기공성 양극산화(Al)

목차

1. 서론

2. 본론
1) 전처리란?
2) 전해연마란?
3) 양극산화란?

3. 결론

본문내용

분에 의한 악영향이 적으며 피막의 생상도 옥살산보다 엷어서 염색에 적합하다. 인가되는 전압이 낮고 전력소비량도 적으며 약품가격이 저렴한 장점이 있다. 황산에 의한 피막의 용해가 크기 때문에 피막이 연한 단점이 있으며 착색력이 좋은 막을 얻기 위해서는 액온을 27~30℃로 상승시키고 황산농도를 높여준다. 경도가 높으며 다공성이 적은 피막을 얻고자 할 때에는 황산농도를 7% 정도로 낮추고 온도를 21~24℃로 유지하며, 경도가 높은 것을 원할 때는 황산 6~15%에 옥살산 3~6%를 혼합하여 22℃에서 처리한다. Al의 순도는 옥살산 보다는 예민하지 않으나 피막 중에 잔존하는 금속화합물이나 Si 등은 용해하지 않고 피막 중에 잔류하여 피막의 광택과 내식성을 해친다.
3) 경질양극산화
통상의 양극산화피막보다 내식성이 높고 내마모성이 우수한 피막을 얻고자 소위 경질양극산화처리라는 저온전해로 인한 양극산화법이 개발되었으며 개발된 용액별 조건은 <표6>과 같다.
경질양극산화피막의 처리방법은
① 욕온을 0℃ 부근 혹은 그 이하의 온도에서 처리
② 전해욕을 황산, 수산, 기타 산 및 이들의 혼합액 이용
③ 직류법이외에 교류를 중첩시킴
④ 설포살리실릭산이나 기타의 유기산유기물 등을 전해욕에 첨가하여 상온에서 작업
등의 특징이 있다.
<표6> 경질양극산화 전해용액별 전해조건
양극산화처리 과정에서 나타나는 현상들은 다음과 같다.
① 홈부분은 낮은 전류밀도가 되어 경도가 낮게 된다.
② 돌출부, 특히 끝이 뾰족한 부분은 높은 전류밀도를 받게 되어 경한 코팅층이 되어 크랙이 발생한다.
③ 오목하거나 볼록한 코너 부분에서는 응력에 의해 크랙이 발생한다.
④ 기판방향으로 천천히 퍼지면서 성장한 경우가 급속히 성장한 경우에 비해 연한 산화층이 얻어진다.
⑤ 전해용액의 조성이나 전해조건과 마찬가지로 처리할 부품의 기하학적 형태에 따라서도 산화층의 성질이 달라진다.
양극산화피막의 특성에 미치는 전해조건의 영향들은 <표7>과 같다.
<표7> 양극산화 특성에 미치는 전해조건의 영향
(5) 착색법
Al의 착색방법을 크게 나누면 화학적 방법, 전기화학적 방법, 도료를 이용하는 방법으로 분류할 수 있다. 염료 또는 안료가 다공질 산화피막에 흡착되고 일부는 화학적 결합에 의해서 착색이 이루어지며 따라서 어떠한 색이라도 염료의 선택에 따라 염색할 수 있으며 염료에는 무기염료와 유기염료가 있다.
1) 유기염료
유기염료에는 alumalight, sanodal, anod 및 oxalor 등의 수용성 염료 외에 유기용제에 용해시켜서 사용하는 유용성 염료가 있다. 산화피막용 염료의 양호성은 그 색조, 작업성, 퇴색성(내광선), 내열성 등에 의해 결정되며 사용할 때는 염료에 따라 사용 pH가 각기 다르므로 제조업자의 설명서를 잘 읽고 사용할 필요가 있다. 또한 염료에 따라 내광성이 표시되어 있는데 8이 가장 강하고 0은 내광성이 전혀 없다는 표시이다. 따라서 양극산화용 염료는 적어도 내광도가 5 이상이어야 좋고 되도록이면 7~8의 것을 선택해서 사용해야 한다. 착색이 잘못 되거나 너무 진하게 되었을 경우에는 옥살산, 황산의 전해액이나 진한 질산액 내에 침지하면 피막은 거의 악영향 없이 퇴색되므로 재차 염색하여 사용할 수 있다.
2) 무기염료
무기염료 중 황금색 염료인 옥살제이철암모늄 이외에는 별로 사용되지 않고 있다. 옥살제이철암모늄은 무기물이므로 내광도가 다른 유기염료보다 강해서 퇴색이 잘 되지 않고 농도에 따라 여러 가지의 황색을 얻을 수 있으며 일반 그릇에 가장 적합한 색을 가지고 있기 때문에 널리 사용되고 있다. 사용조건은 아래와 같다.
① 옥살산제이철암모늄: 10g/L일 때 (황금색)
② 옥살산제이철암모늄: 25g/L일 때 (황갈색)
③ 시간: 0.5~2분
④ 온도: 70℃
3) 자연발색법(전해발색법) 및 전해착색법
① 전해발색법
Al 합금과 열처리를 달리 함으로써 발색시키는 방법: 예를 들어 Al-5% Si 합금에서 Si가 고용체로 되어 있을 때는 황산피막에서 무색이지만 공정일 때는 회색이며 Si의 공정이 200~400℃의 저온에서 압연하여 입자가 미세하게 된 것일수록 진한 회색에서 검은색까지 된다. 따라서 인테그럴(integral)칼라라고 호칭하게 되었다.
② 전해착색법
알루미늄의 소지에 관계없이 황산액에서 1차로 산화피막을 만든 후 다시 금속염이 있는 전해액에서 교류 또는 교직류를 중첩시켜서 착색시키는 방법으로 이 중 우리나라에서는 Ni+Sn 법과 Co법이 제일 많이 사용되고 있다.
(6) 봉공처리(sealing)
아노다이징 피막은 다공질이며 흡착성이 있다. 이 때문에 피막은 더러워지기 쉽고 손에 붙는 성질이 있으며 구멍 내부에 황산등의 잔류물이 있어서 후에 부식의 원인도 되고 염색했을 때는 염료가 우러나거나 퇴색되기 쉬우므로 반드시 봉공처리(sealing)를 할 필요가 있다. 봉공처리는 고압수증기, 끓는물, 화학 약품의 고온용액 등에서 처리를 함으로써 AlO가 가수물인 AlOHO 또는 AlOOH로 되어 팽장해서 다공질부분의 구멍을 메워준다. 화학약품을 사용한 실링 때는 약품 중의 금속 수산화물이 침전하여 구멍을 메워 주므로 실링효과를 조장시켜 주고 있다.
<그림7> 열수에 의한 다공질 Al 산화피막의 실링
(7) 피막성장이론
Al의 양극산화에서 barrier층 내의 산화반응속도를 결정하는 요소는 온도, 농도 외에 전위구배 (E= V/d: d는 막두께, V는 피막 양단에 걸린 전압)가 결정적 요인이다.
3. 결론
지금까지 이번 실험에 필요한 이론적 배경에 대해 알아보았다. 전해연마랑 양극산화에 대하여만 알아보려 하였지만 연관된 내용들이 많아서 추가로 들어간 것이 많다.
앞의 내용을 간단히 요약해보자면, 전해연마란 시편의 울퉁불퉁한 면을 평탄하게 하기 위해 적당한 전해연마액 속에 넣어 평탄화 시키는 과정을 말하는 것이고, 양극산화란, 소재표면에 경하고 기공이 많은 산화층을 형성시켜 제품의 내식성과 외양을 좋게 하는 효과를 보기 위한 것이다.
4. 참고문헌
표면공학 -이홍로- 형설출판사
금속표면처리공학개론 -권호영, 강길구, 양학회, 송광호- 도서출판골드
도금표면처리 -염희택외 1명- 문운당

키워드

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