KR101545858B1 - 가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 및 도료층 제조방법 - Google Patents

가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 및 도료층 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 전해기법을 이용한 가전용 알루미늄 열교환기의 내식성 향상을 위한 산화물층/도료층 조성물 및 이를 함유하는 열교환기에 관한 것으로서, 가전용 알루미늄 열교환기에 내식성 및 경도를 향상시킬 목적으로 플라즈마 전해산화기법을 이용하여 산화물 층을 형성시키고, 산화물 층 위에 추가 도료 층을 형성하여 내마모성, 친수성이 부여된 알루미늄 열교환기, 그의 표면처리 기술 및 공정에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가전용 알루미늄 열교환기는 에어콘, 냉장고, 실외기, 제습기일 수 있다.

Description

가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 및 도료층 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF METALOXIDE/COATING COMPOSITIONS OF ALUMIUM HEAT EXCHANGER FOR HOME APPLIANCE}
본 기술은 플라즈마 전해기법을 이용한 가전용 알루미늄 열교환기의 내식성 향상을 위한 알루미늄 열교환기 산화물층/도료층 조성물 및 이를 함유하는 열교환기 및 그의 제조공정 관한 것이다.
열교환기는 온도와 습도가 각각 다른 두 유체 사이에서 열을 교환하는 장치로, 열교환소자의 적층구조로 이루어지며 온도와 습도가 다른 두 유체를 엇갈리게 통과시켜서 온도차에 의한 현열교환과 습기의 교환에 의한 잠열교환을 행하는 구조로 되어 있다. 이때 열교환은 열교환소자내의 전도 및 열교환소자에 인접한 유체 사이의 대류에 의해 이루어지며, 최근까지 우수한 열전도성으로 인해 구리를 열교환소자로 하는 구리 열교환기가 대부분의 열교환기 시장을 차지하였다. 그러나 경량, 수급의 용이함, 구리 열교환기에 상응하는 열교환 성능 등의 장점으로 인해 최근 자동차 및 가전제품(가정용 전자제품: 에어콘, 냉장고, 실외기, 제습기)시장을 바탕으로 알루미늄 열교환기의 수요가 급증하고 있다.
알루미늄 열교환기 중 핀-관 열교환기는 알루미늄 핀(fin) 및 열 교환 튜브(tube)로 구성되며, 열-방사 부분과 냉각 부분의 표면적이 가능한 한 크게 설계해야 한정된 공간에서 우수한 열 방사 효과 혹은 냉각 효과를 발휘하기 때문에 촘촘한 간격의 핀이 튜브 사이에 위치한다. 열교환기가 냉각에 사용될 경우, 공기 중에 포함된 수분이 열 교환기의 표면에서 응축되어 작은 물방울을 형성하고, 이러한 물방울는 핀들 사이에 채워져서 열 교환기의 공기 저항성을 증가시켜 대류에 의한 열전달계수를 낮추므로써 열교환 효율을 급격히 저하시킨다. 또한, 시간이 경과함에 따라 응축된 물방울은 열 교환기 내에서 알루미늄의 부식을 유발하며 그 결과 핀 표면에 알루미늄 산화물과 같은 미세한 백색 분말이 생성된다. 이에 핀들 사이의 남아있는 물방울에 의한 열교환기의 패색을 방지하도록 핀 표면에 높은 친수성을 부여하여 표면의 습윤 물성을 강화시키고 더불어 내식성을 높이는 처리방법이 요구되고 있는 실정이다.
알루미늄 열교환기의 주요 표면처리 방법으로는 화성피막처리법(chemical conversion treatment), 유기도막 코팅(organic coating), 양극산화기법(anodizing), 플라즈마 전해 산화기법(plasma electrolytic oxidation, PEO)등이 있으며 현재 알루미늄 열교환기의 표면처리법으로서 화성피막처리법이 가장 많이 채택되고 있다. 화성피막처리법은 화학반응을 이용하여 표면에 얇은 불활성 화학피막 즉, 부동태 피막을 형성시켜 친수성 부여, 전도성, 내식성 및 방청성을 높이는 피막의 형성 방법으로서 크롬화합물, 중금속 및 인산화합물 등의 금속처리제와 인산, 불산 등이 사용된다. 그러나 Cr6+이 배출되어 별도의 폐액 처리 장치가 필요하고 인체에 유해하여 사용이 제한되고 있는 실정이다. 도료를 이용한 유기도막코팅 역시 광범위하게 사용되는 방식으로서 여러 계열의 수지를 금속표면에 코팅하는 방식으로 수행된다. 유기도막은 에칭프라이머 또는 양극산화를 통해 전처리 후 하도, 상도 순으로 형성되며 초기 전처리 공정은 유기도막과 알루미늄간의 결합특성의 향상 및 부동태막의 형성을 위해 필수적 공정이다. 현재 유기도막 코팅법은 단가절감의 이유로 주로 스프레이기법이 사용되고 있으나, 이 기법은 핀재 사이의 내부로 도료의 고른 도포가 불가능하기 때문에 심각한 부식이 발행한다. 양극산화기법은 피막의 우수한 투명성, 염색시 우수한 흡착력, 착색, 내식, 내마모성, 경도가 높은 피막형성이 가능하나 피막의 형성시간이 길다는 단점이 있다.
이에 최근 플라즈마 전해기법에 대한 관심이 증가하고 있는데, 이 기법은 친환경 표면처리 기법의 하나로서 저탄소 녹색 성장에 부합하는 기술이고, 수초내지 수분내 균일하고 밀착성이 매우 우수한 산화물 코팅층 형성시킬 수 있는 장점을 지니고 있다. 이 기법은 전기 화학적 안정성이 높은 금속(스테인리스틸 또는 백금 합금 등)을 음극(cathode)으로 산화 반응을 시키고자 하는 알루미늄을 양극(anode)으로 사용하여 전해질 함침 후 알루미늄표면의 유전막을 통전할 수 있는 유전파괴전압(dielectric breakdown voltage) 이상을 외부에서 가함으로써 가스(수소 또는 산소 가스)에 arc(또는 spark 또는 plasma)를 유도하여 산화물층을 형성하는 방법이다. 즉 순간 발생하는 플라즈마 에너지가 순간적으로 산화물을 융착시켜 양극 위에 코팅층을 형성하는 것이다. 이때 양극에 위치한 금속의 표면은 양극산화기법으로 형성된 산화물과는 전혀 다른 매우 치밀하고 단단한 산화물이 형성하게 되며, 특히 알루미늄의 경우 기재에의 표층부에 α-Al2O3 경질 산화물층이 되어 내열성, 내식성이 매우 우수하고, 전구간에 걸쳐 균일한 코팅 두께를 얻을 수 있다. 특허 10-2011-7026121 및 10-0485831를 참고하면 플라즈마 전해 산화기법을 이하여 알루미늄의 내식성을 향상시키기 위한 산화물층을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
이에 본 발명에서는 플라즈마 전해 산화기법을 이용함으로서 가전용 열교환기에 산화물층을 형성할 수 있었고, 후 도막처리함으로써 우수한 내부식성 및 내마모성, 친수성을 지니는 가전용 열교환기를 제조할 수 있었다.
본 출원인은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 함유하는 가전용 열 교환기 부품 (가전용 열 교환기 부품은 응축기, 냉각기, 압축기 또는 이들의 조합을 포함)에 산화물층 및 도료층이 형성되는 경우, 우수한 내부식성, 내마모성 및 친수성을 나타냄을 확인하였다.
본 기술의 한 측면에서, 가전용 열 교환기는 하기를 포함한다:
(A) 플라즈마 전해 산화기법을 이용하여 제조된 산화물층 포함하는 가전용 알루미늄 열교환기
(B) 알루미늄 열교환기의 산화물층위 추가로 도료층을 포함하는 가전용 알루미늄 열교환기
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따라, 플라즈마 전해산화기법을 이용한 가전용 알루미늄 열교환기 산화물층/도료층 조성물 및 이를 함유하는 알루미늄 열교환기는, 알루미늄 열교환기를 플라즈마 전해 산화 장치의 양극에 위치시킨 후 전해액에 함침시키는 단계와; 플라즈마 전해산화를 통해 알루미늄 열교환기에 산화물 층을 형성시키는 단계; 상기 산화물 층위에 추가로 도료층을 형성 하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 달성될 수 있다.
본 출원인은, 알루미늄 또는 알루미늄 함금을 함유하는 가전용 열교환기의 내식성을 향상시키기 위해 플라즈마 전해산화 코팅을 시행 하여 산화물층 형성하고, 그 후 도막층을 형성시켰을때 내식성 및 내마모성, 친수성이 개선된 가전용 열 교환기 부품을 제조할 수 있다는 점을 확인하였다. 이에 본 발명에 따른 제조방법은 알루미늄 열교환기와 스텐레스 스틸을 각각 양극, 음극으로 하여 1 ~ 3g/L 알칼리 금속수산화물, 2 ~ 8 g/L 알카리 금속규산염, 0.5 ~ 3 g/L 알칼리 피로인산염, 바나데이트, 불소화합물 및 세륨화합물, 이산화티타늄이 함유된 전해액이 담근 전해조에 담근 후, 온도가 0~20℃로 유지한 상태에서 교류전류를 통전시킴으로써 알루미늄 열교환기에 산화물 층을 형성시키는 것을 특징으로 한다. 그 후 비다공층 및 다공층을 포함하는 알루미늄 산화물(이하 알루미나로 표기)층에 추가로 도료층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
상기 알루미늄 열교환기는 가전용 부품중 하나로서, 압축기, 증발기, 응축기일 수 있고 적절하게는 알루미늄 핀(fin) 및 열 교환 튜브(tube)로 구성된 가전용 평형관 응축기(PFC, parallel flow condenser)일 수 있다. 또한 에어콘, 냉장고, 실외기, 제습기에 적용될 수 있다.
이때 상기 알카리 금속수산화물은 KOH 및 NaOH가 사용될 수 있으며, 상기의 알카리 금속규산염으로는 Na2SiO3 및 Na2SiO5, Na4SiO4중 선택될 수 있고, 피로인산나트륨으로 Na3PO4, Na4P2O7, (NaPO3)6 및 바나데이트로 NH4VO3가 사용될수 있다. 또한, 상기 불소화합물은 KF, AlF3, CaF2, MgF2, LiF, NaF, 및 Na3AlF6 중의 하나가 사용될수 있고, 상기 세륨화합물은 Ce(NO3)3, Ce(OH)4, Ce(Ac)3, CeCl3 중 선택될수 있는 것을 특징으로 한다. 또한 이산화티타늄은 통상 사용되는 TiO2입자인 것을 특징으로 한다.
특히 통전과정에서 전압을 조절함으로써 실효 전압치를 항상 300V이상으로 하되, AC 전압의 범위는 300~600V, 10내지 10,000Hz을 특징으로 한다. 상기의 전압치의 도달을 위해 정전류법 혹은 정전압법이 사용될 수 있으고 적절하게는 정정류법이 사용될 수 있으며, 정전류 범위는 2~20A/dm2인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가전용 알루미늄 열교환기는, 알루미늄 또는 알루미늄합금에 있어서 기재에 α-Al2O3 및 γ-Al2O3를 포함하고, 내식성, 내마모성, 친수성이 우수할 뿐만 아니라 경도가 큰 것을 특징으로 한다.알루미늄 열교환기의 산화물층은 알루미나 이외에 바나듐산화물이 포함될 수 있고 알루미늄 열교환기의 코팅층은 알루미늄산화물 이외에 보호 산화막 형성에 이상적인 Pilling-Bedworth의 비율의 세륨산화물이 포함될 수 있다. 또한 알루미늄 열교환기의 산화물층은 알루미나 이외에 이산화티타늄이 포함될 수 있다.
산화물층이 형성된 후 도막처리가 시행되어 도료층이 형성되는 것을 특징으로 하며, 도료로써 아크릴, 우레탄, 에스테르, 에폭시, 에나멜 도료가 사용될 수 있다. 도료를 코팅하는 방법으로서 정전도장(electrostatic painting), 스프레이(spray coating), 붓칠(paint brushing), 침지법(dip-coating)이 사용될 수 있다.
이하 더욱 상세하게 설명하면, 상기 플라즈마 전해 산화 장치는 양극으로서 알루미늄 열교환기가 부착될 수 있고, 음극으로서 스텐레스 스틸 및 백금이 위치될 수 있다. 이때 균일한 산화물 형성을 위하여 전해조 내부에 음극인 스테인레스는 둥근 형태로서 양극과의 거리를 일정하게 유지시킬 수 있다. 일반적으로 음극의 경우 양극에 비해 면적이 큰 것을 특징으로 한다.
상기 전해조 부에 담긴 전해액은 (1)1 ~ 3g/L 알칼리 금속수산화물, (2)2 ~ 8 g/L 알카리 금속규산염, (3)0.5 ~ 3 g/L 알칼리 피로인산염, (4)1 ~ 3g/L 바나데이트으로 구성될수 있다. 또한 상기 전해액에 첨가제로써 (5)불소화합물 및 (6)세륨화합물, (7)이산화티타늄을 포함 할 수 있다. 상기의 전해액의 온도는 0~20℃ 로 유지 될 수 있다. 상기의 알칼리 금속수산화물로서 KOH 및 NaOH, LiOH, NaOH, RbOH 및 CsOH가 사용될 수 있다. 상기의 알카리 금속규산염으로는 Na2SiO3 및 Na2SiO5, Na4SiO4 중 선택될 수 있다. 상기의 피로인산나트륨으로는 Na3PO4, Na4P2O7,(NaPO3)6이 사용될 수 있고, 바나데이트로 NH4VO3이 사용될 수 있다. 첨가제로서 포함되는 플루오르화합물은 F, AlF3, CaF2, MgF2, LiF, NaF, 및 Na3AlF중의 하나가 사용될 수 있다. 상기 세륨화합물은 Ce(NO3)3, Ce(OH)4, Ce(Ac)3, CeCl3 등 세륨 이온을 함유하는 금속 전구체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이산화티타늄은 통상 사용되는 TiO2입자 일수 있다.
또한, 본 발명에 따라, 플라즈마 전해기법을 이용하여 제조된 가전용 알루미늄 교환기의 산화물층에 있어서, 산화물 층에는 알루미늄 기재 가까이에 내식성과 경도가 우수한 α-Al2O3가 위치할 수 있고, 그 위에 다공성의 γ-Al2O3의 적층구조를 가질수 있다. 또한 전해액내 포함된 바나듐(V)이온, 세륨(Ce)이온, TiO2에 의해 알루미나층에 바나듐산화물, 세륨산화물, 이산화티타늄이 하나 혹은 그 이상 포함될수 있다.
상기 플라즈마 전해산화기법을 이용하여 산화물이 도입된 가전용 열교환기는 산화층 위에 추가로 도료층을 형성시킬 수 있으며, 도료로써 아크릴, 우레탄, 에스테르, 에폭시, 에나멜 도료가 사용될 수 있다. 도료는 정전도장(electrostatic painting), 스프레이(spray coating), 붓칠(paint brushing), 침지법(dip-coating)이 사용될 수 있다.
종래 알루미늄 열교환기의 부식방지목적으로 채택되어오던 크로메이트법, 도막형성법으로 표면처리된 알루미늄 열교환기는 현장에 적용 시 핀재를 중심으로 심각한 부식이 발생하고 있다. 이에 일본 및 선진국이 까다로운 수입기준(내부식성)을 만족하지 못하는 바, 본 출원인은 기존의 방법과 달리 친환경적인 플라즈마 전해 코팅법을 이용하여 내부식성이 강한 알루미나를 기반으로한 산화물층을 열교환기에 코팅하고, 내마모성 및 친수성을 더욱 부여하기 위해 도료층을 추가로 도입하였다. 이에 내부식성 실험결과, 본 발명에 따른 알루미늄 열교환기의 경우 기존 코팅법으로 제조한 열교환기에 비해 매우 우수한 내식성을 보이는 결과를 확인하여 본 발명을 개시하게 되었다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예 1에 따른 플라즈마 전해산화 공정 후 도막 코팅공정의 개략도 및 그 공정에 의해 제조된 알루미늄 열교환기의 표면구조이고, 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 산화물층/도료층이 포함된 열교환기 핀재의 실사이며,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 비교예 1로서 제조된 알루미늄 열교환기의 핀재, 도료층 포함 알루미늄 열교환기 핀재, 산화물층 포함 알루미늄 열교환기 핀재의 실사이며,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 산화물층/도료층이 포함된 열교환기 핀재의 표면 구조를 확인하기 위한 주사전자현미경 사진이며,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 알루미늄 열교환기 핀재, 도료층 포함 알루미늄 열교환기 핀재, 산화물층 포함 알루미늄 열교환기 핀재의 표면 구조를 확인하기 위한 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 산화물층/도료층이 포함된 열교환기 핀재의 부식 실험 후 시편의 실사이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 알루미늄 열교환기 핀재, 도료층 포함 알루미늄 열교환기 핀재, 산화물층 포함 알루미늄 열교환기 핀재의 부식 실험 후 시편의 실사이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1은 a)플라즈마 전해산화 공정 및 도막 형성 공정의 개략도이고, 플라즈마 전해기법을 이용한 산화물층 형성을 위한 공정과 도료층 형성을 위한 공정으로 이루어진다. b)는 a)의 공정을 통해 제조된 알루미늄 열교환기의 표면구조를 나타낸다.
본 발명의 가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 형성방법은 알루미늄 열교환기를 양극에 위치하고, 스테인레스 스틸을 음극에 위치시키는 단계: 1 ~ 3g/L 알칼리 금속수산화물, 2 ~ 8 g/L 알카리 금속규산염, 0.5 ~ 3 g/L 알칼리 피로인산염, 바나데이트 및 첨가제로서 불소화합물, 세륨화합물, 이산화티타늄으로 구성된 전해액이 담근 전해조에 담근 후, 온도를 0~20℃로 유지하는 단계; 교류전류(전압)를 통전시킴으로써 알루미늄 열교환기에 산화물 층을 형성시키는 단계; 산화물층 위에 도료층을 형성시키는 단계; 를 포함한다.
자세하게, 본 발명에 따라 플라즈마 전해 산화기법에 의해 제조되는 산화물층/도료층을 포함한 가전용 알루미늄 열교환기의 기재인 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 특별한 제한없이 통상 상용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 일수 있으며, 순 알루니늄, 주물용 알루미늄 합금, 전신용 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 주물용 합금으로는 비열처리형 합금, 열처리형 합금, Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Si-Cu-Mg, Al-Si-Mg 계 합금을 포함하고 전신용 알루미늄 합금으로는 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 계열을 포함한다. 바람직하게는 전신용 알루미늄 합금중 2000, 4000, 7000 계열이 사용될수 있다.
상기 플라즈마 전해산화 기법에 의해 형성된 산화물층 포함 가전용 알루미늄 열교환기를 제조하기 위해 먼저 상기의 알루미늄 합금 혹은 알루미늄으로 제조된 열교환기를 플라즈마 전해산화 장치의 양극에 위치하고, 스테인레스 스틸을 음극에 위치시킨다. 이때 가전용 알루미늄 열교환기의 크기는 상관없으며, 다만 양극에 음극의 면적은 큰 것이 바람직하다.
플라즈마 전해산화에 사용되는 전해액은 1 ~ 5g/L 알칼리 금속수산화물, 2 ~ 8 g/L 알카리 금속규산염, 0.5 ~ 5 g/L 알칼리 피로인산염, 바나데이트, 또한 소량의 불소화합물 및 세륨화합물, 이산화티타늄이 함유될 수 있다. 상기의 알칼리 금속수산화물로서 KOH 및 NaOH, LiOH, NaOH, RbOH, CsOH가 사용될 수 있으며 바람직하게는 1 ~ 5g/L KOH 또는 NaOH가 사용될 수 있다. 상기의 알카리 금속규산염으로는 Na2SiO3 및 Na2SiO5, Na4SiO4중 선택될 수 있으며, 바람직하게 2 ~ 8 g/L의 Na2SiO3가 사용될 수 있다. 상기의 피로인산나트륨으로는 Na3PO4, Na4P2O7, (NaPO3)6등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 0.5 ~ 5 g/L의 (NaPO3)6이 사용될 수 있다. 첨가제로 사용된 암모늄 메타 바나데이트는 적절하게 1~4 g/L NH4VO3가 사용될 수 있으며, 불소화합물은 KF, AlF3, CaF2, MgF2, LiF, NaF, 및 Na3AlF6 중의 하나인 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 1~3g/L의 KF가 사용될 수 있다. 또한 상기 세륨화합물은 Ce(NO3)3, Ce(OH)4, Ce(Ac)3, CeCl3 등 세륨 이온을 함유하는 금속 전구체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 적절하게는 1~4 g/L의 Ce(Ac)3가 사용될 수 있다. 이산화티타늄은 통상 사용되는 TiO2 입자 일수 있다.
상기 전해액 내에서 플라즈마 전해에 의해 제조된 가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층은 알루미나 층으로 구성되며, 구체적으로 내식성 및 경도가 우수한 α-Al2O3가 위치할 수 있고, 그 위에 다공성의 γ-Al2O3의 적층구조이며, 알루미나층내에 바나듐산화물 및 세륨산화물, 이산화티타늄이 추가로 포함될 수 있다.
전해조에 담긴 전해액의 온도는 0~20℃로 유지될 수 있으며, 적절하게는 10℃로 유지될 수 있다.
상기의 교류전류 및 전압을 통전시켜 알루미늄 열교환기에 산화물층을 형성시키는 단계에서 전극의 실효 전압치를 항상 300V이상으로 하되, AC 접압의 범위는 300~600V, 10 내지 10,000Hz을 특징으로 한다. 바람직하게는 실효 전압치는 400V로하고 AC전압범위는 400V, 60Hz인 것을 특징으로 한다. 이때 상기의 전압에 도달하기 위한 정전류 범위는 2~20A/dm2 인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 전류밀도는 10A/dm2 인 것을 특징으로 한다. 용액의 전해질의 농도가 더 높아질수록, 만족스러운 금속 산화물층이 형성되면서 전압이 더 낮아질 수 있다.
상기의 플라즈마 전해 산화공정은 다음과 같은 단계를 포함한다.
1) 열수 또는 선택에 따라 산성, 염기성, 또는 용매계 용액을 이용하여 표면 세척;
2) 탈이온수로 세정;
3) 상기 본 기술에 따라 제조된 전해액 내에 플라즈마 전해 산화 기법을 통하여 가전용 알루미늄 열교환기를 처리하되, 플라즈마 전해산화 처리 시간 범위는 일반적으로 약 30초 이상이고 약 60분 이하로 처리하되, 바람직하게는 약 1분 내지 약 20분 처리한다.
본 발명에서는 도료층 형성 공정은 플라즈마 전해 산화 공정 후에 이어진다.
가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 위에 도료층을 형성시키는 공정은 다음과 같은 단계를 포함하다.
4) 전처리공정 -가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 세척 및 건조를 통해 불순물 혹은 수분제거
5) 표준 도장 공정- 도료를 이용하여 에어스프레이, 정전 스프레이, 붓칠, 침지법
6) 도장 후 10분 정도의 셋팅
7) 건조공정(0.6T 냉간압연강판 기준)
구분
분위기 온도(℃)/유지시간(분) 150/25 160/20 170/15 180/10
상기 도료층 형성을 위해 도장 전에 알루미나 코팅층 피도면 위의 먼지, 수분, 미반응 전해질염 및 오물의 제거를 위해 수세와 건조 과정을 거친다. 수세공정에는 탈이온수가 사용되며, 건조과정 시 온도는 170℃가 바람직하다. 상기의 도료로써 아크릴, 우레탄, 에스테르, 에폭시, 에나멜 도료가 사용될 수 있다. 도료는 정전도장(electrostatic painting), 스프레이(spray coating), 붓칠(paint brushing), 침지법(dip-coating)이 사용될 수 있다. 바람직하게는 아크릴계도료를 스프레이기법을 이용하여 도료층을 형성시킨다. 도장이 끝나면 5~30분정도의 셋팅시간을 거쳐 도료의 경화를 위해서 120~200℃에서 5~30분의 건조과정을 거친다. 이때 건조공정은 170℃, 15분이 바람직하다. 또한 도료의 성능을 충분히 발휘하기 위해서는 표면처리 과정이 중요하므로 사양에 준한 철저한 관리가 필요하다. 이때, 도료를 충분히 교반하여 균일하게 혼합한 후 사용하도록 하며 도료 희석 시 지정 신나를 사용하고 도장점도는 도장조건에 따라 사양에 맞게 사용될 수 있다.
이렇게 제조된 플라즈마 전해산화를 이용한 산화물층/도료층이 함유된 열교환기 핀재의 실사를 도 2에 나타내었다.
실시예 1. 산화물층/도료층 함유 가전용 알루미늄 열교환기의 제조
2g/L NaOH, 5.603g/L Na2SiO3, 1.74g/L KF을 주성분으로하는 전해액을 준비하였다. 간단하게 수세과정을 거친 알루미늄 열교환기를 상기의 조성으로 제조된 전해액이 포함된 플라즈마 전해 산화 장치의 전해조의 양극에 위치시키고, 스테인레스 스틸을 음극에 위치시킨다. 냉각기를 작동시켜 온도는 10℃로 유지하였다. 안정화 시간을 거친 후 알루미늄 열교환기는 정전류법을 이용하여 10A/dm2, 인가전압 350V로 통전을 개시해 시편표면의 발포상태를 관찰하였는데, 시편표면의 중앙부에서 발포현상이 차분히 가라앉은 시점에서 인가전압을 400V로 올렸다. 플라즈마 전해 5분후 반응을 종료하고 산화물이 코팅된 가전용 알루미늄 열교환기를 꺼내어 증류수로 세척하고 170℃로 건조과정을 거친 후 에어스프레이 건을 이용하여 아크릴계도료를 코팅하였다. 코팅된 알루미늄 열교환기는 10분정도의 유지시간을 거친 후 170℃에서 15분간 건조하여 최종적으로 본 발명의 산화물층 및 도료층이 함유된 가전용 알루미늄 열교환기를 제조하였다.
비교예 1. 도료층 함유 알루미늄 열교환기, 산화물층 함유 알루미늄 열교환기
본 발명의 비교예로서 별도 코팅처리가 이루어지지 않은 (1)알루미늄 열교환기, 알루미늄 열교환기의 위에 도료층만 형성시킨 (2)도료층 함유 알루미늄 열교환기, 플라즈마 전해산화 기법에 의해 제조된 (3)산화물층 함유 알루미늄 열교환기를 각각 준비하였다. (2)도료층 함유 알루미늄 열교환기의 제조는 실시예 1의 플라즈마 전해산화 공정을 제외한 실시예 1과 동일한 방법으로 제조되었다. 또한 (3)산화물층 포함 코팅 알루미늄 열교환기는 도료층 형성 공정을 제외한 실시예 1과 동일한 방법으로 제조되었다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 산화물층/도료층 함유 가전용 알루미늄 열교환기의 핀재의 실사 사진을 나타낸다. 산화물층은 핀재의 내부까지 모두 균일하게 처리되었으며, 도료 코팅으로 인해 광택을 나타내었다. 도 3은 비교예 1에 의해 제조된 (1)알루미늄 열교환기, (2)도료층 함유 알루미늄 열교환기, (3)산화물층 함유 알루미늄 열교환기의 핀재의 실사를 나타내며, 특히 (2)도료층 함유 알루미늄 열교환기의 핀재의 경우, 알루미늄 열교환기의 핀재와 유사한 색상을 띄었으나, 그것에 비해 높은 광택을 보였다. 플라즈마 전해산화 기법에 의해 산화물층이 함유된 알루미늄 열교환기의 핀재의 경우, 다른 두 시편과 달리 알루미늄의 본연의 색과 광택이 변화하여 회백색의 무광택을 나타내었고, 전체적으로 알루미늄 기재의 특성을 찾아보지 못할 정도로 핀재의 깊은 곳 까지 균일하게 산화물층이 형성된 것을 확인하였다.
실시예 1과 비교예 1에 의해 제조된 시편에 대하여 표면의 모폴로지는 주사현미경(FE-SEM, Hitachi, S-4700, Japan)을 이용하여 측정하였다. 도 4는 실시예 1에서 제조한 산화물층/도료층이 함유된 가전용 알루미늄 열교환기의 핀재의 각각 100배, 200배, 2000배 확대된 주사현미경사진이다. 주사현미경사진에서 알 수 있듯이 산화물층/도료층이 포함된 가전용 알루미늄 열교환기의 경우 표면에 알루미나의 형성과정에서 발생한 기공이 존재하였고, 도료를 이용하여 알루미나의 기공의 상부를 코팅함으로서 기공의 깊이가 얇아지고 크기가 감소하는 경향이 있음을 관찰하였다. 도 5는 비교예 1에서 제조한 (1)알루미늄 열교환기, (2)도료층 포함 알루미늄 열교환기, (3)산화물층 함유 알루미늄 열교환기의 핀재의 각각 100배, 200배, 2000배 확대된 주사현미경사진이다. 알루미늄 핀재의 경우 비교적 표면이 균일하였고, 도료층이 형성된 알루미늄 열교환기의 경우 도료의 코팅으로 인해 표면이 매우 매끄러웠으나, 불균일한 코팅층이 광범위하게 존재하는 것을 확일 할 수 있었다. 또한 플라즈마 전해 산화기법에 의해 제조된 (3)산화물층 함유 알루미늄 열교환기의 주사현미경분석 결과, 표면에 일정한 크기의 기공이 전영역에 거쳐 규칙적으로 발달된 것을 확인할 수 있었다.
도 6은 실시예 1에 따라 제조된 산화물층/도료층 함유 열교환기 핀재의 부식 실험 후 시편의 실사이며, 시편의 전체에 걸쳐 광택이 나고 부식이 일어나지 않았다. 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 알루미늄 열교환기, 도료층 포함 알루미늄 열교환기, 산화물층 포함 알루미늄 열교환기 핀재의 부식 실험 후 시편의 실사이다. 알루미늄 열교환기의 경우 부식이 상당량 발생하였고, 플라즈마 전해산화 코팅 알루미늄 열교환기 핀재의 경우 몇 부분에서 조그마한 범위에 걸쳐 군데군데 부식이 확인되었다. 그에 반해, 도료층 포함 알루미늄 열교환기의 핀재의 경우 심각한 부식이 진행되었음을 확인하였다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
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  6. 가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 및 도료층 제조방법으로서,
    상기 방법은,
    a. 2g/L 수산화나트륨(NaOH), 5.603g/L 나트륨 규산염(Na2SiO3), 1.74g/L 불화칼륨(KF)를 포함하는 전해액을 준비하는 단계;
    b. 상기 전해액 내에 음극 및 양극으로 알루미늄 표면을 가진 가전용 알루미늄 열교환기를 위치시키는 단계;
    c. 상기 알루미늄 표면 상에 산화물층으로 상기 알루미늄 표면을 코팅하기에 유효한 시간 동안, 상기 전해액 용액을 통해 교류전류 및 전압을 인가하는 단계;
    d. 상기 산화물층이 형성된 알루미늄 열교환기를 상기 전해액으로부터 제거하거나, 또는 상기 산화물층이 형성된 알루미늄 열교환기를 상기 전해액으로부터 제거한 후 세척 및 건조하는 단계; 및
    e. 상기 산화물층에 도료층을 추가로 형성하는 단계
    를 포함하는 가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 및 도료층 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가전용 알루미늄 열교환기는 두께가 20 내지 150㎛ 범위의 산화물층 및 5 내지 100㎛ 범위의 도료층을 포함하고, 상기 열교환기는 ASTM B117-03 시험법을 사용하여 4000시간 이상의 연무 분사 부식 저항성을 가지는 것을 특징으로 하는 가전용 알루미늄 열교환기의 산화물층 및 도료층 제조방법.
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