KR101696598B1 - 박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법 - Google Patents

박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표층에 가공변질층이 형성된 금속을 금속-산화 박테리아가 배양된 배양액에 침지시켜 상기 금속-산화 박테리아가 금속의 가공변질층을 선택적으로 산화 및 침출 제거시켜 미세가공함으로써, 금속 모재의 손상을 최소화하여 금속의 가공변질층을 효과적으로 제거할 수 있으며, 더불어 상기 금속의 표면을 일부 코팅하는 단계를 더 포함함으로써 크기 및 모양이 다양한 미세패턴을 생성시킬 수 있는 금속의 표면처리 방법에 관한 것이다.

Description

박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법 {Method for surface treatment of metals using bacteria}
본 발명은 박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표층에 가공변질층이 형성된 금속을 금속-산화 박테리아가 배양된 배양액에 침지시켜 상기 금속-산화 박테리아가 금속의 가공변질층을 선택적으로 산화 및 침출 제거시켜 미세가공함으로써, 금속 모재의 손상을 최소화하여 금속의 가공변질층을 효과적으로 제거할 수 있으며, 더불어 상기 금속의 표면을 일부 코팅하는 단계를 더 포함함으로써 크기 및 모양이 다양한 미세패턴을 생성시킬 수 있는 금속의 표면처리 방법에 관한 것이다.
절삭, 연삭, 혹은 연마 등의 방법에 의해 기계 가공된 금속의 표면에는, 기계 가공의 결과, 가공 변질층이 형성된다. 상기 금속 표면에 형성되는 가공 변질층은 절삭 또는 연삭 공정 시 발생하는 열에 의해 형성되는 금속산화층으로, 모재와 제특성이 서로 다른 마무리 표층을 일컬으며, 금속의 내마모성 등의 특성에 큰 악영향을 미치는 소성변형, 가공경화, 가공연화, 잔류응력 등을 발생시켜, 금속의 표면 손상에 대한 저항력을 저하시키며, 결정립의 미세화, 재결정 및 균열 등을 발생시키는 결과를 초래한다. 이에 따라 상기 문제점이 발생하지 않도록 금속의 가공변질층을 제거하는 표면 처리(surface treatment) 과정이 반드시 필요하다.
이와 같이 금속 손상의 최소화를 위해 금속 표층에 형성된 가공변질층을 제거하기 위한 표면 처리 방법으로는 레이저 식각법 등이 있다. 상기 레이저 식각법은 통상적으로 금속 표면에 미세 패턴을 구현하는 기술에서 사용되는 방법 중 하나로, 레이저 광선을 금속에 조사함으로써 금속 표면을 미세하게 가공할 수 있어 금속 표면에 형성된 얇은 가공변질층을 미세하게 제거할 수 있어 활발히 사용되었다.
그러나, 상기 레이저 식각법에서 조사되는 레이저 광선의 펄스 강도가 과도하게 높은 이유로, 금속 표층의 가공 변질층 뿐만 아니라 금속의 모재 역시 레이저 광선과 상기 광선이 발생시키는 열의 영향을 받아 금속이 손상되고, 손상된 금속 모재의 표면에 다시금 가공 변질층이 형성되는 등, 금속의 가공 변질층 제거 과정 상 효율성이 떨어지는 문제점이 있다. 이에, 상기 문제점을 해결할 수 있는 금속 표면 상 가공 변질층의 효과적인 제거가 가능한 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 기계 가공되어 표층에 가공변질층이 형성된 금속을 금속-산화 박테리아가 배양된 배양액에 특정 시간동안 첨가하여 상기 금속-산화 박테리아가 금속의 가공변질층을 선택적으로 산화 및 침출 제거시킴으로써, 열에 의한 금속 모재의 손상 및 금속 가공변질층의 추가생성 가능성을 최소화하고 가공변질층을 효과적으로 제거할 수 있는 금속의 표면처리 방법을 제공한다.
더불어 상기 표면처리 방법에서 상기 가공변질층이 형성된 금속 표면의 일부를 코팅하는 과정을 더 포함함으로써, 상기 금속 표면에 크기 및 모양이 다양한 미세패턴을 형성시킬 수 있는 금속의 표면처리 방법을 제공한다.
본 발명은 박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법으로, 금속-산화 박테리아 및 pH 2 내지 3.5의 액체 배지를 포함하는 박테리아 배양액에 가공변질층이 형성된 금속을 담지하여, 상기 금속-산화 박테리아가 금속의 가공변질층을 선택적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 금속의 표면처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 금속은 철, 구리, 아연 및 니켈 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속일 수 있다.
본 발명에서 상기 금속-산화 박테리아는 아시디티오바실러스종, 렙토스피릴륨종, 술포바실러스종, 아시디필리움종 및 써모설피도옥시단스종 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 박테리아일 수 있다.
본 발명에서 상기 박테리아 배양액의 제조 시 사용되는 액체 배지는 알칼리(토)금속염을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에서 상기 액체 배지의 산도는 황산을 첨가하여 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 상기 가공변질층이 형성된 금속은 박테리아 배양액에 담지되기 이전, 표면처리 시키지 않을 표면부를 코팅하는 과정을 더 수행할 수 있다.
본 발명의 상기 가공변질층이 형성된 금속의 담지는 12 내지 48시간 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법은, 금속을 산화시킬 수 있는 박테리아(금속-산화 박테리아)를 이용하고 표면처리 수행 시간을 조절하여, 기계 가공에 의해 금속의 표층에 형성된 가공 변질층을 선택적으로 제거하는 금속의 표면처리 방법에 관한 것으로, 본 발명의 표면처리 방법은 종래기술과는 다르게 금속의 표면처리 시 열을 발생시키지 않아, 열에 의한 금속 모재의 손상 및 이에 따른 금속 표층의 가공변질층(금속 산화층)의 추가 생성을 최소화함으로써 가공변질층의 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 금속의 표면처리 방법에서, 표면처리의 수행 이전, 가공변질층이 형성된 금속의 표면을 일부 코팅하는 과정을 더 포함함으로써, 별도의 미세패턴 형성 과정을 수행할 필요 없이 상기 금속 표면에 크기 및 모양이 다양한 미세패턴을 정교하게 형성시킬 수 있어, 금속의 미세패턴 형성 기술로도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1로부터 표면처리 된 구리의 표면 조도를 관찰한 결과로, 표면처리 되어 가공변질층이 제거된 구리의 표면(좌측 도면 및 우측 도면의 왼편) 및 표면처리 되지 않아 표층에 가공변질층을 포함하는 구리의 표면(우측 도면의 오른편)을 관찰한 결과이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2로부터 표면처리 된 철의 표면 조도를 관찰한 결과로, 표면처리 되어 가공변질층이 제거된 철의 표면(좌측 도면 및 우측 도면의 왼편) 및 표면처리 되지 않아 표층에 가공변질층을 포함하는 철의 표면(우측 도면의 오른편)을 관찰한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3의 방법으로 가공변질층이 제거됨에 따라 서로 다른 식각 패턴이 형성된 2가지 구리의 표면 형상을 관찰한 결과이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3으로부터 표면처리 되어 식각 패턴이 형성된 구리의 단면을 관찰한 결과로, 12시간 표면처리 되어 형성된 식각패턴 부분의 단면(a); 24시간 표면처리 되어 형성된 식각패턴 부분의 단면(b); 36시간 표면처리 되어 형성된 식각패턴 부분의 단면(c); 및 48시간 표면처리 되어 형성된 식각패턴 부분의 단면(d);을 관찰한 결과이다.
이하 본 발명의 박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 첨부된 도면은 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 예로서 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니며, 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 당업자에 의해 다양한 다른 변형 및 변경이 가능할 수 있다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명 명세서에서 용어 “가공변질층”은 금속의 절삭 또는 연삭 등의 가공 시 발생하는 열에 의해 금속의 표면에 형성되는 금속 산화층으로, 금속의 모재와 제특성이 서로 상이한 불균일 금속산화물 가공 변형층을 뜻하는 단어로 사용되었다.
본 발명은 박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법에 관한 것으로, 상세하게는 금속-산화 박테리아 및 pH 2 내지 3.5의 산도를 가지는 액체 배지를 포함하는 박테리아 배양액에 가공변질층이 형성된 금속을 담지하여, 상기 금속-산화 박테리아가 금속의 가공변질층을 선택적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 금속의 표면처리 방법에 관한 것이다.
이 때, 본 발명에서 사용하는 상기 금속은 표층에 가공변질층이 형성된 금속이며, 상기 금속-산화 박테리아는 고체 상태의 금속을 금속 이온으로 산화시킬 수 있는 박테리아로, 본 발명은 상기 금속-산화 박테리아가 상기 금속 표층의 가공변질층을 선택적으로 산화시켜 가공변질층의 금속을 금속 이온상태로 전환시킴으로써, 금속 모재로부터 가공변질층을 선택적으로 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 금속은 철, 구리, 아연 및 니켈 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기한 바와 같이 표층에 가공변질층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 금속의 가공변질층을 제거하는 데 사용되는 금속-산화 박테리아는 호기성 조건 하에서 본 발명의 금속을 산화시킬 수 있는 산화 박테리아로, 상세하게는 아시디티오바실러스(Acidithiobacillus)종, 렙토스피릴륨(Leptospirillum)종, 술포바실러스(Sulfobacillus)종, 아시디필리움(Acidiphillum)종 및 써모설피도옥시단스(thermosulfidooxidans)종 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 박테리아, 더욱 상세하게는 아시디티오바실러스 페로옥시단스(Acidithiobacillus ferooxidans), 렙토스피릴륨 페로옥시단스(Leptospirillum ferooxidans), 아시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans), 아시디티오바실러스 칼두스(Acidithiobacillus caldus) 및 술포바실러스 써모설피도옥시단스(Sulfobacillus thermosulfidooxidans) 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 박테리아를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 금속의 표면처리 방법에 있어서, 상기 박테리아 배양액은 본 발명의 금속-산화 박테리아를 액체 배지 내에서 배양시킴으로써 제조할 수 있으며, 상기 박테리아 배양액은 본 발명의 금속 가공변질층을 산화시켜 제거시키기에 적당한 적정 세포 수의 금속-산화 박테리아를 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 박테리아 배양액의 제조 시 사용되는 액체 배지는 상기 금속-산화 박테리아의 성장 및 활성을 유지하기 위하여 사용되는 것으로, 당업계에 공지된 어떠한 배지도 사용할 수 있으며, 영양분 역시 당해 분야에서 공지된 통상적인 영양분을 포함할 수 있다.
본 발명에서 금속-산화 박테리아의 배양에 사용되는 상기 액체 배지는, 바람직하게는 상기 박테리아의 호흡 과정에서 필요한 전자를 전달하기 위한 전자공여체를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 전자공여체는 전자를 전달하여 환원을 유도할 수 있는 물질이라면 모두 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알칼리(토)금속염 등이 포함될 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 액체 배지는 인 화합물 및 불소 화합물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 인 화합물로는 인산류, 인산에스테르, 유기포스폰산 등의 인 함유 화합물이 포함될 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 인산류로는 인산(오르토인산), 트리메타인산, 테트라메타인산, 헥사메타인산, 피로인산, 트리폴리인산, 테트라폴리인산 등을 포함하는 축합 인산 및 그 염 (암모늄염, 나트륨염, 칼슘염, 마그네슘염, 리튬염 등)이 포함될 수 있으며, 상기 인산에스테르로는 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리부틸포스페이트, 모노메틸포스페이트, 디메틸포스페이트, 에틸포스페이트, 디에틸포스페이트, 모노부틸포스페이트, 디부틸포스페이트, 피트산및 그 염 (암모늄염, 나트륨염, 칼슘염, 마그네슘염, 리튬염 등), 리보플라빈인산에스테르 등이 포함될 수 있다. 또한, 상기 유기포스폰산으로는 아미노트리메틸렌포스폰산, 1-하이드록시에틸리덴1,1-디포스폰산, 에틸렌디아민테트라메틸렌포스폰산, 디에틸렌트리아민펜타메틸렌포스폰산등이 포함될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 상기 인 화합물로는 바람직하게는 인산, 피로인산, 트리폴리인산, 테트라폴리인산, 피트산 및 유기포스폰산의 나트륨염, 칼륨염, 암모늄염, 마그네슘염 및 리튬염에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 사용되는 상기 불소 화합물로는 불산, 규불산, 불화나트륨, 불화칼륨, 불화암모늄, 불화리튬, 산성 불화나트륨, 산성 불화칼륨,산성 불화암모늄, 플루오로지르코늄산, 플루오로지르코늄산암모늄, 플루오로티탄산 및 플루오로티탄산암모늄 등의 불소 함유 화합물이 포함될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 상기 불소 화합물로는 바람직하게는 불화수소산의 나트륨염, 칼륨염, 암모늄염 및 리튬염에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 인 화합물 및 불소 화합물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물은 상기 액체 배지에 0.3 내지 1.5 ㎎/㎖ 의 농도로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.6 내지 1.4 ㎎/㎖ , 더욱 바람직하게는 1.0 내지 1.3 ㎎/㎖의 농도로 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 함량의 인 화합물 및 불소 화합물이 액체 배지에 포함될 경우, 상기 액체 배지에 담지되는 본 발명의 금속 가공변질층이 상기 화합물에 의해 선택적으로 에칭되어 본 발명의 금속-산화 박테리아만을 사용하는 것에 비해 가공변질층의 제거반응이 더욱 빠르게 수행되는 효과가 나타날 수 있으며, 더불어 본 발명을 통해 가공변질층이 제거되어 형성되는 금속의 모재 표면부에 상기 인 화합물 및 불소 화합물이 화학 흡착됨에 따라 금속을 부식시키는 요인인 음이온의 투과성이 낮아져, 가공변질층이 제거된 금속의 내식성이 향상되는 효과를 함께 얻을 수 있어 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 액체 배지는 pH 2 내지 3.5의 산도를 가질 수 있다. 본 발명의 금속-산화 박테리아는 상기 범위의 산도를 가지는 배지 내에서 배양될 경우 적정 범위의 박테리아 활성도를 나타낼 수 있으며, 이에 따라 금속의 산화 반응이 적정 속도로 발생하여 금속의 모재를 손상시키지 않는 범위 내에서 금속 표층의 가공변질층이 효과적으로 침출 제거되는 효과를 얻을 수 있어 바람직하다.
본 발명의 상기 액체 배지는 산을 첨가함으로써 상기 범위의 산도를 조절 및 유지할 수 있으며, 바람직하게는 황산을 첨가함으로써 상기 범위의 산도를 유지할 수 있다. 본 발명에서 액체 배지의 산도 범위를 유지하기 위하여 첨가하는 산의 종류는 이에 특별히 제한되는 것은 아니나, 황산을 첨가함으로써 본 발명에서 사용되는 금속-산화 박테리아의 성장 및 배양속도가 향상되며 동시에 상기 금속-산화 박테리아의 활성도가 극대화되어, 본 발명에서 필요로 하는 적정 농도의 활성화된 금속-산화 박테리아 배양액을 단시간에 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있어 가장 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 상기 금속-산화 박테리아 배양액의 제조를 위한 박테리아의 배양은, 배양을 수행하는 조건에 있어서 특별히 제한되지 않는다. 또한, 박테리아의 배양단계를 통하여 제조되는 본 발명의 박테리아 배양액은 상기 금속-산화 박테리아를 1×106활성세포/㎖ 이상, 바람직하게는 8.0×106 내지 1×109활성세포/㎖의 농도로 포함할 수 있으나, 상기 배양액 내 박테리아 농도는 금속의 가공변질층을 선택적으로 산화 및 침출 제거시키는 본 발명의 효과를 나타낼 수 있는 한 이에 특별히 제한되지는 않는다.
본 발명에 따른 금속의 표면처리 방법은 상기 박테리아 배양액에 금속을 담지하는 단계를 통하여, 표층에 가공변질층이 형성된 금속이 배양액 내의 금속-산화 박테리아와 접촉하여 상기 금속-산화 박테리아가 금속 표층의 가공변질층을 산화시킴에 따라, 상기 금속의 가공변질층이 금속 이온상태로 전환되어 배양액 내로 침출되어, 금속 표층에 형성된 상기 가공 변질층이 금속 모재로부터 선택적으로 제거되는 반응이 발생할 수 있다.
본 발명에서 박테리아 배양액에 담지되는 상기 가공변질층이 형성된 금속은, 박테리아 배양액에 담지되기 이전 단계에서 금속 가공변질층 중 표면처리 시키지 않을 표면부를 코팅하는 과정(이하, 코팅 단계)을 더 거칠 수 있다. 상기 단계에서 코팅은, 리소그래피(lithography) 및 마스크리스 리소그래피(maskless lithography) 등의 통상적인 금속의 표면패턴 형성 기술공정을 통하여 수행될 수 있으며, 상기 코팅 단계를 통하여, 식각 패턴을 형성시키고자 하는 부분을 제외한 나머지 부분의 가공변질층의 상부에, 본 발명의 금속-산화 박테리아에 의해 산화되지 않는 고분자 등의 물질로 이루어진 코팅막이 형성된 금속을 제조할 수 있다. 상기 코팅 단계를 수행한 금속은 상기 박테리아 배양액에 담지되어, 상기 금속의 코팅막 부분을 제외한 나머지 가공변질층이 선택적으로 침출 제거됨에 따라, 표면에 다양한 크기와 모양의 식각 패턴이 형성되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 금속의 표면처리 방법에 있어서, 상기 가공변질층이 형성된 금속의 담지과정은 본 발명의 금속-산화 박테리아와 금속의 가공변질층 사이의 반응이 충분히 발생할 수 있도록 5시간 이상 수행될 수 있으며, 바람직하게는 12 내지 48시간 수행될 수 있다. 본 발명에서 상기 금속의 담지과정에 사용되는 박테리아 배양액의 온도는 20 내지 40 ℃일 수 있으나 이에 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 금속의 담지 시간은 상기 제시한 시간 범위에 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 범위를 만족할 경우 본 발명의 상기 금속 가공변질층과 금속-산화 박테리아 간의 충분한 접촉이 이루어질 수 있으며, 표층의 가공변질층이 최대로 제거된 금속을 효율적으로 수득할 수 있어 바람직하다.
더불어, 본 발명에서 박테리아 배양액에 담지되는 금속으로써 상기 코팅 단계를 통해 표면의 일부에 코팅막이 형성된 금속이 사용될 경우, 상부에 코팅막이 형성되지 않은 가공변질층이 선택적으로 침출 제거되어 상기 금속 표면에 식각 패턴이 형성될 수 있다. 이 때 상기 금속이 배양액 내에 담지되는 시간에 따라 상기 금속의 표면에 크기(너비) 및 깊이가 다양한 식각 패턴이 형성되어, 금속의 담지 시간을 조절함으로써 표면에 형성되는 식각 패턴의 크기 및 깊이를 조절할 수 있는 효과를 얻을 수 있으며, 다량의 에너지 및 열을 발생시킴으로써 표면에 식각 패턴을 형성시키는 공지의 금속 표면패턴 형성 기술로는 구현하기 어려운, 복잡하고 미세한 패턴의 형성이 가능한 장점이 있다.
본 발명의 가공변질층을 함유하는 금속은 상기 박테리아 배양액에 특정 시간 침지된 이후, 상기 배양액으로부터 분리되어 세척 및 건조하는 과정을 거쳐, 가공변질층이 제거된 금속 또는 표면에 식각 패턴이 형성된 금속으로 회수될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니며, 다양한 다른 변형 및 변경이 가능할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
먼저, 본 발명에서 실시한 실험의 방법에 대하여 제시한다.
실험 1) 금속의 표면 조도, 표면 형상 및 단면 관찰
하기 실시예로부터 표면처리 된 금속의 표면 조도, 표면형상 및 단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)을 이용하여 관찰하였다.
[실시예 1]
< 박테리아 배양액의 제조 >
물 1400 ㎖에 황산암모니아(ammonium sulfate; (NH4)2SO4) 6g, 인산수소칼륨(dipotassium phosphate; K2HPO4) 1g, 황산마그네슘(magnesium sulfate; MgSO4) 1g, 염화칼륨(potassium chloride; KCl) 0.2g 및 질산칼슘(calcium nitrate; Ca(NO3)2) 0.02g을 첨가하여 혼합용액을 제조하고, 상기 혼합용액에 황산(H2SO4)을 첨가하여 산도가 pH 2.5인 액체 배지를 제조하였다.
상기 액체 배지에 금속-산화 박테리아로써 아시디티오바실러스 페로옥시단스(Acidithiobacillus ferooxidans) 및 아시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans)를 소량 첨가한 후, 26 ℃의 항온조건인 박테리아 배양기 내에서 배양하여 박테리아의 밀도가 2.6×107 활성세포/㎖ 인 박테리아 배양액을 제조하였다.
< 금속의 표면처리(가공변질층 제거) >
1000 grit의 연마 디스크로 연마하여 표면에 가공변질층이 형성된 12㎜×12㎜×10㎜ 크기의 구리 블록을 제조하였다. 상기 구리 블록의 절반을 상기 제조한 박테리아 배양액에 48시간동안 침지시킨 후, 배양액으로부터 분리하고 물로 세척 및 건조하여 가공변질층이 제거된 구리 블록을 수득하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 상기 구리 블록을 사용하는 것을 대신하여, 1000 grit의 연마 디스크로 연마하여 표면에 가공변질층이 형성된, 직경 22㎜ 및 높이 10㎜인 원기둥 형태의 철을 사용하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 가공변질층이 제거된 철을 수득하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 상기 구리 블록을 사용하는 것을 대신하여, 리소그래피 공정을 통해 식각 패턴을 형성시킬 부분을 제외한 나머지 부분의 가공변질층 상부에 포토레지스트막이 형성된 구리 블록을 사용하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 가공변질층이 제거된 구리 블록을 수득하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 3의 박테리아 배양액의 제조단계에서 불화수소나트륨(sodium bifluoride; NaHF2) 0.5 g을 더 첨가하여 액체배지를 제조하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 가공변질층이 제거된 구리 블록을 수득하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 3에서 상기 pH 2.5인 액체 배지를 대신하여 pH 4인 액체 배지를 사용하는 것을 제외하고 나머지는 동일한 과정으로 가공변질층이 제거된 구리 블록을 수득하였다.
상기 실험 1)의 방법을 통하여 상기 실시예 1 내지 2로부터 가공변질층이 제거된 금속의 표면 조도를 관찰한 결과를 하기 도 1 내지 도 2에 도시하였다. 또한, 상기 실험 1)의 방법을 통하여 상기 실시예 3으로부터 가공변질층이 제거된 금속의 표면 형상 및 단면을 관찰한 결과를 하기 도 3 내지 도 4에 도시하였다.
상기 실시예 1 내지 2의 결과인 도 1 및 도 2를 통하여, 표면처리 되지 않아 표층에 가공변질층이 존재하여 높은 표면조도를 가지는 금속의 좌측부에 비해, 본 발명에 따라 표면처리 된 금속의 우측부는 표면조도가 낮은 결과를 나타내어, 금속-산화 박테리아를 사용하는 본 발명의 표면처리 방법을 통해 금속의 표층에 존재하는 가공변질층이 효과적으로 제거될 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 실시예 3의 결과인 도 3을 통하여, 본 발명의 표면처리 방법을 통해 금속의 표면에 크기 및 모양이 다양한 미세 패턴을 형성시키는 것이 가능함을 알 수 있으며, 도 4를 통하여 금속을 담지하는 시간이 길어짐에 따라 금속의 표면에 형성되는 식각 패턴의 크기(너비)가 커지고 깊이가 깊어지는 결과가 나타남을 확인할 수 있다. 이를 통해 금속을 담지하는 시간을 조절함으로써 표면에 형성되는 패턴의 크기 및 깊이를 조절할 수 있음을 알 수 있다. 반면, 비교예 1의 방법으로 표면처리 된 구리의 경우, 표면처리 과정을 48시간 이상 수행하여도 금속의 가공변질층의 제거 반응이 미미하게 발생하여 식각 패턴이 거의 형성되지 않음을 확인하였다.
더불어, 구리 블록을 실시예 3의 박테리아 배양액에 36시간 침지시켜 얻을 수 있는 크기의 패턴을, 실시예 4의 박테리아 배양액을 사용할 경우 28시간 침지시킴으로써 동일한 깊이 및 크기의 패턴을 형성시킬 수 있었으며, 상기 결과를 통하여, 액체 배지에 첨가되는 인 화합물 및 불소 화합물의 함량이 소량 증가함에 따라 가공변질층의 제거 반응의 속도가 효과적으로 향상됨을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 3 및 실시예 4에서 침지시키는 단계를 동일하게 48시간 수행하여 얻은 양 실시예의 표면처리 된 구리 블록을 물에 10시간 침지시킨 결과, 상기 실시예 3의 구리 블록은 물에 직접적으로 노출되는 일부의 구리 모재가 미세하게 부식된 결과를 나타내었으나, 상기 실시예 4의 구리 블록은 물에 노출된 구리 모재의 어느 부분에서도 부식이 진행되지 않아, 박테리아 배양액의 액체 배지에 포함되는 인 화합물 및 불소 화합물의 함량이 본 발명의 범위를 만족할 경우 금속의 내식성이 효과적으로 향상됨을 확인하였다.

Claims (7)

  1. 박테리아를 이용하는 금속의 표면처리 방법으로,
    아시디티오바실러스종, 렙토스피릴륨종, 술포바실러스종, 아시디필리움종 및 써모설피도옥시단스종에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속-산화 박테리아, 불화수소산의 알칼리염 및 pH 2 내지 3.5의 액체 배지를 포함하는 박테리아 배양액에 금속산화물 가공변질층이 형성된 금속을 담지하여, 상기 금속-산화 박테리아가 금속의 가공변질층을 선택적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 금속의 표면처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속은 철, 구리, 아연 및 니켈에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함하는 금속의 표면처리 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액체 배지의 산도는 황산을 첨가하여 조절하는 것을 특징으로 하는 금속의 표면처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가공변질층이 형성된 금속은 박테리아 배양액에 담지되기 이전, 표면처리 시키지 않을 표면부를 코팅하는 과정을 더 수행하는 금속의 표면처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가공변질층이 형성된 금속의 담지는 12 내지 48시간 수행하는 것을 특징으로 하는 금속의 표면처리 방법.
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