KR101545127B1

KR101545127B1 - 금속 내외장재의 표면처리 방법 및 표면 처리된 금속 내외장재

Info

Publication number: KR101545127B1
Application number: KR1020140000554A
Authority: KR
Inventors: 조상무
Original assignee: 조상무
Priority date: 2014-01-03
Filing date: 2014-01-03
Publication date: 2015-08-18
Also published as: WO2015102142A1; KR20150081013A

Abstract

본 발명은 금속 내외장재의 표면처리 방법 및 표면 처리된 금속 내외장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 내외장재 표면에 밸브 금속(Valve Metal)으로 장벽층을 형성하고, 그 위에 알루미늄(Al)계 금속으로 표면층을 형성한 후, 표면을 양극 산화시키고 염료 착색 및 봉공 처리하는 금속 내외장재의 표면처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 아연, 스테인리스, 마그네슘 등의 다양한 금속 내외장재의 표면에 양극 산화 및 착색, 봉공 처리 기술을 적용하여 다양하고 미려하면서도 균일한 금속 내외장재의 표면 색상 구현이 가능하다는 효과가 있다.

Description

금속 내외장재의 표면처리 방법 및 표면 처리된 금속 내외장재{SURFACE TREATING METHOD FOR INTERNAL/EXTERNAL METAL MATERIAL, AND INTERNAL/EXTERNAL METAL MATERIAL TREATED BY THE SAME}

본 발명은 금속 내외장재의 표면처리 방법 및 표면 처리된 금속 내외장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 금속 내외장재에 표면에 밸브 금속(Valve Metal)으로 이루어진 장벽층 및 알루미늄계 금속으로 이루어진 표면층을 형성한 뒤 양극 산화 피막처리 기술을 적용하여 미려하면서도 균일한 표면 색상을 구현하는 금속 내외장재의 표면 처리 기술에 관한 것이다.

양극 산화 피막처리법(Anodizing)이란, 전기화학적인 피막 형성방법 중 하나로서 황산, 수산, 크롬산 등의 용액을 전해액으로 사용하여 알루미늄 등의 금속 표면에 양극 산화 피막을 형성시켜, 기계적·전기적·화학적 특성이 우수한 피막을 형성하는 기술을 의미한다. 이러한 양극 산화 피막처리법에 의해 형성된 피막은 대단히 단단하고 내식성이 크며 다양한 색으로 염색될 수 있는데, 이에 따라 다양한 산업 분야에 사용되고 있으며, 특히 최근 수요가 급증 되고 있는 휴대폰 케이스 등의 제품 관련 산업에서 각광받고 있는 기술이다.

하지만, 알루미늄 재질의 경우 알루미늄 합금 판재를 기계 가공한 후 양극 산화시키는 방법만이 실제로 적용되고 있는 실정이며, 이는 순 알루미늄의 경우 강도가 부족하고, 반면 강도가 우수한 알루미늄 합금은 첨가물인 실리콘 등이 표면에 불균일하게 석출되어 균일한 양극 산화 피막을 형성할 수 없기 때문이다.

한편, 기계 가공 방법은 생산성을 고려할 때 단순한 형태의 경우에만 적용 가능하고 복잡한 형태에는 제조 가격에 따른 경제성에 의해 적용하기 어려우며, 또한 이후 조립 공정에도 많은 노력과 비용이 소모되는 방법이다. 이에 복잡한 형상을 대량 생산하기 용이한 알루미늄 다이캐스팅 제품에 알루미늄을 진공 증착시키고 증착된 알루미늄을 양극 산화시키는 방법도 최근 개발되어 왔지만, 진공 증착법의 박막 밀착력 등에 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0116558호(고속성막장치 및 이를 이용한 성막방법, 2012.10.23. 공개)에서 진공 증착법과 아크법을 조합한 방법으로 진공 증착법의 밀착력 문제를 해결하는 방법이 제시된바 있고, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0116557호(다이캐스팅 합금의 표면처리 방법 및 이에 의하여 제조된 표면구조를 가지는 다이캐스팅 합금재, 2012.10.23. 공개)에서 화학 양론 이하의 산화물, 질화물 또는 산질화물을 이용한 방법 또한 제시된바 있다.

또한 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0115475호(금속 내외장재의 표면처리 방법 및 이에 의하여 제조된 표면구조를 가지는 금속 내외장재, 2013.10.22. 공개)에서는 알루미늄 증착시 증착막의 두께가 얇은 지그와의 접촉 부위에 콜드 스프레이법으로 두께를 보강하는 방법을 적용하여 알루미늄 재질이 아닌 마그네슘 합금 재질 등에도 적용가능한 방법이 제시된바 있지만, 연속 공정이 아닌 별도의 공정이 필요하다는 문제가 있었다.

알루미늄 재질의 내외장재의 경우 눈에 보이는 부위의 알루미늄 증착 두께가 충분한 경우에는 눈에 보이지 않는 숨은 부위가 이후 착색 봉공 처리 과정에서 색상이 균일하게 형성되지 않더라도 사용상에 문제가 없어 증착을 이용한 방법을 적용시키는데 큰 어려움이 없지만, 마그네슘 합금이나 스테인리스, 아연 합금 등의 금속 내외장재의 경우 알루미늄이 얇은 부위가 있으면 그 부분이 양극 산화 공정에서 터지는 문제가 생겼다.

또, 알루미늄 형성 과정 중에 알루미늄층이 너무 얇게 형성된 부위가 생기거나, 이후에 전해연마, 화학연마 혹은 기계연마에 의한 연마 공정이나 헤어라인 형성 공정 등에 의해 일부 알루미늄층이 너무 얇아지게 되면, 이 부분 또한 양극 산화 공정에서 동일한 문제점이 발생 되었다.

따라서, 알루미늄 재질 이외의 금속 내외장재들의 표면도 안정적으로 양극 산화처리할 수 있고, 이에 따라 이러한 금속 내외장재들의 표면에 다양한 외관 색상을 구현할 수 있도록 하는 기술이 요구되는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0116558호(고속성막장치 및 이를 이용한 성막방법, 2012.10.23. 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0116557호(다이캐스팅 합금의 표면처리 방법 및 이에 의하여 제조된 표면구조를 가지는 다이캐스팅 합금재, 2012.10.23. 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0115475호(금속 내외장재의 표면처리 방법 및 이에 의하여 제조된 표면구조를 가지는 금속 내외장재, 2013.10.22. 공개)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 금속 내외장재에 표면에 밸브 금속(Valve Metal)으로 이루어진 장벽층 및 알루미늄계 금속으로 이루어진 표면층을 형성한 뒤 양극 산화 피막처리 기술을 적용하여 미려하면서도 균일한 표면 색상을 구현하는 금속 내외장재의 표면 처리 기술을 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라 ⅰ) 금속 내외장재(1) 표면에 밸브 금속(Valve Metal)으로 장벽층(10)을 형성하는 단계; ⅱ) 상기 장벽층(10) 위에 알루미늄(Al)계 금속으로 표면층(20)을 형성하는 단계; ⅲ) 상기 표면층(20)이 형성된 표면을 양극 산화시키는 단계; 및 ⅳ) 양극 산화된 표면에 염료를 착색하고 봉공 처리하는 단계;를 포함하는 금속 내외장재의 표면처리 방법을 제공한다.

이때 상기 밸브 금속은 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나의 단일 금속 또는 둘 이상의 합금일 수 있으며, 바람직하게는 상기 밸브 금속은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 바나듐(V)의 합금이거나 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 니오븀(Nb)의 합금일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 밸브 금속은 Ti6Al4V 또는 Ti6Al7Nb일 수 있다.

또한, 상기 표면층(20)은, 알루미늄, 알루미늄 합금, 화학 양론 조성비 미만의 알루미늄 산화물·질화물·산질화물로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나로 형성된 단일층이거나, 둘 이상이 적층된 복합층인 것이 바람직하다.

상기 ⅱ) 단계와 ⅲ) 단계 사이에, 제품 표면을 샌딩(sanding) 처리하거나 헤어라인(hair line) 처리하는 단계를 더 포함하거나, 화학연마, 전해연마 및 기계연마로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상을 수행하는 연마 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 장벽층(10)의 두께가 0.03~5 ㎛, 상기 표면층(20)의 두께가 5~100 ㎛인 것이 바람직하며, 상기 장벽층(10) 및 표면층(20)이 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식으로, 더욱 바람직하게는 진공증발(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering) 및 음극 진공 아크법(Cathodic Vacuum Arc)로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상인 방식으로 형성될 수 있다.

또, 상기 i) 단계 이전에, 초음파 세척 또는 이온 충돌을 통해 금속 내외장재(1) 표면을 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 ⅳ) 단계에서, 유기물 착색, 무기물 착색 및 전해 착색으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 방식으로 염료를 양극 산화된 표면에 착색하고, 수화 봉공, 금속성 봉공, 유기물 봉공 및 저온 봉공으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 방식으로 착색된 표면을 봉공 처리하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따라 금속 내외장재(1) 표면에 밸브 금속(Valve Metal)로 이루어진 장벽층(10)이 형성되고, 알루미늄(Al)계 금속으로 이루어지고 표면이 양극 산화 처리된 표면층(20)이 상기 장벽층(10) 위에 형성된 표면 처리된 금속 내외장재를 제공한다.

이때 상기 양극 산화 처리된 표면층(20) 표면은 염료가 착색된 후 봉공 처리된 것이 바람직하다.

또한, 상기 밸브 금속은 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나의 단일 금속 또는 둘 이상의 합금일 수 있으며, 바람직하게는 상기 밸브 금속은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 바나듐(V)의 합금이거나 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 니오븀(Nb)의 합금일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 밸브 금속은 Ti6Al4V 또는 Ti6Al7Nb일 수 있다.

또, 상기 표면층(20)은, 알루미늄, 알루미늄 합금, 화학 양론 조성비 미만의 알루미늄 산화물·질화물·산질화물로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나로 형성된 단일층이거나, 둘 이상이 적층된 복합층인 것이 바람직하다.

한편, 상기 장벽층(10)의 두께가 0.03~5 ㎛, 상기 표면층(20)의 두께가 5~100 ㎛인 것이 바람직하며, 상기 장벽층(10) 및 표면층(20)이 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식으로 형성되되, 더욱 바람직하게는 진공증발(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering) 및 음극 진공 아크법(Cathodic Vacuum Arc)로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상인 방식으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 금속 내외장재의 표면처리 방법 및 표면 처리된 금속 내외장재는, 아연, 스테인리스, 마그네슘 등의 일반적으로 널리 쓰이는 다양한 금속 내외장재의 표면에 양극 산화 및 착색, 봉공 처리 기술을 적용하여, 다양하고 미려하면서도 균일한 금속 내외장재의 표면 색상을 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 내외장재의 표면처리 방법에 대한 흐름도(flow chart)를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 처리된 금속 내외장재의 적층 구조를 나타낸 모식도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

먼저 본 발명은 바람직한 일 실시예에 따라 장벽층 형성단계, 표면층 형성단계, 양극 산화 단계 및 염료착색 / 봉공처리 단계를 포함하는 금속 내외장재 표면처리 방법을 제공한다. 이에 대한 흐름도(flow chart)가 도 1에 도시되어 있다. 이하 시계열적 각 단계에 대하여 상세히 설명한다.

먼저 장벽층 형성단계에서 피 가공물인 금속 내외장재(1)를 준비한다. 금속 내외장재(1)는 제품의 내외장재로 사용될 수 있는 금속을 의미하며 아연, 스테인리스, 마그네슘, 알루미늄 합금, 다이캐스팅 함금(종류에 따라서 규소(Si), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 아연(Zn), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 납(Pb), 주석(Sn) 또는 크롬(Cr) 성분이 첨가될 수 있음) 등 다양한 소재로 된 금속 내외장재(1)에 본 발명이 적용될 수 있다.

특히 본 발명에서 금속 내외장재(1)는 알루미늄 성분을 포함하지 않는 금속일 수 있는데, 알루미늄을 포함하지 않아도 본 발명에 따른 공정에 의해 양극 산화 피막처리(Anodizing) 공정을 안정적으로 진행할 수 있다.

장벽층 형성단계에서, 상술한 금속 내외장재(1)의 표면에 밸브 금속으로 장벽층(10)을 형성하게 된다. 밸브 금속(Valve Metal)이란, 밸브 효과(Valve Effect)를 보이는 금속을 의미하며, 밸브 효과란 용액 속에서 전류가 용액에서 금속 방향으로는 흐르지만 반대로 금속에서 용액 방향으로는 거의 흐르지 않는 현상을 말한다.

밸브 금속 중 티타늄과 니오븀 등은 보석류 등을 다루는 장식 산업에서 어노다이징 공정을 통해 다양한 색상을 연출하는데 쓰이고 있다. 더욱 상세하게는 이들 밸브 금속을 어노다이징 할 때 인가 전압에 따라서 청색, 노란색, 핑크색 또는 녹색 등의 간섭 색상이 발현되며, 인가 전압의 크기에 따라 어노다이징 깊이가 조절되어 최대 1㎛ 이하에서 다양한 색을 보이게 된다.

한편, 본 발명에서 장벽층(10)은 티타늄, 니오븀, 탄탈륨, 바나듐, 지르코늄, 텅스텐, 하프늄, 이트륨 등의 단일 금속, 또는 이들 금속 2종 이상 상호간 합금으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 단일 금속 또는 상호간 합금에 알루미늄을 첨가시킨 합금으로도 형성할 수 있는데, 근래 다양한 조성으로 공급되고 있는 티타늄 알루미늄 합금인 Ti6Al4V 또는 Ti6Al7Nb으로 장벽층(10)을 형성하는 것이 더욱 바람직하다.

본 명세서에서 사용되는 "Ti6Al4V" 또는 "Ti6Al7Nb"라는 용어에서 각 숫자는 화합물의 화학 양론비를 의미하는 것이 아니라 합금에서의 중량비를 의미한다. 더욱 상세하게는, "Ti6Al4V"의 경우 전체 중량을 기준으로 알루미늄(Al)이 6 wt%, 바나듐(V)이 4 wt% 함유된 티타늄-알루미늄-바나듐 합금을 의미하며, "Ti6Al7Nb"의 경우 전체 중량을 기준으로 알루미늄(Al)이 6 wt%, 니오븀(Nb)이 7 wt% 함유된 티타늄-알루미늄-니오븀 합금을 의미한다.

이러한 밸브 금속으로 장벽층(10)을 금속 내외장재(1) 표면에 먼저 형성하게 되면, 금속 내외장재(1)에 양극 산화 공정 및 착색/봉공 공정을 수행할 때 상술한 바와 같이 표면이 터지는 현상을 방지할 수 있다.

더욱 상세하게는, 장벽층(10) 상부의 알루미늄계 물질이 양극 산화될 때, 두께가 두꺼운 부분은 아직 산화되지 않은 상태로 남아 있는 반면 얇은 부분은 전부 양극 산화되어 장벽층(10)이 어노다이징 용액과 접촉하게 된다. 이때 장벽층(10)을 벨브 금속류로 구성하게 되면 최대 1㎛ 이하에서만 산화되어 장벽층으로 작용하기 때문에 이러한 효과를 얻을 수 있다. 장벽층(10)이 존재하지 않는다면 그 부분에서 전류가 과다하게 흐르면서 표면이 터지는 현상이 발생하게 된다.

장벽층(10)을 형성하는 방법은, CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식의 경우 공정 온도가 통상적으로 500℃ 이상의 고온이어서 소재의 변형 등의 문제가 발생될 수 있어 적절하지 못하므로, PVD(Physical Vapor Deposition) 방식을 채택하는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게는 진공증발(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering) 및 음극 진공 아크법(Cathodic Vacuum Arc)로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 방식을 채택하여 장벽층(10)을 표면에 형성할 수 있으나, 형성물의 밀착력 등을 감안하였을 때 스퍼터링 또는 음극진공아크법을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

장벽층(10)을 형성하기 이전에 피 가공물인 금속 내외장재(1)의 표면에 잔존하는 기름성분이나 이물질 등을 제거하기 위한 초음파 세척 과정을 수행하거나, 진공조 내부에서 아르곤 가스 이온충돌 또는 금속 이온충돌의 방법으로 표면 불순물 혹은 산화물 등을 제거하는 과정을 수행하는 것이 바람직하다.

한편, 장벽층(10)의 두께는 양극 산화 시 공정 조건 및 후술할 표면층(20)의 두께에 따라 달라질 수 있지만, 표면층(20)의 두께가 충분히 두꺼운 경우에는 0.03㎛ 이상으로도 가능하다. 하지만 PVD 코팅으로 금속 내외장재(1)의 모든 부분을 균일하면서도 두껍게 형성하는 것은 많은 시간과 비용이 소요되며 공정도 용이하지 않다. 따라서 일정 부위가 다른 부위에 비해 얇게 형성되거나, 치구 등과 접촉하는 부위나 후면부, 숨겨진 부위 등에 얇게 형성되는 등의 문제가 발생될 수 있다.

이러한 부위는 가장 두꺼운 부위에 비해 장벽층(10)과 표면층(20)이 얇게 형성되어 있으므로, 양극 산화 단계에서 가장 최외곽의 표면층(20) 뿐만 아니라 장벽층(10)까지 양극 산화된다. 알루미늄계 금속으로 이루어지는 표면층(20) 하부에 밸브 금속으로 이루어지는 장벽층(10)이 없는 경우에는 이 부분에서 금속 내외장재(1)가 직접 어노다이징 용액과 반응하게 되므로 문제가 발생되지만 장벽층(10)이 존재하는 경우 장벽층(10)이 양극 산화되면서 일정 두께의 장벽으로 작용하게 된다. 즉 일반적으로 알려진 티타늄이나 니오븀의 발색 시 표면이 인가 전압에 따라 발색되는 현상이 일어나게 된다. 한편 이 부분의 산화 기공 깊이가 부족하여 균일한 착색 효과를 보일 수는 없지만 이러한 부위는 외관상 문제가 없는 부위이므로 제품의 가치를 훼손시키지는 않는다.

티타늄의 경우 양극 산화 깊이가 30~300 ㎚정도이며 다른 금속 층의 경우에도 비슷하므로, 장벽층(10)의 두께는 0.03 ㎛ 이상이면 되고, 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.3 ㎛ 이상이면 금속 내외장재(1)의 표면을 충분히 보호할 수 있다.

한편 탄탈륨의 경우 1V당 약 1.6 ㎚로, 100V 양극 산화시키면 160 ㎚ 가량 산화되며 니오븀의 경우 300~400 ㎚까지 양극 산화되므로 표면층(20)을 양극 산화시킬 때의 조건에 따라 장벽층(10)의 최소 두께가 적절하게 변경되어야 한다.

장벽층(10) 두께의 상한값에는 특별히 제한을 두지 않지만, 장벽층(10)의 형성속도 및 가격에 따른 경제성 등을 고려하면 5 ㎛ 이하가 바람직하다.

다음으로 ⅱ) 단계인 표면층(20) 형성단계는, 상술한 바와 같이 금속 내외장재(1) 표면에 형성된 장벽층(10) 상부에 알루미늄계 금속으로 표면층(20)을 형성하는 단계이다. 형성 방법은 상술한 장벽층(10)과 마찬가지로 스퍼터링법이나 음극 진공 아크법을 사용하는 것이 가장 바람직하며, CVD 방식의 경우 공정 온도가 통상적으로 500℃ 이상의 고온이기 때문에 소재의 변형 등의 문제가 있어 적절하지 못하다.

표면층(20)은 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 등 알루미늄 성분을 포함하는 다양한 재질로 형성될 수 있는데, 바람직하게는 화학 양론 조성비 미만의 알루미늄 산화물, 질화물 또는 산질화물 층으로 형성될 수 있다. 이러한 화학 양론 조성비 미만의 알루미늄 화합물층의 경우 순수 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 재질들에 비해 경도가 우수하고 우수한 밀착력과 강한 결합력을 지니고 있어, 이에 따라 금속 내외장재(1) 상부의 장벽층(10)과 추후 형성되는 양극 산화 피막층 사이에 강한 접착력과 밀착력을 부여할 수 있기 때문이다.

다음으로 ⅲ) 단계인 양극 산화 단계는, 양극 산화처리에 의해 상술한 표면층(20)의 일부를 양극 산화 피막층으로 산화시키는 과정으로, 요구되는 양극 산화피막층의 두께에 따라 5~100 ㎛의 범위로 표면층(20)을 형성해야 한다.

제품 요구에 따라 필요한 피막층 두께를 얻기 위하여 적정한 두께 범위의 표면층(20)을 다양하게 형성할 수 있으나, 상술한 바와 같이 두께 범위를 제한한 것은 5 ㎛미만으로 표면층(20)을 형성하게 되면 어노다이징 깊이가 너무 얇기 때문에 후속 공정인 착색공정에서 다양한 색상을 만들지 못하는 문제가 있으며, 100 ㎛를 초과하여 표면층(20)을 형성하게 되면 공정 시간이 과도하게 길어져 생산성이 저하될 뿐만 아니라 공정 온도가 높아지면서 피처리물이 변형되거나 두께가 두꺼워져 다른 조립품과의 조립에 문제가 생기기 때문이다.

양극 산화처리 즉, 어노다이징(Anodizing) 처리란 알루미늄 등의 금속 제품을 양극으로 하여 일정한 전해액에서 적정 조건으로 분극시켜 산화 알루미늄(Al₂O₃) 등의 피막을 형성하는 공정이다. 이 피막은 대단히 경하여 내식성이 크고, 다공층이 형성되어 여러가지 색으로 염색할 수 있기 때문에, 내식, 내마모성 등의 실용성과 더불어 표면에 미려하고 중후한 색상을 부여하여 상품적 가치를 높일 수 있는 공정이다.

여기서 양극 산화는 통상의 황산, 수산, 크롬산 등 또는 이들의 혼합산 중 어느 것이나 사용할 수 있으며, 요구되는 색상에 따라 피막의 두께를 조절하게 되므로 바람직하게는 상술한 바와 같이 표면층(20)을 미리 5~100 ㎛로 형성할 수 있다.

한편 요구되는 제품의 물성이나 회관을 향상시키기 위하여 표면을 양극 산화시키는 ⅲ) 단계 이전에 표면을 샌딩(sanding) 처리하거나 헤어라인(hair line) 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 샌딩이란, 요구하는 표면 처리 목적을 달성하기 위하여 하도 표면을 규정된 연마지(sand paper)로 연마하는 작업으로서, 표면 결함을 제거하고 평활성 및 부착력을 향상시키기 위한 작업이다. 헤어라인이란, 표면에 머릿결 같은 라인을 줌으로서 제품의 품위 향상을 제고할 목적으로 사용하는 작업이다.

또한, 최종 제품이 무광일 경우에는 그대로 양극 산화시켜도 무방하지만, 유광의 제품을 제작하는 경우에는 박막의 두께가 증가하게 되면 박막의 광택도가 감소하게 되므로, 제품 표면을 바로 양극 산화시키지 않고 ⅲ) 단계 이전에 연마 단계, 더욱 상세하게는 화학연마, 전해연마 또는 기계연마를 수행하는 단계를 더 추가하는 것이 바람직하다. 화학연마란, 외부의 전류를 사용하지 않고 광택연마를 행하는 방법으로, 금속의 표면을 화학적으로 평활화시키는 과정을 말한다. 통상적으로 화학연마의 주원료는 인산으로, 인산염 피막을 형성하는 과정을 수행하게 된다. 전해연마란 화학연마에서 발생되는 표면 광택 형성의 한계를 극복하여 그 이상의 고광택이 요구되는 경우, 소정의 조건 하에서 전해하여 평활한 면을 만드는 연마 방식을 말한다.

다음으로, ⅳ) 단계인 염료 착색 및 봉공 처리 단계에서는, 양극 산화를 통해 다공질의 피막층이 형성되면 이에 유기물 착색, 무기물 착색 또는 전해 착색 등의 염료 착색법을 통해 양극 산화된 표면에 염료를 착색 처리하고, 최종적으로 수화 봉공, 금속성 봉공, 유기물 봉공, 저온 봉공 등의 방법으로 양극 산화피막의 기공을 막는 봉공 처리를 수행하는 단계이다. 염료 착색 과정을 통해 제품 표면에 심미감을 더하여 상품 가치를 향상시킬 수 있고, 봉공 처리 과정을 통해 착색의 내후성과 내구성 및 피막의 내식성 등을 제고할 수 있다.

이하 본 발명의 금속 내외장재의 표면처리 방법 및 표면 처리된 금속 내외장재에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

마그네슘 함금 등의 금속 내외장재(1)의 표면을 버핑에 의해 연마한 후, 유기 용제와 초음파 세척장치를 통해 소재 표면을 세척한다. 이후 진공로에 소재를 장착한 후 아르곤 가스 이온 충돌 또는 금속 이온 충돌을 실시한다.

소재에 음의 DC 전압, Pulsed DC 전압을 수 내지 수백 V로, 수 내지 수십분 인가하면서 아르곤 가스를 투입하거나 캐소딕 아크방전을 유지하면서 표면을 세정하여 소재의 표면 불순물 및 산화막을 제거함으로써 이후에 형성되는 층과의 밀착력을 제고한다.

장벽층(10)을 Ti6Al4V 합금을 사용하여 스퍼터링으로 최소 박막 두께가 1 ㎛가 되도록 형성한다. 이 후 표면층(20)을 알루미늄 박막 형태로 30 ㎛ 형성하였다. 이 후 황산법으로 양극 산화를 실시하고 착색 후 봉공처리 하였다.

상술한 방법으로 표면 처리된 금속 내외장재(1) 피처리물은 상하, 좌우 그리고 전면부 양극 산화 상태가 양호하였다. 후면부의 단차가 있는 부분은 알루미늄 막의 두께 편차 때문에 색상이 다소 어둡게 보였으나, 이는 조립 후 보이지 않는 부위이기 때문에 사용상의 문제점은 없었다. 흑색, 적색, 골드, 녹색, 청색, 핑크색 등의 다양한 색상이 미려하게 구현되었다.

상술한 실시예에 대한 비교예로써 장벽층(10)을 형성하지 않고 동일한 작업을 수행한 결과, 어노다이징 공정에서 박막이 얇은 부분이 녹아 터지는 현상이 발견되었다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

1 : 금속 내외장재
10 : 장벽층
20 : 표면층

Claims

ⅰ) 금속 내외장재(1) 표면에 밸브 금속(Valve Metal)으로 장벽층(10)을 형성하는 단계;
ⅱ) 상기 장벽층(10) 위에 알루미늄(Al)계 금속으로 표면층(20)을 형성하는 단계;
ⅲ) 상기 표면층(20)이 형성된 표면을 양극 산화시키는 단계; 및
ⅳ) 양극 산화된 표면에 염료를 착색하고 봉공 처리하는 단계;
를 포함하며,
상기 밸브 금속은 Ti6Al4V 또는 Ti6Al7Nb인 것을 특징으로 하는 금속 내외장재의 표면처리 방법.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 표면층(20)은,
알루미늄, 알루미늄 합금, 화학 양론 조성비 미만의 알루미늄 산화물·질화물·산질화물로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나로 형성된 단일층이거나, 둘 이상이 적층된 복합층인 것을 특징으로 하는 금속 내외장재의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 ⅱ) 단계와 ⅲ) 단계 사이에, 제품 표면을 샌딩(sanding) 처리하거나 헤어라인(hair line) 처리하는 단계를 더 포함하는 금속 내외장재의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 ⅱ) 단계와 ⅲ) 단계 사이에, 화학연마, 전해연마 및 기계연마로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상을 수행하는 연마 단계를 더 포함하는 금속 내외장재의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 장벽층(10)의 두께가 0.03~5 ㎛인 것을 특징으로 하는 금속 내외장재의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 표면층(20)의 두께가 5~100 ㎛인 것을 특징으로 하는 금속 내외장재의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 장벽층(10) 및 표면층(20)이 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 내외장재의 표면처리 방법.
제10항에 있어서,
상기 PVD 방식은 진공증발(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering) 및 음극 진공 아크법(Cathodic Vacuum Arc)로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속 내외장재의 표면처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 i) 단계 이전에, 초음파 세척 또는 이온 충돌을 통해 금속 내외장재(1) 표면을 전처리하는 단계를 더 포함하는 금속 내외장재 표면처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 ⅳ) 단계에서,
유기물 착색, 무기물 착색 및 전해 착색으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 방식으로 염료를 양극 산화된 표면에 착색하고,
수화 봉공, 금속성 봉공, 유기물 봉공 및 저온 봉공으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 방식으로 착색된 표면을 봉공 처리하는 것을 특징으로 하는 금속 내외장재 표면처리 방법.
금속 내외장재(1) 표면에 밸브 금속(Valve Metal)로 이루어진 장벽층(10)이 형성되고,
알루미늄(Al)계 금속으로 이루어지고 표면이 양극 산화 처리된 표면층(20)이 상기 장벽층(10) 위에 형성되며,
상기 밸브 금속은 Ti6Al4V 또는 Ti6Al7Nb인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 금속 내외장재.
제14항에 있어서,
상기 양극 산화 처리된 표면층(20) 표면은 염료가 착색된 후 봉공 처리된 것을 특징으로 하는 표면 처리된 금속 내외장재.
삭제
삭제
삭제
제14항에 있어서,
상기 표면층(20)은,
알루미늄, 알루미늄 합금, 화학 양론 조성비 미만의 알루미늄 산화물·질화물·산질화물로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나로 형성된 단일층이거나, 둘 이상이 적층된 복합층인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 금속 내외장재.
제14항에 있어서,
상기 장벽층(10)의 두께가 0.03~5 ㎛인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 금속 내외장재.
제14항에 있어서,
상기 표면층(20)의 두께가 5~100 ㎛인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 금속 내외장재.
제14항에 있어서,
상기 장벽층(10) 및 표면층(20)이 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리된 금속 내외장재.
제22항에 있어서,
상기 PVD 방식은 진공증발(Evaporation), 스퍼터링(Sputtering) 및 음극 진공 아크법(Cathodic Vacuum Arc)로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 금속 내외장재.