KR101823127B1 - 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 제조방법 - Google Patents

알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 알루미늄 합금으로 구성된 금속 부재에 양극산화 산화환원처리 및 화학적 식각처리를 가하여 균일한 형상 및 크기의 고밀도 미세홀들을 가지도록 알루미늄 합금 부재 표면의 구조적 성질들을 변화시키고, 이러한 알루미늄 합금 부재 표면에 수지조성물을 인서트 사출하여 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과가 발생할 수 있는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제조함으로써, 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성의 기능적 특성들이 향상된 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 및 이의 제조방법을 제공한다. 나아가, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 금속 부재나 수지조성물 종류에 구애받지 않으며 최적화 및 표준화된 제조공정으로 범용적으로 사용되며 재현성이 우수하여 양산성 효과가 높아서, 모바일 기기, 가전제품, 전자기기 및 자동차 등의 산업분야의 뿐만 아니라 항공, 선박, 플랜트 및 에너지 등의 다양한 산업분야의 부품들에서도 폭넓게 적용될 수 있다.

Description

알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 제조방법{Manufacturing Method for Integrated Composite of Aluminum Alloy and Resin}
본 발명은 이종 재질인 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 알루미늄 합금 부재의 표면에 양극산화 산화환원처리 및 2단계 화학적 식각처리에 의해 균일한 형상 및 크기를 가진 고밀도의 미세홀들을 형성함으로써, 구조적 성질들이 변화된 알루미늄 합금 부재의 표면에 수지조성물을 인서트 사출하여 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제조함으로써 강력한 접합 인장강도를 가짐과 동시에 우수한 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성을 나타내는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기, 가전제품, 전자기기 및 자동차 등 다양한 산업분야에서 제조되는 각종 부품들은 경박단소화의 추세에 따라 경량성 및 방열성이 우수한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 금속 부재와 가벼우면서 가공용이성 및 절연 성능이 우수하고 저렴한 수지조성물을 접합하여 형성된 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 필요로 하고, 그 용도가 산업 전 분야에서 광범위하게 확대될 것으로 기대된다.
이에 따라 종래에 있어서, 이종 재질인 금속 부재와 수지조성물을 서로 입체적으로 접합한 금속 부재와 수지조성물의 이종 접합물의 제조방법으로서는 금속 부재와 수지조성물 사이에 접착제를 삽입하여 금속 부재와 수지조성물을 접합하였다. 이러한 접착제를 사용한 금속-수지조성물 접합 기술은 접착제의 경화시간이 길기 때문에 공정구성이 효율적이지 못하며, 접착제의 상태에 따라 접합 특성이 달라지며 접합 공정의 유지 및 관리가 어려울 뿐만 아니라, 복잡하고 미세한 형상의 제어가 힘들다.
이와 같은 이유로 접착제를 사용하지 않고 이종 재질인 금속 부재와 수지조성물을 접합하는 새로운 방법들이 연구되고 있는데, 그 중 하나의 방법으로 표면에 화학적인 식각처리를 통해 나노 크기의 미세홀들을 형성하여 접합하는 나노 방법이 현재 활발하게 연구되고 있다. 이러한 나노 방법에 의한 금속-수지조성물 이종 재질 접합 기술은 화학적 식각처리를 통해 미세홀들이 형성된 금속 표면에 수지조성물을 인서트 사출하여 금속과 수지조성물간에 물리적 앵커(anchor) 효과가 발생하도록 하여 기존의 접착제 접합기술보다 양호한 접합 인장강도를 가진다. 그러나 종래의 나노방법은 금속 부재의 화학적 식각처리가 습식처리방식이기 때문에 불균일한 표면처리 효과를 나타냄에 따라 금속 부재의 표면에 미세홀들이 불규칙적으로 형성된다. 상기의 금속 부재 표면에 수지조성물을 인서트 사출할 경우 금속과 수지조성물간 물리적 앵커효과가 제대로 발생하지 못하기 때문에 접합 인장강도가 낮으며, 공정의 재현성이 부족하여 금속 부재와 수지조성물의 복합물의 기능적 특성들이 저하된다.
이와 같은 종래의 기술적 배경 하에서는 금속 부재와 수지조성물의 이종 복합물의 기능적 특성들뿐만 아니라 실제 제품의 부품들로 적용될 경우 제품의 내구성 및 재현성이 낮을 수밖에 없다는 문제점이 있다. 따라서 금속 부재와 수지조성물의 일체화 복합물로 구성된 부품들이 모바일 기기, 가전제품, 전자기기 및 자동차 등의 산업뿐만 아니라 그 외의 다양한 산업분야에서 적용되기 위해서는 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성뿐만 아니라 재현성 및 범용성의 양산성 특성들이 우수해야 한다.
이와 같이 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성의 기능적 및 재현성 특성들이 개선되기 위해서는 금속 부재의 표면처리 방법이 균일하게 적용되어 표면에 물리적 및 구조적 앵커효과가 효과적으로 발생할 수 있도록 해야 한다. 또한, 이렇게 형성된 금속 부재의 표면에 수지조성물이 인서트 사출에 의해 균일하게 침투 및 경화되어야 한다. 이와 더불어 위와 같은 특성을 갖는 금속 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 제조공정의 세부공정들이 단순하고 재현성이 우수해야 하며, 금속 부재 및 수지조성물 등의 구성재료 종류에 구애 받지 않는 제조방식이어야 한다.
KR 10-1240756 KR 10-1389989 KR 10-1568991
본 발명의 목적은, 알루미늄 합금 부재에 양극산화 산화환원처리 및 2단계 화학적 식각처리를 가하여 균일한 형상 및 크기를 갖는 고밀도의 미세홀들을 가지도록 알루미늄 합금 부재 표면의 구조적 성질들을 변화시키고, 이러한 알루미늄 합금 부재 표면에 수지조성물을 인서트 사출하여 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과가 발생할 수 있는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제조함으로써, 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성의 기능적 특성들이 향상된 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 금속 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 제조공정의 세부공정들이 단순하고 재현성이 우수해야 하며, 금속 부재 및 수지조성물 등의 구성재료 종류에 구애 받지 않는 금속 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.
본 발명의 목적은 알루미늄 합금 부재 표면에 균일한 형상 및 크기를 갖는 고밀도의 미세홀들을 형성하고, 이렇게 형성된 알루미늄 합금 부재에 수지조성물을 인서트 사출하여 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제조하고, 상기 제조된 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 모바일 기기, 가전제품, 전자기기 및 자동차 등 산업분야의 부품에 활용함으로써 달성된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 알루미늄 합금 부재에 대한 양극산화 산화환원처리 단계; 및 상기 양극산화 산화환원처리된 알루미늄 합금 부재에 대한 2단계의 화학적 식각처리 단계를 포함하여, 상기 알루미늄 합금 부재 표면에 균일한 형상 및 크기의 고밀도 미세홀들을 가지도록 구조적 성질들을 변화시켜, 수지조성물이 상기 알루미늄 합금 부재에 인서트 사출성형시 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과가 발생할 수 있고, 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성을 포함하는 내구성의 기능적 특성들이 향상되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 알루미늄 합금 부재에 양극산화 산화환원처리를 통하여 상기 표면에 표면 활성화 및 균일한 식각 패턴을 도모하며, 2단계 화학적 식각처리를 시행함으로써 상기 표면에 균일한 형상 및 크기를 갖는 고밀도의 미세홀들이 형성되어 물리적 및 구조적 앵커효과를 극대화시키며, 최종적으로 상기 표면에 수지를 인서트 사출하여 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성의 기능적 특성들이 향상된 알루미늄 합금 부재와 수지의 일체화 복합물의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 표면처리공정들이 간단한 전처리 및 본처리의 습식식각공정들로 구성되며, 균일한 식각효과를 나타내어 표면처리공정의 재현성이 우수하며, 또한 상기 금속 부재의 식각표면에 수지의 인서트 사출이 균일하면서 효과적으로 발생됨으로써 금속 부재 및 수지 등의 구성재료 종류에 구애받지 않는 일체화 복합물의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물에 있어서, 표면처리된 상기 알루미늄 합금 부재의 표면에 형성된 미세홀들의 평균 직경 크기가 100 ~ 450 nm이고, 상기 미세홀에 수지조성물이 삽입되어 인서트 사출성형된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제공하고자 한다.
본 발명은, 종래 방법에 비하여 접합 인장강도를 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공정 구성이 단순하고, 효율적이며, 대량 생산에서도 재현성이 우수하여 양산성 효과가 우수한 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명의 제조방법은, 알루미늄 합금 부재 및 수지조성물 등의 구성재료 종류에 구애받지 않으며, 종래 방법의 복잡한 전처리 및 표면처리공정 없이 양극산화 산화환원처리 및 2단계 화학적 식각처리에 의해 균일한 형상 및 크기의 미세홀들을 가지는 알루미늄 합금 부재의 표면을 형성할 수 있어 복잡한 형태의 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 효율적으로 구성할 수 있다.
또한, 알루미늄 합금 부재의 표면이 균일한 형상 및 크기의 미세홀들을 가짐으로써 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과를 나타내어 수지조성물의 재료선택이 용이할 뿐만 아니라 인서트 사출 공정을 단순화시킬 수 있으며, 균일한 표면처리에 의한 물리적 및 구조적 앵커효과를 극대화함으로써 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 기능적 특성들인 접합 인장강도뿐만 아니라 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성을 더욱 증진시킬 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 모바일 기기, 가전제품, 전자기기 및 자동차 등 산업분야의 부품뿐만 아니라 항공, 선박, 플랜트 및 에너지 등의 광범위한 산업 분야에서도 폭 넓게 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 표면처리 공정의 우수성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조공정 단계별 모식도 및 표면 주사전자현미경(SEM) 사진을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 방법 및 종래 방법들의 표면 활성화 처리 공정에 따른 접합 인장강도를 비교한 결과를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 염화계 산성 화학적 식각처리 방법과 종래 방법의 식각 표면특성들의 비교를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 산성 화학적 후처리 공정에 따른 미세홀 형상 및 크기 제어특성과 이에 따른 인장 파단 시험 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 방법과 종래 기술의 금속-수지조성물 복합물 제조방법들의 특성 비교를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 및 이의 제조방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 설명의 편의를 위하여 각 구성에 대한 방향은 도면에 도시된 방향을 기준으로 한다. 다만, 이러한 방향을 통한 설명은 작동 상태에 대한 일례에 불과한 것으로서, 본 실시예에 따른 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 및 이의 제조방법을 한정하는 것은 아니다.
알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물로 구성된 부품들이 모바일 기기, 가전제품, 전자기기 및 자동차 등 산업분야에서 폭넓게 적용되기 위해서는 접합 인장강도가 우수해야 하며, 이와 더불어 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성의 기능적 특성들, 제조공정의 재현성 및 제조 수율도 개선되어야 하는 문제점이 남아있다. 알루미늄 합금 부재의 표면처리공정은 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 접합강도 및 인장강도를 결정짓는 핵심적인 공정으로써 우수한 물리적 및 구조적 앵커효과를 나타내기 위한 알루미늄 합금 부재의 표면을 형성시키는 것은 어려운 과제이다. 따라서 종래에는 습식처리인 화학적 식각처리를 사용하여 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 복합물을 형성하고 있으며, 아직까지 광범위한 응용분야에 활용되기 위한 접합 인장강도, 기밀성 및 내구성 등의 기능적 특성들이 부족하며, 또한 표면처리의 균일성 및 공정의 재현성이 낮아 아직까지 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 복합물이 개발되지 못하고 있는 실정이다.
도 1은 본 발명의 양극산화 산화환원처리, 염화계 산성 화학적 식각처리 및 산성 화학적 후처리 공정을 실시하여 제조된 금속-수지조성물 일체화 복합물과 종래의 금속-수지조성물 복합물(특허문헌 1(KR 10-1240756), 특허문헌 2(KR 10-1389989) 및 특허문헌 3(KR 10-1568991))을 비교하였다. 본 발명의 표면처리가 실시된 알루미늄 합금 부재의 표면은 균일한 표면처리 효과에 의해 단위면적당 미세홀들의 밀도가 높으며 이에 따라 물리적 및 구조적 앵커효과의 발생이 우수하기 때문에 접합 인장강도가 우수하며 또한, 제조공정의 재현성이 높으며, 제조 수율 및 양산성이 우수하다. 반면, 종래의 표면처리된 알루미늄 합금 부재의 표면은 단순한 습식처리 방식에 의해 표면처리의 효과가 불균일하게 발생함에 따라 단위면적당 미세홀들의 밀도가 낮으며, 물리적 및 구조적 앵커효과가 균일하게 발생하기 어렵기 때문에 수지조성물과의 접합 인장강도가 현저히 낮아진다. 이에 따라 종래의 금속-수지조성물 복합물은 제조공정의 재현성이 부족하고 제조 수율 및 양산성이 현저히 낮은 문제점을 나타낸다. 이에 더하여, 종래의 금속-수지조성물 복합물 제조방법은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 추가적인 표면처리 공정 및 후처리 공정을 적용하였으나, 이와 같은 금속-수지조성물 복합물의 제조방법은 매우 복잡하여 재현성이 부족하며 제한적으로 적용될 수 있기 때문에 수지조성물의 재료선택에 한계가 있으며, 복잡한 형상의 복합물 제조에는 부적합하다는 문제점들이 있다.
이에 따라 본 발명의 발명자들은 종래의 제조방법의 문제점들을 개선시키기 위하여, 도 2에 나타난 바와 같이 알루미늄 합금 부재의 표면을 양극산화 산화환원처리 및 2단계 화학적 식각처리를 연속적으로 실시하여 알루미늄 합금 부재의 표면에 균일한 형상 및 크기의 미세홀들을 다수 형성시키고 이러한 알루미늄 합금 부재 표면에 수지조성물을 인서트 사출함으로써, 알루미늄 합금 부재와 수지조성물 간 균일하면서 효과적인 물리적 및 구조적 앵커효과를 가지는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 및 이의 제조방법을 완성하였다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 알루미늄 합금 부재에 대한 양극산화 산화환원처리 단계; 및 상기 양극산화 산화환원처리된 알루미늄 합금 부재에 대한 2단계의 화학적 식각처리 단계를 포함하여, 상기 알루미늄 합금 부재 표면에 균일한 형상 및 크기의 고밀도 미세홀들을 가지도록 구조적 성질들을 변화시켜, 수지조성물이 상기 알루미늄 합금 부재에 인서트 사출성형시 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과가 발생할 수 있고, 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성을 포함하는 내구성의 기능적 특성들이 향상되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제조하는 각각의 세부공정들이 단순하고 상호간의 공정효과들이 효율적으로 향상됨에 따라 제조의 재현성, 수율, 효율 및 양산성 등을 월등히 향상시킬 수 있다. 또한, 알루미늄 합금 부재나 수지조성물 종류에 구애받지 않는 제조방법들로 구성되어 종래의 제조방법에 비해 최적화 및 표준화됨에 따라 범용적으로 사용되며 재현성이 우수하여 제조 양산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은, 접합 인장강도뿐만 아니라 일체화 복합물의 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성들의 기능적 특성들과 제조 양산성을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법은, 상기 알루미늄 합금 부재의 표면 활성화 및 표면처리 균일화를 위한 양극산화 산화환원처리 단계; 상기 양극산화 산화환원처리된 알루미늄 합금 부재 표면에 고밀도의 미세홀 형성을 위한 염화계 산성 화학적 식각처리 단계; 상기 염화계 산성 화학적 식각처리된 알루미늄 합금 부재 표면의 미세홀의 형상 및 크기 제어를 위한 산성 화학적 후처리 단계; 및 상기 산성 화학적 후처리된 알루미늄 합금 부재에 수지조성물의 인서트 사출성형 단계를 포함하여 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 성형은 사출성형에 제한되지 않으며, 캐스팅, 핫 엠보싱 또는 레이저 마이크로머시닝으로 수행될 수도 있다. 다만, 제조공정의 간소화 측면에서 사출성형이 바람직한 면이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극산화 산화환원처리 단계는, 상기 알루미늄 합금 부재의 표면 전체를 활성화시키기 위한 알루미늄 산화물 피막 형성 단계; 및 상기 형성된 알루미늄 산화물 피막을 산성 수용액에 침지하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극산화 산화환원처리 단계는, 상기 알루미늄 합금 부재 표면에 수산법을 이용하여 정전압 방식으로 20 ~ 80 V의 전압, 10 ~ 20 ℃의 온도 조건의 양극산화를 하여 알루미늄 산화물 피막을 5 ~ 15 ㎛ 두께로 형성함으로써, 상기 알루미늄 합금 부재의 표면 전체를 활성화 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극산화 산화환원 처리 단계는, 상기 알루미늄 산화물 피막이 형성된 알루미늄 합금 부재를 3 ~ 9 중량백분율, 20 ~ 40 ℃의 액온의 인산 수용액에 10 ~ 30분간 침지시킴으로써, 상기 알루미늄 합금 부재의 표면 전체를 균일하게 활성화 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 염화계 산성 화학적 식각처리 단계는, 20 ~ 40 중량백분율, 30 ~ 50℃의 액온의 염화계 산성 수용액에 상기 알루미늄 합금 부재를 5 ~ 15분간 침지시킴으로써, 상기 알루미늄 합금 부재 표면에 고밀도의 미세홀들을 형성하여 물리적 및 구조적 앵커효과를 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이에 제한되는 것은 아니나 상기 염화계 산성 수용액은 AlCl 계, FeCl 계, HCl 계, 및 CuCl 계로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산성 화학적 후처리 단계는, 50 ~ 80℃의 액온의 황산, 인산, 크롬산, 또는 아세트산 수용액에 상기 알루미늄 합금 부재를 20 ~ 40초간 침지시킴으로써, 상기 알루미늄 합금 부재 표면에 형성된 미세홀들의 형상 및 크기를 제어할 수 있다. 상기 산성 화학적 후처리 단계는 이에 한정되는 것은 아니나, 20 ~ 40 중량백분율, 50 ~ 80℃의 액온의 황산수용액을 이용하는 것이 적절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 인서트 사출성형 단계는, 140 ~ 180 ℃의 사출 수지조성물 온도, 90 ~ 140 ℃의 금형 온도에서 수지조성물을 인서트 사출시킴으로써, 상기 알루미늄 합금 부재 표면의 균일한 형상 및 크기의 미세홀들에 수지조성물을 침투 및 경화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 접합 인장강도를 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공정 구성이 단순하고, 효율적이며, 대량 생산에서도 재현성이 우수하여 양산성 효과가 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조 방법은 알루미늄 합금 부재 및 수지조성물이 구성재료 종류에 구애 받지 않으며, 복잡한 전처리 및 표면처리 공정 없이 양극산화 산화환원처리 및 2단계 화학적 식각처리에 의해 균일한 형상 및 크기의 고밀도 미세홀들을 가지는 알루미늄 합금 부재의 표면이 형성시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 알루미늄 합금 부재 표면이 균일한 형상 및 크기를 갖는 고밀도의 미세홀들을 가짐에 따라 인서트 사출된 수지조성물이 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과를 나타내어 수지조성물의 종류에 구애받지 않음으로써 인서트 사출 공정을 단순화시킬 수 있으며, 균일한 표면처리에 의한 물리적 및 구조적 앵커효과를 극대화함으로써 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 기능적 특성들인 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성을 더욱 증진시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 합금 부재는 비열처리형 합금인 Al-Mn 계 합금, Al-Si 계 합금, Al-Mg 계 합금, 및 열처리형 합금인 Al-Cu 계 합금, Al-Mg-Si 계 합금, Al-Zn-(Mg, Cu) 계 합금에서 하나 이상 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수지조성물은 열가소성 수지, 엔지니어링 플라스틱 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니고 열가소성 수지조성물인 폴리부틸렌테레프탈레이트(poly-butylene-terephthalate, PBT), 폴리페닐렌설파이드(poly phenylen sulfide, PPS), 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물에 있어서, 표면처리된 상기 알루미늄 합금 부재의 표면에 형성된 미세홀들의 평균 직경 크기가 100 ~ 450 nm이고, 상기 미세홀에 수지조성물이 삽입되어 인서트 사출성형된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제공할 수 있다. 상기 미세홀들의 평균 직경 크기가 100 nm 미만이거나 450 nm를 초과하는 경우 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 접합 인장강도가 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 접합 인장강도가 25 MPa 이상일 수 있고, 바람직하게는 30 MPa 이상이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 양극산화 산화환원처리 및 2단계의 화학적 식각처리에 의해 균일한 형상 및 크기의 미세홀들을 가지는 알루미늄 합금 부재의 표면이 형성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 및 이의 제조방법에 대하여 다음의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
[실시예 1]
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조공정은 다음과 같다.
본 발명의 시편으로는 1.5mm 두께의 Al 6013 알루미늄 합금 부재를 사용하였으며 이를 18mm의 장방형 편으로 다수 절단하였다.
상기 절단된 알루미늄 합금 부재의 단부에 직경 3mmΦ의 구멍을 프레스(press)기로 천공한 후, 절단된 알루미늄 합금 부재를 중성 세제를 이용하여 잔존된 불순물 및 유지분을 세척하였다.
다음 알루미늄 합금 부재 표면에 균일한 형상 및 크기의 미세홀들을 형성시킴과 더불어 알루미늄 합금 부재 표면 활성화를 도모하기 위하여 양극산화 산화환원처리를 실시하였다. 알루미늄 합금 부재를 수산법을 이용하여 10 ~ 20 ℃의 온도범위, 정전압 방식으로 20 ~ 80 V의 전압 조건에서 양극산화 산화환원처리를 실시하여 5 ~ 15 ㎛의 알루미늄 산화물 피막을 형성하였다. 이와 같이 형성된 알루미늄 산화물 피막은 알루미늄 합금 부재에 균일하게 형성됨으로써 전기적 산화반응에 의해 알루미늄 합금 부재의 표면을 균일하게 활성화시킬 수 있기 때문에 향후 연속적으로 실시되는 2단계 화학적 식각처리공정의 식각효과를 극대화 할 수 있다.
다음으로, 3 ~ 9 중량백분율의 인산 수용액을 준비하고 용액의 온도를 20 ~ 40 ℃로 하여 상기의 알루미늄 산화물 피막이 형성된 알루미늄 합금 부재를 10 ~ 30분간 침지시킨 후 증류수를 이용하여 수세하였다. 이와 같은 공정은 양극산화 산화환원처리에 의해 형성된 알루미늄 산화물 피막을 제거함으로써 화학적 환원반응에 의해 알루미늄 합금 부재의 표면을 더욱 활성화시킬 수 있다. 이와 같은 본 발명의 양극산화 산화환원처리 공정은 전기적 산화반응 및 화학적 환원반응에 의해 알루미늄 합금 부재 표면이 활성화되어 향후 실시되는 화학적 식각처리 효과를 극대화시킬 수 있으며, 액온, 농도 및 시간 등 공정변수를 용이하게 최적화시킬 수 있고 식각용액의 종류에 구애받지 않게 표면처리효과를 균일하고 월등히 높일 수 있다.
연속적으로 표면이 활성화된 알루미늄 합금 부재에 미세홀들을 형성시키기 위하여 화학적 식각처리의 제1단계 공정으로서 20 ~ 40 중량백분율, 30 ~ 50℃의 액온의 염화알루미늄 수용액을 준비하였으며, 여기에 상기의 알루미늄 합금 부재를 5 ~ 15분간 침지시킨 후 증류수를 이용하여 수세하였다. 상기의 표면이 활성화된 알루미늄 합금 부재에 염화계 산성 화학적 식각처리를 실시함으로써 금속 부재 표면 전체에서 나노 크기의 미세홀들이 형성됨에 따라 단위면적당 미세홀의 밀도를 향상시켜 비표면적을 높일 수 있으며, 이에 따라 물리적 및 구조적 앵커효과를 극대화시키는 금속 부재의 표면을 형성시킬 수 있었다.
다음으로, 화학적 식각처리의 제2단계 공정으로서 향상된 물리적 및 구조적 앵커효과를 발생시키는 균일한 형상 및 크기를 갖는 고밀도의 미세홀들을 알루미늄 합금 부재의 표면에 형성시키기 위하여 20 ~ 40 중량백분율, 50 ~ 80℃의 액온의 황산수용액에 상기와 같이 화학적 식각처리된 알루미늄 합금 부재 표면에 20 ~ 40초간 침지한 후 증류수를 이용하여 수세하였다. 상기의 미세홀들이 형성된 알루미늄 합금 부재에 산성 화학적 후처리 공정을 실시함으로써 금속 부재에 형성된 미세홀들의 형상 및 크기를 식각처리 공정변수인 액온, 농도 및 시간에 따라 용이하게 제어할 수 있었으며, 우수한 접합 인장강도를 가질 수 있도록 최적화하였다.
상기 양극산화 산화환원처리 및 2단계 화학적 식각처리가 완료된 알루미늄 합금 부재를 진공 오븐에서 70℃ 온도로 보관한 후 주사전자현미경 및 공초점레이저현미경을 통해 알루미늄 합금 부재의 표면에 형성된 미세홀들의 형상 및 크기를 측정하였다. 알루미늄 합금 부재 표면에 형성된 마이크론 단위의 미세 요철과 평균 100 ~ 150 nm의 미세홀들 및 10 ~ 50 ㎛의 평균 폭을 가지는 요철들이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
상기 표면처리된 알루미늄 합금 부재를 주사전자현미경으로 관찰한 후 인서트 사출 성형금형에 투입하여 사출하였으며, 알루미늄 합금 시편(1.5mm × 18mm × 44mm), 수지조성물부(3mm × 10mm × 40mm), 접합면(5mm × 10mm)을 가지며, 접합면의 면적은 0.50cm2 이고, 금형을 닫고 일본 도레이 社 PBT 수지조성물을 사출하여 알루미늄 합금 부재와 PBT 수지조성물이 일체화된 복합물을 얻었으며, 인서트 사출 성형의 공정 조건인 사출 수지조성물 온도는 160 ℃이고, 금형 온도는 140 ℃이었다. 3일 후 인장 시험기로 20개의 알루미늄 합금 부재와 PBT 수지조성물이 일체화된 복합물 모두를 인장 파단 시험하였다. 그 결과 평균 35.2 MPa의 접합 인장강도를 얻을 수 있었다.
또한, 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 내구성 특성을 관찰하기 위하여 기밀성, 내습성 및 열충격 시험을 실시하였다. 표 1에서 관찰할 수 있듯이 알루미늄 합금 부재와 PBT 수지조성물의 접합계면에서 기체가 거의 누설되지 않음에 따라 기밀성이 매우 우수하였으며, 내습성 시험 및 열충격 시험 결과에서도 보이듯이 알루미늄 합금 부재와 PBT 복합물의 인장강도 변화가 거의 없는 것으로 관찰됨에 따라 우수한 내구성을 나타내었다. 표 1은 본 발명의 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 내구성 시험 결과를 나타낸다.
Figure 112015128780961-pat00001
따라서 본 발명에 의해 제조된 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 단순하고 재현성이 우수한 양극산화 산화환원처리 및 2단계 화학적 식각처리에 의해 알루미늄 합금 부재 표면에 균일한 형상 및 크기의 미세홀들을 형성함으로써 인서트 사출된 수지조성물과 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과를 나타냄에 따라 우수한 접합 인장강도를 나타내었다. 또한, 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과가 극대화됨에 따라 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성 또한 우수하였다.
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조공정의 단계별 모식도 및 표면처리된 알루미늄 합금 부재의 표면 주사전자현미경 사진들을 나타낸 것이다. 본 발명의 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 형성하기 위한 일련의 제조공정은 단순하고 우수한 재현성을 나타내도록 알루미늄 합금 부재 표면 활성화 및 표면처리 균일화를 위한 양극산화 산화환원처리; 미세홀 형성을 위한 염화계 산성 화학적 식각처리; 미세홀의 형상 및 크기 제어를 위한 산성 화학적 후처리; 및 수지조성물 인서트 사출성형 등으로 구성되며 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 기능적 특성들을 향상시키기 위한 각 세부공정들의 특징들을 자세히 설명하면 다음과 같다.
[양극산화 산화환원처리 공정]
본 발명의 양극산화 산화환원처리 공정은 종래의 불균일한 습식식각 방식을 개선하기 위한 것으로 균일한 표면처리효과를 가질 수 있도록 금속 부재의 표면 전체를 활성화시키며, 단순하고 재현성이 우수한 식각 특성을 나타내는데 목적이 있다. 먼저, 알루미늄 합금 부재에 전류를 흘러주어 알루미늄 산화물 피막을 형성함으로써, 알루미늄 합금 부재의 표면 전체를 전기적인 산화 반응에 의해 1차적으로 활성화시킨다. 다음으로, 이와 같이 활성화 된 알루미늄 합금 부재 표면의 산화물 피막을 산성 수용액에 침지하여 제거함으로써 알루미늄 합금 부재의 표면을 화학적인 환원반응에 의해 2차적으로 활성화시킴으로써 향후 연속적인 공정인 2단계 화학적 식각처리 효과를 극대화 시킬 수 있도록 한다. 상기와 같은 본 발명의 양극산화 산화환원처리는 도 3에서 알 수 있듯이 양극산화 산화환원처리에 의해 활성화된 알루미늄 합금 부재의 표면은 종래의 금속-수지조성물 복합물 제조방법에 비해 단위면적당 미세홀들의 밀도가 매우 높았으며, 표면 전체적으로 반응이 균일하게 발생하였음을 알 수 있다. 또한, 양극산화 산화환원처리 및 AlCl3 수용액을 사용한 1단계 화학적 식각처리만 실시된 알루미늄 합금 부재를 이용하여 제조된 금속-수지조성물 일체화 복합물의 접합 인장강도는 28.5 MPa로 측정되었으며, 이러한 결과는 표면 활성화 처리 미실시 및 종래의 표면 활성화 처리를 실시하여 제조된 금속-수지조성물 복합물들의 각각의 접합 인장강도인 12.8 MPa 및 22.1 MPa에 비해 높게 측정됨에 따라 본 발명의 양극산화 산화환원처리의 효과의 우수함을 알 수 있었다. 또한, 종래의 금속-수지조성물 복합물 제조방법에서 1단계 화학적 식각처리의 공정변수들을 과도한 조건으로 적용하였을 경우에는 알루미늄 합금 부재의 표면이 손상됨에 따라 제조된 금속-수지조성물 복합물의 각각의 접합 인장강도는 8.3 MPa 및 13.5 MPa로 매우 낮아졌다. 이러한 결과는 1단계 화학적 식각처리에 의해 과도한 식각반응이 진행되어 과잉 반응이 발생함에 따라 금속 부재의 표면이 심각하게 손상되어 금속-수지조성물 복합물의 구조적 안정성과 물리적 및 구조적 앵커효과가 현저히 저하되었음을 알 수 있었다. 이에 따라 금속-수지조성물 일체화 복합물의 제조방법은 물리적 및 구조적 앵커효과뿐만 아니라 일체화 복합물의 구조적 안정성 및 내구성들을 향상시키기 위해 금속 부재의 손상을 최소화하고 미세홀들의 형성반응을 극대화할 수 있도록 단순하고 효과적인 표면처리 공정을 구성하여야 한다. 따라서 본 발명의 양극산화 산화환원처리는 알루미늄 합금 부재의 표면 전체의 활성화를 극대화시킬 수 있으며, 향후 연속적으로 실시하는 염화계 산성 화학적 식각처리의 효과를 극대화함으로써 산성 수용액의 온도, 농도 및 침지시간들을 효율적으로 구성하여 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조공정을 보다 단순화 시킬 수 있으며, 제조 수율, 재현성 및 양산성을 향상시킬 수 있다.
[염화계 산성 화학적 식각처리 공정]
본 발명의 염화계 산성 화학적 식각처리 공정은 알루미늄 합금 부재에 수지조성물이 침투하여 물리적 및 구조적 앵커효과를 효과적으로 발생시킬 수 있도록 알루미늄 합금 부재 표면에 다수의 미세홀들을 형성시킨다. 이와 같은 본 발명의 염화계 산성 화학적 식각처리는 도 4에서 관찰할 수 있듯이 종래의 일반화된 산성수용액을 사용한 화학적 식각처리에 비해 미세홀들의 크기를 평균 50, 70 및 100nm 이하의 나노 크기로 보다 미세하면서 고밀도로 형성하여 미세홀들의 크기를 용이하게 제어하였다. 이와 같이 종래의 화학적 식각처리에 의해 형성된 미세홀들보다 매우 미세한 미세홀들이 다수 형성됨으로써 본 발명의 금속 부재 표면은 비표면적이 극대화됨에 따라 금속-수지조성물의 접합의 물리적 및 구조적 앵커효과를 효과적으로 발생시킬 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 상기 양극산화 산화환원처리 공정에서 설명하였듯이 본 발명의 염화계 산성 화학적 식각처리 공정은 산성 수용액의 온도, 농도 및 침지시간 등을 최적화하여 알루미늄 합금 부재 표면에 다수의 미세홀들을 형성할 수 있었지만, 과도한 화학적 식각처리가 진행될 경우 알루미늄 합금 부재의 표면을 손상 및 부식시키기 때문에 알루미늄 합금 부재 및 제조된 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 손상시킬 수 있었다. 이에 따라, 화학적 식각처리 공정은 물리적 및 구조적 앵커효과를 극대화하기 위해 표면처리의 공정변수를 단축시킴으로써 공정을 간소화하였으며, 이에 따라 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조공정을 효율적으로 구성할 수 있었다.
[산성 화학적 후처리 공정]
본 발명의 산성 화학적 후처리 공정은 상기와 같이 염화계 산성 화학적 식각처리에 의해 형성된 미세홀들의 형상 및 크기를 최적화하여 용이하게 제어함으로써 인서트 사출에 의해 용융된 수지조성물이 미세홀들에 용이하게 침투시킴에 따라 물리적 및 구조적 앵커효과를 극대화시킨다. 도 5에서 관찰할 수 있듯이 본 발명의 산성 화학적 후처리 공정은 미세홀들의 형상 및 크기를 식각 시간에 따라 100~450nm 크기로 용이하게 제어할 수 있었으며, 특히 표면의 미세홀들의 평균 크기가 200nm인 알루미늄 합금 부재를 이용하여 금속-수지조성물 일체화 복합물을 제조하였을 경우 35.2 MPa의 매우 우수한 접합 인장강도가 측정되었다. 상기와 같은 결과는 인서트 사출 성형에 의해 용융된 수지조성물(PBT)이 200nm의 크기를 가진 미세홀들에 용이하게 침투하여 물리적 및 구조적 앵커효과가 효과적으로 발생하였음을 알 수 있었다. 또한, 수지조성물의 침투를 극대화하기 위해 미세홀들을 450nm의 크기로 형성하였을 경우에는 접합 인장강도가 29.2 MPa로 저하됨에 따라 수지조성물 종류에 따라 물리적 및 앵커효과를 극대화 할 수 있는 미세홀들의 크기 및 형상이 존재함을 알 수 있었다. 이에 따라 본 발명의 산성 화학적 후처리 공정은 표면의 미세홀들의 형상 및 크기를 용이하게 제어할 수 있음에 따라 구성 성분 및 용융성 특성이 다양한 수지조성물들의 광범위한 적용이 가능하고, 재료선택의 폭이 넓으며 제조공정의 구성을 단순화 시킬 수 있어 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과를 최대화시킴으로써 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성의 기능적 특성들을 향상시킬 수 있다.
[인서트 사출성형 공정]
본 발명의 인서트 사출성형 공정은 상기와 같이 알루미늄 합금 부재 표면에 형성된 미세홀들에 수지조성물을 용융 및 침투시킴으로써 물리적 및 구조적 앵커효과를 발생하도록 한다. 알루미늄 합금 부재와 수지조성물 간 물리적 및 구조적 앵커효과는 인서트 사출에 의해 미세홀들에 용융되어 흘러들어간 수지조성물이 경화되면서 발생함에 따라 수지조성물의 유입량이 많아질수록 물리적 및 구조적 앵커효과는 극대화 된다. 이에 따라 수지조성물은 용융성이 우수하여 알루미늄 합금 부재의 표면에 용이하게 침투할 수 있어야 하며 수지조성물들이 균일하게 경화되면서 상호간에 접합력을 증진시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 상기의 각각 세부공정들에 따라 제조된 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물과 종래의 기술에 의해 제조된 금속-수지조성물 복합물의 주사전자현미경 사진 및 모식도들을 단계별로 비교하여 나타낸 것이다.
본 발명의 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 알루미늄 합금 부재에 양극산화 산화환원처리의 전기적 산화반응 및 화학적 산화반응을 실시하여 금속 부재 표면 전체를 활성화시킴으로써 종래 금속-수지조성물 복합물의 표면활성화 처리에 비해 금속 부재 표면에 40 nm의 평균 크기의 미세홀들이 균일하게 형성됨에 따라 향후 연속적인 화학적 식각처리의 표면처리효과를 균일화시키며 제조공정의 재현성을 향상시켰다.
다음으로, 상기의 양극산화 산화환원처리된 알루미늄 합금 부재에 연속적으로 염화계 산성 화학적 식각처리를 실시할 경우 금속 부재 표면 전체에 100 nm의 평균 크기를 가지는 미세홀들을 형성시켰으며, 특히 종래의 화학적 식각처리에 비해 금속 부재 표면 전체에서 화학적 반응 발생이 활성화되어 금속 부재 표면의 비표면적을 극대화시킴에 따라 물리적 및 구조적 앵커효과를 극대화시켰다.
다음으로, 상기의 염화계 산성 화학적 식각처리된 알루미늄 합금 부재 표면에 연속적으로 산성 화학적 후처리를 실시하여 수지조성물이 금속 부재 표면의 미세홀들에 용이하게 침투할 수 있도록 미세홀들의 평균 크기를 100 nm에서 200 nm로 확대하였으며, 미세홀들의 형상을 제어하였다. 이후 인서트 사출 성형 공정에 의해 제조된 알루미늄 합금-수지조성물(PBT) 일체화 복합물의 접합 인장강도는 35.2 MPa로 측정되었으며 이는 종래의 제조방법에 의해 제조된 금속-수지조성물 복합물의 접합 인장강도인 22.1 MPa에 비해 매우 우수한 접합 인장강도를 나타내었다. 또한, 이와 같은 본 발명에 따라 제조된 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 매우 우수한 접합 인장강도를 가짐에 따라 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성 특성들에서도 종래의 금속-수지조성물 복합물에 비해 매우 우수한 특성을 나타내었음을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위내에 포함된다고 할 것이다.
본 발명은 알루미늄 합금 부재에 복잡한 전처리 및 표면처리 공정 없이 양극산화 산화환원처리 및 2단계 화학적 식각처리로 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제조할 수 있으며, 접합 인장강도뿐만 아니라 일체화 복합물의 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성 및 양산성이 향상된 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제조할 수 있다.
또한, 표면 활성화 및 표면처리 균일화를 위한 양극산화 산화환원처리, 고밀도 미세홀의 형성과 형상 및 크기 제어를 위한 2단계 화학적 식각처리, 인서트 사출성형 공정을 실시하여 상기 형성된 미세홀들에 의해 수지조성물을 용이하게 침투시킴으로써 접합 인장강도가 매우 우수한 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물을 제조할 수 있다.
또한, 알루미늄 합금 부재나 수지조성물 종류에 구애받지 않고 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법을 구성하는 각각의 세부공정들이 단순하고 상호간의 공정효과들이 효율적으로 향상됨에 따라 제조의 재현성, 수율, 효율 및 양산성 등을 월등히 향상시킬 수 있다.
나아가, 상기의 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물 제조는 알루미늄 합금 부재나 수지조성물 종류에 구애받지 않으며 최적화 및 표준화된 제조공정으로 범용적으로 사용되며 재현성이 우수하여 양산성 효과가 높으며, 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성 등의 내구성의 기능적 특성들이 우수하여 모바일 기기, 가전제품, 전자기기 및 자동차 등의 산업분야의 뿐만 아니라 항공, 선박, 수송 및 에너지 등의 다양한 산업분야의 부품들에서도 폭넓게 적용될 수 있으므로 산업상 이용가능성이 크다.

Claims (13)

  1. 알루미늄 합금 부재에 대한 양극산화 산화환원처리 단계; 및
    상기 양극산화 산화환원처리된 알루미늄 합금 부재에 대한 2단계의 화학적 식각처리 단계를 포함하여,
    상기 알루미늄 합금 부재 표면에 균일한 형상 및 크기의 미세홀들을 가지도록 구조적 성질들을 변화시켜, 수지조성물이 상기 알루미늄 합금 부재에 인서트 사출성형시 균일한 물리적 및 구조적 앵커효과가 발생할 수 있고, 접합 인장강도, 기밀성, 내습성 및 열충격 특성을 포함하는 내구성의 기능적 특성들이 향상되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법은,
    상기 알루미늄 합금 부재의 표면 활성화 및 표면처리 균일화를 위한 양극산화 산화환원처리 단계;
    상기 양극산화 산화환원처리된 알루미늄 합금 부재 표면에 미세홀 형성을 위한 염화계 산성 화학적 식각처리 단계;
    상기 염화계 산성 화학적 식각처리된 알루미늄 합금 부재 표면의 미세홀의 형상 및 크기 제어를 위한 산성 화학적 후처리 단계; 및
    상기 산성 화학적 후처리된 알루미늄 합금 부재에 수지조성물의 인서트 사출성형 단계를 포함하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양극산화 산화환원처리 단계는,
    상기 알루미늄 합금 부재의 표면 전체를 활성화시키기 위한 알루미늄 산화물 피막 형성 단계; 및
    상기 형성된 알루미늄 산화물 피막을 산성 수용액에 침지하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양극산화 산화환원처리 단계는,
    상기 알루미늄 합금 부재 표면에 수산법을 이용하여 정전압 방식으로 20 ~ 80 V의 전압, 10 ~ 20 ℃의 온도 조건의 양극산화를 하여 알루미늄 산화물 피막을 5 ~ 15 ㎛ 두께로 형성함으로써, 상기 알루미늄 합금 부재의 표면 전체를 활성화 시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 양극산화 산화환원 처리 단계는,
    상기 알루미늄 산화물 피막이 형성된 알루미늄 합금 부재를 3 ~ 9 중량백분율, 20 ~ 40 ℃의 액온의 인산 수용액에 10 ~ 30분간 침지시킴으로써, 상기 알루미늄 합금 부재의 표면 전체를 균일하게 활성화 시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 염화계 산성 화학적 식각처리 단계는,
    20 ~ 40 중량백분율, 30 ~ 50℃의 액온의 염화계 산성 수용액에 상기 알루미늄 합금 부재를 5 ~ 15분간 침지시킴으로써, 상기 알루미늄 합금 부재 표면에 미세홀들을 형성하여 물리적 및 구조적 앵커효과를 극대화시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 염화계 산성 수용액은 AlCl 계, FeCl 계, HCl 계, 및 CuCl 계로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 산성 화학적 후처리 단계는,
    50 ~ 80℃의 액온의 황산, 인산, 크롬산, 또는 아세트산 수용액에 상기 알루미늄 합금 부재를 20 ~ 40초간 침지시킴으로써, 상기 알루미늄 합금 부재 표면에 형성된 미세홀들의 형상 및 크기를 제어하는 것을 특징으로 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 인서트 사출성형 단계는,
    140 ~ 180 ℃의 사출 수지조성물 온도, 90 ~ 140 ℃의 금형 온도에서 수지조성물을 인서트 사출시킴으로써, 상기 알루미늄 합금 부재 표면의 균일한 형상 및 크기의 미세홀들에 수지조성물을 침투시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 부재는 비열처리형 합금인 Al-Mn 계 합금, Al-Si 계 합금, Al-Mg 계 합금, 및 열처리형 합금인 Al-Cu 계 합금, Al-Mg-Si 계 합금, Al-Zn-(Mg, Cu) 계 합금에서 선택되는 하나 이상인 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수지조성물은 열가소성 수지조성물인 폴리부틸렌테레프탈레이트(poly-butylene-terephthalate, PBT), 폴리페닐렌설파이드(poly phenylen sulfide, PPS), 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물의 제조방법.
  12. 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물에 있어서,
    표면처리된 상기 알루미늄 합금 부재의 표면에 형성된 미세홀들의 평균 직경 크기가 100 ~ 450 nm이고, 상기 미세홀에 수지조성물이 삽입되어 인서트 사출성형되며,
    상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 접합 인장강도가 25 MPa 이상이고,
    상기 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물은 양극산화 산화환원처리 및 2단계의 화학적 식각처리에 의해 균일한 형상 및 크기의 미세홀들을 가지는 알루미늄 합금 부재의 표면이 형성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 부재와 수지조성물의 일체화 복합물.
  13. 삭제
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