KR20090088199A - 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 친환경적인 전해액을 사용하면서도 양극산화처리와 색깔 구현을 동시에 수행할 수 있도록 구성된 마그네슘계 금속의 표면처리 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면 처리 방법에 있어서, 상기 마그네슘계 금속을 염료, 수산화나트륨 및 옥살산나트륨을 포함하는 pH 10 이상의 강염기성 전해액 내에 침지시킨 다음, 상기 마그네슘계 금속에 100V 이하의 전압을 인가하여 상기 마그네슘계 금속의 표면을 착색하면서 양극산화처리하는 것을 특징으로 한다.

양극산화, 마그네슘, 염료, 아노다이징

Description

마그네슘계 금속의 아노다이징 표면처리 방법{METHOD FOR ANODIZING SURFACE TREATING MAGNESIUM METAL}

본 발명은 마그네슘계 금속의 표면 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 환경적이면서도 양극산화처리와 색깔 구현을 동시에 수행할 수 있도록 구성된 마그네슘계 금속의 표면처리 방법에 관한 것이다.

현재, 마그네슘은 알루미늄과 비교하여 질량이 더 가벼우면서도 가격이 거의 비슷하여, 경량화에 큰 비중을 두고 있는 자동차, 비행기, 랩탑 컴퓨터 또는 휴대폰 등에서 알루미늄보다 유리한 위치를 차지하고 있으며, 장래에 가장 유망한 엔지니어링 소재가 될 것으로 예상되고 있다. 예를 들어, 자동차 분야에서는 연비향상을 목적으로 하는 차량 경량화를 위해 철강이나 알루미늄 합금을 사용하고 있던 부재에 마그네슘 합금을 적용하기 시작하고 있다.

또한, 환경적인 측면에서도 리사이클성이 우수한 마그네슘 합금을 구조용 금속 재료로서 적극적으로 사용하는 경향이 있다. 예를 들어, 가전분야에서는 노트북 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 휴대전화의 케이스를 중심으로 종래의 플라스틱으로부터 리사이클성이 우수한 마그네슘 합금으로 이행하는 경향이 있다.

이들 마그네슘 합금의 대부분은 다이 캐스팅법, 틱소 몰딩법이라 불리는 주조법으로 형성되고 있다. 이들 주조법은 용융 혹은 반용융 상태의 마그네슘 합금을 고속, 고압으로 금형에 주입하여 성형하는 것으로서 치수 정밀도와 생산성이 우수하다는 것이 특징이다. 그리고, 제품에 따라서는 마그네슘 합금판을 사용한 프레스 성형법 혹은 단조법으로 성형하는 것도 있다.

이러한 마그네슘 합금은 대기 속에서 용이하게 산화된다는 성질을 갖는다. 그로 인해, 부품으로 사용되는 경우에 있어서는, 실용적으로는 마그네슘 합금의 표면에 대해 임의의 처리를 실시하여 내식성을 부여할 필요가 있다.

그와 같은 내식성 부여 수단의 하나로서 화성 처리가 알려져 있는데, 화성 처리에서는 소정의 약액에 마그네슘 합금을 침지함으로써 재료 표면에 피막이 형성된다. 그러나, 화성 처리는 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면에서 자발적으로 생기는 화학 반응을 이용하는 것이고, 막 두께 제어에 있어서 자유도가 뒤떨어진다. 또한, 피막이 얇게 형성되는 경향이 있다. 그로 인해, 이와 같은 화성 처리로서만 피막을 형성할 경우 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면의 내식성을 충분히 확보할 정도까지 향상시키는 것은 곤란하다.

한편, 화성 처리보다도 두꺼운 피막을 형성할 수 있는 표면 처리 기술로서, 양극산화처리가 알려져 있다.

현재 양극산화처리 방법으로 널리 알려진 것으로서 HAE법, DOW17법, 갈바닉법 등이 있는데, 이들 방법은 중금속인 망간, 크롬 등을 함유하는 전해액을 사용하므로 중금속 폐수 발생 및 제품의 유해성을 야기하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 양극산화처리 방법은, 강염기성 전해액에서 100V 이상의 고전압으로 20㎛이하의 산화피막층을 형성하거나, 약염기성 전해액에서 -200~00V의 전압을 펄스방식으로 교류를 인가하여 산화피막층을 형성하고 있다.

대부분의 마그네슘 합금의 산화피막층은 균일한 색깔 구현이 불가능하여서, 마그네슘 합금을 양극산화공정에서 양극산화처리한 다음, 별도의 도장공정에서 도장처리하기 위해서는 수세공정, 실링공정, 온수세공정 및 건조공정을 더 거쳐야만 한다.

즉, 종래에는 도 1에 예시된 바와 같이, 탈지공정(S11), 수세공정(S12), 양극산화공정(S13), 수세공정(S14), 실링공정(S15), 온수세공정(S16), 건조공정(S17) 및 도장공정(S18)을 거쳐야만 하므로, 마그네슘 합금을 양극산화처리 및 도장처리하기 위한 공정이 더 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 친환경적인 전해액을 사용하면서도 양극산화처리와 색깔 구현을 동시에 수행할 수 있도록 구성된 마그네슘계 금속의 표면처리 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면 처리 방법에 있어서, 상기 마그네슘계 금속을 염료, 수산화나트륨 및 옥살산나트륨을 포함하는 pH 10 이상의 강염기성 전해액 내에 침지시킨 다음, 상기 마그네슘계 금속에 100V 이하의 전압을 인가하여 상기 마그네슘계 금속의 표면을 착색하면서 양극산화처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전해액 1리터당 수산화나트륨 10~200g, 옥살산나트륨 10~100g이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전해액 1리터당 규산나트륨 5~200g, 트리소듐 시트레이트 50~100g, 플루오르화 칼륨 5~10g이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전해액 1리터당 상기 염료 0.1~50g이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 염료는, Prosion, suncion, Rifacion, Apollocion, Cibacron, chemlon, Solacion, Drimarence, Levafix 중 어느 하나가 선택되는 것을 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전해액의 온도는 10℃ 내지 80℃의 온도로 조절되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 마그네슘계 금속의 표면 처리 방법에 의하면, 친환경적이면서 경제적인 전해액을 사용하여 환경오염 방지와 비용 절감의 효과를 가져올 수 있다.

또한, 양극산화 처리공정에서 착색처리 또는 금속광택처리까지 가능하게 함으로써, 기존의 추가 공정 소요에 따른 비용, 노력을 절감시키는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마그네슘계 금속의 표면처리 방법을 나타낸 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 마그네슘계 금속의 표면처리 방법은, 마그네슘 또는 마그네슘 합금(이하, 마그네슘계 금속) 표면의 이물질을 제거하는 탈지공정(S21)과, 상기 이물질이 제거된 마그네슘계 금속을 물로 세정하는 1차 수세공정(S22)과, 상기 세정된 마그네슘계 금속의 표면에 착색된 산화피막층을 형성하는 양극산화공정(S23) 및 양극산화처리된 마그네슘계 금속을 물로 세정하는 2차수세공정(S24)으로 이루어진다.

특히, 본 발명에 따른 양극산화공정(23)은 기존의 양극산화처리를 통해 산화피막층을 형성하는 공정에 색깔을 구현하는 착색공정이 합쳐진 것에 특징이 있는데, 아래에서 상술한다.

상기 양극산화공정(23)은 pH 10이상의 강염기성 전해액에서 실시하는데, 피막의 특성에 영향을 미치는 처리 조건으로서는 전해액의 조성, 전류밀도, 온도, 작업시간 등이 있으며, 이 중에서도 가장 중요한 것은 전해액의 조성이다. 상기 양극산화공정(23)에서 사용되는 전해액은 pH 10이상의 강염기성으로 되게 하기 위해서 전체 수용액 1리터당 수산화나트륨 10~200g, 옥살산나트륨 10~100g이 반드시 포함된다. 상기 수산화칼륨과 옥살산나트륨은 중금속이 아니므로 친환경적이다.

또한, 본 발명에 따른 양극산화처리용 전해액은 필요에 따라 규산나트륨 5~200g, 트리소듐 시트레이트 50~100g, 플루오르화 칼륨 5~10g을 더 포함할 수 있으며, 이에 의해 양극산화처리를 실시하면, 흰색계통의 산화피막층이 형성된다.

이렇게 조성한 pH 10이상의 강염기성 전해액에 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 침지시키면 100V 이하의 낮은 전압에서도 산화피막층이 원활하게 형성된다.

한편, 염료는 100V 이하의 전압에서는 견딜 수 있는데, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 인가 전압이 100V 이하인 경우에도 산화피막층이 원활하게 형성되면서도, 전해액에 염료를 첨가하여 색깔을 구현할 수 있어, 착색 및 양극산화처리 공정을 모두 구현할 수 있다.

상기 양극산화공정(23)에서 첨가되는 염료는 원하는 색상과 광택에 따라 달리 적용되어 지는데, 전체 수용액 1리터 당 0.1~50g이 포함되는 것이 바람직하다. 가령, 본 발명에서는 Prosion, suncion, Rifacion, Apollocion, Cibacron, chemlon, Solacion, Drimarence, Levafix 등의 염료를 첨가하여 전해액을 조성하고, 이에 의해 양극산화를 실시하면, 빨강색, 주황색, 노란색, 초록색, 파랑색, 남색, 보라색 등 여러 가지 색깔의 산화 피막층이 형성된다.

또한, 금속광택을 필요로 하는 부분에는 상기한 염료 외에 자체적으로 몇 가지 성분을 혼합하여 제조한 전해액을 투입함으로써 금속광택 효과까지 얻을 수도 있다.

또한, 이렇게 양극산화 처리공정에서 색깔구현까지 동시에 하게 되면, 별도의 도장처리를 행하는 경우에 발생하는 작업 환경의 문제점도 피할 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전해조(1) 내에 수용된 전해액(2)에 마그네슘 또는 마그네슘 합금 부재(3) 및 음극 기판(4)를 침지시킨 상태에서, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 부재(3)에 정류 전원(5)의 양극을 연결하고, 음극 기판(4)에 정류 전원(5)의 음극을 연결하여 전압을 인가함으로써, 산화피막층을 형성하게 된다.

이때 사용한 전류밀도는 1A/dm²이하로 조정하였으며, 전압은 100V 이하로 제한하였다. 이에 의해 도 4에 도시된 바와 같이,마그네슘 또는 마그네슘 합급 부재(3)의 표면에 균일하면서도 치밀한 막을 형성하였는데, 10분 이내에 3~40㎛의 피막이 형성되었다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 양극산화공정에서 전해액의 온도는 10℃ 내지 80℃의 온도로 조절할 필요가 있다. 전해액의 온도가 10℃ 보다 낮으면 색깔 구현에 어려움이 있었고, 전해액의 온도가 80℃ 보다 높으면 형성된 산화 피막층의 표면 거칠기가 과대해지는 경향이 있다.

또한, 본 발명에 따른 전해액은 수산화나트륨을 포함하므로, 가벼운 유기 오염물의 경우 양극산화공정에서 전해액을 통해 제거될 수 있어, 탈지공정을 대체할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 마그네슘계 금속의 표면을 탈지하는 탈지공정을 필요에 따라 실시하는데, 이는 양극산화시 표면 불균일이 심각하여 도저히 극복할 수 없을 때에만 실시한다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

도 1은 종래의 마그네슘계 금속의 표면 처리 방법을 나타낸 순서도,

도 2는 본 발명에 따른 마그네슘계 금속의 표면 처리 방법을 나타낸 순서도,

도 3은 본 발명에 따른 마그네슘계 금속의 표면 처리 장치의 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 양극산화처리된 마그네슘계 금속 표면의 미세 조직을 나타낸 사진이다.

Claims (7)

1. 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면 처리 방법에 있어서,

   상기 마그네슘계 금속을 염료, 수산화나트륨 및 옥살산나트륨을 포함하는 pH 10 이상의 강염기성 전해액 내에 침지시킨 다음, 상기 마그네슘계 금속에 100V 이하의 전압을 인가하여 상기 마그네슘계 금속의 표면을 착색하면서 양극산화처리하는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전해액 1리터당 수산화나트륨 10~200g, 옥살산나트륨 10~100g이 포함되는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면 처리 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 전해액 1리터당 규산나트륨 5~200g, 트리소듐 시트레이트 50~100g, 플루오르화 칼륨 5~10g이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면 처리 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 전해액 1리터당 상기 염료 0.1~50g이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면처리 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 염료는, Prosion, suncion, Rifacion, Apollocion, Cibacron, chemlon, Solacion, Drimarence, Levafix 중 어느 하나가 선택되는 것을 선택되는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면 처리 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 전해액의 온도는 10℃ 내지 80℃의 온도로 조절되는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면 처리 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘계 금속의 표면의 이물질 및 산화물을 제거하는 탈지공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 금속의 아노다이징 표면 처리 방법.

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