KR102181085B1 - 도로 구조물 또는 건축 구조물용 기능성 알루미늄 소재 제조방법 - Google Patents

도로 구조물 또는 건축 구조물용 기능성 알루미늄 소재 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도로 구조물 또는 건축 구조물용 기능성 알루미늄 소재 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법은 양극산화 전압 및 시간 조절을 통해 알루미늄 합금 표면에 형성되는 양극산화 알루미늄층의 기공 모양, 직경 및 밀도를 필라-온-포어 등 다양한 형태로 구현함으로써, 3차원 형상의 양극산화 피막 구조가 제어된 알루미늄 합금을 저비용으로 짧은 시간 내에 제조할 수 있는 경제적 효과를 가지며, 상기 방법으로 제조된 양극산화 피막 구조가 제어된 알루미늄 합금은 초소수성, 내식성 및 시인성이 우수하므로, 가드레일 등 도로 구조물 또는 건축 구조물의 소재로 이용할 수 있다.

Description

도로 구조물 또는 건축 구조물용 기능성 알루미늄 소재 제조방법{Manufacturing method of functional aluminum alloy materials for road structures or building structures}
본 발명은 도로 구조물 또는 건축 구조물용 기능성 알루미늄 소재 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 소수성 표면을 갖는 알루미늄 합금 도로 구조물 또는 건축 구조물에 관한 것이다.
규칙적인 육각형 구조로 배열된 나노 크기의 기공을 가진 알루미늄 산화 피막은 1995년 처음 연구되어 보고된 이래로, 최근 응용 범위 확대로 알루미늄 양극 산화 공정을 이용하여 탄소 나노 튜브, 나노 와이어 등과 같은 나노 기술에 사용되고 있으며, 그 밖에 다양한 나노 기술 연구가 활발히 진행되고 있다.
알루미늄 양극산화 피막의 기공의 직경(Pore diameter; DP)과 기공과 기공간의 간격(Interpore distance; Dint)은 태양 전지, LED 등 광전소자와 금속 나노 와이어와 같은 나노 기술에 중요한 요소로서, 관련 응용 분야 및 장치에서의 성능에 직접적인 영향을 준다.
전기화학적 양극산화 처리 공정은 70년 이상 금속 재료의 표면 처리에 사용되어 왔다. 양극산화 공정을 통해 제작된 나노 구조물은 값 비싼 전자 리소그래피나 실리콘을 이용한 반도체 식각 공정에 비해 적은 예산과 시간으로 나노 구조물을 구현 할 수 있다. 그러나 이러한 양극산화 피막의 경우 측면 치수만 제어 가능한 2차원 다공성 배열을 가지고 있다.
또한, 알루미늄 합금의 산 전해질의 종류 및 농도를 조절한 규칙적으로 배열된 양극산화 알루미늄 피막 제작에 있어서는 수산법, 황산법, 인산법 등 많은 연구와 기술들이 발전되어지고 있으나, 산 전해질 종류와 농도의 변화에 의한 양극산화 공정은 기공의 직경과 기공과 기공의 간격의 증가에 한계가 있으며, 이러한 기술 역시 2차원 다공성 양극산화 피막 제작만이 가능하다.
기공 상부에 날카로운 기둥(pillar)이 단일(single) 또는 번들(bundle) 형태로 형성된 구조인 필라-온-포어(pillar-on-pore, POP) 구조는, 기존의 평면 육각형 다공성 표면보다 높은 접촉각(contact angle) 및 낮은 접촉이력각(contact angle hysteresis)을 가지며, 이에 따라 우수한 초소수성 특성을 갖는다. 또한, 필라-온-포어 구조는 수력 역학 항력 감소, 부식방지(anticorrosion), 생물 부착방지(antibiofouling), 이빙(anti-icing) 등의 특성을 가지므로, 스마트폰, 가전제품 등의 표면을 구현하는데 큰 역할을 할 수 있다. 그러나 이러한 필라-온-포어 구조를 반도체 또는 순도 높은 알루미늄 기판 상에 형성하는 기술은 연구된 바 있으나, 합금 상에 형성하는 것은 매우 어려운 실정이며, 아직까지 연구된 바 없다. 일반적으로 순도가 높은 알루미늄 기판으로부터 3차원 형상의 다공성 배열을 가진 구조물을 제조하는 기술에 관한 연구가 많이 이루어져 있으나, 실제 산업에서는 순도 높은 알루미늄 기판보다는 합금 형태로 이용되고 있으며, 순도 높은 알루미늄 기판을 대상으로 연구된 기술을 실제 상용화에 이용되는 알루미늄 합금에 적용할 경우, 형성 제어가 동일하게 재현되기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 일반적으로 가드레일은 도로변에 설치된 각 지주에 결합되어 구성되며, 주로 교각이나, 고가 도로 및 커브길 등의 도로변에 설치되어 운전 부주의나 교통사고로 인해 차량이 다리 밑이나 도로 주변의 낭떠러지로 추락하는 것을 방지한다. 상기 지주와 가드레일을 포함하여, 표지판 지주, 가로등 지주 등의 도로 구조물은 강성의 금속재질로 이루어지며, 부식을 방지하기 위한 용융아연으로 도금되나, 용융아연도금된 종래의 도로 구조물은 지나치게 빠른 활성으로 인해 빗물등에 의하여 도금층이 쉽게 산화되어 거친 산화표면으로 변화됨에 따라 매연과 먼지 등의 오염물이 쉽게 부착될 뿐만 아니라 세척이 용이하지 않은 문제점이 있어, 산화 및 오염을 방지하기 위한 초발수 코팅이 연구되어 왔다.
이에, 본 출원인은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고, 3차원 형상의 다공성 배열을 가진 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 피막의 제조방법 및 상기 합금 상에 필라-온-포어 구조 형성 방법을 개발하기 위하여, 프리패터닝(pre-patterning)된 알루미늄 합금에 양극 산화 전압을 조절하여 2차 및 3차 양극 산화 공정을 수행함으로써, 필라-온-포어 등 다양한 구조의 3차원 형상의 다공성 피막을 제작하여 본 발명을 완성하였다.
한국등록특허 제10-0935964호
본 발명의 목적은 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되는 소수성 표면을 갖는 알루미늄 합금 도로 구조물 또는 건축 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조되는 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 소수성 표면을 갖는 알루미늄 합금 도로 구조물 또는 건축 구조물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄(aluminum) 합금을 30-50V에서 5-15시간 동안 1차 양극산화 처리한 후, 에칭하여 1차 양극산화 피막을 제거하는 프리패터닝(pre-patterning) 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 프리패터닝이 완료된 알루미늄 합금을 2차 양극산화 처리하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 2차 양극산화 처리된 알루미늄 합금을 기공 확장(pore widening)하는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 기공 확장이 완료된 알루미늄 합금을 3차 양극산화 처리하는 단계(단계 4);를 포함하고, 상기 단계 2의 2차 양극산화 및 상기 단계 4의 3차 양극산화는 각각 20-50V에서 10-50분 동안 양극산화하는 연질 양극산화(mild anodizing) 조건; 및 60-90V에서 10-50초 동안 양극산화하는 경질 양극산화(hard anodizing) 조건; 중 어느 하나의 조건을 이용하여 양극산화 처리하는 것을 특징으로 하는, 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 소수성 표면을 갖는 알루미늄 합금 도로 구조물 또는 건축 구조물을 제공한다.
나아가, 본 발명은 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄(aluminum) 합금을 30-50V에서 5-15시간 동안 1차 양극산화 처리한 후, 에칭하여 1차 양극산화 피막을 제거하는 프리패터닝(pre-patterning) 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 프리패터닝이 완료된 알루미늄 합금을 2차 양극산화 처리하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 2차 양극산화 처리된 알루미늄 합금을 0.01-10M 인산(H3PO4) 용액에 55-65분 동안 침지하여 기공 확장(pore widening)하는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 기공 확장이 완료된 알루미늄 합금을 3차 양극산화 처리하는 단계(단계 4);를 포함하고, 상기 단계 2의 2차 양극산화 및 상기 단계 4의 3차 양극산화는 각각 70-90V에서 20-40초 동안 양극산화하는 경질 양극산화(hard anodizing) 조건을 이용하여 양극산화 처리하는 것을 특징으로 하는, 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법을 제공한다.
더 나아가, 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 소수성 표면을 갖는 알루미늄 합금 도로 구조물 또는 건축 구조물을 제공한다.
본 발명의 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법은, 양극산화 전압 및 시간 조절을 통해 알루미늄 합금 표면에 형성되는 양극산화 알루미늄층의 기공 모양, 직경 및 밀도를 필라-온-포어 등 다양한 형태로 구현함으로써, 3차원 형상의 양극산화 피막 구조가 제어된 알루미늄 합금을 저비용으로 짧은 시간 내에 제조할 수 있는 경제적 효과를 가지며, 상기 방법으로 제조된 양극산화 피막 구조가 제어된 알루미늄 합금은 초소수성, 내식성 및 시인성이 우수하므로, 가드레일 등 도로 구조물 또는 건축 구조물의 소재로 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막의 표면(top view) 및 횡단면(cross view)의 3차원 구조를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 이미지이다; 이때, MA는 40V에서 30분, HA는 80V에서 30초 및 PW는 30℃에서 30분동안 실시하였으며, 표면 및 횡단면의 스케일바(scale bar)는 각각 200㎚ 및 1㎛이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 5 내지 8의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막의 표면(top view) 및 횡단면(cross view)의 3차원 구조를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 이미지이다; 이때, MA는 40V에서 30분, HA는 80V에서 30초 및 PW는 30℃에서 40분동안 실시하였으며, 표면 및 횡단면의 스케일바(scale bar)는 각각 200㎚ 및 1㎛이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 9 내지 12의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막의 표면(top view) 및 횡단면(cross view)의 3차원 구조를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 이미지이다; 이때, MA는 40V에서 30분, HA는 80V에서 30초 및 PW는 30℃에서 50분동안 실시하였으며, 표면 및 횡단면의 스케일바(scale bar)는 각각 200㎚ 및 1㎛이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 13 내지 16의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막의 표면(top view) 및 횡단면(cross view)의 3차원 구조를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 이미지이다; 이때, MA는 40V에서 30분, HA는 80V에서 30초 및 PW는 30℃에서 60분동안 실시하였으며, 표면 및 횡단면의 스케일바(scale bar)는 각각 200㎚ 및 1㎛이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막에 FDTS 코팅 후 물방울에 대한 접촉각을 측정한 결과를 나타낸 이미지이다; (a) 대조군(control), (b) 실시예 1(MA→PW→MA), (c) 실시예 2(MA→PW→HA), (d) 실시예 3(HA→PW→MA) 및 (e) 실시예 4(HA→PW→HA).
도 6은 본 발명에 따른 실시예 5 내지 8의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막에 FDTS 코팅 후 물방울에 대한 접촉각을 측정한 결과를 나타낸 이미지이다; (a) 대조군(control), (b) 실시예 5(MA→PW→MA), (c) 실시예 6(MA→PW→HA), (d) 실시예 7(HA→PW→MA) 및 (e) 실시예 8(HA→PW→HA).
도 7은 본 발명에 따른 실시예 9 내지 12의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막에 FDTS 코팅 후 물방울에 대한 접촉각을 측정한 결과를 나타낸 이미지이다; (a) 대조군(control), (b) 실시예 9(MA→PW→MA), (c) 실시예 10(MA→PW→HA), (d) 실시예 11(HA→PW→MA) 및 (e) 실시예 12(HA→PW→HA).
도 8은 본 발명에 따른 실시예 13 내지 16의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막에 FDTS 코팅 후 물방울에 대한 접촉각을 측정한 결과를 나타낸 이미지이다; (a) 대조군(control), (b) 실시예 13(MA→PW→MA), (c) 실시예 14(MA→PW→HA), (d) 실시예 15(HA→PW→MA) 및 (e) 실시예 16(HA→PW→HA).
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법
본 발명은 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄(aluminum) 합금을 30-50V에서 5-15시간 동안 1차 양극산화 처리한 후, 에칭하여 1차 양극산화 피막을 제거하는 프리패터닝(pre-patterning) 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 프리패터닝이 완료된 알루미늄 합금을 2차 양극산화 처리하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 2차 양극산화 처리된 알루미늄 합금을 기공 확장(pore widening)하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 기공 확장이 완료된 알루미늄 합금을 3차 양극산화 처리하는 단계(단계 4);를 포함하고,
상기 단계 2의 2차 양극산화 및 상기 단계 4의 3차 양극산화는 각각 20-50V에서 10-50분 동안 양극산화하는 연질 양극산화(mild anodizing) 조건; 및 60-90V에서 10-50초 동안 양극산화하는 경질 양극산화(hard anodizing) 조건; 중 어느 하나의 조건을 이용하여 양극산화 처리하는 것을 특징으로 하는,
도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법을 제공한다.
일반적으로, 고체 표면에 물방울이 접촉했을 때, 물방울의 접촉각이 120∼150°의 범위에 해당하는 경우, 소수성(hydrophobic)으로 정의되며, 접촉각이 150° 이상인 경우에는 초소수성(super hydrophobic), 170° 이상인 경우에는 울트라 초소수성(ultra super hydrophobic)이라고 정의된다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 단계 3의 기공 확장은 상기 단계 2의 2차 양극산화 처리를 거친 알루미늄 합금을 0.01-10M 인산(H3PO4) 용액에 20-70분 동안 침지하는 것일 수 있다. 바람직하게는 0.01-1.0M 인산 용액에 45-65분 동안 침지하는 것일 수 있고, 더 바람직하게는 0.05-0.5M 인산 용액에 55-65분 동안 침지하는 것일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 0.08-0.2M 인산 용액에 58-62분 동안 침지하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 2차 양극산화에 의해 2차 양극산화 알루미늄층이 형성되고, 상기 3차 양극산화에 의해 3차 양극산화 알루미늄층이 형성될 수 있다. 이때, 2차 양극산화에 의한 2차 양극산화 알루미늄층 영역은 알루미늄 합금 표면과 거리가 먼 외측에 형성되고, 3차 양극산화에 의한 3차 양극산화 알루미늄층 영역은 알루미늄 합금 표면과 가까운 내측에 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 단계 2의 2차 양극산화는 70-90V에서 20-40초 동안 경질 양극산화 처리하고, 상기 단계 3의 기공 확장은 0.01-10M 인산(H3PO4) 용액에 45-65분 동안 침지하고, 상기 단계 4의 3차 양극산화는 70-90V에서 20-40초 동안 경질 양극산화 처리하는 것일 수 있고, 바람직하게는, 상기 단계 2의 2차 양극산화는 70-90V에서 20-40초 동안 경질 양극산화 처리하고, 상기 단계 3의 기공 확장은 0.01-5.0M 인산(H3PO4) 용액에 55-65분 동안 침지하고, 상기 단계 4의 3차 양극산화는 70-90V에서 20-40초 동안 경질 양극산화 처리하는 것일 수 있고, 더 바람직하게는 상기 단계 2의 2차 양극산화는 75-85V에서 25-35초 동안 경질 양극산화 처리하고, 상기 단계 3의 기공 확장은 0.05-1.0M 인산(H3PO4) 용액에 55-65분 동안 침지하고, 상기 단계 4의 3차 양극산화는 75-85V에서 25-35초 동안 경질 양극산화 처리하는 것일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 상기 단계 2의 2차 양극산화는 78-82V에서 28-32초 동안 경질 양극산화 처리하고, 상기 단계 3의 기공 확장은 0.05-0.5M 인산(H3PO4) 용액에 28-32분 동안 침지하고, 상기 단계 4의 3차 양극산화는 78-82V에서 28-32초 동안 경질 양극산화 처리하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 알루미늄 합금 표면에 형성되는 3차원 형상의 양극산화 알루미늄(anodic aluminum oxide) 층의 기공 직경(pore diameter) 및 기공과 기공간의 간격(interpore distance) 중 어느 하나 이상을 제어함으로써 소수성이 발현되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 형성되는 3차원 형상의 양극산화 알루미늄 층은 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조를 갖는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 알루미늄 합금 표면의 양극산화 피막 구조 제어는 2차 양극산화 알루미늄층의 기공 직경이 3차 양극산화 알루미늄층의 기공 직경보다 큰 계층적(hierarchical) 구조가 되도록 제어하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 단계 1의 1차 양극산화, 단계 2의 2차 양극산화 및 단계 3의 3차 양극산화가 이루어지는 전해액은 각각 황산(sulfuric acid, H2SO4), 인산(phosphoric acid, H3PO4), 옥살산(oxalic acid, C2H2O4), 크롬산(chromic acid), 불산(hydrofluoric acid), 인산수소칼륨(dipotassium phosphate, K2HPO4) 중에 어느 하나를 사용하거나 이들의 혼합액 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 전해액이 담긴 산화처리 반응조에 양극산화 하고자 하는 금속이 형성된 재료를 작동 전극으로 하여 양극을 걸어 준 다음, 백금(Pt) 또는 카본(carbon) 전극을 상대(counter) 전극으로 하여 음극을 걸어 주어서 산화시켜 이루어지는 것일 수 있다. 바람직하게 상기 전해액은 0.1-0.5M 옥살산을 전해액으로 사용하여 -5 내지 10℃의 온도에서 이루어지는 것일 수 있고, 더 바람직하게는 0.2-0.4M 옥살산 전해액 및 -2 내지 2℃의 온도에서 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 단계 1의 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금은 Al-Mg계 등의 5000계열 알루미늄 합금일 수 있고, 상기 5000 계열 알루미늄 합금은 Al 5005, Al 5023, Al 5042, Al 5052, Al 5054, Al 5056, Al 5082, Al 5083, Al 5084, Al 5086, Al 5154, Al 5182, Al 5252, Al 5352, Al 5383, Al 5454, Al 5456, Al 5457, Al 5657 및 Al 5754로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 도로 구조물은 가드레일, 가드레일 지주, 가로등 지주, 신호등, 표지판 또는 과속적발 카메라를 취부하기 위한 교통 신호대 지주 및 이정표 지주로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 상기 건축 구조물은 샷시 및 엘리베이터 부품 중 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
소수성 표면을 갖는 알루미늄 합금 도로 구조물 또는 건축 구조물
또한, 본 발명은 상기 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면을 소수성으로 처리하는 방법으로 제조되는 소수성 표면을 갖는 알루미늄 합금 도로 구조물 또는 건축 구조물을 제공한다.
본 발명에 따른 상기 알루미늄 합금은 표면에 3차원 형상의 양극산화 알루미늄(anodic aluminum oxide)층이 형성되어 있는 것일 수 있다.
상기 도로 구조물은 가드레일, 가드레일 지주, 가로등 지주, 신호등, 표지판 또는 과속적발 카메라를 취부하기 위한 교통 신호대 지주 및 이정표 지주로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 상기 건축 구조물은 샷시 및 엘리베이터 부품 중 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법
또한, 본 발명은 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄(aluminum) 합금을 30-50V에서 5-15시간 동안 1차 양극산화 처리한 후, 에칭하여 1차 양극산화 피막을 제거하는 프리패터닝(pre-patterning) 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 프리패터닝이 완료된 알루미늄 합금을 2차 양극산화 처리하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 2차 양극산화 처리된 알루미늄 합금을 0.01-10M 인산(H3PO4) 용액에 45-65분 동안 침지하여 기공 확장(pore widening)하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 기공 확장이 완료된 알루미늄 합금을 3차 양극산화 처리하는 단계(단계 4);를 포함하고,
상기 단계 2의 2차 양극산화 및 상기 단계 4의 3차 양극산화는 각각 70-90V에서 20-40초 동안 양극산화하는 경질 양극산화(hard anodizing) 조건을 이용하여 양극산화 처리하는 것을 특징으로 하는,
도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 단계 2의 2차 양극산화 및 상기 단계 4의 3차 양극산화는 각각 75-85V에서 25-35초 동안 양극산화하는 경질 양극산화(hard anodizing) 조건을 이용하여 양극산화 처리하고, 상기 단계 3의 기공 확장은 상기 단계 2의 2차 양극산화 처리를 거친 알루미늄 합금을 0.05-1.0M 인산(H3PO4) 용액에 55-65분 동안 침지하는 것일 수 있고, 바람직하게는, 상기 단계 2의 2차 양극산화 및 상기 단계 4의 3차 양극산화는 각각 78-82V에서 28-32초 동안 양극산화하는 경질 양극산화(hard anodizing) 조건을 이용하여 양극산화 처리하고, 상기 단계 3의 기공 확장은 상기 단계 2의 2차 양극산화 처리를 거친 알루미늄 합금을 0.05-0.5M 인산(H3PO4) 용액에 58-62분 동안 침지하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 2차 양극산화에 의해 2차 양극산화 알루미늄층이 형성되고, 상기 3차 양극산화에 의해 3차 양극산화 알루미늄층이 형성될 수 있다. 이때, 2차 양극산화에 의한 2차 양극산화 알루미늄층 영역은 알루미늄 합금 표면과 거리가 먼 외측에 형성되고, 3차 양극산화에 의한 3차 양극산화 알루미늄층 영역은 알루미늄 합금 표면과 가까운 내측에 형성되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 알루미늄 합금 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 알루미늄(anodic aluminum oxide)층이 형성됨으로써 우수한 소수성이 발현되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 단계 1의 1차 양극산화, 단계 2의 2차 양극산화 및 단계 3의 3차 양극산화가 이루어지는 전해액은 각각 황산(sulfuric acid, H2SO4), 인산(phosphoric acid, H3PO4), 옥살산(oxalic acid, C2H2O4), 크롬산(chromic acid), 불산(hydrofluoric acid), 인산수소칼륨(dipotassium phosphate, K2HPO4) 중에 어느 하나를 사용하거나 이들의 혼합액 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 전해액이 담긴 산화처리 반응조에 양극산화 하고자 하는 금속이 형성된 재료를 작동 전극으로 하여 양극을 걸어 준 다음, 백금(Pt) 또는 카본(carbon) 전극을 상대(counter) 전극으로 하여 음극을 걸어 주어서 산화시켜 이루어지는 것일 수 있다. 바람직하게 상기 전해액은 0.1-0.5M 옥살산을 전해액으로 사용하여 -5 내지 10℃의 온도에서 이루어지는 것일 수 있고, 더 바람직하게는 0.2-0.4M 옥살산 전해액 및 -2 내지 2℃의 온도에서 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 단계 1의 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금은 Al-Mg계 등의 5000 계열 알루미늄 합금일 수 있고, 상기 5000 계열 알루미늄 합금은 Al 5005, Al 5023, Al 5042, Al 5052, Al 5054, Al 5056, Al 5082, Al 5083, Al 5084, Al 5086, Al 5154, Al 5182, Al 5252, Al 5352, Al 5383, Al 5454, Al 5456, Al 5457, Al 5657 및 Al 5754로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 도로 구조물은 가드레일, 가드레일 지주, 가로등 지주, 신호등, 표지판 또는 과속적발 카메라를 취부하기 위한 교통 신호대 지주 및 이정표 지주로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 상기 건축 구조물은 샷시 및 엘리베이터 부품 중 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법은 알루미늄 합금 하우징 표면 상에 POP 형태의 양극산화 피막을 저비용으로 빠른 시간 내에 제조할 수 있는 경제적 효과를 갖는다.
필라-온- 포어 (pillar-on-pore) 구조의 소수성 표면을 갖는 알루미늄 합금 도로 구조물 또는 건축 구조물
또한, 본 발명은 상기 도로 구조물 또는 건축 구조물용 알루미늄 합금 소재의 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법으로 제조되는 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 소수성 표면을 갖는 알루미늄 합금 도로 구조물 또는 건축 구조물을 제공한다.
상기 도로 구조물은 가드레일, 가드레일 지주, 가로등 지주, 신호등, 표지판 또는 과속적발 카메라를 취부하기 위한 교통 신호대 지주 및 이정표 지주로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 상기 건축 구조물은 샷시 및 엘리베이터 부품 중 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에서는 본 발명에 따른 상기 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 초소수성 표면을 갖는 양극산화 피막이 형성된 알루미늄 합금의 물에 대한 젖음성이 매우 낮고, 초소수성(초발수성)이 뛰어남을 확인하였다(실험예 2 참조).
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 > 알루미늄 합금 양극산화 피막 제조
알루미늄 합금 양극산화 피막을 제조하기 위해, 알루미늄 5052 합금을 이용하여 프리패터닝(pre-patterning), 기공 확장(pore widening; PW) 및 전압 변조(voltage modulation)를 수행하였다. 상기 알루미늄 5052 합금(Al 5052, 크기 20×30mm)의 성분 정보는 다음과 같다; Mg 2.2~2.8%, Si 0.25%, Fe 0.40%, Cu 0.10%, Mn 0.10%, Zn 1.0%, Cr 0.15~0.35% 및 Al Balance.
단계 1: 1차 양극산화 및 화학적 에칭을 통한 프리패터닝 공정
양극산화 피막 제조를 위한 5000 계열 알루미늄(Al) 합금판으로서, 알루미늄 5052 합금(Alcoa INC, USA)을 사용하여, 상기 알루미늄 5052 합금 표면에 있는 불순물을 제거하기 위해 아세톤 및 에탄올 중에서 10분 동안 초음파 처리하여 세척하였다. 표면 조도를 얻기 위하여 상기 초음파 세척된 알루미늄 5052 합금을 에탄올 및 과염소산 혼합 용액(Junsei, C2H5OH:HClO4= 4:1 (v/v))에 넣어 상온(20℃)에서 20V의 전압을 인가하여 1분 동안 전해연마하였다. 전해연마가 완료된 알루미늄 합금 표면은 반사가 잘 이루어져 표면이 평탄해짐을 확인하였다.
상기 전해연마된 알루미늄 5052 합금(두께 1mm, 크기 20×30mm)을 작동 전극으로 하고, 음극으로는 백금(Pt)전극을 사용하여, 상기 두 개의 전극은 5cm 간격으로 극간 거리를 일정하게 유지하여 1차 양극산화를 실시하였다. 상기 1차 양극산화는 0.3M 옥살산을 전해액으로 사용하였고, 이중 비이커를 이용하여 전해액 온도를 0℃로 일정하게 유지하면서 실시하였다. 국부적인 온도 상승으로 인한 안정된 산화물 성장의 방해를 억제하기 위하여 일정 속도로 교반하였으며, 정전압 방식을 사용하여 40V의 전압을 인가하여 6시간 동안 1차 양극산화 공정을 수행하여 알루미나 층을 성장시켰다.
상기 1차 양극산화 처리를 통해 성장된 알루미나 층은 65℃에서 크롬산(1.8wt%) 및 인산(6wt%)을 혼합한 용액에 10시간 동안 침지시켜 에칭(etching)함으로써, 성장된 알루미나 층을 제거하는 프리패터닝(pre-patterning) 공정을 실시하였다.
단계 2-4: 2차 및 3차 양극산화와 기공 확장 공정
구체적으로, 알루미늄 5052 합금 표면에 원하는 피막 구조를 얻기 위하여, 상기 프리패터닝(pre-pattering)이 완료된 후, 2차 양극산화, 기공확장 및 3차 양극산화를 실시하였다.
구체적으로, 실시예의 2차 및 3차 양극산화 공정은 상기 단계 1의 1차 양극산화 공정과 동일한 산 전해질 조건에서 수행되었고, 40V의 비교적 낮은 전압을 사용한 연질 양극산화(mild anodization; MA) 또는 80V의 높은 전압을 사용한 경질 양극산화(hard anodization; HA)의 두 가지 기술을 사용하여, 2차 및 3차 양극산화시 인가되는 전압의 크기 및 순서를 선택 조절하여 양극산화를 실시하였다. 이때, 연질 양극산화는 40V 30분 동안, 경질 양극산화는 80V에서 30초 동안 수행하였다. 한편, 비교예의 2차 및 3차 양극산화 공정은 하기 표 1과 같은 전압 및 시간의 초경질 양극산화(super hard anodization; SA) 조건을 이용하여 양극산화를 실시하였다.
또한, 2차 양극산화를 통해 성장된 알루미나 층은 3차 양극산화를 실시하기 전에 30℃의 0.1M 인산 용액에 30~60분 동안 침지시키는 기공 확장(pore widening; PW) 공정을 수행한 다음, 3차 양극산화를 실시하여 알루미늄 양극산화 피막을 성장시켰다.
2차 양극산화(단계 2), 기공 확장(단계 3) 및 3차 양극산화(단계 4) 공정을 하기 표 1과 같은 조건으로 실시하여, 알루미늄 5052 합금 표면의 구조 모양이 제어된 실시예 1 내지 4의 알루미늄 합금 양극산화 피막을 수득하였다.
프리패터닝 여부
(단계 1)		 공정모드
(단계 2-4)		 2차 양극산화
(단계 2)		 기공 확장 (단계 3) 3차 양극산화
(단계 4)
전압(V) 시간(min) 시간(min) 전압(V) 시간(min)
실시예 1 수행 MA→PW→MA 40 30 30 40 30
실시예 2 수행 MA→PW→HA 40 30 30 80 0.5
실시예 3 수행 HA→PW→MA 80 0.5 30 40 30
실시예 4 수행 HA→PW→HA 80 0.5 30 80 0.5
실시예 5 수행 MA→PW→MA 40 30 40 40 30
실시예 6 수행 MA→PW→HA 40 30 40 80 0.5
실시예 7 수행 HA→PW→MA 80 0.5 40 40 30
실시예 8 수행 HA→PW→HA 80 0.5 40 80 0.5
실시예 9 수행 MA→PW→MA 40 30 50 40 30
실시예 10 수행 MA→PW→HA 40 30 50 80 0.5
실시예 11 수행 HA→PW→MA 80 0.5 50 40 30
실시예 12 수행 HA→PW→HA 80 0.5 50 80 0.5
실시예 13 수행 MA→PW→MA 40 30 60 40 30
실시예 14 수행 MA→PW→HA 40 30 60 80 0.5
실시예 15 수행 HA→PW→MA 80 0.5 60 40 30
실시예 16 수행 HA→PW→HA 80 0.5 60 80 0.5
비교예 1 수행 SA→PW→SA 100 0.5 30 100 0.5
비교예 2 수행 SA→PW→SA 100 5 sec 30 100 5 sec
비교예 3 수행 SA→PW→SA 120 0.5 30 120 0.5
비교예 4 수행 SA→PW→SA 120 4 sec 30 120 4 sec
< 실험예 1> 2차 및 3차 양극산화 조건(전압 및 시간)과 기공확장 시간에 따른 알루미늄 합금 양극산화 피막의 구조 특성 분석
상기 표 1에 나타난 바와 같이 MA→PW→MA, MA→PW→HA, HA→PW→HA 및 HA→PW→MA의 다양한 모드의 수행 및 기공확장 시간을 달리하여 제조된 실시예 1 내지 16의 다공성 알루미늄 합금 양극산화 피막의 표면 및 단면 형태는 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM) 시스템(AURIGA® small dual-bean FIB-SEM, Zeiss)을 사용하여 관찰하였다.
각 알루미늄 합금 양극산화 피막 시편을 작은 조각으로 절단한 다음, 카본 테이프로 스테이지 상에 고정하고, 스퍼터링으로 15초 동안 금(Au)으로 코팅한 후 주사전자현미경(SEM)으로 이미징 하였다. 이때, 피막 시편을 90°로 구부려 평행 균열을 생성시켜 알루미늄 합금 양극산화 피막의 표면 및 횡단면 구조를 관찰하여 도 1 내지 4에 나타내었다.
도 1 내지 4는 각각 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4, 5 내지 8, 9 내지 12 및 13 내지 16의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막의 표면(top view) 및 횡단면(cross view)의 3차원 구조를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 이미지이다; 이때, MA는 40V에서 30분, HA는 80V에서 30초 및 PW는 30℃에서 30~60분동안 실시하였으며, 표면 및 횡단면의 스케일바(scale bar)는 각각 200㎚ 및 1㎛이다.
도 1 내지 4에 나타난 바와 같이, 대부분의 경우, PW 공정에 의하여 알루미늄 합금 양극산화 피막의 2차 양극산화 영역에서의 기공의 직경이 증가되는 결과가 나타났으나, 3차 양극산화 영역의 구조에는 영향을 미치지 않았다. 따라서, 실시예 1 내지 16 모두 2차 양극산화 영역과 3차 양극산화 영역의 기공의 크기가 다르기 때문에, 2차 및 3차 양극산화 영역의 기준은 기공의 크기 전이로 구분할 수 있다.
또한, 전압의 종류가 HA가 포함된 양극산화 피막은 전압의 종류가 MA가 포함된 양극산화 피막보다 기공의 직경 및 기공과 기공간의 간격이 큰 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 양극산화 전압의 크기가 기공의 크기에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, HA→PW→HA 모드로 PW을 50분 또는 60분 실시하여 제조된 실시예 12 및 16의 경우에는, 횡단면(cross-view) 이미지에서 하단 부분의 3차 양극산화 영역에서는 정렬된 직선형 구조의 기공이 형성되어 있고, 직선형 기공 상의 2차 양극 산화 영역에서는 팁(tip)-유사 구조가 형성되어 있음을 확인하였다. 표면(top view) 이미지에는 검은색으로 나타난 기공들 옆에 하얀색(밝은 회색)의 양극산화물이 형성되어 있는 것으로 나타났으며, 해당 부분은 상기 2차 양극 산화 영역에 형성된 팁-유사 구조 부분인 것을 확인하였다.
따라서, 실시예 12 및 16은 다른 실시예와는 다르게 기공 구조 위에 번들(bundle) 모양의 기둥(pillars)이 형성된 필라-온-포어(pillar-on-pore) 형태를 갖는 구조의 양극산화 피막이 제조되었음을 확인하였고, 특히, 실시예 16의 조건으로 제조할 경우 훨씬 명확한 필라-온-포어 형태를 나타내는 것을 확인하였다.
결과적으로, 매개 변수인 2차 및 3차 양극산화 전압 크기는 기공의 크기에 직접적인 영향을 미쳐 기공의 직경 및 기공과 기공간의 간격을 제어할 뿐 아니라, 3차원 형상의 알루미늄 양극산화 피막의 성장을 제어할 수 있음을 확인하였으며, 특히, 실시예 16의 HA(80V, 30sec)→PW(60min)→HA(80V, 30sec) 조건이 가장 명확한 POP 구조의 양극산화 피막을 제조할 수 있는 조건임을 확인하였다.
< 실험예 2> 2차 및 3차 양극산화 조건(전압 및 시간)과 기공확장 시간에 따른 알루미늄 합금 양극산화 피막의 발수 특성 분석
알루미늄 합금 양극산화 피막의 구조 형태가 발수 특성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 실시예 1 내지 16의 다공성 알루미늄 합금 양극산화 피막 각각을 진공 챔버에서 24시간 표면에너지가 낮은 코팅 물질인 1H, 1H, 2H, 2Hperfluorodecyltrichlorosilane(FDTS)로 SAM(Self-Assembled Monolayer) 코팅하여 소수성을 가지는 표면을 구현한 다음, 물에 대한 젖음성을 평가하였다.
FDTS로 표면이 코팅된 실시예 1 내지 4의 다공성 알루미늄 합금 양극산화 피막 구조물 표면의 젖음성 평가를 위해 접촉각 측정 방법을 사용하여, 상온에서 탈이온수 물방울 3μl의 접촉각을 측정하여 분석하였다. 또한, 양극산화 처리하지 않은 알루미늄 합금 표면에 FDTS를 코팅한 것을 대조군(control)으로 하여 동일한 방법으로 접촉각을 측정하였다. 각 시편마다 서로 다른 곳의 접촉각을 최소 5회 이상 측정하여 평균값을 계산하였고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 5 내지 8에 나타내었다.
도 5 내지 8은 각각 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4, 5 내지 8, 9 내지 12 및 13 내지 16의 프리패턴화된 알루미늄 합금 표면에 형성된 알루미늄 합금 양극산화 피막에 FDTS 코팅 후 물방울에 대한 접촉각을 측정한 결과를 나타낸 이미지이다; (a) 대조군(control), (b) MA→PW→MA, (c) MA→PW→HA, (d) HA→PW→MA 및 (e) HA→PW→HA.
공정모드
(단계 2-4)		 Contact angle(°)
Control - 114.8±0.31
실시예 1 MA→PW(30min)→MA 136.6±0.58
실시예 2 MA→PW(30min)→HA 139.8±0.24
실시예 3 HA→PW(30min)→MA 149.2±1.35
실시예 4 HA→PW(30min)→HA 150.7±0.58
실시예 5 MA→PW(40min)→MA 162.8±1.45
실시예 6 MA→PW(40min)→HA 162.0±2.04
실시예 7 HA→PW(40min)→MA 149.2±0.78
실시예 8 HA→PW(40min)→HA 148.5±0.79
실시예 9 MA→PW(50min)→MA 140.7±0.57
실시예 10 MA→PW(50min)→HA 142.1±0.55
실시예 11 HA→PW(50min)→MA 161.7±0.56
실시예 12 HA→PW(50min)→HA 164.4±1.45
실시예 13 MA→PW(60min)→MA 122.7±0.88
실시예 14 MA→PW(60min)→HA 126.1±0.27
실시예 15 HA→PW(60min)→MA 152.0±4.20
실시예 16 HA→PW(60min)→HA 170.4±0.05
비교예 1 SA→PW(30min)→SA
(SA: 80V, 30sec)		 139.9±0.31
비교예 2 SA→PW(30min)→SA
(SA: 100V, 5sec)		 135.2±0.35
비교예 3 SA→PW(30min)→SA
(SA: 120V, 30sec)		 132.6±1.35
비교예 4 SA→PW(30min)→SA
(SA: 120V, 4sec)		 130.4±0.24
상기 표 2 및 도 5 내지 8에 나타난 바와 같이, 2차 및 3차 양극산화 공정에서의 MA, HA 모드 제어와 기공 확장 공정을 통해 제조된 실시예 1 내지 16의 다공성 알루미늄 합금 양극산화 피막에 낮은 표면에너지를 가지는 물질인 FDTS를 코팅한 경우, 양극산화를 실시하지 않은 알루미늄 합금 모재(control)에 FDTS를 코팅한 경우보다 물에 대한 젖음성이 낮은 것을 확인하였다.
한편, 더 높은 전압으로 2차 및 3차 양극산화를 실시하여 제조된 비교예 1 내지 4의 다공성 알루미늄 합금 양극산화 피막의 경우, 양극산화를 실시하지 않은 경우보다는 젖음성이 낮게 나타났으나, 본 발명의 일부 실시예를 제외하고는 대체적으로 본 발명에 따른 실시예 1 내지 16의 다공성 알루미늄 합금 양극산화 피막보다는 오히려 높은 것으로 나타났다.
또한, 실시예 4, 11, 12, 13, 15 및 16의 다공성 알루미늄 합금 양극산화 피막에 FTDS를 코팅한 표면은 접촉각이 150°이상인 것으로 나타나 다른 비교예 및 실시예 대비 물에 대한 젖음성이 낮은 것으로 나타났으며, 이 중에서도 실시예 12 및 16에서 우수한 초소수성(초발수성)을 나타냄을 확인하였다. 특히, HA→PW(60min)→HA 순서로 제조된 실시예 16의 다공성 알루미늄 합금 양극산화 피막에 FTDS를 코팅한 표면은 가장 우수한 초소수성을 나타내었으며, 170°이상의 접촉각을 보여 울트라 초소수성(ultra super hydrophobic)이 구현되었음을 확인하였다.
이러한 결과는 2차 및 3차 양극산화 공정에서의 HA(80V) 모드 및 MA(40V) 모드 조절을 통한 기공의 직경 및 기공과 기공간의 간격의 제어가 물에 대한 젖음성에 영향을 미침을 의미하며, 본 발명의 필라-온-포어 구조를 갖는 실시예 16의 다공성 알루미늄 합금 양극산화 피막을 제조하는데 이용된 2차 및 3차 양극산화 조건(HA)이 초소수성을 구현하기 위한 최적 조건임을 확인하였다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄(aluminum) 합금을 30-50V에서 5-15시간 동안 1차 양극산화 처리한 후, 에칭하여 1차 양극산화 피막을 제거하는 프리패터닝(pre-patterning) 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 프리패터닝이 완료된 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금을 75-85V에서 25-35초 동안 2차 양극산화 처리하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 2차 양극산화 처리된 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금을 0.05-1.0M 인산(H3PO4) 용액에 55-65분 동안 침지하여 기공 확장(pore widening)하는 단계(단계 3);
    상기 단계 3에서 기공 확장이 완료된 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금을 75-85V에서 25-35초 동안 3차 양극산화 처리하는 단계(단계 4); 및
    상기 단계 4에서 3차 양극산화 처리된 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금을, SAM(Self-Assembled Monolayer) 코팅 가능한 소수성 코팅제로 코팅하는 단계(단계 5);를 포함하는,
    도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 초소수성 양극산화 피막의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 5의 SAM(Self-Assembled Monolayer) 코팅 가능한 소수성 코팅제는 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltrichlorosilane(FDTS)인 것을 특징으로 하는, 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 초소수성 양극산화 피막의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 5000 계열 알루미늄 합금은 Al 5005, Al 5023, Al 5042, Al 5052, Al 5054, Al 5056, Al 5082, Al 5083, Al 5084, Al 5086, Al 5154, Al 5182, Al 5252, Al 5352, Al 5383, Al 5454, Al 5456, Al 5457, Al 5657 및 Al 5754로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 초소수성 양극산화 피막의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도로 구조물은 가드레일, 가드레일 지주, 가로등 지주, 신호등, 표지판 또는 과속적발 카메라를 취부하기 위한 교통 신호대 지주 및 이정표 지주로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 상기 건축 구조물은 샷시 및 엘리베이터 부품 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 초소수성 양극산화 피막의 제조방법.
  10. 제1항의 제조방법으로 제조되는 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 초소수성 양극산화 피막이 형성된 5000계열 알루미늄 합금 도로 구조물.
  11. 제1항의 제조방법으로 제조되는 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 초소수성 양극산화 피막이 형성된 5000계열 알루미늄 합금 건축 구조물.
  12. 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄(aluminum) 합금을 30-50V에서 5-15시간 동안 1차 양극산화 처리한 후, 에칭하여 1차 양극산화 피막을 제거하는 프리패터닝(pre-patterning) 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 프리패터닝이 완료된 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금을 75-85V에서 25-35초 동안 2차 양극산화 처리하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 2차 양극산화 처리된 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금을 0.05-1.0M 인산(H3PO4) 용액에 55-65분 동안 침지하여 기공 확장(pore widening)하는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3에서 기공 확장이 완료된 도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금을 75-85V에서 25-35초 동안 3차 양극산화 처리하는 단계(단계 4);를 포함하는,
    도로 구조물 또는 건축 구조물용 5000계열 알루미늄 합금 표면에 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막을 형성하는 방법.
  13. 제12항의 방법으로 제조되는 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막이 형성된 5000계열 알루미늄 합금 도로 구조물.
  14. 제12항의 방법으로 제조되는 필라-온-포어(pillar-on-pore) 구조의 양극산화 피막이 형성된 5000계열 알루미늄 합금 건축 구조물.
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