KR920006042B1 - 철, 구리제품의 알루미늄 코오팅방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

철, 구리제품의 알루미늄 코오팅방법

제1도는 본 발명의 실시예에 사용되는 장치의 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반응기 2 : 히터

3 : 피처리제품 4 : 온도조절기

5 : 트랩 6,7 : 진공펌프

8,9,10 : 알루미늄 화합물 및 질소, 수소탱크

11,12,13 : 가스플로워메타(유량계) 14,15 : 밸브

본 발명은 철 또는 구리제품등 피처리제품이 놓인 반응기를 450-500℃로 가열하여 청정처리한 다음 이에 트리메틸알루미늄 또는 트리이소부틸 알루미늄 화합물을 수소와 함께 주입하여 감압(l토르정도)된 분위기에서 반응시켜 분리 생성된 기상의 알루미늄에 의하여 상기 피처리물품 표면에 코오팅하고 수소가스분위기에서 다시 750℃로 가열하여 코오팅된 알루미늄을 확산 처리함을 특징으로 한 "철" 구리제품의 알루미늄 코오팅 방법"에 관한 것이다.

본 발명은 피처리 물품의 형상에 상관없이 전 표면에 균일한 두께로 알루미늄을 화학적 방법으로 코오팅하는 동시 코오팅된 알루미늄 피막에 핀홀등이 전혀 없는 고품질로 표면처리할 수 있고 알루미늄 코오팅처리에 사용되는 화합물등의 허실이나 폐기물의 생성없이 보다 경제적이고 능률적으로 철, 구리제품의 표면을 내부식성 처리할 수 있는 새로운 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

일반적으로 철(Fe) 및 구리(Cu)는 가공성과 열전도성이 우수하여 각종 열기계의 소재로 사용하나 비교적 고온에서는 산화성이 커서 그 용도가 제한적이었다. 따라서 이러한 문제점을 시정하기 의하여 종래 철 및 구리제품의 표면에 알루미늄을 코오팅하여 알루미늄 확산층을 형성시켜 제품의 내부식성을 도모하고 있다.

그러나 알루미늄의 코오팅에 있어 알루미늄의 강한 산화성 때문에 순수한 비산화된 알루미늄의 코오팅이 매우 어려우며 알루미늄의 코오팅의 결과에 따라 제품의 내부식성의 결과에 큰 차이가 생기기 때문에 그만큼 알루미늄 코오팅방법은 까다로운 것으로 알려져 있다.

선행기술로 알려진 몇가지 알루미늄 코오팅방법을 열거하면 다음과 같다.

(1) 딥핑방법

용융된 알루미늄 용액중에 철 또는 구리제품등의 피처리제품을 담구어 제품의 표면에 알루이늄막이 적층되게 하는 방법이다. 이는 알루미늄 용융조의 형성이 기술적으로 까다롭고 위험할뿐 아니라 제품의 표면에 적층된 알루미늄 두께가 고르지 못하며 더욱이 피복된 알루미늄 두께를 원하는대로 조절하기 어렵고 피복된 제품의 표면이 조악하여 상품가치가 낮고 또한 알루미늄의 허실이 많아 비경제적인 문제점이 있다.

(2) 알루미늄 융사법

용융된 알루미늄을 피처리제품의 표면에 고압으로 분사하여 마치 페인트의 스프레이방법으로 알루미늄을 코오팅하는 방법이다. 이는 용융 알루미늄의 분사과정에서 공기와의 접촉으로 알루미늄이 산화되기 쉬워 산화되지 않은 순수한 알루미늄의 코오팅이 어려우며 또한 제품의 형상에 따라 전면에 균일한 두께로 코오팅하기 어려운 폐단이 있으며, 코오팅 표면이 조악하여 상품가치가 낮은 문제점이 있다.

(3) 분말 열처리 방법

알루미늄 분말의 혼합물질을 피처리제품의 표면에 도포한 다음 고온으로 열처리하여 용융된 알루미늄을 제품의 표면으로 확산시키는 방법이다. 이는 다른 방법에 비하여 알루미늄의 균일한 확산층을 얻을 수 있는 이점이 있는 반면 열처리전에 알루미늄 혼합물질을 균일하게 도포해야 하는 문제점과 제품의 표면에 접촉된 알루미늄만이 코오팅에 사용되고 나머지는 다시 사용할 수 없어 버리게 되는 비경제적인 문제점이 있다.

(4) 진공 증착법

진공분위기에서 알루미늄을 가열하여 증발된 알루미늄을 피처리제품의 표면에 증착하는 방법이다. 이는 매우 정교한 제품의 코오팅에 유리하며 균일한 두께로 증착할 수 있는 이점이 있다. 그러나 알루미늄 소재를 모두 증발한 후 다시 알루미늄 소재를 충전하는 싸이클이 시간적으로 길어 능률적으로 작업하기 어려우며 증착된 알루미늄을 확산처리하기 어려워 견고한 알루미늄 피막을 얻기 어려운 문제점이 있다. 또한, 피처리제품의 형상이 복잡할 경우 노출된 표면에만 코오팅되는 단점이 있다.

본 발명은 종래의 이러한 방법과는 달리 알루미늄 화합물과 수소를 감압분위기에서 반응시켜 분리 생성되는 알루미늄을 소스(Source)로 하여 철, 구리제품의 표면에 코오팅 및 확산처리 하는 새로운 방법이다.

즉 알루미늄 화합물, 예를들면 트리메틸알루미늄(Al(CH₃)₃) 또는 트리이소부틸알루미늄(Al(CH₄H₉)₃)등은 상온에서는 액상으로 안정하나 150℃ 및 80℃에서 각각 용이하게 분해되어 일루미늄이 유리됨으로 이를 코오팅의 소스로 사용하는 것이다. 이들 알루미늄 화합물을 450℃∼500℃정도로 가열된 반응기에서 수소와 반응시키면

2Al(CH₃)₃+3H₂→6CH₄+2Al

2Al(C₄H₉)₃+3H₂→6CH₄H₁₀+2Al

의 반응이 일어나면서 이때 생성된 알루미늄은 기상으로 피처리제품의 전 표면에 부착하여 코오팅되는 것이다.

본 발명에서는 이러한 화학적 반응을 유효하게 이용하기 위하여 일정한 반응기내부에 철 또는 구리제품등 피처리제품을 넣고 반응기 내부공기를 배출시켜 내부압력을 감압하는 동시 450∼500℃로 가열하여 피처리제품의 표면을 청정처리한 다음 알루미늄 화합물과 수소를 반응기에 주입하여 1토르정도의 감압조건에서 반응시키면 생성된 알루미늄은 피처리제품의 전 표면에 부착하여 코오팅되는 동시 생성된 메탄가스 또는 이소부탄가스는 외부로 배기된다. 목적하는 두께의 알루미늄 코오팅이 이루어지면 알루미늄 화합물과 수소의 주입을 중지하는 대신 질소와 수소만을 주입하여 750℃로 가열처리하여 코오팅된 알루미늄을 피처리제품의 표면으로 확산시킨 후 반응기의 온도를 낮추어 내부식성 알루미늄 코오팅공정을 종료한다.

본 발명에서는 알루미늄 화합물과 수소의 주입량을 목적하는 코오팅된 알루미늄 두께에 따라 미리 설정된 용량과 시간으로 공급하고 반응으로 생성된 알루미늄은 모두 코오팅에 사용되며 잉여잔여물이나 폐기물로 남는 것이 없다.

또한 제품의 형상에 관계없이 알루미늄이 균일한 두께로 코오팅되고 그 두께는 자유로히 조절이 가능하며 확산층에 의하여 제품의 내부식성이 대단히 향상된다. 특히 반응기속에서 수소등의 반응에 의하여 알루미늄을 코오팅하는 만큼 알루미늄의 산화 우려가 없고 코오팅된 표면에 핀홀등이 전혀없이 매끈한 표면의 고품질의 제품을 얻을 수 있다.

또한 반응기의 조작이 간편하고 작업에 위험성이 없으며, 코오팅 소재의 허실이 없어 경제적으로 알루미늄을 코오팅 처리할 수 있다.

[실시예]

제1도는 본 발명의 실시예에 사용되는 장치의 예시도이다.

[청정공정]

반응기(1)의 내부에 철, 구리제품등 피처리제품(3)을 넣고 히터(2)와 온도조절기(4)에 의하여 450∼500℃로 가열조절한다. 이때 트랩(5)을 가진 진공펌프(6),(7)를 가동시켜 반응기 내부 압력을 10^-6토르로 감압시켜 약 5분간 유지하면 피처리제품의 표면이 청정된다. 반응기 내부의 공기를 배출함으로써 다음의 알루미늄 코오팅 공정에서 알루미늄의 산화를 방지할 수 있는 잇점이 있다.

[알루미늄 코오팅 공정]

청정공정이 끝나면 알루미늄 화합물 탱크(8) 및 수소, 질소가스의 밸브를 열어 가스유량계(11),(l2),(13)에 의하여 알루미늄 화합물과 수소를 밸브(l4)를 통하여 반응기(1)에 주입한다. 이때 질소, 수소와 알루미늄 화합물은 각각 200cc/분, 50cc/분, 50cc/분씩 주입하고 한편으로는 진공펌프(6),(7)의 가동에 의하여 반응기의 내부압력을 1토르정도로 유지시키면서 반응시킨다.

상기한 화학식에 표시된 반응에 의하여 분리 생성된 기상의 알루미늄은 피처리제품(3)의 전 표면에 균일하게 부착되며 제품이 형상에 관계 없이 코오팅된 알루미늄의 두께는 일정하다. 코오팅속도는 분당 약 0.1미크론이며 5분 정도의 코오팅으로 0.5미크론으로 코오팅되었다. 목적하는 알루미늄 두께에 따라 반응시간을 조절한다.

[확산 공정]

정해진 두께로 알루미늄 코오팅이 완료되면 알루미늄 화합물의 주입 및 진공펌프(6)(7)의 가동을 중지한다. 동시에 질소 및 수소가스를 각각 10ℓ/분씩 및 50cc/분씩 주입하면서 히터(2)에 의하여 반응기 내부온도를 750℃정도로 상승시킨다. 이때 투입된 가스는 반응 후 벤트밸브(15)를 통하여 반응기 외부로 배출된다.

상기한 750℃의 온도로 l5분간 두면 코오팅된 알루미늄은 철 또는 구리제품의 표면으로 약 1미크론정도 침투확산된다. 5∼10%의 알루미늄 농도를 갖는 1미크론의 확산층은 목적하는 내부식성을 충분히 유지한다.

[종료 공정]

확산 공정이 종료되면 수소공급을 차단하고 질소만 밸브를 통하여 10ℓ/분씩 공급하면서 반응기의 온도를 낮추어 냉각시킨다. 냉각된 반응기에서 알루미늄이 코오팅 처리된 본 발명의 제품을 얻는다. 상기 실시예의 알루미늄 코오팅 공정에서 질소를 200cc/분으로 주입하는 것은 압력조절을 위한 것이며 코오팅 공정에서 분당 코오팅 두께는 주입하는 알루미늄 화합물의 양에 비례하는데 분당 코오팅 두께 약 0.1미크론이 작업하기에 적당하므로 작업편의상 수소와 알루미늄 화합물을 각각 50cc/분, 50cc/분씩 주입한다. 확산공정에서 질소와 수소를 10ℓ/분, 50cc/분씩 주입하는 것은 반응기 내부를 불활성으로 하여 코오팅된 알루미늄의 융점이 약 660℃이므로 이보다 약간 높은 온도로 해야 알루미늄의 용융확산이 잘되나 너무 고온이면 코오팅된 알루미늄이 증발되기 쉬우므로 750℃에서 확산시킨다.

Claims (1)

1. 반응기 내부에 철, 구리제품등 피처리제품을 넣어 고온, 감압분위기에서 제품의 표면을 청정안 다음 이에 트리메틸알루미늄 또는 트리이소부틸알루미늄등의 일루미늄 화합물을 질소 및 수소와 함께 반응기에 주입하여 1토르정도의 감압분위기에서 반응시켜 분리생성된 알루미늄에 의하여 제품의 표면을 코오팅하고 질소 및 수소가스 분위기에서 고온으로 가열하여 코오팅된 알루미늄을 확산처리함을 특징으로 한 철, 구리제품의 알루미늄 코오팅 방법.

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