KR20080067796A - 마그네슘합금의 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네슘합금의 표면처리방법에 관한 것으로 아노다이징 공정 전, 후에 열처리공정을 실시하여 금속 모재의 조직 안정화와 이로 인한 아노다이징 처리로 형성되는 산화 피막의 조직세밀화는 물론 피막의 내구성 증대를 도모하여 품질향상과 이에 따른 경제적 이익창출의 극대화를 이루기 위해 제안된 것으로,

다이캐스팅된 마그네슘합금 금속모재을 트리밍 및 기계가공 등을 통해 형성하고, 수작업을 통한 세부적인 주조결함을 제거하는 사상공정 등의 전처리공정;

상기 전처리된 금속모재를 열처리를 통해 조직의 안정화를 유도하는 어닐링(annealing)공정;

상기 어닐링 처리된 금속모재에 잔존하는 각종 이물질과 산화막을 제거하기 위한 세척공정;

상기 세척된 금속모재 표면에 소정의 산화 피막을 형성하는 아노다이징공정;

상기 피막처리된 금속모재을 건조하는 건조공정;

상기 건조된 금속모재을 다시 가열하여 피막의 치밀성과 내구성 및 봉공처리가 가능하도록 한 버닝((burning)공정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

마그네슘합금, 아노다이징, 어닐링, 산화 피막

Description

마그네슘합금의 표면처리방법{The surface treatment method for magnesium}

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

도 2는 본 발명이 적용된 마그네슘합금의 표면처리방법에 적용되는 공정을 도시한 블럭도.

본 발명은 마그네슘합금의 표면처리방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 각종 기계부품이나 케이스 등에 적용되는 마그네슘합금의 표면에 산화 피막을 형성하는 아노다이징의 공정 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.

이러한 표면처리 가운데 아노다이징은 금속 표면에 얇은 산화막을 형성하여 금속 내부를 보호하는 것으로,

이를 위해서는 도 1에서와 같이 마그네슘합금 금속모재의 이물질 등을 제거하고 표면의 산화층을 제거하는 전처리공정(A1); 물로 세척하는 수세공정(A2); 상기 금속모재을 전해액에 침지하여 전류를 통전시켜 금속모재 표면에 산화막을 형성하는 아노다이징공정(A3); 다시 물로 세척하는 수세공정(A4); 금속모재을 전해액에 담궈 아노다이징공정으로 인해 다공화된 금속모재 표면을 메워주는 실링공정(A5); 물로 세척하는 세척공정(A6)과 온수세공정(A7); 및 금속모재의 산화막을 건조시켜 완성하는 건조공정(A8)으로 진행된다.

이와 같이 진행되는 아노다이징 표면처리는 전해액에 따라 색상과 피막의 두께를 조절할 수 있는 표면처리방법이다.

하지만, 상기와 같이 통상적인 아노다이징을 이용한 표면처리공법에는 몇 가지 문제점을 안고 있었다.

그 첫째로, 마그네슘합금을 이용해 형성된 금속모재의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위한 전처리공정시 산화막의 제거가 금속모재의 표면에 대해서만 이루어지는 점이다.

이는 사출성형 등을 통해 형성되는 마그네슘합금 금속모재는 내부에 기포나 조직의 비안정화 성질을 나타내고, 이러한 상태에서 아노다이징 공정시 스파크에 의한 국소적 열응력을 받아 마그네슘의 물성에 나쁜 영향을 초래하는 원인이 되었다.

둘째는, 이와 같은 금속모재는 아노다이징으로 인해 표면으로 다공성 산화피 막을 형성하며, 이러한 다공성 산화 피막은 전체 산화 피막의 조직 치밀도를 저하 시켜 표면처리에 대한 신뢰도를 저하시킨다.

세째. 상기와 같이 다공화된 금속 모재의 표면을 메우기 위한 실링공정 역시 전해액에 산화 피막을 형성한 금속모재를 침지시켜 진행하므로 봉공의 효율성이 저하되고, 결론적으로는 표면처리의 품질저하를 야기하는 원인으로 작용하였다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로 아노다이징 공정 전, 후에 열처리공정을 실시하여 금속 모재의 조직 안정화와 이로 인한 아노다이징 처리로 형성되는 산화 피막의 조직세밀화는 물론 피막의 내구성 증대를 도모하여 품질향상과 이에 따른 경제적 이익창출의 극대화를 그 목적으로 한다.

마그네슘합금의 표면처리방법에 있어서; 다이캐스팅된 마그네슘합금 금속모재을 트리밍 및 기계가공 등을 통해 형성하고, 수작업을 통한 세부적인 주조결함을 제거하는 사상공정등의 전처리공정; 상기 전처리된 금속모재을 열처리를 통해 조직의 안정화를 유도하는 어닐링(annealing)공정; 상기 어닐링 처리된 금속모재에 잔존하는 각종 이물질과 산화막을 제거하기 위한 세척공정; 상기 세척된 금속모재 표면에 소정의 산화 피막을 형성하는 아노다이징공정; 상기 피막처리된 금속모재을 건조하는 건조공정; 상기 건조된 금속모재을 다시 가열하여 피막의 치밀성과 내구성 및 봉공처리가 가능하도록 한 버닝((burning)공정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 본 발명이 적용된 마그네슘합금의 표면처리방법에 적용되는 공정을 도시한 블럭도로서 설명한다.

도 2는 마그네슘합금의 표면처리 공정을 도시한 블럭도로서,

상기 전처리공정(B1)은 다이캐스팅이나 기타 제조공정을 통해 주조된 마그네슘합금 금속모재 표면에 잔존하는 버(burr)나 기타 주조시 발생하는 이물질 등을 트리밍 및 기계가공 등을 통해 제거함과 아울러 수작업을 통한 세부적인 주조결함을 제거하는 사상작업 등으로 수행된다.

상기 어닐링공정(B2)은 전처리가 완료된 금속모재을 150℃의 환경에서 10분간 열처리 하는 것으로, 이러한 어닐링 작업을 수행함으로써 표면처리가 수행되는 금속모재 표면의 안정화는 물론 금속모재 전체 조직의 안정화를 유도할 수 있다.

이러한 어닐링작업은 금속모재 제조시 포함된 조직내의 기포나 기타 비안정화된 조직을 안정화하며, 이러한 안정화는 이후 공정인 세척공정과 아노다이징공정시 표면에 발생하는 표면침식을 최소화할 수 있는 중요한 공정이다.

상기와 같이 본 발명에 적용된 어닐링공정은 종래 통상적인 스파크아노다이징에서는 찾아볼 수 없는 공정으로 어닐링공정을 거친 제품과 어닐링공정을 거치지 않은 제품은 표면처리 후 표면침식의 밀도가 현격히 감소함을 알 수 있다.

상기 세척공정(B3)은 산(酸)을 이용한 산 세척공정으로 산화막을 제거하고 아노다이징에서 형성되는 산화 피막과 금속모재 표면과의 밀착성을 향상시키기 위한 공정이며, 이러한 공정에 사용되는 세척액으로는 H₃PO₄+H₂O가 적용된다.

이러한 일련의 준비공정을 거친 마그네슘합금 금속모재는 표면으로 산화 피막을 형성하기 위해 아노다이징공정(B4)을 통해 처리하게되며, 이러한 아노다이징에는 NaOH, Na₃PO₄, potassium acetate, 옥살산 나트륨이 혼합된 전해액을 이용하여 진행된다.

상기와 같이 아노다이징공정을 거쳐 표면으로 산화 피막을 형성한 금속모재는 100℃의 조건에서 10분간 열풍건조하는 건조공정(B5)을 거치게 되며,

건조공정 후 금속모재는 아노다이징 처리시 필연적으로 생성되는 피막표면의 침식을 제거하여 치밀화하기 위한 봉공처리작업을 수행하게되는데, 이를 위해 NaBr, CH₃COCH₃, CH₃OH의 혼합성분을 가지는 봉공처리액에 침지 한 후, 곧바로 150℃ 이상의 온도에서 침지액을 연소시키는 버닝공정(B6)을 수행한다.

이러한 버닝공정에서 처리액에 포함된 NaBr이 아노다이징 처리로 침식된 피막표면을 봉공하여 보다 치밀하고, 안정된 산화 피막을 형성하도록하며, 아울러 산화 피막의 보다 견고한 내구성을 가지도록 한다.

본 발명에는 통상적인 스파크아노다이징 표면처리방법에서는 찾아볼 수 없는 어닐링과 버닝공정이 더 추가됨으로 인해 피막의 안정화는 물론 조직의 치밀성에서도 향상된 조직을 나타내어 품질향상에 기여할 수 있다.

이상과 같은 본 발명인 마그네슘합금의 표면처리방법은 통상적인 스파크아노다이징공정에 어닐링과 버닝공정과 같이 특정 온도를 가지는 조건에서 가공처리하 는 공정을 통해 아노다이징으로 형성된 산화 피막의 안정화는 물론 피막 조직의 치밀화를 이루어 품질향상을 도모할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 마그네슘합금의 표면처리방법에 있어서;

   다이캐스팅된 마그네슘합금 금속모재을 트리밍 및 기계가공 등을 통해 형성하고, 수작업을 통한 세부적인 주조결함을 제거하는 사상공정 등의 전처리공정;

   상기 전처리된 금속모재를 열처리를 통해 조직의 안정화를 유도하는 어닐링(annealing)공정;

   상기 어닐링 처리된 금속모재에 잔존하는 각종 이물질과 산화막을 제거하기 위한 세척공정;

   상기 세척된 금속모재 표면에 소정의 산화 피막을 형성하는 아노다이징공정;

   상기 피막처리된 금속모재을 건조하는 건조공정;

   상기 건조된 금속모재을 다시 가열하여 피막의 치밀성과 내구성 및 봉공처리가 가능하도록 한 버닝((burning)공정으로 진행되는 것을 특징으로 마그네슘합금의 표면처리방법.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 어닐링공정은;

   전처리가 완료된 금속모재을 150℃의 환경에서 10분간 열처리 하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금의 표면처리방법.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 버닝공정은;

   NaBr, CH₃COCH₃, CH₃OH의 혼합성분을 가지는 봉공처리액에 침지 한 후, 곧바로 150℃ 이상의 온도에서 침지액을 연소시켜 금속모재 표면의 침식부위를 봉공하도록 한 것을 특징으로 하는 마그네슘합금의 표면처리방법.

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