KR20110128443A - 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법 - Google Patents

알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전해액이 담긴 전해조를 마련하고, 상기 전해조 내에 알루미늄 기재가 장착된 전극을 배치하는 단계와, 상기 전극에 교류전원을 공급하기 위한 교류전원 공급수단을 배치하는 단계와, 상기 전해액에 전압과 전류를 공급하기 위한 전원 공급수단을 배치하는 단계와, 상기 교류전원 공급수단을 통해 상기 전극에 교류전원을 인가하고, 상기 전원 공급수단을 통해 상기 전해액에 전압과 전류를 공급하여 상기 알루미늄 기재에 세라믹 코팅막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전해액은 탈이온수, Na2SiO3 및 Na2WO4·2H2O를 포함하고, KOH, KF 및 NaOH 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 더 포함하는 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 다른 금속에 비해 낮은 융점을 갖는 알루미늄 기재에 습식 표면처리를 통해 높은 내열성과 내스크래치성을 갖는 세라믹 코팅막을 용이하게 형성할 수 있다.

Description

알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법{Method for forming ceramic coating layer on aluminum substrate}
본 발명은 내열성 세라믹 코팅막 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다른 금속에 비해 낮은 융점을 갖는 알루미늄 기재에 습식 표면처리를 통해 높은 내열성과 내스크래치성을 갖는 세라믹 코팅막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
금속은 세라믹에 비하여 융점이 낮고, 내부식성, 내플라즈마성, 내스크래치성 등의 특성이 나쁜 것으로 알려져 있다. 따라서, 금속 또는 금속 합금 표면에 세라믹을 코팅하려는 연구가 있어 왔다. 그러나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄 기재는 표면이 매끄러워 세라믹을 코팅하기가 매우 어려운 것을 알려져 있다.
금속재료의 표면에 세라믹을 코팅하는 시도는 여러 가지 방법으로 전세계의 연구자들에 의하여 시도되어 왔는데, 그중에 현재 가장 널리 알려진 방법으로는 플라즈마 스프레이 코팅 방법이 있다. 플라즈마 스프레이 코팅은 세라믹 분말을 플라즈마를 형성하는 가스와 함께 피코팅물의 표면에 분사하여 코팅층을 형성하는 것이다. 이때 플라즈마 가스의 온도는 20,000℃에 이르는 고온이 되어 순간적으로 세라믹 분말을 녹인다. 이렇게 녹은 입자들이 피코팅물에 부착되면, 응고 과정을 거쳐 코팅층이 형성된다.
그러나, 이러한 고온 과정에서 피코팅물도 고온에 노출되며, 냉각 후에 코팅층과 피코팅물의 계면에 큰 잔류 응력이 존재하게 되며, 코팅을 위한 고가의 장비와 고가의 원료 분말을 사용해야 한다는 단점이 있다. 특히, 피가공물이 금속재료인 경우에는 고온에 금속이 노출되면 산화되는 문제점이 있으므로 진공에서 플라즈마 스프레이 코팅을 행해야 하고, 이로 인하여 더욱더 고가의 장비가 요구되는 문제가 있다. 따라서, 많은 연구자들이 여러 가지 방법으로 세라믹을 금속재료의 표면에 코팅하고자 다양한 시도를 하고 있으나, 치밀하면서도 균열과 결함이 없는 세라믹 코팅을 행하기는 쉽지가 않다.
대한민국 등록특허공보 제10-0801913호에서 일본의 하라다 요시오 등은 내플라즈마 부식성이 우수한 용사 피막 피복 부재와 그 제조방법에 대하여 기술하고 있다. 이에 의하면, 할로겐화합물을 포함한 부식환경에서 손상이 적게 하기 위하여, Al2O3, Y2O3 등으로 이루어지는 용사 피막의 표면의 최표층부를 피막 표면 높이 방향의 조도 곡선의 중심부보다 상부에 위치하는 바늘 형상 볼록부만이 전자빔 조사에 수반하는 용융-응고에 의해, 사다리꼴 형상 볼록부로 변화한 전자빔 조사층으로 하여, 파티클 등의 부착, 퇴적 특성이 우수하고, 그 재비산을 유효하게 방지할 수 있고, 내플라즈마 특성이 우수한 부재를 만들 수 있다고 한다. 그러나, 50∼2000㎛ 정도의 플라즈마 용사층 위에 이의 단점을 극복하기 위하여 다시 전자빔에 의한 코팅층을 형성함으로써, 장비의 비용이 더욱 상승하며, 공정이 더욱 복잡해지는 단점이 있다.
일본의 고바야시 요시오 등은 대한민국 등록특허공보 제10-0618630호에서 반도체 제조장치 및 그 제조를 위한 처리에 사용하기에 적합한 Y2O3 또는 YAG로 구성된 세라믹 표면을 갖는 내플라즈마 부재에 대한 발명에 대하여 기술하고 있다. 이 발명에 의하면, 알루미나 기재에 열분사 방법으로 Y2O3 또는 YAG를 표면조도 5㎛ 이상 15㎛ 이하로 하여 코팅한다. 이때의 알루미나 기재의 표층은 20% 이상 60% 이하의 기공율을 갖고, 깊이 10㎛ 이상 100㎛ 이하의 다공질로 함으로써, 향상된 밀착력을 갖는 내플라즈마 부재가 제공될 수 있다고 한다. 그라나, 이 방법에서는 기재에 화학 에칭을 행하는 공정과 열분사 공정이 포함되는데, 화학 에칭의 경우 180℃∼240℃의 산성 에칭액에서 1.0MPa∼3.3MPa에서 3시간 이상 10시간 이하의 시간 동안 처리해야 하는 어려움이 있으며, 에칭 처리 후에는 1500℃∼1800℃의 온도에서 4시간∼8시간 동안 어닐링 처리를 해야하는 번거로움이 있다. 또한 플라즈마 분사 등의 열분사를 행함으로써, 코팅층의 두께에 따라 열응력이 발생하여 크랙(crack)이 생길 위험성이 있을 수 있다.
일본 공개특허공보 제2007-0095716호에서는 에어로졸 기판상에 형성되는 막의 밀착력과 신뢰성이 우수한 세라믹 복합제, 반도체 제조장치용 서셉터 및 파워모듈 기판에 대한 기술이 기재되어있다. 이 발명에 의하면 복수의 금속으로 된 복합체의 표면에 에어로졸 법으로 형성된 막을 형성하거나, 금속과 세라믹스로된 복합체의 표면에 에어로졸 법으로 형성된 막을 구비하는 것을 특징으로 한다. 일본 공개특허공보 제2007-0095716호에 의하면, 복합체의 열전도율은 100W/mK 이상인 것이 좋고, 에어로졸 법으로 형성된 막의 열전도율은 1W/mK 이하인 것이 좋다고 한다. 그러나, 이러한 방법으로 알루미늄 금속에 세라믹을 직접 후막 코팅할 경우, 열팽창계수의 차이로 인하여, 크랙 발생의 위험이 있다. 특히, 반도체 공정 중의 온도에서 사용시 크랙이 발생하면, 이로 인하여 부식성 가스의 침식으로 인해 이물질 파티클이 발생하고, 따라서 반도체 생산시 불량 위험이 있으며, 반도체 장비의 내구성 저하 우려가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 다른 금속에 비해 낮은 융점을 갖는 알루미늄 기재에 습식 표면처리를 통해 높은 내열성과 내스크래치성을 갖는 세라믹 코팅막을 형성하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 전해액이 담긴 전해조를 마련하고, 상기 전해조 내에 알루미늄 기재가 장착된 전극을 배치하는 단계와, 상기 전극에 교류전원을 공급하기 위한 교류전원 공급수단을 배치하는 단계와, 상기 전해액에 전압과 전류를 공급하기 위한 전원 공급수단을 배치하는 단계와, 상기 교류전원 공급수단을 통해 상기 전극에 교류전원을 인가하고, 상기 전원 공급수단을 통해 상기 전해액에 전압과 전류를 공급하여 상기 알루미늄 기재에 세라믹 코팅막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전해액은 탈이온수, Na2SiO3 및 Na2WO4·2H2O를 포함하고, KOH, KF 및 NaOH 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 더 포함하는 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법을 제공한다.
상기 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법은, 상기 교류전원 공급수단을 통해 상기 전극에 10∼200Hz의 교류 전원을 인가하고, 상기 전원 공급수단을 통해 상기 전해액에 150∼550V의 전압과 10∼1000A의 전류를 인가하는 것이 바람직하다.
상기 전해조에 마그네틱바가 배치되고, 상기 마그네틱바를 이용하여 상기 전해액을 일정하게 교반시키는 것이 바람직하다.
상기 전해조에 가열판이 배치되고, 상기 가열판에 의해 상기 전해액의 온도가 10∼50℃ 범위의 온도로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
상기 Na2SiO3는 상기 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 함유되고, 상기 Na2WO4·2H2O는 상기 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 함유되며, 상기 KOH, KF 및 NaOH 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질은 상기 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 함유되는 것이 바람직하다.
상기 전해액은 K3PO4를 더 포함할 수 있으며, 상기 K3PO4는 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 함유되는 것이 바람직하다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄 기재는 표면이 매끄러워 세라믹을 코팅하기가 매우 어려우나, 본 발명에 의할 경우 알루미늄 기재 표면에 높은 내열성과 스크래치 저항성을 갖는 세라믹 코팅막을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기존의 아노다이징법이 황산 등의 전처리를 필요로 하는데 반하여 아무런 전처리 없이 바로 알루미늄 기재 표면에 내열성 및 내스크래치성이 우수한 세라믹 코팅막을 형성시킬 수 있어 친환경적으로 제조할 수가 있다. 또한, 기존 아노다이징법에 비하여 작동 전압이 10배 이상으로 높아 형성되는 세라믹 코팅막이 훨씬 강하고 내부식성, 내부착성 등이 뛰어난 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상온 부근에서 세라믹 코팅막을 형성할 수 있어 플라즈마 용사와 같은 방식에서 일어나는 열팽창계수의 미스매치(mismatch)에 의한 스트레스가 없고 부착력이 뛰어나며, 기존의 아노다이징법에 비하여 훨씬 높은 전압에서 세라믹 코팅막이 형성되기 때문에 경도와 내화학적 저항성이 뛰어나다.
도 1은 습식 표면처리를 위한 아크 플라즈마 아노다이징 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 습식 표면처리 전의 알루미늄 기재와 습식 표면처리 후의 알루미늄 기재의 모습을 보여주는 사진이다.
도 2b는 습식 표면처리를 하지 않은 알루미늄 기재와 습식 표면처리하여 세라믹 코팅막을 형성한 알루미늄 기재에 대하여 800℃에서 가열한 후에 비교 관찰한 사진을 보여준다.
도 3은 습식 표면처리되어 세라믹 코팅막이 형성된 알루미늄 기재의 단면을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 습식 표면처리되어 세라믹 코팅막이 형성된 알루미늄 기재의 단면을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 습식 표면처리하여 세라믹 코팅막을 형성한 알루미늄 기재에 대하여 800℃에서 가열한 후의 단면을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 습식 표면처리하여 세라믹 코팅막을 형성한 알루미늄 기재에 대하여 800℃에서 가열한 후의 표면을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄 기재는 표면이 매끄러워 세라믹을 코팅하기가 매우 어려운 것을 알려져 있다. 본 발명은 다른 금속에 비해 낮은 융점(melting point)을 갖는 알루미늄 기재에 습식 표면처리를 통해 표면에 세라믹 코팅막을 형성하여 높은 내열성과 스크래치 저항성을 갖게 하는 방법을 제시한다. 이하에서, 알루미늄 기재는 금속인 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 의미하는 것으로 사용한다.
본 발명에서는 습식 표면처리를 위해 아크 플라즈마 아노다이징(Arc Plasma Anodizing; APA)법을 이용한다. 본 발명의 아크 플라즈마 아노다이징(Arc Plasma Anodizing; APA)법은 기존의 아노다이징법이 황산 등의 전처리를 필요로 하는데 반하여 아무런 전처리 없이 바로 표면에 강한 세라믹 코팅막을 형성시킬 수 있어 친환경적이다. 또한, 작동 전압이 10배 이상으로 높아 생성되는 세라믹 코팅막이 훨씬 강하고 내부식성, 내부착성 등이 뛰어난 장점이 있다. 또한, 기존의 아노다이징으로는 표면처리가 불가능하다고 알려져 있는 다이캐스팅용 알루미늄합금계도 표면처리가 가능한 장점을 갖고 있다.
이하에서, 습식 표면처리를 이용하여 알루미늄 기재 표면에 세라믹 코팅막을 형성하는 방법을 설명한다. 도 1은 습식 표면처리를 위한 아크 플라즈마 아노다이징 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
세라믹 코팅막 형성을 위한 습식 표면처리는 아크 플라즈마 아노다이징법을 이용한다. 습식 표면처리를 위한 아크 플라즈마 아노다이징 장치는, 전해조(electrochemical bath)(100)와, 양전압이 인가되고 알루미늄 기재(115)가 장착되는 전극(110)과, 전해조(100) 내에 담겨지는 전해액(120)과, 전극(110)에 교류 전원을 인가하기 위한 교류전원 공급수단(130)과, 전해액(120)에 전압을 공급하기 위한 전원 공급수단(power supply)(140)과, 전해조(100) 하부에 설치되고 전해액(120)을 일정하게 교반시키기 위한 마그네틱바(magnetic bar)(150)를 포함한다. 또한, 전해조(100) 내의 온도을 일정하게 유지하기 위한 가열판(Hot Plate)(160)과 같은 온도 조절 장치가 설치되어 있을 수도 있다.
전극(110)에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄 기재(115)가 장착되고, 전해액(120) 속에 잠길 수 있도록 설치된다. 상기 전해액은 탈이온수(DI water), Na2SiO3, KOH 및 Na2WO4·2H2O의 혼합액을 사용할 수 있다. Na2SiO3는 표면 처리시 경도와 스크래치 저항성을 높여주며, 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 정도 함유되는 것이 바람직하다. KOH는 표면처리시 내식성을 높여주며, 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 정도 함유되는 것이 바람직하다. 상기 KOH 대신에 KF 또는 NaOH를 사용할 수도 있다. 즉, 상기 전해액은 KOH, KF 및 NaOH 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 포함할 수 있는데, 이 경우 KOH, KF 및 NaOH 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질은 상기 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 함유되는 것이 바람직하다. Na2WO4·2H2O는 표면처리시 높은 열에 견딜 수 있고 단단한 피막(세라믹 코팅막)을 형성하며 내플라즈마성을 부여하는 역할을 하며, 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 정도 함유되는 것이 바람직하다. 상기 전해액에 K3PO4가 더 포함될 수 있으며, 상기 K3PO4는 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 정도 함유되는 것이 바람직하다.
상기 전해액은 가열판을 통해 10∼70℃의 온도로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 적용한 아크 플라즈마 아노다이징(APA)법에 의한 알루미늄 기재(115)의 세라믹 코팅막 처리는 세라믹 코팅막의 형성이 물을 기본으로 하는 전해액 내에서 이루어지기 때문에 상온 부근에서 코팅이 이루어질 수 있다. 이에 따라 플라즈마 용사와 같은 방식에서 일어나는 열팽창계수의 미스매치(mismatch)에 의한 스트레스가 없어 부착력이 뛰어나며, 기존의 아노다이징 처리기술에 비하여 훨씬 높은 전압에서 세라믹 코팅막이 형성되기 때문에 경도와 내화학적 저항성이 뛰어난 장점을 갖추고 있다.
알루미늄 기재(115)를 이소프로필알콜과 같은 물질로 탈지(grease removing)한 후, 건조한다. 알루미늄 기재(115)의 표면에 유지(grease) 성분 또는 불순물들이 잔류할 경우, 균일한 두께의 세라믹 코팅막이 형성될 수 없고 알루미늄 기재(115)와 세라믹 코팅막 간의 접착력을 떨어뜨리는 원인이 되므로 이를 제거하기 위한 탈지 공정을 수행한다.
상기와 같이 구성된 전해액(120) 속에 알루미늄 기재(115)를 담근 후, 알루미늄 기재(115)가 장착된 전극(110)에 10∼200Hz 정도의 교류 전원을 인가하면서 전해액(120)에 150∼550V의 전압과 10∼1000A의 전류를 인가한다. 이때 마그네틱바(150)를 작동시켜 전해액(120)을 일정하게 교반시킨다. 교류 전원에 의한 플라즈마 아크 발생에 의해 전해액(120) 내에서 발생된 기포는 알루미늄 기재(115)과 산화 반응하여 알루미늄 기재(115)의 표면에는 세라믹 코팅막이 형성된다. 기존 표면처리는 열에 취약함과 동시에 스크래치 저항성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 기존 아노다이징법은 15∼30V 이내의 전압을 가하는데 반하여 본 발명에서는 150∼550V에 이르는 높은 전압을 가하여 세라믹 코팅막을 형성시킨다. 전해액(120)은 탈이온수(DI water)에 경도와 스크래치 저항성을 높여주는 Na2SiO3, 내식성을 높여주는 KOH, 높은 열에 견딜 수 있으며 단단한 피막을 형성하고 내플라즈마성을 부여하는 Na2WO4·2H2O를 포함한다.
2시간 정도의 표면처리를 통해 세라믹 코팅막의 두께는 100㎛ 이상이 되며, 표면은 거친(rough) 층이 형성되었지만 내부에는 단단한 조밀(dence)한 세라믹 코팅막이 형성되어 높은 경도를 가진다. 표면처리를 하지 않은 알루미늄 시편과 본 발명에 따라 100㎛ 이상의 세라믹 코팅막을 형성한 시편에 대하여 알루미늄의 융점인 660℃ 이상인 약 800℃에서 가열하여 표면 및 상태를 관찰해 보았을 때, 표면처리를 하지 않은 알루미늄 시편의 경우 형태를 알아볼 수 없게 변형이 되었으나, 표면처리하여 세라믹 코팅막이 형성된 시편은 알루미늄 기재가 원형 그대로의 상태를 유지하였으며, 거친(rough) 피막층만 군데군데 벗겨졌고 내부의 조밀(dence)한 층은 아무런 영향을 받지 않고 원래의 형태를 유지하고 있었다.
이하에서, 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법의 실시예를 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
알루미늄 합금을 알루미늄 기재로 하고, 이소프로필알콜로 탈지(grease removing)한 후, 진공건조기 안에 넣어 약 60℃의 온도로 3시간 동안 충분히 건조하였다.
이렇게 하여 준비한 시편을 아크 플라즈마 아노다이징(Arc Plasma Anodizing; APA) 장치를 이용하여 240분 동안 습식 표면처리하여 알루미늄 기재에 세라믹 코팅막을 형성하였다.
구체적으로는, 아크 플라즈마 아노다이징을 수행하기 위한 전해액으로 탈이온수(DI water) 1600㎖ , 경도와 스크래치 저항성을 높여주는 Na2SiO3 0.015몰, 내식성을 높여주는 KOH 0.01몰 및 높은 열에 견딜 수 있으며 단단한 피막을 형성하고 내플라즈마성을 부여하는 Na2WO4·2H2O 0.015몰의 혼합액을 사용하였다. 알루미늄 기재가 장착된 전극에 교류 전원 60Hz를 인가하였으며, 전해액에 400V의 전압과 600A의 전류를 인가하였으며, 30℃의 온도에서 4시간 동안 마그네틱바를 이용하여 교반하면서 습식 표면처리를 실시하여 100∼350㎛ 정도 두께의 세라믹 코팅막을 형성하였다.
도 2a는 습식 표면처리 전의 알루미늄 기재와 습식 표면처리 후의 알루미늄 기재의 모습을 보여주는 사진이다. 습식 표면처리 전의 알루미늄 기재는 도 2a에서 좌측에 나타나 있고, 습식 표면처리되어 세라믹 코팅막이 형성된 알루미늄 기재는 도 2a에서 우측에 나타나 있다. 도 3은 습식 표면처리되어 세라믹 코팅막이 형성된 알루미늄 기재의 단면을 보여주는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진이고, 도 4는 습식 표면처리되어 세라믹 코팅막이 형성된 알루미늄 기재의 단면을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
2시간 정도의 표면처리를 통해 세라믹 코팅막의 두께는 100㎛ 이상이 되며, 표면은 거친(rough) 층이 형성되었지만 내부에는 단단한 조밀(dence)한 세라믹 코팅막이 형성되어 높은 경도를 가지게 되었다.
표면처리를 하지 않은 알루미늄 시편과 본 발명에 따라 100㎛ 이상의 세라믹 코팅막을 형성한 시편에 대하여 알루미늄의 융점인 660℃ 이상인 약 800℃에서 가열하여 표면 및 상태를 관찰해 보았을 때, 표면처리를 하지 않은 알루미늄 시편의 경우 형태를 알아볼 수 없게 변형이 되었으나, 표면처리하여 세라믹 코팅막이 형성된 시편은 알루미늄 기재가 원형 그대로의 상태를 유지하였으며, 거친(rough) 피막층만 군데군데 벗겨졌고 내부의 조밀(dence)한 층은 아무런 영향을 받지 않고 원래의 형태를 유지하고 있었다.
도 2b에서 좌측에 있는 것은 습식 표면처리를 하지 않은 알루미늄 기재를 800℃에서 가열한 후에 관찰한 사진이고, 도 2b에서 우측에 있는 것은 습식 표면처리하여 세라믹 코팅막을 형성한 알루미늄 기재에 대하여 800℃에서 가열한 후에 관찰한 사진이다. 도 5는 습식 표면처리하여 세라믹 코팅막을 형성한 알루미늄 기재에 대하여 800℃에서 가열한 후의 단면을 보여주는 주사전자현미경 사진이다. 도 6은 습식 표면처리하여 세라믹 코팅막을 형성한 알루미늄 기재에 대하여 800℃에서 가열한 후의 표면을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
표면처리되지 않은 알루미늄 시편은 800℃에서 용융되어 많은 변형이 일어났으나, 표면처리하여 세라믹 코팅막이 형성된 시편은 알루미늄 기재가 세라믹 코팅막에 의해 보호되어 용융 변형되지 않고 원형 그대로의 상태를 유지하는 것을 볼 수 있으며, 거친(rough) 피막층만 일부 벗겨졌고 내부의 조밀(dence)한 층은 원래의 형태를 유지하고 있는 것을 볼 수 있다.
열에 변형이 가기 쉬운 알루미늄 기재에 습식 표면처리를 통하여 세라믹 코팅막을 형성함으로써 열과 스크래치 저항성과 동시에 내식성, 내플라즈마성 까지 보완할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100: 전해조 110: 전극
115: 알루미늄 기재 120: 전해액
130: 교류전원 공급수단 140: 전원 공급수단
150: 마그네틱바 160: 가열판

Claims (6)

  1. 전해액이 담긴 전해조를 마련하고, 상기 전해조 내에 알루미늄 기재가 장착된 전극을 배치하는 단계;
    상기 전극에 교류전원을 공급하기 위한 교류전원 공급수단을 배치하는 단계;
    상기 전해액에 전압과 전류를 공급하기 위한 전원 공급수단을 배치하는 단계;
    상기 교류전원 공급수단을 통해 상기 전극에 교류전원을 인가하고, 상기 전원 공급수단을 통해 상기 전해액에 전압과 전류를 공급하여 상기 알루미늄 기재에 세라믹 코팅막을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 전해액은 탈이온수, Na2SiO3 및 Na2WO4·2H2O를 포함하고, KOH, KF 및 NaOH 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 교류전원 공급수단을 통해 상기 전극에 10∼200Hz의 교류 전원을 인가하고, 상기 전원 공급수단을 통해 상기 전해액에 150∼550V의 전압과 10∼1000A의 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전해조에 마그네틱바가 배치되고, 상기 마그네틱바를 이용하여 상기 전해액을 교반시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전해조에 가열판이 배치되고, 상기 가열판에 의해 상기 전해액의 온도가 10∼50℃ 범위의 온도로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 Na2SiO3는 상기 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 함유되고, 상기 Na2WO4·2H2O는 상기 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 함유되며, 상기 KOH, KF 및 NaOH 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 물질은 상기 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 함유되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전해액은 K3PO4를 더 포함하며, 상기 K3PO4는 전해액에 대하여 0.001∼0.05몰 함유되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 기재에 내열성 세라믹 코팅막을 형성하는 방법.
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