KR20150057071A - 알루미늄 합금의 표면 처리방법 - Google Patents

알루미늄 합금의 표면 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 합금의 표면 처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 알루미늄 합금의 표면 처리방법에 있어서, 알루미늄 합금의 전처리 단계; 전처리 된 상기 알루미늄 합금을 일정 조성물로 이루어진 부식액에 침지시켜 상기 알루미늄 합금의 표면을 부식시켜 투명 광택막을 형성하는 단계; 투명 광택막이 형성된 상기 알루미늄 합금을 양극 산화시켜 상기 알루미늄 합금의 표면에 산화 피막을 형성하는 단계; 및 산화 피막이 형성된 상기 알루미늄 합금의 후처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 합금의 표면 처리방법{THE METAL SURFACE TREATMENT METHOD OF ALUMINUM ALLOY}
본 발명은 알루미늄 합금의 표면 처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 알루미늄 합금으로 이루어진 소재대상에 기계적 연마시 발생하는 연마패드 자국 및 스크레치(scratch)를 산성불화암모늄과 붕산의 혼합수용액에 침지하여 제거하고 이후, 양극산화시켜 고광택의 알루미늄 합금 표면을 얻을 수 있는 알루미늄 합금의 표면 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 압연 또는 압출 공정을 거친 알루미늄 합금의 표면은 거친 표면 자국을 포함하고 있으며, 이러한 알루미늄 합금의 거친 표면은 기계적 연마 및 부식을 통해 제거되었다.
한편, 상술한 양극산화(anodic oxidation method)라 함은 금속의 표면 처리법의 하나로 알루마이트법이라고도 하며, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 황산, 수산 또는 크롬산 등의 용액 속에 침지시켜 양극으로 하고 전해하면 양극 산화가 되어 알루미늄 표면에 양극 산화 피막(Al2O3ㆍxH2O)이 생성되어 알루미늄 합금의 내식성 및 표면 경도를 향상시키는 표면 처리법을 의미한다.
이러한 양극산화는 상술한 바와 같이 알루미늄 합금의 내식성 및 표면 경도 향상뿐만 아니라, 양극 산화 피막에 염료를 흡착하여 착색이 가능하기 때문에 일반적으로 널리 활용되는 금속의 표면 처리 방법 중 하나이다.
그러나 종래 양극산화의 경우, 양극산화 시간이 길어질수록 알루미늄 합금의 표면 광택은 저하되며, 저하된 알루미늄 합금의 표면은 양극산화 이후, 별도의 폴리싱(polishing)공정을 수행하여도 고광택의 알루미늄 합금 표면을 확보하는데에는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 어느 정도 해결하고자, 한국공개특허 제10-2005-0118918호 "칠판용 알루미늄의 표면처리 방법 및 이를 이용해 제작된 칠판"에는 알루미늄판을 산성불화암모늄과 글루콘산칼슘의 혼합수용액에 침지시키는 전처리과정을 포함하고 있으며, 아울러 한국등록특허 제10-0864316호 "전자 사진 감광체 드럼용 알루미늄 파이프의 표면 화학처리 방법"에서는 알루미늄 파이프의 광택 공정에 0.001∼0.03 중량%의 불산 첨가제가 첨가된 5∼20 %(w/v) 농도의 불화암모늄 용액에서 1∼5 분간 산-에칭시키는 공정을 포함하고 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 전처리 과정과 같이 산성불화암모늄 단독 또는 산성불화암모늄과 글루콘산칼슘 혼합 수용액 또는 산성불화암모늄과 불산 혼합 수용액 등은 백색의 막은 얻을 수 있으나, 불투명하여 광택을 잃으므로 고광택의 알루미늄 합금 표면을 얻기에는 적합하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로, 알루미늄 합금 표면의 기계적 연마에 의해 발생하는 스크레치 및 연마패드 자국을 효과적으로 제거하고, 양극산화 처리 시간과 관계없이 고광택의 알루미늄 합금 표면을 얻을 수 있는 알루미늄 합금의 표면 처리방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법은 상술한 목적을 달성하기 위하여 알루미늄 합금의 전처리 단계, 전처리 된 상기 알루미늄 합금을 일정 조성물로 이루어진 부식액에 침지시켜 상기 알루미늄 합금의 표면을 부식시켜 투명 광택막을 형성하는 단계, 투명 광택막이 형성된 상기 알루미늄 합금을 양극 산화시켜 상기 알루미늄 합금의 표면에 산화 피막을 형성하는 단계 및 산화 피막이 형성된 상기 알루미늄 합금의 후처리 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 전처리 단계는 준비된 상기 알루미늄 합금의 표면을 연마하는 단계 및 연마된 상기 알루미늄 합금을 일정 조성물로 이루어진 탈지액에 침지시켜 상기 알루미늄 합금의 표면에 잔존하는 이물질을 탈지하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 탈지액은 물 1ℓ에 전체중량 대비 3~10%의 알킬아민 에톡실레이트 또는 알콜 에톡실레이트와 3~10%의 황산이 혼합되어 이루어지되, 상기 알루미늄 합금은 50~60℃의 상기 탈지액에 3~10분 동안 침지시켜 탈지될 수 있다.
바람직하게는 상기 부식액은 물 1ℓ에 전체중량대비 1~10%의 붕산이 혼합된 혼합액에 산성불화암모늄 40~400g이 용해되어 이루어지되, 상기 알루미늄 합금은 상온에서 상기 부식액에 1~5분 동안 침지되어 부식될 수 있다.
바람직하게는 상기 산화 피막을 형성하는 단계는, 상기 알루미늄 합금을 20℃의 황산 전해액에 침지시킨 후, 14V의 전압을 50분 동안 가하여 20~22㎛ 두께의 산화 피막을 형성할 수 있다.
바람직하게는 상기 후처리 단계는 산화 피막이 형성된 상기 알루미늄 합금의 표면을 착색 및 폴리싱하는 단계 및 착색 및 폴리싱 된 상기 알루미늄 합금을 실링하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 알루미늄 합금 표면의 기계적 연마에 의해 발생하는 스크레치 및 연마패드 자국을 효과적으로 제거할 수 있고, 양극산화 처리 시간과 관계없이 고광택의 알루미늄 합금 표면을 얻을 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법의 전체 공정도다.
도 2는 도 1의 제3단계 수행 전(a), 후(b) 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면을 나타내는 모식도다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
이와 관련하여 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법의 전체 공정도이며, 도 2는 도 1의 제3단계 수행 전(a), 후(b) 알루미늄 합금의 표면을 나타내는 모식도다.
앞의 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법은 압출 또는 압연 공정을 통해 준비된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 전처리하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 전처리 단계는 준비된 상기 알루미늄 합금의 표면을 연마하는 단계(S100) 및 연마된 상기 알루미늄 합금을 일정 조성물로 이루어진 탈지액에 침지시켜 상기 알루미늄 합금의 표면에 잔존하는 이물질을 탈지하는 단계(S200)를 포함하며 이하에서는 상술한 전처리 단계(S100)(S200)에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 알루미늄 합금의 표면을 연마하는 단계(S100)는 유성 또는 유지 연마제를 포함하는 각종 연마제를 이용하여 준비된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 기계적으로 연마하는 단계(S100)로, 다양한 연마기를 이용하여 수행가능하므로 이에 대한 특별한 한정을 두지 아니한다.
한편, 상술한 알루미늄 합금의 표면을 연마하는 단계(S100)를 거친 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 그 표면에 상술한 기계적 연마를 통한 각종 이물질 또는 연마제가 잔존하므로 이를 제거할 필요가 있다.
이에 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법은 상기 각종 이물질 또는 잔존하는 연마제를 제거하기 위하여 연마된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 일정 조성물로 이루어진 탈지액에 침지시켜 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면에 잔존하는 각종 이물질 또는 연마제를 탈지하는 단계(S200)를 포함한다.
이때, 상술한 이물질 또는 연마제를 탈지하는 단계(S200)는 다양한 비 이온 계면활성제와 황산(H2SO4)을 혼합한 탈지액을 이용하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면에 존재하는 각종 이물질 또는 연마제를 제거할 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서 상기 탈지액은, 물 1ℓ에 전체중량 대비 3~10%의 알킬아민 에톡실레이트(Alkyl Amine Ethoxylate) 또는 알콜 에톡실레이트(Alcohol Ethoxylate)와 3~10%의 황산이 혼합되어 이루어진다.
한편, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 다양한 온도 및 시간 조건 하에서 상기 탈지액에 침지되어 이물질 또는 연마제가 제거될 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서는 50~60℃의 상기 탈지액에 3~10분 동안 침지시켜 각종 이물질 또는 연마제가 제거된다.
아울러, 상기 이물질 또는 연마제를 탈지하는 단계(S200)는 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 탈지액에 침지된 상태에서 초음파 또는 진동을 가하거나, 상기 탈지액을 유동시킴으로써 각종 이물질 또는 잔존하는 연마제를 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 압연 또는 압출 공정을 통해 준비되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면은 해당 공정의 특성상 거친 표면을 갖게 되고 이러한, 거친 표면을 기계적 연마단계(S100) 탈지단계(S200)를 통해 제거하는데에는 한계가 있다.
즉, 상기 거친 표면은 기계적 연마단계(S100) 및 탈지단계(S200)를 통해 어느 정도까지는 제거가 될 수 있으나, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 탈지단계(S200) 이후, 미세한 연마패드 자국 또는 스크레치(scratch)가 존재한다.
이러한 미세한 연마패드 자국 또는 스크레치(scratch)를 포함하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면은 별도의 양극산화 및 폴리싱(polishing)공정이 더 수행되더라고 고광택의 표면을 얻는데 한계가 있다.
이에 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법은 상술한 탈지단계(S200) 이후, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면에 존재하는 미세한 연마패드 자국 또는 스크레치를 제거하기 위하여 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 일정 조성물로 이루어진 부식액에 침지시켜 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면에 존재하는 미세한 연마패드 자국 또는 스크레치를 부식시켜 제거함과 동시에, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 투명 광택막을 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
이때, 본 발명의 일실시 예에 따른 상기 부식액은 물 1ℓ에 전체중량대비 1~10%의 붕산(boric acid)이 혼합된 혼합액에 산성불화암모늄 40~400g이 용해되어 이루어진다.
이때, 상기 산성불화암모늄은 NH4F, NH4HF 또는 NH4HF2 중 선택된 어느 하나를 이용할 수 있으며, 상기 붕산은 무색의 투명광택을 갖는 화학식 H3BO3인 오쏘(ortho)붕산을 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 상술한 바와 같이 산성불화암모늄과 붕산으로 이루어진 부식액을 이용하는 이유는 종래 기술과 같이 산성불화암모늄 수용액 또는 산성불화암모늄에 글루콘산칼슘 또는 불산이 혼합된 수용액을 부식액으로 사용시, 미세한 연마패드 자국 또는 스크레치가 제거된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면을 얻을 수는 있으나, 이러한 부식액으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면을 부식시키면 그 표면이 불투명하여 광택을 잃게 되고 이로 인하여 고광택의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면을 얻는 데는 한계가 있기 때문이다.
아울러, 상기 투명 광택막을 형성하는 단계(S300)는 다양한 온도 및 시간 조건에서 수행될 수 있음은 물론이나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서 상기 투명 광택막을 형성하는 단계(S300)는 상온(약 20~30℃) 조건에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 상기 부식액에 1~5분 동안 침지시켜 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법은 투명 광택막이 형성된 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 양극산화(anodic oxidation method)시켜 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면에 일정 두께의 산화 피막을 형성하는 단계(S400)를 포함한다.
이때, 상기 산화 피막을 형성하는 단계(S400)는 전해액으로 황산, 수산 및 크롬산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 선택된 둘 이상의 혼합을 전해액으로 이용할 수 있음은 물론이나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서는 경제성, 산화피막의 투명성, 내식성 및 내마모성 향상을 위해 황산(H2SO4)을 전해액으로 이용하였으며, 상기 알루미늄 합금을 20℃의 상기 황산 전해액에 침지시킨 후, 14V의 전압을 50분 동안 가하여 20~22㎛ 두께의 산화 피막을 형성한다.
그리고 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법은 상기 산화 피막을 형성하는 단계(S400) 이후, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 후처리 단계를 포함하는데, 이때, 상기 후처리 단계는 산화 피막이 형성된 상기 알루미늄 합금의 표면을 착색 및 폴리싱하는 단계(S500) 및 착색 및 폴리싱 된 상기 알루미늄 합금을 실링하는 단계(S600)를 포함한다.
이때, 상기 착색 및 폴리싱 단계(S500)를 통해 다양한 색상을 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 착색할 수 있으며, 다양한 기계적 수단을 통해 폴리싱 공정이 수행가능하므로 이에 대한 특별한 한정은 두지 아니한다.
아울러, 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법은 상기 착색 및 폴리싱하는 단계(S500)를 거친 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 실링(sealing)하는 단계(S600)를 포함한다.
이때, 상기 실링(sealing)하는 단계(S600)는 봉공처리(封孔處理)라고도 하며, 이러한 봉공처리는 양극산화를 통해 형성된 산화 피막의 미세공(微細孔)을 봉공해, 내식성 등의 여러 성질을 바꾸는 처리를 의미한다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 상기 실링(sealing)하는 단계(S600)는 수화 봉공, 금속염 봉공 및 유기물 봉공을 포함하는 다양한 봉공처리 공정을 이용할 수 있음은 물론이나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서 상기 실링(sealing)하는 단계(S600)는 금속염 수용액에 산화 피막이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 침지시켜 수행되는 금속염 봉공처리를 이용하고, 이때 금속염으로는 니켈을 이용하며 60~80℃의 니켈 염 수용액에 10분 동안 침지시켜 수행됨으로써 고광택의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면을 확보할 수 있다.
결과적으로 본 발명의 일실시 또는 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄 합금의 표면 처리방법은 상술한 바와 같은 단계들을 통해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면의 기계적 연마에 의해 발생하는 스크레치 및 연마패드 자국을 효과적으로 제거할 수 있고, 양극산화 처리 시간과 관계없이 고광택의 알루미늄 합금 표면을 얻을 수 있는 우수한 효과가 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다 할 것이다.

Claims (6)

  1. 알루미늄 합금의 표면 처리방법에 있어서,
    알루미늄 합금의 전처리 단계;
    전처리 된 상기 알루미늄 합금을 일정 조성물로 이루어진 부식액에 침지시켜 상기 알루미늄 합금의 표면을 부식시켜 투명 광택막을 형성하는 단계;
    투명 광택막이 형성된 상기 알루미늄 합금을 양극 산화시켜 상기 알루미늄 합금의 표면에 산화 피막을 형성하는 단계; 및
    산화 피막이 형성된 상기 알루미늄 합금의 후처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금의 표면 처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리 단계:는
    준비된 상기 알루미늄 합금의 표면을 연마하는 단계; 및
    연마된 상기 알루미늄 합금을 일정 조성물로 이루어진 탈지액에 침지시켜 상기 알루미늄 합금의 표면에 잔존하는 이물질을 탈지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금의 표면 처리방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탈지액은 물 1ℓ에 전체중량 대비 3~10%의 알킬아민 에톡실레이트 또는 알콜 에톡실레이트와 3~10%의 황산이 혼합되어 이루어지되,
    상기 알루미늄 합금은 50~60℃의 상기 탈지액에 3~10분 동안 침지시켜 탈지되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금의 표면 처리방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부식액은 물 1ℓ에 전체중량대비 1~10%의 붕산이 혼합된 혼합액에 산성불화암모늄 40~400g이 용해되어 이루어지되,
    상기 알루미늄 합금은 상온에서 상기 부식액에 1~5분 동안 침지되어 부식되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금의 표면 처리방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 피막을 형성하는 단계는, 상기 알루미늄 합금을 20℃의 황산 전해액에 침지시킨 후, 14V의 전압을 50분 동안 가하여 20~22㎛ 두께의 산화 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금의 표면 처리방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 후처리 단계:는
    산화 피막이 형성된 상기 알루미늄 합금의 표면을 착색 및 폴리싱하는 단계; 및
    착색 및 폴리싱 된 상기 알루미늄 합금을 실링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금의 표면 처리방법.
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