KR101365663B1 - 금속의 양극산화 표면 처리방법 - Google Patents

금속의 양극산화 표면 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속의 양극산화 표면 처리방법에 관한 것이다. 본 발명은 금속 모재를 전처리하는 전처리 단계; 및 상기 금속 모재를 양극으로 하고, 상기 금속 모재를 전해액에 침지한 다음, 전압을 인가하여 상기 금속 모재의 표면에 다공성의 산화피막을 형성하는 양극산화 단계를 포함하되, 상기 전해액은 황산과 수산을 포함하는 금속의 양극산화 표면 처리방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 내식성 및 경도 등이 우수한 산화피막을 얻을 수 있다. 이에 따라, 태양전지 모듈의 프레임, 특히 선박용 태양전지 모듈의 프레임 등과 같이 고내후성이 요구되는 제품에 적용이 가능하다. 또한, 니켈(Ni) 등과 같은 환경 규제물질의 발생을 방지할 수 있다.

Description

금속의 양극산화 표면 처리방법 {METHOD FOR TREATING SURFACE OF METAL USING ANODIZING PROCESS}
본 발명은 금속의 양극산화 표면 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내식성 및 경도 등이 우수하여 태양전지 모듈의 프레임, 특히 선박용 태양전지 모듈의 프레임 등과 같이 고내후성이 요구되는 제품에 적용이 가능한 금속의 양극산화 표면 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속은 내식성, 내마모성 및 경도 등의 제반 물성을 향상시키기 위해 표면 처리되고 있다. 특히, 알루미늄(Al) 등의 금속은 양극산화(anodizing)를 통해 표면 처리된 경우, 내식성 및 내마모성 등과 함께, 극히 작은 포어(pore)가 형성되어 여러 가지 색상의 착색이 가능하여 미려한 외관성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2005-0049262호 및 대한민국 등록특허 제10-0951172호 등에는 이러한 양극산화에 대한 기술이 제시되어 있다.
양극산화는 금속의 표면 처리방법 중의 하나로서, 금속 모재(예, 알루미늄 등)를 양극으로 하고, 전해액 존재 하에 통전하면 양극에서 발생하는 산소에 의하여 금속 모재의 표면이 산화되어 산화피막(예, Al2O3 등)이 형성된다. 보다 상세하게는 양극산화를 위한 전해액의 산소이온과 수산이온이 금속 표면으로 전진하여 기존 산화피막을 침투하고 금속 이온과 결합하여, 금속과 산화층의 계면 부근에 다공성의 산화피막과 수산화피막을 형성한다. 다공성의 산화피막은 산성 전해액의 용해작용으로 활성층 부위에 곧 바로 성장된다. 이때, 형성된 산화피막은 대단히 경하여 금속에 내후성을 부여하며, 유공성(有孔性)이 염료, 안료, 부식억제제 또는 윤활제 등과 흡착/결합하여 다양한 기능성을 발휘한다.
일반적으로, 양극산화는 금속 모재로서 알루미늄(Al)을 사용하는 경우 다음과 같은 반응으로 진행된다.
2Al + 3H2SO4 + 16H2O ↔ Al2(SO4)3 + 16H2O + 3H2↑ ↔ Al2O3 + 3H2SO4 + 13H2O
알루미늄은 본래 활성적인 금속으로서, 이는 공기 중에 노출되면 자연적인 산화피막이 형성된다. 그러나 이는 알루미늄 상의 도금 및 다른 금속의 코팅을 불가하게 만든다. 이러한 자연 피막은 공업적 이용가치가 적으므로 인공적인 양극산화를 통하여 10㎛ 이상의 두꺼운 산화피막을 형성하고 있다. 양극산화된 알루미늄은 그 경도와 내식성이 우수하며 미관성도 우수하여 외장재로 많이 사용되고 있다. 알루미늄의 순도가 높을수록 미려하고 광택 있는 피막을 얻을 수 있다. 아울러, 양극산화된 경우 유공도(有孔度)가 적은 피막을 얻을 수 있어 전기콘덴서로도 이용되며, 알루미늄의 산화피막은 내식성과 절연성이 우수하기 때문에 각종 샤시, 카메라 부품, 항공기, 정밀 기계류와 계측기기 등에 널리 이용되고 있다.
일반적으로, 양극산화를 통한 금속의 표면 처리 공정은 크게 전처리 공정, 양극산화 공정 및 후처리 공정으로 나눌 수 있다. 이때, 전처리 공정은 통상 탈지, 에칭 및 디스머트 공정을 포함한다. 양극산화 공정에서는 산화피막을 성장시킨다. 그리고 후처리 공정은 통상 산화피막에 색상을 입히는 착색 공정, 산화피막에 형성된 포어(pore)를 실링(sealing)하는 봉공 공정, 및 물로 세척하는 수세 공정을 포함한다.
양극산화 공정에서는 금속 모재를 양극으로 하고, 흑연판을 음극으로 한다. 그리고 금속 모재를 전해액에 침지한 상태에서 전압을 가하면 양극산화가 진행되어 단단한 다공성의 산화피막이 성장된다. 이때, 전해액은 일반적으로 황산을 포함하는 전해 수용액이 사용된다.
그러나 일반적인 종래 양극산화법을 통한 금속은 양극산화 전보다 내후성이 향상되기는 하나 매우 만족할 만한 것은 아니다. 예를 들어, 장시간 외부에 노출되는 태양전지 모듈의 프레임(frame) 등으로 적용하기에 충분한 고내후성은 갖지 못한다.
통상, 태양전지 모듈은 25년의 보증기간을 갖는다. 이러한 25년의 보증기간은 모듈 전체에 대한 보증기간으로 보통 태양전지 모듈의 백 시트(back sheet)에 대한 내구성 때문이다. 내구성은 셀(cell)을 둘러싸고 있는 보호필름, 커버유리 및 백 시트(back sheet)는 물론 프레임도 확보되어야 한다. 프레임이 모듈을 모두 감싸고 있는 형태이기 때문에 프레임의 내구성이 확보가 되어야 셀, 보호필름, 커버유리, 백 시트(back sheet) 등의 내구성이 확보될 수 있다. 그러나 프레임에 대한 기준은 뚜렷하게 없어 프레임에 대한 내구성은 검토되지 않고 있다.
알루미늄 등의 금속이 태양전지 모듈의 프레임으로 사용하기 위해서는 장시간 노출에 손상이 없어야한다. 프레임은 외부환경의 습기, 먼지로부터 셀을 보호해야 한다. 그리고 자외선으로 인한 변색이 없어야 하며, 빗물, 습기가 침투하지 않아야 한다. 선박용 태양전지 모듈의 프레임은 해양환경에 노출이 되므로 특히 내식성 및 경도 등이 우수하여야 한다.
그러나 종래 기술에 따른 양극산화 표면 처리는 태양전지 모듈의 프레임, 특히 선박용 태양전지 모듈의 프레임으로 적용하기에 충분한 내식성 및 경도 등의 고내후성을 갖지 못하는 문제점이 있다. 아울러, 종래 기술에 따른 양극산화 표면 처리는 니켈(Ni) 등과 환경 규제물질을 다량 발생시키는 문제점도 있다. 이러한 니켈은 주로 봉공 처리공정에서 발생한다.
대한민국 공개특허 제10-2005-0049262호 대한민국 등록특허 제10-0951172호
이에, 본 발명은 내식성 및 경도 등이 우수하여 태양전지 모듈의 프레임, 특히 선박용 태양전지 모듈의 프레임 등과 같이 고내후성이 요구되는 제품에 적용이 가능한 금속의 양극산화 표면 처리방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 니켈(Ni) 등과 같은 환경 규제물질의 발생을 방지할 수 있는 금속의 양극산화 표면 처리방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
금속 모재를 전처리하는 전처리 단계; 및
상기 금속 모재를 양극으로 하고, 상기 금속 모재를 전해액에 침지한 다음, 전압을 인가하여 상기 금속 모재의 표면에 다공성의 산화피막을 형성하는 양극산화 단계를 포함하되,
상기 전해액은 황산과 수산을 포함하는 금속의 양극산화 표면 처리방법을 제공한다.
이때, 상기 전해액은, 전해액 전체 중량 기준으로 황산 10 ~ 20중량%, 수산 3 ~ 10중량% 및 전도성염 3 ~ 10중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속의 양극산화 표면 처리방법은, 상기 양극산화된 금속 모재를 착색하는 착색 단계, 및 상기 양극산화된 금속 모재를 봉공 처리하는 봉공 단계 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 봉공 단계는 부틸 카르비톨, 퍼클로로에틸렌, 부틸 셀로솔브 및 라틱산을 포함하는 봉공 처리액에 금속 모재를 침적하여 봉공 처리하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 봉공 단계는 봉공 처리액에 나노입자가 생성되게 한 다음, 상기 나노입자가 생성된 봉공 처리액에 금속 모재를 침적하여 봉공 처리하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따르면, 내식성 및 경도 등이 우수한 산화피막을 얻을 수 있는 효과를 갖는다. 이에 따라, 태양전지 모듈의 프레임, 특히 선박용 태양전지 모듈의 프레임 등과 같이 고내후성이 요구되는 제품에 적용이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 니켈(Ni) 등과 같은 환경 규제물질의 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 사용될 수 있는 금속 모재의 일례를 보인 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 금속 모재의 산화피막에 나노입자가 코팅된 모습을 보인 모식도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 처리 대상이 되는 금속 모재는 제한되지 않는다. 금속 모재는 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 압출 성형품 또는 사출 성품이어도 좋다. 또한, 본 발명에서 금속 모재는 반제품, 완제품, 및 상기 반/완제품의 제작을 위한 부품 소재를 포함한다.
아울러, 본 발명에서 금속 모재는 단일 금속 또는 합금이 될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티나늄(Ti), 철(Fe) 및 구리(Cu) 등으로부터 선택된 단일 금속 또는 이들 중에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 합금일 수 있다. 첨부된 도 1은 본 발명에서 사용될 수 있는 금속 모재의 일례를 보인 것으로서, 알루미늄 압출 소재를 보인 사진이다. 또한, 본 발명에서 금속 모재는 표면에 자연적 또는 인공적으로 형성된 산화피막이 형성되어 있어도 좋다.
본 발명에 따른 금속의 양극산화 표면 처리방법(이하, '처리방법'으로 약칭한다.)은,
(1) 금속 모재를 전처리하는 전처리 단계; 및
(2) 상기 금속 모재를 양극으로 하고, 상기 금속 모재를 전해액에 침지한 다음, 전압을 인가하여 상기 금속 모재의 표면에 다공성의 산화피막을 형성하는 양극산화 단계를 포함한다. 이때, 상기 전해액은 황산과 수산을 포함한다. 즉, 본 발명에 따라서, 양극산화에 사용되는 전해액은 황산(sulfuric acid, H2SO4)과 함께 수산(oxalic acid, C2H2O4ㆍ2H2O)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 양극산화 시 전해액으로서 황산만을 사용하는 것보다, 황산과 수산을 함께 사용하는 경우 동일 두께 피막층에서 우수한 내식성 및 경도를 가짐을 알 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 처리방법은, 상기 (1) 전처리 단계, 및 (2) 양극산화 단계에 후속하여 진행되는 것으로서, (3) 산화피막을 착색하는 착색 단계, 및 (4) 산화피막의 포어(pore)를 실링(sealing)하는 봉공 단계 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 (3) 착색 단계 및 (4) 봉공 단계 중에서 적어도 (4)봉공 단계는 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 처리방법을 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.
(1) 전처리 단계
양극산화에 앞서, 금속 모재를 전처리한다. 전처리는 당 분야에서 통상적으로 수행하는 방법으로 진행할 수 있으며, 전처리는 예를 들어 불순물 제거를 위한 수세 공정을 포함할 수 있다.
전처리는, 바람직하게는 (a) 탈지 공정, (b) 에칭 공정, (c) 연마 공정 및 (d) 디스머트 공정 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며, 보다 바람직하게는 이들 공정을 모두 포함하여, 순차적으로 실시하는 것이 좋다. 그리고 상기 (a) 내지 (d)의 각 공정들의 사이에서는 수세(rinsing) 공정이 진행될 수 있다.
(a) 탈지(cleaning) 공정
상기 탈지 공정은 금속 모재의 표면에 존재하는 이물질과 기름성분을 제거하는 공정으로서, 이는 통상과 같은 방법으로 진행될 수 있다. 탈지 공정은 침적 탈지로서, 예를 들어 탈지액에 금속 모재를 침적시키는 방법으로 진행될 수 있다. 또한, 탈지 공정은 상기 침적 탈지 공정 이외에 전해 탈지 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 탈지액은 수산화나트륨(NaOH) 및 계면활성제 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 좋다. 이때, 탈지액은, 탈지액 전체 1리터(L)를 기준으로 수산화나트륨(NaOH)이 100g/L 이상의 농도(함량)로 포함된 것이 좋다. 구체적인 예를 들어, 수산화나트륨(NaOH) 100 ~ 150g/L를 포함하는 것이 좋다. 이와 같이 탈지액에 수산화나트륨(NaOH)가 포함된 경우, 금속 모재의 기름 성분을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 탈지액은, 탈지액 전체 1리터(L)를 기준으로 계면활성제 2 ~ 7ml/L를 포함하는 것이 좋다. 이때, 상기 계면활성제는, 바람직하게는 에톡시레이티드 노닐페놀(Ethoxylated nonlyphenol) 등을 사용할 수 있다. 이와 같이 탈지액에 계면활성제가 포함된 경우, 금속 모재의 기름 성분은 물론 이형제 물질(Si 성분) 등을 효과적으로 제거할 수 있다.
보다 구체적인 구현예에 따라서 상기 탈지액은, 탈지액 전체 1리터(L)를 기준으로 수산화나트륨(NaOH) 100 ~ 150g/L, 탄산나트륨(Na2CO3) 80 ~ 150g/L 및 계면활성제 2 ~ 7ml/L를 포함하는 수용액으로 조성될 수 있다.
상기 탈지 공정, 즉 침적 탈지 공정과 전해 탈지 공정은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 침적 탈지 공정은 상기와 같은 탈지액에 금속 모재를 침적한 다음, 60 ~ 70℃의 온도에서 5 ~ 10분 동안 유지하는 방법으로 진행될 수 있다. 그리고 전해 탈지 공정은 동일 조건에서 2 ~ 5V의 전압을 인가하는 방법으로 진행할 수 있다. 이와 같은 탈지 공정에 의해, 불순물은 물론 기름 성분과 이형제 물질 등이 효과적으로 제거될 수 있다.
(b)에칭(etching) 공정
에칭 공정은 금속 모재의 표면에 형성된 산화막 등을 제거하는 공정으로서, 이는 통상과 같은 방법으로 진행될 수 있다. 에칭 단계는, 예를 들어 산화알루미늄 피막을 제거하여 표면을 산화알루미늄(알루미나)에서 알루미늄으로 바꿔주는 역할을 한다. 또한 에칭 공정을 거치면서 표면의 조도를 크게 하고, 표면적을 크게 하여 양극산화 공정이 잘 이루어지도록 할 수 있다.
상기 에칭 공정은, 예를 들어 알칼리 용액이나 산 용액을 이용한 세정을 통해 진행될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 에칭 공정은 탈지 공정을 진행한 금속 모재를 황산이나 아세트산 등을 포함하는 산 수용액에 10초 내지 30분 동안 침적 세정하는 방법으로 진행될 수 있다. 에칭 공정은, 바람직하게는 알칼리 용액 전체 1L 기준으로 수산화나트륨을 90 ~ 130g/L를 포함하는 수산화나트륨 수용액에 침적 세정하는 방법으로 진행하는 것이 좋다.
(c) 연마(polishing) 공정
연마 공정은 상기 에칭 공정 대신에 진행될 수 있다. 연마 공정은 금속 모재의 표면 형성된 산화막 등을 제거하는 공정으로서, 이는 예를 들어 물리적 연마(샌딩 처리 등), 화학 연마 및 전해 연마 등으로부터 선택될 수 있다. 이와 같은 연마는 통상과 같은 방법으로 진행될 수 있다.
(d) 디스머트(desumt) 공정
디스머트 공정은 에칭이나 연마 후에, 표면에 형성된 스머트(합금 성분 등)를 제거는 공정으로서, 이 또한 통상과 같은 방법으로 진행될 수 있다. 디스머트 공정은, 예를 들어 금속 모재를 디스머트 용액으로 용해 제거하는 방법으로 진행될 수 있다. 보다 구체적으로, 디스머트 공정은 에칭 공정 또는 연마 공정을 진행한 금속 모재를 10 ~ 80℃의 디스머트 용액에 10초 내지 30분 동안 침적 세정하는 방법으로 진행될 수 있다. 이때, 상기 디스머트 용액은 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 특별히 한정하는 것은 아니지만 예를 들어 질산, 불산, 황산, 철계 화합물 및 암모늄계 화합물 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 용액을 사용할 수 있다.
(2) 양극산화 단계
상기와 같이 전처리를 진행한 다음, 양극산화시켜 표면 처리한다. 양극산화는 수세(rinsing)한 후에 처리하는 것이 좋다.
이때, 양극산화 시, 양극은 금속 모재로 한다. 그리고 음극은 흑연판 등을 사용할 수 있다. 그리고 전해액은 본 발명에 따른 황산과 수산을 포함한다. 전해액은, 바람직하게는 전해액 전체 중량 기준으로 황산 10 ~ 20중량% 및 수산 3 ~ 10중량%를 포함하는 혼합 수용액이 좋다. 그리고 잔량은 물(증류수 등)이다. 또한, 전해액은 전기를 더 잘 흐르게 하기 위해, 전도성염을 더 포함하는 것이 좋다. 상기 전도성염은, 예를 들어 붕산 및 설파민산 등의 붕산염으로부터 선택될 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다. 이때, 전도성염은 전해액 전체 중량 기준으로 3 ~ 10중량%로 포함될 수 있다.
양극의 금속 모재와 음극의 흑연판을 위와 같은 전해액에 침지한 다음, 전압을 인가한다. 이때, 원하는 경도와 피막 두께에 따라 전압과 시간을 조절할 수 있다. 예를 들어, 선박용 태양전지 모듈의 프레임으로 사용하는 경우, 피막두께를 25㎛ 이상 확보하기 위해 12 ~ 20V에서 5분(min) 내지 40분 동안 양극산화를 진행한다. 그리고 작업온도, 즉 전해액의 온도는 15 ~ 25℃, 바람직하게는 18 ~ 20℃를 유지해 주는 것이 좋다. 전해액의 온도가 너무 높은 피막이 거칠어질 수 있다. 이때, 형성된 산화피막은 반경질 피막으로 경도가 원소재에 비해 4배 이상 향상한다. 또한, 피막의 색상에 발색이 없어 추후의 착색 공정도 가능하다.
(3) 착색 단계
착색은 선택적인 공정이다. 착색은 하지 않아도 무방하며, 제품의 용도에 따라 실시한다. 즉, 착색은 적용 제품에 색상이 필요한 경우에 실시한다.
상기 착색은 통상과 같은 방법으로 진행할 수 있다. 착색에 사용되는 착색제는 제한되지 않으며 염료나 안료 등으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 착색제는 clariant사의 제품 Black MLW를 사용할 수 있다. 그리고 착색제의 농도는 고형분 함량이 0.2 ~ 3.0중량%가 될 수 있다.
상기 착색은 예를 들어 60℃ 이상, 구체적으로는 60 ~ 80℃의 착색제 용액에 금속 모재를 10분 이상, 구체적으로는 10분 내지 30분 동안 침적하는 방법으로 실시할 수 있다.
(4) 봉공 단계
봉공 처리는 선택적인 공정이다. 봉공 처리는, 바람직하게는 내식성을 위해 실시하는 것이 좋다. 봉공 처리는 산화피막에 형성된 포어(pore)를 실링(sealing)하는 공정으로서, 이러한 봉공 처리는 양극산화 후에, 또는 착색을 실시한 후에 진행될 수 있다.
상기 봉공 처리는 통상과 같은 방법으로 진행할 수 있다. 봉공 처리는 예를 들어 끓는 물에 금속 모재를 침적하여 수화물을 형성하는 방법으로 진행하거나, 초산니켈을 함유한 끓는 물에 금속 모재를 침적하여 니켈 수화물을 형성하는 방법으로 진행할 수 있다. 그러나 초산니켈을 사용하는 경우, 환경 규제물질인 니켈(Ni)을 발생하므로, 본 발명에 따라서 다음과 같이 진행하는 것이 좋다.
구체적으로, 봉공 처리는 본 발명에 따라서, 부틸 카르비톨(Butyl Carbitol, C8H18O3), 퍼클로로에틸렌(Perchloroethlylene, C2H4Cl4), 부틸 셀로솔브(Butyl Cellosolve, C6H14O2) 및 라틱산(Lactic Acid(C3H6O3)을 포함하는 처리액에 침적하는 방법으로 진행하는 것이 좋다. 이러한 처리액으로 봉공 처리하는 경우, 내식성이 향상됨은 물론 니켈(Ni) 등의 환경 규제물질의 발생을 방지할 수 있어 친환경적이다. 그리고 니켈에 대한 규제가 있는 유럽시장에 대한 판매가 가능하다.
상기 봉공 처리액은, 바람직하게는 처리액 전체 중량 기준으로 부틸 카르비톨 0.5 ~ 5.0중량%, 퍼클로로에틸렌 0.5 ~ 5.0중량%, 부틸 셀로솔브 1.0 ~ 10.0중량% 및 라틱산 0.5 ~ 5.0중량%를 포함하는 수용액이 좋다. 그리고 잔량은 물(증류수 등)이다. 또한, 봉공 처리는 위와 같은 처리액을 사용하여 상온에서 약 10초 내지 5분 동안 침적하는 방법으로 진행될 수 있다.
보다 바람직한 구현예에 따라서, 상기 봉공 처리는 포어(pore)에 나노입자가 코팅되도록 하는 것이 좋다. 즉, 상기 처리액을 통해 봉공 처리하되, 처리액을 먼저 강력한 교반과 초음파를 가하여 나노입자가 생성되게 한 다음, 나노입자가 생성된 처리액에 금속 모재를 침적하여 포어(pore)에 나노입자가 코팅되도록 하는 것이 좋다. 그리고 나노입자의 코팅량이 증가되도록, 봉공 처리과정에서도 초음파를 가해주면 좋다.
구체적으로, 나노입자가 생성된 처리액에 금속 모재를 침적한 다음, 처리액에 초음파를 가해주면서 상온에서 약 10초 내지 5분 동안 봉공 처리해주는 것이 좋다. 첨부된 도 2는 산화피막의 포어(pore)에 염료가 착색된 후, 봉공 처리에 의해 나노입자가 코팅된 모습을 보인 것이다. 이와 같이 나노입자를 통해 봉공 처리된 경우, 내식성 및 경도 등이 더욱 향상된다.
위와 같이, 봉공 처리를 진행한 다음에는, 수세(rinsing)한 후 건조 공정이 진행될 수 있다. 건조는 예를 들어 상온 자연 건조, 에어(air) 또는 가열건조 등으로부터 선택될 수 있다. 이때, 가열 건조 시에 105℃ 이상 올라가면 양극피막에 미세한 헤어라인형의 잔금균열이 생길 수 있으므로, 105℃ 미만의 온도에서 진행하는 것이 좋다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 종래의 양극산화 처리보다 내식성 및 경도 등이 향상된다. 구체적으로, 양극산화 시, 전해액으로 황산을 사용한 경우보다 황산과 함께 수산을 혼합 사용한 경우 우수한 내식성 및 경도 등을 가져 고내후성을 확보한다. 이에 따라, 고내후성이 요구되는 제품에 적용이 가능하다.
또한, 봉공 처리에서, 상기한 바와 같은 특정 성분을 포함하는 처리액을 사용하는 경우, 니켈(Ni) 등과 같은 환경 규제물질의 발생을 방지 또는 최소화할 수 있으며, 내식성이 현저히 개선된다. 나노입자화를 통해 봉공 처리한 경우 더욱 그러하다.
본 발명에 따른 처리방법은 금속 모재에 적용되는 것이면 제한되지 않는다. 예를 들어 태양전지 모듈의 프레임으로서, 이는 지상용, 선박용 및 해양용의 등을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
< 알루미늄 전처리 >
금속 모재로서, 알루미늄 압출 소재(도 1의 사진)를 준비하였다. 준비된 알루미늄 압출 소재(이하, "Al 시편"이라 한다)에 대하여 다음과 같이 탈지, 에칭, 디스머트를 실시하였다.
먼저, 상기 Al 시편을 수세한 다음, 음이온 계면활성제(에톡시레이티드 노닐페놀)가 포함된 탈지액에 65℃에서 10분간 침적시켜 탈지 처리하였다. 그리고 탈지 처리된 Al 시편을 수세한 다음, 수산화나트륨 수용액의 에칭액에 72℃에서 약 40초간 침적시켜 에칭 처리하였다. 다음으로, 에칭된 Al 시편을 수세한 다음, 질산과 불산의 혼합 산성용액에 약 32℃에서 40초간 침적시켜 디스머트 처리하였다.
< 양극산화 >
상기에서 전처리된 Al 시편을 수세한 다음에 다음, 양극부에 Al 시편을 연결하고, 음극부에는 흑연판을 연결하여 양극산화시켰다. 이때, 전해액은 황산 15중량%, 수산 5중량%, 전도성염(붕산) 5중량% 및 잔량 증류수로 이루어진 수용액을 사용하였다. 그리고 전해액에 Al 시편과 흑연판을 침지시킨 다음, 전해액의 온도를 20℃로 유지하고, 16V의 전압으로 20분 동안 양극산화를 실시하였다.
< 착색 >
위와 같이 양극산화된 Al 시편에 대하여 수세한 다음, 착색제 clariant사의 제품 Black MLW를 사용하여 70℃에서 15분 동안 착색시켰다.
< 봉공 >
먼저, 봉공 처리액으로서 부틸 카르비톨 5.0중량%, 퍼클로로에틸렌 5.0중량%, 부틸 셀로솔브 10.0중량%, 라틱산 5.0중량% 및 잔량의 증류수로 이루어진 수용액을 준비하였다. 그리고 상기 처리액에 증류수를 가하여 25중량% 농도로 희석한 다음, 초음파를 가하면서 강하게 교반하여 나노입자가 생성되도록 하였다. 다음으로, 초음파를 주기적으로 가해주면 교반된 상태를 3일 동안 유지해 준 다음, 이 처리액에 상기 착색을 거친 Al 양극산화 시편을 수세 후 침적하였다. 그리고 상온에서 초음파를 가해주면서 1분 동안 침적하여 봉공 처리하였다.
[비교예]
상기 실시예와 동일하게 하되, 양극산화와 봉공을 통상과 같은 방법으로 실시하였다. 구체적으로, 양극산화 시의 전해액은 통상과 같이 황산 20중량%, 전도성염(붕산) 5중량% 및 잔량 증류수로 이루어진 수용액을 사용하였다. 그리고 봉공 처리 시의 처리액은 통상과 같이 초산니켈을 함유한 끓는 물에 침적하여 처리하였다.
상기 실시예에 따른 Al 양극산화 시편에 대하여, 니켈 방출시험을 실시하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
< 니켈 방출시험 평가 결과 >
시험 항목 단위 시험 결과 시험 방법
니켈방출량 ㎍/(㎠week) 0.01 이하 EN 1811:1998+A1:2008
Nickel Spot Test - Negative
(변색 없음)		 PD CR 12471:2002
상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 니켈 방출시험에서 0.01㎍/(㎠week) 이하의 우수한 결과를 보였으며, 니켈 스팟 테스트에서는 변색이 일어나지 않았다.
또한, 상기 실시예에 따른 Al 양극산화 시편에 대하여, 내식성을 알아보고자 염수분무시험을 실시하고, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
< 염수분무시험 결과 >
염수농도 시험온도 분무압력 분무량
5wt% NaCl (35±0.5)℃ (0.098± 0.002)㎫ 1.4ml/h at 80㎠
시험 항목 판정 기준 시험 결과 시험 방법
염수분무
시험		 1200시간 염수분무 후,
부식 발생이 없을 것		 판정기준 만족 KS D 9502:2009
상기 [표 2]에 나타난 바와 같이, 1200시간의 염수분무 시험에서 부식 발생이 없어 우수한 내식성을 가짐을 알 수 있었다.
아울러, 상기 실시예 및 비교예 에 따른 Al 양극산화 시편에 대하여, 경도를 측정하였다. 경도는 각 시편의 6곳에 대하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 [표 3]에 나타내었다.
< 경도 측정 결과, 단위 : HV >
비 고 1 2 3 4 5 6 평균(HV) 하중
비교예
(황산)		 412.0 406.6 412.0 412.0 409.3 413.4 410.9 1.961 N
실시예
(황산+수산)		 420.4 427.5 423.2 419.0 423.2 427.5 423.5 1.961 N
상기 [표 3]에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 경우가 종래의 비교예보다 우수한 경도를 가짐을 알 수 있었다.
이상의 실험예에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따라 양극산화 시 전해액으로서 황산과 수산을 혼합 사용하는 경우 내식성 및 경도가 개선됨을 알 수 있다. 또한, 봉공 처리 시, 특정의 처리액이 사용되어 환경 규제물질인 니켈의 방출을 방지할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 금속 모재를 전처리하는 전처리 단계;
    상기 금속 모재를 양극으로 하고, 상기 금속 모재를 전해액에 침지한 다음, 전압을 인가하여 상기 금속 모재의 표면에 다공성의 산화피막을 형성하는 양극산화 단계; 및
    상기 양극산화된 금속모재를 봉공 처리하는 봉공 단계;를 포함하되,
    상기 봉공 단계는 부틸 카르비톨, 퍼클로로에틸렌, 부틸 셀로솔브 및 라틱산을 포함하는 봉공 처리액에 금속 모재를 침적하여 봉공 처리하는 것을 특징으로 하는 금속의 양극산화 표면 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전해액은, 전해액 전체 중량 기준으로 황산 10 ~ 20중량%, 수산 3 ~ 10중량% 및 전도성염 3 ~ 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 양극산화 표면 처리방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속의 양극산화 표면 처리방법은,
    상기 양극산화된 금속 모재를 착색하는 착색 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 양극산화 표면 처리방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 봉공 처리액은, 처리액 전체 중량 기준으로 부틸 카르비톨 0.5 ~ 5.0중량%, 퍼클로로에틸렌 0.5 ~ 5.0중량%, 부틸 셀로솔브 1.0 ~ 10.0중량% 및 라틱산 0.5 ~ 5.0중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 양극산화 표면 처리방법.
  6. 제1항에서,
    상기 봉공 단계는 봉공 처리액에 나노입자가 생성되게 한 다음, 상기 나노입자가 생성된 봉공 처리액에 금속 모재를 침적하여 봉공 처리하는 것을 특징으로 하는 금속의 양극산화 표면 처리방법.
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