KR101046082B1 - 마그네슘합금 제품용 ｐｅｏ 표면처리용액의 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물은 마그네슘합금 제품용 PEO 표면처리용액의 조성물에 있어서, 물의 중량을 기준으로 수산화나트륨(NaOH) 0.01 ~ 30 중량부, 플루오르화나트륨(NaF) 0.01 ~ 2 중량부, 희토류 금속 파우더 0.01 ~ 2.5 중량부, 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 0.01 ~ 1 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆) 0.01 ~ 5 중량부, 수산화암모늄(NH₄OH) 0.01 ~ 2 중량부 및 알루미늄 파우더 0.01 ~ 1 중량부를 물에 혼합하는 것으로 이루어진다.
따라서 본 발명은 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액에 사용되는 수산화나트륨(NaOH), 플루오르화나트륨(NaF), 희토류 금속 파우더 및 인산삼나트륨(Na₃PO₄)과 함께 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆), 수산화암모늄(NH₄OH) 및 알루미늄 파우더를 물과 혼합한 PEO 표면처리용액을 이용하여 PEO 표면처리방식으로 마그네슘합금 제품의 표면을 처리하기 때문에, 수산화나트륨(NaOH), 플루오르화나트륨(NaF), 희토류 금속 파우더 및 인산삼나트륨(Na₃PO₄)과 함께 수산화암모늄(NH₄OH)에 의해 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 코팅막을 치밀하고도 균일하게 형성하게 형성되며, 희토류 금속 파우더와 인산삼나트륨(Na₃PO₄)와 함께 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆), 수산화암모늄(NH₄OH) 및 알루미늄 파우더에 의해 코팅막의 전기저항을 저하시켜서 전착 도장을 용이하게 실현할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

Description

마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물{PLASMA ELECTROLYSING OXCIDATION SOLUTION FOR Mg ALLOYS GOODS}

본 발명은 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 코팅막을 치밀하고도 균일하게 형성함과 아울러 코팅막의 전기저항을 저하시켜서 전착 도장을 용이하게 실현할 수 있도록 하는 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘합금은 치수 안정성이 우수하고, 미강도, 전자기파 차폐성, 진동 감쇄 등이 알루미늄 합금과 철강에 비하여 우수하여 자동차와 항공기용 부품, 휴대폰 케이스, 노트북 컴퓨터 케이스, 안경테 등에 많이 사용되고 있으며, 표준 전극 단위가 낮고 내식성이 취약하여 부식 방지를 위하여 표면 처리하게 된다.

그래서 상기 마그네슘합금을 재질로 하는 제품을 표면 처리하기 위하여, 아노다이징(anodizing)이라고 지칭되는 양극산화피막 처리방법과 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation)라고 지칭되는 PEO 표면처리방법 등이 있다.

여기서 마그네슘합금은 산화가 잘되는 금속이므로 전처리 과정인 표면처리공정이 필수적으로 필요하며, 이러한 마그네슘합금의 제품을 플라즈마 전해 산화 처리방법으로 처리하여 이의 표면에 MgO와 같은 결정구조를 가진 코팅막이 형성된다.

즉 PEO 표면처리방법에서는 고전압 하에서 코팅 막이 형성되며, 짧은 수명의 전하를 가지고 전류밀도와 온도가 증가할 때 코팅막이 용이하게 성장되는 바, PEO 표면처리방법으로 형성된 코팅막은 전기적으로 절연체이고, 고내식성의 특성을 가지고 있다.

상기와 같이 PEO 표면처리방법으로 마그네슘합금 제품의 표면에 코팅막을 형성하면, 코팅막이 전기적으로 매우 높은 저항값을 가지므로, 전착 도장 방식으로 코팅막의 표면에 다양한 색상으로 도장하기 어렵다는 단점이 있다.

즉 전착 도장은 물에 분산 혹은 용해되어 있는 전착 도장용 도료를 넣은 용기에 금속제 피도물을 넣고, 피도물과 전극 사이에 전압을 가하고 전류를 흐르게 하면, 전기 영동, 전기응집, 전기침투, 전기분해 작용 등이 일어나 피도물의 표면에 균일한 수성 액체에 녹지않는 수불용의 도막을 얻을 수 있는 것이다.

이러한 전착 도장은 도장두께를 정량적으로 관리할 수 있고, 복잡한 형상에도 균일한 도장이 가능하며, 도료의 손실이 적고, 도료의 흐름, 거품 및 기포 발생 등의 도장면의 불량이 적은 장점이 있으나, 종래와 같이 PEO 표면처리방법으로 마그네슘합금 제품의 표면에 코팅막을 형성하면, 코팅막이 전기적으로 매우 높은 저항값을 가지므로 전기 착색이 매우 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액에 사용되는 플루오르화나트륨(NaF), 수산화나트륨(NaOH), 희토류 금속 파우더 및 인산삼나트륨(Na₃PO₄)과 함께 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆), 수산화암모늄(NH₄OH) 및 알루미늄 파우더를 물과 혼합한 PEO 표면처리용액을 이용하여 PEO 표면처리방식으로 마그네슘합금 제품의 표면을 처리함으로써, 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 코팅막을 치밀하고도 균일하게 형성함과 아울러 코팅막의 전기저항을 저하시켜서 전착 도장을 용이하게 실현할 수 있는 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마그네슘합금 제품용 PEO 표면처리용액의 조성물에 있어서, 물의 중량을 기준으로 수산화나트륨(NaOH) 0.01 ~ 30 중량부, 플루오르화나트륨(NaF) 0.01 ~ 2 중량부, 희토류 금속 파우더 0.01 ~ 2.5 중량부, 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 0.01 ~ 1 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆) 0.01 ~ 5 중량부, 수산화암모늄(NH₄OH) 0.01 ~ 2 중량부 및 알루미늄 파우더 0.01 ~ 1 중량부를 물에 혼합하는 것으로 이루어지는 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물을 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물은 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액에 사용되는 수산화나트륨(NaOH), 플루오르화나트륨(NaF), 희토류 금속 파우더 및 인산삼나트륨(Na₃PO₄)과 함께 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆), 수산화암모늄(NH₄OH) 및 알루미늄 파우더를 물과 혼합한 PEO 표면처리용액을 이용하여 PEO 표면처리방식으로 마그네슘합금 제품의 표면을 처리하기 때문에, 수산화나트륨(NaOH), 플루오르화나트륨(NaF), 희토류 금속 파우더 및 인산삼나트륨(Na₃PO₄)과 함께 수산화암모늄(NH₄OH)에 의해 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 코팅막을 치밀하고도 균일하게 형성하게 형성되며, 희토류 금속 파우더와 인산삼나트륨(Na₃PO₄)와 함께 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆), 수산화암모늄(NH₄OH) 및 알루미늄 파우더에 의해 코팅막의 전기저항을 저하시켜서 전착 도장을 용이하게 실현할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 마그네슘합금 제품용 PEO 표면처리용액의 조성물로 표면 처리한 마그네슘합금 제품의 표면을 확대한 도면 대용 사진이다.
도 2는 본 발명에 의한 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물로 PEO 표면처리방식으로 표면 처리한 코팅막과 종래의 PEO 표면처리방식으로 표면 처리한 코팅막의 거칠기를 비교한 도표이다.

이하 본 발명에 의한 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액인 전해액의 조성물이며, 수산화나트륨(NaOH), 플루오르화나트륨(NaF), 희토류 금속 파우더, 인산삼나트륨(Na₃PO₄), 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆), 수산화암모늄(NH₄OH) 및 알루미늄 파우더를 물에 투입 혼합되는 것이다.

특히 본 발명에서는 물의 중량을 기준으로 수산화나트륨(NaOH) 0.01 ~ 30 중량부, 플루오르화나트륨(NaF) 0.01 ~ 2 중량부, 희토류 금속 파우더 0.01 ~ 2.5 중량부, 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 0.01 ~ 1 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆) 0.01 ~ 5 중량부, 수산화암모늄(NH₄OH) 0.01 ~ 2 중량부 및 알루미늄 파우더 0.01 ~ 1 중량부를 물에 혼합함을 특징을 한다.

참고로 수산화나트륨은 탄산나트륨의 가성화(caustification)와 염화나트륨의 전기분해로 제조되는 것이며, 조해성이 강하며, 순수한 것은 무색 투명한 결정이지만 보통 불순물이 포함되어 약간 불투명한 흰색의 고체이며, 실온에서는 사방정계의 α형(저온형)이며, 299.6℃에서 입방정계의 β형(고온형)으로 전이한다.

그리고 완전히 탈수(無水)된 것의 녹는점은 328℃이나 실제로는 매우 제거하기 힘든 수분과 탄산염을 소량 함유하므로 약 10℃ 정도 낮은 318.4℃이며, 끓는점 1390℃, 비중 2.130, 굴절률 1.3576이며, 융해열 1.70㎉/㏖, 생성열 102.7㎉/㏖이다. 1, 2, 3, 3.5, 4, 5, 7수화물이 알려져 있으며, 3.5수화물은 무색의 단사정계 결정으로서 녹는점 15.5℃이다.

물에 잘 녹으며 용해할 때 대량의 열을 발생시키고, 수용액은 강한 염기성을 띠며, 물 100g에 대한 용해도는 0℃에서 42g, 20℃에서 109g, 100℃에서 347g이며, 에틸알코올·글리세롤에는 잘 녹으나 에테르·아세톤·액체암모니아에는 녹지 않는다.

조해성이 있어서 공기 중에 방치하면 습기와 이산화탄소를 흡수하여 탄산나트륨으로 변하며, 생성된 탄산나트륨은 진한 수산화나트륨 용액에 녹기 어려운데, 이 성질을 이용하여 탄산염을 함유하지 않는 수산화나트륨 수용액을 만들 수 있다.

더우기 수산화나트륨 용액은 난용성 규산염, 인산염, 황산염과 함께 녹이면 수용성 나트륨염이 생기므로 이러한 용해에 이용되며, 저온에서 플루오르와 반응하여 플루오르화나트륨과 물·산소를 생성하고 염소·브롬·요오드 등과 반응하여 저온에서는 여러 가지의 산화할로겐화물, 고온에서는 할로겐화나트륨을 생성한다.

또한 인과 반응하여 인화나트륨과 포스핀 및 포스포릴화합물, 비소와 반응하여 아비산나트륨과 비소화수소를 만들며, 칼슘과 함께 적열(赤熱)하면 환원되어 나트륨이 생기며, 진한 수용액은 규소와 반응하여 규산나트륨과 수소를 생성하며, 대부분의 금속염 수용액에서 수산화물을 침전시킨다.

아무튼 본 발명에서는 물에 수산화나트륨(NaOH) 0.01 ~ 30 중량부를 혼합하는 바, PEO 표면처리용액의 일반적인 산화 코팅막인 MgO를 형성하기 위한 기본 원료로서, 30 중량부 보다 많이 함유하는 것은 불필요한 나트륨이온과 수산기가 용액 속에 분포되는 결과를 초래하게 되고, 0.01 중량부 보다 작게 함유하는 것은 나트륨이온과 수산기가 작아서 기본적인 산화 코팅막인 MgO를 형성할 수 없게 된다.

그리고 본 발명에서는 상기 플루오르화나트륨(NaF)이 코팅막의 견고성 및 치밀성 등과 같은 표면 개질 효과를 향상하는 것으로서, 본 발명에서는 물에 플루오르화나트륨(NaF) 0.01 ~ 2 중량부를 혼합한다.

물에 플루오르화나트륨(NaF) 2 중량부 보다 많이 첨가되면 치밀성을 떨어뜨려서 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 산화막의 거칠기에 악영향을 미칠 수 있으며, 0.01중량부 보다 작게 첨가하는 것은 다른 많은 혼합물이 혼합된 전체 용액에 비하여 첨가량이 작게 되어 막의 견고성 및 치밀성 확보에 영향을 미칠 수 없는 것이다.

참고로 플루오르화나트륨은 무색의 등축정계결정 또는 백색결정성 분말이며, 물에 잘 녹고 알콜에 잘 녹지 않으며, 수용액은 부식성이 있으며, 플루오르 이온(F－)의 크기가 작기 때문에 양이온과 결합해 안정한 착물을 이루며, 플루오르는 테프론이라는 고분자 코팅제를 만드는데 사용되며, 수산기와 쉽게 치환하게 된다.

본 발명에서는 희토류 금속 파우더의 일부가 용액에 녹으면서 이온화되어 막의 형태와 색상에 영향을 미칠 뿐만 아니라 전기 코팅막을 형성하여 전기 착색을 가능하게 하는 것이며, 물에 희토류 금속 파우더 0.01 ~ 2.5 중량부를 혼합하게 된다.

물에 희토류 금속 파우더 2.5 중량부 보다 많이 첨가하면 이온화되지 못하는 양이 많아져서 불필요한 불순물이 될 수 있으며, 0.01 중량부보다 작게 첨가하는 것은 다른 많은 혼합물이 혼합된 전체 용액에 비하여 첨가량이 작게 되어 막의 형태와 색상에 영향을 미칠 수 없을 뿐만 아니라 전이 코팅막을 형성하지 못하게 된다.

참고로 회토류 금속은 스칸듐, 이트륨, 란탄족원소들 전체를 일컫는 말로써, 산화수가 +2, +3, +4로 보통 모두 +3가의 화합물을 만드는데, 세륨·테르븀·프라세오디뮴에서는 +4가, 이테르븀·유로퓸·사마륨에서는 +2가도 있으며, 대부분 은회색의 광택을 가지며, 양성이 알칼리금속과 알칼리토금속 다음으로 강하여 수용액이 염기성을 띠게 된다.

본 발명에서는 인산삼나트륨(Na₃PO₄)이 막의 거칠기(roughness)와 PEO 표면처리의 DC 전압에 영향을 미치며, 물에 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 0.01 ~ 1 중량부를 혼합한다.

물에 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 중량부 보다 많이 첨가하면 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 산화막의 거칠기에 악영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 PEO 표면처리시에 DC 전압의 상승시킬 수 있으며, 0.01중량부 보다 작게 첨가하는 것은 다른 많은 혼합물이 혼합된 전체 용액에 비하여 첨가량이 작게 되어 막의 거칠기에 영향을 미칠 수 없는 것이다.

참고로 인산삼나트륨은 인산수소이나트륨의 수용액에 당량의 수산화나트륨을 가하여 증발, 건조시킨 뒤 전기로에서 가열·탈수하면, 무수화물이 얻어지며, 인산에 과잉의 수산화나트륨을 가하여 증발, 농축시키면 실온에서 12수화물이 얻어진다.

정출(晶出) 온도에 따라 10, 6, 0.5수화물 등도 얻어지며, 무수화물은 무색의 분말로 녹는점 1340℃, 밀도 2.536g/㎤(17℃)이고, 물 100g에 0℃에서 4.5g, 100℃에서 77g 녹는다. 12수화물은 녹는점 73.4℃, 비중 1.62, 무색의 육방정계결정으로 용해도는 28.32g/100g(물 15℃)이며, 100℃에서 탈수하여 1수화물로 되며, 알칼리성세척제·가죽이기기제·청관제(淸罐劑)·경수연화제 등으로 쓰인다.

본 발명에서는 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆)이 코팅막 표면에서 희토류 금속 파우더에 함유된 전이 금속의 촉매 역할을 함과 아울러 최종 제품의 코팅막의 저항값을 줄이는 것이며, 물에 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆) 0.01 ~ 5 중량부를 첨가하게 된다.

물에 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆) 5 중량부 보다 많이 첨가하면 마그네슘합금 제품의 표면에서 희토류 금속 파우더에 함유된 전이 금속의 촉매 역할에 필요한 양보다 많아서 불필요하게 많이 첨가할 필요가 없으며, 0.01중량부 보다 작게 첨가하는 것은 다른 많은 혼합물이 혼합된 전체 용액에 비하여 첨가량이 작게 되어 촉매 역할을 원활하게 실현할 수 없을 뿐만 아니라 인(P) 원소가 코팅막에 결합되는 양이 미세하게 되는 것이다.

참고로 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆)은 물에 잘 녹아서 알칼리성을 나타내고, 알코올에는 녹지 않으며, 흡수성이 커서 공기중에서 습기를 흡입하여 단백질을 응고시키며, 금속이온 봉쇄작용, 완충작용, 분산작용 및 세척작용을 하고, 수처리, 제지, 염색조제, 금속표면처리, 방첨제에 사용된다.

본 발명에서는 수산화암모늄(NH₄OH)이 표면 조도에 영향을 미치는 것으로서, 물에 수산화암모늄(NH₄OH) 0.01 ~ 2 중량부를 혼합하며, 물에 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆) 2 중량부 보다 많이 첨가하더라도 코팅막의 표면 조도를 계속해서 향상하지 못하기 때문에 2 중량부 보다 많이 첨가할 필요가 없으며, 0.01중량부 보다 작게 첨가하는 것은 다른 많은 혼합물이 혼합된 전체 용액에 비하여 첨가량이 작게 되어 표면 조도 향상에 영향을 미치지 못하는 것이다.

본 발명에서는 알루미늄 파우더가 전이 코팅막의 두께에 영향을 미치는 것으로서, 물에 알루미늄 파우더 0.01 ~ 1 중량부를 첨가하게 된다.

물론 물에 알루미늄 파우터를 1 중량부 보다 많이 첨가하면 전이 코팅막의 불필요한 두께로 인하여 마그네슘 합금 제품의 표면 내식성에 악영향을 미칠 수 있으며, 0.01중량부 보다 작게 첨가하는 것은 다른 많은 혼합물이 혼합된 전체 용액에 비하여 첨가량이 작게 되어 전이 코팅막의 필요 두께를 형성하지 못하게 된다.

참고로 수산화암모늄은 암모니아 기체를 물에 녹여 만든 용액이며, 무색의 액체이며, 매우 강하고 독특한 냄새가 나며, 진한 수산화암모늄이 피부에 닿으면 화상을 입을 수도 있고, 가정에서 사용하는 암모니아는 묽은 수산화암모늄 형태로 세제로 쓰인다.

본 발명은 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물로서, 수산화나트륨(NaOH), 플루오르화나트륨(NaF), 희토류 금속 파우더, 인산삼나트륨(Na₃PO₄), 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆), 수산화암모늄(NH₄OH) 및 알루미늄 파우더를 물에 적정량으로 투입 혼합한 조성물을 이용하는 바, 이러한 조성물로 구성된 PEO 표면처리용액 10 ~ 50℃, DC 전압 35 ~ 100V로 마그네슘합금 제품의 표면을 처리하여 다수의 물질의 상호 작용으로 마그네슘합금 제품의 표면에 MgO, Mg₃(PO₃)₂ 및 Mg₂AlO₄과 같은 코팅막이 형성되며, 이에 따라 표면의 코팅막의 내식성 등과 함께 전기 전도성을 향상할 수 있다.

즉 도 1에 도시한 바와 같이 더욱 견고하고 치밀하고 매끄러운 산화 코팅막을 형성할 수 있으며, 도 2에 도시한 바와 같이 종래에 비하여 표면 거칠기가 향상됨을 알 수 있고, 표면 거칠기의 향상에서 알 수 있듯이 본 발명의 조성물로 구성된 PEO 표면처리용액에 함유된 희토류 금속 파우더와 인산삼나트륨(Na₃PO₄)와 함께 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆), 수산화암모늄(NH₄OH) 및 알루미늄 파우더로 인하여 마그네슘합금 제품의 표면에 전기가 흐를 수 있는 상태가 되어 전기 착색을 가능하게 할 수 있다.

다시 말하면 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 코팅막은 마그네슘(Mg)과 산소(O)와 함께 인(P)과 알루미늄(Al) 원소가 결합되며, 이에 따라 마그네슘합금 제품 표면의 코팅막의 거칠기가 낮아지면서 막의 견고성 및 조도가 향상됨과 아울러 코팅막의 저항값을 떨어뜨려서 전기 전도성을 향상하게 되는 것이다.

없음

Claims (1)

1. 마그네슘합금 제품용 PEO 표면처리용액의 조성물에 있어서,
   물의 중량을 기준으로 수산화나트륨(NaOH) 0.01 ~ 30 중량부, 플루오르화나트륨(NaF) 0.01 ~ 2 중량부, 희토류 금속 파우더 0.01 ~ 2.5 중량부, 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 0.01 ~ 1 중량부, 헥사메타인산나트륨((NaPO₃)₆) 0.01 ~ 5 중량부, 수산화암모늄(NH₄OH) 0.01 ~ 2 중량부 및 알루미늄 파우더 0.01 ~ 1 중량부를 물에 혼합하는 것으로 이루어지는 마그네슘합금 제품용 ＰＥＯ 표면처리용액의 조성물.

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