KR20170111322A - Surface treatment method of aluminium material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증류수, 시트르산, 옥살산 및 붕산을 포함하는 전해액 중에 알루미늄 소재를 양극(anode)으로 배치하는 단계; 및 정전압을 인가하여 산화피막을 형성하는 아노다이징 단계를 포함하는 알루미늄 소재의 표면처리방법에 관한 것으로, 종래의 수산법 대비 산화피막의 두께를 현저히 높일 수 있고, 내전압성, 내식성 및 내열충격성이 우수하며, 종래의 황산법 또는 크롬산법 대비 실링 공정 등의 후처리 공정을 요하지 않으므로 경제성 및 친환경성이 우수하다.The present invention relates to a method for producing an electrolytic solution, comprising: disposing an aluminum material as an anode in an electrolytic solution containing distilled water, citric acid, oxalic acid and boric acid; And an anodizing step of forming an oxide film by applying a constant voltage to the surface of the aluminum material. The method can remarkably increase the thickness of the oxide film compared to the conventional method of producing an aluminum film, and has excellent withstand voltage, corrosion resistance and thermal shock resistance , It does not require a post-treatment process such as a conventional sulfuric acid method or a chromic acid method, and thus it is excellent in economy and environment friendliness.
Description
본 발명은 알루미늄 소재의 표면처리방법에 관한 것으로, 구체적으로 아노다이징(Anodizing)을 이용한 알루미늄 소재의 표면처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface treatment method of an aluminum material, and more particularly, to a surface treatment method of an aluminum material using anodizing.
알루미늄(Al) 소재는 치수 정밀도가 높고, 경량(經粮)인 주물 제작에 있어서는 철(Iron)에 비해 짧은 시간에 대량생산이 가능하다. 또한, 높은 주조성, 낮은 밀도, 높은 생산성, 낮은 수축율 및 상대적으로 높은 강도 등의 특성으로 인해 다양한 산업분야에서 폭넓게 사용된다. Aluminum (Al) material is high in dimensional precision and can be mass-produced in a shorter time than iron in the production of lightweight castings. They are also widely used in a variety of industries due to their high castability, low density, high productivity, low shrinkage and relatively high strength.
알루미늄의 사용분야는 항공기, 철도 및 자동차 등의 수송용 장치 분야에서부터 전기, 전자, 일반기계 등에까지 다양하다. 구체적으로는 트랜스미션 하우징, 엔진실린더 및 블럭, 연료 측정 장치 등의 케이스류 및 복잡한 형상의 수송용 기기 부품에서 많이 사용된다. 또한, IT 산업의 발전과 함께 알루미늄은 휴대용 컴퓨터, 태블릿 PC 및 스마트 폰 등 휴대용 전자기기의 케이스에도 많이 사용되고 있다.Aluminum uses range from transportation equipment such as aircraft, railway and automobiles to electricity, electronics, and general machinery. Specifically, it is widely used in cases such as a transmission housing, an engine cylinder and a block, a fuel measuring device, and the like, and a component of a transportation device having a complicated shape. Along with the development of the IT industry, aluminum is also widely used in cases of portable electronic devices such as portable computers, tablet PCs and smart phones.
이러한 장점과 다양한 적용가능성에도 불구하고, 알루미늄은 그다지 가혹하지 않은 환경에서도 부식이 발생하여 기계적 성질이 저하되는 결과를 초래할 수 있기 때문에 내식성을 증대시키고 신뢰성을 보장할 수 있는 방안이 필요하다.Despite these advantages and various applicability, aluminum needs to be improved in corrosion resistance and reliability, since corrosion may occur in less severe environments, resulting in deterioration of mechanical properties.
알루미늄의 단점을 개선하기 위한 방법으로는 알루미늄에 Mn, Mg, Si 및 Cr 등의 원소를 첨가하여 합금으로 사용하는 방법, 알루미늄 합금 표면에 인공적인 양극산화 피막을 생성시키는 아노다이징(Anodizing) 방법, 전기 통전이 가능한 화성피막을 생성시키는 크로메이트 코팅(Chromate coating) 방법, 인산염 피막처리 방법 등이 있다. 이 중에서 아노다이징 방법은 알루미늄 합금 재료의 보호피막을 형성하는데 기능성이 높은 방법으로 고려할 수 있다.Methods for improving the disadvantages of aluminum include a method of using aluminum as an alloy by adding elements such as Mn, Mg, Si, and Cr, an anodizing method of producing an artificial anodic oxide coating on the surface of aluminum alloy, A chromate coating method and a phosphate coating treatment method which produce a chemical conversion coating capable of conducting electricity. Of these, the anodizing method can be considered as a method having a high functionality for forming a protective coating of an aluminum alloy material.
아노다이징은 전해시 사용되는 전해질의 종류에 따라 수산법, 황산법, 크롬산법 등이 있다. 표면처리를 하고자 하는 알루미늄 소재를 양극(anode)으로 하고 직류 전원을 인가하여, 양극에서 발생하는 산소에 의하여 알루미늄의 표면이 산화되면서 산화 알루미늄(Al2O3) 피막이 생성되는데, 이 피막은 대단히 단단하고, 내식성이 크며, 직경이 매우 작은 다공성 조직으로 형성된다. 알루미늄의 순도가 높을수록 미려하고 광택 있는 피막을 얻을 수 있다. The anodizing method includes the acid method, the sulfuric acid method, and the chromic acid method depending on the type of electrolyte used in the electrolysis. Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) coating is formed by oxidizing the surface of aluminum by the oxygen generated from the anode by applying a direct current power with an aluminum material to be surface treated as an anode, And is formed into a porous structure having a large corrosion resistance and a very small diameter. The higher the purity of aluminum, the more beautiful and glossy the coating can be obtained.
그러나 상기와 같이 황산법 또는 크롬산법으로 아노다이징하는 경우에는 알루미늄 표면에 형성되는 산화피막층 내에 무수히 많은 미세한 기공(Pore)이 존재하는 다공질 구조가 생성되는 현상이 발생하며, 이러한 다공질 구조는 미관을 장식하기 위한 착색을 위해서는 유리한 점이 있으나, 기계적, 화학적, 전기적 특성이 취약하여 산업용에 사용되기 위한 제품에는 적합하지 못한 단점이 있다. 따라서 이러한 다공질 구조의 미세기공을 메워 주는 실링 공정(sealing process)의 후처리 공정이 필수적으로 요구된다.However, in the case of anodizing by the sulfuric acid method or the chromic acid method as described above, there is a phenomenon that a porous structure in which numerous fine pores are present in the oxide film layer formed on the aluminum surface is generated. Such a porous structure, Although it has advantages for coloring, it has a disadvantage in that it is not suitable for a product to be used for industrial use due to its poor mechanical, chemical and electrical characteristics. Therefore, a post-treatment process of a sealing process for filling micropores of the porous structure is indispensably required.
그러나, 실링 공정은 공정 컨트롤 상에 어려움이 있으며, 표면에 백화 현상이 발생하고 산화피막층이 쉽게 분리되는 현상이 발생하는 등 여러 가지 문제점을 야기하고 있는 실정이다. However, the sealing process has various problems such as difficulties in process control, whitening on the surface, and separation of the oxide layer easily.
반면, 수산법으로 아노다이징을 실행하는 경우에는 산화피막층의 두께나 표면강도가 만족할 만한 수준에 도달하기 어려워 산화피막층이 쉽게 부식되는 결과를 초래하게 되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.On the other hand, when anodizing is carried out by the aquatic method, the thickness and the surface strength of the oxide film layer are difficult to reach a satisfactory level, resulting in a problem that the oxide film layer is easily corroded.
본 발명자는 수산법을 이용하되 종래의 황산법이나 크롬산법 대비 산화피막층의 두께를 충분히 성장시킬 수 있으며, 동시에 산화피막층의 기계적 물성과 화학적 물성을 향상시키고자 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventor has accomplished the present invention in order to sufficiently grow the thickness of the oxide film layer compared with the conventional sulfuric acid method or chromic acid method using the oxalic acid method and at the same time to improve the mechanical properties and chemical properties of the oxide film layer.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 수산법을 이용한 아노다이징 방법 대비 산화피막의 두께를 현저히 높일 수 있는 알루미늄 소재의 표면처리방법을 제공하기 위함이다.The object of the present invention is to provide a method for surface treatment of an aluminum material, which can significantly increase the thickness of an oxide film compared to an anodizing method using a conventional acid method.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 내전압성, 내식성 및 내열충격성이 우수한 산화피막을 형성할 수 있는 알루미늄 소재의 표면처리방법을 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a surface treatment method of an aluminum material capable of forming an oxide film having excellent resistance to voltage, corrosion resistance and thermal shock resistance.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 종래의 황산법을 이용한 아노다이징 방법 대비 실링 공정 등의 후처리 공정을 요하지 않으므로 경제성이 우수하고 친환경적인 알루미늄 소재의 표면처리방법을 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a method for surface treatment of an aluminum material which is excellent in economy and is environmentally friendly because it does not require a post-treatment step such as a sealing process compared to the conventional anodizing method using a sulfuric acid method.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.
본 발명의 하나의 관점은 증류수, 시트르산, 옥살산 및 붕산을 포함하는 전해액 중에 알루미늄 소재를 양극(anode)으로 배치하는 단계; 및 정전압을 인가하여 산화피막(Al2O3)을 형성하는 아노다이징 단계를 포함하는 알루미늄 소재의 표면처리방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention is a method for producing an electrolytic solution comprising: disposing an aluminum material as an anode in an electrolytic solution containing distilled water, citric acid, oxalic acid, and boric acid; And an anodizing step of forming an oxide film (Al 2 O 3 ) by applying a constant voltage to the surface of the aluminum material.
일 구체예로서, 상기 전해액 중 상기 시트르산의 농도는 8 내지 11M이고, 상기 옥살산의 농도는 0.8 내지 8M이며, 상기 붕산의 농도는 0.5 내지 1M일 수 있다.In one embodiment, the concentration of citric acid in the electrolytic solution is 8 to 11 M, the concentration of oxalic acid is 0.8 to 8 M, and the concentration of boric acid may be 0.5 to 1 M.
일 구체예로서, 상기 정전압 인가는 최초 25V 내지 35V로 정전압을 인가한 후 3 분 내지 30분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압 인가하고, 상기 정전압 인가 시간은 180분 내지 380분일 수 있다.In one embodiment, the application of the constant voltage may be a constant voltage of 25 V to 35 V, a constant voltage of 3 V to 30 V, a constant voltage of 5 V, and a constant voltage of 180 to 380.
일 구체예로서, 상기 정전압 인가는 25V 내지 35V로 정전압을 인가하는 제1 단계; 12분 동안 3분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압을 인가하는 제2 단계; 60분 동안 10분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압을 인가하는 제3 단계; 120분 동안 30분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압을 인가하는 제4 단계; 및 120분 내지 150분 동안 95V 내지 105V로 정전압을 인가하는 제5 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the constant voltage application includes a first step of applying a constant voltage from 25V to 35V; A second step of increasing the voltage by 5 V every 3 minutes for 12 minutes and applying a constant voltage; A third step of increasing the voltage by 5 V every 10 minutes for 60 minutes and applying a constant voltage; A fourth step of increasing the voltage by 5 V every 30 minutes for 120 minutes and applying a constant voltage; And a fifth step of applying a constant voltage from 95V to 105V for 120 minutes to 150 minutes.
일 구체예로서, 상기 전해액의 온도는 10 내지 25℃일 수 있다.In one embodiment, the temperature of the electrolytic solution may be 10 to 25 캜.
본 발명의 다른 관점은 상기 알루미늄 소재의 표면처리방법으로 형성된 산화피막을 포함하는 알루미늄 소재에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to an aluminum material comprising an oxide film formed by the above-mentioned method of surface treatment of an aluminum material.
일 구체예로서, 상기 산화피막의 두께는 40㎛ 내지 100㎛일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the oxide film may be 40 占 퐉 to 100 占 퐉.
본 발명의 알루미늄 소재의 표면처리방법은 종래의 수산법에 따른 아노다이징 방법 대비 산화피막의 두께를 현저히 높일 수 있으며, 내전압성, 내식성 및 내열충격성이 우수한 산화피막을 제공한다.The surface treatment method of the aluminum material of the present invention can remarkably increase the thickness of the oxide film compared to the conventional anodizing method according to the method of the present invention, and provides an oxide film excellent in withstand voltage, corrosion resistance and thermal shock resistance.
본 발명의 알루미늄 소재의 표면처리방법은 종래의 황산법 또는 크롬산법에 따른 아노다이징 방법 대비 실링 공정 등의 후처리 공정을 요하지 않으므로 경제성 및 친환경성이 우수하다.The surface treatment method of the aluminum material of the present invention does not require a post-treatment step such as a sealing process or the like compared to the conventional anodizing method according to the sulfuric acid method or chromic acid method, and thus is excellent in economy and environment friendliness.
도 1은 실시예 1에서 사용한 아노다이징 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 (a)는 실시예 1에서 형성된 산화피막의 표면을, 도 2 (b)는 비교예 1에서 형성된 산화피막의 표면을 각각 전자현미경(X500)으로 촬영한 사진이다.
도 3 (a)는 실시예 1에서 형성된 산화피막의 단면을, 도 3 (b)는 비교예 1에서 형성된 산화피막의 단면을 각각 전자현미경(X500)으로 촬영한 사진이다. Fig. 1 schematically shows an anodizing apparatus used in Example 1. Fig.
Fig. 2 (a) is a photograph of the surface of the oxide film formed in Example 1, and Fig. 2 (b) is a photograph of the surface of the oxide film formed in Comparative Example 1, respectively, taken by an electron microscope (X500).
Fig. 3 (a) is a cross section of the oxide film formed in Example 1, and Fig. 3 (b) is a photograph of the cross section of the oxide film formed in Comparative Example 1, respectively, by an electron microscope (X500).
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 발명에서 알루미늄 소재는 상용 가공용 알루미늄 합금 또는 순도 99% 이상의 고순도 알루미늄 모두를 포함하는 것으로 정의한다.In the present invention, the aluminum material is defined to include both an aluminum alloy for commercial processing or high-purity aluminum having a purity of 99% or more.
본 발명은 알루미늄 아노다이징(anodizing)를 이용한 알루미늄 소재의 표면처리방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for surface treatment of an aluminum material using aluminum anodizing.
이하에서는 본 발명의 알루미늄 소재의 표면처리 방법을 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the surface treatment method of the aluminum material of the present invention will be described in more detail.
먼저, 알루미늄 소재 표면에 형성된 각종 이물질을 제거한다. 구체적으로, 상기 이물질 제거는 탈지단계, 에칭단계, 디스머트(desmut)단계를 포함한다.First, various foreign substances formed on the surface of the aluminum material are removed. Specifically, the foreign matter removal includes a degreasing step, an etching step, and a desmut step.
상기 탈지단계는 예를 들면 알루미늄 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 바람직하다.The degreasing step is a step of removing various kinds of oil adhering to the aluminum surface by flowing into the mold in an aluminum die casting molding step, for example, by a method in which aluminum is precipitated in washing water at 25 to 35 ° C for 10 to 30 minutes . At this time, surfactants such as nonionic, anionic, and cationic surfactants may be further added to the washing water. In particular, TX-100, which is a nonionic surfactant, is preferably used.
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.Next, the etching step is a step for removing surface impurities such as foreign substances and scratches present on the aluminum surface. The aluminum is wiped with an alkaline component such as sodium hydroxide for 15 to 30 seconds at 30 to 45 ° C to remove the component .
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. The desmutting step is a step for removing impurities generated on the aluminum surface after the etching, and may be performed by a method of cleaning an aluminum surface using a nitric acid or a hydrogen peroxide mixture. At this time, the desmutting step may be performed at room temperature.
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.During the degreasing, etching, and desmutting steps, the flushing process may be performed, and the flushing process may be performed after the flushing process is performed using the spraying or bathing process.
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.The foreign matter removing process including the degreasing, etching, and dismounting steps may not necessarily be performed all at once, but may be carried out selectively as needed. In addition, it is needless to say that the cleaning agent and the chemical concentration, the temperature, and the treatment time may be variously changed according to the size and shape of the aluminum during the foreign substance removing process.
상기와 같이 알루미늄 소재 표면의 이물질을 제거한 후에는 아노다이징을 이용한 표면처리방법을 실시한다.After removing the foreign substances on the aluminum material surface as described above, a surface treatment method using anodizing is performed.
본 발명의 일 구체예에 따른 알루미늄 소재의 표면처리방법은 증류수, 시트르산, 옥살산 및 붕산을 포함하는 전해액 중에 알루미늄 소재를 양극(anode)으로 배치하는 단계; 및 정전압을 인가하여 산화피막을 형성하는 아노다이징(anodizing) 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for surface treatment of an aluminum material, comprising: disposing an aluminum material as an anode in an electrolytic solution containing distilled water, citric acid, oxalic acid, and boric acid; And an anodizing step of forming an oxide film by applying a constant voltage.
상기 전해액은 용매로서 증류수(DI water)를 사용하며, 용질로서 시트르산(citric acid), 옥살산(oxalic acid) 및 붕산(boric acid)을 포함한다.The electrolytic solution uses distilled water (DI water) as a solvent and includes citric acid, oxalic acid, and boric acid as solutes.
상기 시트르산의 농도는 8M 내지 11M일 수 있고, 바람직하게는 8.5M 내지 10.5M일 수 있다. 상기 범위에서 형성된 산화피막의 내식성 및 내전압성을 향상시킬 수 있다.The concentration of citric acid may be 8M to 11M, preferably 8.5M to 10.5M. The corrosion resistance and the withstand voltage of the oxide film formed in the above range can be improved.
상기 옥살산의 농도는 0.8M 내지 8M일 수 있으며, 바람직하게는 2M 내지 5.5M일 수 있다. 상기 옥살산의 농도가 0.8M 미만인 경우에는 산화피막의 형성속도가 저하될 수 있으며 8M을 초과하는 경우에는 산화피막의 품질이 저하될 수 있다.The concentration of oxalic acid may be from 0.8M to 8M, preferably from 2M to 5.5M. If the concentration of oxalic acid is less than 0.8M, the formation rate of the oxide film may be lowered, and if it is more than 8M, the quality of the oxide film may be deteriorated.
상기 붕산의 농도는 0.5M 내지 1M일 수 있다. 상기 붕산의 농도가 0.5M 미만이거나 1M을 초과하는 경우에는 산화피막의 두께를 충분히 높이기 어렵다. The concentration of the boric acid may be 0.5M to 1M. When the concentration of the boric acid is less than 0.5 M or exceeds 1 M, it is difficult to sufficiently increase the thickness of the oxide film.
상기 전해액의 온도는 10 내지 25℃일 수 있으며, 구체적으로는 12 내지 18℃일 수 있다. 상기 온도가 10℃ 미만일 경우에는 산화피막의 생성속도가 현저하게 느려질 수 있고, 25℃를 초과할 경우에는 산화피막이 무르게 형성되어 좋은 품질의 제품을 얻을 수 없다The temperature of the electrolytic solution may be 10 to 25 ° C, and may be 12 to 18 ° C. When the temperature is less than 10 ° C, the rate of formation of the oxide film can be remarkably slowed. When the temperature exceeds 25 ° C, the oxide film is formed unevenly and a product of good quality can not be obtained
상기 아노다이징 단계에서 정전압 인가는 최초 25V 내지 35V로 정전압을 인가한 후 3분 내지 30분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압 인가하는 것일 수 있다. 이때, 정전압 인가 시간은 180분 내지 380분일 수 있다.The application of the constant voltage in the anodizing step may be performed by applying a constant voltage from 25 V to 35 V for the first time, then increasing the voltage by 5 V at intervals of 3 minutes to 30 minutes, and applying a constant voltage. At this time, the constant voltage application time may be 180 minutes to 380 minutes.
구체적으로, 상기 정전압 인가는 25V 내지 35V로 정전압을 인가하는 제1 단계; 12분 동안 3분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압을 인가하는 제2 단계; 60분 동안 10분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압을 인가하는 제3 단계; 120분 동안 30분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압을 인가하는 제4 단계; 및 150분 내지 210분 동안 95V 내지 105V로 정전압을 인가하는 제5 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the constant voltage application may include a first step of applying a constant voltage from 25V to 35V; A second step of increasing the voltage by 5 V every 3 minutes for 12 minutes and applying a constant voltage; A third step of increasing the voltage by 5 V every 10 minutes for 60 minutes and applying a constant voltage; A fourth step of increasing the voltage by 5 V every 30 minutes for 120 minutes and applying a constant voltage; And a fifth step of applying a constant voltage from 95V to 105V for 150 to 210 minutes.
또한, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 표면처리된 알루미늄 소재를 제공한다. 상기 알루미늄 소재의 표면에 의해 형성된 산화피막(Al2O3)의 두께는 40㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 상기 산화피막은 투명 또는 반투명으로서 종래의 수산법에 의하여 형성된 산화피막보다 피막두께가 현저히 두꺼우며, 내전압성, 내식성 및 내열충격성이 우수한 특성을 갖는다.The present invention also provides an aluminum material surface-treated in the same manner as described above. The thickness of the oxide film (Al 2 O 3 ) formed by the surface of the aluminum material may be 40 μm to 100 μm. The oxide film is transparent or semitransparent and has a significantly thicker film thickness than that of the oxide film formed by the conventional acid method, and has excellent characteristics of withstand voltage, corrosion resistance and thermal shock resistance.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.
실시예Example 1 One
시편의 전처리Pretreatment of specimen
순도 99.0% 이상인 알루미늄 소재(A6061) 시편 표면의 불순물 및 오일과 산화물을 제거하기 위하여 탈지 및 에칭을 실시하였다. 에칭은 10 wt% NaOH 수용액 중에서 45℃ 에서 40 초간 침지(dipping) 하였다. Aluminum material (A6061) having a purity of 99.0% or more was degreased and etched to remove impurities and oils and oxides on the surface of the specimen. The etching was dipped in a 10 wt% aqueous solution of NaOH at 45 ° C for 40 seconds.
시편을 알칼리 탈지하면 시편의 표면상에 검은색의 금속 합금 성분이 남는데 이를 스머트(smut)라고 한다. 일반적으로 알루미늄 합금 소재에 합금 성분의 함유량이 많으면 스머트가 많이 생기고 색상도 흑색이 짙어진다. 디스머트(desmut)는 순수한 알루미늄 소지를 표면으로 노출시킨다. 디스머트 공정은 상온에서 50 vol.% 질산(HNO3) 용액에 60 초 동안 침지 처리하였다. 각각의 공정 후 시료 표면에 잔존하는 전처리 용액 및 불순물을 제거하기 위하여 2 차 증류수로 수세(rinsing)하고 에어건(air gun)을 이용하여 잔여 H2O를 제거하였다. Alkali degreasing of the specimen leaves a black metal alloy component on the surface of the specimen, which is called a smut. Generally, when the content of the alloy component in the aluminum alloy material is large, many smut is formed and the color becomes black. The desmut exposes the pure aluminum substrate to the surface. The desmut process was immersed in a 50 vol.% Nitric acid (HNO 3 ) solution at room temperature for 60 seconds. After each process, rinsing was performed with secondary distilled water to remove the pretreatment solution and impurities remaining on the surface of the sample, and residual H 2 O was removed using an air gun.
아노다이징Anodizing 단계 step
도 1은 실시예 1에서 사용한 아노다이징 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1을 참고하여 실시예 1에서 수행한 아노다이징 단계를 설명하면 다음과 같다.Fig. 1 schematically shows an anodizing apparatus used in Example 1. Fig. The anodizing step performed in Example 1 will be described with reference to FIG.
아노다이징 단계는 정전압(constant voltage) 방식으로 진행하였다. 전해액(110)의 온도는 15℃였다.The anodizing step was carried out by a constant voltage method. The temperature of the
또한 아노다이징이 진행되는 동안 전해액의 온도를 일정하게 유지시키기 위해서 순환기(circulater)(120)가 구비된 저온 순환 수조(circulating water bath)(100)를 이용하여 냉각수를 강제로 순환시켜 주었고, 전해액의 온도 분포 및 산화피막 두께의 균일화, 고속도 전해로 인한 버닝(burnning) 방지, 산소 공급, 세정 효과의 증대 등의 목적을 위하여 에어펌프(air pump)(120)를 이용하여 교반(agitating)시켜 주었다. In order to keep the temperature of the electrolytic solution constant during the anodizing process, the cooling water was forcibly circulated by using a circulating water bath (100) having a circulator (120), and the temperature of the electrolytic solution Agitating was performed using an
상기 전처리된 알루미늄 시편(A6061)을 양극(anode)(130)으로 배치하였고, 상대전극(cathod)(140)으로도 알루미늄 시편(A6061)을 배치하였으며, 전극간 거리(electrode distance)는 5cm로 고정시켜 아노다이징을 실시하였다.The pretreated aluminum specimen A6061 was disposed as an
전해액(100)은 증류수(DI water)와 전해질로 시트르산, 옥살산 및 붕산을 포함하며, 전해질의 농도는 시트르산 9M, 옥살산 5M 및 붕산 0.8M이었다.The
정전압 인가With constant voltage
아노다이징 단계에서 인가되는 정전압과 인가시간은 하기 표 1과 같다. 정전압 인가에 소요되는 총 시간은 333분이었다.The constant voltage applied in the anodizing step and the application time are shown in Table 1 below. The total time required to apply the constant voltage was 333 minutes.
아노다이징 단계를 완료한 후 알루미늄 소재 시편에 형성된 산화피막의 물성을 하기 평가방법에 의거하여 측정한 후 그 결과값을 하기 표 2에 나타내었다.The properties of the oxide film formed on the aluminum sample after completion of the anodizing step were measured according to the following evaluation methods, and the results are shown in Table 2 below.
비교예Comparative Example 1 One
실시예 1의 아노다이징 장치를 이용하여 황산법으로 아노다이징을 진행하였으며, 직류 전원(direct current)을 이용하여 정전류(constant current) 방식으로 아노다이징을 진행하였다.Anodizing was carried out by the sulfuric acid method using the anodizing apparatus of Example 1, and anodizing was carried out by a constant current method using a direct current.
전해액의 조성은 전해질로서 황산(H2SO4) 1M만을 사용하였으며, 전해액의 온도는 0℃였다. 인가되는 정전류의 전류밀도는 2A/dm2이었으며, 인가되는 시간은 120분이었다.The composition of the electrolytic solution was only 1M of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) as the electrolyte, and the temperature of the electrolytic solution was 0 ° C. The current density of the applied constant current was 2 A / dm 2 , and the applied time was 120 minutes.
아노다이징 단계를 완료한 후 알루미늄 소재 시편에 형성된 산화피막의 물성을 하기 평가방법에 의거하여 측정한 후 그 결과값을 하기 표 2에 나타내었다.The properties of the oxide film formed on the aluminum sample after completion of the anodizing step were measured according to the following evaluation methods, and the results are shown in Table 2 below.
비교예Comparative Example 2 2
전해액의 조성에 있어서, 전해질로서 시트르산 9M 및 옥살산 5M만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아노다이징을 실시하였다.Anodizing was carried out in the same manner as in Example 1, except that only the citric acid 9M and oxalic acid 5M were used as the electrolyte in the composition of the electrolytic solution.
비교예Comparative Example 3 3
직류 전원(direct current)을 이용하여 정전류(constant current) 방식으로 아노다이징을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아노다이징을 진행하였다. 인가되는 정전류의 전류밀도는 1A/dm2이었으며, 인가되는 시간은 120분이었다.Anodizing was carried out in the same manner as in Example 1, except that anodizing was conducted in a constant current manner using a direct current. The current density of the applied constant current was 1 A / dm 2 and the applied time was 120 minutes.
물성평가Property evaluation
내전압성: KS D 8541 규정에 의거하여 Hi-pot Tester 7600을 이용하여 측정하였다. 시편에 형성된 산화피막에 접지한 후 산화피막이 인가 전압에 의하여 파괴되기 시작하는 전압을 측정하였다. Dielectric strength: Measured using a Hi-pot Tester 7600 according to KS D 8541. After grounding the oxide film formed on the test piece, the voltage at which the oxide film starts to be destroyed by the applied voltage was measured.
내식성: KS D 8316 규정에 의거하여 KD-1M을 이용하여 측정하였다. 10M NaOH 수용액을 이용하여 시편에 형성된 산화피막이 용해 제거되어 통전이 이루어지는데 소요되는 시간을 측정하였다.Corrosion resistance: Measured using KD-1M according to KS D 8316. Using a 10M aqueous solution of NaOH, the time required for dissipation and removal of the oxide film formed on the specimen was measured.
내열충격성: 시편을 1시간에 걸쳐 400로 승온시킨 다음 2시간 동안 400로 열처리 한 후 방치하여 냉각시켰다. 열처리된 시편의 산화피막 표면을 전자현미경(배율: X500)을 이용하여 크랙(crack) 여부를 관찰하였다. (O: 크랙 미발생, X: 크랙 발생)Heat shock resistance: The specimens were heated to 400 over 1 hour, then heat treated at 400 for 2 hours, and allowed to cool. The surface of the oxide film of the heat-treated specimen was observed for cracking using an electron microscope (magnification: X500). (O: crack occurrence, X: crack occurrence)
두께(㎛)Oxide film
Thickness (㎛)
상기 표 2의 결과값에서 보듯이, 전해액의 조성에 있어서 시트르산, 옥살산 및 붕산을 포함하며 정전압 방식으로 아노다이징을 수행한 실시예 1의 산화피막은 종래의 황산법으로 형성된 비교예 1의 산화피막에 비하여 동등한 수준의 두께를 가지며 내전압성, 내식성 및 내열충격성이 우수한 것을 알 수 있다.As can be seen from the results shown in Table 2, the oxide film of Example 1 containing the citric acid, oxalic acid, and boric acid in the composition of the electrolytic solution and anodizing by the constant voltage method was superior to the oxide film of Comparative Example 1 formed by the conventional sulfuric acid method Has an equivalent level of thickness, and is excellent in withstand voltage, corrosion resistance and thermal shock resistance.
도 2 (a) 및 도 2 (b)는 실시예 1과 비교예 1에서 형성된 산화피막의 표면을 각각 촬영한 사진이며, 도 3 (a) 및 도 3 (b)는 실시예 1과 비교예 1에서 형성된 산화피막의 단면을 각각 촬영한 사진이다. 도 2 및 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 1의 황산법에 의하여 형성된 산화피막은 크랙이 발생한 반면, 실시예 1의 산화피막은 크랙이 발생하지 않은 것을 알 수 있다. 2 (a) and 2 (b) are photographs respectively showing the surface of the oxide film formed in Example 1 and Comparative Example 1, and Figs. 3 (a) and 3 (b) 1 is a photograph of a cross section of an oxide film formed in each case. 2 and 3, it can be seen that the oxide film formed by the sulfuric acid method of Comparative Example 1 cracked, while the oxide film of Example 1 did not crack.
또한, 실시예 1의 산화피막은 전해액의 조성에 있어서 붕산을 제외시킨 비교예 2의 산화피막, 및 정전류 방식으로 아노다이징을 수행한 비교예 3에 비하여 산화피막의 두께가 현저히 두꺼우며, 내전압성, 내식성 및 내열충격성이 우수한 것을 알 수 있다. The oxide film of Example 1 is significantly thicker than the oxide film of Comparative Example 2 in which boric acid is excluded in the composition of the electrolytic solution and Comparative Example 3 in which the anodization is carried out by the constant current method, Corrosion resistance and thermal shock resistance.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (7)
정전압을 인가하여 산화피막을 형성하는 아노다이징(anodizing) 단계를 포함하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
Disposing an aluminum material as an anode in an electrolytic solution containing distilled water, citric acid, oxalic acid, and boric acid; And
And an anodizing step of forming an oxide film by applying a constant voltage to the surface of the aluminum material.
상기 전해액 중 상기 시트르산의 농도는 8 내지 11M이고,
상기 옥살산의 농도는 0.8 내지 8M이며,
상기 붕산의 농도는 0.5 내지 1M인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
The method according to claim 1,
The concentration of the citric acid in the electrolytic solution is 8 to 11 M,
The concentration of oxalic acid is 0.8 to 8 M,
Wherein the concentration of the boric acid is 0.5 to 1M.
상기 정전압 인가는,
최초 25V 내지 35V로 정전압을 인가한 후 3분 내지 30분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압 인가하고,
상기 정전압 인가 시간은 180분 내지 380분인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
The method according to claim 1,
The constant-
A constant voltage is first applied from 25 V to 35 V, and the voltage is increased by 5 V every 3 to 30 minutes,
Wherein the constant voltage application time is 180 minutes to 380 minutes.
상기 정전압 인가는,
25V 내지 35V로 정전압을 인가하는 제1 단계;
12분 동안 3분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압을 인가하는 제2 단계;
60분 동안 10분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압을 인가하는 제3 단계;
120분 동안 30분 간격으로 5V씩 승압하여 정전압을 인가하는 제4 단계; 및
120분 내지 150분 동안 95V 내지 105V로 정전압을 인가하는 제5 단계를 포함하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
The method according to claim 1,
The constant-
A first step of applying a constant voltage from 25V to 35V;
A second step of increasing the voltage by 5 V every 3 minutes for 12 minutes and applying a constant voltage;
A third step of increasing the voltage by 5 V every 10 minutes for 60 minutes and applying a constant voltage;
A fourth step of increasing the voltage by 5 V every 30 minutes for 120 minutes and applying a constant voltage; And
And a fifth step of applying a constant voltage from 95V to 105V for 120 minutes to 150 minutes.
상기 전해액의 온도는 10 내지 25℃인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재의 표면처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature of the electrolytic solution is 10 to 25 占 폚.
An aluminum material comprising an oxide film formed by the surface treatment method of any one of claims 1 to 5.
상기 산화피막의 두께는 40㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 알루미늄 소재.The method according to claim 6,
Wherein the thickness of the oxide film is 40 占 퐉 to 100 占 퐉.
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