KR20070029458A - 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법 - Google Patents

Abstract

알루미늄 소재에 내구성 및 산화 부식 등을 방지하기 위하여 아노다이징(산화피막)을 한 후에 제품 표면 상에 문자나 도형을 인쇄하게 되는데, 이때 인쇄 문구가 벗겨지거나 지워지지 않도록 레이저를 이용하여 산화피막을 제거시키고 그 제거된 부분에 착색을 함으로써 다양하고 정교한 디자인을 할 수 있도록 하는 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법이 개시되어 있다. 상기 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법은, 알루미늄 소재에 1차 산화피막층을 형성하는 단계; 레이저를 통해 문자나 도형을 마킹하여 산화피막층의 표면에 레이저 처리기공을 형성하는 단계; 상기 레이저처리기공을 통해 노출된 알루미늄 소재에 2차 산화피막층을 형성하는 단계; 및 상기 2차 산화피막층에 원하는 칼라를 부분착색하여 착색층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

알루미늄, 산화피막, 문자, 도형, 레이저, 마킹

Description

알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법{METHOD FOR MARKING CHARACTER AND FIGURE ON ALUMINUM ARTICLE}

도 1은 종래의 마스킹 인쇄 방식으로 문자가 형성된 알루미늄 소재를 개략적으로 도시한 단면도;

도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법을 단계별로 개략적으로 도시한 도면; 및

도 3은 본 발명의 마킹방법에 의해 제조된 제품을 나타낸 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 알루미늄 소재 20 : 1차 산화피막층

30 : 레이저 처리기공 40 : 2차 산화피막층

50 : 착색층

본 발명은 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법에 관한 것으로, 보다 구 체적으로는 알루미늄 소재에 내구성 및 산화 부식 등을 방지하기 위하여 아노다이징(산화피막)을 한 후에 제품 표면 상에 문자나 도형을 인쇄하게 되는데, 이때 인쇄 문구가 벗겨지거나 지워지지 않도록 레이저를 이용하여 산화피막을 제거시키고 그 제거된 부분에 착색을 함으로써 다양하고 정교한 디자인을 할 수 있도록 하는 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법에 관한 것이다.

일반적으로, 은백색의 가볍고 무른 금속인 알루미늄과 알루미늄을 주성분으로 하여 구리, 마그네슘, 니켈, 망간, 규소, 아연 등을 첨가하여 제조한 알루미늄합금은 연신성 및 인발성이 우수하고 가벼우며, 튼튼하고 미관이 수려하여 건축 자재용 내외장재, 외장용 패널, 내장용 케이스, 음향기기의 프론트 판넬, 카메라 외장패널, 휴대폰 외장패널, 전자부품 및 자동차용 구조물 등으로 광범위하게 사용되고 있다.

이와 같이, 알미늄재(즉, 알루미늄, 알루미늄 합금)는 다른 금속재에 비해 가볍고 가공성이 우수해 여러 용도에 쓰여지고 있는 바, 특히 건재 등으로 사용되는 예가 대단히 많다. 이렇게 건재 등의 용도로 쓰이는 알루미늄 표면은 양극산화처리등에 의해 강화되어 시장에 공급되고 있으며, 최근 이 양극산화처리로 표면처리한 알루미늄재 중에는 양극산화처리 시에 착색(着色, 색깔을 냄)시켜 칼라(color) 알루미늄재로 시장에 공급되는 것도 있게 되었다.

상기 알루미늄 또는 그 합금의 양극산화처리라 함은, 알루미늄 또는 그 합금을 여러 종류의 전해액속에서 직류전기 또는 교류전기의 사용으로 전해 처리하여 알루미늄 또는 그 합금의 표면에 다공성의 양극산화피막을 형성시키도록 한 처리방법을 지칭한 것이다. 그리고, 상기 양극산화처리방법은 그 기술적 내용이 공지이므로 이 공지의 기술내용에 관하여는 상세한 설명을 생략한다.

상기와 같이 양극산화처리방법을 통해 도금 처리된 알루미늄의 표면에 문자나 도형을 각인하기 위해서는, 도금처리된 알루미늄의 표면 상에 마스킹 인쇄를 하는 것이 전부였다.

도 1은 종래의 방식대로 마스킹 인쇄를 한 알루미늄 소재의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄(100)을 양극산화처리하면 그 표면에 산화피막(110)이 형성된다. 그 후에, 상기 산화피막(110)의 표면 상에 필요한 문자나 도형을 마스킹 인쇄하여 표기한다.

그러나, 알루미늄 산화피막(110) 표면 상에 인쇄된 문자나 도형이 장기간의 사용에 의해 벗겨지거나 지워지는 문제점이 있었고, 마스킹 인쇄 시에 인쇄 잉크의 흐름 또는 번짐에 의해 제품 불량률이 대량 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 알루미늄 소재에 문자, 로고, 그림 등 원하는 디자인을 레이저 마킹하여 정교하고 깔끔한 부분 착색을 할 수 있도록 한 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 휴대폰이나 카메라 등의 외장패널에 문자나 도형을 레이저 마킹함으로써, 장기간 사용 시에도 문자나 도형이 벗겨지거나 지워지지 않도록 한 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법은, 알루미늄 소재에 1차 산화피막층을 형성하는 단계; 레이저를 통해 문자나 도형을 마킹하여 산화피막층의 표면에 레이저 처리기공을 형성하는 단계; 상기 레이저처리기공을 통해 노출된 알루미늄 소재에 2차 산화피막층을 형성하는 단계; 및 상기 2차 산화피막층에 원하는 칼라를 부분착색하여 착색층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 1차 산화피막층 형성 단계는 양극산화공정을 거치기 전에 깨끗한 알루미늄 표면을 얻기 위한 전처리공정, 산화피막층을 형성하는 양극산화공정 및 봉공 처리를 위한 실링(sealing)공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전처리 공정은 용제탈지공정, 에칭공정, 디스머트(Desmut)공정, 화학샌딩공정 및 각 공정들 사이에 수행되는 수세공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 산화피막층의 표면에 레이저 처리기공을 형성하는 단계는, 레이저 마킹속도를 약 450∼550 mm/sec로 하며, 약 2∼3회 반복하여 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 착색층을 형성하는 단계, 65∼70℃의 온도에서 100∼150초 동안 염료액 속에 침지시켜 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 착색층을 형성하는 단계 이후에, 봉공처리를 위한 실링(sealing)단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법을 단계별로 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 알루미늄 소재에 문자나 도형을 마킹하는 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 (a) 알루미늄 소재(10)에 1차 산화피막층(20)을 형성하는 단계, (b) 레이저를 통해 문자나 도형을 마킹하여 산화피막층(20)의 표면에 레이저 처리기공(30)을 형성하는 단계, (c) 상기 레이저처리기공(30)을 통해 노출된 알루미늄 소재(10)에 2차 산화피막층(40)을 형성하는 단계, 및 (d) 상기 2차 산화피막층(40)에 원하는 칼라를 부분착색하여 착색층(50)을 형성하는 단계를 포함한다.

각 단계를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

(a) 상기 1차 산화피막층(20) 형성 단계는 양극산화공정을 거치기 전에 깨끗한 알루미늄 표면을 얻기 위한 전처리공정, 산화피막층을 형성하는 양극산화공정 및 봉공 처리를 위한 실링(sealing)공정으로 이루어진다.

상기 전처리 공정은 용제탈지공정, 에칭공정, 디스머트(Desmut)공정, 화학샌딩공정 및 각 공정들 사이에 수행되는 수세공정으로 이루어진다.

상기 용제탈지(Solvent Cleaning)공정은 알루미늄(AL)의 표면에 부착되어 있는 압출 오일 자욱, 먼지, 손자욱 등의 유지성(油脂性)의 더러움을 제거하기 위한 작업으로, 이물질 제거용 세척액(예컨대, 제품명 AL CLEAN PASTE) 10％, 황산(H2SO4) 10％, 물(H20) 80％의 혼합용액에 알루미늄 소재(10)를 60∼70℃의 온도에서 약 60초 동안 침적한다.

상기 에칭(Etching)공정은 농도 50 ∼ 60g/ℓ, 온도는 60∼70℃의 조건에서 15∼30초간 침적하여 래킹(Racking)된 알루미늄을 다시 표면 조정하기 위해 에칭하며, 주성분은 가성소다(NaOH : 98％)이다.

상기 디스머트(Desmut)공정은 알루미늄 소재(10)의 표면에 남아 있는 미세 먼지들을 완전히 털어내기 위한 작업으로 질산(HNO3) 70％의 용액에 상온의 조건에서 20∼30초간 침적한다.

상기 화학 샌딩(Sanding)공정은 메탈 결함, 페인트 결함 및 퍼티 자욱을 제거하고 도막의 평활성 및 상도와 하도와의 층간 부착력을 부여하기 위한 작업으로, 주성분은 인산이다.

상기 수세공정은 알루미늄 소재(10)의 표면에 부착되어 있는 전(前)공정의 용액을 단시간에 확산시키기 위한 공정으로서, 확산을 촉진하기 위해 공기교반, 강제대류, 온수수세, 스프레이수세 등을 한다.

상기 양극산화공정은 산화피막층을 형성하려는 알루미늄 소재(10)를 양극으 로 하고 통전시켜, 양극에서 발생하는 산소에 의하여 알루미늄 표면이 산화되어 산화 알루미늄(Al₂O₃)의 피막층(20)이 생긴다. 이 산화피막층(20)은 대단히 경하여 내식성이 크며, 다수의 기공들이 형성될 수 있다.

상기 실링공정은 양극 산화된 알루미늄의 봉공처리를 위한 작업으로서, 농도 4∼6 g/ℓ, 온도는 85∼90℃의 고온으로 약 30분 동안 침적하며, 주성분은 고온실링제(예를들어, 제품명 DN1508)이다.

(b) 산화피막층(20)의 표면에 레이저 처리기공(30)을 형성하는 단계는 레이저를 이용하여 문자나 도형을 마킹하는 것이다.

레이저 마킹은 레이저 마킹속도를 약 450∼550 mm/sec로 하며, 약 2∼3회 반복하여 실시한다.

만약, 레이저 마킹속도가 550 mm/sec이상이면 레이저 마킹이 흔들리거나 촛점이 안맞아서 문자나 도형이 번져서 파괴되고 그로 인해 정교한 마킹이 어렵게 되고, 레이저 마킹속도가 450 mm/sec 이하에서도 레이저 마킹이 완전하게 되지 않게 된다.

또한, 레이저 마킹을 1회만 수행하면, 레이저 마킹부분이 붉은 색이나 검은 색으로 유지되어 부분 착색시에 원하는 칼라를 얻을 수 없고, 산화피막층이 완전하게 파괴되지 않아서 착색도 제대로 되지 않는다.

(c) 상기 2차 산화피막층(40)을 형성하는 단계는 상기 레이저처리기공(30)을 통해 노출된 알루미늄 소재(10)에 2차 산화피막층(40)을 형성하는 것으로, 상기 1차 산화피막층(20)을 형성할 때의 전처리공정과 양극산화 공정을 동일하게 수행한다. 전처리공정과 양극산화공정을 거친 후에 형성된 2차 산화피막층(40)에는 다수의 기공이 형성되어 있으며, 그 표면 형상은 울퉁불퉁한 거친 형상을 취한다.

(d) 상기 2차 산화피막층(40)에 원하는 칼라를 부분착색하는 단계는 상기 다수의 기공이 형성된 2차 산화피막층(40)에는 원하는 칼라를 부분착색하여 착색층(50)을 형성하는 것이다. 상기 부분착색은 65∼70℃의 온도에서 100∼150초 동안 염료액 속에 침지시켜 수행한다.

상기와 같은 부분착색을 통한 착색층(50)의 형성이 완료되면, 마지막으로 봉공처리를 위한 실링공정을 수행한다. 본 실링공정은 상기 1차 산화피막층 형성단계에서의 실링공정과 동일하게 실시한다.

<실시예>

상기에 언급된 전처리공정과 양극산화공정을 통해 1차 산화피막층을 형성하고, 형성된 1차 산화피막층의 표면에 레이저를 이용하여 문자나 도형에 대응하는 레이저 처리기공(30)을 형성한다. 이때, 레이저 마킹 조건은 레이저 마킹속도를 500 mm/sec로 하여, 3회 반복하여 실시한다. 그 후에, 상기 문자나 도형에 대응하 는 레이저 처리기공(30)에 2차 양극산화공정을 수행하여 2차 산화피막층(40)을 형성하며, 상기 2차 산화피막층(40)에 칼라를 부분착색하여 문자나 도형을 완성시킨다. 상기 부분착색은 70℃의 온도에서 120초 동안 염료액 속에 침지시켜 수행한다. 이렇게 하여 완성된 시편의 사진이 도 3에 도시되어 있고, 그에 대한 내마모성, 내약품성, 내산성, 내염성 및 X-Cutting 시험이 실행되었으며, 그 결과가 하기 표 1에 나타나 있다.

<비교예>

알루미늄의 표면에 전처리공정 및 양극산화공정을 통해 산화피막층을 형성하고, 상기 산화피막층의 표면에 마스킹 인쇄를 통해 문자나 도형을 인쇄한다. 이렇게 인쇄된 시편에 대한 내마모성, 내약품성, 내산성, 내염성 및 X-Cutting 시험이 실행되었으며, 그 결과가 하기 표 1에 나타나 있다.

구분		실시예	비교예
내마모성		인쇄도막이 박리되지 않음	인쇄도막이 박리됨
내약품성		인쇄도막이 박리되지 않음	인쇄도막이 박리됨
내산성/ 내염성	탈색	탈색되지 않음	탈색됨
	변색	변색되지 않음	변색됨
	균열	균열되지 않음	균열됨
	부풀음	부풀지 않음	부풀음
	박리	박리되지 않음	박리됨
	뒤틀림	뒤틀리지 않음	뒤틀림
	손톱긁힘	손톱긁힘 없음	손톱긁힘 있음
X-Cutting		가공면에 박리가 없음	가공면에 박리가 있음

<시험방법>

- 내마모성 : 지우개에 500g의 하중을 인가하여 도막면에 올려 놓고 1,500회 왕복하여 시험한다. (속도: 40회 왕복/min)

- 내약품성 : 지우개에 500g의 하중을 인가하고 메칠 알콜을 마르지 않게 투입하면서 250회 왕복하여 시험한다. (속도: 40회 왕복/min)

- 내산성 : 제품을 pH 4.6 용액에 72시간 침전시킨 후 물로 세척하여 상온에서 4시간을 방치한다. 그 후에 시편에 2mm간격으로 선을 그어 바둑눈을 만든다. 테이프 접착후에 수직방향으로 강하게 1회 잡아당겨서, 테이프 착탈에서 가공면의 박리 상태를 검사한다.

- 내염성 : 5% NaCl, 35℃ 시험기에 48시간 방치하고 수세한 후 물기를 제거하고 상온에서 4시간 방치한다. 시편에 2mm 간격으로 선을 그어 바둑눈을 만든다. 테이프 접착후에 수직방향으로 강하게 1회 잡아당겨서, 테이프 착탈에서 가공면의 박리 상태를 검사한다.

- X-Cutting : 시험편에 1mm 간격으로 선을 그어 바둑눈을 만든다. 테이프 접착 후 수직방향으로 강하게 3회 잡아당겨서, 테이프 착탈에서 가공면의 박리 상태를 검사한다.

상기와 같은 시험방법을 통해 나타난 결과가 표 1에 나타나 있으며, 표 1에서도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예를 통해 제조된 시편은 내마모성, 내약품성, 내산성, 내염성 및 X-Cutting 시험에서 우수한 성능을 나타낸 반면에, 종래기술에 따른 비교예를 통해 제조된 시편은 도막이 박리되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명에 따르면, 알루미늄 소재에 문자, 로고, 그림 등 원하는 디자인을 레이저 마킹하여 정교하고 깔끔한 부분 착색을 할 수 있으며, 그로 인해 장기간 사용 시에도 문자나 도형이 벗겨지거나 지워지지 않도록 하는 장점이 있다.

또한, 내마모성, 내약품성, 내산, 내염과 같은 성질이 우수하여 반영구적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 알루미늄 소재(10)에 1차 산화피막층(20)을 형성하는 단계;

   레이저를 통해 문자나 도형을 마킹하여 산화피막층(20)의 표면에 레이저 처리기공(30)을 형성하는 단계;

   상기 레이저처리기공(30)을 통해 노출된 알루미늄 소재(10)에 2차 산화피막층(40)을 형성하는 단계; 및

   상기 2차 산화피막층(40)에 원하는 칼라를 부분착색하여 착색층(50)을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 1차 산화피막층(20) 형성 단계는 양극산화공정을 거치기 전에 깨끗한 알루미늄 표면을 얻기 위한 전처리공정, 산화피막층을 형성하는 양극산화공정 및 봉공 처리를 위한 실링(sealing)공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 전처리 공정은 용제탈지공정, 에칭공정, 디스머트(Desmut)공정, 화학샌딩공정 및 각 공정들 사이에 수행되는 수세공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 알 루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 산화피막층(20)의 표면에 레이저 처리기공(30)을 형성하는 단계는, 레이저 마킹속도를 약 450∼550 mm/sec로 하며, 약 2∼3회 반복하여 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 착색층(50)을 형성하는 단계, 65∼70℃의 온도에서 100∼150초 동안 염료액 속에 침지시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 착색층(50)을 형성하는 단계 이후에, 봉공처리를 위한 실링(sealing)단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법.

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