KR102170244B1 - Coating method for inorganic polysilazane on the surface of magnesium alloy and magnesium alloy formed thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 합금에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 마그네슘 합금 표면에 플라즈마 전해 산화 처리한 다음으로 무기 폴리실리잔을 도포함으로써 마그네슘 합금 금속 본연의 질감을 살리면서도 경도 향상, 지문 방지 등을 가능하게 할 수 있는 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 마그네슘 합금에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 전해액이 수용된 전해조 내에 대향 배치된 마그네슘 합금에 각각 + 전압과 - 전압을 인가하여 마그네슘 합금 표면을 플라즈마 전해 산화 처리하기 위한 표면 처리 단계와; 상기 표면처리 단계를 통해 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금 표면상에 무기 폴리실라잔(Perhydropolysilazane)을 함유한 도료를 도포하는 도료 도포 단계와; 상기 도료 도포단계를 거쳐 마그네슘 합금상에 도포된 도료를 경화시키는 도료 경화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a coating method and an alloy formed thereby, and more specifically, by plasma electrolytic oxidation treatment on the surface of a magnesium alloy, and then applying inorganic polysilizane to improve the hardness and prevent fingerprints while maintaining the natural texture of the magnesium alloy metal. It relates to a method of coating an inorganic polysilazane on a surface of a magnesium alloy, and a magnesium alloy formed thereby.
To this end, the present invention provides a surface treatment step for plasma electrolytic oxidation treatment of a magnesium alloy surface by applying a + voltage and a-voltage to the magnesium alloy oppositely disposed in an electrolytic cell containing an electrolyte solution; A paint coating step of applying a paint containing inorganic polysilazane on the surface of the magnesium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation through the surface treatment step; And a paint curing step of curing the paint applied on the magnesium alloy through the paint application step.

Description

마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 마그네슘 합금{COATING METHOD FOR INORGANIC POLYSILAZANE ON THE SURFACE OF MAGNESIUM ALLOY AND MAGNESIUM ALLOY FORMED THEREBY}Inorganic polysilazane coating method on the surface of magnesium alloy, and magnesium alloy formed by the method {COATING METHOD FOR INORGANIC POLYSILAZANE ON THE SURFACE OF MAGNESIUM ALLOY AND MAGNESIUM ALLOY FORMED THEREBY}

본 발명은 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 합금에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 마그네슘 합금 표면에 플라즈마 전해 산화 처리한 다음으로 무기 폴리실리잔을 도포함으로써 마그네슘 합금 금속 본연의 질감을 살리면서도 경도 향상, 지문 방지 등을 가능하게 할 수 있는 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 마그네슘 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a coating method and an alloy formed thereby, and more specifically, by plasma electrolytic oxidation treatment on the surface of a magnesium alloy, and then applying inorganic polysilizane to improve the hardness and prevent fingerprints while maintaining the natural texture of the magnesium alloy metal. It relates to a method of coating an inorganic polysilazane on a surface of a magnesium alloy, and a magnesium alloy formed thereby.

일반적으로 마그네슘 합금은 경량 고강도이기 때문에 최근 그 응용범위가 크게 확대되고 있지만, 화학적 반응성이 커서 부식되기 쉽다는 약점을 가지고 있어, 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 가지 표면 처리법이 적용되고 있다.In general, magnesium alloys are lightweight and high-strength, so their application range has been greatly expanded in recent years, but they have a weakness in that they are easy to corrode due to their high chemical reactivity, and various surface treatment methods have been applied to solve this problem.

그 중에서 양극산화(anodizing)는 가장 일반적인 방법이라 할 수 있으나, 양극산화 피막은 그 두께가 얇고 경도가 낮아 파괴되기 쉬운 약점이 있으므로 최근에는 플라스마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)가 양극산화를 대체할 새로운 수단으로 주목받고 있다.Among them, anodizing is the most common method, but since the anodic oxidation film has a thin thickness and low hardness, it is easy to break, so recently Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) has replaced anodic oxidation. It is attracting attention as a new means to do.

PEO는 양극산화보다 훨씬 높은 전압/전류를 가하여 최대 수백 μm 두께의 치밀하고 단단한 내식성 산화막을 얻는 방법으로서, 황산이나 크롬산 같은 독극물 대신 중성/알칼리성의 저농도 전해액을 사용하므로 양극산화보다 훨씬 환경 친화적이다.PEO is a method of obtaining a dense and hard corrosion-resistant oxide film with a thickness of up to several hundred μm by applying a much higher voltage/current than anodization.It is much more environmentally friendly than anodic oxidation because it uses a low concentration neutral/alkali electrolyte instead of poisons such as sulfuric acid or chromic acid.

PEO 피막의 품질은 합금의 조성, 전해액의 종류, 전기적 변수(전원의 종류/모드, 전류/전압의 강도, 주파수, 듀티사이클 등), 전해액의 온도, 반응시간, 첨가물의 종류 등에 의해 결정되기 때문에, 이와 같은 조건들을 적절히 조절함으로써 미세기공이나 미세균열을 제거 또는 최소화하여 피막에 우수한 내식성을 부여하고, 또 피막의 경도를 높여 내마모성을 부여함과 동시에 마찰저항은 적게 하는데 맞추어지고 있다.Because the quality of the PEO film is determined by the composition of the alloy, the type of electrolyte, electrical variables (type/mode of power source, strength of current/voltage, frequency, duty cycle, etc.), temperature of the electrolyte, reaction time, and type of additives. , By appropriately adjusting these conditions, it is aimed at providing excellent corrosion resistance to the film by removing or minimizing micropores or microcracks, and providing abrasion resistance by increasing the hardness of the film, while reducing frictional resistance.

그러나, 기술된 바와 같이 마그네슘 합금이 PEO 처리된 이후에도 다양한 산업분야의 특성을 고려하여 그 적용 범위를 넓히기 위해서는 아직까지도 많은 연구가 필요한 실정이다. However, even after the magnesium alloy has been PEO-treated as described, many studies are still needed to expand its application range in consideration of the characteristics of various industrial fields.

대한민국 등록특허공보 제10-1451412호Korean Patent Publication No. 10-1451412 대한민국 등록특허공보 제10-0931258호Korean Patent Publication No. 10-0931258

대한금속ㆍ재료학회지(Korean J. Met. Mater.), Vol. 55, No. 5 (2017), pp.296~307 Journal of the Korean Metals and Materials Society (Korean J. Met. Mater.), Vol. 55, No. 5 (2017), pp. 296~307

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 마그네슘 합금 표면에 플라즈마 전해 산화 처리한 다음으로 무기 폴리실리잔을 도포함으로써 금속 본연의 질감을 살리면서도 경도 향상, 지문 방지 등을 가능하게 할 수 있는 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 마그네슘 합금을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was conceived to solve the problems of the prior art, and by applying an inorganic polysilizane after plasma electrolytic oxidation treatment on the surface of a magnesium alloy, it is possible to improve hardness and prevent fingerprints while maintaining the natural texture of the metal. It is an object of the present invention to provide a method of coating an inorganic polysilazane on a surface of a magnesium alloy and a magnesium alloy formed thereby.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전해액이 수용된 전해조 내에 대향 배치된 마그네슘 합금에 각각 + 전압과 - 전압을 인가하여 마그네슘 합금 표면을 플라즈마 전해 산화 처리하기 위한 표면 처리 단계와; 상기 표면처리 단계를 통해 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금 표면상에 무기 폴리실라잔(Perhydropolysilazane)을 함유한 도료를 도포하는 도료 도포 단계와; 상기 도료 도포단계를 거쳐 마그네슘 합금상에 도포된 도료를 경화시키는 도료 경화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a surface treatment step for plasma electrolytic oxidation treatment of a magnesium alloy surface by applying a + voltage and a-voltage to the magnesium alloy oppositely disposed in the electrolytic cell containing the electrolyte; A paint coating step of applying a paint containing inorganic polysilazane on the surface of the magnesium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation through the surface treatment step; It characterized in that it comprises a; paint curing step of curing the paint applied on the magnesium alloy through the paint coating step.

또한, 상기 표면 처리 단계 다음으로 플라즈마 전해 산화 처리된 패널 형태의 마그네슘 합금의 테두리를 절단하는 에지 절단 단계를 더 포함하고, 상기 표면 처리 단계에서 인가되는 + 전압은 400V~1KV이며, 사용되는 전해조의 외측면은 도전체로 둘러싸이는 것을 특징으로 한다.In addition, after the surface treatment step, it further includes an edge cutting step of cutting the edge of the panel-shaped magnesium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation treatment, and the + voltage applied in the surface treatment step is 400V~1KV, and the electrolytic cell used The outer surface is characterized by being surrounded by a conductor.

추가로, 상기 표면 처리 단계에서는 마그네슘 합금 표면에 플라즈마 전해 산화 처리가 용이해지도록 교반기로 전해액을 교반하는 전해액 교반 단계와, 마그네슘 합금 표면에 균일한 플라즈마 전해 산화 처리가 이루어지도록 전해액의 온도를 온도감지 센서 및 냉각기를 통해 일정하게 유지시키는 전해액 냉각 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the surface treatment step, an electrolyte stirring step of stirring the electrolyte with a stirrer to facilitate plasma electrolytic oxidation treatment on the surface of the magnesium alloy, and temperature sensing of the electrolyte solution to achieve a uniform plasma electrolytic oxidation treatment on the surface of the magnesium alloy It characterized in that it comprises a step of cooling the electrolyte to keep it constant through the sensor and the cooler.

또한, 상기 도료 도포 단계는 스핀 코팅기에 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금을 수평하게 배치하는 단계와, 상기 스핀 코팅기에 배치된 마그네슘 합금 표면에 무기 폴리실라잔을 함유한 도료를 전체적으로 도포하는 단계와, 상기 도료가 도포된 마그네슘 합금 및 스핀 코팅기를 덮개로 밀폐시키는 단계와, 상기 도료가 도포된 마그네슘 합금 표면을 스핀 코팅기로 회전시키는 단계를 포함하거나, 딥 코팅(Dip Coating) 방식에 따라 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금을 도료에 침지시키며, 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금 면적 10 cm2당 도료를 0.1 ml ~ 4.0 ml 도포하는 것을 특징으로 한다.In addition, the paint application step includes the steps of horizontally disposing a magnesium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation in a spin coater, and entirely applying a paint containing inorganic polysilazane on a surface of the magnesium alloy disposed in the spin coater, Including the step of sealing the coated magnesium alloy and the spin coater with a cover, and rotating the surface of the coated magnesium alloy with a spin coater, or plasma electrolytic oxidation treatment according to a dip coating method The resulting magnesium alloy is immersed in the paint, and 0.1 ml to 4.0 ml of the paint is applied per 10 cm 2 of the magnesium alloy treated with plasma electrolytic oxidation.

그리고, 상기 도료 경화 단계에서는 110℃~130℃ 분위기 하에서 50분~80분 동안 마그네슘 합금상에 도포된 도료를 경화시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the coating material curing step, the coating material applied on the magnesium alloy is cured for 50 to 80 minutes in an atmosphere of 110°C to 130°C.

이상과 같은 본 발명에 따른 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 마그네슘 합금은 마그네슘 합금 표면에 플라즈마 전해 산화 처리한 다음으로 무기 폴리실리잔을 도포함으로써 금속 본연의 질감을 살리면서도 경도 향상, 지문 방지 등을 가능하게 할 수 있다. The inorganic polysilazane coating method on the surface of the magnesium alloy according to the present invention as described above and the magnesium alloy formed thereby are subjected to plasma electrolytic oxidation treatment on the surface of the magnesium alloy and then coated with inorganic polysilazane to preserve the natural texture of the metal while maintaining the hardness. Enhancement, fingerprint prevention, etc. can be enabled.

도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법을 도시한 순서도
도 2는 PEO 반응을 위한 개략적인 구조를 도시한 도면
도 3은 전압/전류의 변화에 따른 PEO 반응 현상을 나타낸 도면
도 4는 PEO 반응 과정에서 산화막의 생성과 변화를 나타낸 도면
도 5는 무기 폴리실라잔의 화학구조를 도시한 도면
도 6은 무기 폴리실라잔의 경화 메커니즘을 도시한 도면
도 7은 기질 표면과 무기 폴리실라잔의 결합 시 구조를 나타낸 도면
도 8은 본 발명에 따라 PEO 처리된 마그네슘 합금상에 도료를 코팅한 상태를 나타낸 모식도
도 9는 도료 도포량에 따른 본 발명의 마그네슘 합금 표면을 SEM으로 촬영한 사진
1 is a flow chart showing an inorganic polysilazane coating method on the surface of a magnesium alloy according to the present invention
2 is a diagram showing a schematic structure for a PEO reaction
3 is a diagram showing a PEO reaction phenomenon according to a change in voltage/current
4 is a diagram showing the generation and change of an oxide film in a PEO reaction process
5 is a diagram showing the chemical structure of an inorganic polysilazane
6 is a diagram showing a curing mechanism of inorganic polysilazane
7 is a view showing the structure when the substrate surface and inorganic polysilazane are combined
8 is a schematic diagram showing a state in which a paint is coated on a PEO-treated magnesium alloy according to the present invention
9 is a photograph taken by SEM of the surface of the magnesium alloy of the present invention according to the coating amount

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so that they can be replaced at the time of application It should be understood that there may be various equivalents and variations.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 마그네슘 합금을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of coating an inorganic polysilazane on a surface of a magnesium alloy according to the present invention and a magnesium alloy formed thereby will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of coating inorganic polysilazane on a surface of a magnesium alloy according to the present invention.

본 발명에 따른 에 따른 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법은 기본적으로 표면 처리 단계와, 도료 도포 단계와, 도료 경화 단계를 포함하여 구성된다.The inorganic polysilazane coating method on the surface of the magnesium alloy according to the present invention basically includes a surface treatment step, a paint application step, and a paint hardening step.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법은 전해액이 수용된 전해조 내에 대향 배치된 마그네슘 합금에 각각 + 전압과 - 전압을 인가하여 마그네슘 합금 표면을 플라즈마 전해 산화(PEO: Plasma Electrolytic Oxidation) 처리하기 위한 표면 처리 단계와, 표면처리 단계를 통해 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금 표면상에 무기 폴리실라잔(Perhydropolysilazane)을 함유한 도료를 도포하는 도료 도포 단계와, 도료 도포단계를 거쳐 마그네슘 합금상에 도포된 도료를 경화시키는 도료 경화 단계를 포함하여 이루어진다.More specifically, the inorganic polysilazane coating method on the surface of the magnesium alloy according to the present invention applies a + voltage and a-voltage to the magnesium alloy oppositely disposed in the electrolytic cell containing the electrolyte, thereby plasma electrolytic oxidation (PEO: Plasma). Through a surface treatment step for electrolytic oxidation) treatment, a paint application step of applying a paint containing inorganic polysilazane on the surface of the magnesium alloy treated with plasma electrolytic oxidation through the surface treatment step, and a paint application step. It comprises a paint hardening step of hardening the paint applied on the magnesium alloy.

도 2는 PEO 반응을 위한 개략적인 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 전압/전류의 변화에 따른 PEO 반응 현상을 나타낸 도면이며, 도 4는 PEO 반응 과정에서 산화막의 생성과 변화를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing a schematic structure for a PEO reaction, FIG. 3 is a diagram showing a PEO reaction phenomenon according to a change in voltage/current, and FIG. 4 is a diagram showing the generation and change of an oxide film in the PEO reaction process. .

상기 표면 처리 단계에서 마그네슘 합금에 PEO 처리하는 메커니즘에 대해서는 비특허문헌 1, 도 2 내지 도 4를 참조로 하여 설명하면 아래와 같다.The mechanism of PEO treatment on the magnesium alloy in the surface treatment step will be described below with reference to Non-Patent Document 1 and FIGS. 2 to 4.

PEO는 도 2에 보이는 바와 같은 전해반응의 일종으로, 양극(Anode)에서는 산소 발생(O2- → O2), 전극 금속의 용해(Me0 → Men+), 금속산화물 생성(Men+ + O2- → MeO) 반응이 일어나고, 음극(Cathode)에서는 수소 발생(2H+ → H2), 전해액 중 양이온 석출(Catn + → Cat0) 반응이 일어난다.PEO is a kind of electrolytic reaction as shown in FIG. 2, and the anode generates oxygen (O 2- → O 2 ), electrode metal dissolution (Me 0 → Me n+ ), and metal oxide generation (Me n+ + O). 2- → MeO) reaction occurs, and hydrogen generation (2H + → H 2 ) in the cathode, and cation precipitation (Cat n + → Cat 0 ) in the electrolyte occurs.

도 3 및 도 4를 참조로 하면, 전극에서는 두 종류의 반응이 일어나는데, 그 중 하나는 ⓐ로 표시되는 가스(산소) 발생이고, 다른 하나는 ⓑ로 표시되는 산화물의 생성인데, 도 3 및 도 4는 1:1로 대응하므로 함께 살펴보면, 도 3에서 ⓑ의 0-U4 구간은 도 4 (a)와 대응하는데, 즉 전압이 비교적 낮은 0-U4 구간에서는 H2O의 전기분해로 발생한 산소와 Mg가 반응하여 얇은 산화막이 생성되고 생성된 이 산화막은 표면 전체를 덮지는 못하며 부식 전위에 해당되는 U4에 달하면 오히려 기재금속의 용해가 일어난다.3 and 4, two types of reactions occur in the electrode, one of which is the generation of gas (oxygen) indicated by ⓐ, and the other is the generation of oxide indicated by ⓑ, and FIGS. 4 corresponds to 1:1, so looking at it together, the 0-U 4 section of ⓑ in FIG. 3 corresponds to FIG. 4 (a), that is, in the 0-U 4 section where the voltage is relatively low, it is caused by the electrolysis of H 2 O. Oxygen and Mg react to form a thin oxide film, and this oxide film does not cover the entire surface. When it reaches U 4 , which corresponds to the corrosion potential, dissolution of the base metal occurs.

도 3 ⓑ의 U4-U5 구간은 도 4 (b), 즉 다공성(주상) 산화막의 성장과 대응하는 것으로, 전압이 임계치 U5에 달하면 산화막의 절연성이 파괴(dielectric breakdown)되고, 산화막 표면 전체에 걸쳐 도 4 (c)와 같이 작은 섬광(spark)들이 빠르게 떠돌아다니며, U6에 가까워지면 고열의 플라스마에 의한 열 이온화(thermal ionization)가 시작되어 아크 방전이 더 크고 느려진다.Section U 4 -U 5 of FIG. 3 ⓑ corresponds to the growth of the porous (column) oxide film in FIG. 4 (b), that is, when the voltage reaches the threshold U 5 , the insulation of the oxide film is destroyed (dielectric breakdown) and the oxide film surface As shown in FIG. 4 (c) throughout, small sparks float quickly, and as U 6 approaches, thermal ionization by high-temperature plasma begins, resulting in larger and slower arc discharge.

도 3 ⓑ의 U6-U7 구간은 도 4 (d)와 대응하는데, U6 이후에는 두꺼운 산화막에 축적되는 음전하로 인해 열 이온화가 일부 억제되고, 금속 기지와의 부분적 단락(shorting)이 일어나 전력이 상대적으로 감소하면서 아크 방전의 지속시간이 짧아지며, 다시 말해서 흔히 마이크로 아크(micro-arc)라 불리는 마이크로 방전(micro-discharge)이 일어난다.Sections U 6 -U 7 of FIG. 3 ⓑ correspond to FIG. 4 (d). After U 6 , thermal ionization is partially suppressed due to negative charges accumulated in the thick oxide film, and a partial shorting with the metal base occurs. As the power is relatively reduced, the duration of the arc discharge becomes short, in other words, a micro-discharge, commonly referred to as a micro-arc, occurs.

마이크로 아크는 산화막을 점진적으로 용융시키고, 그에 따라 기지금속의 용출과 재응고 및 산화 반응이 일어나며, 산화막은 점차 두껍고 치밀해져 이 과정에서 표면이 불균질해지고 기포들이 피막 속에 붙잡혀 다공성 피막을 이루게 되는 한편, 전해액 중 성분들의 산화막 속으로의 혼입도 이때 일어난다.The micro-arc gradually melts the oxide film, thereby causing elution, resolidification, and oxidation reactions of the base metal, and the oxide film gradually becomes thick and dense, and in this process, the surface becomes heterogeneous, and bubbles are trapped in the film to form a porous film. In this case, the incorporation of components of the electrolyte into the oxide film also occurs.

도 3 ⓑ의 U7 이후에는 마이크로 방전에 의한 아크가 피막을 관통하여 금속기지에 도달하면서 강력한 아크로 전환되므로 피막의 열적 균열과 같은 파괴적 현상이 일어날 수 있다.After U 7 of FIG. 3 ⓑ, since the arc due to micro-discharge penetrates the film and reaches the metal base, it is converted into a strong arc, so that destructive phenomena such as thermal cracking of the film may occur.

도 4 (e)는 PEO 반응 막바지에서의 3층 구조 피막을 보여주는 것으로, 즉 장벽층(barrier layer)이라 불리는 기지/산화막 계면의 얇고 치밀한 내부층과, 약간의 미세 기공이 존재하지만 비교적 치밀한 중간층(functional layer)과, 다수의 미세 기공과 미세 균열이 존재하는 부서지기 쉬운 외부층(technology layer)이 그것들이만 외부층이 보이지 않는 경우도 있으며, A-type, B-type, C-type 방전은 각각 표면 근처에서의 방전, 금속 기지에 도달하는 방전, 미세 기공에서의 방전을 가리킨다.Figure 4 (e) shows a three-layer structure film at the end of the PEO reaction, that is, a thin and dense inner layer at the matrix/oxide interface called a barrier layer, and a relatively dense intermediate layer ( functional layer) and a fragile outer layer (technology layer) with a large number of micropores and microcracks, but there are cases where the outer layer is not visible, and the A-type, B-type, and C-type discharges It refers to a discharge near the surface, a discharge reaching a metal matrix, and a discharge in micropores, respectively.

참고로, 아크 방전(Arc Discharge)이라 함은 전극의 음극에 해당하는 부위에서 열전자가 방출되면서 양극과 음극 사이가 플라즈마로 도통되어 전압은 감소하고 전류가 급증하게 되는데, 이때 플라즈마의 모양이 원호(Arc)와 닮았다고 해서 아크 방전이라 하고 기체 방전의 최종 형태를 의미한다.For reference, arc discharge means that hot electrons are discharged from the part corresponding to the cathode of the electrode, and the electrode and the cathode are connected to the plasma, so that the voltage decreases and the current increases rapidly.At this time, the shape of the plasma becomes an arc ( Arc) is called arc discharge and means the final form of gas discharge.

상기 표면 처리 단계에서 PEO 반응을 위해 마그네슘 합금에 인가되는 + 전압은 400V~1KV로 하는 것이 바람직할 수 있는데, 예를 들어 400V 아래로는 도 3에서 ⓑ의 0-U4 구간에 해당하여 산화막 생성이 이루어지지 않거나 얇은 산화막만 생성되거나 얇은 산화막이 생성되더라도 마그네슘 합금 표면 전체를 덮지 못하게 되는 한편, 1KV를 넘어서는 마그네슘 합금을 심하게 손상시킬 수 있기 때문이다.In the surface treatment step, the + voltage applied to the magnesium alloy for the PEO reaction may be preferably set to 400V~1KV. For example, below 400V, the oxide film is formed in the 0-U 4 section of ⓑ in FIG. This is because even if this is not achieved or only a thin oxide film is formed or a thin oxide film is formed, the entire surface of the magnesium alloy cannot be covered, and the magnesium alloy exceeding 1KV may be severely damaged.

또한, 상기 표면 처리 단계에서 사용되는 전해조의 외측면은 도전체로 둘러싸일 수 있으며, 이는 400V~1KV와 같이 고전압이 전해조 내 마그네슘 합금으로 가해질 시에 인체에 유해한 전자파가 전해조 외부로 유출되는 것을 차단하거나 고전압이 전해조 외부로 흘러나올 시에 접지를 용이하게 하는 기능을 부여하기 위함이다.In addition, the outer surface of the electrolyzer used in the surface treatment step may be surrounded by a conductor, which prevents electromagnetic waves harmful to the human body from leaking out of the electrolyzer when a high voltage such as 400V~1KV is applied to the magnesium alloy in the electrolyzer. This is to provide a function of facilitating grounding when high voltage flows out of the electrolyzer.

추가로, 상기 표면 처리 단계에서는 마그네슘 합금 표면에 플라즈마 전해 산화 처리가 용이해지도록 교반기로 전해액을 교반하는 전해액 교반 단계를 포함하여, PEO 처리 시 전해질의 농도 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. In addition, the surface treatment step includes a stirring step of stirring the electrolyte with a stirrer to facilitate plasma electrolytic oxidation treatment on the surface of the magnesium alloy, so that a difference in concentration of the electrolyte may be prevented from occurring during PEO treatment.

일정한 온도 또한 중요한 PEO 반응의 중요한 조건임에 따라, 상기 표면 처리 단계는 마그네슘 합금 표면에 균일한 플라즈마 전해 산화 처리가 이루어지도록 전해액의 온도를 온도감지 센서 및 냉각기를 통해 일정하게 유지시키는 전해액 냉각 단계를 포함할 수 있으며, 이에 따라 PEO 반응 과정에서 전해액 온도가 올라가는 상황을 온도감지 센서가 감지하여 냉각기를 작동시켜 전해조 내 전해액의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있게 된다.As a constant temperature is also an important condition for an important PEO reaction, the surface treatment step includes an electrolyte cooling step of maintaining a constant temperature of the electrolyte through a temperature sensor and a cooler so that a uniform plasma electrolytic oxidation treatment is performed on the surface of the magnesium alloy. Accordingly, the temperature sensor detects a situation in which the temperature of the electrolyte solution increases during the PEO reaction, and operates the cooler to maintain the temperature of the electrolyte solution in the electrolyzer at a certain level.

또한, 상기 표면 처리 단계 다음으로 플라즈마 전해 산화 처리된 패널 형태의 마그네슘 합금의 테두리를 절단하는 에지 절단 단계를 더 포함할 수 있으며, 이러한 에지 절단 단계는 PEO 처리 과정에서 마그네슘 합금의 테두리 부분에 주로 아크 방전이 발생함으로 인해 그 테두리에 크랙이 생길 수 있는 점을 고려하여 PEO 처리된 마그네슘 합금의 품질을 보장하도록 수행되는 것이다. In addition, after the surface treatment step, an edge cutting step of cutting the edge of the panel-type magnesium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation treatment may be further included, and this edge cutting step is mainly performed on the edge of the magnesium alloy during the PEO treatment. This is performed to ensure the quality of the PEO-treated magnesium alloy in consideration of the fact that a crack may occur in the edge due to the occurrence of discharge.

상기 도료 도포 단계에서는 특히 무기 폴리실라잔을 함유한 도료를 사용하게 되며, 무기 폴리실라잔에 대한 설명은 아래와 같다.In the paint application step, in particular, a paint containing inorganic polysilazane is used, and the description of the inorganic polysilazane is as follows.

도 5는 무기 폴리실라잔의 화학구조를 도시한 도면이다.5 is a diagram showing the chemical structure of an inorganic polysilazane.

폴리실라잔(Polysilazane)은 Si 또는 N 원자에 치환된 관능기(methyl, vinyl group)의 탄소 포함 유무에 따라 무기 폴리실라잔과 유기 폴리실라잔으로 구분되는데, 현재까지 유무기 폴리실라잔의 경우 이산화규소, 질화규소 및 질화탄화규소층을 형성하기 위해 세라믹 전구체로 주로 사용되었으며 용액 공정으로 비교적 쉽게 박막의 형성이 가능하고 1,000℃ 이상에서 고온 열분해 후 수득율이 80% 이상이며 공정단가 및 시간을 절약할 수 있다는 장점이 있다. 또한 기재와의 부착력이 우수하여 다양한 기재에 적용이 가능하며 내스크래치성, 내부식성, 내화학성, 내열성, 내구성 등이 우수한 특징을 갖고 있다.Polysilazane is classified into inorganic polysilazane and organic polysilazane depending on the presence or absence of carbon in a functional group (methyl, vinyl group) substituted on Si or N atoms. Until now, organic-inorganic polysilazane It is mainly used as a ceramic precursor to form silicon, silicon nitride, and silicon nitride carbide layers, and it is possible to form a thin film relatively easily by a solution process, and the yield is 80% or more after high-temperature pyrolysis at 1,000℃ or higher, saving process cost and time. There is an advantage of being. In addition, it has excellent adhesion to the substrate, so it can be applied to various substrates, and has excellent features such as scratch resistance, corrosion resistance, chemical resistance, heat resistance, and durability.

특히, 무기 폴리실라잔(Perhydropolysilazane)의 경우 분자 구조가 Si-N, Si-H, N-H로 이루어져 있어 고온 열처리 혹은 습열 처리 시에 주변의 산소, 수분과 쉽게 반응하여 열분해 혹은 가수분해에 의하여 유리와 유사한 특성을 갖는 SiO2로 전환이 가능하기 때문에, 실리카 막으로 전환 후 TMO(Tetramethyl orthosilicate) 또는 TEOS(Tetraethyl orthosilicate) 같은 유기 실란에 비해 투명하고 고밀도, 고경도, 내화학성 및 광학 특성이 우수한 필름을 형성할 수 있어 최근에는 자동차, 섬유, 코팅제, 세라믹 복합재료, 항공우주산업 등에 그 응용 범위를 넓히고 있다.In particular, inorganic polysilazane (Perhydropolysilazane) has a molecular structure of Si-N, Si-H, and NH, so it easily reacts with surrounding oxygen and moisture during high-temperature heat treatment or moist heat treatment, resulting in glass and glass by thermal decomposition or hydrolysis. Since it can be converted to SiO 2 with similar properties, it is transparent and has high density, high hardness, chemical resistance and optical properties compared to organic silanes such as TMO (Tetramethyl orthosilicate) or TEOS (Tetraethyl orthosilicate) after conversion to a silica film. In recent years, it is expanding its application range to automobiles, textiles, coatings, ceramic composite materials, and aerospace industries.

상기 도료 도포 단계는 세부적으로 스핀 코팅기에 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금을 수평하게 배치하는 단계와, 스핀 코팅기에 배치된 마그네슘 합금 표면에 무기 폴리실라잔을 함유한 도료를 전체적으로 도포하는 단계와, 도료가 도포된 마그네슘 합금 및 스핀 코팅기를 덮개로 밀폐시키는 단계와, 도료가 도포된 마그네슘 합금 표면을 스핀 코팅기로 회전시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.The paint application step includes horizontally placing a plasma electrolytically oxidized magnesium alloy in a spin coater, applying a paint containing inorganic polysilazane as a whole on the surface of the magnesium alloy disposed in the spin coater, and It may include sealing the coated magnesium alloy and the spin coater with a cover, and rotating the surface of the coated magnesium alloy with the spin coater.

상기 도료 도포 단계의 기술된 바와 같은 과정 이외에도 딥 코팅(Dip Coating) 방식에 따라 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금을 도료에 침지시켜 도료를 도포할 수도 있다. In addition to the process as described in the coating coating step, a coating material may be applied by immersing a magnesium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation according to a dip coating method in the coating material.

도 6은 무기 폴리실라잔의 경화 메커니즘을 도시한 도면이고, 도 7은 기질 표면과 무기 폴리실라잔의 결합 시 구조를 나타낸 도면이다.6 is a diagram showing a curing mechanism of inorganic polysilazane, and FIG. 7 is a diagram showing a structure when a substrate surface and inorganic polysilazane are combined.

도 6 및 도 7을 참조로 하면, 무기 폴리실라잔이 공기 중의 산소(O2)와 수증기(H2O)를 만나게 되면 암모니아(NH3)와 수소(H2) 기체가 날아가면서 Si와 O로만 이루어진 그물구조를 가지게 되고, PEO 처리된 마그네슘 합금 표면에 무기 폴리실라잔을 함유한 도료를 도포하게 되면 도 7과 같은 구조를 형성하게 된다.6 and 7, when inorganic polysilazane meets oxygen (O 2 ) and water vapor (H 2 O) in the air, ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ) gases fly away, while Si and O It has a net structure made of only rho, and when a paint containing inorganic polysilazane is applied to the surface of the PEO-treated magnesium alloy, a structure as shown in FIG. 7 is formed.

여기서, 상기 도료 도포 단계에서는 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금 면적 10 cm2당 도료를 0.1 ml ~ 4.0 ml 도포하여 합금 표면상에 전체적으로 도료가 코팅되도록 하면서 흘러내리지 않도록 하는 것이 바람직하다.Here, in the coating process, it is preferable to apply 0.1 ml to 4.0 ml of the coating per 10 cm 2 of the magnesium alloy treated with plasma electrolytic oxidation so that the coating is coated on the entire surface of the alloy and does not flow down.

기술된 바와 같은 상기 도료 도포 단계에 따르면, PEO 처리된 마그네슘 합금을 스핀 코팅기에 수평하게 안착시킨 다음 무기 폴리실라잔을 함유한 도료를 도포 후 덮개로 밀폐시킨 상태에서 스핀 코팅기를 회전시키게 되면 다른 도포 방식에 비하여 원심력에 의해 도료를 PEO 처리된 마그네슘 합금상에 균일하게 도포할 수 있다.According to the coating coating step as described above, if the PEO-treated magnesium alloy is horizontally seated on a spin coater, then the paint containing inorganic polysilazane is applied and the spin coater is rotated while sealing it with a cover. Compared to the method, the paint can be evenly applied on the PEO-treated magnesium alloy by centrifugal force.

도 8은 본 발명에 따라 PEO 처리된 마그네슘 합금상에 도료를 코팅한 상태를 나타낸 모식도이다.8 is a schematic diagram showing a state in which a paint is coated on a PEO-treated magnesium alloy according to the present invention.

상기 도료 경화 단계를 거치게 되면 마그네슘 합금 표면이 도 8과 같이 변화되어 경도를 확보하면서, 내스크래치성, 지문이 잘 묻지 않는 특성을 갖게 된다.When the coating is passed through the curing step, the surface of the magnesium alloy is changed as shown in FIG. 8 to secure hardness, and has scratch resistance and fingerprint resistance.

그리고, 상기 도료 경화 단계에서는 110℃~130℃ 분위기 하에서 50분~80분 동안 마그네슘 합금상에 도포된 도료를 경화시키게 되는데, 자연 건조시에는 수일간 너무 오래 건조시켜야 하고 130℃를 넘어서는 도료 코팅층에 건조과정에서 균열이 생길 수 있음에 따라 위와 같은 건조 조건이 가장 바람직하다.And, in the paint curing step, the paint applied on the magnesium alloy is cured for 50 to 80 minutes in an atmosphere of 110°C to 130°C. In the case of natural drying, the paint applied on the magnesium alloy must be dried too long for several days and applied to the paint coating layer exceeding 130°C. As cracks may occur during the drying process, the above drying conditions are most preferable.

도 9는 도료 도포량에 따른 본 발명의 마그네슘 합금 표면을 SEM으로 촬영한 사진이다.9 is a photograph taken by SEM of the surface of the magnesium alloy of the present invention according to the coating amount.

도 9를 참조로 하면, (a)는 도료가 코팅되지 않은 마그네슘 합금 표면의 SEM 촬영 사진이고, (b), (c), (d), (e)는 10 cm2 면적을 갖는 마그네슘 합금의 표면상에 도료를 각각 0.5 ml, 1.0 ml, 1.5 ml, 2.0 ml 도포 및 경과시킨 후 SEM 촬영한 사진이며, 본 발명에 따라 PEO 처리 후 무기 폴리실라잔이 도포된 마그네슘 합금의 표면 상태를 SEM(Scanning Electron Microscopy)을 통해 확인한 결과, 사진 (b) 내지 (e)에서와 같이 금속 본연의 질감이 유지하면서 표면 경도 향상과 지문이 묻지 않는 특성을 확보할 수 있었다.Referring to FIG. 9, (a) is an SEM photograph of the surface of the magnesium alloy without coating, and (b), (c), (d), and (e) are of the magnesium alloy having an area of 10 cm 2 . This is a photograph taken by SEM after applying and passing 0.5 ml, 1.0 ml, 1.5 ml, and 2.0 ml of paint on the surface, respectively, and the surface condition of the magnesium alloy coated with inorganic polysilazane after PEO treatment according to the present invention is shown in SEM ( As a result of checking through Scanning Electron Microscopy), as shown in photos (b) to (e), while maintaining the original texture of the metal, it was possible to improve the surface hardness and secure the characteristics of fingerprint-free.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.In the description of the present invention with reference to the accompanying drawings above, a specific shape and direction have been mainly described, but the present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and such modifications and changes are included in the scope of the present invention. Should be interpreted as.

Claims (11)

전해액이 수용된 전해조 내에 대향 배치된 마그네슘 합금에 각각 + 전압과 - 전압을 인가하여 마그네슘 합금 표면을 플라즈마 전해 산화 처리하기 위한 표면 처리 단계와;
상기 표면처리 단계를 통해 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금 표면상에 무기 폴리실라잔(Perhydropolysilazane)을 함유한 도료를 도포하는 도료 도포 단계와;
상기 도료 도포단계를 거쳐 마그네슘 합금상에 도포된 도료를 경화시키는 도료 경화 단계;를 포함하고,
상기 표면 처리 단계에서는,
상기 마그네슘 합금 표면에 플라즈마 전해 산화 처리가 용이해지도록 교반기로 전해액을 교반하는 전해액 교반 단계와,
상기 마그네슘 합금 표면에 균일한 플라즈마 전해 산화 처리가 이루어지도록 전해액의 온도를 온도감지 센서 및 냉각기를 통해 일정하게 유지시키는 전해액 냉각 단계를 포함하고,
상기 표면 처리 단계 다음으로 플라즈마 전해 산화 처리된 패널 형태의 마그네슘 합금의 테두리를 절단하는 에지 절단 단계를 더 포함하고,
상기 도료 도포 단계는,
스핀 코팅기에 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금을 수평하게 배치하는 단계와,
상기 스핀 코팅기에 배치된 마그네슘 합금 표면에 무기 폴리실라잔을 함유한 도료를 전체적으로 도포하는 단계와,
상기 도료가 도포된 마그네슘 합금 및 스핀 코팅기를 덮개로 밀폐시키는 단계와,
상기 도료가 도포된 마그네슘 합금 표면을 스핀 코팅기로 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법.
A surface treatment step for plasma electrolytic oxidation treatment of the magnesium alloy surface by applying a + voltage and a-voltage to the magnesium alloy oppositely disposed in the electrolytic cell containing the electrolyte solution;
A paint coating step of applying a paint containing inorganic polysilazane on the surface of the magnesium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation through the surface treatment step;
Including; a paint curing step of curing the paint applied on the magnesium alloy through the paint application step,
In the surface treatment step,
An electrolyte stirring step of stirring the electrolyte with a stirrer to facilitate plasma electrolytic oxidation treatment on the surface of the magnesium alloy; and
An electrolyte cooling step of maintaining a constant temperature of the electrolyte through a temperature sensing sensor and a cooler so that a uniform plasma electrolytic oxidation treatment is performed on the surface of the magnesium alloy,
After the surface treatment step, further comprising an edge cutting step of cutting the edge of the panel-type magnesium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation,
The paint application step,
Placing a plasma electrolytically oxidized magnesium alloy horizontally in a spin coater,
Applying a coating material containing inorganic polysilazane as a whole on the surface of the magnesium alloy disposed in the spin coater; and
Sealing the magnesium alloy coated with the paint and the spin coater with a cover,
Inorganic polysilazane coating method on the surface of the magnesium alloy comprising the step of rotating the surface of the magnesium alloy coated with the paint with a spin coater.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서 인가되는 + 전압은 400V~1KV인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Inorganic polysilazane coating method on the surface of the magnesium alloy, characterized in that the + voltage applied in the surface treatment step is 400V to 1KV.
청구항 1에 있어서,
상기 표면 처리 단계에서 사용되는 전해조의 외측면은 도전체로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Inorganic polysilazane coating method on the surface of the magnesium alloy, characterized in that the outer surface of the electrolytic bath used in the surface treatment step is surrounded by a conductor.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 도료 도포 단계에서는 플라즈마 전해 산화 처리된 마그네슘 합금 면적 10 cm2당 도료를 0.1 ml ~ 4.0 ml 도포하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법.
The method according to claim 1,
In the paint application step, the inorganic polysilazane coating method on the surface of the magnesium alloy, characterized in that 0.1 ml to 4.0 ml of the paint per 10 cm 2 of the plasma electrolytic oxidation treatment is applied.
청구항 1에 있어서,
상기 도료 경화 단계에서는 110℃~130℃ 분위기 하에서 50분~80분 동안 마그네슘 합금상에 도포된 도료를 경화시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 표면상의 무기 폴리실라잔 코팅 방법.
The method according to claim 1,
In the paint curing step, the inorganic polysilazane coating method on the surface of the magnesium alloy, characterized in that curing the paint applied on the magnesium alloy for 50 to 80 minutes in an atmosphere of 110 ℃ ~ 130 ℃.
청구항 1, 3, 4, 9 및 10 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 형성된 마그네슘 합금.
Magnesium alloy formed by the method according to any one of claims 1, 3, 4, 9 and 10.
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