KR101726260B1

KR101726260B1 - 피처리물의 양극산화 방법

Info

Publication number: KR101726260B1
Application number: KR1020150187894A
Authority: KR
Inventors: 정금화
Original assignee: (주) 거산케미칼
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2017-04-12

Abstract

본 발명은 피처리물을 황산법을 이용한 양극산화하는 방법에 있어서,
전해액으로 황산(H₂SO₄) 10~20 중량%를 포함하되, 여기에 아세트산, 테레프탈산, 2-하이드록시 벤조산이 각각 중량비로 1:0.5:0.3~1:1:1로 조성된 복합유기산이 0.1~2.0 중량% 첨가되며,
상기 전해액이 상기 피처리물의 겉표면측을 17~18cm/초의 평균 속도로 이동하도록 상승시키고, 시간은 5~20분, 상기 피처리물의 겉표면 온도는 15~22℃를 유지하고, 전류밀도는 0.5~1.3 A/dm² 범위, 전압은 직류 12~20V인 조건하에서 상기 양극산화를 수행하는 것을 특징으로 하는 피처리물의 양극산화방법을 제공한다.

Description

피처리물의 양극산화 방법{ANODIZING METHOD OF SUBJECT}

본 발명은 피처리물의 양극산화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피처리물의 표면에 형성되는 산화피막은 매우 단단하게 되며, 내식성이 크고 미세기공의 형성이 치밀하여 착색성도 매우 우수한 제품을 얻을 수 있는 피처리물의 양극산화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속은 내식성, 내마모성 및 경도 등의 제반 물성을 향상시키기 위해 표면 처리되고 있다. 특히, 알루미늄(Al) 등의 금속은 양극산화(anodizing)를 통해 표면 처리된 경우, 내식성 및 내마모성 등과 함께, 극히 작은 포어(pore)가 형성되어 여러 가지 색상의 착색이 가능하여 미려한 외관성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2005-0049262호 및 대한민국 등록특허 제10-0951172호 등에는 이러한 양극산화에 대한 기술이 제시되어 있다.

양극산화는 금속의 표면 처리방법 중의 하나로서, 금속 모재(예, 알루미늄 등)를 양극으로 하고, 전해액 존재 하에 통전하면 양극에서 발생하는 산소에 의하여 금속 모재의 표면이 산화되어 산화피막(예, Al₂O₃ 등)이 형성된다. 보다 상세하게는 양극산화를 위한 전해액의 산소이온과 수산이온이 금속 표면으로 전진하여 기존 산화피막을 침투하고 금속 이온과 결합하여, 금속과 산화층의 계면 부근에 다공성의 산화피막과 수산화피막을 형성한다.

다공성의 산화피막은 산성 전해액의 용해작용으로 활성층 부위에 곧 바로 성장된다. 이때, 형성된 산화피막은 대단히 경하여 금속에 내후성을 부여하며, 유공성이 염료, 안료, 부식억제제 또는 윤활제 등과 흡착/결합하여 다양한 기능성을 발휘한다.

일반적으로, 양극산화는 금속 모재로서 알루미늄(Al)을 사용하는 경우 다음과 같은 반응으로 진행된다.

2Al + 3H₂SO₄ + 16H₂O ↔ Al₂(SO₄)₃ + 16H₂O + 3H₂↑ ↔ Al₂O₃ + 3H₂SO₄ + 13H₂O

알루미늄은 본래 활성적인 금속으로서, 이는 공기 중에 노출되면 자연적인 산화피막이 형성된다. 그러나 이는 알루미늄 상의 도금 및 다른 금속의 코팅을 불가하게 만든다. 이러한 자연 피막은 공업적 이용가치가 적으므로 인공적인 양극산화를 통하여 10㎛ 이상의 두꺼운 산화피막을 형성하고 있다. 양극산화된 알루미늄은 그 경도와 내식성이 우수하며 미관성도 우수하여 외장재로 많이 사용되고 있다. 알루미늄의 순도가 높을수록 미려하고 광택 있는 피막을 얻을 수 있다. 아울러, 양극산화된 경우 유공도가 적은 피막을 얻을 수 있어 전기콘덴서로도 이용되며, 알루미늄의 산화피막은 내식성과 절연성이 우수하기 때문에 각종 샤시, 카메라 부품, 항공기, 정밀 기계류와 계측기기 등에 널리 이용되고 있다.

일반적으로, 양극산화를 통한 금속의 표면 처리 공정은 크게 전처리 공정, 양극산화 공정 및 후처리 공정으로 나눌 수 있다. 이때, 전처리 공정은 통상 탈지, 에칭 및 디스머트 공정을 포함한다. 양극산화 공정에서는 산화피막을 성장시킨다. 그리고 후처리 공정은 통상 산화피막에 색상을 입히는 착색 공정, 산화피막에 형성된 포어(pore)를 실링(sealing)하는 봉공 공정, 및 물로 세척하는 수세 공정을 포함한다.

양극산화 공정에서는 금속 모재를 양극으로 하고, 흑연판을 음극으로 한다. 그리고 금속 모재를 전해액에 침지한 상태에서 전압을 가하면 양극산화가 진행되어 단단한 다공성의 산화피막이 성장된다. 이때, 전해액은 일반적으로 황산을 포함하는 전해 수용액이 사용된다.

그러나 일반적인 종래 황산법을 이용한 양극산화법에 의하면, 설비비가 적게들고, 유지비가 저렴한 장점은 있으나, 갈수록 고내식성 및 고경도를 요구하는 추세에 대응하기에는 다소 미흡한 부분이 있어 이에 대한 개선이 요구되어진다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 전해액의 조성 및 처리조건을 간단히 변경하는 것에 의해 피처리물의 표면에 형성되는 산화피막은 매우 단단하게 되며, 내식성이 크고 미세기공의 형성이 치밀하여 착색성도 매우 우수한 제품을 얻을 수 있는 피처리물의 양극산화 방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 피처리물을 황산법을 이용한 양극산화하는 방법에 있어서,

전해액으로 황산(H₂SO₄) 10~20 중량%를 포함하되, 여기에 아세트산, 테레프탈산, 2-하이드록시 벤조산이 각각 중량비로 1:0.5:0.3~1:1:1로 조성된 복합유기산이 0.1~2.0 중량% 첨가되며,

상기 전해액이 상기 피처리물의 겉표면측을 17~18cm/초의 평균 속도로 이동하도록 상승시키고, 시간은 5~20분, 상기 피처리물의 겉표면 온도는 15~22℃를 유지하고, 전류밀도는 0.5~1.3 A/dm² 범위, 전압은 직류 12~20V인 조건하에서 상기 양극산화를 수행하는 것을 특징으로 하는 피처리물의 양극산화방법.

(2) 상기 (1)에 있어서,

상기 복합유기산은 전해액 조성 100 중량%에 대하여 0.1~1.0 중량% 첨가되는 것을 특징으로 하는 피처리물의 양극산화방법.

(3) 상기 (1)에 있어서,

1차 양극산화가 수행된 피처리물을 제2전해액 조성을 갖는 항온조로 옮겨 순차적으로 양극산화과정을 수행하되, 이때 제2전해액의 조성은 황산(H₂SO₄) 10~15 중량%, 인산(P₂O₅) 1~5 중량%, 및 아질산 0.5~1.0 중량%를 포함하되, 여기에 아세트산, 구연산, 2-하이드록시 벤조산이 각각 중량비로 1:0.5:0.3~1:0.8:0.5의 중량비가 되도록 조성된 복합유기산 0.1~2.0 중량%이 첨가되며,

상기 제2전해액이 상기 피처리물의 겉표면측을 17~18cm/초의 평균 속도로 이동하도록 상승시키고, 시간은 5~20분, 상기 피처리물의 겉표면 온도는 15~22℃를 유지하고, 전류밀도는 0.5~1.3 A/dm² 범위, 전압은 직류 12~20V인 조건하에서 추가적인 양극산화를 수행하는 것을 특징으로 하는 피처리물의 양극산화방법.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 전해액의 조성 및 처리조건을 변경하는 간단한 과정에 의해 피처리물의 표면에 형성되는 산화피막이 매우 단단하게 되며, 내식성이 크고 미세기공의 형성이 치밀하여 착색성도 매우 우수한 제품을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 양극산화장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 양극산화장치의 구성도.

본 발명에 따른 피처리물의 양국산화방법은 피처리물을 황산법을 이용한 양극산화하는 방법에 있어서,

전해액에 황산(H₂SO₄) 10~20 중량%, 아세트산, 테레프탈산, 2-하이드록시 벤조산이 각각 중량비로 1:0.5:0.3~1:1:1로 조성된 복합유기산이 0.1~2.0 중량% 첨가되며, 상기 전해액이 상기 피처리물의 겉표면측을 17~18cm/초의 평균 속도로 이동하도록 상승시키고, 시간은 5~20분, 상기 피처리물의 겉표면 온도는 15~22℃를 유지하고, 전류밀도는 0.5~1.3 A/dm² 범위, 전압은 직류 12~20V인 조건하에서 상기 양극산화를 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 피처리물의 종류는 특별한 제한을 요하지는 아니하며, 다양한 형상을 가질 수 있는 것으로, 예를 들어 압출 성형품 또는 사출 성품이어도 좋으며, 나아가 반제품, 완제품, 및 부품 소재를 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명에서의 피처리물은 단일 금속 또는 합금이 될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 철(Fe) 및 구리(Cu) 등으로부터 선택된 단일 금속 또는 이들 중에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 합금일 수 있다.

본 발명에 따른 양극산화방법은 통상적으로 황산법을 이용한 아노다이징(anodizing) 방법 즉, 전처리 공정, 양극산화 공정 및 후처리 공정을 포함할 수 있고, 이때, 전처리 공정은 통상 탈지, 에칭 및 디스머트 공정을 포함하는 것이며, 양극산화 공정에서는 산화피막을 성장시키고, 후처리 공정은 통상 산화피막에 색상을 입히는 착색 공정, 산화피막에 형성된 포어(pore)를 실링(sealing)하는 봉공 공정, 및 물로 세척하는 수세 공정을 포함할 수 있다.

본 발명과 종래의 양극산화방법의 차이점은 전해액의 특정한 조성과, 처리조건에 있는 것으로 이외의 사항은 종래 기술에 따라 수행하는 것으로 충분하기에 이하 이들의 차이점에 관하여 상세하게 설명하기로 하고, 나머지 종래 기술에 해당하는 부분에 대한 상세한 설명은 여기서는 생략하는 것으로 한다.

본 발명에 따른 피처리물의 양극산화장치(아노다이징 장치)는 도 1에 도시한 바와 같다.

상기 양극산화장치는 전해액(10)이 들어 있는 항온조(11)를 구비하고, 상기 항온조(11) 내에 반응조(12)가 설치되어진다. 항온조(11) 내의 전해액(10)은 펌프(13)에 의해 약 1~5L/분의 속도로 퍼 올리며, 공급관(14)의 분출구(15)를 통해 반응조(12)의 저부로부터 상부로 공급되어진다. 또한, 항온조(11) 내의 전해액(10)은 온도조절기(16)에 연결된 냉각관(17)에 의해 냉각되어 일정 온도로 유지된다. 반응조(12) 내의 전해액(10)에 담겨진 피처리물은 양극이 되며, 양극에서 발생하는 산소로 인해 산화된다(양극산화). 미설명부호 18은 음극을 나타낸다.

본 발명에 따른 양극산화방법은 상기 전해액(10)에 특정 조성을 갖는 복합 유기산이 첨가되며, 상기 전해액(10)이 상기 피처리물(20)의 겉표면측을 17~18m/초의 평균 속도로 이동하고, 시간은 5~20분, 상기 피처리물(20)의 겉표면 온도는 15~22℃를 유지하고, 전류밀도는 0.5~1.3 A/dm² 범위, 전압은 직류 12~20V인 조건하에서 상기 양극산화를 실시한다.

이때, 상기 전해액(10)의 조성은 바람직하게는 황산(H₂SO₄) 10~20 중량%를 함유하되, 여기에 유기산으로 아세트산, 테레프탈산, 2-하이드록시 벤조산을 각각 중량비로 1:0.5:0.3~1:1:1의 중량비가 되도록 조성하되, 이들 유기산의 총 투입량은 전해액 조성 100 중량%에 대하여 2 중량%를 넘지 않는 것이 바람직하며, 바람직하게는 0.1~1.0 중량% 이다.

상기와 같은 조건하에 양극산화과정을 수행하면, 피처리물의 표면에 형성되는 산화피막은 매우 단단하게 되며, 내식성이 크고 미세기공의 형성이 치밀하여 착색성도 매우 우수한 제품을 얻을 수 있게 된다.

바람직하게는 상기 피처리물은 제2전해액(10a) 조성을 갖는 항온조로 옮겨져 순차적으로 양극산화과정을 거치며, 이때 제2전해액(10a)의 조성은 황산(H₂SO₄) 10~15 중량%, 인산(P₂O₅) 1~5 중량%, 및 아질산 0.5~1.0 중량%를 함유하되, 여기에 유기산으로 아세트산, 구연산, 2-하이드록시 벤조산을 각각 중량비로 1:0.5:0.3~1:0.8:0.5의 중량비가 되도록 조성하되, 이들 유기산의 총 투입량은 제2전해액 조성 100 중량%에 대하여 2 중량%를 넘지 않는 것이 바람직하며, 바람직하게는 0.1~1.0 중량% 이다.

미설명부호 11a는 항온조, 12a는 반응조, 13a는 펌프, 14a는 공급관, 15a는 분출구, 17a는 냉각관, 18b는 음극, 20a는 피처리물이며, 이들의 구성에 관한 설명은 도 1의 대응 구성과 동일하기에 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 2단에 의한 연속 산화과정을 거치게 되면 비록 공정의 시간은 다소 늘어나는 점이 있지만, 피처리물의 표면에 형성되는 산화피막은 한층 단단해짐과 동시에, 내식성도 더욱 커지며 미세기공이 보다 조밀하게 형성되어 착색성도 한층 개선되어지는 효과를 제공하게 된다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 비교예로써 더욱 상세히 설명하고자 한다. 하지만 이는 본 발명의 보다 쉬운 이해를 돕기 위한 것이지, 이들을 통하여 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

H 빔 형상의 양극이 되는 알루미늄 제품(20)을 대상으로 도 1의 장치를 이용하여 공지의 절차에 따라 양극산화과정을 수행하되, 전해액(10)으로 황산(H₂SO₄) 10 중량%을 포함하고, 아세트산, 테레프탈산, 2-하이드록시 벤조산이 각각 중량비로 1:0.5:0.3으로 조성된 복합유기산이 0.1~2.0 중량% 첨가된 것을 항온조(11)에 공급하였다. 양극산화공정의 조건으로는 상기 전해액이 상기 피처리물의 겉표면측을 17m/초의 평균 속도로 이동하도록 공급량을 조절하고, 처리시간은 20분으로 하면서, 피처리물의 겉표면 온도는 22 ℃를 유지하였다. 또한, 전류밀도는 1.3 A/dm² 범위를 유지하고, 전압은 직류 15V를 양극에 인가하여 피처리물의 표면에 양극산화막을 형성하였다.

[실시예 2]

실시예 1에 의해 양극산화된 피처리물(20a)을 대상으로 도 2의 장치를 이용하여 후속 양극산화과정을 추가로 수행하였다. 이때, 후속하는 제2전해액(10a)으로 황산(H₂SO₄) 10 중량%, 인산(P₂O₅) 5 중량%, 및 아질산 0.5 중량%를 함유하되, 여기에 유기산으로 아세트산, 구연산, 2-하이드록시 벤조산이 각각 중량비로 1:0.8:0.5의 중량비가 조성된 복합유기산을 첨가하되, 이들 유기산의 총 투입량은 2.0 중량%가 되도록 조성하고, 제2항온조(11a)에 공급하였다.

추가 양극산화공정의 조건으로는 상기 전해액이 상기 피처리물의 겉표면측을 18m/초의 평균 속도로 이동하도록 공급량을 조절하고, 처리시간은 10분으로 하면서, 피처리물의 겉표면 온도는 22 ℃를 유지하였다. 또한, 전류밀도는 1.0 A/dm² 범위를 유지하고, 전압은 직류 20V를 양극에 인가하여 피처리물의 표면에 양극산화막을 형성하였다.

[실험예 1] 표면조도의 측정

본 발명에서 표면조도는, 산화막이 형성된 H 빔형상의 알루미늄 피처리물(실시예 1 및 2)을 이용하여, 그 내면을 탐침식 표면조도계(도쿄정밀사제, 모델번호 SURFCOM480A)를 사용하여 측정하였다. 이때 비교예로는 전해액으로 황산 10 중량%만 함유된 것을 사용한 것으로 하여 실시예 1과 동일한 조건하에 산화막을 형성하고 이를 측정에 사용하였다

측정결과 실시예 1에 의해 얻어진 산화피막의 표면조도가 2.0㎛, 실시예 2에 의해 얻어진 산화피막의 표면조도가 1.5㎛로 매우 우수한 표면조도를 갖는 반면, 비교예에 의한 산화피막의 경우 표면조도가 2.8㎛로 나타나 실시예 1 및 2에 따른 방법이 보다 우수한 것으로 나타났다.

[실험예 2] 표면경도의 측정

본 발명에서 표면경도는, 실시예 1 및 2의 산화피막을 이용하여, 그 내면을 표면경도계(시마즈제작소사제, 모델번호 DUH-W201S)를 사용하여 측정하였다. 이때 비교예로는 전해액으로 황산 10 중량%만 함유된 것을 사용한 것으로 하여 실시예 1과 동일한 조건하에 산화막을 형성하고 이를 측정에 사용하였다

측정결과 실시예 1에 의해 얻어진 산화피막의 두께는 5㎛이었고, 실시예 2에 의해 얻어진 산화피막의 두께는 7㎛인 반면, 비교예에 의한 산화피막의 경우 산화피막의 두께가 2㎛로 나타나 실시예 1 및 2에 따른 방법이 보다 우수한 것으로 나타났다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10, 10a: 전해액
11, 11a: 항온조
12, 12a: 반응조
13, 13a: 펌프
14, 14a: 공급관
15, 15a: 분출구
16: 온도조절기
17, 17a: 냉각관
20, 20a: 피처리물

Claims

피처리물을 황산법을 이용한 양극산화하는 방법에 있어서,
전해액으로 황산(H₂SO₄) 10중량%를 포함하되, 여기에 아세트산, 테레프탈산, 2-하이드록시 벤조산이 각각 중량비로 1:0.5:0.3으로 조성된 복합유기산이 1.0 중량% 첨가되며,
상기 전해액이 상기 피처리물의 겉표면측을 17~18cm/초의 평균 속도로 이동하도록 상승시키고, 시간은 5~20분, 상기 피처리물의 겉표면 온도는 15~22℃를 유지하고, 전류밀도는 0.5~1.3 A/dm² 범위, 전압은 직류 12~20V인 조건하에서 상기 양극산화를 수행하는 1차 양극산화를 수행하는 단계; 및
상기 1차 양극산화가 수행된 피처리물을 제2전해액 조성을 갖는 항온조로 옮겨 순차적으로 양극산화과정을 수행하되, 이때 제2전해액의 조성은 황산(H₂SO₄) 10중량%, 인산(P₂O₅) 5중량%, 및 아질산 0.5중량%를 포함하되, 여기에 아세트산, 구연산, 2-하이드록시 벤조산이 각각 중량비로 1:0.8:0.5의 중량비가 되도록 조성된 복합유기산 2.0중량% 첨가되며,
상기 제2전해액이 상기 피처리물의 겉표면측을 17~18cm/초의 평균 속도로 이동하도록 상승시키고, 시간은 5~20분, 상기 피처리물의 겉표면 온도는 15~22℃를 유지하고, 전류밀도는 0.5~1.3 A/dm² 범위, 전압은 직류 12~20V인 조건하에서 2차 양극산화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피처리물의 양극산화방법.
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