KR980009527A - 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 또는 그의 합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시켜 수화하고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 산화피막에 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 알루미노 규산염 세라믹이 알루미늄 또는 그의 합금 표면에 형성되도록 함을 특징으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면처리방법에 관한 것으로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 양극산화처리하여 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 양극산화피막에 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유기알칼리를 중화시킨 용액을 반응시켜 알루미노 규산염세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄 합금표면에 형성되도록 함으로써 내몰탈성, 내산성, 내식성, 내광성이 우수하고 경도가 높아 제품표면에 스크래치의 발생이 적으며 유성매직 및 페인트 등이 표면에 부착되지 않아 세정 및 관리가 용이하고 손쉽게 색상을 조정할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 제조하고 이를 건축용 내외장재, 외장용판넬, 내장용케이스, 음향기기의 프론트판넬 및 자동차 구조물에 이용함으로써 상품가치를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

알루미늄 또는 그 합금의 표면처리방법

본 발명은 건축자재용 내외장재, 외장용판넬, 내장용케이스, 음향기기의 프론트판넬, 전자부품 및 자동차구조물등 산업전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있는 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리방법에 관한 것으로, 특히 알루미늄 또는 그 합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시켜 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 산화피막에 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 알루미노규산염 세라믹이 알루미늄 또는 그 합금표면에 형성되도록 함을 특징으로 하는 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 은백색의 가볍고 무른 금속인 알루미늄과 알루미늄을 주성분으로하여 구리, 마그네슘, 니켈, 망간, 구소, 아연등을 첨가하여 제조한 알루미늄합금은 연신성 및 인발성이 우수하고 가벼우며, 튼튼하고 미관이 수려하여 건축자재용 내외장재, 외장용판넬, 내장용케이스, 음향기기의 프론트판넬, 전자부품 및 자동차용 구조물 등으로 광범위하게 사용되고 있다.

그러나 알루미늄 또는 그의 합금은 내몰탈성, 내산성, 내광성이 좋지 않고 경도가 낮아 제조될 완제품 표면에 스크레치(SCRATCH)등이 발생하기 쉽고, 유성매직 또는 페인트 등이 표면에 부착되기 용이하므로 세정 및 관리가 쉽지않은 단점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 현재 알루미늄 또는 알루미늄합금을 표면처리하여 사용하고 있으며, 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면처리방법으로는 봉공처리, 전착처리(Electro deposite resin), 페인트 도장처리방법등이 주로 사용되고 있다.

즉 알루미늄 또는 알루미늄합금을 하기에 기재된 반응메카니즘에 의거하여 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화를 시켜 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시킨다.

일반적으로 Al₂O₃자체는 비교적 안정한 물질이어서 물과 크롬산칼륨등 일반적인 약품과는 반응하지 않으나 양극산화방법으로 형성된 피막은 수화가 되어 있기 때문에(실질적으로 알루미늄 양극 산화제품 씰링된 피막을 분석한 것에 의하면 약 8∼23개의 원차층으로(Atomic layers)수화가 된다는 것이 확인되었다. (G,C.Wood and V.J.J. MARRON, Trans, Inst, Met. Fin. Part1: 1976, 45, (1), 17 ; Part2 : 1967, 45, 3, 107)).

반응기를 내포하고 있으므로 하기의 반응기전에 의거 크롬산칼륨 또는 니켈염을 반응시켜 봉공처리하든지 또는 수용성멜라민 수지를 물에 해리하여 전기적으로 음이온성분을 코팅시키는 전착처리를 행한다.

2(OAlOH) + 2KHCrO₄→ 2(OAlCrO₄) + 2KOH

또한 알루미늄 또는 알루미늄함금의 표면에 페인트를 도장하여 표면을 보호하는 페인트 도장방법도 사용되고 있다.

그러나 상기와 같은 표면처리방법으로는 만족할만한 표면처리효과를 얻을 수 없었다.

따라서 본 발명의 목적은 내몰탈성, 내산성, 내식성, 내광성이 우수하고 경도가 높아 제품표면에 스크래치의 발생이 적으며 유성매직 및 페인트등이 표면에 부착되지 않아 세정 및 관리가 용이하고 손쉽게 색상을 조정할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면처리방법을 제공하는데 있다.

제1도는 본 발명의 알루미늄 또는 그 합금의 표면처리 공정도이다.

상기 목적 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 알루미늄 또는 알루미늄합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시켜 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 산화피막에 알칼리기를 제거한 규산알루미늄염을 반응시켜 알루미노규산염 세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄합금 표면에 형성되도록 함으로서 내몰탈성, 내산성, 내식성, 내광성이 우수하고 경도가 높아 제품표면에 스크래치의 발생이 적으며 유성매직 및 페인트등이 표면에 부착되지 않아 세정 및 관리가 용이하고 손쉽게 색상을 조정할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄합금을 얻을 수 있었다.

본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면처리방법은 알루미늄 또는 그의 합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시켜 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 산화피막에 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 알루미노규산염 세라믹이 알루미늄 또는 그의 합금표면에 형성되도록 함을 특징으로 하는 것이다.

먼저 알루미늄 또는 알루미늄합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시키면 알루미늄 또는 알루미늄합금 표면에서 다음과 같은 반응이 일어난다.

즉, 알루미늄 또는 알루미늄 표면은 수화되고 활성화된 양극산화피막을 형성하게 되므로 본 발명에서는 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 하기 때문에 반응메카니즘에 의거하여 알루미노 규산염 세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄합금 표면에 형성되도록 하였다.

(여기에서 M은 K, Na, Mg 또는 Ca와 같은 알칼리 금속이고, n은 3, 5 또는 9이다.)

m(O-Al-SiOn) + m(O-Ai-SiOn) → (O-Al-SiOn-O-Al-SiOn)m

(여기서, m은 1이상의 정수이다.)

상술한 방법으로 알루미늄 또는 알루미늄합금을 1차 표면처리하고 10∼20%농도의 알루미노 규산염 세라믹 수용액을 50∼60℃의 온도에서 3∼5분동안에 걸쳐 코팅하고 수절(물빼기)한 후, 160∼190℃의 온도에서 30분동안 소부하여 완제품을 얻는다.

또한 양극산화공정후에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 전해착색 및 염료착색하고 수절한 후에 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 알루미노규산염세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄합금 표면에 형성되도록 할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 알칼리기가 제거된 규산알칼리염은 다음과 같은 방법으로 제조된다.

즉, 공업용 물유리(Water glass : 알칼리규산염)를 증류수와 1:1로 혼합하면 물에 해리되어 알칼리를 생성한다. 예를들면, 메타규산나트륨 또는 칼륨의 경우에는 하기의 반응식과 같은 물에 해리된다.

2Na₂SiO₃+ H₂O → Na₂Si₂₅+ 2NaOH

2K₂SiO₃+ H₂O → K₂SiO₅+ 2KOH

상기 용액에 황산 또는 염산을 넣어 하기의 반응식과 같이 유기알칼리를 중화시킨다.

2Na₂SiO₃+ H₂O → Na₂SO₄+ 2H₂O

2KOH + HCl → KCl + H₂O

유기 알칼리가 중화된 용액속에는 알칼리성의 반응기가 사라지고 순수규산나트륨 또는 칼륨용액의 활성화된 반응기만 남게되며 규산알칼리염은 하기의 해리식과 같이 물에 해리되어 수화된 알루미늄과 규산이 반응하기 좋게 만들어진다.

2Na₂SiO₃+ H₂O → 2Na⁺+ SiO₅ ^-2

2K₂SiO₃+ H₂O → 2K+ + SiO₅ ^-2

이때 알칼리가 남아 있으면 규산염이 반응하기전에 알루미늄을 부식시켜 제품표면에 얼룩이나 눈물자국이 남게 된다.

본 발명에서는 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유기알칼리를 중화시킨 용액에 전해착색 및 염료착색된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 침지(dipping)한 후, 2차적으로 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유기알칼리를 중화시킨 용액으로서 규산알칼리염의 농도가 10∼20%인 것을 코팅하여 반응을 완료하였다.

특히, 본 발명은 SiOn의 산소말단기가 활성화기이고 알루미노규산염끼리 반응하여 고분자물질을 형성한다는 사실에 근거를 둔 것으로, 양극산화되어 수화되고 활성화된 알루미늄 양극피막에 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유기알칼리를 중화시킨 용액을 반응시키고 160∼190℃에서 30분정도 소부하면 규산염 광물과 비슷하게 되어 활성화성질을 잃는다.

즉, 유리(Glass)고분자 형태가 되어 내식성이 증가하게 되는 것이다.

또한, 규산염은 중금속이온을 흡수하는 성질을 갖고있어 공해문제를 유발하지 않고 오히려 방지하는 역할을 하며, 펄 또는 금속염료등의 수용성물질을 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유기알칼리를 중화시킨 용액에 첨가하여 마음대로 색상을 변경시킬 수도 있다.

상술한 바와같이 알루미늄 또는 알루미늄합금을 양극산화처리하여 수화되고 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 양극산화피막에 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유기알칼리를 중화시킨 용액을 반응시켜 알루미노 규산염세라믹이 알루미늄 또는 알루미늄합금표면에 형성되도록 함으로써 내몰탈성, 내산성, 내식성, 내광성이 우수하고 경도가 높아 제품표면에 스크래치의 발생이 적으며 유성매직 및 페인트등이 표면에 부착되지 않아 세정 및 관리가 용이하고 손쉽게 색상을 조정할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄합금을 제고하고 이를 건축용 내외장재, 외장용판넬, 내장용케이스, 음향기기의 프론트판넬 및 자동차구조물에 이용함으로써 상품가치를 극대화시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 알루미늄 또는 그 합금을 황산옥살산 또는 다른 전해액에서 양극산화시켜 수화되어 활성화된 알루미늄 양극산화피막을 형성시키고 산화피막에 알칼리기를 제거한 규산알칼리염을 반응시켜 알루미노규산염 세라믹이 알루미늄 또는 그 합금표면에 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 규산알칼리염은 규산나트륨 또는 규산칼륨염인 것을 특징으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면처리방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알칼리기를 제거한 규산알칼리염은 알칼리규산염과 물을 혼합하고 산성분을 첨가하여 유기알칼리를 중화시킨 용액인 것을 특징으로하는 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면처리방법.

   ※참고사항:최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.