KR101620760B1 - 마그네슘 화성처리 장치 및 마그네슘 화성처리 방법 - Google Patents

마그네슘 화성처리 장치 및 마그네슘 화성처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 화성처리 장치 및 마그네슘 화성처리 방법에 관한 것으로, 구체적으로 마그네슘 화성처리 장치에서 전기장을 이용하여 금속 양이온을 분리하여, 양호한 품질의 화성피막을 형성할 수 있으며, 화성처리액 보충 주기를 연장시킬 수 있는 마그네슘 화성처리 장치 및 마그네슘 화성처리 방법에 관한 것이다.

Description

마그네슘 화성처리 장치 및 마그네슘 화성처리 방법{APPARTUS FOR MAGNESIUM CHEMICAL CONVERSION TREATMENT AND METHOD FOR MAGNESIUM CHEMICAL CONVERSION TREATMENT}
본 발명은 화성처리액에 포함된 이온을 분리, 제거할 수 있어 화성처리를 연속적으로 수행할 수 있는 마그네슘 화성처리 장치 및 마그네슘 화성처리 방법에 관한 것이다.
금속 표면의 일시적인 내식성 부여 및 도장 후 도막층과 금속 표면간의 부착력 강화를 위하여 인산염계 화성처리 피막을 적용 중이다. 마그네슘 합금 판재의 경우도 자동차용 유기도장 부품의 전처리 피막으로 인산염계 화성처리 피막이 개발, 적용되고 있으나, 철강, 알루미늄 등 기존의 자동차용 소재에 비해 표면의 피막 반응이 매우 예민하여 철저한 공정 조건 및 청정 관리가 매우 중요한 요소이다. 일례로 마그네슘 화성처리욕에 의도치 않은 중금속 예를 들어 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 등 또는 이들의 이온이 오염물로 혼입될 경우, 도 1 및 2와 같이 테르밋 반응에 의해 이들 금속이 입자상으로 마그네슘 표면에 흡착되어 점(点)상의 갈바닉 부식 결함을 유발하고 이는 최종 유기도막의 부풀음 등의 성능 저하를 일으키는 원인이 된다.
또한 화성처리 공정 중 마그네슘 표면의 산화막 제거를 위해 화성처리액의 산도를 pH 3 내지 4 범위로 관리하는데, 이 조건에서 마그네슘 표면에서 일부 부식반응이 발생하며, 마그네슘 이온(Mg2 +)이 형성되며 이로 인해 수산화기(OH-)가 형성된다. 이때 형성되는 상기 수산화기로 인해 처리액의 pH가 급격히 상승하여 작업 회수 증가에 따라 마그네슘 산화막의 제거 효율이 떨어지며 화성피막의 품질이 저하된다.
이러한 문제점에 대하여 이온 필터 등을 이용한 물리적인 처리액 청정 관리법을 생각해 볼 수 있으나, 필터 자체의 낮은 투과성으로 인해 용액의 교반 효율이 낮아 실제 공정에서의 적용은 어렵다.
또한 현재까지는 화성처리욕의 pH 상승과 관련하여 수시 약품 보충을 통해 pH를 맞추는 방법을 적용하고 있으나 화성처리 약품의 소모가 상당히 심하고, 이에 따른 시간적인 작업 로스 또한 상당히 발생하고 있다. 그러나 이외에는 특별한 관리 기술이 없는 실정이다.
본 발명의 한 측면은, 마그네슘 화성처리에서 중금속 및 금속 양이온에 의한 마그네슘 표면의 갈바닉 부식 및 마그네슘 양이온 용출로 인한 화성처리액의 pH 상승을 최대한 억제하기 위해, 전기장을 이용하여 화성처리액으로부터 금속 양이온 분리시킬 수 있는 마그네슘 화성처리 장치 및 마그네슘 화성처리 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는, 화성처리욕조; 상기 화성처리욕조 내부의 온도를 조절하기 위한 열선; 상기 화성처리욕조로부터 배출된 화성처리액을 상기 화성처리욕조로 공급하는 배관; 상기 배관을 통해 상기 화성처리액을 상기 화성처리욕조로 공급하는 펌프; 상기 배관으로부터 배출되는 상기 화성처리액에 포함된 금속 양이온을 포집하는 반응조; 상기 배관 및 반응조 사이에 구비된 이온 투과 필름; 상기 이온 투과 필름 및 반응조 사이에 구비된 음극; 상기 배관에 구비되고, 상기 음극의 반대면에 구비되는 양극; 및 상기 음극 및 양극과 연결되는 전원공급기를 포함하는, 마그네슘 화성처리 장치를 제공한다.
상기 화성처리욕조의 저면은, 상기 화성처리액이 배출되는 방향으로 기울어져 구비되고, 침전물을 배출시키는 침전물 배출부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 배관 및 반응조의 소재는 폴리에틸렌 수지, 폴리아크릴계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 음극 및 양극의 소재는 티타늄 및 백금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 반응조는, 반응조 내의 침전물을 배출시키는 드레인 홀을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구현예는, 화성처리액을 포함하는 화성처리욕조에 마그네슘을 침지시키는 단계; 상기 화성처리액을 배출시키고, 이온 투과 필름 및 음극을 통해 상기 화성처리액에 포함된 금속 양이온을 반응조로 이송시키는 단계; 및 상기 금속 양이온이 제거된 화성처리액을 상기 화성처리욕조로 공급하는 단계를 포함하는, 마그네슘 화성처리 방법을 제공한다.
상기 반응조에서 금속 양이온 및 킬레이트제를 반응시켜 침전물을 형성시키고 배출시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 화성처리욕조의 하단에 침전된 침전물을 배출하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 마그네슘 화성처리 장치 및 마그네슘 화성처리 방법을 적용함으로써, 화성피막의 품질을 저하시키는 중금속 오염물을 화성처리액으로부터 제거하여 결함 없는 양호한 품질의 화성피막을 형성할 수 있어, 추후 도장 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 화성처리액의 pH를 상승시키는 마그네슘 양이온을 제거함으로써 화성처리액 보충 주기를 연장시켜, 용액 및 작업 로스 절감으로 인한 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 종래 마그네슘 화성처리에서, 중금속 오염에 의하여 형성된 화성 피막 결함을 나타내는 사진이다.
도 2는 종래 마그네슘 화성처리에서, 화성피막 결함으로 유발된 도장 블리스터 결함을 나타내는 사진이다.
도 3은 종래 마그네슘 화성처리 장치를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 화성처리 장치를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 화성처리 장치에서 이온투과 필름, 전극 및 반응조를 포함하는 금속 양이온 포집 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다른 구현예에 따른 마그네슘 화성처리 장치를 나타내는 모식도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 3은 종래 마그네슘 화성처리 장치를 나타내는 모식도이고, 도 4 및 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 화성처리 장치를 나타내는 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 화성처리 장치에서 이온투과 필름, 전극 및 반응조를 포함하는 금속 양이온 포집 시스템을 나타내는 모식도이다.
본 발명의 일 구현예는, 화성처리욕조(101); 상기 화성처리욕조(101) 내부의 온도를 조절하기 위한 열선(104); 상기 화성처리욕조(101)로부터 배출된 화성처리액을 상기 화성처리욕조(101)로 공급하는 배관; 상기 배관을 통해 상기 화성처리액을 상기 화성처리욕조(101)로 공급하는 펌프(106); 상기 배관(106)으로부터 배출되는 금속 양이온을 포집하는 반응조(111); 상기 배관 및 반응조(111) 사이에 구비된 이온 투과 필름(109); 상기 이온 투과 필름(109) 및 반응조(111) 사이에 구비된 음극(110); 상기 배관에 구비되고, 상기 음극(110)의 반대면에 구비되는 양극(108); 및 상기 음극(110) 및 양극(108)과 연결되는 전원공급기(107)를 포함하는, 마그네슘 화성처리 장치를 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 마그네슘 화성처리 장치에 있어서, 화성처리 공정 상 발생되는 금속 양이온을 포함하는 화성처리액에서, 상기 금속 양이온을 분리하기 위한 방법으로, 상기 화성처리욕조(101)로부터 별도의 바이패스 배관 및 펌프(106)를 통해, 화성처리액을 교반하여 바이패스 배관에서 분기된 별도의 배관에 이온투과 필름 및 전극을 통해, 상기 금속 양이온을 반응기에 포집시킬 수 있는, 마그네슘 화성처리 장치를 제공할 수 있다.
이때, 상기 금속 양이온은, 화성처리 공정에서 발생될 수 있는 금속 양이온이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 및 마그네슘(Mg)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속의 양이온일 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 마그네슘 화성처리 장치는, 화성처리욕조(101)에 배관을 구비하고 있으며, 상기 배관은 화성처리에 사용되는 화성처리액이 배출되어, 펌프(106)에 의하여 상기 화성처리액을 다시 상기 화성처리욕조(101)로 공급시킬 수 있다.
이때, 상기 배관으로부터 배출되는 상기 화성처리액에 포함된 금속 양이온을 포집할 수 있는 반응조(111)를 구비함으로써, 상기 금속 양이온에 의하여 발생될 수 있는 화성피막의 품질을 향상시키고 상기 화성처리액의 보충 주기를 연장시켜 비용절감의 효과를 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 화성처리액에 포함된 금속 양이온을 반응조(111)에 포집시키기 위하여, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 반응조(111)와 배관 사이에 이온 투과 필름(109)을 구비하고, 상기 이온투과 필름 및 반응조(111) 사이에 음극(110)을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 배관에 구비되고, 상기 음극(110)의 반대면에 양극(108)을 구비하는 것이 바람직하다.
즉, 전원공급기(107)에 의하여 음극(110) 및 양극(108)에 전원이 공급되고, 상기 화성처리욕조(101)로부터 배출되는 화성처리액에 포함된 금속 양이온은 상기 음극(110)의 정전기적 인력에 의하여 반응조(111)로 이송되며, 금속 양이온을 제외한 용액은 배관을 통해 다시 화성처리욕조(101)로 공급될 수 있다. 또한 상기 이온 투과 필름(109)은, 이온투과 필름 양이온 교환막으로, 상기 배관에서 정전기적 인력에 의하여 이송되는 금속 양이온만 반응조(111) 내부로 선택적 투과가 가능하며, 반응조(111) 내부의 화학종이 상기 배관으로 유출 또는 금속 양이온을 제외한 화성처리액이 반응조(111)로 이동을 억제하는 역할을 할 수 있다.
이때, 반응조(111)는 금속 양이온과 화학적 결합이 용이하여 포집된 금속 양이온을 화합물로 침전시켜 분리 가능하게 하는 화학종을 저장하는 것이 바람직하며, 이때, 상기 화학종은 금속 양이온과 반응하여 침전물을 형성시킬 수 있는 킬레이트제인 것이 바람직하며, 상기 킬레이트제는 에틸렌다이아민(EDTA)인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 반응조(111) 내에 저장될 수 있는 킬레이트제 및 금속 양이온이 반응하여 형성된 금속 킬레이트 화합물은 반응조(111) 하단에 침전되며, 침전물은 상기 반응조(111)가 침전물을 배출시키는 드레인 홀(112)을 구비함으로써, 상기 침전물이 배출되어 제거될 수 있다.
또한, 상기 화성처리욕조(101) 내에 열선(104)을 구비함으로써, 화성처리 공정에서 요구되는 최적의 온도 조건을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 예를 들어 마그네슘 화성처리 공정에 일반적으로 적용 가능한 온도로 40 내지 60℃의 온도 범위를 일정하게 유지시킬 수 있는 역할을 한다.
한편, 상기 배관 및 반응조(111)는 비금속 재질로 화학 약재에 강한 내성을 가지며 일반적인 화성처리 온도인 40 내지 60℃에서 열화되지 않는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들어 폴리에틸렌(Polyethylene) 수지, 폴리아크릴계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 음극(110) 및 양극(108)은, 전기장을 형성하여 배관을 통해 이송되는 화성처리액에 포함된 금속 양이온을 분리시키기 위한 것으로, 원통형 전극을 사용할 수 있으며, 이때 상기 전극의 소재는 화성처리액의 pH 3 내지 4의 산성 조건에서 부식되지 않고 전기화학적으로 안정하며, 마그네슘의 부식을 가속시키지 않는 금속 소재인 것이 바람직하고, 예를 들어 티타늄 및 백금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 화성처리욕조(101)의 저면이 화성처리액이 배출되는 방향으로 기울어져 구비될 수 있다. 구체적으로 화성처리 공정에 있어서, Mg(OH)2 등의 침전물이 발생될 수 있으며, 이를 제거하기 위해서 용액을 회수하고 새로운 용액을 추가하는 등의 추가적인 공정이 필요하였다. 그러나 본 발명에서는 도 6의 일 구현예에 나타낸 바와 같이, 화성처리욕조(101)의 저면이 화성처리액이 배출되는 방향으로 기울어져 구비되고, 화성처리액이 배출되는 배관의 하단부로 이송될 수 있다. 즉, 상기 배관 및 펌프(106)에 의하여 화성처리욕조(101) 내에서 와류가 형성되며, 이때 상기 저면이 상기 화성처리액이 배출되는 방향으로 기울어져 구비됨으로써, 와류가 형성되지 않는 구역이 생기며, 침전물은 화성처리액의 흐름에 영향 받지 않고 포집될 수 있다. 이렇게 포집된 침전물은 상기 침전물 배출부(113)를 통해 외부로 배출될 수 있으며, 화성처리액을 정화시킴으로써 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 구현예는, 화성처리액을 포함하는 화성처리욕조(101)에 마그네슘(103)을 침지시키는 단계; 상기 화성처리액을 배출시키고, 이온 투과 필름(109) 및 음극(110)을 통해 상기 화성처리액에 포함된 금속 양이온을 반응조(111)로 이송시키는 단계; 및 상기 금속 양이온이 제거된 화성처리액을 상기 화성처리욕조(101)로 공급하는 단계를 포함하는, 마그네슘 화성처리 방법을 제공한다.
구체적으로 마그네슘(103)을 화성처리액을 포함하는 화성처리욕조(101)에 침지시켜 반응시키고, 상기 화성처리액을 펌프(106)에 의하여 배출시키고, 상기 화성처리액에 포함된 금속 양이온을 반응조(111)로 이송시키고, 상기 금속 양이온이 제거된 화성처리액을 다시 화성처리욕조(101)로 공급시키는 단계를 포함하는 것으로, 상기 금속 양이온은 음극(110)의 정전기적 인력에 의하여 반응조(111)로 포집될 수 있다.
상기 반응조(111)로 이송된 금속 양이온은, 상기 반응조(111)에서 상기 금속 양이온 및 킬레이트제를 반응시켜 침전물을 형성시키고 이를 배출시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 킬레이트제는 금속 양이온과 반응하여 침전물을 형성시킬 수 있는 킬레이트제인 것이 바람직하며, 상기 킬레이트제는 에틸렌다이아민(EDTA)인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 화성처리욕조(101)에서는, 화성처리 공정이 진행됨에 따라서 Mg(OH)2 등의 침전물이 발생될 수 있으며, 이를 상기 화성처리욕조(101)로부터 제거하는 단계를 포함함으로써, 화성처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
101: 화성처리욕조 102: 지그
103: 마그네슘 104: 열선
105: 공기 주입 106: 펌프
107: 전원공급기 108: 양극
109: 이온 투과 필름 110: 음극
111: 반응조 112: 드레인 홀
113: 침전물 배출부

Claims (8)

  1. 화성처리욕조;
    상기 화성처리욕조 내부의 온도를 조절하기 위한 열선;
    상기 화성처리욕조로부터 배출된 화성처리액을 상기 화성처리욕조로 공급하는 배관;
    상기 배관을 통해 상기 화성처리액을 상기 화성처리욕조로 공급하는 펌프;
    상기 배관으로부터 배출되는 상기 화성처리액에 포함된 금속 양이온을 포집하는 반응조;
    상기 배관 및 반응조 사이에 구비된 이온 투과 필름;
    상기 이온 투과 필름 및 반응조 사이에 구비된 음극;
    상기 배관에 구비되고, 상기 음극의 반대면에 구비되는 양극; 및
    상기 음극 및 양극과 연결되는 전원공급기를 포함하는, 마그네슘 화성처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화성처리욕조의 저면은, 상기 화성처리액이 배출되는 방향으로 기울어져 구비되고, 침전물을 배출시키는 침전물 배출부를 더 포함하는, 마그네슘 화성처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 배관 및 반응조의 소재는 폴리에틸렌 수지, 폴리아크릴계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 마그네슘 화성처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 음극 및 양극의 소재는 티타늄 및 백금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 마그네슘 화성처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 반응조는, 반응조 내의 침전물을 배출시키는 드레인 홀을 구비하는 것인, 마그네슘 화성처리 장치.
  6. 화성처리액을 포함하는 화성처리욕조에 마그네슘을 침지시키는 단계;
    상기 화성처리액을 배출시키고, 이온 투과 필름 및 음극을 통해 상기 화성처리액에 포함된 금속 양이온을 상기 화성처리액이 배출되는 배관과 연결된 반응조로 이송시키는 단계; 및
    상기 금속 양이온이 제거된 화성처리액을 상기 화성처리욕조로 공급하는 단계를 포함하는, 마그네슘 화성처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 반응조에서 금속 양이온 및 킬레이트제를 반응시켜 침전물을 형성시키고 배출시키는 단계를 더 포함하는, 마그네슘 화성처리 방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 화성처리욕조의 하단에 침전된 침전물을 배출하는 단계를 더 포함하는, 마그네슘 화성처리 방법.
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