전물질인 MgO로 구성되어 저항체로서 작용하게 되고, 마그네슘 합금소재(P) 표면에 불균일하게 형성된다.
그리고, 이러한 불균일한 양극산화피막은 균일한 통전성을 가지지 모사ㅎ게 되어 표면저항의 차이를 발생하게 되므로, 양극산화피막의 두께가 고르지 않고 불균일하게 형성되어진다.
따라서, 상기 표면활성화단계(S500)는 양극산화단계(S600)에서 발생될 수 있는 양극산화피막의 불균일을 미연에 차단될 수 있도록 균일한 표면저항을 부여하기 위한 것이다.
상기 표면활성화단계(S500)가 완료되면, 상기 마그네슘 합금소재(P)의 표면에 묻은 표면 활성화 수용액을 제거하기 위한 4차수세과정을 거친 후 양극산화단계(S600)가 실시된다.
상기 양극산화단계(S600)는 20℃이하의 양극산화처리액에 침지하여 70V 내외의 직류 전원을 사용하여 3분간 진행되는 것으로, 양극산화처리액에는 양극산화처리액 1리터당 120g/L 의 수산화나트륨과, 35g/L의 알루민산나트륨이 포함되며, 상기 양극산화처리액이 담겨진 도금조(미도시)는 양극과 연결되고, 상기 마그네슘 합 금소재(P)가 장착된 랙(R)은 음극과 연결되어 상기 도금조에 침지된다.
그리고, 상기 도금조에는 보조음극(미도시)이 구비된다. 상기 보조음극은 양극산화단계(S600)에서 전원연결부(C)를 통해 인가되는 전원이 마그네슘 합금소재(P) 전체에 고르게 전달될 수 있도록 하는 것으로, 티타늄으로 형성된다.
즉, 상기 보조음극은 용액상의 양극과 음극이 피막저항으로 인한 전류의 차단을 방지하는 역할을 함으로써 일정한 전류가 양극과 음극에 지속적으로 흐르게 하여 양극산화피막이 고르게 형성되도록 한다.
따라서, 상기 보조음극을 통해 전달되는 전류는 상기 마그네슘 합금소재(P)의 전체면에 양극산화피막이 고르게 입혀지도록 돕게 되며, 상기 양극산화피막에는 미세기공이 고르게 형성되어지게 된다.
상기 양극산화단계(S600) 이후에는 5차수세과정을 거친 후 중화단계(S700)가 실시된다. 상기 중화단계(S700)는 상온에서 1~10중량%의 옥살산, 아세트산 등의 유기산이 포함된 중화용액에 5~60초간 실시하게 되며, 상기 중화단계(S700)가 완료되면 마그네슘 합금소재(P)는 중화된다.
보다 상세하게는, 상기 양극산화피막에 형성된 미세기공에 들어 있는 알칼리 용액은 중화용액에 의해 중화된다.
그리고, 상기 중화단계(S700) 이후 6차수세과정을 실시하여 중화용액을 제거하게 된다.
상기 제6차수세과정 이후에는 마그네슘 합금소재(P)의 외면을 염료로 착색하는 염료착색단계(S800)가 실시된다. 본 발명의 실시예에서는 상기 염료착색단 계(S800)에서 흑색 염료가 적용되었으며 염료의 온도는 60℃가 바람직하며 1분간 실시된다. 그리고, 이때, 상기 염료는 미세기공 내부로 침투하여 착색된다.
상기 염료착색단계(S800)의 염료 색상은 요구 사항에 따라 노랑색이나 파랑색 등 다양하게 적용 가능하다.
상기 염료착색단계(S800)가 완료되면 7차수세과정을 거친 후 상기 미세기공의 개구부를 차폐하는 봉공처리단계(S900)가 실시된다. 상기 봉공처리단계(S900)는 100℃ 증류수에서 3분간 실시된다.
상기와 같은 과정을 거쳐 염료가 착색된 마그네슘 합금소재(P)는 마지막 단계인 건조단계(S1000)를 거치면서 마그네슘 합금제품으로 형성된다. 상기 건조단계는 건조룸에서 60분간 실시되며, 이때 건조룸 내부의 온도는 마그네슘 합금소재(P)의 변형이 발생하지 않도록 250℃이하가 바람직하다.
기와 같은 본 발명에서는, 표면활성화단계에서 마그네슘 소지의 표면에 낮은 저항값을 유지할 수 있는 화성처리피막을 형성한 후 양극산화처리를 실시하게 된다.
따라서, 양극산화 처리시 균일한 피막이 형성되어 품질이 향상되는 이점이 있다.
또한 본 발명에서는 화성처리피막을 티타늄과 같은 금속재로 형성하여 지속적인 전류가 흐르도록 함으로써 소재면의 전기 저항으로 인해 발생될 수 있는 전류 단락이 방지되도록 구성하였다.
뿐만 아니라, 다수의 마그네슘 합금소재를 랙킹고리를 이용하여 랙에 장착하여 실시함으로써 대량 생산이 가능한 이점이 있다.

Claims (7)

  1. 마그네슘 합금소재(P)를 S형상의 랙킹고리(L)를 이용하여 랙(R)에 장착하는 제품장착단계(S100)와,
    상기 마그네슘 합금소재(P)에 존재하는 유기물을 제거하기 위한 알카리탈지단계(S200)와, 산화물 및 이물질을 제거하는 산세단계(S300)와,
    상기 산세단계(S300)에서 형성된 스머트를 제거하는 표면조정단계(S400)와,
    상기 마그네슘 합금소재(P)의 표면이 1㎝당 2Ω이하의 저항값을 유지하도록 화성처리피막을 형성하여 표면을 활성화하는 표면활성화단계(S500)와,
    상기 마그네슘 합금소재(P)를 양극산화처리액에 침지하여 양극산화피막을 형성하는 양극산화단계(S600)와,
    양극산화피막에 형성된 미세 기공에 존재하는 알카리성의 양극산화처리액을 중화시키는 중화단계(S700)와,
    미세기공에 염료를 투입하여 색상을 부여하는 염료착색단계(S800)와,
    미세기공의 입구를 차폐하는 봉공처리단계(S900)와,
    제품을 건조하는 건조단계(S1000)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 마그네슘 합금제품의 표면처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 산세단계(S300)는,
    1~10중량%의 질산이 포함된 질산 수용액 상에 마그네슘 합금소재(P)를 상온에서 10~60초간 침지하는 과정임을 특징으로 하는 마그네슘 합금제품의 표면처리방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 표면활성화단계(S500)는,
    인산염((PO4)3-)과 불화물염(F-)을 포함하고 망간염(Mn2+)과 바나듐염(V4+) 중 하나 이상을 포함하는 표면 활성화 수용액 상에서 20~60℃ 사이의 온도로 1분 동안 실시됨을 특징으로 하는 마그네슘 합금제품의 표면처리방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 양극산화단계(S600)는,
    20℃이하의 양극산화처리액에 마그네슘 합금소재(P)를 침지하여 70V 내외의 직류 전원을 사용하여 3분간 진행됨을 특징으로 하는 마그네슘 합금제품의 표면처리방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 양극산화처리액에는,
    양극산화처리액 1리터당 120g/L 의 수산화나트륨과, 35g/L의 알루민산나트륨및 35g/L의 불화칼륨이 포함됨을 특징으로 하는 마그네슘 합금제품의 표면처리방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 중화단계(S700)는,
    상온에서 1~10중량% 농도의 유기산이 포함된 약산성의 중화용액에 5~60초간 실시됨을 특징으로 하는 마그네슘 합금제품의 표면처리방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제품장착단계(S100)는,
    상기 마그네슘 합금소재(P)와 랙킹고리(L)를 교번하여 배치하는 과정임을 특징으로 하는 마그네슘 합금제품의 표면처리방법.
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