KR20110064184A - 튜브형 고전계 양극산화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 튜브 형태의 금속의 내표면에 나노구조체를 형성하기 위한 고전계 양극산화장치에 관한 것으로서, 금속을 산화시켜 표면에 나노구조체를 형성하는 양극산화장치에 있어서, 튜브 형태의 금속 양극과; 상기 양극의 양측에 결합되며, 상기 양극의 양단부가 삽입되도록 형성되어 상기 양극을 고정시키는 고정공과, 상기 고정공에 인접하여 형성되어 상기 양극을 전기적으로 접촉시키는 양극접촉구로 이루어진 양극고정부와; 상기 양극고정부 사이에 위치하며 상기 양극을 내부에 수용하여 양극의 외부로 냉각매체가 순환공급되도록 하는 냉각부와; 상기 양극고정부 측면에 결합되며, 전해액이 상기 금속 양극의 일측에서 내부로 공급되고 타측으로 배출되도록 형성된 전해액 공급부와; 상기 전해액 공급부를 지나 상기 금속 양극 내부를 길이 방향으로 관통되어 전해액에 침지형성된 상대전극으로써의 음극과; 상기 전해액 공급부 측면에 결합되어 상기 음극을 고정시키는 음극고정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 고전계 양극산화장치를 기술적 요지로 한다. 이에 따라 전해액이 금속 양극 내부로 공급되도록 하고 냉각매체가 금속 양극 외부로 공급되도록 함과 함께 음극이 금속 양극 내부에서 길이 방향으로 형성되도록 함으로써, 금속 양극 내표면에의 나노구조체를 고속으로 형성함과 아울러 이에 따른 열을 고속으로 제거함으로써 산화막 형성이 균일하고도 신속하게 이루어지도록 하여 다송성 금속산화물 튜브의 제공이 가능한 이점이 있다.
금속 튜브 고전계 양극산화 나노구조체 전해액

Description

튜브형 고전계 양극산화장치{apparatus for tubular type high-field fabrication of anodic nanostructures}
본 발명은 튜브 형태의 금속의 내표면에 나노구조체를 형성하기 위한 고전계 양극산화장치에 관한 것으로서, 튜브 형태의 금속 양극을 수용할 수 있는 냉각부를 형성하고 전해액이 금속 양극 내부로 공급되도록 하며 음극이 금속 양극 내부에서 길이 방향으로 형성되도록 하여 금속 양극 내표면에의 나노구조체 형성이 균일하고도 신속하게 이루어지도록 하는 튜브형 고전계 양극산화장치에 관한 것이다.
양극산화법은 금속의 표면처리 기술의 하나로 금속 표면에 산화막을 형성하여 부식을 예방하거나 금속 표면을 채색하기 위해 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 나노점, 나노선, 나노튜브, 나노막대 등과 같은 나노구조체를 직접 형성시키거나, 나노구조체 형성을 위한 형틀을 제조하는 방법으로 크게 활용되고 있다.
이러한, 양극산화에 의해 나노구조체를 형성할 수 있는 금속으로는 Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, W 등이 알려져 있으며, 이 중 알루미늄 양극산화 막은 제조가 용이하고 불소 이온을 사용하는 다른 금속과는 달리 전해액 취급이 비교적 안전하며, 나노기공과 두께 제어가 쉬워 나노기술 연구에 많이 활용되어 왔다.
알루미늄은 황산, 옥살산 또는 인산과 같은 전해액을 포함하는 수용액에서 전기화학적으로 양극화시키면 표면에 두꺼운 양극산화막이 형성되는데, 이 막은 규칙적인 간격을 갖는 기공이 외부표면에서부터 내부 금속 방향으로 성장한 다공층(porous layer)과 알루미늄/알루미늄 산화물의 경계에서 알루미늄의 산화와 산화막의 유동(J. E. Houser, et al., Nat Mater. 8, 415-420 (2009))으로 연속적인 기공이 형성되는 경계층(barrier layer)으로 구성된다.
이러한 다공층과 경계층의 구조, 즉 기공간 간격(Dint), 기공크기 및 경계층 두께 등은 전해액의 종류나 온도에 대해서는 대체로 무관하며 인가된 전압에 따라 지배적으로 결정됨이 알려져 있다.
알루미늄의 양극산화에는 비교적 낮은 전압에서 시간당 수 ㎛ 정도의 낮은 막 성장속도를 갖는 연질 양극산화(mild anodization)와, 비교적 높은 전압에서 시간당 수십 ㎛의 막 성장속도를 갖는 경질 양극산화(hard anodization)가 알려져 있는데, 본 발명에서 정의하는 고전계 양극산화(high-feild anodization)는 전통적인 알루미늄 표면처리 산업에서의 경질 양극산화와는 달리, 높은 전압에서 고속으로 기공의 성장과 배열이 일어나는 양극산화의 특정 조건으로 정의할 수 있다. 나노구조체의 형성과 관련하여 중요한 특징의 하나인 자기정렬(self-ordering)이 일어나는 대표적인 연질 양극산화와 고전계 양극산화는 표 1과 같이 알려져 있다.
[표 1] 자기정렬이 일어나는 연질 양극산화 및 고전계 양극산화 조건
구분 연질 양극산화 고전계 양극산화
전압 기공간격 전압 기공간격
전해액 황산 19~25V1) 50~65 nm 40~80 V4),5) 90~140 nm
옥살산 40V2) 100~110 nm 110~150 V6),7) 220~300 nm
인산 160~195V3) 405~500 nm -
막성장속도 2~6 ㎛/h 30~70 ㎛/h
전류밀도 2~5 mA/cm2 (일정) 30~250 mA/cm2 (시간에 따라 감소)
1) H. Masuda, et al., J. Electrochem. Soc. 144, L127-L130 (1997).
2) H. Masuda, et al., Science 268, 1466-1468 (1995).
3) H. Masuda, et al.,. Jpn. J. Appl. Phys. 37, L1340-L1342 (1998).
4) S. Chu, et al., Adv. Mater. 17, 2115-2119 (2005).
5) K Schwirn, et al., ACS nano 2, 302-310 (2008).
6) W. Lee, et al., Nat. Mater. 5, 741-747 (2006).
7) W. Lee, et al., European patent application EP 1884578A1, filed Jul. 31, 2006.
알루미늄 나노구조체에서 가장 중요한 인자인 기공간 간격(interpore distance, Dint)은 연질 양극산화에서는 약 2.5nm/V, 고전계 양극산화에서는 약 2.0nm/V로 알려져 있다. 나노구조체의 생산속도와 관련된 산화막 성장속도에 있어서 연질 양극산화의 경우 전류밀도가 일정하게 낮은 값(수 mA/cm2)을 나타내므로 금속/산화막 계면에서의 급격한 온도상승이 없어 일반적인 이중자켓 셀과 같은 간단한 냉각수단만으로도 막의 절연 파괴를 방지할 수 있으나, 고전계 양극산화의 경우 초기 전류밀도가 매우 크고(수십~수백 mA/cm2) 전극의 온도가 급격히 상승하므로 냉 각을 위해 큰 전해조를 이용하거나(S. Chu, et al., Adv. Mater. 17, 2115-2119 (2005)) 알루미늄 하부에 냉각판을 취부하는 추가적인 수단(W. Lee, et al., Nat. Mater. 5, 741-747 (2006))을 사용하여야 한다. 또한 고전계 양극산화를 위해 높은 전압(~700V)을 인가할 경우 절연파괴를 방지하기 위해서는 일반적으로 사용되는 0.1~0.5 몰보다 훨씬 낮은 농도의 전해액을 사용하는 방법도 알려져 있다(C. A. Grims, et al., US Patent Application 20030047505A1, filed Sep. 13, 2002).
특히, 기체 분리막, 반응막, 수처리 멤브레인 등에 사용될 수 있는 튜브 형태의 나노다공성 멤브레인은 튜브의 외부에서 양극산화한 경우에는 인장응력에 의해 파괴가 쉽게 일어나지만, 튜브의 내부에서 양극산화한 경우에는 압축응력에 의해 파괴가 억제되는 것이 알려져 있다 (N. Itoh, Micropor. Mesopor. Mat. 20, 333-337 (1998)).
따라서 튜브의 내부를 양극산화하기 위해 전해액을 내부로 흘려주거나, 금속 튜브의 외표면에 산화를 방지하기 위한 폴리머 등을 코팅한 후 튜브를 전해액 속에 침지하여 내표면에만 양극산화막이 형성되도록 한다. 그러나, 이러한 방법은 전류밀도가 낮고 발열이 적은 연질 양극산화에서는 적용 가능하나, 고전계 양극산화에서는 높은 전류밀도로 인한 열의 제거가 용이하지 않아 막의 절연파괴를 방지하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 튜브 형태의 금속 양극의 내표면을 산화시키기 위한 것으로, 튜브 형태의 금속 양극 외부로 전해액이 공급되고, 금속 양극 내부로는 전해액이 공급되도록 하여, 금속 양극 내표면에의 나노구조체를 고속으로 형성함과 아울러 이에 따른 열을 고속으로 제거함으로써 산화막 형성이 균일하고도 신속하게 이루어지도록 하는 튜브형 고전계 양극산화장치의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 금속을 산화시켜 표면에 나노구조체를 형성하는 양극산화장치에 있어서, 튜브 형태의 금속 양극과; 상기 양극의 양측에 결합되며, 상기 양극의 양단부가 삽입되도록 형성되어 상기 양극을 고정시키는 고정공과, 상기 고정공에 인접하여 형성되어 상기 양극을 전기적으로 접촉시키는 양극접촉구로 이루어진 양극고정부와; 상기 양극고정부 사이에 위치하며 상기 양극을 내부에 수용하여 양극의 외부로 냉각매체가 순환공급되도록 하는 냉각부와; 상기 양극고정부 측면에 결합되며, 전해액이 상기 금속 양극의 일측에서 내부로 공급되고 타측으로 배출되도록 형성된 전해액 공급부와; 상기 전해액 공급부를 지나 상기 금속 양극 내부를 길이 방향으로 관통되어 전해액에 침지형성된 상대전극으로써의 음극과; 상기 전해액 공급부 측면에 결합되어 상기 음극을 고정시키는 음극고정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 고전계 양극산화장치를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 양극산화될 금속 양극 재료로는, Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, W 및 이들의 합금 중의 어느 하나로 필요에 따라 열처리, 전해연마 또는 화학연마의 전처리가 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각부는, 냉각매체가 직접 상기 양극에 접촉하여 온도를 제어하는 단일 원통 형태로 형성되거나, 또한, 중심부에 상기 양극이 삽입되는 접촉냉각대가 형성되어 냉각매체가 간접 전도방식으로 상기 양극의 온도를 제어하는 이중 원통 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 튜브형 고전계 양극산화장치는, 상기 냉각부의 내부에 상기 금속 양극의 측면에 인접하여 형성되어 금속 양극의 온도 제어를 위한 온도센서 및 냉각수단으로 이루어진 온도제어수단이 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기 튜브형 고전계 양극산화장치는, 상기 금속 양극과 음극 사이에 발생하는 전류를 측정하여, 미리 설정한 전류치보다 높은 전류에서는 현재 상태의 전해액을 공급하다가 낮은 전류가 측정되면 설정한 전류치에 도달할 때까지 농도를 증가시켜 공급하는 전해액공급수단이 더 구비된 것이 바람직하다.
이러한 수단을 구비한 본 발명에 의한 튜브형 고전계 양극산화장치는, 전해액이 튜브 형태의 금속 양극 내부로 공급되도록 하고 음극이 전해액 속에 침지되어 금속 양극 내부에서 길이 방향으로 형성되도록 하여 금속 양극 내표면에의 나노구조체 형성이 가능하며, 특히 길이가 긴 튜브 형태의 금속 양극에서도 전체적으로 균일하고도 신속한 나노구조체 형성이 가능하여, 절연물의 사용없이 간단한 방법으 로 다공성 금속산화물 튜브의 제공이 가능한 효과가 있다.
또한, 튜브 형태의 금속 양극을 내부에 수용할 수 있는 냉각부를 형성하여 금속 양극 주변으로 냉각매체가 흐르도록 하여, 금속 양극과 전해액의 온도 상승을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 온도 상승에 따른 절연파괴를 억제하여 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명은 고전계 양극산화법을 이용하여 나노기공구조가 규칙적으로 정렬되어 있는 금속산화물 나노구조체를 제조하기 위한 고전계 양극산화장치에 관한 것으로, 특히 산화시키고자 하는 금속 양극이 튜브 형태로 금속 양극의 내표면을 고속으로 산화시키기 위한 튜브형 고전계 양극산화장치에 관한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 튜브형 고전계 양극산화장치의 주요부에 대한 모식도이다. 도시된 바와 같이 본 발명은 금속을 산화시켜 표면에 나노구조체를 형성하기 위한 양극산화장치에 있어서, 금속 양극(100), 양극고정부(200), 냉각부(300), 전해액 공급부(400), 음극(500) 그리고 음극고정부(600)로 크게 구성된다.
이러한 구성에 의해 본 발명은 고전계 양극산화에 의해 발생할 수 있는 금속의 급속한 용해나 산화막의 절연파괴에 의한 나노구조체의 파손을 예방할 수 있을 뿐만 아니라 튜브 형태의 금속 양극(100)의 내표면에 신속하고 균일하게 나노구조체를 형성할 수 있으며, 또한 나노구조체의 성장속도를 제어할 수 있도록 함으로써 생산성을 크게 향상시키는 이점이 있다.
그리고, 상기 금속 양극(100)은 튜브 형태로 형성되며, 금속 양극(100) 재료로는 Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, W 및 이들의 합금으로, 필요에 따라 열처리, 전해연마 또는 화학연마 등의 전처리를 통해 균일한 조직과 평탄한 표면을 만들어서 사용한다. 상기 금속 양극(100)에 강도 향상을 위한 내표면의 양극산화를 위해, 전해액 및 음극(500)이 튜브 형태의 금속 양극(100) 내부에서 작용하도록 한다.
상기 양극고정부(200)는 절연재로 형성되며, 상기 금속 양극(100)의 양측에 결합되며, 상기 양극(100)의 양단부가 삽입되도록 형성되어 상기 금속 양극(100)을 고정시키는 고정공(210)과, 상기 고정공(210)에 인접하여 형성되어 상기 양극(100)을 전기적으로 접촉시키는 양극접촉구(220)로 이루어진다.
상기 양극고정부의 고정공(210)은 상기 금속 양극(100)의 양단부가 삽입되어 고정되는 것으로, 상기 금속 양극(100)의 형태 및 크기에 대응되어 튜브 형태로 형성되고, 상기 양극접촉구(220)는 금속 양극(100)이 상기 고정공에 삽입될 때 금속 양극(100)과 접촉되어 금속 양극(100)을 양극리드선과 전기적으로 연결되도록 하는 것으로, 도전성 금속 등으로 형성된다.
그리고, 상기 냉각부(300)는 상기 양극고정부(200) 사이에 위치하여 고정탭에 의해 양극고정부(200)와 결합되며, 상기 금속 양극(100)을 내부에 수용하여 금속 양극(100)의 외부로 냉각수 등의 냉각매체가 순환공급되도록 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구가 형성된다. 이는 상기 금속 양극(100)에서의 금속산화막 형성반응과 음극(500)에서의 환원반응에 의해 전극과 전해액의 온도 상승을 방지하기 위한 것으로, 특히 양극의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하면 기공의 정렬도가 나빠지 므로 알루미늄의 고전계 양극산화에서는 온도를 일정한 온도, 이를테면 1℃로 유지해야 한다.
상기 냉각부(300)는 단일 원통 형태로 형성되어, 상기 금속 양극(100)을 냉각부(300)에 수용시킨 후 금속 양극(100)을 양극고정부(200)의 고정공(210)에 끼우면서, 상기 냉각부(300)를 양극고정부(200)와 결합시켜, 냉각부(300)의 양측면이 양극고정부(200)에 의해 밀폐되도록 하는 것이다. 이러한 형태는 금속 양극에 직접적으로 냉각매체가 작용하도록 하여 냉각효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
또한, 상기 냉각부(300)는 중심부에 상기 양극(100)과 접촉되도록 접촉냉각대(310)가 형성되고 이중 원통 형태로 형성되어, 상기 금속 양극(100)을 냉각부(300)의 접촉냉각대(310)에 삽입한 후, 상기 양극고정부(200)의 고정공(210)에 금속 양극(100)의 양단부를 결합하는 것으로, 양극고정부(200)와 독립적으로 형성된 것이다. 이러한 형태는 접촉냉각대(310)의 재질이 열전도도가 높은 재질로 형성되며, 접촉냉각대(310)에 삽입되어진 금속 양극(100)은 냉각부(300) 내부의 냉각매체에 의해 냉각부(300)로 열이 전달되어 냉각되는 것으로, 균일한 열전달로 인한 균일한 양극 냉각을 도모하고, 금속 양극의 교체시 상기 냉각수 유입구 및 배출구만 닫고 교체가 가능하여 작업이 편리한 이점이 있다.
또한, 상기 금속 양극(100)의 온도 제어를 위해 상기 냉각부(300)의 내부에는 상기 금속 양극(100)의 측면에 인접하여 형성된 온도센서, 냉각수단, 필요시 일정 온도의 유지를 위한 가열 수단으로 이루어진 온도제어수단(700)이 더 구비된다. 이는 금속 양극(100) 또는 전해액의 온도가 기준치 이상으로 상승하는 것을 방지하 기 위한 것이다.
그리고, 상기 전해액 공급부(400)는 상기 양극고정부(200) 측면에 결합되며, 전해액공급수단(800)으로부터 전해액이 튜브 형태의 양극 금속 내부로 흐를 수 있도록 일측에서 공급되고 타측으로 배출되도록 전해액 유입구 및 전해액 배출구가 형성된다.
상기 전해액은 양극 재료에 따라 가변적이며, 알루미늄의 경우 황산, 옥살산, 인산, 크롬산 수용액 및 이들의 혼합 수용액을 사용하며 온도를 영하로 낮추어야할 경우 에틸렌글리콜 등의 용액과 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, Ti 또는 Zr 금속의 경우 불소이온을 전해액로 사용하는 비수계 유기용액 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 전해액공급수단(800)은 상기 금속 양극(100)과 음극(500) 사이에 발생하는 전류를 측정하여, 내부에 농도조절수단이 구비되어 미리 설정한 전류치보다 낮은 전류가 측정되면 농도를 증가시키고, 높은 전류가 측정되면 농도를 감소시키도록 형성된다. 즉, 미치 설정한 전류치보다 높은 전류에서는 현재 상태의 전해액을 공급하다가 낮은 전류가 측정되면 설정한 전류치에 도달할 때까지 농도를 증가시켜 공급하여, 양극산화 반응 속도를 어느 정도 조절할 수 있도록 하는 것이다. 이는 전류치를 일정 수준으로 유지함으로써 고전계에 의한 금속의 급격한 용해나 산화막의 절연파괴를 방지할 수 있으며, 이를 위해서 초기에 낮은 농도의 전해액에서 전압을 인가하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 음극(500)은 상대전극으로써 상기 전해액 공급부(400)를 지나 상기 금속 양극(100) 내부를 길이 방향으로 관통하여 전해액에 침지되게 형성되어, 길이가 긴 튜브 형태의 금속 양극(100)의 내표면의 균일한 산화가 이루어지도 한다. 또한, 음극(500)재료로는 탄소계 물질이나 금속과 같은 도전성 재질, 예를 들어 백금, 흑연 및 스테인레스강과 같은 재료를 사용한다. 상기 음극(500)은 음극고정부(600)에 의해 고정되며, 이는 상기 전해액 공급부(400) 측면에 결합형성된다.
또한, 상기 냉각부(300)와 양극고정부(200), 전해액 공급부(400) 및 음극고정부(600)는 착탈식으로 밀폐결합이 가능하여 튜브 형태의 금속 양극(100)의 양극산화가 완료되면, 다른 금속 양극(100)으로의 교체가 용이하도록 한다.
또한, 튜브 내부에 전해액이 존재하는 금속 양극(100)과 상대전극으로써의 음극(500) 사이에 직류, 교류, 펄스 또는 바이어스 전압을 인가하여 금속 양극(100)의 내표면에 산화막을 형성시키며, 제조하려는 나노구조체의 기공간 간격에 맞추어 전압을 인가할 수 있어야 하는데, 직류 전압 기준으로 250V 이하, 펄스 전압 기준으로 700V 이하의 전압용량과 해당 금속의 단위 면적(cm2) 당 500mA 이상의 전류용량을 갖도록 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 튜브형 고전계 양극산화장치는 튜브 형태의 금속 양극(100)을 내부에 수용할 수 있는 냉각부(300)를 형성하여 금속 양극(100) 주변으로 냉각매체가 흐르도록 하여 양극산화 반응동안 발생하는 금속 양극(100)과 전해액의 온도 상승을 방지하고, 전해액이 금속 양극(100) 내부로 공급되도록 하고, 음극(500)이 전해액에 침지되어 금속 양극(100) 내부에서 길이 방향으로 형성되도 록 하여 금속 양극(100)의 내표면에 균일하고 신속한 나노구조체의 형성이 가능하게 된다. 특히 길이가 긴 금속 양극(100)의 경우에도 내표면에 신속하고 균일한 나노구조체의 형성이 가능하여, 길이에 상관없이 생산성이 향상된 다공성 금속산화물 튜브를 제공할 수 있게 된다.
도 1 - 본 발명에 따른 튜브형 고전계 양극산화장치의 주요부에 대한 모식도.
<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>
100 : 양극 200 : 양극고정부
210 : 고정공 220 : 양극접촉구
300 : 냉각부 310 : 접촉냉각대
400 : 전해액 공급부 500 : 음극
600 : 음극고정부 700 : 온도제어수단
800 : 전해액공급수단

Claims (6)

  1. 금속을 산화시켜 표면에 나노구조체를 형성하는 양극산화장치에 있어서,
    튜브 형태의 금속 양극(100)과;
    상기 양극(100)의 양측에 결합되며, 상기 양극(100)의 양단부가 삽입되도록 형성되어 상기 양극(100)을 고정시키는 고정공(210)과, 상기 고정공(210)에 인접하여 형성되어 상기 양극(100)을 전기적으로 접촉시키는 양극접촉구(220)로 이루어진 양극고정부(200)와;
    상기 양극고정부(200) 사이에 위치하며 상기 양극(100)을 내부에 수용하여 양극(100)의 외부로 냉각매체가 순환공급되도록 하는 냉각부(300)와;
    상기 양극고정부(200) 측면에 결합되며, 전해액이 상기 금속 양극(100)의 일측에서 내부로 공급되고 타측으로 배출되도록 형성된 전해액 공급부(400)와;
    상기 전해액 공급부(400)를 지나 상기 금속 양극(100) 내부를 길이 방향으로 관통되어 전해액에 침지형성된 상대전극으로써의 음극(500)과;
    상기 전해액 공급부(400) 측면에 결합되어 상기 음극(500)을 고정시키는 음 극고정부(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 고전계 양극산화장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 양극산화될 금속 양극(100) 재료로는, Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, W 및 이들의 합금 중의 어느 하나로 필요에 따라 열처리, 전해연마 또 는 화학연마의 전처리가 이루어진 것을 특징으로 하는 튜브형 고전계 양극산화장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 냉각부(300)는,
    냉각매체가 직접 상기 양극(100)에 접촉하여 온도를 제어하는 단일 원통 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 튜브형 고전계 양극산화장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 냉각부(300)는,
    중심부에 상기 양극(100)이 삽입되는 접촉냉각대(310)가 형성되어 냉각매체가 간접 전도냉각 방식으로 상기 양극(100)의 온도를 제어하는 이중 원통 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 튜브형 고전계 양극산화장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 튜브형 고전계 양극산화장치는, 상기 냉각부(300) 내부에 상기 금속 양극(100)의 측면에 인접하여 형성되어 금속 양극(100)의 온도 제어를 위한 온도센서 및 냉각수단으로 이루어진 온도제어수단(700)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 튜브형 고전계 양극산화장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 튜브형 고전계 양극산화장치는, 상기 금속 양극(100)과 음극(500) 사이에 발생하는 전류를 측정하여, 미리 설정한 전류치보다 높은 전류에서는 현재 상태의 전해액을 공급하다가 낮은 전류가 측정되면 설정한 전류치에 도달할 때까지 농도를 증가시켜 공급하는 전해액공급수단(800)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 튜브형 고전계 양극산화장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013151381A1 (ko) * 2012-04-05 2013-10-10 포항공과대학교 산학협력단 튜브의 내부 표면 양극산화 장치 및 방법
KR20140004612A (ko) * 2013-12-13 2014-01-13 강원대학교산학협력단 회전형 양극산화 장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200475903Y1 (ko) * 2013-01-02 2015-01-15 주식회사 욱영전해씨스템 튜블라 타입 전해 장치
KR101466371B1 (ko) * 2013-04-30 2014-11-27 주식회사 욱영전해씨스템 고농도 차아염소산나트륨 생산용 나트륨 해수전해장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3900739B2 (ja) 1999-04-27 2007-04-04 三菱化学株式会社 円筒状導電性支持体の陽極酸化処理装置
KR100470750B1 (ko) 2004-09-16 2005-02-07 주식회사 부광 전해연마 겸용 전기 도금장치 및 이를 이용한 무전해 도금장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013151381A1 (ko) * 2012-04-05 2013-10-10 포항공과대학교 산학협력단 튜브의 내부 표면 양극산화 장치 및 방법
KR101352356B1 (ko) * 2012-04-05 2014-02-05 한전원자력연료 주식회사 튜브의 내부 표면 양극산화 장치 및 방법
KR20140004612A (ko) * 2013-12-13 2014-01-13 강원대학교산학협력단 회전형 양극산화 장치

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