KR810001058B1 - 알루미니움 공작물을 양극 산화처리하는 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

알루미니움 공작물을 양극 산화처리하는 방법

제1도는 종전 기술에 의한 2단계 고정전류밀도(固定電流密度) 고정전압(固定電壓) 무결색상약극처리(無缺色相陽極處理)에 있어서 대표적인 ＂전압시간＂ 및 ＂전류밀도-시간＂관계 특성을 나타내고.

제2도는 종전 기술에 의한 1단계 고정전류밀도 무결색상양극 처리에 있어서 대표적인 ＂전압-시간＂ 및 ＂전류밀도-시간＂관계 특성을 나타내며,

제3도는 본 발명에 의한 무결색상양극처리를 조절하는 기구(機構)에 관한 약도이고.

제4도는 ＂전압-시간＂ 데이타를 저장하고 재생하는 편리한 고안물의 약도이다.

무결색상 피막이 아름답게 보이는 건축 및 기타 목적으로 쓰이는 알루미니움 및 알루미니움 합금의박판, 압출물(押出物), 주조물(鑄造物) 및 그런 유형(類形)의 제품을 무결색상 양극 처리하는 것에 관한 것은 잘 알려져 있다. 전해질은 황산 또는 황산 금속을 소량 함유한 설포살리씰산 수용액이었으며 뒤를이어 많은 유기 및 무기질 화합물들이 소량의 황산 및(또는) 황산금속과 같이 사용할 경우 무결색상 양극 산화 피막을 형성하는 것으로 알려져 있다. 어러한 화합물들의 예를들면 설포프탈산, 설포레졸씨놀, 리그노설폰산, 수산(蓚酸), 말레인산, 호박산 및 상기 산들의 조합으로 이루어지는 혼합물과 중크롬산, 모리브덴산, 텅그스텐산, 바나디움산 같은 다염기산 있다. 상기한 모든 전해질은 양극처리 도중 상당히 빠른 속도로 증가되는 저항을 가지며 색상의 농도가 주로 전압에 관계되는 양극 산화 피막을 생성하는 것을 특징으로 한다. 무결색상 양극 산화 피막의 이러한 저항 특성은 황산성 전해질의 청담 또는 무색의 양극 처리의 저항 특성 다시 말해서 일정한 값까지 증가하고 양극 처리 과정의 나머지 시간동안 이 값을 유지하거나 아니면 약산 증가하는 저항 특성과는 판이하게 다른 것이다. 크롬산 전해질에서 생성된 산화 피막은

생성 도중에 저항이 급격히 증가하지만 이 산화막의 색상 농도는 대단히 엷으며 전압에는 별로 관계가 없다. 더욱이 크롬산 양극 처리는 얻어지는 색상의 범위가 대단히 좁기 때문에 건축의 목적으로 사용하는 알루미니움을 양극 처리하는데는 일반적으로 쓰이지 않는다.

딜 등이 발명한 발법을 보면 알루미니움 공작물을 전해질에 담그고 양극으로써 전해질에 노출시키는 것이다. 여러가지 전기적 방법이 쓰일 수 있으나 현재 그 중 두개만이 공업적인 규모로 광범위하게 쓰이고 있다. 가장 효율적인 방법은 이 단계 공정으로 특정한 전압에 이를때 까지 고정전류밀도로 전류를 공작물에 흐르게 한 다음 필요한 총 전류량이 통과할 때까지 이 전압을 유지시키는 것이다. 고정전류밀도를 유지하는 시간을 일반적으로 ＂첨두치 도달 시간(尖頭値到達時間)＂이라고 한다. 제이의 방법으로는 필요한 총 전류량이 다 흐를때까지 전류밀도를 일정하게 유지하는 방법이 있다.

여러가지 변수가 양극산화 피막의 색상에 영향을 준다. 어러한 변수로는 공작물의 조성 및 표면 특성, 전해욕조성, 전해욕온도, 전류밀도, 첨두 전압과 공작물을 통과한 총 전류량 등이 있다. 과거에는 배치됨에 관계없이 색상을 조절한다는 것을 여러 가지 변수를 조절해야 했으므로 대단히 어려웠다. 상기와 같은 난점을 전해욕 조성의 조절 기능 역(域)내에서 일어나는 변화로 인하여 장시간을 요하는 조작에 있어서는 더욱 심각하지 않을 수 없다. 이런 색상에 있어서의 차이를 줄이기 위하여 알루미니움 공작물을 제조할때에 조성과 열처리에 관해 엄격한 관리를 해 왔으며 전해욕의 초기 및 조작 조성을 엄격히 조절해 왔다. 더욱이 대분분의 양극처리 시설에는 용해될 알루미니움을 제거하기 위한 양이온 교환 장치가 갖추어져 있고 주기적으로 전해욕의 조성을 측정하여 황산이라든가 설포살리씰산 같은 성분을 보충해 주며 적당한 냉각 및 가열 수단을 써서 ±2℉범위로 욕 온도를 조절한다. 상기와 같은 수단을 써도 양극과 전해질의 경계면에서 열이 발생하므로 욕 내에는 온도 구배(勾配)가 생기므로 이들 구배를 최소한으로 줄이기 위하여 기계적 방법이나 공기를 사용하여 교반해주지만 색상을 조성하는 공작물의 표면과 전해질 사이의 경계면의 온도를일정하게 할 수 만은 없는 것이다. 몇몇 개량된 양극 처리 시실에는 양극 처리 조작에 있어서 인간적인 오차를 제거하기 위하여 적당한 전류 밀도 및 첨두 전압을 유지해주기 위한 자동 조절 장치가 설치되어 있다. 상기아 같은 수단을 동원하여 색상을 조절한다는 것은 역시 기술적으로 힘든 일이며 불량율(不良率)이 높음을 면치 못하는 것이다. 자동조절 장치를 갖춘다해도 대부분의(전부는 아니지만) 양극처리 시설에 있어서는 눈으로 보아서 설정해 놓은 표준 색상과 조작중인 색상과를 비교해 나가지 않으면 않되는데 조작이 장시간을 경과한후에는 욕내에 분해해서 생성된 물질 때문에 비교하기 힘들어지며 전해질을 자주 교체한다는것도 값이 비싸므로 경제적 관점에서 안 될 일이다.

본 발명의 목적으로는 공작물의 조성 및 표면 특성과 욕의 조성 및 온도 등의 변화가 양극 산화 피막의 최종 색상에 미치는 영향을 최소한으로 하기 위한 양극 처리 공정 관리 방법을 마련함에 있다.

본 발명은 양극처리 배치(bach)에 따른 재현성(再現性)이 개선된 무결색상 양극처리 공정을 관리하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 공작물의 조성 및 표면 특성, 전해욕의 조성 및 온도 등의 변화에 관계없이 양극 처리 배치마다 특정한 색상으로 양극 산화 피막을 얻을 수 있도록 미리 정해진 ＂전압-시간＂ 관계에 따라 시간에 따라서 전해조의 전압을 조절하는 방법이 발견됨으로써 가능케 된 것이다.

더욱이 본 발명의 조절 방법에 있어서는 표면적 함수가 아닌 전압에 기준을 두고 있기 때문에 공작물 표면적을 측정할 필요가 없어진다. 종전의 양극 처리 기술은 조절 방법을 전류 밀도[amps/공작물의 면적(ft²)]에 기초를 두고 있기 때문에 표면적의 측정이 필요했던 것이다. 더욱이 종전 기술에 있어서는 산화물 피막의 두께가 총 전류량에 관계되는 그 두께가 색상에 영향을 준다고 믿어졌기 때문에 색상을 재현하기 위해서는 총 전류량을 변화시켜서는 안된다고 생각했다.

본 발명은 무결 색상 양극 처리의 색상 형성이 금속 토대의 바로 이웃에 존재하고, 공기에 노출된 비교적 색이 없는 산화물충의 밑에 존재하는 양극 산화물의 암대(暗帶, clark band)에 의존한다는 설로 부터 개발 되었다.

엷은 황금색 또는 갈색이 전체의 산화물 피막에 스며들어 있지만 이는 양극 처리된 공작물의 색상에는 별로 영향을 끼치지 못한다. 공작물의 색상은 색상 농도와 암대의 두께의 함수이며 주로 색상 농도가 색상을 결정하는 주요소이다. 암대는 개새 전압에 도달한 후에만 형성되며 개시 전압은 욕의 조성, 온도 등에 따라 달라진다. 암대의 색상 농도 즉 단위 두께당의 명도(明度) 또는 암도(暗度)는 주로 전압의 함수이다. 전압이 높을수록 색상 농도가 더욱 짙어진다. 더욱이 개시 전압에 도달된 후의 총전류량이 암대의 두께를 결정하고 이에 따라서 어느 정도는 공작물의 색상에 영향을 준다해도 그 기간 동안의 총 전류량의 영향은 전압의 효과에 비교할바가 못되는 것이다. 그러므로 시간에 대해서 전압을 조절하면 색상 농도는 재현성이 좋고, 전류 밀도 및 총전류량이 배치에 따라 변한다해도 양극 처리된 공작물의 색상에는 괄목할 만한 변화를 이르키지 못한다.

고정 전류 밀도 및 고정 전압 또는 고정전류 밀도만을 사용하는 종전의 기술에 있어서는 복잡한 공작물의 색상 양극 처리는 표면적의 측정이 어려우므로 대한히 어렵다. 공작물의 표면적으로 개산(槪算)하는것만이 가능할 경우에는 미로 학습적인 방법을 사용하여 필요한 색상을 만들 수 있는 표준 방법을 창출(創出)한다. 하나의 공작물을 처리하여 원하는 색상이 얻어지지 않을때는 공작물을 바꾸어 첨두 전압, 전류밀도, 총 양극 처리시간등을 변화시켜 가면서 설정한 표준 색상이 얻어질 때까지 반복한다. 모양이 다르고(또는) 표면적이 다른 복잡한 공작물을 동일한 색상으로 양극 처리할려면 시행착오를 전체적으로 반복해야 할 것이다.

본 발명의 방법을 쓰면 상기한 바와같은 문제점을 제기하고 어떠한 모양이나 크기의 알루미니움 공작물도 동일한 조절 방법을 사용하여 동일한 색상의 산화 피막을 입힐수 있는 것이다.

본 발명에서의 조절 방법은 원하는 색상으로 양극 산화물 피막을 입히기 위하여 주어진 전해욕의 조성과 온도 또 특정한 알루미니움 공작물의 조성에 있어서의 ＂전압-시간＂관계로 부터 개발된 것인데, 상기한 관계를 데이타로서 데이타 저장 장치에 저장하고 신호의 형태로 상기한 ＂전압-시간＂ 데이타를 재생하여 상기한 신호에 따라 시간에 따른 전압을 조잘하는 것이다.

첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 여러가지 특징을 설명한다.

본 발명에 따라서 ＂전압-시간＂관계를 특정한 알루미니움 합금에 관해서 개발되는데 원하는 색상 및 구조의 피막을 얻기 위하여는 그 특정한 알루미니움 합금 및 전해욕 조성에 맞는 기지의 ＂고정 전류밀도-고정전압＂이나 ＂고정전류밀도＂에 의해서 양극 처리하면 되는 것이다. 양극 처리하는 동안 시간에 따른 전압을 자동적인 수단으로 자주 기록하거나 또는 수동적인 방법으로 일정한 시간 간격으로 전압을 기록한다.

＂전압-시간＂관계를 개발한 다음에는 그것을 데이타 저장 장치에 옮기거나 프로그람해 넣는다. 디지탈 및 아나로그를 포함하는 어떠한 적당한 데이타 저장장치를 사용하드라도 제4도에 나타난 기능발생 장치가 특히 편리한 것으로 알려졌다. 상기한 장치는 ＂리서어치 인코퍼레이티드(Research Incorporated)＂에 데이타-트랙 R(Data-TarkR)＂이라는 상표로 제작 판매된다. 상기 회사에서는 이와 비슷한 장치의 특허권도 보유하고 있다.

제4도의 장치에 있어서 ＂전압-시간＂데이타는 전도성물질 피복된 ＂마이아트 알(MylarR) 카아드(1)에 수록된다. 기록할 때 카아드로 부터 전도물질이 제거되므로 카아드는 전기적으로 고립된 두개의 전도 평면을 형성한다. 조작에 있어서 두개의 고립된 평면에는 수록된 ＂전압-시간＂ 곡선을 따라 정전기 전압 구배를 형성시켜주는 회로(2)에 의하여 반대 위상을 가진 교류 전압이 걸린다. 탐침(探針)(3)은 카아드에 약간의 공간을 두고 인접해 있으며 속도에 의해서 특정한 시간에 카아드의 특정한 위치를 주사(走査)한다. 탐침은 계획선(Program line)의 중심으로 부터 벗어난 거리에 비례하는 크기를 갖는 오차 신호를 정전기장(場)으로 부터 검출해 낸다. 사보(servo)증폭기(4)와 사보모터를 포함하고 있는 사보계(servo systtem)는 게이블(7) 및 폴리(8),(9)와 (10)에 의하여 탐침에 기계적으로 연결된 출력 절위차계(6)의 축(軸)을 회전시킴으로써 탐침의 벗어남을 오차 신호에 따라 교정해 준다. 전위차계의 축의 회전 운동은 와이퍼(wiper)(11)의 위치를 변경시켜서 기준 좌표로 부터 측정되고 전도면상에 수록된 ＂시간-전압＂곡선에 직접적으로 연관된 전위차계의 출력을 변화시킨다. 출력신호는 기준 좌표로 부터 측정되고 카아드(1) 상에 수록되어 있는 ＂전압-시간＂ 데이타에 직접 연관성을 가지고 있기 때문에 전해조에 걸려있는 전압을 조절하는데 사용하는 기준신호로써 사용할 수 있다.

제3도를 보면 전해조에 걸려있는 전압을 조절하는 시스템이 나타나 있다.

상기 시스템은 직류전원(20), 전압계(21) 프로그래머 즉 기능발생장치(22), 비교자(比較子)(23)와, 양극(31) 및 음극(32)를 가지고 있는 전해조(30)와 연걸되어 있는 비교자(23)에서 발생하는 오차 신호에 따라 움직이는 조절장치(24)로 구성되어 있다 직류전원(20)은 일반적으로 교류를 비교적 안정된 직류로 바꾸어 주기 위한 하나의 정류와 이에 알맞는 하나의 적당한 변전기로 구성되어 있다. 전압계(21)은 양극처리조의 양극과 음극에 걸려있는 전압을 감지(感知)해 낸다. 비교자는 전해조 전압과 프로그래밍 즉 기능 발생장치(22)에 나타나는 소요 전압과 비교하여 프로그래머(22)에 나타난 신호와 전해조 전업과 다르면 오차 신호를 발한다. 오차 신호가 발생하면 조절장치(24)는 직류 전원을 조정하는 전해조에 기획된 전압이 걸리게끔 한다.

제3도에 나타난것과 비슷한 제이의 기구에 있어서 전압계는 양극과 악간 떨러져 있는 보조 전극 사이의 전압을 측정한다. 이런 방법으로 하면 모선(母線), 각전(각전角栓) 및 이와 유사한 곳에서의 전압 강하는 이 전압-시간 프로그람에 포함되지 않으므로 양극과 보조 전극사이의 거리가 각 탱크마다 일정하게 유지된다면 동일한 전압-시간 프로그람으로 여러개의 양극 처리 탱크를 조절할 수 있다.

이외에 다른 방법을 써서 조절할 수도 있다.

다음에 실시예들은 본 발명의 조절 방법의 이점이 어떠한 것인가하는 것을 보여주고 있다.

5005알무미니움 합금 박판(薄板)을 짤라서 무결 색상 양극 처리 시험의 시료(試料)로 사용하였다.

3개의 분리된 수용성 전해조가 표 1에 나타난 조성을 가지고 있다.

[표 1]

[실시예 1]

소요의 ＂전압-시간＂관계를 개발하기 위하여 5005합금 시료를 이 합금에 엷은 호박색을 주는 것으로 알려진 프로그람에 따라 25℃의 온도에서 1호 조에서 양극 처리를 하였다.

상기한 프로그람은 다음과 같은 과정으로 되어 있다. 즉 시료에 62볼트에 도달할때 까지 30[amps/ft²]의 고정전류밀도를 통과시킨다음 이 전압을 유지하면서 총 전류가 10amps-hours/ft²로 되고 양극산화 피막의 두계가 8.88mil이 될 때까지 계속 유지된다. 양극 처리하는 동안 조의 전압은 짧은 시간 간격으로 기록되었다. ＂전압-시간＂고나계는 ＂데이타-트랙R＂카아드에 수록되었다.

[실시예 2]

제2의 5005시료를 20℃로 제2호 조에서 양극 처리했다. 양극처리 프로그람은 실시예 1에서 개발되어 ＂데이타-트랙R＂카아드에 수록된 ＂전압-시간＂관계이었다. 양극 처리는 미리 수록된 카아드를 ＂모델 5300 데이타 트랙R＂ 프로그래머에 걸고 이 프로그래머의 출력 전압계에 의해서 전해조의 전압을 조절했다. 양극 산화 피막의 색상은 ＂전압-시간＂관계를 얻기 위하여 양극 처리한 제일의 5005시료의 색상과 허용한도내에 들 정도로 동일하게 하였다. 산화피막의 두께는 0.70mil이었다.

[실시예 3]

제3의 5005 시료를 25℃로 제2호 조에서 양극 처리했으며 이때 실시예 1에서 사용한 ＂데이타 트랙R＂카아드로 조절하였다. 양극 산화 피막의 색상은 앞의 두개 양극 처리된 시료와 일치시켰으며 산화 피막의 두께는 0.70mil이었다.

[실시예 4]

제4의 5005 시료를 제2호 조를 30℃로 유지하면서 앞의 실시예에서 사용하였든 동일한 ＂데이타-트랙R＂카아드로 조절하면서 양극 처리했다. 양극 산화 피막의 색상은 앞의 실시예에서 양극 처리한 시료와 일치 시켰으며 산화물의 두께는 0.84mil이었다.

[실시예 5]

실시예 2의 실험을 제3호 조를 사용하여 반복했으며 양극처리후 색상은 다른 시료들의 색상과 일치시켰고 산화물의 두께는 0.78mil이었다.

[실시예 6]

실시예 3의 실험을 제3호 조를 사용하여 반복했으며 양극처리후 색상은 다른 시료들의 색상과 일치시켰고 산화물의 두께는 0.8mil이었다.

[실시예 7]

실시예 3의 실험을 제3호 조를 사용하여 반복했으며 양극 산화 피막의 색상은 다른 시료의 색상과 일치시켰고 산화물의 두께는 0.93mil이었다.

위의 실시예에서 처리한 시료들의 각각의 색상을 측정기로 측정하여 표 II를 만들었다. 록색 반사치는 일반적으로 시료의 명암(明暗)을 표시한다. 즉 값이 높을수록 색상은 밝은 것이다. 미숙한 눈으로 볼때는 반사치 단위 3미만의 록색 반사치 차를 가진 색상들은 구별해 낼 수 없으며 대부분의 건축용 재료로서는 반사치 차, 3까지가 허용된다. 록색 반사치는 표준 트리스티물러스 색도계를 사용하여 시료로부터의 녹색의 반사를 측정함으로써 얻어진다. 이 색상 측정의 시스템을 공통적으로 CIE시스템이라고 부른다.

[표 II]

본 발명의 조절 방법을 택함으로써 산화물 피막의 색상에 있어서 차이가 거의 없이 즉 감지 할만한 차이없이 전해조의 조성 및 온도의 폭 넓은 변화가 허용된다는 것은 상기한 실시예 및 표 II의 데이타로 부터 얻어진 특징이라고 하겠다. 공작물의 조성 및 표면 특성상의 차이들이 비슷한 방법으로 최소화 된다.

본 발명에 의하여 얻어진는 일관성있는 결과를 올바로 판단키 위하여는, 종전의 기술을 사용하면 상기 한 실시예에 나타난 온도 및 조성의 차이만으로도 녹색 반사 에서의 5 내지 15단위의 녹색 반사의 차이를 초래한다. 즉 시료의 색상 이 일치하지 않는다는 것을 주목해야 한다. 상술한 설명에서 ＂알루미니움＂이란 말은 알루미니움과 알루미니움을 50%이상 포함하는 알루미니움기합금을 통털어 일컫는다.

Claims (1)

1. 피가공물이 산성수용성 전해액내에서 양극으로 되어 양극처리되며, 양극산화물표면이 형성되는 동안 상당한 속도로 증가하는 저항 및 일차적으로 저항에 의존하는 색의 농도를 특징으로 하는 양극산화물표면을 형성하는, 전해조내에서 알루미니움 피가공물을 양극산화처리하는 방법에 있어서; 전압시간 관계를 개발하여 피가공물이 주어진 욕조성 및 피가공물 조성이 원하는 색을 부여하도록 양극처리되는 시간동안 전압을 조절하고, 전압원을 전기한 전해조에 부여하고, 전기한 전압시간 관계에 따라 특정한 시간에 원하는 전압을 나타내는 신호를 발생하고, 전기한 전압원에 의하여 제공되는 전압을 감지하고, 감지된 전압을 나타내는 신호를 발생하고, 감지된 전압신호를 원하는 전압신호와 기구를 사용하여 비교하고, 전압원을 전기한 기구에 응답하는 기구로 조정하여 원하는 전압에 상응하는 전압을 제공하는 단계들로 구성되어 산화물피막의 색을 조절하는 것을 특징으로 하는 알루미니움 공작물을 양극산화 처리하는 방법.

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