KR20150092948A - 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 17~30중량% 농도의 황산용액 중에 알루미늄 기재를 양극으로 배치하고, -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리(anodizing)하여 알루미늄 표면에 다공질의 산화피막을 형성하는 경질 양극 산화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 피막을 두껍게 형성하면서도 경질의 산화피막을 형성할 수 있으며, 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면경도, 내식성, 내마모성 및 전기적 절연성의 특성을 극대화할 수 있다.

Description

알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법{Surface treatment method of aluminum-diecasting material}

본 발명은 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 17~30중량% 농도의 황산용액 중에 알루미늄 기재를 양극으로 배치하고, -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리(anodizing)하여 알루미늄 표면에 다공질의 산화피막을 형성하는 경질 양극 산화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 알루미늄을 양극으로 하여 일정한 전해액에서 적정조건으로 분극을 시킬 경우, 자연피막보다 두꺼운 양극 산화피막이 생성되는데, 이를 양극산화 피막처리라 한다.

이와 같은, 알루미늄 표면처리 과정에서 어느 공정도 소홀히 할 수 없으나, 특히 산화피막 형성공정에서 부주의나 편차가 생기면 제품에 직접적인 영향을 받을 뿐만 아니라, 그 다음 공정인 착색공정이나 봉공처리에도 큰 영향을 주게 되므로, 이 산화피막 형성공정은 대단히 중요한 공정에 해당된다.

한편, 알루미늄 표면에 산화피막을 형성하는 양극산화처리방법에는 여러 가지 방법이 있는데, 주로 사용되는 방법은 방식성이 우수하고 치밀한 산화피막을 얻을 수 있는 수산법, 황산법, 크롬산법 등을 들 수 있다. 이중 황산법은 알루미늄 제품을 황산액에 넣고 직류와 교류를 보내면서 산화피막을 형성하는 것으로, 황산의 농도가 높을수록 피막이 빠르고 단단하게 형성되며, 가격이 저렴하므로 널리 이용되고 있다.

상기한 방법들로 알루미늄의 표면에 양극산화처리를 실시하여 산화피막을 형성하는 과정에서 시간의 변화와 전류의 변화를 주면 색조를 조절할 수 있게 되지만, 시간의 조절을 통해 얻어지는 산화피막의 색조는 엷은 색조에서 짙은 색조로, 예를 들면 엷은 브론즈색에서 흑색으로 변화하는 단일계통의 색상만이 얻어지는 단점이 있다.

위의 공정에 따라 형성된 양극산화피막은 내마모성이 우수하며, 내광성과 내식성을 목적으로 기공을 막아주는 봉공처리를 해야 하는데, 봉공처리의 방법은 수화봉공처리, 금속염 봉공처리, 유기물 봉공처리, 도장에 의한 봉공처리 등의 방법 등 여러가지 방법이 적용된다.

한편, 다이캐스팅(diecasting)은 다이 주조라고도 하며, 필요한 주조 현상에 완전 일치하도록 정확하게 가공된 강제의 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주조물을 얻는 정밀 주조법이고, 이를 다이캐스트 주물이라고 한다.

따라서, 알루미늄 다이캐스팅은 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없고, 기계적 성질이 우수하여 대량 생산이 가능하다.

국내공개특허 제10-2010-0089197호

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 피막을 두껍게 형성하면서도 경질의 산화피막을 형성할 수 있는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면경도, 내식성, 내마모성 및 전기적 절연성의 특성을 극대화할 수 있는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 염료 착색 성능이 우수하여 도색 활용범위를 보다 광범위하게 확장할 수 있는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 17~30중량% 농도의 황산용액 중에 알루미늄 기재를 양극으로 배치하고, -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리(anodizing)하여 알루미늄 표면에 다공질의 산화피막을 형성하는 경질 양극 산화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법을 제공한다.

구체적으로, 상기 표면처리방법은

(S1)알루미늄을 다이캐스팅 성형하는 단계;

(S2)상기 다이캐스팅 성형하여 얻어진 알루미늄 다이캐스팅 소재로부터 이물질을 제거하는 단계;

(S3)상기 이물질이 제거된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 17~30중량% 농도의 황산용액 중에 알루미늄 기재를 양극으로 배치하고, -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리(anodizing)하여 다공질의 산화피막을 형성하는 경질 양극 산화 단계;

(S4)상기 산화피막에 형성된 미세 공극에 유기염료를 함입시켜 착색하는 단계; 및

(S5)상기 착색단계를 거친 알루미늄 다이캐스팅 소재를 봉공처리하는 단계;

를 포함한다.

상기 이물질 제거는 탈지단계, 에칭단계 및 디머스트 단계 중 선택된 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.

특히, 상기 (S3)단계의 양극산화처리는, 27중량% 농도의 황산용액 중에서 24V의 저전압 하에서 밀도 5A/㎠의 직류 전류와 밀도 5A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주어 수행되는 것이 바람직하다.

상기 (S4)단계의 유기염료는 수용성 염료, 유용성 염료, 천연식물 유래 염료 등이 사용될 수 있다.

상기 (S4)단계의 착색은 50~60℃에서 10~30분간 수행될 수 있다.

상기 (S5)단계의 봉공처리는 수화봉공처리, 금속염 봉공처리, 유기물 봉공처리, 도장에 의한 봉공처리, 전해 봉공처리, 저온 침지 봉공처리 등의 방법에 의해 수행될 수 있다.

또한 본 발명은 전술한 방법으로 표면처리되어, 경도가 350~450HV인 경질의 산화피막이 40~50㎛의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재를 제공한다.

본 발명의 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법에 따르면, 피막을 두껍게 형성하면서도 경질의 산화피막을 형성할 수 있으며, 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면경도, 내식성, 내마모성 및 전기적 절연성의 특성을 극대화할 수 있다. 또한, 본 발명은 염료 착색 성능이 우수하여 도색 활용범위를 보다 광범위하게 확장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 피막 표면을 전계방사형 전자현미경(FE-SEM)으로 측정한 결과를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 피막 단면을 전계방사형 전자현미경(FE-SEM)으로 측정한 결과를 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 미소경도 측정 결과를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면조도 측정 결과를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 광택 측정 결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 염수분무시험 후 표면조도 변화를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 염수분무시험 후 마모정도를 나타낸 사진이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 경질 양극 산화 처리 방식을 이용한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 황산용액을 전해액으로 이용하면서 저전압 하에서 직류 및 교류를 중첩하는 직교류 중첩법에 의해 전류를 흘려주어 알루미늄 표면에 경질의 산화피막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은 주조, 탈지/에칭의 전처리, 양극산화, 착색 및 봉공처리의 단계를 거치는 알루미늄 표면처리방법에서, 상기 양극산화 시 17~30중량% 농도의 황산용액 중에 알루미늄 기재를 양극으로 배치하고, -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리(anodizing)하여 알루미늄 표면에 다공질의 산화피막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 알루미늄 다이캐스팅 표면처리방법을 보다 자세히 설명한다.

먼저, 알루미늄 합금 주물 가운데 금속제의 주형을 사용하여 용융금속을 고압사출 주조하는 통상의 다이캐스팅 주조방법에 따라 알루미늄을 다이캐스팅 성형한다.

상기 다이캐스팅 성형과정 후에는 알루미늄 표면에 형성된 각종 이물질을 제거한다. 구체적으로, 상기 이물질 제거는 탈지단계, 에칭단계, 디스머트(desmut)단계를 포함한다.

상기 탈지단계는 다이캐스팅 성형단계에서 금형 내에 유입되어 알루미늄 표면에 묻어 있는 각종 유분을 제거하는 단계로, 알루미늄을 25~35℃의 세정수에 10~30분 동안 침전시키는 방법으로 수행할 수 있다. 이때, 상기 세정수에는 비이온성, 음이온성, 양이온성 등의 계면활성제를 추가로 더 첨가할 수도 있으며, 특히 비이온성 계면활성제인 TX-100을 사용하는 것이 좋다.

그 다음 에칭단계는 알루미늄 표면에 존재하는 이물질, 스크레치 등의 표면 불순물을 제거하기 위한 단계로, 30~45℃에서 15~30초간 수산화나트륨 등의 알칼리성 성분으로 알루미늄을 닦아내어 알칼리성에 의해 제거 가능한 성분을 제거한다.

상기 디스머트 단계는 상기 에칭 후 알루미늄 표면에 생긴 불순물을 제거하기 위한 단계로, 질산 또는 과산화수소 혼합물을 이용하여 알루미늄 표면을 세정하는 방법으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 디스머트 단계는 상온에서 수행될 수 있다.

상기와 같은 탈지, 에칭 및 디스머트 단계의 사이에는 각각 수세과정이 수행될 수 있으며, 스프레이 수세나 탕세를 이용하여 충분한 수세과정을 실시한 후 이후의 공정을 실시하는 것이 좋다.

상기 탈지, 에칭 및 디스머트 단계를 포함하는 이물질 제거공정은 반드시 모두 진행되어야 하는 것은 아니고, 필요에 따라 선택적으로 취합하여 진행할 수도 있다. 또한 상기 이물질 제거 공정 시 알루미늄의 크기나 형상 등에 따라 각 세정제 및 약품 농도와 온도 및 처리 시간 또한 다양하게 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 알루미늄 캐스팅 소재로부터 이물질을 제거한 후에는 경질 양극 산화 단계를 실시한다.

상기 경질 양극 산화 단계에서는 황산용액을 전해액으로 이용하여 알루미늄 다이캐스팅 소재를 양극으로 배치하고, 저전압 하에서 직류 전류와 교류 전류를 동시에 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리하여 산화피막을 형성한다.

기존 수산법에서도 직교류를 중첩하는 방식이 적용되었으나, 수산법에서 직교류중첩방식을 채택할 경우 황산의 농도를 10% 정도로 적용하여야하며, 황산과 함께 수산과 구연산을 첨가하여야만 하였고, 이렇게 생산된 제품은 표면의 피막층이 단단하기는 하나 형성되는 기공의 수가 현저히 적으며, 낮은 농도로 황산을 사용해야하기 때문에 피막의 형성속도가 현저하게 느려지고, 전력의 소비가 많으며, 약품비가 많아지는 등 비용적인 손실이 커서 실제 제품의 생산에 적용하기 힘들었다.

그러나 본 발명에서는 전해액인 황산용액에 알루미늄 다이캐스팅 소재를 침적시키고 직교류를 중첩시켜 위상제어를 하여 싸인파를 최적의 조건으로 주게 되면 알루미늄 다이캐스팅 소재에 미세한 깊이와 직경을 가지는 공극이 형성되게 되고, 이어서 전류와 전압을 조정하면 직교류 중첩위상제어법에 의한 양극산화처리에 의해 미세 공극이 더욱 형성되게 된다.

상기 알루미늄 다이캐스팅 소재에 접촉하는 상기 황산용액의 농도와 전류, 전압 및 싸인파에 따라 양극산화처리 후 형성되는 산화피막에 존재하는 미세 공극의 깊이와 직경이 달라지게 되는데, 따라서 원하는 미세 공극의 깊이와 직경에 따라 상기 황산용액의 농도와 전류, 전압 및 싸인파를 달리할 수 있음은 물론이다. 특히, 본 발명에서 상기 황산용액의 농도는 17~30중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 26~30중량%, 가장 바람직하게는 27중량%인 것이다. 그 농도가 17중량% 미만일 경우에는 산화피막의 형성속도가 저하되고 피막의 품질이 저해될 수 있으며, 30중량%를 초과할 경우에는 산화피막의 형성속도보다 황산용액의 농도에 의한 소재의 산화속도가 빨라 산화피막이 형성되기 전에 소재가 산화되어 피막을 형성할 수 없다.

상기 황산용액을 전해액으로 이용하고, 알루미늄 다이캐스팅 소재를 양극에 배치한 후, 저전압 하에서 직류 및 교류 전류를 중첩하여 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리를 실시한다.

상기 양극산화처리는 -5~17℃ 범위의 온도에서, 바람직하게는 15℃에서 수행되는 것이 좋다. 상기 온도가 -5℃ 미만일 경우에는 피막의 생성속도가 현저하게 느려질 수 있고, 17℃를 초과할 경우에는 피막이 무르게 형성되어 좋은 품질의 제품을 얻을 수 없다.

또한, 상기 전압은 최대 30V, 바람직하게는 0.01~24V 범위의 저전압을 인가한다. 상기 전압이 30V를 초과할 경우에는 알루미늄 다이캐스팅 소재가 상하게 되고, 착색의 효과 또한 얻기가 힘들 수 있다.

상기 양극산화처리 시 직류 전류밀도는 1~8A/㎠인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3~8A/㎠, 가장 바람직하게는 5A/㎠인 것이다. 상기 직류 전류밀도가 1A/㎠ 미만일 경우에는 피막 형성이 이루어지지 않을 수 있으며, 8A/㎠를 초과할 경우에는 높은 전류밀도로 인해 소재에 버닝 현상이 일어날 수 있다.

또한, 상기 교류 전류밀도는 전술한 직류와 같은 패턴으로 수행될 수 있다.

상기와 같이 -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 중첩하여 흘려주면서 양극산화처리를 실시한다.

즉, 상기 경질 양극 산화 단계는 도금욕조 안에 17~30중량% 농도의 황산용액을 넣은 후, 양극에는 알루미늄 다이캐스팅 소재를, 음극으로는 통상의 알루미늄 양극산화에 사용되는 구리, 납, 주석. 흑연 등의 금속을 배치한 후, -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주게 되면, 양극에서 발생되는 산소에 의해 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면이 산화되어 산화피막을 형성하게 된다. 이때, 형성된 산화피막에는 다수의 미세 공극이 치밀하게 형성되어 있다.

상기와 같은 직교류 중첩법에 의한 양극산화처리를 통하여 알루미늄 다이캐스팅의 표면에 형성된 산화피막은 두께가 40~50㎛이고, 그 경도가 350~450HV인 것이 바람직하다.

상기에서 설명한 바와 같이 양극산화처리 시 본 발명과 같이 저전압 하에서 직교류 중첩법에 의한 양극산화처리를 통하여 산화피막을 형성할 경우, 산화피막의 두께가 두터우면서도 경질의 산화피막을 형성할 수 있고, 산화피막 표면에 무수히 많은 미세 공극이 형성되며, 특히 미세 공극들의 분포 밀도가 굉장히 높은 상태인 치밀한 다공질의 피막을 형성할 수 있다. 즉, 이렇게 많은 수와 높은 밀도로 형성된 미세 공극에 의해 이후 염료 착색 공정 시 착색 성능을 높여 도색 활용 범위를 보다 광범위하게 넓힐 수 있게 된다.

이어서, 상기 산화피막에 형성된 미세 공극에 유기염료를 함입시켜 착색시키는 단계를 실시한다.

상기 유기염료는 통상 알루미늄 착색에 사용되는 수용성 염료, 유용성 염료, 천연식물 유래의 염료 등이 사용될 수 있으며, 구체적으로 시판되고 있는 Sanodal Yellow 3GL, Sanodal Blue G, Sanodal Deep Black MLW, Sanodal Gold 4N, Sanodal Red B3LW, Sanodal Turquoise PLW Liquid, Aluminium Orange G 등을 사용할 수 있다.

상기 염료의 농도가 0.1~30g/L인 염색액에 상기 산화피막이 형성된 알루미나 다이캐스팅 소재를 침적시켜 착색한다. 이때, 착색을 위한 염색액의 온도는 50~60℃가 되도록 유지하고, 침적시간은 10~30분간 수행하도록 한다.

상기 착색이 완료된 알루미늄 다이캐스팅 소재는 이후 봉공처리를 실시한다.

상기 봉공처리는 통상의 방법에 따라 수행할 수 있음은 물론이며, 예를 들어 수화봉공처리, 금속염 봉공처리, 유기물 봉공처리, 도장에 의한 봉공처리, 전해 봉공처리, 저온 침지 봉공처리 등의 방법을 통하여 수행될 수 있다.

이중, 수화봉공처리는 양극 산화 단계에 의해 형성된 Al₂O₃가 베마이트로 변화하는 경우 결정수를 포함하는 것에 의해 체적이 팽창해서 미세공이 막히는 것으로, 탕 침적방식과 증기 봉공방식으로 나뉘어진다. 또한 금속염 봉공처리는 금속염수 용액에 양극 산화 피막을 침지시켜 봉공처리하는 방식으로, 금속염으로는 니켈, 코발트, 카드뮴, 아연, 동, 알루미늄, 납 등의 착산염, 질산염, 황산염 등을 사용할 수 있다. 유기물 봉공처리는 유지나 합성수지의 유기물을 도포하거나 이들에 침지시키는 방법이며, 도장에 의한 봉공처리는 스프레이건이나 정전 도장, 전착 도장에 의해 봉공처리하는 방법이다.

이후 마지막으로 봉공처리된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 건조시키기 위한 건조단계를 실시하는데, 이때 상기 건조는 70~80℃에서 약 10~30분 동안 진행할 수 있다.

또한 본 발명은 상기와 같은 방법으로 표면처리된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 제공한다. 상기 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면에는 경도가 350~450HV인 경질의 산화피막이 40~50㎛의 두께로 형성되어 있으며, 이 산화피막으로 인해 강도, 가공성, 절삭성, 부식방지 및 표면의 내마모성이 향상된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 제공할 수 있다.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

다이캐스팅 주조에서 성형된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 비이온 계면활성제인 TX-100이 10중량%로 첨가된 중성 탈지제로 10~30분간 탈지한 후, 스프레이 수세법으로 수세하였다. 그 다음, 알루미늄 다이캐스팅 소재를 수산화나트륨 용액에서 30~45℃의 온도로 15~30초간 침지시켜 표면을 에칭한 후 스프레이 수세법에 의해 수세하였다. 이어서 질산 600㏄와 55% 과산화수소 250㏄의 혼합용액에서 상온으로 60~180초간 알루미늄 다이캐스팅 소재를 침지시켜 디스머트(desmut)하고, 스프레이 수세법에 의해 수세하여 알루미늄 다이캐스팅 소재의 전처리를 완료하였다.

27중량% 농도의 황산용액이 전해액으로 담긴 도금욕조에, 상기 전처리된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 양극으로, 음극으로는 흑연판을 배치한 다음, 15℃의 온도, 24V의 저전압 하에서 5A/㎠의 직류 전류와 5A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주어 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리 처리하여 다공질의 산화피막을 형성하였다.

상기 산화피막에 형성된 미세 공극에 KT-96H(shin-ETSU 제조) 실리콘 오일 100㏄에 아르미나르· 레드 BB(일본 하나미화학사 제품) 30g을 혼합한 용액을 전기로에 넣고 200℃에서 10분간 처리하여 혼합액의 증기에 미세 공극이 형성된 산화피막을 노출시켜 레드색으로 착색하였다.

상기 착색된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 7g/ℓ의 농도와 65~75℃ 온도의 니켈 아세테이트 용액에 30~50분간 함침시켜 실링층을 형성하여 봉공처리하였다. 이어서, 상기 봉공처리된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 70~80℃에서 약 10~30분 동안 건조시켰다.

실시예 2

상기 실시예 1에서, 양극산화처리 처리 시 5℃의 온도, 30V의 저전압 하에서 8A/㎠의 직류 전류와 8A/㎠의의 교류 전류를 동시에 흘려준 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서, 양극산화처리 시 황산용액의 농도를 15중량%로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 1

알루미늄 다이캐스팅 소재를 탈지, 에칭, 디스머트 처리하여 이물질을 제거한 후, 27중량% 농도의 황산용액이 전해액으로 담긴 도금욕조에, 상기 전처리된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 양극으로, 음극으로는 흑연판을 배치한 다음, 15℃의 온도, 24V의 전압 하에서 5A/㎠의 교류 전류를 흘려주어 양극산화처리 처리하여 산화피막을 형성하였다. 이후 과정은 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 2

알루미늄 다이캐스팅 소재를 탈지, 에칭, 디스머트 처리하여 이물질을 제거한 후, 27중량% 농도의 황산용액이 전해액으로 담긴 도금욕조에, 상기 전처리된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 양극으로, 음극으로는 흑연판을 배치한 다음, 15℃의 온도, 24V의 전압 하에서 5A/㎠의 직류 전류를 흘려주어 양극산화처리 처리하여 산화피막을 형성하였다. 이후 과정은 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 피막 표면과 피막 단면을 전계방사형 전자현미경(FE-SEM)으로 측정하고, 그 결과를 도 1 및 2에 나타내었다.

도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 저전압 하에서 직교류 중첩법에 의해 경질 산화피막이 형성된 실시예 1의 알루미늄 다이캐스팅 소재는 비교예 1의 일반 경질 피막이 형성된 알루미늄 다이캐스팅 소재와 비교하여 산화피막층에 형성된 미세공극의 크기가 매우 미세화 되었음을 확인할 수 있었으며, 피막의 컬럼(column) 또한 실시예 1의 경우 비교예 1과 대비하여 미세화, 치밀화 되었음을 확인할 수 있었다.

또한 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재의 미소경도, 표면조도 및 광택을 측정하고, 그 결과를 도 3 내지 5에 나타내었다.

도 3은 미소경도 측정 결과를 도시한 것으로, 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따라 저전압 하에서 직교류 중첩법에 의해 경질 산화피막이 형성된 실시예 1의 알루미늄 다이캐스팅 소재는 다공층의 치밀도에 의하여 경질 피막의 경도가 비교예 1의 일반 경질 피막과 비교하여 더욱 증가되었음을 확인할 수 있었다.

도 4는 표면조도 측정 결과를 도시한 것으로, 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따라 저전압 하에서 직교류 중첩법에 의해 경질 산화피막이 형성된 실시예 1의 알루미늄 다이캐스팅 소재는 산화피막 표면에 형성된 공극의 미세화로 인하여 경질 피막의 표면거칠기가 비교예 1의 일반 피막과 비교하여 27.3% 정도 감소됨을 확인할 수 있었다.

일반적으로 광택은 표면의 구성물질, 형성, 거칠기에 따라 그 정도가 매우 달라지는데, 도 5에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따라 저전압 하에서 직교류 중첩법에 의해 경질 산화피막이 형성된 실시예 1의 알루미늄 다이캐스팅 소재는 산화피막 표면에 형성된 공극의 미세화로 인해 정반사광이 증가하고 이로써 광택도가 현저히 증가되었음을 확인할 수 있었다. 이같은 광택도의 증가는 비교예 1의 일반 피막과 비교하여 57.1% 정도 향상된 결과였다.

또한 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 표면처리한 알루미늄 다이캐스팅 소재를 이용하여 부식시험과 마모시험을 실시하였다. 부식시험은 MS141-17(KS D 9502)에 의거하여 염수분무시험을 실시하여 표면조도 변화를 도 6에 나타내었으며, 이에 따른 마모정도를 전계방사형 전자현미경(FE-SEM)으로 관찰하여 도 7에 나타내었다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 저전압 하에서 직교류 중첩법에 의해 경질 산화피막이 형성된 실시예 1의 알루미늄 다이캐스팅 소재는 염수분무 전과 비교하여 200시간 동안 염수분무에 노출시킨 후에도 조도 변화가 거의 없음을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 1의 일반 피막의 경우에는 200시간의 염수분무 후 표면조도가 현저히 감소됨을 확인할 수 있었다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 저전압 하에서 직교류 중첩법에 의해 경질 산화피막이 형성된 실시예 1의 알루미늄 다이캐스팅 소재는 피막의 치밀성, 경도 등에 의해 마모정도가 매우 적은 반면, 비교예 1의 경우에는 마모 부위 및 마모에 의한 피막 파괴가 매우 큼을 확인할 수 있었다.

이같은 결과를 통하여, 본 발명과 같이 17~30중량% 농도의 황산용액 중에 알루미늄 기재를 양극으로 배치하고, -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리하여 다공질의 산화피막을 형성할 경우, 미세하고 치밀한 다공질의 경질 피막을 형성하여 경도, 표면조도 및 광택이 매우 우수하고, 부식 및 마모가 현저히 적은 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리가 가능함을 확인할 수 있었다.

비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (8)

17~30중량% 농도의 황산용액 중에 알루미늄 기재를 양극으로 배치하고, -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리(anodizing)하여 알루미늄 표면에 다공질의 산화피막을 형성하는 경질 양극 산화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법.

제1항에 있어서,
상기 표면처리방법은,
(S1)알루미늄을 다이캐스팅 성형하는 단계;
(S2)상기 다이캐스팅 성형하여 얻어진 알루미늄 다이캐스팅 소재로부터 이물질을 제거하는 단계;
(S3)상기 이물질이 제거된 알루미늄 다이캐스팅 소재를 17~30중량% 농도의 황산용액 중에 알루미늄 기재를 양극으로 배치하고, -5~17℃의 온도 및 최대 30V의 저전압 하에서 밀도 1~8A/㎠의 직류 전류와 밀도 1~8A/㎠의 교류 전류를 흘려주는 직교류 중첩법에 의해 양극산화처리(anodizing)하여 다공질의 산화피막을 형성하는 경질 양극 산화 단계;
(S4)상기 산화피막에 형성된 미세 공극에 유기염료를 함입시켜 착색하는 단계; 및
(S5)상기 착색단계를 거친 알루미늄 다이캐스팅 소재를 봉공처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법.

제2항에 있어서,
상기 (S2)단계의 이물질 제거는 탈지단계, 에칭단계 및 디머스트 단계 중 선택된 하나 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법.

제2항에 있어서,
상기 (S3)단계의 양극산화처리는, 27중량% 농도의 황산용액 중에서 24V의 저전압 하에서 밀도 5A/㎠의 직류 전류와 밀도 5A/㎠의 교류 전류를 동시에 흘려주어 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법.

제2항에 있어서,
상기 (S4)단계의 유기염료는 수용성 염료, 유용성 염료 및 천연식물 유래 염료 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법.

제2항에 있어서,
상기 (S4)단계의 착색은 50~60℃에서 10~30분간 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법.

제2항에 있어서,
상기 (S5)단계의 봉공처리는 수화봉공처리, 금속염 봉공처리, 유기물 봉공처리, 도장에 의한 봉공처리, 전해 봉공처리 또는 저온 침지 봉공처리의 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재의 표면처리방법.

제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 기재에 따라 표면처리되어, 경도가 350~450HV인 경질의 산화피막이 40~50㎛의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 다이캐스팅 소재.

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