KR20070039199A - 알루미늄 소재의 표면처리방법 및 그 표면처리방법에 의해제조된 알루미늄 소재 - Google Patents

알루미늄 소재의 표면처리방법 및 그 표면처리방법에 의해제조된 알루미늄 소재 Download PDF

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Abstract

알루미늄 소재의 표면처리방법 및 그 표면처리방법에 의해 제조된 알루미늄 소재가 개시된다. 본 발명의 알루미늄 소재의 표면처리방법은, 알루미늄 소재의 표면에 소정의 포아(pore)를 갖는 피막층을 형성시키는 피막층 형성단계; 나노(Nano) 단위 크기를 가지며, 광촉매, 향균/살균제 및 탈취제 중 적어도 어느 하나의 표면처리용 나노입자물질을 포아의 내부로 함침하는 나노입자물질 함침단계; 및 표면처리용 나노입자물질이 공기층과 접촉가능하도록 나노입자물질이 함침된 포아의 개구영역을 봉공(sealing) 처리하는 봉공 처리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 표면처리용 나노입자물질, 예를 들어 산화티타늄(TiO2) 등과 같은 광촉매 물질을 이용하여 알루미늄 소재를 표면처리하는 경우에는 유기물 성질을 갖는 접착/점착제를 사용하지 않고 물리적인 방법으로 광촉매 물질을 알루미늄 소재에 고착(Impregnation)할 수 있기 때문에 접착/점착제가 산화티타늄(TiO2)의 광합성 기능으로 인해 분해되면서 가루로 떨어지는 이른 바, 초킹(chalking) 현상이 발생되는 것을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 그 제조시간을 단축할 수 있고, 알루미늄 소재로부터 광촉매 물질이 쉽게 박리되는 것이 저지되어 내구성이 향상될 수 있고, 공해물질, 세균 등을 분해하는 기능을 종래보다 향상시킬 수 있으며, 은과 같이 향균/살균 효과를 향상시킬 수 있는 향균/살균제나 금, 백금과 같이 탈취 효과를 향상시킬 수 있는 탈취제를 이용하여 알루미늄 소재를 표면처리하는 경우에는 향균/ 살균 효과 또는 탈취 효과를 향상시킬 수 있다.
알루미늄, 표면처리, 아노다이징, 나노입자물질, 함침, 광촉매, 금, 은, 봉공

Description

알루미늄 소재의 표면처리방법 및 그 표면처리방법에 의해 제조된 알루미늄 소재{Method for treating the surface of aluminium material and aluminium material manufactured by the same}
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 소재의 표면처리방법에 대한 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 각각 본 발명에 따른 알루미늄 소재의 표면처리 과정을 단계적으로 보인 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 알루미늄 소재 12 : 피막층
12a : 배리어 12b : 포아
14 : 표면처리용 나노입자물질 16 : 봉공
본 발명은, 알루미늄 소재의 표면처리방법 및 그 표면처리방법에 의해 제조된 알루미늄 소재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 표면처리용 나노입자물질, 예를 들어 산화티타늄(TiO2) 등과 같은 광촉매 물질을 이용하여 알루미늄 소재를 표 면처리하는 경우에는 유기물 성질을 갖는 접착/점착제를 사용하지 않고 물리적인 방법으로 광촉매 물질을 알루미늄 소재에 고착(Impregnation)할 수 있기 때문에 접착/점착제가 산화티타늄(TiO2)의 광합성 기능으로 인해 분해되면서 가루로 떨어지는 이른 바, 초킹(chalking) 현상이 발생되는 것을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 그 제조시간을 단축할 수 있고, 알루미늄 소재로부터 광촉매 물질이 쉽게 박리되는 것이 저지되어 내구성이 향상될 수 있고, 공해물질, 세균 등을 분해하는 기능을 종래보다 향상시킬 수 있으며, 은과 같이 향균/살균 효과를 향상시킬 수 있는 향균/살균제나 금, 백금과 같이 탈취 효과를 향상시킬 수 있는 탈취제를 이용하여 알루미늄 소재를 표면처리하는 경우에는 향균/살균 효과 또는 탈취 효과를 향상시킬 수 있는 알루미늄 소재의 표면처리방법 및 그 표면처리방법에 의해 제조된 알루미늄 소재에 관한 것이다.
경합금인 알루미늄(aluminium)은 전성, 연성이 풍부하고 비중이 작을 뿐만 아니라 열, 전기의 전도성이 크고, 대기 중에서 내식성이 강하기 때문에 판재, 박재, 봉재, 선재, 관재, 형재 등의 여러 형태로 가공되어 이용된다.
가벼운 점을 이용하여 항공기, 자동차, 선박, 철도 등에 사용될 뿐만 아니라 전기의 양도체인 점을 이용하여 송전선 등에도 사용된다. 페인트, 알루미늄박에 의한 포장이나 건축재료 및 원자로재 등 현재까지 매우 많은 용도로 활용된다. 특히, 내식성이 있고 인체에 해가 없기 때문에 식품공업의 자재류나 식기류 등에도 많이 이용된다.
이처럼 알루미늄은 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 산업 및 생활전반에 걸쳐 널리 사용된다. 다만, 좀 더 우수한 물성을 확보하고 그에 따른 부가적인 특성을 배가하기 위해 알루미늄을 단독으로 사용하기 보다는 합금의 형태나 표면처리 기술을 부가하여 사용하기도 한다.
알루미늄 합금(aluminium alloy)은 알루미늄에 구리나 마그네슘 등의 금속을 첨가하여 제조한 것이다. 알루미늄의 성질을 개량하였기 때문에 우수한 특성을 발휘한다. 대표적인 예로 두랄루민을 포함하는 고력 알루미늄 합금은 알루미늄에 구리를 첨가한 것으로 강도가 크다. 이것에 마그네슘을 첨가한 초두랄루민, 다시 아연을 첨가한 초초두랄루민은 항공기의 재료로 사용되기도 한다. 구조용 알루미늄합금은 마그네슘, 아연을 가한 것인데 내식성이 우수하며 철도 차량, 교량 등에 사용된다. 주물용은 규소를 가한 합금을 사용하며, 이 밖에 내열, 광휘 등 목적에 따라서 다른 금속을 배합하여 사용하기도 한다.
알루미늄 합금 외에 근자에 들어서는 알루미늄을 표면처리한 기술이 널리 보급되고 있다. 알루미늄을 표면처리할 경우, 배기가스와 폐수 방출이 없다는 점에서 친환경 가공법으로 불리기도 한다. 표면처리방법의 일예로 소위, 스퍼터링(sputtering)이라는 것이 존재한다. 이 방법은, 산화알루미늄, 산화티탄 등을 기름성분이 제거되지 않은 알루미늄 롤에 코팅 처리하는 것으로 진공관안에서 코팅물질을 전위된 가스입자의 형태로 분사시켜서 알루미늄 판의 원자나 분자에 반응시키는 것이다. 이러한 방법으로 표면처리된 알루미늄은 주로 조명이나 천장재 산업에 널리 사용될 수 있다. 또한 자동차산업과 컴퓨터산업에도 활용되며 부식방지에도 탁 월하기 때문에 생활용품으로도 활용된다.
한편, 광촉매인 산화티타늄(TiO2)은 광(자외선)에 의하여 각종 유기물질, 특히 세균이나 공기 중 유해물질을 분해하는 능력을 가지고 있다고 보고 되고 있다. 이에 따라 근자에 들어서는 산화티타늄(TiO2)을 다양한 소재, 특히 알루미늄 소재에 표면처리하여 해당 소재에 대한 특성을 향상시키기 위한 노력이 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
일예로, 백색 도료나 기타 백색 안료가 필요한 경우에 산화티타늄(TiO2) 분말 중 루틸 타입(Rutile type)을 전색제(vehicle)로 사용하여 도포하거나 접착시키고 있는 것을 들 수 있다.
또한 산화티타늄(TiO2) 분말 중 아나타제 타입(anatase type)의 분말을 별도의 접착/점착제를 이용하여 알루미늄 소재 등에 고착시키는 것을 들 수 있다. 이는, 아나타제 타입(anatase type)의 경우는 유기물 분해의 기능이 더 높기 때문에 백색 도료 등에서 극해 제한적으로만 안료로 사용되므로 알루미늄을 포함한 금속판 소재에 아나타제 타입(anatase type)의 분말을 도포하기 위해서는 소재에 부착시키기 위한 물질, 즉 접착/접착제가 사용되어야 하는 것에 기인한다.
그런데, 이처럼 접착/점착제를 사용하여 산화티타늄(TiO2)을 접착시키는 종래기술에 있어서는, 오랜 시간이 경과될 경우, 산화티타늄(TiO2) 분말이 가지는 광합성 기능 때문에 유기물인 접착/접착제가 분해되면서 가루로 떨어지는 이른 바, 초킹(chalking) 현상이 발생하는 문제점이 있다. 따라서 산화티타늄(TiO2) 분말이 해당 소재에 고착(Impregnation)되지 못하고 쉽게 분리(박리)되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라 접착/점착제의 사용으로 인해 산화티타늄(TiO2)이 외부 공기나 유해 물질과 접촉할 수 없게 되어 산화티타늄(TiO2) 본연의 기능, 즉, 광합성 효과에 의한 공해물질, 세균 등을 분해시키는 기능을 저하시키는 문제점도 발생시킨다.
특히, 종래기술의 경우에는 알루미늄 소재에 산화티타늄(TiO2) 분말을 표면처리하려는 단순한 방향만을 제시하고 있을 뿐 향균/살균 효과를 갖는 은이나 탈취 효과를 갖는 금, 백금 등의 재료를 통해 알루미늄 소재에 표면처리하여 부가적인 효과를 제공하는 방안에 대해서는 전혀 제안하지 못하고 있다.
본 발명의 목적은, 표면처리용 나노입자물질, 예를 들어 산화티타늄(TiO2) 등과 같은 광촉매 물질을 이용하여 알루미늄 소재를 표면처리하는 경우에는 유기물 성질을 갖는 접착/점착제를 사용하지 않고 물리적인 방법으로 광촉매 물질을 알루미늄 소재에 고착(Impregnation)할 수 있기 때문에 접착/점착제가 산화티타늄(TiO2)의 광합성 기능으로 인해 분해되면서 가루로 떨어지는 이른 바, 초킹(chalking) 현상이 발생되는 것을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 그 제조시간을 단축할 수 있고, 알루미늄 소재로부터 광촉매 물질이 쉽게 박리되는 것이 저지되어 내구성이 향상될 수 있고, 공해물질, 세균 등을 분해하는 기능을 종래보다 향상시킬 수 있으며, 은 과 같이 향균/살균 효과를 향상시킬 수 있는 향균/살균제나 금, 백금과 같이 탈취 효과를 향상시킬 수 있는 탈취제를 이용하여 알루미늄 소재를 표면처리하는 경우에는 향균/살균 효과 또는 탈취 효과를 향상시킬 수 있는 알루미늄 소재의 표면처리방법 및 그 표면처리방법에 의해 제조된 알루미늄 소재를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 알루미늄 소재의 표면에 소정의 포아(pore)를 갖는 피막층을 형성시키는 피막층 형성단계; 나노(Nano) 단위 크기를 가지며, 광촉매, 향균/살균제 및 탈취제 중 적어도 어느 하나의 표면처리용 나노입자물질을 상기 포아의 내부로 함침하는 나노입자물질 함침단계; 및 상기 표면처리용 나노입자물질이 공기층과 접촉가능하도록 상기 나노입자물질이 함침된 상기 포아의 개구영역을 봉공(sealing) 처리하는 봉공 처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 광촉매는 산화티타늄(TiO2)이 될 수 있다.
상기 향균/살균제는 은이 될 수 있다.
상기 탈취제는 금 또는 백금이 될 수 있다.
상기 포아의 형성시, 상기 표면처리용 나노입자물질이 상기 포아에 상대적으로 더 용이하게 침투/안착될 수 있도록 상기 알루미늄 소재는 소정의 전해액에 침전된 후, 양극 산화피막 처리되는 것이 바람직하다.
상기 알루미늄 소재에 형성된 피막층의 두께 및 상기 포아의 깊이가 상대적 으로 더 길어지고 상기 포아의 내부직경이 상대적으로 더 커질 수 있도록 상기 양극 산화피막 처리시, 전류 밀도는 3.3 ~ 15 A/dm의 범위를 가지며, 전압은 12 ~ 18 V의 범위를 가질 수 있다.
상기 피막층의 두께는 30 내지 50 미크론으로 형성될 수 있다.
상기 표면처리용 나노입자물질의 성질에 따라 소정의 분산제가 선택되어 전해액에 더 첨가될 수도 있다.
상기 알루미늄 소재가 침전된 전해액이 오일(Oil) 타입일 경우, 유화제가 더 사용될 수도 있다.
상기 나노입자물질의 크기는 1 ~ 40 나노미터의 범위를 가질 수 있다.
상기 봉공은 열에 의한 열 봉공 처리되는 것이 바람직하다.
상기 열 봉공은 스팀 봉공과 고온공기 봉공 중 선택된 어느 하나를 포함한다.
상기 피막층 형성단계 전, 상기 알루미늄 소재를 전처리하는 전처리단계를 더 포함할 수 있다.
상기 봉공 처리단계 후, 상기 알루미늄 소재를 후처리하는 후처리단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 표면처리방법에 의해 표면처리된 알루미늄 소재에 의해서도 달성된다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 소재의 표면처리방법에 대한 순서도이고, 도 2 내지 도 5는 각각 본 발명에 따른 알루미늄 소재의 표면처리 과정을 단계적으로 보인 구성도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 소재(10)는, 전처리단계(S11), 피막층 형성단계(S12, 도 2 및 도 3 참조), 나노입자물질 함침단계(S13, 도 4 참조), 봉공 처리단계(S14, 도 5 참조) 및 후처리단계(S15)를 통해 표면처리된다.
참고로, 금속 소재에 대한 표면처리방법에는 크게, 도금과 아노다이징 공법이 있다. 모두가 금속의 산화를 방지하기 위해서 사용되는 방법이다. 도금은 원래 금속의 표면에 다른 금속 피막을 입혀 표면을 보호하게 되는데 보통 금이라든지 은과 같은 귀금속 제품을 사용하다 보니 가격이 상당히 높다.
이에 반해, 소위, 양극 산화피막 처리라고도 하는 아노다이징(anodizing) 공법은 금속 표면에 산화막을 형성시킴으로써 산화막으로 인해 대기 중에서 더 이상의 산화가 진행되지 않도록 하는 것을 말한다. 아노다이징 공법은 특히, 소재가 연약하기 때문에 산화되면 잘 부서지는(부식되는) 특성을 갖는 알루미늄 소재(10)에 널리 적용되어 다양한 분야에서 널리 사용되는데, 본 발명에서도 아노다이징(anodizing) 공법의 일부를 적용하고 있다.
결국, 본 발명은, 양극 산화피막 처리라고도 하는 아노다이징(anodizing) 공법을 일부 이용하면서 포아(12b)를 형성하고, 포아(12b)에 표면처리용 나노입자물질(14)을 함침한 후, 봉공(16) 처리함으로써 하나의 알루미늄 완제품을 제조하고 있다. 그 결과, 전술한 초킹(chalking) 현상이 발생되는 것을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 알루미늄 소재(10)로부터 표면처리용 나노입자물질(14)이 쉽게 박리(분리)되는 것을 저지할 수 있으며, 공해물질, 세균 등을 분해하는 기능을 종래보다 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
각 단계(S11~S15)에 대해 자세하게 설명하면 다음과 같다.
구체적으로 도시하고 있지는 않지만, 전처리단계(S11)는 표면처리 대상의 알루미늄 소재(10)에 포아(12b)를 형성하지 전까지의 과정을 가리킨다. 이에는 다음과 같은 과정이 모두 포함된다.
우선, 표면처리를 위해 입고 받은 알루미늄 소재(10)에 대해 표면 검사를 한다. 즉, 입고된 알루미늄 소재(10)의 표면에 상처, 기름, 상표, 기타 이물질 등의 존재여부를 면밀히 검사한 후, 제거하고, 마스킹 부분을 통해 피막처리를 하지 않을 부분 등을 구분한다. 다음으로, 알루미늄 소재(10)의 면적을 계산하여 양극 산화피막 처리시, 사용될 암페어 및 볼트 수를 계산한다. 이 때, 알루미늄 소재(10)에 형성될 적정 다공질 피막층(12)의 두께는 대략 30 내지 50 미크론이므로 이를 참조한다. 그런 다음, 랙킹 작업을 통해 알루미늄 소재(10)를 단단히 고정한 후, 수세 처리한다.
수세 처리시, 우선 기름때가 완전히 제거될 수 있도록 비눗물로 세척한 후, 알칼리로 에칭한다. 만일 가성소다로 세척할 경우, 알루미늄 소재(10)의 표면이 깨끗하다면 30초 정도 세척하고 표면이 거칠다면 육안으로 깨끗해질 때까지 세척한다. 이때는 소재에 따라 알루미늄 소재(10)의 표면이 검정색 혹은 은백색으로 변하기도 한다. 다음, 디스머트 처리한다. 디스머트 처리를 위해 질산을 사용할 경우에 는 반드시 가성소다 세척시 발생한 때가 완전히 제거될 때까지 확인한다. 가성소다에서 생긴 때가 다 벗겨지면 알루미늄 자연색으로 변한다. 그런 다음에 수세한다.
피막층 형성단계(S12)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전처리단계(S11)를 거친 알루미늄 소재(10)의 표면에 아노다이징(anodizing) 공법인 양극 산화피막 처리를 하여 피막층(12)을 형성시키는 단계이다. 도시된 바와 같이, 피막층(12)은 그 위치에 따라 배리어(12a, barrier)와 포아(12b, pore)로 나뉜다. 배리어(12a)는 알루미늄 소재(10)의 표면에 붙은 얇은 막이며, 포아(12b)는 그 위로 형성된 요철구조의 홈을 가리킨다.
참고로, 아노다이징(anodizing) 공법인 양극 산화피막 처리란 본 실시예와 같이, 알루미늄 소재(10)의 표면에 전기화학적 전해(electrolytic) 방법을 이용하여 산화알루미늄(AL2O3) 층을 형성시켜 알루미늄 표면의 경도, 내식성, 내마모성, 전기적 절연성 등의 기능적인 특성을 극대화하는 것이다. 이는 알루미늄이 가지는 연성을 보강함과 동시에 금속이 가지는 취약한 결함을 보완하여 공업화하는데 그 목적을 두고 있다. 다만, 종래기술의 경우, 아노다이징(anodizing) 공법에 국한하고 있지만, 본 실시예의 경우에는 이에 더하여 나노입자물질 함침단계(S13) 및 봉공 처리단계(S14)를 더 실시하고 있는 것이다.
도 2와 같이, 알루미늄 소재(10)를 소정의 전해액(1)에 침전시킨 후, 아노다이징(anodizing) 공법인 양극 산화피막 처리를 하면, 알루미늄 소재(10)의 표면에 강한 진장을 주어 그 힘에 의해 알루미늄 이온을 끌어내어 산소와 결합시켜 산화알 루미늄(AL2O3)의 피막층(12)을 만든다.
이 때, 피막층(12) 속을 알루미늄 이온이 이동할 수 있게 되어 피막층(12)은 더욱 두꺼워질 수 있다. 이러한 피막층(12)의 측으로 산소 이온이 알루미늄 소재(10)의 내부로 확산해 들어가고 반대로 알루미늄 이온은 외부로 나오게 되는 과정을 반복하면서 포아(12b)가 형성될 수 있게 된다. 결국, 알루미늄 소재(10)를 소정의 전해액(1)에 침전시킨 후, 양극 산화피막 처리를 하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 소재(10)의 표면에는 일정한 두께(H)의 피막층(12)이 형성되면서 각기 배리어(12a)와 포아(12b)로 나뉘게 된다.
이 때, 알루미늄 소재(10)에 형성된 피막층(12)의 두께(H) 및 포아(12b)의 깊이(D)가 상대적으로 더 길어지고 포아(12b)의 내부직경(W)이 상대적으로 더 커진다면 표면처리용 나노입자물질(14)이 포아(12b)에 상대적으로 더 많이, 더 용이하게 침투되어 안착될 수 있다. 따라서 본 실시예의 경우, 양극 산화피막 처리시, 전류 밀도는 3.3 ~ 15 A/dm의 범위로 설정하고, 전압은 12 ~ 18 V의 범위로 설정하고 있다. 그러면, 피막층(12)의 두께(H)가 적정 수준인 30 내지 50 미크론으로 형성되면서 원하는 포아(12b)의 깊이(D), 포아(12b)의 내부직경(W)을 얻을 수 있다. 양극 산화피막 처리를 위한 전해액(1)이 석유류 등의 오일(Oil) 타입일 경우라면 유화제가 더 사용되는 것이 바람직하다.
참고로, 알루미늄은 산소와의 친화력으로 전해방식으로 쉽게 양극 산화할 수 있을 뿐만 아니라 전술한 바와 같이, 포아(12b)가 형성된 피막층(12)을 형성할 수 있다. 피막층(12)의 형성 초기에는 1 m2 내에 약 3억 개의 포아(12b)가 생성되지만 계속하여 피막층(12)의 두께(H)를 두껍게 올리면 황산 성분의 전해액(1)에 의해 알루미늄이 일부 녹아 전해액(1)에 섞이게 된다. 이 때, 포아(12b)의 수도 줄게 되며 포아(12b)의 직경이 이웃한 것과 합쳐짐에 따라 커지게 된다. 실제로 피막층(12)의 두께(H)가 30 내지 50 미크론 정도로 형성되면 포아(12b)의 내부직경은 대략 100 내지 200 나노미터 까지 커진다. 단 본 실시예와 같이, 저전압방식으로 12 ~ 18 V의 범위의 전압을 인가하면, 표면처리용 나노입자물질(14)이 함침될 수 있는 적정한 수준으로 포아(12b)의 형태가 완성될 수 있게 된다.
나노입자물질(14) 함침단계(S13)는 피막층 형성단계(S12)에서 형성된 포아(12b)의 내부로 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 표면처리용 나노입자물질(14)을 함침하는 단계이다. 여기서, 표면처리용 나노입자물질(14)란, 광촉매, 향균/살균제 및 탈취제 중 선택된 어느 하나의 단독 입자일 수도 있고, 광촉매, 향균/살균제 및 탈취제 중 일부 혹은 모두를 혼합한 혼합 입자가 될 수도 있다. 광촉매는 산화티타늄(TiO2)으로, 향균/살균제는 은으로, 탈취제는 금 또는 백금으로 적용할 수 있는데, 그 크기는 대략 1 ~ 40 나노미터의 범위를 갖는다. 이러한 표면처리용 나노입자물질(14)의 성질에 따라 전해액(1)에는 산화티타늄(TiO2), 은, 금, 백금 중 어느 하나의 성질에 대응하는 소정의 분산제가 선택되어 첨가될 수 있다.
광촉매(photocatalyst)란 빛을 받아들여 화학반응을 촉진시키는 물질을 가리킨다. 반도체, 색소, 엽록소도 그 중 하나일 수 있다. 앞서도 기술한 바와 같이, 광촉매의 대표적인 산화티타늄(TiO2)은 광(자외선)에 의하여 각종 유기물질, 특히 세균이나 공기 중 유해물질을 분해함으로써 환경오염을 제거하고, 항균, 탈취하는 효과를 제공한다. 또한 초친수성(표면이 젖어도 물방울을 만들지 않고 엷은 막을 만들어 내는 성질)의 특성을 가지므로 셀프 클리닝(self cleaning) 효과가 뛰어나다.
따라서 본 실시예와 같이, 광촉매인 산화티타늄(TiO2)을 나노입자물질(14)로 하여 포아(12b)에 함침하고 봉공(16) 처리하여 알루미늄 완제품을 만들고, 이를 이용하여 프라이팬이나 냄비, 고기 구이판, 수저, 밥솥 등의 주방용품을 제조하면 항균, 탈취의 효과 외에도 더러운 것이 묻지 않고 쉽게 닦일 수 있는(self cleaning) 이점이 있게 된다. 물론, 주방용품 외에도 유리와 타일, 청소기, 자동차 외장, 공기청정기 및 그 부품, 냉장고, 도로포장, 커튼, 벽지, 인공관엽식물, 태양열 집열판, 실내 공기의 청정성을 유지하기 위한 내장재, 기차, 자동차, 비행기 등 실내 공기정화용 내장재, 가전제품 케이스, 건축 외장재, 가로등, 방음벽 등 다양한 제품 및 구조물에 적용할 수도 있다.
참고로, 산화티타늄(TiO2)인 일명 산화지당은 백색 분말로 주로 백색 안료로 사용되고 있다. 상용되는 종류에는 앞서 기술한 바와 같이, 루틸 타입(rutile type)과 아나타제 타입(anatase type)이 있다. 브루카이트 타입(brookite type)도 있으나 일반 상용으로는 거의 사용되지 않는다.
루틸 타입(rutile type)은 자체 결정 구조가 금속의 체심입방 구조와 흡사하 며 광촉매의 능력이 낮아 주로백색 안료로 도료 등에 사용되고 있다. 그리고 아나타제 타입(anatase type)은 결전 구조가 금속의 면심입방 구조와 흡사하며 광촉매의 능력이 높아 광촉매의 재료로 사용된다. 한편, 산화티타늄(TiO2)은 산화/환원의 전위차가 3.0 ~ 3.2 eV 가 되고 가전자대와 전자대의 에너지 밴드대를 형성하여 특정의 파장대 에너지에 의해 전자의 이동을 가능케 해주어 마치 반도체와 같은 역할을 할 수 있는데, 특히 아나타제 타입(anatase type)의 경우 빛의 파장 388 나노미터 이하의 파장인 빛에 의해서 가전자대의 전자를 전도대로 끌어올려 줄 수 있기 때문에 광촉매로서의 기능을 가지게 된다.
한편, 본 발명에서 만일, 표면처리용 나노입자물질(14)로 산화티타늄(TiO2) 대신 은을 사용할 경우, 은에 의한 향균/살균 효과를 배가할 수 있다. 뿐만 아니라 금이나 백금을 함침하면 탈취의 효과를 얻을 수 있다. 여기에서는 은, 금, 백금 등에 의한 효과에 대해 굳이 기술하지 않고 널리 알려진 것으로 대체하기로 한다.
봉공 처리단계(S14)는 산화티타늄(TiO2), 은, 금, 백금 중 어느 하나의 표면처리용 나노입자물질(14)이 함침된 포아(12b)의 개구영역을 물리적으로 줄여줌으로써 알루미늄 소재(10)의 표면에 전술한 나노입자물질(14)을 고착시키는 단계이다. 만일, 봉공(16) 처리를 하지 않고 그대로 방치하면 대기 중의 가스(gas)와 흡착하여 함침된 표면처리용 나노입자물질(14)이 오염되기 때문에 원하는 효과를 얻을 수 없다. 따라서 나노입자물질 함침단계(S13) 후에는 포아(12b)의 개구를 밀폐하는 봉공(16) 처리를 더 수행하게 되는 것이다. 이처럼 봉공(16) 처리를 함으로써 우수한 내식성을 가질 수 있게 되는 것이다.
봉공(16) 처리 방법에는 화학약품에 의한 화학약품 봉공과 열에 의한 열 봉공(16)이 존재한다. 만일, 화학약품을 이용하여 봉공 처리하면 표면처리용 나노입자물질(14)이 공기층과 접촉될 수 없기 때문에 원하는 효과를 달성하기 힘들다. 이에, 본 실시예에서는 표면처리용 나노입자물질(14)이 공기층과 접촉가능하도록 열 봉공(16) 처리의 방법을 선택하고 있다. 열 봉공(16)에는 스팀 봉공과 고온공기 봉공이 있는데, 어떠한 것을 적용하여도 무방하다.
후처리단계(S15)는 봉공(16) 처리까지 완료된 완제품을 수세 및 마감처리하는 단계이다. 즉, 후처리단계(S15)에서는 완제품에 물이나 얼룩무늬 제거 후, 깨끗한 작업 다이에서 종이나 비닐 포장하여 제품으로 출하하게 된다.
이러한 구성에 의해, 알루미늄 소재(10)의 표면처리방법에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 전처리단계(S11)를 통해 입고 받은 알루미늄 소재(10)에 대해 표면 검사를 실시하고, 표면처리 대상의 알루미늄 소재(10)에 대한 면적을 계산하여 양극 산화피막 처리시, 사용될 암페어 및 볼트 수를 계산한 다음, 전술한 여러 방법을 통해서 수세 처리한다.
다음, 전처리된 알루미늄 소재(10)를 소정의 전해액(1)에 침전시킨 후, 전류 밀도 3.3 ~ 15 A/dm, 전압 12 ~ 18 V로 설정한 후, 소정의 시간 동안 양극 산화피막 처리하여, 알루미늄 소재(10)의 표면으로 배리어(12a)와 포아(12b)로 형성된 피막층(12)을 형성한다.
그런 다음, 알루미늄 소재(10)에 형성된 포아(12b)로 산화티타늄(TiO2), 은, 금, 백금 중 선택된 어느 하나의 표면처리용 나노입자물질(14)을 함침한 후, 스팀이나 고온공기를 이용한 열에 의해 봉공(16) 처리를 함으로써 표면처리된 알루미늄 완제품을 얻을 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 표면처리용 나노입자물질 중에서도 특히, 산화티타늄(TiO2) 등과 같은 광촉매 물질을 이용하여 알루미늄 소재(10)를 표면처리함에 있어 유기물 성질을 갖는 접착/점착제를 사용하지 않고 물리적인 방법으로 광촉매 물질을 알루미늄 소재(10)에 함침, 고착(Impregnation)할 수 있기 때문에 접착/점착제가 산화티타늄(TiO2)의 광합성 기능으로 인해 분해되면서 가루로 떨어지는 이른 바, 초킹(chalking) 현상이 발생되는 것을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 그 제조시간을 단축할 수 있고, 알루미늄 소재(10)로부터 광촉매 물질이 쉽게 박리되는 것이 저지되어 내구성이 향상될 수 있으며, 공해물질, 세균 등을 분해하는 기능을 종래보다 향상시킬 수 있다.
또한 알루미늄 소재(10)에 은이나 금, 백금 등의 재료를 함침, 고착(Impregnation)하여 표면처리할 경우, 은에 의한 향균/살균 효과 또는 금, 백금에 의한 탈취 효과를 제공할 수 있다.
특히, 본 실시예의 표면처리방법에 의해 표면처리된 알루미늄은 그 자체의 다양한 가공성으로 인해 용도에 따라 판재, 봉제, 특수 형태 등 임의의 형태로 가공이 가능하여 용도별로 제품을 만들어 광촉매 기능성 제품을 제작할 수 있는 이점도 겸한다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 표면처리용 나노입자물질, 예를 들어 산화티타늄(TiO2) 등과 같은 광촉매 물질을 이용하여 알루미늄 소재를 표면처리하는 경우에는 유기물 성질을 갖는 접착/점착제를 사용하지 않고 물리적인 방법으로 광촉매 물질을 알루미늄 소재에 고착(Impregnation)할 수 있기 때문에 접착/점착제가 산화티타늄(TiO2)의 광합성 기능으로 인해 분해되면서 가루로 떨어지는 이른 바, 초킹(chalking) 현상이 발생되는 것을 저지할 수 있을 뿐만 아니라 그 제조시간을 단축할 수 있고, 알루미늄 소재로부터 광촉매 물질이 쉽게 박리되는 것이 저지되어 내구성이 향상될 수 있고, 공해물질, 세균 등을 분해하는 기능을 종래보다 향상시킬 수 있으며, 은과 같이 향균/살균 효과를 향상시킬 수 있는 향균/살균제나 금, 백금과 같이 탈취 효과를 향상시킬 수 있는 탈취제를 이용하여 알루미늄 소재를 표면처리하는 경우에는 향균/살균 효과 또는 탈취 효과를 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 알루미늄 소재의 표면에 소정의 포아(pore)를 갖는 피막층을 형성시키는 피막층 형성단계;
    나노(Nano) 단위 크기를 가지며, 광촉매, 향균/살균제 및 탈취제 중 적어도 어느 하나의 표면처리용 나노입자물질을 상기 포아의 내부로 함침하는 나노입자물질 함침단계; 및
    상기 표면처리용 나노입자물질이 공기층과 접촉가능하도록 상기 나노입자물질이 함침된 상기 포아의 개구영역을 봉공(sealing) 처리하는 봉공 처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광촉매는 산화티타늄(TiO2)인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 향균/살균제는 은인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탈취제는 금 또는 백금인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포아의 형성시, 상기 표면처리용 나노입자물질이 상기 포아에 상대적으로 더 용이하게 침투/안착될 수 있도록 상기 알루미늄 소재는 소정의 전해액에 침전된 후, 양극 산화피막 처리되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 알루미늄 소재에 형성된 피막층의 두께 및 상기 포아의 깊이가 상대적으로 더 길어지고 상기 포아의 내부직경이 상대적으로 더 커질 수 있도록 상기 양극 산화피막 처리시, 전류 밀도는 3.3 ~ 15 A/dm의 범위를 가지며, 전압은 12 ~ 18 V의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피막층의 두께는 30 내지 50 미크론인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리용 나노입자물질의 성질에 따라 소정의 분산제가 선택되어 전해액에 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 알루미늄 소재가 침전된 전해액이 오일(Oil) 타입일 경우, 유화제가 더 사용되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자물질의 크기는 1 ~ 40 나노미터의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 봉공은 열에 의한 열 봉공 처리되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열 봉공은 스팀 봉공과 고온공기 봉공 중 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 피막층 형성단계 전, 상기 알루미늄 소재를 전처리하는 전처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 봉공 처리단계 후, 상기 알루미늄 소재를 후처리하는 후처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 표면처리방법에 의해 표면처리된 알루미늄 소재.
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