KR20140004612A

KR20140004612A - Anodic aluminum oxidation apparatus using rotating electrode

Info

Publication number: KR20140004612A
Application number: KR1020130155617A
Authority: KR
Inventors: 김병희; 서영호; 양희철; 박용민
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-01-13
Also published as: KR101695456B1

Abstract

The present invention relates to an anodizing device which electrochemically oxides metal by applying a voltage, inside an electrolyte, to a counter electrode of a cathode and a workpiece of an anode which is made of aluminum and rotated at a constant speed so as to form a nanostructure on the surface of the workpiece and, more specifically, to an aluminum anodizing device which forms an oxidation film on the surface of a tube type workpiece made of aluminum by anodizing the workpiece inside an electrolyte and which includes a tube-shaped workpiece positioned on an anode; a counter electrode which is arranged on a cathode; a power supplying unit which applies a constant voltage between the anode and the cathode; a water tub which is filled with the electrolyte and where metal and the counter electrode are dipped; a cooling unit where a cooling medium is circulated for controlling the temperature of the electrolyte contained inside the water tub; and a rotating unit which rotates the workpiece.

Description

Anodized aluminum oxidation apparatus using rotating electrode

본 발명은 원통형 금속의 표면에 나노 구조물을 형성하기 위한 양극산화 장치 에 관한 것으로, 음극의 대전극과 일정한 속도로 회전하는 양극의 알루미늄 재질의 피처리물을 전해액 내에서 전압을 인가하여 금속을 전기화학적으로 산화시킴으로써 표면에 나노 구조물을 형성시키는 양극산화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an anodizing device for forming a nanostructure on the surface of a cylindrical metal, and to apply a voltage in the electrolytic solution to the object of the aluminum material of the anode that rotates at a constant speed with the counter electrode of the cathode to the electrical An anodizing device for forming nanostructures on a surface by chemically oxidizing.

일반적으로, 양극산화는 금속의 표면처리 기술의 하나로 금속 표면에 산화막을 형성하여 부식을 예방하거나 금속 표면을 채색하기 위해 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 나노점, 나노선, 나노튜브, 나노막대 등과 같은 나노 구조체를 직접 형성시키거나, 나노 구조체 형성을 위한 형틀로 제조하는 방법으로 크게 활용되고 있다. In general, anodization has been widely used to prevent corrosion or color the metal surface by forming an oxide film on the metal surface as one of the surface treatment techniques of metals, but recently, such as nano dots, nanowires, nanotubes, nanorods, etc. It is widely used as a method of directly forming a nanostructure or manufacturing a mold for forming a nanostructure.

알루미늄 양극산화막은 제조가 용이하고 전해액 취급이 비교적 안전하며, 나노 포어와 포어 간격의 제어가 쉬워 나노기술 연구에 많이 활용되고 있다. 양극산화 장치는 기본적으로 4가지로 구성되며 이는 산화시키고자하는 금속, 전류를 흐르게 하기 위한 대전극, 산화되는 금속과 대전극 사이에 일정 전압을 인가하는 전압장치, 이온 전도의 매체 역할을 하는 전해액으로 구성된다. 따라서 4가지 구성 요소를 변화시키거나 일정하게 유지함으로써 금속 표면에 다양한 구조체를 만들 수 있게 된다. 금속 양극 재료로는 Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, W 및 이들의 합금으로, 열처리, 전해연마 또는 화학연마의 전처리를 통해 균일한 조직과 평탄한 표면을 만들어서 사용한다. 이중 알루미늄 양극산화 막은 제조가 용이하고 전해질 취급이 용이하며, 나노 구조물의 두께와 제어가 쉬워 나노기술연구가 많이 활용되고 있다. 이에 따라 알루미늄 양극산화를 통해 나노 구조물을 만드는 많은 연구가 진행되고 있으며, 이는 다음과 같다.Aluminum anodization film is easy to manufacture, relatively safe handling of electrolyte, easy to control the nano-pore and pore spacing has been widely used in nanotechnology research. The anodizing device is basically composed of four types: the metal to be oxidized, the counter electrode for flowing current, the voltage device applying a constant voltage between the oxidized metal and the counter electrode, and the electrolyte serving as a medium for ion conduction. It consists of. Therefore, by changing or keeping the four components constant, various structures can be made on the metal surface. As the metal anode material, Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, W, and alloys thereof are used to make a uniform structure and a flat surface through heat treatment, electropolishing, or chemical polishing. Dual aluminum anodization membrane is easy to manufacture, easy to handle electrolyte, easy to control the thickness and nanostructure of nanostructures, has been widely used. Accordingly, a lot of research is being made to make nanostructures through aluminum anodization, which are as follows.

도 1 내지 도 2는 종래에 수행되고 있는 양극산화 방식을 도시하고 있다. 상기와 같은 방식들로 인해 평면의 금속 표면에 나노 구조물을 형성할 수 있으며, 실린더 모양의 안팎 표면에 나노 구조물을 만들 수 있다. 대전극의 위치 및 크기에 따라 산화되는 금속 표면에 나노 구조물의 형성이 달라진다. 이는 대전극과 금속 표면이 모두 고정되어 있기 때문에 전기장의 흐름에 변화가 없고 대전극과의 위치에 따라 나노 구조물의 형상이 다르게 나타나게 된다. 1 to 2 illustrate an anodization method that is conventionally performed. In this manner, nanostructures can be formed on a planar metal surface, and nanostructures can be formed on inner and outer surfaces of a cylindrical shape. The formation of nanostructures on the oxidized metal surface depends on the position and size of the counter electrode. Since both the counter electrode and the metal surface are fixed, there is no change in the flow of the electric field, and the shape of the nanostructure is different depending on the position of the counter electrode.

도 3은 Planar Aluminum에서 Pin-Plate로 4인치 웨이퍼 표면에 나노 구조물을 형성한 모습을 보여주고 있다. 4인치 웨이퍼에 알루미늄 양극산화로 만들어진 나노 구조물의 단면 사진을 보면 중간 부분은 865±63nm이며 가장자리 부분은 550±30nm로 나타나며 전기장이 웨이퍼 중심부에 집중되어 중심부를 기준으로 표면에 색 변화가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 나노 구조물의 형상에 따른 흡수되는 파장의 차로 인해 색변화가 일어나는 것이다. 이처럼 대전극과 산화되는 금속이 서로 고정되어 있기 때문에 전기장의 형상에 따라 국부적으로 크기가 다른 나노 구조물이 형성되게 된다. 표면적이 작을 때는 반응면적이 작기 때문에 국부적으로 크기가 다른 나노 구조물이 형성되게 된다. 표면적이 작을 때는 반응면적이 작기 때문에 열도 적게 발생하며 전기장도 표면에 따른 차이가 작아지지만 금속의 표면적이 넓어질수록 반응면적이 넓어지고 반응이 진행될 때 금속의 표면에서는 더 많은 반응열이 발생하여 이로 인해 전해액 내부의 온도를 상승시켜 표면에 따른 나노 구조물의 직경과 간격이 균일하지 못하게 형성된다. 따라서, 금속 표면의 위치에 상관없이 균일한 나노 구조물을 형성시키기 위해 연구가 시급히 이루어져야 할 것이다. 문제점이 있었다.Figure 3 shows the formation of nanostructures on the surface of the 4-inch wafer with Pin-Plate in Planar Aluminum. In the cross-sectional picture of the nanostructure made of aluminum anodization on the 4 inch wafer, the middle part is 865 ± 63nm and the edge part is 550 ± 30nm, and the electric field is concentrated in the center of the wafer, and the color change is appeared on the surface from the center. Can be. This is due to the difference in the wavelength absorbed according to the shape of the nanostructures change color. As the counter electrode and the oxidized metal are fixed to each other, nanostructures having different sizes are formed according to the shape of the electric field. When the surface area is small, the reaction area is small, so that nanostructures of different sizes are formed locally. When the surface area is small, the reaction area is small, so it generates less heat and the electric field is smaller according to the surface.However, the wider the surface area of the metal, the wider the reaction area, and more reaction heat is generated on the surface of the metal as the reaction proceeds. By raising the temperature inside the electrolyte solution, the diameter and spacing of the nanostructures along the surface are not formed uniformly. Therefore, research is urgently needed to form a uniform nanostructure regardless of the position of the metal surface. There was a problem.

상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 튜브형의 알루미늄 금속재료의 내외부 표면에 용이하게 산화피막층을 형성할 수 있으며, 특히 넓은 표면적을 갖더라도 산화피막층이 균일하면서도 신속하게 형성될 수 있는 회전형 양극산화 장치를 제공한다.The present invention for solving the conventional problems as described above can easily form an oxide layer on the inner and outer surfaces of the tubular aluminum metal material, in particular, even if having a large surface area rotational type that can be formed uniformly and quickly Provide an anodization device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄의 양극산화 장치는 알루미늄 소재의 튜브형 피처리물을 전해액에서 양극산화하여 상기 피처리물의 표면에 산화피막을 형성시키기 위한 것으로, 양극에 위치한 튜브형태의 피처리물과, 음극에 위치한 대전극과, 상기 양극과 음극 사이에 일정한 전압을 인가하는 전원공급부와, 내부에 전해액이 충진되고, 상기 금속 및 대전극이 침지되는 수조와, 상기 수조에 담긴 전해액의 온도조절을 위해 상기 수조의 외부로 냉각매체가 순환하도록 구비되는 냉각부와, 상기 피처리물을 회전시키는 회전부와, 상기 피처리물 또는 대전극을 수평방향으로 이동시켜 피처리물과 대전극의 간격을 조절하는 간격조절부를 포함한다.Anodizing device of aluminum according to the present invention for achieving the above object is to form an oxide film on the surface of the workpiece by anodizing the tubular workpiece of the aluminum material in the electrolyte solution, the tube form located on the anode An object to be treated, a counter electrode positioned at a cathode, a power supply unit for applying a constant voltage between the cathode and the cathode, a tank filled with an electrolyte solution, and the metal and the counter electrode immersed therein, The cooling unit is provided to circulate the cooling medium to the outside of the water tank to control the temperature of the electrolyte, the rotating unit for rotating the object, and the object or counter electrode to move in the horizontal direction to charge the object It includes a gap adjusting portion for adjusting the gap of the pole.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 튜브형의 알루미늄 금속재료의 내외부 표면에 산화피막층을 용이하게 형성할 수 있으며, 특히 넓은 표면적을 갖더라도 산화피막층이 균일하면서도 신속하게 형성될 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, the oxide film layer can be easily formed on the inner and outer surfaces of the tubular aluminum metal material, and in particular, even if a large surface area, the oxide film layer can be formed uniformly and quickly.

또한, 본 발명에서는 금속재료의 회전을 통해 고전압에서도 산화반응을 통해 일어나는 발열반응을 충분히 상쇄시킬 수 있을 만큼의 순환이 이뤄지기 때문에 고전압을 이용하여 빠른 시간에 나노 구조물을 만들 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention has the advantage that the nanostructure can be made in a short time by using a high voltage because the circulation is made to sufficiently offset the exothermic reaction that occurs through the oxidation reaction at high voltage through the rotation of the metal material.

따라서, 다양한 크기의 산화피막층을 빠른 시간 내에 대면적으로 성형 복제가 가능하여 디스플레이를 비롯한 다양한 분야에서의 적용 및 발전 가능성이 매우 높다.Therefore, the oxide film layer of various sizes can be molded and replicated in a large area within a short time, and thus the possibility of application and development in various fields including a display is very high.

도 1 내지 도 2는 종래에 수행되고 있는 양극산화 방식을 도시한 개략도,
도 3은 Planar Aluminum에서 Pin-Plate로 4인치 웨이퍼 표면에 나노 구조물을 형성한 모습을 보인 도면,
도 4는 본 발명에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도이다.1 to 2 is a schematic diagram showing an anodization method that is conventionally performed,
3 is a view showing the nanostructure formed on the surface of the 4-inch wafer with a pin-plate in Planar Aluminum,
4 is a conceptual diagram of a rotary anodizing device according to the present invention;
5 is a conceptual diagram of a rotary anodizing device according to another embodiment of the present invention;
6 is a conceptual diagram of a rotatable anodic oxidation device according to another embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치는 음극의 대전극과 일정한 속도로 회전하는 양극의 알루미늄 재질의 피처리물을 전해액 내에서 전압을 인가하여 금속을 전기화학적으로 산화시킴으로써 표면에 나노 구조물을 형성하는 것으로, 그 일 실시예를 도 4 내지 도 6에 나타내 보였다. In the rotary anodizing device according to the present invention, nanostructures are formed on a surface by applying a voltage in an electrolytic solution to an aluminum material to be processed at a constant speed with a counter electrode of a cathode and an anode. One embodiment thereof is shown in FIGS. 4 to 6.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치의 구성 및 작용을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the rotary anodizing device according to the present invention according to the accompanying drawings in more detail.

도 4는 본 발명에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도이며, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도이다.4 is a conceptual view of a rotary anodizing device according to the present invention, FIG. 5 is a conceptual view of a rotary anodizing device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a rotary type according to another embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram of an anodic oxidation apparatus.

도시된 바와 같은 본 발명은 알루미늄재질의 원통형 피처리물(110)의 표면에 양극산화 방식으로 나노 구조물을 형성하기 위한 것으로, 특히 성형을 위한 몰드의 표면상에 균일성이 확보된 나노구조물을 형성하기 위한 것입니다. 이를 위해, 본 발명은 일정한 속도로 회전하는 피처리물(110)과 대전극(120)을 전해액(10) 내에서 전압을 인가하여 금속재질의 피처리물(110)을 전기화학적으로 산화시킴으로써 피처리물(110)의 표면에 나노 구조물을 형성합니다.The present invention as shown is for forming a nanostructure on the surface of the cylindrical workpiece 110 of the aluminum material by anodizing, in particular forming a nanostructure ensured uniformity on the surface of the mold for molding It is to. To this end, the present invention by applying a voltage in the electrolytic solution 10 to the object 110 and the counter electrode 120 to rotate at a constant speed by electrochemically oxidizing the object 110 of the metallic material Nanostructures are formed on the surface of the workpiece (110).

본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치는 양극에 위치한 튜브형태의 피처리물(110)과, 음극에 위치한 대전극(120)과, 상기 양극과 음극 사이에 일정한 전압을 인가하는 전원공급부(130)와, 내부에 전해액(10)이 충진되고, 상기 피처리물(110) 및 대전극(120)이 침지되는 수조(140)와, 상기 수조(140)에 담긴 전해액(10)의 온도조절을 위해 상기 수조(140)의 외부로 냉각매체가 순환하도록 구비되는 냉각부(150)와, 상기 피처리물(110)을 회전시키는 회전부(160)를 포함한다.In the rotatable anodizing device according to the present invention, the tube-shaped object 110 located at the anode, the counter electrode 120 located at the cathode, and a power supply unit 130 for applying a constant voltage between the anode and the cathode. And, the electrolyte 10 is filled therein, for the temperature control of the water tank 140 and the electrolyte 10 contained in the water tank 140, the treatment object 110 and the counter electrode 120 is immersed. The cooling unit 150 is provided to circulate the cooling medium to the outside of the water tank 140, and a rotating unit 160 for rotating the object to be processed (110).

피처리물(110)은 원통형의 구조를 취하며, 알루미늄 재질로 구비된다고 명시하였지만, 이 밖에도 원주형, 육면체 등 볼륨을 갖는 다양한 형태의 금속재질의 피처리물이 해당될 수 있다. 상기와 같은 피처리물(110)은 양극에 위치한다.The to-be-processed object 110 has a cylindrical structure and is specified as being made of aluminum. In addition, the to-be-processed object 110 may correspond to a workpiece of various types of metallic materials having a volume such as a columnar shape and a cube. The workpiece 110 as described above is located at the anode.

대전극(120)은 상기 양극에 대한 상대전극인 음극에 위치하며, 전원공급부(130)는 상기 양극과 음극 사이에 일정한 전압을 인가하여 산화피막이 진행되도록 한다. 수조(140)는 내부에 전해액(10)이 충진되고, 상기 피처리물(110) 및 대전극(120)이 침지되어, 상기 피처리물(110)의 양극과 대전극(120)의 음극에 전압이 가해지면 수조에 충진된 전해액(10)의 작용으로 피처리물(110)의 표면에 산화피막형성이 진행되는 것이다. 냉각부(150)는 상기와 같은 산화피막형성과정이 진행되면서 상기 수조(140)에 담긴 전해액(10)의 온도가 높아질 때 전해액(10)의 온도조절을 위해 상기 수조(140)의 외부로 냉각매체가 순환하도록 구비된다.The counter electrode 120 is positioned at the cathode, which is a counter electrode to the anode, and the power supply unit 130 applies a constant voltage between the anode and the cathode to allow the oxide film to proceed. The water tank 140 is filled with the electrolyte solution 10 therein, the to-be-processed object 110 and the counter electrode 120 is immersed in the anode of the to-be-processed object 110 and the cathode of the counter electrode 120. When a voltage is applied, an oxide film is formed on the surface of the object 110 by the action of the electrolyte solution 10 filled in the water tank. The cooling unit 150 is cooled to the outside of the water tank 140 to control the temperature of the electrolyte solution 10 when the temperature of the electrolyte solution 10 contained in the water tank 140 is increased as the oxide film forming process is performed as described above. The medium is provided to circulate.

상기 회전부(160)는 상기 피처리물(110)을 일정한 속도로 회전시키는 구동수단으로서, 일례로 상기 회전부(160)는 전원을 공급받아 회전하는 모터를 포함할 수 있다. 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치는 상기 음극에 위치한 대전극(120)은 고정된 상태이고, 산화되는 튜브형태의 피처리물(110)은 일정한 속도로 회전하게 된다. 산화되는 피처리물(110)을 고정했을 때 대전극(120)과 마주하는 금속면과 그에 반대되는 금속면에서 전기장의 차이로 인해 나노 구조물의 형성이 다르게 나타나며 이를 해결하기 위해 피처리물(110)을 회전시켜 산화되는 금속면을 회전하였다. 회전으로 인해 피처리물(110)의 전면부에서 동일한 전기장이 인가됨으로써 양극산화 반응시 균일한 나노 구조물이 형성되게 된다.The rotating part 160 is a driving means for rotating the workpiece 110 at a constant speed. For example, the rotating part 160 may include a motor that rotates by receiving power. In the rotary anodizing device according to the present invention having the structure as described above, the counter electrode 120 positioned in the cathode is fixed, and the workpiece 110 in the form of a tube to be oxidized rotates at a constant speed. When the object 110 to be oxidized is fixed, the formation of the nanostructures is different due to the difference in the electric field in the metal surface facing the counter electrode 120 and the metal surface opposite thereto. ) Was rotated to rotate the metal surface to be oxidized. The same electric field is applied to the front part of the object 110 due to the rotation, thereby forming a uniform nanostructure during the anodization reaction.

또한, 상기 회전부(160)의 작용으로 피처리물(110)이 회전하게되면서 산화 반응이 일어나면서 발생하는 열을 순환시켜 온도 상승을 억제하여 균일한 온도를 유지하는 교반기 역할을 기대할 수 있다. In addition, it is possible to expect the role of the stirrer to maintain a uniform temperature by circulating the heat generated by the oxidation reaction occurs by the rotation of the workpiece 110 by the action of the rotating unit 160 to suppress the temperature rise.

기존의 경우, 성형을 위한 기존의 몰드 제작용 양극산화공정은 4인치 내의 극히 제한적인 공간에서 이루어져 왔지만, 본 발명에서는 4인치 이상의 확보된 공간에서 공정이 이루어질 수 있다. 이때 피처리물(110)의 모든 표면에 대하여 균일성이 확보된 다공성의 나노구조물을 제작하기 위해서는 균일한 전기장의 분포 및 균일한 온도분포가 필요로 하며, 이를 위해 모터 등의 회전부(160)를 이용한 회전방식을 적용하였다. 실제 공정에 있어서 전기장과 온도분포의 균일성은 양극산화 공정이 완료된 피처리물(110)이 성형을 위한 몰드로써 가치를 갖는지를 좌우하는 중요한 역할을 한다.In the conventional case, the existing anodizing process for manufacturing a mold for molding has been made in a very limited space within 4 inches, in the present invention, the process can be made in a space secured more than 4 inches. In this case, in order to fabricate the porous nanostructures with uniformity for all surfaces of the object 110, a uniform electric field distribution and a uniform temperature distribution are required. The rotation method used was applied. In the actual process, the uniformity of the electric field and the temperature distribution plays an important role in determining whether the workpiece 110 having the anodization process is valuable as a mold for molding.

즉, 회전부(160)를 이용한 피처리물(110)의 회전을 통해 고정된 대전극(120)과 피처리물(110) 표면 사이의 거리를 단계적으로 균일화 시켜 피처리물(110) 표면에 대한 전기장 분포를 전체적으로 균일화 시킨다. That is, the distance between the counter electrode 120 and the surface of the object 110 that is fixed through the rotation of the object 110 by using the rotating unit 160 is uniformly stepped on the surface of the object 110. Uniformize the electric field distribution as a whole.

또, 피처리물(110)의 회전에 의해 전해액(10)의 교반 효과를 유도하여 수조(140)의 아랫부분과 윗부분의 온도차를 제거하여 수조(140) 내부의 전해액(10) 온도 균일성을 유지시킨다. 피처리물(110)의 회전은 균일성이 확보된 다공성 나노구조물을 제작하기 위한 필수 조건이다.In addition, the stirring effect of the electrolyte solution 10 is induced by the rotation of the object 110 to remove the temperature difference between the lower part and the upper part of the water tank 140 to uniform the temperature of the electrolyte solution 10 inside the water tank 140. Keep it. Rotation of the to-be-processed object 110 is an essential condition for manufacturing a porous nanostructure having a uniformity.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 냉각부(150)는 상기 냉각매체를 순환시키는 칠러(152)가 장착될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 냉각부(150)는 상기 수조(140)의 하단에 배치되는 쿨링플레이트(153)를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the cooling unit 150 may be equipped with a chiller 152 for circulating the cooling medium. In addition, according to another aspect of the present invention, the cooling unit 150 may include a cooling plate 153 disposed on the lower end of the water tank 140.

알루미늄 양극산화 반응을 이용하여 피처리물(110)의 표면에 균일한 나노 구조물을 형성하기 위해서는 반응이 일어나는 전 면적에 대해 균일한 전압과 전기장 및 온도가 요구된다. 이에 본 발명에서는 이를 충족하기 위해 전해액(10)의 온도를 조절하기 위해 순환식 냉각구조로 디자인된 냉각부(150)를 포함하되, 상기 냉각부(150)는 냉각매체를 순환시키기 위한 칠러(152)를 포함할 수 있으며, 양극산화공정이 이루어지면서 발생하는 열을 최소화하기 위하여 수조(140)의 저면에 배치되어, 상기 수조가 탑재되는 쿨링 플레이트(153)를 포함할 수도 있다. 이와 같이 구성된 시스템에 의해 일정한 전압 하에서 금속재질의 피처리물(110) 표면의 산화반응이 전 면적에서 균일하게 일어나며 일정한 온도를 유지하므로 반응 면적이 증가하여도 균일한 나노 구조물을 형성할 수 있다.In order to form a uniform nanostructure on the surface of the workpiece 110 using aluminum anodization, a uniform voltage, electric field, and temperature are required for the entire area where the reaction occurs. Therefore, the present invention includes a cooling unit 150 is designed in a circulating cooling structure to control the temperature of the electrolyte 10 to meet this, the cooling unit 150 is a chiller 152 for circulating the cooling medium In order to minimize the heat generated during the anodization process may be disposed on the bottom surface of the water tank 140, it may include a cooling plate 153 on which the water tank is mounted. By the system configured as described above, the oxidation reaction of the surface of the workpiece 110 of the metal material is uniformly performed at the entire area under a constant voltage and maintains a constant temperature, thereby forming a uniform nanostructure even when the reaction area is increased.

또한, 본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 피처리물(110) 또는 대전극(120)을 수평방향으로 이동시켜 피처리물(110)과 대전극(120)의 간격을 조절하는 간격조절부(170)를 포함할 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, by moving the workpiece 110 or counter electrode 120 in the horizontal direction to adjust the interval between the workpiece 110 and the counter electrode 120 ( 170).

상기 간격조절부(170)는 상기 피처리물(110) 또는 대전극(120)의 하부에 연결되고, 상기 피처리물(110)을 좌우로 움직이거나, 대전극(120) 또는 둘다 이동시켜 상기 피처리물(110)과 대전극(120)의 간격을 조절하여 산화피막 형성속도 및 강도를 조절할 수 있다. 상기 간격조절부(170)는 상기 피처리물(110) 또는 대전극(120)을 흔들리지 않도록 수평방향으로 이동하는 범위에서 공지의 다양한 직선이송수단이 적용될 수 있다.The gap adjusting unit 170 is connected to the lower portion of the object 110 or the counter electrode 120 and moves the object 110 to the left or right, or moves the counter electrode 120 or both to the target object 110. An oxide film formation rate and strength may be controlled by adjusting a distance between the workpiece 110 and the counter electrode 120. The gap adjusting unit 170 may be a variety of known linear transfer means may be applied in a range moving in the horizontal direction so as not to shake the workpiece 110 or counter electrode 120.

본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치를 이용한 양극 산화 방법은 알루미늄 소재의 튜브형 피처리물을 전해액에서 양극산화하여 상기 피처리물의 표면에 산화피막을 형성시키는 것으로, 음극에 위치한 대전극이 일측에 고정되고, 양극에 위치한 튜브형태의 피처리물이 제자리에서 회전하면서 양극산화가 진행되도록 한다.The anodic oxidation method using the rotary anodizing device according to the present invention is to anodize a tubular workpiece of aluminum material in an electrolyte solution to form an oxide film on the surface of the workpiece, and the counter electrode positioned on the cathode is fixed to one side. Then, the tube-shaped workpiece placed on the anode rotates in place to allow anodization to proceed.

상기와 같이 음극에 위치한 대전극은 고정되고, 산화되는 튜브형태의 피처리물은 일정한 속도로 회전할 경우, 산화되는 피처리물을 고정했을 때 대전극과 마주하는 금속면과 그에 반대되는 금속면에서 전기장의 차이로 인해 나노 구조물의 형성이 다르게 나타나는 문제점이 해결될 수 있다. 즉, 피처리물의 회전으로 인해 피처리물의 전면부에서 동일한 전기장이 인가됨으로써 양극산화 반응시 균일한 나노 구조물이 형성되게 된다.As described above, when the counter electrode positioned on the cathode is fixed, and the workpiece to be oxidized is rotated at a constant speed, the metal surface facing the counter electrode and the metal surface opposite thereto when the workpiece to be oxidized are fixed. Due to the difference in the electric field in the formation of nanostructures can be solved differently. That is, the same electric field is applied at the front part of the workpiece due to the rotation of the workpiece, thereby forming a uniform nanostructure during the anodization reaction.

본 발명은 알루미늄 양극산화를 이용하여 튜브 형태의 금속 피구조물(110)의 표면에 균일한 나노 구조물을 만들기 위하여 반응이 일어나는 알루미늄재질의 피구조물(110)에 일정한 속도의 회전을 인가하여 피구조물(110) 표면에 발생하는 산화반응이 대전극(120)의 위치에 상관없이 표면 전체에 골고루 전기장이 형성되어 피구조물(110) 표면에 균일한 나노 구조물을 단일 공정을 통해 만들 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 피구조물(110) 표면의 회전으로 산화피막과정에서 발생하는 열을 전해액(10)의 회전으로 인해 빠르게 확산을 진행시켜 표면 위치에 따른 국부적인 열 증가 현상을 줄일 수 있다. 이는 기존에 균일성 확보를 위해 저전압에서 오랜시간 양극산화 공정을 하거나, 나노 홀간 거리를 조절 또는 증가시키기 위해 고전압을 인가 시 피구조물(110) 표면에서 발생하는 발열반응을 줄이기 위해 교반 장치를 추가로 사용하여 장비의 복잡성을 야기하는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 금속재료인 피구조물(110)의 회전을 통해 고전압에서도 산화반응을 통해 일어나는 발열반응을 충분히 상쇄시킬 수 있을 만큼의 교반이 이뤄지기 때문에 고전압을 이용하여 빠른 시간에 나노 구조물을 만들 수 있으며, 산화되는 피구조물(110)의 면적이 증가함에도 균일한 나노 구조물을 만들 수 있는 장점이 있다. The present invention by applying a constant speed rotation to the aluminum-structured structure 110, the reaction takes place in order to make a uniform nano-structure on the surface of the tube-shaped metal structure 110 by using aluminum anodization. 110) Regardless of the position of the counter electrode 120, the oxidation reaction occurring on the surface has an advantage that an electric field is formed evenly over the entire surface, thereby making uniform nanostructures on the surface of the structure 110 through a single process. . In addition, the heat generated in the anodizing process by the rotation of the surface of the structure 110 can be rapidly diffused due to the rotation of the electrolyte 10 to reduce the local heat increase phenomenon according to the surface position. It is a conventional anodizing process at low voltage for a long time to secure uniformity, or agitating device is added to reduce the exothermic reaction occurring on the surface of the structure 110 when high voltage is applied to control or increase the distance between nano holes. To solve the problem of equipment complexity. That is, in the present invention, since the agitation is sufficiently performed to sufficiently offset the exothermic reaction caused by the oxidation reaction even at high voltage through the rotation of the structure 110, which is a metal material, the nanostructure may be quickly made using the high voltage. It can be, even if the area of the structure to be oxidized 110 has an advantage of making a uniform nano-structure.

본 발명은 기존 알루미늄 양극산화 방식을 이용하여 기존에 금속판 표면에 나노 구조물을 형성하거나 원통형내, 외부표면에 나노 구조물을 제작하는 방법의 문제점을 보완하여 넓은 면적에 나노 구조물을 제작하여도 균일성을 유지할 수 있도록 금속을 회전시키는 새로운 방식을 제안하였다. 이를 통해 넓은 면적의 금속 표면에 나노 구조물을 제작할 수 있으며, 이를 성형 몰드로 사용하면, 많은 시간 절약과 이를 응용한 대면적의 나노 구조물을 이용한 응용기술로의 시장 진입 및 기술이전 가능성이 높다.The present invention complements the problem of the method of forming a nanostructure on the surface of a metal plate or manufacturing a nanostructure on a cylindrical or outer surface by using an existing aluminum anodization method, even if a nanostructure is manufactured in a large area. A new way of rotating the metal is proposed. Through this process, nanostructures can be fabricated on metal surfaces of large areas, and when used as molding molds, there is a high possibility of time-saving and market entry and application of technologies using large-area nanostructures.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Could be. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

110 : 피처리물
120 : 대전극
130 : 전원공급부
140 : 수조
150 : 냉각부
151 : 냉각탱크
152 : 칠러
153 : 쿨링플레이트
160 : 회전부
170 : 간격조절부110: to be processed
120: counter electrode
130: power supply
140: tank
150:
151: cooling tank
152: chiller
153: cooling plate
160: rotating part
170: spacing control unit

Claims

The present invention relates to an anodizing device of aluminum for anodizing a tubular workpiece of aluminum material in an electrolyte solution to form an oxide film on the surface of the workpiece.
A workpiece in the form of a tube located at the anode;
A counter electrode positioned at the cathode;
A power supply unit applying a constant voltage between the anode and the cathode;
A bath filled with an electrolyte solution and immersing the metal and the counter electrode;
A cooling unit provided to circulate a cooling medium to the outside of the tank to control the temperature of the electrolyte solution contained in the tank;
A rotating part for rotating the object to be processed;
And a gap adjusting unit for moving the workpiece or counter electrode in a horizontal direction to adjust a distance between the workpiece and the counter electrode.

The method of claim 1,
And the cooling unit is equipped with a chiller for circulating the cooling medium.

The method of claim 1,
And the cooling unit includes a cooling plate disposed at a lower end of the water tank.