KR102094067B1 - 무광 알루미늄합금 표면처리 방법 - Google Patents

무광 알루미늄합금 표면처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무광 알루미늄합금 표면처리 방법은 고온의 탈지액에 알루미늄합금을 제1 시간으로 침지시키는 단계, 상기 탈지액의 온도로 유지된 에칭액에 상기 알루미늄합금을 제2 시간으로 침지시키는 단계, 상기 알루미늄합금을 상기 에칭액의 온도보다 낮은 온도의 중화처리액에 상기 알루미늄합금을 상기 제2 시간으로 침지시키는 단계, 상기 중화처리액의 온도보다 높고, 상기 에칭액의 온도와 같거나 낮은 온도의 무광처리액에 상기 알루미늄합금을 상기 제2 시간으로 침지시키는 단계, 무광처리된 상기 알루미늄합금을 상기 중화처리액에 상기 제2 시간으로 침지시키는 단계 및 상기 중화처리액의 온도보다 낮은 온도의 전해액에 상기 알루미늄합금을 제3 시간으로 침지시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무광 알루미늄합금 표면처리 방법{METHOD FOR LUSTERLESS ALUMINUM}
본 발명은 무광 알루미늄합금 표면처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 알루미늄과 그 합금은 가정용 기물 외에 공업용으로 널리 사용된다. 순수 알루미늄은 강도가 낮으므로 다른 원소를 첨가하여 강도를 향상시킨 알루미늄합금을 사용한다.
알루미늄합금은 공기 중에서 산소와 반응하여 피막이 형성되기도 하고, 산 또는 알칼리에 녹아 수소를 발생시키는 양쪽성 원소이다. 이러한 알루미늄합금은 압연 또는 압출 공정을 거치기 때문에 표면에 찍힘, 스크래치, 부식 등의 유해 결함이 많을 수 있다.
따라서, 알루미늄합금을 표면 처리하여 유해 결함을 효과적으로 제거하고, 무광 알루미늄합금 표면을 얻기 위해 반응조건(온도, 농도, 시간 등)이 다른 다양한 방법들이 제안되었다.
그러나 종래 기술로 백색의 알루미늄합금 표면을 얻을 수 있을 뿐, 무광 알루미늄합금 표면을 얻기에는 적합하지 않은 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 보다 품질이 우수한 무광의 알루미늄합금 표면을 얻을 수 있는 표면처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 알루미늄 표면처리 공정 중 발생하는 이물의 침적을 최소화할 수 있는 표면처리방법을 제공하는 것에 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 고온의 탈지액에 알루미늄합금을 제1 시간으로 침지시키는 단계, 상기 탈지액의 온도로 유지된 에칭액에 상기 알루미늄합금을 제2 시간으로 침지시키는 단계, 상기 알루미늄합금을 상기 에칭액의 온도보다 낮은 온도의 중화처리액에 상기 알루미늄합금을 상기 제2 시간으로 침지시키는 단계, 상기 중화처리액의 온도보다 높고, 상기 에칭액의 온도와 같거나 낮은 온도의 무광처리액에 상기 알루미늄합금을 상기 제2 시간으로 침지시키는 단계, 무광처리된 상기 알루미늄합금을 상기 중화처리액에 상기 제2 시간으로 침지시키는 단계 및 상기 중화처리액의 온도보다 낮은 온도의 전해액에 상기 알루미늄합금을 제3시간으로 침지시키는 단계를 포함하는 무광 알루미늄합금 표면처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 탈지액은 물 1L에 황산도데실나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate) 5 ~ 15mL가 혼합될 수 있다.
또한, 상기 탈지액은 온도가 40 ~ 50℃이며, 상기 제1 시간은 4 ~ 6분일 수 있다.
또한, 상기 에칭액은, 물 1L 당 수산화나트륨(Sodium hydroxide) 30 ~ 50mL, 질산나트륨(Sodium nitrate) 10 ~ 30mL 및 알루미늄합금 에칭 시 발생하는 잔류물 발생을 최소화하기 위한 응고방지제 2.5 ~ 5mL가 포함되며, 상기 응고방지제는 글리콜산(Hydroxyacetic acid)을 포함될 수 있다.
또한, 상기 응고방지제는 글리옥실산을 더 포함하고, 글리콜산과 상기 글리옥실산은 1: 0.6 ~ 0.9 중량비로 포함할 수 있다.
또한, 상기 중화처리액의 온도는 20 ~ 30℃이며, 상기 제2 시간은 1 ~ 3분일 수 있다.
또한, 상기 중화처리액은 물 1L에 황산(Sulfuric acid) 170 ~ 190mL, 중크롬산(Dichromic acid) 50 ~100mL가 혼합된 용액일 수 있다.
또한, 상기 무광처리액은 물 1L 당 산성불화암모늄(Ammonium bifluoride)이 30 ~ 40mL 혼합되며, 상기 전해액은 물 1L당 황산 180 ~ 220mL가 혼합될 수 있다.
또한, 상기 제3 시간은 7 ~ 12분일 수 있다.
본 발명에 의하면, 무광 알루미늄합금 표면처리 방법으로 보다 품질이 우수한 무광의 알루미늄합금 표면을 얻을 수 있다. 또한, 표면 처리 수행 중 이물의 침적이 방지되어 공정의 반복수행에도 부수적인 침적물의 제거작업, 용액의 교체가 최소화됨에 따라서 보다 용이하고 경제적으로 표면 처리를 수행할 수 있다.
도 1은 알루미늄합금 표면을 처리하기 위한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무광 알루미늄합금 표면처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 에칭 후 알루미늄합금 표면을 나타낸 사진이다.
도 4는 중화처리 후 알루미늄합금 표면을 나타낸 사진이다.
도 5는 무광처리 후 알루미늄합금 표면을 나타낸 사진이다.
도 6은 양극산화 피막처리 후 알루미늄합금 표면을 나타낸 사진이다.
도 7은 양극산화 피막처리 후 알루미늄합금의 두께를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 알루미늄합금 표면을 처리하기 위한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 알루미늄합금 표면처리 시스템(100)은 구동부(30) 및 제어부(40)를 포함할 수 있다. 구동부(30)는 탱크조(20) 양측에 설치되는 포스트(31)와 포스트(31)를 연결하는 연결보(32) 및 연결보(32)를 가로지르고, 연결보(32)를 따라 이동되는 이동부(33)를 포함할 수 있다. 이동부(33)는 연결보(32)를 가로질러 설치되며, 연결보(32)를 따라 이동될 수 있다. 이동부(33)는 지그바(34)를 포함하고, 지그바(34)에 복수개의 지그(34a)가 좌우로 정렬되어 연결될 수 있다. 지그(34a)는 알루미늄합금(10)을 기울여 고정시킬 수 있다.
제어부(30)는 탱크조(20) 내측에 부착된 센서부(21)로부터 신호를 전송받고, 구동부(30)의 동작을 제어할 수 있다.
알루미늄합금(10)은 제어부(40)에 입력된 공정단계 순서대로 나란하게 배열된 탱크조(20)에 침지 되면서 표면처리가 이루어질 수 있다. 이때, 탱크조(20)는 탈지조, 에칭조, 중화조, 무광조, 피막조 및 수세조를 포함할 수 있다.
각각의 탱크조(20)에는 알루미늄합금(10) 표면처리를 위한 각기 다른 화학약품이 수용될 수 있다.
우선, 알루미늄합금(10)은 탈지액이 담긴 탈지조에 침지되어 표면에 잔존하는 기름 및 이물질이 제거된다. 다음, 에칭액이 담긴 에칭조에 침지되어 표면의 식각이 이루어지고, 중화처리액이 담긴 중화조에 침지되어 알루미늄합금(10) 표면에 생성된 스마트가 제거된다. 다음, 알루미늄합금(10) 자체의 광택을 제거하기 위하여 무광처리액이 담긴 무광조에 알루미늄합금(10)이 침지된다. 알루미늄합금(10)을 양극산화처리하기 이전에 중화처리액이 담긴 중화조를 한번 더 거치게 되고, 이후 알루미늄합금(10)은 전해액이 담긴 피막조에 침지되어져 양극산화에 의해 표면에 피막이 형성됨으로써 무광의 알루미늄합금 표면을 얻을 수 있게 된다.
이때, 각각의 탱크조에 알루미늄합금(10)이 순차적으로 침지되기 전에 수세조에 알루미늄합금(10)이 로테이션(rotation)으로 침지되어져 표면의 수세가 이루어진다.
탱크조(20)에는 내부에 수용되는 화학약품의 온도 및 농도를 측정할 수 있는 온도센서(21a) 및 농도센서(21b)가 각각 포함될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무광 알루미늄합금 표면처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무광 알루미늄합금(10) 표면처리 방법은 알루미늄합금(10)을 탈지액에 침지시키는 단계(S100), 에칭액에 침지시키는 단계(S200), 중화처리액에 침지시키는 단계(S300), 무광처리액에 침지시키는 단계(S400), 중화처리액에 침지시키는 단계(S500), 전해액에 침지시키는 단계(S600)를 포함한다.
우선적으로, 알루미늄합금(10)에 외관의 찍힘, 스크래치, 부식 등의 유해 결함이 있는지 여부를 확인하고, 이상이 없으면 알루미늄합금(10) 표면에 잔존하는 기름 및 이물질을 제거하기 위하여 알루미늄합금(10)을 탈지액에 침지시키는 단계(S100)가 이루어진다.
탈지조에 탈지액을 준비하고, 탈지조의 히터 작동 상태를 확인한다.
이때, 사용하는 탈지액은, 예를 들면, 황산도데실나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate) 및 물을 사용할 수 있다. 황산도데실나트륨(Sodium DodecylSulfate)은 음이온 계면활성제의 일종으로, 무색 투명하고 물에 용해되었을 때 계면활성을 나타내는 부분이 음이온으로 해리된다. 탈지액은 물 1L에 황산도데실나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate) 5 ~ 15mL를 포함하여 형성될 수 있다.
황산도데실나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate)의 양이 5mL 미만인 경우에는 알루미늄합금에 잔존하는 기름 및 이물질이 완전히 제거되지 않는 문제점이 있고, 황산도데실나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate)의 양이 15mL이상인 경우에는 알루미늄합금 표면에 거품이 많이 생기는 문제점이 있다. 따라서, 황산도데실나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate)은 5 ~ 15mL 사이의 양을 사용하는 것이 적당하다.
더 자세하게는 물 1L에 황산도데실나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate) 10mL가 혼합되어 이루어질 수 있다. 탈지액은 탈지조에서 약 40 ~ 50℃의 고온의 온도로 유지될 수 있다. 탈지액의 온도를 40 ~ 50℃로 유지하는 이유는 알루미늄합금 표면에 거품의 생성을 줄이기 위함이다.
이러한 탈지액에 알루미늄합금(10)을 제1 시간 침지시키는데, 예를 들면, 약 4 ~ 6분간 침지시킬 수 있다. 더 정확하게는 약 5분간 침지시켜 알루미늄합금(10) 표면의 기름 및 이물질을 제거할 수 있다. 알루미늄합금(10)을 탈지액에 4분 미만으로 침지시키면 알루미늄합금(10)의 표면에 잔존하는 기름 및 이물질이 완전히 제거되지 않는 문제점이 있고, 6분 이상 침지시키면 알루미늄합금(10)의 표면에 거품의 생성이 많아져 거품을 제거하기 어렵다.
탈지 후 알루미늄합금(미도시)은 다음 단계를 위해 수세단계가 이루어진다.
전 단계에서 알루미늄합금 표면에 생성된 거품이 다음 단계에 묻어 들어가는 것을 최소화 하기 위함이다.
수세단계에서 수세액으로 일반용수를 사용할 수 있다. 수세액이 담긴 수세조에 알루미늄합금(10)을 침지시켜 전 단계에 사용한 내용물을 제거하거나 스프레이를 사용하여 알루미늄합금(10) 표면에 수세액을 분무함으로써 전 단계에 사용한 내용물을 제거할 수 있다. 수세단계는 약 5 ~ 10초간 이루어진다. 이때 수세액의 온도는 탈지액과 유사온도로 수행할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
수세단계를 거친 알루미늄합금(10)은 표면을 식각하기 위하여 에칭액에 침지시키는 단계(S200)가 이루어진다.
에칭을 하는 이유는 알루미늄합금(10) 표면을 식각하여 표면의 긁힘, 자국 등을 제거하기 위함이다. 또한, 전 단계에서 기름 및 이물질이 충분히 제거되지 않은 경우에 이러한 기름 및 이물질을 완전히 제거할 수 있는 효과를 준다.
에칭조에 에칭액을 준비하고, 에칭액의 액상온도를 확인한다.
이때, 사용하는 에칭액은 알루미늄 표면 처리시 사용되는 에칭액의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며 바람직하게는 수산화나트륨(Sodium hydroxide) 및 질산나트륨(Sodium nitrate) 중 어느 하나 이상, 보다 바람직하게는 이 둘 모두가 포함된 나트륨 염의 수용액일 수 있다.
이때, 상기 에칭액은 물 1L당 수산화나트륨(Sodium hydroxide) 30 ~ 50mL, 질산나트륨(Sodium nitrate) 10 ~ 30mL를 포함하여 형성될 수 있으며, 수산화나트륨(Sodium hydroxide)과 질산나트륨(Sodium nitrate)은 대략적으로 2:1의 비율로 혼합될 수 있다.
수산화나트륨(Sodium hydroxide)과 질산나트륨(Sodium nitrate)의 양이 각각 30mL, 10mL 미만인 경우에는 알루미늄합금(10) 표면의 식각이 제대로 이루어 지지 않는다는 문제점이 있고, 수산화나트륨(Sodium hydroxide)과 질산나트륨(Sodium nitrate)의 양이 각각 50mL, 30mL을 초과할 경우 에칭액의 용존 알루미늄 양의 증가로 인하여 에칭효과가 떨어질 뿐만 아니라 에칭조의 바닥에 단단한 스케일이 쌓이게 되는 문제점이 있다. 따라서, 수산화나트륨(Sodium hydroxide) 30~ 50mL와 질산나트륨(Sodium nitrate) 10 ~ 30mL 사이의 양이 적당하다.
한편, 에칭조 바닥에 쌓이는 스케일은 대량의 연속적인 알루미늄 처리공정의 수행을 어렵게 하며, 스케일 제거와 같은 부수적인 공정이 요구되어 생산성 및 경제성에서 바람직하지 못하다. 이에 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이를 방지하기 위하여 상기 에칭액에 응고 방지제를 2.5 ~ 5mL를 더 혼합할 수 있다. 상기 응고방지제는 알루미늄합금(10) 표면이 식각될 때, 제거되는 알루미늄 금속들이 에칭조 바닥에 점점 모여 굳어지게 되는 바람직하지 않은 잔류물이 에칭조에 생성되는 것을 최소화할 수 있다.
만일 상기 응고 방지제의 양이 물 1L당 2.5mL 미만으로 포함되는 경우 스케일 생성을 방지하기 어려울 수 있다. 또한, 물 1L당 5.0mL를 초과하여 포함할 경우 스케일 생성 방지효과의 향상이 미미하고, 오히려 에칭효과를 현저히 저해시킬 우려가 있다.
상기 응고 방지제는 글리콜산을 포함하는 것이 좋다. 상기 글리콜산(Hydroxyacetic acid)은 수산화나트륨(Sodium hydroxide) 및/또는 질산나트륨(Sodium nitrate)이 반응하여 물과 아세트산나트륨(Sodium acetate)을 생성하고, 아세트산나트륨(Sodium acetate)은 물속에 녹아서 약 알카리성을 띈 이온상태로 존재하게 된다.
또한, 상기 응고방지제는 보다 바람직하게는 글리옥실산을 더 포함할 수 있다. 상기 글리옥실산은 글리콜산과의 상승작용으로 스케일의 발생을 더욱 방지할 수 있다. 이 경우에도 글리콜산과 상기 글리옥실산은 1: 0.6 ~ 0.9 중량비로 포함되는 것이 좋은데, 만일 글리옥실산의 중량이 글리콜산에 대비해 0.6 중량비 미만으로 포함될 경우 상승효과가 미미할 수 있고, 0.9 중량비를 초과해서 포함될 경우 에칭효과를 저해하고, 이에 따른 표면품질 저하, 무광효과의 감소를 유발할 수 있다.
한편, 에칭조에 준비된 에칭액은 탈지액의 온도와 동일한 온도로 유지될 수 있다. 예를 들면, 에칭액은 에칭조에서 약 40 ~ 50℃의 고온의 온도, 보다 바람직하게는 40 ~ 46℃로 유지될 수 있다. 에칭액을 탈지액의 온도와 동일한 온도로 유지시킬 경우 탈지 후 알루미늄합금의 표면에 충분히 제거되지 않은 기름 및 이물질을 완전히 제거할 수 있는 이점이 있다. 만일 에칭액의 온도가 50℃를 초과할 경우 에칭효과는 우수하나, 표면에 부식으로 생기는 패인 홈의 깊이가 과도해져 목적하는 무광처리 효과의 발현이 감소될 우려가 있다.
이러한 에칭액에 알루미늄합금(10)을 제2 시간 침지시키는데, 예를 들면, 약 1 ~ 3분간 침지시킬 수 있다. 알루미늄합금(10)을 에칭액에 1분 미만으로 침지시키면 표면의 식각이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있고, 3분 이상 침지 시키면 식각이 과하게 이루어져 에칭조의 바닥에 단단한 스케일이 쌓이게 되는 문제점이 있다.
도 3은 에칭 후 알루미늄합금 표면을 나타낸 사진이다.
도 3을 참조하면, 에칭 후 알루미늄합금(10a) 표면에 검은 스마트 현상이 나타나는 것을 볼 수 있고, 확대된 사진에서 표면이 식각된 모습을 볼 수 있다.
알루미늄합금(10)에는 여러 가지의 금속이 침착되어 있다. 예를 들면, 규소(Si), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 구리(Cu) 등의 금속이 침착되어 있다. 이러한 알루미늄합금(10) 표면을 에칭하게 되면, 침착되어 있던 금속이 알루미늄합금(10) 표면상에 검게 나타나는데 이를 스마트라 한다.
에칭 후 알루미늄합금(10a)은 다음 단계를 위해 수세단계를 약 5 ~ 10초간 거친다. 이는, 에칭 후 사용된 내용물이 다음 단계에 묻어 들어가는 것을 최소화하기 위함이다. 수세단계에서의 수세액의 온도는 에칭액의 온도범위의 온도를 갖도록 설정될 수 있고, 이를 통해 에칭액의 제거효과가 향상될 수 있다.
수세단계를 거친 알루미늄합금(10)은 표면에 검게 나타난 스마트를 제거하기 위하여 중화처리액에 침지시키는 단계(S300)가 이루어진다.
알루미늄합금(10) 표면을 중화처리하는 이유는 에칭 후 알루미늄합금(10) 표면에 검게 나타나는 스마트, 즉, 잔존하는 잔해물을 제거하여 다음 단계가 원활하게 이루어지도록 하기 위함이다.
상기 중화처리액은, 알루미늄합금의 표면처리 공정에 사용되는 중화처리액의경우 제한 없이 사용할 수 있다. 일예로, 황산(Sulfuric acid), 중크롬산(Dichromic acid) 및 물을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로 물 1L당 황산(Sulfuric acid) 170 ~ 190mL, 중크롬산(Dichromic acid) 50 ~ 100mL를 포함하여 혼합된 것일 수 있다.
상기 황산(Sulfuric acid)과 중크롬산(Dichromic acid)의 양이 각각 170mL, 50mL 미만인 경우에는 에칭 후 알루미늄합금(10a) 표면에 검게 나타난 검은 스마트를 완전히 제거할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 에칭 후 알루미늄 표면은 식각되어 표면에 소정의 깊이를 갖는 미세한 패임들이 형성될 수 있는데, 만일 상기 패임의 깊이가 깊어질 경우 알루미늄 표면이 박리가 빈번하여, 후술하는 양극산화에 의해 형성된 피막의 박리를 유발하는 원인이 될 수 있다. 또한, 패인 부분에 다시 이물질이 끼어들어갈 우려가 높아서 알루미늄 표면의 품질저하의 원인이 될 수 있다. 그러나 상기 중화조에 준비된 중화처리액은 에칭액보다 낮은 온도로 유지될 경우 중화처리액에 침지된 알루미늄합금(10)의 표면이 수축됨에 따라서 깊이 패인 미세부분이 적절한 깊이를 갖도록 수축될 수 있고, 이를 통해 이물질이 다시 끼어들거나, 알루미늄 표면의 박리 등을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 적절한 깊이로 패인 부분들은 후술하는 공정들을 통해 형성되는 양극산화막의 균일형성, 형성된 양극산화막의 탈리를 더욱 방지할 수 있는 이점이 있다. 이때, 바람직하게는 에칭액 온도보다 적어도 15 ~ 25℃ 낮은 온도로 수행됨이 좋다. 일예로 에칭액의 바람직한 온도가 40 ~ 50℃임을 고려하여, 상기 중화처리액은 20 ~ 30℃의 온도일 수 있다. 만일 상기 중화처리액의 온도가 30℃를 초과할 경우 미만일 경우 깊은 깊이로 식각된 부분의 박리로 인해 양극산화막이 형성된 후 해당 부분이 박리되는 빈도가 높아질 수 있고, 공정 중 이물질이 끼어들어갈 우려가 높아 표면품질의 저하가 우려된다. 또한, 만일 상기 중화처리액의 온도가 20℃ 미만일 경우 알루미늄 표면의 수축이 과도해지며, 수축 중 알루미늄합금 표면이 손상될 수 있다. 또한, 과도한 수축으로 인해 적절한 깊이로 패인부분이 감소하게 됨에 따라서 정반사가 증가할 수 있음에 따라서 후술하는 무광처리 공정을 거치는 경우에도 목적하는 수준의 충분한 무광을 발현하지 못할 우려가 있다. 또한, 스머트 제거 효과도 미미할 수 있다.
또한, 상기와 같은 온도의 중화처리액에 알루미늄합금(10)을 제2 시간 침지시키는데, 예를 들면, 약 1 ~ 3분간 침지시킬 수 있다. 만일 1분 미만으로 침지시킬 경우 충분한 알루미늄합금 표면 수축효과, 스머트 제거 효과를 발휘할 수 없을 수 있고, 만일 3분을 초과하여 침지시킬 경우 중화처리에 따른 효과 향상이 미미하고, 과도한 표면 수축효과를 발현하여 알루미늄합금 표면 손상, 정반사 증가에 따른 무광효과 감소 등의 원인이 될 수 있다.
도 4는 중화처리 후 알루미늄합금 표면을 나타낸 사진이다. 도 4를 참조하면, 중화처리 후 알루미늄합금(10b) 표면에 검게 나타난 스마트가 제거되어 표면이 밝아진 모습을 볼 수 있다.
중화처리 후 알루미늄합금(10b)은 산류의 내용물이 다음 단계에 묻어 들어가는 것을 최소화 하기 위해 수세단계를 약 5 ~ 10초간 거칠 수 있다.
다음, 알루미늄합금(10)을 무광처리액에 침지시키는 단계(S400)가 이루어진다.
알루미늄합금(10)을 무광처리하는 이유는 표면 자체의 광택을 없애고, 알루미늄합금(10)의 표면이 좀 더 무광을 띄도록 하기 위함이다.
무광조에 무광처리액을 준비하고, 무광조의 히터 작동 상태를 확인한다.
이때, 사용하는 무광처리액은, 예를 들면, 산성불화암모늄(Ammonium bifluoride) 및 물을 사용할 수 있다. 무광처리액은 물 1L에 산성불화암모늄(Ammonium bifluoride) 30 ~ 40mL가 혼합되어 이루어질 수 있다.
산성불화암모늄(Ammonium bifluoride)의 양이 30mL 미만인 경우에는 알루미늄합금(10) 표면 자체의 광택을 없애는데 효과가 미흡한 문제점이 있고, 산성불화암모늄(Ammonium bifluoride)의 양이 40mL이상인 경우에는 오히려 알루미늄합금의 표면을 과하게 식각하여 표면품질을 저하 및 형성되는 양극산화막의 박리를 유발하는 원인이 될 수 있다.
무광조에 준비된 무광처리액은 중화처리액보다 온도가 높고, 에칭액의 온도와 같거나 낮은 온도로 유지될 수 있다. 예를 들면, 무광처리액은 무광조에서 약 40 ~ 45℃의 온도로 유지될 수 있다. 무광처리액의 온도를 40 ~ 45℃로 유지시킴으로써 보다 품질이 우수한 무광의 알루미늄합금(10) 표면을 얻을 수 있다.
이러한 무광처리액에 알루미늄합금(10)을 제2 시간 침지시키는데 예를 들면, 약 1 ~ 3분 침지시킬 수 있다. 알루미늄합금(10)을 무광처리액에 1분 미만으로 침지시키면 표면의 광택이 제대로 없어지지 않는 문제점이 있고, 3분 이상 침지시키면 알루미늄합금(10) 표면을 식각하게 되는 문제점이 있다.
도 5는 무광처리 후 알루미늄합금 표면을 나타낸 사진이다.
도 5를 참고하면, 무광처리 후 알루미늄합금(10c)의 표면이 좀 더 확연하게 무광을 띄는 모습을 볼 수 있다.
무광처리 후 알루미늄합금(10c)은 산류의 내용물이 다음 단계에 묻어 들어가는 것을 최소화 하기 위하여 수세단계를 약 5 ~ 10초 거칠 수 있다.
본 발명은 알루미늄합금(10)을 중화처리액에 침지시키는 단계(S500)가 복수 번 이루어진다.
상기에 언급한 바와 같이, 중화처리액으로 예를 들면, 황산(H2SO4), 중크롬산(Dichromic acid) 및 물을 사용할 수 있다.
상온의 온도로 유지되어 있는 중화처리액이 담긴 중화조에 알루미늄합금(10)을 제2 시간 침지시키는데, 예를 들면, 약 1 ~ 3분간 침지시킬 수 있다.
중화처리를 복수 번 행하는 이유는 알루미늄합금(10) 표면상에 검게 나타나는 스마트를 완전하게 제거하여 알루미늄합금(10) 표면이 좀 더 무광을 띄도록 하기 위함이다. 만일, 스마트를 완전하게 제거하지 않으면 다음 단계 이후에 반드시 제거해야 하는 번거러움이 발생한다. 이때, 바람직하게는 복수회 수행되는 중화처리는 3 ~ 5회 수행될 수 있다. 만일 3회 미만으로 수행될 경우 무광향상 효과가 발현되지 않을 수 있고, 5회를 초과할 경우 산에 의한 알루미늄 표면부식으로 표면품질이 저하되고, 무광이 더 이상 향상되지 않을 수 있다.
또 한번의 중화처리 후 알루미늄합금(미도시)은 산류의 내용물이 다음 단계에 묻어 들어가는 것을 최소화 하기 위해 수세단계를 약 5 ~ 10초간 더 거칠 수 있다.
다음, 알루미늄합금(10) 표면에 산화 피막을 형성하기 위하여 전해액에 침지시키는 단계(S600)가 이루어진다.
우선, 피막조에 전해액을 준비한다.
이때, 사용하는 전해액은, 예를 들면, 황산(H2SO4) 및 물을 사용할 수 있다. 전해액은 물 1L에 황산(H2SO4) 180 ~ 220mL가 혼합되어 이루어질 수 있다.
황산(H2SO4)이 180mL 이하인 경우에는 전해가 잘 이루어 지지않아 알루미늄합금(10)의 표면에 피막이 제대로 형성되지 않는 문제점이 있고, 황산(H2SO4)은 농도의 증가에 따라 전해시에 용해작용이 높기 때문에 황산(H2SO4)의 양이 220mL 이상일 경우에는 알루미늄합금(10) 피막에 생성되는 기공의 벽과 기공의 바닥부분을 얇게 하고, 기공의 바닥부분을 마모시켜 내식성과 내마모성을 저하시킨다.
전해액은 피막조에서 약 20 ~ 22℃의 온도로 유지되도록 한다.
전해액의 온도가 20℃ 이하인 경우 알루미늄합금(10)의 표면에 피막이 형성되지 않는 문제점이 있고, 전해액의 온도가 22℃ 이상인 경우에는 전해액의 화학적 용해력이 증가하기 때문에 피막에 생성되는 기공의 용해가 촉진되어 내마모성, 내식성, 피막경도, 피막두께를 감소시킨다. 따라서, 전해액의 온도는 20 ~ 22℃ 사이가 적당하다.
이러한 전해액에 15V의 전압을 걸어 알루미늄합금(10)을 제3 시간 침지시키는데, 예를 들면, 약 7 ~ 12분간 침지시킬 수 있다. 피막두께를 결정하는 중요한 요인 중 하나는 전해 시간이다.
전해액인 황산(H2SO4)이 양극산화에 의해 알루미늄합금(10) 표면에 부도체인 산화 피막을 형성하게 된다.
도 6은 양극산화 피막처리 후 알루미늄합금 표면을 나타낸 사진이고, 도 7은 양극산화 피막처리 후 알루미늄합금의 두께를 나타낸 사진이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 양극산화 피막처리를 하기 전 단계의 무광처리 후 알루미늄합금(10c) 표면에 형성된 도금 두께(t1)를 측정기로 측정한 결과 도금의 두께가 0㎛인 것을 볼 수 있다. 하지만, 양극산화 피막처리 후 알루미늄합금(10d) 표면에 형성된 피막의 두께(t2)를 측정기로 측정한 결과 산화 피막이 6.5㎛의 두께로 형성된 것을 볼 수 있다.
산화 피막은 약 6 ~ 10㎛의 두께로 형성되며, 평균적으로 8㎛의 두께로 형성될 수 있다.
양극산화 피막처리 후 알루미늄합금(10d)은 산류의 내용물이 다음 단계에 묻어 들어가는 것을 최소화 하기 위하여 수세단계를 약 5 ~ 10초 더 거칠 수 있다.
산화 피막이 형성된 알루미늄합금(10)에는 미세구멍 즉, 기공이 생길 수 있다. 기공을 봉공하지 않으면 화학적으로 다른 물질과 반응하여 부식이 발생하기 때문이다.
따라서, 화학적으로 다른 물질과 반응하지 않게 하기 위하여 실링처리가 더수행될 수 있다.
실링처리에서 사용하는 실링제는 예를 들면, 닉켈아세테이트(Nickel Acetate), 붕산(Boric Acid) 및 물을 사용할 수 있다. 실링제를 약 70 ~ 90℃의 온도로 유지시키고, 알루미늄합금(10)을 침지시킬 수 있다. 예를 들면, 약 10 ~ 15분간 침지시킬 수 있다.
다음, 산화 피막 속 이온을 제거시켜 전착불량을 방지하기 위하여 온탕수세를 하고 온탕수세가 끝나면 건조를 시킬 수 있다.
또한, 건조된 알루미늄합금(10)은 육안으로 검사를 한 후 포장 및 출하될 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
먼저, 물 1L당 황산도데실나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate) 10mL가 혼합되며, 온도가 42℃인 탈지액이 담긴 탈지조에 알루미늄 합금판(No 2011)을 5분간 침지시켜 탈지공정을 수행했다. 이후 일반용수가 담긴 수세조에 약10초간 침지시켜 수세하였다. 이후, 물 1L당 수산화나트륨(Sodium hydroxide) 40mL, 질산나트륨(Sodium nitrate) 20mL, 글리콜산인 응고 방지제 4mL가 혼합된, 42℃의 에칭액이 담긴 에칭조에 수세된 알루미늄합금을 약 2분간 침지시켜 에칭을 수행했다. 이후 42℃의 일반용수가 담긴 수세조에 약10초간 침지시켜 수세하였다. 이후, 물 1L당 황산(Sulfuric acid) 180mL, 중크롬산(Dichromic acid) 80mL를 포함하여 혼합된, 25℃의 중화처리액에 수세된 알루미늄 합금을 2분간 침지시켜 중화처리하였다. 이후, 일반용수가 담긴 수세조에 약10초간 침지시켜 수세하였다. 이후, 물 1L당 산성불화암모늄(Ammonium bifluoride) 35mL가 혼합된, 43℃ 무광처리액이 담긴 무광조에 알루미늄합금을 2분간 침지시켜 무광처리 하였다. 이후, 일반용수가 담긴 수세조에 약10초간 침지시켜 수세하였고, 물 1L당 황산(Sulfuric acid) 180mL, 중크롬산(Dichromic acid) 80mL를 포함하여 혼합된, 25℃의 중화처리액에 수세된 알루미늄 합금을 2분간 침지시켜 중화처리하되, 이를 3회 반복했다. 이후, 일반용수가 담긴 수세조에 약10초간 침지시켜 수세하였고, 알루미늄 합금 표면에 산화피막을 형성하기 위하여 물 1L당 황산(H2SO4) 200mL가 혼합된, 21℃ 전해액이 담긴 피막조에 알루미늄합금을 침지시킨 후, 전해액에 15V의 전압으로 약 10분간 산화피막을 형성 시켰다. 이후, 일반용수가 담긴 수세조에 약10초간 침지시켜 수세하였고, 양극산화 처리된 알루미늄 합금판을 실링조성물 전체 부피를 기준으로 불화니켈계 실링액(Cold500) 4g/ℓ, 잔량의 순수가 포함된 실링조성물에 침적하여 32℃ 온도에서 11분간 실링공정을 수행했다. 실링공정을 마친 알루미늄 합금판에 대해 50℃ 순수에 3분간 침적하여 수세작업을 수행 후 에어스프레이로 표면 수분을 제거한 뒤 80℃ 건조기에서 20분간 건조시켜 하기 표 1과 같은 무광처리된 알루미늄 합금판을 제조했다.
<실시예2 ~ 7>
실시예 1과 동일하게 실시하여 수행하되, 하기 표 1과 같이 에칭 공정 후 수행되는 중화처리공정에서의 온도 조건을 변경하여 하기 표 1과 같은 무광처리된 알루미늄 합금판을 제조했다.
<실험예1>
실시예 1 내지 7에 따라 제조된 알루미늄 합금판 표면에 대해 하기와 같은 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.
1. 무광처리 효과
광택도 측정기(BYK社, gloss meter)를 이용하여, 알루미늄 합금판 표면의 60°각도에서의 광택도를 측정하였다. 측정된 결과에 대해 실시예1의 결과값을 100으로 기준하고, 나머지 실시예들의 결과값을 실시예1에 대비한 상대적 백분율로 나타내었다. 광택도를 나타내는 수치 값이 작을수록 무광 효과가 우수한 것을 나타내므로 실시예1에 대비하여 수치 값이 작을수록 무광 효과가 우수하다.
2. 표면저항
표면저항은 제조된 알루미늄 합금판 표면의 서로 다른 임의의 5개 지점을 선정 후 측정기(TREK MODEL 152-1)를 통해 측정한 뒤 평균을 계산했다. 이때, 표의 초기 표면저항은 실시예1의 표면저항 값을 100으로 기준하여 나머지 실시에 및 비교예에 따른 시편의 표면 저항값을 상대적인 백분율로 표시했다. 실시예1에 대비한 표면 저항값이 감소할수록 표면에 형성된 산화피막의 불균일 형성 및/또는 형성된 산화피막이 알루미늄 합금 표면에서 박리 등 품질저하가 있음을 의미한다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7
에칭액 온도(℃) 42 42 42 42 42 45 52
중화처리액 온도(℃)/처리시간(분) 25/2 21/2 18.5/2 29/2 31.5/2 25/2 25/2
에칭액과 중화처리액 온도차(℃) 17 21 23.5 13 10.5 20 27
표면저항(%) 100 100 100 97.2 92.5 100 99.9
무광효과(%) 100 104.8 113.5 99.9 100.0 100.6 105.5
표 1을 통해 확인할 수 있듯이,
에칭공정 및 이어 수행되는 중화처리공정에서 처리온도에 따라서 무광효과와 표면저항이 달라질 수 있으며, 본 발명의 바람직한 범위의 온도로 중화처리될 때 표면저항의 감소 없이 우수한 표면품질을 갖는 동시에, 무광효과도 우수한 것을 확인할 수 있다.
<실시예 8 ~ 16>
실시예 1과 동일하게 실시하여 수행하되, 하기 표 1과 같이 에칭액의 조성을 변경하여 하기 표 1과 같은 무광처리된 알루미늄 합금판을 제조했다. 이때, 각 실시예별로 총 200kg의 알루미늄 합금판을 제조하였다.
<실험예2>
실시예1, 실시예 8 내지 16에 따른 알루미늄 합금판을 제조하는 과정에서 발생하는 에칭조의 스케일 양을 평가하였다. 구체적으로 총 200kg의 알루미늄 합금판을 에칭한 뒤, 에칭조를 36시간 동안 방치하였고, 이후 에칭조 바닥 임의의 100 지점에 쌓인 스케일의 두께를 측정했으며, 이를 평균하여 평균 스케일 두께를 계산했고, 실시예1의 평균스케일 두께를 100으로 기준하여 나머지 실시예들에서의 평균스케일 두께를 상대적인 백분율로 나타내었다.
<실험예3>
실시예1, 실시예 8 내지 16에 따른 알루미늄 합금판을 제조하는 과정에서 에칭 품질을 확인하기 위하여 관련 전문가 20인이 에칭상태를 육안, 광학현미경을 통해 확인하였고, 스머트가 없는 등 종합적인 에칭품질이 양호한 경우 ○, 스머트가 부분적으로 존재하는 경우 △, 스머트가 합금판 전체적으로 존재하는 등 종합적인 에칭품질이 불량한 경우 ×로 평가하였다.
실시예1 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12 실시예13 실시예14 실시예15 실시예16
응고방지제 에칭액 내 함량 4 4.9 5.2 2.3 2.6 0 4 4 4 4
종류 글리콜산 글리콜산 글리콜산 글리콜산 글리콜산 - 글리옥실산 글리콜산 글리콜산 글리콜산
- - - - - - 글리옥실산 글리옥실산 글리옥실산
글리콜산:글리옥실산
중량비		 - - - - - - - 1:0.8 1:0.5 1:1
스케일평균두께(%) 100 98.3 98.0 114.7 105.4 338.0 108.1 90.5 97.2 90.2
에칭품질 ○ ○ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ×
표 2를 통해 확인할 수 있듯이,
글리콜산이 응고방지제로 포함되는 경우 스케일을 현저히 방지할 수 있다는 것을 확인할 수 있으며, 글리콜산과 글리옥실산을 동시에 적절히 사용한 실시예 14의 경우 실시예1에 대비해서도 현저히 상승된 스케일 방지효과가 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 알루미늄합금 10a: 에칭 후 알루미늄합금
10b: 중화처리 후 알루미늄합금 10c: 무광처리 후 알루미늄합금
10d: 양극산화 피막처리 후 알루미늄합금
20: 탱크조 21: 센서부
21a: 온도센서 21b: 농도센서
30: 구동부 31: 포스트
32: 연결보 33: 이동부
34: 지그바 34a: 지그
40: 제어부 100: 알루미늄합금 표면처리 시스템
t1: 양극산화 피막처리를 하기 전 단계의 알루미늄합금 표면에 형성된 도금
두께
t2: 양극산화 피막처리 후 알루미늄합금 표면에 형성된 피막의 두께

Claims (9)

  1. 고온의 탈지액에 알루미늄합금을 제1 시간으로 침지시키는 단계;
    상기 탈지액의 온도로 유지된 에칭액에 상기 알루미늄합금을 제2 시간으로 침지시키는 단계;
    상기 알루미늄합금을 상기 에칭액의 온도보다 낮은 온도의 중화처리액에 상기 알루미늄합금을 상기 제2 시간으로 침지시키는 단계;
    상기 중화처리액의 온도보다 높고, 상기 에칭액의 온도와 같거나 낮은 온도의 무광처리액에 상기 알루미늄합금을 상기 제2 시간으로 침지시키는 단계;
    무광처리된 상기 알루미늄합금을 상기 중화처리액에 상기 제2 시간으로 침지시키는 단계; 및
    상기 중화처리액의 온도보다 낮은 온도의 전해액에 상기 알루미늄합금을 제3시간으로 침지시키는 단계를 포함하고,
    상기 에칭액은, 물 1L 당 수산화나트륨(Sodium hydroxide) 30 ~ 50mL, 질산나트륨(Sodium nitrate) 10 ~ 30mL 및 알루미늄합금 에칭 시 발생하는 잔류물 발생을 최소화하기 위한 응고방지제 2.5 ~ 5mL가 포함되며,
    상기 응고방지제는 글리콜산(Hydroxyacetic acid) 및 글리옥실산을 포함하고, 상기 글리콜산과 상기 글리옥실산은 1: 0.6 ~ 0.9 중량비인 무광 알루미늄합금 표면처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탈지액은 물 1L에 황산도데실나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate) 5 ~ 15mL가 혼합되는 무광 알루미늄합금 표면처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탈지액은 온도가 40 ~ 50℃이며, 상기 제1 시간은 4 ~ 6분인 무광 알루미늄합금 표면처리 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중화처리액의 온도는 20 ~ 30℃이며, 상기 제2 시간은 1 ~ 3분인 무광 알루미늄합금 표면처리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중화처리액은 물 1L에 황산(Sulfuric acid) 170 ~ 190mL, 중크롬산(Dichromic acid) 50 ~100mL가 혼합된 용액인 무광 알루미늄합금 표면처리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 무광처리액은 물 1L 당 산성불화암모늄(Ammonium bifluoride)이 30 ~ 40mL 혼합되며, 상기 전해액은 물 1L당 황산 180 ~ 220mL가 혼합되는 무광알루미늄 합금 표면처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 시간은 7 ~ 12분인 무광 알루미늄합금 표면처리 방법.
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