KR102048707B1 - Al-Mg-Zn 합금 고광택 아노다이징 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Al-Mg-Zn 합금 고광택 아노다이징 공법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 아노다이징 가공시 산 부식에 의한 표면의 불균일을 최소화하여 안정적인 아노다이징 층을 형성할 수 있는 Al-Mg-Zn 합금 고광택 아노다이징 공법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 알루미늄 산화피막에 있어서는 목표하는 피막의 두께가 균일하도록 단계적으로 좀더 높은 전압을 공급하고, 과도한 전류상승을 예방할 수 있도록 AUTO 트랜스포머의 2차측으로 분 단위로 1V, 3V, 7V, 9V, 12V 등으로 서서히 교류전압을 단계적으로 상승시키는 전단계를 거친 후, 분 단위로 14V, 15.5V등으로 교류전압을 단계적으로 상승시키는 성장단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

Al-Mg-Zn 합금 고광택 아노다이징 공법{.}

본 발명은 Al-Mg-Zn 합금 고광택 아노다이징 공법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 아노다이징 가공시 산 부식에 의한 표면의 불균일을 최소화하여 안정적인 아노다이징 층을 형성할 수 있는 Al-Mg-Zn 합금 고광택 아노다이징 공법에 관한 것이다.

7000계 알루미늄 합금은, Al-Mg-Zn계의 석출물이 시효(時效) 석출하기 때문에 높은 강도를 나타낸다.

7000계 알루미늄 합금 중에서도, Zn, Mg에 더하여 Cu를 첨가한 것은, 알루미늄 합금 중에서 가장 높은 강도를 나타낸다.

7000계 알루미늄 합금은, 예를 들어 열간 압출 가공 등에 의해 제조되고, 고강도가 요구되는 항공기나 차량 등의 수송 기기, 스포츠 용구, 기계 부품 등에 사용되고 있다.

이들 용도로 사용하는 경우에 요구되는 특성은, 강도 이외에, 내응력부식균열성, 충격 흡수성, 전신성(展伸性) 등이 있다. 상기 특성을 만족하는 알루미늄 합금의 예로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 알루미늄 합금 압출재가 제안되어 있다.

그러나, 상기 특허문헌 1의 성분 범위 및 종래의 제조 방법으로 제조한, 7000계의 고내력을 나타내는 알루미늄 합금에서는, 예를 들어 표면 상처를 방지하는 목적으로 양극 산화 처리 등을 실시하면, 표면에 근상(筋狀) 모양이 나타난다는 외관상의 문제가 있었다.

또한, 상기 알루미늄 합금은, 예를 들어 양극 산화 처리 등의 표면 처리를 실시한 후에, 고급스러운 느낌을 자아내기 위해 은색이 되는 것이 요구되고 있다.

하지만, 상기 종래의 7000계 알루미늄 합금에 양극 산화 처리 등을 실시하면, 표면이 황색의 색조를 강하게 띤다는 외관상의 문제가 있었다.

이와 같이, 상기 종래의 7000계 알루미늄 합금은, 표면 처리 후에 나타나는 근상 모양이나 색조 변화가 표면 품질상의 문제가 되기 때문에, 채용하는 것이 곤란하였다.

일본 공개특허공보 특개 2007-119904호

따라서, 본 발명은 Al-Zn-Mg 합금의 경우 소재 특성상 알칼리 및 산에 의한 부식이 기존 Al-Mg-Si 합금 대비 취약하고, 이러한 부식의 영향으로 인하여 아노다이징 공정 이후 표면 거칠기의 차이 발생하여 일반적인 하드 아노다이징 또는 어두운 색의 경우 아노다이징 이후 그 차이가 육안으로 크게 나타나지 않으나 고광택 아노다이징 사양의 경우 표면 차이가 두드러지게 나타나는 것을 해결한다.

전술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 알루미늄 산화피막에 있어서는 목표하는 피막의 두께가 균일하도록 단계적으로 좀더 높은 전압을 공급하고, 과도한 전류상승을 예방할 수 있도록 AUTO 트랜스포머의 2차측으로 분 단위로 1V, 3V, 7V, 9V, 12V 등으로 서서히 교류전압을 단계적으로 상승시키는 전단계를 거친 후, 분 단위로 14V, 15.5V등으로 교류전압을 단계적으로 상승시키는 성장단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전단계는 초기 배리어 피막이 생성될 때 알루미늄 표면의 부식을 최소화하기 위하여 전압을 낮게 설정하여 인가하고, 아노다이징 Pore부의 생성이 원활하게 이루어질 수 있도록 전압을 증가하여 성장단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

알루미늄 산화피막의 성장 과정은 초기 알루미늄 표면에 균일하고 얇은 장벽층이 형성되고 이후 장벽층의 체적팽창으로 그 표면에 요철이 발행하고 이로 인해 전류밀도가 불균일해 짐. 이어서 전류밀도의 불균일로 인하여 전류밀도가 큰 부분에 전기장의 작용 및 전해액의 용해작용으로 미세한 구멍(Pore)가 형성됨. 계속하여 피막이 성장함과 동시에 미세구멍도 갈수록 깊어지는 과정을 거치게됨.

이중 미세한 구멍(Pore)가 형성되는 과정에서 초기 생성된 장벽층의 두께 편차에 따라 최종 산화피막의 균일, 광택 및 내마모 특성의 차이가 발생하게 됨.

초기 알루미늄 표면에 장벽층이 형성될 때 안정적인 전압이 공급되지 않거나 과전압이 발생할 경우 알루미늄의 표면의 국부적인 용해 또는 장벽층이 형성할 수 없게 되고, 초기 장벽층이 형성되더라도 균일하지 않고 매우 거칠어지는 문제가 발생하게 됨. 저전류를 장시간 인가하는 경우 알루미늄 표면의 장벽층이 균일하게 형성될 수 있으나 공정시간이 장시간 소요될 경우 백화현상 등의 부작용이 발생하게 됨.

본 발명은 초기 배리어 피막이 생성될 때 알루미늄 표면의 부식을 최소화하기 위하여 전압을 낮게 설정하여 인가하는 전단계를 거친 이후 아노다이징 Pore부의 생성이 원활하게 이루어질 수 있도록 전압을 증가하여 성장단계를 통해 안정된 아노다이징 층을 형성시키는 효과가 발생한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.

우선 본 발명의 일 실시예에 따라 적용되는 알루미늄합금은 7000계 소재가 적용된다.

먼저, 본 발명에서 사용되고 있는 용어는 금속공학, 화학, 화공학 등에서 일반적으로 적용하는 의미로 해석된다.

본 발명은 일반적인 아노다이징 공정 시 변수 중 인가 전압을 다양하게 변경시켜 Al-Zn-Mg 합금의 경우 표면층에 배리어(Barrier) 피막이 생성될 때 합금 특성에 의한 산 부식 등의 문제로 인하여 발생되는 표면의 불규칙한 거칠기를 안정화시키는 것을 목적으로 한다.

통상적으로 알루미늄 금속에 아노다이징을 처리하기 위하여 산성용액의 전해액이 담긴 전해조에 알루미늄 금속을 침지한 후에 일정 전압 및 전류를 흘려 금속표면에 산화막이 형성되도록 하는 데, 전해조에 가하는 전압 및 전류에 따라 산화피막의 부식상태가 달라진다.

이러한 부식상태를 제어하도록 본 발명은 적절한 인가 전압을 제공하기 위하여 DC 트랜스포머,AUTO 트랜스포머, AC 트랜스포머를 포함한다.

DC 트랜스포머는 2차측으로 강압 및 정류된 DC 전압이 출력되고, AUTO 트랜스포머의 2차측으로 단계적으로 변화된 교류전원이 AC 트랜스포머를 통해 DC트랜스포머의 +출력단을 통해 투입됨으로서 직류성분과 교류성분의 중첩된 전원이 +단자로 출력된다.

이는 출력단으로 출력되는 전압 및 전류의 크기에 따라 달라질 수 있고, 전압 제어용 소자의 전압 제어에 의하여 달라질 수 있다.

특히 제어부의 제어에 따라 AUTO 트랜스포머의 1차측 R상에 전압 제어용 소자 SCR 들을 구동하여 교류전원의 파형 변화를 조절하고, AUTO 트랜스포머의 AC 출력전압의 크기를 자동상승 또는 하강하도록 제어한다.

이때, 알루미늄 산화피막에 있어서는 목표하는 피막의 두께가 균일하도록 단계적으로 좀더 높은 전압이 공급되어야 하며, 이 경우 과도한 전류상승을 예방할 수 있도록 AUTO 트랜스포머의 2차측으로 분 단위로 1V, 3V, 7V, 9V, 12V로 서서히 교류전압을 단계적으로 상승시키는 전단계를 거친 후, 분 단위로 14V, 15.5V로 교류전압을 단계적으로 상승시키는 성장단계를 수행하게 된다.

즉, 본 발명은 초기 배리어 피막이 생성될 때 알루미늄 표면의 부식을 최소화하기 위하여 전압을 낮게 설정하여 인가하는 전단계를 거친 이후 아노다이징 Pore부의 생성이 원활하게 이루어질 수 있도록 전압을 증가하여 성장단계를 통해 안정된 아노다이징 층을 형성할 수 있게 된다.

상기 예에서와 같은 피막 처리시에는 전단계에서 피막의 두께는 수 ㎛이내로 석출하고, 성장단계를 통해 목표하는 피막의 두께(수십 ~ 수백㎛)를 성장시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 단위 전력당 최대 피막성장 속도 즉, 최대 전류를 얻을 수 있는 주파수를 제공한다.

알루미늄 합금 양극 산화의 진행에 따른 알루미늄 합금 표면에는 배이어 층 내에 Al3+, O2-이온의 농도변화가 생기거나, 전해질과 알루미늄 합금 표면에 있어서 전해액의 농도 변화가 생겨 전기 저항의 증대를 가져오지만, 고주파 펄스에서는 이들 농도 변화를 완화시켜 전기 저항이 감소하여 전류가 잘 흘리도록 하고 있다.

알루미늄 합금 7000계에 대해서, 전류 밀도 12A/dm2에 대해서 주파수 5.0,10.0 KHz, 전류 밀도 18A/dm2에 대해서 주파수 7.5,10.0 KHz가 적당하다.

한편, 본 발명은 초기 배리어 피막이 생성될 때 알루미늄 표면의 부식을 최소화하기 위하여 전압을 높게 설정하여 인가하는 전단계를 거친 이후 아노다이징 Pore부의 생성이 원활하게 이루어질 수 있도록 전압을 감소시켜 성장단계를 통해 안정한 아노다이징 층을 형성할 수 있게 된다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

Claims (2)

1. 알루미늄 산화피막에 있어서는 목표하는 피막의 두께가 균일하도록 단계적으로 좀더 높은 전압을 공급하고, 과도한 전류상승을 예방할 수 있도록 AUTO 트랜스포머의 2차측으로 분 단위로 1V, 3V, 7V, 9V, 12V로 서서히 교류전압을 단계적으로 상승시키는 전단계를 거친 후,
   분 단위로 14V, 15.5V로 교류전압을 단계적으로 상승시키는 성장단계를 수행하며,
   상기 전단계는 초기 배리어 피막이 생성될 때 알루미늄 표면의 부식을 최소화하기 위하여 전압을 낮게 설정하여 인가하고, 아노다이징 Pore부의 생성이 원활하게 이루어질 수 있도록 전압을 증가하여 성장단계를 수행하는 알루미늄 합금 고광택 아노다이징 공법에 있어서,
   상기 알루미늄 합금은 Al-Mg-Zn 합금이고,
   성장단계에서 공급되는 전류는 전류 밀도 12A/dm2에 대해서 주파수 5.0 또는 10.0 KHz, 전류 밀도 18A/dm2에 대해서 주파수 7.5 또는 10.0 KHz를 유지하게 함에 의해
   양극 산화의 진행에 따른 알루미늄 합금 표면의 배이어 층 내에 Al3+, O2-이온의 농도변화가 생기거나 전해질과 알루미늄 합금 표면의 전해액 농도 변화에 따른 전기 저항의 증대를 방지하여 전류가 잘 흐르게 한 것을 특징으로 하는 Al-Mg-Zn 합금 고광택 아노다이징 공법.
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