KR20080067795A

KR20080067795A - 마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법

Info

Publication number: KR20080067795A
Application number: KR1020070005138A
Authority: KR
Inventors: 유재인
Original assignee: (주) 태양기전
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2008-07-22
Also published as: KR100849379B1

Abstract

본 발명은 마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법에 관한 것으로, 마그네슘합금 표면에 피막을 형성하기 위해 화학조성물을 통해 생성된 시약을 표면에 도포한 후, 일정조건하에서 열처리를 통해 산화피막을 형성하도록 하여, 표면처리 공정의 간소화는 물론 폐수발생을 원천적으로 배제하여 친환경적 표면처리와 대량 생산에 따른 생산성 향상을 그 목적으로 한다.

상기 마그네슘합금의 표면처리방법에 있어서; 다이캐스팅된 마그네슘합금 사출물을 트리밍 및 기계가공 등을 통해 형성하고, 수작업을 통한 세부적인 주조결함을 제거하는 사상공정등의 전처리공정; 상기 전처리된 사출물에 잔존하는 각종 이물질을 제거하기 위한 세척공정; 상기 세척된 사출물을 피막형성을 위해 조제된 시약에 사출물을 침지시켜 코팅하는 코팅공정; 상기 코팅공정을 통해 표면으로 화학조성물을 코팅한 사출물을 열처리을 통해 코팅된 화학조성물에 잔존하는 가스를 배출하는 어닐링(annealing)공정; 상기 열처리된 사출물을 다시 개가열하여 버닝(burning)을 통해 최종적으로 표면으로 산화피막을 형성하는 버닝공정 및 후처리공정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

마그네슘합금, 표면처리, 습식표면처리, 건식표면처리, 증착

Description

마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법{The surface treatment method for magnesium}

도 1은 종래 기술이 적용된 마그네슘합금의 표면처리 공정을 도시한 블럭도,

도 2는 본 발명이 적용된 마그네슘합금의 표면처리 공정을 도시한 블럭도,

도 3은 본 발명이 적용된 마그네슘합금의 표면처리방법을 통해 생성된 제품의 표면을 도시한 일부 파절 확대사진,

도 4는 본 발명이 적용된 마그네슘합금의 습/건식 혼합형 표면처리방법과 종래 습식과 건식을 이용한 표면처리방법의 공정을 비교 도시한 블럭도.

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

10;전처리공정

20;세척공정

30;코팅공정

40;어닐링공정

50;버닝공정

본 발명은 마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체에 유해한 중금속 성분인 크롬, 망간등의 사용을 배제하고, 화학조성물을 통해 생성된 약품을 표면에 도포한 후, 열처리를 통해 마그네슘합금의 표면에 산화피막을 형성하도록 한 마그네슘합금의 표면처리방법의 개선안에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘은 금속 가운데 가장 경량(輕量)으로 알루미늄에 비해서도 2/3, 철의 1/4의 밀도를 형성하고 있다. 더불어 전자파 차폐성이 뛰어남은 물론 진동 감쇠능, 절삭성과 무엇보다도 특히 인체에 무해한 가장 중요한 요소를 가진다 할 것이다.

하지만, 이러한 여러 가지의 특장점을 가진 마그네슘이지만, 강도, 연신율, 내열성이 다소 부족하고, 내식성에 취약한 단점을 안고 있다. 또한 전기화학적으로 다른 금속과 접촉하여 전위차가 발생하는 조건에서는 부식을 회피하기 어려운 성질을 가지고 있다.

그리하여 마그네슘은 이러한 단점을 극복하기 위해 다양한 원소를 첨가한 합금형태로의 적용이 일반적이며, 특히 아연을 첨가한 AZ계열 합금은 아연 첨가량에 따라 강도, 주조성, 가공성, 내식성, 용접성 등이 개선된다.

또한 Ce(세륨)나 Nd(네오디듐) 등의 희토류원소를 첨가할 경우 200-250℃에서, 강도가 높고 내크리프(creep) 특성이 우수한 내열용 합금의 특징을 가진다.

이와 같은 특징을 가지는 마그네슘합금은 최근 다양한 분야와 제품에 적용되는 특히 노트북 컴퓨터 케이스, 휴대전화 케이스, 자동차용 시트 프레임, 자동차용 내장재, 군수용품, 레포츠용품 등과 같이 가볍고 견고한 특성이 요구되는 분야에 널리 적용되고 있다.

상기 마그네슘합금은 가공방법에서도 진일보된 기술을 통해 압출가공은 알루미늄 합금과 열간변형저항이 비슷하므로 알루미늄의 가공공정과 크게 다르지 않으며, 다이캐스팅의 경우 니어넷쉐이프(nearnet shape)공법과 반용융 가공법의 하나인 틱소몰딩(thixo molding)공법이 널리 적용되고 있다.

이러한 마그네슘합금은 상술한 바와 같이 전기화학적으로 다른 금속과 접척하여 전위차가 발생하는 조건에서는 부식이 쉽게 발생하여 일반적으로 마그네슘합금은 표면처리(피막형성)공정을 필수적으로 수행한다.

상기 마그네슘합금 표면처리공법으로는 처리공법에 따라 습식표면처리와 건식표면처리로 대분된다.

상기 습식표면처리공법으로는 크로메이트(chromate), 화성처리(phosphated coating), 아노다이징(anodizing) 등이 주로 사용되며, 그 가운데 크로메이트공법이 전체 표면처리의 약 80%이상을 차지하고 있다.

또한 건식표면처리공법으로는 진공의 조건하에서 증착 내지는 플라즈마처리가 이에 해당된다.

하지만, 상기 습식표면처리공법은 가장 널리 적용되고 있는 크로메이트공법이 인체에 극히 유해한 6가크롬이 사용되어 환경오염유발에 따른 규제가 이루어지고 있는 실정이며,

더불어 크로메이트공법을 포함한 습식표면처리공법이 제품의 최종마감공정으 로 이용되며, 공해 유발성, 기술의 다양성 및 폐쇄성, 전문성의 특성이 있어 다품종 소량 생산에 주력한다.

무엇보다도 습식표면처리공법은 가공공정에서 필수적으로 발생하는 폐수발생과 작업자의 중금속 노출에 따른 중금속중독 등 공해문제로 인해 환경오염유발과 이러한 환경오염을 감소시키기 위한 정화설비 추가설치에 따른 경제적 비용부담이 큰 문제로 작용하였다.

또한 건식표면처리공법은 진공하에서 각종 금속물질을 증착 또는 플라즈마처리를 통해 제품의 표면에 피막을 형성하는 것으로, 작업조건이 진공조건에서 작업이 수행되어 상술한 습식표면처리공법이 가지는 폐수발생과 중금속중독 등의 문제점을 해결할 수 있는 장점을 가진다.

하지만, 이러한 건식표면처리공법에 적용되는 진공증착이나 플라즈마증착의 경우 진공형성을 위한 설비투자가 과다함은 물론 까다로운 진공조건하의 작업특성으로 불량발생의 우려가 높은 문제점을 안고 있었다.

이에 본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로 마그네슘합금 표면에 피막을 형성하기 위해 화학조성물을 통해 생성된 시약을 표면에 도포한 후, 일정조건하에서 열처리를 통해 산화피막을 형성하도록 하여, 표면처리 공정의 간소화는 물론 폐수발생을 원천적으로 배제하여 친환경적 표면처리와 대량 생산에 따른 생산성 향상을 그 목적으로 한다.

마그네슘합금의 표면처리방법에 있어서; 다이캐스팅된 마그네슘합금 사출물을 트리밍 및 기계가공 등을 통해 형성하고, 수작업을 통한 세부적인 주조결함을 제거하는 사상공정등의 전처리공정;

상기 전처리된 사출물에 잔존하는 각종 이물질을 제거하기 위한 세척공정;

상기 세척된 사출물을 피막형성을 위해 조제된 시약에 사출물을 침지시켜 코팅하는 코팅공정;

상기 코팅공정을 통해 표면으로 화학조성물을 코팅한 사출물을 열처리을 통해 코팅된 화학조성물에 잔존하는 가스를 배출하는 어닐링(annealing)공정;

상기 열처리된 사출물을 다시 개가열하여 버닝(burning)을 통해 최종적으로 표면으로 산화피막을 형성하는 버닝공정 및 후처리공정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 본 발명의 상세한 설명을 하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명이 적용된 마그네슘합금의 표면처리 공정을 도시한 블럭도, 도 3은 본 발명이 적용된 마그네슘합금의 표면처리방법을 통해 생성된 제품의 표면을 도시한 일부 파절 확대사진으로서 설명한다.

도 2는 마그네슘합금의 표면처리 공정을 도시한 블럭도로서,

상기 전처리공정(10)은 다이캐스팅이나 기타 제조공정을 통해 주조된 마그네슘합금 사출물 표면에 잔존하는 버(burr)나 기타 주조시 발생하는 이물질 등을 트리밍 및 기계가공 등을 통해 제거함과 아울러 수작업을 통한 세부적인 주조결함을 제거하는 사상공정 등으로 수행된다.

상기 세척공정(20)은 통상적으로 사출물의 표면을 청결히 하기 위한 것으로, 화학약품을 통한 화학적 세척방법을 배제하고, 끓는 물과 브러싱(brushing)에 의한 물리적 세척방법으로 진행하여 화학약품으로 인해 야기되는 각종 환경오염을 방지하는 친환경적 세척공정이 가능하다.

상기 코팅공정(30)은 전처리(10)와 세척공정(20)을 통해 가공준비가 완료된 마그네슘합금 사출물은 조성된 시약에 침지 처리되어 표면으로 시약을 코팅하게 되고, 이러한 코팅에 적용되는 시약의 혼합된 조성물에 따라 피막의 성질과 색상, 두께 등이 결정된다.

이러한 코팅에 사용되는 시약의 주성분으로는 CH₃C₆H₄OH, C₇H₁₄O, CH₃COC₂H₅, NaBr, Na₂S·9H₂O가 해당되며, 촉매제로서 아세톤(CH₃COCH₃)와 메탄올(CH₃OH)이 함께 사용된다.

이러한 시약을 좀 더 상세히 설명하면 다음 <표 1>과 같다.

<표 1>

조성물	조성비(중량-wt%)
CH₃C₆H₄OH	10-30중량%
C₇H₁₄O	10-20중량%
CH₃COC₂H₅	10-50중량%
NaBr	0.01-0.04중량%
Na₂S·9H₂O	0.01-0.05중량%
CH₃COCH₃	10-50중량%
CH₃OH	10-50중량%

<표 1>에 표시된 각 조성물은 촉매제인 아세톤과 메탄올과 함께 각각의 단일 적용이 가능함은 물론 적어도 두 가지 이상 또는 표시된 전체 조성물을 함께 교반하여 사용하여도 무방하다 할 것이다.

이처럼 시약에 사출물을 침지시켜 코팅하는 공정인 코팅공정까지 본 발명이 적용된 습/건식 혼합 표면처리방법 중 습식처리에 해당된다 할 것이다.

상기 어닐링공정(40)은 시약에 포함된 유기성분을 제거하기 위한 열처리공정으로서, 코팅에 사용되는 시약은 <표 1>에서와 같이 피막을 형성하는 조성물 이외에도 각 조성물의 원활한 용해를 이루기 위해 촉매제인 메탄올과 아세톤이 사용되며, 이러한 촉매제는 유기용제로 휘발성이 강한 성질을 가진다.

이로 인하여 촉매제가 포함된 시약에 침지된 사출물은 완성 된 피막에 기포발생과 같은 결함을 방지하기 위해 열처리공정인 어닐링공정을 거치게 되며, 이러한 어닐이공정은 150℃의 환경에서 5분간 수행하여 시약에 포함된 유기성분을 제거한다.

상기 버닝공정(50)은 마그네슘합금 사출물 표면에 최종적으로 피막을 형성하는 공정으로 열처리된 사출물을 다시 150℃ 이상으로 개가열하여 코팅된 시약을 연소시켜 표면으로 치밀한 구조의 산화피막을 형성한 후 후처리공정(60)을 통해 마그네슘합금 사출물의 표면처리작업을 완성한다.

이처럼 고온에서 작업하는 어닐링과 버닝공정이 본 발명인 습/건식 혼합형 표면처리방법 가운데 건식처리에 해당한다 할 것이다.

이와 같이 형성된 산화피막은 도 3에서와 같이 종래 표면처리방법을 통해 생성된 피막에 비하여 상당히 향상된 표면조도를 나타낸다 할 것이다.

이상과 같은 본 발명인 마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법은 도 4에서와 같이 종래 기술이 적용된 습식 표면처리방법에 비하여 현격히 간 소화된 작업공정을 나타냄을 알 수 있으며, 이러한 작업공정의 간소화는 생산성 향상과 직결되어 대량생산에 따른 경제적 이익창출의 극대화를 이룰 수 있다.

또한 본 발명인 습/건식 혼합형 표면처리방법은 어닐링과 버닝공정에 요구되는 조건설정이 용이하여 종래 건식 표면처리에서 주종을 이루는 진공증착이 진공조건설정이 난이함에서 오는 작업상의 문제점을 해결하여 불량발생을 최소화를 유도할 수 있으며, 이는 품질향상에도 기여할 수 있다.

이상과 같은 본 발명인 마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법은 일정비율로 혼합된 조성물인 시약을 통해 코팅층을 형성하고, 이러한 코팅층을 열처리와 연소과정을 거쳐 표면으로 산화 피막을 구성하도록 한 것으로, 표면처리공정의 간소화와 이에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있다.

뿐만 아니라, 세척과 표면처리시 사용되는 화학약품 및 크롬, 망간과 같은 중금속 사용을 완전히 배제할 수 있어 친환경적 표면처리방법에 따른 환경보호는 물론 처리비용절감에 따른 경제적 이익창출을 극대화할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims

마그네슘합금의 표면처리방법에 있어서; 다이캐스팅된 마그네슘합금 사출물을 트리밍 및 기계가공 등을 통해 형성하고, 수작업을 통한 세부적인 주조결함을 제거하는 사상공정 등의 전처리공정;

상기 전처리된 사출물에 잔존하는 각종 이물질을 제거하기 위한 세척공정;

상기 세척된 사출물을 피막형성을 위해 조제된 시약에 사출물을 침지시켜 코팅하는 코팅공정;

상기 코팅공정을 통해 표면으로 화학조성물을 코팅한 사출물에 열처리를 통해 코팅된 화학조성물에 잔존하는 가스를 배출하는 어닐링(annealing)공정;

상기 열처리된 사출물을 다시 개가열하여 버닝(burning)을 통해 최종적으로 표면으로 산화 피막을 형성하는 버닝공정 및 후처리공정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법.
제 1 항에 있어서;

상기 코팅공정은 사출물을 CH₃C₆H₄OH, C₇H₁₄O, CH₃COC₂H₅, NaBr, Na₂S·9H₂O, CH₃COCH₃, CH₃OH로 조성된 시약에 침지시켜 코팅 처리하는 것을 특징으로 마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법.
제 1 항에 있어서;

상기 어닐링공정은 150℃의 조건하에서 5분간 수행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법.
제 2 항에 있어서;

상기 코팅공정은 CH₃C₆H₄OH 10-30중량%, C₇H₁₄O 10-20중량%, CH₃COC₂H₅ 10-50중량%, NaBr 0.01-0.04중량%, Na₂S·9H₂O 0.01-0.05중량%, CH₃COCH₃ 10-50중량%, CH₃OH 10-50중량%의 조성비를 가지는 조성물 가운데 적어도 하나 이상의 조성물을 포함하는 시약을 이용하여 코팅하도록 한 것을 특징으로 하는 마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법.