KR20010087588A

KR20010087588A - 알루미늄 합금재의 산화피막형성방법

Info

Publication number: KR20010087588A
Application number: KR1020000011397A
Authority: KR
Inventors: 김영호
Original assignee: 김영호
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-09-21

Abstract

본 발명은 알루미늄 합금재에 산화물을 형성시켜 산화물코팅에 화학적, 물리적 성질을 변화시켜 우수한 내부식성, 내마모성, 절연성, 내열성의 특성을 부여하는 기술로서 종래의 방법인 아노다이징(Anodizing)은 56%정도의 산성용액을 전해액으로 사용하여 20-25V정도의 전류를 양, 음극에 흘려 금속표면에 산화 막을 형성시키게 하는 것으로서 산화 막의 두께가 40-50㎛정도이고 산화막 표면에 핀 홀이 생겨 백화현상이 발생한다. 본 발명의 알루미늄 합금 재의 산화피막 형성방법에서는 높은 전압(DC150-6OOV)을 사용하고 약알칼리(3∼6%정도)의 전해 액을 40℃의 온도에서 사용이 가능하여 냉각설비가 필요 없고 전 처리(탈지),후처리(잔류약품제거)등이 필요 없다. 또 산화막 코팅의 두께가 1.0㎜까지 가능하고 Moh's 경도가 8-9 정도, 피막내열성은 2,500℃, 절연성은 6000V 가 된다. 코팅 작업시 펄스형태의 전류를 공급함으로서 종래의 방법보다 1/30 정도로 전력소비가 절약된다. 아울러 산화 피막이 광택이 나도록 핀 홀이 없이 코팅이 되어있어 산, 염기성에 부식이 안돼는 내부식성의 기능이 부여된다.

Description

알루미늄 합금재의 산화피막형성방법 { Anodize oxide mode of Aluminum alloys}

본 발명은 알루미늄 합금 재의 산화피막 형성방법에 관한 것으로서 종래에는 아노다이징(Anodizing)이라는 방법으로 56%정도의 강산성 용액을 전해 액으로 사용하여 20-25V정도의 전류를 양, 음극에 흘려 금속표면에 40-50㎛정도의 산화피막을 코팅하는 방법인데 금속산화 피막에 핀 홀이 생겨 시일이 조금 지나면 백화현상이 발생되는 단점이 있다. 또한 강산성 전해 액을 사용함으로서 공해방지시설이 필요하고 제품의 전 처리(탈지)및 후처리(잔류약품제거)공정이 필요하며 작업공정의 복잡성으로 자동화 시설이 어렵고 작업장 면적이 넓어야 하고 전해액의 온도를 0℃정도로 유지하여야 함으로 냉각시설이 필요한 방법인 것이다. 본 발명에서는 전해조내에 3-6%정도의 약알칼리 용액의 전해 액을 사용하여 DC150-60OV의 높은 전류의 전압를 사용하는데 전류양이 증가할때 질적인 변화가 발생되고 Break- down에서 형성된 플라즈마 이온의 증가는 온도의 상승을 불러와 코팅의 증가율이 많아지고 동시에 Break-down 채널에서 화학반응이 일어나는 저온 플라즈마 이온이 형성되며 이미 형성된 산화물 층의 플라즈마인 분화구형태의 구멍에서 용해가 일어난다. 고전압에서의 Break-down은 산화물의 형성과정을 촉진시켜 산화물 코팅의 화학적, 물리적 성질을 변화 시킨다. 무결정구조의 산화물과 함께 짧은시간에 수정같은 결정체의 산화물과 첨정석(spinel)이 고온에서 형성된다. 본 발명에서는 공법및 전해질의 배합비, 전류의 세기등의 선택에 의해 코팅의 성분을 바꿀수있고 알루미늄 합금재의 기계적 성질, 절연성, 내부식성을 향상시킬수 있다. 전극에서의 스파크 출력은 표면이 유전체의 성질이 있을시에만 가능하며 이런성질은 일반적으로 양극 스파크 산화초기에 형성되는 얇은 산화막이 유전체의 성질을 갖게 되는것이다. 따라서 스파크로 코팅이 형성되는 조건은 전류가 흐를수있는 금속 전해질이 시스템 안에 있고, 절연성이 강한 얇은막이 형성 되어있고, 코팅 형성이 촉진되는 스파크와 마이크로 펄스가 표면에 나타남에 따라 발생되는 막의 Break-down이 생기게 하는 전압의 상승이 조건이다. 전류가 흐르게 하는것은 금속의 물성과 전해질의 양이온 조성이 좌우하며 통전성은 금속표면에 형성되는 산소 단원자 흡착층, 단분자 산화물층및 3차원 산화물 막과 연관이 있다. 금속 전해질을 통하는 전류가 일정한 상태에서는 본 발명에서의 산화물 막의 증가가 전극의 전압을 높게하며 산화물 막층의 Break-down에 이르게 한다. Break-down중에서 산화물의 Glow는 고온에서 이온화된 연속적 스펙트럼을 갖고있다. 본 발명에서의 프로세스는 Galvanostatic과 Potentiostatic 상황에서 실현될수 있으며 이 상황을 이용하는것이 프로세스 메카니쥼의 변화없이 코팅을 하는데 영향을 준다. Galvanostatic 상황에서의 작업은 코팅이 형성되는 시간에 따라서 두께가 증가하고 따라서 전기저항도 커지게된다. 일정한 전류가 흐르는 상황에서 저항의 증가는 전압의 증가를 의미하며 이것은 시간에 따라 증가하는 코팅의 양이 부분적인 전력소모의 증가와 함께 일정하므로 실제로 이 상황에서 내구성이 강한 코팅을 1.0mm까지 얻을수 있으며 표면이 거칠어진다. Poteniostatic 상황에서는 코팅의 두께가 증가하고 따라서 저항도 증가한다. 그러나 정해진 전압의 시간값을 안정화한 조건에서는 회로에 흐르는 전류는 감소한다. 어떤순간에 소비되는 전력의 감소는 그 순간까지 형성된 코팅의 Break-down에는 불충분하고 높은 절연성을 갖는 제품이 되며 미리 정해진 전압을 바꾸지 않은 상태에서 0 까지 내려가는 자기 소멸현상이 발생되는데 이 상황에서는 내부식성이 강한 표면이 광택이 나는 연질의 코팅이 얻어진다. 그러나 미리 정해진 전압의 한계와 그외의 기술적인 요소들 때문에 코팅의 두께를 원하는 많큼 안될수도 있다. 그러므로 앞에 설명한 2가지 상황은 긍정적인 면과 부정적인 측면이 동시에 발생되며 이 2가지 상황을 복합적으로 접목하여 사용할때 원하는 물성을 갖는 코팅을 얻을수 있는것이다. 일반적으로 DC 150 ∼ 60OV 전압을 3상 단선식으로 공급된다. 그러나 코팅의 특수한 성질을 부여하기 위하여 주파수의 범위를 0.001-0.5초의 범위로 사용한다.

상기 설명에 대한 실시예를 상세히 설명하면

[실시예1]

1.5% NaOH, 1.5% Na₂SiO₃,을 전해액으로 배합하고 30℃의 온도를 유지하고 전압 DC50OV ,전류밀도를 2A/d㎡ 으로 하여 총작업 소요시간을 15min하여 알루미늄 산화피막을 20㎛을 코팅하였으며 부식력은 강한 산에도 문제없이 견디었다.

[실시예2]

1.5% NaOH, 1.5% Na₂SiO₃,을 전해액으로 배합하고 35℃의 온도를 유지하고 전압 DC50OV ,전류밀도를 2A/d㎡ 으로 하여 산화피막코팅 전류 통전시간을 20ms로 하고 휴지시간을 20ms으로 15min 동안 피막을 코팅하였더니 제품의 코팅두께가 25㎛ 되었고 내부식성도 완벽하였다.

[실시예3]

0.1% NaOH, 0.6% Na₂SiO₃, 의 전해액으로 배합하고 35℃의 온도를 유지하고 전압 DC30OV ,전류밀도를 10A/d㎡ 으로 하여 산화피막코팅 전류 통전시간을 20ms로 하고 휴지시간을 20ms으로 30min 동안 피막을 코팅하였더니 제품의 코팅두께가 70㎛ 되었고 내부식성도 완벽하였다.

[실시예4]

4.0∼6.0 Na₂Mo₄, 을 전해액을 3O℃으로 하여 전압 DC 250V, 전류밀도 1.5A/d㎡ 으로 하여 산화피막코팅 전류 통전시간을 20ms로 하고 휴지시간을 40ms으로 20min 동안 피막을 코팅하였더니 제품의 코팅두께가 20㎛ 되었고 코팅의 색갈이 검은색이고 내부식성에 완벽하였다.

본 발명에서의 기술적인 과제는 종래의 방법으로는 불가능하였던 여러형태 즉 절연성, 내부식성, 내구성의 형태로 코팅을 가능하게 하고 약알칼리 전해액을 사용함으로서 공해방지 시설이 필요 없으며 전처리및 후처리 공정이 필요없어 작업공정이 간단하여 자동화가 가능하며, 전해 액의 온도가 상온40℃에도 사용할수있어냉각시설이 필요없고 코팅의 두께가 1.0mm까지 가능하여 사용범위가 광범위하고 사용시간이 0.001-0.5초 범위의 펄스형태로 짧아 적은 전류로 산화 피막코팅을 가능케 하는 절전형 알루미늄 합금재의 산화피막 형성방법인 것이다.

본 발명의 알루미늄 합금재의 산화피막 형성방법의 구성을 설명하면 알루미늄 합금재의 종류에 따라 전기 반응속도가 다르기 때문에 전해조 내에 3-6%정도의 약알칼리 용액(KOH, NaOH, Na₂SiO₃, Na₂Mo₄,)의 배합을 알루미늄 합금재의 종류에 맞는 전해액으로 배합하고 이 배합된 전해액을 40℃정도의 온도로 유지 시키기 위하여 보조 물탱크에서 전해조 내의 수위가 낮아지면 자동적으로 수위를 맞추기 위한 물을 공급시킨다. 전원 공급장치에서 AC 220/380V 의 전압을 DC 150-600V로 정류하여 콘트롤러에서 300Hz의 주파수로 변조하여 O.001-0.5초의 펄스로 공급하여 산화피막코팅을 한후 코팅된 제품을 물로 세척한후 건조대에서 건조하여 작업을 완료한다.

본 발명의 알루미늄 합금재의 산화피막 형성방법의 효과를 기술하면 종래의 아노다이징(Anodizing)에서는 56%정도의 강산성 전해액을 사용하므로서 폐수 처리시설이 필요하고 알루미늄 합금재의 전처리(탈지)및 후처리(잔류약품제거)를 하여야하며 이로인한 작업장의 면적이 넓어야 되고 전해액의 온도를 0℃정도로 유지해야 코팅이 잘되므로 냉각설비가 필요하고, 저압의 전류로 가공하므로서 장시간 작업을 하여 전류 소비량이 많아지게 되는 단점을 본 발명에서의 산화피막 형성방법에서는 상기에 기술한 단점을 개선하여 3-6%정도의 약알카리 전해액을 사용하므로서 폐수처리시설이 필요없으며 아울러 전처리(탈지)를 하지않아도 산화피막 형성 작업이 잘되며 후처리 공정도 필요 없어지고 이로 인하여 자동제어가 가능하고 전해액의 온도를 40℃정도 유지함으로서 냉각시설이 필요 없으며 전류공급을 펄스방식으로 0.001-0.5초범위로 작업을 함으로서 종래에 비하여 1/30로 전류 소모량이 절약이 되는 효과를 보게된다.

Claims

본 발명에서 전해조내에 3∼6%의 약알칼리 용액을 전해액으로 사용하고 양극 전류 전압을150∼60OV, 주파수 가변범위는 50∼30OHz인 전류를 펄스방식으로 공급하여 코팅 하는것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재 산화피막 형성방법.
1항에서 전해조내의 약알칼리 전해액의 구성을 KOH, NaOH, Na₂SiO₃, Na₂Mo₄, 등으로하고 알루미늄 합금재질에 따라 상기약품의 구성비율을 3∼6%의 약알칼리 용액으로 하는것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재 산화피막 형성방법.
양극 피막 산화과정에서 Gavanostatic 과정과 Potentiostatic 과정이 발생되는데 강도, 내부식성, 절연성등의 제품에 원하는 특성에 따라 상기에 2가지 과정을 복합적으로 조절하여 특성에 맞게 조절 하는것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재 산화 피막 형성방법.
상기공정에서 전해액을 약알칼리 용액을 40℃정도에서 사용하므로서 폐수시설및 냉각시설이 필요없고 탈지(전처리공정)및 잔류약품제거(후처리공정)공정이 필요 없는것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재 산화피막 형성방법.