KR20180061045A - 마그네슘합금 제품의 이중 peo 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법은 마그네슘합금 재질의 제품의 표면처리하는 것으로 이루어지는 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법에 있어서, 마그네슘합금 제품을 질산을 기반으로 한 약산의 제1전해액에 넣어서 1차적으로 에칭하는 제1에칭단계, 상기 제1에칭단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 1차로 세척하는 제1수세단계, 상기 제1수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 인산을 기반으로 한 약산의 제2전해액에 넣어서 2차적으로 에칭하는 제2에칭단계, 상기 제2에칭단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 2차로 세척하는 제2수세단계, 상기 제2수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 제1표면처리용액에 넣어서 PEO 표면처리하여 마그네슘합금 제품의 표면에 1차적으로 산화막을 형성하는 제1표면처리단계, 상기 제1표면처리단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 3차로 세척하는 제3수세단계, 상기 제3수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 제2표면처리용액에 넣어서 2차적으로 산화막을 형성하는 제2표면처리단계, 상기 제2표면처리단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 수세 또는 온수세를 한 뒤에 건조하는 마무리단계를 포함하여 이루어진다.
따라서 본 발명은 두 차례의 에칭 처리후에 두 차례의 PEO 표면처리함과 아울러 각 단계 사이에 수세 처리하기 때문에, 혹시나 부착될 수 있는 이물질을 제거함과 아울러 마그네슘합금 제품의 표면의 산화막을 균일하게 형성할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

Description

마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법{PLASMA ELECTROLYSING OXCIDATION METHOD FOR Mg ALLOYS GOODS}

본 발명은 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘합금 제품의 표면에 산화막을 균일하게 형성할 수 있도록 하는 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘합금은 치수 안정성이 우수하고, 미강도, 전자기파 차폐성, 진동 감쇄 등이 알루미늄 합금과 철강에 비하여 우수하여 자동차와 항공기용 부품, 휴대폰 케이스, 노트북 컴퓨터 케이스, 안경테 등에 많이 사용되고 있으며, 표준 전극 단위가 낮고 내식성이 취약하여 부식 방지를 위하여 표면 처리하게 된다.

그래서 상기 마그네슘합금을 재질로 하는 제품을 표면 처리하기 위하여, 아노다이징(anodizing)이라고 지칭되는 양극산화피막 처리방법과 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation)라고 지칭되는 PEO 처리방법 등이 있다.

여기서 마그네슘합금은 산화가 잘되는 금속이므로 전처리 과정인 표면처리공정이 필수적으로 필요하며, 이러한 마그네슘합금의 제품을 플라즈마 전해 산화 처리방법으로 처리하여 이의 표면에 MgO 박막층을 형성하게 된다.

즉 종래의 PEO 표면처리장치에 사용되는 전해액은 수산화나트륨(NaOH) 용액을 주로 사용하고 있으며, 상기 수산화나트륨 용액 내의 수산기(OH-)가 마그네슘합금 제품의 표면층에 결합되는 바, 이렇게 형성된 산화피막 내부에서 형성되는 강한 전류장에 의해 플라즈마가 발생되며, 이들 에너지가 순간적으로 산화물을 형성하여 마그네슘합금 제품의 표면층에 MgO와 Mg(OH)₂박막층을 형성하게 된다.

예컨대 종래에는 특허출원 제10-2009-0030639호 등으로 출원 및 등록된 기술이 있으나, 열악한 내식성 및 높은 화학적 반응성에 미흡하여 마그네슘합금의 광범위한 응용을 방해했다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 두 차례의 PEO 표면처리함으로써, 마그네슘합금 제품의 표면에 산화막을 균일하게 형성할 수 있는 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마그네슘합금 재질의 제품의 표면처리하는 것으로 이루어지는 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법에 있어서, 마그네슘합금 제품을 질산을 기반으로 한 약산의 제1전해액에 넣어서 1차적으로 에칭하는 제1에칭단계, 상기 제1에칭단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 1차로 세척하는 제1수세단계, 상기 제1수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 인산을 기반으로 한 약산의 제2전해액에 넣어서 2차적으로 에칭하는 제2에칭단계, 상기 제2에칭단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 2차로 세척하는 제2수세단계, 상기 제2수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 제1표면처리용액에 넣어서 PEO 표면처리하여 마그네슘합금 제품의 표면에 1차적으로 산화막을 형성하는 제1표면처리단계, 상기 제1표면처리단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 3차로 세척하는 제3수세단계, 상기 제3수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 제2표면처리용액에 넣어서 2차적으로 산화막을 형성하는 제2표면처리단계, 상기 제2표면처리단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 수세 또는 온수세를 한 뒤에 건조하는 마무리단계를 포함하여 이루어지는 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법을 제공한다.

더우기 상기 제1표면처리용액은 물 100중량부를 기준으로 하여 수산화칼륨(KOH) 1 ~ 20중량부와 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 10중량부, 플루오르화나트륨(NaF) 1 ~ 5중량부, 플루오르화암모늄(NH₄F) 1 ~ 10중량부를 물에 혼합한 것이고, 상기 제2표면처리용액은 물의 중량을 기준으로 하여 수산화나트륨(NaOH) 1 ~ 30중량부와 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 10중량부, 플루오르화암모늄(NH₄F) 1 ~ 10중량부를 물 100중량부에 혼합한 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법은 두 차례의 에칭 처리후에 두 차례의 PEO 표면처리함과 아울러 각 단계 사이에 수세 처리하기 때문에, 혹시나 부착될 수 있는 이물질을 제거함과 아울러 마그네슘합금 제품의 표면의 산화막을 균일하게 형성할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법으로 처리된 마그네슘합금 제품의 표면을 확대한 도면 대용 사진이다.

이하 본 발명에 의한 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법으로 처리된 마그네슘합금 재질의 제품의 표면을 확대한 도면으로서, 본 발명은 두 차례의 에칭단계와 두 차례의 PEO 표면처리단계로 마그네슘합금 재질의 제품의 표면을 처리하는 바, 제1에칭단계 → 제1수세단계 → 제2에칭단계 → 제2수세단계 → 제1표면처리단계 → 제3수세단계 → 제2표면처리단계 → 마무리단계를 포함한다.

여기서 상기 제1에칭단계는 마그네슘합금 제품을 질산을 기반으로 한 약산의 제1전해액에 넣어서 1차적으로 에칭하는 것이며, 질산에 물과 기타 알칼리용액을 넣어서 pH 5 ~ pH 6.5의 산성도를 가진 제1전해액에 넣어서 에칭하여 마그네슘합금 제품의 표면의 이물질을 산처리 제거함과 아울러 표면을 미세하게 부식시킨다.

상기 제1수세단계에서는 상기 제1에칭단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 1차로 물로 세척하여 마그네슘합금 제품의 표면에 남아있는 질산 성분을 제거한다.

상기 제2에칭단계에서는 상기 제1수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 인산을 기반으로 한 약산의 제2전해액에 넣어서 2차적으로 에칭하는 것이며, 인산과 물 등을 혼합하여 pH 5 ~ pH 6.5의 산성도를 가진 제2전해액으로 에칭하여 마그네슘합금 제품의 표면에 미세하게 부식시킨다.

상기 제2수세단계에서는 상기 제2에칭단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 2차로 물로 세척하여 마그네슘합금 제품의 표면에 묻은 제2전해액을 제거한다.

상기 제1표면처리단계에서는 상기 제2수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 제1표면처리용액에 넣어서 PEO 표면처리하여 마그네슘합금 제품의 표면에 1차적으로 산화막을 형성하는 것이며, 이 때 10 ~ 30V의 전압으로 1 ~ 10분동안 표면처리하게 된다.

특히 상기 제1표면처리용액은 물 100중량부를 기준으로 하여 수산화칼륨(KOH) 1 ~ 20중량부와 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 10중량부, 플루오르화나트륨(NaF) 1 ~ 5중량부, 플루오르화암모늄(NH₄F) 1 ~ 10중량부를 물에 혼합한 용액이다.

여기서 수산화칼륨(KOH)은 기공 형성에 사이즈 감소를 부여할 뿐만 아니라 막의 컬러성 및 균일성에 영향을 미치며, 수산화나트륨 용액에 함유된 수산화나트륨 대비 20 중량부보다 많이 첨가되면 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 산화막의 색상에서 브라운 색상이 커지면서 아이보리색상의 표면의 균일성에 악영향을 미칠 수 있으며, 1 중량부보다 작게 첨가하는 것은 다른 많은 혼합물이 혼합된 전체 용액에 비하여 첨가량이 작게 되어 막의 컬러성 및 균일성에 영향을 미칠 수 없는 것이다.

참고로 수산화칼륨은 칼륨의 수산화물로서 염화칼륨수용액을 전기분해하여서 얻으며, 조해성으로 공기 중에 방치하면 습기를 흡수해서 녹고, 이산화탄소를 흡수하여 탄산칼륨이 되고, 물에 녹을 때 많은 열을 내고, 수용액은 강한 염기성을 띤다.

수산화칼륨은 수산화나트륨과 매우 비슷한 화학적 성질을 가지고 있으며, 여러 가지의 칼륨화합물과 칼륨유리연비누염료(인디고 등) 합성섬유원료(테레프탈산 등) 등의 제조에 쓰인다.

상기 인산삼나트륨(Na₃PO₄)이 막의 거칠기(roughness)에 영향을 미치며, 10 중량부보다 많이 첨가되면 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 산화막의 거칠기에악영향을 미칠 수 있으며, 1중량부보다 작게 첨가하는 것은 다른 많은 혼합물이 혼합된 전체 용액에 비하여 첨가량이 작게 되어 막의 거칠기에 영향을 미칠 수 없는 것이다.

참고로 인산삼나트륨은 인산수소이나트륨의 수용액에 당량의 수산화나트륨을 가하여 증발, 건조시킨 뒤 전기로에서 가열·탈수하면, 무수화물이 얻어지며, 인산에 과잉의 수산화나트륨을 가하여 증발, 농축시키면 실온에서 12수화물이 얻어지며, 알칼리성세척제, 가죽이기기제, 청관제(淸罐劑), 경수연화제 등으로 쓰인다.

상기 플루오르화나트륨(NaF)이 막의 견고성 및 치밀성을 확보하게 되는 것이며, 5 중량부보다 많이 첨가되면 치밀성을 떨어뜨려서 마그네슘합금 제품의 표면에 형성되는 산화막의 거칠기에 악영향을 미칠 수 있으며, 1중량부보다 작게 첨가하는 것은 다른 많은 혼합물이 혼합된 전체 용액에 비하여 첨가량이 작게 되어 막의 견고성 및 치밀성 확보에 영향을 미칠 수 없는 것이다.

참고로 플루오르화나트륨은 무색의 등축정계결정 또는 백색결정성 분말이며, 물에 잘 녹고 알콜에 잘 녹지 않으며, 수용액은 부식성이 있으며, 플루오르 이온(F－)의 크기가 작기 때문에 양이온과 결합해 안정한 착물을 이루며, 플루오르는 테프론이라는 고분자 코팅제를 만드는데 사용되며, 수산기와 쉽게 치환하게 된다.

상기 플루오르화암모늄(NH₄F)이 기공 사이즈를 감소시키는 것이며, 10 중량부 보다 많이 함유하더라도 기공 사이즈의 감소에 크게 영향을 미치지 못하고, 1 중량부 보다 작게 함유하면 첨가량이 작아서 기공사이즈 감소 효과에 영향을 미치지 못하게 된다.

참고로 플루오르화암모늄은 결정체 분말 형상이고, 냄새가 없으며, 물과 반응하기 쉬우며, 전구, 브라운관 및LCD등의 에칭, 보일러, 자동차 및 라디에타 등의 스케일 제거, 탄소강 및 금속표면처리제, 목재 방부제 등으로 쓰인다.

아무튼 상기 제1표면처리단계로 처리된 마그네슘합금 제품은 제3수세단계에서 제1표면처리단계에서 사용된 제1표면처리용액을 마그네슘합금 재질의 표면으로부터 제거하기 위하여 3차로 세척하게 된다.

그리고 상기 제2표면처리단계에서는 상기 제3수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 제2표면처리용액에 넣어서 2차적으로 산화막을 형성하는 것이며, 상기 제1표면처리단계에서 형성된 산화막 위에 다시 산화막을 보충하게 된다.

이 때 제1표면처리단계에서 형성된 산화막의 내전압성을 극복하기 위하여 보다 높은 전압인 30 ~ 60V의 전압으로 1 ~ 10분동안 표면처리하게 된다.

상기 제2표면처리용액은 물 100중량부를 기준으로 하여 수산화나트륨(NaOH) 1 ~ 30중량부와 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 10중량부, 플루오르화암모늄(NH₄F) 1 ~ 10중량부를 물 100중량부에 혼합한 것임을 특징으로 한다.

여기서 수산화나트륨은 -OH 이온으로 인하여 제1표면처리단계에서 형성된 산화막에서 균일하지 않게 된 부분에 산화막 형성을 극대화하면서 긴밀한 산화막이 형성되도록 하여 최종적으로 산화막의 균일성을 확보하게 된다.

따라서 수산화나트륨은 물 중량을 기준으로 1 중량부보다 작게 함유하면 -OH 이온의 발생이 미세하게 되어 마그네슘합금 표면에 수산화마그네슘(MgOH) 산화막을 형성하기 어렵게 하고, 물 중량을 기준으로 10 중량부 보다 많이 넣더라도 산화막의 생성 작용의 변화율에 영향을 미치지 않기 때문이다.

참고로 수산화나트륨은 탄산나트륨의 가성화(caustification)와 염화나트륨의 전기분해로 제조되는 것이며, 조해성이 강하며, 순수한 것은 무색 투명한 결정이지만 보통 불순물이 포함되어 약간 불투명한 흰색의 고체이며, 실온에서는 사방정계의 α형(저온형)이며, 299.6℃에서 입방정계의 β형(고온형)으로 전이하며, 물에 잘 녹으며 용해할 때 대량의 열을 발생시키고, 수용액은 강한 염기성을 띠며, 물 100g에 대한 용해도는 0℃에서 42g, 20℃에서 109g, 100℃에서 347g이며, 에틸알코올글리세롤에는 잘 녹으나 아세톤액체 암모니아에는 녹지 않는다.

더우기 수산화나트륨 용액은 난용성 규산염, 인산염, 황산염과 함께 녹이면 수용성 나트륨염이 생기므로 이러한 용해에 이용되며, 저온에서 플루오르와 반응하여 플루오르화나트륨과 물, 산소를 생성하고 염소브롬요오드 등과 반응하여 저온에서는 여러 가지의 산화할로겐화물, 고온에서는 할로겐화나트륨을 생성한다.

그리고 본 발명에서는 마무리단계에서는 상기 제2표면처리단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 수세 또는 온수세를 한 뒤에 건조하는 것이다.

이렇게 본 발명에서는 제1표면처리단계에서 형성된 산화막의 내전압성을 극복할 수 있는 보다 높은 전압을 사용함과 아울러 제1표면처리용액에서 플루오르화나트륨(NaF)을 제외한 조성물을 사용함으로써 제1표면처리단계에서 형성된 산화막 위에 다시 산화막을 보충하여 산화막을 균일성을 확보하게 된다.

도면부호 없음

Claims (3)

1. 마그네슘합금 재질의 제품의 표면처리하는 것으로 이루어지는 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법에 있어서,
   마그네슘합금 제품을 질산을 기반으로 한 약산의 제1전해액에 넣어서 1차적으로 에칭하는 제1에칭단계,
   상기 제1에칭단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 1차로 세척하는 제1수세단계,
   상기 제1수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 인산을 기반으로 한 약산의 제2전해액에 넣어서 2차적으로 에칭하는 제2에칭단계,
   상기 제2에칭단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 2차로 세척하는 제2수세단계,
   상기 제2수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 제1표면처리용액에 넣어서 PEO 표면처리하여 마그네슘합금 제품의 표면에 1차적으로 산화막을 형성하는 제1표면처리단계,
   상기 제1표면처리단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 3차로 세척하는 제3수세단계,
   상기 제3수세단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 제2표면처리용액에 넣어서 2차적으로 산화막을 형성하는 제2표면처리단계,
   그리고 상기 제2표면처리단계로 처리된 마그네슘합금 제품을 수세 또는 온수세를 한 뒤에 건조하는 마무리단계를 포함하여 이루어지는 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1표면처리용액은 물 100중량부를 기준으로 하여 수산화칼륨(KOH) 1 ~ 20중량부와 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 10중량부, 플루오르화나트륨(NaF) 1 ~ 5중량부, 플루오르화암모늄(NH₄F) 1 ~ 10중량부를 물 100중량부에 혼합한 것임을 특징으로 하는 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2표면처리용액은 물 100중량부를 기준으로 하여 수산화나트륨(NaOH) 1 ~ 30중량부와 인산삼나트륨(Na₃PO₄) 1 ~ 10중량부, 플루오르화암모늄(NH₄F) 1 ~ 10중량부를 물 100중량부에 혼합한 것임을 특징으로 하는 마그네슘합금 제품의 이중 PEO 표면처리방법.

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