KR101502915B1 - 마그네슘 주조재의 친환경적 화성처리 방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 주조재 - Google Patents

마그네슘 주조재의 친환경적 화성처리 방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 주조재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐수처리 비용을 절감하고, 도장시 도료 원색의 표현이 용이하며, 내식성 및 내환경성이 개선된 마그네슘 주조재의 친환경적 화성처리 방법을 위하여, 마그네슘 주조재의 표면의 이물질 또는 편석을 제거하기 위한 전처리 단계; 및 상기 전처리 단계를 거친 상기 마그네슘 주조재를 산성불화암모늄(NH4HF2) 및 불화나트륨(NaF)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 용액에 침지하여 상기 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계를 포함하는, 마그네슘 주조재의 친환경적 화성처리 방법을 제공한다.

Description

마그네슘 주조재의 친환경적 화성처리 방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 주조재{The eco-friendly chemical conversion method for magnesium cast material and magnesium cast material manufactured by the same}
본 발명은 표면처리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 마그네슘 주조재의 친환경적 화성처리 방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 주조재에 관한 것이다.
마그네슘은 밀도가 1.73-1.95g/cm3로, 철에 비해서는 약 1/4 정도 이고, 알루미늄에 비해서는 약 2/3 정도인 경량금속이다. 이러한 마그네슘은 진동 및 충격 등에 대한 흡수성이 탁월하고, 열전도도가 강철(steel)보다 뛰어나 경량화가 요구되는 자동차 부품이나 항공기 부품으로 많이 사용되고 있으며, 세계 소재시장에서 그 활용성이 증가하고 있다.
하지만, 이러한 여러 가지 장점에도 불구하고, 화학적 활성이 크고, 내부식성이 약해 표면처리가 수반되지 않으면 대기 중에서 빠르게 부식이 진행된다는 단점을 가지고 있다. 마그네슘은 박판재, 후판재, 압판재 및 단조품으로 세분화될 수 있는 단련(wrought)재와 다이캐스팅이나 사형주조로 제조될 수 있는 주조(cast)재의 형태로 사용되고 있는바, 특히, 주조재에서 이러한 단점들은 극복해야 할 과제로 이해되고 있다. 현재 마그네슘의 표면처리 방법으로는 금속도금방법, 아노다이징, 화성처리방법 등이 있으며, 화성처리 방법이 생산성과 단가적인 이유로 주로 사용되고 있다.
그러나 이러한 종래의 마그네슘 주조재의 표면처리에 사용되는 화성처리 방법에는 인산염피막(Phosphating)을 형성하는 공정이 수반되므로 전처리 과정과 불화피막 공정에서 필연적으로 인(Phosphorus)의 사용이 이루어지며, 이러한 인은 폐수처리시의 수질에 부영양화 및 적조를 가속화 시켜 수질오염을 가중시키는 원인을 제공하는 문제점이 있었다. 또한, 인산염피막을 형성한 마그네슘 주조재의 경우 어두운 회색으로 도장품질이 좋지 않다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 폐수처리 비용을 절감하고, 도장의 품질을 향상시키기 위하여, 마그네슘 주조재의 친환경적 화성처리 방법을 제공하고, 나아가 이러한 방법에 의해 제조된 마그네슘 주조재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마그네슘 주조재의 표면에 대한 전처리 단계; 및 상기 전처리 단계를 거친 상기 마그네슘 주조재를 산성불화암모늄(NH4HF2) 또는 불화나트륨(NaF)을 포함하는 용액에 침지하여 상기 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 전처리 단계는 1 질량% 내지 3 질량%의 불산(HF), 3 질량% 내지 10 질량%의 유기산, 0.1 질량% 이하의 불소계 계면활성제(Surfactant) 및 나머지는 물(Water)을 포함하는 용액에 상기 마그네슘 주조재를 침지함으로써 상기 마그네슘 주조재의 표면을 에칭하는 단계를 포함하는, 마그네슘 주조재의 화성처리 방법이 제공된다.
상기 마그네슘 주조재의 화성처리 방법에서, 상기 마그네슘 주조재는 알루미늄을 함유하는 마그네슘 합금 주조재일 수 있으며, 상기 알루미늄을 함유하는 마그네슘 합금 주조재는 아연 또는 망간을 더 함유할 수 있다. 즉, 상기 마그네슘 주조재는 알루미늄을 함유하는 Mg-Al계열 합금 주조재, Mg-Al-Zn계열 합금 주조재 또는 Mg-Al-Mn계열 합금 주조재를 포함할 수 있다.
상기 마그네슘 주조재의 화성처리 방법에서, 상기 마그네슘 주조재는 AM60계열 주조합금, AS41계열 주조합금, AZ91계열 주조합금, AM100계열 주조합금, AZ63계열 주조합금, AZ81계열 주조합금, AZ92계열 주조합금, AM20계열 주조합금, AM50계열 주조합금, 또는 AM60계열 주조합금을 포함하는 주조재일 수 있다.
상기 마그네슘 주조재의 화성처리 방법에서, 상기 산성불화암모늄을 포함하는 용액은 7 질량% 내지 15 질량%의 산성불화암모늄, 5 질량% 내지 10 질량%의 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2), 3 질량% 내지 7 질량%의 황산(sulfuric acid, H2SO4), 0.005 질량% 내지 1 질량%의 불소계 계면활성제 및 나머지로서 물(H2O)을 포함하는 용액일 수 있다.
상기 마그네슘 주조재의 화성처리 방법에서, 상기 불화나트륨을 포함하는 용액은 5 질량% 내지 10 질량%의 불산(HF), 10 질량% 내지 15 질량%의 불화 나트륨, 3 질량% 내지 7 질량%의 불화 칼륨(Potassium fluoride, KF), 0.005 질량% 내지 1 질량%의 불소계 계면활성제 및 나머지로서 물(H2O)을 포함하는 용액일 수 있다.
상기 마그네슘 주조재의 화성처리 방법에서, 상기 전처리 단계는, 상기 마그네슘 주조재의 표면을 탈지하는 단계, 탈지된 상기 마그네슘 주조재의 표면을 제1세정하는 단계, 제1세정된 상기 마그네슘 주조재의 표면을 에칭하는 단계, 에칭된 상기 마그네슘 주조재의 표면을 제2세정하는 단계, 제2세정된 상기 마그네슘 주조재의 표면을 디스머트(Desmut)하는 단계 및 디스머트된 상기 마그네슘 주조재의 표면을 제3세정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상술한 마그네슘 주조재의 화성처리 방법에 의해 형성된 불화피막을 포함하는, 마그네슘 주조재가 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 폐수처리시 수질에 부영양화 및 적조를 가속화 시켜 수질오염을 가중시키는 원인이었던 인(P)을 사용하지 않으므로 친환경적이다. 또한, 인산염 피막을 형성한 마그네슘 주조재에 비하여 명도가 높고, 색상이 백색에 가까워 도장시 도료 원색의 표현이 용이하다. 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성시켜 마그네슘 주조재의 내식성 및 내환경성을 개선하였다. 친환경적인 화성처리 방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 주조재를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 화성처리를 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 전처리 단계를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산성불화암모늄을 포함하는 용액에 침지하여 불화피막이 형성된 마그네슘 주조재의 표면과 인산염피막을 형성한 마그네슘 주조재의 표면을 비교한 사진이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 불화나트륨을 포함하는 용액에 침지하여 불화피막이 형성된 마그네슘 주조재의 표면과 인산염피막을 형성한 마그네슘 주조재의 표면을 비교한 사진이다.
도 9는 도 2의 전처리 단계에서 각 단계에 따른 마그네슘 주조재의 표면을 나타낸 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 순수 마그네슘 주조재 또는 마그네슘 합금 주조재는 마그네슘 주조재로 불릴 수 있다. 다만, 순수 마그네슘은 특별하게 언급되지 않는 경우에도, 제조과정 중에 의도적으로 첨가되지 않지만 불가피하게 함유되는 불순물(이하, 불가피 불순물)을 더 포함할 수 있다. 또한, 마그네슘 합금은 주원소인 마그네슘에 하나 또는 그 이상의 첨가원소들을 함유하는 합금을 지칭할 수 있으나, 이러한 마그네슘 합금은 특별하게 언급되지 않는 경우에도 주원소와 첨가원소들 외에 불가피 불순물을 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 화성처리를 도해하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 마그네슘 주조재의 화성처리 방법은, 마그네슘 주조재의 전처리 단계(S100) 및 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계(S200)를 포함한다. 전처리 단계(S100)에서는, 마그네슘 주조재의 표면의 이물질 또는 편석을 제거할 수 있다.
습윤한 공기 중에서 마그네슘 주조재는 마그네슘 수산화물인 Mg(OH)2로 형성된 산화물 성분으로 주로 이루어진 1um이하의 부동태막(보호 피막)을 자연스럽게 형성하는 경향이 있다. 그러나 다른 금속재와는 달리, 마그네슘 주조재의 표면 위에 자연적으로 형성되는 보호 피막은 안정하지 못하다. PB비율(Pilling-Bedworth ratio)이라 불리는 비율을 살펴보면 1보다 작은 값이 얻어지면, 하부의 금속층이 완전히 덮이지 않았다는 것을 의미하는데, 산화 마그네슘의 부동태막은 0.81이라는 값을 갖기 때문에 하부 금속층이 완전히 덮이지 않았다는 것을 알 수 있다. 다른 예로, 니켈의 경우 산화물의 PB비율이 1.65이고, 니켈에 형성된 산화물층에 의해 완전히 덮여진다는 것을 알 수 있다. 마그네슘의 보호 피막은 치밀하지 못하므로 시간 경과에 따라 마그네슘 주조재의 부식이 가속될 수 있다.
또한, 마그네슘 주조재를 다른 금속과 동일한 방법으로 코팅하는 경우, 마그네슘 주조재의 내식성이 크게 저하된다. 특히, 마그네슘 주조재에 형성된 보호 피막 위에 다른 물질로 된 피막을 바로 형성하는 경우, 보호 피막과의 계면의 젖음성으로 인해 마그네슘 주조재의 내식성 및/또는 도장 부착성 크게 향상되지 않을 수 있다. 따라서 마그네슘 주조재의 표면과 계면결합력을 강화시킨 후 또 다른 피막을 형성하여야 한다. 이렇게 계면결합력을 강화시킨 후 다른 처리를 통하여 피막을 형성하게 되면, 마그네슘 주조재와의 밀착성이 향상됨으로써, 우수한 표면특성을 가질 수 있다. 이러한, 마그네슘 주조재와의 계면결합력의 강화는 후술하는 마그네슘 주조재의 전처리 단계를 통해 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 마그네슘 주조재는 마그네슘 합금 주조재를 포함할 수 있다. 마그네슘 합금 주조재는 강도, 주조성 및 내식성을 확보하기 위하여 알루미늄을 포함하는 마그네슘 주조합금으로 구성될 수 있다. 나아가, 알루미늄을 포함하는 마그네슘 주조합금은 아연이나 망간을 더 함유할 수 있다. 즉, 알루미늄을 포함하는 마그네슘 주조합금으로는, 예를 들어, Mg-Al 주조합금, Mg-Al-Zn 주조합금, Mg-Al-Mn 주조합금을 포함할 수 있으며, 조성과 제조방법(다이캐스팅, 사형 및 금형 주물)에 따라 AM60계열 주조합금, AS41계열 주조합금, AZ91계열 주조합금, AM100계열 주조합금, AZ63계열 주조합금, AZ81계열 주조합금, AZ92계열 주조합금, AM20계열 주조합금, AM50계열 주조합금, AM60계열 주조합금 등으로 분류할 수 있다.
상술한 Mg-Al계열 합금 주조재, Mg-Al-Zn계열 합금 주조재 또는 Mg-Al-Mn계열 합금 주조재를 포함하는 마그네슘 주조재는, 예를 들어, 리튬과 같은 활성원소를 포함하지 않으므로, 상기 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 것이 용이하지 않는 것으로 알려져 있다. 본 발명의 실시예들에서는, 불소계 계면활성제(Surfactant)를 포함하는 용액에 마그네슘 주조재를 침지함으로써 상기 마그네슘 주조재의 표면 결함을 제거하고 표면을 평탄하게 구현하는 마그네슘 주조재의 전처리 단계(S100)를 수행하여 Mg-Al계열 합금 주조재, Mg-Al-Zn계열 합금 주조재 또는 Mg-Al-Mn계열 합금 주조재를 포함하는 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 용이하게 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 전처리 단계(S100)를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 마그네슘 주조재의 표면의 유분 및 오염물 등을 제거하기 위하여 마그네슘 주조재의 표면을 탈지할 수 있다(S110). 탈지처리는 5 질량% 내지 10 질량%의 수산화나트륨(NaOH), 1 질량% 내지 5 질량%의 글루콘산나트륨(C6H11NaO7), 1 질량% 내지 3 질량%의 탄산나트륨(Na2CO3), 0.1 질량% 내지 0.3 질량%의 계면활성제 및 나머지는 물(H2O)을 포함하는 혼합용액에 침지함으로써 구현할 수 있으며, 탈지처리가 끝나면 마그네슘 주조재의 표면에 남아있는 탈지용액을 제거하기 위하여 제1세정을 할 수 있다(S120). 탈지된 마그네슘 주조재와 관련된 사진은 도 9의 (a)에 나타내었다.
제1세정된 마그네슘 주조재의 표면은 이형제(Release agent) 및 불순 산화피막이 남아 있을 수 있다. 이러한 이형제 및 불순 산화피막을 제거하기 위해 마그네슘 주조재의 표면을 에칭하는 단계를 거칠 수 있다(S130). 마그네슘 주조재의 에칭은 1 질량% 내지 3 질량%의 불산(HF), 3 질량% 내지 10 질량%의 유기산, 0.1 질량% 이하의 불소계 계면활성제 및 나머지는 물(H2O)을 포함하는 혼합용액에 침지함으로써 구현할 수 있고, 상기 유기산은 옥살산(oxalic acid), 시트르산(citric acid), 말론산(Malonic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 한편, 유기산은 무기산으로 대체될 수도 있으며 무기산은 황산, 질산 및 염산 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 에칭은 마그네슘 주조재 표면의 산화막(대기중의 산소와 결합한)을 제거하여 후공정의 목적한 피막(예를 들어, 화성피막,아노다이징피막 또는 도금막)을 형성하기위한 중요한 준비단계이다. 하지만 에칭 단계에서 침지를 위한 혼합용액의 조성에 따라 마그네슘 주조재의 치수의 변화량은 적게는 수십 미크론에서 많게는 수백 미크론까지 변화하기 때문에 적절한 조성물을 확보하는 것이 매우 중요하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상술한 조성물을 사용하여 에칭할 경우 30초 처리시 약 10~30㎛ 의 치수 변화량을 보이며, 또한 상기 0.1 질량% 이하의 불소계 계면활성제가 첨가됨으로써 마그네슘 주조재의 표면을 보호함과 동시에 우수한 젖음성과 침투력을 제공할 수 있음을 확인하였다.
일반적인 경우 탈지 및/또는 에칭시에도 인산(Phosphoric acid)을 사용하여 폐수처리시 부영양화 및 적조현상을 유발하는 인(P)의 영향으로 인해 환경오염의 문제가 있었으나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인(P)을 포함하지 않는 친환경성의 불산, 유기산 및 무기산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하므로, 자동차, 항공기 소재, 휴대용 기기의 내ㅇ외장 케이스, 스포츠용품 및 의료 기기 등을 친환경적으로 제조할 수 있다.
에칭 처리를 마치고 나면 에칭된 마그네슘 주조재의 표면에 남아 있는 에칭 용액을 제거하기 위해 마그네슘 주조재의 표면을 제2세정 하는 단계를 거칠 수 있다(S140). 에칭된 마그네슘 주조재와 관련된 사진은 도 9의 (b)에 나타내었다.
제2세정된 마그네슘 주조재의 표면에는 에칭 시 표면에 치환 부착된 불용성 불순 금속이 남아있을 수 있다. 이러한 불용성 불순 금속 등을 제거하기 위해 마그네슘 주조재의 표면을 디스머트(Desmut)하는 단계를 거칠 수 있다(S150). 상기 디스머트 하는 단계(S150)는, 30 질량% 내지 40 질량%의 수산화 나트륨(NaOH), 3 질량% 내지 5 질량%의 글루콘산 나트륨(C6H11NaO7), 5 질량% 내지 10 질량%의 탄산 나트륨(Na2CO3) 및 나머지는 물(Water)을 포함하는 용액에 상기 마그네슘 주조재를 침지함으로써 구현될 수 있으며 이에 의하여 불용성 불순 금속 등을 제거할 수 있다. 디스머트된 마그네슘 주조재와 관련된 사진은 도 9의 (c)에 나타내었다.
계속하여, 마그네슘 주조재의 표면에 남아 있는 디스머트 용액을 제거하기 위해 마그네슘 주조재의 표면을 제3세정 하는 단계(S160)를 거치고 나면, 후에 화성처리를 통한 피막을 형성하는데 있어서, 마그네슘 주조재와 화성처리를 통해 형성된 피막 간의 계면결합력 및 밀착성이 향상될 수 있다. 따라서 내식성 및/또는 도장 부착성이 강한 피막을 형성할 수 있게 된다.
상기 마그네슘 주조재의 전처리 단계(S100)가 끝나면, 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성할 수 있다(S200, 도 1참조). 불화피막은 산성불화암모늄(NH4HF2) 및 불화나트륨(NaF)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 용액에 침지하여 상기 마그네슘 주조재의 표면 상에 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 불화피막을 형성하는 단계(S200)는 마그네슘 주조재를 산성불화암모늄(NH4HF2)을 포함하는 용액에 침지하는 단계(S210)를 포함할 수 있다. 산성불화암모늄을 포함하는 용액에 침지하는 단계(S210)는 7 질량% 내지 15 질량%의 산성불화암모늄, 5 질량% 내지 10 질량%의 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2), 3 질량% 내지 7 질량%의 황산(sulfuric acid, H2SO4), 0.005 질량% 내지 1 질량%의 불소계 계면활성제 및 나머지로서 물(H2O)을 포함하는 용액에 마그네슘 주조재를 침지할 수 있다. 상기 0.005 질량% 내지 1 질량%의 불소계 계면활성제는, 예를 들어, F-(CF2-CF2)n(n은 3 내지 8의 범위를 가짐)으로 표현되는 퍼플루오르 알킬사슬(perfluoroalkyl chain)을 포함하는 계면활성제 또는 플루오린(fluorine)이 탄소(carbon)와 강력한 공유결합을 형성한 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 산성불화암모늄을 포함하는 용액은 상기 불소계 계면활성제를 함유함으로써 산성불화암모늄을 포함하는 용액의 표면장력(surface tension)을 저하시켜 우수한 습윤능력(wetting capacity)을 부여하여 마그네슘 주조재 표면의 미세부위까지 불화피막인 화성피막(conversion coating)을 형성하는데 중요한 역할을 할 수 있다.
마그네슘 주조재를 산성불화암모늄을 포함하는 용액에 침지하게 되면, 다음과 같은 화학식 1 및 화학식 2 에 의해 마그네슘 주조재의 표면에 금속산화물을 형성할 수 있다.
Figure 112013094154045-pat00001
Figure 112013094154045-pat00002
화학식 1 및 2에 의해 생성된 금속산화물은 불화 마그네슘(MgF2)과 같은 물질을 포함할 수 있고, 이러한 금속산화물을 포함하는 층은 불화피막으로 불릴 수 있다. 또한, 불화피막은 전처리 단계(S100)를 거친 후 마그네슘 주조재의 표면에 생성되어 상기 마그네슘 주조재와의 계면결합력 및 밀착성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 생산된 불화 마그네슘(MgF2)은 물에 잘 녹지 않으며, 탄화수소, 알콜, 방향족 화합물 및 에스테르와 같은 다양한 유기물에 저항성을 가질 수 있다. 따라서 이러한 계면결합력 및 밀착성이 향상된 불화 마그네슘을 포함하는 불화피막은 장기적으로 마그네슘 주조재를 보호해줄 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산성불화암모늄을 포함하는 용액에 침지하여 불화피막이 형성된 마그네슘 주조재의 표면과 인산염피막을 형성한 마그네슘 주조재의 표면을 비교한 사진이다.
도 7을 참조하면, 종래의 폐수처리시 부영양화를 일으키는 인(P)을 포함하는 인산염 용액을 사용하여 인산염 피막을 형성한 마그네슘 주조재인 (b)에 비하여 산성불화암모늄을 포함하는 용액에 침지하여 불화피막이 형성된 마그네슘 주조재의 표면인 (a)의 명도가 훨씬 높고, 흰색 또는 회백색의 계열인 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 화성 처리로 인해서 내식성 및 내환경성 향상과 더불어 도장 품질이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 불화피막을 형성하는 단계(S200)는 마그네슘 주조재를 불화나트륨(NaF)을 포함하는 용액에 침지하는 단계를 포함할 수 있다(S220). 불화나트륨을 포함하는 용액에 침지하는 단계에서는, 5 질량% 내지 10 질량%의 불산(HF), 10 질량% 내지 15 질량%의 불화 나트륨, 3 질량% 내지 7 질량%의 불화 칼륨(Potassium fluoride, KF), 0.005 질량% 내지 1 질량%의 불소계 계면활성제 및 및 나머지로서 물(H2O)을 포함하는 용액에 마그네슘 주조재를 침지할 수 있으며, 마그네슘 주조재의 표면에 불화 마그네슘(MgF2) 및/또는 NaMgF3와 같은 물질을 포함하는 금속산화물 층을 형성할 수 있다. 이러한 금속산화물을 포함하는 불화피막은 전처리 단계(S100)를 거친 후 마그네슘 주조재의 표면에 형성되므로 마그네슘 주조재와의 계면결합력 및 밀착성이 뛰어나 마그네슘 주조재의 보호를 효과적으로 할 수 있다.
한편, 상기 0.005 질량% 내지 1 질량%의 불소계 계면활성제는, 예를 들어, F-(CF2-CF2)n(n은 3 내지 8의 범위를 가짐)으로 표현되는 퍼플루오르 알킬사슬(perfluoroalkyl chain)을 포함하는 계면활성제 또는 플루오린(fluorine)이 탄소(carbon)와 강력한 공유결합을 형성한 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 불화나트륨(NaF)을 포함하는 용액은 상기 불소계 계면활성제를 함유함으로써 불화나트륨(NaF)을 포함하는 용액의 표면장력(surface tension)을 저하시켜 우수한 습윤능력(wetting capacity)을 부여하여 마그네슘 주조재 표면의 미세부위까지 불화피막인 화성피막(conversion coating)을 형성하는데 중요한 역할을 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 불화나트륨을 포함하는 용액에 침지하여 불화피막이 형성된 마그네슘 주조재의 표면 사진이다. 도 8을 참조하면, 도 7을 참조하여 설명한 것과 마찬가지로, 인산염 피막을 형성한 (b)의 마그네슘 주조재에 비하여 명도가 훨씬 높고, 내식성 및 내환경성 우수한 화성처리를 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 불화피막의 형성은 순차적으로 산성불화암모늄을 포함하는 용액에 침지하는 단계(S210)를 거친 후, 불화나트륨을 포함하는 용액에 침지하는 단계(S230)를 포함할 수 있다. 화학식 1 및 화학식 2의 반응에 의해 마그네슘 주조재의 표면에는 불화 마그네슘(MgF2)을 포함하는 층이 형성되고 난 후, NaMgF3을 포함하는 금속 산화물 층이 더 형성될 수 있다. 이러한 단계별로 불화피막을 형성하게 되면, 화성처리를 두 번하는 효과를 얻을 수 있으며, 자연 산화된 부동태층과 비교하여 도장의 품질이 우수하고 다양한 유기물에 저항성을 가지며, 내식성, 내환경성 및 도장 부착성을 부여할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계를 보다 상세하게 도해하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 불화피막을 형성하는 단계(S200)는 상기 불화나트륨을 포함하는 용액에 침지하는 단계(S220)를 거친 후, 상기 산성불화암모늄을 포함하는 용액에 침지하는 단계(S240)를 순차적으로 포함할 수 있다. 따라서 마그네슘 주조재의 표면에는 NaMgF3을 포함하는 금속 산화물 층이 먼저 형성되고 난 후, 불화 마그네슘(MgF2)을 포함하는 층이 형성될 수 있다. 이러한 금속 산화물 층은 마그네슘 주조재의 불화피막으로써 내식성 및 도장 부착성이 향상되고, 산성불화암모늄 또는 불화나트륨을 포함하는 용액 중 어느 하나에만 침지하여 불화피막을 형성한 마그네슘 주조재의 표면보다 도장의 품질이 뛰어날 수 있으며, 내식성 및 내환경성이 현저하게 증가할 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면 상술한 마그네슘 주조재의 화성처리 방법들에 의하여 불화피막이 형성되고, 이러한 불화피막을 포함하는 마그네슘 주조재를 제공할 수 있다.
한편, 이렇게 마그네슘 주조재의 표면에 형성된 불화피막 상에는 필요에 따라 금속을 포함하는 도장층을 더 형성할 수 있고, 이때 도장층을 형성하는 금속으로는 Mn, Zr, V, Al, Zn, Ca 및 Ce 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 마그네슘 주조재의 표면에서 마그네슘 이온과 반응하여 도장층을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 도장의 품질과 내식성이 뛰어난 마그네슘 주조재 및 이러한 마그네슘 주조재를 친환경적으로 제조할 수 있는 방법이 제공되어 폐수처리 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 마그네슘 주조재의 표면에 대한 전처리 단계; 및
    상기 전처리 단계를 거친 상기 마그네슘 주조재를 산성불화암모늄(NH4HF2) 또는 불화나트륨(NaF)을 포함하는 용액에 침지하여 상기 마그네슘 주조재의 표면에 불화피막을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 전처리 단계는 1 질량% 내지 3 질량%의 불산(HF), 3 질량% 내지 10 질량%의 유기산, 0.1 질량% 이하의 불소계 계면활성제(Surfactant)(0%는 제외) 및 나머지는 물(Water)을 포함하는 용액에 상기 마그네슘 주조재를 침지함으로써 상기 마그네슘 주조재의 표면을 에칭하는 단계를 포함하는,
    마그네슘 주조재의 화성처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네슘 주조재는 알루미늄을 함유하는 Mg-Al계열 합금 주조재, Mg-Al-Zn계열 합금 주조재 또는 Mg-Al-Mn계열 합금 주조재를 포함하는, 마그네슘 주조재의 화성처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네슘 주조재는 AM60계열 주조합금, AS41계열 주조합금, AZ91계열 주조합금, AM100계열 주조합금, AZ63계열 주조합금, AZ81계열 주조합금, AZ92계열 주조합금, AM20계열 주조합금, AM50계열 주조합금, 또는 AM60계열 주조합금을 포함하는 주조재인, 마그네슘 주조재의 화성처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리 단계는,
    상기 마그네슘 주조재의 표면을 에칭하는 단계 이전에,
    상기 마그네슘 주조재의 표면을 탈지하는 단계; 및
    탈지된 상기 마그네슘 주조재의 표면을 제1세정하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 마그네슘 주조재의 표면을 에칭하는 단계 이후에,
    에칭된 상기 마그네슘 주조재의 표면을 제2세정하는 단계;
    제2세정된 상기 마그네슘 주조재의 표면을 디스머트(Desmut)하는 단계; 및
    디스머트된 상기 마그네슘 주조재의 표면을 제3세정하는 단계;
    를 더 포함하는,
    마그네슘 주조재의 화성처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산성불화암모늄을 포함하는 용액은 7 질량% 내지 15 질량%의 산성불화암모늄, 5 질량% 내지 10 질량%의 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2), 3 질량% 내지 7 질량%의 황산(sulfuric acid, H2SO4), 0.005 질량% 내지 1 질량%의 불소계 계면활성제 및 나머지로서 물(H2O)을 포함하는 용액인, 마그네슘 주조재의 화성처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 불화나트륨을 포함하는 용액은 5 질량% 내지 10 질량%의 불산(HF), 10 질량% 내지 15 질량%의 불화 나트륨, 3 질량% 내지 7 질량%의 불화 칼륨(Potassium fluoride, KF), 0.005 질량% 내지 1 질량%의 불소계 계면활성제 및 나머지로서 물(H2O)을 포함하는 용액인, 마그네슘 주조재의 화성처리 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 0.005 질량% 내지 1 질량%의 불소계 계면활성제는, F-(CF2-CF2)n(n은 3 내지 8의 범위를 가짐)으로 표현되는 퍼플루오르 알킬사슬(perfluoroalkyl chain)을 포함하는 계면활성제 또는 플루오린이 탄소와 공유결합을 형성한 계면활성제를 포함하는, 마그네슘 주조재의 화성처리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 마그네슘 주조재의 화성처리 방법에 의해 형성된 불화피막을 포함하는, 마그네슘 주조재.


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