KR20120035458A - 흑색색상을 갖는 경질피막용 알미늄 주물합금 제조방법 - Google Patents

흑색색상을 갖는 경질피막용 알미늄 주물합금 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 규소(Si)를 주요성분으로 하는 알미늄 합금을 주물주조 한 후에 규소입자를 석출시키기 위하여 열처리를 행하고, 전해액온도 온도 7℃ 이하에서 양극산화처리를 행하여 석출입자에 의한 피막색상의 흑색 색상화 및 내마모성이 우수한 주물피막제품을 얻는 방법에 관한 것으로 이러한 본원 발명에 따른 흑색색상을 갖는 경질피막용 알미늄 주물합금 제조방법은 규소 1.0~8.0wt％, 티타늄 0.002~0.3wt％이고 나머지는 불순물과 알미늄을 함유하는 합금을 주물주조 후에 300℃~550℃에서 5분~3시간 열처리를 행한 후 전해액온도 7℃ 이하에서 양극산화처리를 행하여 균일한 흑색의 피막색상 및 내마성이 우수한 경질피막을 갖는 알미늄 제품용 주물합금을 제조할 수 있다.

Description

흑색색상을 갖는 경질피막용 알미늄 주물합금 제조방법{Manufacturing method of aluminum casting alloys which has a black color for hard anodizing}
본 발명은 규소(Si)를 주요성분으로 하는 알미늄 합금을 주물주조 한 후에 규소입자를 석출시키기 위하여 열처리를 행하고, 전해액온도 7℃ 이하에서 양극산화처리를 행하여 석출입자에 의한 피막색상의 흑색 색상화 및 내마모성이 우수한 주물피막제품을 얻는 방법에 관한 것이다.
종래의 양극산화처리용 주물제품의 합금에 대한 기술로서는, 주로 주물의 주조성 및 기계적 성질의 보완을 목적으로 강도향상 위주의 합금성분으로 구성되어 있으나, 이러한 합금을 이용하여 전해액온도 7℃ 이하에서 양극산화처리를 행할 경우 흑색색상이 아닌 황색 색상 또는 얼룩얼룩한 복합색상의 피막색상이 되어 상품가치가 저하되었다.
따라서, 기존에는 주물제품의 피막색상을 고려하여 일반적으로 백색 색상의 연질피막 주물제품류가 대부분을 차지하고 있었으나, 이러한 백색 색상의 연질피막 주물제품류는 피막 내구성이 우수하지 못하여 제품사용시 부식불량의 발생확률이 높았다.
본원 발명은 알미늄 주물주조성 및 제품의 기계적 성질에 관련 합금의 적합성 요건을 가지면서도 추후 양극산화처리를 행할 경우 흑색색상으로 발색되는 인자 즉, 규소 성분을 함유한 합금성분 구성과, 전해액온도 7℃ 이하에서 양극산화처리를 행하여 균일한 흑색의 피막색상 및 내마성이 우수한 경질피막을 갖는 알미늄 제품용 주물합금의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 흑색색상을 갖는 경질피막용 알미늄 주물합금 제조방법은 규소 1.0~8.0wt％, 티타늄 0.002~0.3wt％이고 나머지는 불순물과 알미늄을 함유하는 합금을 주물주조 후에 300℃~550℃에서 5분~3시간 열처리를 행한 후 전해액온도 7℃ 이하에서 양극산화처리를 행하여 균일한 흑색의 피막색상 및 내마성이 우수한 경질피막을 갖는 알미늄 제품용 주물합금을 제조할 수 있다.
또한, 합금에 망간이 0.01~1.0wt％ 포함되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 알미늄 주물의 합금, 열처리를 행한 다음 전해액온도 7℃ 이하에서 양극산화처리하는 본 발명은 균일하고도 진한 흑색피막색상으로 제품의 상품가치가 뛰어나며 피막의 내마모성이 우수하므로 고부가가치 제품군이 형성될 수 있고 각종 산업용 주물제품에 적용이 가능한 효과가 있다.
또한, 합금에 망간이 포함됨으로써, 흑색의 피막색상 발색 및 합금의 내식성이 향상되는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 흑색색상을 갖는 경질피막용 알미늄 주물합금 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
본원 발명은 규소 1.0~8.0wt％, 티타늄 0.002~0.3wt％이고, 나머지는 불순물과 알미늄을 함유하는 합금을 주물 주조한 후에 300℃~550℃에서 5분~3시간 열처리를 행하고, 전해액온도 7℃ 이하에서 양극산화처리를 행하여 균일한 흑색의 피막색상 및 내마성이 우수한 경질피막을 갖는 알미늄 제품용 주물합금을 제조하는 방법이다.
본원 발명의 각 공정을 보다 상세히 설명하자면 아래와 같다.
제1단계 : 합금조성
본 발명에 따른 흑색색상을 갖는 경질피막용 알미늄 주물합금 제조방법의 조성물은 규소 1.0~8.0wt％, 티타늄 0.002~0.3wt％, 나머지는 불가피한 불순물과 알미늄으로 이루어진다.
여기서, 상기 규소(Si)는 흑색의 양극산화피막 색상을 얻기 위한 필수 원소로 함유량이 1.0wt％ 미만일 경우 그 발색 효과가 미흡하여 색상의 미려함이 충분하지 않고 8.0wt％ 초과시 경도 등 기계적 성질의 상승으로 제조 공정 중 주물품 표면을 절삭가공시 가공성을 저하시킨다.
따라서, 규소(Si) 함유량은 1.0~8.0wt％가 바람직하다.
상기 티타늄(Ti)은 제품의 색상 발색에 영향을 미치지 않으나 주물품의 입자를 미세하게 하고 수지상정의 성장을 억제한다.
수지상정(樹枝狀晶, dendrite)이란 알미늄 용해물(용탕)이 응고시 응고속도가 늦을 경우 나뭇가지 모양과 같은 조직이 발생하는 것으로 일종의 금속의 불량조직이며 피막처리 시 제품의 상품성을 저하시킨다.
이러한 티타늄은 0.002wt％ 미만에서는 그 효과가 적고, 0.3wt％ 초과시에는 조대정출물 생성으로 인하여 제품의 상품성이 떨어진다. 따라서, 티타늄(Ti)의 함유량은 0.002~0.3wt％가 바람직하다.
조대정출물(粗大晶出物)은 알미늄 응고시 조직이 큰 상태로 응고, 편석되는 것을 의미하며 일종의 금속의 불량조직이고 추후 피막처리 시 제품의 상품성이 저하된다.
제2단계 : 용탕처리 및 가공
상기 알미늄 합금을 이용한 본 발명에 따른 제조방법의 설명은 다음과 같다.
알미늄 제품용 주물합금의 제조공정은 합금, 용해, 탈가스 및 탈개재물작업, 주물주조, 절삭가공, 열처리, 양극산화처리공정으로 나눌 수 있다.
먼저, 상기의 조성물의 합금을 용해하고, 주물제품 표면을 미려하게 하기 위해 수소 기포 및 개재물을 제거수단으로 탈가스작업 및 탈개재물 작업을 행한다.
여기서, 상기의 용해공정과 탈가스 작업 및 탈개재물 작업공정은 당업계의 공지 기술로서, 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 통상적인 주물방식 즉, 사형 혹은 금형에 의해 주물품을 제조한 후, 양극산화처리시 제품의 색상을 미려하게 하기 위하여 주조시 생성된 주물품 표피부위의 산화막을 제거하는 절삭공정을 행한다.
여기서, 상기의 절삭공정은 당업계의 공지 기술로서, 상세한 설명은 생략한다.
제3단계 : 열처리
다음으로 본 발명의 핵심 공정인 열처리공정 즉, 주물품을 300℃~550℃에서 5분?3시간 열처리를 행할 경우 규소(Si) 입자가 석출하여 양극산화처리 시 흑색색상으로 피막이 된다.
상기 열처리공정을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 열처리 온도는 300~550℃에서 행한다.
300℃ 미만에서는 주물품의 규소 입자 석출이 미흡하여 양극산화처리 시 황색계열로 발색이 되어 그 발색 효과가 미흡하며, 550℃ 초과시에는 규소 석출상이 성장하여 회색계열로 발색하므로 주물품의 흑색색상을 얻기 위해서는 열처리 온도를 300~550℃에서 행한다.
다음으로 열처리 시간은 5분~3시간 행한다.
5분 미만에서는 주물품의 규소(Si)입자 석출이 미흡하고 3시간 이상일 경우 규소(Si) 석출상이 성장하여 양극산화처리 시 회색계열로 발색할 수 있으므로 열처리 시간은 5분~3시간 행하며, 주물품의 합금조성과 열처리 시간 관계면에서는 규소 함유량이 많을수록, 열처리온도가 높을수록 규소 입자 석출량이 증가하여 열처리 시간은 단축되며, 규소 석출상의 수가 많을수록 양극산화처리를 행하면 진한 흑색색상이 되고, 규소 석출상의 수가 적을수록 황색색상이 된다.
제4단계 : 피막처리
이와 같이 열처리된 주물품을 10％~25％ 황산 수용액에 전해액온도 7℃이하, 인가전류밀도 2~8A/dm2, 전해시간 20~80분으로 양극산화처리를 행하여 주물품 표면에 흑색색상의 경질피막을 얻는다. 전해액온도가 7℃ 이상일 경우 전해액의 피막침식작용이 활발히 진행되어 피막의 내마모성 저하되면서 피막색상이 회색계열로 발색이 된다.
인가전류밀도가 2A/dm2 이하일 경우 피막색상이 회색계열로 발색되며 8A/dm2 이상시는 버닝 현상의 발생빈도가 상승한다.
전해시간을 20분 이내로 할 경우에도 피막색상이 회색계열로 발색되며, 80분초과시는 제조비용상승에 비해 상품의 가치상승은 미미하므로 전해시간은 20~80분으로 한다.
한편, 본원 발명의 알미늄 합금에 망간 0.01~1wt%가 더 포함될 수 있다.
즉, 규소 1.0~8.0wt％, 티타늄 0.002~0.3wt％, 망간 0.01~1.0wt％와, 나머지는 불순물과 알미늄을 함유하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 망간은 흑색의 피막색상 발색 및 합금의 내식성을 향상시키는 역할을 하는 것으로 0.01%이하면 효과가 미비하여 기능성이 없고, 1.0wt％ 초과시에는 주조응고 속도가 저하되어 주물 주조성에 악영향을 미치므로 망간의 함량은 0.01~1.0wt%로 하는 것이 좋다.
본원 발명의 실시 예와 비교 예는 아래의 표 1과 같다.

 합금조성(wt％) 열처리 피막처리 양극산화처리색상
 합격
판정
규소 망간 티타늄 온도
(℃)		 시간
(분)		 전해액온도
(℃)		 전류밀도
(A/dm2)		 전해
시간
(분)
실시 예1 1.0 1.0 0.002 550 30 0 5 40 흑색 0
실시 예2 3.0 0.08 0.05 500 30 3 5 40 흑색 0
실시 예3 5.0 0.04 0.1 400 30 5 5 40 흑색 0
실시 예4 8.0 0.01 0.3 300 30 7 5 40 흑색 0
비교 예1 0.5 0.3 0.05 400 30 0 5 40 회색 X
비교 예2 5.0 0.3 0.05 200 30 0 5 40 황색 X
비교 예3 5.0 0.3 0.05 400 30 10 5 40 회색 X

Claims (2)

  1. 규소 1.0~8.0wt％, 티타늄 0.002~0.3wt％이고, 나머지는 불순물과 알미늄을 함유하는 합금을 주물 주조한 후에 300℃~550℃에서 5분~3시간 열처리를 행하고, 전해액온도 7℃ 이하에서 양극산화처리를 행하여 흑색색상을 갖는 경질피막용 알미늄 주물합금 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 합금은 망간 0.01~1wt%가 포함되는 것을 특징으로 하는 흑색색상을 갖는 경질피막용 알미늄 주물합금 제조방법.
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