KR950012428B1 - 알루미늄재의 표면 처리방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

알루미늄재의 표면 처리방법

제1도는 교류 전해 처리중에 있어서의 피처리물의 표면 반응 상태의 변화를 나타내는 도면.

제2도는 본 발명에 따른 각 처리 공정에 있어서의 피막의 형성 상황을 나타내는 모식도.

제3도는 본 발명에 따른 알루미늄 표면 처리 라인을 나타내는 모식도이다.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 알루미늄재 2 : 다공질형 피막

3 : 배리어(barrier)형 피막 4 : 착색제

12 : 탈지조(脫脂槽) 13 : 에칭조

14 : 스마트 제거조 15 : 교류 전해조

16 : 탈막조(脫膜槽) 17 : 양극 산화조

18 : 전해 착색조 19 : 봉공 처리조

20 : 전착도장조 21 : 건조로

본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 판재 및 압출 형재 등(이하 간단히 알루미늄재라고 한다)의 표면 처리 방안에 관한 것으로서, 특히 알루미늄재의 표면에 전기 화학적 수단에 의해 나뭇결 무늬의 착색 피막을 형성하는 경우에 있어서, 착색 피막의 피막성상(性狀)을 더욱 향상시키고자 하는 것이다.

근년, 섀시, 실내창호, 실내문, 현관 미닫이, 현관문, 문짝, 울타리, 발코니, 차문, 계단 난간 및 현관 기둥등의 창호, 건재 또한 가구등의 분야에 있어서, 표면 피막을 여러 가지 방법으로 황색이나 다갈색으로 착색하여 목재와 닮은감을 갖게 한 알루미늄재가 광범위하게 이용되게 되었다.

그러나, 종래의 목재조착색 알루미늄재는 그의 표면이 균일하게 착색되어 있기 때문에, 멀리서 볼 경우는 접어두더라도 가까이서 볼 경우에는 목재의 감촉과는 거리가 먼 감촉의 것밖에 얻어지지 않았다.

그래서, 알루미늄재의 표면에 나뭇결 무늬 등의 무늬 붙이기를 행하는 것에 관하여 여러 가지 연구가 진행 되어, 지금까지도 이하에 설명하는 바와 같은 수많은 제안이 되어 있다.

(A) 전압(電壓)을 또는 프레스 성형형을 사용하여 알루미늄재의 표면에 소정의 각선(刻線)을 압인(壓印)하는 방법.

(B) 사진 제판의 수법에 의해 알루미늄재의 표면을 약품으로 에칭(etching)하여 원화를 식각하는 방법.

(C) 알루미늄재의 표면을 적당한 보호 재료로 부분적으로 마스킹(masking)하여 도료의 뿜어 붙이기 및 구워 붙이기, 혹은 화학적인 염색 처리 또는 산화 피막의 착색 처리를 행하는 방법.

(D) 스크린 인쇄 또는 전사 인쇄 등의 수단에 의해 도료 기타의 착색료를 알루미늄재의 표면에 인쇄하는 방법.

(E) 나뭇결 무늬를 인쇄한 무늬지 또는 무늬 필름을 알루미늄재의 표면에 접착하는 방법.

그러나, (A)는 엠보스(emboss) 법은 한 쌍의 다이 또는 성형형(成形型)으로 알루미늄재를 강하게 협압(狹壓)하는 방법이기 때문에, 평판형의 알루미늄재에 밖에 적용할 수 없는 것은 물론, 다이나 성형형의 제작에 고액의 경비를 요하는 난점이 있고, 또한 (B)의 식각법, (C)의 마스킹법 및 (D)의 인쇄법은 마스킹 가공 및 나뭇결 무늬의 제판에 수고와 시간이 걸릴 뿐 아니라, 그후의 2차처리가 대단해 번잡하고 더구나 무늬 형성 피막의 내구성에도 문제가 있고, 더욱이 (E)의 무늬지 점착법도 포함하여 이들의 각 방법은 모두 특수한 기계 설비가 필요하기 때문에 가공 경비가 대단히 높아지고, 또한 복잡한 형상을 갖는 건축 재료나 창호 재료로서의 알루미늄 압출 형재 등에는 사용할 수 없다는 문제가 있었다.

상기의 문제를 해결하는 것으로서, 출원인 회사는 먼저 통상의 전기 화학적 처리를 하는 알루미늄재의 표면처리라인(탈지-에칭-스마트(smut) 제거-양극 산화 처리-착색 봉공(封孔)-도장-건조)의 조합이 가능하며, 더구나 종래법과는 전혀 다른 원리에 의거한 전기 화학적 처리에 의한 알루미늄재의 나뭇결 무늬 형성 처리법을 개발하고 (예를 들면, 특공소 54-39224호, 동 55-9959호 및 동 62-15640호 각 공보), 이 처리법에 의해 천연 목재의 나뭇결과 동일한 자연미로 선명하고 내식성이 풍부한 나뭇결 무늬를 갖는 알루미늄재를 고생산성으로 얻을 수 있도록 되었다.

그런데 상기의 처리에 있어서, 알루미늄재의 은회색의 나뭇결 무늬를 형성시킨 후, 통상의 침지 착색 혹은 전해 착색 등에 의해 나뭇결 무늬를 선명하게 착색 처리하여 사용할 수도 있으나, 내식성을 가일층 형성시키기 위하여 나뭇결 무늬 형성 처리후 이것에 양극 산화 피막을 형성하는 것이 많고, 이 경우 양극 산화 처리를 원활히 수행하기 위해, 이 처리에 앞서서 탈지 처리를 실시하고 나뭇결 무늬 형성 처리로 형성된 산화 피막의 일부를 제거한 후에 양극 산화를 행하는 것이 많다.

그러나, 상기의 양극 산화 처리를 포함하는 착색 처리로는 처리 회수가 증가함에 따라 착색 무늬가 차차 불선명하게 되고 재현성이 나빠지는 경향이 보였다.

그래서 발명자들은 이점에 관하여 검토를 한 결과 탈지 처리의 양부(良否)가 양극 산화 처리 나아가서는 착색 처리후의 나뭇결 무늬에 큰 영향을 미치는 것을 판명하였다.

즉, 종래는 탈막욕의 pH 조정제로서 수산화 나트륨이나 탄산나트륨을 각각 단독으로 사용하고 있었으나, 그와 같은 조정제를 사용한 경우에는 처리 회수의 증가에 수반하는 욕액 pH의 경시 변동이 현저하고, 차차로 탈막 처리가 부적절하게 되어 양극 산화 피막의 생성이 불충분하게 되고, 그 결과 착색 후에 선명한 나뭇결 무늬를 얻기 어렵게 되는 것이 구명된 것이다.

본 발명은 상기의 문제를 유리하게 해결하는 것으로, 탈막욕의 pH처리제로서 경시 열화가 작은 것을 사용함으로써, 소망의 양극 산화 피막을 얻을 수 있고, 나아가서는 착색후에 선명한 나뭇결 무늬를 얻을 수 있는 알루미늄재의 유리한 표면 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 알루미늄재를 산 또는 알칼리의 수용액을 전해욕으로 하며, 교류 또는 이것과 동등의 효과를 갖는 전원 파형에 의해 전해 처리하고, 이 전해 처리중에 발생하는 수소 가스의 기포를 알루미늄재의 표면을 따라 상승시킴으로써 나뭇결 무늬를 형성한 후, 탈막 처리를 실시하고, 이어서 양극 산화 처리 및 착색 처리를 실시하는 일련의 공정에 의해 알루미늄재의 표면에 나뭇결 모양의 착색 피막을 형성하는데 있어서, 탈막욕으로서, pH를 9이상으로 조정한 인산, 붕산 및 시트르산의 나트륨염 또는 칼륨염 중에서 선택한 적어도 1종의 수용액을 사용하는 것으로 이루어지는 알루미늄재의 표면 처리 방법(제1발명)이다.

또한, 본 발명은 탈막욕으로서, pH를 9이상으로 조정한 인산, 붕산 및 시트르산의 나트륨염 또는 칼륨염 중에서 선택한 적어도 1종과 탄산의 나트륨염 또는 칼륨염 등에서 선택된 적어도 1종과의 수용액을 사용하는 것으로 이루어지는 알루미늄재의 표면 처리 방법(제2발명)이다.

또한, 본 발명은 탈막욕으로서, pH 9이상으로 조정한 탄산의 나트륨염 또는 칼륨염 중에서 선택한 적어도 2종의 수용액을 사용하는 것으로 이루어지는 일루미늄재의 표면 처리 방법(제3발명)이다.

본 발명에 있어서, 나뭇결 무늬 형성을 위한 전해욕으로서는, 상기 특공소 54-39224호 공보 등에 개시된 공지의 욕 어느 것도 적합하다. 일예를 나타내면, 황산, 인산 , 크롬산, 술파민산, 붕산, 텅스텐산, 아셀레나이드산, 인몰리브덴산, 포름산, 초산, 프로피온산, 부탄산, 옥살산, 숙신산, 아디핀산, 말레인산, 마론산, 젖산, 말산, 시트르산, 프탈산, 타르타르산, 벤졸술폰산, 페놀술폰산, 술포살리틸산, 크레졸술폰산 및 티몰술폰산으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 산의 희박한 수용액, 또는 이 수용액에 수산화 나트륨, 메타규산 나트륨, 인산 3나트륨, 탄산 수소 나트륨, 메타 붕산 나트륨, 황산 나트륨, 탄산 나트륨, 붕사 황산 수소 나트륨 혹은 상기 각 산의 암모늄염, 칼슘염, 바륨염, 리튬염 및 칼륨염으로 이루어지는 군에서 선택된 알칼리성 전해질 어느 것 1종을 가한 수용액 등이다.

또한, 전해 전류로서는 교류 또는 이것과 동일한 전원 파형에 의해 수소 가스의 발생을 수반하는 것같은 전류를 사용하는 것이 긴요하다. 여기서 교류와 동일한 전원 파형을 갖는 것으로는 펄스나 불완전 정류 등을 들수 있다.

상기와 같은 처리를 하여 알루미늄재의 표면에서 발생한 수소 가스의 기포를 표면을 따라 상승시키면, 제1도에 나타내는 것같이 그 표면에는 알루미늄재의 걸어매다는 방향(상하 방향)으로 뻗는 은회색의 나뭇결 무늬가 나타난다.

이 처리에 의해 은회색의 미려한 나뭇결 무늬가 나타나는 것은 전해 처리중에 발생하는 크고 작은 다수의 수소 가스의 기포가 알루미늄재의 표면을 따라 좌우로 미묘하게 요동하면서 아랫쪽으로부터 수면을 향해 상승할 때, 알루미늄재의 표면에는 기 기포가 흔적을 남긴 부분과 다른 부분과의 사이에 큰 전해 작용의 차가 생기고 기포의 통과 부분에는 다른 부분 보다도 훨씬 많은 미세 구멍이 만들어져 은회색으로 빛나기 때문인 것으로 생각되며, 실제로 처리후의 알루미늄재를 현미경으로 관찰한 경우 기포가 흔적을 남긴 부분에는 다른 부분 보다도 미세 구멍의 수가 대단히 많이 발견되고, 더구나 다른 부분보다도 표면으로부터 명백히 오목하게 들어간 상태를 나타내고 있다.

상기의 나뭇결 무늬 형성 처리후 양극 산화 처리에 앞서, 이 처리를 원활하게 하는 목적으로 나뭇결 무늬 형성 처리로 형성된 산화 피막의 일부를 제거하는 탈막처리를 실시한다. 여기서 종래에는, 탈막욕의 pH조정제로서는 수산화 나트륨이나 탄산 나트륨이 단독으로 사용되고 있었으나, 그러한 욕으로 탈막처리를 실시한 경우에는 경시적으로 재현성이 악화되고 있는 것은 상술한 바와 같다.

그래서 본 발명에서는, 이점에 관하여 예의 연구를 거듭한 끝에 탈막욕의 pH 조정제로서 인산, 붕산 및 시트르산의 나트륨염 또는 칼륨염중에서 선택된 적어도 1종, 혹은 이들과 탄산의 나트륨염 또는 칼륨염중에서 선택된 적어도 1종을 병용한 것, 혹은 탄산의 나트륨염 또는 칼륨염중에서 선택된 적어도 2종이 특히 유리하게 적합한 것을 발견하고, 본 발명을 완성하는데 이른 것이다.

여기에서, 인산 나트륨염이란 인산 3 나트륨(Na₃PO₄)외에 인산 2 수소 나트륨(NaH₂PO₄)이나 수소 2나트륨(Na₂HPO₄)을, 또 인산 칼륨염이란 인산 3 칼륨(K₃PO₄)외에, 인산 2수소 칼륨(KH₂PO₄)이나 인산 수소 2칼륨(K₂HPO₄)을 함유하는 것이다. 이점은 시트르산이나 탄산의 나트륨염 및 칼륨염도 동일하며, 각각 시트르산 3나트륨(Na₃C₆H₅P₇), 시트르산 2 수소 나트륨(NaH₂C₆H₅O₇₎, 시트르산 수소 2나트륨(Na₂HC₆H₅O₇), 시트르산 3 칼륨(K₃C₆H₅P₇), 시트르산 2 수소 칼륨(KH₂C₆H₅O₇), 시트르산 수소 2칼륨(K₂HC₆H₅O₇), 탄산 나트륨(Na₂CO₃), 탄산 수소 나트륨(NaHCO₃), 탄산 칼륨(K₂CO₃), 탄산 수소 칼륨(KHCO₃)을 함유한다.

상기와 같은 pH 조정제를 사용하여 pH를 조정한 탈막욕은 다수회 반복처리를 실시하여도 pH의 변동은 거의 없고, 따라서 그러한 pH 조정제를 사용하여 탈막욕의 pH를 9이상으로 조정하여 놓으면, 그후에 착색 피막의 재현성을 손상하지 않고 연속된 표면 처리를 실시할 수 있는 것이다.

양극 산화 처리로서는, 황산 또는 황산과 유기산과의 혼합산으로 이루어지는 전해욕 조성을 사용한 정전압 제어에 의한 처리가 적합하다.

또한 착색 처리에 관하여도 종래 공지의 방법 모두가 적합하다. 여기서 대표적인 처리에 관하여 설명하면 다음과 같다.

(1) 니켈, 주석, 구리 및 코발트 등의 금속염을 함유하는 수용액중에서 교류 또는 이것과 동등의 효과를 갖는 전원 파형을 사용하는 공지의 전해 착색법.

(2) 유기 염료 또는 무기 안료를 함유하는 수용액중에 침지하여 착색하는 공지의 침치 착색법.

교류 전해 처리에 의해 나뭇결 무늬를 형성한 불균일 피막을, 주사형 전자 현미경이나 X선 마이크로 아나라이저로 분석하면, 제2a도에 나타내는 바와 같이 알루미늄재(1) 표면의 나뭇결의 선 부분에는 다공질형 피막(2)이 형성되고, 그것 이외에 면 부분에는 무공질의 베리어형 피막(3)이 형성되고 있다. 이대로의 상태에서 양극 산화 처리를 하여도 전류가 흐르지 않으나, 제2b도에 나타내는 바와 같이 적당히 탈막하면 전해 개시후 수분간에 전류 회복하고, 표면 전체에 다공질 피막이 형성되고(제2c도), 이것을 착색하면 선명한 나뭇결 무늬 피막(제2d도)이 얻어진다. 또한, 탈막이 지나치게 강하면 전류 회복은 빨라지지만 착색후는 불선명한 무늬가 된다.

이러한 탈막 처리에 의해 선부분은 피막의 미세 구멍의 규칙적으로 배열된 구조의 피막이 되는데 대하여, 면부분은 미세 구멍이 불규칙하고 만곡되어 갈라진 가지모양 구조의 피막으로 성장하고, 그와 같은 피막 구조의 상이로 인해 선부분에 보다 많은 착색제(4)의 침착이 생기는 것으로 생각된다.

또한, 이들은 주사형 전자 현미경 관찰등에 의하지 않으면 아니되나, 육안으로도 선부분은 투명한 피막, 면부분은 반투명한 유백색 피막으로서 관찰된다.

제3도에 본 발명에 따른 알루미늄 표면 처리 라인을 모식적으로 나타낸다.

도면에서, 번호(11)은 틀 붙이는 장소, (12)는 탈지조, (13)은 엣칭조, (14)는 스마트 제거조, 그리고 (5)는 나뭇결 무늬 형성을 위한 교류 전해조이다. 또 (16)은 탈막조, (17)은 양극 산화조, (18)은 전해 착색조, (19)는 봉공처리조, (20)은 전착 도장조, (21)은 소부건조로, 그리고 (22)는 틀떼는 장소이다.

[실시예]

[실시예 1]

알루미늄 형재(6063S-T5)를 통상법에 의해 사전 처리한 후, 메타 붕산 나트륨 0.2몰/ℓ, 붕산 3g/ℓ을 포함하는 욕중에서, 대향극으로 스테인레스강을 사용하여 30V, 10분간의 교류 전해를 하였다. 이 교류 전해 처리에 의해 알루미늄 형재의 표면에 균일한 은회색의 나뭇결 무늬가 형성되었다.

이어서, 이것을 탄산 나트륨 0.1몰/ℓ, 탄산 수소 나트륨 0.1몰/ℓ을 포함하는 PH : 10의 탈막욕(50℃) 중에서 3분간 침지하고, 수세후, 황산욕중에서 양극 산화 처리를 실시하여 약 10㎛의 양극 산화 피막을 형성한 후, 황산 제1주석 5g/ℓ, 술포살리탄산 10g/ℓ을 포함하는 전해 착색욕중에서 17V, 3분간의 교류 전해를 실시한 바, 다갈색이며 나뭇결 무늬의 부분이 특히 짙게 착색된 미려한 알루미늄 형재가 얻어졌다.

이들 일련의 처리는 20회 반복 하였으나 나뭇결 무늬의 명암대조는 같으며 어느 것이나 미려한 알루미늄 형재가 얻어졌다.

[비교예 1]

실시예 1의 일련의 처리중, 탈막욕의 욕조성만을 수산화 나트륨 2g/ℓ로 변경하는 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 착색 처리를 20회 반복한 바, 처리 회수가 증가됨에 따라 나뭇결 무늬의 명암대조가 나빠졌다.

[실시예 2]

실시예 1에서 사용한 것과 같은 알루미늄 형재를 통상법에 의해 사전처리 한 후, 시트르산 0.3몰/ℓ, 수산화 나트륨 10g /ℓ의 욕중에서, 대향극으로 스테인레스강을 사용하여 40V, 5분간의 교류 전해를 하였다. 이 교류 전해 처리에 의해 알루미늄 형재의 표면에 균일한 은회색의 나뭇결 무늬가 형성되었다.

이어서 붕산 칼륨 0.2몰/ℓ을 포함하는 pH : 11의 탈막욕(40℃) 중에 5분간 침지하고, 수세후 황산욕중에서 양극 산화 처리를 실시하여 약 10㎛의 양극 산화 피막을 형성한 후, 황산 구리 30g/ℓ, 술파민산 20g/ℓ를 포함하는 욕중에서 교류 전해를 한 바, 나뭇결 부분이 적동색인 미려한 알루미늄 형재가 얻어졌다.

이들 일련의 처리를 30회 반복 행하였으나 나뭇결 무늬의 명암대조는 같으며 미려한 알루미늄 형재가 얻어졌다.

[비교예 2]

실시예 2의 일련의 처리중, 탈막욕의 욕조성만을 탄산 나트륨 20g/ℓ로 변경하는 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 착색 처리를 30회 반복하여 행한 바, 처리회수가 증가됨에 따라 나뭇결의 명암대조가 나빠졌다.

이렇게 하여, 본 발명에 의하면 다수의 반복 사용에 의하여도 탈막욕의 욕액이 열화되지 않으며, 선명하고 내구성이 있는 나뭇결 무늬를 형성할 수 있다.

Claims (3)

1. 알루미늄재를 산 또는 알칼리의 수용액을 전해욕으로 하여, 교류 또는 이것과 동등의 효과를 갖는 전원 파형에 의해 전해 처리하고, 이 전해 처리중에 발생하는 수소 가스의 기포를 알루미늄재의 표면을 따라 상승시킴으로써 나뭇결 무늬를 형성한 후, 탈막 처리를 실시하고, 이어서 양극 산화 처리 및 착색 처리를 실시하는 일련의 공정에 의해 알루미늄재의 표면에 나뭇결 모양의 착색 피막을 형성하는데 있어서, 탈막욕으로서, pH를 9이상으로 조정한 인산, 붕산 및 시트르산의 나트륨염 또는 칼륨염중에서 선택된 적어도 1종의 수용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄재의 표면 처리 방법.
2. 알루미늄재를 산 또는 알칼리의 수용액을 전해욕으로 하여, 교류 또는 이것과 동등한 효과를 갖는 전원 파형에 의해 전해 처리하고, 이 전해 처리중에 발생하는 수소 가스의 기포를 알루미늄재의 표면을 따라 상승시킴으로써 나뭇결 무늬를 형성한 후, 탈막 처리를 실시하고, 이어서 양극 산화 처리 및 착색 처리를 실시하는 일련의 공정에 의해 알루미늄재의 표면에 나뭇결 모양의 착색 피막을 형성하는데 있어서, 탈막욕으로서, pH 를 9이상으로 조정한 인산, 붕산 및 시트르산의 나트륨염 또는 칼륨염중에서 선택한 적어도 1종과 탄산의 나트륨염 또는 칼륨염중에서 선택한 적어도 1종과의 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄재의 표면 처리 방법.
3. 알루미늄재를 산 또는 알칼리의 수용액을 전해욕으로 하여 교류 또는 이것과 동등의 효과를 갖는 전원 파형에 의해 전해 처리하고, 이 전해 처리중에 발생하는 수소 가스의 기포를 알루미늄재의 표면을 따라 상승시킴으로써 나뭇결 무늬를 형성한 후, 탈막 처리를 실시하고, 이어서 양극 산화 처리 및 착색처리를 실시하는 일련의 공정에 의해 알루미늄재의 표면에 나뭇결 모양의 착색 피막을 형성하는데 있어서, 탈막욕으로서, pH를 9이상으로 조정한 탄산의 나트륨염 또는 칼륨염중에서 선택한 적어도 2종의 수용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄재의 표면 처리 방법.