KR20150013003A

KR20150013003A - 금속 기재의 표면처리방법

Info

Publication number: KR20150013003A
Application number: KR1020140064959A
Authority: KR
Inventors: 윤주식
Original assignee: 주식회사 위스코하이텍
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2015-02-04

Abstract

본 발명은 마그네슘, 마그네슘 합금을 비롯하여 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 동, 동 합금 등과 같은 표면 산화가 용이한 금속으로 구비된 기재의 표면처리에 관한 것으로, 용액조에 채워진 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액을 부동태처리 열온도로 가열시켜 주는 단계; 상기 알코올계의 부동태 용액에 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 구비된 금속 기재를 1 내지 15분간 또는 1 내지 59초 범위로 침적시켜, 상기 기재의 표면에 부동태처리 열온도로 가열된 알코올계의 부동태 용액과의 반응에 의해 부동태(不動態)층을 형성시켜 주는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

Description

금속 기재의 표면처리방법{METHOD FOR SURFACE TREATMENT OF BASE METAL}

본 발명은 각종 디스플레이용 전자제품이나 장치, 전자기기 등에 사용되는 금속으로 구비된 기재의 표면처리방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 마그네슘, 마그네슘 합금을 비롯하여 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 동, 동 합금 등과 같은 표면 산화가 용이한 금속으로 구비된 기재를 부동태처리 열온도로 가열된 알코올(Alcohol)계 부동태 용액에 침적시켜, 상기 기재의 표면에 더욱 치밀한 부동태(不動態)층을 형성할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

근래 들어 마그네슘이나 마그네슘 합금은 경량이면서 전자파 차폐의 우수성 및 방열성 등이 우수하여 디스플레이용 전자제품을 비롯한 컴퓨터, 카메라, 핸드폰뿐만 아니라 자동차 등 다양한 분야에 걸쳐 많이 사용되고 있다.

하지만, 이와 같은 마그네슘 합금 소재를 실용화하기 위해서는 필히 별도의 표면처리를 하여야만 각종 내장부품 및 외장부품 등에 내구성을 확보할 수 있다.

이와 같은 마그네슘 합금 소재의 일반적인 표면처리로는 6가 크롬을 함유하는 크롬산염 화성처리액에 마그네슘 합금을 침적시키는 화성처리방법이 널리 시용되어 왔으나, 중금속인 6가 크롬은 인체에 치명적일 뿐만 아니라 심각한 환경오염 문제를 유발하게 된다는 문제점이 있어서 작업환경 및 폐수처리 등에 대한 엄격한 규제가 따르고 있는 실정이다.

또한, 상기한 종래의 크롬산염 화성처리를 대체하기 위한 비크롬산염 화성처리법으로서는 인산 마그네슘에 지르코늄, 티탄, 또는 아연 등의 금속을 첨가하는 인산염 처리방법이 제안되었으나, 이는 처리시간이 많이 소요되는 공정으로 인해 실용성 결여와 충분한 내식성, 방청성 및 도막 밀착성을 부여할 수 없다는 한계성이 제기되고 있다.

한편, 한국공개특허 제2002-0077150호(2002년 10월 11일)로 공개된 '마그네슘합금용 화성처리액, 표면처리방법 및 마그네슘합금 기재'(이를 '문헌1'이라 한다.)가 이미 널리 알려져 있다.

상기 언급된 문헌1에 대해 살펴보면, 마그네슘 합금에 도장 밀착성, 내식성 및 녹 방지성을 부여하기 위한 수단으로 인산이온 및 과망간산 이온을 함유하고, pH가 1.5 내지 7인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금용 화성처리액과 표면처리방법을 제안하고 있다.

하지만, 이와 같은 종래의 방법으로는 화성처리액이 강산성 처리 조건인 pH 2 내지 4 범위로 선호되어야 하기 때문에 예컨데, 화성처리액의 pH가 7을 초과하면 과망간산 이온의 산화력 저하로 인해 피막 석출량이 극단적으로 적어지게 되어, 피막의 재현 신뢰도가 떨어지기 때문에 충분한 내식성과 도막 밀착성을 얻을 수 없는 문제점을 가지고 있는 실정이다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 동, 동 합금 등과 같은 표면 산화가 용이한 금속으로 구비된 기재를 부동태처리 열온도로 가열된 알코올(Alcohol)계 부동태 용액에 침적시켜, 상기 기재의 표면에 더욱 치밀한 부동태(不動態)층을 형성하도록 함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 동, 동 합금 등과 같은 금속으로 구비된 기재를 부동태처리 열온도로 미리 가열된 알코올(Alcohol)계 부동태 용액에 직접 침적시켜, 상기 기재의 표면에 부동태층을 형성하여 주기 때문에 이로 인해 부동태층의 처리공정 시간을 더욱 단축시켜 줄 수 있도록 함에 또 다른 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 구성수단 및 방법으로는 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액을 부동태처리 열온도로 가열시켜 주는 단계가 구비된 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 알코올계의 부동태 용액에 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 구비된 금속 기재를 1 내지 15분간 또는 1 내지 59초 범위로 침적시켜, 상기 기재의 표면에 부동태처리 열온도로 가열된 알코올계의 부동태 용액과의 반응에 의해 부동태(不動態)층을 형성시켜 주는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 해결하고자 하는 과제에 대한 구성수단 및 다양한 과정들은 첨부한 도면에 나타난 다양한 일실시사례들의 상세한 설명을 통해서 보다 더 명백하여 질 것이다.

이와 같이 본 발명은 마그네슘, 마그네슘 합금을 비롯하여 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 동, 동 합금 등과 같은 산화가 용이한 금속으로 구비된 기재를 부동태처리 열온도로 미리 가열된 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액에 침적시켜, 상기 기재의 표면에 더욱 치밀한 부동태(不動態)층을 형성하여 주기 때문에 이로 인해 상기 기재로 하여금 내식성을 비롯한 내염성, 방청성, 도장 밀착성, 메탈(Metal) 질감성을 더욱 향상시켜 주는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 마그네슘, 마그네슘 합금을 비롯하여 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 동 , 동 합금 등과 같은 금속으로 구비된 기재를 부동태처리 열온도로 미리 가열된 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액에 직접 침적시켜, 상기 기재의 표면에 부동태층을 형성하여 주기 때문에 이로 인해 부동태층의 처리공정 시간을 더욱 단축시켜 주는 또 다른 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 금속 기재에 대한 표면처리가 이루어지는 상태를 개략적으로 나타낸 일실시사례 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속 기재에 대한 표면처리 과정을 나타낸 제1실시사례 플로우차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속 기재에 대한 표면처리 과정을 나타낸 제2실시사례 플로우차트이다.

본 발명의 구체적인 실시사례를 설명함에 있어서, 본 발명의 도면에 의해 도시되어 있고, 이에 따른 구성수단과 동작들은 적어도 하나의 일실시 사례로써 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심적인 구성수단 및 일실시 사례들이 제한받지는 않아야 할 것이다.

참고할 사항으로, 본 발명에서 설명되는 각 도면들에 부호를 표기함에 있어서 동일한 구성요소는 비록 다른 도면에 표기되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여하였음에 특히 유의하여야 할 것이고, 이하 첨부된 도 1 내지 도 3에 나타낸 도면들을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

일반적으로 사용되는 마그네슘, 마그네슘 합금을 비롯하여 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 동, 동 합금 등(이하 "금속"이라 한다.)과 같은 금속은 우수한 비강도성(비중 대비 강도)을 비롯한 높은 열전도성 및 열확산성, 경량성(예컨데, 마그네슘, 마그네슘, 알루미늄, 알루미늄 합금 소재의 경우임.), 진동 흡수성, 전자파 차폐성 외에 각종 디스플레이용 전자제품이나 장치, 전자기기 등에 있어서 소재의 박막화 추세에 따른 필름 대체가 가능하고, 주조 및 가공이 용이하며, 재활용성 등이 우수한 소재로서의 특징을 가지고 있으나, 반면에 높은 산화성과 낮은 내식성 문제로 인하여 본 발명에서와 같이 필수적으로 표면처리를 해주어야만 한다.

본 발명은 이와 같은 특징을 가진 표면 산화가 용이한 금속을 활용하여 다이캐스팅(Die Casting)이나 사출물 또는 판재 등으로 구비된 기재(基材)(100)(이를 "모재(母材)"라고도 한다.)에 대해 부동태처리 열온도(T1 ; 단위 ℃)로 미리 가열된 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액(110)에 침적(이를 "디핑(Dipping)"이라고도 한다.)시켜, 상기 기재(100)의 표면에 더욱 치밀한 부동태(不動態)층(120)(이를 "부동태"라고도 한다.)을 형성하여 줌으로써, 상기 금속 기재(100)로 하여금 내식성 및 내염성을 비롯하여 방청성, 도장 밀착성, 메탈(Metal) 질감성을 향상시켜 각종 내장부품 및 외장부품 등에 내구성을 확보할 수 있도록 해주는 것을 그 특징으로 한다.

더불어, 본 발명에 따른 상기 언급된 금속으로 만들어진 기재(100)의 신뢰성 테스트 조건으로는 온도 60℃, 습도 90%에서 240시간 동안 실시되는 항온항습 테스트를 비롯하여, 온도 -40℃의 30분에서 80℃의 30분 동안까지 100사이클(Cycle)에 걸쳐 실시되는 냉온 열충격 테스트, 그리고 염수 5%에서 120시간 동안 실시되는 내염수 테스트에서 변형이나 변질이 없어야 하기 때문에 무엇보다 금속 소재에 대한 표면처리 기술이 중요시 되고 있는 실정이다.

먼저, 본 발명에 따른 과제를 해결하기 위한 구성수단 및 일실시사례 과정에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

첨부된 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이 용액조(200)에 채워진 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액(110)을 부동태처리 열온도(T1)로 미리 가열시켜 주는 단계(S201, S301)가 구비된다.

상기 알코올계의 부동태 용액(110)은 후술되는 부동태층(120) 즉, 기재(100)의 표면에 부동태처리 열온도(T1)에 의해 산화 피막 형성시 그 반응 물질로 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol), 부틸알코올(Butyl Alcohol), 옥틸알코올(Octyl alcohol) 중에서 선택된 어느 하나 또는 두 가지 이상 혼합하여 조성된 알코올(Alcohol)계 물질인 것을 그 특징으로 한다.

이어서, 본 발명은 상기 알코올계의 부동태 용액(110)이 채워진 용액조(200)에 금속 기재(100)를 1 내지 15분간 또는 1 내지 59초 범위로 침적시켜, 상기 기재(100)의 표면에 미리 부동태처리 열온도(T1)로 가열된 알코올계의 부동태 용액(110)과의 반응에 의해 부동태(不動態)층(120)을 형성시켜 주는 단계(S202, S302)를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 금속 소재로 다이캐스팅(Die Casting)이나 사출물 또는 판재 등으로 구비된 상기 기재(100)는 마그네슘(Mg) 단독 물질이거나, 또는 마그네슘(Mg)에 Al, Cu, Ti, Ni, Si, Cr, Mn, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 적어도 어느 하나 이상 선택된 마그네슘 합금으로 구비된 것을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 금속 소재로 다이캐스팅(Die Casting)이나 사출물 또는 판재 등으로 구비된 상기 기재(100)는 알루미늄(Al) 단독 물질이거나, 또는 알루미늄(Al)에 Mg, Cu, Ti, Ni, Si, Cr, Mn, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 적어도 어느 하나 이상 선택된 알루미늄 합금으로 구비된 것을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 금속 소재로 다이캐스팅(Die Casting)이나 사출물 또는 판재 등으로 구비된 상기 기재(100)는 동(Cu) 단독 물질이거나, 또는 동(Cu)에 Mg, Al, Ti, Ni, Si, Cr, Mn, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 적어도 어느 하나 이상 선택된 동 합금으로 구비된 것을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 금속 소재로 다이캐스팅(Die Casting)이나 사출물 또는 판재 등으로 구비된 상기 기재(100)는 티타늄(Ti) 단독 물질이거나, 또는 티타늄(Ti)에 Mg, Al, Cu, Ni, Si, Cr, Mn, Zn, Zr, Fe, Ca, Li, Be 중에서 적어도 어느 하나 이상 선택된 티타늄 합금으로 구비된 것을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 금속 소재로 구비된 기재(100)의 두께(t1)는 0.06 내지 2mm를 사용하는 것이 바람직하나, 기재(100)의 화학적, 물리적인 특성을 비롯하여 이를 사용하는 제품 등의 목적이나 용도 등에 따라 그 두께(t1)를 0.02 내지 4mm 범위로 좀 더 얇거나 두꺼운 것도 포함될 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 언급된 부동태처리 열온도(T1)는 용액조(200)에 채워진 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액(110)을 비점(沸點)(또는 "비등점(沸騰點)"이라고도 한다.) 이하 예컨데, 40℃ 내지 비점 범위로 미리 가열하여 부동태층(120)의 형성을 위한 반응 작용에 유리하도록 하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에 있어서 또 다른 방법으로는 상기 언급된 부동태처리 열온도(T1)는 용액조(200)에 채워진 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액(110)을 40 내지 200℃ 범위로 미리 가열하여 앞에서와 같이 부동태층(120) 형성 즉, 반응 작용에 유리하도록 하는 것을 그 특징으로 한다.

이때, 상기 부동태처리 열온도(T1)가 40℃ 미만일 경우에는 부동태 용액(110)의 반응 작용이 떨어져서 부동태층(120)의 형성이 제대로 이루어지지 않을 우려가 있고, 반면에 부동태처리 열온도(T1)가 200℃ 또는 비점을 초과할 경우에는 손실되는 부동태 용액(110)이 많아지기 때문에 앞에서 언급된 40 내지 200℃ 범위 또는 40℃ 내지 비점 범위에서 적합한 부동태처리 열온도(T1)를 유지시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

다시 말해서, 알코올계의 부동태 용액(110)에 포함된 반응 물질 중에서 그 비등점을 살펴보면 에탄올은 78.3℃, 메탄올은 64.65℃, 이소프로필알코올은 82℃, 부틸알코올은 117.7℃, 옥틸알코올은 194.5℃이기 때문에 어느 하나를 단독으로 선택하여 사용하거나, 또는 두 가지 이상 혼합하여 조성 사용하는 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액(110)의 물질 종류에 따라 부동태처리 열온도(T1)를 적합하게 설정하는 것이 중요할 것이다.

더불어, 본 발명에 있어서 상기 부동태처리 열온도(T1)로 가열된 알코올계의 부동태 용액(110)에 상기 기재(100)를 침적시켜 주는 시간은 앞에서 언급된 부동태 용액(110)의 반응 물질에 따라 달라질 수 있으나, 그 침적 시간은 1초 내지 1분 범위에서도 그 반응이 가능하다.

이때, 상기 기재(100)를 침적시켜 주는 시간이 1분 미만일 경우에는 부동태층(120)의 치밀도가 떨어질 우려가 있으나, 앞에서 언급된 기재(100)의 신뢰성 테스트 조건은 만족할 수 있게 된다. 반면에 상기 기재(100)를 침적시켜 주는 시간이 15분을 초과할 경우에는 부동태층(120)의 치밀도가 높아지는 장점은 있으나, 공정 시간이 불필요하게 길어져서 낭비 요인으로 작용할 수 있기 때문에 10분 내외로 적절하게 설정하여 부동태층(120)을 치밀하게 형성시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 금속으로 구비된 기재(100)의 표면에 형성되는 부동태층(120)의 두께는 부동태처리 열온도(T1)를 비롯하여 부동태 용액(110) 즉, 반응 물질의 종류나 그 침적 시간 등에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게 0.1 내지 2.0㎛ 범위로 형성시켜 주는 것을 그 특징으로 한다.

다시 말해서, 상기 부동태층(120)의 두께를 0.1㎛ 이하로 얇게 형성시켜 줄 경우에는 상기 기재(100)의 표면에 대한 훼손이 적어 금속 질감을 잘 살려 주는 장점은 있으나, 이는 산화 피막(또는 "산화막"이라고도 한다.)이 너무 얇게 형성되기 때문에 내식성이 떨어질 우려가 있고, 반면에 그 두께를 2.0㎛ 이상으로 두껍게 형성시켜 줄 경우에는 내식성은 우수하나, 상기 기재(100)의 표면이 심하게 훼손될 우려가 있을 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 언급된 기재(100)를 부동태 용액(110)이 채워진 용액조(200)에 침적시켜 주기 전에 충분한 탈지 및 세척공정을 거쳐서 기재(100)의 표면에 이물질을 제거시켜 주는 것이 바람직할 것이다.

다시 말해서, 상기 기재(100) 표면에 이물질이 묻어 있을 경우에는 표면장력으로 인해 부동태 용액(110)이 전체적으로 균일하게 형성되지 않기 때문에 결국, 부동태층(120)의 형성에 나쁜 영향을 미치게 될 수 있는 것이다.

더불어, 상기 부동태층(120)이 형성된 기재(100)에 대해 용액조(200)로부터 꺼내어 상온에서 자연 건조시켜 주는 단계(S203, S303)를 더 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

또 다른 방법으로는 상기 부동태층(120)이 형성된 기재(100)에 대해 용액조(200)로부터 꺼내어 20 내지 60℃ 범위의 분위기 온도에서 실시되는 적외선 또는 열풍으로 건조시켜 주는 단계(S203, S303)를 더 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같이 형성된 본 발명의 상기 부동태층(120)은 그 위에 별도로 도료를 기반으로 하는 도장 보호층(도시 생략함.)을 형성시켜 줄 경우에 있어서 도료의 흡착력을 더욱 상승시켜 주는 작용을 하게 되고, 더 나아가서는 상기 기재(100)의 표면에 더욱 치밀하고 안정된 도장 보호층을 형성시켜, 내식성, 방청성을 비롯한 제품의 메탈(Metal) 질감성을 더욱 향상시켜 주는 작용을 하게 된다.

더불어, 본 발명의 상기 부동태층(120)은 그 위에 별도로 필름(Film)을 기반으로 하는 필름 보호층(도시 생략함.)을 형성시켜 줄 경우에 있어서는 점착수단(도시 생략함.)이 도포처리된 필름과의 흡착력을 더욱 상승시켜, 상기 기재(100)의 표면에 대한 내후성을 더욱 향상시켜 줌과 함께 부식을 방지하여 주는 작용을 하게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위에서 다양한 변경과 수정 등이 가능함을 자명하게 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 언급된 바와 같은 다양한 일실시사례들에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 특허청구 범위에 의하여 정해져야 함이 바람직할 것이다.

100 : 기재
110 : 부동태 용액
120 : 부동태층
200 : 용액조

Claims

용액조(200)에 채워진 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액(110)을 40℃ 내지 비점(沸點) 범위의 부동태처리 열온도(T1)로 가열시켜 주는 단계(S201);
상기 부동태 용액(110)에 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 구비된 금속 기재(100)를 1 내지 15분간 침적시켜, 상기 기재(100)의 표면에 상기 부동태처리 열온도(T1)로 가열된 상기 부동태 용액(110)과의 반응에 의해 부동태(不動態)층(120)을 형성시켜 주는 단계(S202)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 기재의 표면처리방법.
용액조(200)에 채워진 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액(110)을 40℃ 내지 비점(沸點) 범위의 부동태처리 열온도(T1)로 가열시켜 주는 단계(S301);
상기 부동태 용액(110)에 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 구비된 금속 기재(100)를 1 내지 59초 범위로 침적시켜, 상기 기재(100)의 표면에 상기 부동태처리 열온도(T1)로 가열된 상기 부동태 용액(110)과의 반응에 의해 부동태(不動態)층(120)을 형성시켜 주는 단계(S302)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알코올(Alcohol)계의 부동태 용액(110)은 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol), 부틸알코올(Butyl Alcohol), 옥틸알코올(Octyl Alcohol) 중에서 선택된 어느 하나 또는 두 가지 이상 혼합하여 조성된 것을 특징으로 하는 금속 기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부동태처리 열온도(T1)는 알코올계의 부동태 용액(110)을 40 내지 200℃ 범위로 가열한 것을 특징으로 하는 금속 기재의 표면처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부동태층(120)의 두께는 0.1 내지 2.0㎛인 것을 특징으로 하는 금속 기재의 표면처리방법.