KR101577132B1 - 금속기재의 표면처리방법 - Google Patents

금속기재의 표면처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대폰이나 노트북 및 각종 전자기기, 자동차, 항공기, 선박 등의 금속으로 구비된 내외장재(內外裝材), 외장 케이스(Case)나 하우징(Housing), 바디(Body), 파이프(Pipe) 등에 적용되는 금속기재에 관한 것으로, 마그네슘이나 마그네슘 합금 또는 알루미늄이나 알루미늄 합금 등과 같은 산화가 용이한 금속기재의 표면에 대해 치밀한 부동태층(不動態層)을 형성시킨 표면처리를 통해서 제품의 내구성 및 내식성, 도막 밀착성 등을 향상시켜 줄 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 본 발명은 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 중에서 어느 하나로 구비된 금속기재의 표면처리를 위해 압력조에 채워진 pH가 6 내지 8인 부동태액을 60℃ 내지 비점(沸點) 범위의 부동태처리 열온도로 가열시켜 주는 단계; 상기 부동태처리 열온도로 가열된 부동태액에 금속기재를 침지시킨 다음 대기압의 2배 이하에서 1 내지 30분간 가압시켜, 상기 부동태액과의 반응에 의해 상기 금속기재의 표면에 부동태층(不動態層)을 형성시켜 주는 단계; 상기 부동태층(111a, 111b)이 형성된 금속기재(100)를 압력조(300)로부터 꺼내어 40 내지 200℃에서 열처리시켜 주는 단계를 포함한 것을 그 특징으로 한다.

Description

금속기재의 표면처리방법{SURFACE TREATMENT METHOD FOR BASE METAL}
본 발명은 휴대폰이나 노트북 및 각종 전자기기를 비롯한 자동차, 항공기, 선박 등의 금속으로 구비된 내외장재(內外裝材), 외장 케이스(Case)나 하우징(Housing), 바디(Body), 파이프(Pipe) 등(이하 "금속기재"라 한다.)에 적용되는 것으로, 좀 더 구체적으로는 마그네슘이나 마그네슘 합금 또는 알루미늄이나 알루미늄 합금 등과 같은 산화가 용이한 금속기재의 표면에 대해 치밀한 부동태층(不動態層)을 형성시킨 표면처리를 통해서 제품의 내구성 및 내식성, 도막 밀착성 등을 향상시켜 줄 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
근래 들어, 마그네슘이나 마그네슘 합금 소재는 경량이면서 전자파 차폐성 및 방열성 등이 우수하여 각종 전자제품이나 전자기기를 비롯한 컴퓨터, 노트북, 카메라, 휴대폰뿐만 아니라 자동차, 항공기, 선박 등 다양한 분야에 걸쳐 많이 사용되고 있다.
하지만, 높은 산화성과 낮은 내식성 문제를 가진 마그네슘이나 마그네슘 합금 등과 같은 소재를 실용화하기 위해서는 필히 별도의 표면처리를 하여야만 각종 내장부품 및 외장부품 등에 내구성을 확보할 수 있다.
한편, 한국공개특허 제2002-0077150호(2002년 10월 11일)로 공개된 '마그네슘합금용 화성처리액, 표면처리방법 및 마그네슘합금 기재'(이를 '문헌1'이라 한다.)가 이미 널리 알려져 있다.
상기 언급된 문헌1에 대해 살펴보면, 마그네슘 합금에 도장 밀착성, 내식성 및 녹 방지성을 부여하기 위한 수단으로 인산이온 및 과망간산 이온을 함유하고, pH가 1.5 내지 7인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금용 화성처리액과 표면처리방법을 제안하고 있다.
하지만, 이와 같은 종래의 기술로는 화성처리액이 강산성 처리 조건인 pH 2.0 내지 4.0 범위로 선호되어야 하기 때문에 예컨데, 화성처리액의 pH가 7을 초과하면 과망간산 이온의 산화력 저하로 인해 피막의 재현 신뢰도가 떨어지게 되고, 그 결과 제품의 충분한 내구성 및 내식성, 도막 밀착성 등을 얻을 수 없는 문제점을 초래하고 있는 실정이다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 산화가 용이한 금속기재를 pH가 6 내지 7의 물 또는 증류수가 포함된 비휘발성의 부동태액을 사용하여 부동태처리 열온도로 가열된 압력조에서 침지시킨 다음 가압시켜 주는 것에 의해 상기 금속기재의 표면에 더욱 치밀하고 견고한 부동태층(不動態層)을 형성시켜 주는 표면처리를 통해서 제품의 내구성 및 내식성, 도막 밀착성 등을 향상시켜 줄 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 방법으로는 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 중에서 어느 하나로 구비된 금속기재의 표면처리를 위해 압력조에 채워진 pH가 6 내지 8인 부동태액을 60℃ 내지 비점(沸點) 범위의 부동태처리 열온도로 가열시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 부동태처리 열온도로 가열된 부동태액에 금속기재를 침지시킨 다음 대기압의 2배 이하에서 1 내지 30분간 가압시켜, 상기 부동태액과의 반응에 의해 상기 금속기재의 표면에 부동태층(不動態層)을 형성시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.
그리고, 상기 부동태층이 형성된 금속기재를 압력조로부터 꺼내어 40 내지 200℃에서 열처리시켜 주는 단계를 포함하여 구비된 것을 그 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 과제를 해결하기 위한 또 다른 방법으로는 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 중에서 어느 하나로 구비된 금속기재의 표면처리를 위해 압력조에 채워진 pH가 6 내지 8인 부동태액을 60 내지 220℃ 범위의 부동태처리 열온도로 가열시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 부동태처리 열온도로 가열된 부동태액에 금속기재를 침지시킨 다음 대기압의 2배 이하에서 1 내지 30분간 가압시켜, 상기 부동태액과의 반응에 의해 상기 금속기재의 표면에 부동태층(不動態層)을 형성시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.
그리고, 상기 부동태층이 형성된 금속기재를 압력조로부터 꺼내어 40 내지 200℃에서 열처리시켜 주는 단계를 포함하여 구비된 것을 그 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 해결하고자 하는 과제에 대한 구성수단 및 다양한 방법들은 첨부한 도면에 나타난 다양한 일실시사례들의 상세한 설명을 통해서 보다 더 명백하여 질 것이다.
이와 같이 본 발명은 산화가 용이한 금속기재를 pH가 6 내지 7의 물 또는 증류수가 포함된 비휘발성의 부동태액을 사용하여 부동태처리 열온도로 가열된 압력조에서 침지시킨 다음 가압시켜 주는 것에 의해 상기 금속기재의 표면에는 더욱 치밀하고 견고한 부동태층(不動態層)을 형성시켜 줄 수 있으며, 이로 인해 제품의 내구성을 비롯한 내식성, 도막 밀착성 등을 향상시켜 주는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 부동태층의 형성에 반응 물질로 사용되는 부동태액으로 물이나 증류수를 사용하기 때문에 친환경적일 뿐만 아니라, 경제적으로도 유리한 또 다른 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 금속기재에 대한 표면처리가 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 제1실시사례 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속기재에 대한 표면처리가 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 제2실시사례 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속기재에 대한 표면처리가 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 제3실시사례 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 금속기재에 대한 표면처리가 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 제4실시사례 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 도 1 내지 도 4에 있어서, 금속기재의 표면에 부통태층이 형성된 상태를 나타낸 일실시사례 사진이다.
본 발명의 구체적인 실시사례를 설명함에 있어서, 본 발명의 도면에 의해 도시되어 있고, 이에 따른 구성수단과 동작들은 적어도 하나의 일실시 사례로써 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심적인 구성수단 및 일실시 사례들이 제한받지는 않아야 할 것이다.
참고할 사항으로, 본 발명에서 설명되는 각 도면들에 부호를 표기함에 있어서 동일한 구성요소는 비록 다른 도면에 표기되더라도 동일한 부호를 부여하였음에 특히 유의하여야 할 것이다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 5에 나타낸 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 금속기재의 표면처리방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 금속기재(100)는 휴대폰이나 노트북 및 각종 전자기기를 비롯한 자동차, 항공기, 선박 등의 금속으로 구비된 내외장재(內外裝材), 외장 케이스(Case)나 하우징(Housing), 바디(Body), 파이프(Pipe) 등(이하 "금속기재"라 한다.)에 적용되는 것으로, 이는 표면 산화가 용이한 마그네슘(Mg), 마그네슘 합금을 비롯하여 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등과 같은 금속을 포함하는 것을 그 특징으로 하되, 물론 본 발명의 금속기재(100)는 위에 언급된 금속들로 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 본 발명에 있어서 금속기재(100)는 상기 언급된 금속을 활용하여 다이캐스팅(Die Casting)이나 사출, 압출, 압연, 프레스 또는 연마(Etching) 등과 같은 다양한 가공방식으로 그 형상이 구비되는 것을 그 특징으로 한다.
더불어, 본 발명에 따른 금속기재(100)는 그 표면(101a, 101b)에 대해 부동태층(不動態層 ; 이를 "부동태(不動態)"라고도 한다.)(111a, 111b)을 비롯하여 도막(塗膜)처리에 의한 보호층(121a, 121b) 또는 이종(異種)금속층(122a, 122b), 탑(Top)보호층(이를 "상도막(上塗膜)보호층"이라고도 한다.)(123a, 123b) 등을 형성시켜 주는 표면처리를 통해서 상기 금속기재(100)가 적용되는 제품으로 하여금 내구성을 비롯한 내식성, 내염성, 방청성, 도막 밀착성 등을 향상시켜 줄 수 있도록 한 것을 그 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 금속기재(100)에 대한 두께(t1)는 너무 얇게 할 경우에는 연마(Etching) 등을 통한 박막(薄膜) 가공의 어려움을 비롯하여, 후술(後述)되는 부동태층(111a, 111b)의 형성에도 어려움이 따르게 되고, 반면에 그 두께(t1)를 너무 두껍게 하면 가공성은 용이하나 중량감이나 부피 등이 커질 뿐만 아니라 제품에 적용시 소요 자재비를 불필요하게 증가시켜 주는 요인이 될 수 있다.
따라서, 본 발명은 금속기재(100)의 화학적, 물리적인 특성 및 가공성 등을 비롯하여 이를 사용하는 목적이나 용도 등에 따라 그 두께(t1)를 적합하게 선정하여 사용하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 본 발명에 따른 부동태층(111a, 111b)이 형성된 금속기재(100)에 대한 신뢰성 테스트 조건으로는 온도 60℃, 습도 90%에서 24시간 동안 실시되는 항온항습 테스트를 비롯하여, 온도 -40℃의 30분에서 80℃의 30분 동안까지 24사이클(Cycle)에 걸쳐 실시되는 냉온 열충격 테스트, 그리고 염수 5%에서 48시간 동안 실시되는 내염수 테스트에서 변형이나 변질이 없어야 하기 때문에 그 표면처리 기술이 무엇보다 중요시되고 있는 실정이다.
다음은 본 발명에 따른 과제를 해결하기 위한 구성수단 및 그 방법에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 그 일실시 사례를 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저, 첨부된 도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일실시 사례에 대해 살펴보면, 상기 언급된 가공방식에 의해 예컨데, 표면 산화가 용이한 마그네슘(Mg), 마그네슘 합금 또는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등으로 구비된 금속기재(100)에 대해 표면처리를 시켜주기 위한 수단으로 버너(Burner), 히터(Heater) 등과 같은 별도의 가열수단에 의해 압력조(300)에 채워진 pH(이를 "수소이온지수"라고도 한다.)가 6 내지 8인 부동태액(200)을 60℃ 내지 비점(沸點) 범위의 부동태처리 열온도(T1)로 가열(또는 "히팅(Heating)"이라고도 한다.)시켜 주는 단계가 구비된다.
또한, 이와는 달리 본 발명의 또 다른 일실시 사례에 대해 살펴보면, 앞에서 언급된 바와 같이 표면 산화가 용이한 상기 금속기재(100)에 대해 표면처리를 시켜주기 위한 수단으로 버너(Burner), 히터(Heater) 등과 같은 별도의 가열수단에 의해 압력조(300)에 채워진 pH(이를 "수소이온지수"라고도 한다.)가 6 내지 8인 부동태액(200)을 60 내지 220℃ 범위의 부동태처리 열온도(T1)로 가열(또는 "히팅(Heating)"이라고도 한다.)시켜 주는 단계가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 부동태처리 열온도(T1)로 가열된 부동태액(200)에 금속기재(100)를 침지(이를 "디핑(Dipping)"이라고도 한다.)시킨 다음 대기압의 2배 이하에서 1 내지 30분간 가압(이를 "분위기 가압" 또는 "분위기 압력"이라고도 한다.)(P1)시켜, 상기 부동태액(200)과의 반응에 의해 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 부동태층(不動態層)(111a, 111b)을 형성시켜 주는 단계를 포함하여 구비된 것을 그 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 부동태액(200)으로는 비휘발성의 물 또는 증류수를 포함하되, 이때 부동태액(200)은 pH가 7인 중성을 사용하는 것이 바람직하나, 더 나아가서 약산성인 pH가 6을 포함하거나 또는 약알칼리성인 pH 8을 포함하여, 예컨데 본 발명은 pH가 6 내지 8 범위를 사용하는 것을 그 특징으로 한다.
이어서, 본 발명은 상기 부동태층(111a, 111b)이 형성된 금속기재(100)를 압력조(300)로부터 꺼내어 40 내지 200℃에서 열처리시켜 주는 단계를 포함한 것을 그 특징으로 한다.
물론, 상기 부동태액(200)은 물 또는 증류수이기 때문에 상온에서 자연 건조시켜 주는 것도 가능하나, 20 내지 60℃의 열온도에서 실시되는 적외선 또는 열풍으로 건조시켜 주는 것도 가능하다.
하지만, 이와는 달리 본 발명은 앞에서 언급된 바와 같이 40 내지 200℃에서 실시되는 열처리 단계를 통해서 상기 금속기재(100)에 대한 건조와 함께 부동태층(111a, 111b) 즉, 산화 피막에 대한 고착화(固着化) 내지는 안정화를 시켜주는 작용을 하게 되는 것이다.
한편, 본 발명은 상기 부동태층(111a, 111b)이 형성된 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)을 보호하기 위한 수단으로 첨부된 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 부동태층(111a, 111b)의 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽 표면 위에는 적용제품의 종류나 특성에 따라 한층 또는 다층으로 두께 0.2 내지 20㎛의 보호층(121a, 121b)을 도막(塗膜)으로 형성시켜 주는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이는 앞에서 언급된 바와 같이 상기 금속기재(100)에 대한 내구성을 비롯한 내식성, 방청성 등을 향상시켜 주고, 더 나아가서 강한 자외선으로부터 금속기재(100)의 변질과 표면(101a, 101b)의 긁힘을 방지함과 함께 내지문성을 향상시켜 주는 작용을 하게 된다.
또한, 첨부된 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 부동태층(111a, 111b)이 형성된 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)을 보호하고, 더 나아가서는 내구성 및 내식성 등의 향상은 물론 금속(Metal) 질감을 높여 주기 위한 수단으로 상기 부동태층(111a, 111b)의 어느 한쪽(111a) 또는 양쪽(111a, 111b) 위에는 상기 금속기재(100)와는 도전율이 다른 이종(異種)금속층(122a, 122b)을 형성시켜 주는 단계를 포함하되, 상기 이종금속층(122a, 122b)은 적용제품의 종류나 특성에 따라 한층 또는 다층으로 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.
예컨데, 상기 이종금속층(122a, 122b)은 금속기재(100)가 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 구비될 경우에는 도전성 금속 즉, Al이나 Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 합금시킨 것을 10-3 내지 10-6 Torr의 진공 챔버(Chamber)(이를 "진공 분위기"라고도 한다.)에서 증착 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 이종금속층(122a, 122b)은 금속기재(100)가 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구비될 경우에는 도전성 금속 즉, Mg나 Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 합금시킨 것을 10-3 내지 10-6 Torr의 진공 챔버(Chamber)(이를 "진공 분위기"라고도 한다.)에서 증착 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.
그리고, 상기 이종금속층(122a, 122b)을 형성시켜 주기 위한 증착 수단으로는 플라즈마(Plasma)에 의한 스퍼터링(Sputtering) 증착법을 비롯하여 전자빔(Electron Beam) 증착법, 열(Thermal) 증착법, 이온플레이팅(Ion Plating) 증착 법 등을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하나, 이는 앞에서 열거한 사례들로 제한받지는 않아야 할 것이다.
또한, 상기 이종금속층(122a, 122b)은 금속기재(100)가 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 구비될 경우에 있어서 도전성 금속 즉, Al이나 Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 합금시킨 것을 대기 중에서 습식 도금으로 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 이종금속층(122a, 122b)은 금속기재(100)가 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구비될 경우에 있어서 도전성 금속 즉, Mg나 Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 합금시킨 것을 대기 중에서 습식 도금으로 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.
더불어, 상기 이종금속층(122a, 122b) 위에는 첨부된 도 4에 타낸 바와 같이 두께 0.2 내지 20㎛의 도막(塗膜)으로 탑(Top)보호층(123a, 123b)을 적용제품의 종류나 특성에 따라 한층 또는 다층으로 형성시켜 주는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 하되, 이 또한 상기 금속기재(100)를 강한 자외선으로부터 변질을 보호함과 함께 표면(100a, 100b)의 긁힘을 방지하고, 더 나아가서 내지문성과 함께 내구성, 내식성 및 방청성 등을 향상시켜 주는 다양한 기능을 하게 된다.
이와 같은 본 발명의 상기 보호층(121a, 121b), 탑(Top)보호층(123a, 123b)은 투명 또는 유색수지(이를 "칼라(Color)수지"라고도 한다.) 등으로 조성된 도료(塗料)를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 보호층(121a, 121b), 탑(Top)보호층(123a, 123b)은 금속기재(100)에 다양한 색상을 부여하거나 또는 금속(Metal) 질감을 높여 주기 위한 수단으로 백색 또는 유색의 안료물질 등으로 구성된 도료(塗料)를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 안료물질에는 친환경 차원에서 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 티타늄, 철, 크롬 등과 같은 광물성의 천연 무기안료를 적어도 1종 이상 포함시켜 주는 것에 의해서 상기 금속기재(100)로 하여금 강한 자외선으로부터 저항력을 더욱 강화시켜 줌과 함께 탈색이나 변색되는 현상을 방지하여 주는 내후성을 가질 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.
예컨데, 상기 안료물질 중에서 백색안료에는 화학적 성질이 안정되고 독성이 없으며, 특히 산이나 안칼리에 대한 저항성 및 착색력, 은폐력이 강한 굴절율이 2.50 내지 2.75 범위의 TiO2(이산화티타늄)를 포함하되, 이는 앞에서 언급된 물질로 한정되지는 않아야 할 것이다.
또한, 상기 안료물질 중에서 유색안료에는 굴절율이 1.8 이상인 ZrO2(지르코니아), ZnO(산화아연), BiOCl(산화염화비스무스) 또는 굴절율이 1.8 이하인 SiO2(이산화규소), MgF2(불화마그네슘), Al2O2(알루미나) 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상 포함하되, 이 또한 앞에서 열거된 물질들로 제한받지는 않아야 할 것이다.
또한, 상기 유색안료 중에는 카본블랙(Carbon Black)이나 크롬 옥사이드 그린(Chromium Oxide Green) 등을 비롯한 인체에 무해하고 무독성을 가진 예컨데 블랙(Black), 레드(Red), 블루(Blue), 핑크(Pink), 바이올렛(Violet), 옐로우(Yellow) 등과 같은 다양한 색상을 구현할 수 있는 안료물질들을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이 상기 보호층(121a, 121b), 탑(Top)보호층(123a, 123b)을 형성시켜 주기 위한 수단으로는 상기 언급된 도료(塗料)를 사용하여 전착 도장법이나 합성수지 도장법, 분체 도장법, 정전 도장법 중에서 선택된 어느 하나에 의해 도막(塗膜)처리로 균일하게 형성시켜 주는 것이 바람직하나, 이 또한 앞에서 열거된 사례들로 제한받지는 않아야 할 것이다.
더불어, 본 발명에 있어서 상기 보호층(121a, 121b), 탑(Top)보호층(123a, 123b)의 두께를 0.2㎛ 이하로 형성할 경우에는 금속(Metal) 질감을 잘 살려 주는 장점은 있으나, 이는 도막의 두께가 너무 얇기 때문에 보호성이 떨어질 우려가 있고, 반면에 그 두께를 20㎛ 이상으로 두껍게 형성할 경우에는 내구성 및 내식성 등은 우수하나 금속 질감을 저하시 킬 우려가 있을 수 있다.
따라서, 상기 보호층(121a, 121b), 탑(Top)보호층(123a, 123b)에 대한 두께는 금속기재(100)의 화학적, 물리적인 특성을 비롯하여 이를 사용하는 목적이나 용도 등에 따라 그 두께를 0.2 내지 20㎛ 범위에서 너무 얇거나 두껍지 않도록 적합하게 선택하여 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 형성되는 부동태층(111a, 111b)의 두께는 0.2 내지 20㎛로 형성되는 보호층(121a, 121b) 또는 탑(Top)보호층(123a, 123b) 두께의 0.005 내지 0.5배에 해당하는 즉, 0.00l 내지 10㎛로 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.
다시 말해서, 본 발명은 상기 부동태층(111a, 111b)의 두께를 0.001㎛ 이하로 얇게 형성시켜 줄 경우에는 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 대한 훼손이 적은 장점은 있으나, 이는 산화 피막(또는 "산화막"이라고도 한다.)이 너무 얇게 형성되기 때문에 내식성이 떨어질 우려가 있고, 반면에 그 두께를 10㎛ 이상으로 두껍게 형성시켜 줄 경우에는 내식성은 우수하나 상기 표면(101a, 101b)이 심하게 훼손될 우려가 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 있어서 상기 부동태층(111a, 111b)의 두께는 금속기재(100)의 재질을 비롯하여 후술(後述)되는 압력조(300)에서 가열시켜 주는 부동태액(200)의 부동태처리 열온도(T1)를 비롯하여 가압(P1)의 정도 즉, 압력의 세기 및 가압(P1)시켜 주는 시간 등에 따라 달라질 수 있으나, 그 두께를 0.001 내지 10㎛로 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 부동태층(111a, 111b)을 형성시켜 주기 위한 수단에 포함된 부동태처리 열온도(T1)는 압력조(300)에 채워진 부동태액(200)을 60℃ 내지 비점(沸點)(이를 "비등점(沸騰點)"이라고도 한다.) 범위로 가열하여 주거나, 또는 상기 부동태액(200)을 60 내지 220℃로 가열하여 주는 것에 의해 상기 부동태층(111a, 111b)의 형성을 위한 반응이 용이하게 이루어지도록 하는 것이 바람직할 것이다.
다시 말해서, 상기 부동태처리 열온도(T1)를 60℃ 이하로 낮게 설정할 경우에는 부동태액(200)의 반응이 저하되어 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 부동태층(111a, 111b)이 치밀하게 형성되지 않을 우려가 있고, 반면에 부동태처리 열온도(T1)를 비점(沸點) 범위 또는 220℃ 이상으로 높게 설정하게 되면 부동태액(200)의 증발이 심하여 손실이 발생되기 때문에 경제적으로 불리할 뿐만 아니라, 치밀하고 균일한 부동태층(111a, 111b)이 형성되지 않을 우려가 있기 때문에 본 발명에서의 부동태처리 열온도(T1)는 60℃ 내지 비점(沸點) 범위 또는 60 내지 220℃ 범위에서 적합하게 선택하여 주는 것이 바람직할 것이다.
한편, 본 발명은 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 좀 더 치밀하고 견고한 부동태층(111a, 111b)을 형성시켜 주기 위한 수단에 포함된 부동태액(200)의 또 다른 일실시 사례로는 비점(沸點)이 78.3℃인 에탄올(Ethanol)을 비롯하여 64.65℃의 메탄올(Methanol), 82℃의 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol), 117.7℃의 부틸알코올(Butyl Alcohol), 194.5℃의 옥틸알코올(Octyl alcohol) 중에서 선택된 어느 하나 또는 두 가지 이상 혼합시켜 조성된 휘발성의 알코올(Alcohol)계 물질을 사용하거나, 또는 비점(沸點)이 56.5℃인 아세톤(Acetone)을 비롯하여 79.6℃의 메틸에틸케톤(Methyl Ethyl Ketone), 115.9℃의 메틸이소부틸케톤(Methyl Isobutyl Ketone) 중에서 선택된 어느 하나 또는 두 가지 이상 혼합시켜 조성시킨 휘발성의 케톤(Ketone)계 물질을 포함할 수 있다.
더불어, 본 발명에 있어서 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 부동태층(111a, 111b)을 형성시켜 주기 위한 수단에 포함된 예컨데, 부동태처리 열온도(T1)로 가열된 압력조(300)의 부동태액(200)에 금속기재(100)를 침지시킨 다음 가압(P1)시켜 주는 시간은 앞에서 언급된 바와 같이 1 내지 30분 범위에서 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.
예컨데, 상기 부동태액(200)에 금속기재(100)를 침지시킨 다음 가압(P1)시켜 주는 시간을 1분 이하로 너무 짧게 설정할 경우에는 물론 앞에서 언급된 금속기재(100)의 신뢰성 테스트 조건은 만족할 수 있게 되나, 이는 부동태액(200)의 반응이 저하되어 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 부동태층(111a, 111b)이 치밀하게 형성되지 않을 우려가 있고, 반면에 30분 이상으로 길게 설정할 경우에는 부동태층(111a, 111b)의 치밀도가 높아지는 장점은 있으나, 상기 부동태층(111a, 111b)의 형성 즉, 부동태처리를 위한 공정시간이 불필요하게 길어지게 되어 경제적인 낭비 요인으로 작용할 우려가 있기 때문에 본 발명은 1 내지 30분 범위에서 적합하게 선택하는 것이 바람직할 것이다.
더불어, 본 발명에 있어서 상기 압력조(200)를 가압(P1)시켜 주기 위한 압력은 대기압의 2배 이하로 하는 것을 그 특징으로 하나, 이와는 달리 대기압의 2배 이상으로 가압(P1)시켜 주더라도 부동태층(111a, 111b)의 치밀한 형성에 큰 변화를 주는 요인으로 작용하지 않기 때문에 본 발명은 앞에서 언급된 대기압의 2배 이하로 하는 것이 바람직할 것이다.
이와 같이 형성된 본 발명의 부동태층(111a, 111b)은 금속기재(100)에 대한 내식성의 향상과 함께 이종(異種)금속층(122a, 122b)을 비롯한 도장(塗裝)을 기반으로 하는 보호층(121a, 121b), 탑(Top)보호층(123a, 123b) 등의 형성시에 이종(異種)금속이나 도막(塗膜)의 흡착력 즉, 도막 밀착성을 향상시켜 주는 작용을 하게 된다.
한편, 본 발명은 상기 언급된 금속기재(100)를 부동태액(200)이 채워진 압력조(300)에 침지시켜 주기 전에 충분한 탈지 및 세정공정을 거쳐서 그 표면(101a, 101b)에 묻은 이물질을 충분하게 제거시켜 주는 것이 바람직할 것이다.
다시 말해서, 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 이물질이 묻어 있을 경우에는 표면장력으로 인해 부동태액(200)이 전체적으로 균일하게 묻지 않기 때문에 결국, 치밀하고 균일한 부동태층(111a, 111b)의 형성에 나쁜 영향을 미치게 될 수 있는 것이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위에서 다양한 변경과 수정 등이 가능함을 자명하게 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 언급된 바와 같은 다양한 일실시사례들에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 특허청구 범위에 의하여 정해져야 함이 바람직할 것이다.
100 : 금속기재
101a, 101b : 표면
111a, 111b : 부동태층(不動態層)
121a, 121b : 보호층
122a, 122b : 이종(異種)금속층
123a, 123b : 탑(Top)보호층
200 : 부동태액
300 : 압력조

Claims (11)

  1. 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 중에서 어느 하나로 구비된 금속기재의 표면처리방법에 있어서,
    압력조(300)에 채워진 pH가 6 내지 8인 부동태액(200)을 60℃ 내지 비점(沸點) 범위의 부동태처리 열온도(T1)로 가열시켜 주는 단계;
    상기 부동태처리 열온도(T1)로 가열된 부동태액(200)에 금속기재(100)를 침지시킨 다음 대기압의 2배 이하에서 1 내지 30분간 가압(P1)시켜, 상기 부동태액(200)과의 반응에 의해 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 부동태층(111a, 111b)을 형성시켜 주는 단계;
    상기 부동태층(111a, 111b)이 형성된 금속기재(100)를 압력조(300)로부터 꺼내어 40 내지 200℃에서 열처리시켜 주는 단계;
    상기 열처리시킨 금속기재(100)에 대한 부동태층(111a, 111b)의 어느 한쪽 또는 양쪽 위에는 상기 금속기재(100)와는 도전율이 다른 이종(異種)금속층(122a, 122b)을 형성시켜 주는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
  2. 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 중에서 선택된 어느 하나로 구비된 금속기재의 표면처리방법에 있어서,
    압력조(300)에 채워진 pH가 6 내지 8인 부동태액(200)을 60℃ 내지 220℃ 범위의 부동태처리 열온도(T1)로 가열시켜 주는 단계;
    상기 부동태처리 열온도(T1)로 가열된 부동태액(200)에 금속기재(100)를 침지시킨 다음 대기압의 2배 이하에서 1 내지 30분간 가압(P1)시켜, 상기 부동태액(200)과의 반응에 의해 상기 금속기재(100)의 표면(101a, 101b)에 부동태층(111a, 111b)을 형성시켜 주는 단계;
    상기 부동태층(111a, 111b)이 형성된 금속기재(100)를 압력조(300)로부터 꺼내어 40 내지 200℃에서 열처리시켜 주는 단계;
    상기 열처리시킨 금속기재(100)에 대한 부동태층(111a, 111b)의 어느 한쪽 또는 양쪽 위에는 상기 금속기재(100)와는 도전율이 다른 이종(異種)금속층(122a, 122b)을 형성시켜 주는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종금속층(122a, 122b)은 금속기재(100)가 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 구비되면 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 합금하여 10-3 내지 10-6 Torr의 진공 분위기에서 증착 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종금속층(122a, 122b)은 금속기재(100)가 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구비되면 Mg, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 합금하여 10-3 내지 10-6 Torr의 진공 분위기에서 증착 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종금속층(122a, 122b)은 금속기재(100)가 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 구비되면 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 합금하여 대기 중에서 습식 도금으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종금속층(122a, 122b)은 금속기재(100)가 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구비되면 Mg, Cu, Ti, Ag, Ni, Si, Cr, Mn, Mo, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 합금하여 대기 중에서 습식 도금으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이종금속층(122a, 122b) 위에는 두께 0.2 내지 20㎛의 도막(塗膜)으로 탑(Top)보호층(123a, 123b)을 형성시켜 주는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 금속기재의 표면처리방법.
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