KR20080110991A

KR20080110991A - 저온 침탄 오스테나이트 스테인리스강의 개선된 착색 방법

Info

Publication number: KR20080110991A
Application number: KR1020087019522A
Authority: KR
Inventors: 조지 알 브래시유
Original assignee: 스와겔로크 컴패니
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-12-22
Also published as: US20070209948A1; EP1984542A1; WO2007108865A1; JP2009526914A; IL192838A0; CN101384754A; AU2007227773A1; CA2640937A1

Abstract

저온 침탄 스테인리스강 공작물을, 전해 연마에 후속하여 중성 또는 약염기성 pH로 유지되고 다원자가 상태를 갖는 금속 이온을 함유하는 전해욕에서 교류 전해함으로써 착색한다.

Description

저온 침탄 오스테나이트 스테인리스강의 개선된 착색 방법{IMPROVED PROCESS FOR COLORING LOW TEMPERATURE CARBURIZED AUSTENITIC STAINLESS STEEL}

본 발명은, 저온 침탄 오스테나이트 스테인리스강의 개선된 착색 방법에 관한 것이다.

본 명세서 내에 그 개시내용이 참조로서 병합되어 있는, 미국특허 제5,792,282호 및 본 발명의 출원인에게 양도된 미국특허 제6,547,888 B1호에서는, 저온 침탄, 즉 확산된 탄소가 풍부하지만 실질적으로 부식 촉진 탄화물 석출물이 존재하지 않는 경화된 표면 또는 "케이스"가 형성되도록 실시되는 침탄에 의해 오스테나이트 스테인리스강 공작물의 경도를 증가시키기 위한 방법을 개시하고 있다.

한편, 본 명세서 내에 그 개시 내용이 참조로서 병합되어 있는, 본 발명의 출원인에게 양도된 2005년 2월 15일에 출원된 미국 가특허출원번호 제60/653,147호 및 특허출원번호 제11/272,915호에서, 용이한 확인을 위해 색 코딩된 스테인리스강 관 이음쇠 및 페룰을 개시하고 있다. 색 코딩은 공작물 표면상의 착색된 산화물 코팅을 열적으로(즉, 산소 함유 기체의 존재하에 가열함으로써) 또는 전기화학적으로 성장시킴으로써 이루어진다.

이 기술은, 상기의 미국특허 제5,792,282호 및 미국특허 제6,547,888 B1호에 설명한 것과 같은 저온 침탄 오스테나이트 스테인리스강뿐만 아니라, 통상의 즉 "원래의" 스테인리스강에 적용가능한 것으로서 설명된다. 그러나, 실제로, 공지의 전기화학적 방법에 의해 저온 침탄 스테인리스강을 착색하는 것은 실질적으로 어떠한 색 변화도 일어나지 않는다는 점에서 실질적으로 효과가 없다는 것이 알려져 있다.

이제는, 저온 침탄 스테인리스강 공작물이, 저온 침탄 중에 본래 형성된 다공성 산화물층을 제거하도록 공작물을 세척하고, 전해 연마된 공작물을 다원자가 상태를 갖는 금속을 함유하고 또한 중성 내지 약염기성 pH로 유지되는 전해욕에서 교류 전해함으로써 넓은 스펙트럼을 갖는 상이한 강도의 색으로 침탄될 수 있음이 확인되었다.

본 발명은 도면 및 상세한 설명을 참조로 하여 더 쉽게 이해될 수 있다.

도 1은 손으로 조인 위치에서의 종래 이음쇠를 도시한다.

도 1a는 조인 위치에서의 도 1의 이음쇠를 도시한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공작물에 가해진 전기 전류의 파형을 개략적으로 도시한다.

관 이음쇠는 시중에서 잘 알려진 물품이다. 본 출원발명에서, "관 이음쇠"란 용어는, 언급이 없다면, 임의 유형의 관 이음쇠를 의미한다. 관 이음쇠의 실시예 는, 한정되는 것은 아니지만, 단일 페룰 이음쇠, 2-페룰형 이음쇠, 및 3개 이상의 페룰을 포함하는 이음쇠와 같은 페룰형 이음쇠, 플레어 관 단부 이음쇠, 및 다른 유형의 이음쇠를 포함한다. 페룰형 이음쇠의 실시예는, 예컨대 본 명세서 내에서 그 개시내용이 전체적으로 참조로서 병합되어 있는 본 발명의 출원인에게 양도된 미국특허 제3,103,373호, 미국특허 제6,629,708호, 가특허출원번호 제60/652,631호 (대리인 도켓 번호 22188/06884), 및 PCT 특허 출원 PCT/US06/03909의 명세서에 설명되어 있다. 통상적으로, 이음쇠는 몸체부, 너트, 페룰 또는 "그리핑 링" 등을 포함하는 다양한 구성요소로 이루어져 있다. 페룰은, 풀업(pull-up; 이음쇠를 최종적인 완전한 최초 조립 상태까지 더 조임)중에, 페룰이 소성 변형되거나 페룰의 리딩 에지가 결합된 도관을 물도록, 또는 이 둘이 모두 일어나도록 구성될 수 있다. 또한, 페룰은, 풀업중에, 페룰이 결합된 도관을 물지 않도록 구성될 수 있다. 본 발명에 따라, 상기 이음쇠(및/또는 이음쇠의 구성요소 일부)은, 이음쇠 또는 이음쇠 일부의 하나 이상의 표면상에 착색된 산화물 코팅을 성장시킴으로써 용이한 확인을 위해 전기분해적으로 색 코딩된다.

관 이음쇠가 각종 다양한 금속으로 제조될 수 있지만, 특히 관심을 끄는 이음쇠는 5 내지 50 중량%의, 바람직하게는 10 내지 40 중량%의 Ni를 함유한 강으로 제조된다. 바람직한 합금은 10 내지 40 중량%의 Ni 및 10 내지 35 중량%의 Cr을 함유한다. 더 바람직한 것은, 스테인리스강, 특히 AISI 300 및 400계 강이다. 특히 관심을 끄는 것으로는 몇 가지 예를 들자면, AISI 316, 316L, 317, 317L 및 304 스테인리스강, 합금 600, 합금 C-276 및 합금 20 Cb이 있다. 이러한 강, 특히 오스테 나이트 스테인리스강으로 제조된 이음쇠는 고순도 배관 시스템, 즉 고순도 액체 및 기체를 처리하기 위해 이용되는 배관 시스템에서 특히 사용된다. 상기 미국특허 제6,547,888 B1호를 참조하라.

저온 침탄 스테인리스강

표면 경화는 금속 물품의 표면 경도를 증가시키기 위해 광범위하게 이용되는 산업 공정이다. 통상적인 상업 공정에서, 공작물이 1700℉(950℃) 이상에서 침탄가스와 접촉하고, 그에 따라 탄소 원자가 물품의 표면 내로 확산된다. 경화는 "탄화물 석출물"이 형성됨으로써, 즉 특정의 금속 카바이드 화합물이 포함된 금속 매트릭스에서 분리되어 떨어져 있는 분리형 입자의 형태로 배치된 특정의 금속 카바이드 화합물을 형성함으로써 발생한다.

스테인리스강은 통상의 가스 침탄에 의해서는 거의 경화되지 않는데, 이는 생성된 카바이드 석출물이 부식을 촉진하기 때문이다.

이 문제를 극복하기 위해서, 공작물을 1000℉ 이하의 침탄 가스와 접촉시키는 스테인리스강의 표면 경화 기법이 개발되었다. 이러한 온도에서, 침탄이 너무 오래 지속되지 않는다면, 탄소 원자는 부식 촉진 카바이드 석출물을 거의 형성하지 않거나 전혀 형성하지 않으면서 공작물 표면 내로 확산된다. 결과적으로, 공작물의 표면이 경화될뿐만 아니라 스테인리스강의 고유 내부식성이 유지되거나 심지어는 개선되기도 한다.

저온 침탄은 불필요한 부산물로서 상당한 양의 그을음을 생성한다. 보통, 생성된 그을음의 양은 공작물이 흡수하는 탄소량을 능가한다. 실로, 페룰 등의 경우 와 같이 침탄되는 부분이 작을 때, 생성된 그을음의 양은 흔히 인접한 부분을 완전히 뒤덮기에 충분할 정도로 많아, 그을음과 침탄된 부분의 융합된 덩어리를 형성하게 된다. 통상의 실무에서, 이러한 불필요한 그을음 부산물은 이용에 앞서 세척 등에 의해서 공작물로부터 거의 항상 제거된다.

그을음 외에도, 또한 저온 침탄은, 적어도 일산화탄소가 탄소 공급원으로서 사용될 때, 중질의 산화막을 생성한다. 통상적으로 연금색(light gold)에서 진갈색(dark gold-brown)에 이르는 색상 범위의 색을 갖는 상기의 중질의 산화막은 두껍고 응집성이 없다는 점에서 스테인리스강이 부식 저항성을 갖게 하는 응집성 크롬 산화물과 상당히 상이한데, 다시 말해 중질의 산화막은 비교적 다공성이다. 따라서, 공작물의 침탄 표면을 노출시키기 위해 중질의 산화막이 사용 전에 제거되어, "표면 세척된" 침탄 공작물을 생성한다. 개시 내용이 본 명세서에 참조로 병합되어 있는, 본 발명의 출원인에게 양도된 WO 02/063195 A(22188/06303)을 참조하라.

실제로, 중질의 산화막을 제거하는 것이 기계적으로 행해질 수 있다. 그러나, 이는, 공작물을 수성 산성욕에 침지시키고, 직류 전류를 가함으로써 공작물의 최외곽 금속 표면층을 산화 및 용해시켜 금속 표면층에 부착된 중질의 산화막을 제거하는 양극 전해 연마(anodic electropolishing)에 의해서 가장 흔하게 행하여진다. 통상 스테인리스강 전해 착색 공정에 의한 착색의 준비로 고유의 스테인리스강을 세척하기 위해 사용되는 유사한 전해 연마 처리를 개시하고 있는, 예컨대 미국특허 제4,026,737호, 미국특허 제4,269,633호, 미국특허 제4,859,287호 및 미국특 허 제4,620,882호를 참조하라. 이들 특허의 개시 내용은 본 명세서에 참조로서 병합되어 있다.

고유 스테인리스강의 전해 연마는 오염 물질 및 분열 입자를 함유한 고유 스테인리스강의 표면층인 소위 "빌비층(Bilby layer)"의 상당 부분 및 바람직하게는 전부를 제거하기 위해 통상적으로 행해진다. 이 층은 약 2.5 미크론 두께이고, 이렇게 전해 연마하는 것은 적어도 2.5 미크론, 아마도 이를 초과하는 표면층을 제거하기 위해 통상적으로 이루어진다.

그에 반해, 저온 침탄 스테인리스강의 전해 연마는 공작물 금속 표면의 최소량, 즉 약 1 미크론 정도만을 제거하기 위해 실시된다. 이는, 저온 침탄에 의해 생성된 경화된 "케이스"가 공작물 표면의 처음 10 내지 25 미크론 정도까지만 아래로 연장하고, 또한 이 경화된 케이스를 형성하는 확산 탄소의 대부분이 공작물의 외부 표면에 또는 그 근처에 위치하기 때문이다. 따라서, 저온 침탄 스테인리스강의 전해 연마는 통상적으로 공작물의 금속 표면의 최소량만을 제거하기 위해 실시되어, 공작물의 침탄 표면층이 대부분 그대로 남아 있다. 동일한 이유로, 전해 연마는 기계적 연마 등과 같이 상기 중질의 산화물층을 제거하기 위한 다른 기술에 비해 바람직한데, 이는 전해 연마에 의해서는 공작물의 표면층이 과도하게 제거되지 않기 때문이다.

일단 중질의 산화막이 제거되면, 저온 침탄 공작물은 있는 그대로 이용될 준비가 되어 있다. 대안적으로, 공작물은 여전히 추가적이고 선택적인 처리 조치를 받을 수 있다.

교류 전해 착색

본 발명에 따르면, 저온 침탄 중에 형성된 중질의 산화막을 제거하기 위해 전해 연마된 저온 침탄 스테인리스강 공작물은, 이 공작물을 다원자가 상태를 갖는 금속을 함유하고 중성 내지 약염기성 pH로 유지되는 전해욕에서 교류 전해함으로써 착색된다.

교류 전해에 의해 스테인리스강을 착색하는 것은, 예컨대, 상기의 미국 특허 제4,859,287호에 이미 공지 및 제시되어 있다. 이 특허에서 설명한 바와 같이, 공작물에 가해지는 전기의 극성이 양과 음 사이에서 변경되는 방식으로 교류전류가 착색될 스테인리스강 공작물에 가해진다. 본 발명의 방법에서 중성 내지 약염기성 전해욕이 이용된다는 점을 제외하고 동일한 접근법이 본 발명에 이용된다. 더하여, 사이클 타임이 통상적으로 더 길다. 또한, 공지된 스테인리스강 착색 방법의 중요한 특징인, 양극 또는 음극 처리의 수반 여부에 관계없이 질산, 인산, 또는 다른 산으로 처리함으로써 공작물의 표면을 활성화하는 것이 본 발명에 불필요하다.

공작물은 매우 다양한 상이한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 공작물은 한정되는 것은 아니지만 이음쇠 몸체, 너트, 페룰, 그리핑 링 등을 포함하는 피팅 구성 요소일 수 있다. 시중에서 이용 가능하고 매우 성공적인 한가지 이음쇠가 도 1 및 도 1a에 예시되어 있다. 도 1 및 도 1a는 미국 특허 제6,629,708호에서 취한 것이고, 그 개시 내용은 전체로서 본 명세서에 참조로 병합되어 있다. 공작물은 도 1 및 도 1a에 예시된 이음쇠의 하나 이상의 구성 요소일 수 있다. 공작물은 도 1 및 도 1a에 도시된 이음쇠의 구성 요소에 한정되지 않고 임의 유형의 이음쇠의 구성 요소 또는 임의 유형의 조립체의 스테인리스강의 일부일 수 있다.

도 1은 최종적인 조임에 앞서 손으로 조인 위치에서의 이음쇠 구성 요소를 도시하고 있는 반면에, 도 1a는 최종적인 조임 이후의 이음쇠를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 이음쇠는 관 단부(13)를 수용하기 위해 카운트보어로 형성된 원통형 개구(12)를 구비한 몸체(10)를 포함한다. 테이퍼진 절두 원추형 캐밍 마우스(14; camming mouth)가 카운터보어의 축방향 외측 단부에 배치된다. 매끈한 원통형 내벽(18)을 구비한 전방 페룰(16)이 관상에 밀접하게 수용된다. 전방 페룰은 캐밍 마우스 내에 수용되는 절두 원뿔형 외측 표면(20)을 구비한다.

경사진 단부면(28)을 구비한 후방 플랜지(26) 및 테이퍼진 노우즈부(24)와 함께 도시한 바와 같이 구성된 후방 페룰(22)이 전방 페룰(16)로부터 축 방향으로 외측에 배치되어 그와 협동한다. 후방 페룰(22)의 경사진 단부면은, 당업자에게 명백한 것처럼 단부면상에 작용하는 풀업(pull-up) 힘의 축방향 성분뿐만 아니라 반경방향 성분을 제공한다. 테이퍼진 노우즈(24)는 전방 페룰의 후방 표면 내의 테이퍼진 캐밍 표면에 들어간다.

페룰(16, 22)은, 몸체(10)에 나사 결합되는 구동 너트 부재(30)에 의해 둘러싸인다. 이음쇠를 죄어 조립하는 동안, 너트의 내부 단부면, 플랜지, 또는 견부(32)는, 후방 페룰의 후방 벽 단부면(28)에 접촉하여 도 1a에 도시된 완전하게 맞물린 위치로 페룰을 앞으로 구동하도록 작동한다.

(ⅰ) 전해욕

본 발명의 착색 방법을 위해 사용된 전해욕은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간 및 바나듐과 같은 다원자가 상태를 갖는 금속의 이온을 함유한다. 상기 이온의 특정 실시예는 크롬산염, 몰리브덴산염, 텅스텐산염, 망간산염 및 바나듐산염, 예컨대, Cr⁺⁶, CrO₄ ^-2, MoO₃ ^-2, MnO₄ ^-2, V⁺⁵, VO₃ ^-(메타바나듐산염), V₂O₇ ^-4(파이로바나듐산염), 및 VO^-4(오르토바나듐산염)를 포함한다. 또한 이들 이온의 혼합물이 이용될 수 있다. 상기 이온을 공급하기 위해 이용될 수 있는 특정 화합물은, 한정되는 것은 아니지만, 디크롬산염 암모늄, 몰리브덴산염 암모늄, 메타텅스텐산염 암모늄, 몰리브덴산염 리튬, 몰리브덴산염 나트륨, 바나듐산염 나트륨, 망간산염 나트륨 등을 포함한다.

다원자가 금속 이온의 농도가 광범위하게 변화할 수 있고, 소망의 결과를 제공할 임의의 농도가 이용될 수 있다. 일반적으로, 약 0.01 내지 1.0 몰/리터 범위의 농도, 더 일반적으로 약 0.05 내지 0.5 몰/리터 또는 심지어 약 0.1 내지 0.3 몰/리터의 농도가 유용한 것으로 확인되었다.

본 발명의 방법에서 이용된 전해욕의 pH는 보통 약 5 내지 12, 더 일반적으로 약 6 내지 11 또는 심지어 7 내지 10으로도 유지된다. 이는 황산 또는 질산과 같은 강산 또는 수산화나트륨과 같은 강염기의 첨가를 통해 전해욕이 강한 산성 pH 또는 강한 염기성 pH로 유지되는, 스테인리스강을 착색하기 위한 종래의 전해 방법에서 현저하게 벗어남을 나타낸다. 그러한 pH 조절제는 본 발명의 전해욕에서 보통 이용되지 않고, 실제로, 바람직하게는 회피된다.

(ⅱ) 교류 전류

본 발명에 따라, 전해 연마된 저온 침탄 스테인리스강 공작물은, 이 공작물을 전술한 바와 같은 전해욕에서 교류 전해함으로써 착색된다. 이는 상기 미국특허 제4,859,287호에 기술한 것과 유사한 방식으로 공작물에 가해진 전류의 극성을 교번시킴으로써 행해진다. 이는, 바람직하게는 전류밀도 대 시간의 플롯이 일반적으로 직사각형 파형을 나타내도록 행해진다. 가장 바람직하게는, 예컨대 본 명세서의 도 2의 파형에서 예시한 바와 같이 각 사이클의 두 부분 모두에 동일한 양의 전류가 가해지도록 행해진다. 이와 관련하여, "동일한"은, 전류밀도/시간 파형을 적분함으로써 결정된 것과 같은, 각 사이클의 양의 펄스에서 착색된 부분의 단위표면적당 가해진 전기전류의 절대량이 각 사이클의 음의 펄스에서 단위표면적당 가해진 전기전류의 절대량과 동일하다는 것을 의미한다.

이는 도 2에 예시한 바와 같이 동일한 크기 및 지속시간을 갖도록 각 사이클의 양의 펄스 및 음의 펄스를 조절함으로써 가장 쉽게 행해진다. 예컨대, 양의 펄스의 진폭이 +1 Amp이고 그 지속시간이 100 밀리초라면, 동일한 사이클의 음의 펄스의 진폭 또한 -1 Amp이고 그 지속시간이 또한 100 밀리초가 되어야 한다. 대안적으로, 단위면적당 공급되는 전류의 총량이 양의 펄스 및 음의 펄스에 실질적으로 동일한 한, 양의 펄스 및 음의 펄스의 크기 및 지속시간이 상이할 수 있다.

가해진 전류의 크기 및 지속시간은 전해욕의 성분에 따라 변화하고 이하에 나타난 실시예에 비추어 일상 실험에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 일반적으로, 전류밀도로 환산한, 가해진 전류의 크기는 약 0.01 내지 3 A/in² 이어야 한다. 이는 각 양의 펄스에서의 전류 밀도가 약 +0.01 내지 +3 A/in² 이어야 하는 반면에, 각 음의 펄스에서의 전류 밀도가 약 -0.01 내지 -3 A/in² 이어야 한다는 것을 의미한다. 더 일반적으로, 가해진 전류의 크기는 약 0.02 내지 1 A/in² 또는 심지어 약 0.03 내지 0.7 A/in²일 것이다. 유사하게는, 각 펄스의 지속시간은 보통 약 15 내지 1000 밀리초, 더 일반적으로 약 50 내지 500 밀리초, 또는 심지어 75 내지 200 밀리초여야 한다. 15 밀리초 미만 및 1000 밀리초 초과의 펄스 지속이 이용될 수도 있지만, 약 100 밀리초의 펄스 지속이 특히 편리한 것으로 확인되었다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 교류 전해를 실시하는 가장 편리한 방법은, 동일한 전류밀도 및 동일한 지속시간을 갖는 양의 전류 및 음의 전류의 교번 펄스가 서로의 바로 뒤에서 공작물에 가해지는 도 2에 도시된 파형을 채택하는 것이다. 따라서, 도 2는, 양의 펄스(14)의 지속시간(12)이 음의 펄스(18)의 지속시간(16)과 동일하고, 양의 펄스(14)의 크기(20)가 음의 펄스(18)의 크기(22)와 동일하며, 인접한 양의 펄스와 음의 펄스 사이에 어떠한 지연시간도 삽입되지 않는다는 점을 나타낸다.

그러나, 다른 접근법이 이용될 수도 있다. 예컨대, (공작물이 영의 전위로 유지되는) 지연이 연속되는 양의 펄스와 음의 펄스 사이에 삽입될 수 있다. 게다가, 양의 펄스 및 음의 펄스의 크기 및 지속시간이 사이클마다 변화될 수 있다. 유사하게는, 두 펄스에서 공급되는 전기 전류의 절대량이 전술한 바와 같이 실질적으 로 동일하다면, 특정 사이클에서의 양의 펄스의 크기 및 지속시간이 음의 펄스의 크기 및 지속시간과 상이할 수 있다. 마지막으로, 추가적인 양의 펄스 및 음의 펄스가 상기 미국특허 제4,859,287호의 칼럼 9, 9-28행에 기술한 것과 같이 제공되는 전류의 패턴에 포함될 수 있는데, 이는 마지막으로 가해진 전기 전류가 상기 특허에 기술한 것과 같이 교류전류 또는 음의 펄스전류인 경우에 한한다.

마지막으로, 상기의 다양한 접근법이 공작물 처리의 전 과정에 걸쳐 적용될 수 있거나, 대안적으로, 상기 처리의 일부에만 걸쳐 적용될 수 있음이 인식되어야 한다.

실시예

본 발명을 더 완전하게 설명하기 위해서, 이하의 실시예가 실시되었다.

실시예 1 내지 실시예 10

이들 실시예에서, AISI 316 스테인리스강으로 제조된 스테인리스강 페룰은 일반적으로 상기 미국특허 제6,547,888 B1호에 따라 저온 침탄되었다. 침탄중에 생성된 그을음을 제거하기 위해 세척한 후에, 페룰은 역시 침탄중에 형성된 중질의 산화물 코팅을 제거하기 위해서 전해 연마되었다. 그 후, 전해 연마된 페룰은 표면의 매끈함을 증가시키기 위한 세정제, 광택제(burnishing compounds) 및 텀블링 매체의 존재하에서 8분 동안 텀블링되었고, 그 후 물로 행구고 건조되었고, 이로써 약 0.63 in²의 표면적을 각각 갖는 전해 연마된 페룰이 생성되었다.

그 후, 이렇게 얻어진 전해 연마된 페룰은 본 발명에 따른 전기분해 착색 방 법에 의해 착색되었다. 이는 티타늄 양극 상에 작착된 페룰을, 0.15M Na₂MoO₄를 함유한 수성 전해욕을 이용하여 교류 전해함으로써 행해졌다. 전해욕의 pH는 약 9.5였고, 이는 단지 Na₂MoO₄에 기인한 것이었고, 추가적인 산 또는 염기는 존재하지 않았다. 전기분해는 양의 전류 및 음의 전류의 교류 펄스를 이용하여 실시되었고, 각 펄스는 펄스간의 지연 없이 100 밀리초 동안 지속되었다. 10개의 상이한 실험이 0.033 내지 0.13 A/in²의 범위의 상이한 전류 밀도에서 실시되었다. 각 실험은 약 22분간 지속되었고, 얻어진 페룰의 색은 매분마다 관찰되고 기록되었다.

사용된 전류 밀도 및 얻어진 결과가 이하의 표 1에서 기재한다. 이 표에서는, 다음의 약자가 사용된다.

G = 금색(Gold)

B = 푸른색(Blue)

DG = 어두운 금색(Dark Gold)

T1 = 붉은빛/푸른색의 무지개 효과로 이루어진 제1 전이

T2 = 초록빛/금색의 무지개 효과로 이루어진 제2 전이

T3 = 푸른빛/금색의 무지개 효과로 이루어진 제3 전이

전류 밀도 및 시간에 따른 처리된 페룰의 색

실시예	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
전류밀도 (A/in²)	0.033	0.044	0.055	0.066	0.077	0.088	0.099	0.11	0.12	0.13
1 분	G	G	G	G	G	G	B	B	B	B
2 분	G	G	G	T1	B	B	B	B	B	T3
3 분	G	G	T1	T1	B	B	B	T3	G	G
4 분	G	G	T1	B	B	T3	T3	G	G	G
5 분	T	T1	T1	B	B	T3	T3	G	G	G
6 분	T	T1	B	B	T3	T3	T3	G	G	DG
7 분	T	T1	B	B	T3	G	G	G	G	DG
8 분	T	T1	B	B	T3	G	G	G	G	DG
9 분	T	T1	B	B	G	G	G	G	DG	DG
10 분	T	T1	B	B	G	G	G	G	DG	DG
11 분	T	B	B	G	G	G	G	G	DG	DG
12 분	B	B	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
13 분	B	B	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
14 분	B	B	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
15 분	B	B	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
16 분	B	B	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
17 분	B	B	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
18 분	B	B	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
19 분	B	B	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
20 분	B	T2	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
21 분	B	T2	T2	G	G	G	G	G	DG	DG
22 분	B	T2	T2	G	G	G	G	G	DG	DG

표 1에서, 현저하게 상이한 색, 특히 푸른색, 금색 및 어두운 금색이 본 발명에 따른 기술에 의해 저온 침탄 스테인리스강 물품에 제공될 수 있다.

실시예 11 내지 실시예 13

전류밀도가 0.44 내지 0.64 A/in²의 범위에 있다는 점을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 10이 반복되었다. 얻어진 결과가 이하의 표 2에서 기재되어 있다. 이 표에서 "GR"은 초록색을 지칭한다.

전류밀도 및 시간의 함수로서 처리된 페룰의 색

실시예	11	12	13
전류밀도 A/in²	0.44	0.055	0.64
60 초	GR	GR	GR
65 초	GR	GR	GR
70 초	GR	GR	GR

표 2에서, 또 다른 한층 현저하게 상이한 색, 특히 녹색이 본 발명의 기술에 의해 저온 침탄 스테인리스강 물품에 제공될 수 있다.

실시예 14 및 실시예 15

전체 처리 시간이 7 내지 10분의 범위에 있는 동안 전류 밀도가 0.44 내지 0.55 A/in²인 범위에 있다는 점을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 13이 반복되었다. 얻어진 결과가 이하의 표 2에서 기재된다. 이 표에서 "R"은 붉은색을 지칭한다.

전류밀도 및 시간에 따른 처리된 페룰의 색

실시예	14	15
전류밀도 A/in²	0.44 내지 0.49	0.055
7 분	R	R
8 분	R	R
9 분	R	R
10 분	R	R

표 3에서, 또 다른 한층 현저하게 상이한 색, 특히 붉은색이 본 발명의 기술에 의해 저온 침탄 스테인리스강 물품에 제공될 수 있다.

실시예 16 내지 실시예 25

전해액이 0.2M (NH₄)₆Mo₇O₂₄ _·4H₂O로 이루어졌다는 점을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 10이 반복되었다. 얻어진 결과는 이하의 표 4에서 기재된다. 이 표에서, 다음의 약자가 사용된다.

PR = 분홍빛 붉은색(Pinkish Red)

T4 = 금색/분홍빛 붉은색의 무지개 효과로 이루어진 제4 전이

T5 = 분홍빛 붉은색/초록색 무지개 효과로 이루어진 제5 전이

전류밀도 및 시간에 따른 처리된 페룰의 색

실시예	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
전류밀도 (A/in²)	0.033	0.044	0.055	0.066	0.077	0.088	0.099	0.11	0.12	0.13
1 분	G	G	G	G	G	B	B	B	B	B
2 분	G	G	G	G	T3	B	B	T3	T3	G
3 분	G	G	T3	T3	B	T3	T3	G	G	G
4 분	G	G	T3	B	B	G	T3	G	G	G
5 분	G	T3	B	B	B	G	G	G	T4	PR
6 분	G	B	B	B	B	G	G	T4	PR	PR
7 분	G	B	B	B	B	G	G	PR	PR	PR
8 분	T3	B	B	B	B	T4	T4	PR	PR	PR
9 분	T3	B	B	B	B	PR	PR	PR	PR	GR
10 분	T3	B	B	B	B	PR	PR	PR	T5	GR
11 분	T	B	B	B	B	PR	T5	PR	T5	T2
12 분	B	B	B	B	T3	PR	GR	PR	T5	G
13 분	B	B	B	B	T3	PR	GR	T5	T5	G
14 분	B	B	B	T3	T3	PR	GR	T5	T5	G
15 분	B	B	T3	T3	G	PR	GR	T5	T5	G
16 분	B	B	T3	G	G	PR	GR	GR	T5	G
17 분	B	T3	G	G	G	T5	GR	GR	GR	DG
18 분	B	T3	G	G	G	T5	GR	GR	T2	DG
19 분	B	G	G	G	G	GR	GR	GR	T2
20 분	B	G	G	G	T4	GR	T2	T2	G
21 분	B	G	G	G	PR	GR	T2	G
22 분	T3	G	G	G	PR	GR	T2

표 4에서, 본 발명의 기술에 의해 저온 침탄 스테인리스강 물품에 현저하게 상이한 색, 특히 푸른색, 금색 및 어두운 금색, 초록색 및 분홍빛 붉은색을 제공하기 위해 다른 다원자가 금속염이 또한 이용될 수 있음을 알 수 있다.

실시예 26 내지 실시예 29

전해욕이 상이한 다원자가 금속염으로 이루어졌고 추가적인 산 또는 염기가 첨가되지 않았다는 점을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 10이 반복되었다. 더하여, 전류밀도도 변화되었다. 얻어진 상태 및 결과가 이하의 표 5에서 설명된다. 이 표에서, 다음의 추가적인 약자가 사용된다.

B1 = 0.3M (NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O

B2 = 0.1M NaVO₃·4H₂O

B3 = 0.3M (NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O + 0.1M NaVO₃·4H₂O

전류밀도 및 시간에 따른 처리된 페룰의 색

실시예	26	27	28
전류밀도 A/in²	0.033	0.044	0.055
전해욕	B1	B2	B3
2 분	푸른색	노란색
5 분	노란색	푸른색	오렌지색
10 분	금색	푸른색	오렌지색
15 분	붉은색	밝은 푸른색	연두색
20 분	오렌지색	푸른색	연두색
25 분	밝은 초록색	푸른색	초록색
30 분	노란색	연두색	노란색
40 분	금색	노란색

표 5에서, 본 발명의 기술에 의해 저온 침탄 스테인리스강 물품에 현저하게 상이한 색을 제공하기 위해 상기 염의 혼합물을 포함한 가지각색의 상이한 다원자가 금속염이 또한 이용될 수 있음을 알 수 있다.

비교예 A

전류 밀도가 0.066 A/in²이었고 전해욕이 0.5M NaNO₃로 이루어졌다는 점을 제외하고 실시예 26 내지 실시예 28이 반복되었다. 얻어진 결과는 이하의 표 6에서 기재한다.

전류 밀도 및 시간에 따른 처리된 페룰의 색

예	비교예 A
전류밀도 A/in²	0.066
전해욕	0.5M NaNO₃
2 분	푸른색
5 분	노란색
10 분	금색
15 분	금색
20 분	밝은 갈색
25 분	밝은 푸른색
30 분	밝은 갈색

표 6에서, 전해욕이 다원자가 상태를 갖는 금속을 함유하고 있지 않을지라도 상이한 색이 저온 침탄 스테인리스강 물품에 전기분해적으로 제공될 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 전해욕은 급속히 고갈되어 빈번한 보충을 요구하였으며, 이는 방법론적인 관점에서 불리하다. 또한, 얻어진 색은 균일하지 않았으며, 이는 상업적으로 매력적이지 않다.

본 발명의 단지 몇몇 실시예가 앞서 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 모든 변형예가 구성될 수 있다. 이러한 모든 변형예는 이하의 청구범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims

표면 세척된 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법으로서,

상기 공작물을 다원자가 상태를 갖는 금속을 함유하고 중성 내지 약염기성 pH를 갖는 전해욕에서 교류 전해하는 단계를 포함하는 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제1항에 있어서, 상기 저온 침탄 스테인리스강 공작물은 전해 연마에 의해 표면 세척되는 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제1항에 있어서, 상기 pH는 약 7 내지 10인 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제1항에 있어서, 다원자가 상태를 갖는 금속은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 바나듐, 또는 이들의 혼합물인 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제4항에 있어서, 상기 전해욕은 크롬산염, 몰리브덴산염, 텅스텐산염, 망간산염, 바나듐산염 또는 이들의 혼합물을 함유하는 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제1항에 있어서, 교류 전류는 사이클을 형성하며, 각 사이클은 양의 펄스 및 음의 펄스를 가지며, 또한 전류 밀도로 환산한 공작물에 가해진 전류량의 절대값은 각 사이클의 양의 펄스 및 음의 펄스에서 실질적으로 동일한 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제6항에 있어서, 각 사이클의 양의 펄스의 지속시간 및 음의 펄스의 지속시간이 실질적으로 동일하고, 또한 전류 밀도로 환산한 공작물에 가해진 전기전류의 크기는 각 사이클의 양의 펄스 및 음의 펄스에서 실질적으로 동일한 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제7항에 있어서, 각 펄스의 지속시간은 약 15 내지 1000 밀리초이고, 또한 각 펄스의 전류밀도는 약 0.01 내지 2 A/in²인 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제8항에 있어서, 각 펄스의 지속시간은 약 75 내지 200 밀리초이고, 또한 각 펄스의 전류밀도는 약 0.03 내지 0.7 A/in²인 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제6항에 있어서, 전해 처리의 적어도 일부 중에, 공작물에 가해진 전기 전류의 파형은 연속하는 양의 펄스와 음의 펄스 사이에 지연(delay)을 포함하는 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제6항에 있어서, 전체 전해 처리 중에, 교류전류의 각 사이클의 양의 펄스 및 음의 펄스의 크기 및 지속시간은 실질적으로 동일한 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제6항에 있어서, 전해 처리의 적어도 일부 중에, 교류전류의 양의 펄스 및 음의 펄스의 크기 및 지속시간은 사이클마다 변하는 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제6항에 있어서, 전해 처리의 적어도 일부 중에, 각 사이클의 양의 펄스의 크기 및 지속시간은 특정 사이클의 음의 펄스의 크기 및 지속시간과 상이한 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제6항에 있어서, 전해 처리의 적어도 일부 중에, 추가적인 양의 펄스 및 음의 펄스가, 공작물에 제공되는 전류의 패턴 내에 포함되는 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제1항에 있어서, 전해욕은 몰리브덴산염 나트륨, 몰리브덴산염 암모늄, 바나듐산염 나트륨 및 질산염 나트륨 중 적어도 하나를 함유하고, 전해욕의 pH는 약 7 내지 10인 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
제15항에 있어서, 전해욕은 추가의 산 또는 염기를 함유하지 않는 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물의 착색 방법.
푸른색, 초록색, 붉은색, 분홍빛 붉은색, 노란색, 금색, 밝은 갈색, 오렌지색, 연두색 및 밝은 초록색으로 이루어진 군으로부터 선택된 균일한 색을 나타내는 전해 코팅을 구비하는 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물.
제17항에 있어서, 상기 공작물은 관 이음쇠인 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물.
제18항에 있어서, 상기 공작물은 페룰인 것인 저온 침탄 스테인리스강 공작물.