KR20090007081A

KR20090007081A - 전도성 양극산화피막 형성방법

Info

Publication number: KR20090007081A
Application number: KR1020070070716A
Authority: KR
Inventors: 김광수
Original assignee: 김광수
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-01-16

Abstract

본 발명은 알루미늄 재질의 피처리물에 산화피막을 형성하는 방법에 관한 것으로 피처리물의 표면에 부착된 유지분을 제거하는 탈지공정과 피처리물의 표면을 용해하면서 거칠게 하는 에칭공정, 황산 40~50 중량%, 질산 1.5~3 중량%, 과산화수소 1.5~20 중량%, 및 물 27~57 중량%를 포함하는 수용액에 피처리물을 50~60초 동안 침지시켜 상기 에칭공정에서 발생하는 금속 이물질을 제거하는 중화처리공정 그리고 물 19~21 중량%, 황산 20~32.5 중량%, 불화용 니켈 22.5~30.5 중량%, 크롬 2.35~4.35 중량%, 유산 10.5~16.5 중량%, 및 질산 5.5~15.5 중량%를 포함하는 20~25℃ 전해액에 피처리물을 침지하고, 피처리물에 양극을 연결하여 직류전압 11.5~13.5(V)를 2~5분간 부가하여 피처리물의 표면에 양극산화피막을 형성하는 피막형성공정 및 pH 4~6의 봉공처리액에 양극산화피막이 형성된 피처리물을 침지시켜 양극산화피막의 표면에 기공막을 형성하는 봉공처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 양극산화피막 형성방법으로 높은 전기전도율을 제공하며, 피막처리단계의 작업시간을 최소화하여 작업효율성을 한층 증대시키게 된다.

전도, 양극산화, 피막, 봉공, 알루미늄

Description

전도성 양극산화피막 형성방법{Conductivity anodizing method}

본 발명은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금재의 표면에 양극 산화 피막을 형성하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금재의 산화피막 형성방법에 관한 것으로, 알루미늄 재질의 피처리물 표면에 부착된 유지분을 제거하는 탈지공정과, 피처리물의 표면을 부식시키는 에칭공정과, 황산 40~50 중량%, 질산 1.5~3 중량%, 과산화수소 1.5~20 중량%, 및 물 27~57 중량%를 포함하는 수용액에 피처리물을 50~60초 동안 침지시켜 상기 에칭공정에서 발생하는 금속 이물질을 제거하는 중화처리공정 그리고 물 19~21 중량%, 황산 20~32.5 중량%, 및 불화용 니켈 22.5~30.5 중량%, 크롬 2.35~4.35 중량%, 유산 10.5~16.5 중량%, 및 질산 5.5~15.5 중량%를 포함하는 20~25℃ 전해액에 피처리물을 침지하고, 피처리물에 양극을 연결하여 직류전압 11.5~13.5(V)를 2~5분간 부가하여 피처리물의 표면에 양극산화피막을 형성하는 피막형성공정 및 pH 4~6의 봉공처리액에 양극산화피막이 형성된 피처리물을 침지시켜 양극산화피막의 표면에 기공막을 형성하는 봉공처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 양극산화피막 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti) 등의 금속재는 대기 중에서 공기와의 높은 반응성에 의해 자연적으로 얇은 산화층을 형성하는데, 이 산화층은 높은 부식저항성을 나타낸다. 더욱이 인위적인 여러 가지의 표면 전환 방법에 의해 산화층을 형성함으로써 더욱 높은 부식저항성을 나타내게 된다.

종래 표면 변환층 형성에 이용되는 두 가지 방법으로는 화학적 또는 전기화학적으로 산화층을 형성하는 방법이며, 알루미늄 표면의 화학적 처리 방법으로는 크로메이트(chromating)처리나 베마이트(boehmite)처리가 있고, 이는 전기를 걸어주지 않은 상태에서 화학적인 방법으로 알루미늄 표면에 산화층을 형성한다. 그러나 이러한 화학적인 표면처리 방법은 산화층 피막이 얇거나 내마모성이 떨어지기 때문에 응용범위의 제한이 있다. 이에 비해, 전기화학적인 방법인 아노다이징(anodizing : 양극산화처리법 또는 알루마이트)은 주로 황산용액을 전해액으로 사용하여 알루미늄의 표면에 전기화학적으로 양극산화피막을 형성시켜 기계적, 전기적, 화학적 특성이 우수한 피막을 형성하는 것을 말하며, 이 피막은 대단히 단단하고, 내식성이 크며 극히 작은 유공성, 섬유상이 되어 여러가지 색으로 염색을 할 수 있어, 내식, 내마모성의 실용성과 미관상의 처리가 많으며, 상기 아노다이징 공정은 건축분야, 기계분야, 자동차산업, 우주항공산업용을 비롯하여 장식산업에까지 쓰이는 분야가 매우 다양하다.

이러한 종래 아노다이징 공정에 사용되는 전해액은 주로 황산이나 수산 또는 크롬산 등의 용액을 기본으로 하고 있으며, 이러한 아노다이징 공정은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등의 금속재를 전해액이 든 전해조에 담구어 전해하여 양극산화를 실시하며, 알루미늄 합금재 시편은 애노드(anode)측이 되고, 전해조는 캐소드(cathod)측이 된다. 상기와 같은 장치에 전해액이 든 전해조에 일반적인 직류전류(Direct Current : D.C)를 사용하여 양극산화를 실시한다.

상술한 알루미늄 합금재의 약극산화 공정은 전처리공정, 양극산화공정(아노다이징) 그리고 양극산화 피막후의 처리공정으로 크게 나눌 수 있다.

이하, 도 1을 참고하여 상술한 공정들 각 공정별로 살펴보면, 상기 전처리공정은 기계가공품을 렉킹(racking)하여 탈지,세정하는 단계와 수세단계, 에칭단계, 중화단계 및 화학연마 또는 전해연마단계로 다시 나눌 수 있다.

먼저 상기 세정단계에서는 가공품이나 버핑 연마를 한 제품은 기름기가 많이 남아 있기 때문에 그대로 에칭조에 투입하면 기름기에 의한 얼룩이 생기거나 그 부분에 착색이 되지 않는 경우가 있어, 상기와 같은 기름기, 얼룩 등를 제거할 목적으로 렉킹(Racking)된 제품을 피막조에 전기를 통전하고 부스바에 제품을 걸어주면 기름기와 이 물질이 제거되어 에칭에서 좋은 결과를 얻을 수 있게 된다.

상기 세정단계를 마치고 나면 에칭단계로 넘어가며 에칭단계는 알카리에칭과 산성에칭 두 가지로 크게 분류되며 주로 알카리 에칭이 사용된다. 알카리 에칭에는 일반적으로 수산화 나트륨(가성소다)을 사용하는데, 수산화나트륨은 알루미늄을 잘 용해하고 그때 발생하는 수소가스에 의해 물리적으로 흡착하고 있는 유지유를 제거하며, 표면을 아름다운 색으로 가꾼다.

상기 알카리 에칭조의 온도는 65~ 70℃ 정도가 적당하며, 에칭시간은 가공상 태와 표면조도, 샌딩유무 등 횟수 변화에 따라 시간을 적절히 조절해야 한다.

상기 에칭공정을 거치고 수세를 하면 알루미늄 표면에 여러 가지 색의 찌꺼기가 끼게 되는데 이것을 스머트 라고 한다. 스머트는 피막이 진행되기 전에 제거되어야 하며 상기 공정을 중화처리공정이라 한다.

에칭을 알카리에서 처리하였으므로 중화처리는 산성에서 해야 하는데, 이때 사용하는 약품은 질산(HNO₃)과 물(H₂O)의 비율을 1:1로 하여 실온에서 침지해서 흔들어주면 깨끗이 제거할 수 있는데, 재료에 따라 약간의 차이가 남다.

상기 중화처리공정을 마치고 나면 화학연마공정을 시작하게 되는데 이는 외부의 전류를 사용하지 않고 광택연마를 행하는 방법으로 제품에 광택을 요하거나 표면에 이물질을 제거하기 위하여 행하는 공정이다.

상기 화학연마공정은 고광택을 요하는 외장재 쪽에 많이 이용되며 장비부품에서도 전체적인 흐름에 따라 변화하는 추세에 있기 때문에 두꺼운 제품이나 얇은 제품, 큰 제품과 작은 제품에 있어 연마시 항상 주의를 요하며 적정한 온도를 유지하고 농도관리를 재질에 따라 잘해 주어야 만이 고품질을 보장할 수 있다.

또한 상기 화학연마와 더불어 광택을 내는 공정으로 전해연마공정이 있다.

상기 전해연마란, 화학연마에서 알루미늄 표면에 광택을 내는 데는 한계가 있으므로, 그 이상의 고광택을 원할 경우 행하는 공정이다. 전해연마시 제품의 표면은 어느 부분이라도 정밀하고 세밀하게 조건이 같고, 액의 온도도 균일해야 한다. 또한 제품 표면에 발생하는 기포를 제거하기 위해 강력한 에어 교반이 필요하 므로 제품을 단단하게 고정해야 한다. 전해연마의 방법에는 황산인산법, 광염소산초산법, 진동전해연마법 등이 있다.

상술한 공정을 거치면 비로서 양극산화하여 피막을 형성하는 공정을 실시하게 된다.

현재 우리나라에서는 대부분의 양극산화법(아노다이징)을 시행함에 있어서는 주로 황산을 전해액으로 사용하는 황산법에 의한 아노다이징공정으로 처리하고 있으며, 그 외 수산, 크롬산을 전해액으로 하는 이른바 화학적 강산처리방법으로 행하고 있다.

상기 양극산화피막을 형성하는 방법 중 황산법은, 전해질로써 값싸고 공업적으로 안정하게 제조되는 황산(H₂SO₄유산)을 사용하는 것으로 전해조작이 다른 방법에 비해 간단하고 전해 전압이 낮아 소비전력이 적게 들며 전해액에 독성의 물질이 포함되어 있지 않고 BOD, COD의 걱정도 없기 때문에 폐액 처리가 용이하여 가장 싸고 경제적인 양극산화 처리법으로써 넓게 이용되고 있다.

한편 크롬산법은 크롬산을 주제로 크롬피막을 형성하며 두랄미늄계에 적합한 산화피막형성방법이다. 이는 내식성이 있고, 무광택 피막이며, 강도가 약한 면이 있다.

상술한 산화피막 형성방법은 전기전도성이 없어 부도체에만 적합하며, 크롬산법의 경우에는 백색과 황색의 두가지 색만을 형성가능하여 다양한 색을 얻는데 한계가 있고, 공정시간 또한 50분 이상의 장시간이 소요되며 내식성의 한계를 포함 하고 있다. 또한 6가 크롬의 함유로 환경문제가 발생하여 그 심각성이 대두되고 있다.

상기 피막형성 공정을 거치고 나면 수차례의 수세를 거쳐 착색과 봉공의 처리공정을 실시하게 된다.

상기 착색방법으로는 수성법, 유성법, 전해착색법 등이 있으며, 상기 수성법은 유기염료를 물에 희석시켜 그 액속에서 제품을 침적하는 방식으로 하는 것이다. 이때 사용되는 물은 증류수나 이온교환수를 사용하는 것이 가장 좋고 일반 수돗물을 사용할 때는 철이온이나 이산이온이 없어야 한다.

상기 봉공공정은 산화피막이 형성되면 장방형의 작은 구멍이 발생하는데, 그 구멍은 미세하고 또한 그대로 두면 부식이 계속 진행될 가능성이 있으며, 기름얼룩이나 때가 타기 쉬운 상태로 된다.이러한 이유로 표면에 난있는 구멍을 막아주는 일을 하는 것이 봉공공정이다.

상기 봉공공정을 거치고 나면 탕세공정을 거치고 다시 이를 건조하여 포장공정을 수행하여 상기 모든 공정을 마치게 된다.

상술한 산화피막처리방법 기타 종래의 공지된 산화피막형성방법 중 인산염을 이용한 처리방법은 백색 한가지만을 형성할 수 있어 다양한 색을 창출할 수 없고, 박막으로써 내식성이 취약하며, 상기 크롬메이트 처리방법은 백색과 황색의 두가지 색상만을 나타내며, 역시 박막으로 내식성이 취약할 뿐 아니라 크롬산을 주원료로 사용하여 환경파괴의 주요요소가 되고 있다.

그리고 가장 널리 사용되는 황상법은 전기전도성이 없어 절연물에서는 사용 될 수 없고, 장시간에 걸쳐 공정을 진행하여야 하므로 작업의 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 상기와 같은 황산, 수산 또는 크롬산 등의 용액을 전해액으로 아노다이징하는 방법에 있어서는 알루미늄 표면에 형성되는 산화 피막층에 무수히 많은 미세한 기공(Pore)이 존재하는 다공질 구조가 생성되는 현상이 발생하며, 이러한 다공질 구조는 미관을 장식하기 위한 착색을 위해서는 좋으나, 기계적, 화학적, 전기적 특성이 취약하여 산업용에 사용되기 위한 제품에는 적합하지 못한 단점을 나타내고 있으며, 따라서 이러한 다공질 구조의 미세기공을 메워 주는 봉공공정의 후 공정이 필수적으로 필요하게 된다.

그러나 봉공공정은 공정 컨트롤 상에 어려움이 있으며, 표면에 백화 현상이 발생하고 산화 피막층이 쉽게 분리되는 현상이 발생하는 등 여러 가지 문제점을 야기하고 또한, 봉공공정에 의한 추가 공정으로 인하여 처리비용이나 제품 원가가 상승하게 되는 비경제적인 문제를 나타내는 등 기술적 한계와 비경제적인 단점이 있다.

더욱이, 상기와 같이 황산, 수산, 크롬산 등과 같은 강산성의 전해액으로 양극산화하여 산화 피막층을 형성시킨 경우에는 그 결과치, 예컨대 산화 피막층의 두께나 표면 강도가 만족할 만한 결과를 얻기가 매우 어려워 산화 피막층이 쉽게 부식되는 결과를 초래하게 되는 등의 여러 가지 불리한 점을 나타내고 있었다.

상술한 공정에 의해 이루어진 알루미늄 합금의 양극산화피막 형성방법의 문제점을 해결하고자 본 발명의 전도성 양극화피막 형성방법은, 얇은 막의 피막을 형성하면서도 내식성이 강하고, 다양한 색상을 창출하며, 작업시간을 대폭 감소시켜 작업의 효율성을 높이고, 얻어지는 피막의 표면 경도가 높으며, 내열성 및 항균성이 뛰어난 전도성 양극산화피막 형성방법을 제공한다.

또한 환경오염물질을 사용하지 않아 환경보존과 더불어 심각한 환경오염 문제로부터 자유로워 작업의 능률을 향상시킨다.

본 발명은 알루미늄 재질의 피처리물에 산화피막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 상기 알루미늄 재질의 피처리물의 표면에 부착된 유지분을 제거하는 탈지공정; 피처리물의 표면을 용해하면서 거칠게 하는 에칭공정; 황산 40~50 중량%, 질산 1.5~3 중량%, 과산화수소 1.5~20 중량%, 및 물 27~57 중량%를 포함하는 수용액에 피처리물을 50~60초 동안 침지시켜 상기 에칭공정에서 발생하는 금속 이물질을 제거하는 중화처리공정; 그리고 물 19~21 중량%, 황산 20~32.5 중량%, 및 불화용 니켈 22.5~30.5 중량%, 크롬 2.35~4.35 중량%, 유산 10.5~16.5 중량%, 및 질산 5.5~15.5 중량%를 포함하는 20~25℃ 전해액에 피처리물을 침지하고, 피처리물에 양극을 연결하여 직류전압 11.5~13.5(V)를 2~5분간 부가하여 피처리물의 표면에 양극 산화피막을 형성하는 피막형성공정; 및 pH 4~6의 봉공처리액에 양극산화피막이 형성된 피처리물을 침지시켜 양극산화피막의 표면에 기공막을 형성하는 봉공처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 양극산화피막 형성방법을 제공하여 알루미늄 재질의 피처리물에 양극산화피막 형성공정에서 발생하는 결함을 최소화하고 부식에 대한 내구성, 내구력 및 전기통전율 등을 향상시킨다.

상술한 공정에 의해 이루어진 알루미늄 또는 알루미늄 합금재의 양극산화피막 형성방법의 문제점을 해결하고자 본 발명의 전도성양극화피막 형성방법은 얇은 막의 피막을 형성하면서도 내식성이 강하고, 상온에서도 작업을 실시할 수 있어 편리하며, 다양한 색상을 창출 가능하며, 작업시간을 대폭 감소시켜 작업의 효율성을 높이고 얻어지는 피막의 표면 경도가 한층 높으며, 우수한 내열성 및 항균성을 지니게 되어 내구성이 뛰어난 효과가 있다.

또한 환경오염물질을 사용하지 않아 환경보존과 더불어 심각한 환경오염 문제로부터 자유로워 작업의 능률을 향상시키며 내마모성, 및 열 전도성 향상시키며, 해수에 의한 부식방지 등의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 알루미늄 재질의 피처리물에 산화피막을 형성하는 방법에 관한 것으로 피처리물의 표면에 부착된 유지분을 제거하는 탈지공정; 피처리물의 표면을 용해하면서 거칠게 하는 에칭공정; 황산 40~50 중량%, 질산 1.5~3 중량%, 과산화수소 1.5~20 중량%, 및 물 27~57 중량%를 포함하는 수용액에 피처리물을 50~60초 동안 침지시켜 상기 에칭공정에서 발생하는 금속 이물질을 제거하는 중화처리공정; 물 19~21 중량%, 황산 20~32.5 중량%, 및 불화용 니켈 22.5~30.5 중량%, 크롬 2.35~4.35 중량%, 유산 10.5~16.5 중량%, 및 질산 5.5~15.5 중량%를 포함하는 20~25℃ 전해액에 피처리물을 침지하고, 피처리물에 양극을 연결하여 직류전압 11.5~13.5(V)를 2~5분간 부가하여 피처리물의 표면에 양극산화피막을 형성하는 피막형성공정; 및 pH 4~6의 봉공처리액에 양극산화피막이 형성된 피처리물을 침지시켜 양극산화피막의 표면에 기공막을 형성하는 봉공처리공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 양극산화피막 형성방법에 관한 것이다.

상기 봉공처리액은 착산니켈 36~48 중량%, 착산코발트 22~32 중량% 및 붕산 30~40 중량%를 포함하고, 온도 60~70℃에서 상기봉공처리공정을 3~5분간 진행시키며 또한 상기 봉공처리액의 온도가 80~90℃에서는 상기 봉공처리공정을 8~10분간 진행되는 것을 특징으로 하는 전도성 양극산화피막 형성방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 전도성 산화피막 형성방법의 공정을 도 2를 참조하여 자세히 설명하면, 먼저 렉킹작업을 거쳐 알루미늄 또는 알루미늄 합금재인 피처리물의 탈지공정을 거치게 된다.

상기 탈지공정은 폴리할로겐화 탄화수소와 같은 용매(溶媒)로 각종 공업 과정에서 유지분(油脂分)을 제거하는 공정으로 본 발명은 친환경 산성형 탈지제에 상 기 알루미늄 재질의 피처리물을 침지시켜 60~70℃ 온도에서 40~50초 동안 사용하여 빠르고 간단하게 작업이 가능하다.

또한 본 발명의 탈지공정의 온도와 시간은 탈지작업뿐 아니라 원자재의 광택을 원상태 그래로 유지보존시킬 수 있고, 액의 수명이 길고, 원자재에서 발생되는 스케링 등이 오랜시간 동안 발생되지 않는 효과가 있다.

상기 탈지공정단계를 거치고 나면 2~3번의 수세 후 에칭공정에 들어가게 된다.

상기 에칭공정은 산으로 상기 피처리부재를 부식시키기 위한 작업으로 재료의 결정 방향이나 미세 조직의 성분들에 의해 부식되는 정도가 다른 점에 착안, 이에 의해 빛이 반사되거나 굴절되는 각도 등이 달라져서 재료의 미세 조직을 현미경으로 관찰하기 위한 선처리 작업에 주로 활용되고 있고 피막형성을 이루는 전처리공정 단계이다.

본 발명의 에칭공정은 알카리액, 염화제이철액 및 가성소다를 혼합하여 60~80℃ 온도에서 10~30초 동안 상기 피처리물을 침지시켜 처리하게 되며, 상기 피처리물의 표면에 이물질 및 피막을 형성하기 위한 초기단계이다.

상기 에칭공정을 거치고 2~3번의 수세, 건조를 하면 상기 피처리물의 표면에 여러 가지 색의 찌꺼기가 끼게 되는데 이것을 스머트(smut)라고 한다. 상기 스머트는 알칼리탈지나 산처리 등의 전처리를 행한 철강재료의 표면에 생성하고 부착된 극히 미세한 그을음상의 분말로 저탄소강보다 고탄소강에서 많이 발생하며, 강중에 함유되는 탄소, 규소 등의 산에 용해하지 않은 성분 및 Fe₃O₄ 등의 표면 생성물이 강재의 표면에 검은 피막으로 잔존하게 된다. 상기 스머트는 피막이 진행되기 전에 제거되어야 하며, 상기 공정을 중화처리공정이라 한다.

본 발명의 상기 중화처리공정은 황산 40~50 중량%, 질산 1.5~3 중량%, 과산화수소 1.5~20 중량%, 및 물 27~57 중량%를 포함하는 수용액에 피처리물을 50~60초 동안 침지시켜 상기 에칭공정에서 발생하는 금속 이물질을 제거하게 된다.

본 발명의 중화처리공정은 황산을 가용으로 사용하고 질산(HNO₃)을 사용하며 질산 크롬산을 배합첨가 할 수도 있다. 더욱이 더 좋은 처리를 위해 질산에 약 5%정도의 불산을 섞어 쓰는 것도 가능하다.

상기 중화처리공정을 수행한 후 본 발명의 양극산화피막 형성방법의 피막형성공정을 거치게 된다.

상기 산화피막형성공정에 앞서 전처리공정으로 행해지는 화학연마단계는 생략가능하며, 알루미늄을 화학연마함에 있어서, 인산(H₃PO₄) 50 내지 70 중량%, 황산(H₂SO₄) 20 내지 40 중량%, 질산(HNO₃) 5 내지 15 중량%, 광택제로서 그리세린 0.01 내지 0.05중량%, 질산구리(CuNO₃) 0.005 내지 1 중량%을 함유하는 화학연마제를 사용하여 100 내지 140℃에서 1 내지 5분 동안 화학연마를 실시하되, 인산과 황산을 먼저 투입한 후 온도를 올리고 129℃가 되면 나머지 화학연마제 성분을 투입하여 이루어진다.

상기 산화피막형성은 알루미늄을 양극으로 하여 일정한 전해액에서 적정조건으로 분극을 시킬 경우 자연 피막보다 두꺼운 양극 산화피막이 생성되는데, 이러한 공정을 양극 산화 피막처리라고 한다. 알루미늄을 공기중에 방치하면 알루미늄이 양성이기 때문에 대단히 엷은층의 보호막이 형성된다. 이러한 현상을 자연산화 피막이라 한다. 알루미늄 표면처리 중에서 어느 공정도 소홀히 하면 제품에 영향을 받지만 특히 이 피막 공정은 대단히 중요한 공정이다. 왜냐하면 전처리에서 처리가 잘되어도 이 피막에서 부주위나 편차가 생기면 제품에 직접적인 영향을 받고 또한 피막 공정이 소홀히 다루어진 제품은 그 다음 공정인 염료나 봉공처리에도 큰 영향을 받는다. 예를 들면 광택을 요구하는 제품을 피막두께를 두껍게 한다든가 피막액에 이물질이 많으면 광택을 잃게 된다. 또 흑색염료 같은 것은 피막 두께를 두껍게 요구하는 제품에 두께가 얇으면 흑색은 되지 않는다. 그래서 피막에는 액관리도 중요하고 피막시간에 따라 제품은 아주 민감한 반응을 보인다.

본 발명의 피막형성공정은 물 19~21 중량%, 황산 20~32.5 중량%, 및 불화용 니켈 22.5~30.5 중량%, 크롬 2.35~4.35 중량%, 유산 10.5~16.5 중량%, 및 질산 5.5~15.5 중량%를 포함하는 20~25℃ 전해액에 피처리물을 침지하고, 상기 피처리물에 양극을 연결하여 직류전압 11.5~13.5(V)를 2~5분간 부가하여 상기 피처리물의 표면에 양극산화피막을 형성하게 된다.

따라서 피막형성을 위한 작업시간이 종래 15~25분이 소요되었으나, 본 발명의 피막형성 방법은 2~5분으로 작업시간을 크게 줄여 피막시간 또한 감소시킬 수 있게 되었으며, 원자재 적정량의 니켈 및 크롬을 사용하여 전기통전율이 0.5~0.15 Ω까지 발생하여 높은 전기통전율을 얻을 수 있다.

바람직하게는 상기 질산은 상술한 중량%가 최적의 양을 나타내며, 상기 양보다 적게 혼합하게 될 경우, 상기 피처리물에 흑색반점이 생기게 된다.

본 발명의 피막형성에 있어, 상기 크롬성분이 함유되어 환경적으로 제한을 받고 있으나, 다양한 통신기기 발달로 인해 일반 아노다이징이 절연체이어서 가공제품에 통전문제 때문에 많이 사용되고 있으며, 바람직하게는 약 2.5중량%정도를 사용한다.

상기 피막형성에 있어 환경적으로 규제가 되는 6가 크롬성분을 사용하지 않기 때문에 작업의 규제로부터 자유롭고, 생산현장의 작업환경도 인체보호를 위해 충분히 고려되었다.

상기 피막형성공정을 마치면 2~3회 수세,건조를 거쳐 착색 및 봉공처리공정을 실시하게 된다.

상기 착색은 양극산화피막 형성 후에 원하는 색을 넣게 되는데 과정을 말하며, 이에는 크게 유성법과 수성법이 있다.

상기 착색에서 유성법은 흔희 사용하지 않고 주로 네임프레트를 할 때 많이 사용한다. 네임프렌트란 알루미늄 판재를 피막 후에 감광처리하여 사진작업을 하고 현상을 거쳐 건조 후에 염료를 붓으로 칠하거나 아니면 탈지면으로 만든 도구로 바르는 형식을 말한다. 이때의 염료는 키시렌에 유성염료를 희석하여 바르거나 칠하는 것이다. 이 방법에서는 제품을 완전 건주 후 착색해야 되므로 건조하는 방법에서 여러가지 문제점이 제기되기 때문에 판재종류 외의 압출 형재에서는 사용하기 힘들다. 또한 키시렌은 화재에 특별 주의해야되므로 위험성이 크고 일반 폐수 처리장에는 유분을 제거해야되므로 여러가지 제약을 받지만 위에 말한 네임프레트에서는 유일한 방법이므로 아직까지는 대체방법이 없는 실정이다. 유성착색 후에는 봉공처리를 하게되며 표면에 유분이 남게 되어 이것을 제거해 줘야한다. 그 방법으로는 탄산칼슘을 연한 스폰지에 묻혀서 표면을 재료의 결대로 문지른 후 수세하여 건조해야된다. 유성착색에서는 탄산칼슘이 필수적인 약품이다. 유성착색의 또하나의 주의점은 밝은 칼라쪽에서는 착색 후와 봉공 후에 칼라가 수성쪽보다 심하게 변한다. 그러므로 착색을 해서 봉공처리까지 테스트 후 작업을 해야한다. 대부분의 유성염료는 키시렌에서 용해가 되지만 그렇지 않은 염료도 있다. 키시렌에서 용해가 되지않는 종류는 벤젠을 사용하면 되는데 벤젠은 키시렌보다 독성이 강하고 건조가 빠르다. 그러므로 유성착색시에는 무엇보다 작업장에 환기가 잘 이루어져야 하고 불에서 멀리 떨어져야 하며 또 하나의 주의점은 제품을 건조 후 착색해야 되므로 그 과정에서 표면에 이물질이 묻지 않아야 한다. 제품을 건조하는 방법은 일명 가이쟁끼나 도보기를 사용하여 회전방식으로 하여야 물기를 빼면서 얼룩이 가지않는다. 건조시에 표면에 이물질이 접하게 되면 그 부분은 착색이 되지않는다.

상기 착색의 방법 중 수성법은 유기염료를 물에 희석시켜 그 액속에서 제품을 침적하는 방식으로 하는 것이다.

물은 증류수나 아니면 이온교환수를 사용하는 것이 가장 좋고 일반 수돗물을 사용할 때는 철이온이나 이산이온이 없어야 한다. 그러나 현재는 일반 수돗물을 가장 많이 사용하지만 별문제는 없다.

염료가 어떤 성분인지 살펴보면 염료는 그 분자 내에 1개 이상의 발색단이라고 하는 불포화원자단을 가지고 있고 주요한 원자단으로는 니트로기, 아조기, 칼보닐기 등이 염료에 사용되고 있다. 염료를 사용하여 수성법으로 착색하는 방식에는 침적하는 탕이용법, 연속코일 착색법, 고속 양극산화 고속착색법, 스프레이 착색법등으로 구분할 수 있다.

수성착색을 하는 방식에서는 염료의 pH를 조절하는데 pH란 액속의 수소이온의 치수를 숫자로 나타낸 것을 말한다. 본 발명에서는 염료는 pH 4~6인 것을 사용하며, 착색공정의 침적할 때의 탕의 조건은 온도는 25~30 ℃에서 행해지고 약 3~10분간 계속된다. 상기 작업에서 중요한 것은 단일 칼라는 그 염료 자체의 조건만 갖추면 되지만 좀더 좋은 색을 얻기 위해 2가지 이상의 염료를 배합해서 원하는 색을 만들 경우에는 갖추어야 할 조건이 있다. 두가지의 염료가 서로 pH가 가까워야 하고 염착곡선이 닮은 것끼리 배합을 해야한다. 염착곡선이란 염료탱크에 제품을 침적하면 피막의 기공속으로 흡착되는 속도를 도표로 나타낸 것이다.

다음으로 상기 착색공정 단계를 처리하고 나면 봉공처리 단계를 실시하게 된다.

상기 봉공처리란 모든 과정을 걸쳐서 마무리를 하는 단계로서 그 중요함은 대단하다. 초기의 알루미늄 양극 산화는 주로 크롬산 욕에 의한 것이었으며, 공정 마지막에 탕세를 행하였는데 이것은 크롬산의 제거 또는 제품의 표면에 아직 묻어 있는 착색액을 씻어내는 것이 목적이다. 다시 설명하면 봉공처리라고 하는 것은 양극산화 피막의 미세공을 봉공해 내식성 등의 여러 성질을 활성화시키는 공정을 말 한다.

상기 봉공처리공정에 사용되는 봉공처리액은 착산니켈 36~48 중량%, 착산코발트 22~32 중량% 및 붕산 30~40 중량%를 포함하고, 탕액의 온도는 60~70℃이며, 상기 봉공처리공정은 3~5분간 진행되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 봉공처리공정은 고온의 탕액을 사용할 경우 80~90℃의 고온에서는 8~10분간 상기 봉공처리액을 사용하는 것을 특징으로 한다.

따라서 저온과 고온에서의 봉공처리 공정을 달리하여 각 재질의 특성에 따라 탕액의 온도를 설정하고, 상기 온도에 따라 봉공처리공정 시간이 정해지게 된다.

만일 상기 온도하에서 이루어지지 않을 경우 상기 피처리물의 표면에 얼룩이 생기게 된다.

가장 바람직한 금속염은 착산니켈, 착산코발트이며, 봉공의 메커니즘으로써는 이들 금속염 수용액이 양극산화 피막의 미세공에 들어가 가수분해하여 수산화물이 침전해서 봉공하는 것이다.

본 발명에 따라 봉공처리한 제품의 내식성(耐食性)과 내광성(耐光性)이 기존의 방법에 의한 제품보다 우수하고, 또한 기존 제품은 매우 거칠었으나 본 발명에 따라 봉공처리한 제품은 굉장히 매끈하였으며, 원가절감이 용이하고 작업성이 우수하다.

다음은 기 상술한 본 발명의 전도성 양극산화피막 형성방법과 기존의 방법을 항목별로 비교하여 나타낸 대비표이다.

항목	양극산화	크롬메이트	본 발명	비고
1. 내식성	168hr이상		190Hr이상	한국화학시험연구원
2. 색상	다양함	황색/백색	다양함
3.처리시간(전공정)	60분	20분	20분
4. 전기전도성	불량	양호	극히양호
5. 환경문제	X	Y(6가크롬)	X

다음 표2는 본 발명의 전도성 양극산화피막 형성방법의 공정을 거친 제품과 종래 방법에 물리적 성질을 비교시험한 결과를 나타낸 대비표이다.

(ANA : 종래 아노다이징법, CR : 크로메이트법, ABN : 본 발명)

시험항목	단위	시료구분	결과치	시험방법
염수분무시험 (168hr, 부식 및 변색유무)	-	ANA CR	이상없음 이상있음	KS D 9502-92
		ANB	이상없음
마모시험 (모래낙하시험)	sec	ANA CR	7200 600	KS D 8301-96
		ANB	7800
촉진내후성시험 (250hr,광택유지율)	%	ANA CR	97.2 98.0	KS D 8301-96
		ANB	99.8

청구범위 및 실시 예에서 제외하고, 또는 표현상 나타난 경우를 제외하고, 본 명세서에서 재료의 양 또는 반응 및/또는 사용 조건을 나타내는 모든 수치값은 본 발명의 범위를 기술할 때 '약'이라는 용어로 수정될 수 있다고 이해된다. 그러나, 표시된 수치적 한계 내에서의 실시가 일반적으로 바람직하다. 또한, 상세한 설명을 통해, 달리 표현되지 않는 한, %, '중량부', 및 비 값은 중량 또는 질량비로 표시되며, 본 발명과 관련하여 소정의 목적을 위해 적절하거나 바람직한 재료의 그룹 또는 종(class)의 설명은 그룹 또는 종의 구성 요소의 둘 이상의 혼합물이 동등하게 적절하거나 바람직함을 함축하며, 화학 용어에서 조성의 설명은 상세한 설명에 특정된 소정 조합물의 첨가 시기에 또는 다른 조성이 첨가될 때 조성물 내에 이미 존재하는 하나 이상의 조성 및 하나 이상의 새로 추가된 조성 사이의 화학 반응에 의해 조성물 내에서의 인 시츄(in situ) 발생 시기에 조성을 지칭하며, 이온 형태의 특정 조성은 대체적으로 조성물 및 조성물에 추가된 소정의 물질에 전기적 중성을 형성하기 위해 충분한 반대이온의 존재를 추가적으로 함축하며, 바람직하게 함축적으로 특정된 소정의 반대이온은 가능한 정도로 이온 형태로 함축적으로 특정된 다른 조성으로부터 선택되며, 그렇지 않으면 이러한 반대이온은 본 발명의 목적에 악영향을 주는 반대이온을 방지하는 것을 제외하고 자유롭게 선택될 수도 있다.

도 1은 종래 양극산화피막을 형성하는 방법을 나타낸 공정도.

도 2는 본 고안에 따른 전도성 양극산화피막 형성방법을 나타낸 공정도.

Claims

알루미늄 재질의 피처리물에 산화피막을 형성하는 방법에 있어서,

피처리물의 표면에 부착된 유지분을 제거하는 탈지공정;

피처리물의 표면을 용해하면서 거칠게 하는 에칭공정 ;

황산 40~50 중량%, 질산 1.5~3 중량%, 과산화수소 1.5~20 중량%, 및 물 27~57 중량%를 포함하는 수용액에 피처리물을 50~60초 동안 침지시켜 상기 에칭공정에서 발생하는 금속 이물질을 제거하는 중화처리공정;

물 19~21 중량%, 황산 20~32.5 중량%, 불화용 니켈 22.5~30.5 중량%, 크롬 2.35~4.35 중량%, 유산 10.5~16.5 중량%, 및 질산 5.5~15.5 중량%를 포함하는 20~25℃ 전해액에 피처리물을 침지하고, 피처리물에 양극을 연결하여 직류전압 11.5~13.5(V)를 2~5분간 부가하여 피처리물의 표면에 양극산화피막을 형성하는 피막형성공정; 및

pH 4~6의 봉공처리액에 양극산화피막이 형성된 피처리물을 침지시켜 양극산화피막의 표면에 기공막을 형성하는 봉공처리공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 양극산화피막 형성방법.
제1항에 있어서,

상기 봉공처리액은 착산니켈 36~48 중량%, 착산코발트 22~32 중량% 및 붕산 30~40 중량%를 포함하고, 온도는 60~70℃이며,

상기 봉공처리공정은 3~5분간 진행되는 것을 특징으로 하는 전도성 양극산화피막 형성방법.
제2항에 있어서,

상기 봉공처리액의 온도는 80~90℃이고,

상기 봉공처리공정은 8~10분간 진행되는 것을 특징으로 하는 전도성 양극산화피막 형성방법.