KR20000071537A - 양극 산화 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

양극 산화 처리 공정은, 처리욕에서 진동 유체를 발생시키기 위해 진동 베인을 200 내지 800 회/분의 주파수에서 0.5 내지 3.0 mm의 진폭으로 진동시키는 처리욕 진동 유동 교반 장치(A)와,
30 내지 40%의 다공성과 10 내지 400 ㎛의 기공경을 갖는 세라믹 확산 파이프로 된 처리용 폭기 장치(B)와,
0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 금속체가 매달린 전극 바아를 거쳐 금속체에 진동을 인가하는 장치(C)와,
10 내지 100 mm의 요동폭과 10 내지 30 회/분의 요동 주파수에서 금속체의 요동 동작을 발생시키는 금속체가 현수된 전극 바아를 요동시키기 위한 장치(D)를 동시에 작동시키면서 수행된다.

Description

양극 산화 처리 방법 및 장치{ANODIZING METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME}
본 발명은 진동 유동 교반을 사용해서 금속체를 양극 산화하는 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
양극 산화 공정의 사용에 의해 금속체의 표면 상의 양극 산화막을 갖는 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등으로 제조된 것과 같은 금속 물품을 제조하는 분야에서, 에너지 소비를 줄이고 생산성을 높이는 것, 특히 양극 산화 공정을 고속화하고 산화막 형성의 효율을 증대시키는 것이 요구되어 왔다. 또한, 고온 또는 실온 처리욕이 사용되는 조건에서 양극 산화 공정의 고속화가 요구되어 왔다.
사실상, 종래의 양극 산화 공정에서 가장 중요한 문제는 10 내지 15 ㎛ 두께의 얇은 산화막이 형성되는 경우에도 장기간의 공정 시간이 필요하다는 것이다. 따라서, 예컨대 양극 산화 알루미늄으로 제조된 샤시 윈도우와 같은 금속 물품의 제조 라인에서, 양극 산화 공정은 전처리 및 후처리 공정과 비교해서 지속 시간이 약 10 내지 15배만큼 걸리기 때문에 라인 지체를 방지하기 위해 서로 평행하게 정렬된 복수개의 처리 장치를 사용함으로써 양극 산화 공정이 수행될 수 있다.
발명자는 50 내지 80 ㎛의 직경을 갖는 미세 기포가 알루미늄 본체의 처리 표면에 연속적으로 공급되는 양극 산화 공정을 제시함으로써 양극 산화 속도는 종래의 양극 산화 공정에서의 속도보다 2 내지 3배 정도로 증가하게 된다. 그러나, 이 공정도 처리 속도 및 처리 온도에서 불충분하다.
한편, 일본 특허 출원 공개 소60-9600호에서는 0.001 내지 4 mm의 직경을 갖는 다수의 기포가 전해욕 내의 폭기(aeration) 장치에 의해 발생되어서 10 내지 200 Hz 주파수의 진동을 받고 상향 이동하게 되어서 양극 산화 공정의 효율이 개선되는 양극 산화 처리 방법에 대해 개시하고 있다. 그러나, 이 기술도 불충분한데, 그것은 양극 둘레에서 전기 분해에 의해 발생된 산소가 대기로 전달되는 기포를 형성하고 따라서 금속체 상의 산화 기능은 낮아지기 때문이다. 또한, 산소 기포 형성은 금속체 표면 상의 저항을 증가시키고 처리를 위해 더 높은 전압이 요구되어서 큰 전력이 필요하고 따라서 열 손실과 에너지 손실이 크게 된다. 따라서, 이와 같은 종래의 기술에는 실무상 예컨대 2 내지 3 A/dm2의 저전류 밀도가 사용되고, 따라서 고온 또는 실온 처리욕이 사용되는 조건에서 양극 산화 공정의 고속화가 실현될 수 없다.
본 발명의 목적은 양극 산화 속도가 고속화되고 에너지 소비가 적고 산화막 형성 효율이 높은 양극 산화 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 금속체가 복잡한 프로파일을 갖더라도 금속체를 연소시키지 않고도 뛰어나고 균일한 산화막이 얻어질 수 있는 양극 산화 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 상술한 목적을 얻기 위해, 처리욕에 침지된 금속체의 표면 상에 양극 산화막을 형성하는 양극 산화 처리 공정을 포함하는 금속체의 양극 산화 처리 방법이 제공되며, 양극 산화 처리 공정은,
(a) 진동 베인(vane)을 0.5 내지 3.0 mm의 진폭과 200 내지 800 회/분의 주파수에서 진동시킴으로써 처리욕이 진동 유동 교반되는 처리욕 진동 유동 교반 단계와,
(b) 10 내지 400 ㎛의 기공경을 갖는 확산기에 의해 발생된 기포를 사용함으로써 처리욕에 폭기를 수행하는 단계가 동시에 수행된으로써 행해진다.
양극 산화 처리 방법에서, 양극 산화 처리 공정은,
(c) 금속체가 0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 요동되게 금속체에 진동을 인가하는 단계와,
(D) 금속체가 10 내지 100 mm의 요동폭과 10 내지 30 회/분의 요동 주파수에서 요동되게 금속체를 요동시키는 금속체 요동 단계중 적어도 하나의 단계가 동시에 수행되면서 수행될 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 처리욕에 침지된 금속체의 표면 상에 양극 산화막을 형성하는 양극 산화 처리 공정을 포함하는 금속체의 양극 산화 처리 방법이 제공되며, 양극 산화 처리 공정은,
진동 모터를 구비한 진동 발생 수단과, 처리욕 내에 진동 유동을 발생시키기 위해 진동 발생 수단과 연동되어 처리욕 내에서 진동하는 진동 바아에 한 스테이지 또는 다중 스테이지에 고정된 진동 베인을 0.5 내지 3.0 mm의 진폭과 200 내지 800 회/분의 주파수에서 진동시키기 위한 진동 유동 교반 수단과, 진동 발생 수단 및 진동 유동 교반 수단의 연결부에서의 진동 응력 분산 수단을 포함하는 처리욕 진동 유동 교반 장치(A)와,
10 내지 400 ㎛의 기공 크기를 갖는 세라믹 확산 파이프를 포함하는 처리욕을 위한 폭기 장치(B)가 동시에 작동됨으로써 수행된다.
장치(A)는 10 내지 500 ㎐의 범위에서 임의의 주파수를 발생시키기 위해 장치(A)의 진동 모터를 제어하기 위한 인버터를 추가로 포함한다. 진동 모터의 동력은 처리욕의 부피에 따라 적절한 값으로 설정된다.
장치(B)의 세라믹 확산 파이프는 30 내지 40 %의 다공성을 가질 수 있다. 예컨대, PVC와 같은 합성 수지로된 파이프 내에 각각 약 1 mm의 기공 크기를 갖는 많은 구멍을 형성함으로써 얻어진 확산 파이프의 경우, 기포 크기가 너무 크기 때문에 전해열은 효과적으로 제거될 수 없고, 시스템의 전기 저항 분산이 발생한다. 한편, 본 발명에 따른 폭기 장치(B)는 확산 파이프로서 세라믹 기공 파이프를 사용하며, 따라서 상술한 문제는 방지될 수 있는데, 즉 시스템에 발생된 주울(Joule) 열이 제거될 수 있다. 양호하게는 골격재로서 알룬듐(ALUNDUM)(상호)과 같은 알루미늄 입자를 함유한 고온 소결된 세라믹 파이프가 세라믹 기공 파이프로서 사용된다. 확산 파이프의 기공 크기는 적절하게는 10 내지 400 ㎛로, 양호하게는 10 내지 120 ㎛로 설정되고, 다공성(표면 면적에 대한 기공의 면적비)은 양호하게는 30 내지 40 %로 설정된다. 확산 파이프의 외경은 통상적으로 50 내지 100 mm로 설정되며, 그 길이는 비록 처리 탱크의 길이에 따라 변하지만 통상적으로 1000 내지 1500 mm로 설정된다. 확산 파이프를 배치하는 방법은 특정한 것으로 제한되지 않지만, 복수개의 확산 파이프가 사용되는 경우, 확산 파이프는 폭기에 의해 발생된 기포가 금속체 둘레에 균일하게 오도록 배치된다. 확산 파이프 간의 간격은 양호하게는 100 내지 120 mm로 설정되며, 확산 파이프와 금속체 사이의 수직 방향으로의 간격은 양호하게는 100 내지 300 mm로 설정된다. 이런 배열에 따르면, 폭기는 종래의 폭기와 비교해서 이등급으로 강화될 수 있다.
양극 산화 처리 방법에서, 양극 산화 처리 공정은, 금속체가 매달려 있는 전극 바아를 거쳐 금속체에 0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 진동을 가하기 위한 장치(C)와,
전극 바아를 거쳐 10 내지 100 mm의 요동폭과 10 내지 30 회/분의 주파수로 금속체의 요동 동작을 발생시키는, 금속체가 현수된 전극 바아를 요동시키기 위한 장치(D)중 적어도 하나가 동시에 작동됨으로써 수행될 수 있다.
장치(C)는 진동을 발생시키기 위해 주파수가 인버터에 의해 10 내지 60 ㎐로 조절된 진동 모터를 사용할 수 있다. 전극 바아에 진동을 유도하기 위해 장치(C)의 진동 모터의 주파수(㎐)는 양호하게는 장치(A)의 진동 모터의 주파수의 50 내지 65 %로 설정된다. 특히, 장치(C)의 진동 모터의 주파수는 양호하게는 20 내지 35 ㎐로 설정된다. 이 진동도 금속체를 진동시키지만, 처리 유체의 유동을 야기하지 않는다.
금속체가 현수된 전극 바아를 거쳐 가해지는 장치(D)의 요동 동작은 양호하게는 20 내지 60 mm의 요동 폭을 갖도록 설정된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 양극 산화 처리 공정을 수행하기 위해 장치 (A) 와 (B)를 포함하는 양극 산화 처리 장치가 제공된다. 양극 산화 처리 공정은 장치 (C)와 (D)중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명에 따르면, 장치 (A)와 (B) 모두는 동시에 작동되기 때문에, 단지 폭기 장치만이 사용되는 종래의 양극 산화 공정에 비해 양극 산화 공정은 약 10 내지 15 A/dm2의 증가된 전류 밀도와 크게 저감된 양극 산화 처리 시간에서 양호한 안정성을 갖도록 수행될 수 있다.
양극 산화 공정에서, 처리 온도는 공정의 에너지 비용과 얻어지는 산화막의 질에 중요한 인자이다. 폭기를 사용해서 수행되는 종래의 양극 산화 공정에서, -5 내지 0 ℃의 온도는 경질 양극 산화막을 형성하는 데 필요하고 20 ℃ 이하의 온도는 일반 양극 산화막을 형성하는데 바람직하다. 한편, 본 발명에 따르면, 10 내지 20 ℃의 온도가 경질 양극 산화막을 형성하기 위해 사용될 수 있고 30 내지 35 ℃의 온도가 일반 양극 산화막을 형성하기 위해 사용될 수 있어서, 냉각 처리욕에서 에너지 소모를 저감시키고 종래 방법에서보다 고온인 경우에도 뛰어난 특성의 산화막이 얻어진다.
발명자는 일본 특허 출원 공개 평6-71544호 및 일본 특허 출원 공개 평6-220697호에서 도금욕 내에서 진동 유동 교반 장치를 사용하는 것을 제시하였다. 도금에서, 도금 목표물은 음극의 기능을 하고, 양극에 의해 공급되고 도금욕에 존재하는 금속 이온은 금속막으로서 음극 상에 석출된다. 도금에서, 물은 음극 표면 상에 수소를 발생시키기 위해 전기 분해된다. 수소는 전기 저항의 증가를 야기하고 전류 효율을 낮추는 기포를 형성하며, 따라서 음극 상의 금속 이온의 석출이 억제되고 도금 처리 시간이 증가된다. 상술한 일본 특허 공개 평6-71544호에서, 진동 유동 교반 장치는 수소 기포로 인한 금속 석출 억제를 방지하기 위해 음극의 표면 상의 수소를 제거하기 위한 목적으로 사용된다.
한편, 양극 산화 공정에서, 처리 목표물, 즉 금속체는 양극으로서의 기능을 한다. 이것은 도금 공정의 경우에 반대된다. 전기 분해에 의해 발생되고 양극에 부착된 수소는 전기 방전에 의해 분해되어 금속체의 표면 상의 산화막을 형성하기 위해 금속체, 즉 양극의 표면을 산화시키는 데 사용되는 산소를 발생시킨다. 따라서, 양극 산화욕에서 상술한 진동 유동 교반 장치를 사용하는 것은 진동 유동 교반 장치가 양극 둘레의 산소 기포를 제거해서 양극 산화 효율을 낮추기 때문에 쓸모가 없다.
그러나, 본 발명자는 진동 유동 교반 장치가 양극 산화욕에 사용될 때 종래의 방법에 비해서 양호한 밀착도 및 균일성을 갖는 양극 산소막이 형성되었음을 발견하였다. 본 발명자는, 진동 유동 교반 장치(A)를 사용하는 경우, 전기 분해에 의해 발생된 산소는 기포를 형성하지는 않지만 양극 둘레에 초기 산소로서 잔류해서 뛰어난 효율로 양극 상에 작용한다는 것을 고려하였다.
상술한 바와 같이, 도금 공정 및 양극 산화 공정은 서로 다른 기술이며, 따라서 양극 산화 공정에서 상술한 진동 유동 교반 장치(A)를 사용함으로써 얻는 효과는 종래 기술에 비해 뚜렷하지 않다.
금속체, 즉 양극 산화 공정의 처리 목표물은, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 니오븀, 니오븀 합금, 탄탈륨, 탄탈륨 합금, 징코늄, 징코늄 합금, 납, 납 합금으로 제조된다. 알루미늄 합금의 예는 Al-Si, Al-Mg, Al-Mg-Si, Al-Zn이다. 금속체는 10 mm 이하의 직경을 갖는 블라인드형(blind) 구멍이나 딤플형(dimple) 구멍 또는 10 mm 이하의 직경을 갖는 관통 구멍을 가질 수 있다.
처리욕, 즉 본 발명의 양극 산화 공정에 사용되는 전해욕은, 예컨대 크롬산, 보론산, 보론 알루미늄, 황산, 인산, 옥살산, 벤젠술폰산, 술팜산, 구연산, 타르타르산, 포름산, 또는 숙신산, 또는, 이들의 조합을 함유한 산성욕이다.
본 발명의 방법에서, 전처리 공정은 양극 산화 처리 공정 전에 평소와 같이 수행될 수 있다. 사전 처리 공정의 예는 다음과 같다.
(a) 탈지(degreasing) - 물세척
(b) 탈지 - 물세척 (- 에칭 - 물세척) - 얼룩제거(desmuting) - 물세척
(c) 기계 연마(polishing) - 탈지 - 물세척
(d) 기계 연마 - 탈지 - 물세척 - 에칭 - 물세척 - 얼룩제거 - 물세척
(e) 탈지 - 물세척 - 전해 연마 또는 화학적 연마 - 물세척 - 산화물 제거 또는 얼룩제거 - 물세척
(f) 기계 연마 - 탈지 - 물세척 - 전해 연마 또는 화학적 연마 - 물세척 - 산화물 제거 또는 얼룩제거 - 물세척
본 발명의 방법에서, 후처리 공정은 양극 산화 처리 공정후에 평소와 같이 수행될 수 있다. 후처리 공정의 예는 금속체의 기공면을 처리하기 위한 실링 단계를 포함한다. 실링 단계는, 예컨대 스팀(steam) 실링, 금속염 실링, 전기 증착 실링, 염료 실링, 또는 안료 실링, 또는 이들의 조합을 포함한다.
후처리 공정의 라인에서, 양극 산화 공정 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 금속체의 양극 산화 처리 방법의 후처리 공정은 다음 표1에서 도시된 바와 같은 단계를 포함하며, 여기에서 각 단계에서의 처리 조건 및 시약도 표시된다.
표1
단계 사용 시약 처리 조건
(1) 탈지 유기 용제 40℃ 5분
(2) 물세척 물 실온 1분
표1(계속)
(3) 에칭 NaOH(50 g/liter) 실온 5분
(4) 물세척 물 실온 1분
(5) 얼룩제거 HNO3(5%) 실온 1분
(6) 물세척 물 실온 1분
(7) 양극 산화 H2SO4(200 g/liter) 실온 5분
(8) 물세척 물 실온 1분
(9) 실링 순수한 물 95℃ 15분
(10) 건조 자연 건조 10분
탈지 단계는 금속체를 벤젠과 같은 유기 용제, 계면활성제 수용액, 5 내지 25 W/V% 황산 수용액과 같은 산성 수용액, 5 내지 20 W/V% NaOH 수용액과 같은 알칼리성 수용액 또는 인산염 수용액으로 금속체를 세척함으로서 수행될 수 있다.
에칭 단계는 5 내지 25 W/V% NaOH를 사용한 알칼리성 공정, 3 내지 8 W/V% NaOH와 5 내지 10 W/V% 인산 나트륨을 사용한 알칼리성 인산염 공정 또는 황산 칼륨 공정에 의해 수행될 수 있다.
양극 산화 단계는 처리욕에 대한 금속체의 비율이 4 g/liter에서 수행될 수 있다. 이 단계에서, 인산, 옥살산 등 또는 그 조합이 황산 대신에 사용될 수 있다. 처리 시간은 형성된 산화물 막의 두께에 따라 달라진다.
본 발명의 양극 산화 처리 방법에서는 양호하게는, 적어도 하나의 단계, 전처리 공정 또는 후처리 공정에 포함된 특히 탈지 단계 또는 실링 단계는 장치(A)가 작동되는 동안 수행된다. 양호하게는, 장치(B)도 동시에 작동된다. 양호하게는, 장치 (C)와 (D)중 적어도 하나도 동시에 작동된다.
진동 유동 교반 장치(A)가 양극 산화 단계에서 작동되면, 처리욕의 표면 신장은 떨어져서 금속체 또는 처리 목표물 상에 발생된 활성 산소는 기포를 형성하지 않고 금속체, 즉 양극과 잘 접촉하게 되며, 금속체의 표면은 종래의 양극 산화 공정보다 몇배의 속도, 예컨대 5배의 속도로 산화되어서 뛰어난 균일성을 갖고 양극 산화막을 형성한다.
본 발명에 따르면, 세라믹 확산 파이프에 의해 발생된 대량의 기포는 처리욕에서 상향 이동하며 전체 처리 목표물을 둘러싸고 외부로 배출된다. 따라서, 전해열(주울 열)은 기포에 의해 효과적으로 흡수되어서 처리 목표물을 급속히 냉각시키고, 또한 처리 목표물의 미세 기공으로부터 제거된 공기 및 먼지도 기포와 함께 효과적으로 배출될 수 있어서, 처리 목표물에는 석출물의 연소 또는 연소된 석출물이 발생하지 않고 따라서 산화막은 뛰어난 균일성을 갖는다. 주울 열을 효과적으로 배출하기 위해, 160 liter의 처리욕에 공급되는 공기의 양은 양호하게는 120 liter/분 이상이다.
양극 산화 공정에서, 양극 산화에 의해 작용열이 발생하며, 따라서 처리욕은 그 온도를 일정하게 유지하도록 냉각된다. 열교환기가 냉각 장치로서 사용되며, 처리욕은 열교환기를 거쳐 요동된다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 금속체의 표면 상에 형성된 γ-Al2O3·H2O로 된 산화막의 질은 처리욕의 온도가 증가되면 열화된다. 또한, 산화막에는 처리욕의 온도가 과도하게 낮은 경우 크랙(crack)이 발생한다. 본 발명에 따라 형성된 산화막은 동일한 온도 조건에 얻어지는 종래의 산화막에 비해 뛰어나다. 또한, 본 발명에 따르면, 종래의 산화막에 비해 뛰어난 산화막은 종래의 공정 보다 10 내지 15 ℃만큼 높은 온도 조건하에서 얻어질 수 있다.
본 발명에서, 처리욕의 온도는 일반 알루미늄 산화막에 대해 35 ℃ 이하, 양호하게는 약 30 ℃의 실온이며, 일반 알루미늄 합금 산화막에 대해 20 ℃ 이하, 양호하게는 약 15 ℃의 실온이며, 경질 산화막에 대해 10 내지 15 ℃이다.
본 발명에 따르면,
(1) 공정 처리 시간은 석출물의 연소 또는 연소된 석출물을 발생시키지 않고도 종래의 양극 산화 공정과 비교해서 약 3 내지 5배 정도로 양극 산화 속도가 크게 단축될 수 있어서 에너지 소비를 줄일 수 있고, 전처리 공정 또는 후처리 공정에 장치(A)가 사용되는 경우 그리고 양호하게는 장치(B)도 사용되고 보다 양호하게는 장치 (C) 및/또는 (D)도 사용되게 되면 전처리 공정과 후처리 공정에 걸친 전체 공정의 처리 시간이 더욱 단축되며,
(2) 얻어진 양극 산화막은 큰 비커스 경도를 가지며,
(3) 얻어진 양극 산화막은 뛰어난 균일성을 갖고, 따라서 본 발명은 OPC 드럼의 제조에 유리하며,
(4) 양극 산화 공정은 동질의 산화막을 얻기 위해 종래의 공정과 비교해서 5 내지 10 ℃만큼 높은 온도에서 수행될 수 있는데, 예컨대 종래의 공정에서는 경질 양극 산화막을 형성하기 위해 -5 내지 5 ℃의 처리 온도와 일반 양극 산화막을 형성하기 위해 약 20 ℃의 처리 온도가 필요하였지만, 본 발명에서는 경질 양극 산화막을 형성하기 위해 10 내지 15 ℃의 처리 온도와 일반 양극 산화막을 형성하기 위해 30 내지 35 ℃의 처리 온도를 쓸 수 있으며, 따라서 보다 낮은 듀티율(duty)을 갖는 냉각 장치를 사용하기에 충분하며,
(5) 금속체가 내경이 10 mm 이하의 관통 구멍 또는 블라인드형 구멍을 갖는 경우에도, 양극 산화막은 블라인드형 구멍 또는 관통 구멍의 내면을 포함하는 금속체의 표면 상에 뛰어난 균일성을 갖고 쉽게 형성될 수 있어서, 본 발명은 불규칙면을 갖는 금속 판, 엔진의 일부, 열교환기의 일부 등과 같은 복잡한 프로파일을 갖는 금속 물품을 제조하는 데 유리하며,
(6) 얻어진 양극 산화막은 동일한 처리 온도에서 종래의 공정에 의해 얻어진 산화막보다 높은 내식성, 내후성, 내마모성, 경도 및 광택을 가지며,
(7) 폭기에 의해 처리욕에 공급된 공기의 양은 진동 유동 교반 장치를 조합으로 사용함으로써 크게 증가해서 처리욕의 온도는 하강될 수 있고 전류 밀도는 증가될 수 있는 반면, 진동 유동 교반 장치를 사용하지 않는 종래의 공정에서 폭기에 의해 공급된 공기의 양은 균일 양극 산소막을 얻기 위해 낮은 값으로 제한되며,
(8) 얻어진 양극 산화막은 양호한 도색성을 갖는다.
도1은 본 발명에 사용된 장치의 실시예를 도시한 단면도.
도2는 도1의 장치를 도시한 단면도.
도3은 도1의 장치를 도시한 평면도.
도4는 본 발명에 사용된 장치의 다른 실시예를 도시한 평면도.
도5는 도4의 장치를 도시한 측면도.
도6은 도4의 장치를 도시한 정면도.
도7은 도6의 Y-Y를 따라 취한 단면도.
도8은 도5의 X-X를 따라 취한 단면도.
도9는 진동 바아의 일부의 확대 단면도.
도10은 진동 바아의 진동 베인을 고정하는 방법을 도시한 확대 단면도.
도11은 측방 진동 유동 교반 장치의 다른 실시예를 도시한 평면도.
도12는 도11의 단면도.
도13은 본 발명에 사용된 장치의 다른 실시예를 도시한 평면도.
도14는 도13의 장치의 측면도.
도15는 도13의 장치의 정면도.
도16은 양극 바아 상에 현수된 금속체를 도시한 도면.
도17은 홀더에 의해 유지된 금속체를 도시한 도면.
도18은 양극 및 음극의 배열을 도시한 평면도.
도19는 확산 파이프를 배열을 도시한 평면도.
도20은 본 발명의 양극 산화 처리 장치의 블록 다이아그램도.
도21은 양극 산화 공정에서 전류 밀도의 다이아그램도.
도22는 연속 처리 시스템의 흐름도.
도23은 얻어진 산화막의 경도(Hv)와 처리 온도 사이의 관계도.
도24는 산화막의 두께 및 경도를 평가할 때 양극 산화된 알루미늄 판의 측정점과 구획 방식을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 처리 탱크
2 : 프레임
3 : 요동 모터
4 : 진동 모터
5 : 양극 바아
6 : 음극
7 : 음극 홀더
8 : 가이드 부재
9 : 기부 부재
10 : 압축 공기 입구 포트
11 : 히터
12 : 확산 파이프
13 : 양극 바아 지지부
14 : 진동 모터
16 : 진동 바아
17 : 진동 베인
18 : 진동 베인 고정 부재
19 : 진동 응력 분산 수단
20 : 코일 스프링
22 : 하부 지지 로드
40 : 기초 진동 부재
도1 내지 도3은 장치 (A) 및 (B)가 마련된 본 발명에 따른 양극 산화 처리 장치의 일 실시예이다.
도1 내지 도3에서, 폭기 장치(B)는 처리 탱크(1)의 바다판에 배치된 세 개의 확산 파이프(12)와, 확산 파이프(12)로 압축 공기를 공급하는 압축 공기 입구 포트(1)를 포함한다. 인용 부호 4는 진동 모터를, 16은 진동 바아를, 17은 진동 베인을 나타낸다. 이들은 진동 유동 교반 장치(A)의 부품들이다.
인용 부호 5는 처리 목표물 또는 금속체(도시 안됨)를 위한 현수 부재로서 작용하는 양극 바아를 나타낸다. 인용 부호 6은 음극(도시 안됨)을 위한 현수 부재로서 작용하는 음극 바아를 나타낸다. 인용 부호 9는 처리 탱크(1)가 배치된 기부 부재를 나타낸다.
확산 파이프(12), 처리 탱크(1), 압축 공기 입구 포트(10), 진동 모터(4), 진동 바아(16), 진동 베인(17), 양극 바아(5), 음극 바아(6) 및 기부 부재(9)는 이하의 실시예에서와 사실상 동일하다.
다른 실시예를 도시하고 있는 도4 및 도6에서는 장치 (A), (B), (C) 및 (D)가 도시되어 있다. 도4 내지 도6에 도시된 진동 모터를 구비한 진동 유동 교반 장치가 도7 및 도8에 도시되어 있다.
도4 내지 도6에서, 폭기 장치(B)는 처리 탱크(1)의 바닥판 상에 배치된 두 개의 확산 파이프(12)와, 압축 공기 입구 포트(10)를 포함하며, 압축 공기는 이 포트를 통해 확산 파이프(12)로 공급된다.
도4 내지 도6에서, 요동 장치(D)에는 요동 포트(3)와, 요동 모터(3)의 동작에 의해 요동되는 요동 지지 프레임(2)과, 양극 바아 지지부(13)에 의해 요동 지지 프레임(2)에 고정되고 양극 바아로서도 쓰이는 현수 부재(5)가 마련된다. 양극 산화 처리를 받게 되는 목표물(이하 처리 목표물 또는 금속체)은 양극 바아(5)에 전기 접속되어 물리적으로 고정된다. 요동 동작은 10 내지 100 mm, 양호하게는 20 내지 60 mm의 진폭과 10 내지 30 회/분의 주파수에서 느리게 이루어진다. 요동 지지 프레임(2)은 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 좌우 방향으로 요동되어서 요동 모터(3)가 부착된 기부 부재(9)에 부착된 가이드 부재(8) 상에서 바닥부가 이동하게 된다.
요동 지지 프레임(2)에 진동을 가하기 위해 진동 모터(14)는 요동 지지 프레임(2) 상의 적절한 위치에 고정된다. 진동 모터(14)의 진동은 요동 지지 프레임(2)을 진동시키며, 요동 지지 프레임(2)의 진동 동작은 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같은 금속체에 전달된다. 이런 부재를 사용해서 진동 인가 장치(C)가 형성된다. 진동 모터(14)는 인버터에 의해 10 내지 60 Hz의 진동, 양호하게는 20 내지 35 Hz의 진동을 발생시키며, 요동 지지 프레임(2)은 0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 진동된다.
도4에서 인용 부호 6, 7 및 11은 각각 음극, 음극 홀더 및 히터를 나타낸다.
처리욕에 대한 진동 유동 교반 장치(A)의 실시예가 도7 및 도8에 도시되어 있다. 그러나, 진동 유동 교반 장치는 본 실시예에만 제한되지 않는다. 예컨대, 본 출원의 발명자에 의해 제시된 일본 특허 출원 공개 평6-304461호, 일본 특허 출원 공개 평6-312124호(미국 특허 제5,375,926호에 대응), 일본 특허 출원 공개 평6-330395호, 일본 특허 출원 공개 평8-173785호, 일본 특허 출원 공개 평9-40482호 및 일본 특허 출원 공개 평6-71544호에 개시된 바와 같은 진동 유동 교반 장치가 사용될 수 있다.
도7 및 도8에서, 진동 모터(4)가 고정된 기초 진동 부재(40)는 복수개의 코일 스프링(20)을 거쳐 탱크(1) 상에 로딩된다. 각 스프링(20)의 내측에는, 처리 탱크(1)에 수직하게 고정된 하부 지지 로드(22)와, 하부 지지 로드(22)에 정렬된 기초 진동 부재(40)에 수직하게 고정된 상부 지지 로드(21)가 위치된다. 하부 지지 로드(22)의 상단부는 상부 지지 로드(21)의 하단부에서 소정 거리만큼 분리된다.
도9는 기초 진동 부재(40)에 부착된 각 진동 바아(16)의 일부의 확대 단면도이다. 러버 링으로 형성된 진동 응력 분산 수단(19)은 진동 발생 장치의 기초 진동 부재(40)와 진동 바아(16) 사이의 연결부에서 진동 바아(16) 둘레에 마련된다. 인용 부호 46은 와셔를 나타내며, 인용 부호 48, 50, 52 및 54는 각각 너트를 나타낸다. 러버 링(19)의 길이는 진동 바아(16)의 직경보다 길게 설정되며, 통상적으로는 진동 바아의 직경의 3 내지 8배이고, 그 외경(크기)은 진동 바아의 1.3 내지 3.0 배, 양호하게는 약 1.5 내지 2.5배로 설정된다. 다른 관점에서, 진동 바아(16)가 10 내지 16 mm의 직경을 갖는 곡면 바아일 때, 러버 링(19)의 두께가 양호하게는 10 내지 15 mm로 설정된다. 진동 바아(러버 바아)의 직경이 20 내지 25 mm로 설정될 때, 러버 링의 두께는 양호하게는 20 내지 35 mm로 설정된다. 고무 링이 사용되지 않는 경우에는, 진동 응력이 기초 진동 부재(40)와 진동 바아(16)의 연결부 둘레에 집중되어서, 진동 바아가 파손되기 쉽다는 문제가 발생한다. 그러나, 이 경우, 상술한 문제는 러버 링을 고정되게 삽입함으로써 완전하게 해결될 수 있다.
도7 및 도8에서, 각각의 진동 바아(16) 상에는, 이격자(30)가 인접한 진동 바아(17) 사이에 설치될 수 있어서 각각 한 쌍의 진동 베인 고정 부재에 의해 유지된 베인은 임의의 간격으로 위치된다.
진동 베인(17)은 양호하게는 박형 금속, 탄성 합성 수지, 고무 등으로 제조되며, 그 두께는 베인 판의 적어도 선단부가 진동 모터(4)의 수직 방향 진동에 의한 (마치 물결치는 듯한) 경련 효과를 보이도록 설정됨으로써, 진동이 처리욕 또는 시스템에 인가되어서 유동성을 유도하게 된다. 금속 베인 판의 재료로서는 티타늄, 알루미늄, 구리, 강, 스테인레스강, 또는 이들의 합금일 수 있다. 합성 수지로서는 폴리카보네이트, 비닐-클로라이드계 수지, 폴리프로필렌 등이 사용될 수 있다. 두께는 특정 값으로 제한되지 않지만, 진동 에너지를 전달하고 진동 효과를 개선하기 위해서, 양호하게는 금속에 대해서는 0.2 내지 2 mm로, 그리고 플라스틱에 대해서는 0.5 내지 10 mm로 설정된다. 두께가 과도하게 크면, 진동 유동 교반 효과는 떨어진다.
진동 베인은 한 스테이지 또는 여러 스테이지에서 진동 바아에 고정될 수 있다. 복수개의 진동 베인이 처리욕의 깊이에 따라 사용될 수 있다. 스테이지의 수가 증가되고 진동 모터 상의 로드가 과도하게 증가되는 경우, 진동 폭은 저감되고 진동 모터는 가열되게 된다.
또한, 모든 진동 베인은 진동 바아 또는 샤프트에 수직하게 고정될 수 있다. 그러나, 양호하게는 진동 방향에 수직한 방향을 0도라고 가정할 때 이것들은 (+) 또는 (-) 방향으로 5 내지 30도, 양호하게는 10 내지 20도로 경사지도록 고정된다(도7 및 도10 참조).
진동 베인 고정 부재(18) 및 진동 베인(17)은 진동 샤프트의 측면에서 보아 일체로 경사 및/또는 절곡될 수 있다. 이것들이 절곡되는 경우에도, 이것들은 양호하게는 전체적으로 5 내지 30도, 양호하게는 10 내지 20도로 경사진다.
진동 베인(17)은 진동 베인 고정 부재(18)에 의해 상하측으로부터 핀치되면서 진동 바아(16)에 고정됨으로써, 진동 베인부를 형성한다. 특히, 나사로 진동 바아에 베인(17)을 체결하기 위해 진동 바아(16)에는 나사 구멍이 형성될 수 있다. 그러나, 양호하게는 진동 베인(17)은 진동 베인 고정 부재(18)에 의해 보조적으로 눌려져서 도10에 도시된 바와 같이 진동 베인 고정 부재(18)에 의해 상하측면으로부터 핀치되어서 진동 베인 고정 부재(18)는 진동 베인(17)을 진동 바아(16)에 고정시키기 위해 너트(24)로 체결된다.
진동 베인이 경사 및/또는 절곡될 때, 많은 진동 베인중 하부의 하나 또는 두 개는 하향으로 경사 및/또는 절곡될 수 있는 반면, 다른 진동 베인은 상향으로 경사 및/또는 절곡된다. 이런 구조에 의해, 처리욕의 바닥부의 교반이 충분히 수행되며, 바닥부에서의 트랩의 발생이 방지될 수 있다.
처리욕의 바닥부에서만 교반하지 않는 것이 필요할 때, 하향 절곡된 진동 베인은 제거될 수 있다. 이것은 석출물 등과 같은 원하지 않는 성분이 하부에 보유되고 이들 원하지 않는 성분이 탱크에서 분산되지 않고 하부로부터 제거되는 경우에 효과적으로 적용된다.
처리욕으로부터 발생된 가스가 배출되는 것을 방지하기 위해, 양호하게는 보든 진동 베인을 하향 절곡시키거나 경사지게 한다.
진동 유동 교반 장치는 도1 내지 도3 및 도13 내지 도15에 도시된 바와 같이 처리 탱크의 일 단부에 마련될 수 있으며, 인용 부호 28, 29 및 30은 각각 히터, 폭기용 공기 압축기 및 음극 홀더를 나타낸다. 그러나, 대형 탱크에 사용하기 위해 도4 내지 도10에 도시된 바와 같이 처리 탱크의 양 단부에 마련될 수 있다. 또한, 상기의 도면에 도시된 임의의 진동 유동 교반 장치는 진동 베인이 수직 방향으로 진동되는 형태이다. 그러나, 상술한 일본 특허 공개 평6-304461호 또는 도11 및 도12에 도시된 바와 같이 진동 방향이 수평 방향으로 설정되고 진동 베인(17)이 처리 탱크(1)의 바닥부에 배치되도록 설계될 수 있으며, 여기에서 인용 부호 25는 진동 모터(4)가 장착된 진동 전달 프레임을 나타내며, 인용 부호 27은 지지 스프링을 나타낸다. 이 경우, 양호하게는 진동 모터(4)를 포함하는 좌측 중량과 우측 중량의 균형을 맞추기 위해 밸랜서(26)가 도12에 도시된 바와 같이 배치된다.
도1에 도시된 바와 같이, 진동 베인(17)은 처리 탱크(1)의 중심쪽으로 위치 편향된 상태로 진동 바아(16)에 부착될 수 있어서 처리욕의 진동 유동 교반 강도를 효과적으로 증가시킨다.
진동 바아는 진동 모터에 직접 링크되어 사용될 수 있다. 그러나, 상술한 일본 특허 공개 평6-304461호 및 일본 특허 공개 평6-330395호에 개시된 바와 같이, 진동 모터의 진동이 도11 및 도12에 도시된 바와 같이 진동 프레임(25)을 거쳐 진동 바아(16)로 전달되는 모드에서 사용될 수 있다.
또한, 진동 베인의 손상이 크게 저감될 수 있기 때문에 양호하게는 플루오르계 중합체 막(23)이 도10에서와 같이 진동 베인 고정 부재(18)와 진동 베인(17) 사이에 개재된다. 플루오르계 중합체는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 테트라플루오르에틸렌/헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오르에틸렌/퍼플루오르알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA), 폴리크롤로트리플루오르에틸렌(PCTFE), 폴리비닐이덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드, 에틸렌/크롤로트리플오르에틸렌 공중합체, 프로필렌/테트라플루오르에틸렌 공중합체 등이 사용될 수 있다. 양호하게는 플루오린계 고무도 사용된다.
도16에 도시된 바와 같이, 금속체(62)가 처리욕(64)에서 처리되면 홀더(60)에 의해 파지된다. 홀더(60)는 양극 바아(5)에 현수된 고리부(60a), 금속체(62)의 상부를 유지하는 파지부(60b) 및 파지력을 발생시키기 위한 압축 스프링(60c)을 포함한다. 금속체(62)의 최상부는 처리욕(64)에 위치된다. 기포는 확산 파이프(12)에 의해 처리욕(64) 내에 발생된다. 금속체(62)는 하나의 처리 탱크로부터 다른 처리 탱크로 홀더(60)와 함께 전달된다.
금속체(62)의 중량이 비교적 경량이거나 크기가 작을 때에는, 양호하게는 양극 바아(5)에 전기 기계적으로 연결될 지지 프레임(70a)과 지지 프레임(70a)에 금속체(62)를 고정하기 위한 와이어(70b)를 포함하는 도17에 도시된 다른 형태의 홀더(70)를 채택한다.
도18은 처리욕 내의 양극 및 음극의 배열의 일 예를 도시한 평면도이다. 네 개의 음극(68a 내지 68d)은 각각 폭 w를 갖는다. 음극(68a, 68b) 및 음극(68c, 68d)은 d1의 간격으로 도1에 도시된 하나의 그리고 다른 음극 바아(6)에 전기 기계적으로 연결된다. 양극 또는 금속체(62)는 d2와 d3(=d2)의 간격으로 네 개의 음극(68a 내지 69d)의 중심 위치에 배치된다.
도19는 처리 탱크 내에서 세라믹 확산 파이프의 배열의 일 예를 도시한 평면도이다. 이 배열은 특히 금속체(62)가 확산 파이프(12)보다 긴 경우 양호하다. 서로에 대해 r1, r2의 간격으로 배열된 복수개의 확산 파이프(12)는 p1, p2의 간격으로 처리 탱크(1) 내에 배열된다. 처리욕 내에서 균일한 폭기를 위해서는 r1, r2의 간격은 양호하게는 100 내지 120 mm이고 p1, p2의 간격은 양호하게는 50 mm 이상이다.
도20의 블록 다이아그램도에서, 장치 (A), (C) 및 (D)는 상술한 진동 유동 교반 장치, 진동 인가 장치 및 요동 장치이며, (B)'는 상술한 확산 파이프이다. 조절기는 처리 목표물 또는 양극과 음극 사이에서 양극 산화 공정에 필요한 적절한 전압을 대전시킨다. 처리 탱크(1)의 처리 욕은 열교환기를 거쳐 펌프에 의해 요동된다. 공기 취입기는 압축 공기를 확산 파이프(B)'로 공급한다. 폭기 장치(B)는 확산 파이프(B)'와 공기 취입기를 포함한다.
본 발명은 장치 (C) 및 (D)중 적어도 하나를 작동시키지 않고도 수행될 수 있다. 다르게는, 장치 (C) 및 (D)중 적어도 하나가 도1 내지 도3에 도시된 상술한 실시예에서와 같이 생략될 수 있다.
도21은 순한 조건에서 양극 산화 공정에서의 초기 전류 밀도의 일 예의 다이아그램이다. 전류 밀도는 계단식으로 증가하면서 변경되도록 설정된다.
본 발명에 따르면, 도22에 도시된 연속 자동 처리 시스템 또는 라인이 실현될 수 있고, 여기에서 금속체 또는 처리 목표물이 상술한 전처리 공정, 양극 산화 공정 및 후처리 공정의 단계를 수행하기 위해 처리 탱크를 거쳐 전달된다.
전처리 공정 또는 후처리 공정을 위한 처리 탱크에서는, 양호하게는 장치(A)를 사용하고, 보다 양호하게는 장치 (A) 및 (B)를 조합해서 사용한다. 장치 (A) + (B) + (C)의 조합, 장치 (A) + (B) + (D)의 조합 또는 장치 (A) + (B) + (C) + (D)의 조합을 사용하는 것도 바람직하다.
양호하게는, 탈지 단계와, 전해 연마 또는 화학적 연마인 연마 단계, 및 단계의 효율성을 개선시키기 위한 고온 실링 단계중 적어도 하나에서 이들 장치(들)가 사용된다.
예컨대, 전해 연마 공정에서 진동 유동 교반 장치(A)가 작동될 때, 처리욕의 조성은 다음과 같다.
H3PO4(89% 수용액) 300 g/liter
H2PO4200 g/liter
글리세린 10 g/liter
이 조성은 비교적 농도가 낮으며, 50 내지 60 ℃의 비교적 낮은 처리 온도와 7 내지 11분의 비교적 짧은 처리 시간이 비용성을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 얻어진 양극 산화막은 양호한 외양과 좋은 광택성을 갖는다.
한편, 전해 연마 공정에서 진동 유동 교반 장치(A)가 작동되지 안으면, 처리욕의 조성이 다음과 같을 때 10 내지 16 m/dm2의 전류 밀도와 5 내지 20 V의 전압과 90 내지 100 ℃의 처리 온도에서 10내지 15분의 비교적 긴 처리 시간이 필요하다.
H3PO4(89% 수용액) 600 g/liter
H2PO4400 g/liter
글리세린 10 g/liter
이 조성은 비교적 농도가 높다.
또한, 화학 연마 공정의 경우, 처리 온도는 크게 낮춰질 수 있으며 얻어진 양극 산화막은 진동 유동 교반 장치(A)를 작동시킴으로써 양호한 외양과 좋은 광택성을 갖는다.
이하에서는 본 발명에 따른 예들에 대해 설명하기로 하지만, 본 발명은 다음의 예들로 제한되지 않는다.
다음의 예에서는 도20의 장치가 사용되고 있다. 그러나, 어떤 예에서는 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이 장치 (C) 및/또는 (D)가 작동되지 않고 생략된다.
제1 실시예
도1 내지 도3의 형태의 장치가 사용되었다. 각 구성 장치의 크기, 용량 등은 다음과 같았다.
(1) 양극 산화 처리 탱크
내열성 폴리비닐 클로라이드로 제조되고 500 mm의 폭과 750 mm의 길이와 550 mm의 높이를 갖는 탱크가 사용되었다.
(2) 진동 유동 교반 장치
니혼 테크노 가부시끼가이샤(JAPAN TECHNO CO., LTD.)에서 제조한 슈퍼바이브레이팅(SUPERVIBRATING) α 에지테이터(AGITATOR) 제3형이 사용되었다.
진동 모터 : 우라스 바이브레이터 키이(URAS VIBRATOR KEE) 3.5-2비(B)형, 와스까와 가부시끼가이샤(YASKAWA & CO., LTD.)에서 제조, 250 W × 200 V × 3상, 인버터(0.4 ㎾)에 의해 제어
진동 베인 : 300 × 100 mm의 유효 면적, 0.5 mm의 두께(5개의 진동 베인이 사용됨), α=15도(최하부 베인은 하향 경사져 있고 다른 베인은 상향 경사짐)
진동 베인의 폭 : 1.5 mm
(3) 확산 파이프
니혼 테크노 가부시끼가이샤에서 제조되고 세라믹제의 마이크로 에어레이터 비엠-100(MICRO AERATOR BM-100)이 사용되었다.
내경 : 50 mm
외경 : 75 mm
길이 : 450 mm
다공성 : 33 내지 38 %
기공경 : 50 내지 60 ㎛
벌크 비중 : 2.2 내지 2.5
(4) 확산 파이프용 공기 취입기
150 W의 회전 공기 펌프가 사용됨
공기 취입 속도 : 120 liter/분
(5) 양극 산화 처리욕
부피 : 160 liter
조성 : H2SO4200 g/liter
알루미늄 4 g/liter
(6) 음극
각각 60 mm의 폭과 500 mm의 길이와 20 mm의 두께를 갖는 네 개의 알루미늄 판이 사용되었다.
(7) 처리 목표물(금속체: 양극)
100 mm의 폭과 100 mm의 길이와 1.50 mm의 두께를 갖는 A1100P(JIS H400)로 제조된 알루미늄 판이 사용되었다.
Si + Fe = 1.0 % 이하
Cu = 0.05 내지 0.20 %
Mn = 0.05 % 이하
Zn = 0.10 % 이하
Al = 99.0 % 이하
(8) 목표물 홀더
티타늄 지지 프레임 및 지지 프레임에 목표물을 고정시키기 위한 알루미늄 와이어가 사용되었다(도17).
(9) 처리욕 냉각용 열교환기
쇼와 엔떼쯔 가부시끼 가이샤(SHOWA ENTETSU CO., LTD.)에서 제조된, 자동, 직접 냉각 방식, 급속 냉각 장치인 쿨 라이너(COOL LINER)
4010 Kcal/h, 모터 1.5 ㎾
(10) 열교환기용 순환 펌프
자석 펌프, 아와끼 엠디-100알엠(IWAKI MD-100RM)이 사용되었다.
최대 요동 속도 : 120 liter/분
최대 헤드 : 8.6 m
출력 : 265 W, 1.27 A
(11) 조절기
가부시끼 가이샤 쥬오 세이사꾸쇼(CHUO SEISAKUSHO CO, LTD.)에서 제조된, 직류원, 하이-미니 엠비7시-600-01(HI-분I MB7C-600-01)가 사용되었다.
정격 출력(Rated-output) : 60V-100A, 6.0 ㎾
교류 입력 : 200 V, 21.2 A, 7.34 KVA
(12) 양극과 음극 사이의 간격(도18에서 d2, d3) : 100 mm
(13) 처리 탱크의 배열
탈지 탱크 → 물세척 탱크 → 에칭 탱크 → 물세척 탱크 → 얼룩 제거 탱크 → 물세척 탱크 → 양극 산화 탱크 → 물세척 탱크 → 실링 탱크 → 건조 탱크
에칭 처리 : 50 g/liter의 가성 소다로 된 욕, 실온에서 1분의 처리 시간
얼룩 제거 처리 : 5 %의 질산 수용액으로 된 욕, 실온에서 1분의 처리 시간
실링 처리 : 이온 교환성 끓는 물로 된 욕, 실온에서 15분의 처리 시간
양극 산화 처리는 도21에 도시된 전류 밀도로 600 회/분의 진동수와 20 ℃의 욕 온도와 20 V의 양극 전위에서 진동 베인의 진동을 발생시키기 위해 37 ㎐의 장치(A)의 진동 모터의 주파수 조건에서 8분 동안 수행되었다.
20 ㎛의 두께를 갖는 양극 산화막이 처리 목표물의 표면 상에 형성되었다. 산화막은 양호한 밀집성과 광택을 구비한 양호한 외양을 가졌다. 그 결과는 표2에 도시되었다.
비교예 1
진동 유동 교반 장치(A)가 작동되지 않았다는 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 20 ㎛의 두께, 즉 제1 실시예와 같은 두께를 갖는 양극 산화막을 형성하는 데 필요한 처리 시간은 40분이었다. 그 결과는 표2에 도시되었다.
표2
제1 실시예 비교예 1
전류 밀도 10 A/dm2 2 A/dm2
처리 시간 8 분 40 분
두께 [*1] 20 ㎛ 20 ㎛
외양 뛰어난 광택성 열악한 광택성
경도(Hv) [*2] 430 350
내식성 [*3] 100 시간 48 시간
도색성 [*4] 양호 어느 정도 양호
내마모성 [5] 1200 800
[*1] 산화막의 두께는 JIS H8680-1979에 기초한 에디형(eddy) 전류 측정 방법에 의해 측정되었다.
[*2] 산화막의 경도는 JIS H8682-1988에 기초한 비커스 경도계에 의해 측정되었다.
[*3] 내식성은 JIS H8681-1988 N0. 9에 기초한 CASS 시험기(동-가속 아세트산염 스프레이 시험)에 의해 측정되었다.
[*4] 도색성은 JIS H8685-1988에 기초한 식품 수용성 염료(레드)에 의해 결정되었다.
[*5] 내마모성은 JIS H8682-1988에 기초한 왕복 운동으로 표면 마모 시험을 하여 측정하였다. 부하는 일반 양극 산화막에 대해 400 ± 10 gf(3.92 ± 0.09 N)과 경질 양극 산화막에 대해 2000 ± 50 gf(19.6 ± 0.49 N)이다.
평가 :
제1 실시예의 전류 밀도인 10 A/dm2은 비교예 1의 전류 밀도인 2 A/dm2보다 아주 높다. 따라서, 제1 실시예에서, 양극 산화 속도는 비교예 1와 비교해서 약 5배만큼 증가되었다. 제1 실시예에서 얻어진 산화막의 외양, 경도, 내식성, 도색성 및 내마모성은 비교예 1와 비교해서 개선되었다.
10 ㎛ 또는 15 ㎛의 두께의 산화막에 대해 사실상 동일한 경향이 얻어졌다.
제2 실시예
150 V의 장치(A)의 진동 모터 출력과 15 V의 양극 전위와 30 ℃의 욕 온도 조건 하에서 처리 시간이 5분이라는 점을 제외하고는 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 결과는 표3에 도시되었다.
비교예 2-1 및 2-2
진동 유동 교반 장치(A)가 작동되지 않았다는 점을 제외하고는 제2 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 비교예 2-2에서, 처리 시간은 제1 실시예와 같은 두께를 갖는 산화막을 형성하도록 설정되었다. 결과는 표2에 도시되었다.
표3
제2 실시예 비교예 2-1 비교예 2-2
전류 밀도 15 A/dm2 3 A/dm2 3 A/dm2
처리 시간 5 분 5 분 20 분
온도 30 ℃ 30 ℃ 30 ℃
두께 [*1] 15 ㎛ 5 ㎛ 15 ㎛
외양 광택 불균일 광택없음/크랙
경도(Hv) [*2] 350 330 측정 불가
내식성 [*6] 48 시간 24 시간 측정 불가
[*6] 내식성은 JIS K5400에 기초한 중염 스프레이에 의해 측정되었다.
평가 :
제2 실시예에서, 양극 산화 속도는 비교예 2-2와 비교해서 약 4배만큼 증가하였고, 산화막은 양호한 광택을 가지며 실제로 사용하기에 충분하다. 한편, 비교예 2-1 및 2-2에 따르면, 30 ℃의 처리욕 온도에서 얻어진 산화막은 실제로 사용하기에 불충분하였다.
제3 실시예
처리 목표물의 알루미늄 판이 A5052P(JIS400)로 제조된 경질 알루미늄이라는 점을 제외하고는 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다.
Si = 0.25 % 이하
Fe = 0.04 % 이하
Cu = 0.01 %
Mn = 0.01 % 이하
Zn = 2.2 내지 2.8 %
Cr = 0.15 내지 0.35 %
Zn = 0.1 % 이하
결과는 표4에 도시되었다.
비교예 3
진동 유동 교반 장치(A)가 작동되지 않았다는 점을 제외하고는 제3 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 그 결과는 표4에 도시되었다.
표4
제3 실시예 비교예 3
전류 밀도 15 A/dm2 3.5 A/dm2
처리 시간 8 분 30 분
두께 [*1] 20 ㎛ 20 ㎛
외양 뛰어난 광택성 열악한 광택성
경도(Hv) [*2] 460 350
내식성 [*6] 150 시간 42 시간
도색성 [*4] 양호 어느 정도 불균일
내마모성 [5] 800 600
평가 :
경질 산화막이 형성된 제3 실시예에서, 양극 산화 속도는 비교예 3과 비교해서 약 4배만큼 증가되었다. 제3 실시예에서 얻어진 산화막의 외양, 경도, 내식성, 도색성 및 내마모성은 비교예 3와 비교해서 개선되었다.
제4 실시예
15 ㎛ 두께의 산화막을 형성하기 위해 처리 목표물의 알루미늄 판이 상술한 A5052P(JIS400)로 제조되고, 전류 밀도가 8 A/dm2이고, 처리욕의 온도가 도23에 도시된 바와 같이 기호(○)에 따라 변경되는 점을 제외하고는 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 산화막의 경도(Hv)가 측정되었다. 결과는 도23에 도시되었다.
비교예 4
진동 유동 교반 장치(A)가 작동되지 않았다는 점과, 전류 밀도가 1.5 A/dm2라는 점과, 처리욕의 온도가 도23에 도시된 바와 같이 "·"에 따라 변경되는 점을 제외하고는 제4 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 산화막의 경도(Hv)가 측정되었다. 그 결과는 도23에 도시되었다.
평가 :
동일한 처리욕의 온도가 사용될 때 제4 실시예에서 얻어진 산화막은 비교예 4에서 얻어진 산화막의 경도보다 큰 경도(Hv)를 갖는다. 따라서, 동일한 경도를 갖는 산화막을 형성할 때, 본 발명에 따르면, 종래 방법보다 높은 온도를 사용할 수 있게 되어서, 본 발명은 에너지 소모 및 처리 시간에 있어 크게 유리하다.
제5 실시예
처리 목표물이 주조에 의해 제조된 알루미늄체이고 표면 상에는 폭이 약 3 내지 15 mm이고 깊이가 약 15 내지 20인 다양한 오목부 또는 딤플이 불규칙적으로 형성되고, 약 150 mm × 120 mm × 40 mm의 크기를 갖고, 15 ㎛ 두께의 산화막이 형성되었다는 점을 제외하고는 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 결과는 표5에 도시되었다.
비교예 5
진동 유동 교반 장치(A)가 작동되지 않았다는 점을 제외하고는 제4 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 결과는 표5에 도시되었다.
표5
제5 실시예 비교예 5
전류 밀도 6 A/dm2 1.5 A/dm2
처리 시간 10 분 40 분
두께 [*1] 15 ㎛ 15 ㎛
온도 15 ℃ 15 ℃
외양 양호 어느 정도 양호
막의 질
벽부 [*7] 양호 몇몇 경우 불량
바닥부 [*8] 양호 불충분한 두께
[*7] 벽부 : 오목부의 측벽면 상의 막
[*8] 바닥부 : 오목부의 바닥면 상의 막
평가 :
제5 실시예에서 얻어진 산화막은 오목부에서도 균일한 반면, 비교예 5에서 얻어진 산화막은 두께가 불균일하다. 즉, 비록 비교예 5의 처리 시간이 제5 실시예의 처리 시간의 4배이기는 하지만, 오목부에 형성된 막은 다른 부분에 형성된 막보다 훨씬 얇으며 제5 실시예와 비교해서 광택이 떨어진다. 따라서, 본 발명은 처리 목표물이 표면 상에 각각 10 mm의 두께를 갖고 10 내지 15 mm의 깊이를 갖는 오목부를 갖는 경우에도 적용 가능하다.
제6 실시예
처리욕의 온도가 30 ℃이고 공기 취입 속도가 240 liter/분인 것을 제외하고는 제5 실시예와 동일한 방법으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 15 ㎛의 두께를 갖는 산화막을 형성하는 데 필요한 처리 시간은 단지 5분이었다.
이와 같은 고속 양극 산화 공정은 처리 목표물을 연속적으로 전달하기 위한 컨베이어를 사용해서 전처리, 양극 산화 및 후처리를 거치는 연속 처리 라인을 가능하게 한다
비교예 6
진동 유동 교반 장치(A)가 작동되지 않았다는 점을 제외하고는 제5 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 얻어진 산화막은 아주 불균일한하거나 실무상 쓸모가 없었다
제7-1 실시예
도13 내지 도15에 도시된 형태의 장치가 사용되었다. 각 구성 장치의 크기, 용량 등은 다음과 같았다.
＜처리 탱크의 배열＞
탈지 탱크(○) → 물세척 탱크 → 에칭 탱크 → 물세척 탱크 → 얼룩 제거 탱크(○) → 물세척 탱크 → 양극 산화 탱크(◎) → 물세척 탱크 → 실링 탱크(○) → 건조 탱크
◎에 의해 지시된 상기 탱크에 장치 (A) 내지 (D)의 조합이 사용되었고, ○에 의해 표시된 상기 탱크에 장치 (A)가 사용되었다. 물세척 탱크에서 처리욕은 실온의 수돗물이다.
＜처리 목표물(금속체: 양극)＞
500 mm × 200 mm × 10 mm의 알루미늄 판이 사용되었다.
＜음극＞
각각 500 mm × 60 mm × 20 mm의 여덟 개의 알루미늄 판이 사용되었다.
처리 목표물과 음극이 도18에 도시된 경우에 유사한 방식으로 정렬되었다. 한 세트의 네 개의 음극은 100 mm로 된 d2 간격으로 처리 목표물의 한 쪽 측면 상에 일렬로 배치되었으며, 다른 세트의 네 개의 음극은 100 mm로 된 d3 간격으로 처리 목표물의 다른 쪽 측면 상에 일렬로 배치되었으며, 간격은 15 mm였다.
＜양극 산화 처리 탱크＞
500 mm의 폭과 750 mm의 길이와 550 mm의 높이를 갖는 탱크가 사용되었다.
＜진동 유동 교반 장치＞
진동 모터 : 우라스 바이브레이터, 250 W × 200 V × 3상, 37 Hz의 진동 주파수에서 인버터에 의해 제어
진동 베인 : 300 × 150 mm의 유효 면적, 0.6 mm의 두께(6개의 진동 베인이 사용됨), α=15도(최하부 베인은 하향 경사져 있고 다른 베인은 상향 경사짐)
진동 베인의 폭 : 1.5 mm
진동 베인의 주파수 : 600 회/분
＜폭기 장치＞
세 개의 세라믹 확산 파이프가 사용되었다.
내경 : 50 mm
외경 : 75 mm
길이 : 450 mm
다공성 : 40 %
기공경 : 200 ㎛
확산 파이프로서 120 liter/mim의 공기 취입 속도를 갖는 150 W의 회전 공기 펌프가 사용되었다.
＜요동 장치＞
40 mm의 요동폭과 20 회/분의 주파수로 그 표면을 따르는 방향으로 처리 목표물의 요동 동작을 발생시키기 위해 기어 모터 또는 실린더 모터가 사용되었다.
＜진동 인가 장치＞
14 내지 40 W의 진동 모터가 요동 지지 프레임에 장착되었고 250 회/분 및 0.8 mm의 진폭에서 처리 목표물을 진동시키기 위해 30 Hz의 주파수에서 인버터를 거쳐 작동되었다.
＜양극 산화 처리욕＞
부피 : 150 liter
표면 수준 : 탱크의 바닥 상에서 400 mm
조성 : H2SO4200 g/liter
알루미늄 4 g/liter
＜처리욕 냉각용 열교환기＞
쇼와 엔떼쯔 가부시끼 가이샤에서 제조된 뉴(NEW) 쿨 라이너 에스에이(SA)3-2가 사용되었다.
4010 Kcal/h, 모터 1.5 ㎾
＜열교환기용 순환 펌프＞
최대 요동 속도 : 120 liter/분
출력 : 265 W, 1.27 A
본 방법의 단계는 상기 표1에서와 동일하였다. 그러나, 다음과 같은 특수 처리욕이 다음 각각의 처리 시간으로 사용되었다.
---- 탈지욕 ----
나프텐 탈지제[테크노 클린 에스800(THCHNO CLEAN S800)]와 같은 탄화수소 탈지제가 사용되었다. 온도는 40 ℃였으며 처리 시간은 5분이었다. 탈지 탱크의 내부 크기는 폭이 500 mm이고 길이가 750 mm이고 높이가 550 mm였다.
---- 에칭욕 ----
500 m.liter/liter의 황산(비중 1.84)
100 m.liter/liter의 인산(비중 1.74)
30 g/liter의 크롬산
온도는 65 ℃였으며 처리 시간은 10분이었다. 탈지 탱크의 내부 크기는 폭이 500 mm이고 길이가 750 mm이고 높이가 550 mm였다.
---- 얼룩 제거 욕 ----
HNO35% 수용액
---- 실링 욕 ----
이온 교환된, 끓는 물
결과는 표6에 도시되었다.
제7-2 실시예
진동 유동 교반 장치(A)와 요동 장치 (D)가 사용되었다는 점을 제외하고는 제7-1 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 결과는 표6에 도시되었다.
표6
제7-1 실시예 제7-2 실시예
외양 양호 양호
내후성 [*9] 500 시간 300 시간
도색성 [*4] 균일성 양호 균일성 양호
내식성 [*6] 140 시간 96 시간
[*9] 내후성은 JIS K5400에 기초한 내후성기에 의해 측정되었다.
제8-1 실시예
도4 내지 도8에 도시된 형태의 장치가 사용되었다. 각 구성 장치의 크기, 용량 등은 다음과 같았다.
＜양극 산화 처리 탱크＞
500 mm의 폭과 750 mm의 길이와 550 mm의 높이를 갖는 탱크가 사용되었다.
＜양극 산화 처리욕＞
부피 : 340 liter
조성 : H2SO4200 g/liter
알루미늄 4 g/liter
＜처리 목표물(금속체: 양극)＞
500 mm × 200 mm × 10 mm의 알루미늄 판이 사용되었다.
＜음극＞
각각 500 mm × 60 mm × 20 mm의 열 개의 알루미늄 판이 서로 수직 방향으로 평행하게 정렬되도록 사용되었다.
처리 목표물과 음극은 도18에 도시된 경우에 유사한 방식으로 정렬되었다. 한 세트의 다섯 개의 음극은 100 mm로 된 d2 간격으로 처리 목표물의 한 쪽 측면 상에 일렬로 배치되었으며, 다른 세트의 다섯 개의 음극은 100 mm로 된 d3 간격으로 처리 목표물의 다른 쪽 측면 상에 일렬로 배치되었으며, 간격은 15 mm였다. 처리 목표물의 최상부는 처리욕의 수준보다 70 mm만큼 낮게 위치되었으며, 처리 목표물의 최하부는 처리 탱크의 바닥보다 70 mm만큼 높게 위치되었다.
＜진동 유동 교반 장치(A)＞
진동 모터 : 우라스 바이브레이터, 400 W × 200 V × 3상, 37 Hz의 진동 주파수에서 인버터에 의해 제어
진동 베인 : 300 × 150 mm의 유효 면적, 0.6 mm의 두께(여덟 개의 진동 베인이 사용됨), α=15도(최하부 베인은 하향 경사져 있고 다른 베인은 상향 경사짐)
진동 베인의 폭 : 1.5 mm
진동 베인의 주파수 : 600 회/분
두 개의 진동 유동 교반 장치(A)가 사용되었다.
＜폭기 장치(B)＞
세 개의 세라믹 확산 파이프가 사용되었다.
내경 : 50 mm
외경 : 75 mm
길이 : 800 mm
다공성 : 40 %
기공경 : 200 ㎛
200 liter/mim의 공기 취입 속도를 갖는 확산 파이프용 공기 취입기가 사용되었다.
＜요동 장치(D)＞
40 mm의 요동폭과 20 회/분의 주파수의 요동폭으로 그 표면을 따르는 방향으로 처리 목표물의 요동 동작을 발생시키기 위해 기어 모터 또는 실린더 모터가 사용되었다.
＜진동 인가 장치(C)＞
14 내지 40 W의 진동 모터가 요동 지지 프레임에 장착되었고 250 회/분 및 0.8 mm의 폭으로 처리 목표물을 진동시키기 위해 30 Hz의 주파수에서 인버터를 거쳐 작동되었다.
＜처리욕 냉각용 열교환기＞
자동, 직접 냉각 방식, 급속 냉각 장치인 쿨 라이너가 사용되었다.
4010 Kcal/h, 모터 1.5 ㎾
＜열교환기용 순환 펌프＞
자석 펌프가 사용되었다.
최대 요동 속도 : 120 liter/분
최대 헤드 : 8.6 m
출력 : 265 W, 1.27 A
＜조절기＞
직류원이 사용되었다.
정격 출력(Rated-output) : 60V-100A, 6.0 ㎾
교류 입력 : 200 V, 21.2 A, 7.34 KVA
진동 유동 교반 장치(A)와 요동 장치 (D)가 사용되었다는 점을 제외하고는 제8-1 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 결과는 표7에 도시되었다.
표7
제8-1 실시예 제8-2 실시예
외양 양호 양호
내후성 [*9] 500 시간 300 시간
도색성 [*4] 균일성 양호 균일성 양호
내식성 [*6] 140 시간 96 시간
제9-1 실시예
A5052P(JIS H400)으로 제조된 경질 알루미늄이 처리 목표물로서 사용되고 처리욕의 온도가 70 ℃이고 전류 밀도가 15 A/dm2이고 처리 시간이 10분이라는 점을 제외하고는 제8-1 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다.
이렇게 처리된 알루미늄 판은 도24에 도시된 바와 같이 열다섯 부분으로 구획화되어서 각 부분의 중심에서 산화막의 두께 및 경도가 측정되었으며, 측정 지점은 도24에서 작은 원(○)으로 도시되어 있다.
표8(두께 ㎛)
45.0 44.6 44.7 44.1 44.9
44.1 44.7 44.5 44.5 44.9
45.2 44.9 44.7 44.5 44.7
평균 두께값 : 44.7 ㎛
최소 두께값 : 44.1 ㎛
최대 두께값 : 45.2 ㎛
표9(경도, Hv)
519 509 520 527 511
519 514 512 526 516
512 512 516 520 512
평균 경도값 : 518 ㎛
최소 경도값 : 511 ㎛
최대 경도값 : 527 ㎛
제9-2 실시예
진동 인가 장치(B) 및 요동 장치(D)가 작동되지 않았다는 점을 제외하고는 제9-1 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다. 결과는 표10 및 도11에 도시되어 있다.
표10 (두께 ㎛)
37.3 36.7 36.7 36.8 37.1
37.4 36.4 36.0 35.7 37.2
38.0 37.0 37.3 37.4 37.8
평균 두께값 : 37.0 ㎛
최소 두께값 : 35.7 ㎛
최대 두께값 : 38.0 ㎛
표11 (경도, Hv)
405 400 411 401 397
401 398 406 410 400
410 401 415 402 402
평균 경도값 : 404 ㎛
최소 경도값 : 397 ㎛
최대 경도값 : 415 ㎛
표8 및 표9를 표10 및 표11과 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 모든 장치 (A) 내지 (D)를 작동시킴으로서 수행된 양극 산화 공정은 장치 (C) 및 (D)를 작동시키지 않고 장치 (A) 및 (B)를 작동시킴으로써 수행된 양극 산화 공정보다 뛰어나다. 사실상, 제9-2 실시예에서 얻어진 산화막과 비교해서, 제9-1 실시예에서 얻어진 산화막은 비록 제9-1 실시예와 제9-2 실시예 모두가 처리욕의 동일한 온도 및 동일한 처리 시간으로 수행되었지만, 높은 균일성을 갖고 약 20 %만큼 더 두터운 두께와 약 30 % 정도의 경한 비커스 경도를 갖는다.
양극 산화 공정이 장치(D)를 작동시키지 않고 장치 (A) 내지 (C)를 작동시킴으로써 수행되는 경우, 산화막의 비커스 경도가 제9-1 실시예에서와 사실상 동일한 값을 갖게 되는 반면 얻어진 산화막의 두께는 제9-1 실시예 및 제9-2 실시예의 두께 사이의 값이 된다.
양극 산화 공정이 장치(C)를 작동시키지 않고 장치 (A), (B) 및 (D)를 작동시킴으로써 수행되는 경우, 산화막의 비커스 경도는 제9-1 실시예 및 제9-2 실시예의 경도 사이의 값이 되는 반면 산화막의 두께는 제9-1 실시예에서와 사실상 동일한 값을 갖게 된다.
특히 판형 처리 목표물의 경우 장치(D)를 사용하는 것이 산화막의 표면의 균일성 및 평활성을 개선하는 데 유리함을 알 수 있었다.
제10 실시예
도1 내지 도3의 형태의 장치가 사용되었다. 각 구성 장치의 크기, 용량 등은 다음과 같았다.
(1) 양극 산화 처리 탱크
내열성 폴리비닐 클로라이드로 제조되고 700 mm의 폭과 1000 mm의 길이와 700 mm의 높이를 갖는 탱크가 사용되었다.
(2) 진동 유동 교반 장치
니혼 테크노 가부시끼가이샤에서 제조한 슈퍼바이브레이팅 α 에지테이터 제5형이 사용되었다.
진동 모터 : 우라스 바이브레이터 키이 10-2비(B)형, 750 W × 200 V × 3상, 인버터(1 ㎾)에 의해 제어
진동 베인 : 300 × 150 mm의 유효 면적, 0.6 mm의 두께(여섯 개의 진동 베인이 사용됨), α=15도(최하부 베인은 하향 경사져 있고 다른 베인은 상향 경사짐)
진동 베인의 폭 : 1.5 mm
진동 베인의 주파수 : 700 회/분
(3) 확산 파이프
니혼 테크노 가부시끼가이샤에서 제조되고 세라믹제의 마이크로 에어레이터 비엠-100이 사용되었다.
내경 : 50 mm
외경 : 75 mm
길이 : 700 mm
다공성 : 33 내지 38 %
기공경 : 50 내지 60 ㎛
벌크 비중 : 2.2 내지 2.5
(4) 확산 파이프용 공기 취입기
150 W의 회전 공기 펌프
공기 취입 속도 : 120 liter/분
(5) 양극 산화 처리욕
부피 : 420 liter
조성 : H2SO4200 g/liter
알루미늄 4 g/liter
(6) 음극
열 개의 알루미늄 판이 사용되었다.
(7) 처리 목표물(금속체: 양극)
250 mm × 100 mm × 1.50 mm의 크기를 갖고 표면 상에 다수의 오목부를 갖고 주조에 의해 제조된 자동차의 일부인 알루미늄체
(9) 처리욕 냉각용 열교환기
쿨 라이너, 냉각 장치가 사용되었다.
4010 Kcal/h, 모터 1.5 ㎾
(10) 열교환기용 순환 펌프
자석 펌프, 아와끼 엠디-100알엠이 사용되었다.
최대 요동 속도 : 120 liter/분
최대 헤드 : 8.6 m
출력 : 265 W, 1.27 A
(11) 조절기
가부시끼 가이샤 쥬오 세이사꾸쇼에서 제조된, 직류원, 하이-미니 엠비7시-600-01이 사용되었다.
정격 출력 : 60V-100A, 6.0 ㎾
교류 입력 : 200 V, 21.2 A, 7.34 KVA
(12) 양극과 음극 사이의 간격(도18에서 d2, d3) : 100 mm
(13) 처리 탱크의 배열
탈지 탱크 → 물세척 탱크 → 에칭 탱크 → 물세척 탱크 → 얼룩 제거 탱크 → 물세척 탱크 → 양극 산화 탱크 → 물세척 탱크 → 실링 탱크 → 건조 탱크
에칭 처리 : 50 g/liter의 가성 소다로 된 욕, 실온에서 5분의 처리 시간
얼룩 제거 처리 : 5 %의 질산 수용액으로 된 욕, 실온에서 1분의 처리 시간
실링 처리 : 이온 교환성 끓는 물로 된 욕, 실온에서 30분의 처리 시간
전류 밀도 : 5 A/dm2
양극 산화 처리는 40 ㎐의 장치(A)의 진동 모터의 주파수, 30 ℃의 욕 온도와, 120 liter/분의 공기 취입 속도의 조건에서 8분 동안 수행되었다.
20 ㎛의 두께를 갖는 양극 산화막이 처리 목표물의 표면 상에 형성되었다. 산화막의 균일성은 양호하다.
양극 산화 공정이 진동 유동 교반 장치(A)를 작동시키지 않고 수행되는 경우, 산화막의 연소가 발생하며 양호한 양극 산화막을 얻을 수 없다.
제11 실시예
아래와 같은 점을 제외하고는 제10 실시예와 동일한 방식으로 양극 산화 공정이 수행되었다.
(1) 처리 목표물의 크기는 100 mm × 500 mm × 300 mm
(2) 니혼 테크노 가부시끼가이샤에서 제조되고 세라믹제의 마이크로 에어레이터 비엠-100이 사용되었다.
내경 : 50 mm
외경 : 75 mm
길이 : 500 mm
다공성 : 33 내지 38 %
기공경 : 50 내지 60 ㎛
양극 산화 처리는 5분 동안 30 ℃의 욕 온도와 120 liter/분의 공기 취입 속도 조건 아래에서 수행되었다.
15 ㎛의 두께를 갖는 양극 산화막이 처리 목표물의 표면 상에 형성되었다. 산화막의 두께는 오목부에서도 균일성이 양호하였다.
양극 산화 공정이 진동 유동 교반 장치(A)를 작동시키지 않고도 수행되는 경우, 60 liter/분 이상의 공기 취입 속도는 산화막의 두께 균일성을 잃는 점에서, 60 liter/분 이상의 공기 취입 속도는 실질적으로 사용되지는 않는다. 또한, 전류 밀도가 높을 수록 양극 산화막의 연소가 발생하는 경향이 있으며 따라서 전류 밀도는 충분한 양극 산화 속도를 얻는 범위까지 증가될 수 없다.
본 발명에 따르면, 양극 산화 속도가 고속화되고 에너지 소비가 적고 산화막 형성 효율이 높고, 금속체가 복잡한 프로파일을 갖더라도 금속체를 태우지 않고도 뛰어나고 균일한 산화막이 얻어질 수 있는 양극 산화 처리 방법을 제공할 수 있다.

Claims (23)

  1. 처리욕에 침지된 금속체의 표면 상에 양극 산화막을 형성하는 양극 산화 처리 공정을 포함하는 금속체의 양극 산화 처리 방법에 있어서, 상기 양극 산화 처리 공정은,
    (a) 진동 베인을 0.5 내지 3.0 mm의 진폭과 200 내지 800 회/분의 주파수에서 진동시킴으로써 처리욕이 진동 유동 교반되는 처리욕 진동 유동 교반 단계와,
    (b) 10 내지 400 ㎛의 기공경을 갖는 확산기에 의해 발생된 기포를 사용함으로써 처리욕에 폭기를 수행하는 단계를 동시에 수행함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극 산화 처리 공정은 (c) 금속체가 0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 진동되는 금속체 진동 인가 단계를 동시에 수행함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 양극 산화 처리 공정은 (d) 금속체가 10 내지 100 mm의 요동폭과 10 내지 30 회/분의 요동 주파수에서 요동되는 금속체 요동 단계를 동시에 수행함으로서 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 양극 산화 처리 공정은, (c) 금속체가 0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 진동되는 금속체 진동 인가 단계를 동시에 수행하고, (d) 금속체가 10 내지 100 mm의 요동폭과 10 내지 30 회/분의 요동 주파수에서 요동되는 금속체 요동 단계를 동시에 수행함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  5. 처리욕에 침지된 금속체의 표면 상에 양극 산화막을 형성하는 양극 산화 처리 공정을 포함하는 금속체의 양극 산화 처리 방법에 있어서, 상기 양극 산화 처리 공정은,
    진동 모터를 구비한 진동 발생 수단과, 처리욕 내에 진동 유동을 발생시키기 위해 상기 진동 발생 수단과 연동되어 처리욕 내에서 진동하는 진동 바아에 한 스테이지 또는 다중 스테이지에 고정된 진동 베인을 0.5 내지 3.0 mm의 진폭과 200 내지 800 회/분의 주파수에서 진동시키기 위한 진동 유동 교반 수단과, 상기 진동 발생 수단 및 진동 유동 교반 수단의 연결부에 있는 진동 응력 분산 수단을 포함하는 처리욕용의 진동 유동 교반 장치(A)와,
    30 내지 40 %의 다공성과 10 내지 400 ㎛의 기공 크기를 갖는 세라믹 확산 파이프로 된 처리욕을 위한 폭기 장치(B)가 동시에 작동됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장치(A)는 10 내지 500 ㎐의 범위의 주파수를 발생시키기 위해 진동 유동 교반 장치(A)의 진동 모터를 제어하기 위한 인버터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속체의 양극 산화 처리 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 양극 산화 처리 공정은, 0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 금속체가 매달린 전극 바아를 거쳐 금속체에 진동을 가하기 위한 장치(C)가 동시에 작동됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 장치(C)는 주파수가 인버터에 의해 10 내지 60 ㎐로 조절된 진동 모터를 사용함으로써 금속체에 진동을 가하는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 양극 산화 처리 공정은, 10 내지 100 mm의 요동폭과 10 내지 30 회/분의 주파수에서 전극 바아를 거쳐 금속체의 요동 동작을 발생시키는 금속체를 현수한 전극 바아를 요동시키기 위한 장치(D)가 동시에 작동됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 양극 산화 처리 공정은,
    금속체가 0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 매달린 전극 바아를 거쳐 금속체에 진동을 인가하기 위한 장치(C)와,
    10 내지 100 mm의 요동폭과 10 내지 30 회/분의 주파수에서 전극 바아를 거쳐 금속체의 요동 동작을 발생시키는 금속체를 현수한 전극 바아를 요동시키기 위한 장치(D)가 동시에 작동됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  11. 제5항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 양극 산화 처리 공정전에 수행되는 전처리 공정 및/또는 양극 산화 처리 공정후에 수행되는 후처리 공정을 포함하며, 전처리 공정 또는 후처리 공정에 포함된 적어도 하나의 단계는 장치(A)가 작동되는 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단계는 상기 장치(B)가 동시에 작동되는 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단계는 상기 장치(C) 및 장치(D)중 적어도 하나가 동시에 작동되는 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단계는 탈지 단계와, 전해 연마 또는 화학 연마인 연마 단계, 또는 고온 실링 단계인 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단계는 탈지 단계와, 전해 연마 또는 화학 연마인 연마 단계, 또는 고온 실링 단계인 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 단계는 탈지 단계와, 전해 연마 또는 화학 연마인 연마 단계, 또는 고온 실링 단계인 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  17. 제1항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속체는 10 mm 이하의 직경을 갖는 블라인드형 구멍 또는 10 mm 이하의 직경을 갖는 관통 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 방법.
  18. 처리욕에 침지된 금속체의 표면 상에 양극 산화막을 형성하는 양극 산화 처리 공정을 수행하기 위한 금속체의 양극 산화 처리 장치에 있어서,
    진동 모터를 구비한 진동 발생 수단과, 처리욕 내에 진동 유동을 발생시키기 위해 상기 진동 발생 수단과 연동되어 처리욕 내에서 진동하는 진동 바아에 한 스테이지 또는 다중 스테이지에 고정된 진동 베인을 0.5 내지 3.0 mm의 진폭과 200 내지 800 회/분의 진동 주파수에서 진동시키기 위한 진동 유동 교반 수단과, 상기 진동 발생 수단 및 진동 유동 교반 수단의 연결부에 있는 진동 응력 분산 수단을 포함하는 처리욕을 위한 진동 유동 교반 장치(A)와,
    30 내지 40 %의 다공성과 10 내지 400 ㎛의 기공 크기를 갖는 세라믹 확산 파이프를 포함하는 처리욕을 위한 폭기 장치(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 장치(A)는 10 내지 500 ㎐의 범위의 주파수를 발생시키기 위해 상기 장치(A)의 진동 모터를 제어하기 위한 인버터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 장치.
  20. 제18항에 있어서, 0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 금속체가 매달린 전극 바아를 거쳐 금속체에 진동을 인가하기 위한 장치(C)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 장치.
  21. 제18항에 있어서, 상기 장치(C)는 주파수가 인버터에 의해 10 내지 60 ㎐로 조절된 진동 모터를 사용함으로써 금속체에 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 장치.
  22. 제18항에 있어서, 10 내지 100 mm의 요동폭과 10 내지 30 회/분의 주파수에서 전극 바아를 거쳐 금속체의 요동 동작을 발생시키는 금속체를 현수한 전극 바아를 요동시키기 위한 장치(D)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 장치.
  23. 제18항에 있어서, 0.5 내지 1.0 mm의 진폭과 100 내지 300 회/분의 주파수에서 금속체가 매달린 전극 바아를 거쳐 금속체에 진동을 가하기 위한 장치(C)와,
    10 내지 100 mm의 요동폭과 10 내지 30 회/분의 주파수에서 전극 바아를 거쳐 금속체의 요동 동작을 발생시키는 금속체를 현수한 전극 바아 요동 장치(D)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 산화 처리 장치.
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