KR100935632B1

KR100935632B1 - 휴대전화 케이스의 표면처리 방법

Info

Publication number: KR100935632B1
Application number: KR1020070068457A
Authority: KR
Inventors: 최병두; 김천규; 이동헌; 김현태; 유성태; 김용신
Original assignee: (주) 유원컴텍; 주식회사 아이메탈아이
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2010-01-07
Also published as: KR20090005434A

Abstract

본 발명은 휴대전화 케이스의 표면처리 방법에 관한 것으로서, 그 주요 구성은 마그네슘 합금으로 휴대전화 케이스의 소재를 준비하고, 상기 소재를 원하는 형상으로 가공하는 단계; 상기 단계에서 원하는 형상으로 가공된 휴대전화 케이스의 소재 표면을 표면 조정하는 표면조정 단계; 상기 단계에서 표면이 조정된 휴대전화 케이스의 소재 표면에 코팅층을 형성하는 코팅단계; 및 상기 단계에서 휴대전화 케이스의 소재 표면에 형성된 코팅층의 위에 도장층을 형성하는 도장단계;로 이루어지고, 상기 표면조정 단계는, 휴대전화 케이스의 소재 표면에 형성된 비전도성 피막을 제거하여 소재의 표면에 기지상과 제2상이 노출되도록 하는 단계; 및 상기 단계에서 기지상과 제2상이 노출된 소재의 표면에서 상기 제2상은 그대로 유지한 상태에서 기지상을 일정 부분 제거되도록 하는 단계;로 이루어지고, 상기 코팅단계는 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 코팅층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하며, 위와 같은 방법에 의하여 내식성과 도장 밀착성이 우수하면서도 전기 전도성을 필요로 하는 휴대전화 케이스의 표면처리 방법을 얻을 수가 있다.

도장밀착성, 내식성, 전기 전도성, 화성처리, 휴대전화 케이스

Description

휴대전화 케이스의 표면처리 방법{Method for Treating the Surface on the Mobile Phone Case}

본 발명은 휴대전화 케이스의 표면처리 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 내식성과 도장 밀착성이 우수하면서도 전기 전도성을 필요로 하는 휴대전화 케이스의 표면처리 방법에 관한 것이다.

마그네슘 및 마그네슘 합금은 실용금속 중에서 가장 가볍기 때문에 비강도가 높고, 방열성도 양호하며, 수지에 비해 재활용성도 뛰어나, 최근 전기기기 또는 자동차부품 용도로 널리 사용되게 되었다. 그러나, 마그네슘 및 마그네슘 합금은 부식되기 쉽기 때문에 내식성을 갖는 표면처리 또는 도장이 필요하다.

마그네슘 또는 마그네슘 합금에 내식성을 부여하기 위한 방법으로 대표적으로는 Dow17법 또는 HAE법이라고 불리는 양극 산화처리가 일반적으로 실시되고 있고, 이에 의해서 실용상 충분한 내식성을 갖는 양극 산화 피막을 형성할 수 있다. 또한, 일본공개특허 평11-502567호에는 암모니아와 인산염 화합물을 함유하는 전해액에 침지하여 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 양극 산화처리하는 방법이 기재되어 있다.

또한, 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 화성처리함으로써 어느 정도의 내식성을 부여할 수 있고, 전도성을 갖는 피막을 형성할 수 있다. 일본 공개특허공보 제2000-96255호에는 일정량의 칼슘, 망간 및 인을 함유하고, 전기 저항률이 0.1Ω·㎝이하인 화성처리 피막이 기재되어 있다. 또, 일본 공개특허공보 제2000-328261호에는 pH 1 내지 5의 산성 수용액으로 마그네슘 합금 표면을 에칭한 다음, 유기 인화합물을 함유하는 pH 7 내지 14의 알칼리성 수용액에 접촉시키고, 계속해서 화성 처리액에 접촉시키는 마그네슘 합금 표면처리 방법이 기재되어 있고, 표면 저항치가 작은 제품을 얻을 수 있다고 기재되어 있다.

휴대전화는 내부로부터 발생하는 전자파를 효율적으로 차폐하도록 하기 위하여 휴대전화 케이스는 양호한 전기전도성을 갖는 것이 요구된다. 마그네슘 및 마그네슘 합금은 양호한 전기 전도성을 갖기 때문에, 이를 사용한 휴대전화 케이스는 양호한 전자파 실드(shield)성을 가질 수 있다.

그런데, 상술한 바와 같이 마그네슘 및 마그네슘 합금에는 내식성을 갖는 표면처리 또는 도장이 필요하기 때문에 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 내식성을 부여하기 위한 양극 산화처리를 실시한 것에서는 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 절연성의 산화 피막이 피복되어버려 전자파 실드성이 손실되는 동시에, 접지하는 것도 불가능하게 된다. 이 때문에, 예를 들면 접지를 위한 부분은 마스킹한 다음, 양극 산화처리를 하거나, 전체면을 양극 산화처리한 다음, 일부의 양극 산화막을 깍아 제거하는 방법 등이 채용되었다. 그러나, 이러한 방법은 조작이 번잡하여 생산 비용을 높이는 것이었다.

위와 같은 점을 감안하여 공개 특허공보 10-2004-0099363호에서는 전기 전도성과 내식성을 겸비한 양극 산화 피막을 표면에 갖는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 이루어지는 제품을 제공하고 있다. 상기 제품은 마그네슘 합금의 표면에 100 Ω 이하의 전도성 피막이 생성되도록 인산 그룹을 0.1 내지 1mol/L 함유하고, pH가 8 내지 14인 전해액에 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 침지한 상태에서, 그 표면을 양극 산화 처리하는 것을 특징으로 한다.

그러나 휴대전화 케이스로 사용하기 위한 전처리 표면의 전기 전도성은 케이스의 모든 표면에서 적어도 1 Ω/sq. 이하로 유지되어야 실용화될 수 있으므로, 상기 제품을 실제로 적용하기에는 전처리후 제품 표면에서의 전기 전도성이 부족한 단점을 가지고 있다.

한편, 화성처리에 의해서 형성되는 피막에는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 제2000-96255호 또는 일본 공개특허공보 제2000-328261호에 기재된 피막은 앞에서 기재된 바와 같이 전기 전도성을 갖는 것으로 나타나고 있다. 그러나, 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 통전하는 것으로 견고한 산화 피막을 형성하는 양극 산화처리에 비교하면, 단순히 처리액에 침지할 뿐인 화성처리로 형성되는 피막은 이의 내식성이 충분하지 않다. 따라서, 표면에서의 내식성이 충분하지 않게 되면, 장시간 대기 중에 방치할 경우 진행성 부식으로 휴대전화 케이스로서 필수 불가결한 성능인 표면에서의 전기 전도성이 크게 나빠지면서 기기의 오작동을 일으키게 될 수가 있고, 또 부식 생성물로 인하여 도장층과 화성처리된 피막 사이의 도장 밀착성이 악화되어 도장층의 박리를 일으키는 문제점이 있다.

한편, 현재 양극 산화처리로서 널리 실시되고 있는 Dow17법에서는 양극 산화 피막이 크롬을 함유하고, HAE법에서는 망간을 함유한다. 또한, 화성처리한 제품의 대부분은 이의 피막이 중금속 원소를 함유한다. 이와 같이 중금속 원소를 함유한 것은, 재활용되어 사용할 때에 마그네슘 또는 마그네슘 합금 중에 중금속 원소가 혼입되게 되어 바람직하지 않다. 특히, 마그네슘 및 마그네슘 합금은 플라스틱에 비교하여 재활용성이 우수한 것이 특징이기 때문에, 재활용 회수가 거듭됨에 따라 축적되어 가는 중금속 원소의 양은 무시할 수 없는 것이다. 또한 처리액이 중금속 원소를 함유하였다는 것은, 이의 폐액 처리 또는 주변 환경의 보전 관점에서도 바람직하지 못하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 마그네슘 합금으로 제조되어 내식성과 도장 밀착성이 우수하면서도 전기 전도성을 필요로 하는 휴대전화 케이스의 표면처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 종래의 도장 전처리 기술로 제작된 휴대전화 케이스의 사용 도중에 빈번히 발생하여 문제가 되고 있는 진행성 부식과 그로 인한 도장층의 박리를 방지하고, 케이스 표면의 전기 전도성의 열화 및 그로 인한 기기의 고장 문제를 해결할 수 있는, 휴대전화 케이스의 표면처리 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 화성처리법이나 양극산화법에 비하여 처리 공정이 단축되고, 환경에 유해한 중금속이 공정 중에 포함되지 않으며, 환경 폐수 처리 문제 및 작업환경의 열악함을 해소하고, 또한 소재의 재활용이 용이한 휴대전화 케이스의 표면처리 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대전화 케이스의 표면처리 방법은 마그네슘 합금으로 휴대전화 케이스의 소재를 준비하고, 상기 소재를 원하는 형상으로 가공하는 단계; 상기 단계에서 원하는 형상으로 가공된 휴대전화 케이스의 소재 표면을 표면 조정하는 표면조정 단계; 상기 단계에서 표면이 조정된 휴대전화 케이스의 소재 표면에 코팅층을 형성하는 코팅단계; 및 상기 단계에서 휴대전화 케이스의 소재 표면에 형성된 코팅층의 위에 도장층을 형성하는 도장단계;로 이루어지고, 상기 표면조정 단계는, 휴대전화 케이스의 소재 표면에 형성된 비전도성 피막을 제거하여 소재의 표면에 기지상과 제2상이 노출되도록 하는 단계; 및 상기 단계에서 기지상과 제2상이 노출된 소재의 표면에서 상기 제2상은 그대로 유지한 상태에서 기지상을 일정 부분 제거되도록 하는 단계;로 이루어지고, 상기 코팅단계는 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 코팅층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 한다.

상기 표면조정 단계에서 비전도성 피막은 습식 샌드 블라스트법을 이용하여 제거되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소재의 표면에서 제2상은 그대로 유지한 상태에서 기지상을 일정 부분 제거되도록 하는 단계에서 사용하는 처리 용액의 성분은, 0.5 wt.% 내지 30 wt.% 질산 용액인 것이 바람직하다.

또한, 상기 코팅단계에서, 플라즈마 전해 산화법에 사용하는 전해액의 성분은, KOH는 1g/L~100g/L, Na₂SiO₃는 1g/L ~ 100g/L인 것이 바람직하다.

상기 코팅단계에서 형성된 코팅층의 두께는 0.1 μm ~ 2 μm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 코팅단계를 완료한 휴대전화 케이스의 표면 저항이 1 Ω/sq. 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 휴대전화 케이스의 표면처리 방법을 이용하면, 종래의 도장 전처리 기술로 제작된 휴대전화 케이스의 사용 도중에 빈번히 발생하여 문제가 되고 있는 진행성 부식과 그로 인한 도장층의 박리를 방지하고, 케이스 표면의 전기 전도성의 열화 및 그로 인한 기기의 고장 문제를 해결할 수 있고, 또 종래의 화성처리법이나 양극산화법에 비하여 처리 공정이 단축되고, 환경에 유해한 중금속이 공정 중에 포함되지 않으며, 환경 폐수 처리 문제 및 작업환경의 열악함을 해소할 수가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휴대전화 케이스의 표면처리 방법을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 휴대전화 케이스의 표면처리 방법은, 마그네슘 합금으로 휴대전화 케이스의 소재를 준비하고 상기 소재를 원하는 형상으로 가공하는 단계와, 상기 단계에서 원하는 형상으로 가공된 휴대전화 케이스의 소재 표면을 표면 조정하는 표면조정 단계와, 상기 단계에서 표면이 조정된 휴대전화 케이스의 소재 표면에 코팅층을 형성하는 코팅단계와, 상기 단계에서 휴대전화 케이스의 소재 표면에 형성된 코팅층의 위에 도장층을 형성하는 도장단계로 이루어진다.

상기 휴대전화 케이스의 소재는 마그네슘 또는 마그네슘을 주성분으로 하며, 통상적으로, 성형성, 기계적 강도, 연성 등을 부여하기 위해서 마그네슘 합금이 적절하게 사용된다. 마그네슘 합금으로서는 Mg-Al계 합금, Mg-Al-Zn계 합금, Mg-Al-Mn계 합금, Mg-Zn-Zr계 합금, Mg-희토류 원소계 합금, Mg-Zn-희토류 원소계 합금 등을 들 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 Mg-Al-Zn계 합금인 AZ91D 합금을 사용하였다.

상기 소재를 원하는 형상으로 가공하는 단계에서, 소재 가공법으로 가장 널리 사용하는 것은 다이캐스팅(diecasting)법이 있으며, 최근에는 씩소몰드(Thixo-mold)법, 프레스 성형법, 단조법 등에 의해서도 성형 가공된다. 성형 가공된 휴대전화 케이스의 소재 표면을 살펴보면 도 1에서 보는 바와 같이 비전도성 피막이 존재하는데 이를 보통 주조껍질(casting)이라고 칭한다. 이러한 주조 껍질은 순수한 마그네슘 혹은 그 합금 성분으로 이루어진 전기 전도성을 갖는 피막이 아닌 산화물 및 수산화물을 주성분으로 하는 비전도성의 피막으로 이루어진다. 이러한 비전도성 피막이 생성되는 이유는 일반적으로 마그네슘 합금을 0.8mm 이하의 두께를 갖는 휴대전화 케이스의 형상으로 주조 성형한 후, 고온으로 가열된 금형 내부로부터 성형된 제품을 꺼내기 위해 제품을 대기 중에 노출시키게 되는데, 이때 표면이 급속히 냉각되게 된다. 이 경우, 표면이 내부보다 훨씬 빨리 냉각되는 과정 중에서 대기 중의 산소 또는 수분이 아직 충분히 냉각되지 않은 제품 표면에서의 금속 성분과 결합하면서, 전기를 통하지 않는 비정질(amorphous)의 산화마그네슘(MgO)이나 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 주성분으로 하는 피막층이 형성되어, 휴대전화 케이스의 표면 특성으로서 필수적인 특성 중의 하나인 전기 전도성을 가질 수 없게 된다. 따라서, 이러한 비전도성 피막을 반드시 제거해야만 휴대전화 케이스로서 이용할 수 있다.

상기 표면조정 단계는 두 가지 단계로 구성된다. 그 첫번째 단계는 상기 비전도성 피막을 제거하여 소재의 표면에 제2상과 기지상이 노출되도록 하는 단계이다. 여기서 기지상은 소재의 대부분을 차지하며, 주된 성분인 마그네슘을 주성분으로 하는 금속 조직(microstructure)이다. 기지상은 전기 전도성이 우수하지만 쉽게 부식을 일으키는 특성을 가지고 있다. 한편 제2상은 기지상을 제외한 여타 조직을 통칭하며 기지상에 둘러 쌓이거나 파묻혀서 섬처럼 존재하며 소재 표면 및 내부 전체에 걸쳐 골고루 분포되어 있다. 또한 제2상은 전기를 잘 통하고 동시에 부식이 잘 되지 않는 우수한 내식성을 가지고 있는 것이 특징이다.

이 단계에서 적용할 수 있는 방법으로는 기계적인 방법과 화학적인 방법이 있다. 기계적인 방법의 대표적인 방법으로는 샌드 블라스트법이 있으며, 화학적인 방법의 대표적인 방법으로는 산으로 소재 표면을 세정하는 산세처리법이 있다. 본 발명에서는 화학적인 방법을 이용하지 않고 기계적인 방법을 이용한다. 화학적인 방법을 이용하여 비전도성 피막을 제거할 경우에는 스머트(smut)라고 불리우는 비전도성의 화합물이 소재와 반응하여 소재 표면에 다량 발생하기 때문에, 반드시 필요한 전도성 피막을 얻을 수 없는 단점이 있다.

샌드 블라스트법은 일반적으로 습식법과 건식법이 있는데, 상기 건식법은 마그네슘 합금의 금속성 미세 분진이 대기 중에 노출시 발생할 수도 있는 폭발 위험이 있고, 또 샌딩된 표면의 내식성이 나빠지기 때문에 본 발명에서는 건식법에 의한 샌드 블라스트법을 사용하며, 이하에서 샌드 블라스트법은 습식법에 의한 방법을 지칭한다.

샌드 블라스트법에 의하여 비전도성 피막을 제거하면, 종래의 기술인 화성처리법에서 반드시 거쳐야 하는 탈지 공정을 생략할 수 있어서 공정 비용을 줄일 수 있는 잇점이 있다. 뿐만 아니라, 샌드 블라스트법에 의하여 소재 표면에 존재했던 비전도성 피막을 제거하는 과정 중에 소재 표면 근처에 다량으로 묻어 있는 이형제를 효과적으로 제거할 수 있어서 제품의 도장 수율을 크게 향상할 수 있는 잇점도 있다. 여기서 이형제라 함은 원하는 형상으로 주조 성형된 소재를 주조 금형으로부터 손쉽게 제거하기 위해 반드시 이용하는 물질로서 상기 주조 껍질의 표면과 소재 표면에 남아 있는 고분자 화합물이다. 이러한 이형제는 화학적인 방법으로는 완전하게 제거가 되지 않아서 제품 불량의 원인으로 작용한다. 즉, 종래의 기술로 휴대전화 케이스를 표면 처리할 때, 후공정인 도장 처리시 고온 건조 공정을 거치게 되는데, 이때 도장층 하부에서 이형제가 기화되어 제품 표면에 기포를 형성하거나, 이물로서 남아 케이스 표면의 불량을 초래한다. 상기와 같은 샌드 블라스트법을 이 용하여 비전도성 피막을 제거하면 효과적으로 이형제를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 전도성 조직인 기지상과 제2상을 노출시킬 수 있게 된다. 샌드 블라스트법에 의해 준비된 소재 표면은 수세를 통하여 샌드 블라스트 공정에서 남아 있을 수 있는 이물을 완전히 제거한 후 압축 공기를 이용하여 건조한다.

상기 표면조정 단계의 두번째 단계에서는 상기 첫번째 단계에서 얻어진 제2상과 기지상이 노출된 소재의 표면에서 상기 제2상은 그대로 유지한 상태에서 기지상을 일정 부분 제거되도록 하는 방법을 적용한다.

상기 단계에서 노출된 기지상과 제2상은 전술한 바와 같이 두가지 상 모두 전기 전도성이 우수하다, 그러나 기지상은 내식성이 약하여 대기중에서 쉽게 산화되거나 산 용액 중에서 부식이 쉽게 일어나지만, 제2상은 내산화성과 내식성이 탁월하여 대기중에서 산화되거나 산용액 중에서 부식이 되지 않는 특성이 있다.

이와 같이 기지상과 제2상의 내식성과 내산화성이 상이한 점을 이용하여 상기 단계에서 얻어진 소재 표면을 산용액을 이용하여 일정시간 부식처리를 하면 기지상은 부식되어 녹아 없어지고 상대적으로 부식이 되지 않는 제2상은 그대로 남아서 소재 표면에 도드라지게 남게 된다. 이때, 너무 심하게 부식처리를 행하게 되면 기지상이 과도하게 녹아내려 기지상에 파묻혀 있던 제2상이 소재 표면으로부터 빠져 나와 분리되어 버리는 현상이 발생한다. 제2상이 소재표면으로부터 빠져 나오게 되면 소재 표면의 내식성과 전기 전도성을 크게 해치게 된다.

이상과 같은 방법으로 상기 제2상은 그대로 유지한 상태에서 기지상을 일정 부분 제거된 소재 표면을 준비할 수 있으며, 이때 기지상을 일정 부분 제거하기 위 한 산용액은 0.5wt.% 내지 30wt.% 질산 용액을 이용하는 것이 바람직하다. 0.5 wt.% 미만의 질산용액을 사용하면 기지상을 제거하는 데 과도한 공정시간이 소요되므로 생산성이 떨어지며, 30wt.% 를 초과하는 질산용액을 이용하는 경우에는 단시간 내에 과도한 부식으로 인하여 제2상이 기지상으로부터 분리되어 빠져 나오므로 결과적으로 전기 전도성을 해치게 된다. 이와 같은 방법으로 준비된 소재 표면은 수세를 거쳐 소재 표면에 일부 잔존할 수 있는 산용액을 제거하고 압축공기를 이용하여 건조한다.

상기 코팅단계는 통상의 플라즈마 전해 산화법(plasma electrolytic oxidation)을 이용한다. 상기 플라즈마 전해 산화법은 소정의 전해액이 담겨진 전해조 내에 소재와 전극을 이격진 상태에서 대향되게 전해액에 침지한 후, 소재와 전극에 각각 서로 다른 극성이 가해지도록 통전시키되, 이때 가해지는 전류는 직류 혹은 교류 혹은 직류와 교류의 혼합 형태로 가해지며, 소재 표면에 산화물이 형성되도록 가해지는 전압을 조정하는 산화물 코팅 방법이다. 산화물이 형성될 때 소재 표면에 플라즈마가 발생하게 되므로 플라즈마 전해 산화법이라고 일컫는다.

상기 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 상기 표면조정 단계까지 완료한 휴대전화 케이스의 소재 표면에 두께 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛의 얇은 코팅층을 형성시킨다.

여기서 상기 플라즈마 전해 산화법에서 적용하는 전압과 전류밀도 및 인가 주파수는 적용하는 소재의 종류에 따라 상이하지만 일반적으로 인가 전압은 5~ 500 V 정도의 범위에 있으며, 전류 밀도는 1 A/dm² 내지 30 A/dm² 정도의 범위에 있고, 인가주파수는 인가전류가 교류일 경우 30Hz~1 GHz, 직류일 경우에는 보통 60Hz를 이용하여도 좋으나, 최대 1 GHz의 높은 주파수를 이용할 수도 있다.

상기 플라즈마 전해 산화법에 의하여 생성된 피막은 두께가 얇아도 그 성분이 비전도성의 산화물로 이루어져 있기 때문에 휴대전화 케이스에 적용하기 위한 케이스로서 사용하기 위해 반드시 필요한 전기 전도성을 얻을 수 없다. 그러나 상기 전해액의 성분을 적절히 조절하고 상기 표면조정 단계에서 적절한 표면조정을 실시하면, 상기 코팅층의 표면에 전기 전도성을 가진 피막을 형성 할 수 있다.

상기 전해액의 성분은 기본적으로 소량의 강알칼리성 수용액 및 산화물층의 한 성분으로서 역할을 할 수 있는 모든 종류의 수용성 염 중의 하나 또는 그 이상의 조합으로 이루어진다. 본 발명에 따른 상기 전해액은 수산화칼륨(KOH)과 규산나트륨(Na₂SiO₃) 및 소량의 전도성 피막형성제를 함유하는 것이 바람직하다. 수산화칼륨 대신 수산화나트륨(NaOH)과 같은 강알칼리성 용질을 이용할 수도 있으며, 그 함량은 1 내지 100 g/L 정도인 것이 좋다. 그 함량이 1g/L 미만인 경우 상기 전해액의 전기 전도도가 너무 낮아 플라즈마 전해 산화 반응이 일어나지 않아 소재 표면에 산화막을 형성할 수 없으며, 그 함량이 100g/L를 초과할 경우에는 전해액의 알칼리성이 너무 강하게 되어 산화막보다는 오히려 수산화막이 형성되어 원하는 코팅층을 형성할 수 없다. 또한 전해액의 성분 중에서 수산화칼륨 대신 수산화나트륨(NaOH)과 같은 다른 알칼리성 용질을 이용할 수도 있다. 상기 전해액에 첨가되는 규산나트륨(Na₂SiO₃)의 함량은 1 내지 100g/L 정도인 것이 좋다. 그 함량이 1g/L 이 하이면, 플라즈마 전해 산화반응이 발생하지 않으며, 100g/L를 초과하면 단시간 내에 과도한 두께의 산화막이 생성되어 산화막의 두께 조절이 용이하지 않다. 여기서, 규산나트륨 대신 알루민산나트륨(Na₂AlO₃)과 같은 약 알칼리성 용질을 이용할 수도 있다.

본 발명에서 사용하는 플라즈마 전해 산화법의 전원 조건은 통상의 플라즈마 전해 산화법과 유사하다. 그러나, 상기 단계에서 기지상과 제2상의 소재 표면에 노출시키는 표면 조정 단계를 거치지 않을 경우에는, 비전도성의 절연 산화피막을 형성하게 되어, 휴대전화 케이스로 이용될 경우에 필수적인 특성인 전기 전도성 피막을 얻을 수 없다. 본 발명에 따른 표면 조정 단계를 거친 후 상기 플라즈마 전해 산화법을 적용하면 상기 표면 조정 단계에서 형성시킨 전기 전도성 기지상과 제2상 간의 플라즈마 전해 산화 반응에 대한 반응 포텐셜(reaction potential) 차이로 인하여 플라즈마 전해 산화 반응에 의하여 소재의 표면에 전기 전도도를 갖는 피막을 형성할 수 있게 된다. 여기서, 소재 표면의 전기 전도도는 표면 저항(surface resistance)으로 측정되며 표면 저항이 1.0 Ω/sq. 이하이어야만 휴대전화 케이스로서 사용할 수 있다. 이와 같은 방법으로 휴대전화 케이스의 표면에 전도성이 우수한 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛의 얇은 코팅층을 형성할 수 있다. 만약 코팅층의 두께가 0.1 ㎛ 미만이면 충분한 내식성을 확보할 수 없으며, 2 ㎛ 이상이면 내식성은 보다 향상되지만 전기 전도성과 도장 밀착성을 해친다.

이상과 같은 방법으로 상기 코팅층을 소재 표면에 형성시킨 후 수세 및 건조 를 마치면 후속 도장 처리를 하기 위한 전처리 공정을 완료하게 된다. 상기와 같은 방법으로 준비된 휴대전화 케이스용 소재의 도장 전처리를 위한 표면은 후속 공정에서 전착 도장 혹은 스프레이에 의한 분체 도장과 같은 통상의 도장 처리를 할 경우에, 종래의 화성처리법 혹은 양극산화법에 의해 준비된 표면보다 우수한 도장 밀착성과 우수한 내식성을 동시에 구비하게 된다.

상기 단계에서 휴대전화 케이스용 소재의 도장 전처리를 위한 표면은 휴대전화 케이스의 소재 표면에 형성된 코팅층의 위에 도장층을 형성하는 단계를 거쳐 휴대전화 케이스의 표면처리를 완료한다. 상기 도장층은 통상의 전착 도장법이나 스프레이법 의한 분체 도장법에 의하여 색상과 두께를 조절하여 형성시키며, 도장의 종류와 도장 방법에 따라 각각 다른 건조 온도에서 건조하여 원하는 도장층을 만들 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 휴대전화 케이스의 표면처리 방법은, 종래의 화성처리법이나 양극산화법에 비하여 처리 공정이 단축되고, 환경에 유해한 중금속이 공정 중에 포함되지 않으며, 환경 폐수 처리 문제 및 작업환경의 열악함을 해소하고, 또한 소재의 재활용이 용이할 뿐만 아니라 제품의 불량률을 낮추어 생산성을 향상시키고, 휴대전화 케이스의 표면처리시 가장 큰 문제로 대두되고 있는 도장밀착성과 내식성을 크게 개선하고, 동시에 휴대전화 케이스 소재 표면에서의 전기 전도성을 얻을 수 있는 공정이다.

도 1은 본 발명에 의한 휴대전화 케이스의 소재 표면을 표면 조정하는 단계에서, 소재 표면에 형성된 비전도성 피막을 기계적인 방법으로 제거할 때 노출된 소재의 표면으로, 제2상과 기지상이 혼재된 표면을 주사 전자 현미경으로 촬영한 사진으로서, 기계적 방법 중의 하나인 샌드블라스트법을 이용하여 기지상과 제2상을 노출시킨 표면을 보여준다.

도 2는 본 발명에 따른 휴대전화 케이스의 소재 표면을 표면 조정하는 단계에서, 제2상은 그대로 유지한 상태에서 기지상을 일정 부분 제거되도록 하는 단계를 마친 후 소재 표면을 주사 전자 현미경으로 촬영한 사진으로서 돌출되어 밝게 보이는 부분이 제2상을 나타내며, 나머지 부분은 기지상을 나타낸다. 이러한 제2상은 플라즈마 전해 산화법에 의한 코팅층을 형성시키는 단계에서 만들어지는 전기 전도성 피막 형성시, 피막 형성의 시작점으로 작용한다.

도 3은 본 발명에 따른 휴대전화 케이스의 소재 표면에 코팅층을 형성하는 단계에서 본 발명에 의한 전해액을 이용하여 플라즈마 전해 산화법에 의하여 전기 전도성 코팅층을 형성한 표면의 주사 전자 현미경 사진이다.

도 4는 본 발명에 따른 휴대전화 케이스의 표면처리 방법에 의해 표면처리된 휴대전화 케이스의 표면에 마무리 도장으로서 에폭시계 수지를 주성분으로 하는 전착 도장 처리를 한 케이스를 이용하여 도장밀착성 시험을 행한 후의 형상을 나타내는 사진으로서 전혀 손상이 없는 우수한 도장 밀착성을 보여주고 있다.

다음은 본 발명에 따른 실시예로서, 각 실시예에서 실험 대상으로 선정한 휴대전화 케이스는 다이캐스팅용 마그네슘 합금인 AZ91D로 이루어져 있으며, 주조가 끝난 후 원하는 형상으로 가공된 케이스를 이용하였다. 상기 케이스를 이용하여, 본 발명에 따른 습식법에 의한 샌드블라스트를 행한 후, 15% 질산용액을 이용하여 제2상을 도드라지게 노출 시켰다. 제2상이 노출된 케이스 표면을 순수에 의한 수세처리를 2회 실시한 후 압축 공기를 이용하여 건조시켰다. 건조가 완료된 케이스의 표면은 플라즈마 전해 산화법에 의하여 전도성 피막을 형성시켰다. 전도성 피막이 표면에 형성된 케이스의 표면을 순수(de-ionized water)를 이용하여 수세를 2회 실시한 후, 수세를 마친 케이스는 곧바로 전착도장을 실시하였다.

본 발명에 따른 실시예에서는 전착도장을 실시하기 전의 시료를 이용하여 전기 전도성 시험과 내식성 시험을 실시하였으며, 또 한편으로는 본 발명에 따른 표면처리를 행한 후, 추가적으로 전착도장을 행한 휴대전화 케이스를 시료로 하여, 도장 밀착성 시험을 실시하였다. 전기 전도성 시험은 케이스 표면의 표면 저항을 측정하는 시험으로서, 케이스 표면 상의 임의의 두 지점에서의 전기 저항값을 10회 이상 측정하며, 이때 두 지점에 위치하는 저항 측정용 구리막대 단자의 단면은 직경 3mm의 원형면을 가지며, 저항 측정시 케이스 표면과 3초 이상의 접촉시간을 유지한다. 10회 이상 측정된 저항값의 최고값이 1.0 Ohms/square (=Ω/sq.)를 넘지 않아야 휴대전화 케이스로서 안심하고 사용할 수 있다. 내식성 시험은 ASTM-B117에 규정된 중성 염수 분무 시험법에 의하여 72시간 동안 실시하였으며 시험이 끝난 후에 부식에 의한 손상이 전혀 없어야 휴대전화 케이스로 사용할 수 있다. 한편 도장 밀착성 시험은 ISO 2409 에 규정된 시험법을 이용하여 실시하였다.

<실시예 1>

전술한 상기 표면 조정단계에서 준비된 소재를 이용하여 플라즈마 전해 산화법에 의해 코팅층을 아래와 같은 조건에서 형성시킨다.

-전해액 조성 : KOH 5 g/L + Na₂SiO₃ 8 g/L + 순수

-전원 조건 : 전류밀도 2 A/dm², 최종 인가 전압 250 VAC

-코팅층 평균 두께 : 1 μm

-전착 도장층의 평균 두께 : 15 μm

<실시예 2>

-전해액 조성 : KOH 5 g/L + Na₂SiO₃ 3 g/L + 순수

-전원 조건 : 전류밀도 3 A/dm², 최종 인가 전압 200 VAC

-코팅층 평균 두께 : 0.8μm

-전착 도장층의 평균 두께 : 12 μm

<실시예 3>

-전해액 조성 : KOH 3 g/L + Na₂SiO₃ 5 g/L + 순수

-전원 조건 : 전류밀도 5 A/dm², 최종 인가 전압 250 VAC

-코팅층 평균 두께 : 1.3 μm

-전착 도장층의 평균 두께 : 10 μm

<실시예 4>

-전해액 조성 : KOH 3 g/L + Na₂SiO₃ 3 g/L + 순수

-전원 조건 : 전류밀도 5 A/dm², 최종 인가 전압 200 VAC

-코팅층 평균 두께 : 1.1 μm

-전착 도장층의 평균 두께 : 18 μm

<실시예 5>

-전해액 조성 : KOH 10 g/L + Na₂SiO₃ 15 g/L + 순수

-전원 조건 : 전류밀도 5 A/dm², 최종 인가 전압 250 VAC

-코팅층 평균 두께 : 0.5 μm

-전착 도장층의 평균 두께 : 20 μm

이들 시험 결과를 표 1 에 나타내었다. 가장 중요한 전기 전도성 시험 결과는 모두 1.0 Ohms/sq. 이하로서 휴대전화 케이스로서 이용할 수 있는 수준으로 판명되었으며, 내식성 시험 결과 표면에 모든 실시예에서 아무런 부식 징후가 나타나지 않아, 우수한 내식성을 나타내었다. 또한 도장 밀착성 시험 결과, 모든 실시예 들은 가장 우수한 등급인 0 등급(100개의 도막조각 중에서 단 1개의 도막도 벗겨지지 않은 경우)에 해당하는 결과를 얻었다.

표 1. 실시예에 따른 전기 전도성, 도장 밀착성 및 내식성 시험 결과

본 발명은 위에서 설명된 실시예 들을 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예 들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예 들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함하는 것으로 보아야 한다.

본 발명은 휴대전화 내식성과 도장 밀착성이 우수하면서도 전기 전도성을 필요로 하는 휴대전화 케이스의 표면처리 방법으로 산업상 유용하게 이용할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 휴대전화 케이스의 소재 표면을 표면 조정하는 단계에서, 소재 표면에 형성된 비전도성 피막을 기계적인 방법으로 제거할 때 노출된 소재의 표면으로, 제2상과 기지상이 혼재된 표면을 주사 전자 현미경으로 촬영한 사진이고,

도 2는 본 발명에 따른 휴대전화 케이스의 소재 표면을 표면 조정하는 단계에서, 제2상은 그대로 유지한 상태에서 기지상을 일정 부분 제거되도록 하는 단계를 마친 후 소재 표면을 주사 전자 현미경으로 촬영한 사진이고,

도 4는 본 발명에 따른 휴대전화 케이스의 표면처리 방법에 의해 표면처리된 휴대전화 케이스의 표면에 마무리 도장으로서 에폭시계 수지를 주성분으로 하는 마무리 도장 처리를 한 케이스를 이용하여 도장밀착성 시험을 행한 후의 형상을 나타내는 사진이다.

Claims

마그네슘 합금으로 휴대전화 케이스의 소재를 준비하고, 상기 소재를 원하는 형상으로 가공하는 단계;

상기 단계에서 원하는 형상으로 가공된 휴대전화 케이스의 소재 표면을 표면 조정하는 표면조정 단계;

상기 단계에서 표면이 조정된 휴대전화 케이스의 소재 표면에 코팅층을 형성하는 코팅단계; 및

상기 단계에서 휴대전화 케이스의 소재 표면에 형성된 코팅층의 위에 도장층을 형성하는 도장단계;로 이루어지고,

상기 표면조정 단계는,

휴대전화 케이스의 소재 표면에 형성된 비전도성 피막을 제거하여 소재의 표면에 기지상과 제2상이 노출되도록 하는 단계; 및

상기 단계에서 기지상과 제2상이 노출된 소재의 표면에서 상기 제2상은 그대로 유지한 상태에서 기지상을 일정 부분 제거되도록 하는 단계;로 이루어지고,

상기 코팅단계는 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 코팅층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는, 휴대전화 케이스의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 표면조정 단계에서 비전도성 피막은 습식 샌드 블라스트법을 이용하여 제거되는 것을 특징으로 하는, 휴대전화 케이스의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 소재의 표면에서 제2상은 그대로 유지한 상태에서 기지상을 일정 부분 제거되도록 하는 단계에서 사용하는 처리 용액의 성분은, 0.5wt.% 내지 30wt.% 질산 용액인 것을 특징으로 하는, 휴대전화 케이스의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 코팅단계에서,

플라즈마 전해 산화법에 사용하는 전해액의 성분은, KOH는 1g/L ~ 100g/L, Na₂SiO₃는 1g/L ~ 100g/L인 것을 특징으로 하는, 휴대전화 케이스의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 코팅단계에서 형성된 코팅층의 두께는 0.1 μm ~ 2 μm인 것을 특징으로 하는, 휴대전화 케이스의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 코팅단계를 완료한 휴대전화 케이스의 표면 저항이 1 Ω/sq. 이하 인 것을 특징으로 하는, 휴대전화 케이스의 표면처리 방법.