WO2021133013A2 - 표면 처리 시스템 - Google Patents

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WO2021133013A2
WO2021133013A2 PCT/KR2020/018817 KR2020018817W WO2021133013A2 WO 2021133013 A2 WO2021133013 A2 WO 2021133013A2 KR 2020018817 W KR2020018817 W KR 2020018817W WO 2021133013 A2 WO2021133013 A2 WO 2021133013A2
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WO
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base material
surface treatment
treatment system
tank
unit
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김민우
송미래
김석진
우희석
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주식회사 덴티스
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    • C25D9/04—Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials
    • C25D9/06—Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials by anodic processes

Definitions

  • the present invention relates to a system for electrochemically surface-treating a base material, including an electrochemical surface treatment unit, an aging treatment unit, a nanotube removal unit, and a washing unit, a surface treatment system that can easily implement surface treatment of a base material is about
  • sandblasting As a method of spraying or projecting fine solid particles on the surface of a metal base material, sandblasting, resorbable blasted media blasting (RBM), and acid etching after blasting (SLA, There is a method of mechanically forming irregularities on the surface or imparting surface roughness, such as sandblast large grit acid etch).
  • Such surface treatment methods such as RBM or SLA can generate micro-scale irregularities on the surface of the base material, but it is impossible to form micro-nano-sized irregularities, and in the case of an additional acid etching process, residual acid solution There is a problem that post-processing is difficult for removal.
  • the anodization method forms a metal oxide film on the surface of the base material by immersing the metal base material in an electrolyte solution and electrochemically treating it.
  • a metal oxide film of uniform thickness can be obtained on the entire surface regardless of the shape of the base material.
  • the present invention was devised by the above necessity, and an object of the present invention is to provide a surface treatment system that can easily implement surface treatment of a base material, including an electrochemical surface treatment unit, an aging treatment unit, a nanotube removal unit, and a washing unit.
  • the present invention for achieving the above object is an electrochemical surface treatment unit for forming metal oxide nanotubes on the surface of the base material by electrochemically surface-treating the base material, and aging the base material on which the metal oxide nanotubes are formed (wetting) ) an aging treatment unit, a nanotube removal unit for removing the metal oxide nanotubes from the surface of the base material to form irregularities on the surface of the base material, and a washing unit for washing the base material from which the metal oxide nanotubes are removed; includes A surface treatment system characterized in that the technical gist.
  • the electrochemical surface treatment unit includes a water tank for storing an electrolyte, an anode part electrically connected to a base material, and a cathode part formed corresponding to the anode part and immersed in the electrolyte solution, the anode part, the anode jig and a positive electrode plate inserted into the positive electrode jig and electrically connected to the base material, vertically penetrating through the positive electrode jig and the positive electrode plate, and electrically connected to the positive electrode plate, the lower part It is preferable to include a base material coupling portion to which the base material is coupled.
  • the base material coupling portion the body formed long in the longitudinal direction, is formed at the upper end of the body, the head portion formed to be caught by the anode jig, is formed at the lower end of the body, comprising a screw portion to which the base material is coupled desirable.
  • a spacer for accommodating the body from the lower side of the anode jig to the upper side of the base material is further provided in the base material coupling part so that the body is not exposed.
  • the positive electrode jig, the positive electrode plate is inserted therein, it is preferable that a handle portion is further formed on the upper part, and the positive electrode jig and the positive electrode plate have a single/plural coupling hole for coupling the base material coupling part to a single/plural number. It is preferable to form a plurality.
  • a positive electrode extension electrode extending to be drawn out of the positive electrode jig is formed on one side of the positive electrode plate.
  • the positive electrode plate is cut to form cutting holes except for the region where the coupling holes are arranged, and the positive electrode jig has through holes arranged to correspond to the cutting holes.
  • the negative electrode part includes a negative electrode jig having an electrode plate coupling hole and a negative electrode plate coupled to the electrode plate coupling hole.
  • the negative electrode plate is preferably formed of a metal mesh (mesh).
  • an extended negative electrode extending to be connected to an external connection electrode is formed on one side of the negative electrode plate.
  • the negative electrode jig is further formed with an electrode guide groove to which the negative electrode extension electrode is coupled.
  • the negative electrode connection electrode is coupled to the electrode guide groove so as to be electrically connected to the negative electrode extension electrode, and the negative electrode extension electrode and the negative electrode connection electrode are fixed to the electrode guide groove by an electrode cover.
  • the plurality of negative electrode jigs are fixed to a fixing frame.
  • the fixing frame is fixed to a cradle formed at the inlet of the water tank.
  • the negative connection electrode is preferably connected to the adjacent negative connection electrode by the electrode guide groove and the electrode cover and fixed, and the negative connection electrode is preferably connected to an external connection electrode.
  • the water tank part the inner tank in which the electrolyte is stored, is formed to accommodate the upper side of the inner tank, the inlet is located at a position higher than the inlet of the inner tank, the outer tank to accommodate the electrolyte overflowing from the inner tank It is preferable to include
  • the inner tank is provided with a porous plate having an electrolyte inlet formed on a bottom surface and spaced apart from an upper side of the electrolyte inlet.
  • the outer tank is preferably formed with an inclined bottom surface so that the overflowed electrolyte is collected on one side, and an electrolyte outlet is formed on the side where the electrolyte is collected, and the electrolyte discharged from the electrolyte outlet is a thermostat. It is preferable to be circulated and supplied to the inner tank through the
  • the negative electrode part is disposed with the base material coupling part interposed therebetween, the row or It is preferred to alternate between the rows.
  • the positive electrode plate is implemented as a unit in which a predetermined number of the base material coupling parts are coupled.
  • the aging treatment unit includes a aging tank in which DIW is stored, the anode part is seated to immerse the base material in the DIW, and a aging tank cover coupled to the upper side of the aging tank.
  • the nanotube removal unit includes an external removal tank in which DIW is stored, an internal removal tank that is formed inside the external removal tank, the removal liquid is stored, and the anode part is seated to immerse the base material in the removal liquid;
  • an ultrasonic oscillator for removing the metal oxide nanotubes on the surface of the base material and a removal tank cover coupled to the upper side of the external removal tank.
  • the removal liquid used after the metal oxide nanotubes are removed is automatically discharged from the internal removal tank and stored in a waste liquid tank.
  • the used removal liquid into water by introducing platinum into a waste liquid tank in which the used removal liquid is stored.
  • the internal removal tank is formed in plurality inside the external removal tank.
  • the internal removal tank is made of Quartz.
  • the washing unit includes an external washing tub in which DIW is stored, an internal washing tub formed inside the external washing tub, DIW is stored, and the anode part is seated to immerse the base material in the DIW, and ultrasonic waves to the base material It is preferable to include an ultrasonic oscillator for washing the base material by applying and a washing tub cover coupled to the upper side of the external washing tub.
  • the inner washing tank is made of Quartz.
  • the surface treatment system further includes a process control unit for controlling the electrochemical surface treatment unit, the aging treatment unit, the nanotube removal unit, and the washing unit.
  • the surface treatment system is preferably operated manually or automatically.
  • An object of the present invention is to provide a surface treatment system that can easily implement surface treatment of a base material, including an electrochemical surface treatment unit, an aging treatment unit, a nanotube removal unit, and a washing unit.
  • the electrochemical surface treatment unit according to the present invention is provided with an anode jig, anode electrode plate, and a base material bonding part in the anode part, and a cathode jig and a cathode electrode plate as a cathode part disposed therebetween, so that the surface treatment of the base material can be easily implemented There is an effect that can be applied regardless of the shape or number of the base material.
  • the thickness and size of the metal oxide film formed on the surface of the base material is uniform, and it can be easily controlled, providing high-quality surface irregularities and surface roughness and excellent reproducibility and easy to control.
  • the cathode part is installed first inside the inner tank, and the base material and the base material coupling part are arranged between the cathode electrode plates, the surface treatment of more base materials is possible in a minimum space. It provides a structure that allows efficient use of space.
  • the surface treatment system according to the present invention can surface-treat a large amount of base material at the same time, and the surface treatment process is simple and mass production is possible, thereby reducing process cost and production cost.
  • the present invention can be implemented by manually or automatically selecting all processes through the process control unit, and can provide a high-quality and highly reproducible surface-treated base material because it is easy to control process conditions and detect abnormalities.
  • FIG. 1 A schematic diagram of a main part of a surface treatment system according to the present invention.
  • Figure 2 A schematic diagram of the main part of the nanotube removal part according to another embodiment of the present invention.
  • 5B A partial coupling view of the anode part of the electrochemical surface treatment part according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 A schematic side cross-sectional view of the anode portion of the electrochemical surface treatment unit according to an embodiment of the present invention (A-A' in Fig. 5c).
  • FIG. 7 A front view of the negative electrode plate (a), the negative electrode jig (b) and the negative electrode portion (c) of the electrochemical surface treatment unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 - A schematic diagram showing a bonding state between the connecting electrodes of the negative electrode of the electrochemical surface treatment unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 - A schematic diagram showing a state in which the negative electrode of the electrochemical surface treatment unit is coupled to the water tank according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 - A schematic diagram showing a state in which the anode part and the cathode part of the electrochemical surface treatment unit are coupled to the water tank according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to a system for electrochemically surface-treating a base material, including an electrochemical surface treatment unit, an aging treatment unit, a nanotube removal unit, and a washing unit, a surface treatment system that can easily implement surface treatment of a base material is about
  • the electrochemical surface treatment unit according to the present invention can process a large amount of base material, and by efficiently disposing the cathode and anode parts, more surface treatment of the base material is possible in a minimum space.
  • the surface treatment system according to the present invention is overall compact and organically connected, so that post-treatment after electrochemical surface treatment is easy, so that the surface treatment process is simple and mass production is possible, thereby reducing process costs and production costs.
  • the present invention can be implemented by manually or automatically selecting all processes through the process control unit, and can provide a high-quality and highly reproducible surface-treated base material because it is easy to control process conditions and detect abnormalities.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a surface treatment system according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of a nanotube removal unit according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an embodiment of the present invention
  • It is an exploded view (a) and a coupling view (b) of the electrochemical surface treatment unit for the parent rejoining unit
  • FIG. 4 is a plan view of the anode electrode plate of the electrochemical surface treatment unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5A is this view An exploded view of the anode part of the electrochemical surface treatment unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5b is a partial coupling view of the anode unit of the electrochemical surface treatment unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5c is the present invention It is a coupling view of the anode part of the electrochemical surface treatment part according to an embodiment
  • FIG. 6 is a schematic side cross-sectional view of the anode part of the electrochemical surface treatment part according to an embodiment of the present invention (A-A' in FIG. 5c) 7 is a front view of the negative electrode plate (a), the negative electrode jig (b) and the negative electrode portion (c) of the electrochemical surface treatment unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of the water tank of the electrochemical surface treatment section according to an embodiment of the present invention
  • Figure 10 is an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a schematic view showing a state in which the cathode part of the electrochemical surface treatment unit according to an embodiment of the present invention is coupled to the water tank unit
  • FIG. 12 is the present invention is a schematic diagram showing a state in which the anode part and the cathode part of the electrochemical surface treatment unit are coupled to the water tank according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional side view of BB′ of FIG. 12 .
  • the surface treatment system includes an electrochemical surface treatment unit (A) for forming metal oxide nanotubes on the surface by electrochemically surface-treating a base material 10, and the metal oxide nanotubes
  • an object of the present invention is to provide a surface treatment system for performing more efficient electrochemical surface treatment and a post-treatment process for forming surface irregularities.
  • the electrochemical surface treatment unit (A) according to the present invention by performing electrochemical surface treatment of the base material (10), the metal oxide nanotubes on the surface of the base material (10) is to form
  • the electrochemical surface treatment unit (A) is to form a metal oxide film, specifically, metal oxide nanotubes, on the surface of the base material 10 by immersing the base material 10 in an electrolyte solution and electrochemically treating it.
  • a metal oxide nanotube is formed on the base material 10 by providing a connected anode part and a cathode part as a counter electrode corresponding thereto.
  • the electrochemical surface treatment unit (A) corresponds to the water tank unit 300 for storing the electrolyte, the anode unit 100 electrically connected to the base material 10, and the anode unit 100 .
  • the anode part 100 includes, The positive electrode jig 110, the positive electrode plate 120 inserted into the positive electrode jig 110 and electrically connected to the base material 10, the positive electrode jig 110 and the positive electrode plate 120 It is characterized in that it includes a base material coupling part 130 that penetrates vertically to and is coupled to, is electrically connected to the positive electrode plate 120, and to which the base material 10 is coupled to the lower side.
  • the base material 10 is coupled to the base material coupling part 130 of the anode part 100 , and the anode jig 110 and the anode electrode plate 120 are provided to facilitate surface treatment of the base material 10 . to be able to implement it.
  • the coupling part between the base material coupling part 130 and the base material 10 may be changed to correspond to each other, and the base material 10 of various shapes can be coupled to the base material coupling part 130. Do.
  • an implant made of titanium is used as the base material 10, and a screw thread is formed on the outer circumferential surface of the implant to increase the bonding force with the alveolar bone, and the base material coupling part 130 is on the upper side.
  • a female thread is formed for bonding with the .
  • the coupling portion with the base material coupling portion 130 may vary as described above.
  • implants In addition to implants, it can be applied to stents or bioimplantation materials, human body insertion devices, etc., and can be applied to base materials made of materials such as titanium or titanium alloy. In addition to the above medical devices, various parts and other surface treatment required for industry are required. It can be applied to a variety of items.
  • electrochemical surface treatment may be performed on one base material 10 according to the use and shape of the base material 10 , and electrochemical surface treatment may also be performed on a large amount of the base material 10 .
  • electrochemical surface treatment was performed on a large amount of the base material 10, and the anode jig 110 and the cathode electrode plate 120 so that the electrochemical surface treatment of the plurality of base materials 10 can be performed simultaneously. ) and the base material coupling unit 130 will be described.
  • the positive electrode part 100 according to the present invention is largely composed of a positive electrode jig 110 , a positive electrode plate 120 , and a base assembly unit 130 .
  • the anode jig 110 serves to fix and support the anode electrode plate 120 and the base material coupling part 130, and is formed in a plate-like shape as a whole, and is an insulating material and chemically stable by penetration of an electrolyte, etc. It is formed of a material such as Teflon.
  • the positive electrode plate 120 is inserted into the positive electrode jig 110, and a handle portion 111a for facilitating transport is formed on the upper portion. This is to facilitate the input to the post-treatment process by simultaneously transporting a large amount of the base material 10 while electrochemically surface-treating a large amount of the base material 10 at the same time, and a handle formed on the upper side of the anode jig 110 . (111a) is for the convenience of such mobility, it can be selectively formed.
  • Insertion of the positive electrode plate 120 into the positive electrode jig 110 is simultaneously formed by insert injection molding, or an upper positive electrode jig (with a handle 111a) 111 and a lower positive electrode jig (upper)
  • the positive electrode plate 120 is inserted between the 112 ), and the upper positive electrode jig 111 and the lower positive electrode jig 112 are formed with Teflon. It can be implemented by screwing together.
  • FIG. 5 is an exploded view of the positive electrode part 100 (FIG. 5A) showing a case in which the positive electrode plate 120 is inserted between the upper positive electrode jig 111 and the lower positive electrode jig 112, which will be described later. , the partial coupling (FIG. 5b), the coupling degree (FIG. 5c) is shown.
  • the anode jig 110 has a coupling hole 113 penetrating vertically so that the base material coupling part 130 can be coupled, which communicates with the coupling hole 121 formed in the anode electrode plate 120 to be described later. It is formed so that the base material coupling part 130 vertically penetrates through the positive electrode jig 110 and the positive electrode plate 120 to be coupled thereto.
  • These coupling holes 113 may be formed in single or plural according to the number of the base material coupling parts 130 , and are formed according to the outer diameter of the base material coupling parts 130 .
  • the total number of the base assembly parts 130 coupled to the positive electrode jig 110 and the positive electrode plate 120 is 100 pieces (10 x 10). ), where 25 (5 x 5) base material coupling units 130 are combined in one positive electrode plate 120 as a unit, a total of four positive electrode plate 120 units. is shown to have been carried out.
  • a through hole 114 penetrating vertically through an area in which the positive electrode plate 120 is not energized other than the area to which the base material coupling part 130 is coupled may be formed. That is, the through hole 114 is formed in a region that does not intersect the row or column in which the coupling hole 113 is arranged.
  • the through hole 114 facilitates the flow of the anode jig when it is immersed in an electrolyte or a cleaning solution, while reducing the weight of the anode jig to improve mobility.
  • the positive electrode plate 120 is inserted into the positive electrode jig 110, and is electrically connected to the base material.
  • the anode electrode plate 120 is formed of a thin metal plate, preferably a platinum plate, and is electrically coupled to the base material coupling unit 130 , and is also electrically connected to the base material 10 coupled thereto.
  • the positive electrode plate 120 may have a single or a plurality of coupling holes 121 for electrically coupling the base material coupling parts 130 to each other depending on the number of the base material coupling parts 130 .
  • the base material coupling part 130 is a combination of the coupling hole 113 of the positive electrode jig 110 and the positive electrode plate 120 . It is coupled to the ball 121 at the same time and is coupled to protrude below the anode jig 110 .
  • a positive electrode extension electrode 122 is formed on one side to facilitate the application of power to the positive electrode plate 120 .
  • the anode extension electrode 122 is formed to be drawn out of the jig 110 .
  • anode electrode plate 120 is cut except for the region where the coupling holes 113 are arranged to form cutting holes 123 to save electrode material.
  • FIG. 4 is a view showing a positive electrode plate 120 according to an embodiment of the present invention, which is formed in a rectangular shape as a whole, a positive electrode extension electrode 122 is formed on one side, and 25 coupling holes 121 are formed.
  • the base material coupling part 130 is coupled to conduct electricity so that the anode is applied to the base material 10 .
  • the cutting holes 123 are formed, and the through holes 114 of the anode jig 110 are arranged to correspond to the cutting holes 123 as described above. will be formed
  • the positive electrode plate 120 is insert injection-molded with the positive electrode jig 110 and inserted into the positive electrode jig 110, or in the groove formed on the upper surface of the lower positive electrode jig 112 as in the embodiment according to FIG. 3 .
  • the upper positive electrode jig 111 may be coupled to the upper side thereof to be inserted into the positive electrode jig 110 .
  • the positive electrode extension electrode 122 of the positive electrode plate 120 is formed to extend from one side of the positive electrode plate 120 so as to be drawn out of the positive electrode jig 110 , or of the upper positive electrode jig 111 . A portion may be cut to form a structure in which the positive electrode extension electrode 122 is exposed to the outside.
  • the base assembly unit 130 is vertically coupled to the positive jig 110 and the negative electrode plate 220, is electrically connected to the positive electrode plate 120, and the lower portion is The base material 10 is to be coupled.
  • the base material coupling part 130 includes a body 131 elongated in the longitudinal direction, formed at the upper end of the body 131 , and a head part 132 formed to be caught by the anode jig 110 . , is formed at the lower end of the body 131, and includes a screw portion 133 to which the base material 10 is coupled.
  • the base material coupling part 130 is formed of an electrically conductive material to electrically connect the anode electrode plate 120 and the base material 10 .
  • the body 131 of the base material coupling unit 130 is coupled to the coupling hole 113 formed in the positive electrode jig 110 and the positive electrode plate 120 to protrude below the positive electrode jig 110,
  • the base material 10 is coupled to the lower side of the anode jig 110 , and the head part 132 has the body 131 in the coupling holes 113 and 121 of the anode jig 110 and the anode electrode plate 120 .
  • the diameter is formed larger than that of the coupling holes 113 and 121 .
  • the base material coupling part 130 is formed with a coupling part for coupling the base material 10 to one side, and in an embodiment of the present invention, the lower side of the base material coupling part 130 so as to be coupled to the female thread formed on the upper side of the implant. It is characterized in that the male thread is formed.
  • the coupling part may be implemented in various forms, and in the present invention, the electrochemical surface treatment is performed on the base material 10 by screwing.
  • the base material coupling part 130 has a spacer 134 for accommodating the body 131 from the lower side of the anode jig 110 to the upper side of the base material 10 so that the body 131 is not exposed. is formed
  • the spacer 134 is hollow and is coupled to the body 131 protruding downwardly of the anode jig 110 , and surrounds the body 131 up to the upper side of the coupling portion to which the base material 10 is coupled. formed so that the body 131 is not exposed to the outside.
  • the space is for protecting the base material bonding unit 130 from electrolytes and reagents used in the process, and is formed of a chemically stable material, for example, Teflon.
  • the surface of a large amount of the base material 10 can be simultaneously surface-treated by the anode part 100 according to the present invention, so that the high-quality surface-treated base material 10 can be mass-produced, and thus the metal oxide nanotubes
  • the thickness and size are uniform, and it can be easily controlled, so there is an advantage of providing high-quality surface irregularities and surface roughness and excellent reproducibility.
  • the cathode part 200 according to the present invention is immersed in the electrolyte, and is formed to correspond to the anode part 100, and the positive ions (Ti 2+ ) and the cathode part (Ti 2+ ) from the anode part 100 in the electrolyte solution ( 200), an ion complex (TiO 2 ) formed by combining anions (OH ⁇ , O 2 ⁇ ) is deposited on the surface of the base material 10 .
  • the negative electrode part 200 includes a negative electrode jig 210 having an electrode plate coupling hole 211 formed therein, and a negative electrode plate 220 coupled to the electrode plate coupling hole 211 as shown in FIG. 7 .
  • . 5 is a view showing (a) the negative electrode plate, (b) the negative electrode jig, and (c) the negative electrode part (the state in which the negative electrode plate is coupled to the negative electrode jig) of the electrochemical surface treatment unit (A) according to an embodiment of the present invention; A front view is shown.
  • the negative electrode jig 210 is for fixing the negative electrode plate 220 and facilitating bonding with other structures, is formed in a plate-like shape as a whole, and is an insulating material and chemically stable material by penetration of an electrolyte, etc.; For example, it is formed of a material such as Teflon.
  • the negative electrode plate 220 is coupled to the electrode plate coupling hole 211 of the negative electrode jig 210 .
  • the negative electrode jig 210 and the negative electrode plate 220 are disposed between the rows or columns of the base material 10 with the anode part 100 interposed therebetween, and the entire row or column of the base material 10 is disposed. It is formed corresponding to the length and width.
  • the negative electrode plate 220 is formed of a metal mesh, and the surface area is widened and the flow and supply of the electrolyte are smooth, so that the formation of more uniform metal oxide nanotubes on the surface of the base material 10 is make it possible
  • the negative electrode plate 220 may be formed of platinum, titanium, stainless steel, or the like.
  • a negative electrode extension electrode 221 is formed on one side of the negative electrode plate 220 to be easily connected to the external connection electrode 240 , and the negative electrode extension electrode 221 is an electrode guide formed on the negative electrode jig 210 . It is coupled to the groove 212 .
  • a negative electrode connection electrode 230 is coupled to the electrode guide groove 212 to be electrically connected to the negative electrode extension electrode 221 , and the negative electrode extension electrode 221 is connected to the electrode guide groove 212 with an electrode cover 213 . ) and the negative electrode connection electrode 230 are fixed.
  • the negative electrode connection electrode 230 is connected to the negative electrode extension electrode 221 extending from the negative electrode plate 220 , and the negative electrode extension electrode 221 and the negative electrode connection electrode 230 are connected to the electrode cover 213 .
  • the electrode cover 213 and the electrode guide groove 212 may be fixed or fitted with a Teflon screw or the like.
  • the plurality of negative electrode jigs 210 are fixed to a fixing frame 250 .
  • the fixing frame 250 is fixed to the holder 330 formed at the inlet of the water tank 300 (preferably at the inlet side of the outer tank to be described later).
  • the negative electrode connection electrode 230 is connected to and fixed by the adjacent negative electrode connection electrode 230 and the electrode guide groove 212 and the electrode cover 213 .
  • the negative electrode extension electrode 221 is coupled to the electrode guide groove 212 , and the negative electrode connection electrode 230 for connecting the adjacent negative electrode plates 220 to each other. After the pair is combined, it is fixed by the electrode cover 213 .
  • the negative electrode unit 200 when a plurality of the base assembly unit 130 is coupled to the positive electrode jig 110 and the positive electrode plate 120 in an nxm arrangement (n, m is a natural number greater than or equal to 2), the negative electrode unit 200 is It is disposed with the base material coupling part 130 interposed therebetween, and is alternately disposed between rows or columns of the base material coupling part 130 .
  • the negative electrode part 200 when the negative electrode part 200 is disposed between the rows of the base material coupling part 130 , the number of the negative electrode part 200 becomes n+1, and the negative electrode part 200 is the base material coupling part ( 130), the number of the cathode units 200 is m+1.
  • the cathode part (cathode jig, cathode electrode plate) is opposed to the base material 10 and between the rows or columns ( 200) is disposed, and a total of 11 cathode units 200 are disposed.
  • a total of 10 negative electrode connection electrodes 230 connecting the negative electrode extension electrode 221 of the negative electrode jig 210 are required, and all of them are electrically connected to form the negative electrode part 200 .
  • An external connection electrode 240 is connected to any one of the plurality of negative electrode extension electrodes 221 to facilitate application of external power.
  • the water tank part 300 is for storing the electrolyte, and is formed to accommodate the inner tank 310 in which the electrolyte is stored, and the upper part of the inner tank 310,
  • the inlet is located at a position higher than or higher than the inlet of the inner tank 310 and consists of an outer tank 320 for accommodating the electrolyte solution overflowed from the inner tank 310 .
  • a temperature sensor is installed in the inner tank 310 by being immersed in the electrolyte, and a water level sensor is disposed in the inner tank 310 and the outer tank 320, respectively, so that the electrolyte stored in the inner tank is kept at a constant temperature to maintain a constant water level. It is automatically supplied, and the electrolyte is automatically discharged when the water level reaches a certain level so that the electrolyte does not overflow even in the outer tank.
  • the inner tank 310 is characterized in that an electrolyte inlet 311 is formed on the bottom surface, and a porous plate 312 spaced apart from the electrolyte inlet 311 and formed with a plurality of pores 312a is provided.
  • the electrolyte is supplied into the inner tank 310 through the electrolyte inlet 311 , and the supplied electrolyte passes through the pores 312a of the porous plate 312 and is widely dispersed and circulated evenly.
  • the outer tank 320 is formed to flow in.
  • the outer tank 320 has an inclined bottom surface so that the overflowed electrolyte does not accumulate to one side, and an electrolyte outlet 321 is formed on the side where the electrolyte is collected, and the electrolyte discharged from the electrolyte outlet 321 is a thermostat through the circulating supply to the inner tank 310 .
  • the electrolyte according to the present invention uses an electrolyte containing fluoride ions (F ⁇ ) to form metal oxide nanotubes having a uniform size and spacing, and sufficiently immerses the base material in the electrolyte to make the surface of the base material an electrochemical surface. treatment, i.e., anodizing.
  • F ⁇ fluoride ions
  • the electrolyte solution containing fluoride ions may be formed by mixing a salt containing fluoride ions, a solvent selected from at least one selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, high molecular alcohols, and mixtures thereof, and water.
  • the salt containing a fluoride ion is a salt consisting of hydrogen fluoride (HF), sodium fluoride (NaF), ammonium fluoride (NH 4 F) and mixtures thereof, phosphoric acid (H 3 PO 4 ), sulfuric acid (H 2 ) SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), glycerol (glycerol), ethylene glycol (ethylene glycol), and a solvent selected from the group consisting of mixtures thereof and water may be mixed and used.
  • HF hydrogen fluoride
  • NaF sodium fluoride
  • NH 4 F ammonium fluoride
  • phosphoric acid H 3 PO 4
  • sulfuric acid H 2 ) SO 4
  • nitric acid HNO 3
  • glycerol glycerol
  • ethylene glycol ethylene glycol
  • a solvent selected from the group consisting of mixtures thereof and water may be mixed and used.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a state in which the cathode part 200 of the electrochemical surface treatment unit (A) is coupled to the water tank part 300 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is an embodiment of the present invention
  • It is a schematic diagram showing a state in which the anode part 100 and the cathode part 200 of the electrochemical surface treatment part (A) are coupled to the water tank part 300
  • FIG. 13 is a side view (B-B') of FIG. It is a schematic diagram
  • the anode part 200 is first installed in the inner tank 310 ( FIG. 9 ), and the base material 10 and the base material coupling part 130 are disposed between the cathode electrode plates 220 .
  • the part 100 is disposed on the cathode part 200 ( FIGS. 12 and 13 ), an electrolyte is supplied through a thermostat, and a power supply is connected to perform electrochemical surface treatment.
  • a temperature sensor is installed in the inner tank 310 by being immersed in the electrolyte, and a water level sensor is disposed in the inner tank 310 and the outer tank 320, respectively, so that the electrolyte stored in the inner tank is kept at a constant temperature to maintain a constant water level. It is automatically supplied, and the electrolyte is automatically discharged when the water level reaches a certain level so that the electrolyte does not overflow even in the outer tank.
  • the inner tank 310 is provided with an electrolyte inlet 311 formed on a bottom surface, and a porous plate 312 spaced apart from the electrolyte inlet 311 to form a plurality of pores 312a.
  • the electrolyte is supplied into the inner tank 310 through the electrolyte inlet 311 , and the supplied electrolyte passes through the pores 312a of the porous plate 312 and is widely dispersed and circulated evenly.
  • the outer tank 320 is formed to flow in.
  • the outer tank 320 has an inclined bottom surface so that the overflowed electrolyte does not accumulate to one side, and an electrolyte outlet 321 is formed on the side where the electrolyte is collected, and the electrolyte discharged from the electrolyte outlet 321 is a thermostat through the circulating supply to the inner tank 310 .
  • This arrangement of the anode part and the cathode part provides a spatial arrangement for efficiently performing surface treatment of a large amount of base material within a limited-sized inner tank, thereby enabling surface treatment of more base materials within a minimum production space. This allows for efficient use of production space.
  • post-treatment processes such as removing and washing processes are performed to provide the base material with final surface irregularities and surface roughness will do
  • the electrochemical surface treatment unit (A) electrochemically surface-treats the base material 10 by the anode electrode plate and the base material coupling unit coupled to the cathode jig, and the cathode jig and the cathode electrode plate disposed therebetween.
  • a metal oxide film specifically, a metal oxide nanotube is formed on the surface of the base material 10 .
  • the base material 10 is a dental implant made of titanium
  • metal oxide nanotubes titanium oxide, TiO 2
  • A electrochemical surface treatment unit
  • the interface between the base material 10 and the metal oxide nanotube is formed in a hemisphere shape like the lower shape of the metal oxide nanotube, and the size of the area according to the lower shape of the metal oxide nanotube is It has a diameter of several tens to hundreds of nanometers, and this diameter can be controlled by controlling the electrochemical surface treatment conditions.
  • the thickness and size of the metal oxide nanotubes formed on the surface of the base material 10 are uniform, and it can be easily controlled, so that high-quality surface irregularities and surface roughness can be achieved.
  • the provision of the base material 10 and its reproducibility are excellent, and there is an advantage in that it is easy to control.
  • the electrochemical surface treatment unit (A) allows the surface treatment of a large amount of the base material 10 to be performed quickly and uniformly, and thus the post-treatment process (aging process, metal oxide nanotube removal process, washing process, etc.) ) can also be carried out simultaneously through the transport of the anode jig, thereby simplifying the process and reducing costs.
  • the aging treatment unit (B) is to ripen (wetting) the base material 10 on which the metal oxide nanotubes are formed through the electrochemical surface treatment unit (A), and the base material bonded to the base material bonding unit ( 10) by transporting the anode including the component and providing it to the aging processing unit (B), so that the aging process is performed continuously and rapidly.
  • the uniform surface treatment of the entire base material 10 and the reproducibility of the surface treatment are high by a continuous process according to such a mass treatment method, thereby providing a high-quality surface-treated base material 10 .
  • the aging processing unit (B) stores the aging liquid DIW, and the aging tank 410 for immersing the base material 10 in the DIW by seating the anode unit; , and a maturing tank cover 420 coupled to the upper side of the aging tank 410 in order to prevent the introduction of foreign substances into the aging tank 410 .
  • the DIW is automatically supplied into the aging tank 410, and the used DIW is periodically discharged.
  • the anode part which has been processed in the electrochemical surface treatment unit (A), is seated in the aging tank 410 in which the DIW is stored, and the base material 10 is immersed in the DIW at room temperature for about 1 to 5 minutes. To facilitate the removal of the metal oxide nanotubes.
  • the nanotube removal unit (C) undergoes an aging process of metal oxide nanotubes on the surface of the base material 10 through the aging treatment unit (B), and then removes the metal oxide nanotubes from the base material 10.
  • the nanotube removal process is performed continuously and quickly.
  • the uniform surface treatment of the entire base material 10 and the reproducibility of the surface treatment are high by a continuous process according to such a mass treatment method, thereby providing a high-quality surface-treated base material 10 .
  • the nanotube removal unit (C) is formed inside the external removal tank 510 in which DIW is stored, and the external removal tank 510, and the removal liquid is is stored, and an internal removal tank 520 for immersing the base material 10 in the removal solution by seating the anode part, and ultrasonic waves are applied to the base material 10 to remove the metal oxide nanotubes on the surface of the base material 10
  • the anode part which has been processed in the electrochemical surface treatment unit (A) and the aging treatment unit (B), is seated in the internal removal tank 520 in which the removal solution is stored, and the base material 10 is immersed in the removal solution for a certain time, the ultrasonic oscillation unit ( 530) to remove the metal oxide nanotubes from the base material 10 by applying ultrasonic waves.
  • the nanotube removal unit (C) has a double bath structure, and consists of an internal removal tank 520 in which a removal liquid is stored and an external removal bath 510 in which DIW is stored, so that the metal oxide nanotubes are uniformly applied to the base material 10 . By applying ultrasonic waves, the removal of the metal oxide nanotubes is performed quickly and cleanly.
  • the internal removal tank 520 may be formed of a quartz material that is stable to the removal solution and easy to process, and may be formed in plurality inside the external removal tank 510 to enable a small amount of process.
  • the removal solution in the present invention is Na 3 PO 4 , NaCl and H 2 O 2 Any one or a mixture of two or more thereof may be used.
  • FIG. 2 is a case in which two inner removal tanks 520 are formed inside the external removal tank 510 in the nanotube removal tank according to an embodiment of the present invention, and the anode parts thereof are each formed in the internal removal tank 520. ) is shown in the case of seating. This is so that it can be used appropriately according to the size of the anode part or the shape and number of the base material 10 .
  • the removal liquid is automatically supplied into the internal removal tank 520 , and the removal liquid used after the metal oxide nanotubes are removed is periodically automatically discharged and stored in the waste liquid tank 550 .
  • the used removal liquid is Na 3 PO 4 , NaCl or H 2 O 2
  • platinum is put into the stored waste liquid tank 550 so that the used removal liquid is converted into water, so that the waste liquid treatment is easy and environmentally friendly treatment that made it possible
  • a nano-sized groove having a substantially hemispherical shape is formed on the surface, and the hemispherical groove is relatively larger than the hemispherical groove inside the hemispherical groove. It is possible to obtain a base material 10 in which micropores having a size of several nanometers are formed.
  • the hemispherical groove can be formed to have a diameter of 10 to 1,000 nm, which is possible by controlling electrochemical conditions such as voltage, electrolyte, and temperature applied to the electrochemical surface treatment unit (A) as described above.
  • the washing unit (D) is to wash the base material 10 from which the metal oxide nanotubes are removed through the nanotube removal unit (C), and the base material 10 coupled to the base material coupling unit. Transporting the anode comprising a to provide to the cleaning unit (D).
  • the uniform surface treatment of the entire base material 10 and the reproducibility of the surface treatment are high by a continuous process according to such a mass treatment method, thereby providing a high-quality surface-treated base material 10 .
  • the washing unit (D), the external washing tank 610 in which DIW is stored, is formed inside the external washing tank 610, the DIW is stored, and the An internal washing tank 620 for immersing the base material 10 in the DIW by seating the anode part, and an ultrasonic wave oscillator 630 for washing the base material 10 by applying ultrasonic waves to the base material 10 and the external washing tank (610) is coupled to the upper side includes a washing tub cover to prevent the inflow of foreign substances.
  • the anode part where the process is completed, is seated in the internal washing tank 620 in which the DIW is stored, and the base material 10 is fixed in the DIW. While immersed in time, the surface of the base material 10 is washed by applying an ultrasonic wave from the ultrasonic generator 630 .
  • the washing unit (D) has a double bath structure, and consists of an internal washing tank 620 in which washing liquid DIW is stored and an external washing bath 610 in which DIW is stored, and ultrasonic waves are uniformly applied to the base material 10 on which the metal oxide nanotubes are formed. As much as possible, the removal of the metal oxide nanotubes is performed quickly and cleanly.
  • the inner washing tank 620 may be formed of a quartz material that is easy to process, and a plurality of the inner washing tanks 610 may be formed inside the outer washing tank 610 to enable a small amount of process. same as The DIW is automatically supplied to the inside of the internal removal tank 520, and the DIW used after washing is automatically discharged periodically.
  • the base material 10 is dried with a hot air dryer and then stored.
  • the electrochemical surface treatment unit (A), the aging treatment unit (B), the nanotube removal unit (C) and a process control unit for controlling the washing unit (D) further include
  • the process control unit controls ON/OFF of the electrochemical surface treatment unit (A), the aging treatment unit (B), the nanotube removal unit (C) and the washing unit (D), as well as the electrolyte solution supplied to each process , control the operation of supply and discharge of the aging solution, the removal solution and the cleaning solution, control the temperature and water level, and control the voltage in the electrochemical surface treatment unit (A), the nanotube removal unit (C) and the washing It is made possible to control the ultrasonic oscillators 530 and 630 in the part (D), and it is to enable monitoring and control of such process conditions on the control board.
  • the surface treatment system may be manually operated or automatically operated by a user operation.
  • the anode unit may be sequentially moved to the next processing unit by a robot arm, and each process condition is automatically set. .
  • the surface treatment system according to the present invention is for electrochemically surface-treating a metal base material, and includes an electrochemical surface treatment unit, an aging treatment unit, a nanotube removal unit, and a washing unit to easily implement the surface treatment of the base material. It relates to a surface treatment system that can be used.
  • the electrochemical surface treatment unit according to the present invention can process a large amount of base material, and by efficiently disposing the cathode and anode parts, more surface treatment of the base material is possible in a minimum space.
  • the surface treatment system according to the present invention is overall compact and organically connected, so that post-treatment after electrochemical surface treatment is easy, so that the surface treatment process is simple and mass production is possible, thereby reducing process cost and production cost.
  • the present invention can be implemented by manually or automatically selecting all processes through the process control unit, and can provide a high-quality and highly reproducible surface-treated base material because it is easy to control process conditions and detect abnormalities.

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Abstract

본 발명은 모재를 전기화학적으로 표면 처리를 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 모재를 전기화학적으로 표면 처리하여, 상기 모재의 표면에 금속산화물 나노튜브를 형성하는 전기화학적 표면처리부와, 상기 금속산화물 나노튜브가 형성된 모재를 숙성시키는(wetting) 숙성처리부와, 상기 모재의 표면에서 상기 금속산화물 나노튜브를 제거하여 상기 모재의 표면에 요철을 형성시키는 나노튜브제거부와, 상기 금속산화물 나노튜브가 제거된 모재를 세척하는 세척부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 전기화학적 표면처리부, 숙성처리부, 나노튜브제거부 및 세척부를 포함하여, 모재의 표면 처리를 용이하게 구현할 수 있는 표면 처리 시스템을 제공하는 것이다.

Description

표면 처리 시스템
본 발명은 모재를 전기화학적으로 표면 처리를 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 전기화학적 표면처리부, 숙성처리부, 나노튜브제거부, 세척부를 포함하여, 모재의 표면 처리를 용이하게 구현할 수 있는 표면 처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명을 지원한 국가연구개발사업은 아래와 같다:
과제번호 R201801010
부처명 과학기술정보통신부, 산업통상자원부
연구관리전문기관 (재)나노융합2020사업단
연구사업명 나노융합2020사업-우수 연구성과 사업화 지원 사업
연구과제명 전기화학 나노기술을 적용한 치과용 임플란트 개발
기여율 100
주관기관 (주)덴티스
연구기간 2018.03.01~2020.12.31
금속 모재의 표면에 요철을 형성하거나 표면 거칠기를 증진시키기 위해 다양한 방법들이 시도되고 있다.
일반적인 방법으로는 압연롤의 표면에 요철을 형성하고, 금속 모재를 압연함으로써, 표면에 요철을 형성하거나 표면 거칠기를 부여하였다. 이러한 방법은 미세 표면 거칠기의 제어가 어렵고, 다양한 형상의 금속 모재에는 적용이 어려운 단점이 있다.
또한, 미세한 고체 입자를 금속 모재의 표면에 분사 혹은 투사하는 방법으로써, 샌드블래스팅(Sandblasting), 흡수성 혹은 세라믹 매질 블라스팅(RBM, Resorbable Blasted Media blasting), 블라스팅 후 산에칭을 수행하는 공정(SLA, Sandblast Large grit Acid etch) 등과 같은 기계적으로 표면에 요철을 형성하거나 표면 거칠기를 부여하는 방법이 있다.
이러한 RBM이나 SLA 등과 같은 표면 처리 방식은 모재의 표면에 마이크로 단위의 요철은 생성할 수 있으나, 미세 나노사이즈의 요철을 형성시키는 것은 불가능하며, 산에칭을 추가로 수행하는 공정의 경우 잔류하는 산용액 제거를 위해 후처리가 까다로운 문제가 있다.
또한, 적용하고자 하는 모재의 형상에 따라 불균일한 표면 요철이 형성될 가능성이 높으며, 다양한 형태의 모재에 적용하기에는 한계가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 최근에는 화학적으로 표면 처리를 하는 연구가 다양하게 진행되고 있는데, 그 중 전기화학적으로 표면을 처리하는 것으로, 일명 양극산화법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
양극산화법은 금속 모재를 전해질 용액에 담궈 전기화학적으로 처리하여 모재의 표면에 금속산화물 피막을 형성하는 것으로서, 모재의 형상에 관계없이 전체 표면에 균일한 두께의 금속산화물 피막을 얻을 수 있고, 전압과 전류, 전해액의 종류, 전해액의 농도 및 pH 등을 조절함으로써 금속산화물 피막의 두께 및 크기 등의 조절이 용이한 장점이 있다.
이러한 양극산화법에 대한 연구는 주로 표면 요철을 조절하거나, 산화 티타늄 피막의 내구성을 향상시키기 위한 방법이나 공정 조건의 개선 등에 치우친 연구가 주를 이루고 있으며, 이를 구현하기 위한 시스템이나 장치에 관한 연구는 미흡한 실정이다.
또한, 기존의 양극 산화 장치는 단일 모재에 대해 양극 산화를 수행하는 것이 일반적이며, 대량의 양극 산화를 수행하고, 양극 산화 후 후처리를 위한 시스템에 대한 연구도 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 필요성에 의해 고안된 것으로서, 전기화학적 표면처리부, 숙성처리부, 나노튜브제거부, 세척부를 포함하여, 모재의 표면 처리를 용이하게 구현할 수 있는 표면 처리 시스템의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모재를 전기화학적으로 표면 처리하여, 상기 모재의 표면에 금속산화물 나노튜브를 형성하는 전기화학적 표면처리부와, 상기 금속산화물 나노튜브가 형성된 모재를 숙성시키는(wetting) 숙성처리부와, 상기 모재의 표면에서 상기 금속산화물 나노튜브를 제거하여 상기 모재의 표면에 요철을 형성시키는 나노튜브제거부와, 상기 금속산화물 나노튜브가 제거된 모재를 세척하는 세척부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템을 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 전기화학적 표면처리부는, 전해액을 저장하는 수조부와, 모재와 전기적으로 연결되는 양극부 그리고 상기 양극부에 대응하여 형성되며 상기 전해액에 침지된 음극부를 포함하며, 상기 양극부는, 양극 지그와, 상기 양극 지그 내부에 삽입되며, 상기 모재와 전기적으로 연결되는 양극 전극판과, 상기 양극 지그와 상기 양극 전극판에 수직으로 관통하여 결합되고, 상기 양극 전극판과 전기적으로 연결되며, 하측부에 상기 모재가 결합되는 모재결합부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모재결합부는, 길이 방향으로 길게 형성된 몸체와, 상기 몸체 상단부에 형성되며, 상기 양극 지그에 걸리도록 형성된 헤드부와, 상기 몸체 하단부에 형성되며, 상기 모재가 결합되는 나사부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모재결합부에는, 상기 몸체가 노출되지 않도록 상기 양극 지그 하측부터 상기 모재 상측까지 상기 몸체를 수용하는 스페이서가 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극 지그는, 내부에 상기 양극 전극판이 삽입되며, 상측부에는 손잡이부가 더 형성된 것이 바람직하며, 상기 양극 지그 및 양극 전극판에는, 상기 모재결합부가 단수/복수개 결합되기 위한 결합공이 단수/복수개 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극 전극판 일측에는, 상기 양극 지그 외부로 인출되도록 연장 형성된 양극 연장 전극이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극 전극판은, 상기 결합공이 배열된 영역 외에는 절삭되어 절삭공이 형성되고, 상기 양극 지그에는, 상기 절삭공에 대응되어 통공이 배열되어 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 음극부는, 전극판 결합공이 형성된 음극 지그와, 상기 전극판 결합공에 결합되는 음극 전극판을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 음극 전극판은, 금속 메쉬(mesh)로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 음극 전극판 일측에는, 외부 연결 전극과 연결되도록 연장 형성된 음극 연장 전극이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 음극 지그는, 상기 음극 연장 전극이 결합되는 전극 가이드홈이 더 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 전극 가이드홈에 상기 음극 연장 전극과 전기적으로 연결되도록 음극 연결 전극이 결합되고, 전극커버로 상기 전극 가이드홈에 상기 음극 연장 전극과 상기 음극 연결 전극을 고정시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 음극 지그가 상기 양극부에 대응하여 복수개 형성된 경우, 상기 복수개의 음극 지그는 고정틀에 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고정틀은, 상기 수조부의 입구에 형성된 거치대에 고정되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 음극 연결 전극은, 이웃하는 음극 연결 전극과 상기 전극 가이드홈 및 전극커버에 의해 연결되어 고정되는 것이 바람직하며, 상기 음극 연결 전극은, 외부 연결 전극과 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수조부는, 전해액이 저장되는 내조와, 상기 내조의 상측부를 수용하도록 형성되며, 상기 내조의 입구보다 높은 위치에 입구가 위치되어, 상기 내조에서 오버플로우(overflow)된 전해액을 수용하는 외조를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내조는, 바닥면에 전해액 유입구가 형성되며, 상기 전해액 유입구 상측으로 이격되어 복수개의 기공이 형성된 기공판이 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기 외조는 오버플로우된 전해액이 일측으로 모이도록 바닥면이 경사지게 형성된 것이 바람직하며, 또한 상기 외조에는,상기 전해액이 모이는 측에 전해액 배출구가 형성되어, 상기 전해액 배출구로부터 배출된 전해액이 항온기를 거쳐 상기 내조로 순환공급되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 모재결합부가 상기 양극 지그 및 양극 전극판에 n x m 배열로 복수개 결합된 경우(n, m은 2이상의 자연수), 상기 음극부는 상기 모재결합부를 사이에 두고 배치되되, 상기 모재결합부의 행 또는 열 사이에 교대로 배치되는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 양극 전극판은, 상기 모재결합부가 일정 개수 결합되는 유닛(unit)으로 구현된 것이 바람직하다.
또한, 상기 숙성처리부는, DIW가 저장되며, 상기 양극부를 안착시켜 상기 DIW에 상기 모재를 침지시키는 숙성조와, 상기 숙성조 상측에 결합되는 숙성조덮개를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 나노튜브제거부는, DIW가 저장되는 외부제거조와, 상기 외부제거조 내부에 형성되고, 제거액이 저장되며, 상기 양극부를 안착시켜 상기 제거액에 상기 모재를 침지시키는 내부제거조와, 상기 모재에 초음파를 인가시켜, 상기 모재 표면의 금속산화물 나노튜브를 제거하는 초음파발진부 및 상기 외부제거조 상측에 결합되는 제거조덮개를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속산화물 나노튜브 제거 후 사용된 제거액은 상기 내부제거조에서 자동 배출되어 폐액탱크로 저장되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 사용된 제거액이 저장된 폐액탱크에 백금을 투입하여 상기 사용된 제거액을 물로 전환하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내부제거조는, 상기 외부제거조 내부에 복수개로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 내부제거조는, Quartz로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 세척부는, DIW가 저장되는 외부세척조와, 상기 외부세척조 내부에 형성되고, DIW가 저장되며, 상기 양극부를 안착시켜, 상기 DIW에 상기 모재를 침지시키는 내부세척조와, 상기 모재에 초음파를 인가시켜 상기 모재를 세척하는 초음파발진부 및 상기 외부세척조 상측에 결합되는 세척조덮개를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내부세척조는, Quartz로 이루어진 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 표면 처리 시스템은, 상기 전기화학적 표면처리부, 상기 숙성처리부, 상기 나노튜브제거부 및 상기 세척부를 제어하는 공정제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면 처리 시스템은, 수동 또는 자동으로 작동되는 것이 바람직하다.
본 발명은 전기화학적 표면처리부, 숙성처리부, 나노튜브제거부 및 세척부를 포함하여, 모재의 표면 처리를 용이하게 구현할 수 있는 표면 처리 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 전기화학적 표면처리부는 양극부에 양극 지그, 양극 전극판 및 모재결합부 그리고 그 사이에 배치된 음극부로 음극지그 및 음극 전극판을 구비하여 모재의 표면 처리를 용이하게 구현할 수 있으며, 모재의 형태나 개수에 상관없이 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기화학적 표면처리부는 모재의 표면에 형성되는 금속산화물 피막의 두께 및 크기가 균일하고, 이를 용이하게 제어할 수 있어, 고품질의 표면 요철 및 표면 거칠기의 제공 및 그 재현성이 우수하며, 이에 대한 제어가 용이한 장점이 있다.
또한, 내조 내부에 음극부가 먼저 설치되고, 음극 전극판이 배열된 사이로 모재 및 모재결합부가 배치되도록 양극부를 상기 음극부 상에 배치함으로써, 최소한의 공간 내에서 보다 많은 모재의 표면 처리가 가능하도록 하여 생산 공간의 효율적인 활용이 가능한 구조를 제공하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 표면 처리 시스템은 대량의 모재를 동시에 표면 처리할 수 있으며, 표면 처리 공정이 간단하면서도 대량 생산이 가능하여 공정비용 및 생산비용의 절감을 도모할 수 있다.
또한 본 발명은 공정제어부를 통해 전 공정을 수동 또는 자동으로 선택하여 구현할 수 있으며, 공정 조건의 제어 및 이상 유무 등의 감지가 용이하여 고품질의 재현성이 높은 표면 처리가 된 모재를 제공할 수 있다.
도 1 - 본 발명에 따른 표면 처리 시스템의 주요부에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노튜브제거부의 주요부에 대한 모식도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 모재결합부에 대한 분해도(a) 및 결합도(b).
도 4 - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극 전극판에 대한 평면도.
도 5a - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부에 대한 분해도.
도 5b - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부에 대한 부분 결합도.
도 5c - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부에 대한 결합도.
도 6 - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부에 대한 측단면 모식도(도 5c의 A-A').
도 7 - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 음극 전극판(a), 음극 지그(b) 및 음극부(c)에 대한 정면도.
도 8 - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 음극부의 연결 전극 간의 결합상태를 나타낸 모식도.
도 9 - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 수조부에 대한 평면도.
도 10 - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 수조부에 대한 측면 모식도.
도 11 - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 음극부가 수조부에 결합된 상태를 나타낸 모식도.
도 12 - 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부 및 음극부가 수조부에 결합된 상태를 나타낸 모식도.
도 13 - 도 12의 B-B' 측단면 모식도.
본 발명은 모재를 전기화학적으로 표면 처리를 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 전기화학적 표면처리부, 숙성처리부, 나노튜브제거부, 세척부를 포함하여, 모재의 표면 처리를 용이하게 구현할 수 있는 표면 처리 시스템에 관한 것이다.
특히 본 발명에 따른 전기화학적 표면처리부는 대량의 모재를 처리할 수 있으며, 음극부 및 양극부를 효율적으로 배치하여 최소한의 공간 내에서 보다 많은 모재의 표면 처리가 가능하도록 한 것이다.
또한 본 발명에 따른 표면 처리 시스템은 전체적으로 컴팩트하면서 유기적으로 연결되어 전기화학적 표면 처리 후 후처리가 용이하여 표면 처리 공정이 간단하면서도 대량 생산이 가능하여 공정비용 및 생산비용의 절감을 도모할 수 있다.
또한 본 발명은 공정제어부를 통해 전 공정을 수동 또는 자동으로 선택하여 구현할 수 있으며, 공정 조건의 제어 및 이상 유무 등의 감지가 용이하여 고품질의 재현성이 높은 표면 처리가 된 모재를 제공할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 표면 처리 시스템의 주요부에 대한 모식도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노튜브제거부의 주요부에 대한 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 모재결합부에 대한 분해도(a) 및 결합도(b)이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극 전극판에 대한 평면도이고, 도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부에 대한 분해도이고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부에 대한 부분 결합도이고, 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부에 대한 결합도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부에 대한 측단면 모식도(도 5c의 A-A')이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 음극 전극판(a), 음극 지그(b) 및 음극부(c)에 대한 정면도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 음극부의 연결 전극 간의 결합상태를 나타낸 모식도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 수조부에 대한 평면도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 수조부에 대한 측면 모식도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 음극부가 수조부에 결합된 상태를 나타낸 모식도이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부의 양극부 및 음극부가 수조부에 결합된 상태를 나타낸 모식도이며, 도 13은 도 12의 B-B' 측단면 모식도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 표면 처리 시스템은, 모재(10)를 전기화학적으로 표면 처리하여 표면에 금속산화물 나노튜브를 형성하는 전기화학적 표면처리부(A)와, 상기 금속산화물 나노튜브가 형성된 모재(10)를 숙성시키는(wetting) 숙성처리부(B)와, 상기 모재(10)의 표면에서 상기 금속산화물 나노튜브를 제거하여 상기 모재(10)의 표면에 요철을 형성시키는 나노튜브제거부(C)와, 상기 금속산화물 나노튜브가 제거된 모재(10)를 세척하는 세척부(D)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 상기 모재(10)를 전기화학적으로 표면 처리하여, 상기 모재(10)의 표면에 금속산화물 나노튜브를 형성하고, 이를 제거함으로써 모재(10)의 표면에 나노사이즈의 요철을 형성하는 것으로, 보다 효율적인 전기화학적 표면 처리를 수행하고, 표면 요철 형성을 위한 후처리 공정을 위한 표면 처리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
먼저 본 발명에 따른 전기화학적 표면처리부(A)는 도 1(a)에 도시한 바와 같이, 모재(10)를 전기화학적으로 표면 처리를 수행하여, 상기 모재(10)의 표면에 금속산화물 나노튜브를 형성하는 것이다.
상기 전기화학적 표면처리부(A)는 모재(10)를 전해액에 담궈 전기화학적으로 처리하여 모재(10)의 표면에 금속산화물 피막, 구체적으로는 금속산화물 나노튜브를 형성하는 것으로서, 모재(10)에 연결된 양극부, 이에 대응되는 상대전극으로 음극부를 구비하여 모재(10)에 금속산화물 나노튜브를 형성하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부(A)는 전해액을 저장하는 수조부(300)와, 모재(10)와 전기적으로 연결되는 양극부(100) 그리고 상기 양극부(100)에 대응하여 형성되며 상기 전해액에 침지된 음극부(200)를 포함하여, 상기 모재(10)의 표면에 금속산화물 나노튜브를 형성하는 전기화학적 표면처리부(A)에 있어서, 상기 양극부(100)는, 양극 지그(110)와, 상기 양극 지그(110) 내부에 삽입되며, 상기 모재(10)와 전기적으로 연결되는 양극 전극판(120)과, 상기 양극 지그(110)와 상기 양극 전극판(120)에 수직으로 관통하여 결합되고, 상기 양극 전극판(120)과 전기적으로 연결되며, 하측부에 상기 모재(10)가 결합되는 모재결합부(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 양극부(100)의 모재결합부(130)에 모재(10)를 결합하고, 양극 지그(110)와 양극 전극판(120)을 구비하여, 모재(10)의 표면 처리를 용이하게 구현할 수 있도록 하는 것이다. 여기에서 모재(10)의 형상에 따라 모재결합부(130)와 모재(10) 간의 결합부는 서로 대응하여 달라질 수 있으며, 상기 모재결합부(130)에 다양한 형상의 모재(10)의 결합이 가능하다.
본 발명의 일실시예로 모재(10)를 타이타늄으로 이루어진 임플란트(fixture)를 사용하였으며, 상기 임플란트의 외주면에는 치조골과의 결합력을 높이기 위하여 나사산이 형성되어 있고, 상측에는 상기 모재결합부(130)와의 결합을 위한 암나사산이 형성된 것이다. 모재(10)의 형상에 따라 모재결합부(130)와의 결합부는 상술한 바와 같이 달라질 수 있다.
임플란트 외에도 스텐트 또는 생체 이식재료, 인체 삽입기구 등에 적용할 수 있으며, 타이타늄 또는 타이타늄 합금 등의 재료로 이루어진 모재에 적용할 수 있으며, 상기와 같은 의료기기 외에도 산업에 필요한 각종 부품, 기타 표면처리를 필요로 하는 다양한 물품에 적용이 가능하다.
또한 본 발명은 모재(10)의 용도 및 형상에 따라 하나의 모재(10)에 대해 전기화학적 표면 처리를 수행할 수 있으며, 대량의 모재(10)에 대해서도 전기화학적 표면 처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 대량의 모재(10)에 대해 전기화학적 표면 처리를 수행하였으며, 복수개의 모재(10)가 전기화학적 표면 처리가 동시에 수행가능하도록 양극 지그(110), 양극 전극판(120) 및 모재결합부(130)에 대해 설명하고자 한다.
도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 양극부(100)는 양극 지그(110), 양극 전극판(120) 및 모재결합부(130)로 크게 구성된다.
상기 양극 지그(110)는 상기 양극 전극판(120) 및 모재결합부(130)를 고정시키고 지지하는 역할을 하는 것으로, 전체적으로 판상형으로 형성되며, 절연재질이면서 전해액 등의 침투에 의해 화학적으로도 안정한 재질, 예컨대 테프론과 같은 재질로 형성된다.
상기 양극 지그(110)의 내부에는 양극 전극판(120)이 삽입되며, 상측부에는 운반을 용이하게 하기 위한 손잡이부(111a)가 형성되어 있다. 이는 대량의 모재(10)를 동시에 전기화학적으로 표면 처리하면서, 대량의 모재(10)를 동시에 운반하여 후처리 공정에 투입이 용이하도록 한 것으로, 상기 양극 지그(110)의 상측부에 형성된 손잡이부(111a)는 이러한 이동성의 편의를 도모하기 위한 것으로, 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 양극 지그(110) 내부에 상기 양극 전극판(120)의 삽입은 인서트(insert) 사출 성형되어 동시에 형성되거나, 상측 양극 지그(손잡이부(111a)가 달림)(111)와 하측 양극 지그(상측면에 양극 전극판(120)이 수용될 수 있는 홈이 형성되어 있음)(112) 사이에 양극 전극판(120)을 삽입시키고, 상기 상측 양극 지그(111)와 하측 양극 지그(112)를 테프론 나사 결합시킴으로써 구현될 수 있다.
도 5는 후술한 경우 즉, 상측 양극 지그(111)와 하측 양극 지그(112) 사이에 양극 전극판(120)이 삽입되는 경우를 도시한 것으로, 양극부(100)에 대한 분해도(도 5a), 부분 결합도(도 5b), 결합도(도 5c)를 나타낸 것이다.
상기 양극 지그(110)에는 상기 모재결합부(130)가 결합될 수 있도록 상하로 관통하는 결합공(113)이 형성되며, 이는 후술한 양극 전극판(120)에 형성된 결합공(121)과 연통되게 형성되어, 상기 모재결합부(130)가 상기 양극 지그(110)와 양극 전극판(120)에 수직으로 관통하여 결합될 수 있도록 하는 것이다. 이러한 결합공(113)은 상기 모재결합부(130)의 개수에 따라 단수개 또는 복수개 형성될 수 있으며, 상기 모재결합부(130)의 외경에 맞추어 형성된다.
본 발명의 일실시예로 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 양극 지그(110) 및 양극 전극판(120)에 결합되는 모재결합부(130)의 개수는 전체 100개(10 x 10)이며, 여기에서 하나의 양극 전극판(120)에는 25(5 x 5)개의 모재결합부(130)가 일정 개수 결합되는 유닛(unit)으로 구현되어, 총 4개의 양극 전극판(120) 유닛을 실시한 것을 도시하였다.
또한 상기 양극 지그(110)에는 상기 모재결합부(130)가 결합되는 영역 이외에 양극 전극판(120)이 통전되지 않는 영역에 수직으로 관통하는 통공(114)이 배열되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 통공(114)은 결합공(113)이 배열된 행 또는 열과 교차되지 않는 영역에 형성되는 것이다. 상기 통공(114)은 양극 지그가 전해액이나 세척액에 담궈지는 경우 그 흐름을 원활히 하면서, 양극 지그의 무게를 줄일 수 있어 이동성이 개선되도록 한 것이다.
그리고 본 발명에 따른 양극 전극판(120)은 상기 양극 지그(110) 내부에 삽입되며, 상기 모재와 전기적으로 연결된다. 상기 양극 전극판(120)은 얇은 금속판 바람직하게는 백금판으로 형성되며, 상기 모재결합부(130)와 전기적으로 결합되며, 이에 결합되는 모재(10)와도 전기적으로 연결되게 된다.
상기 양극 전극판(120)에는 상술한 바와 같이 상기 모재결합부(130)가 전기적으로 결합되기 위한 결합공(121)이 상기 모재결합부(130)의 개수에 따라 단수개 또는 복수개 형성될 수 있으며, 이는 상기 양극 지그(110)의 결합공(113)에 대응되게 형성되는 것으로, 상기 모재결합부(130)는 상기 양극 지그(110)의 결합공(113) 및 양극 전극판(120)의 결합공(121)에 동시에 결합되어 상기 양극 지그(110) 하측으로 돌출되게 결합된다.
또한 상기 양극 전극판(120)이 상기 양극 지그(110) 내부에 삽입되어 형성될 때, 상기 양극 전극판(120)에 전원인가가 용이하도록 일측에 양극 연장 전극(122)이 형성되어, 상기 양극 지그(110) 외부로 상기 양극 연장 전극(122)이 인출되도록 형성되도록 한다.
또한 상기 양극 전극판(120)에는 상기 결합공(113)이 배열된 영역 외에는 절삭되어 절삭공(123)이 형성되어 전극 재료의 절약을 도모할 수 있도록 한 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양극 전극판(120)을 도시한 것으로, 전체적으로 사각형으로 형성되며, 일측에는 양극 연장 전극(122)이 형성되어 있으며, 25개의 결합공(121)이 형성되어 여기에 상기 모재결합부(130)가 통전되도록 결합되어 모재(10)에 양극이 인가되도록 한다.
그리고 25개의 결합공(121)이 형성되지 않은 영역에는 절삭공(123)이 형성되며, 상술한 바와 같이 상기 절삭공(123)에 대응되어 상기 양극 지그(110)의 통공(114)이 배열되어 형성된게 된다.
이러한 양극 전극판(120)은 상기 양극 지그(110)와 인서트 사출 성형되어 상기 양극 지그(110) 내부에 삽입되거나, 도 3에 따른 일실시예처럼 하측 양극 지그(112) 상측면에 형성된 홈에 양극 전극판(120)을 수용시킨 후 그 상측으로 상측 양극 지그(111)를 결합하여 상기 양극 지그(110) 내부에 삽입형성할 수 있다.
여기에서 상기 양극 전극판(120)의 양극 연장 전극(122)은 상기 양극 지그(110)의 외부로 인출되도록 상기 양극 전극판(120)의 일측에서 연장 형성되거나, 상기 상측 양극 지그(111)의 일부를 절삭하여 상기 양극 연장 전극(122)이 외부로 노출되는 구조로 형성할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 모재결합부(130)는 상기 양극 지그(110)와 음극 전극판(220)에 수직으로 관통하여 결합되고, 상기 양극 전극판(120)과 전기적으로 연결되며, 하측부에 상기 모재(10)가 결합되는 것이다.
상기 모재결합부(130)는 도 3에 도시한 바와 같이 길이 방향으로 길게 형성된 몸체(131), 상기 몸체(131) 상단부에 형성되며, 상기 양극 지그(110)에 걸리도록 형성된 헤드부(132), 상기 몸체(131) 하단부에 형성되며, 상기 모재(10)가 결합되는 나사부(133)를 포함한다. 상기 모재결합부(130)는 전기적으로 통전되는 재질로 형성되어 상기 양극 전극판(120)과 모재(10)를 전기적으로 연결시키게 된다.
상기 모재결합부(130)의 몸체(131)는 상기 양극 지그(110) 및 양극 전극판(120)에 형성된 결합공(113)에 결합되어 상기 양극 지그(110) 하측으로 돌출되게 형성되어, 상기 양극 지그(110) 하측으로 모재(10)가 결합되며, 상기 헤드부(132)는 상기 몸체(131)가 양극 지그(110) 및 양극 전극판(120)의 결합공(113),(121)으로 결합될 때 상기 몸체(131)가 양극 지그(110) 하측으로 분리되는 것을 방지하는 것으로, 상기 결합공(113),(121) 보다는 지름이 더 크게 형성된다.
상기 모재결합부(130)는 일측에 모재(10)를 결합시키기 위한 결합부가 형성되며, 본 발명의 일실시예에서는 임플란트 상측에 형성된 암나사산에 결합될 수 있도록 상기 모재결합부(130)의 하측에 숫나사산이 형성된 것을 특징으로 한다.
모재(10)의 형상에 따라 상기 결합부는 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명에서는 나사 결합하여 모재(10)에 전기화학적 표면 처리가 이루어지도록 한다.
또한 본 발명에 따른 모재결합부(130)에는 상기 몸체(131)가 노출되지 않도록 상기 양극 지그(110) 하측부터 상기 모재(10) 상측까지 상기 몸체(131)를 수용하는 스페이서(134)가 더 형성된다.
즉, 상기 스페이서(134)는 중공이 형성되어 상기 양극 지그(110) 하측으로 돌출된 몸체(131)에 결합되되, 상기 모재(10)가 결합되는 결합부 상측까지 상기 몸체(131)를 감싸도록 형성되어, 상기 몸체(131)가 외부로 노출되지 않도록 한다.
상기 스페이스는 공정에 사용되는 전해액, 시약들로부터 상기 모재결합부(130)를 보호하기 위한 것으로, 화학적으로 안정한 재료, 예컨대 테프론과 같은 재질로 형성된다.
이와 같이 본 발명에 따른 양극부(100)에 의해 대량의 모재(10)의 표면을 동시에 표면 처리할 수 있어 고품질의 표면 처리된 모재(10)를 대량으로 생산할 수 있으며, 이에 따른 금속산화물 나노튜브의 두께 및 크기가 균일하고, 이를 용이하게 제어할 수 있어, 고품질의 표면 요철 및 표면 거칠기의 제공 및 그 재현성이 우수한 장점이 있다.
그리고 본 발명에 따른 음극부(200)는 상기 전해액에 침지되며, 상기 양극부(100)에 대응하여 형성되어, 상기 전해액 상에서 상기 양극부(100)로부터 양이온(Ti2+) 및 상기 음극부(200)로부터 음이온(OH-, O2 -)이 결합되어 형성된 이온 착물(TiO2)이 상기 모재(10)의 표면에 증착되게 된다.
상기 음극부(200)는 도 7에 도시한 바와 같이, 전극판 결합공(211)이 형성된 음극 지그(210), 상기 전극판 결합공(211)에 결합되는 음극 전극판(220)을 포함한다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부(A)의 (a)음극 전극판, (b)음극 지그 및 (c)음극부(음극 지그에 음극 전극판이 결합된 상태)에 대한 정면도를 나타낸 것이다.
상기 음극 지그(210)는 상기 음극 전극판(220)을 고정시키고 다른 구조물과의 결합을 용이하게 하기 위한 것으로, 전체적으로 판상형으로 형성되며, 절연재질이면서 전해액 등의 침투에 의해 화학적으로도 안정한 재질, 예컨대 테프론과 같은 재질로 형성된다.
상기 음극 지그(210)의 전극판 결합공(211)에는 음극 전극판(220)이 결합된다. 상기 음극 지그(210) 및 음극 전극판(220)은 상기 양극부(100)를 사이에 두고 상기 모재(10)의 행 또는 열 사이에 배치되는 것으로서, 상기 모재(10)의 행 또는 열 전체의 길이 및 폭에 대응하여 형성된다.
상기 음극 전극판(220)은 금속 메쉬(mesh)로 형성되는 것이 바람직하며, 표면적을 보다 넓히면서 전해액의 흐름 및 공급이 원활하도록 하여 모재(10)의 표면에 보다 균일한 금속산화물 나노튜브의 형성이 가능하도록 한다. 일실시예로 상기 음극 전극판(220)은 백금, 티타늄, 스테인레스 스틸재 등으로 형성될 수 있다.
상기 음극 전극판(220) 일측에는 외부 연결 전극(240)과 연결이 용이하도록 연장 형성된 음극 연장 전극(221)이 형성되며, 상기 음극 연장 전극(221)은 상기 음극 지그(210)에 형성된 전극 가이드홈(212)에 결합되게 된다.
상기 전극 가이드홈(212)에는 상기 음극 연장 전극(221)과 전기적으로 연결되도록 음극 연결 전극(230)이 결합되고, 전극커버(213)로 상기 전극 가이드홈(212)에 상기 음극 연장 전극(221)과 상기 음극 연결 전극(230)을 고정시키게 된다.
즉, 상기 음극 전극판(220)으로부터 연장 형성된 음극 연장 전극(221)에 음극 연결 전극(230)을 접속되도록 결합시키고, 상기 전극커버(213)로 음극 연장 전극(221)과 음극 연결 전극(230)을 동시에 상기 전극 가이드홈(212)에 고정시킨다. 상기 전극커버(213)와 상기 전극 가이드홈(212)은 테프론 나사 등에 의해 고정되거나 끼움 고정될 수 있다.
여기에서 상기 음극 지그(210)가 상기 양극부(100)의 모재결합부(130) 등에 대응하여 복수개 형성된 경우, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 복수개의 음극 지그(210)는 고정틀(250)에 고정될 수 있으며, 상기 고정틀(250)은 상기 수조부(300)의 입구(바람직하게는 후술한 외조의 입구측)에 형성된 거치대(330)에 고정되게 된다.
이 경우 상기 음극 연결 전극(230)은 이웃하는 음극 연결 전극(230)과 상기 전극 가이드홈(212) 및 전극커버(213)에 의해 연결되어 고정된다.
즉, 상기 음극 지그(210)가 복수개 형성된 경우, 상기 전극 가이드홈(212)에는 음극 연장 전극(221)이 결합되고, 이웃하는 음극 전극판(220)을 서로 연결하는 음극 연결 전극(230) 한 쌍이 결합된 후 상기 전극커버(213)에 의해 고정되게 된다.
본 발명에 따르면 상기 모재결합부(130)가 상기 양극 지그(110) 및 양극 전극판(120)에 n x m 배열로 복수개 결합된 경우(n,m은 2 이상의 자연수), 상기 음극부(200)는 상기 모재결합부(130)를 사이에 두고 배치되되, 상기 모재결합부(130)의 행 또는 열 사이에 교대로 배치되게 된다.
즉, 상기 음극부(200)가 상기 모재결합부(130)의 행 간에 배치되는 경우, 상기 음극부(200)의 개수는 n+1개가 되며, 상기 음극부(200)가 상기 모재결합부(130)의 렬 간에 배치되는 경우, 상기 음극부(200)의 개수는 m+1개가 된다.
본 발명의 일실시예에 따라 10 x 10의 모재결합부(모재)(130)가 형성된 경우, 상기 모재(10)에 대향되어 그 행 또는 열 사이에 음극부(음극 지그, 음극 전극판)(200)가 배치되게 되며, 상기 음극부(200)는 총 11개가 배치되게 된다.
이와 같이 음극부(200)와 상기 모재(20)가 교대로 배치됨으로써, 모재(20)의 전 표면에 보다 균일한 표면 처리가 이루어지도록 한다.
여기에서 상기 음극 지그(210)의 음극 연장 전극(221)을 이어주는 상기 음극 연결 전극(230)은 총 10개가 필요하게 되며, 모두 전기적으로 연결되어 음극부(200)를 형성하게 된다.
상기 복수개의 음극 연장 전극(221) 중 어느 하나에는 외부 연결 전극(240)이 연결되어 외부 전원의 인가가 용이하도록 한다.
본 발명에 따른 수조부(300)는 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 전해액을 저장하기 위한 것으로서, 전해액이 저장되는 내조(310), 상기 내조(310)의 상측부를 수용하도록 형성되며, 상기 내조(310)의 입구보나 높은 위치에 입구가 위치되어 상기 내조(310)에서 오버플로우(overflow)된 전해액을 수용하는 외조(320)로 이루어진다.
즉, 이중 구조의 내조(310) 및 외조(320)의 구성으로, 내조(310)에 공급된 전해액이 오버플로우 되면 외조(320)로 유입되고, 외조(320)로 유입된 전해액은 항온기를 거쳐 다시 내조(310)로 공급되는 순환 구조를 이룬다.
상기 내조(310)에는 온도 센서가 전해액에 침지되어 설치되어 있으며, 상기 내조(310)와 외조(320)에는 수위센서가 각각 배치되어, 상기 내조에 저장되는 전해액은 일정 수위가 유지되도록 일정 온도로 자동 공급되도록 하며, 상기 외조에도 전해액이 넘치지 않도록 일정 수위가 되면 자동 배출되도록 한다.
상기 내조(310)는, 바닥면에 전해액 유입구(311)가 형성되며, 상기 전해액 유입구(311) 상측으로 이격되어 복수개의 기공(312a)이 형성된 기공판(312)이 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 전해액 유입구(311)로 전해액이 내조(310)의 내부로 공급되며, 공급된 전해액은 기공판(312)의 기공(312a)을 통과하며 넓게 분산되어 고르게 순환된다. 공급된 전해액이 내조(310)에서 오버플로우되면 외조(320) 유입되도록 형성된다.
상기 외조(320)는 오버플로우된 전해액이 고이지 않고 일측으로 모이도록 바닥면이 경사지게 형성되며, 상기 전해액이 모이는 측에 전해액 배출구(321)가 형성되어 상기 전해액 배출구(321)로부터 배출된 전해액이 항온기를 거쳐 상기 내조(310)로 순환공급되도록 하다.
이는 전해액을 절약할 수 있으면서, 전해액이 항온이 유지될 수 있도록 하여 모재(10) 표면의 금속산화물 나노튜브가 균일한 품질을 유지되도록 하거나, 두께의 제어가 용이하도록 하여, 고품질의 표면 요철 및 표면 거칠기를 갖는 모재의 제공이 가능하도록 한다.
한편 본 발명에 따른 전해액은 균일한 사이즈 및 간격을 갖는 금속산화물 나노튜브 형성을 위해 플루오라이드 이온(F-)을 함유하는 전해액을 사용하며, 전해액에 모재를 충분히 침지시켜 모재의 표면을 전기화학적 표면 처리 즉, 양극산화시킨다.
플루오라이드 이온을 함유하는 전해액은 플루오라이드 이온을 함유하는 염과, 무기산, 유기산, 고분자알코올 및 이의 혼합으로 이루어진 군 중 적어도 어느 하나로 선택되는 용매와 물을 혼합하여 이루어질 수 있다.
여기서 플루오라이드 이온을 함유하는 염은 불화수소(HF), 플루오린화나트륨(NaF), 플루오르화암모늄(NH4F) 및 이의 혼합으로 이루어진 염과, 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 글리세롤(glycerol), 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군에서 선택되는 용매와 물을 혼합하여 사용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부(A)의 음극부(200)가 수조부(300)에 결합된 상태를 나타낸 모식도이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 전기화학적 표면처리부(A)의 양극부(100) 및 음극부(200)가 수조부(300)에 결합된 상태를 나타낸 모식도이며, 도 13은 도 12의 일측면(B-B')을 나타낸 모식도이다.
도시된 바와 같이, 내조(310) 내부에 음극부(200)를 먼저 설치하고(도 9), 음극 전극판(220)이 배열된 사이로 모재(10), 모재결합부(130)가 배치되도록 양극부(100)를 상기 음극부(200) 상에 배치시켜(도 12, 도 13), 항온기를 통해 전해액을 공급하고 전원(power supply)을 연결시켜 전기화학적 표면 처리를 수행하게 된다.
또한, 이중 구조의 내조(310) 및 외조(320)의 구성으로, 내조(310)에 공급된 전해액이 오버플로우 되면 외조(320)로 유입되고, 외조(320)로 유입된 전해액은 항온기를 거쳐 다시 내조(310)로 공급되는 순환 구조를 이룬다.
상기 내조(310)에는 온도 센서가 전해액에 침지되어 설치되어 있으며, 상기 내조(310)와 외조(320)에는 수위센서가 각각 배치되어, 상기 내조에 저장되는 전해액은 일정 수위가 유지되도록 일정 온도로 자동 공급되도록 하며, 상기 외조에도 전해액이 넘치지 않도록 일정 수위가 되면 자동 배출되도록 한다.
상기 내조(310)는, 바닥면에 전해액 유입구(311)가 형성되며, 상기 전해액 유입구(311) 상측으로 이격되어 복수개의 기공(312a)이 형성된 기공판(312)이 구비되어 있다.
상기 전해액 유입구(311)로 전해액이 내조(310)의 내부로 공급되며, 공급된 전해액은 기공판(312)의 기공(312a)을 통과하며 넓게 분산되어 고르게 순환된다. 공급된 전해액이 내조(310)에서 오버플로우되면 외조(320) 유입되도록 형성된다.
상기 외조(320)는 오버플로우된 전해액이 고이지 않고 일측으로 모이도록 바닥면이 경사지게 형성되며, 상기 전해액이 모이는 측에 전해액 배출구(321)가 형성되어 상기 전해액 배출구(321)로부터 배출된 전해액이 항온기를 거쳐 상기 내조(310)로 순환 공급되도록 한다.
이러한 양극부 및 음극부의 배치형태는 제한적인 크기의 내조 내에서 대량의 모재의 표면 처리를 효율적으로 수행하기 위한 공간 배치를 제공함으로써, 최소한의 생산 공간 내에서 보다 많은 모재의 표면 처리가 가능하도록 하여 생산 공간의 효율적인 활용이 가능하도록 한 것이다.
이렇게 모재의 표면에 금속산화물 나노튜브를 형성시키는 전기화학적 표면 처리 공정을 거친 후, 이를 제거하는 공정 및 세척 공정과 같은 후처리 공정을 수행하게 되면, 최종 표면 요철 및 표면 거칠기가 완성된 모재를 제공하게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 전기화학적 표면처리부(A)는 양극 지그에 결합된 양극 전극판 및 모재결합부 그리고 그 사이에 배치된 음극지그 및 음극 전극판에 의해 모재(10)를 전기화학적으로 표면 처리하여, 상기 모재(10)의 표면에 금속산화물 피막, 구체적으로는 금속산화물 나노튜브를 형성하게 된다.
본 발명의 일실시예로 모재(10)가 타이타늄으로 이루어진 치과용 임플란트인 경우, 상기 전기화학적 표면처리부(A)에 의해 임플란트의 표면에 금속산화물 나노튜브(산화티타늄, TiO2)가 형성되게 된다.
상기 모재(10)와 상기 금속산화물 나노튜브가 접촉하는 경계면은 상기 금속산화물 나노튜브의 하부 형상과 같이 반구(hemisphere) 형태로 형성되며, 상기 금속산화물 나노튜브의 하부 형상에 따른 그 영역의 크기는 수십 내지 수백 나노미터 사이즈의 직경을 가지며, 이러한 직경은 전기화학적 표면 처리 조건을 제어함으로써 조절될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 전기화학적 표면처리부(A)는 모재(10)의 표면에 형성된 금속산화물 나노튜브의 두께 및 크기가 균일하고, 이를 용이하게 제어할 수 있어, 고품질의 표면 요철 및 표면 거칠기를 갖는 모재(10)의 제공 및 그 재현성이 우수하며, 이에 대한 제어가 용이한 장점이 있다.
특히 본 발명에 따른 전기화학적 표면처리부(A)는 대량의 모재(10)의 표면 처리가 신속하면서도 균일하게 이루어지도록 하고, 이에 따른 후처리 공정(숙성 공정, 금속산화물 나노튜브 제거 공정, 세척 공정 등) 또한 양극 지그의 운반을 통해 동시에 가능하여 공정의 단순화 및 비용 절감을 도모할 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 숙성처리부(B)는 상기 전기화학적 표면처리부(A)를 통해 상기 금속산화물 나노튜브가 형성된 모재(10)를 숙성시키는(wetting) 것으로, 상기 모재결합부에 결합된 모재(10)를 포함하는 양극부를 운반하여 상기 숙성처리부(B)에 제공함으로써, 숙성 공정이 연속적이면서 신속하게 이루어지도록 한다.
특히 상기 양극부에 복수개의 모재(10)가 결합된 경우, 상기 양극지그의 손잡이부를 잡고 숙성처리부(B)로 모재(10)가 결합된 양극부를 전체로 제공함으로써, 대량의 모재(10)의 전기화학적 표면 처리 후 이에 연속적인 숙성 공정이 가능하도록 한다.
이러한 대량 처리 방식에 따른 연속적인 공정에 의해 전체 모재(10)의 균일한 표면 처리 및 표면 처리의 재현성이 높아 고품질의 표면 처리된 모재(10)를 제공하게 된다.
구체적으로는 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 상기 숙성처리부(B)는 숙성액 DIW가 저장되며, 상기 양극부를 안착시켜 상기 DIW에 상기 모재(10)를 침지시키는 숙성조(410)와, 상기 숙성조(410) 내부로 이물질 유입을 방지하기 위해 상기 숙성조(410) 상측에 결합되는 숙성조덮개(420)로 이루어진다.
상기 숙성조(410) 내부로는 상기 DIW가 자동으로 공급되도록 하고, 사용된 DIW는 주기적으로 배출되도록 한다.
전기화학적 표면처리부(A)에서의 공정이 완료된 양극부를 상기 DIW가 저장된 숙성조(410)에 안착시켜 상기 모재(10)를 상기 DIW에 1~5분 정도 상온 침지함으로써, 상기 모재(10)로부터 금속산화물 나노튜브의 제거가 용이하도록 한다.
다음으로 본 발명에 따른 나노튜브제거부(C)는 상기 숙성처리부(B)를 통해 상기 모재(10)의 표면에서 금속산화물 나노튜브의 숙성 공정을 거친 후 상기 모재(10)로부터 금속산화물 나노튜브를 제거하는 것으로, 상기 모재결합부에 결합된 모재(10)를 포함하는 양극부를 운반하여 상기 나노튜브제거부(C)에 제공함으로써, 나노튜브 제거 공정이 연속적이면서 신속하게 이루어지도록 한다.
특히 상기 양극부에 복수개의 모재(10)가 결합된 경우, 상기 양극지그의 손잡이부를 잡고 숙성처리부(B)에서 나노튜브제거부(C)로 모재(10)가 결합된 양극부를 전체로 제공함으로써, 대량의 모재(10)의 전기화학적 표면 처리, 숙성 공정 후 이에 연속적인 나노튜브 제거 공정이 가능하도록 한다.
이러한 대량 처리 방식에 따른 연속적인 공정에 의해 전체 모재(10)의 균일한 표면 처리 및 표면 처리의 재현성이 높아 고품질의 표면 처리된 모재(10)를 제공하게 된다.
구체적으로는 도 1(c)에 도시한 바와 같이, 상기 나노튜브제거부(C)는, DIW가 저장되는 외부제거조(510)와, 상기 외부제거조(510) 내부에 형성되고, 제거액이 저장되며, 상기 양극부를 안착시켜 상기 제거액에 상기 모재(10)를 침지시키는 내부제거조(520)와, 상기 모재(10)에 초음파를 인가시켜, 상기 모재(10) 표면의 금속산화물 나노튜브를 제거하는 초음파발진부(530) 및 상기 외부제거조(510) 상측에 결합되어 내부 이물질 유입을 방지하고, 항온이 유지되도록 보조하는 제거조덮개(540)를 포함한다.
전기화학적 표면처리부(A) 및 숙성처리부(B)에서 공정이 완료된 양극부를 상기 제거액이 저장된 내부제거조(520)에 안착시켜 상기 모재(10)를 상기 제거액에 일정 시간 침지하면서, 상기 초음파발진부(530)로부터 초음파를 인가하여 상기 모재(10)로부터 금속산화물 나노튜브를 제거시킨다.
상기 나노튜브제거부(C)는 이중 Bath 구조로, 제거액이 저장된 내부제거조(520)와 DIW가 저장된 외부제거조(510)로 이루어져, 상기 금속산화물 나노튜브가 형성된 모재(10)에 균일하게 초음파가 인가되도록 하여, 상기 금속산화물 나노튜브의 제거가 깨끗하게 이루어지면서 신속하게 이루어지도록 한다.
상기 내부제거조(520)는 제거액에 안정적이면서 가공이 용이한 Quartz 재질로 형성될 수 있으며, 소량 공정이 가능하도록 상기 외부제거조(510) 내부에 복수개로 형성될 수 있다. 본 발명에서의 상기 제거액은 Na3PO4, NaCl 및 H2O2 중 어느 하나 또는 이들을 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노튜브제거조에 있어서, 상기 내부제거조(520)가 상기 외부제거조(510) 내부에 두 개 형성된 경우로, 그에 따른 양극부가 각각 내부제거조(520)에 안착된 경우를 도시하였다. 이는 상기 양극부의 크기나 모재(10)의 형상 및 갯수에 따라 적절히 사용할 수 있도록 한 것이다.
한편, 상기 내부제거조(520) 내부로는 상기 제거액이 자동으로 공급되도록 하고, 상기 금속산화물 나노튜브 제거 후 사용된 제거액은 주기적으로 자동 배출되어 폐액탱크(550)로 저장되게 된다.
여기에서 상기 사용된 제거액이 Na3PO4, NaCl 또는 H2O2 인 경우, 저장된 폐액탱크(550)에 백금을 투입하여 상기 사용된 제거액이 물로 전환되도록 하여, 폐액 처리가 용이하고 친환경적 처리가 가능하도록 한 것이다.
이와 같이 모재(10) 표면에 형성된 금속산화물 나노튜브가 제거되면 예컨대 임플란트의 경우, 그 표면에 거의 반구상의 형태를 가지는 나노 사이즈의 요홈이 형성되고, 반구상의 요홈 내부에는 반구상의 요홈보다 상대적으로 크기가 작은 수나노미터 크기의 미세기공(pore)이 형성된 모재(10)를 얻을 수 있다.
상기 반구상의 요홈은 10 내지 1,000nm의 직경으로 형성시킬 수 있으며, 이는 상술한 바와 같이 전기화학적 표면처리부(A)에 인가전압, 전해액, 온도 등의 전기화학적인 조건을 조절하여 가능하다.
상기 요홈의 직경(d)과 높이(h) 비율은 직경(d) : 높이(h)= 1 : 0.01 내지 0.5인 것이 바람직하며, 요홈의 높이(h)가 직경(d)에 0.01배 미만일 경우 높이가 매우 낮아 표면 거칠기가 낮고 골유착이 용이하지 못하게 된다.
그리고 다음으로 본 발명에 따른 세척부(D)는 상기 나노튜브제거부(C)를 통해 금속산화물 나노튜브가 제거된 모재(10)를 세척하는 것으로서, 상기 모재결합부에 결합된 모재(10)를 포함하는 양극부를 운반하여 상기 세척부(D)에 제공한다.
특히 상기 양극부에 복수개의 모재(10)가 결합된 경우, 상기 양극지그의 손잡이부를 잡고 상기 전기화학적 표면처리부(A), 숙성처리부(B), 나노튜브제거부(C)를 거쳐 상기 세척부(D)로 모재(10)가 결합된 양극부 전체를 제공함으로써, 대량의 모재(10)의 전기화학적 표면 처리, 숙성 공정, 나노튜브 제거 후 이에 연속적인 세척 공정이 이루어지도록 한다.
이러한 대량 처리 방식에 따른 연속적인 공정에 의해 전체 모재(10)의 균일한 표면 처리 및 표면 처리의 재현성이 높아 고품질의 표면 처리된 모재(10)를 제공하게 된다.
구체적으로는 도 1(d)에 도시한 바와 같이, 상기 세척부(D)는, DIW가 저장되는 외부세척조(610)와, 상기 외부세척조(610) 내부에 형성되고, DIW가 저장되며, 상기 양극부를 안착시켜, 상기 DIW에 상기 모재(10)를 침지시키는 내부세척조(620)와, 상기 모재(10)에 초음파를 인가시켜 상기 모재(10)를 세척하는 초음파발진부(630) 및 상기 외부세척조(610) 상측에 결합되어 내부 이물질 유입을 방지하는 세척조덮개를 포함한다.
상기 전기화학적 표면처리부(A), 숙성처리부(B) 및 나노튜브제거부(C)에서 공정이 완료된 양극부를 상기 DIW가 저장된 내부세척조(620)에 안착시켜 상기 모재(10)를 상기 DIW에 일정 시간 침지하면서, 상기 초음파발진부(630)로부터 초음파를 인가하여 상기 모재(10) 표면을 세척한다.
상기 세척부(D)는 이중 Bath 구조로, 세척액 DIW가 저장된 내부세척조(620)와 DIW가 저장된 외부세척조(610)로 이루어져, 상기 금속산화물 나노튜브가 형성된 모재(10)에 균일하게 초음파가 인가되도록 하여, 상기 금속산화물 나노튜브의 제거가 깨끗하게 이루어지면서 신속하게 이루어지도록 한다.
상기 내부세척조(620)는 가공이 용이한 Quartz 재질로 형성될 수 있으며, 소량 공정이 가능하도록 상기 외부세척조(610) 내부에 복수개로 형성될 수 있으며, 상술한 내부제거조(520)에 대한 설명과 동일하다. 상기 내부제거조(520) 내부로는 상기 DIW가 자동으로 공급되도록 하고, 세척 후 사용된 DIW는 주기적으로 자동 배출되게 된다.
세척이 완료된 모재(10)는 열풍 건조기로 건조한 후 보관한다.
한편, 본 발명에 따른 상기 표면 처리 시스템은, 상기 전기화학적 표면처리부(A), 상기 숙성처리부(B), 상기 나노튜브제거부(C) 및 상기 세척부(D)를 제어하는 공정제어부를 더 포함한다.
상기 공정제어부는 상기 전기화학적 표면처리부(A), 상기 숙성처리부(B), 상기 나노튜브제거부(C) 및 상기 세척부(D)의 온오프를 제어할 뿐만 아니라, 각 공정에 공급되는 전해액, 숙성액, 제거액 및 세척액의 공급 및 배출 등의 작동을 제어하고, 그 온도 및 수위를 제어하며, 상기 전기화학적 표면처리부(A)에서의 전압 제어, 상기 나노튜브제거부(C) 및 상기 세척부(D)에서의 초음파발진부(530),(630) 제어 등이 가능하도록 한 것으로서, 제어보드판에서 이와 같은 공정 조건 등의 모니터링 및 제어가 가능하도록 하는 것이다.
또한 상기 공정제어부에서 수동 모드 또는 자동 모드를 선택하여, 상기 표면 처리 시스템을 사용자 조작에 의한 수동 작동 또는 자동 작동시킬 수 있다.
여기에서 상기 표면 처리 시스템을 자동으로 작동시킬 경우에는 로봇암(Robot arm)에 의해 상기 양극부를 순차적으로 다음 공정 처리부로 이동시킴으로써 구현될 수 있으며, 각 공정 조건은 자동으로 셋팅된 상태에서 이루어지게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 표면 처리 시스템은 금속 모재를 전기화학적으로 표면 처리를 수행하기 위한 것으로서, 전기화학적 표면처리부, 숙성처리부, 나노튜브제거부, 세척부를 포함하여, 모재의 표면 처리를 용이하게 구현할 수 있는 표면 처리 시스템에 관한 것이다.
특히 본 발명에 따른 전기화학적 표면처리부는 대량의 모재를 처리할 수 있으며, 음극부 및 양극부를 효율적으로 배치하여 최소한의 공간 내에서 보다 많은 모재의 표면 처리가 가능하도록 한 것이다.
또한 본 발명에 따른 표면 처리 시스템은 전체적으로 컴팩트하면서 유기적으로 연결되어 전기화학적 표면 처리후 후처리가 용이하여 표면 처리 공정이 간단하면서도 대량 생산이 가능하여 공정 비용 및 생산 비용의 절감을 도모할 수 있다.
또한 본 발명은 공정제어부를 통해 전 공정을 수동 또는 자동으로 선택하여 구현할 수 있으며, 공정 조건의 제어 및 이상 유무 등의 감지가 용이하여 고품질의 재현성이 높은 표면 처리가 된 모재를 제공할 수 있다.

Claims (33)

  1. 모재를 전기화학적으로 표면 처리하여, 상기 모재의 표면에 금속산화물 나노튜브를 형성하는 전기화학적 표면처리부;
    상기 금속산화물 나노튜브가 형성된 모재를 숙성시키는(wetting) 숙성처리부;
    상기 모재의 표면에서 상기 금속산화물 나노튜브를 제거하여 상기 모재의 표면에 요철을 형성시키는 나노튜브제거부;
    상기 금속산화물 나노튜브가 제거된 모재를 세척하는 세척부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전기화학적 표면처리부는,
    전해액을 저장하는 수조부와, 모재와 전기적으로 연결되는 양극부 그리고 상기 양극부에 대응하여 형성되며 상기 전해액에 침지된 음극부를 포함하며,
    상기 양극부는,
    양극 지그;
    상기 양극 지그 내부에 삽입되며, 상기 모재와 전기적으로 연결되는 양극 전극판;
    상기 양극 지그와 상기 양극 전극판에 수직으로 관통하여 결합되고, 상기 양극 전극판과 전기적으로 연결되며, 하측부에 상기 모재가 결합되는 모재결합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 모재결합부는,
    길이 방향으로 길게 형성된 몸체;
    상기 몸체 상단부에 형성되며, 상기 양극 지그에 걸리도록 형성된 헤드부;
    상기 몸체 하단부에 형성되며, 상기 모재가 결합되는 나사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 모재결합부에는,
    상기 몸체가 노출되지 않도록 상기 양극 지그 하측부터 상기 모재 상측까지 상기 몸체를 수용하는 스페이서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 양극 지그는,
    내부에 상기 양극 전극판이 삽입되며,
    상측부에는 손잡이부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 양극 지그 및 양극 전극판에는,
    상기 모재결합부가 단수/복수개 결합되기 위한 결합공이 단수/복수개 형성된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 양극 전극판 일측에는,
    상기 양극 지그 외부로 인출되도록 연장 형성된 양극 연장 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 양극 전극판은,
    상기 결합공이 배열된 영역 외에는 절삭되어 절삭공이 형성되고,
    상기 양극 지그에는,
    상기 절삭공에 대응되어 통공이 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 음극부는,
    전극판 결합공이 형성된 음극 지그;
    상기 전극판 결합공에 결합되는 음극 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 음극 전극판은,
    금속 메쉬(mesh)로 형성된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 음극 전극판 일측에는,
    외부 연결 전극과 연결되도록 연장 형성된 음극 연장 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 음극 지그는,
    상기 음극 연장 전극이 결합되는 전극 가이드홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 전극 가이드홈에 상기 음극 연장 전극과 전기적으로 연결되도록 음극 연결 전극이 결합되고, 전극커버로 상기 전극 가이드홈에 상기 음극 연장 전극과 상기 음극 연결 전극을 고정시키는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 음극 지그가 상기 양극부에 대응하여 복수개 형성된 경우, 상기 복수개의 음극 지그는 고정틀에 고정되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 고정틀은,
    상기 수조부의 입구에 형성된 거치대에 고정되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 음극 연결 전극은,
    이웃하는 음극 연결 전극과 상기 전극 가이드홈 및 전극커버에 의해 연결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 음극 연결 전극은,
    외부 연결 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  18. 제 2항에 있어서, 상기 수조부는,
    전해액이 저장되는 내조;
    상기 내조의 상측부를 수용하도록 형성되며, 상기 내조의 입구보다 높은 위치에 입구가 위치되어, 상기 내조에서 오버플로우(overflow)된 전해액을 수용하는 외조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 내조는,
    바닥면에 전해액 유입구가 형성되며,
    상기 전해액 유입구 상측으로 이격되어 복수개의 기공이 형성된 기공판이 구비된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 외조는 오버플로우된 전해액이 일측으로 모이도록 바닥면이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 외조에는,
    상기 전해액이 모이는 측에 전해액 배출구가 형성되어,
    상기 전해액 배출구로부터 배출된 전해액이 항온기를 거쳐 상기 내조로 순환공급되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  22. 제 2항에 있어서,
    상기 모재결합부가 상기 양극 지그 및 양극 전극판에 n x m 배열로 복수개 결합된 경우(n, m은 2이상의 자연수),
    상기 음극부는 상기 모재결합부를 사이에 두고 배치되되, 상기 모재결합부의 행 또는 열 사이에 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 양극 전극판은,
    상기 모재결합부가 일정 개수 결합되는 유닛(unit)으로 구현된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  24. 제 2항에 있어서, 상기 숙성처리부는,
    DIW가 저장되며, 상기 양극부를 안착시켜 상기 DIW에 상기 모재를 침지시키는 숙성조;
    상기 숙성조 상측에 결합되는 숙성조덮개;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  25. 제 2항에 있어서, 상기 나노튜브제거부는,
    DIW가 저장되는 외부제거조;
    상기 외부제거조 내부에 형성되고, 제거액이 저장되며, 상기 양극부를 안착시켜 상기 제거액에 상기 모재를 침지시키는 내부제거조;
    상기 모재에 초음파를 인가시켜, 상기 모재 표면의 금속산화물 나노튜브를 제거하는 초음파발진부; 및
    상기 외부제거조 상측에 결합되는 제거조덮개;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 금속산화물 나노튜브 제거 후 사용된 제거액은 상기 내부제거조에서 자동 배출되어 폐액탱크로 저장되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 사용된 제거액이 저장된 폐액탱크에 백금을 투입하여 상기 사용된 제거액을 물로 전환하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  28. 제 25항에 있어서, 상기 내부제거조는,
    상기 외부제거조 내부에 복수개로 형성된 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  29. 제 25항에 있어서, 상기 내부제거조는,
    Quartz로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  30. 제 2항에 있어서, 상기 세척부는,
    DIW가 저장되는 외부세척조;
    상기 외부세척조 내부에 형성되고, DIW가 저장되며, 상기 양극부를 안착시켜, 상기 DIW에 상기 모재를 침지시키는 내부세척조;
    상기 모재에 초음파를 인가시켜 상기 모재를 세척하는 초음파발진부; 및
    상기 외부세척조 상측에 결합되는 세척조덮개;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 내부세척조는,
    Quartz로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  32. 제 1항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면 처리 시스템은,
    상기 전기화학적 표면처리부, 상기 숙성처리부, 상기 나노튜브제거부 및 상기 세척부를 제어하는 공정제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 표면 처리 시스템은,
    수동 또는 자동으로 작동되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 시스템
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