KR102159113B1 - 마그네슘 부재의 표면처리방법 및 이를 이용하여 처리된 마그네슘 부재 - Google Patents

마그네슘 부재의 표면처리방법 및 이를 이용하여 처리된 마그네슘 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 부재의 표면처리방법 및 이를 이용하여 처리된 마그네슘 부재에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재의 표면처리방법은, 마그네슘이 포함된 금속재를 알칼리 용액으로 탈지하는 단계; 탈지된 마그네슘이 포함된 금속재를 지르코늄 화합물이 포함된 표면처리용액을 이용하여 표면처리층을 형성하는 단계; 및 표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

마그네슘 부재의 표면처리방법 및 이를 이용하여 처리된 마그네슘 부재 {SURFACE TREATMENT PROCESS FOR MAGNESIUM PARTS AND MAGNESIUM PARTS TREATED BY USING THE SAME}
본 발명은 마그네슘 부재의 표면처리방법 및 이를 이용하여 처리된 마그네슘 부재에 관한 것이다. 보다 구체적으로 투명 도장이 가능한 마그네슘 부재의 표면처리방법 및 이를 이용하여 처리된 금속 질감을 갖는 마그네슘 부재에 관한 것이다.
마그네슘은 지구상에 존재하는 물질 중 8번째로 풍부하며 비중이 낮고 인체에 무해할 뿐만 아니라, 경량화에 이점이 있어 다양한 제품의 내장재 및 외장재로 응용할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 또한, 마그네슘 합금은 경량화 뿐만 아니라, 높은 진동 감쇠능력, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차폐 특성, 경량성, 높은 비강도 등의 우수한 특성 또한 가지고 있다. 하지만 상기 마그네슘 합금은 상온 가공이 되지 않는 단점이 있으며, 압연이나 성형은 200℃ 이상의 온도를 필요로 하는 소재이고, 마그네슘 합금 표면에는 항상 마그네슘의 산화로 인한 표층이 존재하여, 밀착성이 부족하여, 응용에 많은 한계를 가진다.
마그네슘은 도 1에서 보듯이 대부분의 pH에서 부식이 된다. 산화성이 뛰어나 부식이 많이 일어나므로, 화성처리 공정에 불량이 많이 발생한다. 마그네슘 합금의 표면처리에서 공정 중 발생 결함(표면 얼룩 등 외관 결함, 화성처리 혹은 도금 공정 등의 불량 등)이나 도장 후 도막 밀착력 혹은 내염수성 등의 결함은 마그네슘 표면 조직인 산화막 혹은 수산화막의 특성이 밀도가 낮으면서 기계적 물성이 떨어지는 데에서 기인하는 경우가 대부분이다. 표면 조직이 치밀한 마그네슘 합금 및 그 제조 방법을 오랜 기간 연구자들이 연구해오는 이유이다.
마그네슘 합금의 경우, 대략 10nm 정도의 산화된 막이 존재하고 이 층의 구성은 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 탄산마그네슘으로 구성된다. 공기 중에 노출된 마그네슘 합금의 표층이 물에 침적될 경우, 대략 20 내지 30nm 정도로 두께가 변화한다. 그리고 생산 공정에서 물을 사용하는 표면 연마 공정이 진행될 경우 공정 중에 사용하는 물의 pH는 알칼리로 변화하며 대략 pH 11까지 도달하게 되는데 이 경우 표면층은 대략 50nm까지 성장하게 된다. 즉, 마그네슘 합금의 표면층에는 MgO와 Mg(OH)2, MgCO3를 포함하며, 물을 사용하는 버핑 공정을 포함하는 경우 주로 MgO 보다는 Mg(OH)2가 표층에 존재하게 된다.
일반적으로 마그네슘 합금의 경우 기계 연마, 도장 전처리, 도장을 실시하지만, 처리된 마그네슘 합금의 표면에는 항상 마그네슘의 산화로 인한 표층이 존재한다. 이러한 표층은 치밀하지 못하여 도장 밀착성을 구현하는데 어려움이 있다. 좀 더 자세하게 상온에서 밀착력은 구현된다 하더라도 IT기기의 신뢰성 기준인 열탕밀착력 (끓는 물에서 1시간 침적 후 cross cutting test)은 만족시키지 못한다. 즉, 마그네슘 합금의 표면의 수산화막과 산화막의 기계적 물성을 개선하면서도 표면 거칠기를 도입하여 도장 밀착성을 높이는 방법은 알려져 있지 않은 실정이다.
이렇게 형성된 산화막층은 도장층에 대한 밀착력을 떨어뜨리고, 염수분무 시험 후 변색의 원인이 되어 노트북과 같은 외장재로 사용시 제품의 내구 신뢰성을 만족시키지 못하는 문제를 야기한다.
또한, 반응성이 강한 마그네슘 합금은 고온 다습한 환경에서 습기의 침투에 의해 쉽게 흑변 현상이 발생한다. 흑변이 발생된 마그네슘 합금은 외관 불량으로서 수요가에서 판매할 수 없다. 수요가가 원하는 표면 품질 상태로 마그네슘 합금을 공급하기 위해 흑변을 제어하는 것이 필수적이다.
많은 연구자들은 가볍고 비강도가 뛰어난 마그네슘을 제품에 적용하기 위하여 많은 노력 중이다. 그러나 이러한 산화피막 때문에 산세와 디스머트 공정을 거쳐야 하고, 이로 인해, 공정이 길어지고, 철강 공정과 분리되는 등 다양한 문제점이 생긴다. 따라서 산화피막을 제거하지 않고 화성처리 내식성을 나타낼 수 있다면, 공정 감소로 인해 많은 제품에 적용할 수 있으리라 생각된다.
본 발명은 마그네슘 부재의 표면처리방법 및 이를 이용하여 처리된 마그네슘 부재를 제공하고자 한다. 보다 구체적으로 투명 도장이 가능한 마그네슘 부재의 표면처리방법 및 이를 이용하여 처리된 금속 질감을 갖는 마그네슘 부재를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재의 표면처리방법은, 마그네슘이 포함된 금속재를 알칼리 용액으로 탈지하는 단계; 탈지된 마그네슘이 포함된 금속재를 지르코늄 화합물이 포함된 표면처리용액을 이용하여 표면처리층을 형성하는 단계; 및 표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계;를 포함한다.
이때, 투명이란, 투명 프라이머 코팅층을 통해 표면처리된 마그네슘이 포함된 금속재를 육안으로 볼 수 있는 것을 의미하며, 투명 정도에 구애 받지 않을 수 있다.
알칼리 용액으로 탈지하는 단계;에서, 알칼리 용액은, 수산화나트륨(NaOH), 인산나트륨(Na3PO4ㆍ12H2O) 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
표면처리층을 형성하는 단계;에서, 표면처리용액은, 지르코늄 화합물, 무기 금속졸 및 수용성 용매를 포함하는 것일 수 있다.
표면처리층을 형성하는 단계;에서, 지르코늄 화합물은 지르코늄 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계;에서, 투명 프라이머 코팅층은, 폴리에스테르계 및 실리케이트계의 프라이머 중 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계;이후에, 투명 프라이머로 코팅된 마그네슘이 포함된 금속 부재를 투명 상도로 코팅하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
마그네슘이 포함된 금속재는, AZ31, AZ61, Ca이 첨가된 AZ31 난연재 및 AM60으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
알칼리 용액으로 탈지하는 단계 이전에, 마그네슘이 포함된 금속재를 기계적 연마하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이때, 기계적 연마는, 헤어 라인, 비드 블라스트, 진동 연마 및 샌드 블라스트 중 어느 하나를 이용하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재는, 마그네슘이 포함된 금속재; 금속재 상에 위치하며 지르코늄 화합물이 포함된 표면처리층; 및 표면처리층 상에 위치하는 투명 프라이머 코팅층;을 포함한다.
이때, 투명이란, 투명 프라이머 코팅층을 통해 표면처리된 마그네슘이 포함된 금속재를 육안으로 볼 수 있는 것을 의미하며, 투명 정도에 구애 받지 않을 수 있다.
지르코늄 화합물은, 지르코늄 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
표면처리층은, ZrO2 피막층일 수 있다.
표면처리층의 두께는, 1μm 이하일 수 있다.
투명 프라이머 코팅층은, 폴리에스테르계, 실리케이트계의 프라이머 코팅층일 수 있다.
마그네슘 부재는, 가전 제품용, 전자 제품용, IT 제품용 또는 자동차 부품용일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재의 표면처리방법은, 철강사에서 일관된 공정으로 진행하기 때문에 공기 중의 흑변 발생이 거의 없고, 성형 전에 시행되어 성형 결함이 거의 없는 표면처리된 마그네슘 부재를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재의 표면처리방법을 이용하여 표면처리한 마그네슘 부재는, 성형 결함이나 시간에 따른 흑변 결함이 거의 없어, 내식성 유지에 효과적이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재의 표면처리방법은, Dipping 화성 처리(탈지, 산세, 디스머트, 화성)가 불필요하여, 고객사 관리 공정이 감소한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재의 표면처리방법에 의한 표면처리 후 블랭킹하고 성형한다면, 바로 제품으로 적용 가능한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재의 표면처리방법을 이용하여 표면처리한 마그네슘 부재는, 금속 질감을 유지하면서 전자 제품 성능이 확보될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재는, 가전 제품용, 전자 제품용, IT 제품용 또는 자동차 부품용으로 사용 가능하다.
도 1은 마그네슘의 Pourbaix diagram 이다.
도 2는 인산염으로 표면처리한 마그네슘 부재의 사진이다.
도 3은 산세 및 디스머트 공정을 포함하는 기존의 제품 공정의 개략도이다.
도 4는 종래의 기존 공정과 본 발명의 일 실시예에 의한 공정의 개략도이다.
도 5는 Mg PCM 공정의 개략적인 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 표면처리된 마그네슘 부재의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 Hairline 연마를 시행한 후의 마그네슘 부재의 표면 조도를 나타낸 그림이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 Hairline 연마를 시행한 후의 마그네슘 부재의 단면 사진 및 성분 분석 peak을 나타낸 그림이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 표면처리한 후의 마그네슘 부재의 단면 사진이다.
도 10은 종래의 기존 공정으로 표면처리한 후의 마그네슘 부재의 단면 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 표면처리한 마그네슘 부재의 성능 시험 결과를 보여주는 사진이다.
본 명세서에서, 제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
본 명세서에서, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
근래 들어, 투명 도장으로 금속의 질감을 그대로 갖는 외장재 개발이 트랜드이다. 그러나, 마그네슘 합금의 경우, 산화막을 제어하기 위해 화성처리를 실시하면, 도 2와 같이 금속 질감이 그대로 사라진다. 따라서, 금속 질감을 갖는 형태로, 연마 후, 도료 코팅을 완료해서 신뢰성을 내는 것은 오랜 기간 연구해왔으나, 성과를 이루지 못하였다.
보다 구체적으로 설명하면, 많은 기존의 연구자들은 마그네슘 합금은 공기나 산소, 물 등에 의해 쉽게 부식되어 생성되는 자연 산화막을 제거하기 위해, 탈지, 에칭, 디스머트의 표면 청정화 공정을 거치는 방법을 개발해왔다. 그러나, 이러한 화학 약품 처리를 시행하면, 마그네슘 소재 표면 피막과 도장 제품의 신뢰성은 오히려 떨어지는 것으로 알려져 있다.
따라서 본 발명의 발명자들은 마그네슘 합금을 금속 질감을 갖는 가전 제품 외장재, 전자 제품 등으로 사용하기 위하여, 마그네슘 합금의 연마를 시행한 후, 유색 도장 없이 제품의 신뢰성을 확보하는 마그네슘 부재의 표면처리방법을 고안했다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재의 표면처리방법은, 마그네슘이 포함된 금속재를 알칼리 용액으로 탈지하는 단계; 탈지된 마그네슘이 포함된 금속재를 지르코늄 화합물이 포함된 표면처리용액을 이용하여 표면처리층을 형성하는 단계; 및 표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계;를 포함한다.
이때, 투명이란, 투명 프라이머 코팅층을 통해 표면처리된 마그네슘이 포함된 금속재를 육안으로 볼 수 있는 것을 의미하며, 투명 정도에 구애 받지 않을 수 있다. 즉, 완전 투명, 반투명, 불투명을 포함할 수 있으며, 금속 재질을 표현할 수 있을 정도의 투명 정도이면 될 것이다.
종래의 마그네슘 부재의 표면처리방법에는 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 탈지 후 산세 및 디스머트 공정이 포함되었다. 또한, 산세 및 디스머트 공정 후의 화성 처리 공정을 디핑(Dipping) 등의 방식으로 수행하였기 때문에 연속 공정으로 진행하기 어려운 문제점이 있었다. 즉, 표면처리공정을 블랭킹 및 성형 공정과 별도로 진행하였기 때문에 제조 공정이 복잡하고 이로 인해 생산 수율이 저하되는 단점이 있었다.
도 3은 산세 및 디스머트 공정을 포함하는 기존의 제품 공정을 개략적으로 나타낸 그림이다.
그러나, 본 발병의 일 실시예에서는 이러한 산세 및 디스머트 공정을 거치지 않고도 우수한 내식성을 갖는 표면처리를 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 마그네슘 부재 표면의 산화막 또는 수산화막을 제어한 후, 금속 질감이 변화하는 화성처리 없이, 투명 도장 상태에서 전자 제품 등의 신뢰성을 확보할 수 있다.
보다 구체적으로, 표면처리층을 형성하는 단계는 탈지하는 단계 후 별도의 추가 공정 없이, 즉, 산세 및 디스머트 등의 공정을 거치지 않고, 연속 공정으로 수행될 수 있다. 연속 공정으로 수행되면, 불량 발생률을 현저하게 저감시킬 수 있고, 제조 공정 단순화에 따라 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
도 4는 종래의 기존 공정과 본 발명의 일 실시예에 의한 공정의 개략도를 나타낸다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 기존 공정은 성형 가공, 탈지, 산세, 디스머트, 화성처리, 분체 도장의 과정을 포함한다. 이러한 기존 공정은 성형 공정에서 온 불순물이 유입되어, 균일한 표면처리 품질 확보가 어려우며, Dipping 방식의 화성처리용액에 Mg 이온 용출로 이해 pH 변화가 극심하다는 단점이 있다.
도 5는 Mg PCM 공정의 개략적인 모식도를 나타낸 그림이다. 도 5에서 볼 수 있듯이, PCM 공정은 마그네슘 판재를 간단히 전처리한 후 유기 코팅하여 내식성 및 밀착성을 유지하는 것을 말한다. 기존의 마그네슘 판재는 생산 후 고객사로 이관되면, 뛰어난 산화성에 의해 흑변이 발생하여, 성형 후 결함이 존재하여, 이를 해결하기 위해 강한 산세와 디스머트를 거치는 화성처리공정을 시행 해야 한다.
하지만 이러한 공정은 마그네슘 극표층을 매우 푸석푸석하게 만들어, 밀착성을 나타내기가 쉽지 않다.
다만, 도 4의에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 표면처리방법에서는, 성형 공정이 포함되지 않아 불순물의 유입이 없고, Dipping 화성처리(탈지, 산세, 디스머트, 화성)가 필요없어 포함되지 않아 고객사 관리 공정이 감소할 수 있다. 고객사에서는 표면처리 없이 간단한 성형 가공 만으로 제품을 생산하므로, 경제적으로 큰 이득이 있을 수 있다. 따라서 IT 자동차 등의 부품으로 제조할 때, PCM 형태로 제조 후 블랭킹하고 성형한다면 바로 제품으로 적용할 수 있다.
또한, PCM (Pre cated metal) 공정은 전 공정 Dipping 방식이 채택 불가한 롤코팅 공정이며, 짧은 시간 롤코팅만으로 고내식 및 밀착력 확보 가능한 피막이 필요하여 큰 제약점이 있었다. 다만, 본 발명의 일 실시예와 같이, 성형 과정을 포함하지 않아 흑변과 성형 결함이 없는 상태에서는, 매우 우수한 밀착력과 내식성을 나타낼 수 있었다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 표면처리된 마그네슘 부재의 모식도를 나타내는 그림이다.
도 6의 모식도에 따른 표면처리된 마그네슘 부재는 종래 기존 공정에 의한 모식도인 도 5와는 다르게, 철강사에서 일관된 공정으로 진행하기 때문에, 공기 중의 흑변 발생이 없고, 성형 전에 시행되어 성형 결함이 존재하지 않으며, 내식성 유지에 효과적인 등 큰 이득이 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재의 표면처리방법을 설명한다.
먼저, 마그네슘이 포함된 금속재를 알칼리 용액으로 탈지하는 단계를 설명한다.
이때, 마그네슘이 포함된 금속재는 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 의미할 수 있다. 또한, AZ31, AZ61, Ca이 첨가된 AZ31 난연재 및 AM60으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 알칼리 용액은, 수산화나트륨(NaOH), 인산나트륨(Na3PO4ㆍ12H2O) 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 수산화나트륨(NaOH) 40g/L 내지 80g/L를 포함하는 알칼리 용액을 이용하여 40℃ 내지 80℃에서 탈지 공정을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 수산화나트륨(NaOH) 40g/L 내지 50g/L일 수 있다. 이러한 농도 조건에서는 마그네슘 부재가 변색되지 않으면서 기름 성분을 쉽게 제거할 수 있다.
다음으로, 탈지된 마그네슘이 포함된 금속재를 지르코늄 화합물이 포함된 표면처리용액을 이용하여 표면처리층을 형성하는 단계를 설명한다.
종래의 기술인 인산염을 이용한 화성처리는 중금속 유해성의 단점이 있는데, 지르코늄계 화성처리는 이러한 단점이 없다.
이때, 표면처리용액은, 지르코늄 화합물, 무기 금속졸 및 수용성 용매를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 지르코늄 화합물은, 지르코늄 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
더욱 구체적으로, 지르코늄 화합물은 산성일 수 있다.
보다 구체적으로, 지르코늄 화합물은 H2ZrF6 를 0.1 내지 15g/L, HF를 1g/L 이하 포함할 수 있다.
또한, 표면처리층을 형성하는 단계는 상온에서 이루어질 수 있다.
이때, 무기 금속졸은, 실리카졸, 알루미나졸, 티타니아졸 및 지르코니아졸로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계를 설명한다.
이때, 투명 프라이머 코팅층은, 폴리에스테르계 및 실리케이트계의 프라이머 중 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
다음으로, 표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계 이후에, 투명 프라이머로 코팅된 마그네슘이 포함된 금속 부재를 투명 상도로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 알칼리 용액으로 탈지하는 단계 이전에, 마그네슘이 포함된 금속재를 기계적 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 기계적 연마는, 헤어 라인, 비드 블라스트, 진동 연마 및 샌드 블라스트 중 어느 하나를 이용하는 것일 수 있다.
마그네슘을 포함한 금속재를 기계적 연마함으로써, 산화막 또는 수산화막을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 부재는, 마그네슘이 포함된 금속재; 금속재 상에 위치하며 지르코늄 화합물이 포함된 표면처리층; 및 표면처리층 상에 위치하는 투명 프라이머 코팅층;을 포함한다.
이때, 투명이란, 투명 프라이머 코팅층을 통해 표면처리된 마그네슘이 포함된 금속재를 육안으로 볼 수 있는 것을 의미하며, 투명 정도에 구애 받지 않을 수 있다.
지르코늄 화합물은, 지르코늄 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
표면처리층은, ZrO2 피막층일 수 있다.
표면처리층의 두께는, 1μm 이하일 수 있다.
투명 프라이머 코팅층은, 폴리에스테르계 및 실리케이트계의 프라이머 코팅층일 수 있다.
마그네슘 부재는, 가전 제품용, 전자 제품용, IT 제품용 또는 자동차 부품용일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
실시예
마그네슘 판재를 #220 또는 #320의 SiC Hairline 표면 기계 가공을 실시하였다. 이때 연마는 코일 단위로 연마하였다.
도 7에서는 #220 또는 #320의 SiC Hairline 연마를 시행한 후의 표면 조도를 나타내었다.
또한, 도 8에서는 Hairline 연마를 시행한 후의 단면 사진 및 성분 분석 peak을 나타내었다.
도 7 및 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 표면을 hairline 하고 난 후, 산화 피막이 제거되어, 금속 질감의 가능성이 매우 높아지게 되었다.
후 도장의 밀착력은 대부분 마그네슘 산화막에 의해 일어나는데, Hairline을 완료하면 소재의 산화물이 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 제거되면서 이후 도장 밀착력이 극대화 된다.
그 후, NaOH 40 내지 50 g/L의 용액으로 40 내지 80℃의 온도에서 탈지하였다. 그 후, H2ZrF6 0.1 내지 15g/L, HF 1g/L이하의 지르코늄계 화합물로, 상온에서 지르코늄계 화성처리하였다.
도 9에서는 표면처리한 후의 마그네슘 부재의 단면 사진을 나타내었다.
도 9에서 볼 수 있듯이, PCM용 화성처리한 경우, 피막이 매우 치밀하다. 피막이 매우 치밀하여, 프라이머 코팅층과의 밀착성 유지에 효과적이다.
반면에, 도 10에서는 기존 시행되던 표면처리한 후의 마그네슘 부재의 단면 사진을 나타내었다.
도 10에서 볼 수 있듯이, 피막의 표면이 매우 푸석푸석하여 후 도장을 하더라도 밀착력 확보가 쉽지 않다.
본 발명의 실시예인 도 9와 기존 공정인 도 10을 비교하면, 기존 공정에 의한 표면처리는 매우 푸석푸석하나, 본 발명의 실시예인 PCM용 표면처리의 경우 매우 치밀하여 밀착성 유지에 오히려 효과적임을 알 수 있다.
그 후, 투명 폴리에스테르계 프라이머를 코팅하고, 경화 후 상도로 폴리에스테르계 투명 도장을 코팅하였다.
상기 단계들을 통해 마그네슘 부재를 완성한 후, 전자 제품 규격으로 경도, 내알콜성 시험, Cross-Cut/Tape, 살충제 시험, 내열성 시험, 내습성 시험, 내한성 시험, 열충격성 시험, 내식성 시험을 하였다.
도 11에는 본 발명의 실시예에 의해 표면처리한 마그네슘 부재의 성능 시험의 결과를 보여주는 사진이다.
도 11에서 볼 수 있듯이, 성형 공정의 결함이 없어 Dipping 방식의 화성처리 없이도, 대부분의 성능을 투명 도장 형태에서도 만족함을 알 수 있었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (14)

  1. 마그네슘이 포함된 금속재를 알칼리 용액으로 탈지하는 단계;
    상기 탈지된 마그네슘이 포함된 금속재를 지르코늄 화합물이 포함된 표면처리용액을 이용하여 표면처리층을 형성하는 단계; 및
    상기 표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 표면처리층은, ZrO2 피막층이고,
    상기 알칼리 용액으로 탈지하는 단계; 이전에,
    마그네슘이 포함된 금속재를 기계적 연마하는 단계;를 더 포함하는 마그네슘이 부재의 표면처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리 용액으로 탈지하는 단계;에서,
    상기 알칼리 용액은,
    수산화나트륨(NaOH), 인산나트륨(Na3PO4ㆍ12H2O) 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 것인 마그네슘 부재의 표면처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리층을 형성하는 단계;에서,
    상기 표면처리용액은,
    지르코늄 화합물, 무기 금속졸 및 수용성 용매를 포함하는 것인 마그네슘 부재의 표면처리방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리층을 형성하는 단계;에서,
    상기 지르코늄 화합물은,
    지르코늄 산화물을 포함하는 것인 마그네슘 부재의 표면처리방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계;에서,
    상기 투명 프라이머 코팅층은,
    폴리에스테르계 및 실리케이트계 프라이머 중 어느 하나 이상을 포함하는 것인 마그네슘 부재의 표면처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리층 상에 투명 프라이머 코팅층을 형성하는 단계; 이후에,
    상기 투명 프라이머로 코팅된 마그네슘이 포함된 금속 부재를 투명 상도로 코팅하는 단계;를 더 포함하는 마그네슘 부재의 표면처리방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마그네슘이 포함된 금속재는,
    AZ31, AZ61, Ca이 첨가된 AZ31 난연재 및 AM60으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 마그네슘 부재의 표면 처리 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기계적 연마는,
    헤어 라인, 비드 블라스트, 진동 연마 및 샌드 블라스트 중 어느 하나를 이용하는 마그네슘 부재의 표면 처리 방법.
  10. 마그네슘이 포함된 금속재;
    상기 금속재 상에 위치하며 지르코늄 화합물이 포함된 표면처리층; 및
    상기 표면처리층 상에 위치하는 투명 프라이머 코팅층;을 포함하고,
    상기 표면처리층은,
    ZrO2 피막층인 마그네슘 부재.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지르코늄 화합물은,
    지르코늄 산화물을 포함하는 것인 마그네슘 부재.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 표면처리층의 두께는,
    1μm 이하인 마그네슘 부재.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 투명 프라이머 코팅층은,
    폴리에스테르계 및 실리케이트계의 프라이머 중 어느 하나 이상을 포함하는 것인 마그네슘 부재.
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