KR101731906B1 - 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법 - Google Patents

원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101731906B1
KR101731906B1 KR1020150107309A KR20150107309A KR101731906B1 KR 101731906 B1 KR101731906 B1 KR 101731906B1 KR 1020150107309 A KR1020150107309 A KR 1020150107309A KR 20150107309 A KR20150107309 A KR 20150107309A KR 101731906 B1 KR101731906 B1 KR 101731906B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
oxide film
anode
cathode
cylindrical
Prior art date
Application number
KR1020150107309A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160132315A (ko
Inventor
조성오
박양정
유성호
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Publication of KR20160132315A publication Critical patent/KR20160132315A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101731906B1 publication Critical patent/KR101731906B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/005—Apparatus specially adapted for electrolytic conversion coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/06—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/34—Anodisation of metals or alloys not provided for in groups C25D11/04 - C25D11/32
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/02—Tanks; Installations therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C25D17/12—Shape or form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/12—Process control or regulation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

본 발명은 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 외부 표면을 갖는 금속 재질의 양극; 및 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고, 상기 음극은 2 개 이상이고, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 전압을 인가하여 양극산화 반응을 수행하는 단계(단계 2);를 포함하는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법은 종래 원기둥 형태의 백금 음극을 사용하여 양극산화를 진행하는 대신에 와이어 형태의 음극을 이용하여 양극산화를 진행함으로써, 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 외부 표면에 균일한 두께를 갖는 나노 구조 산화막을 매우 저렴하게 제조할 수 있다.

Description

원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법{Forming method of oxide layer on the surface of metal of cylinder shape or prism shape}
본 발명은 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전기화학적 양극 산화법을 이용하여 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 소재 외부 표면에 균일한 두께의 나노구조 산화막을 제조함으로써 금속 피복관, 금속 파이프 등의 부식을 억제하기 위한 기술에 관한 것이다.
금속 기재 표면을 양극산화시키면 표면이 여러 가지 종류의 나노 구조를 가지는 산화막을 형성하게 된다. 양극산화란 일종의 전기화학적인 방법으로, 표면에 나노구조를 형성하고자하는 금속(양극)과 다른 금속(음극)을 전해질 속에 넣은 뒤에 양극에는 (+) 전압을 인가하고 음극에 (-) 전압을 인가하여 전해질과 양극간의 전기화학 반응으로 금속 표면에 나노 구조의 산화막이 만들어지는 것을 말한다. 양극에는 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 철, 아연, 구리 등 여러 가지 금속이 사용되나 음극은 전기화학 반응을 일으키지 않는 백금이 주로 사용된다.
양극산화로 만들어지는 금속 표면의 나노 구조 산화막은 물리적, 화학적, 전기적으로 고유한 특성을 갖기 때문에 신물질 개발은 물론 다양한 분야에 적용이 가능하다. 특히 금속의 부식을 방지하는 보호막 역할을 한다.
지금까지 평판 형태의 금속 모재에 나노 구조를 가진 산화막을 제조하는 양극산화 기술이 개발되었는데, 원기둥형의 금속 파이프에 균일한 두께와 모양을 갖는 나노 구조 산화막을 제조하는 데는 한계가 있었다. 금속 파이프에 나노 구조 산화막을 제조하는 종래 기술로서, 미국 공개특허 US 05151169 A에서는 원기둥형의 금속 파이프를 회전하여 파이프 표면이 양극산화에 사용될 전해질 용액에 차례대로 담가지게 함으로써 두께가 균일한 나노 구조 산화막을 가지는 금속 파이프를 만드는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 금속 파이프 표면 중 전해질에 닿는 부분에만 나노 구조 산화막이 만들어지므로, 금속 파이프 표면 전체에 나노 구조를 만드는데 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다.
이를 대체할 수 있는 방법으로 도 1에 나타낸 바와 같이, 원기둥 형태의 금속을 양극(10)으로 사용하고, 이보다 더 큰 원기둥 형태의 음극(20)을 설치하여 양극산화를 수행하면 원기둥 형태의 금속 외부 표면에 균일한 나노 구조 산화막이 만들어진다. 이때, 원기둥 형태인 금속의 길이가 길어지면 음극의 길이도 길어져야 한다. 그런데, 음극으로 주로 사용되는 물질이 값비싼 백금이기 때문에, 원기둥 형태의 음극을 이용하여 긴 원기둥 형태의 금속 외부에 나노 구조 산화막을 만들 경우 음극의 가격이 무척 비싸지는 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에 대하여 연구하던 중, 와이어 형태의 음극을 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 외부 표면을 갖는 금속 재질의 양극 주위에 설치하여 양극산화시킴으로써 상기 금속 재질의 양극 외부 표면에 균일한 두께와 모양을 갖는 나노 구조 산화막을 만드는 방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 종래 기술이 가지고 있는 복잡한 공정을 단순화하여 효율적이고 경제적인 방식으로 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및
와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고,
상기 음극은 2 개 이상이고, 각각이 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면에 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 전압을 인가하여 양극산화 반응을 수행하는 단계(단계 2);를 포함하는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및
와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고,
상기 음극은 2 개 이상이고, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀;
상기 전기화학 셀이 담지되는 전해질 용액; 및
상기 양극 및 음극에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 장치;를 포함하는 전기화학 시스템을 제공한다.
나아가, 본 발명은
원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및
와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고,
상기 양극은 2 개 이상이고, 상기 음극은 3 개 이상이며,
상기 음극은 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되고, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 전압을 인가하여 양극산화 반응을 수행하는 단계(단계 2);를 포함하는 복수 개의 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법을 제공한다.
더욱 나아가, 본 발명은
상기의 제조방법으로 제조된 산화막을 포함하는 금속 피복관을 제공한다.
본 발명에 따른 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법은 종래 원기둥 형태의 백금 음극을 사용하여 양극산화를 진행하는 대신에 와이어 형태의 음극을 이용하여 양극산화를 진행함으로써, 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 외부 표면에 균일한 두께를 갖는 나노 구조 산화막을 매우 저렴하게 제조할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 양극산화법을 이용하여 나노 구조 산화막이 형성된 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 기재는 금속 기재 외부 표면에 산화막을 미리 만들어 둠으로써 더 이상의 산화가 진행되는 것을 막음을 수 있기 때문에 부식 방지에 효과적이다.
도 1은 종래의 원통 형태의 음극을 사용하여 원기둥 형태의 금속 재질의 양극 외부에 나노 구조 산화막을 제조하는 전기화학 시스템의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 2는 본 발명에 따른 원통 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에서 사용되는 전기화학 시스템의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 3은 본 발명에 따른 복수 개의 원통 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에서 사용되는 전기화학 시스템의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 4 내지 7은 본 발명에 따른 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 1에서 제조된 산화막을 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
본 발명은
원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및
와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고,
상기 음극은 2 개 이상이고, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 전압을 인가하여 양극산화 반응을 수행하는 단계(단계 2);를 포함하는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법을 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 표면에 산화막을 형성하기 위한 전기화학 시스템을 도 2에 모식도로 나타내었으며,
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에 있어서, 단계 1은 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고, 상기 음극은 2 개 이상이고, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비하는 단계이다.
종래에는 원기둥 형태의 금속 표면에 나노 구조의 산화막을 형성하기 위해서 도 1에 나타낸 바와 같이, 원기둥 형태의 금속을 양극(10)으로 사용하고, 이보다 더 큰 원기둥 형태의 음극(20)을 설치하여 양극산화를 수행함으로써 원기둥 형태의 금속 외부 표면에 나노 구조 산화막을 형성하였다. 이때, 원기둥 형태인 금속의 길이가 길어지면 음극의 길이도 길어져야 하는데, 음극으로 주로 사용되는 물질이 값비싼 백금이기 때문에, 원기둥 형태의 음극을 이용하여 긴 원기둥 형태의 금속 외부에 나노 구조 산화막을 만들 경우 음극의 가격이 무척 비싸지는 단점이 있다.
이를 해결하기 위하여, 상기 단계 1에서는 와이어 형태의 음극을 사용하며, 구체적으로는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 외부 표면을 갖는 금속 재질의 양극; 및 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고, 상기 음극은 2 개 이상이고, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비한다.
이때, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 전기화학 시스템은 표면에 산화막을 형성하고자 하는 대상(기재)인 양극(10); 상대전극으로서 배치되는 와이어 형태인 음극(20); 상기 양극 및 음극에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 장치(미도시); 및 상기 양극 및 음극이 배치되는 전해질 용액(30);을 포함한다.
상기 단계 1의 양극(10)은 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질인 것이 바람직하다. 상기 양극은 표면에 산화막을 형성하고자 하는 대상이며, 양극산화법으로 균일한 산화막을 형성하기 어려운 원기둥 또는 각기둥의 외부 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 양극은 원기둥 또는 각기둥 내부에 공동이 형성되어 있을 수 있으며, 구체적으로 관 형태일 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 금속 재질의 양극(10)은 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W) 및 이들의 합금 등일 수 있으며, 구체적인 일례로써 지르코늄 합금인 지르칼로이일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 단계 1의 양극(10)의 직경은 0.5 cm 내지 50 cm인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 1의 양극의 직경이 0.5 cm 미만일 경우에는 형성되는 산화막이 두껍고 불균일한 문제가 있으며, 50 cm를 초과하는 경우에는 너무 얇은 산화막이 형성되거나 산화막이 거의 생성되지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 1의 음극(20)은 와이어 형태인 것을 특징으로 한다. 상기 단계 1의 음극이 와이어 형태를 가지고, 상기 양극(10) 외주면에 위치함으로써 양극산화 반응으로 양극 표면에 균일한 산화막을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 1의 음극(20)은 2 개 이상이고, 상기 양극(10) 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것이 바람직하다.
상기 단계 1의 음극(20)은 상기 양극(10) 외부 표면에 대하여 전기장이 형성되는 소정의 공간이 필요하며, 상기 음극이 양극 외부 표면으로부터 이격되는 소정의 간격은 0.1 cm 내지 10 cm인 것이 바람직하며, 1 cm 내지 5 cm인 것이 더욱 바람직하고, 1.5 cm 내지 3 cm인 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 단계 1의 음극(20)은 상기 양극(10) 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하여 균일한 전기장을 형성할 수 있는 공간을 마련하여야 한다. 상기 음극이 양극 외주면을 따라 위치하는 소정의 간격은 상기 양극 외주면에 180 ° 간격, 120 ° 간격, 90 ° 간격, 60 ° 간격 등일 있다.
이때, 상기 단계 1의 음극은 2 개 이상인 것이 바람직하며, 구체적인 일례로써 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 음극은 4 개이고, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 90 ° 간격으로 위치할 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 금속 재질의 음극은 전기화학 반응을 일으키지 않는 금속인 것이 바람직하며, 일례로써 백금 재질일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 단계 1의 음극의 직경은 0.01 mm 내지 10 mm인 것이 바람직하고, 0.1 mm 내지 5 mm인 것이 더욱 바람직하고, 0.3 mm 내지 1 mm인 것이 가장 바람직하다. 만약, 상기 단계 1의 음극의 직경이 0.01 mm 미만일 경우에는 음극으로서 양극산화 반응을 일으켜 산화막을 형성하기 어려운 문제가 있으며, 10 mm를 초과하는 경우 백금 재질이기 때문에 비용이 과도하게 소모되는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 1의 음극은 양극의 길이 방향에 대하여 길이 방향으로 위치하는 것이 바람직하다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 양극의 길이 방향으로 음극 또한 길이 방향으로 위치하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 단계 1의 전해질 용액은 양극산화 반응에 사용되는 전해질 용액을 사용할 수 있으며, 구체적인 일례로써 불화암모늄 및 에틸렌글리콜 또는 글리세롤을 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 전압을 인가하여 양극산화 반응을 수행하는 단계이다.
상기 단계 2에서 인가되는 전압은 10 V 내지 300 V인 것이 바람직하며, 20 V 내지 100 V인 것이 더욱 바람직하고, 25 V 내지 50 V인 것이 가장 바람직하다. 상기 단계 2에서 인가되는 전압이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 양극산화 반응을 진행하기 어려운 문제가 있거나, 균일한 나노 구조인 산화막을 형성하기 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 단계 2의 양극산화 반응은 1 분 내지 72 시간 동안 수행되는 것이 바람직하고, 2 분 내지 36 시간 동안 수행되는 것이 더욱 바람직하며, 3 분 내지 12 시간 동안 수행되는 것이 가장 바람직하다.
나아가, 본 발명은
원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및
와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고,
상기 음극은 2 개 이상이고, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀;
상기 전기화학 셀이 담지되는 전해질 용액; 및
상기 양극 및 음극에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 장치;를 포함하는 전기화학 시스템을 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 전기화학 시스템을 도 2에 모식도로 나타내었으며,
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 전기화학 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전기화학 시스템은 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하기 위해 사용되는 것을 특징으로 한다.
종래에는 원기둥 형태의 금속 표면에 나노 구조의 산화막을 형성하기 위해서 도 1에 나타낸 바와 같이, 원기둥 형태의 금속을 양극(10)으로 사용하고, 이보다 더 큰 원기둥 형태의 음극(20)을 설치하여 양극산화를 수행함으로써 원기둥 형태의 금속 외부 표면에 나노 구조 산화막을 형성하였다. 이때, 원기둥 형태인 금속의 길이가 길어지면 음극의 길이도 길어져야 하는데, 음극으로 주로 사용되는 물질이 값비싼 백금이기 때문에, 원기둥 형태의 음극을 이용하여 긴 원기둥 형태의 금속 외부에 나노 구조 산화막을 만들 경우 음극의 가격이 무척 비싸지는 단점이 있다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 전기화학 시스템은 와이어 형태의 음극을 사용하며, 구체적으로는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고, 상기 음극은 2 개 이상이고, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함한다.
이때, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전기화학 시스템은 표면에 산화막을 형성하고자 하는 대상(기재)인 양극(10); 상대전극으로서 배치되는 와이어 형태인 음극(20); 상기 양극 및 음극에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 장치(미도시); 및 상기 양극 및 음극이 배치되는 전해질 용액(30);을 포함한다.
상기 양극(10)은 원기둥 또는 각기둥의 외부 표면을 갖는 금속 재질인 것이 바람직하다. 상기 양극은 표면에 산화막을 형성하고자 하는 대상이며, 양극산화법으로 균일한 산화막을 형성하기 어려운 원기둥 또는 각기둥의 외부 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 양극(10) 내부에는 공동이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극은 관 형태일 수 있다.
또한, 상기 금속 재질의 양극(10)은 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W) 및 이들의 합금 등일 수 있으며, 구체적인 일례로써 지르코늄 합금인 지르칼로이일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 양극(10)의 직경은 0.5 cm 내지 50 cm인 것이 바람직하다. 만약, 상기 양극의 직경이 0.5 cm 미만일 경우에는 형성되는 산화막이 두껍고 불균일한 문제가 있으며, 50 cm를 초과하는 경우에는 너무 얇은 산화막이 형성되거나 산화막이 거의 생성되지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 음극(20)은 와이어 형태인 것을 특징으로 한다. 상기 단계 1의 음극이 와이어 형태를 가지고, 상기 양극(10) 외주면에 위치함으로써 양극산화 반응으로 양극 표면에 균일한 산화막을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 음극(20)은 2 개 이상이고, 상기 양극(10) 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것이 바람직하다.
상기 음극(20)은 상기 양극(10) 외부 표면에 대하여 전기장이 형성되는 소정의 공간이 필요하며, 상기 음극이 양극 외부 표면으로부터 이격되는 소정의 간격은 0.1 cm 내지 10 cm인 것이 바람직하며, 1 cm 내지 5 cm인 것이 더욱 바람직하고, 1.5 cm 내지 3 cm인 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 음극(20)은 상기 양극(10) 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하여 균일한 전기장을 형성할 수 있는 공간을 마련하여야 한다. 상기 음극이 양극 외주면을 따라 위치하는 소정의 간격은 상기 양극 외주면에 180 ° 간격, 120 ° 간격, 90 ° 간격, 60 ° 간격 등일 있다.
이때, 상기 음극(20)은 2 개 이상인 것이 바람직하며, 구체적인 일례로써 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 음극은 4 개이고, 상기 양극(10) 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 90 ° 간격으로 위치할 수 있다.
또한, 상기 금속 재질의 음극(20)은 전기화학 반응을 일으키지 않는 금속인 것이 바람직하며, 일례로써 백금 재질일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 음극(20)의 직경은 0.01 mm 내지 10 mm인 것이 바람직하고, 0.1 mm 내지 5 mm인 것이 더욱 바람직하고, 0.3 mm 내지 1 mm인 것이 가장 바람직하다. 만약, 상기 음극의 직경이 0.01 mm 미만일 경우에는 음극으로서 양극산화 반응을 일으켜 산화막을 형성하기 어려운 문제가 있으며, 10 mm를 초과하는 경우 백금 재질이기 때문에 비용이 과도하게 소모되는 문제가 있다.
또한, 상기 음극(20)은 양극(10)의 길이 방향에 대하여 길이 방향으로 위치하는 것이 바람직하다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 양극의 길이 방향으로 음극 또한 길이 방향으로 위치하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 전해질 용액(30)은 양극산화 반응에 사용되는 전해질 용액을 사용할 수 있으며, 구체적인 일례로써 불화암모늄 및 에틸렌글리콜 또는 글리세롤을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은
원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및
와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고,
상기 양극은 2 개 이상이고, 상기 음극은 3 개 이상이며,
상기 음극은 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되고, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 전압을 인가하여 양극산화 반응을 수행하는 단계(단계 2);를 포함하는 복수 개의 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법을 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 복수 개의 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 표면에 산화막을 형성하기 위한 전기화학 시스템을 도 3에 모식도로 나타내었으며,
이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 복수 개의 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 복수 개의 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에 있어서, 단계 1은 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고, 상기 양극은 2 개 이상이고, 상기 음극은 3 개 이상이며, 상기 음극은 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되고, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비하는 단계이다.
종래에는 원기둥 형태의 금속 표면에 나노 구조의 산화막을 형성하기 위해서 도 1에 나타낸 바와 같이, 원기둥 형태의 금속을 양극(10)으로 사용하고, 이보다 더 큰 원기둥 형태의 음극(20)을 설치하여 양극산화를 수행함으로써 원기둥 형태의 금속 외부 표면에 나노 구조 산화막을 형성하였다. 이때, 원기둥 형태인 금속의 길이가 길어지면 음극의 길이도 길어져야 하는데, 음극으로 주로 사용되는 물질이 값비싼 백금이기 때문에, 원기둥 형태의 음극을 이용하여 긴 원기둥 형태의 금속 외부에 나노 구조 산화막을 만들 경우 음극의 가격이 무척 비싸지는 단점이 있다.
이를 해결하기 위하여, 상기 단계 1에서는 와이어 형태의 음극을 사용하며, 구체적으로는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 양극; 및 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극;을 포함하고, 상기 양극은 2 개 이상이고, 상기 음극은 3 개 이상이며, 상기 음극은 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되고, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비한다.
이때, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 전기화학 시스템은 표면에 산화막을 형성하고자 하는 대상(기재)인 복수 개의 양극(10); 상대전극으로서 배치되는 와이어 형태인 음극(20); 상기 양극 및 음극에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 장치(미도시); 및 상기 양극 및 음극이 배치되는 전해질 용액(30);을 포함한다.
상기 양극(10) 복수 개를 병렬로 배치하고, 와이어 형태인 음극(20)을 복수 개의 양극 외주면에 배치함으로써 복수 개의 양극으로 동시에 양극산화 반응을 통한 산화막을 형성할 수 있다.
상기 단계 1의 양극(10)은 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질인 것이 바람직하다. 상기 양극은 표면에 산화막을 형성하고자 하는 대상이며, 양극산화법으로 균일한 산화막을 형성하기 어려운 원기둥 또는 각기둥의 외부 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 1의 금속 재질의 양극(10)은 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W) 및 이들의 합금 등일 수 있으며, 구체적인 일례로써 지르코늄 합금인 지르칼로이일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 단계 1의 양극(10)의 직경은 0.5 cm 내지 50 cm인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 1의 양극의 직경이 5 cm 미만일 경우에는 형성되는 산화막이 두껍고 불균일한 문제가 있으며, 50 cm를 초과하는 경우에는 너무 얇은 산화막이 형성되거나 산화막이 거의 생성되지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 1의 음극(20)은 와이어 형태인 것을 특징으로 한다. 상기 단계 1의 음극이 와이어 형태를 가지고, 상기 양극(10) 외주면에 위치함으로써 양극산화 반응으로 양극 표면에 균일한 산화막을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 1의 음극(20)은 2 개 이상이고, 상기 양극(10) 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하는 것이 바람직하다.
상기 단계 1의 음극(20)은 상기 양극(10) 외부 표면에 대하여 전기장이 형성되는 소정의 공간이 필요하며, 상기 음극이 양극 외부 표면으로부터 이격되는 소정의 간격은 0.1 cm 내지 10 cm인 것이 바람직하며, 1 cm 내지 5 cm인 것이 더욱 바람직하고, 1.5 cm 내지 3 cm인 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 단계 1의 음극(20)은 상기 양극(10) 외주면을 따라 소정의 간격으로 위치하여 균일한 전기장을 형성할 수 있는 공간을 마련하여야 한다. 상기 음극이 양극 외주면을 따라 위치하는 소정의 간격은 상기 양극 외주면에 180 ° 간격, 120 ° 간격, 90 ° 간격, 60 ° 간격 등일 있다.
이때, 상기 단계 1의 음극은 2 개 이상인 것이 바람직하며, 구체적인 일례로써 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 음극은 4 개이고, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격되며, 각각이 상기 양극 외주면을 따라 90 ° 간격으로 위치할 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 금속 재질의 음극은 전기화학 반응을 일으키지 않는 금속인 것이 바람직하며, 일례로써 백금 재질일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 단계 1의 음극의 직경은 0.01 mm 내지 10 mm인 것이 바람직하고, 0.1 mm 내지 5 mm인 것이 더욱 바람직하고, 0.3 mm 내지 1 mm인 것이 가장 바람직하다. 만약, 상기 단계 1의 음극의 직경이 0.01 mm 미만일 경우에는 음극으로서 양극산화 반응을 일으켜 산화막을 형성하기 어려운 문제가 있으며, 10 mm를 초과하는 경우 백금 재질이기 때문에 비용이 과도하게 소모되는 문제가 있다.
또한, 상기 단계 1의 음극은 양극의 길이 방향에 대하여 길이 방향으로 위치하는 것이 바람직하다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 양극의 길이 방향으로 음극 또한 길이 방향으로 위치하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 단계 1의 전해질 용액은 양극산화 반응에 사용되는 전해질 용액을 사용할 수 있으며, 구체적인 일례로써 불화암모늄 및 에틸렌글리콜 또는 글리세롤을 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 복수 개의 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 전압을 인가하여 양극산화 반응을 수행하는 단계이다.
상기 단계 2에서 인가되는 전압은 10 V 내지 300 V인 것이 바람직하며, 20 V 내지 100 V인 것이 더욱 바람직하고, 25 V 내지 50 V인 것이 가장 바람직하다. 상기 단계 2에서 인가되는 전압이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 양극산화 반응을 진행하기 어려운 문제가 있거나, 균일한 나노 구조인 산화막을 형성하기 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 단계 2의 양극산화 반응은 1 분 내지 72 시간 동안 수행되는 것이 바람직하고, 2 분 내지 36 시간 동안 수행되는 것이 더욱 바람직하며, 3 분 내지 12 시간 동안 수행되는 것이 가장 바람직하다.
나아가, 본 발명은
상기의 제조방법으로 제조된 산화막을 포함하는 금속 피복관을 제공한다.
본 발명에 따른 양극산화법을 이용하여 나노 구조 산화막이 형성된 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 기재는 금속 기재 외부 표면에 산화막을 미리 만들어 둠으로써 더 이상의 산화가 진행되는 것을 막음을 수 있기 때문에 부식 방지에 효과적이다.
<실시예 1> 백금 와이어를 이용한 산화막 형성 1
단계 1: 원기둥 형태의 외부 표면을 갖는 금속 재질의 양극(10)으로 직경 1 cm, 길이 20 cm인 지르칼로이 피복관을 준비하였고, 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극(20)으로 직경 0.5 mm, 길이 20 cm인 백금 와이어를 준비하였다. 에틸렌 글라이콜 용액에 0.3 %의 불화암모늄(NH4F), 1 %의 물을 첨가하여 전해질 용액을 준비하였다.
상기 전해질 용액에 상기에서 준비된 4 개의 음극 및 양극을 침지시켰으며, 상기 음극을 상기 양극 외부 표면에 대하여 2 cm 이격시켜 위치시켰다. 또한, 상기 음극 4 개를 각각이 상기 양극 외주면을 따라 90 ° 간격으로 위치시켜 전기화학 시스템을 준비하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 30 V의 전압을 인가하여 5 분 동안 양극산화 반응을 수행하여 금속 기재인 양극 표면에 산화막을 형성하였다.
<실시예 2> 백금 와이어를 이용한 산화막 형성 2
단계 1: 원기둥 형태의 외부 표면을 갖는 금속 재질의 양극(10)으로 직경 1 cm, 길이 20 cm인 지르칼로이 피복관을 준비하였고, 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극(20)으로 직경 0.5 mm, 길이 20 cm인 백금 와이어를 준비하였다. 에틸렌 글라이콜 용액에 0.3 %의 불화암모늄(NH4F), 1 %의 물을 첨가하여 전해질 용액을 준비하였다.
상기 전해질 용액에 상기에서 준비된 3 개의 음극 및 양극을 침지시켰으며, 상기 음극을 상기 양극 외부 표면에 대하여 2 cm 이격시켜 위치시켰다. 또한, 상기 음극 3 개를 상기 양극 외주면에 120 ° 간격으로 위치시켜 전기화학 시스템을 준비하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 30 V의 전압을 인가하여 5 분 동안 양극산화 반응을 수행하여 금속 기재인 양극 표면에 산화막을 형성하였다.
<실시예 3> 백금 와이어를 이용한 산화막 형성 3
단계 1: 원기둥 형태의 외부 표면을 갖는 금속 재질의 양극(10)으로 직경 1 cm, 길이 20 cm인 지르칼로이 피복관을 준비하였고, 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극(20)으로 직경 0.5 mm, 길이 20 cm인 백금 와이어를 준비하였다. 에틸렌 글라이콜 용액에 0.3 %의 불화암모늄(NH4F), 1 %의 물을 첨가하여 전해질 용액을 준비하였다.
상기 전해질 용액에 상기에서 준비된 2 개의 음극 및 양극을 침지시켰으며, 상기 음극을 상기 양극 외부 표면에 대하여 2 cm 이격시켜 위치시켰다. 또한, 상기 음극 2 개를 상기 양극 외주면에 180 ° 간격으로 위치시켜 전기화학 시스템을 준비하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 30 V의 전압을 인가하여 5 분 동안 양극산화 반응을 수행하여 금속 기재인 양극 표면에 산화막을 형성하였다.
<실시예 4> 백금 와이어를 이용한 산화막 형성 4
단계 1: 원기둥 형태의 외부 표면을 갖는 금속 재질의 양극(10)으로 직경 1 cm, 길이 25 cm인 지르칼로이 피복관을 준비하였고, 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극(20)으로 직경 0.5 mm, 길이 40 cm인 백금 와이어를 준비하였다. 에틸렌 글라이콜 용액에 0.3 %의 불화암모늄(NH4F), 1 %의 물을 첨가하여 전해질 용액을 준비하였다.
상기 전해질 용액에 상기에서 준비된 4 개의 음극 및 양극을 침지시켰으며, 상기 음극을 상기 양극 외부 표면에 대하여 2 cm 이격시켜 위치시켰다. 또한, 상기 음극 4 개를 상기 양극 외주면에 90 ° 간격으로 위치시켜 전기화학 시스템을 준비하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 30 V의 전압을 인가하여 5 분 동안 양극산화 반응을 수행하여 금속 기재인 양극 표면에 산화막을 형성하였다.
<비교예 1>
단계 1: 원기둥 형태의 외부 표면을 갖는 금속 재질의 양극(10)으로 직경 1 cm, 길이 20 cm인 지르칼로이 피복관을 준비하였고, 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 금속 재질의 음극(20)으로 직경 0.5 mm, 길이 20 cm인 백금 와이어를 준비하였다. 에틸렌 글라이콜 용액에 0.3 %의 불화암모늄(NH4F), 1 %의 물을 첨가하여 전해질 용액을 준비하였다.
상기 전해질 용액에 상기에서 준비된 1 개의 음극 및 양극을 침지시켰으며, 상기 음극을 상기 양극 외부 표면에 대하여 2 cm 이격시켜 위치시켜 전기화학 시스템을 준비하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 30 V의 전압을 인가하여 5 분 동안 양극산화 반응을 수행하여 금속 기재인 양극 표면에 산화막을 형성하였다.
<실험예 1> 주사 전자 현미경 관찰
본 발명에 따른 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법으로 형성된 산화막의 형상을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 1에서 제조된 산화막을 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰하였으며, 그 결과를 도 4 내지 7에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 4 개의 백금 와이어 전극을 음극으로 사용한 경우에는 원기둥 형태인 지르칼로이 금속 피복관의 모든 면에서 6.7 ± 1 ㎛의 두께를 가진 아주 균일한 나노 구조 산화막이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 2에서 2 개의 개의 백금 와이어 전극을 음극으로 사용한 경우에는 백금 와이어 전극과 가까운 부분의 산화막의 두께가 백금 와이어와 먼 부분보다 다소 두꺼운 것을 확인할 수 있었다.
반면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에서 1 개의 백금 와이어 전극을 음극으로 사용한 경우에서는 백금 와이어 전극을 마주한 면은 두꺼운 산화막이 형성되었으나 반대 면에는 매우 얇은 산화막이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 4(b)와 도 4(g)에 나타낸 산화막의 두께를 비교하여 보면, 균일하지 않은 산화막이 형성되어졌음을 알 수 있다. 이는 백금 와이어 전극과 가까운 부분일수록 전기장이 강하게 형성되고 먼 부분일수록 전기장이 약하게 형성되기 때문에 각 부분에서 양극산화 실험조건이 달라지는 효과를 내기 때문이다.
이때, 도 7에 나타낸 바와 같이, 길이 25 cm의 지르칼로이 피복관을 양극으로 사용한 경우인 실시예 4에서는 지르칼로이 피복관의 모든 표면에 균일한 나노 기공 구조를 가진 산화막이 생성된 것을 확인할 수 있었다. 형성된 나노 기공 구조는 벌집모양의 조밀한 육각형 구조를 가지고 있으며, 나노 튜브 구조와는 달리 기공 사이에 틈이 전혀 존재하지 않는다. 뿐만 아니라 나노 튜브의 경우 여러 개의 나노 기공이 번들형태로 합쳐져 번들 간에 큰 균열이 발생하나, 본 발명에 따른 나노 기공 구조는 균열을 전혀 가지고 있지 않다. 특히, 산화막이 생성되면서 산화 지르콘(ZrO2)의 부피 팽창으로 인해, 원기둥 형태의 피복관의 경우에는 평판과는 달리 균열이 생길 수 있는 우려와는 달리 전혀 균열이 관찰되지 않았으며, 거의 이상적인 형태의 나노 기공 구조를 가진 산화막이 원기둥 형태 피복관 표면 전체에 걸쳐 잘 형성이 된 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법은 종래 원기둥 형태의 백금 음극을 사용하여 양극산화를 진행하는 대신에 와이어 형태의 음극을 이용하여 양극산화를 진행함으로써, 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 외부 표면에 균일한 두께를 갖는 나노 구조 산화막을 매우 저렴하게 제조할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 양극산화법을 이용하여 나노 구조 산화막이 형성된 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 기재는 금속 기재 외부 표면에 산화막을 미리 만들어 둠으로써 더 이상의 산화가 진행되는 것을 막음을 수 있기 때문에 부식 방지에 효과적이다.
10 : 양극
20 : 음극
30 : 전해질 용액
40 : 전압 인가 장치

Claims (12)

  1. 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 복수개의 양극; 및
    와이어 형태이며, 상기 양극의 길이 방향에 대하여 길이 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 재질의 복수개의 음극;을 포함하고,
    상기 음극은 상기 복수개의 양극 사이 또는 주위에 배치되며, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격하되, 상기 복수개의 양극 및 음극 각각의 배치는 양극 외주면에 오차범위 ± 1 ㎛의 산화막이 형성되도록 하는 일정한 전기장을 형성하는 배치인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀, 전해질 용액 및 전압 인가 장치를 포함하는 전기화학 시스템을 준비하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 준비된 전기화학 시스템에 전압을 인가하여 양극산화 반응을 수행하는 단계(단계 2);를 포함하는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 양극은 최소 두개 이상이고, 각각의 양극 하나에 대하여 음극은 4 개의 비율로 배치되는 것을 특징으로 하는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 금속 재질의 음극은 백금 재질인 것을 특징으로 하는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 음극의 직경은 0.01 mm 내지 10 mm인 것을 특징으로 하는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 금속 복수개의 양극은 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W) 및 이들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종의 금속 재질인 것을 특징으로 하는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 양극의 직경은 0.5 cm 내지 50 cm인 것을 특징으로 하는 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 산화막은 나노 기공 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 관 또는 원기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  10. 원기둥 형태 또는 각기둥 형태인 금속 재질의 복수개의 양극; 및
    와이어 형태이며, 상기 양극의 길이 방향에 대하여 길이 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 재질의 복수개의 음극;을 포함하고,
    상기 음극은 상기 복수개의 양극 사이 또는 주위에 배치되며, 상기 양극 외부 표면에 대하여 소정의 간격으로 이격하되, 상기 복수개의 양극 및 음극 각각의 배치는 양극 외주면에 오차범위 ± 1 ㎛의 산화막이 형성되도록 하는 일정한 전기장을 형성하는 배치인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀;
    상기 전기화학 셀이 담지되는 전해질 용액; 및
    상기 양극 및 음극에 전압을 인가하기 위한 전압 인가 장치;를 포함하는 전기화학 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
KR1020150107309A 2015-05-06 2015-07-29 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법 KR101731906B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20150063145 2015-05-06
KR1020150063145 2015-05-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160132315A KR20160132315A (ko) 2016-11-17
KR101731906B1 true KR101731906B1 (ko) 2017-05-08

Family

ID=57542315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150107309A KR101731906B1 (ko) 2015-05-06 2015-07-29 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101731906B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101990128B1 (ko) * 2017-10-19 2019-06-18 (주)메코텍티타늄 와이어 착탈식 타입 원통형 도금용 전극
KR101990129B1 (ko) * 2017-10-19 2019-06-18 (주)메코텍티타늄 와이어 일체식 타입 원통형 도금용 전극 제조방법
JP7083198B1 (ja) * 2021-06-18 2022-06-10 ドングァン ディーエスピー テクノロジー カンパニー リミテッド ポリマーと銅の接合体のための銅表面処理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007002316A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Aisin Seiki Co Ltd 陽極酸化処理装置
JP2014025126A (ja) 2012-07-30 2014-02-06 Suzuki Motor Corp アルミニウム素材の陽極酸化皮膜およびその製造方法
CN104419962A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 无锡市锡山区鹅湖镇益民拉丝辅机厂 一种钢丝磷化处理的工艺

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007002316A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Aisin Seiki Co Ltd 陽極酸化処理装置
JP2014025126A (ja) 2012-07-30 2014-02-06 Suzuki Motor Corp アルミニウム素材の陽極酸化皮膜およびその製造方法
CN104419962A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 无锡市锡山区鹅湖镇益民拉丝辅机厂 一种钢丝磷化处理的工艺

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160132315A (ko) 2016-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7092076B2 (ja) チタン基材、チタン基材の製造方法、及び、水電解用電極、水電解装置
Zaraska et al. The effect of electrolyte change on the morphology and degree of nanopore order of porous alumina formed by two-step anodization
KR101731906B1 (ko) 원기둥 형태 또는 각기둥 형태의 금속 표면에 산화막을 형성하는 방법
EP3309278B1 (en) Method for manufacturing electrolytic aluminum foil
JP2022051582A (ja) チタン基材、チタン基材の製造方法、及び、水電解用電極、水電解装置
Zahedi et al. The effect of anodising time on the electrochemical behaviour of the Ti/TiO 2 NTs/IrO 2-RuO 2-Ta 2 O 5 anode
TW201140627A (en) Method for producing aluminum foil electrode of carbon nano-tube
Kikuchi et al. Self-ordering of porous anodic alumina fabricated by anodizing in chromic acid at high temperature
Awad et al. Effect of various de-anodizing techniques on the surface stability of non-colored and colored nanoporous AAO films in acidic solution
US20140255682A1 (en) Nanoengineered superhydrophobic anti-corrosive aluminum surfaces
US10156018B2 (en) Method for manufacturing anodic metal oxide nanoporous templates
WO2021193857A1 (ja) チタン基材、チタン基材の製造方法、及び、水電解用電極、水電解装置
TWI840553B (zh) 鋁化成箔、鋁電解電容器用電極及鋁化成箔之製造方法
CN111591953B (zh) 针状微电极及其制备方法
JP2010215945A (ja) 酸化被膜及びその製造方法
Zaraska et al. Synthesis of nanoporous anodic alumina by anodic oxidation of low purity aluminum substrates
JP2009256751A (ja) 陽極酸化ポーラスアルミナおよびその製造方法
RU2545887C2 (ru) Способ получения гибкой нанопористой композиционной мембраны с ячеистой структурой из анодного оксида металла или сплава
Heakal et al. Relevant aspects in the stability performance of different anodic alumina (AAO) films in aqueous sulfate solutions
CN109811385B (zh) 铝及铝合金表面聚偏氟乙烯/氧化铝复合膜及其制备方法
JP2016064374A (ja) 微粒子捕捉用ろ過膜及びその製造方法並びに多孔質膜及びその製造方法
CN1214520A (zh) 用于沸水反应器的控制棒的制造方法
Zhu et al. Growth of alumina oxide nanowires in an aluminum anodization process
KR20190054765A (ko) 열전달 효율이 향상된 금속 재료 및 이의 제조방법
Nemes et al. Porous anodic alumina films obtained by two step anodization

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant