KR20080092698A - 마그네슘 제품, 마그네슘 제품의 제조방법 및 마그네슘산화 조성물 - Google Patents

Abstract

마그네슘 제품은 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 포함하는 마그네슘 기재, 상기 마그네슘 기재 표면에 양극산화공정을 통해 형성된 산화막 및 상기 산화막 위에 형성된 전도층을 포함한다. 따라서, 상기 마그네슘 제품은 내식성 및 전기 전도도가 개선되고, 적용 분야를 다양화할 수 있다.

양극산화공정, 마그네슘, 마그네슘 합금

Description

마그네슘 제품, 마그네슘 제품의 제조방법 및 마그네슘 산화 조성물{MAGNESIUM PRODUCT, METHOD OF MANUFACTURING MAGNESIUM PRODUCT AND COMPOSITION FOR OXIDIZING MAGNESIUM}

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제품의 제조방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 마그네슘 기재 20, 25 : 산화막

30 : 전도층

본 발명은 마그네슘 제품, 마그네슘 제품의 제조방법 및 마그네슘 산화 조성물에 관한 것이다.

마그네슘 또는 마그네슘 함금은 금속 중 상대적으로 가벼우며, 다이캐스팅 주조법에 의해 형상 가공이 용이하고, 비강도가 크다는 장점을 가져 자동차 부품, 전기전자부품, 레저 용품 등 여러 분야에 다양하게 사용되고 있으며, 전자파 차폐 효과가 커 전자제품, 예를 들어, 디스플레이 장치, 휴대폰 등의 케이스로 널리 사 용되고 있다.

그러나, 마그네슘 또는 마그네슘 합금은 알칼리 및 산에 취약하며 화학적으로 반응성이 매우 커 표면이 수분 또는 염분 등과 접촉에 쉽게 부식된다. 따라서, 표면에 피막을 형성할 필요가 있다.

상기 피막을 형성하는 방법으로는 건식 방법과 습식 방법이 있다. 건식 방법은 제품의 표면에 산화막을 증착하는 방식이어서 큰 작업 공간을 요하며 비용이 높다. 습식 방법의 예로는 크롬산염 처리방법 및 화성처리방법을 들 수 있는데, 상기 방법에 의해 처리된 제품은 내식성 및 내마모성이 부족하여 내장재 용도로 주로 사용되고 있다. 또한, 크롬산염 처리방법은 유해물질규제에 따라 사용이 제한되고 있다.

습식 방법 중 양극산화방법에 의해 처리된 제품은 내식성과 내마모성이 뛰어나지만 전기전도성이 취약하여 그 사용이 제한적인 단점이 있다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기 전도도 및 내식성이 향상된 마그네슘 제품을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 마그네슘 제품의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 상기 마그네슘 제품의 제조에 이용될 수 있는 마그네슘 산화 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 마그네슘 제품은 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 포함하는 마그네슘 기재, 상기 마그네슘 기재 표면에 양극산화공정을 통해 형성된 산화막 및 상기 산화막 위에 형성된 전도층을 포함한다.

예를 들어, 상기 양극산화공정은 수산화나트튬, 3구연산나트륨, 피로인산 나트륨 및 물을 포함하는 산화 조성물을 전해질로 이용하여 수행될 수 있으며, 상기 전도층은 상기 마그네슘 기재를 과망간산염 및 인산염을 포함하는 조성물에 침지하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 마그네슘 제품의 제조방법에 따르면, 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 이루어진 마그네슘 기재를 준비한다. 전해질 용액 내에 상기 마그네슘 기재를 침지하고 양극산화하여 상기 마그네슘 기재의 표면에 산화막을 형성한다. 상기 산화막 위에 전도층을 형성한다.

예를 들어, 상기 산화막을 형성하기 전에 상기 마그네슘 제품을 인산 용액 또는 인산염 용액으로 세정할 수 있다.

예를 들어, 상기 전해질은 수산화나트륨 5 내지 15 중량%, 피로인산나트륨 2 내지 10 중량% 및 여분의 물을 포함할 수 있으며, 바람직하게, 상기 전해질은 3구연산나트륨 2 내지 12중량%를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 전도층을 형성하기 전에 상기 산화막을 에칭하여 산화막의 두께를 감소시킬 수 있으며, 상기 산화막의 에칭은 불산, 질산, 황산, 불산염, 질산염, 황산염 등을 포함할 수 있다.

상기 전도층은 상기 마그네슘 기재를 전도층 형성 조성물에 침지하여 이루어 질 수 있으며, 상기 전도층 형성 조성물은 망간산염 1 내지 5중량%, 인산염 2 내지 10 중량% 및 여분의 물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 망간산염은 과망간산칼륨을 포함하고, 상기 인산염은 제2인산나트륨을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전도층 형성 조성물은 산화 티타늄 0.5 내지 3 중량%, 붕소산나트륨 0.5 내지 3 중량% 및 질산 1 내지 5 중량%를 더 포함할 수 있다.

상기 전도층이 형성된 마그네슘 기재는 80 내지 200℃에서 열처리될 수 있다.

이상에서 설명한 바에 따르면, 마그네슘 제품의 내식성 및 전기 전도도를 향상시켜 마그네슘 제품의 품질을 향상시키고 적용 분야를 다양화할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제품 및 마그네슘 제품의 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제품의 제조방법을 나타내는 단면도이다.

먼저, 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 이루어진 제품(이하 마그네슘 제품)을 준비한다. 예를 들어, 상기 마그네슘 제품은 다이캐스팅 또는 프레스 가공 등을 통하여 소정의 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 마그네슘 기재(10)의 표면에 제1 산화막(20)을 형성한다.

상기 제1 산화막(20)을 형성하기 전에, 상기 마그네슘 기재(10)는 세정 공정을 거칠 수 있다. 세정 공정을 통해 상기 마그네슘 기재(10) 표면의 불순물이 제거되고, 제1 산화막(20) 형성에 적합하도록 표면이 활성화될 수 있다. 상기 세정 공 정에는 인산 용액 또는 인산염 용액 등이 이용될 수 있으며, 예를 들어, 약 75 내지 약 85%의 인산 용액에서 약 15초 내지 약 90초 동안 침지시킬 수 있다. 상기 세정 공정은 필요에 따라 생략될 수 있다.

상기 제1 산화막(20)은 양극산화 공정을 통해 형성된다. 구체적으로, 상기 마그네슘 기재(10)를 산화 조성물에 침지시키고, 양극에 연결한다. 음극에는 구리, 납, 마그네슘 또는 스테인레스 스틸 등이 연결될 수 있다. 상기 양극 및 음극에는 소정의 전압이 인가된다. 예를 들어, 상기 마그네슘 기재(10)의 양극산화 공정은 전압 차가 약 50 내지 약 70V이고, 산화 조성물의 온도는 약 40 내지 약 60℃인 조건에서 약 90 내지 약 120초동안 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 산화막(20)의 두께는 약 10 내지 약 17㎛일 수 있으며, 필요에 따라 침지 시간 및 전압 조건을 달리하여 조절할 수 있다.

산화 조성물은 수산화나트륨(NaOH) 약 5 내지 약 15 중량%, 피로인산나트륨(Na₄P₂O₇) 약 2 내지 약 10 중량% 및 여분의 물을 포함한다. 바람직하게, 상기 산화 조성물은 3구연산나트륨(Na₃C₆H₅O₇) 약 2 내지 약 12중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 3구연산나트륨을 포함하는 산화 조성물은 마그네슘 제품의 내식성을 더 증가시킬 수 있다.

상기 산화 조성물은 마그네슘 제품의 내식성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 후에 설명될 전도층의 형성을 용이하게 할 수 있다.

상기 제1 산화막(20)이 형성된 후, 상기 마그네슘 기재(10)는 물 등에 의해 세정될 수 있다.

도 2를 참조하면, 에칭 공정을 통해 상기 제1 산화막(20)의 표면 일부를 제거하여 제2 산화막(25)을 형성한다. 상기 에칭 공정은 제1 산화막(20)의 표면을 개질하여 후술할 전도층 형성을 용이하게 하기 위한 것이다. 양극산화공정을 통해 형성된 산화막의 표면은 평활도가 높아 전도층의 형성이 어려울 뿐만 아니라, 접착력이 낮아 전도층이 손상되기 쉽다.

상기 에칭 공정은 상기 마그네슘 기재(10)에 식각액을 가하거나 상기 마그네슘 기재(10)를 식각액에 침지하여 이루어지며, 상기 식각액은 불산, 황산, 질산, 불산염, 황산염, 질산염 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 식각액으로는 불산 및 물이 약 1:4로 혼합된 불산 수용액을 사용할 수 있으며, 상기 불산 수용액에 약 30초 내지 약 2분간 침지시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 식각에 의해 제거되는 산화막의 두께는 약 3 내지 약 7㎛일 수 있으며, 필요에 따라 식각액의 조성 및 침지 시간을 달리하여 조절할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 제2 산화막(25) 위에 전도층(30)을 형성한다. 상기 전도층(30)을 형성하기 위하여 상기 마그네슘 기재(10)에 전도층 형성 조성물을 가한다. 예를 들어, 상기 전도층(30)은 약 60 내지 약 80℃의 전도층 형성 조성물에 약 2 내지 약 4분 동안 상기 마그네슘 기재(10)를 침지하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 전도층(30)의 두께는 약 7 내지 약 10㎛일 수 있으며, 필요에 따라 침지 시간 등을 달리하여 조절할 수 있다.

상기 전도층 형성 조성물은 망간산염 및 인산염을 포함한다. 구체적으로, 상기 전도층 형성 조성물은 과망간산염 약 1 내지 약 5 중량%, 인산염 약 2 내지 약 10 중량% 및 여분의 물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 과망간산염으로는 과망간산칼륨(KMnO₄)을 예로 들 수 있으며, 상기 인산염은 제2인산나트륨(Na₂HPO₄)을 예로 들 수 있다.

상기 전도층 형성 조성물은 피막 형성을 용이하게 하고 전도층의 특성을 개선하기 위하여, 산화티타늄(TiO₂), 붕소산나트륨(NaBO₂), 질산(HNO₃) 등을 더 포함할 수 있으며, 구체적으로, 산화 티타늄 약 0.5 내지 약 3 중량%, 붕소산나트륨 약 0.5 내지 약 3 중량% 및 질산 약 1 내지 약 5 중량%를 포함할 수 있다.

상기 전도층(30)을 형성한 후, 상기 마그네슘 기재(10)는 물 등에 의해 세정될 수 있으며, 피막의 안정화를 위하여 열처리 될 수 있다. 상기 열처리 공정은 약 100 내지 약 200℃에서 약 2 내지 약 3분간 행해질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 산화 조성물은 마그네슘 제품의 내식성을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제품은 전도층을 포함함으로써, 전기 전도도를 요하는 다양한 분야에 적용이 가능하다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제품의 제조방법은 크로메이트 처리를 하지 않음으로써, 유해 물질의 배출을 감소시킬 수 있다.

이하에서는 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 산화 조성물, 마그네슘 제품 및 마그네슘 제품의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

실시예 1

먼저, 마그네슘 합금을 다이캐스팅 가공하여 마그네슘 기재를 준비하였다. 상기 마그네슘 기재를 약 85%의 인산 용액에 약 20초간 침지하여 세정하였다. 다음으로, 상기 마그네슘 기재를 수산화나트륨 약 100g 및 피로인산나트륨 약 60g를 물 약 1000ml에 용해한 산화 조성물에 침지하고, 약 100초동안 약 60V의 전압을 인가하여 산화막을 형성하였다. 상기 산화 조성물의 온도는 약 50℃였다.

실시예 2

상기 산화 조성물이 3구연산나트륨 약 60g을 더 포함하는 것 외에는 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 산화막을 형성하였다.

실시예 1 및 실시예 2에 따라 산화막이 형성된 마그네슘 합금을 ASTM B117에 따라 염수분무테스트를 실시한 결과, 실시예 1의 마그네슘 합금은 약 40시간에서 부식이 관찰되었으며, 실시예 2의 마그네슘 합금은 48 시간 이상에서 부식이 관찰되지 않았다. 따라서, 3구연산나트륨을 포함하는 산화 조성물이 마그네슘 합금의 내식성을 더 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 3

실시예 2의 마그네슘 합금을 수세한 후, 불산 및 물이 약 1:4로 혼합된 식각액에 약 1분간 침지하여, 산화막의 일부를 제거하였다. 상기 식각된 마그네슘 합금을 과망간산칼륨 약 20g, 제2인산나트륨 약 60g, 산화티타늄 약 20g, 붕소산나트륨 약 20g 및 질산 약 20ml를 물 약 1000ml에 용해한 전도층 형성 조성물에 약 3분 간 침지하여 전도층을 형성하였다. 상기 전도층 형성 조성물의 온도는 약 70℃였다. 상기 전도층이 형성된 마그네슘 합금을 약 2분간 약 150℃의 온도로 열풍 건조하였다.

상기 실시예 3에 따라 제조된 마그네슘 합금의 전기 전도도를 측정한 결과, 약 0.5Ω의 저항이 측정되었다. 상기 실험 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 제품 제조방법을 이용하여 높은 전기 전도도를 갖는 마그네슘 제품을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 마그네슘 제품의 내식성 및 전기 전도도를 증가시켜 제품의 품질을 향상시키고 적용 분야를 다양화할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

1. 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 포함하는 마그네슘 기재;

   상기 마그네슘 기재 표면에 양극산화공정을 통해 형성된 산화막; 및

   상기 산화막 위에 형성된 전도층을 포함하는 마그네슘 제품.
2. 제1 항에 있어서, 양극산화공정은 수산화나트튬, 3구연산나트륨, 피로인산 나트륨 및 물을 포함하는 산화 조성물을 전해질로 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품.
3. 제1 항에 있어서, 상기 전도층은 상기 마그네슘 기재를 과망간산염 및 인산염을 포함하는 조성물에 침지하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품.
4. 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 이루어진 마그네슘 기재를 준비하는 단계;

   전해질 용액 내에 상기 마그네슘 기재를 침지하고 양극산화하여 상기 마그네슘 기재의 표면에 산화막을 형성하는 단계; 및

   상기 산화막 위에 전도층을 형성하는 단계를 포함하는 마그네슘 제품의 제조방법.
5. 제4 항에 있어서, 상기 산화막을 형성하기 전에 상기 마그네슘 제품을 인산 용액 또는 인산염 용액으로 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품의 제조방법.
6. 제4 항에 있어서, 상기 전해질은 수산화나트륨 5 내지 15 중량%, 피로인산나트륨 2 내지 10 중량% 및 여분의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품의 제조방법.
7. 제6 항에 있어서, 상기 전해질은 3구연산나트륨 2 내지 12중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품의 제조방법.
8. 제4 항에 있어서, 상기 전도층을 형성하기 전에 상기 산화막을 에칭하여 산화막의 두께를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품의 제조방법.
9. 제8 항에 있어서, 상기 산화막의 에칭은 불산, 질산, 황산, 불산염, 질산염 및 황산염으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품의 제조방법.
10. 제4 항에 있어서, 상기 전도층을 형성하는 단계는 상기 마그네슘 기재를 망간산염 1 내지 5중량%, 인산염 2 내지 10 중량% 및 여분의 물을 포함하는 전도층 형성 조성물에 침지하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품의 제조방법.
11. 제10 항에 있어서, 상기 망간산염은 과망간산칼륨을 포함하고, 상기 인산염은 제2인산나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품의 제조방법.
12. 제10 항에 있어서, 상기 전도층 형성 조성물은 산화 티타늄 0.5 내지 3 중량%, 붕소산나트륨 0.5 내지 3 중량% 및 질산 1 내지 5 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품의 제조방법.
13. 제4 항에 있어서, 상기 전도층이 형성된 마그네슘 기재를 80 내지 200℃에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제품의 제조방법.
14. 수산화나트륨 5 내지 15 중량%;

    피로인산나트륨 2 내지 10 중량%; 및

    여분의 물을 포함하는 마그네슘 산화 조성물.
15. 제14 항에 있어서, 3구연산나트륨 2 내지 12중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 산화 조성물.

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