KR101342340B1 - 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물은 물 중량을 기준으로 하여 황산(H₂SO₄) 1 ~ 20중량부와 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄) 1 ~ 5중량부, 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 25중량부를 물에 혼합하는 것으로 이루어지며, 또한 물 중량을 기준으로 하여 인산이수소칼륨(KH₂PO₄) 0.1 ~ 10중량부를 혼합하는 것을 포함한다.
따라서 본 발명은 전해액으로 물(H₂O)에 함유된 황산과 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄)으로 인하여 치밀성이 향상되고, 인산삼나트륨(Na₃PO₄)의 전해 촉매 작용과 인산이수소칼륨(KH₂PO₄)의 융합 작용으로 인하여 산화막의 생성 시간을 용이하게 단축할 뿐만 아니라 안정되고 두터운 산화막을 용이하게 형성할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

Description

알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물{ANODIZING SOLUTION FOR Al ALLOYS GOODS}

본 발명은 알루미늄합금 제품의 표면을 처리하는 방법 중의 하나인 양극산화 피막처리방법에 사용되는 전해액의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘합금 제품의 표면에 산화막을 신속하고도 치밀하게 형성할 수 있도록 하는 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄합금은 소재 특성인 경량성, 가공성, 내식성 등으로 모든 산업분야에서 활용되는 가장 중요한 비철금속재료이며, 다량 사용되는 것은 알루미늄 본연의 우수한 성질의 활용 때문이기도 하지만, 사용처에 따라 알루미늄의 취약점인 표면경도(내마모성)와 내열성 등을 보강하는 표면처리를 하여 사용하기 때문입니다.

그래서 상기 알루미늄합금을 재질로 하는 제품을 표면 처리하기 위하여, 아노다이징(anodizing)이라고 지칭되는 양극산화피막 처리방법 등이 있으며, 종래의 아노다이징 처리방법에 사용되는 전해액은 수산화나트륨(NaOH) 용액 또는 황산(H₂SO₄) 등을 주로 사용하고 있다.

여기서 양극산화는 음극에 상대적으로 전기화학적 안정성이 높은 금속인 스테인레스 스틸 또는 Pt계 합금 등을 연결함과 아울러 양극에는 알루미늄합금 제품을 연결한 뒤, 전기가 인가되면 양극에서는 수용액 중의 산소가 양극의 금속인 알루니늄과 반응하여 알루미늄제품의 표면층에 산화알루미늄(Al₂O₃) 산화막(Al + 3H₂O = Al₂O₃ + 6H+ + 6e-)이 형성되며, 음극에서는 환원반응에 의해 수소가스가 발생한다.

그러나 종래에는 알루미늄합금 제품의 표면에 산화막을 형성할 때, 산화막의 치밀성이 떨어질 뿐만 아니라 산화막을 일정한 두께 즉 40㎛ 이상으로 형성하기 위한 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전해액으로 물(H₂O) 이외에도 다수의 물질을 추가함으로써 치밀성을 용이하게 향상할 수 있을 뿐만 아니라 산화막 생성 시간을 용이하게 단축할 수 있는 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 물 중량을 기준으로 하여 황산(H₂SO₄) 1 ~ 20중량부와 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄) 1 ~ 5중량부, 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 25중량부를 물에 혼합하는 것으로 이루어지는 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물을 제공한다.

또한 물 중량을 기준으로 하여 인산이수소칼륨(KH₂PO₄) 0.1 ~ 10중량부를 혼합하는 것을 포함하여 이루어지는 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물은 전해액으로 물(H₂O)에 함유된 황산과 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄)으로 인하여 치밀성이 향상되고, 인산삼나트륨(Na₃PO₄)의 전해 촉매 작용과 인산이수소칼륨(KH₂PO₄)의 융합 작용으로 인하여 산화막의 생성 시간을 용이하게 단축할 뿐만 아니라 안정되고 두터운 산화막을 용이하게 형성할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액으로 처리된 알루미늄합금 제품의 표면을 단면 확대한 도면 대용 사진이다.

이하 본 발명에 의한 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 양극산화 피막처리방법에 사용되는 전해액은 알루미늄합금의 재질로 구성된 제품인 케이스, 판체 등의 표면에 산화막을 코팅하기 위한 용액이며, 스테인레스 스틸 또는 Pt계 합금 등을 음극에 연결함과 아울러 알루미늄합금 제품을 양극에 연결한 뒤, 전기를 인가하면 양극에서는 전해액 중의 산소가 양극의 금속인 알루니늄과 반응하여 알루미늄제품의 표면층에 산화알루미늄(Al₂O₃) 산화막이 형성된다.

여기서 본 발명에서는 물 중량을 기준으로 하여 황산(H₂SO₄)과 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄), 인산삼나트륨(Na₃PO₄)를 혼합하며, 안정적이고 신속한 반응을 위하여 인산이수소칼륨(KH₂PO₄)을 추가적으로 혼합할 수 있다.

특히 본 발명은 물 중량을 기준으로 하여 황산(H₂SO₄) 1 ~ 20중량부와 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄) 1 ~ 5중량부, 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 25중량부를 물에 혼합하며, 필요에 따라 인산이수소칼륨(KH₂PO₄) 0.1 ~ 10중량부를 더 혼합하게 된다.

여기서 황산(H₂SO₄)은 산화알루미늄 산화막 형성의 근간을 이루는 물질이고, 물 중량을 기준으로 하여 1 ~ 20중량부를 물에 혼합하는 바, 1 중량부보다 작게 혼합하면 기본적인 산화막을 형성하기 위한 시간의 증대를 초래할 수 있으며, 20중량부보다 많이 혼합하면 산화막의 부식으로 인하여 치밀성이 오히려 떨어질 수 있다.

참고로 상기 황산(H₂SO₄)은 밀도가 크고 부식성이 있는 무색의 액체 화합물로서, 황 또는 황화합물과 물 및 산소를 원료로 하여 만들고, 칼슘, 마그네슘 및 그밖의 원소와 결합한 형태(황산염)로 천연에 널리 존재하며, 물에 대해 강한 친화력을 가져 강력한 탈수제로 작용한다.

또한 전해질, 강한 산화제, 용매, 촉매로도 유용하고, 산성도, 염기성도를 조절하는 데 사용되는 묽은 황산용액으로부터 의약품·염료·폭약의 제조에 사용되는 고농도의 발연황산에 이르기까지 각종 농도의 형태로 사용되고 있으며, 묽은 황산은 아연, 마그네슘, 철 등의 금속과 반응해 수소를 발생하며, 진한 황산은 그 염에서 휘발성의 산을 얻으며, 인산칼슘을 비료용의 수용성 인산염으로 바꾸는 데 사용되며, 이염기산으로 2개의 수소 원자를 내며 2단계를 거쳐 이온으로 해리된다.

상기 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄)은 산화막의 치밀성을 높이는 물질로서, 물 중량을 기준으로 하여 1 ~ 5중량부가 물에 혼합되는 바, 1 중량부보다 작게 함유하면 산화막의 치밀성을 높이기에 미흡하고, 5중량부보다 많이 함유하면 5 중량부보다 많은 부분이 치밀성을 향상하는 조건에 불필요한 물질이 된다.

참고로 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄)은 백색결정이고, 공기중에서 안정되며, 물과 에틸알코올에 잘 녹고, 190℃ 이상으로 가열하면 물과 암모니아를 방출하면서 축합되며, 유지가공(염료 분산제), ABC 분말 소화제, 범랑용 유약, 방화재료의 배합, 난연제, 성냥의 탄화제, 옵셋인쇄, 의약(충치 예방제, 페니실린, 스트렙토 마이신, 배양제), 방화재(목재), 이스트 배양제, 효모의 증식, 발효증진, 발효식품에 사용된다.

상기 인산삼나트륨(Na₃PO₄)은 알루니늄(Al)와 산소(O)의 전해 촉매 역할을 하며, 물 중량을 기준으로 하여 1 ~ 25중량부를 물에 혼합하는 바, 1 중량부보다 작게 함유하면 알루니늄(Al)와 산소(O)의 전해 촉매 역할에 미흡하고, 25 중량부보다 많이 함유하면 불필요한 인산염이 발생되는 되는 것이다.

참고로 인산삼나트륨(Na₃PO₄)은 비누와 세제로 쓰이고, 인산(H₃PO₄)의 3개의 수소 원자가 나트륨(Na) 원자로 치환되어 만들어진다.

상기 인산이수소칼륨(KH₂PO₄)은 황산(H₂SO₄)과 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄), 인산삼나트륨(Na₃PO₄)이 물 속에서 융합시키는 역할을 하며, 물 중량을 기준으로 하여 0.1 ~ 10중량부를 물에 혼합하는 바, 0.1 중량부보다 작게 함유하면 상기 물질의 융합 역할에 미흡하며, 10 중량부보다 많이 함유하면 불필요한 염이 발생될 수 있어 산화막의 거칠기에 악영향을 미칠 수 있는 것이다.

참고로 인산이수소칼륨(KH₂PO₄)은 백색 혹은 무색의 결정이고, 물에 쉽게 용해하며, 의약품, 식품 및 메타인산나트륨염의 제조에 사용되며, 농업에서는 고효능의 복합비료의 제조에 사용되고, 영양성분(P₂O₅+K₂O)의 함량이 86%에 달하는, N,P,K와 같은 3가지 원소를 담을 수 있는 기초 원료로 될 수 있으며, 비료, 음식 첨가제, 완충제 등으로써 자주 사용되는 수용성 염이다.

기타 식육제품 및 유제품 가공에서 안정제 및 완충제로 인산수소칼륨과 병용한다. 팽창제의 원료(산제) 및 면류 첨가 알칼리제의 원료로도 사용되며 경수에서는 연화작용, 분산작용을 한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물은 양극상화 피막처리방식으로 금속 제품을 15 ~ 30V의 전압으로 표면 처리할 수 있는 바, 도 1에 도시한 바와 같이 제품의 표면에 45㎛ 이상의 산화막을 30분 이내의 처리 시간으로 형성하게 된다.

또한 도 1과 같은 산화막은 종래의 산화막 보다 두터울 뿐만 아니라 치밀성을 갖추면서 처리 시간을 단축할 수 있는 것임을 도면을 참조하여 알 수 있다.

없음

Claims (2)

1. 물 중량을 기준으로 하여 황산(H₂SO₄) 1 ~ 20중량부와 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄) 1 ~ 5중량부, 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 25중량부를 물에 혼합하는 것으로 이루어지는 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   물 중량을 기준으로 하여 인산이수소칼륨(KH₂PO₄) 0.1 ~ 10중량부를 혼합하는 것을 포함하여 이루어지는 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물.

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