KR101191957B1 - 플라즈마전해 양극산화방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 전해양극 산화방법에 관한 것이다. 플라즈마 전해양극 산화방법은 i) 피처리 부재를 전처리하는 단계, ii) 피처리 부재를 전해액에 담지하고, 피처리 부재를 플라즈마전해 양극산화장치에 연결하는 단계, 및 iii) 플라즈마전해 양극산화장치가 양전류 및 음전류를 교대로 제공하여 피처리 부재에 산화막을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

플라즈마전해 양극산화방법 {PLASMA ELECTROLYTIC OXIDATION COATING METHOD}
본 발명은 진폭변조 사각파 직류 펄스를 이용한 플라즈마전해 양극산화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 치밀한 산화막을 생성할 수 있도록 진폭변조 사각파 직류 펄스를 이용한 플라즈마전해 양극산화방법에 관한 것이다.
플라즈마전해 양극산화방법(plasma electrolytic oxidation, PEO)은 전해액에 침지된 금속 표면에 플라즈마를 형성하여 산화막을 두껍게 형성함으로써 금속의 경도, 내마모성, 내부식성 및 내열성을 향상시키는 표면처리방법을 말한다. 플라즈마전해 양극산화방법을 사용하는 경우, 산화막을 치밀하게 형성할 수 있다.
플라즈마전해 양극산화방법에 사용하는 플라즈마전해 양극산화장치로는, 직류전원장치, 저주파 교류전원장치, 단극(unipolar) 펄스 직류전원장치, 삼상 교류전원장치, 진폭변조 교류전원장치 그리고 고주파 쌍극(bipolar) 펄스 전원장치 등이 있다. 플라즈마전해 양극산화장치 중에서는 저주파 교류전원장치가 가장 널리 사용되고 있다.
피처리 부재의 표면에 치밀한 산화층을 생성시킬 수 있는 플라즈마전해 양극산화방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전해양극 산화방법은 i) 피처리 부재를 전처리하는 단계, ii) 피처리 부재를 전해액에 담지하고, 피처리 부재를 플라즈마전해 양극산화장치에 연결하는 단계, 및 iii) 플라즈마전해 양극산화장치가 양전류 및 음전류를 교대로 제공하여 피처리 부재에 산화막을 형성하는 단계를 포함한다.
산화막을 형성하는 단계에서, 양전류의 인가시간 또는 음전류의 인가시간은 0 보다 크고 100,000μs 이하일 수 있다. 양전류에 대한 음전류의 비와 양전류의 인가시간에 대한 음전류의 인가시간의 비를 동시에 조절할 수 있다. 양전류에 대한 음전류의 비는 1 내지 6이고, 양전류 인가시간에 대한 음전류 인가시간의 비는 1 내지 6이며, 산화막을 형성하는 단계에서, 산화막의 생성 속도는 2㎛/분 내지 10㎛/분일 수 있다. 피처리 부재에 인가되는 양전하량에 대한 음전하량의 비는 1 내지 36일 수 있다.
피처리 부재를 플라즈마전해 양극산화장치에 연결하는 단계에서, 피처리 부재에 각각 1,000V 이하의 양전압 및 400V 이하의 음전압이 인가되고, 피처리 부재에 흐르는 전류가 최대 전류값에 도달하는 시간은 3μs 이하일 수 있다. 피처리 부재에 산화막을 형성하는 단계에서, 피처리 부재에 양전류를 공급하는 플라즈마전해 양극산화장치의 전류 용량에 대한 피처리 부재에 음전류를 공급하는 플라즈마전해 양극산화장치의 전류 용량의 비는 1 내지 6일 수 있다.
피처리 부재를 전처리하는 단계에서, 피처리 부재는 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속일 수 있다. 산화막을 형성하는 단계에서, 플라즈마전해 양극산화장치가 인가하는 주파수의 범위는 10Hz 내지 10,000Hz일 수 있다.
피처리 부재의 표면에 우수한 내식성 및 내산화성을 가지는 치밀한 산화층을 생성할 수 있다. 또한, 피처리 부재의 표면에 내마모성, 부식 저항성, 내열성, 내전압성 및 유전 특성이 우수한 산화층을 생성할 수 있다. 그리고 피처리 부재를 침탄 처리하거나 침질 처리할 수 있다. 플라즈마전해 양극산화방법에서는 산성 용액 대신 알칼리 용액을 사용하므로, 인체에 유해하지 않고 종래에 사용되던 양극 산화법을 대체할 수 있다. 그 결과, 플라즈마전해 양극산화층이 생성된 밸브 금속 및 알칼리 금속으로 된 부품들은 항공기, 자동차, 석유화학, 섬유, 전자 및 의학 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전해양극 산화방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마전해 양극산화방법을 실시하기 위한 플라즈마전해 양극산화장치의 개략적인 도면이다.
도 3은 도 2의 플라즈마전해 양극산화장치에서 생성되어 피처리 부재에 인가되는 진폭변조 사각파 전류 펄스의 개략적인 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제1 실험예에 따라 제조된 6N01 Al 합금 표면의 산화층의 단면구조의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 제2 실험예에 따라 제조된 AZ31 마그네슘 합금 표면의 산화층의 단면구조의 주사전자현미경 사진이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전해양극 산화방법의 개략적인 순서도를 나타낸다. 도 1의 플라즈마 전해양극 산화방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 플라즈마 전해양극 산화방법을 다양한 형태로 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 전해양극 산화방법은 i) 피처리 부재를 전처리하는 단계(S10), ii) 피처리 부재를 전해액에 담지하고 플라즈마전해 양극산화장치에 연결하는 단계(S20), 그리고 iii) 플라즈마전해 양극산화장치가 양전류 및 음전류를 교대로 제공하여 상기 피처리 부재에 산화막을 형성하는 단계(S30)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 플라즈마 전해양극 산화방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
먼저, 단계(S10)에서는 피처리 부재를 전처리한다. 여기서, 피처리 부재로는 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 이들은 밸브 금속으로 불리운다. 더욱 바람직하게는, 피처리 부재는 경량 금속이 될 수 있다. 피처리 부재의 표면을 양극 산화 처리함으로써 피처리 부재의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 그 결과, 양극 산화된 피처리 부재를 자동차, 전자산업, 항공우주, 섬유 등 우수한 내식성 및 내마모성을 요구하는 각종 산업 분야의 부품 소재로서 널리 활용할 수 있다.
전처리 공정을 통해 피처리 부재의 표면을 깨끗하게 세정한다. 피처리 부재가 완벽히 세정된 표면을 구비해야 피처리 부재의 표면에 대한 산화막의 접착성을 크게 향상시킬 수 있다. 그 결과, 피처리 부재의 표면에 양질의 산화막을 형성시킬 수 있다. 피처리 부재의 형상은 특정 형상으로 한정되지는 않지만, 산화막이 잘 형성될 수 있도록 피처리 부재의 형상을 판형으로 제조할 수 있다.
다음으로, 단계(S20)에서는 피처리 부재를 전해액에 담지하고, 플라즈마전해 양극산화장치를 연결한다. 이 경우, 플라즈마전해 양극산화장치는 피처리 부재에 연결된다. 플라즈마전해 양극산화장치에 의해 피처리 부재는 양극으로서 기능하고, 전해액은 음극으로서 기능한다. 따라서 플라즈마전해 양극산화장치에 전원을 인가하면 피처리 부재와 상대 전극으로 기능하는 전해조의 상호 작용에 의해 피처리 부재의 표면에 산화막을 형성할 수 있다. 여기서, 전해액으로는 산성 용액 또는 알칼리 용액을 사용할 수 있다. 알칼리 용액으로는 KOH, Na2SiO3 또는 Na4P2O7?10H2O 등의 화합물을 사용할 수 있다.
단계(S30)에서는 플라즈마 전해양극 산화장치가 양전류 및 음전류를 교대로 제공하여 피처리 부재에 산화막을 형성한다. 여기서, 산화막은 수백 마이크로미터 두께, 예를 들면 2㎛/분 내지 10㎛/의 속도로 생성시킬 수 있다. 플라즈마 전해양극 산화장치가 양전류 및 음전류를 교대로 제공하여 피처리 부재의 표면에 제한적인 플라즈마 방전을 유도하고 그 에너지를 이용하여 피처리 부재의 표면을 산화막으로 변이시킨다. 그 결과, 매우 치밀하면서 밀착성이 우수한 산화층을 얻을 수 있다.
단계(S30)에서는 피처리 부재의 표면에 기체 상태의 산소가 발생하고, 피처리 부재가 산화된다. 그 결과, 피처리 부재의 표면이 이온화되면서 산화막이 형성된다. 한편, 음극으로 기능하는 전해질에서는 기체 상태의 수소가 발생하고 양이온이 환원된다. 따라서 Al 합금 또는 Mg 합금 등에 직접 전원을 인가하여 직접(in-situ) 플라즈마전해 산화처리함으로써 두꺼우면서 치밀한 산화층을 제조한다.
한편, 플라즈마 전해양극 산화장치의 다양한 공정변수들을 조절함으로써 피처리 부재에 치밀하면서 그 특성이 우수한 산화막을 형성할 수 있다. 여기서, 제어 가능한 플라즈마 전해양극 산화장치의 공정변수는 주파수, 양전압 인가시간, 음전압 인가시간, 양전류 인가시간, 음전류 인가시간, 양전압과 음전압 사이의 휴지시간, 음전류와 양전류의 비, 음전류의 인가시간 및 양전류의 인가시간의 비, 음전하량과 양전하량의 비, 최대인가 양전압, 최대인가 음전압 또는 최대 전류치 도달시간 등을 들 수 있다.
도 2는 도 1의 플라즈마전해 양극산화방법을 실시하기 위한 플라즈마전해 양극산화장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 플라즈마전해 양극산화장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 플라즈마전해 양극산화장치(100)의 구조를 다양한 형태로 변형시킬 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 플라즈마전해 양극산화장치(100)는 제1 직류전원장치(10), 제2 직류전원장치(20) 및 직류 펄스 발생기(30)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 플라즈마전해 양극산화장치(100)는 다른 장치들을 더 포함할 수 있다. 플라즈마전해 양극산화장치(100)와 연결된 피처리 부재(40)는 전해조(50)에 수용된 전해액(60)이 담지된다. 피처리 부재(40)로는 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 또는 지르코늄(Zr) 등의 금속을 사용할 수 있다. 또한, 전해액(60)에 연결된 냉각기(70)는 피처리 부재(40)의 양극 산화 작용에 의해 가열되는 전해액(60)을 냉각시킨다. 전해액(60)은 플라즈마전해 양극산화장치(100)와 냉각기(70)에 의해 그 온도를 1℃ 내지 75℃로 유지한다. 더욱 바람직하게는, 전해액(60)의 온도를 2℃ 내지 40℃로 조절한다. 전해액(60)의 온도가 너무 낮거나 너무 높은 경우, 피처리 부재(40)의 표면에 산화막이 치밀하게 형성되지 않는다.
도 2에 도시한 제1 직류전원장치(10)는 피처리 부재(40)에 제공되는 양전류를 공급한다. 이와 반대로, 제2 직류전원장치(20)는 피처리 부재(40)에 제공되는 음전류를 공급한다. 한편, 직류 펄스 발생기(30)는 제1 직류전원장치(10) 및 제2 직류전원장치(20)로부터 공급되는 직류를 진폭변조 사각파 직류 펄스로 변환한다. 변환된 직류 펄스는 각각 피처리 부재(40)와 전해조(50)에 공급된다. 여기서, 피처리 부재(40)는 음극으로 기능하고, 전해조(50)는 양극으로서 기능한다. 플라즈마전해 양극산화장치(100)의 상세한 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 도 2의 플라즈마전해 양극산화장치(100)에서 생성되어 피처리 부재(40)에 인가되는 진폭변조 사각파 직류 펄스의 그래프를 개략적으로 나타낸다. 이러한 그래프는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 그래프를 다른 형태로도 변형할 수 있다. 또한, 이러한 진폭변조 사각파 직류 펄스의 생성을 위한 회로 구조 등은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 진폭변조 사각파 펄스 직류에서는 시간 경과에 따라 양전류(IP)와 음전류(IN)를 번갈아 가면서 각각 피처리 부재(40)(도 2에 도시, 이하 동일)와 전해조(50)(도 2에 도시, 이하 동일)에 인가할 수 있다. 여기서, 전해조(50)는 상대 전극으로서 기능한다. 여기서, 양전류(IP)의 인가시간을 tP라고 하고, 음전류(IN)의 인가시간을 tN이라고 한다. 그리고 양전류(IP)의 휴지시간을 tPO라고 하고, 음전류(IN)의 휴지시간을 tNO이라고 한다. 플라즈마전해 양극산화장치(100)는 양전류(IP) 및 음전류(IN)를 교대로 제공한다. 이로써 피처리 부재에 산화막을 형성한다.
도 3에 도시한 양전류의 인가시간(tP) 또는 음전류의 인가시간(tN)은 0보다 크고 100,000μs 이하일 수 있다. 양전류(IP)의 인가시간(tP) 또는 음전류(IN)의 인가시간(tN)이 100,000μs를 초과하는 경우, 피처리 부재(40)의 표면에 치밀한 산화막을 생성할 수 없다. 한편, 양전류(IP)의 휴지시간(tPO) 또는 음전류(IN)의 휴지시간(tNO)은 0 보다 크고 100,000μs 이하일 수 있다. 양전류(IP)의 휴지시간(tPO) 또는 음전류(IN)의 휴지시간(tNO)이 100,000μs보다 큰 경우, 피처리 부재(40)에 양전류 또는 음전류가 가해지는 동안 발생한 조대한 아크가 잘 소멸되지 않는다.
한편, 피처리 부재(40)(도 2에 도시, 이하 동일)에는 단일 펄스 전원모드, 즉 펄스 전류모드로 전원을 인가할 수 있다. 한편, 이와는 달리, 피처리 부재(40)에는 복합 펄스 전원모드, 즉 펄스 전압모드와 펄스 전류모드 또는 펄스 전류모드와 펄스 전압모드로 전원을 인가할 수 있다.
소프트 아크(soft arc), 즉 미세한 마이크로 스파크는 고강도의 조대한 아크의 발생을 억제시키고, 산화층의 성장 속도를 크게 증가시킨다. 따라서 피처리 부재(40)의 표면에 우수한 산화층을 생성시키기 위해서는 소프트 아크의 발생을 극대화하는 것이 바람직하다. 이를 위해서 플라즈마전해 양극산화장치(100)에서 양전류(IP)에 대한 음전류(IN)의 비와 양전류(IP)의 인가시간에 대한 음전류의 인가시간의 비를 동시에 조절한다. 한편, 소프트 아크는 피처리 부재(40)의 표면 형성된 플라즈마 아크의 자기 조절과도 관련된다.
플라즈마전해 양극산화장치(100)(도 2에 도시, 이하 동일)가 인가할 수 있는 주파수의 범위는 10Hz 내지 10,000Hz이다. 주파수가 너무 작은 경우, 전류 제공 시간이 너무 길어져서 피처리 부재(40)의 표면에 치밀한 산화막을 생성시킬 수 없다. 또한, 주파수가 너무 큰 경우, 전류 제공 시간이 너무 짧아서 피처리 부재(40)의 표면에 산화막을 생성시킬 수 없다. 따라서 주파수를 전술한 범위로 조절한다.
또한, 피처리 부재(40)에 제공하는 양전류에 대한 음전류의 비는 1 내지 6일 수 있다. 양전류에 대한 음전류의 비가 너무 작거나 너무 큰 경우, 피처리 부재(40)의 표면에 소프트 아크를 잘 조장할 수 없다. 그리고 양전류의 인가시간에 대한 음전류의 인가시간의 비는 1 내지 6일 수 있다. 양전류의 인가시간에 대한 음전류의 인가시간의 비가 너무 작거나 너무 큰 경우, 피처리 부재(40)의 표면에 소프트 아크를 잘 조장할 수 없다. 피처리 부재(40)에 인가하는 양전류에 대한 음전류의 비와 양전류 인가시간에 대한 음전류 인가시간의 비를 함께 조절함으로써 소프트 아크의 생성을 최대화시킬 수 있다. 예를 들면, 전술한 범위로 양전류에 대한 음전류의 비와 양전류 인가시간에 대한 음전류 인가시간의 비를 함께 조절함으로써 소프트 아크의 생성을 최대화할 수 있다. 그 결과, 산화막의 생성 속도를 2㎛/분 내지 10㎛/분으로 조절할 수 있다.
한편, 피처리 부재(40)에 인가되는 양전하량(QA)에 대한 음전하량(QC)의 비는 1 내지 36이다. 양전하량(QA)에 대한 음전하량(QC)의 비가 너무 작거나 너무 큰 경우, 피처리 부재(40)의 표면에 치밀한 산화막을 생성시킬 수 없다. 특히, 피처리 부재(40)에 양전류를 공급하는 플라즈마전해 양극산화장치(100)의 전류 용량에 대한 피처리 부재(40)에 음전류를 공급하는 플라즈마전해 양극산화장치(100)의 전류 용량의 비를 1 내지 6으로 조절한다. 그 결과, 양전하량(QA)에 대한 음전하량(QC)의 비를 크게 조절할 수 있다.
그리고 피처리 부재(40)를 플라즈마전해 양극산화장치(100)에 연결하는 경우, 피처리 부재(40)에 흐르는 전류가 최대 전류값에 도달하는 시간을 3μs 이내로 조절한다. 전술한 시간을 초과하여 피처리 부재(40)에 흐르는 전류가 최대 전류값에 도달하는 경우, 피처리 부재(40)의 표면에 플라즈마 스파크 발생을 조장하기 어렵다. 한편, 전류가 최대 전류값에 도달한 경우, 바로 전류를 감소시켜 평균 전류값을 최대치의 50% 이내로 유지시킨다.
또한, 피처리 부재(40)에 각각 1,000V 이하의 양전압 및 400V 이하의 음전압을 인가한다. 전술한 양전압 및 음전압의 범위에서 피처리 부재(40) 및 그 표면에 생성되는 산화층이 손상되는 현상을 방지할 수 있다. 그 결과, 전하 밀도가 높은 아크 발생을 억제할 수 있으므로, 분화구(crater) 및 박편(flaky) 발생을 억제하여 산화층의 표면 조도를 저하시키고 산화막의 균일성을 확보할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마전극 양극산화방법은 다양한 공정변수, 예를 들면 양전류에 대한 음전류의 비와 양전류의 인가시간에 대한 음전류의 인가시간의 비를 동시에 조절함으로써 우수한 특성을 가진 산화막을 생성할 수 있다. 반면에, 상업용으로 사용되는 저주파 교류전원장치는 그 공정변수 조절에 한계를 가진다. 또한, 고주파 쌍극펄스 전원장치를 사용하여 양극 산화층을 형성하는 경우, 산화층의 두께는 100㎛로 제한된다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명의 실시예를 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
10mm×10mm×4mm의 크기, 즉 360㎟의 면적을 가지는 판형 6N01 Al 합금을 준비하였다. 다음으로, 6N01 Al 합금을 실리콘 카바이드(SiC) 연마지 #1,200까지 연마하였다. 그리고 아세톤, 알콜 및 증류수의 순서로 6N01 Al 합금을 초음파 세척기에서 세척하여 6N01 Al 합금의 표면에 존재하는 유기물질을 제거하였다. 다음으로, 6N01 Al 합금을 건조시켰다.
전술한 과정을 통하여 전처리한 6N01 Al 합금을 20℃로 유지된 알칼리 수용액에 담지하였다. 여기서 알칼리 수용액은 2g/ℓ의 KOH, 2g/ℓ의 Na2SiO3, 0.5g/ℓ의 Na4P2O7?10H2O 및 유기물 결합제를 함유하였다. 쌍극펄스 직류전원장치를 이용하여 6N01 Al 합금을 3시간 동안 플라즈마 전해양극 산화처리하였다. 즉, 6N01 Al 합금에 10A/dm2의 양전류를 6,000μs 동안 인가하였고, 20A/dm2의 음전류를 12,000μs 동안 인가하였다. 또한, 양전류와 음전류 사이의 휴지시간을 2,000μs로 설정하여 50Hz의 주파수로 6N01 Al 합금을 플라즈마 전해양극산화하였다.
실험예 1의 실험결과
도 4는 본 발명의 제1 실험예에 따라 제조된 6N01 Al 합금 표면의 산화층의 단면구조의 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 4에 도시한 바와 같이, 6N01 Al 합금 표면에 Al2O3-SiO2 복합산화막이 생성된 것을 확인할 수 있었다. 여기서, 복합산화막은 6N01 Al 합금 표면에 균일하게 생성되었고, 그 조직도 치밀하였다. 6N01 Al 합금 표면에 형성된 복합산화막의 경도값은 1,000Hv 내지 1,500Hv이었다. 이는 약 100Hv의 경도를 가진 모재의 약 10배 내지 15배 정도로 컸다. 또한, 복합산화막의 두께는 약 250±7㎛ 정도이었다. 복합산화막의 기공율은 약 5% 정도로 매우 치밀한 미세 구조를 가졌다. 전술한 바와 같이, 경도, 내마모성, 내부식성 및 내열성이 향상된 복합산화막을 제조할 수 있었다.
실험예 2
쌍극펄스 직류전원장치를 이용하여 AZ31 마그네슘 합금을 3시간 동안 플라즈마 전해양극 산화처리한 것을 제외하고는 전술한 실험예 1과 동일한 조건하에서 실험하였다.
실험예 2의 실험결과
도 5는 본 발명의 제2 실험예에 따라 제조된 AZ31 마그네슘 합금 표면의 산화층의 단면구조의 주사전자현미경 사진이다.
도 5에 도시한 바와 같이, AZ31 마그네슘 합금 표면에 산화막이 생성된 것을 확인할 수 있었다. 여기서, 산화막은 AZ31 마그네슘 표면에 균일하게 생성되었고, 그 조직도 치밀하였다. 따라서 AZ31 마그네슘 합금 표면에 양질의 산화막이 생성된 것을 확인할 수 있었다.
좀더 구체적으로, AZ31 마그네슘 합금의 표면에 형성된 산화막의 경도는 약 360HV이었다. 이는 약 55Hv의 경도를 가진 모재의 약 6배 이상으로 컸다. 또한, 산화층의 두께는 약 30㎛로서, 매우 치밀한 미세 구조를 가졌다. 전술한 바와 같이, 경도, 내마모성, 내부식성 및 내열성이 향상된 산화층을 제조할 수 있었다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 제1 직류전원장치 　　　　 20: 제2 직류전원장치
30: 직류 펄스 발생기 　　　　 40: 피처리 부재
50: 전해조 　　　　　　　　　 60: 전해액
70: 냉각기 　　　　　　　　　 100: 플라즈마전해 양극산화장치
tP: 양전류 인가시간 tPO: 양전류 휴지시간
tN: 음전류 인가시간 tNO: 음전류 휴지시간

Claims (9)

  1. 피처리 부재를 전처리하는 단계,
    상기 피처리 부재를 전해액에 담지하고, 상기 피처리 부재를 플라즈마전해 양극산화장치에 연결하는 단계, 및
    상기 플라즈마전해 양극산화장치가 양전류 및 음전류를 교대로 제공하여 상기 피처리 부재에 산화막을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 산화막을 형성하는 단계에서, 상기 양전류의 인가시간 또는 상기 음전류의 인가시간은 0 보다 크고 100,000μs 이하이고,
    상기 피처리 부재를 플라즈마전해 양극산화장치에 연결하는 단계에서, 상기 피처리 부재에 각각 1,000V 이하의 양전압 및 400V 이하의 음전압이 인가되고,
    상기 산화막을 형성하는 단계에서, 상기 플라즈마전해 양극산화장치가 인가하는 주파수의 범위는 10Hz 내지 10,000Hz이며,
    상기 양전류에 대한 상기 음전류의 비와 상기 양전류의 인가시간에 대한 상기 음전류의 인가시간의 비를 포함하여 상기 양전압과 음전압 및 주파수를 동시에 조절하는 플라즈마전해 양극산화방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양전류에 대한 상기 음전류의 비는 1 내지 6이고, 상기 양전류 인가시간에 대한 상기 음전류 인가시간의 비는 1 내지 6이며,
    상기 산화막을 형성하는 단계에서, 상기 산화막의 생성 속도는 2㎛/분 내지 10㎛/분인 플라즈마전해 양극산화방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피처리 부재에 인가되는 양전하량에 대한 음전하량의 비는 1 내지 36인 플라즈마전해 양극산화방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피처리 부재에 흐르는 전류가 최대 전류값에 도달하는 시간은 3μs 이하인 플라즈마전해 양극산화방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피처리 부재에 산화막을 형성하는 단계에서, 상기 피처리 부재에 양전류를 공급하는 상기 플라즈마전해 양극산화장치의 전류 용량에 대한 상기 피처리 부재에 음전류를 공급하는 상기 플라즈마전해 양극산화장치의 전류 용량의 비는 1 내지 6인 플라즈마전해 양극산화방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 피처리 부재를 전처리하는 단계에서, 상기 피처리 부재는 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속인 플라즈마전해 양극산화방법.
  9. 삭제
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