KR20050022100A

KR20050022100A - 알루미늄 소재의 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 제거방법

Info

Publication number: KR20050022100A
Application number: KR1020030059119A
Authority: KR
Inventors: 추수태; 최상교
Original assignee: 고등기술연구원연구조합
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-07
Also published as: KR100519463B1

Abstract

산화질소(NOx)가 발생되지 않는 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 제거 방법이 개시되어 있다. 상기 스머트 제거용 혼합산 수용액은 황산, 불산, 과산화수소 및 그 외 H₂O을 포함한다. 알루미늄 소재 스머트를 황산, 불산, 과산화수소 및 H₂O을 포함하는 상기 스머트 제거용 혼합산 수용액에 침적시킴으로써 상기 스머트를 제거한다. 상기 스머트 제거 혼합산 수용액과 그 제거 방법은 산화질소(NOx) 및 폐수중의 총질소를 발생하지 않으므로 작업 조건을 향상시키고 비용절감에 기여하게 된다.

Description

알루미늄 소재의 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 제거 방법{Chemical Composition for Removal Solution of Smut on Aluminum Materials and the Method for Removing the Same}

본 발명은 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 제거 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질산과 질소 성분이 포함되지 않아 대기중의 산화질소(NOx) 및 폐수중의 총질소가 발생되지 않는 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 제거 방법에 관한 것이다.

알루미늄, 알루미늄 합금 및 알루미늄 다이 캐스팅 소재는 알루미늄과 소량의 실리콘, 철, 구리, 망간, 마그네슘, 아연, 니켈 등의 금속 성분이 혼합되어 존재하고, 상기 소재 표면의 내식성 및 미관을 좋게 하기 위하여 도금(Plating), 도장(Paint), 양극 산화(Anodizing) 등의 표면 처리를 하게 된다. 이 표면 처리할 때, 탈지 후 에칭 과정을 거치게 되고, 에칭 액으로 3~20% 수산화나트륨을 사용하므로, 이 알칼리 수용액에 의해 알루미늄 성분은 수용성 이온 상태가 되어 녹아 나오게 되지만, 상기 소량의 실리콘, 철, 구리, 망간, 마그네슘, 아연, 니켈 등의 금속 성분은 상기 알칼리 수용액에 녹지 않아 돌출된 상태로 소재 표면에 잔류하게 되고 이것이 도면 1a에서 보이는 것처럼 흑색의 크리스탈형 스머트를 형성하게 된다.

도 1a는 알칼리 에칭 후 알루미늄 합금 AL 6061(KS규격)에 형성된 스머트를 나타내는 SEM 사진이다. 상기 알루미늄 소재의 SEM 사진에서 보이는 바와 같이, 에칭 후 소재 표면이 매끄럽지 않고 돌출된 부분이 많이 존재함을 알 수 있다. 그리고, 각 선택된 부분의 성분 분석 결과는 도 1b, 도 1c, 도 1d에 나타나 있다.

도 1b는 알칼리 에칭 후 알루미늄 합금 AL 6061(KS규격) 의 일부분인 스펙트럼 1의 조성을 나타내는 EPMA 결과이다. 도 1c는 알칼리 에칭 후 알루미늄 합금 AL 6061의 다른 일부분인 스펙트럼 2의 조성을 나타내는 EPMA 결과이다. 도 1d는 알칼리 에칭 후 알루미늄 합금 AL 6061의 또 다른 일부분인 스펙트럼 3의 조성을 나타내는 EPMA 결과이다. 여기서, EPMA(Electron Probe Micro-Analyzer)는 비파괴 표면 분석법으로 미크론 단위 부피의 정량 정성 분석법이다.

도 1b에서 보이는 것 같이, 스머트가 광범위하게 형성된 부분의 성분은 상술한 것처럼 알루미늄 이외에 실리콘, 철, 구리, 망간, 마그네슘의 금속 성분이 검출되고, 스머트가 적게 형성된 영역인 스펙트럼 2와 스펙트럼 3의 영역에서도 도 1c와 도 1d에서 나타나는 것과 같이 마그네슘의 금속이 검출되는 것을 알 수 있다. 그러므로, 상기 성분 분석 결과로부터, 스머트는 알루미늄 이외의 소량의 금속 성분들로 형성된 것임을 알 수 있고, 이러한 금속 성분을 제거하기 위하여 상기 알루미늄 이외의 소량의 금속 성분을 용해시켜 소재로부터 제거하는 방법이 연구되어 왔다.

이러한 스머트를 제거하기 위하여 종래의 방법으로 고농도의 질산 수용액을 사용하고, 상기 고농도의 질산 수용액에서 녹지 않는 실리콘 성분에 의한 스머트를 제거하기 위하여 불산을 추가하여 혼합산 수용액을 사용한다.

도 2는 종래 기술에 의한 알루미늄 합금 AL 6061에 형성된 스머트를 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다. 상기 SEM 사진에서 보이는 것처럼, 고농도의 질산과 불산의 혼합산 수용액을 사용하였을 때, 상기 알루미늄 합금 AL 6061 표면의 스머트가 많이 제거된 것을 알 수 있다.

또한, 다른 종류의 알루미늄 합금 AL 5052 (KS 규격)도 종래의 방법에 의해 스머트가 많이 제거됨을 알 수 있다.

도 3a는 알루미늄 합금 AL 5052 (KS 규격)를 에칭한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 3b는 종래 기술에 의한 알루미늄 합금 AL 5052 (KS 규격)에 형성된 스머트를 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 3a와 도 3b에서 알 수 있는 것처럼, 상기 알루미늄 합금 AL 5052도 질산과 불산의 혼합 수용액에 의해 스머트가 제거됨을 알 수 있다.

여기에, 알루미늄 합금이 아닌 알루미늄 다이 캐스팅, 즉 알루미늄을 녹여 주물에서 형태를 만든 소재도 종래의 방법에 의해 스머트가 많이 제거됨을 도 4로부터 알 수 있다. 도 4는 종래 기술에 의한 알루미늄 다이 캐스팅에 형성된 스머트를 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다. 소재가 알루미늄 다이 캐스팅이여서 표면이 합금 표면과는 다르게 나타나나 돌출된 스머트는 제거 되어진 것을 알 수 있다.

위에서 언급한 종래의 스머트 제거 방법은 질산 사용에 의한 다량의 산화질소(NOx) 가스가 배출되고 불산 사용에 의한 불산 가스가 배출되고 폐수 중으로는 고농도의 질산성 질소가 발생한다. 그러므로, 밀폐된 작업장에서 노출된 작업자의 안전을 위협할 수 있고, 특히 폐수중의 고농도의 질산성 질소를 유발하므로 처리 비용이 많이 발생한다.

이러한 문제들을 극복하고 상기 스머트를 제거하여 소재를 평탄화시키려는 다양한 기술이 알려져 있다. 일본 특허 공개번호 평 8-250561과 평 10-298589에는 알루미늄 소재의 세정에 불산과 과산화수소만을 사용하는 것이 개시되어 있는 데, 이 방법은 고가의 불산 소모량이 매우 많고 알루미늄 소재 전체에 과도한 에칭이 일어 날 수 있는 문제점이 있다.

한국 특허 공개번호 2003-0010464에는 과산화수소를 고농도로 사용하는 것이 개시되어 있는 데, 고농도의 과산화수소가 녹아 나온 금속이온과 반응하여 불필요한 과산화수소 소모량이 많아지고 또한, 이 방법은 일루미늄 다이 캐스팅에만 사용할 수 있는 문제점이 있다.

그리고, 한국 특허 공개번호 1999-0076186에는 질산과 과산화수소를 사용하는 것이 개시되어 있는 데, 질산 사용에 따른 폐수중의 질소 성분 배출 문제가 여전히 발생한다. 또한, 한국 특허 공개번호 1998-086706에는 질산, 불산 대신 여러 가지 질산 및 불소가 함유된 염을 사용하는 것이 개시되어 있으나, 폐수중의 질소 성분 배출 문제는 해결하지 못하였다. 그러므로, 현재까지 질산을 사용하지 않고 다양한 알루미늄 합금과 알루미늄 다이 캐스팅 소재의 스머트 제거 방법은 아직 공지되어 있지 않다.

따라서, 질산을 사용하지 않으면서도 종래의 스머트 제거 방법보다 우수한 결과를 얻을 수 있는 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 제거 방법의 개발이 절실히 요청되고 있다.

본 발명의 목적은 질산을 사용하지 않으면서도 종래의 스머트 제거 방법보다 우수한 결과를 얻을 수 있는 스머트 제거용 혼합산 수용액을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 스머트 제거용 혼합산 수용액을 이용한 스머트 제거 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

황산, 불산, 과산화수소 및 그 외 H₂O을 포함하는 알루미늄 소재의 스머트 제거용 혼합산 수용액을 제공한다.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알루미늄 소재의 스머트를 황산, 불산, 과산화수소 및 그 외 H₂O을 포함하는 스머트 제거용 혼합산 수용액에 침적시킴으로써 상기 스머트를 제거하는 스머트 제거 방법을 제공한다.

이와 같이, 상기 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 제거 방법은 질산을 사용하지 않으므로 산화질소(NOx) 가스가 배출되지 않고, 폐수에도 질소가 전혀 배출되지 않으면서도 종래의 스머트 제거 용액에 의한 결과와 유사한 결과를 나타낸다. 또한, 무질산 용액인 스머트 제거용 용액을 사용하므로 협소한 작업장에서도 안전하게 작업할 수 있어 생산성의 안정이 확보될 수 있고, 폐수중에 질소 성분이 배출되지 않아 처리 비용이 감소한다.

스머트 제거용 혼합산 수용액

본 발명의 알루미늄 단일 금속, 알루미늄 합금, 알루미늄 다이캐스팅을 포함한 알루미늄 소재의 스머트 제거용 혼합산 수용액은 스머트 제거 효율이 종래의 질산 수용액 또는 질산과 불산의 혼합산 수용액과 거의 유사하고도 질소 성분을 포함하지 않는 혼합산 수용액이다.

본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액은 황산, 불산, 과산화수소 및 그 외 H₂O을 포함한다.

황산의 농도가 60 중량%를 초과하면, 알루미늄 모재성분까지 과에칭하는 경향이 있어서 바람직하지 않고, 황산의 농도가 5 중량% 미만이면, 스머트 제거 효율이 떨어져서 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액중의 황산의 함량은 5~60 중량%, 바람직하게는 황산 10~20 중량%이다.

불산의 농도가 3 중량%를 초과하면 표면에 구멍(pit)을 형성하여 조도를 크게 하는 경향이 있어서 바람직하지 않고, 불산의 농도가 0.13 중량% 미만이면 실리콘 성분을 용해하기 어려워 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액중의 불산의 함량은 0.13~3 중량%, 바람직하게는 불산 0.5~1 중량%이다.

또한, 과산화수소의 농도가 20 중량%를 초과하면 불산과 공동 역할을 하여 표면에 구멍(pit)을 다량으로 발생시키므로 바람직하지 않고, 과산화수소 농도가 0.5 중량% 미만이면 에칭이 진행되지 않아 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액중의 과산화수소의 함량은 0.5~20 중량%, 바람직하게는 과산화수소 1~3 중량%이다.

그러므로, 본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액은 황산 5~60 중량%, 불산 0.1~3 중량%, 과산화수소 0.5~20 중량% 및 그 외 H₂O을 포함하고, 바람직하게는 황산 10~20 중량%, 불산 0.5~1 중량%, 과산화수소 1~3 중량% 및 그 외 H₂O을 포함한다.

본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액은 필요에 따라서는 과산화수소의 과소모 방지용 과산화수소 안정제를 포함할 수 있다. 상기 과산화 수소 안정제는 상기 과산화수소의 자체 분해에 의한 과산화수소의 과소모를 방지한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 과산화수소 안정제로서는 4-하이드록시-벤조익산 (4-hydroxy-benzoicacid), 페닐 우레아 (Phenyl urea) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 혹은 혼합물로 사용될 수 있다.

상기 4-하이드록시-벤조익산, 페닐 우레아의 농도가 과산화수소양의 5 중량%를 초과하면 과산화수소의 활동을 너무 약화시켜 에칭이 진행되지 않으므로 바람직하지 않고, 상기 4-하이드록시-벤조익산, 페닐 우레아의 농도가 0.01 중량% 미만이면 과산화수소가 과도하여 작용하여 구멍을 다량 발생시키므로 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액의 과산화수소 안정제의 함량은 과산화수소양의 0.01~5 중량%이다.

그리고, 상기 과산화수소 안정제로 과산화수소 제조회사에서 제공하는 고안정화 과수를 사용할 수도 있다. 시판되는 고안정화 과수로서는 한솔케미언스사의 HS-HP(상품명), Henkel사의 Interox 333C (상품명) 등을 들 수 있다.

본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액은 필요에 따라서는 용액내의 용해 금속의 확산을 촉진하고, 산의 침투를 고르게 하기 위하여 계면활성제를 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 계면 활성제로는 4급 암모늄명의 양이온 계면활성제, t-옥틸페녹시폴리에톡시에탄올(t-Oxtylphenoxypolyethoxyethanol; Triton-X100(상품명))의 비이온 계면활성제 및 Tween 20 (상품명)의 음이온 계면활성제가 모두 사용될 수 있다.

상기 계면 활성제의 농도가 용액에 대해 1.5 중량% 초과될 때는 소재 표면에 넓게 부착되므로 상기 혼합산이 직접 접촉되는 것을 방해하여 스머트의 용해력을 떨어뜨리므로 바람직하지 않고, 상기 계면활성제의 농도가 0.5 중량% 미만이면 소재의 알루미늄 표면과 스머트 표면의 계면 활성 차이가 줄어 스머트가 분리되기 어려워 바람직하지 않다. 따라서, 스머트 제거용 혼합산 수용액중의 계면활성제의 함량은 용액에 대해 0.5~1.5 중량%가 된다.

또한, 본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액은 필요에 따라서는 다이 캐스팅 소재에 대한 과도 에칭을 방지하는 인히비터를 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 인히비터 성분으로 유기 알콜계열이나 크롬 및 몰리브덴 금속의 과산화물을 들 수 있다. 이들은 단독 혹은 혼합물로 사용될 수 있다.

상기 계면활성제와 상기 인히비터에 의하여 상기 알루미늄 소재는 상기 스머트 제거용 용액에 침적한 시간에 크게 관계없이 상기 알루미늄 소재의 표면이 균일하게 유지될 수 있다.

이러한 황산 5~60 중량%, 불산 0.1~3 중량%, 과산화수소 0.5~20 중량% 및 그 외 H₂O을 포함하는 스머트 제거용 혼합산 수용액이 알루미늄 소재에 형성된 스머트에 작용하여 상기 스머트를 제거하는 작동 원리는 다음과 같다.

스머트 제거용 혼합산 수용액의 작동 원리

알루미늄 단일 금속, 알루미늄 합금, 알루미늄 다이캐스팅의 알루미늄 소재에 에칭 공정을 진행하고 나면 매끄러운 표면의 알루미늄 성분보다 상기 매끄러운 표면에 돌출되어 형성된 스머트 성분인 실리콘, 철, 구리, 망간, 마그네슘, 아연, 니켈 등의 금속 성분이 산 수용액에서 용해 속도가 빠르므로 산 수용액에서 상기 스머트 금속 성분이 용해되며 소재로부터 제거되는 것이다.

그러므로, 상기 용해 속도의 차를 나타내 주는 산 수용액이면 어느 산 수용액이라도 상기 스머트를 제거할 수 있다.

세부적으로 설명하면, 금속의 용해는 산성에서 금속의 용해반응 (반응식 1)과 수소발생의 환원반응 (반응식 2)과 짝을 이루어 금속의 산화 반응이 일어남으로써 스머트 제거 반응이 진행되며, 질산용액에서 이들의 반응식은

M →M₂+ + 2e^- (금속 용해)

2H⁺ + 2e^- →H₂

와 같이 발생한다. 여기서, M은 모재의 성분 이외의 조성으로 Mg, Mn, Cu, Si 등이 해당된다. 또한, 질산용액에서는 다음의 반응식 3과 같이 질산의 환원반응이 함께 발생한다.

HNO₃ →HNO₂ + O

여기에서 아질산이 일산화질소(NO) 또는 이산화질소(NO₂)로 발생되어 제거되면 질산은 계속하여 환원반응이 일어날 수 있고, 따라서 금속은 계속하여 산화반응이 진행된다. 그러나, 금속 표면에 조성 성분이 산화되어 산화알루미늄(Al₂O₃₎, 산화마그네슘(MgO), 산화구리(CuO) 등의 산화층이 형성하게 되면 잘 용해되지 않는 데 이를 부동태화라고 하고, 이 경우에는 더 이상 용해가 되지 않고 모재를 보호하는 역할을 하게 된다.

그런데, 과산화수소를 이용하는 혼합산용액의 경우에는 환원반응에 산소가 기인하여 하기 반응식 4, 반응식 5와 같이 반응이 진행된다.

H₂O₂ →H₂O + ¹/₂O₂

O₂ + 4H⁺ + 4e^- →2H₂O

상기 반응식 4의 과산화수소가 금속용해의 산화반응 (반응식 1)과 짝반응을 일으키면, 금속의 부동태화를 일으키는 산소를 금속에게 공급하는 능력이 질산보다 떨어진다. 그러므로, 과산화수소 및 혼합산을 이용한 스머트 제거 공정에서는 모재의 용해를 최소한으로 고려하여 최적화된 운전조건을 설정하여, 소재 표면의 금속이온들의 조성과 특성에 맞게 조절하여 스머트만 효과적으로 제거할 수 있다.

그리고, 상기 스머트 제거용 혼합산 수용액을 사용하여 알루미늄 단일 금속, 알루미늄 합금과 알루미늄 다이캐스팅 소재의 스머트를 제거하는 방법은 상기 스머트를 포함한 소재 표면을 상기 스머트 제거용 혼합산 수용액에 일정 시간 침적함으로써 이루어진다.

여기서, 알루미늄 단일 금속도 원석에서 알루미늄을 순수하게 제조하더라도 미량의 알루미늄 이외의 금속들이 존재하므로 스머트를 형성한다. 그러므로, 상기 스머트 제거용 혼합산 수용액에 침적하여 상기 알루미늄 단일 금속에 형성된 스머트를 제거한다.

이하, 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명은 이들의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예

스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 제거방법

실시예 1

본 실시예 1의 스머트 제거용 혼합산 수용액의 조성은 황산 10 중량%, 불산 0.5 중량%, 과산화수소 2 중량% 및 그 외 H₂O을 포함하였다. 상기 실시예 1의 혼합산 수용액을 사용하여 알루미늄 합금 소재의 스머트를 제거하는 방법은 상기 스머트를 포함한 소재 표면을 상기 스머트 제거용 혼합산 수용액에 일정 시간 침적함으로써 이루어졌다. 상기 침적 온도는 상온이고, 침적 시간은 스머트의 성분 종류와 스머트 형성 면적과 깊이에 따라 조절될 수 있으며, 본 실시예에서는 5초~5분 정도이고, 바람직하게는 10초~5분 정도였다.

상기 실시예 1의 스머트 제거용 혼합산 수용액으로 알루미늄 합금 AL 6061에 형성된 스머트를 제거한 후의 도 5a의 SEM 사진을 보면, 크리스털처럼 부착된 스머트 성분이 제거 되었고 남아 있는 둥근 부분들은 스머트가 있었던 위치를 보여주고 있었다. 도 5a는 본 발명에 의한 알루미늄 합금 AL 6061에 형성된 스머트를 실시예 1의 스머트 제거용 혼합산 수용액으로 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다. 상기 도 5a의 결과로부터 알루미늄 합금 AL 6061을 같은 조건하에서 종래 기술인 질불산 혼합산 수용액에 의해 스머트를 제거한 결과인 도 2와 비교해보면 종래 기술에 의한 스머트 제거는 완전하지 않아 크리스탈로 보이는 스머트가 계속 존재하므로 본 실시예 1의 결과가 종래와 유사하거나 더 우수함을 알 수 있었다.

실시예 2

본 실시예의 스머트 제거용 혼합산 수용액의 조성은 황산 20 중량%, 불산 0.5 중량%, 과산화수소 2 중량% 및 그 외 H₂O을 포함하였다. 상기 실시예 2의 혼합산 수용액을 사용하여 알루미늄 합금 소재의 스머트를 제거하는 방법은 스머트를 포함한 소재 표면을 상기 스머트 제거 용액에 일정 시간 침적함으로써 이루어졌다. 상기 침적 온도는 상온이고, 침적 시간은 스머트의 성분 종류와 스머트 형성 면적과 깊이에 따라 조절될 수 있으며, 본 발명에서는 5초~5분 정도이고, 바람직하게는 10초~5분 정도였다.

알루미늄 합금 AL 6061 소재에 대하여 50℃에서 3% 수산화나트륨용액에 1분~2분 정도 에칭 처리를 한 후 표면에 발생한 스머트를 확인하고 상기 실시예 2의 스머트 제거용 혼합산 수용액과 스머트 제거 방법으로 스머트를 제거 한 후 도 5b의 전자현미경(SEM) 사진을 분석한 결과 종래의 질불산 혼합산 수용액을 사용하였을 때와 유사한 표면을 확보할 수 있었다.

도 5b는 본 발명에 의한 알루미늄 합금 AL 6061에 형성된 스머트를 실시예 2의 스머트 제거용 혼합산 수용액으로 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다. 도 5b는 표면이 매끄럽고 둥근 부분들도 적게 나타나 스머트가 더욱 효과적으로 제거되었음을 보여주었다. 그리고, 알루미늄 합금 AL 6061을 같은 조건하에서 종래 기술인 질불산 혼합산 수용액에 의해 스머트를 제거한 결과인 도 2와 비교해보면 종래 기술에 의한 스머트 제거는 완전하지 않아 크리스탈로 보이는 스머트가 계속 존재하므로 실시예 2가 종래 기술과 유사한 결과나 더 우수한 결과를 나타내는 것을 알 수 있었다.

또한, 실시예 1과 실시예 2의 결과로부터 스머트 제거용 혼합산 수용액의 각 조성 비율을 소재의 형성 조건과 상태에 따라 일부분 변경하면 스머트 제거를 더욱 효과적으로 할 수 있음을 알 수 있었다.

실시예 3

본 실시예의 스머트 제거용 혼합산 수용액의 조성은 황산 5 중량%, 불산 0.5 중량%, 과산화수소 2 중량% 및 그 외 H₂O을 포함하였다. 상기 실시예 3의 혼합산 수용액을 사용하여 알루미늄 합금의 스머트를 제거하는 방법은 스머트를 포함한 소재 표면을 상기 스머트 제거 용액에 일정 시간 침적함으로써 이루어졌다. 상기 침적 온도는 상온이고, 침적 시간은 스머트의 성분 종류와 스머트 형성 면적과 깊이에 따라 조절될 수 있으며, 본 발명에서는 5초~5분 정도이고, 바람직하게는 10초~5분 정도였다.

알루미늄 합금 AL 5052 소재에 대하여 표면에 발생한 스머트를 확인하고 상기 실시예 3의 스머트 제거 용액과 스머트 제거 방법 의한 스머트 제거 결과를 도 6의 전자현미경(SEM) 사진을 통해 분석한 결과, 종래의 질산 수용액을 사용하였을 때와 유사한 표면을 확보할 수 있었다.

도 6은 본 발명에 의한 알루미늄 합금 AL 5052에 형성된 스머트를 상기 실시예 3의 스머트 제거용 혼합산 수용액으로 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다. 상기 알루미늄 합금 AL 5052는 상기 실시예 3에 의하여 더욱 스머트가 효과적으로 제거되어 소재 표면이 더욱 매끄럽고 둥근 부분도 적게 나타남을 보여주었다. 알루미늄 합금 AL 5052를 같은 조건하에서 종래 기술인 질산 수용액에 의해 스머트를 제거한 결과인 도 3b와 비교해보면 종래 기술에 의한 스머트 제거는 완전하지 않아 일부분 크리스탈로 보이는 스머트가 계속 존재함을 알 수 있었다.

그러므로, 상기 3가지 실시예의 결과에서 알 수 있는 것처럼, 본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액과 스머트 제거 방법은 종래의 질불산 혼산 혼합산에 의한 스머트 제거 효율과 거의 동일한 효율 또는 그 이상을 확보할 수 있었다. 그리고, 합금 소재의 종류에 따라 적절하게 스머트 제거용 혼합산 수용액의 각 조성 비율을 바꾸어 사용함으로써 스머트 제거를 더욱 효과적으로 할 수 있었다.

실시예 4

본 실시예 4의 스머트 제거용 혼합산 수용액의 조성은 황산 20 중량%, 불산 0.5중량%, 과산화수소 2%중량, 계면활성제 1 중량% 및 그 외 H₂O을 포함하였다. 상기 실시예 4의 혼합산 수용액을 사용하여 알루미늄 다이캐스팅 소재의 스머트를 제거하는 방법은 스머트를 포함한 소재 표면을 상기 스머트 제거 용액에 일정 시간 침적함으로써 이루어졌다. 상기 침적 온도는 상온이고, 침적 시간은 스머트의 성분 종류와 스머트 형성 면적과 깊이에 따라 조절될 수 있으며, 본 발명에서는 5초~5분 정도이고, 바람직하게는 10초~5분 정도였다.

알루미늄 다이 캐스팅 소재에 대하여 표면에 발생한 스머트를 확인하고 상기 실시예 4의 스머트 제거 용액과 스머트 제거 방법에 의해 스머트를 제거 한 후 전자현미경(SEM) 사진을 통해 분석해본 결과 종래의 질불산 혼합산 수용액을 사용하였을 때와 유사한 표면을 확보할 수 있었다. 그리고 상기 계면활성제는 스머트 제거를 원할히 하기 위하여 사용하는 것으로 Triton X-100 (Sigma Chemical Co.; t-Oxtylphenoxypolyethoxyethanol) 을 상기 용액에 대해 1 중량%로 첨가하였다.

상기 알루미늄 다이 캐스팅 소재는 표면이 다이 캐스팅 (주물)시 재구성되므로 표면에 형성된 스머트가 더욱 견고히 부착되어 있어 제거가 어려운 점이 있으나, 상기 실시예 4의 스머트 제거용 혼합산 수용액에 의해 원활하게 제거되고, 소재의 종류와 모양에 따라 깨끗하게 제거되지 않을 때에는 도 7과 같이 계면활성제를 사용하거나 추가로 인히비터를 사용하여 깨끗하게 제거 할 수 있었다.

도 7은 본 발명에 의한 알루미늄 다이 캐스팅에 형성된 스머트를 실시예 4의 스머트 제거용 혼합산 수용액으로 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

여기서 계면활성제는 매끄러운 표면 즉, 아직 에칭되지 않은 표면과 에칭되어 돌출된 스머트의 표면 장력을 줄여 상기 스머트 제거용 용액에 의해 스머트가 더욱 쉽게 제거 될 수 있도록 하였다. 상기 도 7의 결과를 동일한 알루미늄 다이 캐스팅을 같은 조건하에서 종래 기술인 질불산 혼합산에 의해 스머트를 제거한 결과인 도 4와 비교해보면 본 실시예 4의 결과에서 스머트 제거가 종래 기술과 유사하게 일어남을 알 수 있었다.

상기와 같은 본 발명의 알루미늄 소재의 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 방법은 무질산 혼합산을 사용하므로 산화질소 (NOx) 가스 발생이 없어 안전한 생산 방법을 제공하므로 현재의 영세한 도금업자들의 협소한 작업 환경에서 작업자의 안전을 보장하여, 생산의 안정성을 확보할 수 있다.

둘째, 상기 스머트 제거용 혼합산 수용액과 그 방법은 무질산 혼합산을 사용하므로 폐수에 질소 성분을 방출하지 않으므로 총질소량을 줄여 폐수 처리 비용을 줄이는 경제적 측면이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1a는 알칼리 에칭 후 알루미늄 합금 AL 6061에 형성된 스머트를 나타내는 SEM 사진이다.

도 1b는 알칼리 에칭 후 알루미늄 합금 AL 6061의 일부분인 스펙트럼 1의 조성을 나타내는 EPMA 결과이다.

도 1c는 알칼리 에칭 후 알루미늄 합금 AL 6061의 다른 일부분인 스펙트럼 2의 조성을 나타내는 EPMA 결과이다.

도 1d는 알칼리 에칭 후 알루미늄 합금 AL 6061의 또 다른 일부분인 스펙트럼 3의 조성을 나타내는 EPMA 결과이다.

도 2는 종래 기술에 의한 알루미늄 합금 AL 6061에 형성된 스머트를 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 3a는 알루미늄 합금 AL 5052를 에칭한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 3b는 종래 기술에 의한 알루미늄 합금 AL 5052에 형성된 스머트를 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 4는 종래 기술에 의한 알루미늄 다이 캐스팅에 형성된 스머트를 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 5a는 본 발명에 의한 알루미늄 합금 AL 6061에 형성된 스머트를 실시예 1의 스머트 제거용 혼합산 수용액으로 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 5b는 본 발명에 의한 알루미늄 합금 AL 6061에 형성된 스머트를 실시예 2의 스머트 제거용 혼합산 수용액으로 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 6은 본 발명에 의한 알루미늄 합금 AL 5052에 형성된 스머트를 실시예 3의 스머트 제거용 혼합산 수용액으로 제거한 후의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.

Claims

황산, 불산, 과산화수소 및 H₂O을 포함하는 알루미늄 소재의 스머트 제거용 혼합산 수용액.
제 1항에 있어서, 상기 용액의 조성은 황산 5~60 중량%, 불산 0.13~3 중량%, 과산화수소 0.5~20 중량% 및 그 외 H₂O을 포함하는 것을 특징으로 하는 스머트 제거용 혼합산 수용액.
제 2항에 있어서, 상기 용액의 조성은 황산 10~20 중량%, 불산 0.5~1 중량% 및 과산화수소 1~3 중량% 및 그 외 H₂O을 포함하는 것을 특징으로 하는 스머트 제거용 혼합산 수용액.
제 1항에 있어서, 상기 용액은 과산화수소 안정제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스머트 제거용 혼합산 수용액.
제 4항에 있어서, 상기 과산화수소 안정제는 4-하이드록시-벤조익산, 페닐 우레아 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스머트 제거용 혼합산 수용액.
제 5항에 있어서, 상기 과산화수소 안정제는 상기 과산화수소양의 0.01~5중량%를 사용하는 것을 특징으로 하는 스머트 제거용 혼합산 수용액.
제 4항에 있어서, 상기 과산화수소 안정제는 고안정화 과수를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스머트 제거용 혼합산 수용액.
제 1항에 있어서, 상기 용액은 양이온 계면활성제, 비이온 계면 활성제 및 음이온 계면 활성제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 계면 활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스머트 제거용 혼합산 수용액.
제 8항에 있어서, 상기 계면 활성제는 상기 용액에 대해 0.50 ~ 1.50 중량% 인 것을 특징으로 하는 스머트 제거용 혼합산 수용액.
제 1항에 있어서, 상기 용액은 유기 알콜계열이나 크롬 및 몰리브덴 금속의 과산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스머트 제거용 혼합산 수용액.
알루미늄 소재의 스머트를 황산, 불산, 과산화수소 및 H₂O을 포함하는 스머트 제거용 혼합산 수용액에 침적시킴으로써 상기 스머트를 제거하는 스머트 제거 방법.
제 11항에 있어서, 상기 침적 시간은 5초~5분인 것을 특징으로 하는 스머트 제거 방법.