KR102475525B1 - 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법 - Google Patents
고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고전압 하에서 최적의 전해액을 이용하여 플라즈마 전해산화법을 수행함으로써 마그네슘합금 표면에 산화막을 빠르게 성장시키고, 치밀한 산화막 형성이 가능한 마그네슘합금 표면처리방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법은 마그네슘 합금의 표면에 존재하는 불순물을 제거하는 전처리단계와 플라즈마 전해 산화를 위한 전해액을 준비하는 전해액 준비단계와 준비된 전해액에 전처리된 마그네슘 합금을 침지하여 전압 500 내지 700 V 하에서 전해산화시켜 마그네슘 합금 표면에 산화막을 형성하는 산화막 형성단계를 포함한다.
본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법은 마그네슘 합금의 표면에 존재하는 불순물을 제거하는 전처리단계와 플라즈마 전해 산화를 위한 전해액을 준비하는 전해액 준비단계와 준비된 전해액에 전처리된 마그네슘 합금을 침지하여 전압 500 내지 700 V 하에서 전해산화시켜 마그네슘 합금 표면에 산화막을 형성하는 산화막 형성단계를 포함한다.
Description
본 발명은 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고전압 하에서 최적의 전해액을 이용하여 플라즈마 전해산화법을 수행함으로써 마그네슘합금 표면에 산화막을 빠르게 성장시키고, 치밀한 산화막 형성이 가능한 마그네슘합금 표면처리방법에 관한 것이다.
마그네슘, 알루미늄 및 티타늄은 대표적인 경량금속으로 지속적인 개발에 따른 산업적 적용 확대 및 시장 확대 가능성이 높게 거론되고 있는 재료이다.
특히, 마그네슘(비중 1.74)은 다른 경량금속인 알루미늄(비중 2.71), 티타늄(비중 4.5) 보다 비중이 낮으며, 전자파 차폐능, 열전도도 등이 우수하나, 화학적 활성이 높기 때문에 내마모성과 내부식성이 열악하여 여러가지 표면처리법이 적용되고 있다.
경금속 표면처리방법으로는 양극산화(Anodizing), 화성처리(Chemical conversion treatment), 도금법(Plating) 등이 제시되고 있지만 내부식성 향상에 있어 한계가 있고, 습식 표면처리기법인 Plasma Electrolytic Oxidation(이하, PEO) 처리는 내부식성과 내마모성을 동시에 증가시킬 수 있는 방법으로 연구가 이루어지고 있다.
PEO 방법은 마그네슘, 알루미늄, 타이타늄 등의 부동태막(passive)를 가진 금속의 표면에 전기화학적 플라즈마 방전을 일으켜 산화막을 형성하는 것으로 형성된 산화막의 두께는 두꺼우면서 치밀한 구조를 가지며, 생성속도도 빠른 편이다. 이렇게 형성된 PEO 산화막은 내부식성, 기계적인 강도 등이 우수하며 열에 안정적이고 2차 코팅층과의 부착성이 뛰어나다는 장점이 있다.
PEO 법을 이용하여 산화막이 형성된 경금속은 전자부품, 자동차, 항공우주산업, 군수운수산업, 광학부품산업, 스포츠용품산업, 주방용품 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.
본 발명자는 PEO 법을 이용하여 마그네슘합금 표면을 처리함에 있어 보다 산화막을 빠르게 성장시키고, 치밀한 산화막 형성이 가능한 방법을 개발하여 본 발명에 이르게 되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고전압 하에서 최적의 전해액을 이용하여 플라즈마 전해산화법을 수행함으로써 마그네슘합금 표면에 산화막을 빠르게 성장시키고, 치밀한 산화막 형성이 가능한 마그네슘합금 표면처리방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법은 마그네슘 합금의 표면에 존재하는 불순물을 제거하는 전처리단계;와 플라즈마 전해 산화를 위한 전해액을 준비하는 전해액 준비단계;와준비된 전해액에 전처리된 마그네슘 합금을 침지하여 전압 500 내지 700 V 하에서 전해산화시켜 마그네슘 합금 표면에 산화막을 형성하는 산화막 형성단계;를 포함한다.
상기 전해액 준비단계는 수산화물, 알루민산염 또는 규산염, 불화물, 인산염을 혼합하여 전해액을 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 산화막 형성단계는 교류전류, 직류전류, 단극성 펄스 및 이극성 펄스 중 적어도 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 산화막 형성단계는 주파수 1.5 내지 3 kHz를 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 산화막 형성단계 이후에 산화막 표면을 착색 및 봉공하는 착색 및 봉공단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 산화피막이 형성된 마그네슘합금은 상술된 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법에 의해 제조된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법에 의하면, 고전압 하에서 최적의 전해액을 이용하여 플라즈마 전해산화법을 수행함으로써 마그네슘합금 표면에 산화막을 빠르게 성장시키고, 치밀한 산화막 형성이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법의 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예로 착색 및 봉공단계를 포함하는 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법의 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금 단면.
도 4는 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금 표면.
도 5는 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금을 제조함에 있어 전원장치의 종류에 따른 산화막 형성특성을 비교한 사진.
도 6은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금 샘플.
도 7은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법의 다른 실시예로 안료로 전착도장된 마그네슘합금 샘플.
도 8은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법으로 표면처리된 마그네슘 합금과 종래 표면처리방법의 내식성을 비교한 사진.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예로 착색 및 봉공단계를 포함하는 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법의 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금 단면.
도 4는 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금 표면.
도 5는 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금을 제조함에 있어 전원장치의 종류에 따른 산화막 형성특성을 비교한 사진.
도 6은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금 샘플.
도 7은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법의 다른 실시예로 안료로 전착도장된 마그네슘합금 샘플.
도 8은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법으로 표면처리된 마그네슘 합금과 종래 표면처리방법의 내식성을 비교한 사진.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고전압 하에서 최적의 전해액을 이용하여 플라즈마 전해산화법을 수행함으로써 마그네슘합금 표면에 산화막을 빠르게 성장시키고, 치밀한 산화막 형성이 가능한 마그네슘합금 표면처리방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법의 순서도를 보여준다.
본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법은 마그네슘 합금의 표면에 존재하는 불순물을 제거하는 전처리단계(S100)와 플라즈마 전해 산화를 위한 전해액을 준비하는 전해액 준비단계(S200)와 준비된 전해액에 전처리된 마그네슘 합금을 침지하여 전압 500 내지 700 V 하에서 전해산화시켜 마그네슘 합금 표면에 산화막을 형성하는 산화막 형성단계(S300)를 포함한다.
전처리단계(S100)에서는 마그네슘 합금의 표면에 존재하는 불순물을 제거한다.
마그네슘 합금은 알루미늄을 함유하는 Mg-Al계열 합금, Mg-Al-Zn계열 합금 및 Mg-Al-Mn 계열 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로는 AM60계열 합금, AS41계열 합금, AZ91계열 합금, AZ31계열 합금, AZ61계열 합금, ZK60계열 합금, AM100계열 합금, AZ63계열 합금, AZ81계열 합금, AZ92계열 합금, AM20계열 합금, AM50계열 합금 및 AM60계열 합금 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 바람직하게는, AZ31, AZ91 합금을 사용할 수 있다.
상기 전처리단계(S100)에서는 산화막 형성단계(S300)를 수행하기에 앞서 산화막 성장 및 치밀한 산화막 형성을 저해하는 자연 산화막 및 불순물을 제거하는 단계로 탈지, 에칭, 디스멋 및 세정하는 공정을 포함한다.
상기 전처리단계(S100)는 마그네슘 합금의 표면을 탈지하는 탈지단계, 탈지된 마그네슘 합금의 표면을 에칭하는 에칭단계, 및 에칭된 마그네슘 합금의 표면을 디스머트하는 디스머트단계를 포함한다.
상기 탈지단계에서는 마그네슘 합금의 표면의 유분 및 오염물 등을 제거하기 위하여 마그네슘 합금의 표면을 탈지한다. 탈지처리는 알칼리용액, 계면활성제를 포함하는 탈지용액에 마그네슘 합금을 침지함으로써 수행될 수 있다. 탈지는 50 내지 80 ℃에서 수행되며, 바람직하게는, 55 내지 65 ℃, 더욱 바람직하게는, 60 ℃에서 수행될 수 있다. 탈지처리 후에는 20 내지 35 ℃에서 1 내지 5회의 세정을 통해 마그네슘 합금에 잔여하는 탈지용액을 제거할 수 있다.
상기 에칭단계에서는 탈지된 마그네슘 합금의 표면을 에칭하는 단계로 탈지된 마그네슘 합금 표면에 잔여하는 이형제, 불순 산화피막 등을 제거한다.
에칭처리는 불산, 유기산, 계면활성제를 포함하는 에칭용액에 마그네슘 합금을 침지함으로써 수행될 수 있다.
유기산은 무기산으로 대체될 수 있으며, 유기산으로는 시트르산, 옥살산, 말론으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 무기산으로는 황산, 질산 및 염산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
에칭은 30 내지 60 ℃에서 수행되며, 바람직하게는, 35 내지 45 ℃, 더욱 바람직하게는, 40 ℃에서 수행될 수 있다. 에칭 후에는 20 내지 35 ℃에서 1 내지 5회의 세정을 통해 마그네슘 합금에 잔여하는 에칭용액을 제거할 수 있다.
디스머트단계에서는 에칭된 마그네슘 합금의 표면에 치환 부착된 불용성 불순물을 제거하는 단계로, 무기산, 암모늄 화합물, 과산화수소, 계면활성제를 포함하는 디스머트용액에 침지함으로써 수행될 수 있다. 디스머트 공정은 5 내지 30℃에서 수행되며, 30초 내지 15분간 수행될 수 있다. 디스머트 후에는 20 내지 35 ℃에서 1 내지 5회의 세정을 통해 마그네슘 합금에 잔여하는 디스머트 용액을 제거할 수 있다.
전해액 준비단계(S200)에서는 플라즈마 전해 산화를 위한 전해액을 준비한다.
상기 전해액 준비단계는 수산화물, 알루민산염 또는 규산염, 불화물, 인산염을 혼합하여 전해액을 제조한다. 구체적으로는, 상기 전해액은 수산화물 3 내지 20 g/L, 알루민산염 또는 규산염 3 내지 25 g/L, 불화물 1 내지 10 g/L, 인산염 1 내지 5 g/L을 혼합하여 제조된다.
이때, 상기 수산화물은 수산화나트륨 및 수산화칼륨 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 알루민산염은 알루민산나트륨, 불화물은 HF, 인산염은 인산나트륨 및 인산칼륨 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해액은 EDTA 및 글리세린 중 적어도 어느 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)는 0.5 내지 5 g/L, 글리세린은 0.1 내지 2g/L 포함될 수 있다. EDTA는 2개의 아민을 4개의 카복실산염(-COOH)이 둘러싸고 있는 형태로 카복실산염은 킬레이트를 형성하여 이로 인해 거의 모든 금속 이온과 반응성이 좋은 특징을 가지며, 글리세린은 플라즈마를 안정화시킨다.
바람직하게는, 전해액은 수산화물 3 내지 15 g/L, 알루민산염 또는 규산염 5 내지 20g/L, 불화물 2 내지 5 g/L, 인산염 1 내지 5 g/L, EDTA는 1 내지 2 g/L, 글리세린은 0.5 내지 1g/L을 포함하여 제조될 수 있다.
산화막 형성단계(S300)에서는 준비된 전해액에 전처리된 마그네슘 합금을 침지하여 고전압 하에서 전해산화시켜 마그네슘 합금 표면에 산화막을 형성한다.
상기 산화막 형성단계(S300)에서는 전압 500 내지 700 V, 주파수 1.5 내지 3 kHz, 전류밀도 1 내지 10 A/dm2, 전해액 온도 15 내지 40℃에서 30초 내지 10분간 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 산화막 형성단계(S300)에서는 550 내지 650 V, 주파수 2 내지 2.5 kHz, 전류밀도 1 내지 5A/dm2 , 전해액 온도 15 내지 35℃에서 1분 내지 5분간 수행될 수 있다.
또한, 상기 산화막 형성단계(S300)에서는 상기 산화막 형성단계는 교류전류, 직류전류, 단극성 펄스 및 이극성 펄스 중 적어도 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 이극성 펄스를 인가할 수 있다.
이때, 듀티사이클(Duty Cycle)은 5 내지 50%로 수행될 수 있으며, 상기 듀티사이클에서 산화피막의 균일도가 높고, 표면조도를 낮게 유지한다. 바람직하게는, 듀티사이클 5 내지 15%로 수행될 수 있다.
전해액에서 상기 조건으로 전해반응을 일으키면 마그네슘 합금 표면에 유전 파괴에 의한 미세아크 플라즈마가 발생이 되면서 표면에 다공의 마그네슘 합금 산화피막이 형성된다.
고전압 및 전류를 동시에 인가(바이폴라 전압)하게 되면 전해 용액 내부의 이온화된 음전하들이 양극 표면으로 이동하게 되고 양극 표면에서 플라즈마로 인해 순간적으로 용융된 이온화된 금속 이온과 산화반응이 일어나며, 이 산화반응으로 인해 세라믹 코팅 층이 형성되고 고전압에 의한 세라믹 층의 절연 파괴로 형성되는 플라즈마로 표면 층의 용융과 전해용액으로 인한 냉각의 반복으로 코팅 층이 두껍게 성장하게 된다.
산화막 형성이 종료되면 1 내지 10회의 수세를 수행하여 전해액을 제거하고, 80 내지 120℃에서 3 내지 15분간 건조공정을 실시하여 수분을 증발시킬 있다.
본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법은 산화막 형성단계(S300)를 수행한 이후에 산화막 표면을 착색 및 봉공하는 착색 및 봉공단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예로 착색 및 봉공단계를 포함하는 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법의 순서도를 보여준다.
착색 및 봉공단계(S400)에서는 산화막 표면을 착색 또는 봉공을 수행할 수 있으며, 착색과 봉공을 모두 수행할 수도 있으며, 이 경우 착색과 봉공공정을 순차적으로 수행할 수 있다.
착색공정은 마그네슘 합금에 컬러를 부여하기 위한 것으로, 유기 또는 무기안료로 전착도장법을 이용하여 수행될 수 있다.
봉공공정은 산화피막의 기공구조를 봉공처리함으로써 외부 부식물질의 침투와 균열을 방지함으로써 결과적으로 내부식성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
봉공공정은 수화 봉공처리, 금속염 봉공처리, 유기물 봉공처리, 실리카 봉공처리 중 적어도 어느 하나의 봉공처리를 수행할 수 있다.
수화 봉공처리는 끓는 물과 가압 증기에 의한 봉공처리 기술로 수화 작용에 의한 산화막의 체적 팽창을 이용해 기공 및 균열을 감소시키는 기술이다. 적용이 간단하며 가격도 저렴하다는 장점이 있다. 금속염 봉공처리의 경우 열수로 인해 녹은 금속염을 기공에 유입시켜 기공을 감소시키는 방법으로 Co, Ni, Zn, Cd, Al, Pb 등의 질산염, 황산염들을 사용한다.
바람직하게는, 본 발명에서는 금속염과 실리카를 혼합하여 봉공처리하는 바업을 사용할 수 있으며, 상기 봉공공정을 적용함으로써 부식물질의 침투를 억제할 뿐 아니라 외관 또한 향상시킬 수 있다.
착색 및 봉공공정이 완료된 후에 수세처리 및 건조공정을 추가 수행하여 잔여 불순물 및 수분을 제거한다.
이하, 본 발명에 따른 산화피막이 형성된 마그네슘합금을 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 산화피막이 형성된 마그네슘합금은 상술된 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법에 의해 형성된다.
상기 산화피막은 1 내지 100 ㎛의 두께를 가지며, 마그네슘 합금 상부에서부터 순차적으로 다공층, 기능층, 연결층을 포함하는 다층구조로 구성된다.
상기 다공층은 전체 산화피막 두께 중 10~20%로 형성되며, 다공층에 존재하는 기공은 평균직경이 0.01 내지 10㎛이고, 기능층 및 연결층에 존재하는 기공율은 다공층에 비하여 매우 적어 치밀한 구조를 가진다.
이를 구체적으로 설명하면, sparking은 substrate가 쉽게 파괴되는 더 얇은 곳에서 항상 발생하는 것으로 알려져 있다. 기능층 및 연결층 내부의 기공이나 크랙이 존재하는 곳에서 sparking에 의해 discharge channel을 형성하기 때문에, 기 형성된 기공과 균열들이 sparking에 의해 용융 산화물로 메워져서 기능층 및 연결층 내에는 균열이 없고, 기공들이 매우 미세한 것이며, 또한 이때 존재하는 적은 비율의 기공들은 다공층의 기공들과 단락적으로 상호 연결되어 있지만 금속기지까지 상호 연결(open channel)되어 있지는 않아, 즉 폐쇄형(closed type) 미세기공 구조의 특징을 가지는 것이다.
상기 다층구조를 갖는 산화피막은 사용되는 전해액 구성요소와 공정조건에 의하여 구현될 수 있는 것으로, 상술한 구조적 특징을 가지는 산화피막의 경우 우수한 내부식성과 계면결합강도를 갖는다.
이하, 본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것이며, 이것만으로 한정하는 것은 아니다.
마그네슘 합금으로 AZ91D를 준비하여 PEO법을 수행하기에 앞서 전처리하였다. 전처리시 탈지는 NaOH 1M~2M을 사용하여 60 ℃에서 2분간 진행하였고, 에칭은 1% HF + 7.5% H2O2 을 사용하여 40 ℃에서 60초간 진행하였으며, 디스머트는 1분간 60 ℃에서 진행되었고, 탈지, 에칭, 디스머트 공정 후에는 1분간 상온에서 수세하는 공정을 수행하였다.
전해액은 하기의 표 1, 표 2와 같이 준비하였다.
| 약품명 | 투입량(g/L) | |||
| 전해액 1 | 전해액 2 | 전해액 3 | 전해액 4 | |
| KOH | 3 | 5 | 5 | 10 |
| Na2Al2O3 | 5 | 5 | 5 | 15 |
| KF | 2 | 2 | 5 | 5 |
| K2PO4 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| EDTA Na | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Glycerine | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 약품명 | 투입량(g/L) | ||
| 전해액 5 | 전해액 6 | 전해액 7 | |
| KOH | 10 | 15 | 15 |
| Silicate(SiO4) | 15 | 20 | 20 |
| KF | 5 | 3 | 3 |
| K2PO4 | 2 | 2 | 2 |
| Glycerine | 1 | 1 | 1 |
전압 및 처리시간에 따른 산화막 두께 변화를 확인하기 위하여 예비 실험을 수행하였다. 전해액은 6을 사용하였으며, PEO 처리시 주파수는 2,000 Hz, 온도는 16℃에서 수행하였다. 하기의 표 3은 전압 및 처리시간에 따른 산화막 두께 변화를 보여준다.
| 전압(V) | Time(sec) | 두께(㎛) |
| 550 | 15 | 1 |
| 550 | 30 | 12~15 |
| 650 | 30 | 22~29 |
| 550 | 60 | 15~18 |
| 550 | 90 | 23~26 |
| 550 | 120 | 32~37 |
| 550 | 150 | 33~38 |
그 결과, 전압이 높아질수록 처리시간이 길어질수록 두께가 증가함을 확인할 수 있었으나, 피막이 두꺼워질경우 박리 및 품질저하 발생 가능성이 있어 적절한 조건 도출이 요구되었다.
하기의 표 4는 전해액, 듀티사이클 및 반응시간에 따른 두께 변화를 보여준다. 2,000Hz, 550V, Pulsed Bipolar Current(PBC)를 인가하였다.
| 전해액 | Duty(%) | time(min) | 두께 |
| 전해액1 | 5 | 3 | 3~4 |
| 10 | 3 | 5~6 | |
| 15 | 3 | 8~9 | |
| 10 | 5 | 7~9 | |
| 전해액2 | 5 | 3 | 4~6 |
| 10 | 3 | 5~7 | |
| 10 | 5 | 8~9 | |
| 전해액3 | 5 | 3 | 7 |
| 10 | 3 | 9~10 | |
| 10 | 3 | 10~13 | |
| 전해액4 | 5 | 3 | 10~12 |
| 7 | 3 | 13~15 | |
| 10 | 3 | 15 | |
| 10 | 5 | 16~17 | |
| 15 | 3 | 17~18 | |
| 전해액5 | 10 | 3 | 14~15 |
| 15 | 3 | 18 | |
| 전해액6 | 7 | 3 | 10~12 |
| 10 | 3 | 17~18 | |
| 15 | 3 | 21~24 | |
| 전해액7 | 7 | 3 | 10~13 |
| 10 | 3 | 15~17 | |
| 15 | 3 | 19~22 |
그 결과, 불화물 농도가 높아질수록 산화막 두께가 향상되며, KOH, 알루미네이트 농도를 높였을 때, 전해질의 전도도가 향상되었으며, 치밀한 산화막을 형성할 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 3은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금 단면을 보여준다. 마그네슘 합금 상부에서부터 순차적으로 다공층, 기능층, 연결층을 포함하는 다층구조가 확인되었으며, 상기 다공층은 전체 산화피막 두께 중 10~20%로 형성되며, 모재와 세라믹 간의 분자 구조 연결을 지원하는 연결층이 1㎛ 이하의 두께로 형성됨을 확인할 수 있었다.
도 4는 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금 표면을 보여주는 것으로, 산화막 두께는 51㎛, 표면 거칠기는 0.8~1.5㎛로 확인되었다.
도 5는 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금을 제조함에 있어 전원장치의 종류에 따른 산화막 형성 특성을 비교한 것으로, 도 5(A)는 AC를 인가하였을 때, 도 5(B)는 PBC를 인가하였을 때, 산화막 단면을 보여준다.
그 결과, AC를 인가하는 경우보다 PBC를 인가하였을 때 코팅두께가 균일하고, 표면구조가 치밀함을 확인할 수 있었다.
도 6은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법을 이용하여 산화막을 형성한 마그네슘합금 샘플을 보여주는 것으로, (A) 외관상 얼룩발생 부위가 관찰되지 않았으며, (B)리브가 깊고 형상이 복잡한 샘플임에도 PEO 처리가 가능함을 보여주었다.
듀티사이클 5%, 80℃에서 10 내지 60초간 착색공정이 진행되었고, Na2Al2O3을 사용한 전해액 4에 처리한 Silicate(SiO4)를 사용한 전해액 6에서 처리한 마그네슘합금에 착색공정을 수행하였을 때 착색정도를 비교하였다.
그 결과, Silicate(SiO4)를 사용하여 산화막을 형성한 마그네슘 합금 보다 Na2Al2O3을 사용하여 산화막을 형성한 마그네슘 합금에서 착색이 더욱 잘 이뤄졌으며, 이는 Silicate의 경우 산화막 기공이 적어 착색이 어려운 것에 기인한 것으로 판단하였다. 도 7은 Na2Al2O3을 사용하여 산화막을 형성한 마그네슘 합금을 착색한 샘플을 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법으로 표면처리된 마그네슘 합금과 종래의 아노다이징법, 화성처리법을 이용한 마그네슘 합금의 내식성 테스트 결과를 비교한 것이다.
내식성 테스트는 염수분무를 통해 확인하였으며, 그 결과, 본 발명에 따른 고전압 플라즈마 전해산화법으로 표면처리된 마그네슘 합금과 종래의 아노다이징법, 화성처리법 대비 외관변화가 없어 내식성이 우수함을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
Claims (6)
- 마그네슘 합금의 표면에 존재하는 불순물을 제거하는 전처리단계;와
플라즈마 전해 산화를 위한 전해액을 준비하는 전해액 준비단계;와
준비된 전해액에 전처리된 마그네슘 합금을 침지하여 전압 550 내지 650 V, 전류밀도 1 내지 10 A/dm2 하에서 전해산화시켜 마그네슘 합금 표면에 산화막을 형성하는 산화막 형성단계;를 포함하며,
상기 산화막 형성단계는
주파수 1.5 내지 3 kHz, 듀티사이클 5 내지 15% 의 이극성 펄스를 인가하고,
상기 전해액 준비단계는
수산화물 3 내지 15 g/L, 알루민산염 5 내지 20g/L, 불화물 2 내지 5 g/L, 인산염 1 내지 5 g/L, EDTA 1 내지 2 g/L, 글리세린 0.5 내지 1g/L을 포함하여 전해액을 제조하며,
상기 전처리단계는
마그네슘 합금을 알칼리용액, 계면활성제를 포함하는 탈지용액으로 탈지하는 탈지단계;와 탈지된 마그네슘 합금을 불산, 유기산, 계면활성제를 포함하는 에칭용액으로 에칭하는 에칭단계;와 에칭된 마그네슘 합금을 무기산, 암모늄 화합물, 과산화수소, 계면활성제를 포함하는 디스머트용액으로 불순물을 제거하는 디스머트단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 산화막 형성단계 이후에
산화막 표면을 착색 및 봉공하는 착색 및 봉공단계를 더 포함하는 것을 하는
고전압 플라즈마 전해산화법을 이용한 마그네슘합금 표면처리방법.
- 제 1항 및 제5항 중 어느 한 항의 마그네슘합금 표면처리방법을 통해 제조되는 산화피막이 형성된 마그네슘합금.
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR102475525B1 (ko) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009046707A (ja) * | 2007-08-15 | 2009-03-05 | Kyocera Chemical Corp | 電子機器用マグネシウム製筐体部品および電子機器用マグネシウム製筐体 |
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| KR101039272B1 (ko) | 2009-04-09 | 2011-06-08 | 주식회사 위스코하이텍 | 저 알칼리 수용액에서 플라즈마를 이용한 마그네슘 합금 표면처리 방법 |
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| KR20190127203A (ko) | 2018-05-03 | 2019-11-13 | 주식회사 테크트랜스 | 마그네슘합금의 균일한 피막형성을 위한 저전압 플라즈마 전해 산화 장비 공정 개발 |
| KR20210098295A (ko) | 2020-01-31 | 2021-08-10 | 창원대학교 산학협력단 | 키토산을 이용한 마그네슘 합금의 전해플라즈마 공정 |
-
2021
- 2021-12-30 KR KR1020210193397A patent/KR102475525B1/ko active IP Right Grant
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