KR101977807B1

KR101977807B1 - 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면 처리 공정

Info

Publication number: KR101977807B1
Application number: KR1020180102596A
Authority: KR
Inventors: 최재연
Original assignee: 최재연
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2019-05-13

Abstract

일 실시예에 의하여, 본 발명에서는 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면처리 공정에 대하여 개시하고 있으며, 보다 구체적으로 아노다이징 처리방식을 통하여 알루미늄 제품 표면에 산화막을 형셩시킴으로써, 재질의 내식성, 장식성, 내마모성, 심미적 효과 등을 향상시키는 공정을 제공함에 특징이 있다.

Description

차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면 처리 공정{Method for anodizing surface treatment of automotive sunroof rails}

본 발명은 차량용 선루프의 레일을 아노다이징 표면처리 하는 공정에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 작업시간을 감소시키는 간단한 표면처리 공정을 통해 적은 비용으로 고 품질의 아노다이징 표면 처리 공정을 제공하는 기술적 특징에 관한 것이다.

아노다이징(Anodizing)은 다른 말로 양극산화라고도 칭하며, 금속이나 부품 등을 양극에 걸고 희석-산의 전해약에서 전해하면 양극에서 발생하는 산소에 의해서 소지금속과 대단한 밀착력을 가진 산화피막이 형성되는 특징을 포함하고 있다. 양극산화라고 하는 것은 양극(Anode)과 산화(Oxidizing)의 합성어로서, 전기 도금에서 금속부품을 음극에 걸고 도금하는 것과는 차이가 있다.

양극산 가장 대표적인 소재는 알루미늄(Al)고, 그외에 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf), 니븀(Nb) 등의 금속소재에도 아노다이징 처리를 하고 있으며, 최근에는 마그슘과 티타늄 소재의 아노다이징처리도 용도가 늘어나는 추세이다.

이러한 아노다이징 공정은 금속이나 제품 상에 전해액을 전해하여 양극에서 발생하는 산소에 의해 산화 피막을 형성하여 부식방지, 스크래치 완화, 미려한 도장을 얻기 위한 다양한 목적을 위해 이용되고 있다. 특히, 마그네슘 합금은 많은 우수한 특성을 가지고 있는 반면, 마그네슘 합금은 활성이 큰 금속이므로 알칼리와 산에 모두 취약한 문제를 지니고 있어 부식이 쉽게 발생하는 문제가 있다. 또한, 종래의 아노다이징 기술은 마그네슘재 표면 처리액이 대부분 황산나트륨, 질산나트륨, 황산칼륨, 질산칼륨 등의 산성분으로 이루어져 있어 환경 오염의 위험도 내포하고 있다.

대한민국 등록특허공보 제 10-1205498호 (2012.11.21 공고)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 산성분의 약품을 포함하지 않으면서, 적은 양의 알칼리 약품의 적정 비율을 통해 아노다이징 표면 처리를 진행함으로써, 환경오염을 줄이고, 작업시간의 감소 및 생산 비용의 감소를 이끌어내는 표면 처리 공정을 제공함에 목적이 있다.

제 1 개시에 의하여, 본원발명은 차량용 선루프 레일의 표면에 알칼리액과 세정액을 혼합한 세척액을 분사하고, 50℃의 온도에서 25분 동안 실리콘카바이트(SiC) 연마석을 함유한 브러쉬를 이용하여 차량용 선루프 레일의 표면에 흡착된 유분 또는 오염물을 제거하는 탈지 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 탈지 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 kg/cm²이상 2.5 kg/cm² 이하의 압력으로 분사되는 80℃의 세정수를 이용하여 2분 동안 수세하는 제 1 수세 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 제 1 수세 공정을 거친 차량용 선루프 레일에 대하여, 산소 가스 및 아르곤 가스를 혼합한 혼합가스를 80mTorr 이상 670mTorr 이하의 압력으로 주입하고, 50~60MHz의 고주파 전력을 10분간 주입하여 차량용 선루프 에일의 표면을 평탄화하고, 산화물을 제거하는 에칭 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 에칭 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 kg/cm²이상 2.5 kg/cm² 이하의 압력으로 분사되는 20℃의 세정수를 이용하여 2분 동안 수세하는 제 2 수세 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 과산화수소: 1 ~ 60중량%, 황산: 5 ~ 15중량%, 철계 화합물: 1 ~ 15중량%, 암모늄계 화합물: 0.5 ~ 10중량%를 포함하는 디스머트 처리용 조성물을 이용하여 상온~50℃의 조건으로 1~2분 동안 디스머트하는 디스머트 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 디스머트 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 kg/cm²이상 2.5 kg/cm² 이하의 압력으로 분사되는 80℃의 세정수를 이용하여 1분 동안 수세하는 제 3 수세 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 20℃의 전해액을 넣은 전해조에 알루미늄 합금으로 된 부재를 로딩한 후, 10ms~25ms의 주기의 스퀘어 펄스 파형의 고주파 펄스 전류를 40~60분 동안 가하여 차량용 선루프 레일의 표면에 5~15㎛의 산화 알류미늄 막을 형성하는 피막 형성 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 피막 형성 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 이상 2.5이하의 압력으로 분사되는 20℃의 세정수를 이용하여 1분 동안 수세하는 제 4 수세 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 차량용 선루프 레일의 표면에 형성된 산화피막에 염료를 채워 착색시키기 위하여, 무기화합물 또는 수용성 유기염료를 포함하는 55℃의 착색 약품을 8~10분 동안 금속 표면 내에 처리하여 염료를 착색시키는 착색 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 착색 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면에서 착색 약품의 비산을 방지하기 위하여, 10~150g/ℓ의 크롬산 암모늄에 10~50g/ℓ의 중크롬산 나트륨이 포함된 20~25℃의 혼합 수용액 내에 일정 시간동안 침지시키는 실링 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 실링 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 이상 2.5이하의 압력으로 분사되는 80℃의 온도로 세정수를 이용하여 1분 동안 수세하는 제 5 수세 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여, 초음파 진동자가 설치된 50∼60℃의 온도를 가지는 이온수 세조에 30~35kHz의 초음파로 세척하는 이온 수세 공정을 제공할 수 있다.및

일 개시에 의하여, 이온 수세 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면의 물기가 완전히 제거될 때까지 80~90℃의 에어를 풍속 50m/s 이상 60m/s이하로 분사하는 건조 공정을 제공할 수 있다.

또한, 제 2 실시예에 따라, 피막 형성 공정은, 전해조에 수용된 전해액은 황산 25 중량%의 용액에, 일인산암모늄 3~ 45g/ℓ, 인산 15~20g/ℓ및 황산알루미늄 10 ~ 45g/ℓ을 포함하고 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 개시에 의하여 본원발명은 Al₂O₃의 다공질 표면에 착색액 및 착색제가 용출되어 나오지 않도록 다공질 표면의 구멍을 점차적으로 막음으로써, 금속 표면 내에 분포되어 있는 착색액의 비산 및 용출을 방지하는 공정을 통해 효율적으로 표면 처리 공정을 수행할 수 있다.

일 개시에 의하여, 본원 발명은 정확한 비율의 약품 및 정확한 시간을 이용하여 발명된 것으로서, 저비용, 고효율의 아노다이징 표면 처리가 가능해질 수 있다.

도 1은 일 개시에 의한 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면처리 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 의한 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액으로 처리된 알루미늄합금 제품의 표면을 단면 확대한 도면 대용 사진이다.
도 3은 일 개시에 의한 아노다이징 공정을 이용한 알루미늄 합금제의 경도를 비교한 표이다.
도 4는 일 개시에 의한 알루미늄 합금재 시편의 기계적 특성 중 경도(VHN)를 그래프화한 것이다.
도 5는 일 개시에 의하여 소재 및 조건에 따라 아노다이징 품질을 평가하여 기록한 표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일 개시에 의한 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면처리 공정을 나타내는 흐름도이다.

블록 101에서는 일 개시에 의하여, 차량용 선루프 레일의 표면에 알칼리액과 세정액을 혼합한 세척액을 분사하고, 50℃의 온도에서 25분 동안 실리콘카바이트(SiC) 연마석을 함유한 브러쉬를 이용하여 차량용 선루프 레일의 표면에 흡착된 유분 또는 오염물을 제거하는 탈지 공정을 제공할 수 있다.

블록 102에서는 일 개시에 의하여, 탈지 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 kg/cm²이상 2.5 kg/cm² 이하의 압력으로 분사되는 80℃의 세정수를 이용하여 2분 동안 수세하는 제 1 수세 공정을 제공할 수 있다.

블록 103에서는 일 개시에 의하여, 제 1 수세 공정을 거친 차량용 선루프 레일에 대하여, 산소 가스 및 아르곤 가스를 혼합한 혼합가스를 80mTorr 이상 670mTorr 이하의 압력으로 주입하고, 50~60MHz의 고주파 전력을 10분간 주입하여 차량용 선루프 에일의 표면을 평탄화하고, 산화물을 제거하는 에칭 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여 에칭 공정은 샌딩처리가 된 표면 상태의 질감을 더 고운 질감과 화학연마 후 70소재 특유의 Pit(검은 점) 현상을 개선하기 위함과 CNC 가공결의 잔상을 제거하기 위한 공정이다. 이 공정에서는 산성 불화암모늄 50~200g/L의 농도에서 상온 ~ 100℃의 조건으로 10초에서 3분까지 침적하여 처리하는 공정으로 이루어진다.

블록 104에서는 일 개시에 의하여, 에칭 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 kg/cm²이상 2.5 kg/cm² 이하의 압력으로 분사되는 20℃의 세정수를 이용하여 2분 동안 수세하는 제 2 수세 공정을 제공할 수 있다.

블록 105에서는 일 개시에 의하여, 과산화수소: 1 ~ 60중량%, 황산: 5 ~ 15중량%, 철계 화합물: 1 ~ 15중량%, 암모늄계 화합물: 0.5 ~ 10중량%를 포함하는 디스머트 처리용 조성물을 이용하여 상온~50℃의 조건으로 1~2분 동안 디스머트하는 디스머트 공정을 제공할 수 있다.

일 개시에 의하여 디스머트 공정은 에칭 및 화학 연마 후 소재 표면의 불순물에 의해 생성된 스머트(Smut)를 제거하는 공정이다. 약품에 의한 침적만으로 행해지는 디스머트 공정은 제거 시간이 길어지고, 금속과 접합된 수지에 데미지를 줄 수 있다. 본 발명에서는 이를 개선하기 위해 황산 5~10%와 과산화수소수 1~5%농도에서 상온~50℃의 조건으로 20초에 2분까지 초음파 디스머트하는 공정으로 이루어진다.

일 개시에 의하여 전처리 공정에서 수세를 통한 제품과 랙(Rack)의 세척이 행해지나, 랙(Rack)의 틈새나 제품 표면에 묻어 미세 산/알카리의 약품의 잔존이 피막 공정에서 얼룩불량을 유발 할 수 있어 추가 공정으로써의 중조 공정은 탄산수소나트륨 1~10%의 농도에서 상온~50℃의 조건으로 10초에서 1분까지 침적하여 제품 표면을 중화 시키는 공정으로 이루어진다.

블록 106에서는 일 개시에 의하여, 디스머트 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 kg/cm²이상 2.5 kg/cm² 이하의 압력으로 분사되는 80℃의 세정수를 이용하여 1분 동안 수세하는 제 3 수세 공정을 제공할 수 있다.

블록 107에서는 일 개시에 의하여, 20℃의 전해액을 넣은 전해조에 알루미늄 합금으로 된 부재를 로딩한 후, 10ms~25ms의 주기의 스퀘어 펄스 파형의 고주파 펄스 전류를 40~60분 동안 가하여 차량용 선루프 레일의 표면에 5~15㎛의 산화 알류미늄 막을 형성하는 피막 형성 공정을 제공할 수 있다.

다른 개시에 의하여 피막 형성 공정, 즉 아노다이징 공정은 전처리가 완료된 제품을 황산 10~15% 농도 및 욕온 15~25℃ 조건하에 제품을 양극으로 하여 전압 12V~18V로 피막을 형성할 수 있다.

블록 108에서는 일 개시에 의하여, 피막 형성 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 이상 2.5이하의 압력으로 분사되는 20℃의 세정수를 이용하여 1분 동안 수세하는 제 4 수세 공정을 제공할 수 있다.

블록 109에서는 일 개시에 의하여, 차량용 선루프 레일의 표면에 형성된 산화피막에 염료를 채워 착색시키기 위하여, 무기화합물 또는 수용성 유기염료를 포함하는 55℃의 착색 약품을 8~10분 동안 금속 표면 내에 처리하여 염료를 착색시키는 착색 공정을 제공할 수 있다.

블록 110에서는 일 개시에 의하여, 착색 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면에서 착색 약품의 비산을 방지하기 위하여, 10~150g/ℓ의 크롬산 암모늄에 10~50g/ℓ의 중크롬산 나트륨이 포함된 20~25℃의 혼합 수용액 내에 일정 시간동안 침지시키는 실링 공정을 제공할 수 있다.

블록 111에서는 일 개시에 의하여, 실링 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 이상 2.5이하의 압력으로 분사되는 80℃의 온도로 세정수를 이용하여 1분 동안 수세하는 제 5 수세 공정을 제공할 수 있다.

블록 112에서는 일 개시에 의하여, 초음파 진동자가 설치된 50∼60℃의 온도를 가지는 이온수 세조에 30~35kHz의 초음파로 세척하는 이온 수세 공정을 제공할 수 있다.및

블록 113에서는 일 개시에 의하여, 이온 수세 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면의 물기가 완전히 제거될 때까지 80~90℃의 에어를 풍속 50m/s 이상 60m/s이하로 분사하는 건조 공정을 제공할 수 있다.

또한, 피막 형성 공정은, 전해조에 수용된 전해액은 황산 25 중량%의 용액에, 일인산암모늄 3~ 45g/ℓ, 인산 15~20g/ℓ및 황산알루미늄 10 ~ 45g/ℓ을 포함하고 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 개시에 의하여, 탈지 공정은, 차량용 선루프 레일의 잔류 탄소량이 25mg/m²이하가 될 때까지 반복될 수 있다. 일 개시에 의하여, 잔류 탄소량은 탄소량 체크 모듈을 통해 센싱할 수 있다.

다른 개시에 의하여, 탈지 공정은, pH 12이상의 알칼리 용약에 온도 70~80℃에서 스테인리스 판을 양극으로 이용하여 8∼9A/dm²로 20∼30분간 음극 전해 탈지하는 음극 전해 탈지 공정으로 치환할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 개시에 의하여, 차량용 선루프 레일은 철(Fe) 0.2 내지 0.3중량%, 아연(Zn) 6.0 내지 7.0중량%, 마그네슘(Mg) 1.5 내지 2.5중량%, 구리(Cu) 0.01 내지 0.6중량%,및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 알루미늄 합금에 규소(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)이 포함되되, 규소(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)의 중량합은 알루미늄 합금의 총중량을 기준으로 하여 0.3중량%를 초과하지 않는 것을 특징으로 한다.

일 개시에 의하여 디스머트 단계에 있어서 디스머트 처리용 조성물에 포함된, 철계 화합물은, 페릭 설페이트(Fe₂O₁₂S_3,Ferric sulfate), 철 나프티네이트(2(C₁₁H₇O2)Fe, Iron Naphthenate), 철 시트레이트(C₆H₅FeO₇, Iron Citrate), 철 옥사이드(Fe₂O₃, Iron Oxide)_,철 카르보닐(Fe(CO)₅, Iron Carbonyl), 페릭 옥살레이트(C₆Fe₂O₁₂5(H₂O), Ferric Oxalate), 철 아세테이트(2(C₂H₃O₂)Fe, Iron acetate), 철 락테이트(2(C₃H₅O₃)Fe, Iron Lactate), 철 P-톨루엔술포네이트 헥사하이드레이트(C₇H₇O₃S)₃Fe6(H₂O), Iron p-Toluenesulfonate Hexahydrate), 철 글루코네이트(C₁₂H₂₂FeO₁₄, Iron Gluconate), 철 아세틸아세토네이트(C₁₅H₂₁FeO₆, Iron Acetylacetonate), 암모늄 철 설페이트(FeNH₄(SO₄)₂, Ammonium Iron sulfate), 철 나이트레이트 노아하이드레이트(Fe(NO₃)₃9(H₂O), Iron Nitrate Nonahydrate), 철 포스페이트 디하이드레이트(FePO₄2(H₂O),Iron Phosphate Dihydrate), 철 클로라이드 헥사하이드레이트(FeCl₃6(H₂O), Iron Chloride Hexahydrate) 및 철 피로포스페이트(Fe₄(P₂O₇)₃,Iron Pyrophosphate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2종 이상의 혼합물일 수 있다.

또한, 암모늄계 화합물은, 암모늄 포메이트(NH₄CHO₂, Ammonium Formate), 암모늄 나이트레이트(NH₄NO₃, Ammonium Nitrate), 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄, Ammonium Sulfate), 암모늄 설파이드(H₈N₂S, Ammonium Sulfide), 암모늄 아디페이트(C₆H₁₆N₂O₄, Ammonium Adipate), 암모늄 플루오라이드(NH₄F, Ammonium Fluoride), 암모늄 클로라이드(NH₄Cl, Ammonium Chloride), 테트라에틸암모늄 아세테이트(C₈H₂₀NC₂H₃O₂, Tetraethylammonium Acetate), 암모늄 헥사플루오르실리케이트((NH₄)₂SiF₆, Ammonium Hexafluorosilicate), 테트라프로필 암모늄 바이설페이트(C₁₂H₂₈NHSO₄, Tetrapropyl Ammonium Bisulfate), 과염소산테트라부틸암모늄(C₁₆H₃₆NClO₄, Tetrabutyl Ammonium Perchlorate), 암모늄 하이드록사이드(H₅NO, Ammonium Hydroxide), 암모늄 아세테이트(C₂H₇NO₂, Ammonium Acetate), 암모늄 하이드로젠 설페이트(NH₄HSO₄, Ammonium Hydrogen sulfate), 암모늄 포스피네이트(NH₄H₂PO₂, Ammonium Phosphinate), 암모늄 하이드로젠 말레이트(C₄H₇NO₄, Ammonium Hydrogen Maleate), 암모늄 벤조에이트(C₇H₉NO₂, Ammonium Benzoate), 암모늄 바이플루오라이드(NH₄HF₂, Ammonium Bifluoride) 및 암모늄 옥살레이트(C₂H₈N₂O₄, Ammonium Oxalate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

일 개시에 의하여, 피막 형성 공정은,차량용 선루프 레일의 상면 일부를 마스킹하는 공정을 제공할 수 있다.

또한, 차량용 선루프 레일의 상면의 마스킹되지 않은 부분에 피막을 형성하여, 미리 정해진 형상의 무늬를 형성하는 공정을 제공할 수 있다.

또한, 무늬가 형성된 차량용 선루프 레일의 상면에서 마스킹을 제거하는 공정을 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액으로 처리된 알루미늄합금 제품의 표면을 단면 확대한 도면 대용 사진이다.

본 발명에 의한 양극산화 피막처리방법에 사용되는 전해액은 알루미늄합금의 재질로 구성된 제품인 케이스, 판체 등의 표면에 산화막을 코팅하기 위한 용액이며, 스테인레스 스틸 또는 Pt계 합금 등을 음극에 연결함과 아울러 알루미늄합금 제품을 양극에 연결한 뒤, 전기를 인가하면 양극에서는 전해액 중의 산소가 양극의 금속인 알루니늄과 반응하여 알루미늄제품의 표면층에 산화알루미늄(Al₂O₃) 산화막이 형성된다.

여기서 본 발명에서는 물 중량을 기준으로 하여 황산(H₂SO₄)과 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄), 인산(Na₃PO₄)를 혼합하며, 안정적이고 신속한 반응을 위하여 인산이수소칼륨(KH₂PO₄)을 추가적으로 혼합할 수 있다.

특히 본 발명은 물 중량을 기준으로 하여 황산(H₂SO₄) 1 ~ 20중량부와 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄) 1 ~ 5중량부, 인산(Na₃PO₄) 1 ~ 25중량부를 물에 혼합하며, 필요에 따라 인산이수소칼륨(KH₂PO₄) 0.1 ~ 10중량부를 더 혼합하게 된다.

여기서 황산(H₂SO₄)은 산화알루미늄 산화막 형성의 근간을 이루는 물질이고, 물 중량을 기준으로 하여 1 ~ 20중량부를 물에 혼합하는 바, 1 중량부보다 작게 혼합하면 기본적인 산화막을 형성하기 위한 시간의 증대를 초래할 수 있으며, 20중량부보다 많이 혼합하면 산화막의 부식으로 인하여 치밀성이 오히려 떨어질 수 있다.

참고로 상기 황산(H₂SO₄)은 밀도가 크고 부식성이 있는 무색의 액체 화합물로서, 황 또는 황화합물과 물 및 산소를 원료로 하여 만들고, 칼슘, 마그네슘 및 그밖의 원소와 결합한 형태(황산염)로 천연에 널리 존재하며, 물에 대해 강한 친화력을 가져 강력한 탈수제로 작용한다.

또한 전해질, 강한 산화제, 용매, 촉매로도 유용하고, 산성도, 염기성도를 조절하는 데 사용되는 묽은 황산용액으로부터 의약품·염료·폭약의 제조에 사용되는 고농도의 발연황산에 이르기까지 각종 농도의 형태로 사용되고 있으며, 묽은 황산은 아연, 마그네슘, 철 등의 금속과 반응해 수소를 발생하며, 진한 황산은 그 염에서 휘발성의 산을 얻으며, 인산칼슘을 비료용의 수용성 인산염으로 바꾸는 데 사용되며, 이염기산으로 2개의 수소 원자를 내며 2단계를 거쳐 이온으로 해리된다.

상기 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄)은 산화막의 치밀성을 높이는 물질로서, 물 중량을 기준으로 하여 1 ~ 5중량부가 물에 혼합되는 바, 1 중량부보다 작게 함유하면 산화막의 치밀성을 높이기에 미흡하고, 5중량부보다 많이 함유하면 5 중량부보다 많은 부분이 치밀성을 향상하는 조건에 불필요한 물질이 된다.

참고로 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄)은 백색결정이고, 공기중에서 안정되며, 물과 에틸알코올에 잘 녹고, 190℃ 이상으로 가열하면 물과 암모니아를 방출하면서 축합되며, 유지가공(염료 분산제), ABC 분말 소화제, 범랑용 유약, 방화재료의 배합, 난연제, 성냥의 탄화제, 옵셋인쇄, 의약(충치 예방제, 페니실린, 스트렙토 마이신, 배양제), 방화재(목재), 이스트 배양제, 효모의 증식, 발효증진, 발효식품에 사용된다.

인산(Na₃PO₄)은 알루니늄(Al)와 산소(O)의 전해 촉매 역할을 하며, 물 중량을 기준으로 하여 1 ~ 25중량부를 물에 혼합하는 바, 1 중량부보다 작게 함유하면 알루니늄(Al)와 산소(O)의 전해 촉매 역할에 미흡하고, 25 중량부보다 많이 함유하면 불필요한 인산염이 발생되는 되는 것이다.

참고로 인산(H₃PO₄)은 인산염 형태로 비료로 사용되는 것 외에 치과용 시멘트질, 알부민 유도체 제조, 설탕과 섬유산업에 쓰이며, 식품에 신맛과 과일향을 내는 데 쓰인다. 순수한 인산은 결정성 고체(녹는점 42.35℃)로 진하지 않은 상태에서는 무색의 시럽형 액체이며, 정제되지 않은 산은 인산염 암석에서 얻어지고, 인산은 1, 2개 또는 3개의 수소 원자가 다른 원소로 치환됨에 따라 세 종류의 염이 만들어지며, 중요한 인산염으로 용액의 수소 이온 농도(산도)를 조절하는 데 쓰이는 인산이수소나트륨(NaH₂PO₄), 물 속에서 다가(多價) 금속의 침전제로 쓰이는 인산수소이나트륨(Na₂HPO₄), 비누와 세제로 쓰이는 인산삼나트륨(Na₃PO₄)을 만들 수 있다.

상기 인산이수소칼륨(KH₂PO₄)은 황산(H₂SO₄)과 일인산암모늄(NH₄H₂PO₄), 인산(Na₃PO₄)이 물 속에서 융합시키는 역할을 하며, 물 중량을 기준으로 하여 0.1 ~ 10중량부를 물에 혼합하는 바, 0.1 중량부보다 작게 함유하면 상기 물질의 융합 역할에 미흡하며, 10 중량부보다 많이 함유하면 불필요한 염이 발생될 수 있어 산화막의 거칠기에 악영향을 미칠 수 있는 것이다.

참고로 인산이수소칼륨(KH₂PO₄)은 백색 혹은 무색의 결정이고, 물에 쉽게 용해하며, 의약품, 식품 및 메타인산나트륨염의 제조에 사용되며, 농업에서는 고효능의 복합비료의 제조에 사용되고, 영양성분(P₂O₅+K₂O)의 함량이 86%에 달하는, N,P,K3가지 원소를 담을 수 있는 기초 원료로 될 수 있으며, 비료, 음식 첨가제, 완충제 등으로써 자주 사용되는 수용성 염이다.

기타 식육제품 및 유제품 가공에서 안정제 및 완충제로 인산수소칼륨과 병용한다. 팽창제의 원료(산제) 및 면류 첨가 알칼리제의 원료로도 사용되며 경수에서는 연화작용, 분산작용을 한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 알루미늄합금 제품용 양극산화 피막처리 전해액의 조성물은 양극상화 피막처리방식으로 금속 제품을 15 ~ 30V의 전압으로 표면 처리할 수 있는 바, 도 2에 도시한 바와 같이 제품의 표면에 8~45㎛ 의 산화막을 30분 이내의 처리 시간으로 형성하게 된다.

도 3은 일 개시에 의한 아노다이징 공정을 이용한 알루미늄 합금제의 경도를 비교한 표이다.

도 4는 일 개시에 의한 알루미늄 합금재 시편의 기계적 특성 중 경도(VHN)를 그래프화한 것이다.

일 개시에 의하여, 본원발명의 산화 피막 형성 과정, 즉, 아노다이징의 전처리과정을 실시하며, 그 과정을 상세히 살펴보면, 알루미늄 합금재 30Х70mm (0.6mmt) 시편을 아세톤으로 초음파 탈지하며, 5중량%의 수산화나트륨에 에칭한다. 그 후 질산에 스머트를 제거한 다음, 인산:황산:물이 각각 7:2:1 비율로 된 전해연마액에 전해연마를 10A/dm2로 1분간 실시한다.

그 후 황산 10중량% 내지 25 중량%의 용액에, 구연산 17g/ℓ 내지 55g/ℓ와, 황산알루미늄 10g/ℓ 내지 55g/ℓ이 함유된 전해액이 수용된 전해조에 전류밀도 2~6A/dm2, 온도 2~20℃의 조건으로 30분간 전해하여 양극산화를 하였다.

도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이, 고주파펄스의 주기가 10sec 내지 30sec이고, 듀티사이클(duty cycle)이 60% 내지 80% 영역일 때 알루미늄 합금재의 경도가 최고치인 315 내지 370 VHN이다.

따라서, 본 발명의 고주파펄스를 이용한 금속재의 아노다이징 공정은 산화층의 용해작용을 하는 음이온인 황산이온(SO42-)의 농도가 양극에 집중되지 못하게 극성을 일정주기로 교차하여 걸어주는 고주파펄스의 주기를 10msec 내지 30msec하고, 듀티사이클(duty cycle)을 60% 내지 80% 영역으로 함으로써, 전기이중층에 의한 과전압을 낮추어 산화층의 용해작용을 억제하고 견고한 산화층을 형성할 수 있다. 따라서, 알루미늄 합금의 표면경도를 향상시킬 수 있으며, 내마모성 및 내식성 등의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

도 5는 일 개시에 의하여 소재 및 조건에 따라 아노다이징 품질을 평가하여 기록한 표이다.

실시예 1 내지 4에서는 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 규소, 철, 망간, 크롬 및 티타늄의 양을 도 5에 제시된 바와 같이 하여 통상의 알루미늄 합금 제조 방법에 따라 알루미늄 합금을 제조한 후, 항복강도(YTS), 인장강도(UTS) 및 연신율(El)을 측정하고 아노다이징 품질을 평가하여 도 5에 제시하였다.

비교예 1 및 2는 별도의 제조 없이 각각 A6061 T6, A7075 T6을 사용하였다(도 5 참조). 이에 대한 함량 및 열처리 조건, 항복 강도, 인장 강도, 연신율에 대해서는 도 5의 데이터베이스에 기록된 것을 그대로 활용하였고, 아노다이징 품질에 대해서는 별도로 평가하여 도 5에 제시하였다.

비교예 3에서는 알루미늄, 아연, 마그네슘, 구리, 규소, 철, 망간, 크롬 및 티타늄의 양을 하기 도 5에 제시된 바와 같이 하여 통상의 알루미늄 합금 제조 방법에 따라 알루미늄 합금을 제조한 후, 항복강도(YTS), 인장강도(UTS) 및 연신율(El)을 측정하고 아노다이징 품질을 평가하여 제시하였다.

결과적으로 구리(Cu)의 함량이 1.2% 이상 (비교예 2 및 3)일 때에는 아노다이징에서 광택이 떨어졌고, 구리의 함량이 적은 다른 샘플은 양호한 품질이 구현됨을 알 수 있다.

또한, T6 처리한 경우가 물성이 우수하다는 것을 알 수 있으며, 실시예 4의 경우 T5, T6 모두 항복 강도 400MPa 이상을 달성하여 기존 6000 계열의 알루미늄 합금 대비 1.5배 이상 높은 강도가 구현됨을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 조건을 만족하는, 소지 강재의 표면에 스케일층을 형성한 강재는, 모두 심한 대기 부식 환경 하에 있어서 우수한 일시 방청성을 발휘할 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

차량용 선루프 레일의 표면에 알칼리액과 세정액을 혼합한 세척액을 분사하고, 50℃의 온도에서 25분 동안 실리콘카바이트(SiC) 연마석을 함유한 브러쉬를 이용하여 상기 차량용 선루프 레일의 표면에 흡착된 유분 또는 오염물을 제거하는 탈지 공정;
상기 탈지 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 kg/cm²이상 2.5 kg/cm² 이하의 압력으로 분사되는 80℃의 세정수를 이용하여 2분 동안 수세하는 제 1 수세 공정;
상기 제 1 수세 공정을 거친 차량용 선루프 레일에 대하여, 산소 가스 및 아르곤 가스를 혼합한 혼합가스를 80mTorr 이상 670mTorr 이하의 압력으로 주입하고, 50~60MHz의 고주파 전력을 10분간 주입하여 상기 차량용 선루프 에일의 표면을 평탄화하고, 산화물을 제거하는 에칭 공정;
상기 에칭 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 kg/cm²이상 2.5 kg/cm² 이하의 압력으로 분사되는 20℃의 세정수를 이용하여 2분 동안 수세하는 제 2 수세 공정;
과산화수소: 1 ~ 60중량%, 황산: 5 ~ 15중량%, 철계 화합물: 1 ~ 15중량%, 암모늄계 화합물: 0.5 ~ 10중량%를 포함하는 디스머트 처리용 조성물을 이용하여 상온~50℃의 조건으로 1~2분 동안 디스머트하는 디스머트 공정;
상기 디스머트 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 kg/cm²이상 2.5 kg/cm² 이하의 압력으로 분사되는 80℃의 세정수를 이용하여 1분 동안 수세하는 제 3 수세 공정;
20℃의 전해액을 넣은 전해조에 알루미늄 합금으로 된 부재를 로딩한 후, 10ms~25ms의 주기의 스퀘어 펄스 파형의 고주파 펄스 전류를 40~60분 동안 가하여 상기 차량용 선루프 레일의 표면에 5~15㎛의 산화 알류미늄 막을 형성하는 피막 형성 공정;
상기 피막 형성 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 이상 2.5이하의 압력으로 분사되는 20℃의 세정수를 이용하여 1분 동안 수세하는 제 4 수세 공정;
상기 차량용 선루프 레일의 표면에 형성된 산화피막에 염료를 채워 착색시키기 위하여, 무기화합물 또는 수용성 유기염료를 포함하는 55℃의 착색 약품을 8~10분 동안 금속 표면 내에 처리하여 염료를 착색시키는 착색 공정;
상기 착색 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면에서 착색 약품의 비산을 방지하기 위하여, 10~150g/ℓ의 크롬산 암모늄에 10~50g/ℓ의 중크롬산 나트륨이 포함된 20~25℃의 혼합 수용액 내에 일정 시간동안 침지시키는 실링 공정;
상기 실링 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면을 1.6 이상 2.5이하의 압력으로 분사되는 80℃의 온도로 세정수를 이용하여 1분 동안 수세하는 제 5 수세 공정;
초음파 진동자가 설치된 50∼60℃의 온도를 가지는 이온수 세조에 30~35kHz의 초음파로 세척하는 이온 수세 공정;및
상기 이온 수세 공정을 거친 차량용 선루프 레일의 표면의 물기가 완전히 제거될 때까지 80~90℃의 에어를 풍속 50m/s 이상 60m/s이하로 분사하는 건조 공정;을 포함하는, 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면 처리 공정.
제 1항에 있어서,
상기 피막 형성 공정은,
상기 전해조에 수용된 전해액은 황산 25 중량%의 용액에, 일인산암모늄3~ 45g/ℓ, 인산 15~20g/ℓ및 황산알루미늄 10 ~ 45g/ℓ을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면처리 공정.
제 1항에 있어서,
상기 탈지 공정은,
상기 차량용 선루프 레일의 잔류 탄소량이 25mg/m²이하가 될 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는, 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면처리 공정.
제 1항에 있어서,
상기 탈지 공정은,
pH 12이상의 알칼리 용약에 온도 70~80℃에서 스테인리스 판을 양극으로 이용하여 8∼9A/dm²로 20∼30분간 음극 전해 탈지하는 음극 전해 탈지 공정으로 치환할 수 있는 것을 특징으로 하는, 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면처리 공정.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 디스머트 처리용 조성물에 포함된,
상기 철계 화합물은, 페릭 설페이트(Fe₂O₁₂S_3,Ferric sulfate), 철 나프티네이트(2(C₁₁H₇O2)Fe, Iron Naphthenate), 철 시트레이트(C₆H₅FeO₇, Iron Citrate), 철 옥사이드(Fe₂O₃, Iron Oxide)_,철 카르보닐(Fe(CO)₅, Iron Carbonyl), 페릭 옥살레이트(C₆Fe₂O₁₂5(H₂O), Ferric Oxalate), 철 아세테이트(2(C₂H₃O₂)Fe, Iron acetate), 철 락테이트(2(C₃H₅O₃)Fe, Iron Lactate), 철 P-톨루엔술포네이트 헥사하이드레이트(C₇H₇O₃S)₃Fe6(H₂O), Iron p-Toluenesulfonate Hexahydrate), 철 글루코네이트(C₁₂H₂₂FeO₁₄, Iron Gluconate), 철 아세틸아세토네이트(C₁₅H₂₁FeO₆, Iron Acetylacetonate), 암모늄 철 설페이트(FeNH₄(SO₄)₂, Ammonium Iron sulfate), 철 나이트레이트 노아하이드레이트(Fe(NO₃)₃9(H₂O), Iron Nitrate Nonahydrate), 철 포스페이트 디하이드레이트(FePO₄2(H₂O),Iron Phosphate Dihydrate), 철 클로라이드 헥사하이드레이트(FeCl₃6(H₂O), Iron Chloride Hexahydrate) 및 철 피로포스페이트(Fe₄(P₂O₇)₃,Iron Pyrophosphate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2종 이상의 혼합물이고,
상기 암모늄계 화합물은, 암모늄 포메이트(NH₄CHO₂, Ammonium Formate), 암모늄 나이트레이트(NH₄NO₃, Ammonium Nitrate), 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄, Ammonium Sulfate), 암모늄 설파이드(H₈N₂S, Ammonium Sulfide), 암모늄 아디페이트(C₆H₁₆N₂O₄, Ammonium Adipate), 암모늄 플루오라이드(NH₄F, Ammonium Fluoride), 암모늄 클로라이드(NH₄Cl, Ammonium Chloride), 테트라에틸암모늄 아세테이트(C₈H₂₀NC₂H₃O₂, Tetraethylammonium Acetate), 암모늄 헥사플루오르실리케이트((NH₄)₂SiF₆, Ammonium Hexafluorosilicate), 테트라프로필 암모늄 바이설페이트(C₁₂H₂₈NHSO₄, Tetrapropyl Ammonium Bisulfate), 과염소산테트라부틸암모늄(C₁₆H₃₆NClO₄, Tetrabutyl Ammonium Perchlorate), 암모늄 하이드록사이드(H₅NO, Ammonium Hydroxide), 암모늄 아세테이트(C₂H₇NO₂, Ammonium Acetate), 암모늄 하이드로젠 설페이트(NH₄HSO₄, Ammonium Hydrogen sulfate), 암모늄 포스피네이트(NH₄H₂PO₂, Ammonium Phosphinate), 암모늄 하이드로젠 말레이트(C₄H₇NO₄, Ammonium Hydrogen Maleate), 암모늄 벤조에이트(C₇H₉NO₂, Ammonium Benzoate), 암모늄 바이플루오라이드(NH₄HF₂, Ammonium Bifluoride) 및 암모늄 옥살레이트(C₂H₈N₂O₄, Ammonium Oxalate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면처리 공정.
제 1항에 있어서,
상기 피막 형성 공정은,
상기 차량용 선루프 레일의 상면 일부를 마스킹하는 공정;
상기 차량용 선루프 레일의 상면의 마스킹되지 않은 부분에 피막을 형성하여, 미리 정해진 형상의 무늬를 형성하는 공정; 및
상기 무늬가 형성된 차량용 선루프 레일의 상면에서 마스킹을 제거하는 공정;을 더 포함하는, 차량용 선루프 레일의 아노다이징 표면처리 공정.