KR101353452B1 - 마그네슘 합금의 표면처리방법 - Google Patents

마그네슘 합금의 표면처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 합금의 표면처리에 관한 것으로, 마그네슘 합금의 표면을 연마하는 단계; 상기 표면이 연마된 마그네슘 합금의 표면을 1 ~ 5 중량%의 수산화칼륨 혹은 1 ~ 10 중량%의 수산화나트륨, 및 1 ~ 5 중량%의 테트라에틸오르쏘실리케이트를 포함하는 알칼리 용액으로 전처리하는 단계; 상기 알칼리 용액으로 처리된 마그네슘 합금의 표면에 대기압 플라즈마 코팅 처리하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금의 표면처리 방법 및 이에 의해 표면 처리된 마그네슘 합금을 제공한다.

Description

마그네슘 합금의 표면처리방법{SURFACE TREATMENTS METHOD OF MAGNESIUM ALLOY}
본 발명은 실리케이트 알칼리 용액을 이용한 전처리 과정 및 대기압 플라즈마 표면처리 과정을 도입하여 흑변현상을 감소시키는 마그네슘 합금의 표면 처리 방법에 관한 것이다.
마그네슘은 지구상에 존재하는 물질 중 8번째로 풍부하며 비중이 낮고 인체에 무해하기 때문에 다양한 제품의 내, 외장재로 응용할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 마그네슘은 비강도가 상대적으로 높은 금속이며 제품의 경량화와 에너지 절감이라는 큰 흐름에 따라 기존 소재를 대체하고 플라스틱 소재의 단점을 보완할 수 있는 새로운 소재로 관심을 끌고 있다. 마그네슘 합금이 이용되고 있는 분야로는 자동차, 우주항공, 전자기기, 노트북, 휴대용 정보기기 등이 있으며, 점차 그 용도가 늘어나고 있는 추세이다.
따라서 마그네슘 합금은 높은 진동 감쇠능력, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차폐 특성, 경량성, 높은 비강도 등의 우수한 특성을 가진다. 다만, 상기 마그네슘 합금은 상온 가공이 되지 않는 단점이 있으며, 압연이나 성형은 250도 이상의 온도를 필요로 하는 소재이다.
일반적으로 마그네슘 합금의 경우 기계적 연마, 도장 전처리, 도장 등을 실시하여 표면 처리를 진행하고 있다. 표면 처리 공정은 앞에서 설명한 공정을 거치지만, 마그네슘 합금 표면에는 항상 마그네슘의 산화로 인한 표층이 존재한다.
이때 마그네슘 합금의 경우 공기 중에서 표면 처리를 진행하는 경우 대략 5nm 정도의 산화된 막이 존재하고 이 층의 구성은 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 탄산마그네슘으로 구성된다. 공기 중에 노출된 마그네슘 합금의 표층이 물에 침적될 경우 대략 20~30nm 정도로 두께가 변화한다. 그리고 생산 공정에서 물을 사용하는 표면 버핑 공정이 진행될 경우 공정중에 사용하는 물의 pH는 알칼리로 변화하며 대략 pH 11까지 도달하게 되는데 이 경우 버핑 공정에 의해서 표면층은 대략 50nm까지 성장하게 된다. 즉, 마그네슘 합금의 표면층에는 MgO와 Mg(OH)2, MgCO3를 포함하며, 물을 사용하는 버핑 공정을 포함하는 경우 주로 MgO 보다는 Mg(OH)2가 표층에 존재하게 된다.
하지만, 이렇게 형성된 산화막층은 도장층에 대한 밀착력을 떨어뜨리고, 염수분무 시험 후 변색의 원인이 되어 노트북과 같은 외장재로 사용시 제품의 내구 신뢰성을 만족시키지 못하는 문제를 야기한다.
따라서, 이러한 문제를 해결하고자 다양한 마그네슘 합금의 표면 처리 방법이 사용되고 있는데, 예를 들면 금속 소재의 가공에 흔히 이용되는 표면 기계가공(광연마, 헤어라인 등) 후 표면 세정을 위한 알칼리 처리 공정을 진행하고 표면 처리층을 형성하는 방법이 사용되고 있다. 또한 마그네슘 합금의 표면 처리 방법으로 양극 산화 처리법(anodizing treatment), 화성 처리법(chemical conversion treatment), 스파크 양극 산화 처리법(plasma electrolytic oxidation treatment), 아연 치환법, 무전해 니켈 도금법 등을 사용하고 있다.
이 중에서, 일반적으로 마그네슘 합금은 알칼리에 안정한 것으로 알려져 있으나 앞에서 설명한 바와 같이 나노미터 단위의 영역에서 마그네슘의 표면은 알칼리에 의하여 에칭되어 표층의 두께가 변화하게 된다. 따라서 상기 알칼리 처리 공정을 이용하는 경우, 마그네슘 합금은 알칼리 에칭에 의하여 표면 조직의 두께가 성장하며, 이 때 생성되는 표면조직의 기계적 물성이 좋지 않아서 이 후에 진행되는 도장등 표면처리층의 밀착력이 저하되는 원인으로 작용하여 전체적인 표면 처리 품질 저하의 원인이 된다.
또한 마그네슘 표면 조직인 수산화마그네슘 박막은 낮은 밀도를 가지는데, 이것은 기계적 물성을 떨어뜨린다. 따라서, 마그네슘 합금의 표면처리에서 공정 중 발생하는 표면 얼룩 등 외관 결함, 화성처리 혹은 도금 공정 등의 불량이나, 도장 후 도막 밀착력 혹은 내염수성 등의 결함은, 상기 산화막 또는 수산화막에 의해 기인하는 경우가 대부분이다.
그리고, 마그네슘 합금 판재는 생산 후에 코일 상태나 시트 상태로 보관 및 유통되며 이 과정에서 습도와 온도의 영향으로 적층되어 있는 소재 표면이 검게 변하는 흑변현상이 발생한다. 수요자가 원하는 표면 품질 상태로 마그네슘 합금을 공급하기 위해서는 흑변을 제어하는 표면처리방법이 요구된다.
본 발명은 마그네슘 합금의 합금의 표면 처리시 공정 중 발생하는 표면의 외관 결함, 화성처리 혹은 도금 공정 등의 불량이나, 도창후 도막 밀착력 또는 내염수성의 결함을 방지하고 표면 처리층의 밀착 안정성을 확보하여 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 것 뿐만 아니라, 코일 또는 판재의 적층시 발생할 수 있는 흑변현상을 최소화하는 마그네슘 합금의 표면 처리방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 마그네슘 합금의 표면을 연마하는 단계; 상기 표면이 연마된 마그네슘 합금의 표면을 1 ~ 5 중량%의 수산화칼륨 혹은 1 ~ 10 중량%의 수산화나트륨, 및 1 ~ 5 중량%의 테트라에틸오르쏘실리케이트를 포함하는 알칼리 용액으로 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 마그네슘 합금의 표면에 대기압 플라즈마 표면 처리하는 단계를 포함한다.
상기 대기압 플라즈마 처리단계는 아르곤 가스 및 메탄 가스를 사용할 수 있다.
상기 표면 연마단계는 광연마, 헤어라인 및 블라스팅 방법으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 방법으로 마그네슘 합금의 표면을 기계적으로 연마할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기 방법에 의해 표면 처리된 마그네슘 합금을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 표면 처리방법은 실리케이트 화합물을 이용한 알칼리 전처리 공정을 수행함으로써, 마그네슘 합금의 표면 조직을 치밀하게 하여 공정 중 발생하는 표면의 외관 결함, 화성처리 또는 도금 공정 등에서 발생할 수 있는 불량이나, 도장 후 도막 밀착력 또는 내염수성의 결함을 방지할 수 있다.
특히 대기압 플라즈마 장치를 이용하여 마그네슘 합금의 표면에 처리를 하여 줌으로써 보관 및 유통 중에 발생하는 흑변현상을 최소화 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 표면처리방법의 공정도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 표면처리방법의 대기압 플라즈마 표면 처리장치의 개략도이다.
도3은 흑변방지효과를 확인하기 위한 적층테스트기의 측면도 이다.
도4는 발명예1, 비교예1의 적층테스트 후의 표면 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 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 표면처리방법은 마그네슘 합금의 표면을 연마하는 단계; 상기 표면이 연마된 마그네슘 합금의 표면을 1 ~ 5 중량%의 수산화칼륨 혹은 1 ~ 10 중량%의 수산화나트륨, 및 1 ~ 5 중량%의 테트라에틸오르쏘실리케이트를 포함하는 알칼리 용액으로 전처리하는 단계; 및 상기 알칼리 용액으로 처리된 마그네슘 합금의 표면에 대기압 플라즈마 코팅 처리하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금의 표면처리 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 표면 처리방법의 공정도를 간략히 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 표면 처리방법은 마그네슘 합금의 기계적 표면 연마후, 테트라알콕시실란(즉 실리케이트 화합물) 함유 알칼리 용액으로 전처리를 진행하고, 대기압 플라즈마 장치로서 마그네슘 합금의 표면을 처리한다.
본 발명에서 표면 처리를 위해 사용되는 마그네슘 합금은 통상의 알루미늄 및 아연 등의 다양한 원소들을 포함할 수 있고, 주물 부품 형태 또는 판 형태일 수 있다. 바람직한 일례를 들면, 본 발명의 마그네슘 합금은 알루미늄 약 2 중량% 및 아연 약 1 중량%를 포함하는 "AZ21" 마그네슘 합금, 알루미늄 약 3 중량% 및 아연 약 1 중량%를 포함하는 "AZ31" 마그네슘 합금, 알루미늄 약 6 중량% 및 아연 약 1 중량%를 포함하는 "AZ61" 마그네슘 합금, Li함유 마그네슘 합금 등을 사용할 수 있다. 따라서, 상기 표면 연마된 마그네슘 합금은 알루미늄 및 아연을 포함하는 마그네슘 합금을 포함하고, 이것은 통상의 방법으로 마그네슘 합금의 표면을 연마하여 얻을 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 마그네슘 합금의 표면의 먼지를 제거한 후 표면을 기계적으로 연마하고 특정 구성의 알칼리 용액으로 세정하는 공정을 진행한다.
상기 마그네슘 합금의 표면 연마 단계에서 마그네슘 합금은 표면에 자연 산화막을 더 포함할 수 있다. 즉 상기, 마그네슘 합금은 반응성이 큰 마그네슘이 대기 중의 산소와 반응하므로, 그 표면에는 불가피하게 자연산화막이 형성된다.
자연 산화막은 산화마그네슘 및 수산화마그네슘으로 이루어진 군에선 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 수산화마그네슘은 산화마그네슘이 버핑공정에서 사용되는 물 혹은 대기중의 수분과 반응하여 생성될 수 있다.
이때, 본 발명의 경우 마그네슘 합금의 표면은 상기 자연 산화막 외에, 별도로 금속산화믈을 사용하여 전자빔 진공 증착법, 스퍼터링 증착법 또는 화학기상증착법으로 증착된 금속 산화막을 더 포함할 수도 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 마그네슘 합금의 표면을 기계적으로 연마할 때 그 방법이 특별히 한정되지 않고, 통상의 습식 또는 건식 방법이 이용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 상기 마그네슘 합금의 표면을 연마하는 단계에서, 광연마, 버핑, 헤어라인 및 블라스팅 방법으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 방법으로 마그네슘 합금의 표면을 기계적으로 연마하여 사용한다.
또한, 일반적으로 금속 합금의 세정법은 여러 물리적, 화학적 방법이 사용될 수 있으며, 예를 들면 용제 탈지법, 알카리 탈지법, 계면활성제 탈지법, 전해 탈지법, 초음파 탈지법 등이 있다. 이중에서 본 발명에서는 마그네슘 합금의 세정을 위해 알칼리 용액으로 표면을 세정하는 알칼리 탈지법을 사용한다.
일반적으로 마그네슘 합금의 표면에는 표면처리층의 밀착력 및 내염수성을 저하시키고 외관 불량을 야기하는 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘의 표면층이 존재한다.
알칼리 처리 용액 중에 실리케이트 화합물을 혼합 사용하여 마그네슘 표면 조직내에 이를 침투시켜서 상기 표면층의 조직을 치밀하게 변화 시켜서 후속 표면처리 층의 밀착 안정성을 확보할 수 있다. 또한 본 발명의 방법으로 처리된 마그네슘 합금은 표면 조직이 치밀하여 휴대폰 등의 신뢰성 시험에 이용되는 도장 마감처리 후 내열탕 시험 후에도 표면 얼룩 등의 외관결합이 없어 도막 밀착력이 유지되며, 화성 처리 혹인 도금 공정을 진행하여도 불량이 없어서 외장재로 사용시 품질을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 마그네슘 합금 표면에는 상술한 바와 같이 산화 마그네슘 또는 수산화마그네슘 등이 포함될 수 있는데, 마그네슘 합금을 상기 테트라에틸오르쏘실리케이트을 포함하는 알칼리 용액에 침적하면, 실리케이트가 알칼리 용액 중의 물과 반응하여 "-Si-OH" 구조를 생성한 후, 상기 수산화마그네슘과 반응하여 하기 화학식 1로 표시되는 결합 구조를 생성시킬 수 있다.
이때, 본 발명에 따르면, 하기 화학식 1의 구조에서 마그네슘에는 "-O-Si-"가 다시 결합될 수 있으며, 이에 따라 표면 치밀층은 "-Si-O-Mg-O-Si-"를 갖는 네트워크 구조를 형성할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112011104599813-pat00001
따라서, 본 발명은 마그네슘 합금의 표면에 실리케이트 화합물이 도입됨으로써, 마그네슘 합금은 알카리 에칭에 의하여 표면 조직의 두께가 성장하며, 동시에 기존 낮은 밀도를 갖는 마그네슘 수산화막이 실리케이트와 결합되어 표면의 구조가 치밀해진다. 그러므로, 본 발명의 경우 마그네슘 합금 표면층의 기계적 강도가 크게 개선되고, 이에 따라 후속 코팅층과의 밀착력이 향상되고, 내염수성도 증가시킬 수 있다.
특히, 본 발명에서 사용하는 특정 알칼리 용액은 1 ~ 5 wt%의 수산화칼륨 혹은 1 ~ 10 wt%의 수산화나트륨 및 1 ~ 5 wt%의 테트라에틸오르쏘실리케이트를 포함하는 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 수산화칼륨의 함량이 1 중량% 미만이면 염수분무 내식성에 문제가 있고, 5 중량%를 초과하면 밀착력이 문제가 된다. 또한 상기 수산화나트륨의 함량이 1 중량% 미만이면 염수분무 내식성에 문제가 있고, 10 중량%를 초과하면 밀착력이 문제가 된다. 또한, 상기 테트라에틸오르쏘실리케이트의 함량이 1 중량% 미만이면 밀착력이 저하되고, 5 중량%를 초과하면 증류수에 녹지 않는 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 알칼리 용액 표면 처리 후에는 마그네슘 합금을 세정하고, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 알칼리 처리된 마그네슘 합금의 세정을 충분히 하고 다음 공정을 위해서 마그네슘 합금을 세척한 후 120도에서 150도의 온도의 건조오븐에서 5분 내지 10분 동안 건조를 진행할 수 있다.
또한 필요에 따라 상기 알칼리 처리 공정이 완료된 후, 세정한 마그네슘 표면을 별로도 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이어서, 상기 전처리된 마그네슘 합금은 대기압 플라즈마 표면 처리 단계를 거침으로서 최종적으로 보관 및 유통중에 발생하는 흑변현상을 줄일 수 시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 장치를 간단하게 표시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전처리된 마그네슘 합금을 시료장착부(12)에 위치시킨 후, 상기 시료장착부(12) 상부에 위치한 플라즈마 헤드 모듈(11)에서 발생되는 플라즈마에 의해 표면처리가 행하여 진다.
대기압 플라즈마 발생장치 직류 및 교류 방전 장치를 포함 수 있으며, 예를 들면 아크 플라즈마 토치, 코로나 방전, 유전체 장벽 방전 장치일 수 있다. 본 발명에서는 RF 플라즈마 장치를 사용하며 13.56MHz의 230W 전원 공급장치를 사용하였으며, 플라즈마 중합이 가능한 장치라면 특정 장치에 한정될 필요는 없다.
이 때 상기 시료장착부는 플라즈마 생성 방향과 수직의 일 축방향으로 이동이 가능하도록 구동부(미도시)가 구비되어 있으며, 상기 구동부는 스텝모터일 수 있다. 상기 구동부는 플라즈마 헤드 모듈에서 발생되는 플라즈마에 의한 표면처리를 위해 시료장착부를 반복해서 왕복이 가능하도록 이동시킬 수 있다. 이때 대기압 플라즈마 장치에 의한 표면 처리가 원활하게 이루어지기 위해 시료장착부의 이동속도는 5~20mm/sec 일 수 있다.
대기압 플라즈마 발생장치는 통상적인 플라즈마 발생 장치와는 달리 진공을 요구하지 않으며, 또한 밀폐된 공간을 필요로 하지 않는다. 또한 가장 큰 특징은 표면의 에너지를 진공이 아닌 대기압에서 원하는 데로 조절할 수 있다는 것이다.
이러한 대기압 플라즈마 발생장치는 아르곤(Ar), 질소(N2), 공기를 이용하여 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 혼합기(13)를 통하여 메탄(CH4)등 탄화수소계 가스를 혼합한 후 플라즈마 헤드 모듈(11)에서 플라즈마를 발생시켜 마그네슘 표면에 플라즈마 중합된 탄소계 박막을 형성한다. 아르곤(Ar)등의 가스는 플라즈마를 발생시키는 역할을 하며 메탄(CH4)등 탄화수소계 가스는 마그네슘 표면에 플라즈마 중합된 박막을 형성하며, 중합된 박막의 특성은 소재의 표면을 소수성으로 변화시키는 역할을 한다. 플라즈마 중합에 필요한 아르곤(Ar) 가스와 메탄(CH4) 가스의 부피비는100:1 ~ 500:1 인 것이 바람직하며, 탄화수소계 가스의 사용량은 미 반응 가스의 과도한 유출, 기체 상의 분해반응의 효율성, 생선된 피막의 특성 변화 및 사용되는 장비의 특성에 따라 가감될 수 있다.
따라서, 상기 대기압 플라즈마 표면 처리단계를 거친 마그네슘 합금 표면이 개질되어 소수성이 부여되고 내습성이 향상된다. 따라서 제품화 된 이후 코일 또는 판재의 적층시에 발생되는 흑변현상을 줄일 수 있게 된다.
<실험예>
판재 형태로 가공되어지는 70 X 100 mm크기의 마그네슘 합금(AZ31)을 준비하고, 표면 오염을 제거한 후 연마기를 사용하여 마그네슘 합금의 표면을 연마하여 시편을 제조 하였다.
그런 다음, 수산화칼륨(KOH) 1wt% 및 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS) 20 ml/L을 포함하는 알칼리 수용액에 상기 표면이 기계적으로 연마된 마그네슘을 침지하여 표면처리 공정을 진행하였다. 이 때 수용액의 온도는 60 ℃로 유지하여 사용하였다.
이어서, 상기 알칼리 세척이 완료된 마그네슘 합금을 150℃의 건조 오븐에서 10분 동안 건조 시켰다.
그리고 건조된 마그네슘 합금 판재를 하기 표1과 같은 조건으로 대기압 플라즈마 표면처리를 수행하였다.
입력전력 플라즈마 발생부와 시편과의 거리 공급가스 표면처리속도
RF 230W 4mm 아르곤(Ar): 6 lpm
메탄(CH4) : 20 sccm
10 mm/sec
본 발명 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 표면 처리방법의 흑변현상 방지효과를 비교하여 위하여 상기 전처리 및 대기압 플라즈마 표면처리를 수행하지 않은 시편을 제조하였다.(비교예1)
상기 제조된 시편들의 코일 또는 판재 적층시 발생하는 흑변현상의 감소효과를 확인하기 위하여, 적층테스트를 실시하였다. 상기 적층테스트는 도 3에 나타낸 바와 같이 140 X 140 X 10 mm 의 적층테스터를 제작하여 각각 2개의 시편을 적층시켜 120시간 동안, 각 너트의 조임은20 kgf · cm의 토크로 실시하였다. 이 때, 온도는 50 ℃, 습도는 95%로 유지하였다.
도 4는 각 발명예1 및 비교예1의 적층테스트 후 표면의 흑변을 관찰할 수 있는 사진이다. 도4 에서 보면 아무런 처리를 하지 않은 시편보다 전처리와 대기압 플라즈마 표면 처리를 한 시편이 흑변현상이 적게 발생하는 것을 알 수 있었다.
또한 대기압 플라즈마의 처리 회수에 따른 흑변현상 방지효과를 비교하기 위하여 상기 실험예1과 동일 조건으로 연마처리, 전처리를 한 시편들을 대기압 플라즈마 표면 처리 회수를 달리 하여 실험예1과 동일한 조건으로 적층테스트를 실시하였다.
본 발명의 마그네슘 합금 표면의 흑변현상 감소효과를 나타내기 위해 KSA0063 색차표시방법을 이용하여 하기 표2에 수치로 나타내었다.
실시예 대기압 플라즈마
표면처리 회수
색차(ΔE)
A면 B면
발명예1 2 1.81 1.62
발명예2 4 1.93 1.29
발명예3 6 1.68 1.29
발명예4 8 0.52 1.35
발명예5 10 1.73 1.50
상기 표2의 색차(ΔE)는 적층테스트 전과 적층테스트 후의 마그네슘 판재의 표면의 색을 비교한 것으로서 색차(ΔE)가 작은 경우 흑변현상이 적다는 것을 의미한다.
도3을 참조하면, 상기 표2의 A면과 B면은 두개의 시편중 서로 포개어 적층된 각 부분을 나타내는 것이다. 대기압 플라즈마 표면처리 회수가 증가 할수록 색차가 작아져 흑변현상 방지효과가 향상됨을 알 수 있었으나, 그 차이는 미미하였다.
전체 발명예에서 모두 3이하의 색차지수를 나타냄으로서 흑변현상이 감소됨을 알 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예를 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (4)

  1. 마그네슘 합금의 표면을 연마하는 단계;
    상기 표면이 연마된 마그네슘 합금의 표면을 1 ~ 5 중량%의 수산화칼륨 혹은 1 ~ 10 중량%의 수산화나트륨, 및 1 ~ 5 중량%의 테트라에틸오르쏘실리케이트를 포함하는 알칼리 용액으로 전처리하는 단계;
    상기 알칼리 용액으로 처리된 마그네슘 합금의 표면에 대기압 플라즈마 코팅 처리하는 단계를 포함하는 마그네슘 합금의 표면처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대기압 플라즈마 처리단계는 아르곤 가스 및 메탄 가스를 사용하는 마그네슘 합금의 표면처리 방법
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면 연마단계는 광연마, 헤어라인 및 블라스팅 방법으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 방법으로 마그네슘 합금의 표면을 기계적으로 연마하는 마그네슘 합금의 표면처리 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 의해 표면 처리된 마그네슘 합금.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050024172A (ko) * 2003-09-05 2005-03-10 주식회사 피에스엠 대기압 플라즈마 표면처리장치 및 표면처리방법
KR100680255B1 (ko) * 2003-11-24 2007-02-09 신홍섭 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법
KR20090012634A (ko) * 2007-07-31 2009-02-04 (주) 태양기전 마그네슘 제품의 표면처리방법
KR20090064670A (ko) * 2007-12-17 2009-06-22 재단법인 포항산업과학연구원 마그네슘 합금 판재의 표면 처리 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050024172A (ko) * 2003-09-05 2005-03-10 주식회사 피에스엠 대기압 플라즈마 표면처리장치 및 표면처리방법
KR100680255B1 (ko) * 2003-11-24 2007-02-09 신홍섭 마그네슘 및 마그네슘 합금의 친환경적 표면처리방법
KR20090012634A (ko) * 2007-07-31 2009-02-04 (주) 태양기전 마그네슘 제품의 표면처리방법
KR20090064670A (ko) * 2007-12-17 2009-06-22 재단법인 포항산업과학연구원 마그네슘 합금 판재의 표면 처리 방법

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